JP2012182114A - Nonaqueous electrolyte, and nonaqueous electrolyte secondary battery containing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、非水系電解液及びそれを用いた非水系電解液二次電池に関するものであり、更に詳しくは、特定の成分を含有するリチウム二次電池用の非水系電解液及びそれを用いたリチウム二次電池に関するものである。 The present invention relates to a non-aqueous electrolyte and a non-aqueous electrolyte secondary battery using the same, and more specifically, a non-aqueous electrolyte for a lithium secondary battery containing a specific component and the same. The present invention relates to a lithium secondary battery.
近代の急速な産業の発達による電子機器の小型化に伴い、二次電池の更なる高容量化が切望されるようになった。そこで、ニッケル・カドミウム電池やニッケル・水素電池に比べてエネルギー密度の高いリチウム二次電池が開発され、また現在に至るまでこれの性能向上への取り組みも繰り返し行われてきた。
近年では環境問題やエネルギー問題などの地球規模の課題を背景に、リチウム二次電池の車載用電源や定置型電源などの大型電源への応用にも大きな期待が集まっている。しかし、このような電池は一般に、外気にさらされる環境下での使用が見込まれているため、開発に当たっては氷点下のような低温環境下における電池特性、特に低温放電特性が重要視されている。これに加えて、その用途から従来のリチウム二次電池以上の寿命性能が求められている。
Along with the downsizing of electronic equipment due to the rapid development of modern industry, there has been a strong demand for higher capacity of secondary batteries. Therefore, lithium secondary batteries having higher energy density than nickel / cadmium batteries and nickel / hydrogen batteries have been developed, and up to now, efforts to improve the performance have been repeated.
In recent years, against the background of global issues such as environmental issues and energy issues, great expectations have been placed on the application of lithium secondary batteries to large-scale power sources such as in-vehicle power sources and stationary power sources. However, since such a battery is generally expected to be used in an environment exposed to the outside air, in the development, battery characteristics under a low temperature environment such as below freezing point, particularly low temperature discharge characteristics are regarded as important. In addition to this, a life performance higher than that of a conventional lithium secondary battery is required for its use.
リチウム二次電池を構成する成分は主に正極、負極、セパレータ、及び電解液に大別される。これらのうち、電解液には一般に、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiCF3SO3、LiAsF6、LiN(CF3SO2)2、LiCF3(CF2)3SO3等の電解質を、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等の環状カーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート等の鎖状カーボネート;γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン等の環状エステル類;酢酸メチル、プロピオン酸メチル等の鎖状エステル類等の非水系溶媒に溶解させた非水系電解液が用いられている。 Components constituting the lithium secondary battery are mainly classified into a positive electrode, a negative electrode, a separator, and an electrolytic solution. Of these, electrolytes generally include electrolytes such as LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , LiAsF 6 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiCF 3 (CF 2 ) 3 SO 3 , Cyclic carbonates such as ethylene carbonate and propylene carbonate, chain carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate and ethyl methyl carbonate; cyclic esters such as γ-butyrolactone and γ-valerolactone; chain esters such as methyl acetate and methyl propionate A non-aqueous electrolyte solution dissolved in a non-aqueous solvent such as a liquid is used.
リチウム二次電池の低温放電特性を向上させるための取り組みの一つとして、上記電解液に特定の化合物を加えることにより、低温放電状態における系内の反応抵抗を抑制させる取り組みがなされている。
特許文献1には、電解液にシリコーン系消泡剤を加えることにより、低温放電容量が改善せしめることが報告されている。
As one of the efforts for improving the low temperature discharge characteristics of the lithium secondary battery, an attempt is made to suppress reaction resistance in the system in a low temperature discharge state by adding a specific compound to the electrolyte solution.
Patent Document 1 reports that the low-temperature discharge capacity can be improved by adding a silicone-based antifoaming agent to the electrolytic solution.
また、特許文献2及び特許文献3には電解液にホスファゼン誘導体を加えることにより、電解液の界面抵抗を抑制させ、低温放電特性が改善せしめることが報告されている。
また、特許文献4〜特許文献6には、電解液に所定のリン酸化合物を加える技術を用いることで、低温放電特性が改善せしめることが報告されている。
また、特許文献7〜特許文献9には、電解液に不飽和結合を有するケイ素化合物を加える技術を用いることで、低温時の内部抵抗を抑制せしめることが報告されている。
Patent Document 2 and Patent Document 3 report that adding a phosphazene derivative to the electrolytic solution suppresses the interface resistance of the electrolytic solution and improves the low-temperature discharge characteristics.
Patent Documents 4 to 6 report that the low-temperature discharge characteristics can be improved by using a technique of adding a predetermined phosphoric acid compound to the electrolytic solution.
Patent Documents 7 to 9 report that internal resistance at a low temperature can be suppressed by using a technique of adding a silicon compound having an unsaturated bond to an electrolytic solution.
一方、特許文献10には、SiやSnなどを主成分とする負極を用いて、電解液にエチレンカーボネート誘導体及び所定のSi含有化合物を加えることで、電池の膨れ抑制やサイクル寿命が向上せしめることが報告されている。
また、特許文献11及び特許文献12には、負極での不可逆容量の低減及び負極での電解液の分解反応を抑制する目的で、ヘキサメチルジシランを添加剤として加える技術が紹介されおり、また、ヘキサフルオロリン酸リチウム以外の塩として、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドが挙げられている。
On the other hand, in Patent Document 10, by using a negative electrode mainly composed of Si, Sn or the like, an ethylene carbonate derivative and a predetermined Si-containing compound are added to the electrolytic solution, thereby suppressing the swelling of the battery and improving the cycle life. Has been reported.
Patent Document 11 and Patent Document 12 introduce a technique of adding hexamethyldisilane as an additive for the purpose of reducing the irreversible capacity at the negative electrode and suppressing the decomposition reaction of the electrolytic solution at the negative electrode. Examples of salts other than lithium hexafluorophosphate include lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide.
以上のように、低温放電特性改善の取り組みの検討が種々行われているが、十分な電池特性を達成させるためには未だ十分とはいえず、更なる改善が求められている。 As described above, various efforts for improving low-temperature discharge characteristics have been studied, but it is not yet sufficient to achieve sufficient battery characteristics, and further improvements are required.
特許文献7〜9には、所定のSi−Si結合を含有する化合物を電解液に加え、これにより低温特性を改善せしめる技術が報告されている。
特許文献7〜9に記載の技術は、自己重合し易い不飽和結合を有するシラン化合物を用いて、サイクル初期に、電極界面において重合反応することにより、安定な被膜を形成し、サイクルに伴う界面抵抗の増加を抑制することができることにあるとされている。
Patent Documents 7 to 9 report techniques for adding a compound containing a predetermined Si—Si bond to an electrolytic solution, thereby improving low-temperature characteristics.
The techniques described in Patent Documents 7 to 9 use a silane compound having an unsaturated bond that easily undergoes self-polymerization to form a stable film by performing a polymerization reaction at the electrode interface at the initial stage of the cycle. It is said that the increase in resistance can be suppressed.
しかしながら、自己重合し易い化合物を用いると、被膜が安定化する一方で、必要以上の皮膜が形成されて、高抵抗化の要因となることがある。
また、特許文献10には所定のSi含有化合物を電解液に加える技術が報告されているが、この技術はSiやSnなどを主成分とした負極に限定した技術であり、さらに、サイクル特性に優れないことが示されている。
However, when a compound that is easy to self-polymerize is used, the coating film is stabilized, but an excessive coating film is formed, which may be a cause of high resistance.
Patent Document 10 reports a technique for adding a predetermined Si-containing compound to an electrolyte solution. This technique is limited to a negative electrode mainly composed of Si, Sn, or the like, and further provides cycle characteristics. It has been shown not to be excellent.
さらに、特許文献11及び特許文献12にはヘキサメチルジシランを負極表面に被膜を形成させる目的で加える技術が紹介されているが、ここでは多数の添加剤例の一例としてのみ紹介されているに過ぎず、その効果についての具体的検証はされていない。
また、特許文献11及び特許文献12には、ヘキサフルオロリン酸リチウム以外の塩として、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドが挙げられているが、これらは多数のリチウム塩の一例としてのみ紹介されているに過ぎず、その効果についての具体的検証はされていなく、さらには、ヘキサメチルジシランとリチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドを組み合わせる技術に関する特段の記述はない。
Further, Patent Document 11 and Patent Document 12 introduce a technique of adding hexamethyldisilane for the purpose of forming a film on the negative electrode surface, but here, it is only introduced as an example of many additives. However, there has been no specific verification of the effect.
Further, Patent Document 11 and Patent Document 12 mention lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide as a salt other than lithium hexafluorophosphate, but these are introduced only as an example of many lithium salts. However, there is no specific verification about the effect, and furthermore, there is no specific description regarding a technique for combining hexamethyldisilane and lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide.
また、特許文献11及び特許文献12によれば、ヘキサメチルジシランを電解液に加えることによって得られる効果は不可逆容量の低減や負極での電解液の分解反応の抑制であるとされているのに過ぎず、低温放電特性及びサイクル特性にどのような影響を及ぼすのか知られていなかった。
本発明は、かかる背景技術に鑑みてなされたものであり、低温放電特性及び/又はサイクル特性に優れた二次電池用非水系電解液及びそれを用いた二次電池を提供することにある。
Further, according to Patent Document 11 and Patent Document 12, although the effect obtained by adding hexamethyldisilane to the electrolytic solution is said to be reduction of irreversible capacity and suppression of decomposition reaction of the electrolytic solution at the negative electrode. However, it has not been known how it affects the low-temperature discharge characteristics and the cycle characteristics.
This invention is made | formed in view of this background art, and is providing the nonaqueous electrolyte solution for secondary batteries excellent in the low temperature discharge characteristic and / or cycling characteristics, and a secondary battery using the same.
本発明者らは、比較的自己重合性の低い置換基に着目し、不飽和結合を有する脂肪族置換基を有さないSi−Si結合を有する化合物を用いることで、皮膜の重合度を高めることなく、低温時の内部抵抗を抑制し、電池の低温特性を改善することを見出し、さらに特定の他の化合物を併用することで、低温放電特性及び/又はサイクル特性を大きく改善することを見出し、本発明に到達した。 The present inventors pay attention to a substituent having a relatively low self-polymerizability, and increase the degree of polymerization of the film by using a compound having an Si—Si bond having no aliphatic substituent having an unsaturated bond. Without reducing internal resistance at low temperatures, improving the low-temperature characteristics of the battery, and also using a combination of certain other compounds to greatly improve the low-temperature discharge characteristics and / or cycle characteristics. The present invention has been reached.
すなわち、本発明は、次に示す非水系電解液を提供するものである。
金属イオンを吸蔵及び放出可能な負極及び正極と、非水系電解液とを備える非水系電解液二次電池に用いられる非水系電解液であって、該非水系電解液が、ヘキサフルオロリン酸塩、及び不飽和結合を有する脂肪族置換基を有さないSi−Si結合を有する化合物を含み、さらに、上記ヘキサフルオロリン酸塩以外のフルオロリン酸塩、フルオロスルホン酸塩、及びイミド塩からなる群より選ばれる少なくとも1種が含まれることを特徴とする非水系電解液。
That is, the present invention provides the following non-aqueous electrolyte solution.
A non-aqueous electrolyte solution used in a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a negative electrode and a positive electrode capable of occluding and releasing metal ions, and a non-aqueous electrolyte solution, wherein the non-aqueous electrolyte solution is hexafluorophosphate, And a compound having a Si—Si bond having no unsaturated substituent having an unsaturated bond, and further comprising a fluorophosphate other than the hexafluorophosphate, a fluorosulfonate, and an imide salt A non-aqueous electrolyte containing at least one selected from the above.
また、本発明は、金属イオンを吸蔵及び放出可能な炭素系負極及び正極と、非水系電解液とを備える非水系電解液二次電池であって、該非水系電解液が上記非水系電解液であることを特徴とする非水系電解液二次電池を提供するものである。 The present invention also provides a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a carbon-based negative electrode and positive electrode capable of occluding and releasing metal ions, and a non-aqueous electrolyte, wherein the non-aqueous electrolyte is the non-aqueous electrolyte. The present invention provides a non-aqueous electrolyte secondary battery.
本発明によれば、低温放電特性及び/又はサイクル特性に特に優れた非水系電解液、及びそれを用いた非水系電解液二次電池を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a non-aqueous electrolyte solution that is particularly excellent in low-temperature discharge characteristics and / or cycle characteristics, and a non-aqueous electrolyte secondary battery using the same.
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明するが、以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施態様の一例(代表例) であり、これらの内容に特定はされない。その
要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。
<1−0.本発明の効果の推定メカニズム>
本発明は、後述の実施例1または2のように、非水系電解液に、ヘキサフルオロリン酸塩、及び不飽和結合を有する脂肪族置換基を有さないSi−Si結合を有する化合物を加え、さらに、モノフルオロリン酸塩、ジフルオロリン酸塩、フルオロスルホン酸塩、及びイミド塩からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物を加えることによって、両者の電池の内部抵抗を抑制する効果が相乗的に作用し合い、単純な足し合わせ以上の効果が発揮されたことによると考えられる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, the description of the constituent elements described below is an example (representative example) of an embodiment of the present invention, and is not specified in these contents. Various modifications can be made within the scope of the gist.
<1-0. Estimation mechanism of effect of the present invention>
The present invention adds a hexafluorophosphate and a compound having an Si—Si bond not having an aliphatic substituent having an unsaturated bond to a non-aqueous electrolyte solution as in Example 1 or 2 described later. Further, by adding at least one compound selected from the group consisting of monofluorophosphate, difluorophosphate, fluorosulfonate, and imide salt, the effect of suppressing the internal resistance of both batteries is synergistic. This is thought to be due to the fact that they acted more effectively than the simple addition.
この理由としては、不飽和結合を有する脂肪族置換基を有さないSi−Si結合を有する化合物は負極上に低抵抗な皮膜を形成し、一方、モノフルオロリン酸塩、ジフルオロリン酸塩、フルオロスルホン酸塩、及びイミド塩からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物は正極の抵抗を抑制する効果を奏するが、前者の負極皮膜の一部が正極側に拡散することで、後者による正極抵抗抑制効果が高められたことによるものと推定している。 The reason for this is that the compound having an Si—Si bond having no unsaturated substituent having an unsaturated bond forms a low-resistance film on the negative electrode, while monofluorophosphate, difluorophosphate, At least one compound selected from the group consisting of a fluorosulfonate and an imide salt has an effect of suppressing the resistance of the positive electrode, but a part of the former negative electrode film diffuses to the positive electrode side. It is presumed that the resistance suppression effect was enhanced.
<1−1.電解質>
本発明の非水系電解液に用いられる電解質には制限はなく、目的とする非水系電解液二次電池に電解質として用いられる公知のものを任意に採用して含有させることができる。本発明の非水系電解液を非水系電解液二次電池に用いる場合には、電解質はリチウム塩が好ましい。
<1-1. Electrolyte>
There is no restriction | limiting in the electrolyte used for the non-aqueous electrolyte of this invention, The well-known thing used as an electrolyte can be arbitrarily employ | adopted and contained in the target non-aqueous electrolyte secondary battery. When the non-aqueous electrolyte solution of the present invention is used in a non-aqueous electrolyte secondary battery, the electrolyte is preferably a lithium salt.
電解質の具体例としては、例えば、
LiClO4、LiAsF6、LiPF6、Li2CO3、LiBF4等の無機リチウム塩;
LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2、LiN(CF3SO2)(C4F9SO2)、 LiC(CF3SO2)3、LiPF4(CF3)2、LiPF4(C
2F5)2、LiPF4(CF3SO2)2、LiPF4(C2F5SO2)2、LiBF3(CF3)、LiBF3(C2F5)、LiBF2(CF3)2、LiBF2(C2F5)2、LiBF2(CF3SO2)2、LiBF2(C2F5SO2)2等の含フッ素有機リチウム塩; リチウ
ムビス(オキサラト)ボレート、リチウムジフルオロ(オキサラト)ボレート、リチウムトリス(オキサラト)ホスフェート、リチウムジフルオロビス(オキサラト)ホスフェート、リチウムテトラフルオロ(オキサラト)ホスフェート等の含ジカルボン酸錯体リチウム塩;
KPF6、NaPF6、NaBF4、CF3SO3Na等のナトリウム塩又はカリウム塩; 等が挙げられる。
As a specific example of the electrolyte, for example,
Inorganic lithium salts such as LiClO 4 , LiAsF 6 , LiPF 6 , Li 2 CO 3 , LiBF 4 ;
LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) (C 4 F 9 SO 2 ), LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiPF 4 (CF 3 ) 2 , LiPF 4 (C
2 F 5) 2, LiPF 4 (CF 3 SO 2) 2, LiPF 4 (C 2 F 5 SO 2) 2, LiBF 3 (CF 3), LiBF 3 (C 2 F 5), LiBF 2 (CF 3) 2 , fluorine-containing organolithium salts such as LiBF 2 (C 2 F 5 ) 2 , LiBF 2 (CF 3 SO 2 ) 2 , LiBF 2 (C 2 F 5 SO 2 ) 2 ; lithium bis (oxalato) borate, lithium difluoro Dicarboxylic acid complex lithium salts such as (oxalato) borate, lithium tris (oxalato) phosphate, lithium difluorobis (oxalato) phosphate, lithium tetrafluoro (oxalato) phosphate;
Sodium salts or potassium salts such as KPF 6 , NaPF 6 , NaBF 4 , CF 3 SO 3 Na;
これらのうち、LiPF6、LiBF4、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2、L
iN(C2F5SO2)2又はリチウムビス(オキサラト)ボレートが好ましく、LiPF6 又はLiBF4が特に好ましい。
電解質は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。中でも、特定の無機リチウム塩の2種を併用したり、無機リチウム塩と含フッ素有機リチウム塩とを併用したりすると、連続充電時のガス発生が抑制され、若しくは高温保存後の劣化が抑制されるので好ましい。
Of these, LiPF 6 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , L
iN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 or lithium bis (oxalato) borate is preferred, and LiPF 6 or LiBF 4 is particularly preferred.
One type of electrolyte may be used alone, or two or more types of electrolytes may be used in any combination and ratio. In particular, when two types of specific inorganic lithium salts are used in combination, or when inorganic lithium salts and fluorine-containing organic lithium salts are used in combination, gas generation during continuous charging is suppressed, or deterioration after high-temperature storage is suppressed. Therefore, it is preferable.
特に、LiPF6とLiBF4との併用や、LiPF6、LiBF4等の無機リチウム塩と、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2等の含フッ素有機 リチウム塩とを併用することが好ましい。
更に、LiPF6とLiBF4とを併用する場合、電解質全体に対してLiBF4が通常0.01質量%以上、通常20質量%以下の比率で含有されていることが好ましい。LiBF4は解離度が低く、比率が高過ぎると非水系電解液の抵抗を高くする場合がある。
In particular, the combination and the LiPF 6 and LiBF 4, and an inorganic lithium salt such as LiPF 6, LiBF 4, LiCF 3 SO 3, LiN (CF 3 SO 2) 2, LiN (C 2 F 5 SO 2) 2, etc. It is preferable to use in combination with a fluorine-containing organic lithium salt.
Furthermore, when LiPF 6 and LiBF 4 are used in combination, it is preferable that LiBF 4 is contained at a ratio of usually 0.01% by mass or more and usually 20% by mass or less with respect to the entire electrolyte. LiBF 4 has a low degree of dissociation, and if the ratio is too high, the resistance of the non-aqueous electrolyte may be increased.
一方、LiPF6、LiBF4等の無機リチウム塩と、LiCF3SO3、LiN(CF3 SO2)2、LiN(C2F5SO2)2等の含フッ素有機リチウム塩とを併用する場合、リチウム塩全体に占める無機リチウム塩の割合は、通常70質量%以上、通常99質量%以下の範囲であることが望ましい。一般に含フッ素有機リチウム塩は無機リチウム塩と比較して分子量が大きく、比率が高過ぎると非水系電解液全体に占める非水系溶媒の比率が低下し非水系電解液の抵抗を高くする場合がある。 On the other hand, when inorganic lithium salts such as LiPF 6 and LiBF 4 are used in combination with fluorine-containing organic lithium salts such as LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , and LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 The proportion of the inorganic lithium salt in the entire lithium salt is preferably in the range of usually 70% by mass or more and usually 99% by mass or less. In general, fluorine-containing organic lithium salts have a higher molecular weight than inorganic lithium salts. If the ratio is too high, the ratio of the non-aqueous solvent in the entire non-aqueous electrolyte may decrease and the resistance of the non-aqueous electrolyte may increase. .
また、本発明の非水系電解液の最終的な組成中におけるリチウム塩の濃度は、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、通常0.5mol/L以上、好ましくは0.6mol/L以上、より好ましくは0.8mol/L以上、また、通常3mol/L以下、好ましくは2mol/L以下、より好ましくは1.5mol/L以下の範囲である。この濃度が低過ぎると、非水系電解液の電気伝導率が不十分となる場合があり、濃度が高過ぎると、粘度上昇のため電気伝導率が低下し、本発明の非水系電解液を用いた非水系電解液二次電池の性能が低下する場合がある。 Further, the concentration of the lithium salt in the final composition of the non-aqueous electrolyte of the present invention is arbitrary as long as the effects of the present invention are not significantly impaired, but usually 0.5 mol / L or more, preferably 0.6 mol / L L or more, more preferably 0.8 mol / L or more, and usually 3 mol / L or less, preferably 2 mol / L or less, more preferably 1.5 mol / L or less. If this concentration is too low, the electrical conductivity of the non-aqueous electrolyte may be insufficient. If the concentration is too high, the electrical conductivity will decrease due to an increase in viscosity, and the non-aqueous electrolyte of the present invention will be used. The performance of the existing non-aqueous electrolyte secondary battery may deteriorate.
特に、非水系電解液の非水系溶媒がアルキレンカーボネートやジアルキルカーボネートといったカーボネート化合物を主体とする場合には、LiPF6を単独で用いてもよいが、LiBF4と併用すると連続充電による容量劣化が抑制されるので好ましい。これらを併用する場合のLiPF6に対するLiBF4のモル比は、通常0.005以上、好ましくは0.01以上、特に好ましくは0.05以上であり、通常0.4以下、好ましくは0.2以下である。このモル比が大きすぎると、高温保存後の電池特性が低下する傾向にあり、逆に小さすぎると、連続充電時のガス発生や容量劣化を抑える効果が得られ難くなる。
また、非水系電解液の非水系溶媒が、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン等の環状カルボン酸エステル化合物を50容量%以上含むものである場合には、LiBF4がリ
チウム塩全体の50mol%以上を占めることが好ましい。
In particular, when the non-aqueous solvent of the non-aqueous electrolyte is mainly composed of a carbonate compound such as alkylene carbonate or dialkyl carbonate, LiPF 6 may be used alone, but when used together with LiBF 4 , capacity deterioration due to continuous charging is suppressed. This is preferable. When these are used in combination, the molar ratio of LiBF 4 to LiPF 6 is usually 0.005 or more, preferably 0.01 or more, particularly preferably 0.05 or more, and usually 0.4 or less, preferably 0.2. It is as follows. If this molar ratio is too large, battery characteristics after high-temperature storage tend to be reduced. Conversely, if it is too small, it is difficult to obtain the effect of suppressing gas generation and capacity deterioration during continuous charging.
When the non-aqueous solvent of the non-aqueous electrolyte contains 50% by volume or more of a cyclic carboxylic acid ester compound such as γ-butyrolactone or γ-valerolactone, LiBF 4 accounts for 50 mol% or more of the entire lithium salt. It is preferable.
<1−2.非水系溶媒>
本発明の非水系電解液が含有する非水系溶媒は、電池とした時に電池特性に対して悪影響を及ぼさない溶媒であれば特に制限されないが、以下に掲げる非水系電解液に用いられる溶媒の内の1種以上であることが好ましい。
通常使用される非水系溶媒の例としては、鎖状及び環状カーボネート、鎖状及び環状カルボン酸エステル、鎖状及び環状エーテル、含リン有機溶媒、含硫黄有機溶媒等が挙げられる。
また、鎖状カーボネートの種類に制限は無く、通常使用されるものの例としては、ジアルキルカーボネートが好ましく、構成するアルキル基の炭素数は、それぞれ1〜5が好ましく、特に好ましくは1〜4である。
<1-2. Non-aqueous solvent>
The non-aqueous solvent contained in the non-aqueous electrolyte of the present invention is not particularly limited as long as it does not adversely affect the battery characteristics when it is used as a battery, but among the solvents used in the following non-aqueous electrolytes It is preferable that it is 1 or more types of these.
Examples of commonly used non-aqueous solvents include linear and cyclic carbonates, linear and cyclic carboxylic acid esters, linear and cyclic ethers, phosphorus-containing organic solvents, sulfur-containing organic solvents, and the like.
Moreover, there is no restriction | limiting in the kind of chain carbonate, As an example of what is used normally, a dialkyl carbonate is preferable, and carbon number of the alkyl group to comprise is preferable 1-5 respectively, Most preferably, it is 1-4. .
具体的には、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチル−n−プロピルカーボネート、エチル−n−プロピルカーボネート、ジ−n−プロピルカーボネート等が挙げられる。
これらの中でも、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネートが、工業的な入手性や非水系電解液二次電池における種々の特性が良い点で好ましい。
Specific examples include dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, diethyl carbonate, methyl-n-propyl carbonate, ethyl-n-propyl carbonate, di-n-propyl carbonate and the like.
Among these, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, and diethyl carbonate are preferable in terms of industrial availability and various characteristics in the non-aqueous electrolyte secondary battery.
環状カーボネートの種類に制限は無く、通常使用されるものしては、環状カーボネートを構成するアルキレン基の炭素数は2〜6が好ましく、特に好ましくは2〜4である。
具体的には、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、 ブチレンカーボネー
ト(2−エチルエチレンカーボネート、シス及びトランス2,3−ジメチルエチレンカーボネート)等が挙げられる。
There is no restriction | limiting in the kind of cyclic carbonate, As for what is normally used, 2-6 are preferable, as for carbon number of the alkylene group which comprises a cyclic carbonate, Most preferably, it is 2-4.
Specific examples include ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate (2-ethylethylene carbonate, cis and trans 2,3-dimethylethylene carbonate) and the like.
これらの中でも、エチレンカーボネート又はプロピレンカーボネートが、非水系電解液二次電池における種々の特性が良い点で好ましい。
更に、鎖状カルボン酸エステルの種類も制限は無く、通常使用されるものの例としては、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸−n−プロピル、酢酸−i−プロピル、酢酸−n−ブチル、酢酸−i−ブチル、酢酸−t−ブチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸−n−プロピル、プロピオン酸−i−プロピル、プロピオン酸−n−ブチル、プロピオン酸−i−ブチル、プロピオン酸−t−ブチル等が挙げられる。
Among these, ethylene carbonate or propylene carbonate is preferable in that various characteristics in the non-aqueous electrolyte secondary battery are good.
Further, the type of chain carboxylic acid ester is not limited, and examples of commonly used ones include methyl acetate, ethyl acetate, acetic acid-n-propyl, acetic acid-i-propyl, acetic acid-n-butyl, acetic acid-i. -Butyl, acetate-t-butyl, methyl propionate, ethyl propionate, propionate-n-propyl, propionate-i-propyl, propionate-n-butyl, propionate-i-butyl, propionate-t- Examples include butyl.
これらの中でも、酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸メチル又はプロピオン酸エチルが、工業的な入手性や非水系電解液二次電池における種々の特性が良い点で好ましい。
また、環状カルボン酸エステルの種類も制限はないが、通常使用されるものの例としては、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、δ−バレロラクトン等が挙げられる。
これらの中でも、γ−ブチロラクトンが、工業的な入手性や非水系電解液二次電池における種々の特性が良い点で好ましい。
Among these, methyl acetate, ethyl acetate, methyl propionate, or ethyl propionate are preferable in terms of industrial availability and various characteristics in nonaqueous electrolyte secondary batteries.
Also, the type of cyclic carboxylic acid ester is not limited, but examples of commonly used ones include γ-butyrolactone, γ-valerolactone, δ-valerolactone, and the like.
Among these, γ-butyrolactone is preferable in terms of industrial availability and various characteristics in the non-aqueous electrolyte secondary battery.
更に、鎖状エーテルの種類も制限はないが、通常使用されるものの例としては、ジメトキシメタン、ジメトキシエタン、ジエトキシメタン、ジエトキシエタン、エトキシメトキシメタン、エトキシメトキシエタン等が挙げられる。
これらの中でも、ジメトキシエタン又はジエトキシエタンが、工業的な入手性や非水系電解液二次電池における種々の特性が良い点で好ましい。
Furthermore, although the kind of chain ether is not limited, examples of those usually used include dimethoxymethane, dimethoxyethane, diethoxymethane, diethoxyethane, ethoxymethoxymethane, and ethoxymethoxyethane.
Among these, dimethoxyethane or diethoxyethane is preferable in terms of industrial availability and various characteristics in the non-aqueous electrolyte secondary battery.
また、環状エーテルの種類も制限はないが、通常使用されるものの例としては、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等が挙げられる。
更に、含リン有機溶媒の種類にも特に制限はないが、通常使用されるものの例としては
、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、リン酸トリフェニル等のリン酸エステル類;
亜リン酸トリメチル、亜リン酸トリエチル、亜リン酸トリフェニル等の亜リン酸エステル類;
トリメチルホスフィンオキシド、トリエチルホスフィンオキシド、トリフェニルホスフィンオキシド等のホスフィンオキシド類;
等が挙げられる。
Moreover, although there is no restriction | limiting in the kind of cyclic ether, Tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, tetrahydropyran etc. are mentioned as an example of what is used normally.
Furthermore, the type of the phosphorus-containing organic solvent is not particularly limited, but examples of commonly used organic solvents include phosphate esters such as trimethyl phosphate, triethyl phosphate, and triphenyl phosphate;
Phosphites such as trimethyl phosphite, triethyl phosphite, triphenyl phosphite;
Phosphine oxides such as trimethylphosphine oxide, triethylphosphine oxide, triphenylphosphine oxide;
Etc.
また、含硫黄有機溶媒の種類にも特に制限はないが、通常使用されるものの例としては、エチレンサルファイト、1,3−プロパンスルトン、1,4−ブタンスルトン、メタンスルホン酸メチル、ブスルファン、スルホラン、スルホレン、ジメチルスルホン、ジフェニルスルホン、メチルフェニルスルホン、ジブチルジスルフィド、ジシクロヘキシルジスルフィド、テトラメチルチウラムモノスルフイド、N,N−ジメチルメタンスルホンアミド、N,N−ジエチルメタンスルホンアミド等が挙げられる。 Further, the kind of the sulfur-containing organic solvent is not particularly limited. Examples of those usually used include ethylene sulfite, 1,3-propane sultone, 1,4-butane sultone, methyl methanesulfonate, busulfan, and sulfolane. , Sulfolene, dimethylsulfone, diphenylsulfone, methylphenylsulfone, dibutyldisulfide, dicyclohexyldisulfide, tetramethylthiuram monosulfide, N, N-dimethylmethanesulfonamide, N, N-diethylmethanesulfonamide and the like.
これらの中でも、鎖状及び環状カーボネート又は鎖状及び環状カルボン酸エステルが、非水系電解液二次電池における種々の特性が良い点で好ましく、それらのなかでも、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、γ−ブチロラクトンがより好ましく、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、酢酸エチル、プロピオン酸メチル、γ−ブチロラクトンが更に好ましい。 Among these, chain and cyclic carbonates or chain and cyclic carboxylic acid esters are preferable in terms of various characteristics in the non-aqueous electrolyte secondary battery, and among them, ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, More preferred are ethyl methyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, and γ-butyrolactone, ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl acetate, methyl propionate, γ- Butyrolactone is more preferred.
これらは単独で用いても、2種類以上を併用してもよいが、2種以上の化合物を併用することが好ましい。例えば、環状カーボネート類の高誘電率溶媒と、鎖状カーボネート類や鎖状エステル類等の低粘度溶媒とを併用するのが好ましい。
非水系溶媒の好ましい組合せの一つは、環状カーボネート類と鎖状カーボネート類を主体とする組合せである。なかでも、非水系溶媒全体に占める環状カーボネート類と鎖状カーボネート類との合計が、80容量%以上、好ましくは85容量%以上、より好ましくは90容量%以上であり、かつ環状カーボネート類と鎖状カーボネート類との合計に対する環状カーボネート類の容量が5%以上、好ましくは10容量%以上、より好ましくは15%以上であり、通常50%以下、好ましくは35%以下、より好ましくは30%以下のものである。これらの非水系溶媒の組み合わせを用いると、これを用いて作製された電池のサイクル特性と高温保存特性(特に、高温保存後の残存容量及び高負荷放電容量)のバランスがよくなるので好ましい。
These may be used alone or in combination of two or more, but it is preferable to use two or more compounds in combination. For example, it is preferable to use a high dielectric constant solvent of cyclic carbonates in combination with a low viscosity solvent such as chain carbonates or chain esters.
