JP2011082001A - Nonaqueous electrolyte and nonaqueous electrolyte battery - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、非水電解質および非水電解質電池に関する。さらに詳しくは、非水溶媒と電解質塩とを含む非水電解質およびこれを用いた非水電解質二次電池に関する。 The present invention relates to a nonaqueous electrolyte and a nonaqueous electrolyte battery. More specifically, the present invention relates to a nonaqueous electrolyte containing a nonaqueous solvent and an electrolyte salt and a nonaqueous electrolyte secondary battery using the nonaqueous electrolyte.
近年、カメラ一体型VTR(Video Tape Recorder)、携帯電話あるいはノートパソコンなどのポータブル電子機器が広く普及しており、その小型化、軽量化および長寿命化が強く求められている。これに伴い、電源として、電池、特に軽量で高エネルギー密度を得ることが可能な二次電池の開発が進められている。 In recent years, portable electronic devices such as a camera-integrated VTR (Video Tape Recorder), a mobile phone, or a laptop computer have been widely used, and there is a strong demand for miniaturization, weight reduction, and long life. Accordingly, as a power source, development of a battery, in particular, a secondary battery that is lightweight and capable of obtaining a high energy density is in progress.
中でも、充放電反応にリチウム(Li)の吸蔵および放出を利用するリチウムイオン二次電池は、鉛電池やニッケルカドミウム電池よりも高いエネルギー密度が得られるため、大いに期待されている。このリチウムイオン二次電池は、正極および負極と共に電解質を備えられており、非水電解質二次電池の種々の性能を向上させるために鋭意開発が進められている。 In particular, lithium ion secondary batteries that use lithium (Li) occlusion and release for charge and discharge reactions are highly expected because they can obtain higher energy densities than lead batteries and nickel cadmium batteries. This lithium ion secondary battery is provided with an electrolyte together with a positive electrode and a negative electrode, and has been intensively developed to improve various performances of the non-aqueous electrolyte secondary battery.
黒鉛層間へのインターカレーション反応に例示されるような、リチウム(Li)イオンの吸脱蔵が可能とされた炭素質材料によって負極が構成されたリチウムイオン二次電池に関しては、例えば特許文献1のような構成が開示されている。特許文献1では、電解質を構成する非水溶媒として、比較的高沸点かつ高誘電率であるγ―ブチロラクトンを用いることにより、高温保存による電池の特性劣化を抑制する手法が開示されている。 Regarding a lithium ion secondary battery in which a negative electrode is made of a carbonaceous material capable of absorbing and desorbing lithium (Li) ions, as exemplified by an intercalation reaction between graphite layers, for example, Patent Document 1 Such a configuration is disclosed. Patent Document 1 discloses a technique for suppressing deterioration of battery characteristics due to high-temperature storage by using γ-butyrolactone having a relatively high boiling point and a high dielectric constant as a nonaqueous solvent constituting the electrolyte.
しかし、γ−ブチロラクトンを用いた場合、負極での還元分解反応が生じるため、電池の使用とともに特性が低下する。また、これのみならず、非水溶媒の分解気化によって電池の変形をも生じることが指摘され、問題となっている。 However, when γ-butyrolactone is used, a reductive decomposition reaction occurs at the negative electrode, and the characteristics deteriorate with use of the battery. In addition to this, it has been pointed out that the battery is also deformed by the decomposition and vaporization of the non-aqueous solvent.
これに対し、特許文献2では、電池の使用初期の充放電時に負極上にSEI(Solid Electrolyte Interface;固体電解質膜)と呼称される被膜を形成する化合物を予め非水溶媒中に添加した電解質を用いることにより、負極上における非水溶媒の還元分解および電池の変形を抑制する手法が提案されている。 On the other hand, in Patent Document 2, an electrolyte in which a compound that forms a film called SEI (Solid Electrolyte Interface) on a negative electrode during charge and discharge in the initial use of a battery is added in a non-aqueous solvent in advance. By using it, a technique for suppressing reductive decomposition of the nonaqueous solvent on the negative electrode and deformation of the battery has been proposed.
また、特許文献3では、(O=C=N−Ar−N=C=O)で示される構造の、イソシアネート基を有する芳香族系化合物を含んだ非水電解質および電池が提案されている。なお、上述のイソシアネート基において、Arはアリール基(芳香族系炭素鎖)を表す。 Patent Document 3 proposes a nonaqueous electrolyte and a battery including an aromatic compound having an isocyanate group having a structure represented by (O═C═N—Ar—N═C═O). In the above isocyanate group, Ar represents an aryl group (aromatic carbon chain).
しかしながら、特許文献2に記載の電解質を用いる場合、電池使用に伴う特性劣化を抑制することができず、高温保存時にガス発生および電池の変形をも生じてしまう。また、特許文献3のような添加物を含む電解質を用いる場合、高温保存特性の改善はみられるが、非水溶媒についてのより一層の抑制、サイクル特性や容量についてのさらなる向上が求められている。 However, when the electrolyte described in Patent Document 2 is used, it is not possible to suppress deterioration of characteristics associated with battery use, and gas generation and battery deformation occur during high-temperature storage. Moreover, when using the electrolyte containing an additive like patent document 3, although the improvement of a high temperature storage characteristic is seen, the further suppression about a further suppression about a non-aqueous solvent and cycling characteristics and a capacity | capacitance is calculated | required. .
また、金属缶を外装部材として用いた構成においても、高温で保存するとガス発生が多く、安全のための安全弁が作動してしまい電池が使用できなくなるという問題点があった。また充放電サイクルを繰り返した場合に容量維持率が急激に劣化するため、電解液などの構成材料を新たに検討する必要性が生じる。特に、室温より高い温度でのサイクル特性はより顕著に劣化する。 In addition, even in a configuration using a metal can as an exterior member, there is a problem that a large amount of gas is generated when stored at a high temperature, and a safety valve for safety is activated and the battery cannot be used. In addition, when the charge / discharge cycle is repeated, the capacity retention rate rapidly deteriorates, so that it becomes necessary to newly examine constituent materials such as an electrolytic solution. In particular, the cycle characteristics at a temperature higher than room temperature deteriorate more significantly.
この発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、高温保存時の電池特性が改善された非水電解質および非水電解質電池を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a non-aqueous electrolyte and a non-aqueous electrolyte battery having improved battery characteristics during high-temperature storage.
上述した課題を解決するために、第1の発明は、式(1)で示される化合物と、電解質塩と、非水溶媒とを含有する非水電解質である。
また、第2の発明は、正極と、負極と、非水電解質とを備え、非水電解質が、式(1)で示される化合物と、電解質塩と、非水溶媒とを含有する非水電解質電池である。
なお、第1および第2の発明において、式(1)で示される化合物が、下記の式(2)で示される化合物であることが好ましい。
第1および第2の発明では、非水電解質の分解を抑制することができる。 In the first and second inventions, the decomposition of the nonaqueous electrolyte can be suppressed.
この発明によれば、高温保存特性を向上させ、高温保存後におけるラミネートフィルム型電池の電池膨れを抑制し、円筒型電池の安全弁を作動しにくくすることができる。 According to this invention, high temperature storage characteristics can be improved, battery swelling of the laminate film type battery after high temperature storage can be suppressed, and the safety valve of the cylindrical battery can be made difficult to operate.
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、説明は、以下の順序で行う。
1.第1の実施の形態(非水電解質電池に用いる非水電解質)
2.第2の実施の形態(ラミネートフィルムを外装材として用いた非水電解質電池の例)
3.第3の実施の形態(円筒金属缶を外装材として用いた非水電解質電池の例)
4.他の実施の形態(変形例)
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The description will be given in the following order.
1. 1st Embodiment (nonaqueous electrolyte used for a nonaqueous electrolyte battery)
2. Second embodiment (an example of a nonaqueous electrolyte battery using a laminate film as an exterior material)
3. Third embodiment (an example of a nonaqueous electrolyte battery using a cylindrical metal can as an exterior material)
4). Other embodiment (modification)
1.第1の実施の形態
この発明の第1の実施の形態による非水電解質について説明する。この発明の第1の実施の形態による非水電解質は、例えば電池などの電気化学デバイスに用いるものである。
1. First Embodiment A nonaqueous electrolyte according to a first embodiment of the present invention will be described. The nonaqueous electrolyte according to the first embodiment of the present invention is used for an electrochemical device such as a battery.
(1−1)非水電解質の構成
この発明における非水電解質は、少なくとも非水溶媒と、この非水溶媒に溶解された電解質塩と、ビス(ハロゲン化シリル)アルキレン化合物からなる添加化合物を含んでいる。まず、ビス(ハロゲン化シリル)アルキレン化合物からなる化合物について説明する。
(1-1) Configuration of Nonaqueous Electrolyte The nonaqueous electrolyte in the present invention includes at least a nonaqueous solvent, an electrolyte salt dissolved in the nonaqueous solvent, and an additive compound composed of a bis (halogenated silyl) alkylene compound. It is out. First, a compound composed of a bis (halogenated silyl) alkylene compound will be described.
[化合物]
この発明の非水電解質に混合する化合物としては、下記の式(1)で表される化合物(以下、ビス(ハロゲン化シリル)アルキレン化合物と適宜称する)が用いられる。また、式(1)で表される化合物から選ばれた2種以上を組み合わせて用いることもできる。
[Compound]
As the compound to be mixed with the non-aqueous electrolyte of the present invention, a compound represented by the following formula (1) (hereinafter referred to as a bis (halogenated silyl) alkylene compound as appropriate) is used. Moreover, it can also be used in combination of 2 or more types chosen from the compound represented by Formula (1).
式(1)中、Xは、炭素数4〜18の脂肪族炭化水素基(ハロゲン、リン、ケイ素、酸素、硫黄を有していてもよい)、脂環式炭化水素基(ハロゲン、リン、ケイ素、酸素、硫黄を有していてもよい)、芳香族炭化水素基(ハロゲン、リン、ケイ素、酸素、硫黄を有していてもよい)、またはアルコキシル基である。また、R1〜R6は各々独立して水素、ハロゲン基、アルコキシル基、脂肪族アルキル基(水素の一部またはすべてをハロゲンで置換してあってもよい)であり、R1〜R3とR4〜R6のそれぞれが2以上のハロゲン原子を含む。 In the formula (1), X represents an aliphatic hydrocarbon group having 4 to 18 carbon atoms (which may have halogen, phosphorus, silicon, oxygen, or sulfur), an alicyclic hydrocarbon group (halogen, phosphorus, Silicon, oxygen, or sulfur), an aromatic hydrocarbon group (which may have halogen, phosphorus, silicon, oxygen, or sulfur), or an alkoxyl group. R1 to R6 are each independently hydrogen, a halogen group, an alkoxyl group, or an aliphatic alkyl group (part or all of hydrogen may be substituted with halogen), and R1 to R3 and R4 to R6 Each of which contains two or more halogen atoms.
脂肪族炭化水素基としては、炭素数4〜18の直鎖または分岐のもの、脂環式炭化水素基としては、飽和または不飽和の炭素数4〜18のもの、アルコキシル基としては、そのアルキル基部分が上述の脂肪族炭化水素基であることが好ましい。脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基またはアルコキシル基は、水素の一部またはすべてをハロゲンで置換してあってもよい。置換し得るハロゲンとしては、塩素またはフッ素が好ましい。R1〜R3とR4〜R6のそれぞれに2以上含まれるハロゲン原子としては、塩素、フッ素が好ましい。 The aliphatic hydrocarbon group is a linear or branched group having 4 to 18 carbon atoms, the alicyclic hydrocarbon group is a saturated or unsaturated group having 4 to 18 carbon atoms, and the alkoxyl group is an alkyl thereof. It is preferable that the base portion is the above-described aliphatic hydrocarbon group. In the aliphatic hydrocarbon group, alicyclic hydrocarbon group or alkoxyl group, a part or all of hydrogen may be substituted with halogen. As the halogen that can be substituted, chlorine or fluorine is preferred. As the halogen atom contained in two or more of R1 to R3 and R4 to R6, chlorine and fluorine are preferable.
ビス(ハロゲン化シリル)アルキレン化合物としては、下記式(2)の化合物が好ましい。 As the bis (halogenated silyl) alkylene compound, a compound of the following formula (2) is preferable.
式(2)中、nは4以上18以下の整数を表し、R1〜R6は各々独立して水素、ハロゲン基、アルコキシル基、脂肪族炭化水素基(水素の一部またはすべてをハロゲンで置換してあってもよい)であり、R1〜R3とR4〜R6のそれぞれが2以上のハロゲン原子を含む。R1〜R3とR4〜R6のそれぞれに少なくとも一つ含まれるハロゲン原子としては、塩素、フッ素が好ましい。 In the formula (2), n represents an integer of 4 or more and 18 or less, and R1 to R6 each independently represent hydrogen, a halogen group, an alkoxyl group, an aliphatic hydrocarbon group (a part or all of hydrogen is substituted with halogen). Each of R1-R3 and R4-R6 contains two or more halogen atoms. As the halogen atom contained in each of R1 to R3 and R4 to R6, chlorine and fluorine are preferable.
各々のケイ素原子上に置換されたハロゲンの数は2以上が好ましく、ハロゲンの数が3であることがより好ましい。二次電池などの電気化学デバイスに用いられた場合に、電極表面において保護膜を形成する能力が高くなり、より強固で安定な保護膜が形成されるため、非水電解質の分解反応がより抑制されるからである。 The number of halogens substituted on each silicon atom is preferably 2 or more, and more preferably 3 halogens. When used in electrochemical devices such as secondary batteries, the ability to form a protective film on the electrode surface is increased, and a stronger and more stable protective film is formed, so the decomposition reaction of the nonaqueous electrolyte is further suppressed. Because it is done.
ここで、1つのケイ素原子上に置換される複数のハロゲンとして、互いに異なるハロゲン原子が置換されてもよい。また、一方のケイ素原子上に置換されるハロゲン原子と、他方のケイ素原子に置換されるハロゲン原子とが異なっていてもよい。 Here, as the plurality of halogens substituted on one silicon atom, different halogen atoms may be substituted. Moreover, the halogen atom substituted on one silicon atom and the halogen atom substituted on the other silicon atom may be different.
以下に、この発明のビス(ハロゲン化シリル)アルキレン化合物の具体例を挙げる。なお、下記の具体例は一例であり、本発明はこれらに限定されない。 Specific examples of the bis (halogenated silyl) alkylene compound of the present invention are given below. In addition, the following specific example is an example and this invention is not limited to these.
