JP2010073489A - Electrolyte excellent in thermal stability and secondary battery prepared using the same - Google Patents

Electrolyte excellent in thermal stability and secondary battery prepared using the same Download PDF

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Ko Ogiwara
航 荻原
Masayoshi Watanabe
正義 渡邉
Megumi Nakamura
恵 中村
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Nissan Motor Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrolyte for high voltage, which has high thermal stability and can be used in an onboard normal secondary battery, and to provide a secondary battery prepared using the electrolyte. <P>SOLUTION: The electrolyte is used for the secondary battery including positive and negative electrodes occluding and desorbing alkali metal ions and the electrolyte. The electrode concerned contains only glyme as the solvent for the electrolyte and an alkali metal salt as a solute for the electrolyte and is characterized in that at least part of the glyme and the alkali metal salt forms a complex. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、二次電池、特に車両用への使用に適した電解液に関する。より詳細には、熱安定性および電気化学的安定性に優れた電解液に関し、さらにその電解液を使用した二次電池に関する。   The present invention relates to an electrolyte suitable for use in a secondary battery, particularly a vehicle. More specifically, the present invention relates to an electrolytic solution excellent in thermal stability and electrochemical stability, and further relates to a secondary battery using the electrolytic solution.

近年、大気汚染や地球温暖化に対処するため、二酸化炭素排出量の低減が切に望まれている。自動車業界では、電気自動車(EV)やハイブリッド電気自動車(HEV)の導入による二酸化炭素排出量の低減に期待が集まっており、これらの実用化の鍵を握るモータ駆動用二次電池の開発が盛んに行われている。これらのいわゆる電動車両においては、放電・充電ができる電源装置の活用が不可欠なためである。   In recent years, in order to cope with air pollution and global warming, reduction of carbon dioxide emissions has been strongly desired. In the automobile industry, there is a great expectation for reducing carbon dioxide emissions by introducing electric vehicles (EV) and hybrid electric vehicles (HEV), and the development of secondary batteries for motor drive that holds the key to commercialization of these is thriving. Has been done. This is because in these so-called electric vehicles, it is indispensable to use a power supply device capable of discharging and charging.

モータ駆動用二次電池としては、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池や、電気二重層キャパシタ等が利用される。このうち、全ての電池の中で最も高い理論エネルギーを有し、かつ繰り返し充放電に対する耐久性の高さから、リチウムイオン二次電池が注目を集めており、現在急速に開発が進められている。   As the secondary battery for driving the motor, a secondary battery such as a lithium ion battery or a nickel metal hydride battery, an electric double layer capacitor, or the like is used. Among them, lithium ion secondary batteries are attracting attention because they have the highest theoretical energy among all the batteries and have high durability against repeated charging and discharging, and are currently being developed rapidly. .

リチウムイオン二次電池をはじめとする二次電池の性能向上のため、その構成要素は様々に検討が重ねられているが、電解液についても同様である。電解液の溶媒としては、一般的にエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等の有機溶媒が使用されている。例えば、有機溶媒の溶媒和能を低下させ、負極での分解を抑制させるために、高分子固体電解質の可塑剤として、グライム類を添加した電解液が提案されている(下記特許文献1参照)。
特開平8−106920号公報
In order to improve the performance of secondary batteries such as lithium ion secondary batteries, various studies have been made on the components thereof, but the same applies to the electrolyte. In general, an organic solvent such as ethylene carbonate or propylene carbonate is used as a solvent for the electrolytic solution. For example, in order to reduce the solvating ability of an organic solvent and suppress decomposition at the negative electrode, an electrolytic solution to which glymes are added as a plasticizer for a polymer solid electrolyte has been proposed (see Patent Document 1 below). .
JP-A-8-106920

二次電池用の電解液については、その熱安定性についても改善が進められている。電池の高容量化、高出力化に伴い、安全性に対する要求は厳しくなっているため、電解液の熱安定性の確保は重要である。しかし、従来の電解液においては、熱安定性を向上させると、イオン伝導性、電気化学的安定性などの電気特性が低下するトレードオフの関係があった。この関係を両立させる上で、例えば、複雑な電池制御システム追加を必要とするなど、従来はコストアップの要因となっていた。そのため、二次電池に適用可能な、熱安定性および電気化学的安定性に優れた電解液の実現が望まれている。   Regarding the electrolyte for secondary batteries, the thermal stability is also being improved. As the capacity and output of batteries increase, the requirements for safety are becoming stricter, so it is important to ensure the thermal stability of the electrolyte. However, conventional electrolyte solutions have a trade-off relationship in which electrical characteristics such as ion conductivity and electrochemical stability are reduced when thermal stability is improved. In order to make this relationship compatible, for example, a complicated battery control system needs to be added. Therefore, realization of an electrolytic solution that is applicable to a secondary battery and excellent in thermal stability and electrochemical stability is desired.

上記の課題を解決するために、本発明の提供する電解液は、電解液の溶媒としてグライムのみと、電解液の溶質としてアルカリ金属塩と、を含む。さらに、前記グライムと前記アルカリ金属塩との少なくとも一部が電解液中で錯体を形成している。また、本発明の電解液は、アルカリ金属イオンを吸蔵脱離する正極および負極を含む二次電池に使用することができる。   In order to solve the above problems, the electrolytic solution provided by the present invention contains only glyme as a solvent of the electrolytic solution and an alkali metal salt as a solute of the electrolytic solution. Furthermore, at least a part of the glyme and the alkali metal salt forms a complex in the electrolytic solution. Moreover, the electrolyte solution of this invention can be used for the secondary battery containing the positive electrode and negative electrode which occlude / desorb an alkali metal ion.

本発明の電解液は、溶媒にグライムのみを使用することで、アルカリ金属塩とグライムとが錯体を含む錯構造を形成している。このことにより、優れた熱安定性と、電気化学的安定性に由来する良好な電気特性とが電解液に両立する。   The electrolyte solution of the present invention forms a complex structure in which an alkali metal salt and glyme contain a complex by using only glyme as a solvent. As a result, excellent thermal stability and good electrical characteristics derived from electrochemical stability are compatible with the electrolyte.

本発明の電解液について、以下詳細に説明する。   The electrolyte solution of the present invention will be described in detail below.

本発明の電解液は、溶媒としてグライムのみを使用する。グライムは、直鎖状のグリコールジエーテルの総称である。グライムは分子内に極性があり、電池に使用されるアルカリ金属塩を溶解させるのに適している。しかしながら、グライムはエーテル構造を有するため、耐酸化性に劣り、電池の正極材料と組み合わせることが困難であると一般的には考えられてきた。加えて、車両用等の二次電池に通常使用される程度の電圧を実現するには、電解液とした時に酸化電位が低く、グライムのみを電解液の溶媒に使用することは困難であるというのが、従来の技術的な常識であった。しかし、本発明者らは、実験の結果、電解液の溶媒としてグライムのみを使用しても、通常使用される正極材料と共に充放電が可能であり、二次電池使用に十分な酸化電位を得られることを見出した。その上、グライムのみを使用した電解液は、同時に、優れた熱安定性を示すことが分かった。   The electrolytic solution of the present invention uses only glyme as a solvent. Glyme is a general term for linear glycol diethers. Glyme is polar in the molecule and is suitable for dissolving alkali metal salts used in batteries. However, since glyme has an ether structure, it has generally been considered that it has poor oxidation resistance and is difficult to combine with the positive electrode material of a battery. In addition, in order to achieve a voltage of a level normally used for secondary batteries for vehicles and the like, it is difficult to use only glyme as a solvent of the electrolyte because the oxidation potential is low when the electrolyte is used. This was the conventional technical common sense. However, as a result of the experiment, the present inventors have been able to charge and discharge together with a commonly used positive electrode material even when only glyme is used as the solvent of the electrolytic solution, and obtain an oxidation potential sufficient for the use of the secondary battery. I found out that In addition, it has been found that an electrolytic solution using only glyme exhibits excellent thermal stability at the same time.

このように溶媒にグライムのみを使用しても、電解液が十分な酸化電位および優れた熱安定性を示す理由は、以下のように推測される。グライムとアルカリ金属塩とを混合すると、グライムのエーテル構造の酸素部分がアルカリ金属イオンに配位し、電解液中の少なくとも一部に錯体が形成されると考えられる。この錯体形成により、電解液は耐酸化性が向上し、同時に熱安定性が向上したと考えられる。しかしながら、電解液中の錯体形成は、必ずしも、アルカリ金属イオンとグライムが1:1で特定の構造をとって他から遊離しているというように明確な形態が決まるものではないと推測される。グライムのエーテル部分とアルカリ金属イオンとが相互に弱い結合を保ちながら、1:1の錯体のような形態を含みつつ、全体が何らかの錯構造を形成しまとまりをなしていると思われる。そして、このような全体のまとまりが、耐酸化性すなわち電気化学的安定性、および、熱安定性の向上に寄与していると考えられる。   The reason why the electrolyte solution exhibits a sufficient oxidation potential and excellent thermal stability even when only glyme is used as the solvent is presumed as follows. When glyme and an alkali metal salt are mixed, the oxygen part of the ether structure of glyme is coordinated to the alkali metal ion, and it is considered that a complex is formed in at least a part of the electrolytic solution. By this complex formation, the electrolytic solution is considered to have improved oxidation resistance and at the same time improved thermal stability. However, it is assumed that the complex formation in the electrolytic solution does not necessarily determine a clear form such that the alkali metal ions and glyme have a specific structure of 1: 1 and are liberated from others. It seems that the whole of the glyme ether part and alkali metal ions form a complex structure while including a form like a 1: 1 complex while maintaining a weak bond with each other. Such a whole group is considered to contribute to the improvement of oxidation resistance, that is, electrochemical stability and thermal stability.

本発明の電解液において、グライムに対するアルカリ金属塩の混合比、すなわち、アルカリ金属塩/グライムは、モル換算で0.70〜1.25であることが好ましく、より好ましくは0.8〜1.2である。このような範囲であれば、高い酸化電位がより確実に実現できる。特に、通常、車両搭載用等の二次電池に使用する電解液の酸化電位は、少なくとも4.5V程度の高電圧が必要とされることが多い。上記のように、グライムを使用した電解液は酸化電位が低く、従来は通常の電池への適用が考えられていなかった。しかし、上記のような混合比であれば、電解液は4.5V以上の酸化電位を十分に実現でき、通常の二次電池への使用が可能である。アルカリ金属塩/グライムの混合比範囲が、モル換算で、0.70〜1.25であれば、電解液の電気化学的安定性が確保されやすく、4.5V以上の酸化電位の実現がより確実になる。その理由としては、混合比がこの範囲にあれば、上記のような電解液中の錯構造がもっとも効果的に電気化学的安定性に貢献する状態になっていると考えられる。混合比が0.70を下回ると、正極上でグライムが酸化分解される恐れがある。一方で、混合比が1.25を上回ると、アルカリ金属塩が溶解しきらず、電解液中に析出する可能性がある。   In the electrolytic solution of the present invention, the mixing ratio of alkali metal salt to glyme, that is, the alkali metal salt / glyme is preferably 0.70 to 1.25 in terms of mole, more preferably 0.8 to 1. 2. Within such a range, a high oxidation potential can be realized more reliably. In particular, the oxidation potential of an electrolyte used for a secondary battery for vehicle mounting or the like usually requires a high voltage of at least about 4.5V. As described above, the electrolytic solution using glyme has a low oxidation potential, and conventionally, application to a normal battery has not been considered. However, when the mixing ratio is as described above, the electrolytic solution can sufficiently realize an oxidation potential of 4.5 V or more, and can be used for a normal secondary battery. When the mixing ratio range of alkali metal salt / glyme is 0.70 to 1.25 in terms of mole, the electrochemical stability of the electrolytic solution is easily secured, and an oxidation potential of 4.5 V or more can be realized. Be certain. The reason for this is that if the mixing ratio is within this range, the complex structure in the electrolyte as described above is most effectively contributing to the electrochemical stability. If the mixing ratio is less than 0.70, glyme may be oxidized and decomposed on the positive electrode. On the other hand, when the mixing ratio exceeds 1.25, the alkali metal salt may not be completely dissolved and may be deposited in the electrolytic solution.