One preferred combination of non-aqueous solvents is a combination mainly composed of cyclic carbonates and chain carbonates. Among them, the total of the cyclic carbonates and the chain carbonates in the entire non-aqueous solvent is 80% by volume or more, preferably 85% by volume or more, more preferably 90% by volume or more, and the cyclic carbonates and the chain carbonates. The cyclic carbonates have a capacity of 5% or more, preferably 10% by volume or more, more preferably 15% or more, and usually 50% or less, preferably 35% or less, more preferably 30% or less. belongs to. Use of a combination of these non-aqueous solvents is preferable because the balance between cycle characteristics and high-temperature storage characteristics (particularly, remaining capacity and high-load discharge capacity after high-temperature storage) of a battery produced using the non-aqueous solvent is improved.
環状カーボネート類と鎖状カーボネート類の好ましい組み合わせの具体例としては、エチレンカーボネートとジメチルカーボネート、エチレンカーボネートとジエチルカーボネート、エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネート、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとジエチルカーボネート、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとエチルメチルカーボネート、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとエチルメチルカーボネート、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとジエチルカーボネートとエチルメチルカーボネート等が挙げられる。 Specific examples of preferred combinations of cyclic carbonates and chain carbonates include ethylene carbonate and dimethyl carbonate, ethylene carbonate and diethyl carbonate, ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate, ethylene carbonate and dimethyl carbonate and diethyl carbonate, ethylene carbonate and dimethyl carbonate And ethyl methyl carbonate, ethylene carbonate, diethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate, ethylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate.
これらのエチレンカーボネートと鎖状カーボネート類との組み合わせに、更にプロピレンカーボネートを加えた組み合わせも、好ましい組み合わせとして挙げられる。プロピレンカーボネートを含有する場合には、エチレンカーボネートとプロピレンカーボネートの容量比は、99:1〜40:60が好ましく、特に好ましくは95:5〜50:50である。更に、非水系溶媒全体に占めるプロピレンカーボネートの量を、0.1容量%以上、好ましくは1容量%、より好ましくは2容量%以上、通常10容量%以下、好ましくは8容量%以下、より好ましくは5容量%以下とすると、エチレンカーボネートと鎖状カーボ
ネート類との組み合わせの特性を維持したまま、更に充放電負荷特性が優れるので好ましい。
A combination in which propylene carbonate is further added to the combination of these ethylene carbonates and chain carbonates is also a preferable combination. In the case of containing propylene carbonate, the volume ratio of ethylene carbonate to propylene carbonate is preferably 99: 1 to 40:60, particularly preferably 95: 5 to 50:50. Furthermore, the amount of propylene carbonate in the whole non-aqueous solvent is 0.1% by volume or more, preferably 1% by volume, more preferably 2% by volume or more, usually 10% by volume or less, preferably 8% by volume or less, more preferably Is preferably 5% by volume or less because the charge / discharge load characteristics are further excellent while maintaining the combined characteristics of ethylene carbonate and chain carbonates.
これらの中で、非対称鎖状カーボネート類を含有するものが更に好ましく、特に、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとエチルメチルカーボネート、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとエチルメチルカーボネート、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとジエチルカーボネートとエチルメチルカーボネートといったエチレンカーボネートと対称鎖状カーボネート類と非対称鎖状カーボネート類を含有するもの、或いは更にプロピレンカーボネートを含有するものが、サイクル特性と充放電負荷特性のバランスが良いので好ましい。中でも、非対称鎖状カーボネート類がエチルメチルカーボネートであるものが好ましく、また、ジアルキルカーボネートを構成するアルキル基の炭素数は1〜2が好ましい。 Among these, those containing asymmetric chain carbonates are more preferable, particularly ethylene carbonate, dimethyl carbonate and ethyl methyl carbonate, ethylene carbonate, diethyl carbonate and ethyl methyl carbonate, ethylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate and ethyl. Those containing ethylene carbonate such as methyl carbonate, symmetric chain carbonates and asymmetric chain carbonates, or further containing propylene carbonate are preferred because the balance between cycle characteristics and charge / discharge load characteristics is good. Among these, those in which the asymmetric chain carbonate is ethyl methyl carbonate are preferable, and the alkyl group constituting the dialkyl carbonate preferably has 1 to 2 carbon atoms.
好ましい混合溶媒の他の例は、鎖状エステルを含有するものである。特に、上記、環状カーボネート類と鎖状カーボネート類の混合溶媒に、鎖状エステルを含有するものが、電池の充放電負荷特性向上の観点から好ましく、鎖状エステルとしては、酢酸エチル、プロピオン酸メチルが、特に好ましい。非水系溶媒に占める鎖状エステルの容量は、通常5%以上、好ましくは8%以上、より好ましくは15%以上であり、通常50%以下、好ましくは35%以下、より好ましくは30%以下、更に好ましくは25%以下である。 Another example of a preferable mixed solvent is one containing a chain ester. In particular, those containing a chain ester in the mixed solvent of cyclic carbonates and chain carbonates are preferable from the viewpoint of improving charge / discharge load characteristics of the battery. Examples of the chain esters include ethyl acetate and methyl propionate. Is particularly preferred. The capacity of the chain ester in the non-aqueous solvent is usually 5% or more, preferably 8% or more, more preferably 15% or more, usually 50% or less, preferably 35% or less, more preferably 30% or less, More preferably, it is 25% or less.
他の好ましい非水系溶媒の例は、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート及びブチレンカーボネート、γ−ブチロラクトン及びγ−バレロラクトンよりなる群から選ばれた1種の有機溶媒、又は該群から選ばれた2以上の有機溶媒からなる混合溶媒を全体の60容量%以上を占めるものである。こうした混合溶媒は引火点が50℃以上となることが好ましく、中でも70℃以上となることが特に好ましい。この溶媒を用いた非水系電解液は、高温で使用しても溶媒の蒸発や液漏れが少なくなる。中でも、非水系溶媒に占めるエチレンカーボネートとγ−ブチロラクトンとの合計が、80容量%以上、好ましくは90容量%以上であり、かつエチレンカーボネートとγ−ブチロラクトンとの容量比が5:95〜45:55であるもの、又はエチレンカーボネートとプロピレンカーボネートとの合計が、80容量%以上、好ましくは90容量%以上であり、かつエチレンカーボネートとプロピレンカーボネートの容量比が30:70〜80:20であるものを用いると、一般にサイクル特性と充放電負荷特性等のバランスがよくなる。 Examples of other preferable non-aqueous solvents include one organic solvent selected from the group consisting of ethylene carbonate, propylene carbonate and butylene carbonate, γ-butyrolactone and γ-valerolactone, or two or more selected from the group A mixed solvent composed of an organic solvent occupies 60% by volume or more of the whole. Such a mixed solvent preferably has a flash point of 50 ° C. or higher, and particularly preferably 70 ° C. or higher. A non-aqueous electrolyte using this solvent reduces evaporation of the solvent and leakage even when used at high temperatures. Among them, the total of ethylene carbonate and γ-butyrolactone in the non-aqueous solvent is 80% by volume or more, preferably 90% by volume or more, and the volume ratio of ethylene carbonate and γ-butyrolactone is 5:95 to 45: Or the total of ethylene carbonate and propylene carbonate is 80% by volume or more, preferably 90% by volume or more, and the volume ratio of ethylene carbonate to propylene carbonate is 30:70 to 80:20 In general, the balance between cycle characteristics and charge / discharge load characteristics is improved.
<1−3.特定Si化合物>
本発明において用いる「不飽和結合を有する脂肪族置換基を有さないSi−Si結合を有する化合物」(以下、「特定Si化合物」と称する場合がある)は、1種を用いても2種以上の任意の併用でもよい。以下に、本発明における「特定Si化合物」についてより具体的に説明する。
<1-3. Specific Si Compound>
The “compound having an Si—Si bond not having an aliphatic substituent having an unsaturated bond” (hereinafter sometimes referred to as “specific Si compound”) used in the present invention may be one kind or two kinds. Any of the above combinations may be used. Hereinafter, the “specific Si compound” in the present invention will be described more specifically.
本発明における「特定Si化合物」は、不飽和結合を有する脂肪族置換基を有さないSi−Si結合を有する化合物であれば特に制限はないが、工業的入手性や電解液への溶解性の観点から、下記一般式(1)で表される化合物であることが好ましい。 The “specific Si compound” in the present invention is not particularly limited as long as it is a compound having an Si—Si bond not having an aliphatic substituent having an unsaturated bond, but industrial availability and solubility in an electrolytic solution. From the viewpoint, the compound represented by the following general formula (1) is preferable.
(A1〜A6は同一または異なっていてもよく、水素原子、ハロゲン原子、ヘテロ原子を有していてもよい、炭素数1〜10の炭化水素基または置換基有していてもよい珪素数1〜10の珪化水素基を表し、A1〜A6は互いに結合して、環を形成してもよい。ただし、A1〜A6はいずれも不飽和結合を有する脂肪族置換基ではない。)
中でもA1〜A6は炭素数1〜10の炭化水素基または水素原子であることが好ましく、特に炭素数1〜10の炭化水素基であることが好ましい。炭素数1〜10の炭化水素基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、i−プロピル基、t−ブチル基、フェニル基、または水素原子であることが好ましく、メチル基、エチル基、フェニル基、または水素原子であることが特に好ましい。
(A 1 to A 6 may be the same or different, and may have a hydrogen atom, a halogen atom, or a hetero atom, and may have a C 1-10 hydrocarbon group or substituent. Represents a silicic acid group of 1 to 10, and A 1 to A 6 may be bonded to each other to form a ring, provided that A 1 to A 6 are all aliphatic substituents having an unsaturated bond. Absent.)
Among them, A 1 to A 6 are preferably a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms or a hydrogen atom, and particularly preferably a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms. Examples of the hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an i-propyl group, an n-butyl group, an i-propyl group, a t-butyl group, a phenyl group, and a hydrogen atom. It is preferably a methyl group, an ethyl group, a phenyl group, or a hydrogen atom.
また、本発明においてSi−Si結合を有する特定の化合物が不飽和結合を有する脂肪族置換基を有さない理由としては、脂肪族置換基の自己重合によって形成される高抵抗な皮膜によって、「特定Si化合物」による電池の内部抵抗の抑制効果が損なわれるのを防ぐためである。
「特定Si化合物」の好ましい具体例としては、(a)〜(p)などが挙げられ、(a)、(b)、(e)、(g)、(i)〜(k)、(n)がより好ましく、(a)、(e)、(
j)、(k)、(n)が更に好ましく、(a)ヘキサメチルジシラン、(e)ヘキサエチルジシラン、(j)1,2−ジフェニルテトラメチルジシラン、(k)1,1,2,2−テトラフェニルジシランが、最も好ましい。
Further, in the present invention, the specific compound having a Si—Si bond does not have an aliphatic substituent having an unsaturated bond because the high-resistance film formed by the self-polymerization of the aliphatic substituent is “ This is to prevent the effect of suppressing the internal resistance of the battery by the “specific Si compound” from being impaired.
Preferable specific examples of the “specific Si compound” include (a) to (p), and the like (a), (b), (e), (g), (i) to (k), (n ) Is more preferable, and (a), (e), (
j), (k), (n) are more preferred, (a) hexamethyldisilane, (e) hexaethyldisilane, (j) 1,2-diphenyltetramethyldisilane, (k) 1,1,2,2 -Tetraphenyldisilane is most preferred.
上記化合物が好ましい理由として、工業的な入手のし易さにより電解液の製造コストが抑えられる点や、「特定Si化合物」が非水電解液中に溶解しやすいため、「特定Si化合物」によって形成される良質な皮膜により、電池の内部抵抗が抑制されるという効果をより効果的に奏することが挙げられる。
本発明における「特定Si化合物」を電解液に配合する場合、「特定Si化合物」の配合量は、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、非水系電解液全体に対して、下限値としては、好ましくは0.01質量%以上、より好ましくは0.1質量%以上であり、上限値としては、好ましくは10質量%以下、より好ましくは5質量%以下、更に好ましくは2質量%以下、最も好ましくは1質量%以下である。上記範囲内であると、「特定Si化合物」の効果を十分に得ることができながら、必要以上の反応を抑止するという点において特に優れる。
The reason why the above compound is preferable is that the manufacturing cost of the electrolytic solution can be suppressed due to industrial availability and the “specific Si compound” is easily dissolved in the non-aqueous electrolytic solution. The effect that the internal resistance of the battery is suppressed is more effectively exhibited by the formed high-quality film.
When the “specific Si compound” in the present invention is blended in the electrolytic solution, the blending amount of the “specific Si compound” is arbitrary as long as the effects of the present invention are not significantly impaired, but the lower limit relative to the whole non-aqueous electrolytic solution. The value is preferably 0.01% by mass or more, more preferably 0.1% by mass or more, and the upper limit is preferably 10% by mass or less, more preferably 5% by mass or less, and still more preferably 2% by mass. % Or less, most preferably 1% by mass or less. Within the above range, the effect of the “specific Si compound” can be sufficiently obtained, but it is particularly excellent in terms of inhibiting an unnecessary reaction.
<1−4.モノフルオロリン酸塩、ジフルオロリン酸塩、フルオロスルホン酸塩、及びイミド塩からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物>
本発明における「モノフルオロリン酸塩、ジフルオロリン酸塩、フルオロスルホン酸塩、及びイミド塩からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物
」(以下、「特定の塩」と称する場合がある)は、1種を用いても2種
以上の任意の併用でもよい。以下に、本発明における「特定の塩」についてより具体的に説明する。
<1-4. At least one compound selected from the group consisting of monofluorophosphate, difluorophosphate, fluorosulfonate, and imide salt>
In the present invention, “at least one compound selected from the group consisting of monofluorophosphate, difluorophosphate, fluorosulfonate, and imide salt” (hereinafter sometimes referred to as “specific salt”) is used. 1 type may be used or 2 or more types of arbitrary combinations may be sufficient. Hereinafter, the “specific salt” in the present invention will be described more specifically.
モノフルオロリン酸塩としては、モノフルオロリン酸リチウム、モノフルオロリン酸ナトリウム、モノフルオロリン酸カリウム、モノフルオロリン酸マグネシウム、モノフルオロリン酸カルシウム、等が挙げられ、ジフルオロリン酸塩としては、ジフルオロ燐酸リチウム、ジフルオロリン酸ナトリウム、ジフルオロリン酸カリウム、ジフルオロリン酸マグネシウム、ジフルオロリン酸カルシウム、等が挙げられ、フルオロスルホン酸塩としてはフルオロスルホン酸リチウム、フルオロスルホン酸ナトリウム、フルオロスルホン酸カリウム、フルオロスルホン酸マグネシウム、フルオロスルホン酸カルシウム、等が挙げられ、イミド塩としてはLiN(FSO2)2、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5S
O2)2、LiN(CF3SO2)(C4F9SO2)、等が挙げられる。中でもより好ましい
化合物としては、モノフルオロリン酸リチウム、ジフルオロリン酸リチウム、フルオロスルホン酸リチウム、LiN(FSO2)2、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5S
O2)2などが挙げられ、以下に化1〜化6として示す。中でも、化2〜化5が特に好ましい。この理由としては、これらは非水電解液への溶解性が高いため、特定の塩の効果をより効果的に奏することができるためである。また、リチウムイオンをカチオンに有する塩であることによって、リチウムイオン二次電池などの電池においては、リチウムイオンが負極として一般的に用いられる炭素材料へ挿入・脱離する反応が可逆的に進行可能であるため、電池に特段の悪影響を与えない点も利点に挙げられる。
Examples of the monofluorophosphate include lithium monofluorophosphate, sodium monofluorophosphate, potassium monofluorophosphate, magnesium monofluorophosphate, calcium monofluorophosphate, and the like. Examples of the difluorophosphate include difluorophosphate. Examples include lithium, sodium difluorophosphate, potassium difluorophosphate, magnesium difluorophosphate, calcium difluorophosphate, etc., and examples of fluorosulfonate include lithium fluorosulfonate, sodium fluorosulfonate, potassium fluorosulfonate, magnesium fluorosulfonate , Calcium fluorosulfonate, and the like. Examples of imide salts include LiN (FSO 2 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , and LiN (C 2 F 5 S
O 2 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) (C 4 F 9 SO 2 ), and the like. Among these, more preferable compounds include lithium monofluorophosphate, lithium difluorophosphate, lithium fluorosulfonate, LiN (FSO 2 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 S
O 2 ) 2 and the like are listed, and are shown below as Chemical Formula 1 to Chemical Formula 6. Among these, chemical formulas 2 to 5 are particularly preferable. This is because they have a high solubility in the non-aqueous electrolyte, and thus the effect of a specific salt can be more effectively exhibited. In addition, by using a salt containing lithium ions as a cation, in a battery such as a lithium ion secondary battery, a reaction in which lithium ions are inserted into and removed from a carbon material generally used as a negative electrode can proceed reversibly. Therefore, there is an advantage that the battery has no particular adverse effect.
本発明における「特定の塩」を電解液に配合する場合、「特定の塩」の配合量は、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、非水系電解液全体に対して、通常好ましくは0.01質量%以上、好ましくは0.1質量%以上、また、通常20質量%以下、好ましくは10質量%以下である。上記範囲内であると、「特定の塩」の効果を十分に得ることができながら、必要以上の反応を抑止するという点において特に優れる。 When the “specific salt” in the present invention is blended in the electrolytic solution, the blending amount of the “specific salt” is arbitrary as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. Preferably it is 0.01 mass% or more, Preferably it is 0.1 mass% or more, and is 20 mass% or less normally, Preferably it is 10 mass% or less. Within the above range, the effect of the “specific salt” can be sufficiently obtained, but it is particularly excellent in terms of inhibiting an unnecessary reaction.
<1−4.添加剤>
本発明の非水系電解液は、本発明の効果を著しく損なわない範囲において、各種の添加剤を含有していてもよい。添加剤を追加して調製処理を行う場合は、従来公知のものを任意に用いることができる。なお、添加剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
<1-4. Additives>
The nonaqueous electrolytic solution of the present invention may contain various additives as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. In the case where the preparation process is performed by adding an additive, a conventionally known one can be arbitrarily used. In addition, an additive may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.
添加剤の例としては、過充電防止剤や、高温保存後の容量維持特性やサイクル特性を改善するための助剤等が挙げられる。これらの中でも、高温保存後の容量維持特性やサイクル特性を改善するための助剤として、不飽和結合及びハロゲン原子のうち少なくとも一方を有するカーボネート(以下、「特定カーボネート」と略記する場合がある)を加えることが好ましい。以下、特定カーボネートとその他添加剤に分けて説明する。 Examples of the additive include an overcharge inhibitor and an auxiliary agent for improving capacity maintenance characteristics and cycle characteristics after high-temperature storage. Among these, carbonates having at least one of an unsaturated bond and a halogen atom as an aid for improving capacity retention characteristics and cycle characteristics after high-temperature storage (hereinafter sometimes abbreviated as “specific carbonate”) Is preferably added. Hereinafter, the specific carbonate and other additives will be described separately.
<1−4−1.特定カーボネート>
特定カーボネートは、不飽和結合及びハロゲン原子のうち少なくとも一方を有するカーボネートであるが、特定カーボネートは、不飽和結合のみを有していてもよく、ハロゲン原子のみを有していてもよく、不飽和結合及びハロゲン原子の双方を有していてもよい。
特定カーボネートの分子量に特に制限は無く、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、通常50以上、好ましくは80以上、また、通常250以下、好ましくは150以下である。分子量が大き過ぎると、非水系電解液に対する特定カーボネートの溶解性が低下し、効果を十分に発現し難くなる場合がある。
<1-4-1. Specific carbonate>
The specific carbonate is a carbonate having at least one of an unsaturated bond and a halogen atom. However, the specific carbonate may have only an unsaturated bond, may have only a halogen atom, and is unsaturated. It may have both a bond and a halogen atom.
There is no restriction | limiting in particular in the molecular weight of a specific carbonate, Although it is arbitrary unless the effect of this invention is impaired remarkably, Usually, 50 or more, Preferably it is 80 or more, Usually, 250 or less, Preferably it is 150 or less. If the molecular weight is too large, the solubility of the specific carbonate in the non-aqueous electrolyte solution is lowered, and the effect may not be sufficiently exhibited.
また、特定カーボネートの製造方法にも特に制限は無く、公知の方法を任意に選択して製造することが可能である。
また、特定カーボネートは、本発明の非水系電解液中に、何れか1種を単独で含有させてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併有させてもよい。
また、本発明の非水系電解液に対する特定カーボネートの配合量に制限は無く、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、本発明の非水系電解液に対して、通常0.01質量%以上、好ましくは0.1質量%以上、より好ましくは0.3質量%以上、また、通常70質量%以下、好ましくは50質量%以下、より好ましくは40質量%以下の濃度で含有させることが望ましい。
Moreover, there is no restriction | limiting in particular also in the manufacturing method of a specific carbonate, It is possible to select and manufacture a well-known method arbitrarily.
In addition, the specific carbonate may be included alone in the nonaqueous electrolytic solution of the present invention, or two or more may be combined in any combination and ratio.
Moreover, there is no restriction | limiting in the compounding quantity of the specific carbonate with respect to the non-aqueous electrolyte solution of this invention, Although it is arbitrary unless the effect of this invention is impaired remarkably, Usually 0.01 mass with respect to the non-aqueous electrolyte solution of this invention. %, Preferably 0.1% by mass or more, more preferably 0.3% by mass or more, and usually 70% by mass or less, preferably 50% by mass or less, more preferably 40% by mass or less. Is desirable.
この範囲の下限を下回ると、本発明の非水系電解液を非水系電解液二次電池に用いた場合に、その非水系電解液二次電池が十分なサイクル特性向上効果を発現し難くなる場合がある。また、特定カーボネートの比率が大き過ぎると、本発明の非水系電解液を非水系電解液二次電池に用いた場合に、その非水系電解液二次電池の高温保存特性及び連続充電特性が低下する傾向があり、特に、ガス発生量が多くなり、容量維持率が低下する場合がある。 Below the lower limit of this range, when the non-aqueous electrolyte solution of the present invention is used in a non-aqueous electrolyte secondary battery, the non-aqueous electrolyte secondary battery is less likely to exhibit a sufficient cycle characteristic improving effect. There is. In addition, if the ratio of the specific carbonate is too large, when the non-aqueous electrolyte solution of the present invention is used in a non-aqueous electrolyte secondary battery, the high-temperature storage characteristics and continuous charge characteristics of the non-aqueous electrolyte secondary battery deteriorate. In particular, there are cases where the amount of gas generated increases and the capacity retention rate decreases.
(1−4−1−1.不飽和カーボネート)
本発明に係る特定カーボネートのうち、不飽和結合を有するカーボネート(以下、「不飽和カーボネート」と略記する場合がある)としては、炭素−炭素二重結合や炭素−炭素三重結合等の炭素−炭素不飽和結合を有するカーボネートであればその他に制限は無く、任意の不飽和カーボネートを用いることができる。なお、芳香環を有するカーボネートも、不飽和結合を有するカーボネートに含まれるものとする。
(1-4-1-1. Unsaturated carbonate)
Among the specific carbonates according to the present invention, as a carbonate having an unsaturated bond (hereinafter sometimes abbreviated as “unsaturated carbonate”), a carbon-carbon such as a carbon-carbon double bond or a carbon-carbon triple bond is used. There is no other limitation as long as it is a carbonate having an unsaturated bond, and any unsaturated carbonate can be used. In addition, the carbonate which has an aromatic ring shall also be contained in the carbonate which has an unsaturated bond.
不飽和カーボネートの例としては、ビニレンカーボネート誘導体類、芳香環又は炭素−炭素不飽和結合を有する置換基で置換されたエチレンカーボネート誘導体類、フェニルカーボネート類、ビニルカーボネート類、アリルカーボネート類等が挙げられる。
ビニレンカーボネート誘導体類の具体例としては、ビニレンカーボネート、メチルビニレンカーボネート、4,5−ジメチルビニレンカーボネート、フェニルビニレンカーボネート、4,5−ジフェニルビニレンカーボネート、カテコールカーボネート等が挙げられる。
Examples of unsaturated carbonates include vinylene carbonate derivatives, ethylene carbonate derivatives substituted with a substituent having an aromatic ring or a carbon-carbon unsaturated bond, phenyl carbonates, vinyl carbonates, allyl carbonates, and the like. .
Specific examples of the vinylene carbonate derivatives include vinylene carbonate, methyl vinylene carbonate, 4,5-dimethyl vinylene carbonate, phenyl vinylene carbonate, 4,5-diphenyl vinylene carbonate, catechol carbonate, and the like.
芳香環又は炭素−炭素不飽和結合を有する置換基で置換されたエチレンカーボネート誘導体類の具体例としては、ビニルエチレンカーボネート、4,5−ジビニルエチレンカーボネート、フェニルエチレンカーボネート、4,5−ジフェニルエチレンカーボネート等が挙げられる。
フェニルカーボネート類の具体例としては、ジフェニルカーボネート、エチルフェニルカーボネート、メチルフェニルカーボネート、t−ブチルフェニルカーボネート等が挙げられる。
Specific examples of the ethylene carbonate derivatives substituted with a substituent having an aromatic ring or a carbon-carbon unsaturated bond include vinyl ethylene carbonate, 4,5-divinyl ethylene carbonate, phenyl ethylene carbonate, 4,5-diphenyl ethylene carbonate. Etc.
Specific examples of phenyl carbonates include diphenyl carbonate, ethyl phenyl carbonate, methyl phenyl carbonate, t-butyl phenyl carbonate, and the like.
ビニルカーボネート類の具体例としては、ジビニルカーボネート、メチルビニルカーボネート等が挙げられる。
アリルカーボネート類の具体例としては、ジアリルカーボネート、アリルメチルカーボネート等が挙げられる。
これらの不飽和カーボネートの中でも、特定カーボネートとしては、ビニレンカーボネート誘導体類、芳香環又は炭素−炭素不飽和結合を有する置換基で置換されたエチレン誘導体類が好ましく、特に、ビニレンカーボネート、4,5−ジフェニルビニレンカーボネート、4,5−ジメチルビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネートは、安定な界面保護被膜を形成するので、より好適に用いられる。
Specific examples of vinyl carbonates include divinyl carbonate and methyl vinyl carbonate.
Specific examples of allyl carbonates include diallyl carbonate and allyl methyl carbonate.
Among these unsaturated carbonates, as the specific carbonate, vinylene carbonate derivatives, ethylene derivatives substituted with a substituent having an aromatic ring or a carbon-carbon unsaturated bond are preferable, and in particular, vinylene carbonate, 4,5- Diphenyl vinylene carbonate, 4,5-dimethyl vinylene carbonate, and vinyl ethylene carbonate are more preferably used because they form a stable interface protective film.
(1−4−1−2.ハロゲン化カーボネート)
特定カーボネートのうち、ハロゲン原子を有するカーボネート(以下、「ハロゲン化カーボネート」と略記する場合がある)としては、ハロゲン原子を有するものであれば、その他に特に制限は無く、任意のハロゲン化カーボネートを用いることができる。
ハロゲン原子の具体例としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられる。この中でも、好ましくはフッ素原子又は塩素原子であり、フッ素原子が特に好ましい。また、ハロゲン化カーボネートが有するハロゲン原子の数も、1以上であれば特に制限されないが、通常6以下、好ましくは4以下である。ハロゲン化カーボネートが複数のハロゲン原子を有する場合、それらは互いに同一でもよく、異なっていてもよい。
(1-4-1-2. Halogenated carbonate)
Among the specific carbonates, the carbonate having a halogen atom (hereinafter sometimes abbreviated as “halogenated carbonate”) is not particularly limited as long as it has a halogen atom, and any halogenated carbonate may be used. Can be used.
Specific examples of the halogen atom include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom. Among these, a fluorine atom or a chlorine atom is preferable, and a fluorine atom is particularly preferable. The number of halogen atoms contained in the halogenated carbonate is not particularly limited as long as it is 1 or more, but is usually 6 or less, preferably 4 or less. When the halogenated carbonate has a plurality of halogen atoms, they may be the same as or different from each other.
ハロゲン化カーボネートの例としては、エチレンカーボネート誘導体類、ジメチルカーボネート誘導体類、エチルメチルカーボネート誘導体類、ジエチルカーボネート誘導体類等が挙げられる。
エチレンカーボネート誘導体類の具体例としては、フルオロエチレンカーボネート、クロロエチレンカーボネート、4,4−ジフルオロエチレンカーボネート、4,5−ジフルオロエチレンカーボネート、4,4−ジクロロエチレンカーボネート、4,5−ジクロロエチレンカーボネート、4−フルオロ−4−メチルエチレンカーボネート、4−クロロ−4−メチルエチレンカーボネート、4,5−ジフルオロ−4−メチルエチレンカーボネート、4,5−ジクロロ−4−メチルエチレンカーボネート、4−フルオロ−5−メチルエチレンカーボネート、4−クロロ−5−メチルエチレンカーボネート、4,4−ジフルオロ−5−メチルエチレンカーボネート、4,4−ジクロロ−5−メチルエチレンカーボネート、4−(フルオロメチル)−エチレンカーボネート、4−(クロロメチル)−エチレンカーボネート、4−(ジフルオロメチル)−エチレンカーボネート、4−(ジクロロメチル)−エチレンカーボネート、4−(トリフルオロメチル)−エチレンカーボネート、4−(トリクロロメチル)−エチレンカーボネート、4−(フルオロメチル)−4−フルオロエチレンカーボネート、4−(クロロメチル)−4−クロロエチレンカーボネート、4−(フルオロメチル)−5−フルオロエチレンカーボネート、4−(クロロメチル)−5−クロロエチレンカーボネート、4−フルオロ−4,5−ジメチルエチレンカーボネート、4−クロロ−4,5−ジメチルエチレンカーボネート、4,5−ジフルオロ−4,5−ジメチルエチレンカーボネート、4,5−ジクロロ−4,5−ジメチルエチレンカーボネート、4,4−ジフルオロ−5,5−ジメチルエチレンカーボネート、4,4−ジクロロ−5,5−ジメチルエチレンカーボネート等が挙げられる。
Examples of halogenated carbonates include ethylene carbonate derivatives, dimethyl carbonate derivatives, ethyl methyl carbonate derivatives, diethyl carbonate derivatives and the like.
Specific examples of the ethylene carbonate derivatives include fluoroethylene carbonate, chloroethylene carbonate, 4,4-difluoroethylene carbonate, 4,5-difluoroethylene carbonate, 4,4-dichloroethylene carbonate, 4,5-dichloroethylene carbonate, 4- Fluoro-4-methylethylene carbonate, 4-chloro-4-methylethylene carbonate, 4,5-difluoro-4-methylethylene carbonate, 4,5-dichloro-4-methylethylene carbonate, 4-fluoro-5-methylethylene Carbonate, 4-chloro-5-methylethylene carbonate, 4,4-difluoro-5-methylethylene carbonate, 4,4-dichloro-5-methylethylene carbonate, 4- (fluoromethyl) Ethylene carbonate, 4- (chloromethyl) -ethylene carbonate, 4- (difluoromethyl) -ethylene carbonate, 4- (dichloromethyl) -ethylene carbonate, 4- (trifluoromethyl) -ethylene carbonate, 4- (trichloromethyl) -Ethylene carbonate, 4- (fluoromethyl) -4-fluoroethylene carbonate, 4- (chloromethyl) -4-chloroethylene carbonate, 4- (fluoromethyl) -5-fluoroethylene carbonate, 4- (chloromethyl)- 5-chloroethylene carbonate, 4-fluoro-4,5-dimethylethylene carbonate, 4-chloro-4,5-dimethylethylene carbonate, 4,5-difluoro-4,5-dimethylethylene carbonate, 4,5-dichloro- 4, - dimethyl carbonate, 4,4-difluoro-5,5-dimethylethylene carbonate, 4,4-dichloro-5,5-dimethylethylene carbonate.
ジメチルカーボネート誘導体類の具体例としては、フルオロメチルメチルカーボネート、ジフルオロメチルメチルカーボネート、トリフルオロメチルメチルカーボネート、ビス(フルオロメチル)カーボネート、ビス(ジフルオロ)メチルカーボネート、ビス(トリフルオロ)メチルカーボネート、クロロメチルメチルカーボネート、ジクロロメチルメチルカーボネート、トリクロロメチルメチルカーボネート、ビス(クロロメチル)カーボネート、ビス(ジクロロ)メチルカーボネート、ビス(トリクロロ)メチルカーボネート等が挙げられる。 Specific examples of dimethyl carbonate derivatives include fluoromethyl methyl carbonate, difluoromethyl methyl carbonate, trifluoromethyl methyl carbonate, bis (fluoromethyl) carbonate, bis (difluoro) methyl carbonate, bis (trifluoro) methyl carbonate, chloromethyl Examples thereof include methyl carbonate, dichloromethyl methyl carbonate, trichloromethyl methyl carbonate, bis (chloromethyl) carbonate, bis (dichloro) methyl carbonate, and bis (trichloro) methyl carbonate.