この発明の非水電解質に混合するビス(ハロゲン化シリル)アルキレン化合物としては、例えば1,4−ビス(トリクロロシリル)ベンゼン、1,4−ビス(トリフルオロシリル)ベンゼン、1,4−ビス(トリクロロシリル)シクロヘキシル、1,4−ビス(トリフルオロシリル)シクロヘキシル、1,3−ビス(トリクロロシリルプロピル)ベンゼン、1,3−ビス(トリフルオロシリルプロピル)ベンゼン、1,3−ビス(トリクロロシロキシ)ベンゼン、1,3−ビス(トリフルオロシロキシ)ベンゼン、1,2−ビス(トリクロロシリル)エタン、1,3−ビス(トリクロロシリル)プロパン、1,4−ビス(トリクロロシリル)ブタン、1,5−ビス(トリクロロシリル)ペンタン、1,6−ビス(トリクロロシリル)ヘキサン、1,7−ビス(トリクロロシリル)ヘプタン、1,8−ビス(トリクロロシリル)オクタン、1,9−ビス(トリクロロシリル)ノナン、1,10−ビス(トリクロロシリル)デカン、1,12−ビス(トリクロロシリル)ドデカン、1,18−ビス(トリクロロシリル)オクタデカン、1,2−ビス(トリフルオロシリル)エタン、1,3−ビス(トリフルオロシリル)プロパン、1,4−ビス(トリフルオロシリル)ブタン、1,5−ビス(トリフルオロシリル)ペンタン、1,6−ビス(トリフルオロシリル)ヘキサン、1,7−ビス(トリフルオロシリル)ヘプタン、1,8−ビス(トリフルオロシリル)オクタン、1,9−ビス(トリフルオロシリル)ノナン、1,10−ビス(トリフルオロシリル)デカン、1,12−ビス(トリフルオロシリル)ドデカン、1,18−ビス(トリフルオロシリル)オクタデカン、1,4−ビス(メチルジクロロシリル)ベンゼン、1,4−ビス(メチルジフルオロシリル)ベンゼン、1,4−ビス(メチルジクロロシリル)シクロヘキシル、1,4−ビス(メチルジフルオロシリル)シクロヘキシル、1,3−ビス(メチルジクロロシリルプロピル)ベンゼン、1,3−ビス(メチルジフルオロシリルプロピル)ベンゼン、1,3−ビス(メチルジクロロシロキシ)ベンゼン、1,3−ビス(メチルジフルオロシロキシ)ベンゼン、1,2−ビス(メチルジクロロシリル)エタン、1,3−ビス(メチルジクロロシリル)プロパン、1,4−ビス(メチルジクロロシリル)ブタン、1,5−ビス(メチルジクロロシリル)ペンタン、1,6−ビス(メチルジクロロシリル)ヘキサン、1,7−ビス(メチルジクロロシリル)ヘプタン、1,8−ビス(メチルジクロロシリル)オクタン、1,9−ビス(メチルジクロロシリル)ノナン、1,10−ビス(メチルジクロロシリル)デカン、1,12−ビス(メチルジクロロシリル)ドデカン、1,18−ビス(メチルジクロロシリル)オクタデカン、1,2−ビス(メチルジフルオロシリル)エタン、1,3−ビス(メチルジフルオロシリル)プロパン、1,4−ビス(メチルジフルオロシリル)ブタン、1,5−ビス(メチルジフルオロシリル)ペンタン、1,6−ビス(メチルジフルオロシリル)ヘキサン、1,7−ビス(メチルジフルオロシリル)ヘプタン、1,8−ビス(メチルジフルオロシリル)オクタン、1,9−ビス(メチルジフルオロシリル)ノナン、1,10−ビス(メチルジフルオロシリル)デカン、1,12−ビス(メチルジフルオロシリル)ドデカン、1,18−ビス(メチルジフルオロシリル)オクタデカン、1,4−ビス(クロロジメチルシリル)ベンゼン、1,4−ビス(フルオロジメチルシリル)ベンゼン、1,4−ビス(クロロジメチルシリル)シクロヘキシル、1,4−ビス(フルオロジメチルシリル)シクロヘキシル、1,3−ビス(クロロジメチルシリルプロピル)ベンゼン、1,3−ビス(フルオロジメチルシリルプロピル)ベンゼン、1,3−ビス(クロロジメチルシロキシ)ベンゼン、1,3−ビス(フルオロジメチルシロキシ)ベンゼン、1,2−ビス(クロロジメチルシリル)エタン、1,3−ビス(クロロジメチルシリル)プロパン、1,4−ビス(クロロジメチルシリル)ブタン、1,5−ビス(クロロジメチルシリル)ペンタン、1,6−ビス(クロロジメチルシリル)ヘキサン、1,7−ビス(クロロジメチルシリル)ヘプタン、1,8−ビス(クロロジメチルシリル)オクタン、1,9−ビス(クロロジメチルシリル)ノナン、1,10−ビス(クロロジメチルシリル)デカン、1,12−ビス(クロロジメチルシリル)ドデカン、1,18−ビス(クロロジメチルシリル)オクタデカン、1,2−ビス(フルオロジメチルシリル)エタン、1,3−ビス(フルオロジメチルシリル)プロパン、1,4−ビス(フルオロジメチルシリル)ブタン、1,5−ビス(フルオロジメチルシリル)ペンタン、1,6−ビス(フルオロジメチルシリル)ヘキサン、1,7−ビス(フルオロジメチルシリル)ヘプタン、1,8−ビス(フルオロジメチルシリル)オクタン、1,9−ビス(フルオロジメチルシリル)ノナン、1,10−ビス(フルオロジメチルシリル)デカン、1,12−ビス(フルオロジメチルシリル)ドデカン、1,18−ビス(フルオロジメチルシリル)オクタデカン等のビス(ハロゲン化シリル)アルキレン化合物が挙げられる。 Examples of the bis (halogenated silyl) alkylene compound to be mixed with the nonaqueous electrolyte of the present invention include 1,4-bis (trichlorosilyl) benzene, 1,4-bis (trifluorosilyl) benzene, 1,4-bis ( Trichlorosilyl) cyclohexyl, 1,4-bis (trifluorosilyl) cyclohexyl, 1,3-bis (trichlorosilylpropyl) benzene, 1,3-bis (trifluorosilylpropyl) benzene, 1,3-bis (trichlorosiloxy) ) Benzene, 1,3-bis (trifluorosiloxy) benzene, 1,2-bis (trichlorosilyl) ethane, 1,3-bis (trichlorosilyl) propane, 1,4-bis (trichlorosilyl) butane, 1, 5-bis (trichlorosilyl) pentane, 1,6-bis (trichlorosilyl) hexane 1,7-bis (trichlorosilyl) heptane, 1,8-bis (trichlorosilyl) octane, 1,9-bis (trichlorosilyl) nonane, 1,10-bis (trichlorosilyl) decane, 1,12-bis ( Trichlorosilyl) dodecane, 1,18-bis (trichlorosilyl) octadecane, 1,2-bis (trifluorosilyl) ethane, 1,3-bis (trifluorosilyl) propane, 1,4-bis (trifluorosilyl) Butane, 1,5-bis (trifluorosilyl) pentane, 1,6-bis (trifluorosilyl) hexane, 1,7-bis (trifluorosilyl) heptane, 1,8-bis (trifluorosilyl) octane, 1,9-bis (trifluorosilyl) nonane, 1,10-bis (trifluorosilyl) decane, 1,12-bis ( Trifluorosilyl) dodecane, 1,18-bis (trifluorosilyl) octadecane, 1,4-bis (methyldichlorosilyl) benzene, 1,4-bis (methyldifluorosilyl) benzene, 1,4-bis (methyldichloro) Silyl) cyclohexyl, 1,4-bis (methyldifluorosilyl) cyclohexyl, 1,3-bis (methyldichlorosilylpropyl) benzene, 1,3-bis (methyldifluorosilylpropyl) benzene, 1,3-bis (methyldichloro) Siloxy) benzene, 1,3-bis (methyldifluorosiloxy) benzene, 1,2-bis (methyldichlorosilyl) ethane, 1,3-bis (methyldichlorosilyl) propane, 1,4-bis (methyldichlorosilyl) Butane, 1,5-bis (methyldichlorosilyl) pentane, 1,6-bis (methyldichlorosilyl) hexane, 1,7-bis (methyldichlorosilyl) heptane, 1,8-bis (methyldichlorosilyl) octane, 1,9-bis (methyldichlorosilyl) nonane, 1, 10-bis (methyldichlorosilyl) decane, 1,12-bis (methyldichlorosilyl) dodecane, 1,18-bis (methyldichlorosilyl) octadecane, 1,2-bis (methyldifluorosilyl) ethane, 1,3- Bis (methyldifluorosilyl) propane, 1,4-bis (methyldifluorosilyl) butane, 1,5-bis (methyldifluorosilyl) pentane, 1,6-bis (methyldifluorosilyl) hexane, 1,7-bis ( Methyldifluorosilyl) heptane, 1,8-bis (methyldifluorosilyl) octane, 1,9 Bis (methyldifluorosilyl) nonane, 1,10-bis (methyldifluorosilyl) decane, 1,12-bis (methyldifluorosilyl) dodecane, 1,18-bis (methyldifluorosilyl) octadecane, 1,4-bis ( Chlorodimethylsilyl) benzene, 1,4-bis (fluorodimethylsilyl) benzene, 1,4-bis (chlorodimethylsilyl) cyclohexyl, 1,4-bis (fluorodimethylsilyl) cyclohexyl, 1,3-bis (chlorodimethyl) Silylpropyl) benzene, 1,3-bis (fluorodimethylsilylpropyl) benzene, 1,3-bis (chlorodimethylsiloxy) benzene, 1,3-bis (fluorodimethylsiloxy) benzene, 1,2-bis (chlorodimethyl) Silyl) ethane, 1,3-bis (chlorodi) Tilsilyl) propane, 1,4-bis (chlorodimethylsilyl) butane, 1,5-bis (chlorodimethylsilyl) pentane, 1,6-bis (chlorodimethylsilyl) hexane, 1,7-bis (chlorodimethylsilyl) Heptane, 1,8-bis (chlorodimethylsilyl) octane, 1,9-bis (chlorodimethylsilyl) nonane, 1,10-bis (chlorodimethylsilyl) decane, 1,12-bis (chlorodimethylsilyl) dodecane, 1,18-bis (chlorodimethylsilyl) octadecane, 1,2-bis (fluorodimethylsilyl) ethane, 1,3-bis (fluorodimethylsilyl) propane, 1,4-bis (fluorodimethylsilyl) butane, 5-bis (fluorodimethylsilyl) pentane, 1,6-bis (fluorodimethylsilyl) Hexane, 1,7-bis (fluorodimethylsilyl) heptane, 1,8-bis (fluorodimethylsilyl) octane, 1,9-bis (fluorodimethylsilyl) nonane, 1,10-bis (fluorodimethylsilyl) decane, Examples thereof include bis (halogenated silyl) alkylene compounds such as 1,12-bis (fluorodimethylsilyl) dodecane and 1,18-bis (fluorodimethylsilyl) octadecane.
中でも、1,3−ビス(トリクロロシリルプロピル)ベンゼン、1,3−ビス(トリフルオロシリルプロピル)ベンゼン、1,6−ビス(トリクロロシリル)ヘキサン、1,6−ビス(トリフルオロシリル)ヘキサン、1,8−ビス(トリクロロシリル)オクタン、1,8−ビス(トリフルオロシリル)オクタン、1,4−ビス(トリクロロシリル)ブタンおよび1,4−ビス(メチルジクロロシリル)ブタンが好ましい。容易に入手可能であると共に、高い効果が得られるからである。これらの添加剤は2種類以上を混合して使用してもよい。 Among them, 1,3-bis (trichlorosilylpropyl) benzene, 1,3-bis (trifluorosilylpropyl) benzene, 1,6-bis (trichlorosilyl) hexane, 1,6-bis (trifluorosilyl) hexane, 1,8-bis (trichlorosilyl) octane, 1,8-bis (trifluorosilyl) octane, 1,4-bis (trichlorosilyl) butane and 1,4-bis (methyldichlorosilyl) butane are preferred. This is because it is easily available and a high effect can be obtained. Two or more kinds of these additives may be mixed and used.
式(2)の化合物としては、炭素鎖の炭素の数が4以上であるものが好ましい。更に、ビス(ハロゲン化シリル)アルキレン化合物を構成する炭素鎖が、直鎖状であるものが好ましい。上記の中でも1,6−ビス(トリクロロシリル)ヘキサン、1,6−ビス(トリフルオロシリル)ヘキサン、1,8−ビス(トリクロロシリル)オクタン、1,8−ビス(トリフルオロシリル)オクタンが好ましい。容易に入手可能であると共に、高い効果が得られるからである。これらの添加剤は2種類以上を混合して使用してもよい。 As the compound of the formula (2), those having 4 or more carbon atoms in the carbon chain are preferable. Furthermore, it is preferable that the carbon chain constituting the bis (halogenated silyl) alkylene compound is linear. Among these, 1,6-bis (trichlorosilyl) hexane, 1,6-bis (trifluorosilyl) hexane, 1,8-bis (trichlorosilyl) octane, and 1,8-bis (trifluorosilyl) octane are preferable. . This is because it is easily available and a high effect can be obtained. Two or more kinds of these additives may be mixed and used.
非水電解質中にビス(ハロゲン化シリル)アルキレン化合物を添加することにより、高温保存時の膨れ抑制効果が得られる。なかでも、ビス(ハロゲン化シリル)アルキレン化合物の含有量が、0.01重量%以上5重量%以下であることが好ましく、0.5重量%以上1重量%以下がより好ましい。ビス(ハロゲン化シリル)アルキレン化合物の添加量が多くなるにつれて負極皮膜が厚くなり皮膜抵抗が大きくなるものの、高温保存時の電池膨れを充分に抑制することができる。また、ビス(ハロゲン化シリル)アルキレン化合物の添加量が少なすぎると、高いサイクル特性を維持することができるものの、本発明の顕著な効果が期待できない。 By adding a bis (halogenated silyl) alkylene compound to the non-aqueous electrolyte, the effect of suppressing swelling during high-temperature storage can be obtained. Especially, it is preferable that content of a bis (halogenated silyl) alkylene compound is 0.01 to 5 weight%, and 0.5 to 1 weight% is more preferable. As the amount of the bis (halogenated silyl) alkylene compound increases, the negative electrode film becomes thicker and the film resistance increases, but the battery swelling during high-temperature storage can be sufficiently suppressed. Moreover, when the addition amount of the bis (halogenated silyl) alkylene compound is too small, high cycle characteristics can be maintained, but the remarkable effect of the present invention cannot be expected.
[非水溶媒]
非水溶媒は、溶媒としては、例えば、炭酸エチレン(EC)、炭酸プロピレン(PC)、炭酸ブチレン、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸エチルメチル、炭酸メチルプロピル、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、1,2−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソラン、1,3−ジオキサン、1,4−ジオキサン、酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、酪酸メチル、イソ酪酸メチル、トリメチル酢酸メチル、トリメチル酢酸エチル、アセトニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、メトキシアセトニトリル、3−メトキシプロピオニトリル、N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリジノン、N−メチルオキサゾリジノン、N,N’−ジメチルイミダゾリジノン、ニトロメタン、ニトロエタン、スルホラン、リン酸トリメチルまたはジメチルスルホキシドなどを用いることができる。非水電解質を備えた電池などの電気化学デバイスにおいて、優れた容量、サイクル特性および保存特性が得られるからである。これらは単独で用いてもよいし、複数種を混合して用いてもよい。
[Nonaqueous solvent]
Non-aqueous solvents include, for example, ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, methyl propyl carbonate, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, 1 , 2-dimethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, tetrahydropyran, 1,3-dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxolane, 1,3-dioxane, 1,4-dioxane, methyl acetate, ethyl acetate, Methyl propionate, ethyl propionate, methyl butyrate, methyl isobutyrate, methyl trimethyl acetate, ethyl trimethyl acetate, acetonitrile, glutaronitrile, adiponitrile, methoxyacetonitrile, 3-methoxypropionitrile, N, N-dimethylformamide, N- Me Tylpyrrolidinone, N-methyloxazolidinone, N, N′-dimethylimidazolidinone, nitromethane, nitroethane, sulfolane, trimethyl phosphate, dimethyl sulfoxide, or the like can be used. This is because, in an electrochemical device such as a battery equipped with a nonaqueous electrolyte, excellent capacity, cycle characteristics and storage characteristics can be obtained. These may be used alone or in combination of two or more.
中でも、非水溶媒としては、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ジメチル、炭酸ジエチルおよび炭酸エチルメチルからなる群のうちの少なくとも1種を含むものを用いることが好ましい。十分な効果が得られるからである。この場合には、特に、高粘度(高誘電率)溶媒(例えば、比誘電率ε≧30)である炭酸エチレンまたは炭酸プロピレンと、低粘度溶媒(例えば、粘度≦1mPa・s)である炭酸ジメチル、炭酸ジエチルまたは炭酸エチルメチルとを混合して含むものを用いることが好ましい。電解質塩の解離性およびイオンの移動度が向上するため、より高い効果が得られるからである。 Among these, as the non-aqueous solvent, it is preferable to use a solvent containing at least one member selected from the group consisting of ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate. This is because a sufficient effect can be obtained. In this case, in particular, ethylene carbonate or propylene carbonate having a high viscosity (high dielectric constant) solvent (for example, relative dielectric constant ε ≧ 30) and dimethyl carbonate having a low viscosity solvent (for example, viscosity ≦ 1 mPa · s). It is preferable to use a mixture containing diethyl carbonate or ethyl methyl carbonate. This is because the dissociation property of the electrolyte salt and the ion mobility are improved, so that a higher effect can be obtained.
この溶媒は、式(3)〜式(5)で表される不飽和結合を有する環状炭酸エステルからなる群のうちの少なくとも1種を含有しているのが好ましい。非水電解質の化学的安定性がより向上するからである。 This solvent preferably contains at least one member selected from the group consisting of cyclic carbonates having an unsaturated bond represented by formulas (3) to (5). This is because the chemical stability of the nonaqueous electrolyte is further improved.
式(3)において、R7およびR8は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、または炭素数が1〜12のアルキル基(ハロゲン原子を含んでいてもよい)である。 In Formula (3), R7 and R8 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, or an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms (which may contain a halogen atom).
式(4)において、R9〜R12は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、炭素数が1〜12の炭化水素基(ハロゲン原子を含んでいてもよい)または炭素数が2〜12のアルケニル基であり、R9〜R12の内少なくとも一つは炭素数が2〜12のアルケニル基である。 In Formula (4), R9 to R12 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, a hydrocarbon group having 1 to 12 carbon atoms (which may contain a halogen atom) or a carbon number having 2 to 12 An alkenyl group, and at least one of R9 to R12 is an alkenyl group having 2 to 12 carbon atoms.
式(5)において、R13はアルキレン基である。 In Formula (5), R13 is an alkylene group.
式(3)に示した不飽和結合を有する環状炭酸エステルは、炭酸ビニレン系化合物である。この炭酸ビニレン系化合物としては、例えば、炭酸ビニレン(1,3−ジオキソール−2−オン)、炭酸メチルビニレン(4−メチル−1,3−ジオキソール−2−オン)、炭酸エチルビニレン(4−エチル−1,3−ジオキソール−2−オン)、4,5−ジメチル−1,3−ジオキソール−2−オン、4,5−ジエチル−1,3−ジオキソール−2−オン、4−フルオロ−1,3−ジオキソール−2−オン、あるいは4−トリフルオロメチル−1,3−ジオキソール−2−オンなどが挙げられる。これらは単独でも良いし、複数種が混合されてもよい。中でも、炭酸ビニレンが好ましい。容易に入手可能であると共に、高い効果が得られるからである。 The cyclic carbonate having an unsaturated bond represented by the formula (3) is a vinylene carbonate compound. Examples of the vinylene carbonate compound include vinylene carbonate (1,3-dioxol-2-one), methyl vinylene carbonate (4-methyl-1,3-dioxol-2-one), and ethyl vinylene carbonate (4-ethyl). -1,3-dioxol-2-one), 4,5-dimethyl-1,3-dioxol-2-one, 4,5-diethyl-1,3-dioxol-2-one, 4-fluoro-1, Examples include 3-dioxol-2-one and 4-trifluoromethyl-1,3-dioxol-2-one. These may be used alone or in combination. Among these, vinylene carbonate is preferable. This is because it is easily available and a high effect can be obtained.
