JP2009199960A - Lithium-ion battery - Google Patents

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Shinako Kaneko
志奈子 金子
Yasutaka Kono
安孝 河野
Hitoshi Ishikawa
石川  仁志
Koji Kobayashi
広司 小林
Koji Utsuki
功二 宇津木
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NEC Tokin Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a lithium-ion battery made of an electrolyte or a gel electrolyte including at least ion liquid and lithium salt, a positive electrode active material, and a negative electrode active material, which can improve cycle characteristics and can maintain safety for a long period. <P>SOLUTION: In the lithium-ion battery having the electrolyte or the gel electrolyte including at least the ion liquid and the lithium salt, a positive electrode active material layer, and a negative electrode active material layer, an insulating layer 111 for intercepting ion conductivity is formed on an opposite section between an exposed section 104 of a positive electrode collector where the positive electrode active material layer is not formed and the negative electrode active material layer 101. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、高い安全性を有する電池を実現するためのリチウムイオン電池に関する。   The present invention relates to a lithium ion battery for realizing a battery having high safety.

リチウムイオン電池は、高いエネルギー密度を実現できることから携帯電話、ノートパソコン用電源、また大型の電力貯蔵用電源や自動車用電源としても注目されている。   Lithium ion batteries are attracting attention as power sources for mobile phones, notebook computers, large power storages, and automobiles because of their high energy density.

しかし、高いエネルギー密度を有することから、大型化する際にはより高い安全性が求められる。例えば、大型の電力貯蔵用電源や自動車用電源においては、安全対策として、セルやパッケージなどの構造設計、保護回路の改良、安全な電極材料の選択、過充電防止機能を有する添加剤の添加、セパレータのシャットダウン機能の強化などの対策が施されている。また、更に安全性を高める手段のひとつとして、電解液を難燃化する方法が挙げられる。   However, since it has a high energy density, higher safety is required when it is enlarged. For example, in large power storage power supplies and automotive power supplies, as safety measures, structural design of cells and packages, improvement of protection circuit, selection of safe electrode materials, addition of additives with overcharge prevention function, Measures such as strengthening the shutdown function of the separator are taken. Further, as one of means for further improving safety, there is a method of making the electrolyte solution flame-retardant.

リチウムイオン電池またはリチウム二次電池は、電解液溶媒として環状カーボネートや鎖状カーボネートなどの非プロトン性溶媒を使用しており、これらカーボネート類は誘電率が高くリチウムイオンのイオン伝導度は高いが、引火点が低く可燃性という特徴がある。一般的に環状カーボネート類は、誘電率は高いが、粘度が高い特徴を有する。一方、鎖状カーボネート類は、誘電率は低いが、粘度が低い特徴を有する。したがって、リチウムイオン電池は、電解液溶媒として用途に合わせてこれらの溶媒を混合して使用している。   Lithium ion batteries or lithium secondary batteries use aprotic solvents such as cyclic carbonates and chain carbonates as electrolyte solvents, and these carbonates have a high dielectric constant and high ionic conductivity of lithium ions, It has a low flash point and flammability. In general, cyclic carbonates have a high dielectric constant but a high viscosity. On the other hand, chain carbonates have a low dielectric constant but a low viscosity. Therefore, the lithium ion battery mixes and uses these solvents according to a use as an electrolyte solution solvent.

一方、常温で液体を呈し、イオン伝導性を有するイオン液体(常温溶融塩ともいう)を電解液に使用する技術が提案されている。イオン液体は、揮発性がなく、分解温度が高い特徴を有する。   On the other hand, a technique has been proposed in which an ionic liquid (also referred to as a room temperature molten salt) that exhibits liquid at room temperature and has ionic conductivity is used as an electrolytic solution. Ionic liquids are not volatile and have a high decomposition temperature.

特許文献1、2においては、1−メチル−3−エチルイミダゾリウムカチオンを有するイオン液体を電解液溶媒として用いている。120℃の高温環境下においても電解液溶媒の揮発がなく、良好な性能、安全性を示している。しかしながら、前記イオン液体は還元安定性が低く、Li/Li+に対して1V以下の電位で還元分解される。そのため負極がLi/Li+に対して1V以下で作動する場合は、電池のサイクル特性が著しく低下する。そのため、負極の作動電位がLi/Li+に対して1V以上となる負極活物質を用いる必要があり、その場合は、炭素負極を用いた場合と比較して電池電圧が下がるため高いエネルギー密度が得られない。 In Patent Documents 1 and 2, an ionic liquid having 1-methyl-3-ethylimidazolium cation is used as an electrolyte solution solvent. Even under a high temperature environment of 120 ° C., the electrolyte solvent does not volatilize and shows good performance and safety. However, the ionic liquid has low reduction stability and is reductively decomposed at a potential of 1 V or less with respect to Li / Li + . Therefore, when the negative electrode operates at 1 V or less with respect to Li / Li + , the cycle characteristics of the battery are remarkably deteriorated. Therefore, it is necessary to use a negative electrode active material in which the negative electrode operating potential is 1 V or more with respect to Li / Li + . I can't get it.

特許文献3では、還元安定性を向上させたN−メチル−N−エチルピロリジニウム、N−メチル−N−プロピルピロジニウム、N−メチル−N−エチルピペリジニウム、及びN−メチル−N−プロピルピペリジニウムからなる群から選ばれた少なくとも1種のカチオンを含むイオン液体を用いている。LiやSnからなる負極の作動電位がLi/Li+に対して1V以下でも優れた還元安定性を示す。特に、Li金属を負極とし、LiCoO2を正極とした場合の電池特性が、高いエネルギー密度と優れた保存特性、難燃性を有していることを示している。 In Patent Document 3, N-methyl-N-ethylpyrrolidinium, N-methyl-N-propylpyridinium, N-methyl-N-ethylpiperidinium, and N-methyl- with improved reduction stability are disclosed. An ionic liquid containing at least one cation selected from the group consisting of N-propylpiperidinium is used. Excellent reduction stability is exhibited even when the operating potential of the negative electrode made of Li or Sn is 1 V or less with respect to Li / Li + . In particular, the battery characteristics when Li metal is used as the negative electrode and LiCoO 2 is used as the positive electrode indicate that the battery has high energy density, excellent storage characteristics, and flame retardancy.

そこで、電解液の難燃性をある程度保持しつつイオン液体の粘度を下げるため、イオン液体にカーボネート類を混合する方法が検討されている。   Therefore, in order to reduce the viscosity of the ionic liquid while maintaining the flame retardancy of the electrolytic solution to some extent, a method of mixing carbonates with the ionic liquid has been studied.

特許文献4では、イオン液体に環状カーボネート及び/または鎖状カーボネートを0.1〜30体積%、また、特許文献5では添加物としての量、さらに、特許文献6では50体積%以上混合する技術が提案されている。これらの技術においては、イオン液体よりも粘性の低い環状カーボネート及び/または鎖状カーボネートを混合することにより、電解液溶媒の粘度が低下するため、充放電特性が向上することが示されている。   In Patent Document 4, a technique in which cyclic carbonate and / or chain carbonate is added to an ionic liquid in an amount of 0.1 to 30% by volume, in Patent Document 5, the amount as an additive, and in Patent Document 6, 50% by volume or more is mixed. Has been proposed. In these techniques, it has been shown that mixing a cyclic carbonate and / or a chain carbonate having a viscosity lower than that of the ionic liquid reduces the viscosity of the electrolyte solvent, thereby improving the charge / discharge characteristics.

ところで、リチウムイオン電池の負極材料としては一般的に炭素電極が使用されている。しかし、炭素表面ではLi/Li+に対して1V付近でカーボネート類が還元分解するため、不可逆容量が増加し、充放電効率やサイクル特性が低下することが知られている。 Incidentally, a carbon electrode is generally used as a negative electrode material for a lithium ion battery. However, it is known that on the carbon surface, carbonates undergo reductive decomposition near 1 V with respect to Li / Li + , so that irreversible capacity increases and charge / discharge efficiency and cycle characteristics decrease.