エチルメチルカーボネート誘導体類の具体例としては、2−フルオロエチルメチルカーボネート、エチルフルオロメチルカーボネート、2,2−ジフルオロエチルメチルカーボネート、2−フルオロエチルフルオロメチルカーボネート、エチルジフルオロメチルカーボネート、2,2,2−トリフルオロエチルメチルカーボネート、2,2−ジフルオロエチルフルオロメチルカーボネート、2−フルオロエチルジフルオロメチルカーボネート、エチルトリフルオロメチルカーボネート、2−クロロエチルメチルカーボネート、エチルクロロメチルカーボネート、2,2−ジクロロエチルメチルカーボネート、2−クロロエチルクロロメチルカーボネート、エチルジクロロメチルカーボネート、2,2,2−トリクロロエチルメチルカーボネート、2,2−ジクロロエチルクロロメチルカーボネート、2−クロロエチルジクロロメチルカーボネート、エチルトリクロロメチルカーボネート等が挙げられる。 Specific examples of the ethyl methyl carbonate derivatives include 2-fluoroethyl methyl carbonate, ethyl fluoromethyl carbonate, 2,2-difluoroethyl methyl carbonate, 2-fluoroethyl fluoromethyl carbonate, ethyl difluoromethyl carbonate, 2,2,2 -Trifluoroethyl methyl carbonate, 2,2-difluoroethyl fluoromethyl carbonate, 2-fluoroethyl difluoromethyl carbonate, ethyl trifluoromethyl carbonate, 2-chloroethyl methyl carbonate, ethyl chloromethyl carbonate, 2,2-dichloroethyl methyl Carbonate, 2-chloroethyl chloromethyl carbonate, ethyl dichloromethyl carbonate, 2,2,2-trichloroethyl methyl carbonate , 2,2-dichloroethyl chloromethyl carbonate, 2-chloroethyl dichloromethyl carbonate, ethyl trichloromethyl carbonate.
ジエチルカーボネート誘導体類の具体例としては、エチル−(2−フルオロエチル)カーボネート、エチル−(2,2−ジフルオロエチル)カーボネート、ビス(2−フルオロエチル)カーボネート、エチル−(2,2,2−トリフルオロエチル)カーボネート、2,2−ジフルオロエチル−2’−フルオロエチルカーボネート、ビス(2,2−ジフルオロエチル)カーボネート、2,2,2−トリフルオロエチル−2’−フルオロエチルカーボネート、2,2,2−トリフルオロエチル−2’,2’−ジフルオロエチルカーボネー
ト、ビス(2,2,2−トリフルオロエチル)カーボネート、エチル−(2−クロロエチル)カーボネート、エチル−(2,2−ジクロロエチル)カーボネート、ビス(2−クロロエチル)カーボネート、エチル−(2,2,2−トリクロロエチル)カーボネート、2,2−ジクロロエチル−2’−クロロエチルカーボネート、ビス(2,2−ジクロロエチル)カーボネート、2,2,2−トリクロロエチル−2’−クロロエチルカーボネート、2,2,2−トリクロロエチル−2’,2’−ジクロロエチルカーボネート、ビス(2,2,2−トリクロロエチル)カーボネート等が挙げられる。
Specific examples of the diethyl carbonate derivatives include ethyl- (2-fluoroethyl) carbonate, ethyl- (2,2-difluoroethyl) carbonate, bis (2-fluoroethyl) carbonate, ethyl- (2,2,2- Trifluoroethyl) carbonate, 2,2-difluoroethyl-2′-fluoroethyl carbonate, bis (2,2-difluoroethyl) carbonate, 2,2,2-trifluoroethyl-2′-fluoroethyl carbonate, 2, 2,2-trifluoroethyl-2 ′, 2′-difluoroethyl carbonate, bis (2,2,2-trifluoroethyl) carbonate, ethyl- (2-chloroethyl) carbonate, ethyl- (2,2-dichloroethyl) ) Carbonate, bis (2-chloroethyl) carbonate, ethyl- ( 2,2,2-trichloroethyl) carbonate, 2,2-dichloroethyl-2'-chloroethyl carbonate, bis (2,2-dichloroethyl) carbonate, 2,2,2-trichloroethyl-2'-chloroethyl Examples include carbonate, 2,2,2-trichloroethyl-2 ′, 2′-dichloroethyl carbonate, bis (2,2,2-trichloroethyl) carbonate, and the like.
これらのハロゲン化カーボネートの中でも、フッ素原子を有するカーボネートが好ましく、フッ素原子を有するエチレンカーボネート誘導体類が更に好ましく、特にフルオロエチレンカーボネート、4−(フルオロメチル)−エチレンカーボネート、4,4−ジフルオロエチレンカーボネート、4,5−ジフルオロエチレンカーボネートは、界面保護被膜を形成するので、より好適に用いられる。 Among these halogenated carbonates, carbonates having fluorine atoms are preferred, ethylene carbonate derivatives having fluorine atoms are more preferred, and in particular, fluoroethylene carbonate, 4- (fluoromethyl) -ethylene carbonate, 4,4-difluoroethylene carbonate. 4,5-difluoroethylene carbonate is more preferably used because it forms an interface protective film.
(1−4−1−3.ハロゲン化不飽和カーボネート)
更に、特定カーボネートとしては、不飽和結合とハロゲン原子とを共に有するカーボネート(これを適宜「ハロゲン化不飽和カーボネート」と略称する。)を用いることもできる。ハロゲン化不飽和カーボネートとしては、特に制限は無く、本発明の効果を著しく損なわない限り、任意のハロゲン化不飽和カーボネートを用いることができる。
(1-4-1-3. Halogenated unsaturated carbonate)
Furthermore, as the specific carbonate, a carbonate having both an unsaturated bond and a halogen atom (this is appropriately abbreviated as “halogenated unsaturated carbonate”) can also be used. There is no restriction | limiting in particular as a halogenated unsaturated carbonate, As long as the effect of this invention is not impaired remarkably, arbitrary halogenated unsaturated carbonates can be used.
ハロゲン化不飽和カーボネートの例としては、ビニレンカーボネート誘導体類、芳香環又は炭素−炭素不飽和結合を有する置換基で置換されたエチレンカーボネート誘導体類、アリルカーボネート類等が挙げられる。
ビニレンカーボネート誘導体類の具体例としては、フルオロビニレン、4−フルオロ−5−メチルビニレンカーボネート、4−フルオロ−5−フェニルビニレンカーボネート、4−(トリフルオロメチル)ビニレンカーボネート、クロロビニレンカーボネート、4−クロロ−5−メチルビニレンカーボネート、4−クロロ−5−フェニルビニレンカーボネート、4−(トリクロロメチル)ビニレンカーボネート等が挙げられる。
Examples of the halogenated unsaturated carbonate include vinylene carbonate derivatives, ethylene carbonate derivatives substituted with a substituent having an aromatic ring or a carbon-carbon unsaturated bond, and allyl carbonates.
Specific examples of the vinylene carbonate derivatives include fluorovinylene, 4-fluoro-5-methylvinylene carbonate, 4-fluoro-5-phenylvinylene carbonate, 4- (trifluoromethyl) vinylene carbonate, chlorovinylene carbonate, 4-chloro Examples include -5-methyl vinylene carbonate, 4-chloro-5-phenyl vinylene carbonate, and 4- (trichloromethyl) vinylene carbonate.
芳香環又は炭素−炭素不飽和結合を有する置換基で置換されたエチレンカーボネート誘導体類の具体例としては、4−フルオロ−4−ビニルエチレンカーボネート、4−フルオロ−5−ビニルエチレンカーボネート、4,4−ジフルオロ−4−ビニルエチレンカーボネート、4,5−ジフルオロ−4−ビニルエチレンカーボネート、4−クロロ−5−ビニルエチレンカーボネート、4,4−ジクロロ−4−ビニルエチレンカーボネート、4,5−ジクロロ−4−ビニルエチレンカーボネート、4−フルオロ−4,5−ジビニルエチレンカーボネート、4,5−ジフルオロ−4,5−ジビニルエチレンカーボネート、4−クロロ−4,5−ジビニルエチレンカーボネート、4,5−ジクロロ−4,5−ジビニルエチレンカーボネート、4−フルオロ−4−フェニルエチレンカーボネート、4−フルオロ−5−フェニルエチレンカーボネート、4,4−ジフルオロ−5−フェニルエチレンカーボネート、4,5−ジフルオロ−4−フェニルエチレンカーボネート、4−クロロ−4−フェニルエチレンカーボネート、4−クロロ−5−フェニルエチレンカーボネート、4,4−ジクロロ−5−フェニルエチレンカーボネート、4,5−ジクロロ−4−フェニルエチレンカーボネート、4,5−ジフルオロ−4,5−ジフェニルエチレンカーボネート、4,5−ジクロロ−4,5−ジフェニルエチレンカーボネート等が挙げられる。 Specific examples of the ethylene carbonate derivatives substituted with a substituent having an aromatic ring or a carbon-carbon unsaturated bond include 4-fluoro-4-vinylethylene carbonate, 4-fluoro-5-vinylethylene carbonate, 4,4 -Difluoro-4-vinylethylene carbonate, 4,5-difluoro-4-vinylethylene carbonate, 4-chloro-5-vinylethylene carbonate, 4,4-dichloro-4-vinylethylene carbonate, 4,5-dichloro-4 -Vinylethylene carbonate, 4-fluoro-4,5-divinylethylene carbonate, 4,5-difluoro-4,5-divinylethylene carbonate, 4-chloro-4,5-divinylethylene carbonate, 4,5-dichloro-4 , 5-Divinylethylene carbonate, 4-full B-4-phenylethylene carbonate, 4-fluoro-5-phenylethylene carbonate, 4,4-difluoro-5-phenylethylene carbonate, 4,5-difluoro-4-phenylethylene carbonate, 4-chloro-4-phenylethylene Carbonate, 4-chloro-5-phenylethylene carbonate, 4,4-dichloro-5-phenylethylene carbonate, 4,5-dichloro-4-phenylethylene carbonate, 4,5-difluoro-4,5-diphenylethylene carbonate, Examples include 4,5-dichloro-4,5-diphenylethylene carbonate.
フェニルカーボネート類の具体例としては、フルオロメチルフェニルカーボネート、2−フルオロエチルフェニルカーボネート、2,2−ジフルオロエチルフェニルカーボネート、2,2,2−トリフルオロエチルフェニルカーボネート、クロロメチルフェニルカーボネート、2−クロロエチルフェニルカーボネート、2,2−ジクロロエチルフェニルカーボネート、2,2,2−トリクロロエチルフェニルカーボネート等が挙げられる。 Specific examples of phenyl carbonates include fluoromethyl phenyl carbonate, 2-fluoroethyl phenyl carbonate, 2,2-difluoroethyl phenyl carbonate, 2,2,2-trifluoroethyl phenyl carbonate, chloromethyl phenyl carbonate, 2-chloro Examples include ethyl phenyl carbonate, 2,2-dichloroethyl phenyl carbonate, 2,2,2-trichloroethyl phenyl carbonate, and the like.
ビニルカーボネート類の具体例としては、フルオロメチルビニルカーボネート、2−フルオロエチルビニルカーボネート、2,2−ジフルオロエチルビニルカーボネート、2,2,2−トリフルオロエチルビニルカーボネート、クロロメチルビニルカーボネート、2−クロロエチルビニルカーボネート、2,2−ジクロロエチルビニルカーボネート、2,2,2−トリクロロエチルビニルカーボネート等が挙げられる。 Specific examples of vinyl carbonates include fluoromethyl vinyl carbonate, 2-fluoroethyl vinyl carbonate, 2,2-difluoroethyl vinyl carbonate, 2,2,2-trifluoroethyl vinyl carbonate, chloromethyl vinyl carbonate, 2-chloro Examples include ethyl vinyl carbonate, 2,2-dichloroethyl vinyl carbonate, 2,2,2-trichloroethyl vinyl carbonate, and the like.
アリルカーボネート類の具体例としては、フルオロメチルアリルカーボネート、2−フルオロエチルアリルカーボネート、2,2−ジフルオロエチルアリルカーボネート、2,2,2−トリフルオロエチルアリルカーボネート、クロロメチルアリルカーボネート、
2−クロロエチルアリルカーボネート、2,2−ジクロロエチルアリルカーボネート、2,2,2−トリクロロエチルアリルカーボネート等が挙げられる。
上述したハロゲン化不飽和カーボネートの例の中でも、特定カーボネートとしては、単独で用いた場合に効果が高い、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート及び4,5−ジフルオロエチレンカーボネート、並びにこれらの誘導体よりなる群から選ばれる1種以上のものを用いることが特に好ましい。
Specific examples of allyl carbonates include fluoromethyl allyl carbonate, 2-fluoroethyl allyl carbonate, 2,2-difluoroethyl allyl carbonate, 2,2,2-trifluoroethyl allyl carbonate, chloromethyl allyl carbonate,
Examples include 2-chloroethyl allyl carbonate, 2,2-dichloroethyl allyl carbonate, 2,2,2-trichloroethyl allyl carbonate, and the like.
Among the examples of the halogenated unsaturated carbonates described above, the specific carbonate is highly effective when used alone, vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, fluoroethylene carbonate, 4,5-difluoroethylene carbonate, and derivatives thereof. It is particularly preferable to use one or more selected from the group consisting of:
<1−4−2.その他添加剤>
以下、特定カーボネート以外の添加剤について説明する。特定カーボネート以外の添加剤としては、過充電防止剤、高温保存後の容量維持特性やサイクル特性を改善するための助剤等が挙げられる。
<1-4-2. Other additives>
Hereinafter, additives other than the specific carbonate will be described. Examples of additives other than the specific carbonate include overcharge inhibitors, auxiliary agents for improving capacity maintenance characteristics and cycle characteristics after high-temperature storage, and the like.
<1−4−2−1.過充電防止剤>
過充電防止剤の具体例としては、トルエン、キシレン、等のトルエン誘導体; ビフェ
ニル、2−メチルビフェニル、3−メチルビフェニル4−メチルビフェニル等の無置換あるいはアルキル基で置換されたビフェニル誘導体;o−ターフェニル、m−ターフェニル、p−ターフェニル等の無置換あるいはアルキル基で置換されたターフェニル誘導体;
無置換あるいはアルキル基で置換されたターフェニル誘導体の部分水素化物;シクロペンチルベンゼン、シクロヘキシルベンゼン等のシクロアルキルベンゼン誘導体;クメン、1,3−ジイソプロピルベンゼン、1,4−ジイソプロピルベンゼン等のベンゼン環に直接結合する第3級炭素を有するアルキルベンゼン誘導体;t−ブチルベンゼン、t−アミルベンゼン、t−ヘキシルベンゼン等のベンゼン環に直接結合する第4級炭素を有するアルキルベンゼン誘導体;ジフェニルエーテル、ジベンゾフラン等の酸素原子を有する芳香族化合物;等の芳香族化合物が挙げられる。
<1-4-2-1. Overcharge prevention agent>
Specific examples of the overcharge inhibitor include toluene derivatives such as toluene and xylene; biphenyl derivatives unsubstituted or substituted with alkyl groups such as biphenyl, 2-methylbiphenyl and 3-methylbiphenyl 4-methylbiphenyl; o- A terphenyl derivative which is unsubstituted or substituted with an alkyl group, such as terphenyl, m-terphenyl and p-terphenyl;
Partially hydrogenated terphenyl derivatives unsubstituted or substituted with alkyl groups; cycloalkylbenzene derivatives such as cyclopentylbenzene and cyclohexylbenzene; directly bonded to benzene rings such as cumene, 1,3-diisopropylbenzene, 1,4-diisopropylbenzene Alkylbenzene derivatives having tertiary carbons; alkylbenzene derivatives having quaternary carbons directly bonded to the benzene ring such as t-butylbenzene, t-amylbenzene and t-hexylbenzene; having oxygen atoms such as diphenyl ether and dibenzofuran Aromatic compounds; and the like.
なお、これらの過充電防止剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせで併用してもよい。また、任意の組合せで併用する場合にも上記に例示し同一の分類の化合物でも併用してもよく、異なる分類の化合物で併用してもよい。
異なる分類の化合物を併用する場合の具体的な例としては、トルエン誘導体とビフェニル誘導体;トルエン誘導体とターフェニル誘導体;トルエン誘導体とターフェニル誘導体の部分水素化物;トルエン誘導体とシクロアルキルベンゼン誘導体;トルエン誘導体とベンゼン環に直接結合する第3級炭素を有するアルキルベンゼン誘導体;トルエン誘導体とベンゼン環に直接結合する第4級炭素を有するアルキルベンゼン誘導体;トルエン誘導体と酸素原子を有する芳香族化合物;ビフェニル誘導体とターフェニル誘導体;ビフェニル誘導体とターフェニル誘導体の部分水素化物;ビフェニル誘導体とシクロアルキルベンゼン誘導体;ビフェニル誘導体とベンゼン環に直接結合する第3級炭素を有するアルキルベンゼン誘導体;ビフェニル誘導体とベンゼン環に直接結合する第4級炭素を有するアルキルベンゼン誘導体;ビフェニル誘導体と酸素原子を有する芳香族化合物;ターフェニル誘導体とターフェニル誘導体の部分水素化物;ターフェニル誘導体とシクロアルキルベンゼン誘導体;ターフェニル誘導体とベンゼン環に直接結合する第3級炭素を有するアルキル
ベンゼン誘導体;ターフェニル誘導体とベンゼン環に直接結合する第4級炭素を有するアルキルベンゼン誘導体;ターフェニル誘導体と酸素原子を有する芳香族化合物;ターフェニル誘導体の部分水素化物とシクロアルキルベンゼン誘導体;ターフェニル誘導体の部分水素化物とベンゼン環に直接結合する第3級炭素を有するアルキルベンゼン誘導体;ターフェニル誘導体の部分水素化物とベンゼン環に直接結合する第4級炭素を有するアルキルベンゼン誘導体;ターフェニル誘導体の部分水素化物と酸素原子を有する芳香族化合物;
シクロアルキルベンゼン誘導体とベンゼン環に直接結合する第3級炭素を有するアルキルベンゼン誘導体;シクロアルキルベンゼン誘導体とベンゼン環に直接結合する第4級炭素を有するアルキルベンゼン誘導体;シクロアルキルベンゼン誘導体と酸素原子を有する芳香族化合物;ベンゼン環に直接結合する第3級炭素を有するアルキルベンゼン誘導体とベンゼン環に直接結合する第4級炭素を有するアルキルベンゼン誘導体;ベンゼン環に直接結合する第3級炭素を有するアルキルベンゼン誘導体と酸素原子を有する芳香族化合物;ベンゼン環に直接結合する第4級炭素を有するアルキルベンゼン誘導体と酸素原子を有する芳香族化合物;等が挙げられる。
In addition, these overcharge inhibitors may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together by arbitrary combinations. Moreover, when using together by arbitrary combinations, the compound of the same classification illustrated above may be used together, and you may use together by a compound of a different classification | category.
Specific examples of a combination of different classes of compounds include toluene derivatives and biphenyl derivatives; toluene derivatives and terphenyl derivatives; toluene derivatives and terphenyl derivatives partially hydrides; toluene derivatives and cycloalkylbenzene derivatives; Alkylbenzene derivatives having tertiary carbon directly bonded to benzene ring; Toluene derivatives and alkylbenzene derivatives having quaternary carbon directly bonded to benzene ring; Toluene derivatives and aromatic compounds having oxygen atom; Biphenyl derivatives and terphenyl derivatives Partial hydrides of biphenyl derivatives and terphenyl derivatives; biphenyl derivatives and cycloalkylbenzene derivatives; biphenyl derivatives and alkylbenzene derivatives having a tertiary carbon directly bonded to the benzene ring; biphenyl derivatives Benzene derivative and alkylbenzene derivative having quaternary carbon directly bonded to benzene ring; biphenyl derivative and aromatic compound having oxygen atom; terphenyl derivative and partial hydride of terphenyl derivative; terphenyl derivative and cycloalkylbenzene derivative; terphenyl derivative Benzene derivative having a tertiary carbon directly bonded to the benzene ring; a terphenyl derivative and an alkylbenzene derivative having a quaternary carbon directly bonded to the benzene ring; a terphenyl derivative and an aromatic compound having an oxygen atom; Partial hydride and cycloalkylbenzene derivative; Partial hydride of terphenyl derivative and alkylbenzene derivative having tertiary carbon directly bonded to benzene ring; Partial hydride of terphenyl derivative and directly bonded to benzene ring Aromatic compound having a partial hydride and oxygen atoms of terphenyl derivatives; alkylbenzene derivative having a quaternary carbon;
A cycloalkylbenzene derivative and an alkylbenzene derivative having a tertiary carbon directly bonded to the benzene ring; a cycloalkylbenzene derivative and an alkylbenzene derivative having a quaternary carbon directly bonded to the benzene ring; a cycloalkylbenzene derivative and an aromatic compound having an oxygen atom; An alkylbenzene derivative having a tertiary carbon directly bonded to the benzene ring and an alkylbenzene derivative having a quaternary carbon directly bonded to the benzene ring; an alkylbenzene derivative having a tertiary carbon directly bonded to the benzene ring and an aromatic having an oxygen atom Group compounds; alkylbenzene derivatives having a quaternary carbon directly bonded to the benzene ring, and aromatic compounds having an oxygen atom.
これらの具体的な例としてはビフェニルとo−ターフェニルとの組合せ、ビフェニルとm−ターフェニルとの組合せ、ビフェニルとターフェニル誘導体の部分水素化物との組合せ、ビフェニルとクメンとの組合せ、ビフェニルとシクロペンチルベンゼンとの組合せ、ビフェニルとシクロヘキシルベンゼンとの組合せ、ビフェニルとt−ブチルベンゼンとの組合せ、ビフェニルとt−アミルベンゼンとの組合せ、ビフェニルとジフェニルエーテルとの組合せ、ビフェニルとジベンゾフランとの組合せ、o−ターフェニルとターフェニル誘導体の部分水素化物との組合せ、o−ターフェニルとクメンとの組合せ、o−ターフェニルとシクロペンチルベンゼンとの組合せ、o−ターフェニルとシクロヘキシルベンゼンとの組合せ、o−ターフェニルとt−ブチルベンゼンとの組合せ、o−ターフェニルとt−アミルベンゼンとの組合せ、o−ターフェニルとジフェニルエーテルとの組合せ、o−ターフェニルとジベンゾフランとの組合せ、m−ターフェニルとターフェニル誘導体の部分水素化物との組合せ、m−ターフェニルとクメンとの組合せ、m−ターフェニルとシクロペンチルベンゼンとの組合せ、m−ターフェニルとシクロヘキシルベンゼンとの組合せ、m−ターフェニルとt−ブチルベンゼンとの組合せ、m−ターフェニルとt−アミルベンゼンとの組合せ、m−ターフェニルとジフェニルエーテルとの組合せ、m−ターフェニルとジベンゾフランとの組合せ、ターフェニル誘導体の部分水素化物とクメンとの組合せ、ターフェニル誘導体の部分水素化物とシクロペンチルベンゼンとの組合せ、ターフェニル誘導体の部分水素化物とシクロヘキシルベンゼンとの組合せ、ターフェニル誘導体の部分水素化物とt−ブチルベンゼンとの組合せ、ターフェニル誘導体の部分水素化物とt−アミルベンゼンとの組合せ、ターフェニル誘導体の部分水素化物とジフェニルエーテルとの組合せ、ターフェニル誘導体の部分水素化物とジベンゾフランとの組合せ、クメンとシクロペンチルベンゼンとの組合せ、クメンとシクロヘキシルベンゼンとの組合せ、クメンとt−ブチルベンゼンとの組合せ、クメンとt−アミルベンゼンとの組合せ、クメンとジフェニルエーテルとの組合せ、クメンとジベンゾフランとの組合せ、シクロヘキシルベンゼンとt−ブチルベンゼンとの組合せ、シクロヘキシルベンゼンとt−アミルベンゼンとの組合せ、シクロヘキシルベンゼンとジフェニルエーテルとの組合せ、シクロヘキシルベンゼンとジベンゾフランとの組合せ、t−ブチルベンゼンとt−アミルベンゼンとの組合せ、t−ブチルベンゼンとジフェニルエーテルとの組合せ、t−ブチルベンゼンとジベンゾフランとの組合せ、t−アミルベンゼンとジフェニルエーテルとの組合せ、t−アミルベンゼンとジベンゾフランとの組合せ、ジフェニルエーテルとジベンゾフランとの組合せ、等が挙げられる。 Specific examples of these include a combination of biphenyl and o-terphenyl, a combination of biphenyl and m-terphenyl, a combination of biphenyl and a partial hydride of a terphenyl derivative, a combination of biphenyl and cumene, A combination of cyclopentylbenzene, a combination of biphenyl and cyclohexylbenzene, a combination of biphenyl and t-butylbenzene, a combination of biphenyl and t-amylbenzene, a combination of biphenyl and diphenyl ether, a combination of biphenyl and dibenzofuran, o- Combination of terphenyl and partial hydride of terphenyl derivative, combination of o-terphenyl and cumene, combination of o-terphenyl and cyclopentylbenzene, combination of o-terphenyl and cyclohexylbenzene, o-terphenyl Combination of t-butylbenzene, combination of o-terphenyl and t-amylbenzene, combination of o-terphenyl and diphenyl ether, combination of o-terphenyl and dibenzofuran, m-terphenyl and terphenyl derivatives Combination with partial hydride, combination of m-terphenyl and cumene, combination of m-terphenyl and cyclopentylbenzene, combination of m-terphenyl and cyclohexylbenzene, combination of m-terphenyl and t-butylbenzene Combinations, combinations of m-terphenyl and t-amylbenzene, combinations of m-terphenyl and diphenyl ether, combinations of m-terphenyl and dibenzofuran, combinations of partial hydrides of terphenyl derivatives and cumene, terphenyl Partial hydrides of derivatives and cyclopentylben Combinations of terphenyl derivatives, partial hydrides and cyclohexylbenzene, terphenyl derivatives, partial hydrides and t-butylbenzene, terphenyl derivatives, partial hydrides and t-amylbenzene , A combination of a partial hydride of a terphenyl derivative and diphenyl ether, a combination of a partial hydride of a terphenyl derivative and dibenzofuran, a combination of cumene and cyclopentylbenzene, a combination of cumene and cyclohexylbenzene, a cumene and t-butylbenzene A combination of cumene and t-amylbenzene, a combination of cumene and diphenyl ether, a combination of cumene and dibenzofuran, a combination of cyclohexylbenzene and t-butylbenzene, and a combination of cyclohexylbenzene and t-amylbenzene. Combinations, combinations of cyclohexylbenzene and diphenyl ether, combinations of cyclohexylbenzene and dibenzofuran, combinations of t-butylbenzene and t-amylbenzene, combinations of t-butylbenzene and diphenylether, combinations of t-butylbenzene and dibenzofuran , A combination of t-amylbenzene and diphenyl ether, a combination of t-amylbenzene and dibenzofuran, a combination of diphenyl ether and dibenzofuran, and the like.
本発明の非水系電解液が過充電防止剤を含有する場合、その濃度は本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、非水系電解液全体に対して、通常0.1質量%以上、5
質量%以下の範囲とすることが望ましい。
本発明の非水系電解液に過充電防止剤を、本発明の効果を著しく損なわない範囲で含有させることは、万が一、誤った使用法や充電装置の異常等の過充電保護回路が正常に動作しない状況になり過充電されたとしても、非水系電解液二次電池の安全性が向上するので好ましい。
When the non-aqueous electrolyte solution of the present invention contains an overcharge inhibitor, the concentration thereof is arbitrary as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. 5
It is desirable to make it into the range below mass%.
If the non-aqueous electrolyte of the present invention contains an overcharge inhibitor within a range that does not significantly impair the effects of the present invention, the overcharge protection circuit such as an incorrect usage or an abnormality of the charging device should operate normally. Even if the battery is overcharged due to the situation, it is preferable because the safety of the non-aqueous electrolyte secondary battery is improved.
<1−4−2−2.助剤>
高温保存後の容量維持特性やサイクル特性を改善するための助剤の具体例としては、
コハク酸、マレイン酸、フタル酸等のジカルボン酸の無水物;
エリスリタンカーボネート、スピロービスージメチレンカーボネート等の特定カーボネートに該当するもの以外のカーボネート化合物;
エチレンサルファイト、1,3−プロパンスルトン、1,4−ブタンスルトン、メタンスルホン酸メチル、ブスルファン、スルホラン、スルホレン、ジメチルスルホン、ジフェニルスルホン、メチルフェニルスルホン、ジブチルジスルフィド、ジシクロヘキシルジスルフィド、テトラメチルチウラムモノスルフイド、N,N−ジメチルメタンスルホンアミド、N,N−ジエチルメタンスルホンアミド等の含硫黄化合物;
1−メチル−2−ピロリジノン、1−メチル−2−ピペリドン、3−メチル−2−オキサゾリジノン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、N−メチルスクシイミド等の含窒素化合物;
ヘプタン、オクタン、シクロヘプタン等の炭化水素化合物;
等が挙げられる。
<1-4-2-2. Auxiliary>
As a specific example of an auxiliary agent for improving capacity maintenance characteristics and cycle characteristics after high temperature storage,
Dicarboxylic acid anhydrides such as succinic acid, maleic acid and phthalic acid;
Carbonate compounds other than those corresponding to specific carbonates such as erythritan carbonate and spirobisdimethylene carbonate;
Ethylene sulfite, 1,3-propane sultone, 1,4-butane sultone, methyl methanesulfonate, busulfan, sulfolane, sulfolene, dimethyl sulfone, diphenyl sulfone, methylphenyl sulfone, dibutyl disulfide, dicyclohexyl disulfide, tetramethylthiuram monosulfide Sulfur-containing compounds such as id, N, N-dimethylmethanesulfonamide, N, N-diethylmethanesulfonamide;
Nitrogen-containing compounds such as 1-methyl-2-pyrrolidinone, 1-methyl-2-piperidone, 3-methyl-2-oxazolidinone, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, N-methylsuccinimide;
Hydrocarbon compounds such as heptane, octane, cycloheptane;
Etc.
[2.非水系電解液二次電池]
本発明の非水系電解液二次電池は、イオンを吸蔵及び放出し得る負極及び正極と前記の本発明非水系電解液とを備えるものである。
<2−1.電池構成>
本発明の非水系電解液二次電池は、負極及び非水系電解液以外の構成については、従来公知の非水系電解液二次電池と同様であり、通常は、本発明の非水系電解液が含浸されている多孔膜(セパレータ)を介して正極と負極とが積層され、これらがケース(外装体)に収納された形態を有する。従って、本発明の非水系電解液二次電池の形状は特に制限されるものではなく、円筒型、角形、ラミネート型、コイン型、大型等の何れであってもよい。
[2. Non-aqueous electrolyte secondary battery]
The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention comprises a negative electrode and a positive electrode capable of occluding and releasing ions, and the non-aqueous electrolyte of the present invention.
<2-1. Battery configuration>
The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is the same as the conventionally known non-aqueous electrolyte secondary battery except for the negative electrode and the non-aqueous electrolyte, and usually the non-aqueous electrolyte of the present invention is A positive electrode and a negative electrode are laminated via an impregnated porous film (separator), and these are housed in a case (exterior body). Therefore, the shape of the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is not particularly limited, and may be any of a cylindrical shape, a square shape, a laminate shape, a coin shape, a large size, and the like.
<2−2.非水系電解液>
非水系電解液としては、上述の本発明の非水系電解液を用いる。なお、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、本発明の非水系電解液に対し、その他の非水系電解液を配合して用いることも可能である。
<2−3.負極>
以下に負極に使用される負極活物質について述べる。
負極活物質としては、電気化学的にリチウムイオンを吸蔵・放出可能なものであれば、特に制限はない。その具体例としては、炭素質材料、合金系材料、リチウム含有金属複合酸化物材料等が挙げられる。
<2-2. Non-aqueous electrolyte>
As the non-aqueous electrolyte, the above-described non-aqueous electrolyte of the present invention is used. In addition, in the range which does not deviate from the meaning of this invention, it is also possible to mix | blend and use other nonaqueous electrolyte solutions with respect to the nonaqueous electrolyte solution of this invention.
<2-3. Negative electrode>
The negative electrode active material used for the negative electrode is described below.
The negative electrode active material is not particularly limited as long as it can electrochemically occlude and release lithium ions. Specific examples thereof include carbonaceous materials, alloy-based materials, lithium-containing metal composite oxide materials, and the like.