式(4)に示した不飽和結合を有する環状炭酸エステルは、炭酸ビニルエチレン系化合物である。炭酸ビニルエチレン系化合物としては、例えば、炭酸ビニルエチレン(4−ビニル−1,3−ジオキソラン−2−オン)、4−メチル−4−ビニル−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−エチル−4−ビニル−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−n−プロピル−4−ビニル−1,3−ジオキソラン−2−オン、5−メチル−4−ビニル−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,4−ジビニル−1,3−ジオキソラン−2−オン、あるいは4,5−ジビニル−1,3−ジオキソラン−2−オンなどが挙げられる。これらは単独でも良いし、複数種が混合されてもよい。中でも、炭酸ビニルエチレンが好ましい。容易に入手可能であると共に、高い効果が得られるからである。もちろん、R24〜R27としては、全てがビニル基でもよいし、全てがアリル基でもよいし、ビニル基とアリル基とが混在していてもよい。 The cyclic carbonate having an unsaturated bond shown in Formula (4) is a vinyl ethylene carbonate compound. Examples of the vinyl carbonate-based compound include vinyl ethylene carbonate (4-vinyl-1,3-dioxolan-2-one), 4-methyl-4-vinyl-1,3-dioxolan-2-one, and 4-ethyl. -4-vinyl-1,3-dioxolan-2-one, 4-n-propyl-4-vinyl-1,3-dioxolan-2-one, 5-methyl-4-vinyl-1,3-dioxolane-2 -One, 4,4-divinyl-1,3-dioxolan-2-one, 4,5-divinyl-1,3-dioxolan-2-one and the like. These may be used alone or in combination. Of these, vinyl ethylene carbonate is preferred. This is because it is easily available and a high effect can be obtained. Of course, as R24 to R27, all may be vinyl groups, all may be allyl groups, or vinyl groups and allyl groups may be mixed.
式(5)に示した不飽和結合を有する環状炭酸エステルは、炭酸メチレンエチレン系化合物である。炭酸メチレンエチレン系化合物としては、4−メチレン−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,4−ジメチル−5−メチレン−1,3−ジオキソラン−2−オン、あるいは4,4−ジエチル−5−メチレン−1,3−ジオキソラン−2−オンなどが挙げられる。これらは単独でも良いし、複数種が混合されてもよい。この炭酸メチレンエチレン系化合物としては、1つのメチレン基を有するもの(式(5)に示した化合物)の他、2つのメチレン基を有するものであってもよい。 The cyclic carbonate having an unsaturated bond represented by the formula (5) is a methylene ethylene carbonate compound. Examples of the methylene ethylene carbonate compound include 4-methylene-1,3-dioxolan-2-one, 4,4-dimethyl-5-methylene-1,3-dioxolan-2-one, and 4,4-diethyl-5. -Methylene-1,3-dioxolan-2-one and the like. These may be used alone or in combination. This methylene ethylene carbonate compound may have one methylene group (the compound shown in the formula (5)) or two methylene groups.
なお、不飽和結合を有する環状炭酸エステルとしては、式(3)〜式(5)に示したものの他、ベンゼン環を有する炭酸カテコール(カテコールカーボネート)などであってもよい。 In addition, as cyclic carbonate which has an unsaturated bond, in addition to what was shown to Formula (3)-Formula (5), carbonate catechol (catechol carbonate) etc. which have a benzene ring may be sufficient.
[電解質塩]
電解質塩は、例えば、リチウム塩などの軽金属塩のいずれか1種または2種以上を含有している。リチウム塩としては、例えば、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)、四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4)、過塩素酸リチウム(LiClO4)、六フッ化ヒ酸リチウム(LiAsF6)、テトラフェニルホウ酸リチウム(LiB(C6H5)4)、メタンスルホン酸リチウム(LiCH3SO3)、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(LiCF3SO3)、テトラクロロアルミン酸リチウム(LiAlCl4)、六フッ化ケイ酸二リチウム(Li2SiF6)、塩化リチウム(LiCl)あるいは臭化リチウム(LiBr)などが挙げられる。中でも、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)、四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4)、過塩素酸リチウム(LiClO4)、六フッ化ヒ酸リチウム(LiAsF6)からなる群のうちの少なくとも1種が好ましく、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)がより好ましい。非水電解質の抵抗が低下するからである。特に、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)と一緒に四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4)を用いるのが好ましい。高い効果が得られるからである。
[Electrolyte salt]
The electrolyte salt contains, for example, one or more light metal salts such as a lithium salt. Examples of the lithium salt include lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium hexafluoroarsenate (LiAsF 6 ), tetra Lithium phenylborate (LiB (C 6 H 5 ) 4 ), lithium methanesulfonate (LiCH 3 SO 3 ), lithium trifluoromethanesulfonate (LiCF 3 SO 3 ), lithium tetrachloroaluminate (LiAlCl 4 ), hexafluoride Examples thereof include dilithium silicate (Li 2 SiF 6 ), lithium chloride (LiCl), and lithium bromide (LiBr). Among them, at least one selected from the group consisting of lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium perchlorate (LiClO 4 ), and lithium hexafluoroarsenate (LiAsF 6 ). One is preferable, and lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) is more preferable. This is because the resistance of the non-aqueous electrolyte is lowered. In particular, it is preferable to use lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ) together with lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ). This is because a high effect can be obtained.
なお、上述の非水溶媒と、電解質塩と、ビス(ハロゲン化シリル)アルキレン化合物からなる化合物とを含む非水電解液を高分子化合物に保持させたいわゆるゲル状となっているゲル電解質を用いてもよい。 In addition, a so-called gel electrolyte in which a nonaqueous electrolytic solution containing a nonaqueous solvent, an electrolyte salt, and a compound composed of a bis (halogenated silyl) alkylene compound is held in a polymer compound is used. May be.
ゲル電解質における高分子化合物は、非水溶媒を吸収してゲル化するものであればよく、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)あるいはビニリデンフルオロライド(VdF)とヘキサフルオロプロピレン(HFP)との共重合体などのフッ素系高分子化合物、ポリエチレンオキサイド(PEO)あるいはポリエチレンオキサイド(PEO)を含む架橋体などのエーテル系高分子化合物、ポリアクリロニトリル、ポリプロピレンオキサイドあるいはポリメチルメタクリレートを繰返し単位として含むものなどが挙げられる。高分子化合物には、いずれか1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。 The polymer compound in the gel electrolyte is not particularly limited as long as it absorbs a non-aqueous solvent and gels. For example, polyvinylidene fluoride (PVdF) or vinylidene fluoride (VdF) and hexafluoropropylene (HFP) Fluorine polymer compounds such as coalesce, ether polymer compounds such as polyethylene oxide (PEO) or cross-linked products containing polyethylene oxide (PEO), those containing polyacrylonitrile, polypropylene oxide or polymethyl methacrylate as repeating units It is done. Any one of these polymer compounds may be used alone, or two or more thereof may be mixed and used.
特に、酸化還元安定性の点からは、フッ素系高分子化合物が望ましく、中でも、ビニリデンフルオライドとヘキサフルオロプロピレンとを成分として含む共重合体が好ましい。さらに、この共重合体は、モノメチルマレイン酸エステルなどの不飽和二塩基酸のモノエステル、三フッ化塩化エチレンなどのハロゲン化エチレン、炭酸ビニレンなどの不飽和化合物の環状炭酸エステル、またはエポキシ基含有アクリルビニルモノマーなどを成分とし
て含んでいてもよい。より高い特性を得ることができるからである。
In particular, from the viewpoint of redox stability, a fluorine-based polymer compound is desirable, and among them, a copolymer containing vinylidene fluoride and hexafluoropropylene as components is preferable. Furthermore, this copolymer contains monoesters of unsaturated dibasic acids such as monomethylmaleic acid ester, halogenated ethylenes such as ethylene trifluorochloride, cyclic carbonates of unsaturated compounds such as vinylene carbonate, or epoxy group-containing compounds. An acrylic vinyl monomer may be included as a component. This is because higher characteristics can be obtained.
第1の実施の形態の非水電解質は、非水溶媒、電解質塩とともに、式(1)で表される構造を有するビス(ハロゲン化シリル)アルキレン化合物が含まれている。このビス(ハロゲン化シリル)アルキレン化合物は、化(1)に表されるようにビス(ハロゲン化シリル)基が結合した主鎖の炭素数を4以上に選定することにより、非水電解質電池において高温保存時の溶媒の分解およびガス発生を抑制し、これに伴う電池の変形を抑制することができる。したがって、高温保存時の電池特性が改善された非水電解質電池を得ることが可能となる。非水電解質電池の外装部材の変形・膨張と、それに伴う電池特性の劣化の問題は、ラミネートフィルムによる外装部材による構成においてのみならず、金属缶による外装部材による構成においても、近年の容器の薄肉化に対応する上で有用と考えられる。 The nonaqueous electrolyte of the first embodiment includes a bis (halogenated silyl) alkylene compound having a structure represented by the formula (1) together with a nonaqueous solvent and an electrolyte salt. This bis (halogenated silyl) alkylene compound can be used in a non-aqueous electrolyte battery by selecting the number of carbons of the main chain to which a bis (halogenated silyl) group is bonded as shown in Chemical Formula (1) to 4 or more. The decomposition of the solvent and gas generation during high temperature storage can be suppressed, and the deformation of the battery accompanying this can be suppressed. Therefore, it is possible to obtain a nonaqueous electrolyte battery with improved battery characteristics during high temperature storage. The problem of deformation / expansion of the non-aqueous electrolyte battery exterior member and the accompanying deterioration in battery characteristics is not only due to the configuration of the exterior member made of laminate film, but also due to the thin wall of recent containers not only in the configuration of the exterior member made of metal cans. It is considered useful in responding to the transformation.
[非水電解質の調製]
この発明の非水電解質は、上述の非水溶媒に対して所定量の電解質塩を混合させた後、式(1)で示される化合物を所定量混合させて調整することにより得られる。
[Preparation of non-aqueous electrolyte]
The nonaqueous electrolyte of the present invention can be obtained by mixing a predetermined amount of an electrolyte salt with the above-mentioned nonaqueous solvent and then mixing a predetermined amount of the compound represented by the formula (1) for adjustment.
<効果>
この発明の第1の実施の形態による非水電解液を用いることにより、優れた高温保存特性が得られる理由は必ずしも明らかではないが、次のように考えられる。すなわち、この発明の非水電解質は上述の式(1)のビス(ハロゲン化シリル)アルキレン化合物を含有することにより、電池使用初期の充放電によって負極上に安定なSEIが形成され、炭素質材料の剥離や、環状炭酸エステルの分解を抑制することが可能になると考えられる。また負極上でのSEIの形成と同時に、正極上にも吸着されて、電解質中のリチウム塩および溶媒が酸化分解されるのを抑制していると考えられる。
<Effect>
The reason why excellent high-temperature storage characteristics can be obtained by using the nonaqueous electrolytic solution according to the first embodiment of the present invention is not necessarily clear, but is considered as follows. That is, the nonaqueous electrolyte of the present invention contains a bis (halogenated silyl) alkylene compound of the above formula (1), so that stable SEI is formed on the negative electrode by charge and discharge at the initial stage of battery use, and the carbonaceous material It is considered that it is possible to suppress peeling of the resin and decomposition of the cyclic carbonate. Moreover, it is thought that it is adsorb | sucking also on a positive electrode simultaneously with formation of SEI on a negative electrode, and suppressing that the lithium salt and solvent in electrolyte are oxidatively decomposed.
この発明のビス(ハロゲン化シリル)アルキレン化合物は、負極での分解により形成されるSEIが、ハロゲン化リチウムなどの強固な無機成分を多く含み、同時に、2つのハロゲン化シリル基によって、正極にも吸着による被膜を形成できるため、高温での保存特性が向上すると考えられる。 In the bis (halogenated silyl) alkylene compound of the present invention, the SEI formed by decomposition at the negative electrode contains a large amount of strong inorganic components such as lithium halide, and at the same time, the two positive silyl groups are used for the positive electrode. Since a film can be formed by adsorption, it is considered that the storage characteristics at high temperatures are improved.
2.第2の実施の形態
この発明の第2の実施の形態による二次電池について図1および図2を参照しながら説明する。図1は、この発明の第2の実施の形態による非水電解質電池の断面構成を示す。図2は、図1に示した巻回電極体20の一部を拡大して示す。ここで説明する非水電解質電池は、例えば、負極22の容量が電極反応物質であるリチウムの吸蔵および放出に基づいて表されるリチウムイオン二次電池である。
2. Second Embodiment A secondary battery according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows a sectional configuration of a nonaqueous electrolyte battery according to a second embodiment of the present invention. FIG. 2 shows an enlarged part of the spirally
(2−1)非水電解質電池の構成
この非水電解質電池は、主に、ほぼ中空円柱状の電池缶11の内部に、セパレータ23を介して正極21と負極22とが積層および巻回された巻回電極体20と、一対の絶縁板12,13と、この発明の非水電解質とが収納されたものである。この円柱状の電池缶11を用いた電池構造は、円筒型と呼ばれている。
(2-1) Configuration of Nonaqueous Electrolyte Battery In this nonaqueous electrolyte battery, a
[正極]
正極21は、例えば、一対の面を有する正極集電体21Aの両面に正極活物質層21Bが設けられたものである。ただし、正極活物質層21Bは、正極集電体21Aの片面だけに設けられていてもよい。
[Positive electrode]
For example, the
正極集電体21Aは、例えば、アルミニウム、ニッケルまたはステンレスなどの金属材料によって構成されている。
The positive electrode
正極活物質層21Bは、正極活物質として、リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料のいずれか1種または2種以上を含んでおり、必要に応じて、正極結着剤や正極導電剤などの他の材料を含んでいてもよい。 The positive electrode active material layer 21B includes one or more positive electrode materials capable of inserting and extracting lithium as a positive electrode active material, and a positive electrode binder or a positive electrode conductive material as necessary. Other materials such as agents may be included.
リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料としては、例えば、リチウム含有化合物が好ましい。高いエネルギー密度が得られるからである。このリチウム含有化合物としては、例えば、リチウムと遷移金属元素とを含む複合酸化物や、リチウムと遷移金属元素とを含むリン酸化合物などが挙げられる。中でも、遷移金属元素としてコバルト、ニッケル、マンガンおよび鉄からなる群のうちの少なくとも1種を含むものが好ましい。より高い電圧が得られるからである。その化学式は、例えば、LixM1O2またはLiyM2PO4で表される。式中、M1およびM2は、1種類以上の遷移金属元素を表す。xおよびyの値は、充放電状態によって異なり、通常、0.05≦x≦1.10、0.05≦y≦1.10である。 As a positive electrode material capable of inserting and extracting lithium, for example, a lithium-containing compound is preferable. This is because a high energy density can be obtained. Examples of the lithium-containing compound include a composite oxide containing lithium and a transition metal element, and a phosphate compound containing lithium and a transition metal element. Especially, what contains at least 1 sort (s) of the group which consists of cobalt, nickel, manganese, and iron as a transition metal element is preferable. This is because a higher voltage can be obtained. The chemical formula thereof is represented by, for example, Li x M1O 2 or Li y M2PO 4 . In the formula, M1 and M2 represent one or more transition metal elements. The values of x and y vary depending on the charge / discharge state, and are generally 0.05 ≦ x ≦ 1.10 and 0.05 ≦ y ≦ 1.10.
リチウムと遷移金属元素とを含む複合酸化物としては、例えば、リチウムコバルト複合酸化物(LixCoO2)、リチウムニッケル複合酸化物(LixNiO2)、リチウムニッケルコバルト複合酸化物(LixNi1-zCozO2(z<1))、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物(LixNi(1-v-w)CovMnwO2(v+w<1))、またはスピネル型構造を有するリチウムマンガン複合酸化物(LiMn2O4)などが挙げられる。中でも、コバルトを含む複合酸化物が好ましい。高い容量が得られると共に、優れたサイクル特性も得られるからである。また、リチウムと遷移金属元素とを含むリン酸化合物としては、例えば、リチウム鉄リン酸化合物(LiFePO4)またはリチウム鉄マンガンリン酸化合物(LiFe1-uMnuPO4(u<1))などが挙げられる。 Examples of the composite oxide containing lithium and a transition metal element include lithium cobalt composite oxide (Li x CoO 2 ), lithium nickel composite oxide (Li x NiO 2 ), and lithium nickel cobalt composite oxide (Li x Ni). 1-z Co z O 2 (z <1)), lithium nickel cobalt manganese composite oxide (Li x Ni (1-vw) Co v Mn w O 2 (v + w <1)), or lithium having a spinel structure Manganese composite oxide (LiMn 2 O 4 ) and the like can be mentioned. Among these, a complex oxide containing cobalt is preferable. This is because a high capacity can be obtained and excellent cycle characteristics can be obtained. Examples of the phosphoric acid compound containing lithium and a transition metal element include a lithium iron phosphate compound (LiFePO 4 ) or a lithium iron manganese phosphate compound (LiFe 1-u Mn u PO 4 (u <1)). Is mentioned.
この他、リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料としては、例えば、酸化チタン、酸化バナジウムまたは二酸化マンガンなどの酸化物や、二硫化チタンまたは硫化モリブデンなどの二硫化物や、セレン化ニオブなどのカルコゲン化物や、硫黄、ポリアニリンまたはポリチオフェンなどの導電性高分子も挙げられる。 In addition, examples of positive electrode materials capable of occluding and releasing lithium include oxides such as titanium oxide, vanadium oxide and manganese dioxide, disulfides such as titanium disulfide and molybdenum sulfide, and niobium selenide. And a conductive polymer such as sulfur, polyaniline or polythiophene.
リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料は、上記以外のものであってもよい。また、上記で例示した正極材料は、任意の組み合わせで2種以上混合されてもよい。 The positive electrode material capable of inserting and extracting lithium may be other than the above. Moreover, the positive electrode material illustrated above may be mixed 2 or more types by arbitrary combinations.