また、初回充電時に、電解液溶媒として使用しているカーボネート類よりも高い電位において、電解液溶媒が還元分解してリチウムイオン透過性の高い保護膜、SEI(固体電解質界面)を形成することが知られている。この保護膜により、炭素電極内へのリチウムのインターカレートが可能となる。また、前記保護膜は、電解液溶媒やイオン液体の還元分解を抑制する効果がある。したがって、保護膜形成の制御は、充放電効率、サイクル特性、安全性など負極の性能に大きく関与する。   In addition, at the time of initial charge, the electrolyte solvent may be reduced and decomposed to form a protective film having high lithium ion permeability, SEI (solid electrolyte interface) at a higher potential than the carbonates used as the electrolyte solvent. Are known. This protective film enables lithium intercalation into the carbon electrode. Further, the protective film has an effect of suppressing reductive decomposition of the electrolyte solvent or ionic liquid. Therefore, the control of the protective film formation is greatly related to the performance of the negative electrode such as charge / discharge efficiency, cycle characteristics, and safety.

また、リチウム金属、合金負極を用いたリチウム電池においては、充放電効率の低下とデンドライト(樹枝状結晶)生成による安全性の問題を解決する必要がある。   Further, in a lithium battery using a lithium metal or alloy negative electrode, it is necessary to solve the problem of safety due to a decrease in charge / discharge efficiency and generation of dendrite (dendritic crystals).

特許文献7〜9では、保護膜形成用の化合物を別途添加することで、電解液の難燃性を保持しつつイオン液体の粘度を下げ、不可逆容量を低減し、サイクル特性の向上が可能となることが示されている。   In Patent Documents 7 to 9, by separately adding a compound for forming a protective film, the viscosity of the ionic liquid is lowered while maintaining the flame retardancy of the electrolytic solution, the irreversible capacity is reduced, and the cycle characteristics can be improved. It has been shown to be.

以上に示されるように、イオン液体を含有する電解液は、リチウムイオン電池の安全性の向上に大きく関与できることが分かる。しかしながら電極の面積や活物質の塗布面積に関する記述はなかった。   As described above, it can be seen that the electrolytic solution containing the ionic liquid can greatly contribute to the improvement of the safety of the lithium ion battery. However, there was no description regarding the area of the electrode and the area where the active material was applied.

特許第3075766号公報Japanese Patent No. 3075766 特許第3426869号公報Japanese Patent No. 3426869 特開2003−331918号公報JP 2003-331918 A 特許第3774315号公報Japanese Patent No. 3774315 特開2001−319688号公報JP 2001-319688 A 特開2003−288939号公報JP 2003-288939 A 特開2002−367675号公報JP 2002-367675 A 特開2002−373704号公報JP 2002-373704 A 特開2005−026091号公報JP 2005-026091 A

通常リチウムイオン電池の製造においては、安全性を考慮し、負極容量が正極容量よりも大きく(A/Cバランスが1より大きい)、かつ、電極を積層した場合に積層ずれ、もしくは電極を巻回した場合の巻回ずれを考慮して、負極活物質塗布面積が正極活物質塗布面積よりも大きくなるように設計がなされている。   Normally, in the manufacture of lithium ion batteries, in consideration of safety, the negative electrode capacity is larger than the positive electrode capacity (A / C balance is larger than 1), and when the electrodes are stacked, the stacking is shifted or the electrodes are wound. In consideration of the winding deviation, the negative electrode active material application area is designed to be larger than the positive electrode active material application area.

即ち、A/Cバランスが1より小さい場合は、正極活物質から放出されたLiイオンを負極活物質が受け入れきれずに負極上に金属Liが析出する。また、正極活物質が負極活物質に対向せず、負極集電体と対向している場合は、負極集電体上に金属Liが析出する。また、正極活物質が負極活物質と対向していない場合は、その部分の容量が使えなくなるため、体積効率が低下する。   That is, when the A / C balance is less than 1, the Li ion released from the positive electrode active material cannot be received by the negative electrode active material, and metal Li is deposited on the negative electrode. Further, when the positive electrode active material does not face the negative electrode active material but faces the negative electrode current collector, metal Li is deposited on the negative electrode current collector. Further, when the positive electrode active material is not opposed to the negative electrode active material, the capacity of the portion cannot be used, and the volume efficiency is lowered.

発明者等は検討の結果、電池の安全性を向上させるための上記従来技術を用いたリチウムイオン電池が、A/Cバランスの観点からの安全性を考慮した設計の電池の場合には充放電による電気的特性の低下が見られることを見出した。   As a result of the study, the inventors have charged / discharged the lithium ion battery using the above-described conventional technology for improving the safety of the battery when the battery is designed in consideration of safety from the viewpoint of A / C balance. It was found that the electrical characteristics were deteriorated due to.

イオン液体とリチウム塩とを含有する電解液を用いたリチウムイオン電池は、充放電を繰り返すことにより、正極活物質が形成されていない正極集電体の露出部と対向する負極活物質の体積膨張が激しく、負極集電体からの剥離が起こり、さらに、正極集電体の劣化を引き起こしていることを確認した。   A lithium ion battery using an electrolytic solution containing an ionic liquid and a lithium salt is repeatedly charged and discharged to expand the volume of the negative electrode active material facing the exposed portion of the positive electrode current collector where the positive electrode active material is not formed. It was confirmed that peeling from the negative electrode current collector occurred and that the positive electrode current collector was deteriorated.

これは、通常の非プロトン性有機溶媒を電解液として用いたリチウムイオン電池では起こらない現象であり、イオン液体を含有した場合に特有の現象であることから、おそらく、正極活物質からLiイオンが供給されないために不足したLiイオンを補うためにイオン液体のカチオンが負極へインターカレーションし、同時に電荷を補正するために正極集電体で何らかの反応が起こったことによるものと推測した。   This is a phenomenon that does not occur in a lithium ion battery using an ordinary aprotic organic solvent as an electrolyte, and is a phenomenon that is unique when an ionic liquid is contained. It was assumed that the cation of the ionic liquid intercalated into the negative electrode to make up for the lack of Li ions because it was not supplied, and at the same time, some reaction occurred in the positive electrode current collector to correct the charge.

そこで、発明者等は鋭意検討した結果、負極集電体上に負極活物質層が形成された負極が正極活物質層が形成されない正極集電体の露出部と対向する部分を有さないで且つ正極集電体の露出部と対向しない部分を有すること、または、負極活物質層が形成された負極と、正極集電体の露出部との対向部でのイオン伝導性を抑制すること、即ち、正極活物質層が形成されていない正極集電体の露出部におけるイオン伝導性を遮断することで上記課題を解決できることを見出した。   Therefore, as a result of intensive studies, the inventors have found that the negative electrode in which the negative electrode active material layer is formed on the negative electrode current collector does not have a portion facing the exposed portion of the positive electrode current collector in which the positive electrode active material layer is not formed. And having a portion that does not face the exposed portion of the positive electrode current collector, or suppressing ion conductivity at the facing portion between the negative electrode on which the negative electrode active material layer is formed and the exposed portion of the positive electrode current collector, That is, it has been found that the above problem can be solved by blocking the ion conductivity in the exposed portion of the positive electrode current collector in which the positive electrode active material layer is not formed.

本発明のリチウムイオン電池は、少なくともイオン液体とリチウム塩とを含有する電解液と、正極集電体上に正極活物質層が形成された正極と、負極集電体上に負極活物質層が形成された負極とがセパレータを介して積層された積層体を有するリチウムイオン電池において、正極活物質層が形成されない正極集電体の露出部と前記負極活物質層との対向部にイオン導電性を遮断する絶縁層を設けたことを特徴とする。   The lithium ion battery of the present invention includes an electrolytic solution containing at least an ionic liquid and a lithium salt, a positive electrode in which a positive electrode active material layer is formed on a positive electrode current collector, and a negative electrode active material layer on a negative electrode current collector. In a lithium ion battery having a laminate in which a formed negative electrode is laminated with a separator interposed therebetween, ionic conductivity is provided between an exposed portion of a positive electrode current collector where a positive electrode active material layer is not formed and a portion facing the negative electrode active material layer. An insulating layer is provided to block the above.