本発明の電解液に用いられるグライムは、下記化学式で示される少なくとも一種が好ましい。グライムは、一種が単独で使用されても、二種以上の混合物の形態で使用されてもよい。   The glyme used in the electrolytic solution of the present invention is preferably at least one of the following chemical formulas. A glyme may be used individually by 1 type, or may be used with the form of a 2 or more types of mixture.

Figure 2010073489
Figure 2010073489

ここで、Rは、炭素数1〜9のフッ素置換されていてもよいアルキル基、ハロゲン原子で置換されていてもよいフェニル基、およびハロゲン原子で置換されていてもよいシクロヘキシル基のいずれかであり、xは1〜5である。このようなグライムを使用することにより、電解液の熱安定性、イオン伝導性、電気化学的安定性をより向上できる。   Here, R is any one of an alkyl group having 1 to 9 carbon atoms which may be substituted with fluorine, a phenyl group which may be substituted with a halogen atom, and a cyclohexyl group which may be substituted with a halogen atom. Yes, x is 1-5. By using such a glyme, the thermal stability, ionic conductivity, and electrochemical stability of the electrolytic solution can be further improved.

上記式中のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基等が挙げられる。これらのアルキル基は、任意の位置がフッ素で置換されていてもよい。アルキル基の数が9を超えると、グライムの極性が弱くなるため、アルカリ金属塩の溶解性が低下する傾向がある。そのため、アルキル基の炭素数は少ない方が好ましく、好ましくはメチル基およびエチル基であり、最も好ましくはメチル基である。   Examples of the alkyl group in the above formula include methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, butyl group, isobutyl group, pentyl group, isopentyl group, hexyl group, heptyl group, octyl group, and nonyl group. These alkyl groups may be substituted at any position with fluorine. When the number of alkyl groups exceeds 9, the polarity of glyme becomes weak, so that the solubility of the alkali metal salt tends to decrease. For this reason, the alkyl group preferably has a smaller number of carbon atoms, preferably a methyl group or an ethyl group, and most preferably a methyl group.

ハロゲン原子で置換されていてもよいフェニル基としては、特に制限はないが、2−クロロフェニル基、3−クロロフェニル基、4−クロロフェニル基、2,4−ジクロロフェニル基、2−ブロモフェニル基、3−ブロモフェニル基、4−ブロモフェニル基、2,4−ジブロモフェニル基、2−ヨードフェニル基、3−ヨードフェニル基、4−ヨードフェニル基、2,4−ヨードフェニル基等が挙げられる。   The phenyl group which may be substituted with a halogen atom is not particularly limited, but 2-chlorophenyl group, 3-chlorophenyl group, 4-chlorophenyl group, 2,4-dichlorophenyl group, 2-bromophenyl group, 3- Examples include bromophenyl group, 4-bromophenyl group, 2,4-dibromophenyl group, 2-iodophenyl group, 3-iodophenyl group, 4-iodophenyl group, 2,4-iodophenyl group and the like.

ハロゲン原子で置換されていてもよいシクロヘキシル基としては、特に制限はないが、2−クロロシクロヘキシル基、3−クロロシクロヘキシル基、4−クロロシクロヘキシル基、2,4−ジクロロシクロヘキシル基、2−ブロモシクロヘキシル基、3−ブロモシクロヘキシル基、4−ブロモシクロヘキシル基、2,4−ジブロモシクロヘキシル基、2−ヨードシクロヘキシル基、3−ヨードシクロヘキシル基、4−ヨードシクロヘキシル基、2,4−ジヨードシクロヘキシル基等が挙げられる。   The cyclohexyl group which may be substituted with a halogen atom is not particularly limited, but 2-chlorocyclohexyl group, 3-chlorocyclohexyl group, 4-chlorocyclohexyl group, 2,4-dichlorocyclohexyl group, 2-bromocyclohexyl group. Group, 3-bromocyclohexyl group, 4-bromocyclohexyl group, 2,4-dibromocyclohexyl group, 2-iodocyclohexyl group, 3-iodocyclohexyl group, 4-iodocyclohexyl group, 2,4-diiodocyclohexyl group and the like. Can be mentioned.

エチレンオキシド単位の繰り返し数を表わすxについては、1〜5が好ましく、より好ましくは2〜5、最も好ましくは3または4である。xが1〜5の範囲であれば、電解液としたときに電気化学的な安定性が確保されやすく、高電圧に耐え得る電解液となる。実験によれば、xが3または4のときがもっとも酸化電位が高く二次電池に好適である。   X representing the number of repeating ethylene oxide units is preferably 1 to 5, more preferably 2 to 5, and most preferably 3 or 4. When x is in the range of 1 to 5, electrochemical stability is easily ensured when the electrolyte is used, and the electrolyte can withstand high voltages. According to experiments, when x is 3 or 4, the oxidation potential is the highest and is suitable for a secondary battery.

本発明の電解液には、上記化学式で表わされるグライムはいずれも好ましく使用できるが、グライムの種類によっても電解液の酸化電位は変化する。そのため、上記のように二次電池に適用することを考慮すると、酸化電位が4.5〜5.3Vになるように混合比等を調整することが好ましい。酸化電位はより好ましくは5.0〜5.3Vである。   In the electrolytic solution of the present invention, any glyme represented by the above chemical formula can be preferably used, but the oxidation potential of the electrolytic solution varies depending on the type of glyme. For this reason, considering application to a secondary battery as described above, it is preferable to adjust the mixing ratio and the like so that the oxidation potential is 4.5 to 5.3 V. The oxidation potential is more preferably 5.0 to 5.3V.

本発明の電解液に使用するアルカリ金属塩は、MXで表わすことができ、Mはアルカリ金属、Xは対の陰イオンとなる物質である。アルカリ金属としては特に制限はなく、通常の電池に支持塩や活物質として使用されているアルカリ金属がいずれも使用可能である。具体的には、Li、Na、K、RbおよびCsが挙げられる。より好ましくはLi、NaおよびKであり、汎用性の点から最も好ましくはLiである。Xとしては、特に制限はないが、Cl、Br、I、BF、PF、CFSO、ClO、CFCO、AsF、SbF、AlCl、N(CFSO、およびN(CFCFSOが挙げられる。好ましくはBF、PF、ClO、N(CFSOおよびN(CFCFSOである。グライムに対する溶解性や、錯構造の形成しやすさの点から、より好ましくはN(CFSOおよびN(CFCFSOである。上記アルカリ金属塩は、一種を単独で使用してもよいし、二種以上を混合物の形態で使用してもよい。 The alkali metal salt used in the electrolytic solution of the present invention can be represented by MX, where M is an alkali metal and X is a substance that becomes a counter anion. There is no restriction | limiting in particular as an alkali metal, Any alkali metal currently used as a supporting salt and an active material can be used for a normal battery. Specific examples include Li, Na, K, Rb, and Cs. More preferred are Li, Na and K, and most preferred is Li from the viewpoint of versatility. X is not particularly limited, but Cl, Br, I, BF 4 , PF 6 , CF 3 SO 3 , ClO 4 , CF 3 CO 2 , AsF 6 , SbF 6 , AlCl 4 , N (CF 3 SO 2 ) 2, and N (CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 and the like. Preferred are BF 4 , PF 6 , ClO 4 , N (CF 3 SO 2 ) 2 and N (CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 . N (CF 3 SO 2 ) 2 and N (CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 are more preferable from the viewpoint of solubility in glyme and ease of forming a complex structure. The said alkali metal salt may be used individually by 1 type, and may be used in the form of a mixture of 2 or more types.

本発明の電解液には、上記のグライムおよびアルカリ金属塩の他に、可塑剤等の任意の添加剤を含んでもよい。可塑剤としては、例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、4−フルオロエチレンカーボネートなどのカーボネート類が例示される。しかしながら、添加剤は、グライムとアルカリ金属塩との錯体形成を妨げないようにするため、電解液全体に対して1質量%以下であることが好ましい。また、添加剤の種類としては、錯体形成に過度の影響を与えることのないように、グライムよりも極性の低いものを加えることが好ましい。   The electrolytic solution of the present invention may contain any additive such as a plasticizer in addition to the above-mentioned glyme and alkali metal salt. Examples of the plasticizer include carbonates such as propylene carbonate, ethylene carbonate, vinylene carbonate, and 4-fluoroethylene carbonate. However, the additive is preferably 1% by mass or less based on the entire electrolytic solution so as not to prevent complex formation between glyme and the alkali metal salt. Moreover, as a kind of additive, it is preferable to add an additive having a polarity lower than that of glyme so as not to excessively affect the complex formation.

以下、本発明の電解液を適用することのできる二次電池について説明する。まず、二次電池の代表的な形態である非双極型二次電池および双極型二次電池の基本的な構成をそれぞれ図面を用いて説明する。   Hereinafter, a secondary battery to which the electrolytic solution of the present invention can be applied will be described. First, basic configurations of a non-bipolar secondary battery and a bipolar secondary battery, which are typical forms of secondary batteries, will be described with reference to the drawings.

[電池の全体構造]
図1は、本発明の電池の代表的な一実施形態である、扁平型(積層型)の二次電池(以下、単に非双極型二次電池ともいう)の全体構造を模式的に表した断面概略図である。
[Battery overall structure]
FIG. 1 schematically shows the overall structure of a flat (stacked) secondary battery (hereinafter also simply referred to as a non-bipolar secondary battery), which is a typical embodiment of the battery of the present invention. FIG.

図1に示すように、本実施形態の非双極型二次電池10では、電池外装材22にて発電要素(電池要素)17を収納し密封した構成を有している。正極集電体11の両面に正極(正極活物質層)12が形成され、負極集電体14の両面(発電要素の最下層および最上層用は片面)に負極(負極活物質層)15が形成されている。発電要素(電池要素)17は、正極板、電解質層13、および負極板を積層した構成を有している。この際、一の正極板片面の正極(正極活物質層)12と前記一の正極板に隣接する一の負極板片面の負極(負極活物質層)15とが電解質層13を介して向き合うように複数積層されている。   As shown in FIG. 1, the non-bipolar secondary battery 10 of the present embodiment has a configuration in which a power generation element (battery element) 17 is housed and sealed by a battery exterior material 22. A positive electrode (positive electrode active material layer) 12 is formed on both surfaces of the positive electrode current collector 11, and a negative electrode (negative electrode active material layer) 15 is formed on both surfaces of the negative electrode current collector 14 (one side for the lowermost layer and the uppermost layer of the power generation element). Is formed. The power generation element (battery element) 17 has a configuration in which a positive electrode plate, an electrolyte layer 13 and a negative electrode plate are laminated. At this time, the positive electrode (positive electrode active material layer) 12 on one surface of one positive electrode plate and the negative electrode (negative electrode active material layer) 15 on one surface of one negative electrode plate adjacent to the one positive electrode plate face each other through the electrolyte layer 13. A plurality of layers are stacked.

