JP2011034698A - Nonaqueous electrolyte solution, and lithium secondary battery using nonaqueous electrolyte solution - Google Patents

Nonaqueous electrolyte solution, and lithium secondary battery using nonaqueous electrolyte solution Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a lithium secondary battery using a nonaqueous electrolyte solution capable of improving discharge characteristics at a large current. <P>SOLUTION: The lithium secondary battery 20 is provided with an electrode group with a positive electrode plate 1 and a negative electrode plate 2 wound around through a separator 3. The electrode group is housed in a battery container 6. The nonaqueous electrolyte solution is injected into the battery container 6. The nonaqueous electrolyte solution has an organic compound having a phosphorus-oxygen double bond and lithium salt both dissolved in organic solvent. The organic compound has: one phosphorus atom; one oxygen atom double-bonded to the phosphorus atom; and three substituents bonded to the phosphorus atom. Each of the three substituents has the carbon number of 1 to 10, has at least one oxygen atom and that has at least one out of atoms of elements of hydrogen, sulfur, oxygen, nitrogen, fluorine, chlorine, bromine and iodine. As the lithium salt, LiBF<SB>4</SB>is used. Thus, ion conductivity of the nonaqueous electrolyte solution is improved. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は非水電解液および非水電解液を用いたリチウム二次電池に係り、特に、リン−酸素二重結合を有する有機化合物が含有された非水電解液および該非水電解液を用いたリチウム二次電池に関する。   The present invention relates to a non-aqueous electrolyte and a lithium secondary battery using the non-aqueous electrolyte, and in particular, a non-aqueous electrolyte containing an organic compound having a phosphorus-oxygen double bond and the non-aqueous electrolyte. The present invention relates to a lithium secondary battery.

携帯電話や携帯用パソコンなどの移動体通信技術の発達、普及に伴い、これらの電源に対する要求が高まり、小型化、高エネルギー密度化がますます要望されている。更には、深夜電力の貯蔵電源や、太陽電池や風力発電と組み合わせた電力貯蔵用電源の開発も進められている。一方では、電気自動車や電力を動力の一部に用いたハイブリッド車、ハイブリッド電車の実用化も進められている。   With the development and popularization of mobile communication technologies such as cellular phones and portable personal computers, demands for these power sources are increasing, and there is an increasing demand for miniaturization and high energy density. Furthermore, the development of a storage power source for late-night power and a power storage power source combined with solar cells and wind power generation is also in progress. On the other hand, commercialization of an electric vehicle, a hybrid vehicle using electric power as a part of power, and a hybrid train are being promoted.

移動体通信用や電力貯蔵用の電源としては、非水電解液を用いたリチウム二次電池が広く使用されている。この非水電解液では、通常、有機溶媒に電解質としてリチウム塩が溶解されている。非水電解液の有機溶媒には鎖状や環状のエーテル化合物ないしエステル化合物が用いられており、リチウム塩には6フッ化リン酸リチウム(LiPF)が汎用されている(例えば、特許文献1参照)。ところが、電池使用時に高温にさらされるとLiPFの安定性が損なわれることがあり、また、電解液中に微量水分が混入したときに加水分解を招くこともある。熱的安定性や耐加水分解性の向上を図ることを目的として、例えば、リチウム塩に、LiBF、LiCFSOやLi(CFSONやLiClOやLiB(C、LiBF(C)等も用いられている。 As a power source for mobile communication and power storage, a lithium secondary battery using a non-aqueous electrolyte is widely used. In this nonaqueous electrolytic solution, a lithium salt is usually dissolved as an electrolyte in an organic solvent. A chain or cyclic ether compound or ester compound is used as the organic solvent of the non-aqueous electrolyte, and lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) is widely used as the lithium salt (for example, Patent Document 1). reference). However, when the battery is exposed to high temperatures during use, the stability of LiPF 6 may be impaired, and hydrolysis may be caused when a minute amount of water is mixed in the electrolytic solution. For the purpose of improving thermal stability and hydrolysis resistance, for example, lithium salts include LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, LiClO 4, and LiB (C 2 O 4) 2, LiBF 2 (C 2 O 4) , etc. are also used.

特開平5−41244号公報JP-A-5-41244

しかしながら、上述したLiPFでは、イオン伝導度が大きくなる、電極表面上でも副反応を起こし難くなる等の利点もあるが、熱的安定性に乏しい、という欠点もある。また、電解液中で加水分解を招くことで、加水分解生成物が電極表面に堆積するため、電池の内部抵抗が増大し、電池容量の低下を招く、という問題も引き起こすことがある。上述した種々の電解質が用いられた場合でも、有機溶媒への溶解度の低下やイオン伝導度の低下、粘度上昇、高電圧雰囲気下での電気化学的安定性の低下、アルミニウム集電体の腐食等の問題を招くことがある。このため、高容量化や大電流での充放電が要求される用途におけるリチウム二次電池に対応するには、電池特性が充分とはいえないのが現状である。 However, LiPF 6 described above has advantages such as increased ionic conductivity and difficulty in causing side reactions even on the electrode surface, but also has the disadvantage of poor thermal stability. In addition, hydrolysis in the electrolytic solution causes hydrolysis products to accumulate on the electrode surface, which may cause a problem that the internal resistance of the battery increases and the battery capacity decreases. Even when the above-mentioned various electrolytes are used, there is a decrease in solubility in organic solvents, a decrease in ionic conductivity, an increase in viscosity, a decrease in electrochemical stability under a high voltage atmosphere, corrosion of an aluminum current collector, etc. May cause problems. For this reason, the present situation is that the battery characteristics are not sufficient to cope with lithium secondary batteries in applications requiring high capacity and charge / discharge with a large current.

本発明者らは、これらの問題を解決するために、非水電解液について鋭意研究を重ねた結果、リン(P)−酸素(O)二重結合を有する有機化合物を溶解させた非水電解液を用いることで、電池の経時劣化が小さく電池の保存特性や高率放電特性に優れることを見出した。   In order to solve these problems, the present inventors have conducted extensive research on non-aqueous electrolytes. As a result, non-aqueous electrolysis in which an organic compound having a phosphorus (P) -oxygen (O) double bond is dissolved is used. It has been found that by using the liquid, deterioration of the battery over time is small, and the battery has excellent storage characteristics and high rate discharge characteristics.

本発明は上記事案に鑑み、大電流での放電特性を改善することができるリチウム二次電池用非水電解液および該非水電解液を用いたリチウム二次電池を提供することを課題とする。   An object of the present invention is to provide a non-aqueous electrolyte for a lithium secondary battery capable of improving discharge characteristics at a large current and a lithium secondary battery using the non-aqueous electrolyte.

上記課題を解決するために、本発明の第1の態様は、リン(P)−酸素(O)二重結合を有しイオン伝導性を向上させるための有機化合物であって、下記化学式(1)で表され、置換基R、RおよびRが、それぞれ、炭素数が1以上10以下の有機基であり、かつ、少なくとも1つの酸素原子と、水素、硫黄、窒素、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素の原子から選択される少なくとも1つの原子とを有する有機化合物が含有されたことを特徴とするリチウム二次電池用非水電解液である。 In order to solve the above-mentioned problem, a first aspect of the present invention is an organic compound having a phosphorus (P) -oxygen (O) double bond and improving ion conductivity, which has the following chemical formula (1) And each of the substituents R 1 , R 2 and R 3 is an organic group having 1 to 10 carbon atoms, and at least one oxygen atom, hydrogen, sulfur, nitrogen, fluorine, chlorine A non-aqueous electrolyte for a lithium secondary battery, characterized by containing an organic compound having at least one atom selected from atoms of bromine and iodine.