<2−3−1.炭素質材料>
負極活物質として用いられる炭素質材料としては、
(2−3−1−1)天然黒鉛、
(2−3−1−2)人造炭素質物質並びに人造黒鉛質物質を400から3200℃の範囲で一回以上熱処理した炭素質材料、
(2−3−1−3)負極活物質層が少なくとも2種類以上の異なる結晶性を有する炭素質から成り立ちかつ/又はその異なる結晶性の炭素質が接する界面を有している炭素質材料
、
(2−3−1−4)負極活物質層が少なくとも2種類以上の異なる配向性を有する炭素質から成り立ちかつ/又はその異なる配向性の炭素質が接する界面を有している炭素質材料、
から選ばれるものが初期不可逆容量、高電流密度充放電特性のバランスが良く好ましい。
また、(2−3−1−1)〜(2−3−1−4)の炭素質材料は1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
<2-3-1. Carbonaceous material>
As a carbonaceous material used as a negative electrode active material,
(2-3-1-1) natural graphite,
(2-3-1-2) a carbonaceous material obtained by heat-treating an artificial carbonaceous material and an artificial graphite material at least once in the range of 400 to 3200 ° C.,
(2-3-1-3) a carbonaceous material in which the negative electrode active material layer is composed of at least two types of carbonaceous materials having different crystallinity and / or has an interface in contact with the different crystalline carbonaceous materials,
(2-3-1-4) a carbonaceous material in which the negative electrode active material layer is composed of carbonaceous materials having at least two or more different orientations and / or has an interface in contact with the carbonaceous materials having different orientations,
Is preferably a good balance between initial irreversible capacity and high current density charge / discharge characteristics.
Moreover, the carbonaceous materials (2-3-1-1) to (2-3-1-4) may be used alone or in combination of two or more in any combination and ratio. Good.
上記(2−3−1−2)の人造炭素質物質並びに人造黒鉛質物質の具体的な例としては、天然黒鉛、石炭系コークス、石油系コークス、石炭系ピッチ、石油系ピッチ、あるいはこれらピッチを酸化処理したもの、ニードルコークス、ピッチコークス及びこれらを一部黒鉛化した炭素材、ファーネスブラック、アセチレンブラック、ピッチ系炭素繊維等の有機物の熱分解物、炭化可能な有機物、及びこれらの炭化物、又は炭化可能な有機物をベンゼン、トルエン、キシレン、キノリン、n−へキサン等の低分子有機溶媒に溶解させた溶液及びこれらの炭化物等が挙げられる。 Specific examples of the artificial carbonaceous material and the artificial graphite material of (2-3-1-2) include natural graphite, coal-based coke, petroleum-based coke, coal-based pitch, petroleum-based pitch, or these pitches. Oxidized, needle coke, pitch coke and carbon materials partially graphitized from these, pyrolytic products of organic materials such as furnace black, acetylene black, pitch-based carbon fibers, carbonizable organic materials, and carbides thereof, Alternatively, a solution in which an organic substance that can be carbonized is dissolved in a low molecular organic solvent such as benzene, toluene, xylene, quinoline, n-hexane, and these carbides can be used.
なお、上記の炭化可能な有機物の、具体的な例としては、軟ピッチから硬ピッチまでのコールタールピッチ、或いは乾留液化油等の石炭系重質油、常圧残油、減圧残油の直流系重質油、原油、ナフサ等の熱分解時に副生するエチレンタール等分解系石油重質油、更にアセナフチレン、デカシクレン、アントラセン、フェナントレン等の芳香族炭化水素、フェナジンやアクリジン等の窒素原子含有複素環式化合物、チオフェン、ビチオフェン等の硫黄原子含有複素環式化合物、ビフェニル、テルフェニル等のポリフェニレン、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、これらのものの不溶化処理品、含窒素性のポリアクニロニトリル、ポリピロール等の有機高分子、含硫黄性のポリチオフェン、ポリスチレン等の有機高分子、セルロース、リグニン、マンナン、ポリガラクトウロン酸、キトサン、サッカロースに代表される多糖類等の天然高分子、ポリフェニレンサルファイド、ポリフェニレンオキシド等の熱可塑性樹脂、フルフリルアルコール樹脂、フェノール−ホルムアルデヒド樹脂、イミド樹脂等の熱硬化性樹脂等が挙げられる。 Specific examples of the above carbonizable organic substances include coal tar pitch from soft pitch to hard pitch, or heavy coal-based oil such as dry distillation liquefied oil, normal pressure residual oil, reduced pressure residual DC. Heavy oils such as ethylene tar produced as a by-product during pyrolysis of heavy oils such as heavy oil, crude oil, naphtha, etc., and aromatic hydrocarbons such as acenaphthylene, decacyclene, anthracene, phenanthrene, and nitrogen atom-containing complexes such as phenazine and acridine Cyclic compounds, heterocyclic compounds containing sulfur atoms such as thiophene and bithiophene, polyphenylenes such as biphenyl and terphenyl, polyvinyl chloride, polyvinyl alcohol, polyvinyl butyral, insolubilized products of these, nitrogen-containing polyacrylonitrile Organic polymers such as polypyrrole, organic polymers such as sulfur-containing polythiophene and polystyrene Natural polymers such as polysaccharides such as saccharose, cellulose, lignin, mannan, polygalacturonic acid, chitosan, saccharose, thermoplastic resins such as polyphenylene sulfide and polyphenylene oxide, furfuryl alcohol resin, phenol-formaldehyde resin, imide Examples thereof include thermosetting resins such as resins.
<2−3−2.炭素質負極の構成、物性、調製方法>
炭素質材料についての性質や炭素質材料を含有する負極電極及び電極化手法、集電体、非水系電解液二次電池については、次に示す(2−3−2−1)〜(2−3−2−18)の何れか1項又は複数項を同時に満たしていることが望ましい。
<2-3-2. Configuration, physical properties, preparation method of carbonaceous negative electrode>
Regarding the properties of the carbonaceous material, the negative electrode containing the carbonaceous material, the electrode-forming method, the current collector, and the non-aqueous electrolyte secondary battery, (2-3-2-1) to (2- It is desirable that one or more of 3-2-18) is satisfied at the same time.
(2−3−2−1)X線パラメータ
炭素質材料の学振法によるX線回折で求めた格子面(002面)のd値(層間距離)が、通常0.335〜0.340nmであり、特に0.335〜0.338nm、とりわけ0.335〜0.337nmであるものが好ましい。また、学振法によるX線回折で求めた結晶子サイズ(Lc)は、通常1.0nm以上、好ましくは1.5nm以上、特に好ましくは2nm以上である。
(2-3-2-1) X-ray parameters
The d value (interlayer distance) of the lattice plane (002 plane) determined by X-ray diffraction by the Gakushin method of carbonaceous materials is usually 0.335 to 0.340 nm, particularly 0.335 to 0.338 nm, especially What is 0.335-0.337 nm is preferable. The crystallite size (Lc) determined by X-ray diffraction by the Gakushin method is usually 1.0 nm or more, preferably 1.5 nm or more, and particularly preferably 2 nm or more.
黒鉛の表面を非晶質の炭素で被覆したものとして好ましいのは、X線回折における格子面(002面)のd値が0.335〜0.338nmである黒鉛を核材とし、その表面に該核材よりもX線回折における格子面(002面)のd値が大きい炭素質材料が付着しており、かつ核材と核材よりもX線回折における格子面(002面)のd値が大きい炭素質材料との割合が重量比で99/1〜80/20であるものである。これを用いると、高い容量で、かつ電解液と反応しにくい負極を製造することができる。 The graphite surface coated with amorphous carbon is preferably graphite having a d-value of 0.335 to 0.338 nm on the lattice plane (002 plane) in X-ray diffraction as a core material. A carbonaceous material having a larger d-value on the lattice plane (002 plane) in X-ray diffraction than the core material is attached, and the d-value on the lattice plane (002 plane) in X-ray diffraction is greater than that of the core material and the core material. The ratio with respect to the carbonaceous material having a large is 99/1 to 80/20 by weight. When this is used, a negative electrode having a high capacity and hardly reacting with the electrolytic solution can be produced.
(2−3−2−2)灰分
炭素質材料中に含まれる灰分は、炭素質材料の全質量に対して、1質量%以下、中でも
0.5質量%以下、特に0.1質量%以下が好ましく、下限としては1ppm以上であることが好ましい。灰分の重量割合が上記の範囲を上回ると、充放電時の非水系電解液との反応による電池性能の劣化が無視できなくなる場合がある。また、上記範囲を下回ると、製造に多大な時間とエネルギーと汚染防止のための設備とを必要とし、コストが上昇する場合がある。
1.
(2-3-2-2) Ash
The ash contained in the carbonaceous material is preferably 1% by mass or less, more preferably 0.5% by mass or less, particularly preferably 0.1% by mass or less, and the lower limit is 1 ppm or more with respect to the total mass of the carbonaceous material. It is preferable. When the weight ratio of ash exceeds the above range, deterioration of battery performance due to reaction with the non-aqueous electrolyte during charge / discharge may not be negligible. On the other hand, if it falls below the above range, the production requires a lot of time, energy and equipment for preventing contamination, which may increase the cost.
1.
(2−3−2−3)体積基準平均粒径
炭素質材料の体積基準平均粒径は、レーザー回折・散乱法により求めた体積基準の平均粒径(メジアン径)が、通常1μm以上であり、3μm以上が好ましく、5μm以上が更に好ましく、7μm以上が特に好ましく、また、通常100μm以下であり、50μm以下が好ましく、40μm以下がより好ましく、30μm以下が更に好ましく、25μm以下が特に好ましい。体積基準平均粒径が上記範囲を下回ると、不可逆容量が増大して、初期の電池容量の損失を招くことになる場合がある。また、上記範囲を上回ると、塗布により電極を作製する際に、不均一な塗面になりやすく、電池製作工程上望ましくない場合がある。
(2-3-2-2-3) Volume-based average particle diameter
The volume-based average particle diameter of the carbonaceous material is usually 1 μm or more, preferably 3 μm or more, more preferably 5 μm or more, and further preferably 7 μm or more. Is usually 100 μm or less, preferably 50 μm or less, more preferably 40 μm or less, still more preferably 30 μm or less, and particularly preferably 25 μm or less. If the volume-based average particle size is below the above range, the irreversible capacity may increase, leading to loss of initial battery capacity. On the other hand, when the above range is exceeded, when an electrode is produced by coating, an uneven coating surface tends to be formed, which may be undesirable in the battery production process.
体積基準平均粒径の測定は、界面活性剤であるポリオキシエチレン(20)ソルビタンモノラウレートの0.2質量%水溶液(約10mL)に炭素粉末を分散させて、レーザー回折・散乱式粒度分布計(堀場製作所社製LA−700)を用いて行なう。該測定で求められるメジアン径を、本発明の炭素質材料の体積基準平均粒径と定義する。 The volume-based average particle size is measured by dispersing carbon powder in a 0.2% by weight aqueous solution (about 10 mL) of polyoxyethylene (20) sorbitan monolaurate, which is a surfactant, and laser diffraction / scattering particle size distribution. This is carried out using a meter (LA-700 manufactured by Horiba, Ltd.). The median diameter determined by the measurement is defined as the volume-based average particle diameter of the carbonaceous material of the present invention.
(2−3−2−4)ラマンR値、ラマン半値幅
炭素質材料のラマンR値は、アルゴンイオンレーザーラマンスペクトル法を用いて測定した値が、通常0.01以上であり、0.03以上が好ましく、0.1以上が更に好ましく、また、通常1.5以下であり、1.2以下が好ましく、1以下が更に好ましく、0.5以下が特に好ましい。
(2-3-2-2-4) Raman R value, Raman half width
As for the Raman R value of the carbonaceous material, a value measured by using an argon ion laser Raman spectrum method is usually 0.01 or more, preferably 0.03 or more, more preferably 0.1 or more, and usually 1 0.5 or less, preferably 1.2 or less, more preferably 1 or less, and particularly preferably 0.5 or less.
ラマンR値が上記範囲を下回ると、粒子表面の結晶性が高くなり過ぎて、充放電に伴ってLiが層間に入るサイトが少なくなる場合がある。すなわち、充電受入性が低下する場合がある。また、集電体に塗布した後、プレスすることによって負極を高密度化した場合に電極板と平行方向に結晶が配向しやすくなり、負荷特性の低下を招く場合がある。一方、上記範囲を上回ると、粒子表面の結晶性が低下し、非水系電解液との反応性が増し、効率の低下やガス発生の増加を招く場合がある。 When the Raman R value is below the above range, the crystallinity of the particle surface becomes too high, and there are cases where the number of sites where Li enters between layers decreases with charge / discharge. That is, charge acceptance may be reduced. In addition, when the negative electrode is densified by applying it to the current collector and then pressing it, the crystals are likely to be oriented in a direction parallel to the electrode plate, which may lead to a decrease in load characteristics. On the other hand, if it exceeds the above range, the crystallinity of the particle surface is lowered, the reactivity with the non-aqueous electrolyte is increased, and the efficiency may be lowered and the gas generation may be increased.
また、炭素質材料の1580cm−1付近のラマン半値幅は特に制限されないが、通常10cm−1以上であり、15cm−1以上が好ましく、また、通常100cm−1以下であり、80cm−1以下が好ましく、60cm−1以下が更に好ましく、40cm−1以下が特に好ましい。
ラマン半値幅が上記範囲を下回ると、粒子表面の結晶性が高くなり過ぎて、充放電に伴ってLiが層間に入るサイトが少なくなる場合がある。すなわち、充電受入性が低下する場合がある。また、集電体に塗布した後、プレスすることによって負極を高密度化した場合に電極板と平行方向に結晶が配向しやすくなり、負荷特性の低下を招く場合がある。一方、上記範囲を上回ると、粒子表面の結晶性が低下し、非水系電解液との反応性が増し、効率の低下やガス発生の増加を招く場合がある。
Further, the Raman half-width in the vicinity of 1580 cm −1 of the carbonaceous material is not particularly limited, but is usually 10 cm −1 or more, preferably 15 cm −1 or more, and usually 100 cm −1 or less, and 80 cm −1 or less. 60 cm-1 or less is more preferable, and 40 cm-1 or less is particularly preferable.
If the Raman half width is less than the above range, the crystallinity of the particle surface becomes too high, and there are cases where the number of sites where Li enters between layers decreases with charge and discharge. That is, charge acceptance may be reduced. In addition, when the negative electrode is densified by applying it to the current collector and then pressing it, the crystals are likely to be oriented in a direction parallel to the electrode plate, which may lead to a decrease in load characteristics. On the other hand, when the above range is exceeded, the crystallinity of the particle surface is lowered, the reactivity with the non-aqueous electrolyte is increased, and the efficiency may be reduced and the gas generation may be increased.
ラマンスペクトルの測定は、ラマン分光器(日本分光社製ラマン分光器)を用いて、試料を測定セル内へ自然落下させて充填し、セル内のサンプル表面にアルゴンイオンレーザー光を照射しながら、セルをレーザー光と垂直な面内で回転させることにより行なう。得られるラマンスペクトルについて、1580cm−1付近のピークPAの強度IAと、1
360cm−1付近のピークPBの強度IBとを測定し、その強度比R(R=IB/IA)を算出する。該測定で算出されるラマンR値を、本発明における炭素質材料のラマンR値と定義する。また、得られるラマンスペクトルの1580cm−1付近のピークPAの半値幅を測定し、これを本発明における炭素質材料のラマン半値幅と定義する。
The measurement of the Raman spectrum, using a Raman spectrometer (manufactured by JASCO Corporation Raman spectrometer), the sample is naturally dropped into the measurement cell and filled, and while irradiating the sample surface in the cell with argon ion laser light, This is done by rotating the cell in a plane perpendicular to the laser beam. For the obtained Raman spectrum, the intensity IA of the peak PA near 1580 cm −1 and 1
The intensity IB of the peak PB near 360 cm −1 is measured, and the intensity ratio R (R = IB / IA) is calculated. The Raman R value calculated by the measurement is defined as the Raman R value of the carbonaceous material in the present invention. Further, the half width of the peak PA near 1580 cm −1 of the obtained Raman spectrum is measured, and this is defined as the Raman half width of the carbonaceous material in the present invention.
また、上記のラマン測定条件は、次の通りである。
・アルゴンイオンレーザー波長 :514.5nm
・試料上のレーザーパワー :15〜25mW
・分解能 :10〜20cm−1
・測定範囲 :1100cm−1〜1730cm−1
・ラマンR値、ラマン半値幅解析:バックグラウンド処理
・スムージング処理 :単純平均、コンボリューション5ポイント
Moreover, said Raman measurement conditions are as follows.
Argon ion laser wavelength: 514.5nm
・ Laser power on the sample: 15-25mW
・ Resolution: 10-20cm-1
Measurement range: 1100 cm-1 to 1730 cm-1
・ Raman R value, Raman half width analysis: Background processing
-Smoothing processing: Simple average, 5 points of convolution
(2−3−2−5)BET比表面積
炭素質材料のBET比表面積は、BET法を用いて測定した比表面積の値が、通常0.1m2・g−1以上であり、0.7m2・g−1以上が好ましく、1.0m2・g−1以上が更に好ましく、1.5m2・g−1以上が特に好ましく、また、通常100m2・g−1以下であり、25m2・g−1以下が好ましく、15m2・g−1以下が更に好ましく、10m2・g−1以下が特に好ましい。
(2-3-2-5) BET specific surface area
As for the BET specific surface area of the carbonaceous material, the specific surface area value measured using the BET method is usually 0.1 m 2 · g −1 or more, preferably 0.7 m 2 · g −1 or more, and 1.0 m 2 · g. -1 or more is more preferable, 1.5 m2 · g-1 or more is particularly preferable, usually 100 m2 · g-1 or less, preferably 25 m2 · g-1 or less, more preferably 15 m2 · g-1 or less, 10 m 2 · g −1 or less is particularly preferable.
BET比表面積の値がこの範囲を下回ると、負極材料として用いた場合の充電時にリチウムの受け入れ性が悪くなりやすく、リチウムが電極表面で析出しやすくなり、安定性が低下する可能性がある。一方、この範囲を上回ると、負極材料として用いた時に非水系電解液との反応性が増加し、ガス発生が多くなりやすく、好ましい電池が得られにくい場合がある。 When the value of the BET specific surface area is less than this range, the acceptability of lithium is likely to deteriorate during charging when used as a negative electrode material, lithium is likely to precipitate on the electrode surface, and stability may be reduced. On the other hand, if it exceeds this range, when used as a negative electrode material, the reactivity with the non-aqueous electrolyte increases, gas generation tends to increase, and a preferable battery may be difficult to obtain.
BET法による比表面積の測定は、表面積計(大倉理研製全自動表面積測定装置)を用いて、試料に対して窒素流通下350℃で15分間、予備乾燥を行なった後、大気圧に対する窒素の相対圧の値が0.3となるように正確に調整した窒素ヘリウム混合ガスを用いて、ガス流動法による窒素吸着BET1点法によって行なう。該測定で求められる比表面積を、本発明における炭素質材料のBET比表面積と定義する。 The specific surface area was measured by the BET method using a surface area meter (a fully automated surface area measuring device manufactured by Okura Riken), preliminarily drying the sample at 350 ° C. for 15 minutes under nitrogen flow, Using a nitrogen helium mixed gas accurately adjusted so that the value of the relative pressure becomes 0.3, the nitrogen adsorption BET one-point method by the gas flow method is used. The specific surface area determined by the measurement is defined as the BET specific surface area of the carbonaceous material in the present invention.
(2−3−2−6)細孔径分布
炭素質材料の細孔径分布は、水銀圧入量の測定することによって算出される。水銀ポロシメトリー(水銀圧入法)を用いることで、炭素質材料の粒子内の空隙、粒子表面のステップによる凹凸、及び粒子間の接触面等による細孔が、直径0.01μm以上1μm以下の細孔に相当すると測定される炭素質材料が、通常0.01cm3・g−1以上、好ましくは0.05cm3・g−1以上、より好ましくは0.1cm3・g−1以上、また、通常0.6cm3・g−1以下、好ましくは0.4cm3・g−1以下、より好ましくは0.3cm3・g−1以下の細孔径分布を有することが望ましい。
(2-3-2-6) Pore size distribution
The pore size distribution of the carbonaceous material is calculated by measuring the mercury intrusion amount. By using mercury porosimetry (mercury intrusion method), fine pores with a diameter of 0.01 μm or more and 1 μm or less with voids in particles of carbonaceous material, irregularities caused by steps on the particle surface, and contact surfaces between particles, etc. The carbonaceous material measured to correspond to pores is usually 0.01 cm 3 · g −1 or more, preferably 0.05 cm 3 · g −1 or more, more preferably 0.1 cm 3 · g −1 or more, and usually 0. It is desirable to have a pore size distribution of 6 cm3 · g-1 or less, preferably 0.4 cm3 · g-1 or less, more preferably 0.3 cm3 · g-1 or less.
細孔径分布が上記範囲を上回ると、極板化時にバインダーを多量に必要となる場合がある。また、上記範囲を下回ると、高電流密度充放電特性が低下し、かつ充放電時の電極の膨張収縮の緩和効果が得られない場合がある。
また、水銀ポロシメトリー(水銀圧入法)により求められる、直径が0.01μm以上100μm以下の細孔に相当する、全細孔容積は、通常0.1cm3・g−1以上であり、0.25cm3・g−1以上が好ましく、0.4cm3・g−1以上が更に好ましく、また、通常10cm3・g−1以下であり、5cm3・g−1以下が好ましく、2cm3・g−1以下が更に好ましい。全細孔容積が上記範囲を上回ると、極板化時にバインダーを多量に必要となる場合がある。また、上記範囲を下回ると、極板化時に増粘剤や結着剤
の分散効果が得られない場合がある。
If the pore size distribution exceeds the above range, a large amount of binder may be required when forming an electrode plate. On the other hand, if it falls below the above range, the high current density charge / discharge characteristics may be deteriorated, and the effect of relaxing the expansion and contraction of the electrode during charge / discharge may not be obtained.
Further, the total pore volume, which is obtained by mercury porosimetry (mercury intrusion method) and corresponds to pores having a diameter of 0.01 μm or more and 100 μm or less, is usually 0.1 cm 3 · g −1 or more and 0.25 cm 3・ G-1 or more is preferable, 0.4 cm3 · g-1 or more is more preferable, and usually 10 cm3 · g-1 or less, preferably 5 cm3 · g-1 or less, more preferably 2 cm3 · g-1 or less. . If the total pore volume exceeds the above range, a large amount of binder may be required when forming an electrode plate. On the other hand, if the amount is below the above range, the effect of dispersing the thickener or the binder may not be obtained when forming the electrode plate.
また、平均細孔径は、通常0.05μm以上であり、0.1μm以上が好ましく、0.5μm以上が更に好ましく、また、通常50μm以下であり、20μm以下が好ましく、10μm以下が更に好ましい。平均細孔径が上記範囲を上回ると、バインダーを多量に必要となる場合がある。また、上記範囲を下回ると、高電流密度充放電特性が低下する場合がある。 The average pore diameter is usually 0.05 μm or more, preferably 0.1 μm or more, more preferably 0.5 μm or more, and usually 50 μm or less, preferably 20 μm or less, more preferably 10 μm or less. If the average pore diameter exceeds the above range, a large amount of binder may be required. Moreover, when it is less than the above range, the high current density charge / discharge characteristics may deteriorate.
水銀圧入量の測定は、水銀ポロシメトリー用の装置として、水銀ポロシメータ(オートポア9520:マイクロメリテックス社製)を用いて行う。前処理として、試料約0.2gを、パウダー用セルに封入し、室温、真空下(50μmHg以下)にて10分間脱気する。引き続き、4psia(約28kPa)に減圧し水銀を導入し、4psia(約28kPa)から40000psia(約280MPa)までステップ状に昇圧させた後、25psia(約170kPa)まで降圧させる。昇圧時のステップ数は80点以上とし、各ステップでは10秒の平衡時間の後、水銀圧入量を測定する。 The mercury intrusion is measured using a mercury porosimeter (Autopore 9520: manufactured by Micromeritex Corporation) as an apparatus for mercury porosimetry. As a pretreatment, about 0.2 g of a sample is sealed in a powder cell and deaerated for 10 minutes at room temperature under vacuum (50 μmHg or less). Subsequently, the pressure is reduced to 4 psia (about 28 kPa), mercury is introduced, the pressure is increased stepwise from 4 psia (about 28 kPa) to 40000 psia (about 280 MPa), and then the pressure is reduced to 25 psia (about 170 kPa). The number of steps at the time of pressure increase is 80 points or more, and the mercury intrusion amount is measured after an equilibration time of 10 seconds in each step.
このようにして得られた水銀圧入曲線からWashburnの式を用い、細孔径分布を算出する。なお、水銀の表面張力(γ)は485dyne・cm−1(1dyne=10μN)、接触角(ψ)は140°とする。平均細孔径には累積細孔体積が50%となるときの細孔径を用いる。 The pore size distribution is calculated from the mercury intrusion curve thus obtained using the Washburn equation. The surface tension (γ) of mercury is 485 dyne · cm −1 (1 dyne = 10 μN) and the contact angle (ψ) is 140 °. As the average pore diameter, the pore diameter when the cumulative pore volume is 50% is used.
(2−3−2−7)円形度
炭素質材料の球形の程度として円形度を測定した場合、以下の範囲に収まることが好ましい。なお、円形度は、「円形度=(粒子投影形状と同じ面積を持つ相当円の周囲長)/(粒子投影形状の実際の周囲長)」で定義され、円形度が1のときに理論的真球となる。
炭素質材料の粒径が3〜40μmの範囲にある粒子の円形度は1に近いほど望ましく、また、0.1以上が好ましく、中でも0.5以上が好ましく、0.8以上がより好ましく、0.85以上が更に好ましく、0.9以上が特に好ましい。
高電流密度充放電特性は、円形度が大きいほど向上する。従って、円形度が上記範囲を下回ると、負極活物質の充填性が低下し、粒子間の抵抗が増大して、短時間高電流密度充放電特性が低下する場合がある。
(2-3-2-7) Circularity
When the circularity is measured as the degree of the sphere of the carbonaceous material, it is preferably within the following range. The circularity is defined as “circularity = (peripheral length of an equivalent circle having the same area as the particle projection shape) / (actual perimeter of the particle projection shape)”. Become a true sphere.
The degree of circularity of the particles having a carbonaceous material particle size in the range of 3 to 40 μm is desirably as close to 1, and is preferably 0.1 or more, more preferably 0.5 or more, and more preferably 0.8 or more, 0.85 or more is more preferable, and 0.9 or more is particularly preferable.
High current density charge / discharge characteristics improve as the degree of circularity increases. Therefore, when the circularity is less than the above range, the filling property of the negative electrode active material is lowered, the resistance between particles is increased, and the high current density charge / discharge characteristics may be lowered for a short time.
円形度の測定は、フロー式粒子像分析装置(シスメックス社製FPIA)を用いて行う。試料約0.2gを、界面活性剤であるポリオキシエチレン(20)ソルビタンモノラウレートの0.2質量%水溶液(約50mL)に分散させ、28kHzの超音波を出力60Wで1分間照射した後、検出範囲を0.6〜400μmに指定し、粒径が3〜40μmの範囲の粒子について測定する。該測定で求められる円形度を、本発明における炭素質材料の円形度と定義する。 The circularity is measured using a flow type particle image analyzer (FPIA manufactured by Sysmex Corporation). About 0.2 g of a sample was dispersed in a 0.2% by mass aqueous solution (about 50 mL) of polyoxyethylene (20) sorbitan monolaurate as a surfactant, and irradiated with 28 kHz ultrasonic waves at an output of 60 W for 1 minute. The detection range is specified as 0.6 to 400 μm, and the particle size is measured in the range of 3 to 40 μm. The circularity obtained by the measurement is defined as the circularity of the carbonaceous material in the present invention.
円形度を向上させる方法は、特に限定されないが、球形化処理を施して球形にしたものが、電極体にしたときの粒子間空隙の形状が整うので好ましい。球形化処理の例としては、せん断力、圧縮力を与えることによって機械的に球形に近づける方法、複数の微粒子をバインダー若しくは、粒子自身の有する付着力によって造粒する機械的・物理的処理方法等が挙げられる。 The method for improving the degree of circularity is not particularly limited, but a spheroidized sphere is preferable because the shape of the interparticle void when the electrode body is formed is preferable. Examples of spheroidizing treatment include a method of mechanically approximating a sphere by applying a shearing force and a compressive force, a mechanical / physical processing method of granulating a plurality of fine particles by an adhesive force possessed by a binder or particles, etc. Is mentioned.
(2−3−2−8)真密度
炭素質材料の真密度は、通常1.4g・cm−3以上であり、1.6g・cm−3以上が好ましく、1.8g・cm−3以上が更に好ましく、2.0g・cm−3以上が特に好ましく、また、通常2.26g・cm−3以下である。真密度が、上記範囲を下回ると炭素の結晶性が低すぎて初期不可逆容量が増大する場合がある。なお、上記範囲の上限は、
黒鉛の真密度の理論上限値である。
炭素質材料の真密度は、ブタノールを使用した液相置換法(ピクノメータ法)によって測定する。該測定で求められる値を、本発明における炭素質材料の真密度と定義する。
(2-3-2-8) True density
The true density of the carbonaceous material is usually 1.4 g · cm −3 or more, preferably 1.6 g · cm −3 or more, more preferably 1.8 g · cm −3 or more, and 2.0 g · cm −3. The above is particularly preferable, and usually 2.26 g · cm −3 or less. When the true density is below the above range, the crystallinity of carbon is too low, and the initial irreversible capacity may increase. The upper limit of the above range is
This is the theoretical upper limit of the true density of graphite.
The true density of the carbonaceous material is measured by a liquid phase substitution method (pycnometer method) using butanol. The value obtained by the measurement is defined as the true density of the carbonaceous material in the present invention.
(2−3−2−9)タップ密度
炭素質材料のタップ密度は、通常0.1g・cm−3以上であり、0.5g・cm−3以上が好ましく、0.7g・cm−3以上が更に好ましく、0.9g・cm−3以上が特に好ましく、また、2g・cm−3以下が好ましく、1.8g・cm−3以下が更に好ましく、1.6g・cm−3以下が特に好ましい。
タップ密度が、上記範囲を下回ると、負極として用いた場合に充填密度が上がり難く、高容量の電池を得ることができない場合がある。また、上記範囲を上回ると、電極中の粒子間の空隙が少なくなり過ぎ、粒子間の導電性が確保され難くなり、好ましい電池特性が得られにくい場合がある。
(2-3-2-9) Tap density
The tap density of the carbonaceous material is usually 0.1 g · cm −3 or more, preferably 0.5 g · cm −3 or more, more preferably 0.7 g · cm −3 or more, and 0.9 g · cm −3. The above is particularly preferable, 2 g · cm −3 or less is preferable, 1.8 g · cm −3 or less is more preferable, and 1.6 g · cm −3 or less is particularly preferable.
When the tap density is below the above range, the packing density is difficult to increase when used as a negative electrode, and a high-capacity battery may not be obtained. On the other hand, when the above range is exceeded, there are too few voids between the particles in the electrode, it is difficult to ensure conductivity between the particles, and it may be difficult to obtain preferable battery characteristics.
タップ密度の測定は、目開き300μmの篩を通過させて、20cm3のタッピングセルに試料を落下させてセルの上端面まで試料を満たした後、粉体密度測定器(例えば、セイシン企業社製タップデンサー)を用いて、ストローク長10mmのタッピングを1000回行なって、その時の体積と試料の重量からタップ密度を算出する。該測定で算出されるタップ密度を、本発明における炭素質材料のタップ密度として定義する。 The tap density is measured by passing a sieve having a mesh opening of 300 μm, dropping the sample onto a 20 cm 3 tapping cell and filling the sample to the upper end surface of the cell, and then measuring a powder density measuring instrument (for example, a tap manufactured by Seishin Enterprise Co., Ltd.). Using a denser, tapping with a stroke length of 10 mm is performed 1000 times, and the tap density is calculated from the volume at that time and the weight of the sample. The tap density calculated by the measurement is defined as the tap density of the carbonaceous material in the present invention.
(2−3−2−10)配向比
炭素質材料の配向比は、通常0.005以上であり、0.01以上が好ましく、0.015以上が更に好ましく、また、通常0.67以下である。配向比が、上記範囲を下回ると、高密度充放電特性が低下する場合がある。なお、上記範囲の上限は、炭素質材料の配向比の理論上限値である。
(2-3-2-10) Orientation ratio
The orientation ratio of the carbonaceous material is usually 0.005 or more, preferably 0.01 or more, more preferably 0.015 or more, and usually 0.67 or less. When the orientation ratio is below the above range, the high-density charge / discharge characteristics may deteriorate. The upper limit of the above range is the theoretical upper limit value of the orientation ratio of the carbonaceous material.