これにより、隣接する正極(正極活物質層)12、電解質層13、および負極(負極活物質層)15は、一つの単電池層16を構成する。したがって、本実施形態の二次電池10は、単電池層16が複数積層されることで、電気的に並列接続されてなる構成を有するともいえる。発電要素(電池要素;積層体)17の両最外層に位置する最外層正極集電体11aには、いずれも片面のみに正極(正極活物質層)12が形成されている。図1とは配置を変え、発電要素(電池要素)17の両最外層に最外層負極集電体(図示せず)が位置するようにし、該最外層負極集電体の場合にも片面のみに負極(負極活物質層)15が形成されているようにしてもよい。   As a result, the adjacent positive electrode (positive electrode active material layer) 12, electrolyte layer 13, and negative electrode (negative electrode active material layer) 15 constitute one unit cell layer 16. Therefore, it can be said that the secondary battery 10 of the present embodiment has a configuration in which a plurality of single battery layers 16 are stacked and electrically connected in parallel. A positive electrode (positive electrode active material layer) 12 is formed on only one side of the outermost positive electrode current collector 11 a located in both outermost layers of the power generation element (battery element; laminate) 17. The arrangement is changed from that of FIG. 1, and the outermost layer negative electrode current collector (not shown) is positioned on both outermost layers of the power generation element (battery element) 17. In addition, a negative electrode (negative electrode active material layer) 15 may be formed.

また、正極板及び負極板と導通される正極タブ18および負極タブ19が、正極端子リード20および負極端子リード21を介して各電極板の正極集電体11及び負極集電体14に超音波溶接や抵抗溶接等により取り付けられる。各リードは熱融着部に挟まれて上記の電池外装材22の外部に露出される構造を有している。   Further, the positive electrode tab 18 and the negative electrode tab 19 that are electrically connected to the positive electrode plate and the negative electrode plate are ultrasonically applied to the positive electrode current collector 11 and the negative electrode current collector 14 of each electrode plate via the positive electrode terminal lead 20 and the negative electrode terminal lead 21. It is attached by welding or resistance welding. Each lead has a structure that is sandwiched between heat-sealed portions and exposed to the outside of the battery exterior material 22.

図2は、本発明の電池の他の代表的な一実施形態である双極型の扁平型(積層型)の二次電池(以下、単に双極型二次電池とも称する)の全体構造を模式的に表わした概略断面図である。   FIG. 2 schematically shows the overall structure of a bipolar flat (stacked) secondary battery (hereinafter also simply referred to as a bipolar secondary battery), which is another typical embodiment of the battery of the present invention. FIG.

図2に示すように、本実施形態の双極型二次電池30は、実際に充放電反応が進行する略矩形の発電要素(電池要素)37が、電池外装材42の内部に封止された構造を有する。発電要素(電池要素)37は、1枚または2枚以上で構成される双極型電極34で電解質層35を挟み、隣合う双極型電極34の正極(正極活物質層)32と負極(負極活物質層)33とが対向するようになっている。ここで、双極型電極34は、集電体31の片面に正極(正極活物質層)32を設け、もう一方の面に負極(負極活物質層)33を設けた構造を有している。すなわち、双極型二次電池30は、集電体31の片方の面上に正極(正極活物質層)32を有し、他方の面上に負極(負極活物質層)33を有する双極型電極34を、電解質層35を介して複数枚積層した構造の発電要素(電池要素)37を具備してなる。   As shown in FIG. 2, in the bipolar secondary battery 30 of the present embodiment, a substantially rectangular power generation element (battery element) 37 in which a charge / discharge reaction actually proceeds is sealed inside a battery exterior member 42. It has a structure. The power generation element (battery element) 37 includes an electrolyte layer 35 sandwiched between one or two or more bipolar electrodes 34, and a positive electrode (positive electrode active material layer) 32 and a negative electrode (negative electrode active) of adjacent bipolar electrodes 34. The material layer) 33 is opposed to the material layer 33. Here, the bipolar electrode 34 has a structure in which a positive electrode (positive electrode active material layer) 32 is provided on one surface of the current collector 31 and a negative electrode (negative electrode active material layer) 33 is provided on the other surface. That is, the bipolar secondary battery 30 has a positive electrode (positive electrode active material layer) 32 on one surface of the current collector 31 and a negative electrode (negative electrode active material layer) 33 on the other surface. And a power generation element (battery element) 37 having a structure in which a plurality of sheets 34 are stacked with an electrolyte layer 35 interposed therebetween.

隣接する正極(正極活物質層)32、電解質層35および負極(負極活物質層)33は、一つの単電池層36を構成する。従って、双極型二次電池30は、単電池層36が積層されてなる構成を有するともいえる。また、電解質層35からの電解液の漏れによる液絡を防止するために単電池層36の周辺部にはシール部(絶縁層)43が配置されている。該シール部(絶縁層)43を設けることで隣接する集電体31間を絶縁し、隣接する電極(正極32及び負極33)間の接触による短絡を防止することもできる。   The adjacent positive electrode (positive electrode active material layer) 32, electrolyte layer 35, and negative electrode (negative electrode active material layer) 33 constitute one unit cell layer 36. Therefore, it can be said that the bipolar secondary battery 30 has a configuration in which the single battery layers 36 are stacked. Further, a seal portion (insulating layer) 43 is disposed around the unit cell layer 36 in order to prevent liquid junction due to leakage of the electrolyte from the electrolyte layer 35. By providing the seal portion (insulating layer) 43, the adjacent current collectors 31 can be insulated and a short circuit due to contact between the adjacent electrodes (the positive electrode 32 and the negative electrode 33) can be prevented.

なお、発電要素(電池要素)37の最外層に位置する正極側電極34a及び負極側電極34bは、双極型電極構造でなくてもよい。最外層集電体31a、31b(または端子板)に必要な片面のみの正極(正極活物質層)32または負極(負極活物質層)33を配置した構造としてもよい。発電要素(電池要素)37の最外層に位置する正極側の最外層集電体31aには、片面のみに正極(正極活物質層)32が形成されているようにしてもよい。同様に、発電要素(電池要素)37の最外層に位置する負極側の最外層集電体31bには、片面のみに負極(負極活物質層)33が形成されているようにしてもよい。また、双極型二次電池30では、上下両端の正極側最外層集電体31a及び負極側最外層集電体31bにそれぞれ正極タブ38および負極タブ39が、必要に応じて正極端子リード40及び負極端子リード41を介して接合されている。ただし、正極側最外層集電体31aが延長されて正極タブ38とされ、電池外装材42であるラミネートシートから導出されていてもよい。同様に、負極側最外層集電体31bが延長されて負極タブ39とされ、同様に電池外装材42から導出される構造としてもよい。   In addition, the positive electrode side electrode 34a and the negative electrode side electrode 34b located in the outermost layer of the power generation element (battery element) 37 may not have a bipolar electrode structure. A structure in which the positive electrode (positive electrode active material layer) 32 or the negative electrode (negative electrode active material layer) 33 of only one side necessary for the outermost layer current collectors 31a and 31b (or terminal plates) may be arranged. A positive electrode (positive electrode active material layer) 32 may be formed on only one side of the positive electrode side outermost layer current collector 31 a located in the outermost layer of the power generation element (battery element) 37. Similarly, a negative electrode (negative electrode active material layer) 33 may be formed only on one side of the outermost current collector 31b on the negative electrode side located in the outermost layer of the power generation element (battery element) 37. Further, in the bipolar secondary battery 30, a positive electrode tab 38 and a negative electrode tab 39 are provided on the positive electrode side outermost layer current collector 31a and the negative electrode side outermost layer current collector 31b at both upper and lower ends, respectively, and a positive electrode terminal lead 40 and It is joined via the negative terminal lead 41. However, the positive electrode side outermost layer current collector 31 a may be extended to form a positive electrode tab 38, which may be derived from a laminate sheet that is the battery exterior material 42. Similarly, the negative electrode side outermost layer current collector 31b may be extended to form a negative electrode tab 39, which may be similarly derived from the battery outer packaging material.

また、双極型二次電池30でも、使用する際の外部からの衝撃、環境劣化を防止するために、発電要素(電池要素;積層体)37部分を電池外装材42に封入し、正極タブ38及び負極タブ39を電池外装材42の外部に取り出した構造とするのがよい。この双極型二次電池30の基本構成は、複数積層した単電池層36が直列に接続された構成ともいえるものである。   In the bipolar secondary battery 30, the power generation element (battery element; laminated body) 37 is enclosed in the battery exterior member 42 in order to prevent external impact and environmental degradation during use, and the positive electrode tab 38. It is preferable that the negative electrode tab 39 be taken out of the battery exterior member 42. The basic configuration of the bipolar secondary battery 30 can be said to be a configuration in which a plurality of stacked unit cell layers 36 are connected in series.

上記した通り、非双極型二次電池と双極型二次電池の各構成要件および製造方法に関しては、二次電池内の電気的な接続形態(電極構造)が異なることを除いては、基本的には同様である。また、本発明の非双極型二次電池および/または双極型二次電池を用いて、組電池や車両を構成することもできる。 次に、上記のような二次電池の各部材について説明する。   As described above, with respect to each constituent requirement and manufacturing method of the non-bipolar secondary battery and the bipolar secondary battery, the basic configuration is the same except that the electrical connection form (electrode structure) in the secondary battery is different. Is the same. Moreover, an assembled battery and a vehicle can also be comprised using the non-bipolar secondary battery and / or bipolar secondary battery of this invention. Next, each member of the above secondary battery will be described.

[集電体]
集電体は、ニッケル、銅、ステンレス(SUS)などの導電性の金属材料を用いた箔、メッシュ、エキスパンドグリッド(エキスパンドメタル)、パンチドメタルなどから構成される。メッシュの目開き、線径、メッシュ数などは、特に制限されず、従来公知のものが使用できる。また、金属に限られず、導電性を有する樹脂または導電性フィラーを含有させた樹脂を集電体として使用してもよい。集電体の一般的な厚さは、5〜30μmである。ただし、この範囲を外れる厚さの集電体を用いてもよい。
[Current collector]
The current collector is made of foil, mesh, expanded grid (expanded metal), punched metal, or the like using a conductive metal material such as nickel, copper, and stainless steel (SUS). The mesh opening, wire diameter, number of meshes, etc. are not particularly limited, and conventionally known ones can be used. Further, not limited to metals, a conductive resin or a resin containing a conductive filler may be used as a current collector. The general thickness of the current collector is 5 to 30 μm. However, a current collector having a thickness outside this range may be used.

[活物質層]
集電体上には、活物質層が形成される。活物質層は、充放電反応の中心を担う活物質を含む層である。電極が正極として用いられる場合、活物質層は正極活物質を含む。一方、電極が負極として用いられる場合、活物質層は負極活物質を含む。以下、正極活物質層と負極活物質層を一括して活物質層とも称する。同様に、正極活物質と負極活物質を一括して活物質とも称する。
[Active material layer]
An active material layer is formed on the current collector. The active material layer is a layer containing an active material that plays a central role in the charge / discharge reaction. When the electrode is used as a positive electrode, the active material layer includes a positive electrode active material. On the other hand, when the electrode is used as a negative electrode, the active material layer includes a negative electrode active material. Hereinafter, the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer are collectively referred to as an active material layer. Similarly, the positive electrode active material and the negative electrode active material are collectively referred to as an active material.

正極に含まれる正極活物質は、アルカリ金属イオンを吸蔵脱離するよう作用する。正極活物質としては、リチウム遷移金属複合酸化物が好ましく、例えば、LiMnなどのLi−Mn系複合酸化物やLiNiOなどのLi−Ni系複合酸化物が挙げられる。より具体的には、LiMn、LiCoO、LiNiO、LiFePO、LiCo0.5Ni0.5、LiNi0.7Co0.2Mn0.1が好ましく挙げられる。またリチウム以外にも、任意のアルカリ金属イオンを電気化学的に挿入、脱離する物質であれば、制限なく用いることができ、例えば、ナトリウム、などが挙げられる。場合によっては、2種以上の正極活物質が併用されてもよい。 The positive electrode active material contained in the positive electrode acts to occlude and desorb alkali metal ions. As the positive electrode active material, a lithium transition metal composite oxide is preferable, and examples thereof include a Li—Mn composite oxide such as LiMn 2 O 4 and a Li—Ni composite oxide such as LiNiO 2 . More specifically, LiMn 2 O 4 , LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiFePO 4 , LiCo 0.5 Ni 0.5 O 2 , LiNi 0.7 Co 0.2 Mn 0.1 O 2 are preferably mentioned. In addition to lithium, any alkali metal ion can be used without limitation as long as it is a substance that electrochemically inserts and desorbs, and examples thereof include sodium. In some cases, two or more positive electrode active materials may be used in combination.