Figure 2011034698
Figure 2011034698

第1の態様では、リン−酸素二重結合を有する有機化合物が含有されたことで非水電解液のイオン伝導度が向上することから、リチウム二次電池に用いたときに内部抵抗を低減し大電流での放電特性を改善することができる。   In the first aspect, since the ionic conductivity of the non-aqueous electrolyte is improved by containing an organic compound having a phosphorus-oxygen double bond, the internal resistance is reduced when used in a lithium secondary battery. The discharge characteristics at a large current can be improved.

第1の態様において、鎖状もしくは環状のカーボネート化合物、エステル化合物、エーテル化合物および各化合物を構成する官能基の一部が他の官能基で置換された化合物から選択される少なくとも1種の溶媒と、電解質のリチウム塩とが含有されていてもよい。このとき、有機化合物が10重量%以下の割合で含有されていることが好ましい。また、置換基R、RおよびRが、いずれも、炭素数が6以上10以下の同じ化学構造を有していてもよい。電解質を4フッ化ホウ酸リチウム(LiBF)とすることが好ましい。さらに、ビニレンカーボネート、カルボン酸無水物、硫黄含有化合物、ホウ素含有化合物から選択される少なくとも1種の化合物が含有されるようにすることができる。 In the first embodiment, at least one solvent selected from a linear or cyclic carbonate compound, an ester compound, an ether compound, and a compound in which a part of the functional group constituting each compound is substituted with another functional group; In addition, a lithium salt of an electrolyte may be contained. At this time, the organic compound is preferably contained in a proportion of 10% by weight or less. Further, each of the substituents R 1 , R 2 and R 3 may have the same chemical structure having 6 to 10 carbon atoms. The electrolyte is preferably lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ). Further, at least one compound selected from vinylene carbonate, carboxylic anhydride, sulfur-containing compound, and boron-containing compound can be contained.

また、本発明の第2の態様は、第1の態様の非水電解液に、リチウムイオンを挿入離脱可能なリチウム含有酸化物を用いた正極と、リチウムイオンを挿入離脱可能な材料を用いた負極とを浸潤させたことを特徴とするリチウム二次電池である。   In the second aspect of the present invention, a positive electrode using a lithium-containing oxide capable of inserting and removing lithium ions and a material capable of inserting and removing lithium ions are used in the non-aqueous electrolyte of the first aspect. A lithium secondary battery characterized in that a negative electrode is infiltrated.

本発明によれば、リン−酸素二重結合を有する有機化合物が含有されたことで非水電解液のイオン伝導度が向上することから、リチウム二次電池に用いたときに内部抵抗を低減し大電流での放電特性を改善することができる、という効果を得ることができる。   According to the present invention, since the ionic conductivity of the non-aqueous electrolyte is improved by containing an organic compound having a phosphorus-oxygen double bond, the internal resistance is reduced when used in a lithium secondary battery. The effect that the discharge characteristics at a large current can be improved can be obtained.

本発明を適用した非水電解液を用いた円筒型リチウム二次電池を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the cylindrical lithium secondary battery using the non-aqueous electrolyte to which this invention is applied.

以下、図面を参照して、本発明を適用した非水電解液を用いた円筒型リチウム二次電池の実施の形態について説明する。   Embodiments of a cylindrical lithium secondary battery using a non-aqueous electrolyte to which the present invention is applied will be described below with reference to the drawings.

(構成)
図1に示すように、本実施形態の円筒型リチウム二次電池20は、正極板1および負極板2がセパレータ3を介して対向するように断面渦巻状に捲回された電極群を有している。電極群は、SUS製で有底円筒状の電池容器6に収容されている。
(Constitution)
As shown in FIG. 1, the cylindrical lithium secondary battery 20 of the present embodiment has an electrode group wound in a cross-sectional spiral shape so that the positive electrode plate 1 and the negative electrode plate 2 face each other with a separator 3 therebetween. ing. The electrode group is housed in a bottomed cylindrical battery case 6 made of SUS.

電極群の上方には、正極外部端子となる円盤状の密閉蓋部10が配置されている。密閉蓋部10には、電池内の圧力が上昇すると開裂して電池内部の圧力を逃がす逃がし弁(不図示)が形成されている。電極群の上側には、一端部が正極板1に接合された正極リード4が導出されている。正極リード4の他端部は、密閉蓋部10の下面に溶接で接合されている。一方、電極群の下側には、一端部が負極板2に接合された負極リード5が導出されている。負極リード5の他端部は、負極外部端子を兼ねる電池容器6の内底面に溶接で接合されている。電極群の正極リード4が導出された端面と密閉蓋部10との間、および、電極群の負極リード5が導出された端面と電池容器6の内底面との間には、それぞれ絶縁板9が配されている。   A disc-shaped sealing lid 10 serving as a positive external terminal is disposed above the electrode group. The sealing lid 10 is formed with a relief valve (not shown) that is cleaved when the pressure inside the battery rises and releases the pressure inside the battery. A positive electrode lead 4 having one end bonded to the positive electrode plate 1 is led out above the electrode group. The other end of the positive electrode lead 4 is joined to the lower surface of the sealing lid 10 by welding. On the other hand, a negative electrode lead 5 having one end bonded to the negative electrode plate 2 is led out below the electrode group. The other end of the negative electrode lead 5 is joined to the inner bottom surface of the battery container 6 that also serves as a negative electrode external terminal by welding. Between the end surface from which the positive electrode lead 4 of the electrode group is led out and the sealing lid 10, and between the end surface from which the negative electrode lead 5 of the electrode group is led out and the inner bottom surface of the battery container 6, respectively, Is arranged.

また、電池容器6内には、非水電解液が注液されている。密閉蓋部10は、パッキン8を介して電池容器6の上部にカシメ固定されている。このため、リチウム二次電池20の内部は密封されている。得られたリチウム二次電池20では、外径18mm、長さ65mmの大きさに形成されている。   In addition, a non-aqueous electrolyte is injected into the battery container 6. The sealing lid 10 is caulked and fixed to the upper part of the battery container 6 via the packing 8. For this reason, the inside of the lithium secondary battery 20 is sealed. The obtained lithium secondary battery 20 is formed to have an outer diameter of 18 mm and a length of 65 mm.

電池容器6に収容された電極群は、正極板1と負極板2とが、これら両極板が直接接触しないようにセパレータ3を介し、捲回されている。セパレータ3には、本例では、厚さが40μm、幅が5.8cmの微多孔性ポリプロピレンフィルムが用いられている。正極リード4と負極リード5とが、それぞれ電極群の両端面から互いに反対方向に導出されている。   In the electrode group accommodated in the battery container 6, the positive electrode plate 1 and the negative electrode plate 2 are wound through the separator 3 so that these two electrode plates do not directly contact each other. In this example, the separator 3 is a microporous polypropylene film having a thickness of 40 μm and a width of 5.8 cm. The positive electrode lead 4 and the negative electrode lead 5 are led out in opposite directions from both end surfaces of the electrode group, respectively.