正極結着剤としては、例えば、スチレンブタジエン系ゴム、フッ素系ゴムまたはエチレンプロピレンジエンなどの合成ゴムや、ポリフッ化ビニリデンなどの高分子材料が挙げられる。これらは単独でもよいし、複数種が混合されてもよい。 Examples of the positive electrode binder include synthetic rubbers such as styrene butadiene rubber, fluorine rubber or ethylene propylene diene, and polymer materials such as polyvinylidene fluoride. These may be single and multiple types may be mixed.
正極導電剤としては、例えば、黒鉛、カーボンブラック、アセチレンブラックまたはケッチェンブラックなどの炭素材料が挙げられる。これらは単独でもよいし、複数種が混合されてもよい。なお、正極導電剤は、導電性を有する材料であれば、金属材料または導電性高分子などであってもよい。 Examples of the positive electrode conductive agent include carbon materials such as graphite, carbon black, acetylene black, and ketjen black. These may be single and multiple types may be mixed. The positive electrode conductive agent may be a metal material or a conductive polymer as long as it is a conductive material.
[負極]
負極22は、例えば、一対の面を有する負極集電体22Aの両面に負極活物質層22Bが設けられたものである。ただし、負極活物質層22Bは、負極集電体22Aの片面だけに設けられていてもよい。
[Negative electrode]
In the
負極集電体22Aは、例えば、銅、ニッケルまたはステンレスなどの金属材料によって構成されている。
The negative electrode
負極活物質層22Bは、負極活物質として、リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料のいずれか1種または2種以上を含んでおり、必要に応じて、負極結着剤や負極導電剤などの他の材料を含んでいてもよい。この際、リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料における充電可能な容量は、正極の放電容量よりも大きくなっていることが好ましい。なお、負極結着剤および負極導電剤に関する詳細は、例えば、それぞれ正極結着剤および正極導電剤と同様である。
The negative electrode
リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料としては、例えば、炭素材料が挙げられる。この炭素材料とは、例えば、易黒鉛化性炭素や、(002)面の面間隔が0.37nm以上の難黒鉛化性炭素や、(002)面の面間隔が0.34nm以下の黒鉛などである。より具体的には、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素繊維、有機高分子化合物焼成体、活性炭またはカーボンブラック類などがある。このうち、コークス類には、ピッチコークス、ニードルコークスまたは石油コークスなどが含まれる。有機高分子化合物焼成体とは、フェノール樹脂やフラン樹脂などを適当な温度で焼成して炭素化したものをいう。炭素材料は、リチウムの吸蔵および放出に伴う結晶構造の変化が非常に少ないため、高いエネルギー密度が得られると共に優れたサイクル特性が得られ、さらに導電剤としても機能するので好ましい。なお、炭素材料の形状は、繊維状、球状、粒状または鱗片状のいずれでもよい。 Examples of the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium include a carbon material. Examples of the carbon material include graphitizable carbon, non-graphitizable carbon having a (002) plane spacing of 0.37 nm or more, and graphite having a (002) plane spacing of 0.34 nm or less. It is. More specifically, there are pyrolytic carbons, cokes, glassy carbon fibers, organic polymer compound fired bodies, activated carbon or carbon blacks. Among these, the cokes include pitch coke, needle coke, petroleum coke and the like. The organic polymer compound fired body is obtained by firing and carbonizing a phenol resin, a furan resin, or the like at an appropriate temperature. The carbon material is preferable because the change in crystal structure associated with insertion and extraction of lithium is very small, so that a high energy density can be obtained, and excellent cycle characteristics can be obtained. The shape of the carbon material may be any of a fibrous shape, a spherical shape, a granular shape, and a scale shape.
上述の炭素材料の他、リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料としては、例えば、リチウムを吸蔵および放出することが可能であると共に金属元素および半金属元素のうちの少なくとも1種を構成元素として有する材料が挙げられる。高いエネルギー密度が得られるからである。このような負極材料は、金属元素または半金属元素の単体でも合金でも化合物でもよく、それらの1種または2種以上の相を少なくとも一部に有するようなものでもよい。なお、この発明における「合金」には、2種以上の金属元素からなるものに加えて、1種以上の金属元素と1種以上の半金属元素とを含むものも含まれる。また、「合金」は、非金属元素を含んでいてもよい。この組織には、固溶体、共晶(共融混合物)、金属間化合物、またはそれらの2種以上が共存するものがある。 As the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium in addition to the carbon material described above, for example, it can store and release lithium and constitute at least one of a metal element and a metalloid element The material which has as an element is mentioned. This is because a high energy density can be obtained. Such a negative electrode material may be a single element, an alloy or a compound of a metal element or a metalloid element, and may have one or two or more phases thereof at least in part. The “alloy” in the present invention includes an alloy containing one or more metal elements and one or more metalloid elements in addition to an alloy composed of two or more metal elements. Further, the “alloy” may contain a nonmetallic element. This structure includes a solid solution, a eutectic (eutectic mixture), an intermetallic compound, or one in which two or more of them coexist.
上記した金属元素または半金属元素としては、例えば、リチウムと合金を形成することが可能な金属元素または半金属元素が挙げられる。具体的には、マグネシウム(Mg)、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、ケイ素(Si)、ゲルマニウム(Ge)、スズ(Sn)、鉛(Pb)、ビスマス(Bi)、カドミウム(Cd)、銀(Ag)、亜鉛(Zn)、ハフニウム(Hf)、ジルコニウム(Zr)、イットリウム(Y)、パラジウム(Pd)または白金(Pt)などである。中でも、ケイ素およびスズのうちの少なくとも1種が好ましく、ケイ素がより好ましい。リチウムを吸蔵および放出する能力が大きいため、高いエネルギー密度が得られるからである。 Examples of the metal element or metalloid element described above include a metal element or metalloid element capable of forming an alloy with lithium. Specifically, magnesium (Mg), boron (B), aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In), silicon (Si), germanium (Ge), tin (Sn), lead (Pb), Examples thereof include bismuth (Bi), cadmium (Cd), silver (Ag), zinc (Zn), hafnium (Hf), zirconium (Zr), yttrium (Y), palladium (Pd), and platinum (Pt). Among these, at least one of silicon and tin is preferable, and silicon is more preferable. This is because a high energy density can be obtained because the ability to occlude and release lithium is large.
ケイ素およびスズのうちの少なくとも1種を有する負極材料としては、例えば、ケイ素の単体、合金または化合物や、スズの単体、合金または化合物や、それらの1種または2種以上の相を少なくとも一部に有する材料が挙げられる。 Examples of the negative electrode material having at least one of silicon and tin include at least a part of a simple substance, an alloy or a compound of silicon, a simple substance, an alloy or a compound of tin, or one or more phases thereof. The material which has in is mentioned.
ケイ素の合金としては、例えば、ケイ素以外の第2の構成元素として、スズ(Sn)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、マンガン(Mn)、亜鉛(Zn)、インジウム(In)、銀(Ag)、チタン(Ti)、ゲルマニウム(Ge)、ビスマス(Bi)、アンチモン(Sb)およびクロム(Cr)からなる群のうちの少なくとも1種を含むものが挙げられる。スズの合金としては、例えば、スズ(Sn)以外の第2の構成元素として、ケイ素(Si)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、マンガン(Mn)、亜鉛(Zn)、インジウム(In)、銀(Ag)、チタン(Ti)、ゲルマニウム(Ge)、ビスマス(Bi)、アンチモン(Sb)およびクロム(Cr)からなる群のうちの少なくとも1種を含むものが挙げられる。 As an alloy of silicon, for example, as a second constituent element other than silicon, tin (Sn), nickel (Ni), copper (Cu), iron (Fe), cobalt (Co), manganese (Mn), zinc ( One containing at least one of the group consisting of Zn), indium (In), silver (Ag), titanium (Ti), germanium (Ge), bismuth (Bi), antimony (Sb) and chromium (Cr) Can be mentioned. Examples of tin alloys include silicon (Si), nickel (Ni), copper (Cu), iron (Fe), cobalt (Co), and manganese (Mn) as second constituent elements other than tin (Sn). , Zinc (Zn), indium (In), silver (Ag), titanium (Ti), germanium (Ge), bismuth (Bi), antimony (Sb) and chromium (Cr). Including.
スズの化合物またはケイ素の化合物としては、例えば、酸素(O)または炭素(C)を含むものが挙げられ、スズ(Sn)またはケイ素(Si)に加えて、上記した第2の構成元素を含んでいてもよい。 Examples of the tin compound or the silicon compound include those containing oxygen (O) or carbon (C), and include the second constituent element described above in addition to tin (Sn) or silicon (Si). You may go out.
特に、ケイ素(Si)およびスズ(Sn)のうちの少なくとも1種を含む負極材料としては、例えば、スズ(Sn)を第1の構成元素とし、そのスズ(Sn)に加えて第2の構成元素と第3の構成元素とを含むものが好ましい。勿論、この負極材料を上記した負極材料と共に用いてもよい。第2の構成元素は、コバルト(Co)、鉄(Fe)、マグネシウム(Mg)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)、ジルコニウム(Zr)、ニオブ(Nb)、モリブデン(Mo)、銀(Ag)、インジウム(In)、セリウム(Ce)、ハフニウム(Hf)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、ビスマス(Bi)およびケイ素(Si)からなる群のうちの少なくとも1種である。第3の構成元素は、ホウ素(B)、炭素(C)、アルミニウム(Al)およびリン(P)からなる群のうちの少なくとも1種である。第2の元素および第3の元素を含むことにより、サイクル特性が向上するからである。 In particular, as a negative electrode material containing at least one of silicon (Si) and tin (Sn), for example, tin (Sn) is used as the first constituent element, and in addition to the tin (Sn), the second configuration What contains an element and a 3rd structural element is preferable. Of course, this negative electrode material may be used together with the negative electrode material described above. The second constituent element is cobalt (Co), iron (Fe), magnesium (Mg), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), nickel (Ni), copper (Cu ), Zinc (Zn), gallium (Ga), zirconium (Zr), niobium (Nb), molybdenum (Mo), silver (Ag), indium (In), cerium (Ce), hafnium (Hf), tantalum (Ta) ), Tungsten (W), bismuth (Bi), and silicon (Si). The third constituent element is at least one selected from the group consisting of boron (B), carbon (C), aluminum (Al), and phosphorus (P). This is because the cycle characteristics are improved by including the second element and the third element.
中でも、スズ(Sn)、コバルト(Co)および炭素(C)を構成元素として含み、炭素(C)の含有量が9.9質量%以上29.7質量%以下の範囲内、スズ(Sn)およびコバルト(Co)の合計に対するコバルト(Co)の割合(Co/(Sn+Co))が30質量%以上70質量%以下の範囲内であるCoSnC含有材料が好ましい。このような組成範囲において、高いエネルギー密度が得られると共に優れたサイクル特性が得られるからである。 Among them, tin (Sn), cobalt (Co) and carbon (C) are included as constituent elements, and the content of carbon (C) is in the range of 9.9 mass% to 29.7 mass%, tin (Sn) In addition, a CoSnC-containing material in which the ratio of cobalt (Co) to the total of cobalt (Co) (Co / (Sn + Co)) is in the range of 30% by mass to 70% by mass is preferable. This is because in such a composition range, a high energy density is obtained and an excellent cycle characteristic is obtained.
このSnCoC含有材料は、必要に応じて、さらに他の構成元素を含んでいてもよい。他の構成元素としては、例えば、ケイ素(Si)、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、クロム(Cr)、インジウム(In)、ニオブ(Nb)、ゲルマニウム(Ge)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、アルミニウム(Al)、リン(P)、ガリウム(Ga)またはビスマス(Bi)などが好ましく、それらの2種以上を含んでいてもよい。容量特性またはサイクル特性がさらに向上するからである。 This SnCoC-containing material may further contain other constituent elements as necessary. Examples of other constituent elements include silicon (Si), iron (Fe), nickel (Ni), chromium (Cr), indium (In), niobium (Nb), germanium (Ge), titanium (Ti), and molybdenum. (Mo), aluminum (Al), phosphorus (P), gallium (Ga), bismuth (Bi), and the like are preferable, and two or more of them may be included. This is because the capacity characteristic or cycle characteristic is further improved.
なお、SnCoC含有材料は、スズ(Sn)、コバルト(Co)および炭素(C)を含む相を有しており、この相は結晶性の低いまたは非晶質な構造を有していることが好ましい。また、SnCoC含有材料では、構成元素である炭素の少なくとも一部が、他の構成元素である金属元素あるいは半金属元素と結合していることが好ましい。サイクル特性の低下は、スズ(Sn)などが凝集あるいは結晶化することによるものであると考えられるが、炭素が他の元素と結合することにより、そのような凝集または結晶化が抑制されるからである。 The SnCoC-containing material has a phase containing tin (Sn), cobalt (Co), and carbon (C), and this phase has a low crystallinity or an amorphous structure. preferable. In the SnCoC-containing material, it is preferable that at least a part of carbon as a constituent element is bonded to a metal element or a metalloid element as another constituent element. The decrease in cycle characteristics is thought to be due to aggregation or crystallization of tin (Sn) or the like, but such aggregation or crystallization is suppressed when carbon is combined with other elements. It is.
元素の結合状態を調べる測定方法としては、例えば、X線光電子分光法(X-ray Photoelectron Spectroscopy;XPS)が挙げられる。このXPSでは、金原子の4f軌道(Au4f)のピークが84.0eVに得られるようにエネルギー較正された装置において、グラファイトであれば、炭素の1s軌道(C1s)のピークは284.5eVに現れる。また、表面汚染炭素であれば、284.8eVに現れる。これに対して、炭素元素の電荷密度が高くなる場合、例えば、炭素が金属元素または半金属元素と結合している場合には、C1sのピークは284.5eVよりも低い領域に現れる。すなわち、SnCoC含有材料について得られるC1sの合成波のピークが284.5eVよりも低い領域に現れる場合には、SnCoC含有材料に含まれる炭素(C)の少なくとも一部が他の構成元素である金属元素または半金属元素と結合している。 Examples of the measurement method for examining the bonding state of elements include X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). In this XPS, in the apparatus calibrated so that the 4f orbit (Au4f) peak of gold atom is obtained at 84.0 eV, the peak of 1s orbit (C1s) of carbon appears at 284.5 eV in the case of graphite. . Moreover, if it is surface contamination carbon, it will appear at 284.8 eV. In contrast, when the charge density of the carbon element is high, for example, when carbon is bonded to a metal element or a metalloid element, the C1s peak appears in a region lower than 284.5 eV. That is, when the peak of the synthetic wave of C1s obtained for the SnCoC-containing material appears in a region lower than 284.5 eV, a metal in which at least a part of carbon (C) contained in the SnCoC-containing material is another constituent element Bonded with element or metalloid element.
なお、XPSでは、例えば、スペクトルのエネルギー軸の補正に、C1sのピークを用いる。通常、表面には表面汚染炭素が存在しているので、表面汚染炭素のC1sのピークを284.8eVとし、これをエネルギー基準とする。XPSにおいて、C1sのピークの波形は、表面汚染炭素のピークとSnCoC含有材料中の炭素のピークとを含んだ形として得られるので、例えば、市販のソフトウエアを用いて解析することにより、表面汚染炭素のピークと、SnCoC含有材料中の炭素のピークとを分離する。波形の解析では、最低束縛エネルギー側に存在する主ピークの位置をエネルギー基準(284.8eV)とする。 In XPS, for example, the peak of C1s is used to correct the energy axis of the spectrum. Usually, since surface-contaminated carbon exists on the surface, the C1s peak of the surface-contaminated carbon is set to 284.8 eV, which is used as an energy standard. In XPS, the waveform of the peak of C1s is obtained as a form including the peak of surface contamination carbon and the peak of carbon in the SnCoC-containing material. For example, by analyzing using commercially available software, the surface contamination The carbon peak and the carbon peak in the SnCoC-containing material are separated. In the waveform analysis, the position of the main peak existing on the lowest bound energy side is used as the energy reference (284.8 eV).
また、リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料としては、例えば、リチウムを吸蔵および放出することが可能な金属酸化物または高分子化合物なども挙げられる。金属酸化物とは、例えば、酸化鉄、酸化ルテニウムまたは酸化モリブデンなどであり、高分子化合物とは、例えば、ポリアセチレン、ポリアニリンまたはポリピロールなどである。 Further, examples of the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium include metal oxides or polymer compounds capable of inserting and extracting lithium. Examples of the metal oxide include iron oxide, ruthenium oxide, and molybdenum oxide. Examples of the polymer compound include polyacetylene, polyaniline, and polypyrrole.
なお、リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料は、上記以外のものであってもよい。また、上記の負極材料は、任意の組み合わせで2種以上混合されてもよい。 The negative electrode material capable of inserting and extracting lithium may be other than the above. Moreover, 2 or more types of said negative electrode materials may be mixed by arbitrary combinations.