また本発明のリチウムイオン電池は、前記イオン導電性を遮断する絶縁層が前記正極集電体の露出部に形成されていてもよい。   In the lithium ion battery of the present invention, an insulating layer that blocks the ionic conductivity may be formed on the exposed portion of the positive electrode current collector.

また本発明のリチウムイオン電池は、前記イオン導電性を遮断する絶縁層が前記負極活物質上に形成されていてもよい。   In the lithium ion battery of the present invention, an insulating layer that blocks the ionic conductivity may be formed on the negative electrode active material.

また本発明のリチウムイオン電池は、前記イオン導電性を遮断する絶縁層が前記セパレータ上に形成されていてもよい。   In the lithium ion battery of the present invention, an insulating layer that blocks the ionic conductivity may be formed on the separator.

また本発明のリチウムイオン電池は、前記イオン導電性を遮断する絶縁層が無機化合物を含んでいてもよい。   In the lithium ion battery of the present invention, the insulating layer that blocks ionic conductivity may contain an inorganic compound.

また本発明のリチウムイオン電池は、前記電解液が高分子ゲル電解質を含んでいてもよい。   In the lithium ion battery of the present invention, the electrolytic solution may contain a polymer gel electrolyte.

本発明によれば、正極活物質層が形成されない正極集電体の露出部と対向するイオン伝導可能な負極活物質層が存在しないため、イオン液体の負極活物質へのインターカレーションを抑制し、同時に正極集電体の何らかの反応を抑制することで、初回充放電および、サイクル試験における充放電効率が向上する。   According to the present invention, since there is no ion-conductive negative electrode active material layer facing the exposed portion of the positive electrode current collector on which the positive electrode active material layer is not formed, intercalation of the ionic liquid into the negative electrode active material is suppressed. At the same time, by suppressing any reaction of the positive electrode current collector, the initial charge / discharge efficiency and the charge / discharge efficiency in the cycle test are improved.

また、イオン液体の負極活物質へのインターカレーションが抑制されることで、負極の膨張を抑制でき、体積変化を抑制できることから、充放電サイクルに伴う電極のゆがみを軽減でき、サイクル特性の向上と抵抗上昇やセル膨れの抑制が図れる。   In addition, since the intercalation of the ionic liquid into the negative electrode active material is suppressed, the expansion of the negative electrode can be suppressed and the volume change can be suppressed, so that the distortion of the electrode accompanying the charge / discharge cycle can be reduced and the cycle characteristics improved. And resistance rise and cell swelling can be suppressed.

また、正極集電体での何らかの反応が抑制されることで、反応成生物を抑制でき、サイクル特性の向上と抵抗上昇やセル膨れの抑制が図れる。   In addition, since any reaction at the positive electrode current collector is suppressed, reaction product can be suppressed, and cycle characteristics can be improved and resistance increase and cell swelling can be suppressed.

また、安全性向上のためにイオン液体を用いているのであるが、正極集電体上での副反応が抑制されることで、これまでよりもさらに長期にわたる使用が実現できる。   Moreover, although the ionic liquid is used for safety improvement, it can be used for a longer period than before because side reactions on the positive electrode current collector are suppressed.

以下、本発明の構成について説明する。   The configuration of the present invention will be described below.

本発明は、少なくともイオン液体とリチウム塩とを含有する電解液とリチウム含有複合酸化物等を正極活物質とする正極と炭素材料等を負極活物質とする負極とをセパレータを介して積層された積層体を有するリチウムイオン電池において、負極活物質層と、正極集電体の露出部の対向部でイオン伝導と電気伝導を抑制すること、即ち、正極集電体の露出部におけるイオン伝導と電気伝導を何らかの手法により遮断することによりサイクル特性を改善できることを見出したものである。   In the present invention, an electrolyte containing at least an ionic liquid and a lithium salt, a positive electrode using a lithium-containing composite oxide or the like as a positive electrode active material, and a negative electrode using a carbon material or the like as a negative electrode active material are stacked via a separator. In a lithium ion battery having a laminated body, ion conduction and electric conduction are suppressed at the facing portion of the negative electrode active material layer and the exposed portion of the positive electrode current collector, that is, ionic conduction and electricity at the exposed portion of the positive electrode current collector. It has been found that cycle characteristics can be improved by blocking conduction by some method.

本発明においてイオン伝導と電気伝導を遮断する手法としては、イオン伝導を有さず、絶縁性の層を形成するものであればよい。例えば、絶縁性のテープや絶縁性の樹脂層、無機化合物などが挙げられる。   In the present invention, any method for blocking ionic conduction and electrical conduction may be used as long as it does not have ionic conduction and forms an insulating layer. Examples thereof include an insulating tape, an insulating resin layer, and an inorganic compound.

絶縁性のテープや樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ナイロン、シリコーン樹脂、テフロン(登録商標)、ダイフロン(登録商標)、ポリフッ化ビニリデン、アクリル樹脂、ABS樹脂、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリフェニレンサルファイド、エポキシ樹脂、ゴム系樹脂などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。   Examples of the insulating tape and resin include polyethylene, polypropylene, polystyrene, nylon, silicone resin, Teflon (registered trademark), Daiflon (registered trademark), polyvinylidene fluoride, acrylic resin, ABS resin, polycarbonate, polyimide, and polyamideimide. , Polyphenylene sulfide, epoxy resin, rubber resin and the like, but are not limited thereto.

無機化合物としては、例えば、ガラス繊維や、アルミナなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、これら無機化合物と上記樹脂を複合化してもよい。   Examples of inorganic compounds include, but are not limited to, glass fiber and alumina. Further, these inorganic compounds and the above resin may be combined.

絶縁物を施す手法としては、例えば、電極活物質を塗布する前に前記樹脂などの素材からなるテープを電極上、または集電体上、またはセパレータ上に貼り付ける方法や、電極活物質を塗布した後に上記テープを貼り付ける手法が挙げられる。   As a method of applying an insulator, for example, a method of applying a tape made of a material such as the resin on an electrode, a current collector, or a separator before applying an electrode active material, or applying an electrode active material After that, there is a method of attaching the tape.

また、電極活物質を塗布する前に、前記樹脂や無機化合物を集電体上に塗布する方法や、電極活物質を塗布した後に前記樹脂や無機化合物を集電体上に塗布する方法が挙げられる。   In addition, a method of applying the resin or the inorganic compound on the current collector before applying the electrode active material, or a method of applying the resin or the inorganic compound on the current collector after applying the electrode active material may be mentioned. It is done.

また、前記絶縁層を設けた後、プレスすることにより、集電体や電極活物質、セパレータ等との密着性を向上させたり、絶縁層の厚みを制御することも可能である。   Further, by providing the insulating layer and then pressing it, it is possible to improve the adhesion to the current collector, the electrode active material, the separator or the like, or to control the thickness of the insulating layer.

本発明に用いるイオン液体は、少なくとも4級アンモニウムカチオンとアニオンから構成されることが好ましい。   The ionic liquid used in the present invention is preferably composed of at least a quaternary ammonium cation and an anion.

本発明に用いるイオン液体の4級アンモニウムカチオン種としては、例えば、N−メチル−N−プロピルピロリジニウム、N−メチル−N−ブチルピロリジニウム、N−メチル−N−プロピルピペリジウム、N−メチル−N−ブチルピペリジウム、テトラエチルアンモニム、トリエチルメチルアンモニウム、N,N,N−トリメチル−N−プロピルアンモニウム、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウム、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム、1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウム、1−オクチル−3−メチルイミダゾリウム、1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリウム、1−ブチル−2,3−ジメチルイミダゾリウム、1−ヘキシル−2,3−ジメチルイミダゾリウム、1−エチルピリジニウム、1−ブチルピリジニウム、1−ヘキシルピリジニウムなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。   Examples of the quaternary ammonium cation species of the ionic liquid used in the present invention include N-methyl-N-propylpyrrolidinium, N-methyl-N-butylpyrrolidinium, N-methyl-N-propylpiperidinium, N -Methyl-N-butylpiperidium, tetraethylammonium, triethylmethylammonium, N, N, N-trimethyl-N-propylammonium, 1-butyl-3-methylimidazolium, 1-ethyl-3-methylimidazolium, 1-hexyl-3-methylimidazolium, 1-octyl-3-methylimidazolium, 1-ethyl-2,3-dimethylimidazolium, 1-butyl-2,3-dimethylimidazolium, 1-hexyl-2, 3-dimethylimidazolium, 1-ethylpyridinium, 1-butylpyridinium, 1 Hexyl pyridinium, and the like, but not limited thereto.