電極群を構成する正極板1は、正極集電体としてアルミニウム箔を有している。アルミニウム箔の厚さは、本例では、15〜25μmの範囲に設定されている。アルミニウム箔の両面には、正極活物質を含む正極合剤が略均等に塗着されている。正極合剤には、正極活物質以外に、炭素材料粉末等の導電材およびポリフッ化ビニリデン(以下、PVDFと略記する。)等のバインダ(結着材)が配合されている。   The positive electrode plate 1 constituting the electrode group has an aluminum foil as a positive electrode current collector. In this example, the thickness of the aluminum foil is set in the range of 15 to 25 μm. A positive electrode mixture containing a positive electrode active material is applied to both surfaces of the aluminum foil substantially evenly. In addition to the positive electrode active material, the positive electrode mixture contains a conductive material such as carbon material powder and a binder (binder) such as polyvinylidene fluoride (hereinafter abbreviated as PVDF).

正極活物質としては、リチウムイオンを挿入離脱可能なリチウム含有酸化物が用いられている。このようなリチウム含有酸化物としては、例えば、コバルト酸リチウム(LiCoO)やニッケル酸リチウム(LiNiO)等の層状結晶構造の化合物、コバルトやニッケルの一部を1種以上の他の遷移金属で置換した化合物、化学式が、Li1+xMn2−x(ただし、x=0〜0.33)、Li1+xMn2−x−y(ただし、MはNi、Co、Fe、Cu、Al、Mgから選ばれた少なくとも1種の金属を含み、x=0〜0.33、y=0〜1.0、2−x−y>0)、LiMnO、LiMn、LiMnO、LiMn2−x(ただし、MはNi、Co、Fe、Cu、Al、Mgから選ばれた少なくとも1種の金属を含み、x=0.01〜0.1)、LiMnMO(ただし、MはNi、Co、Fe、Cuから選ばれた少なくとも1種の金属を含む)のいずれかで表されるマンガン酸リチウム、銅−Li酸化物(LiCuO)、ジスルフィド化合物、Fe(MoO等を含む混合物、および、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン等の化合物を挙げることができ、これらの1種または2種以上を混合して用いてもよい。 As the positive electrode active material, a lithium-containing oxide capable of inserting and releasing lithium ions is used. Examples of such a lithium-containing oxide include compounds having a layered crystal structure such as lithium cobaltate (LiCoO 2 ) and lithium nickelate (LiNiO 2 ), and a part of cobalt and nickel as one or more other transition metals. And the chemical formula is Li 1 + x Mn 2−x O 4 (where x = 0 to 0.33), Li 1 + x Mn 2−xy M y O 4 (where M is Ni, Co, Fe) , Cu, Al, Mg, including at least one metal selected from x = 0 to 0.33, y = 0 to 1.0, 2 -xy> 0), LiMnO 4 , LiMn 2 O 4 , LiMnO 2 , LiMn 2−x M x O 2 (where M includes at least one metal selected from Ni, Co, Fe, Cu, Al, and Mg, x = 0.01 to 0.1) , Li 2 Mn 3 MO 8 However, M is Ni, Co, Fe, represented by lithium manganate with either at least one metal selected from Cu), copper -Li oxide (Li 2 CuO 2), disulfide compounds, Fe 2 (MoO 4 ) 3 and the like, and compounds such as polyaniline, polypyrrole, and polythiophene can be given, and one or more of these may be used in combination.

アルミニウム箔への正極合剤の塗着時には、N−メチルピロリドン(以下、NMPと略記する。)等の分散溶媒で粘度調整されたスラリが作製される。本例では、正極活物質に対する導電材の混合比が5〜20重量%に調整され、正極活物質の粉末粒子がスラリ中で均一に分散するように、例えば、回転翼のような攪拌手段を備えた混合機を用いて充分に混練される。充分に混練されたスラリは、例えば、ロール転写式の塗布機等により、アルミニウム箔の両面に塗布される。プレス、乾燥させることで正極板1が作製される。乾燥後の正極板1の厚さ(合剤塗布部)は20〜150μmの範囲に調整されている。   When the positive electrode mixture is applied to the aluminum foil, a slurry whose viscosity is adjusted with a dispersion solvent such as N-methylpyrrolidone (hereinafter abbreviated as NMP) is prepared. In this example, the mixing ratio of the conductive material to the positive electrode active material is adjusted to 5 to 20% by weight, and for example, a stirring means such as a rotary blade is used so that the powder particles of the positive electrode active material are uniformly dispersed in the slurry. It is sufficiently kneaded using the equipped mixer. The sufficiently kneaded slurry is applied to both surfaces of the aluminum foil by, for example, a roll transfer type coating machine. The positive electrode plate 1 is produced by pressing and drying. The thickness (mixture application part) of the positive electrode plate 1 after drying is adjusted to a range of 20 to 150 μm.

アルミニウム箔の長寸方向一側の側縁には、電流引き出し用の正極リード4がスポット溶接または超音波溶接により接合されている。正極リード4は、正極集電体と同一の材質の金属箔、すなわちアルミニウム箔で長方形状に形成されており、正極板1から電流を取り出すために設置するものである。本例では、自動車等の移動体用電源にも適用するうえで、大電流を流すことが要求されるため、複数の正極リード4が設けられている。   A positive electrode lead 4 for drawing current is joined to a side edge on one side in the longitudinal direction of the aluminum foil by spot welding or ultrasonic welding. The positive electrode lead 4 is formed in a rectangular shape with a metal foil of the same material as that of the positive electrode current collector, that is, an aluminum foil, and is installed in order to take out current from the positive electrode plate 1. In this example, since it is required to flow a large current when applied to a power source for a moving body such as an automobile, a plurality of positive electrode leads 4 are provided.

一方、負極板2は、負極集電体として銅箔を有している。銅箔の厚さは、本例では、7〜20μmの範囲に設定されている。銅箔の両面には、負極活物質を含む負極合剤が略均等に塗着されている。負極合剤には、負極活物質以外に、PVDF等のバインダが配合されている。なお、負極合剤にアセチレンブラック等の導電材を配合することもできる。   On the other hand, the negative electrode plate 2 has a copper foil as a negative electrode current collector. In this example, the thickness of the copper foil is set in the range of 7 to 20 μm. A negative electrode mixture containing a negative electrode active material is applied to both sides of the copper foil substantially evenly. In addition to the negative electrode active material, a binder such as PVDF is blended in the negative electrode mixture. Note that a conductive material such as acetylene black can be blended in the negative electrode mixture.

負極活物質としては、リチウムイオンを挿入離脱可能な材料が用いられている。このような材料としては、天然黒鉛、石油コークスや石炭ピッチコークス等から得られる易黒鉛化材料、メソフェーズカーボン、あるいは、非晶質炭素、黒鉛の表面が非晶質炭素で被覆されたもの、天然黒鉛や人造黒鉛を機械的処理することにより表面の結晶性を低下させた炭素材、炭素繊維、リチウム金属、リチウムと合金化する金属、シリコンあるいは炭素粒子表面に金属を担持した材料を挙げることができる。金属を担持した炭素材として、例えば、リチウム、アルミニウム、スズ、ケイ素、インジウム、ガリウム、マグネシウムから選ばれた金属あるいは合金を挙げることができる。さらには、これらの金属またはその酸化物を負極活物質として使用することもできる。これらの材料の1種または2種以上を混合して使用してもよい。   As the negative electrode active material, a material capable of inserting and removing lithium ions is used. Such materials include natural graphite, graphitizable materials obtained from petroleum coke and coal pitch coke, etc., mesophase carbon, amorphous carbon, graphite whose surface is coated with amorphous carbon, natural Examples include carbon materials whose surface crystallinity has been lowered by mechanically treating graphite or artificial graphite, carbon fibers, lithium metal, metals alloying with lithium, silicon, or materials having a metal supported on the surface of carbon particles. it can. Examples of the carbon material supporting a metal include a metal or an alloy selected from lithium, aluminum, tin, silicon, indium, gallium, and magnesium. Furthermore, these metals or their oxides can also be used as the negative electrode active material. One or more of these materials may be mixed and used.