負極活物質層22Bは、例えば、気相法、液相法、溶射法、焼成法、または塗布のいずれにより形成してもよく、それらの2以上を組み合わせてもよい。負極活物質層22Bを気相法、液相法、溶射法若しくは焼成法、またはそれらの2種以上の方法を用いて形成する場合には、負極活物質層22Bと負極集電体22Aとが界面の少なくとも一部において合金化していることが好ましい。具体的には、界面において負極集電体22Aの構成元素が負極活物質層22Bに拡散し、あるいは負極活物質層22Bの構成元素が負極集電体22Aに拡散し、またはそれらの構成元素が互いに拡散し合っていることが好ましい。充放電に伴う負極活物質層22Bの膨張および収縮による破壊を抑制することができると共に、負極活物質層22Bと負極集電体22Aとの間の電子伝導性を向上させることができるからである。
The negative electrode
なお、気相法としては、例えば、物理堆積法または化学堆積法、具体的には真空蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法、レーザーアブレーション法、熱化学気相成長(CVD;Chemical Vapor Deposition)法またはプラズマ化学気相成長法などが挙げられる。液相法としては、電気鍍金または無電解鍍金などの公知の手法を用いることができる。焼成法とは、例えば、粒子状の負極活物質を結着剤などと混合して溶剤に分散させることにより塗布したのち、結着剤などの融点よりも高い温度で熱処理する方法である。焼成法に関しても公知の手法が利用可能であり、例えば、雰囲気焼成法、反応焼成法またはホットプレス焼成法が挙げられる。 As the vapor phase method, for example, physical deposition method or chemical deposition method, specifically, vacuum evaporation method, sputtering method, ion plating method, laser ablation method, thermal chemical vapor deposition (CVD) Or plasma chemical vapor deposition. As the liquid phase method, a known method such as electroplating or electroless plating can be used. The firing method is, for example, a method in which a particulate negative electrode active material is mixed with a binder and dispersed in a solvent and then heat treated at a temperature higher than the melting point of the binder. A known method can also be used for the firing method, for example, an atmospheric firing method, a reactive firing method, or a hot press firing method.
[セパレータ]
セパレータ23は、正極21と負極22とを隔離し、両極の接触に起因する電流の短絡を防止しながらリチウムイオンを通過させるものである。このセパレータ23は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレンまたはポリエチレンなどの合成樹脂からなる多孔質膜や、セラミックからなる多孔質膜などによって構成されており、これらの2種以上の多孔質膜が積層されたものであってもよい。このセパレータ23には、上述した第1の実施の形態による電解液が含浸されている。
[Separator]
The separator 23 separates the
この非水電解質電池では、充電を行うと、例えば、正極21からリチウムイオンが放出され、セパレータ23に含浸された電解液を介して負極22に吸蔵される。一方、放電を行うと、例えば、負極22からリチウムイオンが放出され、セパレータ23に含浸された電解液を介して正極21に吸蔵される。
In this nonaqueous electrolyte battery, when charged, for example, lithium ions are extracted from the
この非水電解質電池によれば、負極22の容量がリチウムの吸蔵および放出に基づいて表される場合に、上述した第1の実施の形態による電解液を備えているので、充放電時において電解液の分解反応が抑制される。したがって、特に高温使用時におけるサイクル特性および保存特性を向上させることができる。この場合には、非水溶媒中におけるスルホン化合物の含有量が0.01重量%以上2重量%以下であれば、より高い効果を得ることができる。
According to this non-aqueous electrolyte battery, when the capacity of the
この非水電解質電池では、特に負極22が高容量化に有利なケイ素またはスズなどのリチウムを吸蔵および放出することが可能であると共に金属元素および半金属元素のうちの少なくとも1種を有する材料を含むことが好ましい。サイクル特性および保存特性を向上させる効果が大きいからである。すなわち、この非水電解質電池では、特に負極22がケイ素またはスズなどの負極材料を含む場合に、炭素材料などの他の負極材料を含む場合よりも高い効果を得ることができる。
In this nonaqueous electrolyte battery, in particular, the
[非水電解質]
非水電解質は、第1の実施の形態の非水電解質を用いることができる。
[Nonaqueous electrolyte]
As the non-aqueous electrolyte, the non-aqueous electrolyte of the first embodiment can be used.
(2−2)非水電解質電池の製造方法
[正極の製造]
まず、正極21を作製する。最初に、正極活物質と、正極結着剤と、正極導電剤とを混合して正極合剤としたのち、有機溶剤に分散させてペースト状の正極合剤スラリーとする。続いて、ドクタブレードまたはバーコータなどによって正極集電体21Aの両面に正極合剤スラリーを均一に塗布して乾燥させる。最後に、必要に応じて加熱しながらロールプレス機などによって塗膜を圧縮成型して正極活物質層21Bを形成する。この場合には、圧縮成型を複数回に渡って繰り返してもよい。
(2-2) Manufacturing method of nonaqueous electrolyte battery [Manufacture of positive electrode]
First, the
[負極の製造]
次に、負極22を作製する。最初に、電解銅箔などからなる負極集電体22Aを準備したのち、蒸着法などの気相法によって負極集電体22Aの両面に負極材料を堆積させて、複数の負極活物質粒子を形成する。こののち、必要に応じて、液相析出法などの液相法によって酸化物含有膜を形成し、または電解鍍金法などの液相法によって金属材料を形成し、または双方を形成することにより、負極活物質層22Bを形成する。
[Manufacture of negative electrode]
Next, the
また、負極22は、正極と同様の手順によって作製してもよい。すなわち、最初に、負極材料と、負極結着剤と、必要に応じて負極導電剤とを混合して負極合剤としたのち、これを有機溶剤に分散させてペースト状の負極合剤スラリーとする。続いて、ドクタブレードまたはバーコータなどによって負極集電体22Aの両面に負極合剤スラリーを均一に塗布して乾燥させる。最後に、必要に応じて加熱しながらロールプレス機などによって塗膜を圧縮成型して負極活物質層21Bを形成する。
Moreover, you may produce the
[非水電解質電池の組み立て]
非水電解質電池の組み立ては、以下のようにして行う。最初に、正極集電体21Aに正極リード25を溶接などして取り付けると共に、負極集電体22Aに負極リード26を溶接などして取り付ける。続いて、セパレータ23を介して正極21と負極22とを積層および巻回させて巻回電極体20を作製したのち、その巻回中心にセンターピン24を挿入する。続いて、一対の絶縁板12,13で挟みながら巻回電極体20を電池缶11の内部に収納すると共に、正極リード25の先端部を安全弁機構15に溶接し、負極リード26の先端部を電池缶11に溶接する。
[Assembly of non-aqueous electrolyte battery]
The non-aqueous electrolyte battery is assembled as follows. First, the
続いて、上述の第1の実施の形態による電解液を電池缶11の内部に注入してセパレータ23に含浸させる。最後に、電池缶11の開口端部に電池蓋14、安全弁機構15および熱感抵抗素子16をガスケット17を介してかしめることにより固定する。これにより、図1および図2に示した非水電解質電池が完成する。
Subsequently, the electrolytic solution according to the first embodiment described above is injected into the battery can 11 and impregnated in the separator 23. Finally, the
<効果>
この発明の第2の実施の形態による非水電解質電池では、非水電解質が、式(1)または式(2)で表される化合物を含んでいるため、第1の実施の形態で記載したように、非水電解質電池が充放電を繰り返しても、非水電解質の分解反応が抑制される。したがって、安全弁機構の作動を抑制し、電池特性を向上させることができる。
<Effect>
In the non-aqueous electrolyte battery according to the second embodiment of the present invention, the non-aqueous electrolyte contains the compound represented by the formula (1) or the formula (2), so that it is described in the first embodiment. Thus, even if a nonaqueous electrolyte battery repeats charging / discharging, the decomposition reaction of a nonaqueous electrolyte is suppressed. Therefore, the operation of the safety valve mechanism can be suppressed and the battery characteristics can be improved.
3.第3の実施の形態
この発明の第3の実施の形態による非水電解質電池について説明する。図3はこの発明の第3の実施の形態による非水電解質電池の分解斜視構成を表しており、図4は図3に示した巻回電極体30のI−I線に沿った断面を拡大して示している。
3. Third Embodiment A nonaqueous electrolyte battery according to a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 shows an exploded perspective configuration of a nonaqueous electrolyte battery according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view taken along line II of the spirally
(3−1)非水電解質電池の構成
この非水電解質電池は、例えば、第2の実施の形態による非水電解質電池と同様にリチウムイオン非水電解質電池であり、主に、フィルム状の外装部材40の内部に、正極リード31および負極リード32が取り付けられた巻回電極体30と、この発明の非水電解質とが収納されたものである。このフィルム状の外装部材40を用いた電池構造は、ラミネートフィルム型と呼ばれている。
(3-1) Configuration of Nonaqueous Electrolyte Battery This nonaqueous electrolyte battery is, for example, a lithium ion nonaqueous electrolyte battery similar to the nonaqueous electrolyte battery according to the second embodiment. In the
正極リード31および負極リード32は、例えば、外装部材40の内部から外部に向かって同一方向に導出されている。正極リード31は、例えば、アルミニウムなどの金属材料によって構成されており、負極リード32は、例えば、銅、ニッケルまたはステンレスなどの金属材料によって構成されている。これらの金属材料は、例えば、薄板状または網目状になっている。
For example, the
[外装部材]
外装部材40は、例えば、ナイロンフィルム、アルミニウム箔およびポリエチレンフィルムがこの順に貼り合わされたアルミラミネートフィルムによって構成されている。この外装部材40は、例えば、ポリエチレンフィルムが巻回電極体30と対向するように、2枚の矩形型のアルミラミネートフィルムの外縁部同士が融着または接着剤によって互いに接着された構造を有している。
[Exterior material]
The
外装部材40と正極リード31および負極リード32との間には、外気の侵入を防止するための密着フィルム41が挿入されている。この密着フィルム41は、正極リード31および負極リード32に対して密着性を有する材料によって構成されている。このような材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリエチレンまたは変性ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂が挙げられる。
An adhesive film 41 is inserted between the
なお、外装部材40は、上記したアルミラミネートフィルムに代えて、他の積層構造を有するラミネートフィルムによって構成されていてもよいし、ポリプロピレンなどの高分子フィルムまたは金属フィルムによって構成されていてもよい。
In addition, the
[巻回電極体]
図4は、図3に示した巻回電極体30のI−I線に沿った断面構成を表している。この巻回電極体30は、セパレータ35および電解質36を介して正極33と負極34とが積層および巻回されたものであり、その最外周部は、保護テープ37によって保護されている。
[Wound electrode body]
FIG. 4 illustrates a cross-sectional configuration along the line II of the spirally
正極33は、例えば、正極集電体33Aの両面に正極活物質層33Bが設けられたものである。負極34は、例えば、負極集電体34Aの両面に負極活物質層34Bが設けられたものであり、その負極活物質層34Bが正極活物質層33Bと対向するように配置されている。正極集電体33A、正極活物質層33B、負極集電体34A、負極活物質層34Bおよびセパレータ35の構成は、夫々第2の実施の形態の正極集電体21A、正極活物質層21B、負極集電体22A、負極活物質層22Bおよびセパレータ23の構成と同様である。
In the
[非水電解質]
第3の実施の形態における非水電解質は、上述した第1の実施の形態による電解液と、それを保持する高分子化合物とを含むゲル電解質である。ゲル電解質は、高いイオン伝導率(例えば、室温で1mS/cm以上)が得られると共に漏液が防止されるので好ましい。
[Nonaqueous electrolyte]
The nonaqueous electrolyte in the third embodiment is a gel electrolyte that includes the electrolytic solution according to the first embodiment described above and a polymer compound that holds the electrolytic solution. The gel electrolyte is preferable because high ion conductivity (for example, 1 mS / cm or more at room temperature) is obtained and liquid leakage is prevented.
ゲル電解質からなるゲル電解質層36において、電解液の非水溶媒とは、液状の非水溶媒だけでなく、電解質塩を解離させることが可能なイオン伝導性を有するものまで含む広い概念である。したがって、イオン伝導性を有する高分子化合物を用いる場合には、その高分子化合物も非水溶媒に含まれる。なお、非水電解液を高分子化合物に保持させたゲル電解質層36に代えて、非水電解液をそのまま用いてもよい。この場合には、非水電解液がセパレータ35に含浸される。
In the
(3−2)非水電解質電池の製造方法
この非水電解質電池は、例えば、以下の3種類の製造方法(第1〜第3の製造方法)によって製造される。
(3-2) Manufacturing Method of Nonaqueous Electrolyte Battery This nonaqueous electrolyte battery is manufactured by, for example, the following three types of manufacturing methods (first to third manufacturing methods).
[第1の製造方法]
第1の製造方法では、最初に、例えば、上記した第2の実施の形態の正極21および負極22の作製手順と同様の手順により、正極集電体33Aの両面に正極活物質層33Bを形成して正極33を作製する。また、負極集電体34Aの両面に負極活物質層34Bを形成して負極34を作製する。
[First manufacturing method]
In the first manufacturing method, first, the positive electrode active material layer 33B is formed on both surfaces of the positive electrode current collector 33A, for example, by the same procedure as the manufacturing procedure of the
続いて、第1の実施の形態による電解液と、高分子化合物と、溶剤とを含む前駆溶液を調製して正極33および負極34に塗布したのち、溶剤を揮発させてゲル電解質層36を形成する。続いて、正極集電体33Aに正極リード31を取り付けると共に、負極集電体34Aに負極リード32を取り付ける。
Subsequently, a precursor solution containing an electrolytic solution according to the first embodiment, a polymer compound, and a solvent is prepared and applied to the
続いて、ゲル電解質層36が形成された正極33と負極34とをセパレータ35を介して積層させてから長手方向に巻回し、その最外周部に保護テープ37を接着させて巻回電極体30を作製する。最後に、例えば、2枚のフィルム状の外装部材40の間に巻回電極体30を挟み込んだのち、その外装部材40の外縁部同士を熱融着などで接着させて巻回電極体30を封入する。この際、正極リード31および負極リード32と外装部材40との間に、密着フィルム41を挿入する。これにより、図3および図4に示した非水電解質電池が完成する。
Subsequently, the
[第2の製造方法]
第2の製造方法では、最初に、正極33に正極リード31を取り付けると共に、負極34に負極リード32を取り付ける。続いて、セパレータ35を介して正極33と負極34とを積層して巻回させたのち、その最外周部に保護テープ37を接着させて、巻回電極体30の前駆体である巻回体を作製する。
[Second manufacturing method]
In the second manufacturing method, first, the
続いて、2枚のフィルム状の外装部材40の間に巻回体を挟み込んだのち、一辺の外周縁部を除いた残りの外周縁部を熱融着などで接着させて、袋状の外装部材40の内部に巻回体を収納する。続いて、電解液と、高分子化合物の原料であるモノマーと、重合開始剤と、必要に応じて重合禁止剤などの他の材料とを含む電解質用組成物を調製して袋状の外装部材40の内部に注入したのち、その外装部材40の開口部を熱融着などで密封する。最後に、モノマーを熱重合させて高分子化合物とすることにより、ゲル電解質層36を形成する。これにより、非水電解質電池が完成する。
Subsequently, after sandwiching the wound body between the two film-shaped
[第3の製造方法]
第3の製造方法では、最初に、高分子化合物が両面に塗布されたセパレータ35を用いることを除き、上記した第2の製造方法と同様に、巻回体を形成して袋状の外装部材40の内部に収納する。
[Third production method]
In the third manufacturing method, a wound body is formed by forming a wound body in the same manner as in the second manufacturing method described above except that the
このセパレータ35に塗布する高分子化合物としては、例えば、フッ化ビニリデンを成分とする重合体、すなわち単独重合体、共重合体または多元共重合体などが挙げられる。具体的には、ポリフッ化ビニリデンや、フッ化ビニリデンおよびヘキサフルオロプロピレンを成分とする二元系共重合体や、フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレンおよびクロロトリフルオロエチレンを成分とする三元系共重合体などである。
Examples of the polymer compound applied to the
なお、高分子化合物は、上記したフッ化ビニリデンを成分とする重合体と共に、他の1種または2種以上の高分子化合物を含んでいてもよい。続いて、電解液を調製して外装部材40の内部に注入したのち、その外装部材40の開口部を熱融着などで密封する。最後に、外装部材40に加重をかけながら加熱し、高分子化合物を介してセパレータ35を正極33および負極34に密着させる。これにより、電解液が高分子化合物に含浸し、その高分子化合物がゲル化してゲル電解質層36が形成されるため、非水電解質電池が完成する。
The polymer compound may contain one or more other polymer compounds together with the polymer containing vinylidene fluoride as a component. Subsequently, after the electrolytic solution is prepared and injected into the
この第3の製造方法では、第1の製造方法と比較して、非水電解質電池の膨れが抑制される。また、第3の製造方法では、第2の製造方法と比較して、高分子化合物の原料であるモノマーや非水溶媒などがゲル電解質層36中にほとんど残らず、しかも高分子化合物の形成工程が良好に制御される。これにより、第3の製造方法では、正極33、負極34およびセパレータ35とゲル電解質層36との間において十分な密着性が得られる。
In the third manufacturing method, the swelling of the nonaqueous electrolyte battery is suppressed as compared with the first manufacturing method. Further, in the third manufacturing method, compared to the second manufacturing method, the monomer or non-aqueous solvent which is a raw material of the polymer compound hardly remains in the
<効果>
この発明の第3の実施の形態による非水電解質電池では、非水電解質が式(1)または式(2)で表される化合物を含んでいるため、第1の実施の形態で記載したように、非水電解質電池が充放電を繰り返しても、非水電解質の分解反応が抑制される。したがって、電池内部でのガス発生およびそれに伴う電池膨れを抑制することができ、電池特性を向上させることができる。
<Effect>
In the nonaqueous electrolyte battery according to the third embodiment of the present invention, since the nonaqueous electrolyte contains the compound represented by the formula (1) or the formula (2), as described in the first embodiment. Even if the nonaqueous electrolyte battery repeats charging and discharging, the decomposition reaction of the nonaqueous electrolyte is suppressed. Therefore, gas generation inside the battery and battery swelling associated therewith can be suppressed, and battery characteristics can be improved.