本発明に用いるイオン液体の4級アンモニウムアニオン種としては、例えば、PF6 -、PF3(C25)3 -、PF3(CF3)3 -、BF4 -、BF2(CF3)2 -、BF3(CF3)-、AlCl4 -、およびN(CF3SO22 -、N(C25SO22 -、CF3SO3 -アニオンなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。 Examples of the quaternary ammonium anion species used in the present invention include PF 6 , PF 3 (C 2 F 5 ) 3 , PF 3 (CF 3 ) 3 , BF 4 , and BF 2 (CF 3 ) 2 , BF 3 (CF 3 ) , AlCl 4 , N (CF 3 SO 2 ) 2 , N (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , CF 3 SO 3 anion, etc. However, it is not limited to these.

本発明においてゲル電解質に含まれる高分子成分として、たとえば熱重合可能な重合基を一分子あたり2個以上有するモノマー、またはオリゴマー、共重合オリゴマーなどが挙げられる。このゲル化成分としては、アクリル系高分子を形成する、エチレングリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、プロピレングリコールジアクリレート、ジプロピレングリコールジアクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレート、1,3−ブタンジオールジアクリレート、1,4−ブタンジオールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレートなどの2官能アクリレート、また、トリメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレートなどの3官能アクリレート、また、ジトリメチロールプロパンテトラアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレートなどの4官能アクリレート、および、上記メタクリレートモノマーなどが挙げられる。これらの他に、ウレタンアクリレート、ウレタンメタクリレートなどのモノマー、これらの共重合体オリゴマーやアクリロニトリルとの共重合体オリゴマーが挙げられるが、これらに限定されるものではない。   Examples of the polymer component contained in the gel electrolyte in the present invention include a monomer having two or more polymerizable groups capable of thermal polymerization per molecule, an oligomer, and a copolymer oligomer. As this gelling component, ethylene glycol diacrylate, diethylene glycol diacrylate, triethylene glycol diacrylate, tetraethylene glycol diacrylate, propylene glycol diacrylate, dipropylene glycol diacrylate, tripropylene glycol forming an acrylic polymer Bifunctional acrylates such as diacrylate, 1,3-butanediol diacrylate, 1,4-butanediol diacrylate, 1,6-hexanediol diacrylate, and 3 such as trimethylolpropane triacrylate and pentaerythritol triacrylate Functional acrylates and tetrafunctional acrylics such as ditrimethylolpropane tetraacrylate and pentaerythritol tetraacrylate Rate, and, like the methacrylate monomers. In addition to these, monomers such as urethane acrylate and urethane methacrylate, copolymer oligomers thereof, and copolymer oligomers with acrylonitrile are exemplified, but not limited thereto.

また、ポリフッ化ビニリデンやポリエチレンオキサイド、ポリアクリロニトリルなどの、可塑剤に溶解させ、ゲル化させることのできるポリマーも使用できる。   In addition, polymers that can be dissolved in a plasticizer and gelled, such as polyvinylidene fluoride, polyethylene oxide, and polyacrylonitrile can also be used.

ポリマー成分としては、上述のモノマー、オリゴマー、またはポリマーに限定されるものではなく、ゲル化可能なものであれば、使用できる。また、ゲル化には一種類のモノマー、オリゴマーまたはポリマーに限定されるものではなく、必要に応じて2種以上のゲル化成分を混合しても使用できる。   The polymer component is not limited to the above-described monomer, oligomer, or polymer, and any polymer component that can be gelled can be used. Further, the gelation is not limited to one type of monomer, oligomer or polymer, and can be used by mixing two or more types of gelling components as required.

また、必要に応じて、熱重合開始剤としてベンゾイン類、パーオキサイド類などが使用できるが、これらに限定されるものではない。   In addition, benzoins, peroxides and the like can be used as thermal polymerization initiators as necessary, but are not limited thereto.

本発明においては必要に応じて非プロトン性溶媒を含有させることもできる。例えば、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)、ブチレンカーボネート(BC)、ビニレンカーボネート(VC)等の環状カーボネート類、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジプロピルカーボネート(DPC)等の鎖状カーボネート類、ギ酸メチル、酢酸メチル、プロピオン酸エチル等の脂肪族カルボン酸エステル類、γ−ブチロラクトン等のγ−ラクトン類、1,2−エトキシエタン(DEE)、エトキシメトキシエタン(EME)等の鎖状エーテル類、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン等の環状エーテル類、ジメチルスルホキシド、1,3−ジオキソラン、ホルムアミド、アセトアミド、ジメチルホルムアミド、ジオキソラン、アセトニトリル、プロピルニトリル、ニトロメタン、エチルモノグライム、リン酸トリエステル、トリメトキシメタン、ジオキソラン誘導体、スルホラン、メチルスルホラン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、3−メチル−2−オキサゾリジノン、プロピレンカーボネート誘導体、テトラヒドロフラン誘導体、エチルエーテル、アニソール、N−メチルピロリドン、フッ素化カルボン酸エステルなどがあり、これらの非プロトン性有機溶媒を一種または二種以上を混合して使用できるが、これらに限定されるものではない。   In the present invention, an aprotic solvent can be contained as required. For example, cyclic carbonates such as propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), butylene carbonate (BC), vinylene carbonate (VC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC), Chain carbonates such as dipropyl carbonate (DPC), aliphatic carboxylic acid esters such as methyl formate, methyl acetate and ethyl propionate, γ-lactones such as γ-butyrolactone, 1,2-ethoxyethane (DEE) , Chain ethers such as ethoxymethoxyethane (EME), cyclic ethers such as tetrahydrofuran and 2-methyltetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, 1,3-dioxolane, formamide, acetamide, dimethylformamide, Dioxolane, acetonitrile, propylnitrile, nitromethane, ethyl monoglyme, phosphoric acid triester, trimethoxymethane, dioxolane derivative, sulfolane, methylsulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, 3-methyl-2-oxazolidinone, There are propylene carbonate derivatives, tetrahydrofuran derivatives, ethyl ether, anisole, N-methylpyrrolidone, fluorinated carboxylic acid esters, etc., and these aprotic organic solvents can be used alone or in combination of two or more, but limited to these Is not to be done.

また、必要に応じて、電極活物質表面に保護膜形成能を有する化合物を含有させることもできる。例えば、1,3−プロパンスルトンや、ビニレンカーボネートなどが使用できるが、これらに限定されるものではない。   Moreover, the compound which has protective film formation ability can also be contained in the electrode active material surface as needed. For example, 1,3-propane sultone and vinylene carbonate can be used, but are not limited thereto.

本発明において非水電解液またはゲル電解質に含まれる電解質は、LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiSbF6、LiClO4、LiAlCl4、およびLiN(Cn2n+1SO2)(Cm2m+1SO2)(n、mは自然数)、LiCF3SO3など一般的にリチウムイオン電池に用いられる電解質が使用できる。 Electrolyte contained in the non-aqueous electrolyte or a gel electrolyte in the present invention, LiPF 6, LiBF 4, LiAsF 6, LiSbF 6, LiClO 4, LiAlCl 4, and LiN (C n F 2n + 1 SO 2) (C m F 2m + 1 SO 2 ) (n and m are natural numbers), LiCF 3 SO 3 and other electrolytes generally used for lithium ion batteries can be used.

本発明において、負極活物質には、たとえばリチウム合金、およびリチウムを吸蔵、放出できる材料、からなる群から選択される一または二以上の物質を用いることができる。リチウムイオンを吸蔵、放出する材料としては、炭素材料または酸化物を用いることができる。   In the present invention, as the negative electrode active material, for example, one or two or more substances selected from the group consisting of a lithium alloy and a material capable of inserting and extracting lithium can be used. As a material for inserting and extracting lithium ions, a carbon material or an oxide can be used.