銅箔への負極合剤の塗着時には、NMP等の分散溶媒で粘度調整されたスラリが作製される。本例では、負極活物質とバインダとの混合比が重量比で90:10に調整され、正極合剤のスラリ作製と同様にして負極合剤のスラリが作製される。作製されたスラリは、例えば、ロール転写式の塗布機等により、銅箔の両面に塗布される。プレス乾燥させることで負極板2が作製される。プレス、乾燥後の負極板2の厚さ(合剤塗布部)は20〜150μmの範囲に調整されている。なお、負極板2の長さ、負極合剤塗布部の幅は、正極板1および負極板2を捲回したときに、正極の合剤塗布部が負極の合剤塗布部からはみだすことのないように、正極板1の長さ、正極合剤塗布部の幅よりそれぞれ長く設定されている。   When the negative electrode mixture is applied to the copper foil, a slurry whose viscosity is adjusted with a dispersion solvent such as NMP is produced. In this example, the mixing ratio of the negative electrode active material and the binder is adjusted to 90:10 by weight, and the negative electrode mixture slurry is prepared in the same manner as the positive electrode mixture slurry. The produced slurry is applied to both surfaces of the copper foil by, for example, a roll transfer type coating machine. The negative electrode plate 2 is produced by press drying. The thickness (mixture application part) of the negative electrode plate 2 after pressing and drying is adjusted to a range of 20 to 150 μm. The length of the negative electrode plate 2 and the width of the negative electrode mixture application portion are such that when the positive electrode plate 1 and the negative electrode plate 2 are wound, the positive electrode mixture application portion does not protrude from the negative electrode mixture application portion. In this way, the length of the positive electrode plate 1 and the width of the positive electrode mixture application portion are set longer than each other.

銅箔の長寸方向一側の側縁には、電流引き出し用の負極リード5がスポット溶接または超音波溶接により接合されている。負極リード5は、負極集電体と同一の材質の金属箔、すなわち銅箔で長方形状に形成されており、負極板2から電流を取り出すために設置するものである。本例では、正極板1と同様に、複数の負極リード5が設けられている。   A negative electrode lead 5 for drawing current is joined to one side edge of the copper foil in the longitudinal direction by spot welding or ultrasonic welding. The negative electrode lead 5 is formed in a rectangular shape with a metal foil of the same material as that of the negative electrode current collector, that is, a copper foil, and is installed to take out current from the negative electrode plate 2. In this example, as with the positive electrode plate 1, a plurality of negative electrode leads 5 are provided.

電池容器6に注液される非水電解液は、有機溶媒に、リン−酸素二重結合を有する有機化合物および電解質のリチウム塩が溶解されている。有機溶媒としては、環状カーボネート類、鎖状カーボネート類、直鎖カルボン酸エステル類、ラクトン類、環状エーテル類、鎖状エーテル類を挙げることができ、これらの物質の1種または2種以上を混合して用いることもできる。有機溶媒の具体例としては、例えば、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ガンマブチロラクトン、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジエチルカーボネート(DEC)を挙げることができる。また、これら化合物の官能基の一部を他の官能基で置換した化合物、例えば、フッ素置換体などのハロゲン化物や硫黄元素で置換したものも使用することができる。一般的には、環状カーボネートや環状ラクトンといった高誘電率の有機溶媒と、鎖状カーボネートや鎖状エステルといった低誘電率の溶媒との混合溶媒系を用いることが好ましい。   In the nonaqueous electrolytic solution poured into the battery container 6, an organic compound having a phosphorus-oxygen double bond and an electrolyte lithium salt are dissolved in an organic solvent. Examples of the organic solvent include cyclic carbonates, chain carbonates, linear carboxylic acid esters, lactones, cyclic ethers, and chain ethers, and one or more of these substances are mixed. It can also be used. Specific examples of the organic solvent include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), gamma butyrolactone, dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC), and diethyl carbonate (DEC). In addition, compounds obtained by substituting some of the functional groups of these compounds with other functional groups, for example, those substituted with a halide such as a fluorine-substituted product or sulfur element can be used. Generally, it is preferable to use a mixed solvent system of a high dielectric constant organic solvent such as cyclic carbonate or cyclic lactone and a low dielectric constant solvent such as chain carbonate or chain ester.

リン−酸素二重結合を有する有機化合物は、下記化学式(1)で表されるように、リン原子に対し1つの酸素原子が二重結合で結合しており、5価のリン原子には二重結合で結合した酸素原子の他に、3つのアルキル基(置換基)R、RおよびRが結合している。3つのアルキル基R、RおよびRは、それぞれ、炭素数が1以上10以下であり、少なくとも1つの酸素原子を有しており、かつ、水素、硫黄、酸素、窒素、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素のうち少なくとも1つの原子を有している。 In the organic compound having a phosphorus-oxygen double bond, as represented by the following chemical formula (1), one oxygen atom is bonded to the phosphorus atom by a double bond, and two pentavalent phosphorus atoms have two oxygen atoms. In addition to the oxygen atom bonded by a heavy bond, three alkyl groups (substituents) R 1 , R 2 and R 3 are bonded. The three alkyl groups R 1 , R 2 and R 3 each have 1 to 10 carbon atoms, have at least one oxygen atom, and are hydrogen, sulfur, oxygen, nitrogen, fluorine, chlorine , At least one atom of bromine and iodine.

Figure 2011034698
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このような有機化合物の具体例としては、2−エチルヘキシルジフェニルホスフェイト、クレジルジフェニルホスフェイト、リン酸トリス(1、3−ジクロロ−2−プロピル)、リン酸トリ−o−クレジル、トリアミルフォスフェイト、トリブチルフォスフェイト、トリクレジルフォスフェイト、トリエチルフォスフェイト、トリメチルフォスフェイト、トリフェニルホスフェイト、トリス(2−ブトキシエチル)フォスフェイト、トリス(2−クロロエチル)フォスフェイト、トリス(2−エチルヘキシル)フォスフェイト等を挙げることができ、これらの1種または2種以上を混合して用いることができる。これらリン−酸素二重結合を有する有機化合物の混合量は、非水電解液に対する重量比で10wt%以下とすることが好ましい。有機化合物の混合量が過剰になると、得られるリチウム二次電池の初期サイクルにおいて、有機化合物の分解反応が生じ、電池内部、具体的には、正負極間にガスが生成することで電極間距離が大きくなることがあり、内部抵抗上昇を招くことで電池特性が低下する等の問題が生じる可能性がある。   Specific examples of such organic compounds include 2-ethylhexyl diphenyl phosphate, cresyl diphenyl phosphate, tris (1,3-dichloro-2-propyl) phosphate, tri-o-cresyl phosphate, triamylphos. Fate, tributyl phosphate, tricresyl phosphate, triethyl phosphate, trimethyl phosphate, triphenyl phosphate, tris (2-butoxyethyl) phosphate, tris (2-chloroethyl) phosphate, tris (2-ethylhexyl) A phosphate etc. can be mentioned, These 1 type (s) or 2 or more types can be mixed and used. The amount of the organic compound having a phosphorus-oxygen double bond is preferably 10 wt% or less in terms of the weight ratio with respect to the non-aqueous electrolyte. When the mixing amount of the organic compound becomes excessive, the decomposition reaction of the organic compound occurs in the initial cycle of the obtained lithium secondary battery, and a gas is generated inside the battery, specifically, between the positive and negative electrodes. May increase, and problems such as deterioration of battery characteristics may occur due to an increase in internal resistance.