配向比は、試料を加圧成型してからX線回折により測定する。試料0.47gを直径17mmの成型機に充填し58.8MN・m−2で圧縮して得た成型体を、粘土を用いて測定用試料ホルダーの面と同一面になるようにセットしてX線回折を測定する。得られた炭素の(110)回折と(004)回折のピーク強度から、(110)回折ピーク強度/(004)回折ピーク強度で表わされる比を算出する。該測定で算出される配向比を、本発明における炭素質材料の配向比と定義する。 The orientation ratio is measured by X-ray diffraction after pressure-molding the sample. Set the molded body obtained by filling 0.47 g of the sample into a molding machine with a diameter of 17 mm and compressing it with 58.8MN · m-2 so that it is flush with the surface of the sample holder for measurement. X-ray diffraction is measured. From the (110) diffraction and (004) diffraction peak intensities of the obtained carbon, a ratio represented by (110) diffraction peak intensity / (004) diffraction peak intensity is calculated. The orientation ratio calculated by the measurement is defined as the orientation ratio of the carbonaceous material in the present invention.
X線回折測定条件は次の通りである。なお、「2θ」は回折角を示す。
・ターゲット:Cu(Kα線)グラファイトモノクロメーター
・スリット :
発散スリット=0.5度
受光スリット=0.15mm
散乱スリット=0.5度
・測定範囲及びステップ角度/計測時間:
(110)面:75度≦2θ≦80度 1度/60秒
(004)面:52度≦2θ≦57度 1度/60秒
The X-ray diffraction measurement conditions are as follows. “2θ” indicates a diffraction angle.
・ Target: Cu (Kα ray) graphite monochromator
・ Slit:
Divergence slit = 0.5 degree
Receiving slit = 0.15mm
Scatter slit = 0.5 degree
・ Measurement range and step angle / measurement time:
(110) plane: 75 degrees ≦ 2θ ≦ 80 degrees 1 degree / 60 seconds
(004) plane: 52 degrees ≦ 2θ ≦ 57 degrees 1 degree / 60 seconds
(2−3−2−11)アスペクト比(粉)
炭素質材料のアスペクト比は、通常1以上、また、通常10以下であり、8以下が好ましく、5以下が更に好ましい。アスペクト比が、上記範囲を上回ると、極板化時にスジ引きや、均一な塗布面が得られず、高電流密度充放電特性が低下する場合がある。なお、上記範囲の下限は、炭素質材料のアスペクト比の理論下限値である。
(2-3-2-1-11) Aspect ratio (powder)
The aspect ratio of the carbonaceous material is usually 1 or more and usually 10 or less, preferably 8 or less, and more preferably 5 or less. If the aspect ratio exceeds the above range, streaking or a uniform coated surface cannot be obtained when forming an electrode plate, and the high current density charge / discharge characteristics may deteriorate. The lower limit of the above range is the theoretical lower limit value of the aspect ratio of the carbonaceous material.
アスペクト比の測定は、炭素質材料の粒子を走査型電子顕微鏡で拡大観察して行う。厚
さ50ミクロン以下の金属の端面に固定した任意の50個の黒鉛粒子を選択し、それぞれについて試料が固定されているステージを回転、傾斜させて、3次元的に観察した時の炭素質材料粒子の最長となる径Aと、それと直交する最短となる径Bを測定し、A/Bの平均値を求める。該測定で求められるアスペクト比(A/B)を、本発明における炭素質材料のアスペクト比と定義する。
The aspect ratio is measured by magnifying and observing the carbonaceous material particles with a scanning electron microscope. Carbonaceous material when three-dimensional observation is performed by selecting arbitrary 50 graphite particles fixed to the end surface of a metal having a thickness of 50 microns or less and rotating and tilting the stage on which the sample is fixed. The longest diameter A of the particles and the shortest diameter B orthogonal to the same are measured, and the average value of A / B is obtained. The aspect ratio (A / B) obtained by the measurement is defined as the aspect ratio of the carbonaceous material in the present invention.
(2−3−2−12)副材混合
副材混合とは、負極電極中及び/又は負極活物質中に性質の異なる炭素質材料が2種以上含有していることである。ここでいう性質とは、X線回折パラメータ、メジアン径、アスペクト比、BET比表面積、配向比、ラマンR値、タップ密度、真密度、細孔分布、円形度、灰分量の群から選ばれる1つ以上の特性を示す。
(2-3-2-12) Secondary material mixing
The sub-material mixing means that two or more types of carbonaceous materials having different properties are contained in the negative electrode and / or the negative electrode active material. The properties referred to here are selected from the group consisting of X-ray diffraction parameters, median diameter, aspect ratio, BET specific surface area, orientation ratio, Raman R value, tap density, true density, pore distribution, circularity, and ash content. Shows more than one characteristic.
これらの副材混合の、特に好ましい例としては、体積基準粒度分布がメジアン径を中心としたときに左右対称とならないこと、ラマンR値が異なる炭素質材料を2種以上含有していること、及びX線パラメータが異なること等が挙げられる。
副材混合の効果の1例として、天然黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛(グラファイト)、アセチレンブラック等のカーボンブラック、ニードルコークス等の無定形炭素等の炭素質材料が導電材として含有されることにより、電気抵抗を低減させることが挙げられる。
As a particularly preferred example of mixing these secondary materials, the volume-based particle size distribution is not symmetrical when centered on the median diameter, and contains two or more carbonaceous materials having different Raman R values, And X-ray parameters are different.
As an example of the effect of the auxiliary material mixing, carbonaceous materials such as graphite (natural graphite, artificial graphite and the like), carbon black such as acetylene black, and amorphous carbon such as needle coke are contained as a conductive material. Reducing electrical resistance.
副材混合として導電材を混合する場合には、1種を単独で混合してもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で混合してもよい。また、導電材の炭素質材料に対する混合比率は、通常0.1質量%以上、0.5質量%以上がこのましく、0.6質量%以上が更に好ましく、また、通常45質量%以下であり、40質量%以下が好ましい。混合比が、上記範囲を下回ると導電性向上の効果が得にくい場合がある。また、上記範囲を上回ると初期不可逆容量の増大を招く場合がある。 When mixing a conductive material as a secondary material mixture, one type may be mixed alone, or two or more types may be mixed in any combination and ratio. The mixing ratio of the conductive material to the carbonaceous material is usually 0.1% by mass or more and 0.5% by mass or more, more preferably 0.6% by mass or more, and usually 45% by mass or less. Yes, 40 mass% or less is preferable. If the mixing ratio is less than the above range, it may be difficult to obtain the effect of improving conductivity. On the other hand, exceeding the above range may increase the initial irreversible capacity.
(2−3−2−13)電極作製
電極の製造は、本発明の効果を著しく制限しない限り、公知の何れの方法を用いることができる。例えば、負極活物質に、バインダー、溶媒、必要に応じて、増粘剤、導電材、充填材等を加えてスラリーとし、これを集電体に塗布、乾燥した後にプレスすることによって形成することができる。
(2-3-2-13) Electrode production
Any known method can be used to manufacture the electrode as long as the effects of the present invention are not significantly limited. For example, it is formed by adding a binder, a solvent, and, if necessary, a thickener, a conductive material, a filler, etc. to a negative electrode active material to form a slurry, which is applied to a current collector, dried and then pressed. Can do.
電池の非水系電解液注液工程直前の段階での片面あたりの負極活物質層の厚さは、通常15μm以上であり、20μm以上が好ましく、30μm以上が更に好ましく、また、通常150μm以下であり、20μm以下が好ましく、100μm以下が更に好ましい。負極活物質の厚さが、この範囲を上回ると、非水系電解液が集電体界面付近まで浸透しにくいため、高電流密度充放電特性が低下する場合があるためである。またこの範囲を下回ると、負極活物質に対する集電体の体積比が増加し、電池の容量が減少する場合があるためである。また、負極活物質をロール成形してシート電極としてもよく、圧縮成形によりペレット電極としてもよい。 The thickness of the negative electrode active material layer per side in the stage immediately before the non-aqueous electrolyte injection process of the battery is usually 15 μm or more, preferably 20 μm or more, more preferably 30 μm or more, and usually 150 μm or less. 20 μm or less is preferable, and 100 μm or less is more preferable. This is because if the thickness of the negative electrode active material exceeds this range, the non-aqueous electrolyte solution hardly penetrates to the vicinity of the current collector interface, and thus the high current density charge / discharge characteristics may be deteriorated. Further, if the ratio is below this range, the volume ratio of the current collector to the negative electrode active material increases, and the battery capacity may decrease. Further, the negative electrode active material may be roll-formed to form a sheet electrode, or may be formed into a pellet electrode by compression molding.
(2−3−2−14)集電体
負極活物質を保持させる集電体としては、公知のものを任意に用いることができる。負極の集電体としては、例えば、銅、ニッケル、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼等の金属材料が挙げられるが、加工し易さとコストの点から特に銅が好ましい。
また、集電体の形状は、集電体が金属材料の場合は、例えば、金属箔、金属円柱、金属コイル、金属板、金属薄膜、エキスパンドメタル、パンチメタル、発泡メタル等が挙げられる。中でも、好ましくは金属薄膜、より好ましくは銅箔であり、更に好ましくは圧延法による圧延銅箔と、電解法による電解銅箔があり、どちらも集電体として用いることができる。
(2-3-2-14) Current collector
As the current collector for holding the negative electrode active material, a known material can be arbitrarily used. Examples of the current collector for the negative electrode include metal materials such as copper, nickel, stainless steel, and nickel-plated steel. Copper is particularly preferable from the viewpoint of ease of processing and cost.
In addition, the shape of the current collector may be, for example, a metal foil, a metal cylinder, a metal coil, a metal plate, a metal thin film, an expanded metal, a punch metal, a foam metal, or the like when the current collector is a metal material. Among them, a metal thin film is preferable, and a copper foil is more preferable, and a rolled copper foil by a rolling method and an electrolytic copper foil by an electrolytic method are more preferable, and both can be used as a current collector.
また、銅箔の厚さが25μmよりも薄い場合、純銅よりも強度の高い銅合金(リン青銅、チタン銅、コルソン合金、Cu−Cr−Zr合金等)を用いることができる。
圧延法により作製した銅箔からなる集電体は、銅結晶が圧延方向に並んでいるため、負極を密に丸めても、鋭角に丸めても割れにくく、小型の円筒状電池に好適に用いることができる。
In addition, when the thickness of the copper foil is less than 25 μm, a copper alloy (phosphor bronze, titanium copper, Corson alloy, Cu—Cr—Zr alloy, etc.) having higher strength than pure copper can be used.
A current collector made of a copper foil produced by a rolling method is suitable for use in a small cylindrical battery because the copper crystals are arranged in the rolling direction so that the negative electrode is hard to crack even if it is rounded sharply or rounded at an acute angle. be able to.
電解銅箔は、例えば、銅イオンが溶解された非水系電解液中に金属製のドラムを浸漬し、これを回転させながら電流を流すことにより、ドラムの表面に銅を析出させ、これを剥離して得られるものである。上記の圧延銅箔の表面に、電解法により銅を析出させていてもよい。銅箔の片面又は両面には、粗面化処理や表面処理(例えば、厚さが数nm〜1μm程度までのクロメート処理、Ti等の下地処理等)がなされていてもよい。 Electrolytic copper foil, for example, immerses a metal drum in a non-aqueous electrolyte solution in which copper ions are dissolved, and causes the copper to precipitate on the surface of the drum by flowing current while rotating it. Is obtained. Copper may be deposited on the surface of the rolled copper foil by an electrolytic method. One side or both sides of the copper foil may be subjected to a roughening treatment or a surface treatment (for example, a chromate treatment having a thickness of about several nm to 1 μm, a base treatment such as Ti).
集電体基板には、更に次のような物性が望まれる。
(2−3−2−14−1)平均表面粗さ(Ra)
JISB0601−1994に記載の方法で規定される集電体基板の負極活物質薄膜形成面の平均表面粗さ(Ra)は、特に制限されないが、通常0.05μm以上であり、0.1μm以上が好ましく、0.15μm以上が更に好ましく、また、通常1.5μm以下であり、1.3μm以下が好ましく、1.0μm以下が更に好ましい。集電体基板の平均表面粗さ(Ra)が、上記の範囲内であると、良好な充放電サイクル特性が期待できるためである。また、負極活物質薄膜との界面の面積が大きくなり、負極活物質薄膜との密着性が向上する。なお、平均表面粗さ(Ra)の上限値は特に制限されるものではないが、平均表面粗さ(Ra)が1.5μmを超えるものは電池として実用的な厚みの箔としては一般に入手しにくいため、1.5μm以下のものが通常用いられる。
The following physical properties are desired for the current collector substrate.
(2-3-2-14-1) Average surface roughness (Ra)
The average surface roughness (Ra) of the negative electrode active material thin film forming surface of the current collector substrate defined by the method described in JIS B0601-1994 is not particularly limited, but is usually 0.05 μm or more and 0.1 μm or more. Preferably, it is more preferably 0.15 μm or more, and is usually 1.5 μm or less, preferably 1.3 μm or less, and more preferably 1.0 μm or less. This is because when the average surface roughness (Ra) of the current collector substrate is within the above range, good charge / discharge cycle characteristics can be expected. Further, the area of the interface with the negative electrode active material thin film is increased, and the adhesion with the negative electrode active material thin film is improved. The upper limit value of the average surface roughness (Ra) is not particularly limited, but those having an average surface roughness (Ra) exceeding 1.5 μm are generally available as foils having a practical thickness as a battery. Since it is difficult, those of 1.5 μm or less are usually used.
(2−3−2−14−2)引張強度
引張強度とは、試験片が破断に至るまでに要した最大引張力を、試験片の断面積で割ったものである。本発明における引張強度は、JISZ2241(金属材料引張試験方法)に記載と同様な装置及び方法で測定される。
集電体基板の引張強度は、特に制限されないが、通常100N・mm−2以上であり、250N・mm−2以上が好ましく、400N・mm−2以上が更に好ましく、500N・mm−2以上が特に好ましい。引張強度は、値が高いほど好ましいが、工業的入手可能性の観点から、通常1000N・mm−2以下である。引張強度が高い集電体基板であれば、充電・放電に伴う負極活物質薄膜の膨張・収縮による集電体基板の亀裂を抑制することができ、良好なサイクル特性を得ることができる。
(2-3-2-14-2) Tensile strength
The tensile strength is obtained by dividing the maximum tensile force required until the test piece breaks by the cross-sectional area of the test piece. The tensile strength in the present invention is measured by the same apparatus and method as described in JISZ2241 (metal material tensile test method).
The tensile strength of the current collector substrate is not particularly limited, but is usually 100 N · mm −2 or more, preferably 250 N · mm −2 or more, more preferably 400 N · mm −2 or more, and 500 N · mm −2 or more. Particularly preferred. The tensile strength is preferably as high as possible, but is usually 1000 N · mm −2 or less from the viewpoint of industrial availability. If the current collector substrate has a high tensile strength, cracking of the current collector substrate due to expansion / contraction of the negative electrode active material thin film accompanying charging / discharging can be suppressed, and good cycle characteristics can be obtained.
(2−3−2−14−3)0.2%耐力
0.2%耐力とは、0.2%の塑性(永久)歪みを与えるに必要な負荷の大きさであり、この大きさの負荷を加えた後に除荷しても0.2%変形していることを意味している。0.2%耐力は、引張り強度と同様な装置及び方法で測定される。
集電体基板の0.2%耐力は、特に制限されないが、通常30N・mm−2以上、好ましくは150N・mm−2以上、特に好ましくは300N・mm−2以上が望ましい。0.2%耐値は値が高いほど好ましいが、工業的入手可能性の観点から、通常900N・mm−2以下が望ましい。0.2%耐力が高い集電体基板であれば、充電・放電に伴う負極活物質薄膜の膨張・収縮による集電体基板の塑性変形を抑制することができ、良好なサイクル特性を得ることができる。
(2-3-2-14-3) 0.2% yield strength
The 0.2% proof stress is the magnitude of the load necessary to give a plastic (permanent) strain of 0.2%. It means that The 0.2% yield strength is measured with the same equipment and method as the tensile strength.
The 0.2% proof stress of the current collector substrate is not particularly limited, but is usually 30 N · mm −2 or more, preferably 150 N · mm −2 or more, particularly preferably 300 N · mm −2 or more. The 0.2% resistance value is preferably as high as possible, but 900 N · mm −2 or less is usually desirable from the viewpoint of industrial availability. If the current collector substrate has a high 0.2% proof stress, plastic deformation of the current collector substrate due to expansion / contraction of the negative electrode active material thin film accompanying charging / discharging can be suppressed, and good cycle characteristics can be obtained. Can do.
(2−3−2−14−4)集電体の厚さ
集電体の厚さは任意であるが、通常1μm以上であり、3μm以上が好ましく、5μm以上が更に好ましく、また、通常1mm以下であり、100μm以下が好ましく、50μ
m以下が更に好ましい。金属皮膜の厚さが、1μmより薄くなると、強度が低下するため塗布が困難となる場合がある。また、100μmより厚くなると、捲回等の電極の形を変形させる場合がある。なお、集電体は、メッシュ状でもよい。
(2-3-2-14-4) Thickness of current collector
The thickness of the current collector is arbitrary, but is usually 1 μm or more, preferably 3 μm or more, more preferably 5 μm or more, and usually 1 mm or less, preferably 100 μm or less, 50 μm
m or less is more preferable. If the thickness of the metal film is less than 1 μm, the strength may be reduced, making application difficult. Moreover, when it becomes thicker than 100 micrometers, the shape of electrodes, such as winding, may be changed. The current collector may be mesh.
(2−3−2−15)集電体と負極活物質層の厚さの比
集電体と負極活物質層の厚さの比は特には限定されないが、「(非水系電解液注液直前の片面の負極活物質層厚さ)/(集電体の厚さ)」の値が、150以下が好ましく、20以下が更に好ましく、10以下が特に好ましく、また、0.1以上が好ましく、0.4以上が更に好ましく、1以上が特に好ましい。
集電体と負極活物質層の厚さの比が、上記範囲を上回ると、高電流密度充放電時に集電体がジュール熱による発熱を生じる場合がある。また、上記範囲を下回ると、負極活物質に対する集電体の体積比が増加し、電池の容量が減少する場合がある。
(2-3-2-15) Ratio of thickness of current collector and negative electrode active material layer
The thickness ratio between the current collector and the negative electrode active material layer is not particularly limited, but “(Negative electrode active material layer thickness just before non-aqueous electrolyte injection) / (current collector thickness)” The value is preferably 150 or less, more preferably 20 or less, particularly preferably 10 or less, more preferably 0.1 or more, still more preferably 0.4 or more, and particularly preferably 1 or more.
When the ratio of the thickness of the current collector to the negative electrode active material layer exceeds the above range, the current collector may generate heat due to Joule heat during high current density charge / discharge. On the other hand, below the above range, the volume ratio of the current collector to the negative electrode active material increases, and the battery capacity may decrease.
(2−3−2−16)電極密度
負極活物質を電極化した際の電極構造は特には限定されないが、集電体上に存在している負極活物質の密度は、1g・cm−3以上が好ましく、1.2g・cm−3以上が更に好ましく、1.3g・cm−3以上が特に好ましく、また、2g・cm−3以下が好ましく、1.9g・cm−3以下がより好ましく、1.8g・cm−3以下が更に好ましく、1.7g・cm−3以下が特に好ましい。集電体上に存在している負極活物質の密度が、上記範囲を上回ると、負極活物質粒子が破壊され、初期不可逆容量の増加や、集電体/負極活物質界面付近への非水系電解液の浸透性低下による高電流密度充放電特性悪化を招く場合がある。また、上記範囲を下回ると、負極活物質間の導電性が低下し、電池抵抗が増大し、単位容積当たりの容量が低下する場合がある。
(2-3-2-16) Electrode density
The electrode structure when the negative electrode active material is converted into an electrode is not particularly limited, but the density of the negative electrode active material present on the current collector is preferably 1 g · cm −3 or more, and 1.2 g · cm −3. The above is more preferable, 1.3 g · cm −3 or more is particularly preferable, 2 g · cm −3 or less is preferable, 1.9 g · cm −3 or less is more preferable, and 1.8 g · cm −3 or less is further more preferable. It is preferably 1.7 g · cm −3 or less. When the density of the negative electrode active material existing on the current collector exceeds the above range, the negative electrode active material particles are destroyed, and the initial irreversible capacity increases or non-aqueous system near the current collector / negative electrode active material interface. There is a case where high current density charge / discharge characteristics are deteriorated due to a decrease in permeability of the electrolytic solution. On the other hand, if the amount is less than the above range, the conductivity between the negative electrode active materials decreases, the battery resistance increases, and the capacity per unit volume may decrease.
(2−3−2−17)バインダー
負極活物質を結着するバインダーとしては、非水系電解液や電極製造時に用いる溶媒に対して安定な材料であれば、特に制限されない。
具体例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリメチルメタクリレート、芳香族ポリアミド、セルロース、ニトロセルロース等の樹脂系高分子;SBR(スチレン・ブタジエンゴム)、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、フッ素ゴム、NBR(アクリロニトリル・ブタジエンゴム)、エチレン・プロピレンゴム等のゴム状高分子;スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体又はその水素添加物;EPDM(エチレン・プロピレン・ジエン三元共重合体)、スチレン・エチレン・ブタジエン・スチレン共重合体、スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体又はその水素添加物等の熱可塑性エラストマー状高分子;シンジオタクチック−1,2−ポリブタジエン、ポリ酢酸ビニル、エチレン・酢酸ビニル共重合体、プロピレン・α−オレフィン共重合体等の軟質樹脂状高分子;ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素化ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン・エチレン共重合体等のフッ素系高分子;アルカリ金属イオン(特にリチウムイオン)のイオン伝導性を有する高分子組成物等が挙げられる。これらは、1種を単独で用いても、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
(2-3-2-17) Binder
The binder for binding the negative electrode active material is not particularly limited as long as it is a material that is stable with respect to the non-aqueous electrolyte solution and the solvent used in manufacturing the electrode.
Specific examples include resin-based polymers such as polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polymethyl methacrylate, aromatic polyamide, cellulose, and nitrocellulose; SBR (styrene-butadiene rubber), isoprene rubber, butadiene rubber, fluorine rubber, NBR ( Acrylonitrile / butadiene rubber), rubbery polymers such as ethylene / propylene rubber; styrene / butadiene / styrene block copolymers or hydrogenated products thereof; EPDM (ethylene / propylene / diene terpolymer), styrene / ethylene / Thermoplastic elastomeric polymer such as butadiene / styrene copolymer, styrene / isoprene / styrene block copolymer or hydrogenated product thereof; syndiotactic-1,2-polybutadiene, polyvinyl acetate, ethylene Soft resinous polymers such as vinyl acetate copolymer and propylene / α-olefin copolymer; Fluorine-based polymers such as polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, fluorinated polyvinylidene fluoride, and polytetrafluoroethylene / ethylene copolymer Polymers: Polymer compositions having ionic conductivity of alkali metal ions (particularly lithium ions), and the like. These may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together by arbitrary combinations and ratios.
スラリーを形成するための溶媒としては、負極活物質、バインダー、並びに必要に応じて使用される増粘剤及び導電材を溶解又は分散することが可能な溶媒であれば、その種類に特に制限はなく、水系溶媒と有機系溶媒のどちらを用いてもよい。
水系溶媒の例としては水、アルコール等が挙げられ、有機系溶媒の例としてはN−メチルピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、アクリル酸メチル、ジエチルトリアミン、N,N−ジメチルアミノプロピルアミン、テトラヒドロフラン(THF)、トルエン、アセトン、ジエチルエーテル、ジメチルアセトアミド、ヘキサメチルホスファルアミド、ジメチ
ルスルフォキシド、ベンゼン、キシレン、キノリン、ピリジン、メチルナフタレン、ヘキサン等が挙げられる。
The solvent for forming the slurry is not particularly limited as long as it is a solvent capable of dissolving or dispersing the negative electrode active material, the binder, and the thickener and conductive material used as necessary. Alternatively, either an aqueous solvent or an organic solvent may be used.
Examples of the aqueous solvent include water, alcohol and the like, and examples of the organic solvent include N-methylpyrrolidone (NMP), dimethylformamide, dimethylacetamide, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, methyl acetate, methyl acrylate, diethyltriamine, N , N-dimethylaminopropylamine, tetrahydrofuran (THF), toluene, acetone, diethyl ether, dimethylacetamide, hexamethylphosphamide, dimethyl sulfoxide, benzene, xylene, quinoline, pyridine, methylnaphthalene, hexane, etc. .
特に水系溶媒を用いる場合、増粘剤に併せて分散剤等を含有させ、SBR等のラテックスを用いてスラリー化することが好ましい。なお、これらの溶媒は、1種を単独で用いても、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
負極活物質に対するバインダーの割合は、0.1質量%以上が好ましく、0.5質量%以上が更に好ましく、0.6質量%以上が特に好ましく、また、20質量%以下が好ましく、15質量%以下がより好ましく、10質量%以下が更に好ましく、8質量%以下が特に好ましい。負極活物質に対するバインダーの割合が、上記範囲を上回ると、バインダー量が電池容量に寄与しないバインダー割合が増加して、電池容量の低下を招く場合がある。また、上記範囲を下回ると、負極電極の強度低下を招く場合がある。
In particular, when an aqueous solvent is used, it is preferable to add a dispersant or the like in addition to the thickener and slurry it using a latex such as SBR. In addition, these solvents may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.
The ratio of the binder to the negative electrode active material is preferably 0.1% by mass or more, more preferably 0.5% by mass or more, particularly preferably 0.6% by mass or more, and preferably 20% by mass or less, 15% by mass. The following is more preferable, 10 mass% or less is still more preferable, and 8 mass% or less is especially preferable. When the ratio of the binder with respect to a negative electrode active material exceeds the said range, the binder ratio from which the amount of binders does not contribute to battery capacity may increase, and the fall of battery capacity may be caused. On the other hand, below the above range, the strength of the negative electrode may be reduced.
特に、SBRに代表されるゴム状高分子を主要成分に含有する場合には、負極活物質に対するバインダーの割合は、通常0.1質量%以上であり、0.5質量%以上が好ましく、0.6質量%以上が更に好ましく、また、通常5質量%以下であり、3質量%以下が好ましく、2質量%以下が更に好ましい。
また、ポリフッ化ビニリデンに代表されるフッ素系高分子を主要成分に含有する場合には負極活物質に対する割合は、通常1質量%以上であり、2質量%以上が好ましく、3質量%以上が更に好ましく、また、通常15質量%以下であり、10質量%以下が好ましく、8質量%以下が更に好ましい。
In particular, when a rubbery polymer typified by SBR is contained as a main component, the ratio of the binder to the negative electrode active material is usually 0.1% by mass or more, preferably 0.5% by mass or more, and 0 .6% by mass or more is more preferable, and is usually 5% by mass or less, preferably 3% by mass or less, and more preferably 2% by mass or less.
Moreover, when the main component contains a fluorine-based polymer typified by polyvinylidene fluoride, the ratio to the negative electrode active material is usually 1% by mass or more, preferably 2% by mass or more, and more preferably 3% by mass or more. Preferably, it is usually 15% by mass or less, preferably 10% by mass or less, and more preferably 8% by mass or less.
増粘剤は、通常、スラリーの粘度を調製するために使用される。増粘剤としては、特に制限はないが、具体的には、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、エチルセルロース、ポリビニルアルコール、酸化スターチ、リン酸化スターチ、カゼイン及びこれらの塩等が挙げられる。これらは、1種を単独で用いても、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。 A thickener is usually used to adjust the viscosity of the slurry. The thickener is not particularly limited, and specific examples include carboxymethyl cellulose, methyl cellulose, hydroxymethyl cellulose, ethyl cellulose, polyvinyl alcohol, oxidized starch, phosphorylated starch, casein, and salts thereof. These may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together by arbitrary combinations and ratios.
更に増粘剤を用いる場合には、負極活物質に対する増粘剤の割合は、通常0.1質量%以上であり、0.5質量%以上が好ましく、0.6質量%以上が更に好ましく、また、通常5質量%以下であり、3質量%以下が好ましく、2質量%以下が更に好ましい。負極活物質に対する増粘剤の割合が、上記範囲を下回ると、著しく塗布性が低下する場合がある。また、上記範囲を上回ると、負極活物質層に占める負極活物質の割合が低下し、電池の容量が低下する問題や負極活物質間の抵抗が増大する場合がある。 Furthermore, when using a thickener, the ratio of the thickener to the negative electrode active material is usually 0.1% by mass or more, preferably 0.5% by mass or more, more preferably 0.6% by mass or more, Moreover, it is 5 mass% or less normally, 3 mass% or less is preferable, and 2 mass% or less is still more preferable. When the ratio of the thickener to the negative electrode active material is less than the above range, applicability may be significantly reduced. Moreover, when it exceeds the said range, the ratio of the negative electrode active material which occupies for a negative electrode active material layer will fall, and the problem that the capacity | capacitance of a battery falls and the resistance between negative electrode active materials may increase.
(2−3−2−18)極板配向比
極板配向比は、通常0.001以上であり、0.005以上が好ましく、0.01以上が更に好ましく、また、通常0.67以下である。極板配向比が、上記範囲を下回ると、高密度充放電特性が低下する場合がある。なお、上記範囲の上限は、炭素質材料の極板配向比の理論上限値である。
(2-3-2-18) Polar plate orientation ratio
The electrode plate orientation ratio is usually 0.001 or more, preferably 0.005 or more, more preferably 0.01 or more, and usually 0.67 or less. When the electrode plate orientation ratio is below the above range, the high-density charge / discharge characteristics may be deteriorated. The upper limit of the above range is the theoretical upper limit of the electrode plate orientation ratio of the carbonaceous material.
極板配向比の測定は、目的密度にプレス後の負極電極について、X線回折により電極の負極活物質配向比を測定することによって行なう。具体的手法は特に制限されないが、標準的な方法としては、X線回折により炭素の(110)回折と(004)回折のピークを、プロファイル関数として非対称ピアソンVIIを用いてフィッティングすることによりピ
ーク分離を行ない、(110)回折と(004)回折のピークの積分強度を各々算出する。得られた積分強度から、(110)回折積分強度/(004)回折積分強度で表わされる比を算出する。該測定で算出される電極の負極活物質配向比を、本発明における炭素質材料による電極の極板配向比と定義する。
The electrode plate orientation ratio is measured by measuring the orientation ratio of the negative electrode active material of the electrode by X-ray diffraction for the negative electrode after being pressed to the target density. The specific method is not particularly limited, but as a standard method, peak separation is performed by fitting the peaks of (110) and (004) diffraction of carbon by X-ray diffraction using asymmetric Pearson VII as a profile function. The integrated intensities of the peaks of (110) diffraction and (004) diffraction are calculated. From the obtained integrated intensity, a ratio represented by (110) diffraction integrated intensity / (004) diffraction integrated intensity is calculated. The electrode negative electrode active material orientation ratio calculated by this measurement is defined as the electrode plate orientation ratio of the carbonaceous material in the present invention.
X線回折測定条件は次の通りである。なお、「2θ」は回折角を示す。
・ターゲット:Cu(Kα線)グラファイトモノクロメーター
・スリット :発散スリット=1度、受光スリット=0.1mm、散乱スリット=1度
・測定範囲、及び、ステップ角度/計測時間:
(110)面:76.5度≦2θ≦78.5度 0.01度/3秒
(004)面:53.5度≦2θ≦56.0度 0.01度/3秒
・試料調製 :硝子板に0.1mm厚さの両面テープで電極を固定
The X-ray diffraction measurement conditions are as follows. “2θ” indicates a diffraction angle.
・ Target: Cu (Kα ray) graphite monochromator
・ Slit: Diverging slit = 1 degree, Receiving slit = 0.1 mm, Scattering slit = 1 degree ・ Measurement range and step angle / measurement time:
(110) plane: 76.5 degrees ≦ 2θ ≦ 78.5 degrees 0.01 degrees / 3 seconds
(004) plane: 53.5 degrees ≦ 2θ ≦ 56.0 degrees 0.01 degrees / 3 seconds
・ Sample preparation: Electrode fixed to glass plate with double-sided tape of 0.1mm thickness
<2−3−3.金属化合物系材料、及び金属化合物系材料を用いた負極の構成、物性、調製方法>
負極活物質として用いられる金属化合物系材料としては、リチウムを吸蔵・放出可能であれば、リチウム合金を形成する単体金属若しくは合金、又はそれらの酸化物、炭化物、窒化物、珪化物、硫化物、燐化物等の化合物の何れであっても特に限定はされない。このような金属化合物としては、Ag、Al、Ba、Bi、Cu、Ga、Ge、In、Ni、P、Pb、Sb、Si、Sn、Sr、Zn等の金属を含有する化合物が挙げられる。なかでも、リチウム合金を形成する単体金属若しくは合金であることが好ましく、13族又は14族の金属・半金属元素(すなわち炭素を除く)を含む材料あることがより好ましく、更には、ケイ素(Si)、スズ(Sn)又は鉛(Pb)(以下、これら3種の元素を「特定金属元素」という場合がある)の単体金属若しくはこれら原子を含む合金、又は、それらの金属(特定金属元素)の化合物であることが好ましい。これらは、1種を単独で用いてもよく、また2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
<2-3-3. Structure, physical properties, preparation method of negative electrode using metal compound material and metal compound material>
As the metal compound material used as the negative electrode active material, if lithium can be occluded / released, a single metal or alloy that forms a lithium alloy, or oxides, carbides, nitrides, silicides, sulfides thereof, Any compound such as phosphide is not particularly limited. Examples of such metal compounds include compounds containing metals such as Ag, Al, Ba, Bi, Cu, Ga, Ge, In, Ni, P, Pb, Sb, Si, Sn, Sr, and Zn. Among these, a single metal or an alloy that forms a lithium alloy is preferable, and a material containing a group 13 or group 14 metal / metalloid element (that is, excluding carbon) is more preferable. Further, silicon (Si ), Tin (Sn) or lead (Pb) (hereinafter, these three elements may be referred to as “specific metal elements”), simple metals, alloys containing these atoms, or their metals (specific metal elements) It is preferable that it is a compound of these. These may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.