前記炭素材料としては、リチウムを吸蔵する黒鉛、非晶質炭素、ダイヤモンド状炭素、カーボンナノチューブなどを用いることができる。このうち、特に黒鉛材料または非晶質炭素であることが好ましい。特に、黒鉛材料は、電子伝導性が高く、銅などの金属からなる集電体との接着性と電圧平坦性が優れており、高い処理温度によって形成されるため含有不純物が少なく、負極性能の向上に有利であり、好ましい。   Examples of the carbon material include graphite that occludes lithium, amorphous carbon, diamond-like carbon, and carbon nanotube. Of these, graphite material or amorphous carbon is particularly preferable. In particular, the graphite material has high electron conductivity, excellent adhesion to a current collector made of a metal such as copper, and voltage flatness, and is formed at a high processing temperature, so it contains few impurities and has negative electrode performance. It is advantageous for improvement and is preferable.

また、前記酸化物としては、酸化シリコン、酸化スズ、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化リチウム、リン酸、ホウ酸のいずれか、あるいはこれらの複合物を用いてもよく、特に酸化シリコンを含むことが好ましい。構造としてはアモルファス状であることが好ましい。これは、酸化シリコンが安定で他の化合物との反応を引き起こさないため、またアモルファス構造が結晶粒界、欠陥といった不均一性に起因する劣化を導かないためである。成膜方法としては、蒸着法、CVD法、スパッタリング法などの方法を用いることができる。   Further, as the oxide, silicon oxide, tin oxide, indium oxide, zinc oxide, lithium oxide, phosphoric acid, boric acid, or a composite thereof may be used, and particularly includes silicon oxide. preferable. The structure is preferably amorphous. This is because silicon oxide is stable and does not cause a reaction with other compounds, and the amorphous structure does not lead to deterioration due to nonuniformity such as crystal grain boundaries and defects. As a film formation method, a vapor deposition method, a CVD method, a sputtering method, or the like can be used.

前記リチウム合金は、リチウムおよびリチウムと合金形成可能な金属により構成される。例えば、Al、Si、Pb、Sn、In、Bi、Ag、Ba、Ca、Hg、Pd、Pt、Te、Zn、Laなどの金属とリチウムとの2元または3元以上の合金により構成される。リチウム金属やリチウム合金としては、特にアモルファス状のものが好ましい。これは、アモルファス構造により結晶粒界、欠陥といった不均一性に起因する劣化が起きにくいためである。   The lithium alloy is composed of lithium and a metal capable of forming an alloy with lithium. For example, it is composed of a binary or ternary alloy of a metal such as Al, Si, Pb, Sn, In, Bi, Ag, Ba, Ca, Hg, Pd, Pt, Te, Zn, La, and lithium. . As the lithium metal or lithium alloy, an amorphous one is particularly preferable. This is because the amorphous structure hardly causes deterioration due to non-uniformity such as crystal grain boundaries and defects.

前記リチウム合金は、融液冷却方式、液体急冷方式、アトマイズ方式、真空蒸着方式、スパッタリング方式、プラズマCVD方式、光CVD方式、熱CVD方式、ゾル−ゲル方式、などの適宜な方式で形成することができる。   The lithium alloy is formed by an appropriate method such as a melt cooling method, a liquid quenching method, an atomizing method, a vacuum deposition method, a sputtering method, a plasma CVD method, a photo CVD method, a thermal CVD method, a sol-gel method, or the like. Can do.

本発明の電池において、正極活物質としては、リチウム含有複合酸化物を用いることができる。リチウム含有複合酸化物としては、例えば、LiCoO2、LiNiO2、LiMn24、LiFePO4などのリチウム含有複合酸化物があげられる。また、これらのリチウム含有複合酸化物の遷移金属部分を他元素で置き換えたものでもよい。 In the battery of the present invention, a lithium-containing composite oxide can be used as the positive electrode active material. Examples of the lithium-containing composite oxide include lithium-containing composite oxides such as LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 , and LiFePO 4 . In addition, the transition metal portion of these lithium-containing composite oxides may be replaced with another element.

また、金属リチウム対極電位で4.5V以上にプラトーを有するリチウム含有複合酸化物を用いることもできる。リチウム含有複合酸化物としては、スピネル型リチウムマンガン複合酸化物、オリビン型リチウム含有複合酸化物、逆スピネル型リチウム含有複合酸化物等が例示される。リチウム含有複合酸化物は、例えばLia(MxMn2-x)O4(ただし、0<x<2であり、また、0<a<1.2である。また、Mは、Ni、Co、Fe、CrおよびCuよりなる群から選ばれる少なくとも一種である。)で表される化合物とすることができる。 Alternatively, a lithium-containing composite oxide having a plateau at 4.5 V or more at the metal lithium counter electrode potential can be used. Examples of the lithium-containing composite oxide include spinel-type lithium manganese composite oxide, olivine-type lithium-containing composite oxide, and reverse spinel-type lithium-containing composite oxide. The lithium-containing composite oxide is, for example, Li a (M x Mn 2−x ) O 4 (where 0 <x <2 and 0 <a <1.2. M is Ni, And at least one selected from the group consisting of Co, Fe, Cr, and Cu.

正極は、前記正極活物質を、カーボンブラック等の導電性物質、ポリビニリデンフルオライド(PVDF)等の結着剤とともにN−メチル−2−ピロリドン(NMP)等の溶剤中に分散混練し、これをアルミニウム箔等の正極集電体上に塗布することにより得ることができる。   The positive electrode is prepared by dispersing and kneading the positive electrode active material in a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) together with a conductive material such as carbon black and a binder such as polyvinylidene fluoride (PVDF). Can be obtained by coating on a positive electrode current collector such as an aluminum foil.

本発明のリチウムイオン電池は、負極および正極を、多孔質セパレータを介して積層、あるいは積層したものを捲回した後に、電池缶や、合成樹脂と金属箔との積層体からなる可とう性フィルム等の外装体に収容し、イオン液体を含む電解液を含浸させる。そして、外装体を封止または封止後に、電池の充電を行うことにより得られる。なお、多孔質セパレータとしては、ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィン、フッ素樹脂等の多孔性フィルムが用いられる。   The lithium ion battery of the present invention is a flexible film comprising a battery can or a laminate of a synthetic resin and a metal foil after a negative electrode and a positive electrode are laminated via a porous separator, or a laminate is wound. Etc., and impregnated with an electrolytic solution containing an ionic liquid. And it is obtained by charging a battery after sealing or sealing an exterior body. In addition, as a porous separator, polyolefin, such as a polypropylene and polyethylene, porous films, such as a fluororesin, are used.

また、本発明のゲル電解質を用いた二次電池は、イオン液体等を含む電解液に、例えばトリエチレングリコールジアクリレートとトリメチロールプロパントリアクリレートをそれぞれ3.8質量%、1.0質量%を加え、よく混合した後に、重合開始剤として、t−ブチルパーオキシピバレートを0.5質量%混合して作製したものを含浸させ、外装体を封止または封止後に80℃、2時間加熱することで作製することができる。   Further, in the secondary battery using the gel electrolyte of the present invention, 3.8% by mass and 1.0% by mass, for example, of triethylene glycol diacrylate and trimethylolpropane triacrylate, respectively, are added to the electrolytic solution containing an ionic liquid or the like. In addition, after mixing well, as a polymerization initiator, impregnated with 0.5% by mass of t-butyl peroxypivalate and impregnating and sealing the exterior body or heating at 80 ° C. for 2 hours It can produce by doing.