負極に含まれる負極活物質は、アルカリ金属イオンを吸蔵脱離するよう作用する。負極活物質としては、リチウム、炭素、ケイ素、アルミニウム、スズ、亜鉛およびマグネシウムからなる群から選ばれる少なくとも一種が好ましい。より具体的には、チタン酸リチウム、リチウム金属、リチウムアルミ合金、リチウムスズ合金、リチウムケイ素合金等の金属材料、天然黒鉛、人造黒鉛、カーボンブラック、アセチレンブラック、グラファイト、活性炭、カーボンファイバー、コークス、ソフトカーボン、ハードカーボンなどの結晶性炭素材や非結晶性炭素材等の炭素材料といった従来公知の負極材料を用いることができる。このうち、容量、出力特性に優れた電池を構成できることから、炭素材料もしくはリチウム、リチウム遷移金属複合酸化物を用いるのが望ましい。場合によっては、2種以上の負極活物質が併用されてもよい。   The negative electrode active material contained in the negative electrode acts to occlude and desorb alkali metal ions. The negative electrode active material is preferably at least one selected from the group consisting of lithium, carbon, silicon, aluminum, tin, zinc and magnesium. More specifically, metal materials such as lithium titanate, lithium metal, lithium aluminum alloy, lithium tin alloy, lithium silicon alloy, natural graphite, artificial graphite, carbon black, acetylene black, graphite, activated carbon, carbon fiber, coke, Conventionally known negative electrode materials such as crystalline carbon materials such as soft carbon and hard carbon, and carbon materials such as amorphous carbon materials can be used. Among these, it is desirable to use a carbon material or lithium or a lithium transition metal composite oxide because a battery excellent in capacity and output characteristics can be constituted. In some cases, two or more negative electrode active materials may be used in combination.

活物質の平均粒子径は特に制限されないが、好ましくは1〜100μmであり、より好ましくは1〜50μmであり、さらに好ましくは1〜20μmである。ただし、これらの範囲を外れる形態もまた、採用されうる。活物質の平均粒子径は、レーザ回折式粒度分布測定(レーザ回折散乱法)により測定することができる。   The average particle diameter of the active material is not particularly limited, but is preferably 1 to 100 μm, more preferably 1 to 50 μm, and further preferably 1 to 20 μm. However, forms outside these ranges can also be employed. The average particle diameter of the active material can be measured by laser diffraction particle size distribution measurement (laser diffraction scattering method).

また、活物質層における活物質の含有量は、好ましくは活物質層の合計質量に対して70〜98質量%であり、より好ましくは80〜98質量%である。活物質の含有量が前記範囲であれば、エネルギー密度を高くすることができるため好適である。   Moreover, the content of the active material in the active material layer is preferably 70 to 98% by mass, more preferably 80 to 98% by mass with respect to the total mass of the active material layer. If the content of the active material is within the above range, it is preferable because the energy density can be increased.

活物質層の厚さ(塗布層の片面の厚さ)は、好ましくは、20〜500μmであり、より好ましくは20〜300μmであり、さらに好ましくは20〜150μmである。   The thickness of the active material layer (the thickness of one surface of the coating layer) is preferably 20 to 500 μm, more preferably 20 to 300 μm, and still more preferably 20 to 150 μm.

活物質層にはその他の物質が含まれてもよく、例えば、バインダ、導電助剤、支持塩等が含まれうる。これらの成分の配合比は、特に限定されず、二次電池についての公知の知見を適宜参照することにより、調整されうる。   The active material layer may contain other materials, for example, a binder, a conductive additive, a supporting salt, and the like. The compounding ratio of these components is not particularly limited, and can be adjusted by appropriately referring to known knowledge about secondary batteries.

導電助剤とは、導電性を向上させるために配合される添加物をいう。導電助剤としては、黒鉛などのカーボン粉末や、気相成長炭素繊維(VGCF)などの種々の炭素繊維などが挙げられる。支持塩としては、前記の電解液に含まれるものが同様に使用できる。   A conductive assistant means the additive mix | blended in order to improve electroconductivity. Examples of the conductive assistant include carbon powder such as graphite, and various carbon fibers such as vapor grown carbon fiber (VGCF). As the supporting salt, those contained in the electrolytic solution can be used similarly.

活物質層に含まれるバインダとしては、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエーテルニトリル(PEN)、ポリイミド(PI)、ポリアミド(PA)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメチルアクリレート(PMA)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、またはこれらの混合物が挙げられる。   The binder contained in the active material layer includes polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), polyether nitrile (PEN), polyimide (PI), polyamide (PA), polytetrafluoroethylene (PTFE). Styrene butadiene rubber (SBR), polyacrylonitrile (PAN), polymethyl acrylate (PMA), polymethyl methacrylate (PMMA), polyvinyl chloride (PVC), polyvinylidene fluoride (PVdF), or mixtures thereof.

[電解質層]
電解質層としては、上記の本発明の電解液を含んだセパレータまたはゲル電解質が挙げられる。
[Electrolyte layer]
Examples of the electrolyte layer include a separator or gel electrolyte containing the above-described electrolytic solution of the present invention.

セパレータとしては、例えば、上記電解液を吸収保持するポリマーからなる多孔性シートおよび不織布を挙げることができる。   As a separator, the porous sheet and nonwoven fabric which consist of a polymer which absorbs and hold | maintains the said electrolyte solution can be mentioned, for example.

多孔性シートは、例えば、微多孔質のポリマーで構成される。このような多孔性シートを構成するポリマーとしては、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)などのポリオレフィン;PP/PE/PPの3層構造をした積層体、ポリイミド、アラミドが挙げられる。特にポリオレフィン系微多孔質セパレータは、有機溶媒に対して化学的に安定であるという性質があり、電解液との反応性を低く抑えることができることから好ましい。   The porous sheet is composed of, for example, a microporous polymer. Examples of the polymer constituting such a porous sheet include polyolefins such as polyethylene (PE) and polypropylene (PP); laminates having a three-layer structure of PP / PE / PP, polyimide, and aramid. In particular, a polyolefin-based microporous separator is preferable because it has a property of being chemically stable with respect to an organic solvent and can keep the reactivity with the electrolyte solution low.

セパレータの厚みとしては、用途により異なることから一義的に規定することはできない。しかし、車両のモータ駆動用二次電池の用途においては、単層あるいは多層で4〜60μmであることが望ましい。また、セパレータの微細孔径は、最大で1μm以下(通常、十nm程度の孔径である)、その空孔率は20〜80%であることが望ましい。   The thickness of the separator cannot be uniquely defined because it varies depending on the application. However, in the use of a secondary battery for driving a motor of a vehicle, it is desirable that the thickness is 4 to 60 μm in a single layer or multiple layers. Further, it is desirable that the fine pore diameter of the separator is 1 μm or less (usually a pore diameter of about 10 nm), and the porosity is 20 to 80%.

不織布としては、綿、レーヨン、アセテート、ナイロン(登録商標)、ポリエステル;PP、PEなどのポリオレフィン;ポリイミド、アラミドなど従来公知のものを、単独または混合して用いる。不織布のかさ密度は、含浸させた電解液により十分な電池特性が得られるものであればよく、特に制限されるべきものではない。不織布セパレータの空孔率は50〜90%であることが好ましい。さらに、不織布セパレータの厚さは、電解質層と同じであればよく、好ましくは5〜200μmであり、特に好ましくは10〜100μmである。厚さが5μm未満では電解質の保持性が悪化し、200μmを超える場合には抵抗が増大することになる。   As the nonwoven fabric, cotton, rayon, acetate, nylon (registered trademark), polyester; polyolefins such as PP and PE; conventionally known materials such as polyimide and aramid are used alone or in combination. The bulk density of the non-woven fabric is not particularly limited as long as sufficient battery characteristics can be obtained by the impregnated electrolytic solution. The porosity of the nonwoven fabric separator is preferably 50 to 90%. Furthermore, the thickness of the nonwoven fabric separator may be the same as that of the electrolyte layer, preferably 5 to 200 μm, particularly preferably 10 to 100 μm. When the thickness is less than 5 μm, the electrolyte retention deteriorates, and when it exceeds 200 μm, the resistance increases.

ゲル電解質は、イオン伝導性ポリマーからなるマトリックスポリマーに、電解液が注入されてなる構成を有する。電解液は、上記の本発明の電解液を使用する。マトリックスポリマーとして用いられるイオン伝導性ポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド(PPO)、ポリエチレングリコール(PEG)、ポリアクリロニトリル(PAN)、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン(VDF−HEP)の共重合体、ポリ(メチルメタクリレート(PMMA)およびこれらの共重合体等が挙げられる。かようなポリアルキレンオキシド系高分子には、リチウム塩などの電解質塩がよく溶解しうる。   The gel electrolyte has a configuration in which an electrolytic solution is injected into a matrix polymer made of an ion conductive polymer. As the electrolytic solution, the above-described electrolytic solution of the present invention is used. Examples of the ion conductive polymer used as the matrix polymer include polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), polyethylene glycol (PEG), polyacrylonitrile (PAN), and vinylidene fluoride-hexafluoropropylene (VDF-HEP). And poly (methyl methacrylate (PMMA), copolymers thereof, etc. In such polyalkylene oxide polymers, electrolyte salts such as lithium salts can be well dissolved.

[絶縁層]
絶縁層(シール部)は、二次電池において、電池内で隣り合う集電体同士が接触したり、積層電極の端部の僅かな不ぞろいなどによる短絡が起こったりするのを防止するために単電池層の周辺部に配置されている。絶縁層を構成するシール材としては、絶縁性、固体電解質の脱落に対するシール性や外部からの水分の透湿に対するシール性(密封性)、電池動作温度下での耐熱性などを有するものであればよい。例えば、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリイミド樹脂、ゴムなどが用いられうる。なかでも、耐蝕性、耐薬品性、作り易さ(製膜性)、経済性などの観点から、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂が好ましい。
[Insulation layer]
Insulating layers (sealing parts) are used to prevent secondary current collectors in the secondary battery from coming into contact with each other and short-circuiting due to slight unevenness at the end of the laminated electrode. It arrange | positions at the peripheral part of a battery layer. As the sealing material constituting the insulating layer, it should have insulating properties, sealing properties against falling off of the solid electrolyte, sealing properties against moisture permeation from the outside (sealing property), heat resistance at the battery operating temperature, etc. That's fine. For example, urethane resin, epoxy resin, polyethylene resin, polypropylene resin, polyimide resin, rubber and the like can be used. Of these, urethane resins and epoxy resins are preferred from the viewpoints of corrosion resistance, chemical resistance, ease of production (film forming properties), economy, and the like.

[タブ]
タブ(正極タブおよび負極タブ)の材質は、アルミニウム、銅、ニッケル、ステンレス鋼、これらの合金などを用いることができる。これらは特に制限されず、タブとして従来用いられている公知の材質が用いられうる。
[電池外装材]
電池外装材としては、従来公知の金属缶ケースを用いることができるほか、アルミニウムを含むラミネートフィルムを用いた発電要素(電池要素)を覆うことができる袋状のケースを用いることができる。該ラミネートフィルムには、例えば、ポリプロピレン、アルミニウム、ナイロン(登録商標)をこの順に積層してなる3層構造のラミネートフィルム等を用いることができるが、これらに何ら制限されるものではない。 [組電池]
本発明はまた、前記の電池を用いた組電池を提供する。
[tab]
The material of the tab (positive electrode tab and negative electrode tab) can be aluminum, copper, nickel, stainless steel, alloys thereof, or the like. These are not particularly limited, and known materials conventionally used as tabs can be used.
[Battery exterior materials]
As the battery exterior material, a conventionally known metal can case can be used, and a bag-like case that can cover a power generation element (battery element) using a laminate film containing aluminum can be used. For example, a laminate film having a three-layer structure in which polypropylene, aluminum, and nylon (registered trademark) are laminated in this order can be used as the laminate film, but the laminate film is not limited thereto. [Battery]
The present invention also provides an assembled battery using the battery.