電解質のリチウム塩としては、例えば、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiCF、Li(CFSO)、Li(CFSON、Li(CSO)N、LiB(C、LiBF(C)、LiPF(Cといったリチウム塩を挙げることができる。また、これらリチウム塩を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いることも可能である。リチウム塩のなかでも、電池の高温保存特性の向上を考慮すれば、従来汎用されるLiPFより耐加水分解性に優れるLiBFを用いることが好ましい。また、リチウム塩の濃度(電解質濃度)としては、0.6〜1.5モル/リットル(M)の範囲とすることが好ましい。 Examples of the lithium salt of the electrolyte include LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 , Li (CF 3 SO 2 ), Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, and Li (C 2 F 5 SO 2. ) N, LiB (C 2 O 4 ) 2 , LiBF 2 (C 2 O 4 ), LiPF 2 (C 2 O 4 ) 2 and the like. Moreover, these lithium salts may be used independently and it is also possible to mix and use 2 or more types. Among lithium salts, it is preferable to use LiBF 4 which is superior in hydrolysis resistance to LiPF 6 which has been conventionally used in consideration of improvement in high-temperature storage characteristics of the battery. The lithium salt concentration (electrolyte concentration) is preferably in the range of 0.6 to 1.5 mol / liter (M).

以下、本実施形態に従い製造したリチウム二次電池20について実施例を挙げて説明するが、本発明はこれらの実施例に制限されるものではない。なお、比較のために製造した比較例のリチウム二次電池についても併記する。   Hereinafter, although the example is given and demonstrated about the lithium secondary battery 20 manufactured according to this embodiment, this invention is not restrict | limited to these Examples. In addition, it describes together about the lithium secondary battery of the comparative example manufactured for the comparison.

(実施例1)
実施例1では、正極活物質として、平均粒径26μm、比表面積1.5m/gのスピネル型結晶構造を有するLiMn1.98Al0.02を用いた。正極活物質と、塊状黒鉛およびアセチレンブラックを9:2の割合で混合した導電剤とを、結着剤として予め5wt%の濃度でNMPに溶解させたPVDF溶液に分散させてスラリを調製した。正極活物質、導電剤、PVDFの混合比は、重量比で85:10:5に設定した。このスラリを厚さ20μmのアルミニウム箔(正極集電体)に実質的に均一かつ均等に塗布した。塗布後80℃の温度で乾燥させ、同じ手順でアルミニウム箔の両面に塗布乾燥を行った。ロールプレス機により圧縮成形した後、塗布幅5.4cm、塗布長さ50cmとなるように切断し、アルミニウム箔製の正極リード4を溶接することで正極板1を作製した。
Example 1
In Example 1, LiMn 1.98 Al 0.02 O 4 having a spinel crystal structure with an average particle size of 26 μm and a specific surface area of 1.5 m 2 / g was used as the positive electrode active material. A slurry was prepared by dispersing a positive electrode active material and a conductive agent in which massive graphite and acetylene black were mixed at a ratio of 9: 2 in a PVDF solution previously dissolved in NMP at a concentration of 5 wt% as a binder. The mixing ratio of the positive electrode active material, the conductive agent, and PVDF was set to 85: 10: 5 by weight. This slurry was applied substantially uniformly and evenly to an aluminum foil (positive electrode current collector) having a thickness of 20 μm. After the coating, the coating was dried at a temperature of 80 ° C., and the coating and drying were performed on both sides of the aluminum foil in the same procedure. After compression molding with a roll press, the positive electrode plate 1 was produced by cutting the coating width to 5.4 cm and the coating length to 50 cm and welding the positive electrode lead 4 made of aluminum foil.

一方、負極板2を以下の方法で作製した。負極活物質として、平均粒径20μm、比表面積4.0m/gの天然黒鉛を用いた。負極活物質、PVDFの混合比は、重量比で90:10に設定した。得られたスラリを厚さ10μmの圧延銅箔(負極集電体)に実質的に均一かつ均等に塗布した。正極板1の作製と同様の手順で圧延銅箔の両面に塗布乾燥を行い、負極板2の電極密度を1.3g/ccに調整した。その後、ロールプレス機により圧縮成形し、塗布幅5.6cm、塗布長さ54cmとなるよう切断し、銅箔製の負極リード5を溶接することで負極板2を作製した。 On the other hand, the negative electrode plate 2 was produced by the following method. As the negative electrode active material, natural graphite having an average particle diameter of 20 μm and a specific surface area of 4.0 m 2 / g was used. The mixing ratio of the negative electrode active material and PVDF was set to 90:10 by weight. The obtained slurry was applied substantially uniformly and evenly to a rolled copper foil (negative electrode current collector) having a thickness of 10 μm. Coating and drying were performed on both sides of the rolled copper foil in the same procedure as the production of the positive electrode plate 1, and the electrode density of the negative electrode plate 2 was adjusted to 1.3 g / cc. Then, it was compression-molded with a roll press machine, cut to a coating width of 5.6 cm and a coating length of 54 cm, and the negative electrode lead 2 made of copper foil was welded to prepare the negative electrode plate 2.

非水電解液は、次のようにして作製した。ECとEMCとを重量比でEC:EMC=1:2の割合で混合した混合有機溶媒に電解質としてLiBFを濃度が1.0モル/リットルとなるように溶解させた。得られた溶液の重量に対して、1wt%の割合となるようにビニレンカーボネートを混合した。さらに、リン−酸素二重結合を有する有機化合物としてトリフェニルホスフェイトを混合し、非水電解液を作製した。トリフェニルホスフェイトの混合量は、混合電解液の重量に対して5wt%に設定した。得られた非水電解液を用いて製造したリチウム二次電池20の電池重量はおおよそ50gであった。 The non-aqueous electrolyte was produced as follows. LiBF 4 as an electrolyte was dissolved in a mixed organic solvent in which EC and EMC were mixed at a weight ratio of EC: EMC = 1: 2 so as to have a concentration of 1.0 mol / liter. Vinylene carbonate was mixed so that it might become a ratio of 1 wt% with respect to the weight of the obtained solution. Furthermore, triphenyl phosphate was mixed as an organic compound having a phosphorus-oxygen double bond to prepare a non-aqueous electrolyte. The mixing amount of triphenyl phosphate was set to 5 wt% with respect to the weight of the mixed electrolyte. The battery weight of the lithium secondary battery 20 manufactured using the obtained nonaqueous electrolytic solution was approximately 50 g.

(実施例2)
実施例2では、非水電解液に混合するトリフェニルホスフェイトの混合量を10wt%に設定した以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池20を製造した。
(Example 2)
In Example 2, a lithium secondary battery 20 was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the amount of triphenyl phosphate mixed with the non-aqueous electrolyte was set to 10 wt%.

(実施例3)
実施例3では、非水電解液に混合するトリフェニルホスフェイトの混合量を20wt%に設定した以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池20を製造した。
(Example 3)
In Example 3, a lithium secondary battery 20 was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the amount of triphenyl phosphate mixed with the nonaqueous electrolyte was set to 20 wt%.