特定金属元素から選ばれる少なくとも1種の原子を有する負極活物質の例としては、何れか1種の特定金属元素の金属単体、2種以上の特定金属元素からなる合金、1種又は2種以上の特定金属元素とその他の1種又は2種以上の金属元素とからなる合金、並びに、1種又は2種以上の特定金属元素を含有する化合物、又は、その化合物の酸化物・炭化物・窒化物・珪化物・硫化物・燐化物等の複合化合物が挙げられる。負極活物質としてこれらの金属単体、合金又は金属化合物を用いることで、電池の高容量化が可能である。 Examples of the negative electrode active material having at least one kind of atom selected from the specific metal element include a single metal of any one specific metal element, an alloy composed of two or more specific metal elements, one type, or two or more types Alloys composed of the specified metal element and one or more other metal elements, and compounds containing one or more specified metal elements, or oxides, carbides and nitrides of the compounds -Complex compounds such as silicides, sulfides, and phosphides are listed. By using these simple metals, alloys or metal compounds as the negative electrode active material, the capacity of the battery can be increased.
また、これらの複合化合物が、金属単体、合金、又は非金属元素等の数種の元素と複雑に結合した化合物も例として挙げることができる。より具体的には、例えばケイ素やスズでは、これらの元素と負極として動作しない金属との合金を用いることができる。また例えばスズでは、スズとケイ素以外で負極として作用する金属と、更に負極として動作しない金属と、非金属元素との組み合わせで5〜6種の元素を含むような複雑な化合物も用いることができる。 Moreover, the compound which these complex compounds combined with several elements, such as a metal simple substance, an alloy, or a nonmetallic element, can also be mentioned as an example. More specifically, for example, in silicon and tin, an alloy of these elements and a metal that does not operate as a negative electrode can be used. In addition, for example, in the case of tin, a complex compound containing 5 to 6 kinds of elements in combination with a metal that acts as a negative electrode other than tin and silicon, a metal that does not operate as a negative electrode, and a nonmetallic element can also be used. .
これらの負極活物質の中でも、電池にしたときに単位重量当りの容量が大きいことから、何れか1種の特定金属元素の金属単体、2種以上の特定金属元素の合金、特定金属元素の酸化物や炭化物、窒化物等が好ましく、特に、ケイ素及び/又はスズの金属単体、合金、酸化物や炭化物、窒化物等が、単位重量当りの容量及び環境負荷の観点から好ましい。また、金属単体又は合金を用いるよりは単位重量当りの容量には劣るものの、サイクル特性に優れることから、ケイ素及び/又はスズを含有する以下の化合物も好ましい。
・ケイ素及び/又はスズと酸素との元素比が通常0.5以上であり、好ましくは0.7以上、更に好ましくは0.9以上、また、通常1.5以下であり、好ましくは1.3以下、更に好ましくは1.1以下の「ケイ素及び/又はスズの酸化物」。
・ケイ素及び/又はスズと窒素との元素比が通常0.5以上であり、好ましくは0.7以上、更に好ましくは0.9以上、また、通常1.5以下であり、好ましくは1.3以下、更に好ましくは1.1以下の「ケイ素及び/又はスズの窒化物」。
・ケイ素及び/又はスズと炭素との元素比が通常0.5以上であり、好ましくは0.7以上、更に好ましくは0.9以上、また、通常1.5以下であり、好ましくは1.3以下、
更に好ましくは1.1以下の「ケイ素及び/又はスズの炭化物」。
Among these negative electrode active materials, since the capacity per unit weight is large when a battery is formed, any one metal element of a specific metal element, an alloy of two or more specific metal elements, oxidation of a specific metal element In particular, silicon and / or tin metal simple substance, alloy, oxide, carbide, nitride and the like are preferable from the viewpoint of capacity per unit weight and environmental load. In addition, although the capacity per unit weight is inferior to that of a single metal or an alloy, the following compounds containing silicon and / or tin are also preferable because of excellent cycle characteristics.
The element ratio of silicon and / or tin to oxygen is usually 0.5 or more, preferably 0.7 or more, more preferably 0.9 or more, and usually 1.5 or less, preferably 1. “Oxides of silicon and / or tin” of 3 or less, more preferably 1.1 or less.
-Element ratio of silicon and / or tin and nitrogen is usually 0.5 or more, preferably 0.7 or more, more preferably 0.9 or more, and usually 1.5 or less, preferably 1. “Silicon and / or tin nitride” of 3 or less, more preferably 1.1 or less.
The elemental ratio of silicon and / or tin to carbon is usually 0.5 or more, preferably 0.7 or more, more preferably 0.9 or more, and usually 1.5 or less, preferably 1. 3 or less
More preferably 1.1 or less “silicon carbide and / or tin carbide”.
なお、上述の負極活物質は、何れか1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
本発明の非水系電解液二次電池における負極は、公知の何れの方法を用いて製造することが可能である。具体的に、負極の製造方法としては、例えば、上述の負極活物質に結着剤や導電材等を加えたものをそのままロール成型してシート電極とする方法や、圧縮成形してペレット電極とする方法も挙げられるが、通常は負極用の集電体(以下「負極集電体」という場合がある。)上に塗布法、蒸着法、スパッタ法、メッキ法等の手法により、上述の負極活物質を含有する薄膜層(負極活物質層)を形成する方法が用いられる。この場合、上述の負極活物質に結着剤、増粘剤、導電材、溶媒等を加えてスラリー状とし、これを負極集電体に塗布、乾燥した後にプレスして高密度化することにより、負極集電体上に負極活物質層を形成する。
In addition, any one of the above-described negative electrode active materials may be used alone, or two or more thereof may be used in any combination and ratio.
The negative electrode in the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention can be manufactured using any known method. Specifically, as a manufacturing method of the negative electrode, for example, a method in which a negative electrode active material added with a binder or a conductive material is roll-formed as it is to form a sheet electrode, or a compression-molded pellet electrode and The above negative electrode is usually applied to a negative electrode current collector (hereinafter also referred to as “negative electrode current collector”) by a method such as a coating method, a vapor deposition method, a sputtering method, or a plating method. A method of forming a thin film layer (negative electrode active material layer) containing an active material is used. In this case, by adding a binder, a thickener, a conductive material, a solvent, etc. to the above-mentioned negative electrode active material to form a slurry, applying this to the negative electrode current collector, drying, and pressing to increase the density A negative electrode active material layer is formed on the negative electrode current collector.
負極集電体の材質としては、鋼、銅合金、ニッケル、ニッケル合金、ステンレス等が挙げられる。これらのうち、薄膜に加工し易いという点及びコストの点から、銅箔が好ましい。
負極集電体の厚さは、通常1μm以上、好ましくは5μm以上であり、通常100μm以下、好ましくは50μm以下である。負極集電体の厚さが厚過ぎると、電池全体の容量が低下し過ぎることがあり、逆に薄過ぎると取り扱いが困難になることがあるためである。
Examples of the material of the negative electrode current collector include steel, copper alloy, nickel, nickel alloy, and stainless steel. Of these, copper foil is preferred from the viewpoint of easy processing into a thin film and cost.
The thickness of the negative electrode current collector is usually 1 μm or more, preferably 5 μm or more, and is usually 100 μm or less, preferably 50 μm or less. This is because if the thickness of the negative electrode current collector is too thick, the capacity of the entire battery may be too low, and conversely if it is too thin, handling may be difficult.
なお、表面に形成される負極活物質層との結着効果を向上させるため、これら負極集電体の表面は、予め粗面化処理しておくことが好ましい。表面の粗面化方法としては、ブラスト処理、粗面ロールによる圧延、研磨剤粒子を固着した研磨布紙、砥石、エメリバフ、鋼線等を備えたワイヤーブラシ等で集電体表面を研磨する機械的研磨法、電解研磨法、化学研磨法等が挙げられる。 In addition, in order to improve the binding effect with the negative electrode active material layer formed on the surface, the surface of these negative electrode current collectors is preferably subjected to a roughening treatment in advance. Surface roughening methods include blasting, rolling with a rough surface roll, abrasive cloth paper with abrasive particles fixed, grinding wheel, emery buff, machine that polishes the current collector surface with a wire brush equipped with steel wire, etc. Examples thereof include a mechanical polishing method, an electrolytic polishing method, and a chemical polishing method.
また、負極集電体の重量を低減させて電池の重量当たりのエネルギー密度を向上させるために、エキスパンドメタルやパンチングメタルのような穴あきタイプの負極集電体を使用することもできる。このタイプの負極集電体は、その開口率を変更することで、重量も白在に変更可能である。また、このタイプの負極集電体の両面に負極活物質層を形成させた場合、この穴を通してのリベット効果により、負極活物質層の剥離が更に起こり難くなる。しかし、開口率があまりに高くなった場合には、負極活物質層と負極集電体との接触面積が小さくなるため、かえって接着強度は低くなることがある。 Further, in order to reduce the weight of the negative electrode current collector and improve the energy density per weight of the battery, a perforated negative electrode current collector such as an expanded metal or a punching metal can be used. In this type of negative electrode current collector, the weight can be changed to white by changing the aperture ratio. Further, when a negative electrode active material layer is formed on both surfaces of this type of negative electrode current collector, the negative electrode active material layer is further less likely to peel due to the rivet effect through the hole. However, when the aperture ratio becomes too high, the contact area between the negative electrode active material layer and the negative electrode current collector becomes small, and thus the adhesive strength may be lowered.
負極活物質層を形成するためのスラリーは、通常は負極材に対して結着剤、増粘剤等を加えて作製される。なお、本明細書における「負極材」とは、負極活物質と導電材とを合わせた材料を指すものとする。
負極材中における負極活物質の含有量は、通常70質量%以上、特に75質量%以上、また、通常97質量%以下、特に95質量%以下であることが好ましい。負極活物質の含有量が少な過ぎると、得られる負極を用いた二次電池の容量が不足する傾向があり、多過ぎると相対的に結着剤等の含有量が不足することにより、得られる負極の強度が不足する傾向にあるためである。なお、2以上の負極活物質を併用する場合には、負極活物質の合計量が上記範囲を満たすようにすればよい。
The slurry for forming the negative electrode active material layer is usually prepared by adding a binder, a thickener and the like to the negative electrode material. In addition, the “negative electrode material” in this specification refers to a material in which a negative electrode active material and a conductive material are combined.
The content of the negative electrode active material in the negative electrode material is usually 70% by mass or more, particularly 75% by mass or more, and usually 97% by mass or less, particularly preferably 95% by mass or less. If the content of the negative electrode active material is too small, the capacity of the secondary battery using the obtained negative electrode tends to be insufficient. This is because the strength of the negative electrode tends to be insufficient. When two or more negative electrode active materials are used in combination, the total amount of the negative electrode active materials may be set to satisfy the above range.
負極に用いられる導電材としては、銅やニッケル等の金属材料;黒鉛、カーボンブラック等の炭素材料等が挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。特に、導電材として炭素材料を用いると、炭素材料が活物質としても作用するため好ましい。負極材中における導電材の含有量は、通常3
質量%以上、特に5質量%以上、また、通常30質量%以下、特に25質量%以下であることが好ましい。導電材の含有量が少な過ぎると導電性が不足する傾向があり、多過ぎると相対的に負極活物質等の含有量が不足することにより、電池容量や強度が低下する傾向となるためである。なお、2以上の導電材を併用する場合には、導電材の合計量が上記範囲を満たすようにすればよい。
Examples of the conductive material used for the negative electrode include metal materials such as copper and nickel; carbon materials such as graphite and carbon black. These may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio. In particular, it is preferable to use a carbon material as the conductive material because the carbon material acts as an active material. The content of the conductive material in the negative electrode material is usually 3
It is preferably at least 5% by mass, particularly at least 5% by mass, usually at most 30% by mass, particularly at most 25% by mass. When the content of the conductive material is too small, the conductivity tends to be insufficient. When the content is too large, the content of the negative electrode active material or the like is relatively insufficient, which tends to decrease the battery capacity and strength. . Note that when two or more conductive materials are used in combination, the total amount of the conductive materials may satisfy the above range.
負極に用いられる結着剤としては、電極製造時に使用する溶媒や電解液に対して安全な材料であれば、任意のものを使用することができる。例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、スチレン・ブタジエンゴム・イソプレンゴム、ブタジエンゴム、エチレン−アクリル酸共重合体、エチレン・メタクリル酸共重合体等が挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。結着剤の含有量は、負極材100重量部に対して通常0.5重量部以上、特に1重量部以上、また、通常10重量部以下、特に8重量部以下であることが好ましい。結着剤の含有量が少な過ぎると得られる負極の強度が不足する傾向があり、多過ぎると相対的に負極活物質等の含有量が不足することにより、電池容量や導電性が不足する傾向となるためである。なお、2以上の結着剤を併用する場合には、結着剤の合計量が上記範囲を満たすようにすればよい。 As the binder used for the negative electrode, any material can be used as long as it is a material safe with respect to the solvent and the electrolytic solution used at the time of producing the electrode. Examples thereof include polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, styrene / butadiene rubber / isoprene rubber, butadiene rubber, ethylene-acrylic acid copolymer, and ethylene / methacrylic acid copolymer. These may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio. The content of the binder is usually 0.5 parts by weight or more, particularly 1 part by weight or more, and usually 10 parts by weight or less, particularly 8 parts by weight or less, with respect to 100 parts by weight of the negative electrode material. When the content of the binder is too small, the strength of the obtained negative electrode tends to be insufficient. When the content is too large, the content of the negative electrode active material and the like is relatively insufficient, and thus the battery capacity and conductivity tend to be insufficient. It is because it becomes. In addition, when using two or more binders together, what is necessary is just to make it the total amount of a binder satisfy | fill the said range.
負極に用いられる増粘剤としては、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、エチルセルロース、ポリビニルアルコール、酸化スターチ、リン酸化スターチ、カゼイン等が挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。増粘剤は必要に応じて使用すればよいが、使用する場合には、負極活物質層中における増粘剤の含有量が通常0.5質量%以上、5質量%以下の範囲で用いることが好ましい。 Examples of the thickener used for the negative electrode include carboxymethyl cellulose, methyl cellulose, hydroxymethyl cellulose, ethyl cellulose, polyvinyl alcohol, oxidized starch, phosphorylated starch, and casein. These may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio. The thickener may be used as necessary, but when used, the thickener content in the negative electrode active material layer is usually in the range of 0.5% by mass or more and 5% by mass or less. Is preferred.
負極活物質層を形成するためのスラリーは、上記負極活物質に、必要に応じて導電材や結着剤、増粘剤を混合し、水系溶媒又は有機溶媒を分散媒として用いて調製される。水系溶媒としては、通常は水が用いられるが、エタノール等のアルコール類やN−メチルピロリドン等の環状アミド類等の水以外の溶媒を、水に対して30質量%以下程度の割合で併用することもできる。また、有機溶媒としては、通常、N−メチルピロリドン等の環状アミド類、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド等の直鎖状アミド類、アニソール、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類、ブタノール、シクロヘキサノール等のアルコール類が挙げられ、中でも、N−メチルピロリドン等の環状アミド類、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド等の直鎖状アミド類等が好ましい。なお、これらは何れか1種を単独で使用してもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。 The slurry for forming the negative electrode active material layer is prepared by mixing the negative electrode active material with a conductive material, a binder, or a thickener as necessary, and using an aqueous solvent or an organic solvent as a dispersion medium. . As the aqueous solvent, water is usually used, but a solvent other than water such as alcohols such as ethanol or cyclic amides such as N-methylpyrrolidone is used in combination at a ratio of about 30% by mass or less with respect to water. You can also. As the organic solvent, usually, cyclic amides such as N-methylpyrrolidone, linear amides such as N, N-dimethylformamide and N, N-dimethylacetamide, and aromatic carbonization such as anisole, toluene and xylene Examples thereof include alcohols such as hydrogens, butanol and cyclohexanol, among which cyclic amides such as N-methylpyrrolidone, linear amides such as N, N-dimethylformamide and N, N-dimethylacetamide are preferable. . Any one of these may be used alone, or two or more may be used in any combination and ratio.
スラリーの粘度は、集電体上に塗布することが可能な粘度であれば、特に制限されない。塗布が可能な粘度となるように、スラリーの調製時に溶媒の使用量等を変えて、適宜調製すればよい。
得られたスラリーを上述の負極集電体上に塗布し、乾燥した後、プレスすることにより、負極活物質層が形成される。塗布の手法は特に制限されず、それ自体既知の方法を用いることができる。乾燥の手法も特に制限されず、自然乾燥、加熱乾燥、減圧乾燥等の公知の手法を用いることができる。
The viscosity of the slurry is not particularly limited as long as it is a viscosity that can be applied onto the current collector. What is necessary is just to prepare suitably by changing the usage-amount of a solvent etc. at the time of preparation of a slurry so that it may become the viscosity which can be apply | coated.
The obtained slurry is applied onto the above-described negative electrode current collector, dried, and then pressed to form a negative electrode active material layer. The method of application is not particularly limited, and a method known per se can be used. The drying method is not particularly limited, and a known method such as natural drying, heat drying, or reduced pressure drying can be used.
上記手法により負極活物質を電極化した際の電極構造は特には限定されないが、集電体上に存在している活物質の密度は、1g・cm−3以上が好ましく、1.2g・cm−3以上が更に好ましく、1.3g・cm−3以上が特に好ましく、また、2g・cm−3以下が好ましく、1.9g・cm−3以下がより好ましく、1.8g・cm−3以下が更に好ましく、1.7g・cm−3以下が特に好ましい。 The electrode structure when the negative electrode active material is made into an electrode by the above method is not particularly limited, but the density of the active material present on the current collector is preferably 1 g · cm −3 or more, and 1.2 g · cm −3 or more is more preferable, 1.3 g · cm −3 or more is particularly preferable, 2 g · cm −3 or less is preferable, 1.9 g · cm −3 or less is more preferable, and 1.8 g · cm −3 or less is preferable. Is more preferable, and 1.7 g · cm −3 or less is particularly preferable.
集電体上に存在している活物質の密度が、上記範囲を上回ると、活物質粒子が破壊され、初期不可逆容量の増加や、集電体/活物質界面付近への非水系電解液の浸透性低下による高電流密度充放電特性悪化を招く場合がある。また、上記範囲を下回ると、活物質間の導電性が低下し、電池抵抗が増大し、単位容積当たりの容量が低下する場合がある。
<2−3−4.リチウム含有金属複合酸化物材料、及びリチウム含有金属複合酸化物材料を用いた負極の構成、物性、調製方法>
負極活物質として用いられるリチウム含有金属複合酸化物材料としては、リチウムを吸蔵・放出可能であれば特に限定はされないが、チタンを含むリチウム含有複合金属酸化物材料が好ましく、リチウムとチタンの複合酸化物(以下、「リチウムチタン複合酸化物」と略記する)が特に好ましい。すなわち、スピネル構造を有するリチウムチタン複合酸化物を、非水系電解液二次電池用負極活物質に含有させて用いると、出力抵抗が大きく低減するので特に好ましい。
If the density of the active material present on the current collector exceeds the above range, the active material particles are destroyed, the initial irreversible capacity increases, and the non-aqueous electrolyte solution near the current collector / active material interface There is a case where high current density charge / discharge characteristics are deteriorated due to a decrease in permeability. On the other hand, below the above range, the conductivity between the active materials may be reduced, the battery resistance may be increased, and the capacity per unit volume may be reduced.
<2-3-4. Lithium-containing metal composite oxide material, and negative electrode configuration, physical properties, and preparation method using lithium-containing metal composite oxide material>
The lithium-containing metal composite oxide material used as the negative electrode active material is not particularly limited as long as it can occlude and release lithium, but lithium-containing composite metal oxide materials containing titanium are preferable, and lithium and titanium composite oxidation (Hereinafter abbreviated as “lithium titanium composite oxide”) is particularly preferable. That is, it is particularly preferable to use a lithium titanium composite oxide having a spinel structure in a negative electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery because the output resistance is greatly reduced.
また、リチウムチタン複合酸化物のリチウムやチタンが、他の金属元素、例えば、Na、K、Co、Al、Fe、Ti、Mg、Cr、Ga、Cu、Zn及びNbからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素で置換されているものも好ましい。
上記金属酸化物が、一般式(3)で表されるリチウムチタン複合酸化物であり、一般式(3)中、0.7≦x≦1.5、1.5≦y≦2.3、0≦z≦1.6であることが、リチウムイオンのドープ・脱ドープの際の構造が安定であることから好ましい。
In addition, lithium or titanium of the lithium titanium composite oxide is at least selected from the group consisting of other metal elements such as Na, K, Co, Al, Fe, Ti, Mg, Cr, Ga, Cu, Zn, and Nb. Those substituted with one element are also preferred.
The metal oxide is a lithium titanium composite oxide represented by the general formula (3). In the general formula (3), 0.7 ≦ x ≦ 1.5, 1.5 ≦ y ≦ 2.3, It is preferable that 0 ≦ z ≦ 1.6 because the structure upon doping and dedoping of lithium ions is stable.
LixTiyMzO4 (3)
[一般式(3)中、Mは、Na、K、Co、Al、Fe、Ti、Mg、Cr、Ga、Cu、Zn及びNbからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を表わす。]
上記の一般式(3)で表される組成の中でも、
(a)1.2≦x≦1.4、1.5≦y≦1.7、z=0
(b)0.9≦x≦1.1、1.9≦y≦2.1、z=0
(c)0.7≦x≦0.9、2.1≦y≦2.3、z=0
の構造が、電池性能のバランスが良好なため特に好ましい。
LixTiyMzO4 (3)
[In General Formula (3), M represents at least one element selected from the group consisting of Na, K, Co, Al, Fe, Ti, Mg, Cr, Ga, Cu, Zn, and Nb. ]
Among the compositions represented by the general formula (3),
(A) 1.2 ≦ x ≦ 1.4, 1.5 ≦ y ≦ 1.7, z = 0
(B) 0.9 ≦ x ≦ 1.1, 1.9 ≦ y ≦ 2.1, z = 0
(C) 0.7 ≦ x ≦ 0.9, 2.1 ≦ y ≦ 2.3, z = 0
This structure is particularly preferable because the battery performance is well balanced.
上記化合物の特に好ましい代表的な組成は、(a)ではLi4/3Ti5/3O4、(b)ではLi1Ti2O4、(c)ではLi4/5Ti11/5O4である。また、Z≠0の構造については、例えば、Li4/3Ti4/3Al1/3O4が好ましいものとして挙げられる。
本発明における負極活物質としてのリチウムチタン複合酸化物は、上記した要件に加えて、更に、下記の(2−3−4−1)〜(2−3−4−13)に示した物性及び形状等の特徴の内、少なくとも1種を満たしていることが好ましく、2種以上を同時に満たすことが特に好ましい。
Particularly preferred representative compositions of the above compounds are Li4 / 3Ti5 / 3O4 in (a), Li1Ti2O4 in (b), and Li4 / 5Ti11 / 5O4 in (c). As for the structure of Z ≠ 0, for example, Li4 / 3Ti4 / 3Al1 / 3O4 is preferable.
In addition to the above-described requirements, the lithium titanium composite oxide as the negative electrode active material in the present invention further has the physical properties and the following (2-3-4-1) to (2-3-4-13) It is preferable to satisfy at least one of the features such as the shape, and it is particularly preferable to satisfy two or more at the same time.
(2−3−4−1)BET比表面積
負極活物質として用いられるリチウムチタン複合酸化物のBET比表面積は、BET法を用いて測定した比表面積の値が、0.5m2・g−1以上が好ましく、0.7m2・g−1以上がより好ましく、1.0m2・g−1以上が更に好ましく、1.5m2・g−1以上が特に好ましく、また、200m2・g−1以下が好ましく、100m2・g−1以下がより好ましく、50m2・g−1以下が更に好ましく、25m2・g−1以下が特に好ましい。
(2-3-4-1) BET specific surface area
As for the BET specific surface area of the lithium titanium composite oxide used as the negative electrode active material, the value of the specific surface area measured using the BET method is preferably 0.5 m 2 · g −1 or more, more preferably 0.7 m 2 · g −1 or more. More preferably, 1.0 m2 · g-1 or more is further preferable, 1.5 m2 · g-1 or more is particularly preferable, 200 m2 · g-1 or less is preferable, 100 m2 · g-1 or less is more preferable, and 50 m2 · g-1 or less is further preferable, and 25 m2 · g-1 or less is particularly preferable.
BET比表面積が、上記範囲を下回ると、負極材料として用いた場合の非水系電解液と接する反応面積が減少し、出力抵抗が増加する場合がある。一方、上記範囲を上回ると、チタンを含有する金属酸化物の結晶の表面や端面の部分が増加し、また、これに起因して
、結晶の歪も生じるため、不可逆容量が無視できなくなり、好ましい電池が得られにくい場合がある。
When the BET specific surface area is less than the above range, the reaction area in contact with the non-aqueous electrolyte when used as the negative electrode material may decrease, and the output resistance may increase. On the other hand, if it exceeds the above range, the surface of the metal oxide crystal containing titanium and the portion of the end face increase, and due to this, crystal distortion also occurs, irreversible capacity cannot be ignored, which is preferable It may be difficult to obtain a battery.
BET法による比表面積の測定は、表面積計(大倉理研製全自動表面積測定装置)を用いて、試料に対して窒素流通下350℃で15分間、予備乾燥を行なった後、大気圧に対する窒素の相対圧の値が0.3となるように正確に調整した窒素ヘリウム混合ガスを用いて、ガス流動法による窒素吸着BET1点法によって行なう。該測定で求められる比表面積を、本発明におけるリチウムチタン複合酸化物のBET比表面積と定義する。 The specific surface area was measured by the BET method using a surface area meter (a fully automated surface area measuring device manufactured by Okura Riken), preliminarily drying the sample at 350 ° C. for 15 minutes under nitrogen flow, Using a nitrogen helium mixed gas accurately adjusted so that the value of the relative pressure becomes 0.3, the nitrogen adsorption BET one-point method by the gas flow method is used. The specific surface area determined by the measurement is defined as the BET specific surface area of the lithium titanium composite oxide in the present invention.
(2−3−4−2)体積基準平均粒径
リチウムチタン複合酸化物の体積基準平均粒径(一次粒子が凝集して二次粒子を形成している場合には二次粒子径)は、レーザー回折・散乱法により求めた体積基準の平均粒径(メジアン径)で定義される。
リチウムチタン複合酸化物の体積基準平均粒径は、通常0.1μm以上であり、0.5μm以上が好ましく、0.7μm以上が更に好ましく、また、通常50μm以下であり、40μm以下が好ましく、30μm以下が更に好ましく、25μm以下が特に好ましい。
(2-3-4-2) Volume-based average particle diameter
The volume-based average particle diameter of lithium-titanium composite oxide (secondary particle diameter when primary particles are aggregated to form secondary particles) is the volume-based average particle diameter determined by the laser diffraction / scattering method. (Median diameter).
The volume-based average particle size of the lithium titanium composite oxide is usually 0.1 μm or more, preferably 0.5 μm or more, more preferably 0.7 μm or more, and usually 50 μm or less, preferably 40 μm or less, 30 μm. The following is more preferable, and 25 μm or less is particularly preferable.
体積基準平均粒径の測定は、界面活性剤であるポリオキシエチレン(20)ソルビタンモノラウレートの0.2質量%水溶液(10mL)に炭素粉末を分散させて、レーザー回折・散乱式粒度分布計(堀場製作所社製LA−700)を用いて行なう。該測定で求められるメジアン径を、本発明における炭素質材料の体積基準平均粒径と定義する。
リチウムチタン複合酸化物の体積平均粒径が、上記範囲を下回ると、電極作製時に多量の結着剤が必要となり、結果的に電池容量が低下する場合がある。また、上記範囲を上回ると、電極極板化時に、不均一な塗面になりやすく、電池製作工程上望ましくない場合がある。
The volume-based average particle size is measured by dispersing a carbon powder in a 0.2% by mass aqueous solution (10 mL) of polyoxyethylene (20) sorbitan monolaurate, which is a surfactant, and a laser diffraction / scattering particle size distribution analyzer. (LA-700 manufactured by Horiba Ltd.) is used. The median diameter determined by the measurement is defined as the volume-based average particle diameter of the carbonaceous material in the present invention.
When the volume average particle size of the lithium titanium composite oxide is below the above range, a large amount of binder is required at the time of producing the electrode, and as a result, the battery capacity may be reduced. On the other hand, if it exceeds the above range, an uneven coating surface tends to be formed when forming an electrode plate, which may be undesirable in the battery manufacturing process.
(2−3−4−3)平均一次粒子径
一次粒子が凝集して二次粒子を形成している場合においては、リチウムチタン複合酸化物の平均一次粒子径が、通常0.01μm以上であり、0.05μm以上が好ましく、0.1μm以上が更に好ましく、0.2μm以上が特に好ましく、また、通常2μm以下であり、1.6μm以下が好ましく、1.3μm以下が更に好ましく、1μm以下が特に好ましい。体積基準平均一次粒子径が、上記範囲を上回ると、球状の二次粒子を形成し難く、粉体充填性に悪影響を及ぼしたり、比表面積が大きく低下したりするために、出力特性等の電池性能が低下する可能性が高くなる場合がある。また、上記範囲を下回ると、通常、結晶が未発達になるために充放電の可逆性が劣る等、二次電池の性能を低下させる場合がある。
(2-3-4-3) Average primary particle size
In the case where primary particles are aggregated to form secondary particles, the average primary particle diameter of the lithium titanium composite oxide is usually 0.01 μm or more, preferably 0.05 μm or more, and preferably 0.1 μm or more. More preferably, it is particularly preferably 0.2 μm or more, and is usually 2 μm or less, preferably 1.6 μm or less, more preferably 1.3 μm or less, and particularly preferably 1 μm or less. If the volume-based average primary particle diameter exceeds the above range, it is difficult to form spherical secondary particles, which adversely affects the powder packing property and the specific surface area greatly decreases. There is a possibility that performance is likely to deteriorate. On the other hand, below the above range, there are cases where the performance of the secondary battery is lowered, for example, reversibility of charge / discharge is inferior because crystals are underdeveloped.
なお、一次粒子径は、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いた観察により測定される。具体的には、粒子が確認できる倍率、例えば10000〜100000倍の倍率の写真で、水平方向の直線に対する一次粒子の左右の境界線による切片の最長の値を、任意の50個の一次粒子について求め、平均値をとることにより求められる。 The primary particle diameter is measured by observation using a scanning electron microscope (SEM). Specifically, in a photograph at a magnification at which particles can be confirmed, for example, a magnification of 10,000 to 100,000 times, the longest value of the intercept by the left and right boundary lines of the primary particles with respect to the horizontal straight line is determined for any 50 primary particles. Obtained and obtained by taking an average value.
(2−3−4−4)形状
リチウムチタン複合酸化物の粒子の形状は、従来用いられるような、塊状、多面体状、球状、楕円球状、板状、針状、柱状等が用いられるが、中でも一次粒子が凝集して、二次粒子を形成して成り、その二次粒子の形状が球状ないし楕円球状であるものが好ましい。
通常、電気化学素子はその充放電に伴い、電極中の活物質が膨張収縮をするため、そのストレスによる活物質の破壊や導電パス切れ等の劣化がおきやすい。そのため一次粒子のみの単一粒子の活物質であるよりも、一次粒子が凝集して、二次粒子を形成したものである方が膨張収縮のストレスを緩和して、劣化を防ぐためである。
また、板状等軸配向性の粒子であるよりも、球状又は楕円球状の粒子の方が、電極の成形時の配向が少ないため、充放電時の電極の膨張収縮も少なく、また電極を作製する際の導電材との混合においても、均一に混合されやすいため好ましい。
(2-3-4-4) Shape
As for the shape of the lithium titanium composite oxide particles, a lump shape, a polyhedron shape, a sphere shape, an oval sphere shape, a plate shape, a needle shape, a column shape, etc., which are conventionally used, are used. It is preferably formed by forming particles, and the shape of the secondary particles is spherical or elliptical.