本発明の組電池は、本発明のリチウムイオン二次電池を複数個接続して構成した物である。詳しくは少なくとも2つ以上用いて、直列化あるいは並列化あるいはその両方で構成されるものである。直列、並列化することで容量および電圧を自由に調節することが可能になる。なお、本発明の組電池では、本発明の非双極型リチウムイオン二次電池と双極型リチウムイオン二次電池を用いて、これらを直列に、並列に、または直列と並列とに、複数個組み合わせて、組電池を構成することもできる。   The assembled battery of the present invention is formed by connecting a plurality of lithium ion secondary batteries of the present invention. Specifically, at least two or more are used, and are configured by serialization, parallelization, or both. Capacitance and voltage can be freely adjusted by paralleling in series. In the assembled battery of the present invention, the non-bipolar lithium ion secondary battery and the bipolar lithium ion secondary battery of the present invention are used, and these are combined in series, in parallel, or in series and in parallel. Thus, an assembled battery can be configured.

図3は、本発明に係る組電池の代表的な実施形態の外観図であって、図3Aは組電池の平面図であり、図3Bは組電池の正面図であり、図3Cは組電池の側面図である。   FIG. 3 is an external view of a typical embodiment of the assembled battery according to the present invention, FIG. 3A is a plan view of the assembled battery, FIG. 3B is a front view of the assembled battery, and FIG. 3C is an assembled battery. FIG.

図3に示すように、本発明に係る組電池300は、本発明のリチウムイオン二次電池が複数、直列に又は並列に接続して装脱着可能な小型の組電池250を形成し、この装脱着可能な小型の組電池250をさらに複数、直列に又は並列に接続した組電池300であってもよい。作成した装脱着可能な小型の組電池250は、バスバーのような電気的な接続手段を用いて相互に接続し、この組電池250は接続治具310を用いて複数段積層される。   As shown in FIG. 3, an assembled battery 300 according to the present invention forms a small assembled battery 250 in which a plurality of lithium ion secondary batteries according to the present invention are connected in series or in parallel to be detachable. The battery pack 300 may further include a plurality of detachable small battery packs 250 connected in series or in parallel. The small assembled battery 250 that can be attached and detached is connected to each other using an electrical connection means such as a bus bar, and the assembled battery 250 is stacked in a plurality of stages using a connection jig 310.

[車両]
本発明はまた、前記の電池、または組電池を搭載した車両を提供する。
[vehicle]
The present invention also provides a vehicle equipped with the battery or the assembled battery.

本発明の車両は、本発明の双極型二次電池またはこれらを複数個組み合わせてなる組電池を搭載したことを特徴とするものである。本発明の双極型二次電池またはこれを複数個組み合わせてなる組電池は、車両の駆動用電源として用いられる。本発明の双極型二次電池または組電池を車両、例えば、自動車ならばハイブリッド車、燃料電池車、電気自動車(いずれも四輪車(乗用車、トラック、バスなどの商用車、軽自動車など)のほか、二輪車(バイク)や三輪車を含む)に用いることにより高寿命で信頼性の高い自動車となるからである。ただし、用途が自動車に限定されるわけではなく、例えば、他の車両、例えば、電車などの移動体の各種電源であっても適用は可能であるし、無停電電源装置などの載置用電源として利用することも可能である。   The vehicle of the present invention is equipped with the bipolar secondary battery of the present invention or an assembled battery formed by combining a plurality of these. The bipolar secondary battery of the present invention or an assembled battery formed by combining a plurality of these is used as a power source for driving a vehicle. The bipolar secondary battery or the assembled battery of the present invention is used in a vehicle such as a hybrid vehicle, a fuel cell vehicle, and an electric vehicle (for example, a four-wheeled vehicle (a commercial vehicle such as a passenger car, a truck, a bus, a light vehicle)). In addition, because it is used for motorcycles (including motorcycles and tricycles), it becomes a long-life and highly reliable automobile. However, the application is not limited to automobiles. For example, it can be applied to various power sources for moving vehicles such as other vehicles, for example, trains, and power sources for mounting such as uninterruptible power supplies. It is also possible to use as.

図4は、上記の組電池を搭載した車両の概念図である。図4に示したように、組電池300を電気自動車400のような車両に搭載するには、電気自動車400の車体中央部の座席下に搭載する。座席下に搭載すれば、車内空間およびトランクルームを広く取ることができるからである。なお、組電池300を搭載する場所は、座席下に限らず、後部トランクルームの下部でもよいし、車両前方のエンジンルームでも良い。以上のような組電池300を用いた電気自動車400は高い耐久性を有し、長期間使用しても十分な出力を提供しうる。さらに、燃費、走行性能に優れた電気自動車、ハイブリッド自動車を提供できる。本発明の組電池を搭載した車両としては、図4に示すような電気自動車のほか、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車などに幅広く適用できるものである。   FIG. 4 is a conceptual diagram of a vehicle equipped with the above assembled battery. As shown in FIG. 4, in order to mount the assembled battery 300 on a vehicle such as the electric vehicle 400, the battery pack 300 is mounted under the seat at the center of the vehicle body of the electric vehicle 400. This is because if it is installed under the seat, the interior space and the trunk room can be widened. The place where the assembled battery 300 is mounted is not limited to the position under the seat, but may be a lower part of the rear trunk room or an engine room in front of the vehicle. The electric vehicle 400 using the assembled battery 300 as described above has high durability and can provide sufficient output even when used for a long period of time. Furthermore, it is possible to provide electric vehicles and hybrid vehicles that are excellent in fuel efficiency and running performance. A vehicle equipped with the assembled battery of the present invention can be widely applied to a hybrid vehicle, a fuel cell vehicle and the like in addition to an electric vehicle as shown in FIG.

続いて、本発明の電解液およびそれを用いた二次電池の製造方法を説明する。   Then, the manufacturing method of the electrolyte solution of this invention and a secondary battery using the same is demonstrated.

[製造方法]
(1)電解液
本発明の電解液は、溶媒であるグライムに、アルカリ金属塩を混合して溶解させれば調製でき、特に混合方法等に制限はない。混合の際は、水の混入を防ぐために不活性ガス雰囲気下、例えば、窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス等の雰囲気下で混合することが好ましい。より好ましくはアルゴンガス雰囲気下である。混合する際の温度は20〜80℃が好ましい。また、アルカリ金属塩を溶解させるために、スターラー等を用いて攪拌してもよい。グライムの種類の選定、アルカリ金属塩とグライムの混合比等の条件は、上記したとおりである。
[Production method]
(1) Electrolytic Solution The electrolytic solution of the present invention can be prepared by mixing and dissolving an alkali metal salt in glyme which is a solvent, and there is no particular limitation on the mixing method and the like. In mixing, it is preferable to mix in an inert gas atmosphere, for example, an atmosphere of nitrogen gas, helium gas, argon gas, or the like, in order to prevent water from being mixed. More preferably, it is in an argon gas atmosphere. The temperature during mixing is preferably 20 to 80 ° C. Further, in order to dissolve the alkali metal salt, stirring may be performed using a stirrer or the like. Conditions such as selection of the type of glyme and the mixing ratio of alkali metal salt and glyme are as described above.

(2)正極活物質層の形成
正極活物質材料は通常はスラリー(正極用スラリー)として得られ、集電体の表面に塗布される。正極用スラリーは、正極活物質を含み、他成分として、導電助剤、バインダ、重合開始剤、電解液、支持塩およびスラリー粘度調整溶媒などが任意で含まれる。正極用スラリーは、これらの材料を所定の比率で溶媒中で混合して作製することができる。
(2) Formation of Positive Electrode Active Material Layer The positive electrode active material is usually obtained as a slurry (positive electrode slurry) and applied to the surface of the current collector. The positive electrode slurry contains a positive electrode active material, and optionally includes a conductive additive, a binder, a polymerization initiator, an electrolytic solution, a supporting salt, a slurry viscosity adjusting solvent, and the like. The positive electrode slurry can be prepared by mixing these materials in a solvent at a predetermined ratio.

バインダは、活物質などの固形分と粉末状態で混合してから溶媒を加えて混合する方法で正極用スラリー中に混合できる。または、あらかじめ少量の溶媒に溶解させてから活物質および溶媒を含む混合物に添加する方法で正極用スラリー中に混合してもよい。   The binder can be mixed in the positive electrode slurry by a method in which the binder is mixed with a solid content such as an active material in a powder state and then mixed with a solvent. Or you may mix in the slurry for positive electrodes by the method of making it dissolve in a small amount of solvent previously, and adding to the mixture containing an active material and a solvent.

溶媒の種類や混合手段は特に制限されず、従来公知の知見が適宜参照されうる。溶媒の一例を挙げると、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルホルムアミドなどが用いられうる。   The kind of solvent and the mixing means are not particularly limited, and conventionally known knowledge can be referred to as appropriate. As an example of the solvent, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethylformamide, dimethylacetamide, methylformamide and the like can be used.

続いて、調製した正極用スラリーを、集電体の一面に塗布し、塗膜を形成する。正極用スラリーを塗布するための塗布手段も特に限定されないが、例えば、アプリケータ、自走型コータなどの一般的に用いられている手段が採用されうる。塗布手段として、スクリーン印刷、インクジェット方式、ドクターブレード方式、またはこれらの組み合わせを用いると、薄い層が形成されうる。   Subsequently, the prepared slurry for positive electrode is applied to one surface of the current collector to form a coating film. The application means for applying the positive electrode slurry is not particularly limited. For example, commonly used means such as an applicator and a self-propelled coater may be employed. A thin layer can be formed by using screen printing, an inkjet method, a doctor blade method, or a combination thereof as the application means.

その後、集電体の表面に形成された塗膜を乾燥させる。これにより、塗膜中の溶媒が除去される。塗膜を乾燥させるための乾燥手段も特に制限されず、電極製造について従来公知の知見が適宜参照されうる。例えば、加熱処理が例示される。乾燥条件(乾燥時間、乾燥温度など)は、正極用スラリーの塗布量やスラリーの溶媒の揮発速度に応じて適宜設定されうる。乾燥は真空乾燥機などを用いることができる。乾燥の条件は塗布された正極用スラリーに応じて決定され、一義的に規定できないが、通常は40〜150℃で5分〜20時間である。   Thereafter, the coating film formed on the surface of the current collector is dried. Thereby, the solvent in a coating film is removed. The drying means for drying the coating film is not particularly limited, and conventionally known knowledge about electrode production can be appropriately referred to. For example, heat treatment is exemplified. Drying conditions (drying time, drying temperature, etc.) can be appropriately set according to the coating amount of the positive electrode slurry and the volatilization rate of the solvent of the slurry. For drying, a vacuum dryer or the like can be used. The drying conditions are determined according to the applied positive electrode slurry and cannot be uniquely defined, but are usually 40 to 150 ° C. and 5 minutes to 20 hours.

(3)負極活物質層の形成
集電体の表面に、負極活物質材料(負極用スラリー)を塗布する。負極用スラリーは、負極活物質を含む溶液である。他成分として、導電助剤、バインダ、重合開始剤、電解液、支持塩およびスラリー粘度調整溶媒などが任意で含まれる。使用される原料や添加量については、上述したとおりである。
(3) Formation of negative electrode active material layer A negative electrode active material (negative electrode slurry) is applied to the surface of the current collector. The negative electrode slurry is a solution containing a negative electrode active material. As other components, a conductive additive, a binder, a polymerization initiator, an electrolytic solution, a supporting salt, a slurry viscosity adjusting solvent, and the like are optionally included. About the raw material used and addition amount, it is as having mentioned above.