本実施の形態に係るリチウムイオン電池またはリチウムポリマー電池の形状としては、特に制限はないが、例えば、円筒型、角型、ラミネート外装型、コイン型などがあげられる。なお、後述の実施例では積層型のリチウムイオン電池の例を示すが、巻回型のリチウムイオン電池に用いられる正極と負極の例を図5、6に示す。図5、6は本発明のリチウムイオン電池の実施の形態を示す模式図であり、正極と負極の積層時の位置関係を示すものである。図5は正極集電体の露出部の負極活物質層101との対向部分に絶縁層111を形成したものを示し、図6は負極活物質層101の正極集電体の露出部104との対向部分に絶縁層112を形成したものを示す。正極と負極はセパレータを介して正極集電体の露出部104と負極活物質層101との対向部分に絶縁層111、112が配置されるように積層し、巻回し巻回型のリチウムイオン電池が得られる。   The shape of the lithium ion battery or lithium polymer battery according to the present embodiment is not particularly limited, and examples thereof include a cylindrical shape, a square shape, a laminate outer shape, and a coin shape. In the examples described later, an example of a stacked lithium ion battery is shown, but examples of a positive electrode and a negative electrode used in a wound lithium ion battery are shown in FIGS. 5 and 6 are schematic views showing the embodiment of the lithium ion battery of the present invention, and show the positional relationship when the positive electrode and the negative electrode are laminated. FIG. 5 shows a structure in which an insulating layer 111 is formed on a portion of the exposed portion of the positive electrode current collector facing the negative electrode active material layer 101, and FIG. 6 shows how the negative electrode active material layer 101 is exposed to the exposed portion 104 of the positive electrode current collector. The insulating layer 112 is formed in the facing portion. The positive electrode and the negative electrode are laminated so that the insulating layers 111 and 112 are disposed in a portion facing the exposed portion 104 of the positive electrode current collector and the negative electrode active material layer 101 via a separator, and are wound and wound type lithium ion battery Is obtained.

本発明を実施例により図面を参照して説明する。図1は本発明のリチウムイオン電池の構成を説明する図であり、図1(a)は平面図、図1(b)は側面分解図である。なお、図1は積層体の繰返し単位構成を示し、図1(a)においては正極と負極の位置関係を示しセパレータは省略した。   The invention will now be described by way of example with reference to the drawings. 1A and 1B are diagrams for explaining the configuration of a lithium ion battery according to the present invention. FIG. 1A is a plan view and FIG. 1B is an exploded side view. 1 shows the repeating unit structure of the laminate, and in FIG. 1A, the positional relationship between the positive electrode and the negative electrode is shown and the separator is omitted.

(実施例1)
実施例1について図1を参照して説明する。
Example 1
Example 1 will be described with reference to FIG.

まず、負極の作製について説明する。黒鉛90質量%、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン10質量%とを混合し、N−メチルピロリドンを加えてさらに混合して負極スラリーを作製した。これを負極集電体となる厚さ10μmのCu箔両面にロールプレス処理後の厚さが120μm、電極密度が1.50g/ccになるように塗布し、負極活物質層101を形成した。なお、負極活物質が塗布されていない負極集電体の露出部102を設けた。   First, preparation of the negative electrode will be described. 90% by mass of graphite and 10% by mass of polyvinylidene fluoride as a binder were mixed, and N-methylpyrrolidone was added and further mixed to prepare a negative electrode slurry. This was applied to both sides of a 10 μm-thick Cu foil serving as a negative electrode current collector so that the thickness after the roll press treatment was 120 μm and the electrode density was 1.50 g / cc to form a negative electrode active material layer 101. In addition, the exposed part 102 of the negative electrode collector in which the negative electrode active material was not apply | coated was provided.

つぎに、正極の作製について説明する。LiMn24を85質量%、導電補助材としてアセチレンブラックを7質量%、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン8質量%とを混合したものに、N−メチルピロリドンを加えてさらに混合して正極スラリーを作製した。これをドクターブレード法により正極集電体となる厚さ20μmのAl箔の両面にロールプレス処理後の厚さが160μmになるように塗布し、正極活物質層103を形成した。なお、正極活物質層が塗布されていない正極集電体の露出部104を設けた。負極活物質層101と対向する正極集電体の露出部104の部分に厚さ10μmのポリイミド製のテープを巻き付け絶縁層111とした。 Next, preparation of the positive electrode will be described. A mixture of 85% by mass of LiMn 2 O 4 , 7% by mass of acetylene black as a conductive auxiliary and 8% by mass of polyvinylidene fluoride as a binder is added to N-methylpyrrolidone and further mixed to prepare a positive electrode slurry. did. This was applied to both surfaces of a 20 μm-thick Al foil serving as a positive electrode current collector by a doctor blade method so that the thickness after roll press treatment was 160 μm to form a positive electrode active material layer 103. In addition, the exposed part 104 of the positive electrode collector which the positive electrode active material layer was not apply | coated was provided. A polyimide tape having a thickness of 10 μm was wound around the exposed portion 104 of the positive electrode current collector facing the negative electrode active material layer 101 to form an insulating layer 111.

電池要素の作製について説明する。前記正極と膜厚25μm、気孔率55%のポリエチレン製の微多孔膜からなるセパレータ105と前記負極を、最外層が負極となるように、正極4枚、負極5枚、セパレータを8枚交互に積層し、正極にはアルミタブ、負極にはニッケルタブを超音波溶接にて融着した。   The production of the battery element will be described. The positive electrode and separator 105 made of a polyethylene microporous film having a film thickness of 25 μm and a porosity of 55% and the negative electrode are alternately arranged with four positive electrodes, five negative electrodes, and eight separators so that the outermost layer is a negative electrode. The aluminum tab was laminated on the positive electrode and the nickel tab was fused on the negative electrode by ultrasonic welding.

この積層体をエンボス加工したラミネート外装体に収容し、正極導電タブと負極導電タブを引き出し、注液部分を残してラミネート外装体の熱融着を行った。   This laminate was accommodated in an embossed laminate outer package, the positive electrode conductive tab and the negative electrode conductive tab were pulled out, and the laminate outer package was heat-sealed leaving the liquid injection part.

電解液は、エチレンカーボネート(EC)15質量%とジエチルカーボネート(DEC)29質量%に、イオン液体として、1−メチル−1−プロピルピペリジニウム ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(MPPp−TFSI)を44質量%と、リチウム塩としてLiPF612質量%からなる電解液に対して、1,3−プロパンスルトンを3質量%混合することで作製した。 The electrolyte is 15% by mass of ethylene carbonate (EC) and 29% by mass of diethyl carbonate (DEC), and 1-methyl-1-propylpiperidinium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (MPPp-TFSI) is used as the ionic liquid. It was prepared by mixing 3% by mass of 1,3-propane sultone with respect to an electrolytic solution comprising 44% by mass and 12% by mass of LiPF 6 as a lithium salt.

次に、注液部を残して封止したラミネート注液部分から上記電解液を注液し真空含浸を行い、注液部分を熱融着してリチウムイオン電池を得た。   Next, the electrolyte solution was injected from the laminated liquid injection portion that was sealed leaving the liquid injection portion, vacuum impregnation was performed, and the liquid injection portion was thermally fused to obtain a lithium ion battery.

得られた電池を、電池電圧4.2Vまで充電(上限電圧4.2V、電流0.1C、時間11.5時間、温度20℃)した後、0.2Cで電池電圧3.0Vまで放電したときの放電容量を初期容量とし、設計容量に対して得られた初期容量の割合を表1に示した。   The obtained battery was charged to a battery voltage of 4.2 V (upper limit voltage of 4.2 V, current of 0.1 C, time of 11.5 hours, temperature of 20 ° C.), and then discharged to battery voltage of 3.0 V at 0.2 C. Table 1 shows the ratio of the obtained initial capacity to the design capacity.

得られた電池のサイクル試験は、充電:上限電圧4.2V、電流0.2C、時間6.5時間、放電:下限電圧3.0V、電流0.2Cとし、いずれも45℃で実施した。容量維持率は、1サイクル目の放電容量に対する500サイクル目の放電容量の割合を表1に示した。   The cycle test of the obtained battery was performed by charging: upper limit voltage 4.2V, current 0.2C, time 6.5 hours, discharge: lower limit voltage 3.0V, current 0.2C, all at 45 ° C. Table 1 shows the ratio of the discharge capacity at the 500th cycle to the discharge capacity at the first cycle.

得られた電池のサイクル試験を行った際に、サイクル前の電池の厚みに対するサイクル後の電池の厚みの増加の割合をセル膨れとして表1に示した。   When the cycle test of the obtained battery was performed, the ratio of the increase in the thickness of the battery after the cycle relative to the thickness of the battery before the cycle was shown in Table 1 as the cell swelling.