In general, an electrochemical element expands and contracts as the active material in the electrode expands and contracts as it is charged and discharged. Therefore, the active material is easily damaged due to the stress or the conductive path is broken. Therefore, the primary particles are aggregated to form secondary particles rather than a single particle active material composed of only primary particles, so that the expansion and contraction stress is relieved and deterioration is prevented.
In addition, spherical or oval spherical particles are less oriented during molding of the electrode than plate-like equiaxed particles, so there is less expansion and contraction of the electrode during charge and discharge, and an electrode is produced. The mixing with the conductive material is also preferable because it can be easily mixed uniformly.
(2−3−4−5)タップ密度
リチウムチタン複合酸化物のタップ密度は、0.05g・cm−3以上が好ましく、0.1g・cm−3以上がより好ましく、0.2g・cm−3以上が更に好ましく、0.4g・cm−3以上が特に好ましく、また、2.8g・cm−3以下が好ましく、2.4g・cm−3以下が更に好ましく、2g・cm−3以下が特に好ましい。タップ密度が、上記範囲を下回ると、負極として用いた場合に充填密度が上がり難く、また粒子間の接触面積が減少するため、粒子間の抵抗が増加し、出力抵抗が増加する場合がある。また、上記範囲を上回ると、電極中の粒子間の空隙が少なくなり過ぎ、非水系電解液の流路が減少することで、出力抵抗が増加する場合がある。
(2-3-4-5) Tap density
The tap density of the lithium titanium composite oxide is preferably 0.05 g · cm −3 or more, more preferably 0.1 g · cm −3 or more, still more preferably 0.2 g · cm −3 or more, and 0.4 g · cm. -3 or more is particularly preferable, 2.8 g · cm −3 or less is preferable, 2.4 g · cm −3 or less is further preferable, and 2 g · cm −3 or less is particularly preferable. When the tap density is less than the above range, the packing density is difficult to increase when used as a negative electrode, and the contact area between particles decreases, so that the resistance between particles increases and the output resistance may increase. On the other hand, if the above range is exceeded, the voids between the particles in the electrode may become too small, and the output resistance may increase due to a decrease in the flow path of the non-aqueous electrolyte solution.
タップ密度の測定は、目開き300μmの篩を通過させて、20cm3のタッピングセルに試料を落下させてセルの上端面まで試料を満たした後、粉体密度測定器(例えば、セイシン企業社製タップデンサー)を用いて、ストローク長10mmのタッピングを1000回行なって、その時の体積と試料の重量から密度を算出する。該測定で算出されるタップ密度を、本発明におけるリチウムチタン複合酸化物のタップ密度として定義する。 The tap density is measured by passing a sieve having a mesh opening of 300 μm, dropping the sample onto a 20 cm 3 tapping cell and filling the sample to the upper end surface of the cell, and then measuring a powder density measuring instrument (for example, a tap manufactured by Seishin Enterprise Co., Ltd.). Density) is used to perform tapping with a stroke length of 10 mm 1000 times, and the density is calculated from the volume at that time and the weight of the sample. The tap density calculated by the measurement is defined as the tap density of the lithium titanium composite oxide in the present invention.
(2−3−4−6)円形度
リチウムチタン複合酸化物の球形の程度として、円形度を測定した場合、以下の範囲に収まることが好ましい。円形度は、「円形度=(粒子投影形状と同じ面積を持つ相当円の周囲長)/(粒子投影形状の実際の周囲長)」で定義され、円形度が1のときに理論的真球となる。
(2-3-4-6) Circularity
When the circularity of the lithium titanium composite oxide is measured as a sphere, it is preferably within the following range. The circularity is defined as “circularity = (peripheral length of an equivalent circle having the same area as the particle projection shape) / (actual perimeter of the particle projection shape)”. It becomes.
リチウムチタン複合酸化物の円形度は、1に近いほど好ましく、通常0.10以上であり、0.80以上が好ましく、0.85以上が更に好ましく、0.90以上が特に好ましい。高電流密度充放電特性は、円形度が大きいほどが向上する。従って、円形度が上記範囲を下回ると、負極活物質の充填性が低下し、粒子間の抵抗が増大して、短時間高電流密度充放電特性が低下する場合がある。 The circularity of the lithium-titanium composite oxide is preferably as close to 1, and is usually 0.10 or more, preferably 0.80 or more, more preferably 0.85 or more, and particularly preferably 0.90 or more. High current density charge / discharge characteristics improve as the circularity increases. Therefore, when the circularity is less than the above range, the filling property of the negative electrode active material is lowered, the resistance between particles is increased, and the high current density charge / discharge characteristics may be lowered for a short time.
円形度の測定は、フロー式粒子像分析装置(シスメックス社製FPIA)を用いて行なう。試料約0.2gを、界面活性剤であるポリオキシエチレン(20)ソルビタンモノラウレートの0.2質量%水溶液(約50mL)に分散させ、28kHzの超音波を出力60Wで1分間照射した後、検出範囲を0.6〜400μmに指定し、粒径が3〜40μmの範囲の粒子について測定する。該測定で求められる円形度を、本発明におけるリチウムチタン複合酸化物の円形度と定義する。 The circularity is measured using a flow type particle image analyzer (FPIA manufactured by Sysmex Corporation). About 0.2 g of a sample was dispersed in a 0.2% by mass aqueous solution (about 50 mL) of polyoxyethylene (20) sorbitan monolaurate as a surfactant, and irradiated with 28 kHz ultrasonic waves at an output of 60 W for 1 minute. The detection range is specified as 0.6 to 400 μm, and the particle size is measured in the range of 3 to 40 μm. The circularity obtained by the measurement is defined as the circularity of the lithium titanium composite oxide in the present invention.
(2−3−4−7)アスペクト比
リチウムチタン複合酸化物のアスペクト比は、通常1以上、また、通常5以下であり、4以下が好ましく、3以下が更に好ましく、2以下が特に好ましい。アスペクト比が、上記範囲を上回ると、極板化時にスジ引きや、均一な塗布面が得られず、短時間高電流密度充放電特性が低下する場合がある。なお、上記範囲の下限は、リチウムチタン複合酸化物のアスペクト比の理論下限値である。
(2-3-4-7) Aspect ratio
The aspect ratio of the lithium titanium composite oxide is usually 1 or more and usually 5 or less, preferably 4 or less, more preferably 3 or less, and particularly preferably 2 or less. If the aspect ratio exceeds the above range, streaking or a uniform coated surface cannot be obtained when forming an electrode plate, and high current density charge / discharge characteristics may be deteriorated for a short time. The lower limit of the above range is the theoretical lower limit value of the aspect ratio of the lithium titanium composite oxide.
アスペクト比の測定は、リチウムチタン複合酸化物の粒子を走査型電子顕微鏡で拡大観察して行なう。厚さ50μm以下の金属の端面に固定した任意の50個の粒子を選択し、それぞれについて試料が固定されているステージを回転、傾斜させて、3次元的に観察した時の粒子の最長となる径Aと、それと直交する最短となる径Bを測定し、A/Bの平均
値を求める。該測定で求められるアスペクト比(A/B)を、本発明におけるリチウムチタン複合酸化物のアスペクト比と定義する。
The aspect ratio is measured by magnifying and observing lithium titanium composite oxide particles with a scanning electron microscope. Arbitrary 50 particles fixed to the end face of a metal having a thickness of 50 μm or less are selected, and the stage on which the sample is fixed is rotated and tilted for each, and the maximum particle size is obtained when three-dimensionally observed. The diameter A and the shortest diameter B perpendicular to it are measured, and the average value of A / B is obtained. The aspect ratio (A / B) determined by the measurement is defined as the aspect ratio of the lithium titanium composite oxide in the present invention.
(2−3−4−8)負極活物質の製造法
リチウムチタン複合酸化物の製造法としては、本発明の要旨を超えない範囲で特には制限されないが、いくつかの方法が挙げられ、無機化合物の製造法として一般的な方法が用いられる。
例えば、酸化チタン等のチタン原料物質と、必要に応じ他の元素の原料物質とLiOH、Li2CO3、LiNO3等のLi源を均一に混合し、高温で焼成して活物質を得る方法が挙げられる。
(2-3-4-8) Production method of negative electrode active material
Although it does not restrict | limit especially as a manufacturing method of lithium titanium complex oxide in the range which does not exceed the summary of this invention, Several methods are mentioned, A general method is used as a manufacturing method of an inorganic compound.
For example, a titanium raw material such as titanium oxide and a raw material of another element and a Li source such as LiOH, Li 2 CO 3, or LiNO 3 as necessary are uniformly mixed and fired at a high temperature to obtain an active material.
特に球状又は楕円球状の活物質を作成するには種々の方法が考えられる。一例として、酸化チタン等のチタン原料物質と、必要に応じ他の元素の原料物質を水等の溶媒中に溶解ないし粉砕分散して、攪拌をしながらpHを調節して球状の前駆体を作成回収し、これを必要に応じて乾燥した後、LiOH、Li2CO3、LiNO3等のLi源を加えて高温で焼成して活物質を得る方法が挙げられる。 In particular, various methods are conceivable for producing a spherical or elliptical active material. As an example, a titanium precursor material such as titanium oxide and, if necessary, a raw material material of another element are dissolved or pulverized and dispersed in a solvent such as water, and the pH is adjusted while stirring to create a spherical precursor. There is a method in which the active material is obtained by recovering and drying it as necessary, and then adding a Li source such as LiOH, Li2CO3, LiNO3 and the like and baking at a high temperature.
また、別の例として、酸化チタン等のチタン原料物質と、必要に応じ他の元素の原料物質を水等の溶媒中に溶解ないし粉砕分散して、それをスプレードライヤー等で乾燥成型して球状ないし楕円球状の前駆体とし、これにLiOH、Li2CO3、LiNO3等のLi源を加えて高温で焼成して活物質を得る方法が挙げられる。
更に別の方法として、酸化チタン等のチタン原料物質と、LiOH、Li2CO3、LiNO3等のLi源と、必要に応じ他の元素の原料物質とを水等の溶媒中に溶解ないし粉砕分散して、それをスプレードライヤー等で乾燥成型して球状ないし楕円球状の前駆体とし、これを高温で焼成して活物質を得る方法が挙げられる。
As another example, a titanium raw material such as titanium oxide and, if necessary, a raw material of another element are dissolved or pulverized and dispersed in a solvent such as water. Alternatively, a method of obtaining an active material by forming an elliptical precursor, adding a Li source such as LiOH, Li 2 CO 3, LiNO 3, etc. to the precursor and baking it at a high temperature may be mentioned.
Further, as another method, a titanium raw material such as titanium oxide, a Li source such as LiOH, Li2CO3, and LiNO3, and a raw material material of another element as necessary are dissolved or pulverized and dispersed in a solvent such as water. There is a method in which it is dried and molded with a spray dryer or the like to obtain a spherical or elliptical precursor, which is fired at a high temperature to obtain an active material.
また、これらの工程中に、Ti以外の元素、例えば、Al、Mn、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Li、Ni、Cu、Zn、Mg、Ga、Zr、C、Si、Sn、Agを、チタンを含有する金属酸化物構造中及び/又はチタンを含有する酸化物に接する形で存在していることも可能である。これらの元素を含有することで、電池の作動電圧、容量を制御することが可能となる。 Also, during these steps, elements other than Ti, such as Al, Mn, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Li, Ni, Cu, Zn, Mg, Ga, Zr, C, Si, Sn , Ag may be present in the metal oxide structure containing titanium and / or in contact with the oxide containing titanium. By containing these elements, the operating voltage and capacity of the battery can be controlled.
(2−3−4−9)電極作製
電極の製造は、公知の何れの方法を用いることができる。例えば、負極活物質に、バインダー、溶媒、必要に応じて、増粘剤、導電材、充填材等を加えてスラリーとし、これを集電体に塗布、乾燥した後にプレスすることによって形成することができる。
電池の非水系電解液注液工程直前の段階での片面あたりの負極活物質層の厚さは通常15μm以上、好ましくは20μm以上、より好ましくは30μm以上であり、上限は150μm以下、好ましくは120μm以下、より好ましくは100μm以下が望ましい。
(2-3-4-9) Electrode preparation
Any known method can be used to manufacture the electrode. For example, it is formed by adding a binder, a solvent, and, if necessary, a thickener, a conductive material, a filler, etc. to a negative electrode active material to form a slurry, which is applied to a current collector, dried and then pressed. Can do.
The thickness of the negative electrode active material layer per side in the stage immediately before the non-aqueous electrolyte injection process of the battery is usually 15 μm or more, preferably 20 μm or more, more preferably 30 μm or more, and the upper limit is 150 μm or less, preferably 120 μm. Below, more preferably 100 μm or less.
この範囲を上回ると、非水系電解液が集電体界面付近まで浸透しにくいため、高電流密度充放電特性が低下する場合がある。またこの範囲を下回ると、負極活物質に対する集電体の体積比が増加し、電池の容量が減少する場合がある。また、負極活物質をロール成形してシート電極としてもよく、圧縮成形によりペレット電極としてもよい。
(2−3−4−10)集電体
負極活物質を保持させる集電体としては、公知のものを任意に用いることができる。負極の集電体としては、銅、ニッケル、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼等の金属材料が挙げられ、中でも加工し易さとコストの点から特に銅が好ましい。
If it exceeds this range, the non-aqueous electrolyte solution hardly penetrates to the vicinity of the current collector interface, and thus the high current density charge / discharge characteristics may deteriorate. On the other hand, below this range, the volume ratio of the current collector to the negative electrode active material increases, and the battery capacity may decrease. Further, the negative electrode active material may be roll-formed to form a sheet electrode, or may be formed into a pellet electrode by compression molding.
(2-3-4-10) Current collector
As the current collector for holding the negative electrode active material, a known material can be arbitrarily used. Examples of the current collector for the negative electrode include metal materials such as copper, nickel, stainless steel, and nickel-plated steel. Of these, copper is particularly preferable from the viewpoint of ease of processing and cost.
また、集電体の形状は、集電体が金属材料の場合は、例えば金属箔、金属円柱、金属コ
イル、金属板、金属薄膜、エキスパンドメタル、パンチメタル、発泡メタル等が挙げられる。中でも好ましくは銅(Cu)及び/又はアルミニウム(Al)を含有する金属箔膜であり、より好ましくは銅箔、アルミニウム箔であり、更に好ましくは圧延法による圧延銅箔と、電解法による電解銅箔があり、どちらも集電体として用いることができる。
The shape of the current collector includes, for example, a metal foil, a metal cylinder, a metal coil, a metal plate, a metal thin film, an expanded metal, a punch metal, and a foam metal when the current collector is a metal material. Among them, a metal foil film containing copper (Cu) and / or aluminum (Al) is preferable, copper foil and aluminum foil are more preferable, rolled copper foil by a rolling method, and electrolytic copper by an electrolytic method are more preferable. There are foils, both of which can be used as current collectors.
また、銅箔の厚さが25μmよりも薄い場合、純銅よりも強度の高い銅合金(リン青銅、チタン銅、コルソン合金、Cu−Cr−Zr合金等)を用いることができる。またアルミニウム箔は、その比重が軽いことから、集電体として用いた場合に、電池の重量を減少させることが可能となり、好ましく用いることができる。
圧延法により作製した銅箔からなる集電体は、銅結晶が圧延方向に並んでいるため、負極を密に丸めても、鋭角に丸めても割れにくく、小型の円筒状電池に好適に用いることができる。
In addition, when the thickness of the copper foil is less than 25 μm, a copper alloy (phosphor bronze, titanium copper, Corson alloy, Cu—Cr—Zr alloy, etc.) having higher strength than pure copper can be used. Moreover, since the specific gravity of aluminum foil is light, when it is used as a current collector, the weight of the battery can be reduced and can be preferably used.
A current collector made of a copper foil produced by a rolling method is suitable for use in a small cylindrical battery because the copper crystals are arranged in the rolling direction so that the negative electrode is hard to crack even if it is rounded sharply or rounded at an acute angle. be able to.
電解銅箔は、例えば、銅イオンが溶解された非水系電解液中に金属製のドラムを浸漬し、これを回転させながら電流を流すことにより、ドラムの表面に銅を析出させ、これを剥離して得られるものである。上記の圧延銅箔の表面に、電解法により銅を析出させていてもよい。銅箔の片面又は両面には、粗面化処理や表面処理(例えば、厚さが数nm〜1μm程度までのクロメート処理、Ti等の下地処理等)がなされていてもよい。 Electrolytic copper foil, for example, immerses a metal drum in a non-aqueous electrolyte solution in which copper ions are dissolved, and causes the copper to precipitate on the surface of the drum by flowing current while rotating it. Is obtained. Copper may be deposited on the surface of the rolled copper foil by an electrolytic method. One side or both sides of the copper foil may be subjected to a roughening treatment or a surface treatment (for example, a chromate treatment having a thickness of about several nm to 1 μm, a base treatment such as Ti).
また、集電体基板には、更に次のような物性が望まれる。
(2−3−4−10−1)平均表面粗さ(Ra)
JISB0601−1994に記載の方法で規定される集電体基板の活物質薄膜形成面の平均表面粗さ(Ra)は、特に制限されないが、通常0.01μm以上であり、0.03μm以上が好ましく、また、通常1.5μm以下であり、1.3μm以下が好ましく、1.0μm以下が更に好ましい。
Further, the following physical properties are desired for the current collector substrate.
(2-3-4-10-1) Average surface roughness (Ra)
The average surface roughness (Ra) of the active material thin film forming surface of the current collector substrate defined by the method described in JIS B0601-1994 is not particularly limited, but is usually 0.01 μm or more, preferably 0.03 μm or more. Further, it is usually 1.5 μm or less, preferably 1.3 μm or less, and more preferably 1.0 μm or less.
集電体基板の平均表面粗さ(Ra)が、上記の範囲内であると、良好な充放電サイクル特性が期待できるためである。また、活物質薄膜との界面の面積が大きくなり、負極活物質薄膜との密着性が向上するためである。なお、平均表面粗さ(Ra)の上限値は特に制限されるものではないが、平均表面粗さ(Ra)が1.5μmを超えるものは電池として実用的な厚みの箔としては一般に入手しにくいため、1.5μm以下のものが通常用いられる。 This is because when the average surface roughness (Ra) of the current collector substrate is within the above range, good charge / discharge cycle characteristics can be expected. In addition, the area of the interface with the active material thin film is increased, and the adhesion with the negative electrode active material thin film is improved. The upper limit value of the average surface roughness (Ra) is not particularly limited, but those having an average surface roughness (Ra) exceeding 1.5 μm are generally available as foils having a practical thickness as a battery. Since it is difficult, those of 1.5 μm or less are usually used.
(2−3−4−10−2)引張強度
引張強度とは、試験片が破断に至るまでに要した最大引張力を、試験片の断面積で割ったものである。本発明における引張強度は、JISZ2241(金属材料引張試験方法)に記載と同様な装置及び方法で測定される。
集電体基板の引張強度は、特に制限されないが、通常50N・mm−2以上であり、100N・mm−2以上が好ましく、150N・mm−2以上が更に好ましい。引張強度は、値が高いほど好ましいが、工業的入手可能性の観点から、通常1000N・mm−2以下が望ましい。
(2-3-4-10-2) Tensile strength
The tensile strength is obtained by dividing the maximum tensile force required until the test piece breaks by the cross-sectional area of the test piece. The tensile strength in the present invention is measured by the same apparatus and method as described in JISZ2241 (metal material tensile test method).
The tensile strength of the current collector substrate is not particularly limited, but is usually 50 N · mm −2 or more, preferably 100 N · mm −2 or more, and more preferably 150 N · mm −2 or more. The tensile strength is preferably as high as possible, but usually 1000 N · mm−2 or less is desirable from the viewpoint of industrial availability.
引張強度が高い集電体基板であれば、充電・放電に伴う活物質薄膜の膨張・収縮による集電体基板の亀裂を抑制することができ、良好なサイクル特性を得ることができる。
(2−3−4−10−3)0.2%耐力
0.2%耐力とは、0.2%の塑性(永久)歪みを与えるに必要な負荷の大きさであり、この大きさの負荷を加えた後に除荷しても0.2%変形していることを意味している。0.2%耐力は、引張強度と同様な装置及び方法で測定される。
If the current collector substrate has a high tensile strength, cracking of the current collector substrate due to expansion / contraction of the active material thin film accompanying charging / discharging can be suppressed, and good cycle characteristics can be obtained.
(2-3-4-10-3) 0.2% yield strength
The 0.2% proof stress is the magnitude of the load necessary to give a plastic (permanent) strain of 0.2%. It means that The 0.2% yield strength is measured by the same apparatus and method as the tensile strength.
集電体基板の0.2%耐力は、特に制限されないが、通常30N・mm−2以上、好ま
しくは100N・mm−2以上、特に好ましくは150N・mm−2以上である。0.2%耐力は、値が高いほど好ましいが、工業的入手可能性の観点から、通常900N・mm−2以下が望ましい。
0.2%耐力が高い集電体基板であれば、充電・放電に伴う活物質薄膜の膨張・収縮による集電体基板の塑性変形を抑制することができ、良好なサイクル特性を得ることができるためである。
The 0.2% yield strength of the current collector substrate is not particularly limited, but is usually 30 N · mm −2 or more, preferably 100 N · mm −2 or more, and particularly preferably 150 N · mm −2 or more. The 0.2% proof stress is preferably as high as possible, but usually 900 N · mm −2 or less is desirable from the viewpoint of industrial availability.
If the current collector substrate has a high 0.2% proof stress, plastic deformation of the current collector substrate due to expansion / contraction of the active material thin film accompanying charging / discharging can be suppressed, and good cycle characteristics can be obtained. This is because it can.
(2−3−4−10−4)集電体の厚さ
集電体の厚さは任意であるが、通常1μm以上であり、3μm以上が好ましく、5μm以上が更に好ましく、また、通常1mm以下であり、100μm以下が好ましく、50μm以下が更に好ましい。
金属皮膜の厚さが、1μmより薄くなると、強度が低下するため塗布が困難となる場合がある。また、100μmより厚くなると、捲回等の電極の形を変形させる場合がある。なお、金属薄膜は、メッシュ状でもよい。
(2-3-4-10-4) Current collector thickness
The thickness of the current collector is arbitrary, but is usually 1 μm or more, preferably 3 μm or more, more preferably 5 μm or more, and usually 1 mm or less, preferably 100 μm or less, more preferably 50 μm or less.
If the thickness of the metal film is less than 1 μm, the strength may be reduced, making application difficult. Moreover, when it becomes thicker than 100 micrometers, the shape of electrodes, such as winding, may be changed. The metal thin film may be mesh.
(2−3−4−11)集電体と活物質層の厚さの比
集電体と活物質層の厚さの比は特には限定されないが、「(非水系電解液注液直前の片面の活物質層の厚さ)/(集電体の厚さ)」の値が、通常150以下であり、20以下が好ましく、10以下が更に好ましく、また、通常0.1以上であり、0.4以上が好ましく、1以上が更に好ましい。
(2-3-4-11) Ratio of current collector to active material layer thickness
The ratio of the thickness of the current collector to the active material layer is not particularly limited, but the value of “(thickness of active material layer on one side immediately before non-aqueous electrolyte injection) / (thickness of current collector)” However, it is usually 150 or less, preferably 20 or less, more preferably 10 or less, and usually 0.1 or more, preferably 0.4 or more, and more preferably 1 or more.
集電体と負極活性物質層の厚さの比が、上記範囲を上回ると、高電流密度充放電時に集電体がジュール熱による発熱を生じる場合がある。また、上記範囲を下回ると、負極活物質に対する集電体の体積比が増加し、電池の容量が減少する場合がある。 When the ratio of the thickness of the current collector to the negative electrode active material layer exceeds the above range, the current collector may generate heat due to Joule heat during high current density charge / discharge. On the other hand, below the above range, the volume ratio of the current collector to the negative electrode active material increases, and the battery capacity may decrease.
(2−3−4−12)電極密度
負極活物質の電極化した際の電極構造は特には限定されないが、集電体上に存在している活物質の密度は、1g・cm−3以上が好ましく、1.2g・cm−3以上がより好ましく、1.3g・cm−3以上が更に好ましく、1.5g・cm−3以上が特に好ましく、また、3g・cm−3以下が好ましく、2.5g・cm−3以下がより好ましく、2.2g・cm−3以下が更に好ましく、2g・cm−3以下が特に好ましい。
集電体上に存在している活物質の密度が、上記範囲を上回ると、集電体と負極活物質の結着が弱くなり、電極と活物質が乖離する場合がある。また、上記範囲を下回ると、負極活物質間の導電性が低下し、電池抵抗が増大する場合がある。
(2-3-4-12) Electrode density
The electrode structure when the negative electrode active material is converted into an electrode is not particularly limited, but the density of the active material present on the current collector is preferably 1 g · cm −3 or more, and 1.2 g · cm −3 or more. Is more preferably 1.3 g · cm −3 or more, particularly preferably 1.5 g · cm −3 or more, more preferably 3 g · cm −3 or less, and even more preferably 2.5 g · cm −3 or less. 2.2 g · cm −3 or less is more preferable, and 2 g · cm −3 or less is particularly preferable.
When the density of the active material present on the current collector exceeds the above range, the binding between the current collector and the negative electrode active material becomes weak, and the electrode and the active material may be separated. On the other hand, below the above range, the conductivity between the negative electrode active materials may decrease, and the battery resistance may increase.
(2−3−4−13)バインダー
負極活物質を結着するバインダーとしては、非水系電解液や電極製造時に用いる溶媒に対して安定な材料であれば、特に制限されない。
具体例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリメチルメタクリレート、ポリイミド、芳香族ポリアミド、セルロース、ニトロセルロース等の樹脂系高分子;SBR(スチレン・ブタジエンゴム)、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、フッ素ゴム、NBR(アクリロニトリル・ブタジエンゴム)、エチレン・プロピレンゴム等のゴム状高分子;スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体及びその水素添加物;EPDM(エチレン・プロピレン・ジエン三元共重合体)、スチレン・エチレン・ブタジエン・スチレン共重合体、スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体及びその水素添加物等の熱可塑性エラストマー状高分子;シンジオタクチック−1,2−ポリブタジエン、ポリ酢酸ビニル、エチレン・酢酸ビニル共重合体、プロピレン・α−オレフィン共重合体等の軟質樹脂状高分子;ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素化ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン・エチレン共重合体等のフッ素系高分子;アルカリ金属イオン(特にリチウムイオン)のイオン伝導性を有
する高分子組成物等が挙げられる。これらは、1種を単独で用いても、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
(2-3-4-13) Binder
The binder for binding the negative electrode active material is not particularly limited as long as it is a material that is stable with respect to the non-aqueous electrolyte solution and the solvent used in manufacturing the electrode.
Specific examples include resin polymers such as polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polymethyl methacrylate, polyimide, aromatic polyamide, cellulose, nitrocellulose; SBR (styrene-butadiene rubber), isoprene rubber, butadiene rubber, fluororubber, Rubber polymers such as NBR (acrylonitrile / butadiene rubber) and ethylene / propylene rubber; styrene / butadiene / styrene block copolymer and hydrogenated products thereof; EPDM (ethylene / propylene / diene terpolymer), styrene / Thermoplastic elastomeric polymers such as ethylene / butadiene / styrene copolymers, styrene / isoprene / styrene block copolymers and hydrogenated products thereof; syndiotactic-1,2-polybutadiene, polyvinyl acetate , Soft resinous polymers such as ethylene / vinyl acetate copolymer, propylene / α-olefin copolymer; polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, fluorinated polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene / ethylene copolymer, etc. And a polymer composition having ion conductivity of alkali metal ions (particularly lithium ions). These may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together by arbitrary combinations and ratios.
スラリーを形成するための溶媒としては、負極活物質、バインダー、必要に応じて使用される増粘剤及び導電材を、溶解又は分散することが可能な溶媒であれば、その種類に特に制限はなく、水系溶媒と有機系溶媒のどちらを用いてもよい。
水系溶媒の例としては水、アルコール等が挙げられ、有機系溶媒の例としてはN−メチルピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、アクリル酸メチル、ジエチルトリアミン、N,N−ジメチルアミノプロピルアミン、テトラヒドロフラン(THF)、トルエン、アセトン、ジメチルエーテル、ジメチルアセトアミド、ヘキサメリルホスファルアミド、ジメチルスルフォキシド、ベンゼン、キシレン、キノリン、ピリジン、メチルナフタレン、ヘキサン等が挙げられる。特に水系溶媒を用いる場合、上述の増粘剤に併せて分散剤等を加え、SBR等のラテックスを用いてスラリー化する。なお、これらは、1種を単独で用いても、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
The solvent for forming the slurry is not particularly limited as long as it is a solvent that can dissolve or disperse the negative electrode active material, binder, thickener and conductive material used as necessary. Alternatively, either an aqueous solvent or an organic solvent may be used.
Examples of the aqueous solvent include water, alcohol and the like, and examples of the organic solvent include N-methylpyrrolidone (NMP), dimethylformamide, dimethylacetamide, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, methyl acetate, methyl acrylate, diethyltriamine, N , N-dimethylaminopropylamine, tetrahydrofuran (THF), toluene, acetone, dimethyl ether, dimethylacetamide, hexameryl phosphalamide, dimethyl sulfoxide, benzene, xylene, quinoline, pyridine, methylnaphthalene, hexane and the like. In particular, when an aqueous solvent is used, a dispersant or the like is added in addition to the above-described thickener, and a slurry is formed using a latex such as SBR. In addition, these may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.
負極活物質に対するバインダーの割合は、通常0.1質量%以上であり、0.5質量%以上が好ましく、0.6質量%以上が更に好ましく、また、通常20質量%以下であり、15質量%以下が好ましく、10質量%以下が更に好ましく、8質量%以下が特に好ましい。
負極活物質に対するバインダーの割合が、上記範囲を上回ると、バインダー量が電池容量に寄与しないバインダー割合が増加して、電池容量が低下する場合がある。また、上記範囲を下回ると、負極電極の強度低下を招き、電池作製工程上好ましくない場合がある。
The ratio of the binder to the negative electrode active material is usually 0.1% by mass or more, preferably 0.5% by mass or more, more preferably 0.6% by mass or more, and usually 20% by mass or less, 15% by mass. % Or less is preferable, 10 mass% or less is more preferable, and 8 mass% or less is particularly preferable.
When the ratio of the binder with respect to a negative electrode active material exceeds the said range, the binder ratio in which the amount of binders does not contribute to battery capacity may increase, and battery capacity may fall. On the other hand, if it is below the above range, the strength of the negative electrode is lowered, which may be undesirable in the battery production process.
特に、SBRに代表されるゴム状高分子を主要成分に含有する場合には、活物質に対するバインダーの割合は、通常0.1質量%以上であり、0.5質量%以上が好ましく、0.6質量%以上が更に好ましく、また、通常5質量%以下であり、3質量%以下が好ましく、2質量%以下が更に好ましい。
また、ポリフッ化ビニリデンに代表されるフッ素系高分子を主要成分に含有する場合には活物質に対する割合は、1質量%以上であり、2質量%以上が好ましく、3質量%以上が更に好ましく、通常15質量%以下であり、10質量%以下が好ましく、8質量%以下が更に好ましい。
In particular, when a rubbery polymer represented by SBR is contained as a main component, the ratio of the binder to the active material is usually 0.1% by mass or more, preferably 0.5% by mass or more, and 6 mass% or more is still more preferable, and it is 5 mass% or less normally, 3 mass% or less is preferable, and 2 mass% or less is still more preferable.
Further, when the main component contains a fluorine polymer represented by polyvinylidene fluoride, the ratio to the active material is 1% by mass or more, preferably 2% by mass or more, more preferably 3% by mass or more, Usually, it is 15 mass% or less, 10 mass% or less is preferable, and 8 mass% or less is still more preferable.
増粘剤は、通常、スラリーの粘度を調製するために使用される。増粘剤としては、特に制限はないが、具体的には、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、エチルセルロース、ポリビニルアルコール、酸化スターチ、リン酸化スターチ、カゼイン及びこれらの塩等が挙げられる。これらは、1種を単独で用いても、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。 A thickener is usually used to adjust the viscosity of the slurry. The thickener is not particularly limited, and specific examples include carboxymethyl cellulose, methyl cellulose, hydroxymethyl cellulose, ethyl cellulose, polyvinyl alcohol, oxidized starch, phosphorylated starch, casein, and salts thereof. These may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together by arbitrary combinations and ratios.
更に増粘剤を用いる場合には、負極活物質に対する増粘剤の割合は、0.1質量%以上であり、0.5質量%以上が好ましく、0.6質量%以上が更に好ましく、また、通常5質量%以下であり、3質量%以下が好ましく、2質量%以下が更に好ましい。負極活物質に対する増粘剤の割合が、上記範囲を下回ると、著しく塗布性が低下する場合がある。また、上記範囲を上回ると、負極活物質層に占める活物質の割合が低下し、電池の容量が低下する問題や負極活物質間の抵抗が増大する場合がある。 Further, when a thickener is used, the ratio of the thickener to the negative electrode active material is 0.1% by mass or more, preferably 0.5% by mass or more, more preferably 0.6% by mass or more, Usually, it is 5 mass% or less, 3 mass% or less is preferable, and 2 mass% or less is still more preferable. When the ratio of the thickener to the negative electrode active material is less than the above range, applicability may be significantly reduced. Moreover, when it exceeds the said range, the ratio of the active material which occupies for a negative electrode active material layer will fall, the problem that the capacity | capacitance of a battery falls, and the resistance between negative electrode active materials may increase.