(比較例1)
比較例1では、ECとEMCとを重量比でEC:EMC=1:2の割合で混合した混合有機溶媒に電解質としてLiBFを濃度が1.0モル/リットルとなるように溶解させて非水電解液を作製した。得られた非水電解液を用い、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を製造した。
(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, LiBF 4 as an electrolyte was dissolved in a mixed organic solvent in which EC and EMC were mixed at a weight ratio of EC: EMC = 1: 2 so as to have a concentration of 1.0 mol / liter. A water electrolyte was prepared. A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 using the obtained nonaqueous electrolytic solution.

(比較例2)
比較例2では、非水電解液を次のように作製した。すなわち、ECとEMCとを重量比でEC:EMC=1:2の割合で混合した混合有機溶媒に電解質としてLiPFを濃度が1.0モル/リットルとなるように溶解させた。得られた溶液の重量に対して1wt%の割合となるようにビニレンカーボネートを混合し非水電解液を作製した。得られた非水電解液を用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を製造した。
(Comparative Example 2)
In Comparative Example 2, a non-aqueous electrolyte was prepared as follows. That is, LiPF 6 as an electrolyte was dissolved in a mixed organic solvent in which EC and EMC were mixed at a weight ratio of EC: EMC = 1: 2 so that the concentration was 1.0 mol / liter. Vinylene carbonate was mixed so that it might become a ratio of 1 wt% with respect to the weight of the obtained solution, and the non-aqueous electrolyte was produced. A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the obtained nonaqueous electrolytic solution was used.

(評価)
各実施例および比較例のリチウム二次電池について、次のような評価を行った。すなわち、25℃の恒温槽内で、充電電流1300mA、電圧4.2V、5時間の定電流定電圧充電を行い、放電電流1300mAで電池電圧2.7Vまで定電流放電を行った。この充電、放電プロセスを1サイクルとし、3サイクルを繰り返し行った。次いで、同じ充電条件で4.2Vまで充電し、放電電流値を1300mAとして2.7Vまで放電させたときの放電容量を測定し、1300mA放電容量とした。更に、再度、同じ充電条件で充電を行った後、放電電流値を3900mAとして放電させたときの放電容量を測定し、3900mA放電容量とした。3900mA放電容量の1300mA放電容量に対する百分率をとり、高率放電特性(%)とした。つまり、高率放電特性(%)=3900mA放電容量(mAh)/1300mA放電容量(mAh)×100で表される。高率放電特性の結果を下表1に示す。なお、表1において、混合物は非水電解液に混合した有機化合物を示している。
(Evaluation)
The following evaluations were performed on the lithium secondary batteries of the examples and comparative examples. That is, in a constant temperature bath at 25 ° C., a charging current of 1300 mA, a voltage of 4.2 V, and a constant current and a constant voltage of 5 hours were performed, and a discharging current of 1300 mA was performed to a battery voltage of 2.7 V. This charging and discharging process was defined as 1 cycle, and 3 cycles were repeated. Next, the battery was charged to 4.2 V under the same charging conditions, and the discharge capacity when discharged to 2.7 V with a discharge current value of 1300 mA was measured to obtain a 1300 mA discharge capacity. Furthermore, after charging again under the same charging conditions, the discharge capacity when discharged at a discharge current value of 3900 mA was measured to obtain a 3900 mA discharge capacity. The percentage of the 3900 mA discharge capacity to the 1300 mA discharge capacity was taken as the high rate discharge characteristic (%). That is, high rate discharge characteristics (%) = 3900 mA discharge capacity (mAh) / 1300 mA discharge capacity (mAh) × 100. The results of the high rate discharge characteristics are shown in Table 1 below. In Table 1, the mixture represents an organic compound mixed in the non-aqueous electrolyte.

Figure 2011034698
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表1に示すように、トリフェニルホスフェイトを5wt%、10wt%添加した実施例1、実施例2のリチウム二次電池20では、トリフェニルホスフェイトを添加していない比較例1のリチウム二次電池に比べ高率放電特性が改善されることが判った。一方で、トリフェニルホスフェイトを20wt%添加した実施例3のリチウム二次電池では、高率放電特性が比較例1のリチウム二次電池より向上するものの、トリフェニルホスフェイトを添加していないもののリチウム塩としてLiPFを用いた比較例2のリチウム二次電池より低下することが判った。これは、トリフェニルホスフェイトを添加することで非水電解液の粘度が大きくなり、イオン伝導度が低下したことで内部抵抗が上昇したためであると考えられる。従って、電解質にLiBFを用いたリチウム二次電池では、リン−酸素二重結合を有する有機化合物を10重量%以下の割合で添加することにより高率放電特性を改善することができることが判明した。 As shown in Table 1, in the lithium secondary batteries 20 of Example 1 and Example 2 in which 5 wt% and 10 wt% of triphenyl phosphate were added, the lithium secondary of Comparative Example 1 in which no triphenyl phosphate was added. It was found that the high rate discharge characteristics were improved compared to the battery. On the other hand, in the lithium secondary battery of Example 3 to which 20 wt% of triphenyl phosphate was added, although the high rate discharge characteristics were improved as compared with the lithium secondary battery of Comparative Example 1, the triphenyl phosphate was not added. it was found to decrease from the lithium secondary battery of Comparative example 2 using LiPF 6 as a lithium salt. This is considered to be because the viscosity of the non-aqueous electrolyte is increased by adding triphenyl phosphate, and the internal resistance is increased by decreasing the ionic conductivity. Therefore, it was found that in a lithium secondary battery using LiBF 4 as an electrolyte, high rate discharge characteristics can be improved by adding an organic compound having a phosphorus-oxygen double bond in a proportion of 10% by weight or less. .

また、耐加水分解性のリチウム塩であるLiBFを用い、かつ、トリフェニルホスフェイトを5wt%、10wt%添加した実施例1、実施例2のリチウム二次電池20では、高温保存特性にも優れることを確認した。これは、電池内部あるいは電池外部から混入した水分により加水分解を受けやすいLiPFでは加水分解することでフッ酸が生成されるため、正極活物質からのマンガン(Mn)溶出を促進し、電池性能の低下を招いたものと考えられる。これに対して、LiBFでは耐加水分解性に優れるため、リチウム塩としてLiBFを用いることで高温保存特性が向上したものと考えられる。 In addition, the lithium secondary batteries 20 of Examples 1 and 2 using LiBF 4 that is a hydrolysis-resistant lithium salt and added with 5 wt% and 10 wt% of triphenyl phosphate also have high temperature storage characteristics. It was confirmed that it was excellent. This is because LiPF 6 which is easily hydrolyzed by moisture mixed from the inside or outside of the battery generates hydrofluoric acid by hydrolysis, so that the elution of manganese (Mn) from the positive electrode active material is promoted, and the battery performance This is thought to have led to a decline in sales. On the other hand, since LiBF 4 is excellent in hydrolysis resistance, it is considered that high temperature storage characteristics are improved by using LiBF 4 as a lithium salt.

(作用等)
次に、本実施形態のリチウム二次電池20の作用等について、非水電解液の作用等を中心に説明する。
(Action etc.)
Next, the operation and the like of the lithium secondary battery 20 of the present embodiment will be described focusing on the operation and the like of the non-aqueous electrolyte.