負極用スラリーは、上記の正極活物質層形成の場合と同様にして集電体上に塗布する。その後、負極用スラリーが塗布された集電体を乾燥して、含まれる溶媒を除去する。乾燥についても、上記の正極活物質層形成の場合と同様である。   The negative electrode slurry is applied on the current collector in the same manner as in the case of forming the positive electrode active material layer. Thereafter, the current collector coated with the negative electrode slurry is dried to remove the contained solvent. The drying is the same as in the case of forming the positive electrode active material layer.

(4)プレス工程
上記の手順で正極活物質層を形成した集電体および負極活物質層を形成した集電体は、それぞれ、表面の平滑性および厚さの均一性を向上させるため、かつ所望の膜厚になるように、プレス操作を行うことが好ましい。
(4) Pressing step The current collector formed with the positive electrode active material layer and the current collector formed with the negative electrode active material layer by the above procedure are improved in surface smoothness and thickness uniformity, and It is preferable to perform a pressing operation so as to obtain a desired film thickness.

プレス操作は冷間でプレスロールする方法または熱間でプレスロールする方法のいずれの方法でもよい。熱間でプレスロールする方法の場合は、電解質支持塩や重合性ポリマーが活物質層に含まれていれば、それらが分解する温度以下で行うのが望ましい。プレス圧力は好ましくは線圧で20〜100t/m、より好ましくは30〜80t/m、さらに好ましくは40〜70t/mとすることが望ましい。しかしながら、プレス圧力や時間等の条件は材料や所望の膜厚によって変わってくるため、この範囲に特に限定はされない。   The press operation may be either a cold press roll method or a hot press roll method. In the case of a hot-rolling method, if an electrolyte supporting salt or a polymerizable polymer is contained in the active material layer, it is desirable to carry out at a temperature below which they decompose. The press pressure is preferably 20 to 100 t / m, more preferably 30 to 80 t / m, and even more preferably 40 to 70 t / m in linear pressure. However, conditions such as the pressing pressure and time vary depending on the material and the desired film thickness, and are not particularly limited to this range.

ロールプレス機としては、特に制限されるものではなく、カレンダーロールなど従来公知のロールプレス機を適宜利用することができる。但し、平板プレスなど従来公知の他の
プレス装置やプレス技術を適宜利用してもよい。
The roll press machine is not particularly limited, and a conventionally known roll press machine such as a calendar roll can be appropriately used. However, other conventionally known press devices and press techniques such as a flat plate press may be used as appropriate.

(6)電解質層の形成
電解質層は、上記のように、セパレータに本発明の電解液を保持させて構成することができる。電解質層を構成するにはセパレータに電解液を含浸させればよく、例えば、あらかじめ電解液をセパレータに浸み込ませてもよく、電解液含浸前のセパレータと電極を積層した後に、電解液を各セパレータに含浸させてもよい。二次電池内に電解質層を設けるには、従来公知の各種製造方法、例えば、電解液を浸み込ませたセパレータを双極型電極に挟み込んで積層する方法や真空注液法などにより製造できる。
(6) Formation of electrolyte layer As described above, the electrolyte layer can be constituted by holding the electrolytic solution of the present invention in the separator. To constitute the electrolyte layer, the separator may be impregnated with the electrolytic solution. For example, the electrolytic solution may be preliminarily soaked in the separator. Each separator may be impregnated. In order to provide the electrolyte layer in the secondary battery, it can be manufactured by various conventionally known manufacturing methods, for example, a method in which a separator in which an electrolytic solution is immersed is sandwiched between bipolar electrodes, a vacuum injection method, or the like.

また、セパレータに高分子ゲル電解質を保持させてなる高分子ゲル電解質層を用いることもできる。この場合には、セパレータに、例えば、高分子ゲル電解質の原料として、マトリックスポリマーと本発明の電解液、アルカリ金属塩、重合開始剤等からなるプレゲル溶液を含浸させる。その後、不活性雰囲気下で加熱乾燥と同時に重合(架橋反応を促進)させることによって製造される。   A polymer gel electrolyte layer in which a polymer gel electrolyte is held in a separator can also be used. In this case, the separator is impregnated with, for example, a pregel solution comprising a matrix polymer and the electrolytic solution of the present invention, an alkali metal salt, a polymerization initiator and the like as a raw material for the polymer gel electrolyte. Then, it manufactures by making it superpose | polymerize (acceleration of a crosslinking reaction) simultaneously with heat drying in inert atmosphere.

あるいは、別途、電極間に積層される電解質層またはその一部(電解質層厚さの半分程度の電解質膜)を準備する。この場合には、プレゲル溶液を、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム、ポリプロピレンフィルムなど適当なフィルム上に塗布し、不活性雰囲気下で硬化または加熱乾燥と同時に重合(架橋反応を促進)することによって製造される。   Alternatively, an electrolyte layer laminated between the electrodes or a part thereof (an electrolyte membrane having about half the electrolyte layer thickness) is prepared. In this case, the pregel solution is produced by coating a suitable film such as a polyethylene terephthalate (PET) film or a polypropylene film and polymerizing (accelerating the crosslinking reaction) simultaneously with curing or heat drying in an inert atmosphere. The

硬化または加熱乾燥は真空乾燥機(真空オーブン)などを用いることができる。加熱乾燥の条件は溶液またはプレゲル溶液に応じて決定され、一義的に規定できないが、通常は30〜110℃で0.5〜12時間である。   For curing or heat drying, a vacuum dryer (vacuum oven) or the like can be used. The conditions for heat drying are determined according to the solution or the pregel solution and cannot be uniquely defined, but are usually 30 to 110 ° C. and 0.5 to 12 hours.

(7)電極と電解質層との積層
上記のように、電極と電解質層とを別個に製造した場合には、双方を高真空下で十分加熱乾燥する。その後、所望によりそれぞれを適当なサイズに複数個切り出してもよい。この電極と電解質層とを所定数重ね合わせて、二次電池本体(電極積層体)を作製する。電極積層体の積層数は、二次電池に求める電池特性を考慮して決定される。電極と電解質層とを積層させて二次電池を得る工程では、電池内部に水分等が混入するのを防止する観点から、不活性雰囲気下で行うことが好ましい。例えば、アルゴン雰囲気下や窒素雰囲気下で双極型電池を作製するとよい。
(7) Lamination of electrode and electrolyte layer As described above, when the electrode and the electrolyte layer are produced separately, both are sufficiently heated and dried under high vacuum. Thereafter, a plurality of each may be cut into an appropriate size as desired. A predetermined number of these electrodes and electrolyte layers are overlapped to produce a secondary battery main body (electrode laminate). The number of electrode stacks is determined in consideration of battery characteristics required for the secondary battery. The step of obtaining the secondary battery by laminating the electrode and the electrolyte layer is preferably performed in an inert atmosphere from the viewpoint of preventing moisture and the like from entering the battery. For example, the bipolar battery may be manufactured under an argon atmosphere or a nitrogen atmosphere.

(8)絶縁層の形成
絶縁層を形成するには、例えば、電極積層体の電極形成部の周囲を、所定の幅でエポキシ樹脂(前駆体溶液)等を塗布する。この際、事前に電圧検知タブや電極端子板や電極リードや電極タブ、あるいはこれらを接続する必要のある集電体部分等を離型性マスキング材等を用いてマスキング処理しておく。その後エポキシ樹脂等を硬化させて、絶縁層を形成し、その後、マスキング材を剥がせばよい。
(8) Formation of Insulating Layer In order to form the insulating layer, for example, an epoxy resin (precursor solution) or the like is applied around the electrode forming portion of the electrode stack with a predetermined width. At this time, the voltage detection tab, the electrode terminal plate, the electrode lead, the electrode tab, or the current collector portion to which these need to be connected are masked in advance using a releasable masking material or the like. Thereafter, an epoxy resin or the like is cured to form an insulating layer, and then the masking material is peeled off.

(9)端子板、電極リード及びタブ(端子)の接続
二次電池本体(電池積層体)の両最外層の集電体上にはそれぞれ、正極タブ、負極タブを接合(電気的に接続)する。タブの接合方法としては、接合温度の低い超音波溶接等が好適に利用し得るものであるが、これに限定されるべきものではなく、従来公知の接合方法を適宜利用することができる。
(9) Connection of terminal plate, electrode lead and tab (terminal) A positive electrode tab and a negative electrode tab are joined (electrically connected) to the outermost current collectors of the secondary battery body (battery laminate), respectively. To do. As a method for joining the tabs, ultrasonic welding or the like having a low joining temperature can be preferably used. However, the method is not limited to this, and a conventionally known joining method can be appropriately used.

(10)パッキング(電池の完成)
最後に、電池積層体全体を、外部からの衝撃、環境劣化を防止するために、電池缶に封入するか、アルミラミネートフィルム等の電池外装材で封止し、双極型電池を完成させる。封止の際には、正極タブ、負極タブの一端を電池外部に取り出す。
(10) Packing (battery completion)
Finally, in order to prevent external impact and environmental degradation, the entire battery stack is sealed in a battery can or sealed with a battery exterior material such as an aluminum laminate film to complete a bipolar battery. At the time of sealing, one end of the positive electrode tab and the negative electrode tab is taken out of the battery.

本発明の二次電池の構造としては、特に限定されず、形態・構造で区別した場合には、積層型(扁平型)電池、巻回型(円筒型)電池など、従来公知のいずれの形態・構造にも適用し得るものである。   The structure of the secondary battery of the present invention is not particularly limited, and when it is distinguished by the form and structure, any conventionally known form such as a stacked (flat) battery or a wound (cylindrical) battery is used.・ Applicable to structures.

(実施例1)
電解液の溶媒のグライムとして、以下に示すトリエチルグリコールジメチルエーテル(以下G3と称する)を使用した。アルカリ金属塩としては、以下の化学式で示すリチウム塩(以下LiTFSIと称する)を使用した。
Example 1
The following triethyl glycol dimethyl ether (hereinafter referred to as G3) was used as a glyme as a solvent for the electrolytic solution. As the alkali metal salt, a lithium salt represented by the following chemical formula (hereinafter referred to as LiTFSI) was used.

Figure 2010073489
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Figure 2010073489
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G3とLiTFSIを、モル換算で、Li/G3の比が、0.05、0.50、0.70、0.90、1.00、1.05、1.25となるように、25℃アルゴンガス雰囲気下でそれぞれ混合した。したがって、7種類の電解液を調製した。混合比の確認は、トリフルオロトルエンを基準物質として用いたNMR測定により実施した。   G3 and LiTFSI were converted to a molar ratio of 25 ° C. so that the Li / G3 ratio was 0.05, 0.50, 0.70, 0.90, 1.00, 1.05, 1.25. Each was mixed under an argon gas atmosphere. Therefore, seven types of electrolyte solutions were prepared. The mixing ratio was confirmed by NMR measurement using trifluorotoluene as a reference substance.

(実施例2)
電解液の溶媒のグライムとして、以下に示すテトラエチルグリコールジメチルエーテル(以下G4と称する)を使用した。アルカリ金属塩としては、実施例1で使用したものと同様のLiTFSIを使用した。
(Example 2)
Tetraethyl glycol dimethyl ether (hereinafter referred to as G4) shown below was used as a glyme as a solvent for the electrolytic solution. As the alkali metal salt, LiTFSI similar to that used in Example 1 was used.

Figure 2010073489
Figure 2010073489

G4とLiTFSIを、モル換算で、Li/G4の比が、0.05、0.50、0.70、0.90、1.00、1.05、1.25となるように、25℃アルゴンガス雰囲気下でそれぞれ混合し、7種類の電解液を調製した。混合比の確認は、トリフルオロトルエンを基準物質として用いたNMR測定により実施した。   G4 and LiTFSI at 25 ° C. so that the molar ratio of Li / G4 is 0.05, 0.50, 0.70, 0.90, 1.00, 1.05, 1.25 Seven types of electrolytes were prepared by mixing in an argon gas atmosphere. The mixing ratio was confirmed by NMR measurement using trifluorotoluene as a reference substance.