4.他の実施の形態
この発明は、上述したこの発明の実施形態に限定されるものでは無く、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。例えば、この発明の式(1)および式(2)で表される化合物の使用用途は、必ずしも電解液に限られない。また、この発明の第1の実施の形態による電解液の使用用途は、必ずしも非水電解質電池に限らず、非水電解質電池以外の他の電気化学デバイス(例えば、キャパシタなど)であってもよい。
4). Other Embodiments The present invention is not limited to the above-described embodiments of the present invention, and various modifications and applications are possible without departing from the spirit of the present invention. For example, the usage application of the compounds represented by the formulas (1) and (2) of the present invention is not necessarily limited to the electrolytic solution. In addition, the usage of the electrolytic solution according to the first embodiment of the present invention is not necessarily limited to a non-aqueous electrolyte battery, and may be an electrochemical device (for example, a capacitor) other than the non-aqueous electrolyte battery. .
以下に本発明の具体的な実施例について詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
なお、以下の実施例および比較例で使用した非水電解質に添加する化合物は以下の通りである。
Specific examples of the present invention will be described in detail below, but the present invention is not limited thereto.
In addition, the compound added to the nonaqueous electrolyte used in the following Examples and Comparative Examples is as follows.
ビス(ハロゲン化シリル)アルキレン化合物として、
化合物(A):1,8−ビス(トリクロロシリル)オクタン
化合物(B):1,8−ビス(トリフルオロシリル)オクタン
化合物(C):1,6−ビス(トリクロロシリル)ヘキサン
化合物(D):1,6−ビス(トリフルオロシリル)ヘキサン
化合物(E):1,4−ビス(トリクロロシリル)ブタン
化合物(F):1,4−ビス(メチルジクロロシリル)ブタン
化合物(G):1,6−ビス(クロロジメチルシリル)ヘキサン
化合物(H):1,6−ビス(フルオロジメチルシリル)ヘキサン
化合物(I):1,4−ビス(クロロジメチルシリル)ブタン
化合物(J):1,4−ビス(フルオロジメチルシリル)ブタン
化合物(K):1,2−ビス(クロロジメチルシリル)エタン
化合物(L):1,2−ビス(フルオロジメチルシリル)エタン
を用いた。
As a bis (halogenated silyl) alkylene compound,
Compound (A): 1,8-bis (trichlorosilyl) octane compound (B): 1,8-bis (trifluorosilyl) octane compound (C): 1,6-bis (trichlorosilyl) hexane compound (D) : 1,6-bis (trifluorosilyl) hexane compound (E): 1,4-bis (trichlorosilyl) butane compound (F): 1,4-bis (methyldichlorosilyl) butane compound (G): 1, 6-bis (chlorodimethylsilyl) hexane compound (H): 1,6-bis (fluorodimethylsilyl) hexane compound (I): 1,4-bis (chlorodimethylsilyl) butane compound (J): 1,4- Bis (fluorodimethylsilyl) butane compound (K): 1,2-bis (chlorodimethylsilyl) ethane compound (L): 1,2-bis (fluorodimethylsilyl) Ethane was used.
また、アルキルハロゲン化シラン化合物として、
化合物(M):ヘキシルトリクロロシラン
化合物(N):ヘキシルトリフルオロシラン
を用いた。
In addition, as an alkyl halogenated silane compound,
Compound (M): Hexyltrichlorosilane Compound (N): Hexyltrifluorosilane was used.
なお、上述の化合物(A)ないし化合物(N)の構造式は以下の通りである。
[実施例1]
<実施例1−1>
以下の手順により、図3および図4に示したラミネートフィルム型の二次電池を作製した。
[Example 1]
<Example 1-1>
The laminate film type secondary battery shown in FIGS. 3 and 4 was produced by the following procedure.
[正極の作製]
まず、正極活物質としてコバルト酸リチウム(LiCoO2)94重量部と、導電剤としてグラファイト3重量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVdF)3重量部とを均質に混合してN−メチルピロリドンを添加し、正極合剤スラリーを得た。
[Production of positive electrode]
First, 94 parts by weight of lithium cobaltate (LiCoO 2 ) as a positive electrode active material, 3 parts by weight of graphite as a conductive agent, and 3 parts by weight of polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder were homogeneously mixed to form N-methyl. Pyrrolidone was added to obtain a positive electrode mixture slurry.
次に、この正極合剤スラリーを、厚み10μmのアルミニウム箔上の両面に、均一に塗布し、乾燥させ圧縮成型し、片面あたりの厚さが30μmの正極活物質層(活物質層の体積密度:3.40g/cc)を形成した。これを幅50mm、長さ300mmの形状に切断して正極を得た。 Next, this positive electrode mixture slurry is uniformly coated on both sides of an aluminum foil having a thickness of 10 μm, dried and compression-molded, and a positive electrode active material layer having a thickness of 30 μm per side (volume density of the active material layer) : 3.40 g / cc). This was cut into a shape having a width of 50 mm and a length of 300 mm to obtain a positive electrode.
[負極の作製]
負極活物質としてMCMB(メソカーボンマイクロビーズ)系黒鉛97重量部と、結着剤としてPVdF3重量部とを均質に混合してN−メチルピロリドンを添加し負極合剤スラリー得た。
[Production of negative electrode]
97 parts by weight of MCMB (mesocarbon microbeads) graphite as a negative electrode active material and 3 parts by weight of PVdF as a binder were homogeneously mixed, and N-methylpyrrolidone was added to obtain a negative electrode mixture slurry.
次に、この負極合剤スラリーを、負極集電体となる厚み10μmの銅箔上の両面に、均一に塗布し、乾燥後200MPaでプレスし、片面当たり30μmの負極活物質層を形成した。これを幅50mm、長さ300mmの形状に切断して負極を得た。 Next, this negative electrode mixture slurry was uniformly applied on both sides of a 10 μm thick copper foil serving as a negative electrode current collector, dried and pressed at 200 MPa to form a negative electrode active material layer having a thickness of 30 μm per side. This was cut into a shape having a width of 50 mm and a length of 300 mm to obtain a negative electrode.
セパレータとしては、厚さ7μmの微多孔性ポリエチレンフィルムの両面にポリフッ化ビニリデンを2μmずつ塗布したものを用いた。 As the separator, a 7 μm-thick microporous polyethylene film coated with 2 μm each of polyvinylidene fluoride was used.
[非水電解液の作製]
エチレンカーボネート(EC):ジエチルカーボネート(DEC)=3:7(重量比)に炭酸ビニレン(VC)を1重量%加えた混合溶液を作成した。そして、電解質塩として六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を1.0mol/kgとなるように溶解させた。さらに、ビス(ハロゲン化シリル)アルキレン化合物(A)を0.005重量%の濃度で混合・溶解し、非水電解液とした。
[Preparation of non-aqueous electrolyte]
A mixed solution was prepared by adding 1% by weight of vinylene carbonate (VC) to ethylene carbonate (EC): diethyl carbonate (DEC) = 3: 7 (weight ratio). The dissolved lithium hexafluorophosphate (LiPF 6) as a 1.0 mol / kg as an electrolyte salt. Further, the bis (halogenated silyl) alkylene compound (A) was mixed and dissolved at a concentration of 0.005% by weight to obtain a nonaqueous electrolytic solution.
[非水電解質電池の組み立て]
正極と負極とを、セパレータを介して巻回した後、アルミニウムラミネートフィルムからなる袋状の外装部材に入れたのち、非水電解液を2g注液した。その後、袋を熱融着して封止し、ラミネートフィルム型の非水電解質電池を作製した。
[Assembly of non-aqueous electrolyte battery]
After winding the positive electrode and the negative electrode through a separator, the positive electrode and the negative electrode were put into a bag-shaped exterior member made of an aluminum laminate film, and then 2 g of a non-aqueous electrolyte was injected. Thereafter, the bag was heat-sealed and sealed to produce a laminated film type non-aqueous electrolyte battery.
<実施例1−2>
化合物Aの混合量を0.01重量%とした以外は実施例1−1と同様にしてラミネートフィルム型の非水電解質電池を作製した。
<Example 1-2>
A laminate film type nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1-1 except that the amount of compound A mixed was 0.01 wt%.
<実施例1−3>
化合物Aの混合量を0.05重量%とした以外は実施例1−1と同様にしてラミネートフィルム型の非水電解質電池を作製した。
<Example 1-3>
A laminate film type nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1-1 except that the amount of compound A mixed was 0.05 wt%.
<実施例1−4>
化合物Aの混合量を0.5重量%とした以外は実施例1−1と同様にしてラミネートフィルム型の非水電解質電池を作製した。
<Example 1-4>
A laminated film type nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1-1 except that the amount of compound A mixed was 0.5 wt%.
<実施例1−5>
化合物Aの混合量を1重量%とした以外は実施例1−1と同様にしてラミネートフィルム型の非水電解質電池を作製した。
<Example 1-5>
A laminated film type nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1-1 except that the amount of compound A mixed was 1% by weight.
<実施例1−6>
化合物Aの混合量を5重量%とした以外は実施例1−1と同様にしてラミネートフィルム型の非水電解質電池を作製した。
<Example 1-6>
A laminated film type nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1-1 except that the amount of compound A mixed was 5 wt%.
<実施例1−7>
化合物Aの混合量を6重量%とした以外は実施例1−1と同様にしてラミネートフィルム型の非水電解質電池を作製した。
<Example 1-7>
A laminated film type non-aqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1-1 except that the amount of compound A mixed was 6% by weight.
<比較例1−1>
化合物Aを添加しないようにした以外は実施例1−1と同様にしてラミネートフィルム型の非水電解質電池を作製した。
<Comparative Example 1-1>
A laminated film type non-aqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1-1 except that Compound A was not added.
[非水電解質電池の評価]
(a)高温保存時の膨れ量
各実施例および比較例の非水電解質電池を23℃環境下において1Cの電流で定電流充電を行い、電池電圧が4.2Vに達した時点で定電圧充電に切り替え、総充電時間が3時間となった時点で充電を終了した。この後、1Cの電流で放電を行い、電池電圧が3.0Vとなった時点で放電を終了した。このようにして充放電を2サイクル行い、保存前の電池厚さを測定した。
[Evaluation of non-aqueous electrolyte battery]
(A) Swelling amount during high-temperature storage The nonaqueous electrolyte batteries of each Example and Comparative Example were charged with a constant current at a current of 1 C in a 23 ° C. environment, and were charged at a constant voltage when the battery voltage reached 4.2V. When the total charging time was 3 hours, charging was terminated. Thereafter, discharging was performed at a current of 1 C, and the discharging was terminated when the battery voltage reached 3.0V. In this way, charge and discharge were performed for 2 cycles, and the battery thickness before storage was measured.
次に、23℃環境下において上述と同様の条件で充電した後、電池電圧が4.2Vの充電状態の各非水電解質電池を85℃の恒温槽中に24時間保存し、保存後の電池厚さを測定した。続いて、保存前の電池厚さと保存後の電池厚さとの差を高温保存時の膨れ量として求めた。なお、「1C」とは、理論容量を1時間で放電しきる電流値である。 Next, after charging under the same conditions as described above in a 23 ° C. environment, each non-aqueous electrolyte battery with a battery voltage of 4.2 V is stored in a constant temperature bath at 85 ° C. for 24 hours, and the battery after storage The thickness was measured. Subsequently, the difference between the battery thickness before storage and the battery thickness after storage was determined as the amount of swelling during high temperature storage. “1C” is a current value at which the theoretical capacity can be discharged in one hour.
(b)サイクル特性
各実施例および比較例の非水電解質電池を23℃環境下において1Cの電流で定電流充電を行い、電池電圧が4.2Vに達した時点で定電圧充電に切り替え、総充電時間が3時間となった時点で充電を終了した。この後、1Cの電流で放電を行い、電池電圧が3.0Vとなった時点で放電を終了した。このときの放電容量を、初期容量として測定した。
(B) Cycle characteristics The nonaqueous electrolyte batteries of the examples and comparative examples were charged with a constant current at a current of 1 C in a 23 ° C environment, and switched to a constant voltage charge when the battery voltage reached 4.2 V. Charging was terminated when the charging time reached 3 hours. Thereafter, discharging was performed at a current of 1 C, and the discharging was terminated when the battery voltage reached 3.0V. The discharge capacity at this time was measured as the initial capacity.
続いて、上述の充放電条件で300サイクル充放電を行い、300サイクル目の放電容量を測定した。そして、{(300サイクル目の放電容量/初期容量)×100}より、300サイクル目の容量維持率を算出し、サイクル特性とした。 Subsequently, 300 cycles of charge and discharge were performed under the above-described charge and discharge conditions, and the discharge capacity at the 300th cycle was measured. Then, from {(discharge capacity at the 300th cycle / initial capacity) × 100}, the capacity retention rate at the 300th cycle was calculated and used as the cycle characteristics.
以下の表1に、評価の結果を示す。 Table 1 below shows the results of the evaluation.
表1に示すように、化合物(A)を添加しない比較例1−1と比較して、化合物(A)を添加する各実施例は高温時の電池膨れ量が減少した。また、化合物(A)が多いほど、高温保存時の膨れ量が小さくなることが分かった。一方、化合物(A)が多いほど、サイクル特性に低下が見られた。したがって、添加量としては、0.01重量%以上5重量%以下がより好ましく、0.5重量%以上1重量%以下が特に好ましいことが分かった。 As shown in Table 1, compared with Comparative Example 1-1 in which the compound (A) was not added, each example in which the compound (A) was added had a reduced amount of battery swelling at high temperatures. Moreover, it turned out that the amount of swelling at the time of high temperature storage becomes small, so that there are many compounds (A). On the other hand, the more the compound (A), the lower the cycle characteristics. Therefore, it was found that the addition amount is more preferably 0.01% by weight to 5% by weight, and particularly preferably 0.5% by weight to 1% by weight.
[実施例2]
実施例2では、非水電解液に添加する化合物の種類を変えて、この発明の化合物の添加の効果を確認した。
[Example 2]
In Example 2, the effect of adding the compound of the present invention was confirmed by changing the type of the compound added to the non-aqueous electrolyte.
<実施例2−1>
実施例1−4と同様にしてラミネートフィルム型の非水電解質電池を作製した。
<Example 2-1>
A laminated film type nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1-4.
<実施例2−2>
非水電解液に添加する化合物を化合物(B)とした以外は実施例1−4と同様にしてラミネートフィルム型の非水電解質電池を作製した。
<Example 2-2>
A laminate film type nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1-4 except that the compound added to the nonaqueous electrolyte was changed to the compound (B).
<実施例2−3>
非水電解液に添加する化合物を化合物(C)とした以外は実施例1−4と同様にしてラミネートフィルム型の非水電解質電池を作製した。
<Example 2-3>
A laminate film type nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1-4 except that the compound added to the nonaqueous electrolyte was changed to the compound (C).
<実施例2−4>
非水電解液に添加する化合物を化合物(D)とした以外は実施例1−4と同様にしてラミネートフィルム型の非水電解質電池を作製した。
<Example 2-4>
A laminated film type nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1-4 except that the compound added to the nonaqueous electrolyte was changed to the compound (D).
<実施例2−5>
非水電解液に添加する化合物を化合物(E)とした以外は実施例1−4と同様にしてラミネートフィルム型の非水電解質電池を作製した。
<Example 2-5>
A laminated film type nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1-4 except that the compound added to the nonaqueous electrolyte was changed to the compound (E).
<実施例2−6>
非水電解液に添加する化合物を化合物(F)とした以外は実施例1−4と同様にしてラミネートフィルム型の非水電解質電池を作製した。
<Example 2-6>
A laminate film type nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1-4 except that the compound added to the nonaqueous electrolyte was changed to the compound (F).
<比較例2−1>
化合物(A)を添加しないようにした以外は実施例1−4と同様にしてラミネートフィルム型の非水電解質電池を作製した。
<Comparative Example 2-1>
A laminate film type non-aqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1-4 except that the compound (A) was not added.
<比較例2−2>
非水電解液に添加する化合物を化合物(G)とした以外は実施例1−4と同様にしてラミネートフィルム型の非水電解質電池を作製した。
<Comparative Example 2-2>
A laminate film type nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1-4 except that the compound added to the nonaqueous electrolyte was changed to the compound (G).
<比較例2−3>
非水電解液に添加する化合物を化合物(H)とした以外は実施例1−4と同様にしてラミネートフィルム型の非水電解質電池を作製した。
<Comparative Example 2-3>
A laminated film type nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1-4 except that the compound added to the nonaqueous electrolyte was changed to the compound (H).
<比較例2−4>
非水電解液に添加する化合物を化合物(I)とした以外は実施例1−4と同様にしてラミネートフィルム型の非水電解質電池を作製した。
<Comparative Example 2-4>
A laminate film type nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1-4 except that the compound added to the nonaqueous electrolyte was changed to the compound (I).
<比較例2−5>
非水電解液に添加する化合物を化合物(J)とした以外は実施例1−4と同様にしてラミネートフィルム型の非水電解質電池を作製した。
<Comparative Example 2-5>
A laminated film type nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1-4 except that the compound added to the nonaqueous electrolyte was changed to the compound (J).
<比較例2−6>
非水電解液に添加する化合物を化合物(K)とした以外は実施例1−4と同様にしてラミネートフィルム型の非水電解質電池を作製した。
<Comparative Example 2-6>
A laminate film type nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1-4 except that the compound added to the nonaqueous electrolyte was changed to the compound (K).
<比較例2−7>
非水電解液に添加する化合物を化合物(L)とした以外は実施例1−4と同様にしてラミネートフィルム型の非水電解質電池を作製した。
<Comparative Example 2-7>
A laminate film type nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1-4 except that the compound added to the nonaqueous electrolyte was changed to the compound (L).
<比較例2−8>
非水電解液に添加する化合物を化合物(M)とした以外は実施例1−4と同様にしてラミネートフィルム型の非水電解質電池を作製した。
<Comparative Example 2-8>
A laminate film type nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1-4 except that the compound added to the nonaqueous electrolyte was changed to the compound (M).