従来リチウム二次電池に用いられる非水電解液では、有機溶媒に電解質のリチウム塩が溶解されており、リチウム塩としてLiPFが汎用されている。このLiPFでは、非水電解液のイオン電導度を大きくすることができ、電極表面上でも副反応を起こしにくい、という利点を有している。ところが、LiPFは、熱的安定性に乏しく、また、非水電解液中で加水分解を招く、という欠点も有している。加水分解が生じると、分解生成物が電極表面に堆積するため、電池の内部抵抗が増大し、電池容量の低下を招くこととなる。これらを解決するために種々の電解質が用いられているものの、有機溶媒への溶解度やイオン伝導度の低下、粘度上昇、高電圧雰囲気下での電気化学的安定性の低下、アルミニウム集電体の腐食等の問題を招くことがあり、高容量化や大電流での充放電が要求される用途で充分な電池特性を得ることが難しい状況にある。 In non-aqueous electrolytes conventionally used for lithium secondary batteries, an electrolyte lithium salt is dissolved in an organic solvent, and LiPF 6 is widely used as the lithium salt. This LiPF 6 has the advantage that the ionic conductivity of the non-aqueous electrolyte can be increased and side reactions are unlikely to occur on the electrode surface. However, LiPF 6 has a drawback that it has poor thermal stability and also causes hydrolysis in a non-aqueous electrolyte. When hydrolysis occurs, decomposition products accumulate on the electrode surface, so that the internal resistance of the battery increases and the battery capacity decreases. Although various electrolytes are used to solve these problems, the solubility in organic solvents and the decrease in ionic conductivity, the increase in viscosity, the decrease in electrochemical stability under high-voltage atmosphere, the aluminum collector It may lead to problems such as corrosion, and it is difficult to obtain sufficient battery characteristics in applications where high capacity and charge / discharge with a large current are required.

本発明者らは、これらの問題を解決することができる非水電解液について鋭意研究を重ねた結果、リチウム塩としてLiBFを用い、リン(P)−酸素(O)二重結合を有する有機化合物を溶解させた非水電解液を用いることで、リチウム二次電池の経時劣化が小さく保存特性、高率放電特性に優れることを見出した。ここでいう高率放電特性は、一定の電流値での放電容量に対し、放電電流値を変化させたときの放電容量の比である。すなわち、本実施形態のリチウム二次電池20に用いた非水電解液は、上述した問題を解決することができる非水電解液である。 As a result of intensive studies on non-aqueous electrolyte solutions that can solve these problems, the present inventors have used LiBF 4 as a lithium salt and have an organic compound having a phosphorus (P) -oxygen (O) double bond. It has been found that by using a nonaqueous electrolytic solution in which a compound is dissolved, the deterioration of the lithium secondary battery over time is small and the storage characteristics and the high rate discharge characteristics are excellent. The high rate discharge characteristic here is the ratio of the discharge capacity when the discharge current value is changed to the discharge capacity at a constant current value. That is, the non-aqueous electrolyte used for the lithium secondary battery 20 of the present embodiment is a non-aqueous electrolyte that can solve the above-described problems.

本実施形態では、リチウム二次電池20の電池容器6に注液される非水電解液にリン−酸素二重結合を有する有機化合物が含有されている。リン−酸素二重結合を有する有機化合物の作用機構については、明確ではないが、非水電解液のイオン伝導度を向上させる働きが認められる。このため、非水電解液のイオン伝導度が向上することから、リチウム二次電池20では内部抵抗が低減し大電流での放電特性を改善することができる。   In the present embodiment, the non-aqueous electrolyte injected into the battery container 6 of the lithium secondary battery 20 contains an organic compound having a phosphorus-oxygen double bond. The action mechanism of the organic compound having a phosphorus-oxygen double bond is not clear, but a function of improving the ionic conductivity of the non-aqueous electrolyte is recognized. For this reason, since the ionic conductivity of the non-aqueous electrolyte is improved, the internal resistance is reduced in the lithium secondary battery 20 and the discharge characteristics at a large current can be improved.

また、本実施形態では、非水電解液に含有された有機化合物が10重量%以下の割合に調整されている。有機化合物の含有量が過剰になると、得られるリチウム二次電池の初期サイクルにおいて、有機化合物の分解反応が生じることで、内部抵抗の上昇を招き電池特性が低下することがある。有機化合物の含有量を10重量%以下とすることで、分解反応を抑制して電池特性を向上させることができる(実施例1、実施例2参照)。   Moreover, in this embodiment, the organic compound contained in the non-aqueous electrolyte is adjusted to a ratio of 10% by weight or less. When the content of the organic compound is excessive, a decomposition reaction of the organic compound occurs in the initial cycle of the obtained lithium secondary battery, resulting in an increase in internal resistance and a decrease in battery characteristics. By making content of an organic compound 10 weight% or less, a decomposition reaction can be suppressed and a battery characteristic can be improved (refer Example 1 and Example 2).

更に、本実施形態では、非水電解液に混合するリチウム塩には特に制限されないものの、LiBFを用いることが望ましい。LiBFでは、非水電解液中に水分が混入してもLiPFと比べて耐加水分解性に優れるため、リチウム塩の機能を維持することができる(実施例1、実施例2、比較例2参照)。リチウム塩の加水分解が生じると、分解生成物が電極表面に堆積し、電池の内部抵抗の増大や電池容量の低下を招くことがある。耐加水分解性のリチウム塩を用いることで内部抵抗の増大や電池容量の低下を抑制することができる。また、非水電解液中での加水分解が高温雰囲気下で促進されることを考慮すれば、耐加水分解性に優れるLiBFを用いることで、高温保存特性を向上させることができる。 Further, in the present embodiment, although not particularly limited to the lithium salt to be mixed with the non-aqueous electrolyte, it is desirable to use LiBF 4. Since LiBF 4 is superior in hydrolysis resistance compared to LiPF 6 even if moisture is mixed in the non-aqueous electrolyte, the function of the lithium salt can be maintained (Example 1, Example 2, Comparative Example). 2). When hydrolysis of the lithium salt occurs, decomposition products may accumulate on the electrode surface, which may increase the internal resistance of the battery and decrease the battery capacity. By using a hydrolysis-resistant lithium salt, an increase in internal resistance and a decrease in battery capacity can be suppressed. Considering that hydrolysis in a non-aqueous electrolyte is promoted in a high-temperature atmosphere, high-temperature storage characteristics can be improved by using LiBF 4 that is excellent in hydrolysis resistance.

なお、本実施形態では、特に言及していないが、非水電解液に、有機溶媒、リチウム塩、リン−酸素二重結合を有する有機化合物以外の成分として、ビニレンカーボネート、カルボン酸無水物、硫黄含有化合物、ホウ素含有化合物から選択される少なくとも1種の化合物を含有するようにしてもよい。例えば、分子中に二重結合を有するビニレンカーボネートやプロパンサルトンでは、還元分解生成物が負極に保護皮膜を形成するため、リチウム電池の経時劣化を抑制する効果が期待できる。   Although not particularly mentioned in the present embodiment, vinylene carbonate, carboxylic acid anhydride, sulfur as a component other than an organic solvent, a lithium salt, and an organic compound having a phosphorus-oxygen double bond in the nonaqueous electrolytic solution. You may make it contain the at least 1 sort (s) of compound selected from a containing compound and a boron containing compound. For example, in the case of vinylene carbonate or propane sultone having a double bond in the molecule, the reductive decomposition product forms a protective film on the negative electrode, so that an effect of suppressing deterioration with time of the lithium battery can be expected.