燃焼試験は、上記サイクル試験後の電池を、ガスバーナーの炎の先端から10cm上部に設置し、電解液溶媒が揮発して燃焼する様子から以下のように判断した。電解液に着火しない:◎、着火しても2〜3秒後に消火:○、着火しても10秒以内に消火:△、消火しないで燃焼し続ける:×とした。   In the combustion test, the battery after the cycle test was placed 10 cm above the tip of the flame of the gas burner, and the state was judged as follows from the state in which the electrolyte solvent volatilized and burned. The electrolyte was not ignited: ◎, extinguished after 2 to 3 seconds after ignition: ○, extinguished within 10 seconds after ignition: Δ, continued to burn without extinguishing: x.

(実施例2)
図2は本発明のリチウムイオン電池の実施例2の構成を説明する図であり、図2(a)は平面図、図2(b)は側面分解図である。なお、図2は積層体の繰返し単位構成を示し、図2(a)においては正極と負極の位置関係を示しセパレータは省略した。実施例2においては、実施例1において正極集電体の露出部に設けたポリイミドテープを、正極集電体の露出部104と対向する負極活物質層101に貼り付け絶縁層112とした以外は、実施例1と同様にリチウムイオン電池を作製し、サイクル試験、燃焼試験を行った。
(Example 2)
2A and 2B are diagrams for explaining the configuration of a lithium ion battery according to a second embodiment of the present invention. FIG. 2A is a plan view and FIG. 2B is a side exploded view. 2 shows the repeating unit structure of the laminate, and in FIG. 2A, the positional relationship between the positive electrode and the negative electrode is shown, and the separator is omitted. In Example 2, the polyimide tape provided in the exposed part of the positive electrode current collector in Example 1 was bonded to the negative electrode active material layer 101 facing the exposed part 104 of the positive electrode current collector to form an insulating layer 112. A lithium ion battery was produced in the same manner as in Example 1, and a cycle test and a combustion test were conducted.

(実施例3)
図3は本発明のリチウムイオン電池の実施例3の構成を説明する図であり、図3(a)は平面図、図3(b)は側面分解図である。なお、図3は積層体の繰返し単位構成を示した。実施例3においては、実施例1において正極集電体の露出部に設けたポリイミドテープを、正極集電体の露出部104と対向するセパレータ105に貼り付け絶縁層113とした以外は、実施例1と同様にリチウムイオン電池を作製し、サイクル試験、燃焼試験を行った。
(Example 3)
3A and 3B are diagrams for explaining the configuration of a lithium ion battery according to a third embodiment of the present invention. FIG. 3A is a plan view and FIG. 3B is a side exploded view. FIG. 3 shows the repeating unit structure of the laminate. In Example 3, the polyimide tape provided in the exposed part of the positive electrode current collector in Example 1 was applied to the separator 105 facing the exposed part 104 of the positive electrode current collector, and the insulating layer 113 was used. A lithium ion battery was prepared in the same manner as in Example 1, and a cycle test and a combustion test were performed.

(実施例4)
実施例4は、図1を参照して説明する。図1に示すように正極活物質を塗布する前の正極集電体上の、正極集電体の露出部104となる部分に、エポキシ樹脂を約10μmの厚さに塗布し、120℃で乾燥させ、絶縁層111とし、ポリイミドテープを使用しない以外は、実施例1と同様にリチウムイオン電池を作製し、サイクル試験、燃焼試験を行った。
Example 4
The fourth embodiment will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1, an epoxy resin is applied to a thickness of about 10 μm on a portion of the positive electrode current collector on which the positive electrode active material has been applied, which will be the exposed portion 104 of the positive electrode current collector, and dried at 120 ° C. A lithium ion battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that the insulating layer 111 was used and no polyimide tape was used, and a cycle test and a combustion test were performed.

(実施例5)
実施例5は、実施例4のエポキシ樹脂に粒経5μmのアルミナ粒子を5質量%混合したものを約10μmの厚さに塗布し、ロールプレスにてプレス処理を行った以外は、実施例4と同様にリチウムイオン電池を作製し、サイクル試験、燃焼試験を行った。
(Example 5)
Example 5 is the same as Example 4 except that the epoxy resin of Example 4 mixed with 5% by mass of alumina particles having a particle size of 5 μm was applied to a thickness of about 10 μm and pressed by a roll press. A lithium ion battery was prepared in the same manner as described above, and a cycle test and a combustion test were performed.

(実施例6)
実施例6は、電解液として、1−メチル−1−プロピルピペリジニウム−ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(MPPp−TFSI)80質量%と、リチウム塩としてLiTFSIを20質量%からなる電解液に対して、1,3−プロパンスルトンを3質量%混合することで作製したものを用いた以外は実施例1と同様にリチウムイオン電池を作製し、サイクル試験、燃焼試験を行った。
(Example 6)
In Example 6, the electrolyte solution was 1-methyl-1-propylpiperidinium-bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (MPPp-TFSI) 80% by mass and the lithium salt was LiTFSI 20% by mass. On the other hand, a lithium ion battery was produced in the same manner as in Example 1 except that a material produced by mixing 3% by mass of 1,3-propane sultone was used, and a cycle test and a combustion test were performed.

(比較例1)
図4は従来のリチウムイオン電池の構成を説明する図であり、図4(a)は平面図、図4(b)は側面分解図である。比較例1は、図4に示すようにポリイミドテープを施していない以外は実施例1と同様にリチウムイオン電池を作製し、サイクル試験、燃焼試験を行った。
(Comparative Example 1)
4A and 4B are diagrams for explaining the configuration of a conventional lithium ion battery. FIG. 4A is a plan view and FIG. 4B is a side exploded view. In Comparative Example 1, a lithium ion battery was produced in the same manner as in Example 1 except that no polyimide tape was applied as shown in FIG. 4, and a cycle test and a combustion test were performed.

(比較例2)
比較例2は、ポリイミドテープを施していない以外は実施例6と同様にリチウムイオン電池を作製し、サイクル試験、燃焼試験を行った。実施例1〜6および比較例1、2の結果を表1に示す。
(Comparative Example 2)
In Comparative Example 2, a lithium ion battery was produced in the same manner as in Example 6 except that no polyimide tape was applied, and a cycle test and a combustion test were performed. The results of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2 are shown in Table 1.

Figure 2009199960
Figure 2009199960

表1に示すように、絶縁層を施した実施例1から実施例5は、容量維持率とセル膨れ率が比較例1に対して改善された。また、正極集電体に直接施したものがより改善効果があった。実施例2と3の活物質表面やセパレータに絶縁層をほどこしても、負極活物質の細孔から電解液が浸透するため完全にイオン液体のインターカレーションが起こり、正極集電体表面が露出しているため副反応がわずかに起こっていると考えられる。また、実施例4では、ほぼ完全に正極集電体表面を覆うことができ、さらに実施例5ではアルミナのアンカー効果によりエポキシ層の剥離を抑制できたことにより、さらに改善がなされた。また、燃焼性についても副反応の抑制できた実施例4と5は、サイクル後においても高い難燃性を維持できた。   As shown in Table 1, in Examples 1 to 5 to which the insulating layer was applied, the capacity retention rate and the cell swelling rate were improved with respect to Comparative Example 1. Moreover, what applied directly to the positive electrode electrical power collector had the improvement effect more. Even if an insulating layer is applied to the active material surfaces and separators of Examples 2 and 3, the electrolyte solution penetrates through the pores of the negative electrode active material, so that the ionic liquid is completely intercalated and the surface of the positive electrode current collector is exposed. Therefore, it is considered that a side reaction has occurred slightly. Further, in Example 4, the surface of the positive electrode current collector could be covered almost completely, and in Example 5, further improvement was achieved by suppressing the peeling of the epoxy layer due to the anchor effect of alumina. In addition, Examples 4 and 5 that were able to suppress side reactions with respect to combustibility were able to maintain high flame retardancy even after cycling.

実施例6も比較例2に対して容量維持率とセル膨れ率が改善されており、副反応を抑制できた効果である。   In Example 6, the capacity retention rate and the cell swelling rate were improved as compared with Comparative Example 2, and this was the effect that side reactions could be suppressed.