(実施例3)
実施例3では、実施例1と同様のG3およびLiTFSIを用いて、モル換算で、Li/G3の比が、2.0となるように混合し、電解液を調製した。
(Example 3)
In Example 3, using the same G3 and LiTFSI as in Example 1, mixing was performed so that the Li / G3 ratio was 2.0 in terms of molarity, thereby preparing an electrolytic solution.

(実施例4)
実施例4では、実施例2と同様のG4およびLiTFSIを用いて、モル換算で、Li/G4の比が、2.0となるように混合し、電解液を調製した。
Example 4
In Example 4, using the same G4 and LiTFSI as in Example 2, mixing was performed so that the Li / G4 ratio was 2.0 in terms of molarity, thereby preparing an electrolytic solution.

(比較例1)
比較例1では、実施例1との比較のために、アルカリ金属塩を溶解させず、実施例1の溶媒と同様のG3のみを使用した。
(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, for comparison with Example 1, the alkali metal salt was not dissolved and only G3 similar to the solvent of Example 1 was used.

(比較例2)
比較例2では、実施例2との比較のために、アルカリ金属塩を溶解させず、実施例1の溶媒と同様のG4のみを使用した。
(Comparative Example 2)
In Comparative Example 2, for comparison with Example 2, the alkali metal salt was not dissolved and only G4 similar to the solvent of Example 1 was used.

(導電性評価)
実施例1〜4で得られた電解液の導電性(イオン伝導度)を、交流インピーダンス法により測定して評価した。インピーダンスアナライザとしては、Princeton Applied Research社製 EG8/PAR、 VMPs Multi Potentiostatを評価装置として用いた。測定条件は、測定周波数範囲500kHz〜1Hz、印加電圧10mVとした。導電性については、実施例1および2では、グライムとアルカリ金属塩の混合比1:1(モル比)の電解液について測定を行った。測定結果を、下記表1に示す。
(Conductivity evaluation)
The electroconductivity (ionic conductivity) of the electrolyte solutions obtained in Examples 1 to 4 was measured and evaluated by the AC impedance method. As the impedance analyzer, EG8 / PAR and VMPs Multi Potentiostat manufactured by Princeton Applied Research were used as an evaluation apparatus. The measurement conditions were a measurement frequency range of 500 kHz to 1 Hz and an applied voltage of 10 mV. Regarding the conductivity, in Examples 1 and 2, measurement was performed on an electrolyte solution having a mixing ratio of 1: 1 (molar ratio) of glyme and alkali metal salt. The measurement results are shown in Table 1 below.

(熱安定性評価)
実施例1〜4および比較例1〜2で得られた電解液の熱安定性の評価は、Seiko Instrument社製 TG/DTA6200を用いた熱重量測定により行った。測定は、昇温速度を10℃/minとして室温から550℃まで昇温させる方法と、温度を100℃に固定して、時間経過により重量減少を求める方法で行った。熱安定性については、実施例1および2では、グライムとアルカリ金属塩の混合比1:1(モル比)の電解液について測定を行った。測定結果を、下記表1に示す。
(Thermal stability evaluation)
Evaluation of the thermal stability of the electrolyte solutions obtained in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 2 was performed by thermogravimetry using a TG / DTA6200 manufactured by Seiko Instrument. The measurement was performed by a method of increasing the temperature from room temperature to 550 ° C. at a rate of temperature increase of 10 ° C./min, and a method of determining weight loss over time with the temperature fixed at 100 ° C. Regarding the thermal stability, in Examples 1 and 2, measurement was performed on an electrolyte solution having a mixing ratio of 1: 1 (molar ratio) of glyme and alkali metal salt. The measurement results are shown in Table 1 below.

Figure 2010073489
Figure 2010073489

表1から分かるように、溶媒がG3である実施例1および3と、比較例1とを比較すると、熱安定性については、重量が5%減少する温度は、本発明の電解液は溶媒のみの場合よりも高くなっている。加えて、100℃における10%重量減少までの時間も、本発明の電解液は溶媒のみの場合よりも大幅に長くなっている。したがって、本発明の電解液は、グライムとアルカリ金属塩が錯体を形成することにより、熱安定性に優れたものとなっていることが分かる。また、特にグライムに対するアルカリ金属塩の混合比が、モル換算で、0.70〜1.25の範囲にある実施例1は、実施例3に比較して、同程度の導電性を確保しつつも、熱安定性がさらに向上していることが分かる。   As can be seen from Table 1, when Examples 1 and 3 in which the solvent is G3 and Comparative Example 1 are compared, the thermal stability is such that the temperature at which the weight decreases by 5% indicates that the electrolyte of the present invention is the solvent only. It is higher than the case. In addition, the time to 10% weight loss at 100 ° C. is significantly longer than that of the solvent of the present invention alone. Therefore, it can be seen that the electrolytic solution of the present invention is excellent in thermal stability because glyme and alkali metal salt form a complex. In particular, Example 1 in which the mixing ratio of the alkali metal salt to glyme is within a range of 0.70 to 1.25 in terms of moles is assured to have the same degree of conductivity as compared to Example 3. It can be seen that the thermal stability is further improved.

また、溶媒がG4である実施例2および4と、比較例2とを比較すると、溶媒がG3の場合と同様の傾向があることが分かる。すなわち、熱安定性については、重量が5%減少する温度は、本発明の電解液は溶媒のみの場合よりも高く、100℃における10%重量減少までの時間も、本発明の電解液は溶媒のみの場合よりも長くなっている。したがって、本発明の電解液は、グライムの種類が異なっても、グライムとアルカリ金属塩が錯体を形成することにより、熱安定性に優れたものとなっていることが分かる。また、特にグライムに対するアルカリ金属塩の混合比が、モル換算で、0.70〜1.25の範囲にある実施例2は、実施例4に比較して、同程度の導電性を確保しつつも、熱安定性がさらに向上していることが分かる。   Further, when Examples 2 and 4 in which the solvent is G4 and Comparative Example 2 are compared, it can be seen that there is a tendency similar to that in the case where the solvent is G3. That is, with respect to thermal stability, the temperature at which the weight is reduced by 5% is higher than that in the case where the electrolytic solution of the present invention is a solvent alone. It is longer than just the case. Therefore, it can be seen that the electrolytic solution of the present invention is excellent in thermal stability by forming a complex between glyme and alkali metal salt even if the kind of glyme is different. In particular, Example 2 in which the mixing ratio of the alkali metal salt to glyme is in the range of 0.70 to 1.25 in terms of mole is ensuring the same degree of conductivity as compared to Example 4. It can be seen that the thermal stability is further improved.

(電気化学的安定性評価)
実施例1および2で得られた7種類の混合比の電解液の電気化学的安定性を、Linear sweep voltammetry法により評価した。評価装置として、Princeton Applied Research社製 EG8/PAR, VMPs Multi Potentiostatを使用した。この際、作用極:白金、対極兼参照極:リチウムとした2極式セルで測定した。測定結果は図5のグラフに示す。
(Electrochemical stability evaluation)
The electrochemical stability of the seven types of mixing ratio electrolytes obtained in Examples 1 and 2 was evaluated by the linear sweep voltammetry method. EG8 / PAR, VMPs Multi Potentiostat manufactured by Princeton Applied Research, Inc. was used as an evaluation apparatus. In this case, the measurement was performed with a two-electrode cell in which the working electrode was platinum and the counter electrode and reference electrode was lithium. The measurement results are shown in the graph of FIG.

図5のグラフの横軸は、Li/G3またはLi/G4の混合モル比を示し、縦軸は電解液の酸化電位を表わしている。酸化電位は溶媒の種類によって異なるものの、本発明の電解液は、車両用二次電池に必要とされる4.5V以上の酸化電位を実現できることが分かる。また、そのような高電圧に耐えうる電解液を得るには、グライムに対するアルカリ金属塩の混合比が、モル換算で、0.70〜1.25の範囲であると好適であることが分かる。   The horizontal axis of the graph of FIG. 5 represents the mixing molar ratio of Li / G3 or Li / G4, and the vertical axis represents the oxidation potential of the electrolytic solution. Although the oxidation potential varies depending on the type of solvent, it can be seen that the electrolytic solution of the present invention can realize an oxidation potential of 4.5 V or more required for a vehicle secondary battery. Moreover, in order to obtain the electrolyte solution which can endure such a high voltage, it turns out that it is suitable that the mixing ratio of the alkali metal salt with respect to a glyme is the range of 0.70-1.25 in molar conversion.

(実施例5)
電解液は、アルカリ金属塩としてLiTFSI、溶媒としてG3を使用し、G3に対するLiTFSIの比が、モル換算で混合比1.0となるように、25℃でアルゴンガス雰囲気下で混合した。
(Example 5)
The electrolyte used LiTFSI as the alkali metal salt and G3 as the solvent, and was mixed in an argon gas atmosphere at 25 ° C. so that the ratio of LiTFSI to G3 was 1.0 in terms of molar ratio.

正極活物質として、LiCoO、導電助剤としてアセチレンブラック、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン(PVdF)を使用した。これらの材料を、LiCoOまたはLiFePO:アセチレンブラック:PVdFが、質量比で85:9:6になるように混合した。この際、溶媒として適量のN−メチルピロリドン(NMP)を使用し、ペースト状に混合した。得られた混合物を、集電体としてアルミニウム箔(厚さ10μm)上にプレス後の厚みが20μm程度になるように塗付した。ペーストを塗布した集電体を0.1MPa、80℃で24時間充分に乾燥後、プレスして正極とした。 LiCoO 2 was used as the positive electrode active material, acetylene black was used as the conductive auxiliary agent, and polyvinylidene fluoride (PVdF) was used as the binder. These materials were mixed so that LiCoO 2 or LiFePO 4 : acetylene black: PVdF was in a mass ratio of 85: 9: 6. At this time, an appropriate amount of N-methylpyrrolidone (NMP) was used as a solvent and mixed in a paste form. The obtained mixture was applied on an aluminum foil (thickness 10 μm) as a current collector so that the thickness after pressing was about 20 μm. The current collector coated with the paste was sufficiently dried at 0.1 MPa and 80 ° C. for 24 hours and then pressed to obtain a positive electrode.

上記のように調製した電解液を厚さ20μmのポリオレフィン製セパレータに25℃で30分間浸漬させた。このセパレータを、作製した正極と、金属リチウム(厚さ200μm)をステンレスディスク(厚さ7mm)に貼り付けた負極で挟んだ。これらをSUS304製の電池缶に配し、密封した。   The electrolyte prepared as described above was immersed in a polyolefin separator having a thickness of 20 μm at 25 ° C. for 30 minutes. This separator was sandwiched between the produced positive electrode and a negative electrode in which metallic lithium (thickness: 200 μm) was attached to a stainless steel disk (thickness: 7 mm). These were placed in a battery can made of SUS304 and sealed.

上記のようにして得られた二次電池について、充放電試験を行い、放電容量を求めた。充放電評価は、0.125Cレートで定電流充電し、充放電電圧は3.0−4.2Vの範囲として実施した。放電条件は0.125Cであった。以上の評価は、30℃一定に保持された恒温槽中で実施した。評価結果は、後掲の表2に示す。表2中、−は、放電容量が低下したため測定を終了したことを示す。   The secondary battery obtained as described above was subjected to a charge / discharge test to determine the discharge capacity. The charge / discharge evaluation was carried out with a constant current charge at a rate of 0.125C and a charge / discharge voltage range of 3.0-4.2V. The discharge condition was 0.125C. The above evaluation was carried out in a thermostatic bath kept constant at 30 ° C. The evaluation results are shown in Table 2 below. In Table 2, “-” indicates that the measurement was completed because the discharge capacity was reduced.