<比較例2−9>
非水電解液に添加する化合物を化合物(N)とした以外は実施例1−4と同様にしてラミネートフィルム型の非水電解質電池を作製した。
<Comparative Example 2-9>
A laminate film type nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1-4 except that the compound added to the nonaqueous electrolyte was changed to the compound (N).
[非水電解質電池の評価]
(a)高温保存時の膨れ量の測定
各実施例および比較例の非水電解質電池について、実施例1と同様にして高温保存時の電池膨れ量を測定した。
[Evaluation of non-aqueous electrolyte battery]
(A) Measurement of swelling amount at high temperature storage For each non-aqueous electrolyte battery of each example and comparative example, the battery swelling amount at high temperature storage was measured in the same manner as in Example 1.
以下の表2に、評価の結果を示す。 Table 2 below shows the results of the evaluation.
表2に示すように、ビス(ハロゲン化シリル)アルキレン化合物を非水電解液に添加しない比較例2−1は電池膨れ量が2.73mmと非常に大きな膨れとなった。また、主鎖が炭素数4〜18の脂肪族炭素からなり、R1〜R3およびR4〜R6のそれぞれが1つのハロゲンを含む化合物(G)、化合物(H)、化合物(I)、化合物(J)、化合物(K)および化合物(L)を用いた比較例2−2ないし比較例2−7、およびハロゲン化シリル基を1基しか有していないアルキルハロゲン化シラン化合物を用いた比較例2−8、比較例2−9は、電池膨れ量が1.7mm〜比較例2−1と同等程度と電池膨れの抑制効果が少なかった。 As shown in Table 2, Comparative Example 2-1 in which the bis (halogenated silyl) alkylene compound was not added to the nonaqueous electrolytic solution had a very large battery expansion of 2.73 mm. In addition, the main chain is made of aliphatic carbon having 4 to 18 carbon atoms, and each of R1 to R3 and R4 to R6 contains one halogen, compound (G), compound (H), compound (I), compound (J ), Comparative Example 2-2 to Comparative Example 2-7 using Compound (K) and Compound (L), and Comparative Example 2 using an alkylhalogenated silane compound having only one halogenated silyl group −8 and Comparative Example 2-9 had a battery swelling amount of about 1.7 mm to the same level as Comparative Example 2-1, and the effect of suppressing the battery swelling was small.
一方、主鎖が炭素数4〜18の脂肪族炭素からなり、R1〜R3およびR4〜R6のそれぞれが3つのハロゲンを含む化合物(A)を用いた実施例2−1では、高温保存時の電池膨れ量が1.0mm以下と非常に小さく、電池膨れ抑制効果を確認することができた。また、化合物(B)、化合物(C)、化合物(D)、化合物(E)および化合物(F)を用いた実施例2−2ないし2−6でも同様に、高温保存時の電池膨れ量が1.0mm程度もしくは1.0mm以下と非常に小さくなることが分かった。 On the other hand, in Example 2-1, in which the main chain is composed of aliphatic carbon having 4 to 18 carbon atoms, and each of R1 to R3 and R4 to R6 contains three halogens, The amount of battery expansion was as small as 1.0 mm or less, and the effect of suppressing battery expansion was confirmed. Similarly, in Examples 2-2 to 2-6 using the compound (B), the compound (C), the compound (D), the compound (E), and the compound (F), the amount of battery swelling during high-temperature storage is also similar. It was found to be very small, about 1.0 mm or 1.0 mm or less.
すなわち、ケイ素原子上に置換されたハロゲンの数がより多いほうが好ましい。化合物(G)〜化合物(L)の化合物のように、ケイ素上に置換されたハロゲンの数が少ないか、化合物(K)および化合物(L)脂肪族炭化水素基の炭素数が少ない場合、高温保存によるガス発生を充分に抑制することができず、電池膨れ量が大きくなった。化合物(M)および化合物(N)の化合物のように、ハロゲン化シリル基を1つしかもたない化合物を用いた場合、電池膨れ抑制効果は見られなかった。添加する化合物としては、膨れ抑制の効果が大きいことから、化合物(B)および化合物(D)の化合物が特に好ましいことが分かった。 That is, it is preferable that the number of halogens substituted on the silicon atom is larger. When the number of halogens substituted on silicon is small, or the number of carbon atoms of the compound (K) and the compound (L) aliphatic hydrocarbon group is small, such as the compounds (G) to (L), the temperature is high. Gas generation due to storage could not be sufficiently suppressed, and the amount of battery swelling increased. When a compound having only one silyl halide group such as the compound (M) and the compound (N) was used, the effect of suppressing battery swelling was not observed. As the compound to be added, it was found that the compound (B) and the compound (D) are particularly preferable since the effect of suppressing swelling is large.
[実施例3]
実施例3では、非水電解質電池に用いる負極活物質を変えて、この発明の化合物の添加の効果を確認した。
[Example 3]
In Example 3, the effect of adding the compound of the present invention was confirmed by changing the negative electrode active material used in the nonaqueous electrolyte battery.
<実施例3−1>
負極活物質として、黒鉛材料の代わりにケイ素を用いた以外は実施例1−4と同様にしてラミネートフィルム型の非水電解質電池を作製した。負極活物質として用いたケイ素は、黒鉛材料と同様にリチウムを吸蔵および放出することが可能である。
<Example 3-1>
A laminated film type nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1-4, except that silicon was used instead of the graphite material as the negative electrode active material. Silicon used as the negative electrode active material can occlude and release lithium in the same manner as the graphite material.
なお、ケイ素を用いた負極活物質層を形成する場合には、電解銅箔からなる負極集電体(厚さ=15μm)を準備したのち、電子ビーム蒸着法によって負極集電体の両面に負極活物質としてケイ素を堆積させて負極活物質層を形成することにより、負極を作製した。この負極活物質層を形成する場合には、10回の堆積工程を経て負極活物質粒子を形成することにより、その負極活物質粒子が10層構造を有するようにした。この際、負極集電体の片面側における負極活物質粒子の厚さ(総厚)を6μmとした。 In the case of forming a negative electrode active material layer using silicon, after preparing a negative electrode current collector (thickness = 15 μm) made of an electrolytic copper foil, negative electrodes are formed on both sides of the negative electrode current collector by an electron beam evaporation method. A negative electrode was fabricated by depositing silicon as an active material to form a negative electrode active material layer. In the case of forming this negative electrode active material layer, the negative electrode active material particles were formed through 10 deposition steps so that the negative electrode active material particles had a 10-layer structure. At this time, the thickness (total thickness) of the negative electrode active material particles on one side of the negative electrode current collector was 6 μm.
このようにして得られた負極を、幅50mm、長さ300mmの形状に切断してラミネートフィルム型電池用の負極を得た。この二次電池については、正極活物質層の厚さを調節することにより、満充電時において負極にリチウム金属が析出しないようにした。 The negative electrode thus obtained was cut into a shape having a width of 50 mm and a length of 300 mm to obtain a negative electrode for a laminate film type battery. For this secondary battery, the thickness of the positive electrode active material layer was adjusted so that lithium metal did not deposit on the negative electrode during full charge.
<実施例3−2>
非水電解液に添加する化合物を化合物(B)とした以外は実施例3−1と同様にしてラミネートフィルム型の非水電解質電池を作製した。
<Example 3-2>
A laminate film type nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 3-1, except that the compound added to the nonaqueous electrolyte was changed to the compound (B).
<実施例3−3>
非水電解液に添加する化合物を化合物(C)とした以外は実施例3−1と同様にしてラミネートフィルム型の非水電解質電池を作製した。
<Example 3-3>
A laminate film type nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 3-1, except that the compound added to the nonaqueous electrolyte was changed to the compound (C).
<実施例3−4>
非水電解液に添加する化合物を化合物(D)とした以外は実施例3−1と同様にしてラミネートフィルム型の非水電解質電池を作製した。
<Example 3-4>
A laminate film type nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 3-1, except that the compound added to the nonaqueous electrolyte was changed to the compound (D).
<比較例3−1>
化合物Aを添加しないようにした以外は実施例3−1と同様にしてラミネートフィルム型の非水電解質電池を作製した。
<Comparative Example 3-1>
A laminate film type nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 3-1, except that the compound A was not added.
[非水電解質電池の評価]
(a)高温保存時の膨れ量の測定
各実施例および比較例の非水電解質電池について、実施例1と同様にして高温保存時の電池膨れ量を測定した。
[Evaluation of non-aqueous electrolyte battery]
(A) Measurement of swelling amount at high temperature storage For each non-aqueous electrolyte battery of each example and comparative example, the battery swelling amount at high temperature storage was measured in the same manner as in Example 1.
以下の表3に、評価の結果を示す。 Table 3 below shows the results of the evaluation.
表3に示すように、負極活物質としてケイ素を用いた場合においても、ビス(ハロゲン化シリル)アルキレン化合物を非水電解液に添加しない比較例3−1と比較して、上述の化合物(A)、化合物(B)、化合物(C)および化合物(D)それぞれを用いた実施例3−1ないし実施例4−4は、顕著に電池膨れ抑制効果を得ることができた。 As shown in Table 3, even when silicon was used as the negative electrode active material, the compound (A) described above was compared with Comparative Example 3-1, in which no bis (halogenated silyl) alkylene compound was added to the nonaqueous electrolytic solution. ), The compound (B), the compound (C) and the compound (D), respectively, were able to obtain a battery swelling suppressing effect remarkably.
[実施例4]
実施例4でも、実施例3と同様に非水電解質電池に用いる負極活物質を変えて、この発明の化合物の添加の効果を確認した。
[Example 4]
Also in Example 4, the negative electrode active material used for the nonaqueous electrolyte battery was changed as in Example 3, and the effect of adding the compound of the present invention was confirmed.
<実施例4−1>
負極活物質として、黒鉛材料の代わりにSnCoC含有材料を用いた以外は実施例1−4と同様にしてラミネートフィルム型の非水電解質電池を作製した。負極活物質として用いたSnCoC含有材料は、黒鉛材料と同様にリチウムを吸蔵および放出することが可能である。
<Example 4-1>
A laminate film type non-aqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1-4 except that a SnCoC-containing material was used instead of the graphite material as the negative electrode active material. The SnCoC-containing material used as the negative electrode active material can occlude and release lithium similarly to the graphite material.
SnCoC含有材料を用いた負極活物質層を形成する場合には、最初に、コバルト粉末とスズ粉末とを合金化してコバルト・スズ合金粉末としたのち、炭素粉末を加えて乾式混合した。続いて、伊藤製作所製の遊星ボールミルの反応容器中に、上記した混合物10gを直径9mmの鋼玉約400gと一緒にセットした。続いて、反応容器中をアルゴン雰囲気に置換したのち、毎分250回転の回転速度による10分間の運転と10分間の休止とを運転時間の合計が20時間になるまで繰り返した。続いて、反応容器を室温まで冷却してSnCoC含有材料を取り出したのち、280メッシュのふるいを通して粗粉を取り除いた。 In the case of forming a negative electrode active material layer using a SnCoC-containing material, first, cobalt powder and tin powder were alloyed to form a cobalt-tin alloy powder, and then carbon powder was added and dry mixed. Subsequently, 10 g of the above mixture was set together with about 400 g of steel balls having a diameter of 9 mm in a reaction vessel of a planetary ball mill manufactured by Ito Seisakusho. Subsequently, after replacing the inside of the reaction vessel with an argon atmosphere, an operation for 10 minutes and a pause for 10 minutes at a rotation speed of 250 revolutions per minute were repeated until the total operation time reached 20 hours. Subsequently, after the reaction vessel was cooled to room temperature and the SnCoC-containing material was taken out, the coarse powder was removed through a 280 mesh sieve.
負極活物質としてSnCoC含有材料80重量部と、結着剤としてPVdF8重量部と、導電剤としてグラファイト11重量部およびアセチレンブラック1重量部とを均質に混合してN−メチルピロリドンを添加し、負極合剤スラリー得た。 80 parts by weight of SnCoC-containing material as a negative electrode active material, 8 parts by weight of PVdF as a binder, 11 parts by weight of graphite and 1 part by weight of acetylene black as a conductive agent are mixed homogeneously, and N-methylpyrrolidone is added. A mixture slurry was obtained.
次に、この負極合剤スラリーを、負極集電体となる厚み15μmの銅箔上の両面に均一に塗布し、乾燥後にロールプレス機でプレスし、片面当たり50μmの負極活物質層を形成した。これを幅50mm、長さ300mmの形状に切断して負極を得た。 Next, this negative electrode mixture slurry was uniformly applied on both sides of a 15 μm thick copper foil serving as a negative electrode current collector, dried and then pressed with a roll press to form a negative electrode active material layer having a thickness of 50 μm per side. . This was cut into a shape having a width of 50 mm and a length of 300 mm to obtain a negative electrode.
<実施例4−2>
非水電解液に添加する化合物を化合物(B)とした以外は実施例4−1と同様にしてラミネートフィルム型の非水電解質電池を作製した。
<Example 4-2>
A laminate film type nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 4-1, except that the compound added to the nonaqueous electrolyte was changed to the compound (B).
<実施例4−3>
非水電解液に添加する化合物を化合物(C)とした以外は実施例4−1と同様にしてラミネートフィルム型の非水電解質電池を作製した。
<Example 4-3>
A laminate film type nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 4-1, except that the compound added to the nonaqueous electrolyte was changed to the compound (C).
<実施例4−4>
非水電解液に添加する化合物を化合物(D)とした以外は実施例4−1と同様にしてラミネートフィルム型の非水電解質電池を作製した。
<Example 4-4>
A laminate film type nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 4-1, except that the compound added to the nonaqueous electrolyte was changed to the compound (D).
<比較例4−1>
化合物Aを添加しないようにした以外は実施例4−1と同様にしてラミネートフィルム型の非水電解質電池を作製した。
<Comparative Example 4-1>
A laminate film type nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 4-1, except that the compound A was not added.
[非水電解質電池の評価]
(a)高温保存時の膨れ量の測定
各実施例および比較例の非水電解質電池について、実施例1と同様にして高温保存時の電池膨れ量を測定した。
[Evaluation of non-aqueous electrolyte battery]
(A) Measurement of swelling amount at high temperature storage For each non-aqueous electrolyte battery of each example and comparative example, the battery swelling amount at high temperature storage was measured in the same manner as in Example 1.
以下の表4に、評価の結果を示す。 Table 4 below shows the results of the evaluation.
表4に示すように、負極活物質としてSnCoC含有材料を用いた場合においても、ビス(ハロゲン化シリル)アルキレン化合物を非水電解液に添加しない比較例4−1と比較して、上述の化合物(A)、化合物(B)、化合物(C)および化合物(D)それぞれを用いた実施例4−1ないし実施例4−4は、顕著に電池膨れ抑制効果を得ることができた。 As shown in Table 4, even when a SnCoC-containing material was used as the negative electrode active material, the compound described above was compared with Comparative Example 4-1, in which no bis (halogenated silyl) alkylene compound was added to the non-aqueous electrolyte. In Examples 4-1 to 4-4 using (A), the compound (B), the compound (C), and the compound (D), the battery swelling suppression effect was remarkably obtained.
比較例3−1および比較例4−1から分かるように、負極活物質としてSnCoC含有材料を用いた場合、負極活物質としてケイ素を用いた場合と比較して、電池膨れ量が大きくなる傾向にある。しかしながら、例えば実施例3−1および実施例4−1から分かるように、化合物(A)を添加することにより、実施例4−1のほうが電池膨れ量が小さくなった。すなわち、負極活物質としてSnCoC含有材料を用いた方が、より顕著な膨れ抑制効果を得ることができた。また、化合物(B)、化合物(C)および化合物(D)を用いた場合も同様に、負極活物質としてSnCoC含有材料を用いた非水電解質電池の方がより顕著な効果を得ることができた。 As can be seen from Comparative Example 3-1 and Comparative Example 4-1, when the SnCoC-containing material is used as the negative electrode active material, the amount of battery swelling tends to increase compared to the case where silicon is used as the negative electrode active material. is there. However, as can be seen from, for example, Example 3-1 and Example 4-1, the amount of battery swelling in Example 4-1 was reduced by adding the compound (A). That is, the use of the SnCoC-containing material as the negative electrode active material was able to obtain a more remarkable swelling suppression effect. Similarly, when the compound (B), the compound (C) and the compound (D) are used, the nonaqueous electrolyte battery using the SnCoC-containing material as the negative electrode active material can obtain a more remarkable effect. It was.
[実施例5]
実施例5では、この発明の化合物を添加した非水電解液を用いた円筒型非水電解質電池を作製し、この発明の化合物の添加の効果を確認した。
[Example 5]
In Example 5, a cylindrical nonaqueous electrolyte battery using a nonaqueous electrolytic solution to which the compound of the present invention was added was produced, and the effect of adding the compound of the present invention was confirmed.
<実施例5−1>
[正極の作製]
まず、正極活物質としてコバルト酸リチウム91重量部と、導電剤としてグラファイト6質量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン3質量部とを混合して、N−メチルピロリドンを添加し正極合剤スラリーを得た。次に、この正極合剤スラリーを、厚み12μmのアルミニウム箔上の両面に均一に塗布し、乾燥させたのち、ロールプレス機で圧縮成型し、正極活物質層を形成した。こののち、正極集電体の一端に、アルミニウム製の正極リードを溶接して取り付けた。
<Example 5-1>
[Production of positive electrode]
First, 91 parts by weight of lithium cobaltate as a positive electrode active material, 6 parts by weight of graphite as a conductive agent, and 3 parts by weight of polyvinylidene fluoride as a binder are added, and N-methylpyrrolidone is added to mix the positive electrode mixture slurry. Got. Next, this positive electrode mixture slurry was uniformly applied to both surfaces on an aluminum foil having a thickness of 12 μm, dried, and then compression molded with a roll press to form a positive electrode active material layer. After that, an aluminum positive electrode lead was welded and attached to one end of the positive electrode current collector.