(実施例7)
実施例7はゲル電解質を用いたリチウムイオン電池(リチウムポリマー電池ともいう)であり、プレゲル溶液は、エチレンカーボネート(EC)15質量%とジエチルカーボネート(DEC)29質量%、イオン液体として、1−メチル−1−プロピルピペリジニウム ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(MPP−TFSI)を44質量%と、リチウム塩としてLiPF612質量%からなる電解液に対して、1,3−プロパンスルトンを3質量%加えたものと、さらにゲル化剤としてトリエチレングリコールジアクリレートとトリメチロールプロパントリアクリレートをそれぞれ3.8質量%、1.0質量%を加え、よく混合した後に、重合開始剤として、t−ブチルパーオキシピバレートを0.5質量%混合することで作製した。
(Example 7)
Example 7 is a lithium ion battery (also referred to as a lithium polymer battery) using a gel electrolyte, and the pregel solution is 15% by mass of ethylene carbonate (EC) and 29% by mass of diethyl carbonate (DEC). Methyl-1-propylpiperidinium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (MPP p -TFSI) is 44% by mass and 1,3-propane sultone is added to an electrolyte solution comprising 12% by mass of LiPF 6 as a lithium salt. After adding 3% by mass and further adding 3.8% by mass and 1.0% by mass of triethylene glycol diacrylate and trimethylolpropane triacrylate as gelling agents, and mixing well, It was prepared by mixing 0.5% by mass of t-butyl peroxypivalate. .

次に、プレゲル溶液を注液部分から注液し真空含浸を行い、80℃、2時間重合を行うことでリチウムイオン電池を得た以外は実施例1と同様にリチウムイオン電池を作製し、サイクル試験、燃焼試験を行った。   Next, a lithium ion battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that the pregel solution was injected from the injection part, vacuum impregnation was performed, and a lithium ion battery was obtained by polymerization at 80 ° C. for 2 hours. A test and a combustion test were conducted.

(比較例3)
比較例3は、ポリイミドテープを施していない以外は実施例7と同様にリチウムイオン電池を作製し、サイクル試験、燃焼試験を行った。実施例7および比較例3の結果を表2に示す。
(Comparative Example 3)
In Comparative Example 3, a lithium ion battery was produced in the same manner as in Example 7 except that no polyimide tape was applied, and a cycle test and a combustion test were performed. The results of Example 7 and Comparative Example 3 are shown in Table 2.

Figure 2009199960
Figure 2009199960

表2に示すように、電解液をゲル電解質とした実施例7の場合においても、容量維持率、セル膨れともに比較例3に対して改善された。また、実施例1と比較してもセル膨れ率が改善されたが、これはゲル電解質の高分子により電極活物質とセパレータの結着性が高いことによりセル膨れが抑制されたことによる。また、また、副反応が抑制できたことで、サイクル後においても高い難燃性を維持できた。   As shown in Table 2, also in the case of Example 7 in which the electrolyte was a gel electrolyte, both the capacity retention ratio and the cell swelling were improved with respect to Comparative Example 3. In addition, the cell expansion rate was improved as compared with Example 1, because the cell expansion was suppressed due to the high binding properties of the electrode active material and the separator due to the polymer of the gel electrolyte. Moreover, since the side reaction could be suppressed, high flame retardancy could be maintained even after the cycle.

以上、少なくともイオン液体とリチウム塩とを含有する電解液またはゲル電解質と、正極活物質と負極活物質を含むリチウムイオン電池において、負極活物質を備えた負極と正極活物質が形成されない正極集電体の対向部に、絶縁性でイオン透過性を有さない層が形成されたリチウムイオン電池において、サイクル容量維持率が良好でサイクル試験後の電池においても難燃性が維持できており、より高い安全性を有するリチウムイオン電池が得られた。   As described above, in a lithium ion battery including an electrolytic solution or gel electrolyte containing at least an ionic liquid and a lithium salt, and a positive electrode active material and a negative electrode active material, a negative electrode including the negative electrode active material and a positive electrode current collector in which the positive electrode active material is not formed In the lithium ion battery in which a layer that is insulative and does not have ion permeability is formed on the opposite part of the body, the cycle capacity maintenance rate is good and the flame retardancy can be maintained even in the battery after the cycle test, more A lithium ion battery having high safety was obtained.

本発明のリチウムイオン電池の構成を説明する図であり、図1(a)は平面図、図1(b)は側面分解図。It is a figure explaining the structure of the lithium ion battery of this invention, Fig.1 (a) is a top view, FIG.1 (b) is a side exploded view. 本発明のリチウムイオン電池の実施例2の構成を説明する図であり、図2(a)は平面図、図2(b)は側面分解図。It is a figure explaining the structure of Example 2 of the lithium ion battery of this invention, Fig.2 (a) is a top view, FIG.2 (b) is a side exploded view. 本発明のリチウムイオン電池の実施例3の構成を説明する図であり、図3(a)は平面図、図3(b)は側面分解図。It is a figure explaining the structure of Example 3 of the lithium ion battery of this invention, Fig.3 (a) is a top view, FIG.3 (b) is a side exploded view. 従来のリチウムイオン電池の構成を説明する図であり、図4(a)は平面図、図4(b)は側面分解図。It is a figure explaining the structure of the conventional lithium ion battery, Fig.4 (a) is a top view, FIG.4 (b) is a side exploded view. 本発明のリチウムイオン電池の実施の形態を示す模式図。The schematic diagram which shows embodiment of the lithium ion battery of this invention. 本発明のリチウムイオン電池の実施の形態を示す模式図。The schematic diagram which shows embodiment of the lithium ion battery of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

101 負極活物質層
102 (負極集電体の)露出部
103 正極活物質層
104 (正極集電体の)露出部
105 セパレータ
106 正極タブ
107 負極タブ
111 絶縁層
112 絶縁層
113 絶縁層
101 Negative electrode active material layer 102 Exposed portion (of negative electrode current collector) 103 Positive electrode active material layer 104 Exposed portion of (positive electrode current collector) 105 Separator 106 Positive electrode tab 107 Negative electrode tab 111 Insulating layer 112 Insulating layer 113 Insulating layer

Claims (6)

少なくともイオン液体とリチウム塩とを含有する電解液と、正極集電体上に正極活物質層が形成された正極と、負極集電体上に負極活物質層が形成された負極とがセパレータを介して積層された積層体を有するリチウムイオン電池において、正極活物質層が形成されない正極集電体の露出部と前記負極活物質層との対向部にイオン導電性を遮断する絶縁層を設けたことを特徴とするリチウムイオン電池。   The separator includes an electrolytic solution containing at least an ionic liquid and a lithium salt, a positive electrode having a positive electrode active material layer formed on a positive electrode current collector, and a negative electrode having a negative electrode active material layer formed on a negative electrode current collector. In the lithium ion battery having a stacked body, an insulating layer that blocks ionic conductivity is provided at the facing portion between the exposed portion of the positive electrode current collector where the positive electrode active material layer is not formed and the negative electrode active material layer. The lithium ion battery characterized by the above-mentioned. 前記イオン導電性を遮断する絶縁層が前記正極集電体の露出部に形成されたことを特徴とする請求項1に記載のリチウムイオン電池。   The lithium ion battery according to claim 1, wherein an insulating layer that blocks the ion conductivity is formed on an exposed portion of the positive electrode current collector. 前記イオン導電性を遮断する絶縁層が前記負極活物質上に形成されたことを特徴とする請求項1に記載のリチウムイオン電池。   The lithium ion battery according to claim 1, wherein an insulating layer that blocks the ion conductivity is formed on the negative electrode active material. 前記イオン導電性を遮断する絶縁層が前記セパレータ上に形成されたことを特徴とする請求項1に記載のリチウムイオン電池。   The lithium ion battery according to claim 1, wherein an insulating layer that blocks the ion conductivity is formed on the separator. 前記イオン導電性を遮断する絶縁層が無機化合物を含むことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のリチウムイオン電池。   The lithium ion battery according to any one of claims 1 to 4, wherein the insulating layer that blocks ionic conductivity contains an inorganic compound. 前記電解液が高分子ゲル電解質を含むことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のリチウムイオン電池。   The lithium ion battery according to claim 1, wherein the electrolytic solution contains a polymer gel electrolyte.
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