また、本実施形態では、リン−酸素二重結合を有する有機化合物として、3つの置換基が炭素数1以上10以下の種々の例を示し、中でも、3つの置換基がいずれも同じフェニル基であるトリフェニルホスフェイトを用いた具体例を示した(各実施例参照)。本発明はこれに制限されるものではなく、3つの置換基が互いに異なる化学構造を有していてもよい。有機化合物の3つの置換基について付言すると、有機化合物の熱的安定性や当該有機化合物の製造を考慮すれば、各置換基が、いずれも、炭素数が6以上10以下の同じ化学構造を有していることが好ましい。   Further, in this embodiment, as the organic compound having a phosphorus-oxygen double bond, various examples in which three substituents have 1 to 10 carbon atoms are shown, and among them, all three substituents are the same phenyl group. Specific examples using certain triphenyl phosphates are shown (see each example). The present invention is not limited to this, and the three substituents may have different chemical structures. As for the three substituents of the organic compound, considering the thermal stability of the organic compound and the production of the organic compound, each substituent has the same chemical structure having 6 to 10 carbon atoms. It is preferable.

更に、本実施形態では、正極板1、負極板2を捲回した電極群を電池容器6に収容した円筒型リチウム二次電池20を例示したが、本発明はこれに制限されるものではない。例えば、円筒型に代えて角型としてもよく、正極板1、負極板2を捲回することに代えて積層して電極群を形成してもよい。もちろん、正極板1、負極板2を扁平状に捲回し角型の電池容器に収容するようにしてもよい。また、本実施形態では、SUS製の電池容器6を例示したが、電池容器の材質としては、例えば、ステンレススチールやアルミニウムを用いてもよい。   Furthermore, in this embodiment, although the cylindrical lithium secondary battery 20 which accommodated the electrode group which wound the positive electrode plate 1 and the negative electrode plate 2 in the battery container 6 was illustrated, this invention is not restrict | limited to this. . For example, a rectangular shape may be used instead of the cylindrical shape, and the electrode group may be formed by stacking instead of winding the positive electrode plate 1 and the negative electrode plate 2. Of course, the positive electrode plate 1 and the negative electrode plate 2 may be wound in a flat shape and accommodated in a rectangular battery container. Moreover, in this embodiment, although the battery container 6 made from SUS was illustrated, as a material of a battery container, you may use stainless steel and aluminum, for example.

また更に、本実施形態では、セパレータ3に微多孔性ポリプロピレンフィルムを用いる例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ポリエチレンフィルムを用いてもよく、ポリエチレンフィルムやポリプロピレンフィルムを積層して用いることも可能である。また、正極板1、負極板2を積層して電極群を構成する場合には、これらのフィルムを袋状にして用いることもできる。   Furthermore, in this embodiment, although the example which uses a microporous polypropylene film for the separator 3 was shown, this invention is not limited to this. For example, a polyethylene film may be used, and a polyethylene film or a polypropylene film may be laminated and used. Moreover, when laminating | stacking the positive electrode plate 1 and the negative electrode plate 2 and comprising an electrode group, these films can also be used in bag shape.

更にまた、本実施形態では、正極集電体、負極集電体、セパレータのサイズをそれぞれ例示したが、本発明はこれらに制限されるものではなく、電池サイズや電極群の形態に合わせてそれぞれ定めるようにすればよい。また、正極板1、負極板2の厚さ等にも制限されないことはもちろんである。   Furthermore, in the present embodiment, the sizes of the positive electrode current collector, the negative electrode current collector, and the separator are exemplified, but the present invention is not limited to these, and each size is adjusted according to the battery size and the form of the electrode group. You may make it to decide. Of course, the thickness of the positive electrode plate 1 and the negative electrode plate 2 is not limited.

本発明は大電流での放電特性を改善することができるリチウム二次電池用非水電解液および該非水電解液を用いたリチウム二次電池を提供するものであるため、リチウム二次電池の製造、販売に寄与するので、産業上の利用可能性を有する。   The present invention provides a non-aqueous electrolyte for a lithium secondary battery capable of improving discharge characteristics at a large current and a lithium secondary battery using the non-aqueous electrolyte. Since it contributes to sales, it has industrial applicability.

1 正極板
2 負極板
3 セパレータ
6 電池缶
10 密閉蓋部。
20 リチウム二次電池
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Positive electrode plate 2 Negative electrode plate 3 Separator 6 Battery can 10 Sealing cover part.
20 Lithium secondary battery

Claims (7)

リン(P)−酸素(O)二重結合を有しイオン伝導性を向上させるための有機化合物であって、下記化学式(1)で表され、置換基R、RおよびRが、それぞれ、炭素数が1以上10以下の有機基であり、かつ、少なくとも1つの酸素原子と、水素、硫黄、窒素、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素の原子から選択される少なくとも1つの原子とを有する有機化合物が含有されたことを特徴とするリチウム二次電池用非水電解液。
Figure 2011034698
An organic compound having a phosphorus (P) -oxygen (O) double bond for improving ion conductivity, represented by the following chemical formula (1), wherein the substituents R 1 , R 2 and R 3 are Each is an organic group having 1 to 10 carbon atoms, and has at least one oxygen atom and at least one atom selected from hydrogen, sulfur, nitrogen, fluorine, chlorine, bromine and iodine atoms. A non-aqueous electrolyte for a lithium secondary battery comprising an organic compound.
Figure 2011034698
鎖状もしくは環状のカーボネート化合物、エステル化合物、エーテル化合物および前記各化合物を構成する官能基の一部が他の官能基で置換された化合物から選択される少なくとも1種の溶媒と、電解質のリチウム塩とが含有されたことを特徴とする請求項1に記載の非水電解液。   At least one solvent selected from a linear or cyclic carbonate compound, an ester compound, an ether compound, and a compound in which a part of the functional group constituting each compound is substituted with another functional group, and a lithium salt of an electrolyte The nonaqueous electrolytic solution according to claim 1, wherein 前記有機化合物は、10重量%以下の割合で含有されたことを特徴とする請求項2に記載の非水電解液。   The non-aqueous electrolyte according to claim 2, wherein the organic compound is contained at a ratio of 10% by weight or less. 前記置換基R、RおよびRは、いずれも、炭素数が6以上10以下の同じ化学構造を有することを特徴とする請求項3に記載の非水電解液。 The non-aqueous electrolyte according to claim 3, wherein the substituents R 1 , R 2 and R 3 all have the same chemical structure having 6 to 10 carbon atoms. 前記電解質は、4フッ化ホウ酸リチウム(LiBF)であることを特徴とする請求項2に記載の非水電解液。 The non-aqueous electrolyte according to claim 2, wherein the electrolyte is lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ). 更に、ビニレンカーボネート、カルボン酸無水物、硫黄含有化合物、ホウ素含有化合物から選択される少なくとも1種の化合物が含有されたことを特徴とする請求項2に記載の非水電解液。   The non-aqueous electrolyte according to claim 2, further comprising at least one compound selected from vinylene carbonate, carboxylic acid anhydride, sulfur-containing compound, and boron-containing compound. 請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の非水電解液に、リチウムイオンを挿入離脱可能なリチウム含有酸化物を用いた正極と、リチウムイオンを挿入離脱可能な材料を用いた負極とを浸潤させたことを特徴とするリチウム二次電池。   A positive electrode using a lithium-containing oxide capable of inserting and removing lithium ions in the non-aqueous electrolyte according to any one of claims 1 to 6, and a negative electrode using a material capable of inserting and removing lithium ions Lithium secondary battery characterized in that
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2014012980A1 (en) * 2012-07-20 2014-01-23 Basf Se Electrochemical cells
JP2014220053A (en) * 2013-05-02 2014-11-20 富士フイルム株式会社 Nonaqueous secondary battery and electrolyte for nonaqueous secondary battery
WO2020217238A1 (en) * 2019-04-24 2020-10-29 TeraWatt Technology Inc. Cell design optimization for non-flammable electrolyte

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