[負極の作製]
また、負極活物質として人造黒鉛粉末97重量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン3重量部とを混合して、N−メチルピロリドンを添加し負極合剤スラリーを得た。次に、この負極合剤スラリーを、負極集電体となる厚み15μmの銅箔上の両面に均一に塗布し、乾燥させたのち、ロールプレス機で圧縮成型し、負極活物質層を形成した。こののち、負極集電体の一端に、ニッケル製の負極リードを取り付けた。
[Production of negative electrode]
Further, 97 parts by weight of artificial graphite powder as a negative electrode active material and 3 parts by weight of polyvinylidene fluoride as a binder were mixed, and N-methylpyrrolidone was added to obtain a negative electrode mixture slurry. Next, this negative electrode mixture slurry was uniformly applied on both sides of a 15 μm thick copper foil serving as a negative electrode current collector, dried, and then compression molded with a roll press to form a negative electrode active material layer. . After that, a nickel negative electrode lead was attached to one end of the negative electrode current collector.
[非水電解液の作製]
エチレンカーボネート(EC):ジメチルカーボネート(DMC)=3:7(重量比)に炭酸ビニレン(VC)を1重量%加えた混合溶液を作成した。そして、電解質塩として六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を1.2mol/kgとなるように溶解させた。さらに、化合物(A)を0.5重量%の濃度で混合・溶解し、非水電解液とした。
[Preparation of non-aqueous electrolyte]
A mixed solution was prepared by adding 1% by weight of vinylene carbonate (VC) to ethylene carbonate (EC): dimethyl carbonate (DMC) = 3: 7 (weight ratio). The dissolved lithium hexafluorophosphate (LiPF 6) as a 1.2 mol / kg as an electrolyte salt. Furthermore, the compound (A) was mixed and dissolved at a concentration of 0.5% by weight to obtain a nonaqueous electrolytic solution.
続いて、正極と、微多孔性ポリプロピレンフィルム(25μm厚)からなるセパレータと、負極とをこの順に積層してから渦巻状に多数回巻回させたのち、巻き終わり部分を粘着テープで固定することにより、巻回電極体を形成した。続いて、ニッケルめっきが施された鉄製の電池缶を準備したのち、巻回電極体を一対の絶縁板で挟み、負極リードを電池缶に溶接すると共に正極リードを安全弁機構に溶接して、その巻回電極体を電池缶の内部に収納した。続いて、電池缶の内部に、減圧方式により電解液を注入した。
Subsequently, a positive electrode, a separator made of a microporous polypropylene film (
<実施例5−2>
非水電解液に添加する化合物を化合物(B)とした以外は実施例5−1と同様にしてラミネートフィルム型の非水電解質電池を作製した。
<Example 5-2>
A laminate film type nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 5-1, except that the compound added to the nonaqueous electrolyte was changed to the compound (B).
<実施例5−3>
非水電解液に添加する化合物を化合物(C)とした以外は実施例5−1と同様にしてラミネートフィルム型の非水電解質電池を作製した。
<Example 5-3>
A laminate film type nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 5-1, except that the compound added to the nonaqueous electrolyte was changed to the compound (C).
<実施例5−4>
非水電解液に添加する化合物を化合物(D)とした以外は実施例5−1と同様にしてラミネートフィルム型の非水電解質電池を作製した。
<Example 5-4>
A laminated film type nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 5-1, except that the compound added to the nonaqueous electrolyte was changed to the compound (D).
<比較例5−1>
化合物(A)を添加しないようにした以外は実施例5−1と同様にしてラミネートフィルム型の非水電解質電池を作製した。
<Comparative Example 5-1>
A laminate film type nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 5-1, except that the compound (A) was not added.
<比較例5−2>
非水電解液に添加する化合物を化合物(G)とした以外は実施例5−1と同様にしてラミネートフィルム型の非水電解質電池を作製した。
<Comparative Example 5-2>
A laminate film type nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 5-1, except that the compound added to the nonaqueous electrolyte was changed to the compound (G).
<比較例5−3>
非水電解液に添加する化合物を化合物(H)とした以外は実施例5−1と同様にしてラミネートフィルム型の非水電解質電池を作製した。
<Comparative Example 5-3>
A laminate film type nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 5-1, except that the compound added to the nonaqueous electrolyte was changed to the compound (H).
<比較例5−4>
非水電解液に添加する化合物を化合物(I)とした以外は実施例5−1と同様にしてラミネートフィルム型の非水電解質電池を作製した。
<Comparative Example 5-4>
A laminate film type nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 5-1, except that the compound added to the nonaqueous electrolyte was changed to the compound (I).
<比較例5−5>
非水電解液に添加する化合物を化合物(J)とした以外は実施例5−1と同様にしてラミネートフィルム型の非水電解質電池を作製した。
<Comparative Example 5-5>
A laminated film type nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 5-1, except that the compound added to the nonaqueous electrolyte was changed to the compound (J).
<比較例5−6>
非水電解液に添加する化合物を化合物(K)とした以外は実施例5−1と同様にしてラミネートフィルム型の非水電解質電池を作製した。
<Comparative Example 5-6>
A laminate film type nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 5-1, except that the compound added to the nonaqueous electrolyte was changed to the compound (K).
<比較例5−7>
非水電解液に添加する化合物を化合物(L)とした以外は実施例5−1と同様にしてラミネートフィルム型の非水電解質電池を作製した。
<Comparative Example 5-7>
A laminate film type nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 5-1, except that the compound added to the nonaqueous electrolyte was changed to the compound (L).
<比較例5−8>
非水電解液に添加する化合物を化合物(M)とした以外は実施例5−1と同様にしてラミネートフィルム型の非水電解質電池を作製した。
<Comparative Example 5-8>
A laminate film type nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 5-1, except that the compound added to the nonaqueous electrolyte was changed to the compound (M).
<比較例5−9>
非水電解液に添加する化合物を化合物(N)とした以外は実施例5−1と同様にしてラミネートフィルム型の非水電解質電池を作製した。
<Comparative Example 5-9>
A laminated film type nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 5-1, except that the compound added to the nonaqueous electrolyte was changed to the compound (N).
[非水電解質電池の評価]
(b)高温保存時の安全弁作動時間の測定
各実施例および比較例の非水電解質電池を23℃環境下において0.5Cの電流で定電流充電を行い、電池電圧が4.2Vに達した時点で定電圧充電に切り替え、総充電時間が3時間となった時点で充電を終了した。この後、0.5Cの電流で放電を行い、電池電圧が3.0Vとなった時点で放電を終了した。このようにして充放電を2サイクル行い、保存前の放電容量を測定した。
[Evaluation of non-aqueous electrolyte battery]
(B) Measurement of safety valve operating time during high temperature storage The nonaqueous electrolyte batteries of the examples and comparative examples were charged at a constant current of 0.5 C in a 23 ° C. environment, and the battery voltage reached 4.2V. Switching to constant voltage charging at that time, the charging was terminated when the total charging time was 3 hours. Thereafter, discharging was performed at a current of 0.5 C, and the discharging was terminated when the battery voltage reached 3.0V. Thus, 2 cycles of charging / discharging were performed, and the discharge capacity before storage was measured.
次に、23℃環境下において上述と同様の条件で充電した後、電池電圧が4.2Vの充電状態の各非水電解質電池を95℃の恒温槽中に保存し、遮断弁が作動するまでの時間を求めた。なお、「0.5C」とは、理論容量を2時間で放電しきる電流値である。 Next, after charging under the same conditions as described above in a 23 ° C. environment, each nonaqueous electrolyte battery with a battery voltage of 4.2 V is stored in a constant temperature bath at 95 ° C. until the shutoff valve is activated. Asked for time. “0.5 C” is a current value at which the theoretical capacity can be discharged in 2 hours.
以下の表5に、評価の結果を示す。 Table 5 below shows the results of the evaluation.
表5に示すように、ハロゲン化シリル基を1つしかもたない化合物(M)および化合物(N)を用いた比較例5−8および比較例5−9では、ビス(ハロゲン化シリル)アルキレン化合物を非水電解液に添加しない比較例5−1と同等の安全弁作動時間となった。すなわち、比較例5−8および比較例5−9では、円筒型非水電解質電池内でのガス発生抑制効果が得られなかった。また、比較例5−2ないし比較例5−7では、安全弁作動時間が比較例5−1と同等の48時間から59時間となった。 As shown in Table 5, in Comparative Examples 5-8 and 5-9 using the compound (M) having only one silyl halide group and the compound (N), a bis (halogenated silyl) alkylene compound was used. Was the same safety valve operating time as Comparative Example 5-1, which was not added to the non-aqueous electrolyte. That is, in Comparative Example 5-8 and Comparative Example 5-9, the effect of suppressing gas generation in the cylindrical nonaqueous electrolyte battery was not obtained. Further, in Comparative Examples 5-2 to 5-7, the safety valve operating time was changed from 48 hours to 59 hours, which was the same as that of Comparative Example 5-1.
これに対して、実施例5−1ないし実施例5−4では、安全弁作動時間が64〜68時間と長くなり、各比較例と比較して、ガス発生抑制効果が顕著に得られることが分かった。 On the other hand, in Example 5-1 to Example 5-4, it turns out that the safety valve operation time is as long as 64 to 68 hours, and the gas generation suppression effect is significantly obtained as compared with each comparative example. It was.
以上、この発明の実施の形態および実施例を説明したが、この発明は、上述したこの発明の実施形態に限定されるものでは無く、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。例えば、上述の実施形態および実施例では、巻回構造を有する二次電池を具体例に挙げて説明したが、この発明は、正極と負極とを積層しつづら折りにした電池素子を備える場合、または正極および負極を積層した他の積層構造を有する二次電池についても同様に適用することができる。 Although the embodiments and examples of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments of the present invention, and various modifications and applications are possible without departing from the spirit of the present invention. Is possible. For example, in the above-described embodiments and examples, the secondary battery having a winding structure has been described as a specific example, but the present invention includes a battery element in which a positive electrode and a negative electrode are stacked and folded in a zigzag manner, or The present invention can be similarly applied to a secondary battery having another stacked structure in which a positive electrode and a negative electrode are stacked.
また、上述の実施形態および実施例では、フィルム状の外装部材を用いる場合について説明したが、缶の外装部材を用いてもよい。その場合形状は円筒型、角型、コイン型またはボタン型などのようなものでもよい。 Moreover, although the above-mentioned embodiment and Example demonstrated the case where a film-shaped exterior member was used, you may use the exterior member of a can. In that case, the shape may be a cylindrical shape, a square shape, a coin shape or a button shape.
さらに、上述の実施形態および実施例では、電極反応にリチウムを用いる場合を説明したが、ナトリウム(Na)またはカリウム(K)などの他のアルカリ金属、またはマグネシウムまたはカルシウム(Ca)などのアルカリ土類金属、またはアルミニウムなどの他の軽金属を用いる場合についても、この発明を適用することができ、同様の効果を得ることができる。また、負極活物質としてリチウム金属を用いてもよい。 Furthermore, in the above-described embodiments and examples, the case where lithium is used for the electrode reaction has been described. However, other alkali metals such as sodium (Na) or potassium (K), or alkaline earth such as magnesium or calcium (Ca). The present invention can also be applied to the case where other light metals such as a similar metal or aluminum are used, and the same effect can be obtained. Further, lithium metal may be used as the negative electrode active material.
また、上記した実施の形態および実施例では、非水電解質電池の種類として、負極の容量がリチウムの吸蔵および放出に基づいて表されるリチウムイオン非水電解質電池や、負極の容量がリチウムの析出および溶解に基づいて表されるリチウム金属非水電解質電池について説明した。しかしながら、この発明は、必ずしもこれらに限られるものではない。すなわち、例えば、この発明は、負極活物質としてリチウムを吸蔵および放出することが可能な材料を用い、リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料における充電可能な容量を正極の放電容量よりも小さくすることにより、負極の容量がリチウムの吸蔵および放出に伴う容量とリチウムの析出および溶解に伴う容量とを含み、かつ、それらの容量の和によって表される非水電解質電池についても、同様に適用可能である。 In the above-described embodiments and examples, the type of nonaqueous electrolyte battery includes a lithium ion nonaqueous electrolyte battery in which the capacity of the negative electrode is expressed based on insertion and extraction of lithium, and the capacity of the negative electrode is precipitation of lithium. A lithium metal non-aqueous electrolyte battery represented on the basis of dissolution has been described. However, the present invention is not necessarily limited to these. That is, for example, the present invention uses a material capable of inserting and extracting lithium as the negative electrode active material, and the chargeable capacity of the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium is greater than the discharge capacity of the positive electrode. The same applies to the nonaqueous electrolyte battery in which the capacity of the negative electrode includes the capacity associated with insertion and extraction of lithium and the capacity associated with precipitation and dissolution of lithium, and is represented by the sum of these capacities. Applicable.
また、上述した実施の形態および実施例では、電池構造がラミネートフィルム型である場合、ならびに電池素子が巻回構造を有する場合を例に挙げて説明したがこれらに限定されるものではない。この発明の非水電解質電池は、例えば、角型、コイン型およびボタン型などの他の電池構造を有する場合や、電池素子が積層構造などの他の構造を有する場合についても同様に適用可能である。 In the above-described embodiments and examples, the case where the battery structure is a laminate film type and the case where the battery element has a winding structure have been described as examples, but the present invention is not limited thereto. The nonaqueous electrolyte battery of the present invention can be similarly applied to a case where the battery element has other battery structures such as a square shape, a coin shape and a button shape, and a case where the battery element has another structure such as a laminated structure. is there.
また、上述した実施の形態および実施例では、電極反応物質としてリチウムを用いる場合について説明したがこれに限定されるものはない。例えば、ナトリウム(Na)あるいはカリウム(K)などの他の1族元素や、マグネシウム(Mg)あるいはカルシウム(Ca)などの2族元素や、アルミニウムなどの他の軽金属を用いてもよい。これらの場合においても、負極活物質として、上記した実施の形態で説明した負極材料を用いることが可能である。 In the above-described embodiments and examples, the case where lithium is used as the electrode reactant has been described, but the present invention is not limited to this. For example, other group 1 elements such as sodium (Na) or potassium (K), group 2 elements such as magnesium (Mg) or calcium (Ca), and other light metals such as aluminum may be used. In these cases, the negative electrode material described in the above embodiment can be used as the negative electrode active material.
また、上述した実施の形態および実施例では、スルホン化合物の含有量について、実施例の結果から導き出された適正範囲を説明しているが、その説明は、含有量が上記した範囲外となる可能性を完全に否定するものではない。すなわち、上記した適正範囲は、あくまでこの発明の効果を得る上で特に好ましい範囲であり、この発明の効果が得られるのであれば、含有量が上記した範囲から多少外れてもよい。 In the above-described embodiments and examples, the appropriate range derived from the results of the examples is described for the content of the sulfone compound, but the description may be outside the above-described range. It does not completely deny sex. In other words, the appropriate range described above is a particularly preferable range for obtaining the effects of the present invention, and the content may slightly deviate from the above-described ranges as long as the effects of the present invention are obtained.
11・・・電池缶
12,13・・・絶縁板
14・・・電池蓋
15・・・安全弁機構
16・・・熱感抵抗素子
17・・・ガスケット
20・・・巻回電極体
21・・・正極
21A・・・正極集電体
21B・・・正極活物質層
22・・・負極
22A・・・負極集電体
22B・・・負極活物質層
23・・・セパレータ
24・・・センターピン
25・・・正極リード
26・・・負極リード
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Battery can 12, 13 ... Insulating
Claims (10)
請求項1に記載の非水電解質。
請求項1および2に記載の非水電解質。 3. The non-aqueous solution according to claim 1, wherein the amount of the compound represented by the formula (1) and / or the compound represented by the formula (2) is 0.01% by weight or more and 5% by weight or less based on the total amount. Electrolytes.
請求項3に記載の非水電解質。 The nonaqueous electrolyte according to claim 3, wherein the halogen atom contained in each of R1 to R3 and R4 to R6 in the formula (1) and the formula (2) is chlorine or fluorine.
請求項3に記載の非水電解質。 The compound represented by the above formula (2) is 1,6-bis (trichlorosilyl) hexane, 1,6-bis (trifluorosilyl) hexane, 1,8-bis (trichlorosilyl) octane, 1,8-bis. The nonaqueous electrolyte according to claim 3, which is at least one of (trifluorosilyl) octane.
を備え、
上記非水電解質が、
式(1)で示される化合物と、電解質塩と、非水溶媒とを含有する
非水電解質電池。
The non-aqueous electrolyte is
A nonaqueous electrolyte battery comprising a compound represented by formula (1), an electrolyte salt, and a nonaqueous solvent.
請求項6に記載の非水電解質電池。
請求項6および7に記載の非水電解質電池。 The amount of the compound represented by the above formula (1) and / or the compound represented by the above formula (2) is 0.01% by weight or more and 5% by weight or less of the whole nonaqueous electrolyte. The nonaqueous electrolyte battery described.
請求項8に記載の非水電解質電池。 The nonaqueous electrolyte battery according to claim 8, wherein the positive electrode, the negative electrode, and the nonaqueous electrolyte are packaged with a laminate film.
請求項8に記載の非水電解質電池。 The nonaqueous electrolyte battery according to claim 8, wherein the positive electrode, the negative electrode, and the nonaqueous electrolyte are packaged with a metal can.
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