(実施例6)
実施例6では、正極活物質としてLiFePOを使用した以外は、実施例5と同様にして二次電池を作製した。得られた二次電池について、実施例5と同様の充放電試験を実施した。その結果を後掲の表2に示す。
(Example 6)
In Example 6, a secondary battery was produced in the same manner as in Example 5 except that LiFePO 4 was used as the positive electrode active material. About the obtained secondary battery, the same charging / discharging test as Example 5 was implemented. The results are shown in Table 2 below.

(実施例7)
実施例7では、電解液の溶媒としてG4を使用した以外は、実施例5と同様にして二次電池を作製した。得られた二次電池について、実施例5と同様の充放電試験を実施した。その結果を後掲の表2に示す。
(Example 7)
In Example 7, a secondary battery was produced in the same manner as in Example 5 except that G4 was used as a solvent for the electrolytic solution. About the obtained secondary battery, the same charging / discharging test as Example 5 was implemented. The results are shown in Table 2 below.

(実施例8)
実施例8では、電解液の溶媒としてG4、正極活物質としてLiFePOを使用した以外は、実施例5と同様にして二次電池を作製した。得られた二次電池について、実施例5と同様の充放電試験を実施した。その結果を後掲の表2に示す。
(Example 8)
In Example 8, a secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 5 except that G4 was used as the solvent for the electrolytic solution and LiFePO 4 was used as the positive electrode active material. About the obtained secondary battery, the same charging / discharging test as Example 5 was implemented. The results are shown in Table 2 below.

(実施例9)
実施例9では、電解液のLiTFSIとG3とを、モル換算で混合比4.0(Li/G3)とした以外は、実施例5と同様にして二次電池を作製した。得られた二次電池について、実施例5と同様の充放電試験を実施した。その結果を後掲の表2に示す。
Example 9
In Example 9, a secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 5 except that LiTFSI and G3 of the electrolytic solution were mixed in a molar ratio of 4.0 (Li / G3). About the obtained secondary battery, the same charging / discharging test as Example 5 was implemented. The results are shown in Table 2 below.

(実施例10)
実施例10では、電解液のLiTFSIとG3とを、モル換算で混合比4.0(Li/G3)とし、正極活物質としてLiFePOを使用した以外は、実施例5と同様にして二次電池を作製した。得られた二次電池について、実施例5と同様の充放電試験を実施した。その結果を後掲の表2に示す。
(Example 10)
In Example 10, the secondary electrolyte was LiTFSI and G3 in the same manner as in Example 5 except that the mixing ratio was 4.0 (Li / G3) in terms of mole and LiFePO 4 was used as the positive electrode active material. A battery was produced. About the obtained secondary battery, the same charging / discharging test as Example 5 was implemented. The results are shown in Table 2 below.

(実施例11)
実施例11では、電解液の溶媒としてG4を使用し、電解液のLiTFSIとG4とを、モル換算で混合比4.0(Li/G4)とした以外は、実施例5と同様にして二次電池を作製した。得られた二次電池について、実施例5と同様の充放電試験を実施した。その結果を後掲の表2に示す。
(Example 11)
In Example 11, G4 was used as the solvent of the electrolytic solution, and LiTFSI and G4 of the electrolytic solution were changed to a molar ratio of 4.0 (Li / G4). A secondary battery was produced. About the obtained secondary battery, the same charging / discharging test as Example 5 was implemented. The results are shown in Table 2 below.

(実施例12)
実施例12では、電解液の溶媒としてG4、正極活物質としてLiFePOを使用し、電解液のLiTFSIとG4とを、モル換算で混合比4.0(Li/G4)とした以外は、実施例5と同様にして二次電池を作製した。得られた二次電池について、実施例5と同様
の充放電試験を実施した。その結果を後掲の表2に示す。
Example 12
Example 12 was carried out except that G4 was used as the solvent of the electrolytic solution, LiFePO 4 was used as the positive electrode active material, and LiTFSI and G4 of the electrolytic solution were mixed in a molar ratio of 4.0 (Li / G4). A secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 5. About the obtained secondary battery, the same charging / discharging test as Example 5 was implemented. The results are shown in Table 2 below.

Figure 2010073489
Figure 2010073489

表2の結果から、本発明の二次電池はいずれも10サイクル程度まで安定したサイクル特性を示したことが分かる。そのうち、アルカリ金属塩とグライムとの混合比がモル換算で0.7〜1.25の範囲にある実施例5〜8は、特に優れたサイクル特性を示し、200サイクル以上の安定した充放電が行えることが分かる。このことは、リチウム塩とG3またはG4との錯構造の形成が、電解液の電気化学的安定性に寄与したためと考えられる。   From the results in Table 2, it can be seen that all the secondary batteries of the present invention exhibited stable cycle characteristics up to about 10 cycles. Among them, Examples 5 to 8 in which the mixing ratio of the alkali metal salt and glyme is in the range of 0.7 to 1.25 in terms of mole show particularly excellent cycle characteristics, and stable charge / discharge of 200 cycles or more is achieved. I understand that I can do it. This is presumably because the formation of a complex structure between the lithium salt and G3 or G4 contributed to the electrochemical stability of the electrolytic solution.

本発明の一実施形態である非双極型二次電池の全体構造を模式的に表わした概略断面図である。1 is a schematic cross-sectional view schematically showing the overall structure of a non-bipolar secondary battery that is an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態である双極型二次電池の全体構造を模式的に表わした概略断面図である。1 is a schematic cross-sectional view schematically showing the entire structure of a bipolar secondary battery which is an embodiment of the present invention. 本発明の組電池の一実施形態の外観図であって、図3Aは平面図であり、図3Bは正面図であり、図3Cは側面図である。FIG. 3A is a plan view, FIG. 3B is a front view, and FIG. 3C is a side view of an embodiment of an assembled battery according to the present invention. 本発明の組電池を搭載した車両の概念図である。It is a conceptual diagram of the vehicle carrying the assembled battery of this invention. 実施例1および2で得られた電解液の電気化学的安定性評価の結果である。It is a result of electrochemical stability evaluation of the electrolyte solution obtained in Examples 1 and 2.

符号の説明Explanation of symbols

10 非双極型二次電池、
11 正極集電体、
11a 最外層正極集電体、
12、32 正極、
13、35 電解質層、
14 負極集電体、
15、33 負極、
16、36 単電池層、
17、37 発電要素、
18、38 正極タブ、
19、39 負極タブ、
20、40 正極端子リード、
21、41 負極端子リード、
22、42 電池外装材、
30 双極型二次電池、
31 集電体、
31a 正極側最外層集電体、
31b 負極側最外層集電体、
34 双極型電極、
34a 正極側電極
34b 負極側電極、
43 シール部(絶縁層)、
250 小型の組電池、
300 組電池、
310 接続治具、
400 電気自動車。
10 Non-bipolar secondary battery,
11 positive electrode current collector,
11a Outermost layer positive electrode current collector,
12, 32 positive electrode,
13, 35 electrolyte layer,
14 negative electrode current collector,
15, 33 negative electrode,
16, 36 cell layer,
17, 37 Power generation element,
18, 38 positive electrode tab,
19, 39 negative electrode tab,
20, 40 Positive terminal lead,
21, 41 Negative terminal lead,
22, 42 Battery exterior material,
30 Bipolar secondary battery,
31 current collector,
31a positive electrode side outermost layer current collector,
31b negative electrode side outermost layer current collector,
34 Bipolar electrode,
34a Positive electrode side electrode 34b Negative electrode side electrode,
43 Sealing part (insulating layer),
250 small battery pack,
300 battery packs,
310 connection jig,
400 Electric car.

Claims (10)

アルカリ金属イオンを吸蔵脱離する正極および負極並びに電解液を含む二次電池に使用される電解液であって、
電解液の溶媒としてグライムのみと、
電解液の溶質としてアルカリ金属塩と、
を含み、前記グライムと前記アルカリ金属塩との少なくとも一部が錯体を形成していることを特徴とする電解液。
An electrolyte used for a secondary battery including a positive electrode and a negative electrode that absorb and desorb alkali metal ions and an electrolyte,
Only glyme as a solvent for the electrolyte,
An alkali metal salt as a solute of the electrolyte,
And at least a part of the glyme and the alkali metal salt forms a complex.
前記グライムに対する前記アルカリ金属塩の混合比が、モル換算で0.70〜1.25である請求項1に記載の電解液。   2. The electrolytic solution according to claim 1, wherein a mixing ratio of the alkali metal salt to the glyme is 0.70 to 1.25 in terms of mole. 前記電解液の酸化電位が4.5〜5.3Vである請求項1または2に記載の電解液。   The electrolytic solution according to claim 1 or 2, wherein an oxidation potential of the electrolytic solution is 4.5 to 5.3V. 前記グライムが、下記式
Figure 2010073489
ここで、Rは、炭素数1〜9のフッ素置換されていてもよいアルキル基、ハロゲン原子で置換されていてもよいフェニル基、およびハロゲン原子で置換されていてもよいシクロヘキシル基のいずれかであり、xは1〜5である、
で表される少なくとも一種である請求項1〜3のいずれか一項に記載の電解液。
The grime has the following formula
Figure 2010073489
Here, R is any one of an alkyl group having 1 to 9 carbon atoms which may be substituted with fluorine, a phenyl group which may be substituted with a halogen atom, and a cyclohexyl group which may be substituted with a halogen atom. X is 1-5,
The electrolytic solution according to claim 1, wherein the electrolytic solution is at least one type represented by
前記アルカリ金属塩がMXで表され、ここで、Mはアルカリ金属、Xは、Cl、Br、I、BF、PF、CFSO、ClO、CFCO、AsF、SbF、AlCl、N(CFSOおよびN(CFCFSOからなる群から選ばれる少なくとも一種である請求項1〜4のいずれか一項に記載の電解液。 The alkali metal salt is represented by MX, where M is an alkali metal, X is Cl, Br, I, BF 4 , PF 6 , CF 3 SO 3 , ClO 4 , CF 3 CO 2 , AsF 6 , SbF. 6, AlCl 4, N (CF 3 SO 2) 2 and N (CF 3 CF 2 SO 2 ) electrolyte solution according to claim 1 is at least one selected from the group consisting of 2. アルカリ金属イオンを吸蔵脱離する正極および負極並びに請求項1〜5のいずれか一項に記載の電解液を含む二次電池。   The secondary battery containing the electrolyte solution as described in any one of Claims 1-5 and the positive electrode and negative electrode which occlude / desorb an alkali metal ion. 前記正極にアルカリ金属イオンを吸蔵脱離する正極活物質が含まれ、該正極活物質がリチウム遷移金属複合酸化物の少なくとも一種を含む請求項6に記載の二次電池。   The secondary battery according to claim 6, wherein the positive electrode includes a positive electrode active material that occludes and desorbs alkali metal ions, and the positive electrode active material includes at least one lithium transition metal composite oxide. 前記負極にアルカリ金属イオンを吸蔵脱離する負極活物質が含まれ、該負極活物質が、リチウム、炭素、ケイ素、アルミニウム、スズ、亜鉛およびマグネシウムからなる群から選ばれる少なくとも一種を含む請求項6または7に記載の二次電池。   The negative electrode includes a negative electrode active material that occludes and releases alkali metal ions, and the negative electrode active material includes at least one selected from the group consisting of lithium, carbon, silicon, aluminum, tin, zinc, and magnesium. Or the secondary battery according to 7. 請求項6〜8のいずれか一項に記載の二次電池が複数個接続された組電池。   The assembled battery in which the secondary battery as described in any one of Claims 6-8 was connected two or more. 請求項6〜8のいずれか一項に記載の二次電池または請求項9に記載の組電池を駆動用電源として搭載した車両。   A vehicle equipped with the secondary battery according to any one of claims 6 to 8 or the assembled battery according to claim 9 as a driving power source.
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