<2−4正極>
以下に本発明の非水系電解液二次電池に使用される正極について説明する。
<2−4−1正極活物質>
以下に正極に使用される正極活物質について説明する。
(2−4−1−1)組成
正極活物質としては、電気化学的にリチウムイオンを吸蔵・放出可能なものであれば特に制限はないが、例えば、リチウムと少なくとも1種の遷移金属を含有する物質が好ましい。具体例としては、リチウム遷移金属複合酸化物、リチウム含有遷移金属リン酸化合物が挙げられる。
<2-4 positive electrode>
The positive electrode used for the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention will be described below.
<2-4-1 positive electrode active material>
The positive electrode active material used for the positive electrode will be described below.
(2-4-1-1) Composition
The positive electrode active material is not particularly limited as long as it can electrochemically occlude and release lithium ions. For example, a material containing lithium and at least one transition metal is preferable. Specific examples include lithium transition metal composite oxides and lithium-containing transition metal phosphate compounds.
リチウム遷移金属複合酸化物の遷移金属としてはV、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu等が好ましく、具体例としては、LiCoO2等のリチウム・コバルト複合酸化物、LiNiO2等のリチウム・ニッケル複合酸化物、LiMnO2、LiMn2O4、Li2MnO4等のリチウム・マンガン複合酸化物、これらのリチウム遷移金属複合酸化物の主体となる遷移金属原子の一部をAl、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Li、Ni、Cu、Zn、Mg、Ga、Zr、Si等の他の金属で置換したもの等が挙げられる。 V, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu and the like are preferable as the transition metal of the lithium transition metal composite oxide. Specific examples include lithium-cobalt composite oxides such as LiCoO2 and lithium- Nickel composite oxides, lithium manganese composite oxides such as LiMnO2, LiMn2O4, Li2MnO4, and some of transition metal atoms that are the main components of these lithium transition metal composite oxides are Al, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Examples include those substituted with other metals such as Co, Li, Ni, Cu, Zn, Mg, Ga, Zr, and Si.
置換されたものの具体例としては、例えば、LiNi0.5Mn0.5O2、LiNi0.85Co0.10Al0.05O2、LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2、LiMn1.8Al0.2O4、LiMn1.5Ni0.5O4等が挙げられる。
リチウム含有遷移金属リン酸化合物の遷移金属としては、V、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu等が好ましく、具体例としては、例えば、LiFePO4、Li3Fe2(PO4)3、LiFeP2O7等のリン酸鉄類、LiCoPO4等のリン酸コバルト類、これらのリチウム遷移金属リン酸化合物の主体となる遷移金属原子の一部をAl、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Li、Ni、Cu、Zn、Mg、Ga、Zr、Nb、Si等の他の金属で置換したもの等が挙げられる。
Specific examples of the substituted ones include, for example, LiNi0.5Mn0.5O2, LiNi0.85Co0.10Al0.05O2, LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2, LiMn1.8Al0.2O4, LiMn1.5Ni0.5O4, and the like.
As the transition metal of the lithium-containing transition metal phosphate compound, V, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu and the like are preferable, and specific examples include, for example, LiFePO4, Li3Fe2 (PO4) 3, LiFeP2O7, and the like. Iron phosphates, cobalt phosphates such as LiCoPO4, and some of transition metal atoms that are the main components of these lithium transition metal phosphate compounds are Al, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Li, Ni, Examples include those substituted with other metals such as Cu, Zn, Mg, Ga, Zr, Nb, and Si.
(2−4−1−2)表面被覆
上記の正極活物質の表面に、主体となる正極活物質を構成する物質とは異なる組成の物質(以後、適宜「表面付着物質」という)が付着したものを用いることもできる。表面付着物質の例としては酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ホウ素、酸化アンチモン、酸化ビスマス等の酸化物、硫酸リチウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸マグネシウム、硫酸カルシウム、硫酸アルミニウム等の硫酸塩、炭酸リチウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム等の炭酸塩等が挙げられる。
(2-4-1-2) Surface coating
A material having a composition different from that of the main constituent of the positive electrode active material (hereinafter referred to as “surface adhering material” as appropriate) may be used on the surface of the positive electrode active material. Examples of surface adhering substances include aluminum oxide, silicon oxide, titanium oxide, zirconium oxide, magnesium oxide, calcium oxide, boron oxide, antimony oxide, bismuth oxide, lithium sulfate, sodium sulfate, potassium sulfate, magnesium sulfate, Examples thereof include sulfates such as calcium sulfate and aluminum sulfate, and carbonates such as lithium carbonate, calcium carbonate and magnesium carbonate.
これら表面付着物質は、例えば、溶媒に溶解又は懸濁させて正極活物質に含浸添加させた後に乾燥する方法、表面付着物質前駆体を溶媒に溶解又は懸濁させて正極活物質に含浸添加させた後に加熱等により反応させる方法、正極活物質前駆体に添加して同時に焼成する方法等により、正極活物質表面に付着させることができる。
正極活物質の表面に付着している表面付着物質の質量は、正極活物質の質量に対して、通常0.1ppm以上であり、1ppm以上が好ましく、10ppm以上が更に好ましく、また、通常20%以下であり、10%以下が好ましく、5%以下が更に好ましい。
These surface adhering substances are, for example, a method in which they are dissolved or suspended in a solvent and impregnated and added to the positive electrode active material and then dried, or a surface adhering substance precursor is dissolved or suspended in a solvent and impregnated and added to the positive electrode active material. Then, it can be made to adhere to the surface of the positive electrode active material by a method of reacting by heating or the like, a method of adding to the positive electrode active material precursor and firing simultaneously.
The mass of the surface adhering material adhering to the surface of the positive electrode active material is usually 0.1 ppm or more, preferably 1 ppm or more, more preferably 10 ppm or more, and usually 20% with respect to the mass of the positive electrode active material. Or less, preferably 10% or less, more preferably 5% or less.
表面付着物質により、正極活物質表面での非水系電解液の酸化反応を抑制することができ、電池寿命を向上させることができる。しかし、付着量が上記範囲を下回ると、その効果は十分に発現せず、また上記範囲を上回ると、リチウムイオンの出入りを阻害するために抵抗が増加する場合があるため、上記範囲が好ましい。
(2−4−1−3)形状
正極活物質粒子の形状は、従来用いられるような、塊状、多面体状、球状、楕円球状、板状、針状、柱状等が用いられるが、中でも一次粒子が凝集して、二次粒子を形成して成り、その二次粒子の形状が球状又は楕円球状であるものが好ましい。
The surface adhering substance can suppress the oxidation reaction of the non-aqueous electrolyte on the surface of the positive electrode active material, and can improve the battery life. However, when the adhesion amount is less than the above range, the effect is not sufficiently exhibited. When the adhesion amount is more than the above range, the resistance may increase in order to inhibit the entry / exit of lithium ions, so the above range is preferable.
(2-4-1-3) Shape
As the shape of the positive electrode active material particles, a lump shape, a polyhedron shape, a sphere shape, an oval sphere shape, a plate shape, a needle shape, a column shape, etc., which are conventionally used, are used, and the primary particles are aggregated to form secondary particles. It is preferable that the secondary particles have a spherical or elliptical shape.
通常、電気化学素子はその充放電に伴い、電極中の活物質が膨張収縮をするため、そのストレスによる活物質の破壊や導電パス切れ等の劣化がおきやすい。従って、一次粒子のみの単一粒子活物質であるよりも、一次粒子が凝集して、二次粒子を形成したものである方が膨張収縮のストレスを緩和して、劣化を防ぐためである。
また、板状等軸配向性の粒子よりも、球状又は楕円球状の粒子の方が、電極の成形時の配向が少ないため、充放電時の電極の膨張収縮も少なく、また電極を作成する際の導電材との混合においても、均一に混合されやすいため好ましい。
In general, an electrochemical element expands and contracts as the active material in the electrode expands and contracts as it is charged and discharged. Therefore, the active material is easily damaged due to the stress or the conductive path is broken. Therefore, the primary particles are aggregated to form secondary particles rather than a single particle active material having only primary particles, so that the stress of expansion and contraction is relieved and deterioration is prevented.
In addition, spherical or oval spherical particles are less oriented at the time of forming the electrode than the plate-like equiaxially oriented particles, so there is less expansion and contraction of the electrode during charge and discharge, and when creating the electrode Also in the mixing with the conductive material, it is preferable because it is easily mixed uniformly.
(2−4−1−4)タップ密度
正極活物質のタップ密度は、通常1.3g・cm−3以上であり、1.5g・cm−3以上が好ましく、1.6g・cm−3以上が更に好ましく、1.7g・cm−3以上が特に好ましく、また、通常2.5g・cm−3以下であり、2.4g・cm−3以下が好ましい。
(2-4-1-4) Tap density
The tap density of the positive electrode active material is usually 1.3 g · cm −3 or more, preferably 1.5 g · cm −3 or more, more preferably 1.6 g · cm −3 or more, and 1.7 g · cm −3. The above is particularly preferable, and is usually 2.5 g · cm −3 or less, and preferably 2.4 g · cm −3 or less.
タップ密度の高い金属複合酸化物粉体を用いることにより、高密度の正極活物質層を形成することができる。従って、正極活物質のタップ密度が上記範囲を下回ると、正極活物質層形成時に必要な分散媒量が増加すると共に、導電材や結着剤の必要量が増加し、正極活物質層への正極活物質の充填率が制約され、電池容量が制約される場合がある。また、タップ密度は一般に大きいほど好ましく特に上限はないが、上記範囲を下回ると、正極活物質層内における非水系電解液を媒体としたリチウムイオンの拡散が律速となり、負荷特性が低下しやすくなる場合がある。 By using a metal composite oxide powder having a high tap density, a high-density positive electrode active material layer can be formed. Therefore, when the tap density of the positive electrode active material is lower than the above range, the amount of the dispersion medium necessary for forming the positive electrode active material layer increases, and the necessary amount of the conductive material and the binder increases. The filling rate of the positive electrode active material is limited, and the battery capacity may be limited. In general, the tap density is preferably as large as possible, but there is no particular upper limit. However, if the tap density is less than the above range, diffusion of lithium ions in the positive electrode active material layer using the non-aqueous electrolyte solution as a medium becomes rate-determining, and load characteristics are likely to deteriorate. There is a case.
タップ密度の測定は、目開き300μmの篩を通過させて、20cm3のタッピングセルに試料を落下させてセル容積を満たした後、粉体密度測定器(例えば、セイシン企業社製タップデンサー)を用いて、ストローク長10mmのタッピングを1000回行なって、その時の体積と試料の重量から密度を算出する。該測定で算出されるタップ密度を、本発明における正極活物質のタップ密度として定義する。 The tap density is measured by passing a sieve having an opening of 300 μm, dropping the sample onto a 20 cm 3 tapping cell to fill the cell volume, and then using a powder density measuring device (eg, tap denser manufactured by Seishin Enterprise Co., Ltd.). Then, tapping with a stroke length of 10 mm is performed 1000 times, and the density is calculated from the volume at that time and the weight of the sample. The tap density calculated by the measurement is defined as the tap density of the positive electrode active material in the present invention.
(2−4−1−5)メジアン径d50
正極活物質の粒子のメジアン径d50(一次粒子が凝集して二次粒子を形成している場合には二次粒子径)は、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置を用いても測定することができる。
メジアン径d50は、通常0.1μm以上であり、0.5μm以上が好ましく、1μm以上が更に好ましく、3μm以上が特に好ましく、また、通常20μm以下であり、18μm以下が好ましく、16μm以下が更に好ましく、15μm以下が特に好ましい。メジアン径d50が、上記範囲を下回ると、高嵩密度品が得られなくなる場合があり、上記範囲を上回ると粒子内のリチウムの拡散に時間がかかるため、電池特性の低下や、電池の正極作成すなわち活物質と導電材やバインダー等を溶媒でスラリー化し、薄膜状に塗布する際に、スジを引く等が生じる場合がある。
(2-4-1-5) Median diameter d50
The median diameter d50 (secondary particle diameter when primary particles are aggregated to form secondary particles) of the positive electrode active material particles should also be measured using a laser diffraction / scattering particle size distribution analyzer. Can do.
The median diameter d50 is usually 0.1 μm or more, preferably 0.5 μm or more, more preferably 1 μm or more, particularly preferably 3 μm or more, and usually 20 μm or less, preferably 18 μm or less, more preferably 16 μm or less. 15 μm or less is particularly preferable. If the median diameter d50 is below the above range, a high bulk density product may not be obtained. If the median diameter d50 is above the above range, it takes time to diffuse lithium in the particles. That is, when an active material, a conductive material, a binder, or the like is slurried with a solvent and applied in a thin film shape, streaks may occur.
なお、異なるメジアン径d50をもつ正極活物質を2種類以上、任意の比率で混合することで、正極作成時の充填性を更に向上させることもできる。
メジアン径d50の測定は、0.1質量%ヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液を分散媒にして、粒度分布計として堀場製作所社製LA−920用いて、5分間の超音波分散後に測定屈折率1.24に設定して測定する。
In addition, the filling property at the time of positive electrode preparation can be further improved by mixing two or more types of positive electrode active materials having different median diameters d50 at an arbitrary ratio.
The median diameter d50 is measured using a 0.1 mass% sodium hexametaphosphate aqueous solution as a dispersion medium, and using LA-920 manufactured by Horiba, Ltd. as a particle size distribution meter, the measured refractive index is 1.24 after ultrasonic dispersion for 5 minutes. Set and measure.
(2−4−1−6)平均一次粒子径
一次粒子が凝集して二次粒子を形成している場合、正極活物質の平均一次粒子径は、通常0.01μm以上であり、0.05μm以上が好ましく、0.08μm以上がより好ましく、0.1μm以上が特に好ましく、また、通常3μm以下であり、2μm以下が好ま
しく、1μm以下がより好ましく、0.6μm以下が特に好ましい。上記範囲を上回ると球状の二次粒子を形成し難く、粉体充填性に悪影響を及ぼしたり、比表面積が大きく低下するために、出力特性等の電池性能が低下する可能性が高くなる場合がある。また、上記範囲を下回ると、通常、結晶が未発達であるために充放電の可逆性が劣る等、二次電池の性能を低下させる場合がある。
(2-4-1-6) Average primary particle size
When primary particles are aggregated to form secondary particles, the average primary particle diameter of the positive electrode active material is usually 0.01 μm or more, preferably 0.05 μm or more, more preferably 0.08 μm or more, 0 0.1 μm or more is particularly preferable, usually 3 μm or less, preferably 2 μm or less, more preferably 1 μm or less, and particularly preferably 0.6 μm or less. If the above range is exceeded, it may be difficult to form spherical secondary particles, which may adversely affect the powder filling property, or the specific surface area will be greatly reduced, which may increase the possibility that the battery performance such as output characteristics will deteriorate. is there. On the other hand, below the above range, the performance of the secondary battery may be lowered, for example, the reversibility of charge / discharge is inferior because the crystals are not developed.
なお、平均一次粒子径は、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いた観察により測定される。具体的には、10000倍の倍率の写真で、水平方向の直線に対する一次粒子の左右の境界線による切片の最長の値を、任意の50個の一次粒子について求め、平均値をとることにより求められる。
(2−4−1−7)BET比表面積
正極活物質のBET比表面積は、BET法を用いて測定した比表面積の値が、通常0.2m2・g−1以上であり、0.3m2・g−1以上が好ましく、0.4m2・g−1以上が更に好ましく、また、通常4.0m2・g−1以下であり、2.5m2・g−1以下が好ましく、1.5m2・g−1以下が更に好ましい。BET比表面積の値が、上記範囲を下回ると、電池性能が低下しやすくなる。また、上記範囲を上回ると、タップ密度が上がりにくくなり、正極活物質形成時の塗布性が低下する場合がある。
The average primary particle diameter is measured by observation using a scanning electron microscope (SEM). Specifically, in a photograph at a magnification of 10000 times, the longest value of the intercept by the left and right boundary lines of the primary particles with respect to the horizontal straight line is obtained for any 50 primary particles and obtained by taking the average value. It is done.
(2-4-1-7) BET specific surface area
As for the BET specific surface area of the positive electrode active material, the value of the specific surface area measured using the BET method is usually 0.2 m 2 · g −1 or more, preferably 0.3 m 2 · g −1 or more, and 0.4 m 2 · g. −1 or more is more preferable, and is usually 4.0 m 2 · g −1 or less, preferably 2.5 m 2 · g −1 or less, and more preferably 1.5 m 2 · g −1 or less. When the value of the BET specific surface area is below the above range, the battery performance tends to be lowered. Moreover, when it exceeds the said range, a tap density becomes difficult to raise and the applicability | paintability at the time of positive electrode active material formation may fall.
BET比表面積は、表面積計(大倉理研製全自動表面積測定装置)を用いて測定する。試料に対して窒素流通下150℃で30分間、予備乾燥を行なった後、大気圧に対する窒素の相対圧の値が0.3となるように正確に調整した窒素ヘリウム混合ガスを用いて、ガス流動法による窒素吸着BET1点法によって測定する。該測定で求められる比表面積を、本発明における陽極活物質のBET比表面積と定義する。 The BET specific surface area is measured using a surface area meter (a fully automatic surface area measuring device manufactured by Okura Riken). The sample was preliminarily dried at 150 ° C. for 30 minutes under a nitrogen flow, and then a nitrogen helium mixed gas that was accurately adjusted so that the relative pressure of nitrogen with respect to atmospheric pressure was 0.3 was used. It is measured by the nitrogen adsorption BET one-point method by the flow method. The specific surface area determined by the measurement is defined as the BET specific surface area of the anode active material in the present invention.
(2−4−1−8)正極活物質の製造法
正極活物質の製造法としては、本発明の要旨を超えない範囲で特には制限されないが、いくつかの方法が挙げられ、無機化合物の製造法として一般的な方法が用いられる。
特に球状ないし楕円球状の活物質を作製するには種々の方法が考えられるが、例えばその1つとして、遷移金属硝酸塩、硫酸塩等の遷移金属原料物質と、必要に応じ他の元素の原料物質を水等の溶媒中に溶解ないし粉砕分散して、攪拌をしながらpHを調節して球状の前駆体を作製回収し、これを必要に応じて乾燥した後、LiOH、Li2CO3、LiNO3等のLi源を加えて高温で焼成して活物質を得る方法が挙げられる。
(2-4-1-8) Method for producing positive electrode active material
Although it does not restrict | limit especially as a manufacturing method of a positive electrode active material in the range which does not exceed the summary of this invention, Several methods are mentioned, A general method is used as a manufacturing method of an inorganic compound.
In particular, various methods are conceivable for producing a spherical or elliptical active material. For example, transition metal source materials such as transition metal nitrates and sulfates, and other element source materials as required. Is dissolved or pulverized and dispersed in a solvent such as water, and the pH is adjusted while stirring to produce and recover a spherical precursor, which is dried as necessary, and then LiOH such as LiOH, Li2CO3, and LiNO3. A method of obtaining an active material by adding a source and baking at a high temperature can be mentioned.
また、別の方法の例として、遷移金属硝酸塩、硫酸塩、水酸化物、酸化物等の遷移金属原料物質と、必要に応じ他の元素の原料物質を水等の溶媒中に溶解ないし粉砕分散して、それをスプレードライヤー等で乾燥成型して球状ないし楕円球状の前駆体とし、これにLiOH、Li2CO3、LiNO3等のLi源を加えて高温で焼成して活物質を得る方法が挙げられる。 In addition, as an example of another method, transition metal raw materials such as transition metal nitrates, sulfates, hydroxides, oxides and the like, and if necessary, raw materials of other elements are dissolved or pulverized and dispersed in a solvent such as water. Then, it may be dry-molded with a spray drier or the like to obtain a spherical or elliptical precursor, and a Li source such as LiOH, Li2CO3, LiNO3 or the like is added thereto and baked at a high temperature to obtain an active material.
更に別の方法の例として、遷移金属硝酸塩、硫酸塩、水酸化物、酸化物等の遷移金属原料物質と、LiOH、Li2CO3、LiNO3等のLi源と、必要に応じ他の元素の原料物質とを水等の溶媒中に溶解ないし粉砕分散して、それをスプレードライヤー等で乾燥成型して球状ないし楕円球状の前駆体とし、これを高温で焼成して活物質を得る方法が挙げられる。 Examples of other methods include transition metal source materials such as transition metal nitrates, sulfates, hydroxides and oxides, Li sources such as LiOH, Li2CO3 and LiNO3, and source materials of other elements as necessary. Is dissolved or pulverized and dispersed in a solvent such as water, and then dried and molded with a spray dryer or the like to obtain a spherical or elliptical precursor, which is fired at a high temperature to obtain an active material.
<2−4−2電極構造と作製法>
以下に、本発明に使用される正極の構成及びその作製法について説明する。
(2−4−2−1)正極の作製法
正極は、正極活物質粒子と結着剤とを含有する正極活物質層を、集電体上に形成して作製される。正極活物質を用いる正極の製造は、公知の何れの方法で作製することができる
。すなわち、正極活物質と結着剤、並びに必要に応じて導電材及び増粘剤等を乾式で混合してシート状にしたものを正極集電体に圧着するか、又はこれらの材料を液体媒体に溶解又は分散させてスラリーとして、これを正極集電体に塗布し、乾燥することにより、正極活物質層を集電体上に形成させることにより正極を得ることができる。
<2-4-2 Electrode structure and fabrication method>
Below, the structure of the positive electrode used for this invention and its preparation method are demonstrated.
(2-4-2-1) Method for producing positive electrode
The positive electrode is produced by forming a positive electrode active material layer containing positive electrode active material particles and a binder on a current collector. The production of the positive electrode using the positive electrode active material can be produced by any known method. That is, a positive electrode active material and a binder, and if necessary, a conductive material and a thickener mixed in a dry form are pressure-bonded to a positive electrode current collector, or these materials are liquid media A positive electrode can be obtained by forming a positive electrode active material layer on the current collector by applying it to a positive electrode current collector and drying it as a slurry by dissolving or dispersing in a slurry.
正極活物質の正極活物質層中の含有量は、通常10質量%以上、好ましくは30質量%以上、特に好ましくは50質量%以上、また、通常99.9質量%以下、好ましくは99質量%以下である。正極活物質層中の正極活物質の含有量が、上記範囲を下回ると、電気容量が不十分となる場合があるためである。また、上記範囲を上回ると、正極の強度が不足する場合があるためである。なお、本発明における正極活物質粉体は1種を単独で用いてもよく、異なる組成又は異なる粉体物性の2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。 The content of the positive electrode active material in the positive electrode active material layer is usually 10% by mass or more, preferably 30% by mass or more, particularly preferably 50% by mass or more, and usually 99.9% by mass or less, preferably 99% by mass. It is as follows. This is because if the content of the positive electrode active material in the positive electrode active material layer is less than the above range, the electric capacity may be insufficient. Moreover, it is because the intensity | strength of a positive electrode may be insufficient when it exceeds the said range. In addition, the positive electrode active material powder in this invention may be used individually by 1 type, and may use together 2 or more types of a different composition or different powder physical properties by arbitrary combinations and ratios.
(2−4−2−2)導電材
導電材としては、公知の導電材を任意に用いることができる。具体例としては、銅、ニッケル等の金属材料;天然黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛(グラファイト);アセチレンブラック等のカーボンブラック;ニードルコークス等の無定形炭素等の炭素質材料等が挙げられる。なお、これらは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
(2-4-2-2) Conductive material
A known conductive material can be arbitrarily used as the conductive material. Specific examples include metal materials such as copper and nickel; graphite such as natural graphite and artificial graphite (graphite); carbon black such as acetylene black; and carbonaceous materials such as amorphous carbon such as needle coke. In addition, these may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.
導電材は、正極活物質層中に、通常0.01質量%以上、好ましくは0.1質量%以上、より好ましくは1質量%以上、また、通常50質量%以下、好ましくは30質量%以下、より好ましくは15質量%以下含有するように用いられる。含有量が上記範囲よりも下回ると、導電性が不十分となる場合がある。また、上記範囲よりも上回ると、電池容量が低下する場合がある。 The conductive material is usually 0.01% by mass or more, preferably 0.1% by mass or more, more preferably 1% by mass or more, and usually 50% by mass or less, preferably 30% by mass or less in the positive electrode active material layer. More preferably, it is used so as to contain 15% by mass or less. If the content is lower than the above range, the conductivity may be insufficient. Moreover, when it exceeds the said range, battery capacity may fall.
(2−4−2−3)結着剤
正極活物質層の製造に用いる結着剤は、非水系電解液や電極製造時用いる溶媒に対して安定な材料であれば、特に限定されない。
塗布法の場合は、電極製造時に用いる液体媒体に対して溶解又は分散される材料であればよいが、具体例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリメチルメタクリレート、芳香族ポリアミド、セルロース、ニトロセルロース等の樹脂系高分子;SBR(スチレン・ブタジエンゴム)、NBR(アクリロニトリル・ブタジエンゴム)、フッ素ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム等のゴム状高分子;スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体又はその水素添加物、EPDM(エチレン・プロピレン・ジエン三元共重合体)、スチレン・エチレン・ブタジエン・エチレン共重合体、スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体又はその水素添加物等の熱可塑性エラストマー状高分子;シンジオタクチック−1,2−ポリブタジエン、ポリ酢酸ビニル、エチレン・酢酸ビニル共重合体、プロピレン・α−オレフィン共重合体等の軟質樹脂状高分子;ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素化ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン・エチレン共重合体等のフッ素系高分子;アルカリ金属イオン(特にリチウムイオン)のイオン伝導性を有する高分子組成物等が挙げられる。なお、これらの物質は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
(2-4-2-3) Binder
The binder used for manufacturing the positive electrode active material layer is not particularly limited as long as it is a material that is stable with respect to the non-aqueous electrolyte solution and the solvent used during electrode manufacturing.
In the case of the coating method, any material can be used as long as it is dissolved or dispersed in the liquid medium used during electrode production. Specific examples include polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polymethyl methacrylate, aromatic polyamide, cellulose, nitro Resin polymers such as cellulose; Rubber polymers such as SBR (styrene butadiene rubber), NBR (acrylonitrile butadiene rubber), fluoro rubber, isoprene rubber, butadiene rubber, ethylene propylene rubber; styrene butadiene styrene block Copolymer or its hydrogenated product, EPDM (ethylene / propylene / diene terpolymer), styrene / ethylene / butadiene / ethylene copolymer, styrene / isoprene / styrene block copolymer or its hydrogenated product, etc. Thermoplastic Stoma-like polymers; soft resin-like polymers such as syndiotactic-1,2-polybutadiene, polyvinyl acetate, ethylene / vinyl acetate copolymer, propylene / α-olefin copolymer; polyvinylidene fluoride (PVdF), Examples include fluorine-based polymers such as polytetrafluoroethylene, fluorinated polyvinylidene fluoride, and polytetrafluoroethylene / ethylene copolymers; polymer compositions having ion conductivity of alkali metal ions (particularly lithium ions). In addition, these substances may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.
正極活物質層中の結着剤の割合は、通常0.1質量%以上であり、1質量%以上が好ましく、3質量%以上が更に好ましく、また、通常80質量%以下であり、60質量%以下が好ましく、40質量%以下が更に好ましく、10質量%以下が特に好ましい。結着剤の割合が、上記範囲を下回ると、正極活物質を十分保持できずに正極の機械的強度が不足し、サイクル特性等の電池性能を悪化させてしまう場合がある。また、上記範囲を上回ると
、電池容量や導電性の低下につながる場合がある。
The ratio of the binder in the positive electrode active material layer is usually 0.1% by mass or more, preferably 1% by mass or more, more preferably 3% by mass or more, and usually 80% by mass or less, and 60% by mass. % Or less is preferable, 40% by mass or less is more preferable, and 10% by mass or less is particularly preferable. When the ratio of the binder is below the above range, the positive electrode active material cannot be sufficiently retained, the positive electrode has insufficient mechanical strength, and battery performance such as cycle characteristics may be deteriorated. Moreover, when it exceeds the said range, it may lead to a battery capacity or electroconductivity fall.
(2−4−2−4)液体媒体
スラリーを形成するための液体媒体としては、正極活物質、導電材、結着剤、並びに必要に応じて使用される増粘剤を溶解又は分散することが可能な溶媒であれば、その種類に特に制限はなく、水系溶媒と有機系溶媒のどちらを用いてもよい。
水系媒体の例としては、例えば、水、アルコールと水との混合媒等が挙げられる。有機系媒体の例としては、ヘキサン等の脂肪族炭化水素類;ベンゼン、トルエン、キシレン、メチルナフタレン等の芳香族炭化水素類;キノリン、ピリジン等の複素環化合物;アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類;酢酸メチル、アクリル酸メチル等のエステル類;ジエチレントリアミン、N,N−ジメチルアミノプロピルアミン等のアミン類;ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン(THF)等のエーテル類;N−メチルピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等のアミド類;ヘキサメチルホスファルアミド、ジメチルスルフォキシド等の非プロトン性極性溶媒等を挙げることができる。なお、これらは、1種を単独で用いてもよく、また2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
(2-4-2-4) Liquid medium
The liquid medium for forming the slurry may be any type of solvent that can dissolve or disperse the positive electrode active material, the conductive material, the binder, and the thickener used as necessary. There is no particular limitation, and either an aqueous solvent or an organic solvent may be used.
Examples of the aqueous medium include water, a mixed medium of alcohol and water, and the like. Examples of organic media include aliphatic hydrocarbons such as hexane; aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, xylene, and methylnaphthalene; heterocyclic compounds such as quinoline and pyridine; ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, and cyclohexanone. Esters such as methyl acetate and methyl acrylate; amines such as diethylenetriamine and N, N-dimethylaminopropylamine; ethers such as diethyl ether and tetrahydrofuran (THF); N-methylpyrrolidone (NMP) and dimethylformamide And amides such as dimethylacetamide; aprotic polar solvents such as hexamethylphosphalamide and dimethyl sulfoxide. In addition, these may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.
(2−4−2−5)増粘剤
スラリーを形成するための液体媒体として水系媒体を用いる場合、増粘剤と、スチレンブタジエンゴム(SBR)等のラテックスを用いてスラリー化するのが好ましい。増粘剤は、通常、スラリーの粘度を調製するために使用される。
増粘剤としては、本発明の効果を著しく制限しない限り制限はないが、具体的には、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、エチルセルロース、ポリビニルアルコール、酸化スターチ、リン酸化スターチ、カゼイン及びこれらの塩等が挙げられる。これらは、1種を単独で用いても、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
(2-4-2-5) Thickener
When an aqueous medium is used as the liquid medium for forming the slurry, it is preferable to make a slurry using a thickener and a latex such as styrene butadiene rubber (SBR). A thickener is usually used to adjust the viscosity of the slurry.
The thickener is not limited as long as the effect of the present invention is not significantly limited. Specifically, carboxymethylcellulose, methylcellulose, hydroxymethylcellulose, ethylcellulose, polyvinyl alcohol, oxidized starch, phosphorylated starch, casein and salts thereof Etc. These may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together by arbitrary combinations and ratios.
更に増粘剤を使用する場合には、活物質に対する増粘剤の割合は、通常0.1質量%以上、好ましくは0.5質量%以上、より好ましくは0.6質量%以上、また、通常5質量%以下、好ましくは3質量%以下、より好ましくは2質量%以下が望ましい。上記範囲を下回ると著しく塗布性が低下する場合があり、また上記範囲を上回ると、正極活物質層に占める活物質の割合が低下し、電池の容量が低下する問題や正極活物質間の抵抗が増大する場合がある。 Further, when using a thickener, the ratio of the thickener to the active material is usually 0.1% by mass or more, preferably 0.5% by mass or more, more preferably 0.6% by mass or more, Usually, it is 5% by mass or less, preferably 3% by mass or less, more preferably 2% by mass or less. If it falls below the above range, applicability may be remarkably reduced, and if it exceeds the above range, the ratio of the active material in the positive electrode active material layer is lowered, the battery capacity is reduced, and the resistance between the positive electrode active materials. May increase.
(2−4−2−6)圧密化
塗布、乾燥によって得られた正極活物質層は、正極活物質の充填密度を上げるために、ハンドプレス、ローラープレス等により圧密化することが好ましい。正極活物質層の密度は、1g・cm−3以上が好ましく、1.5g・cm−3以上が更に好ましく、2g・cm−3以上が特に好ましく、また、4g・cm−3以下が好ましく、3.5g・cm−3以下が更に好ましく、3g・cm−3以下が特に好ましい。
(2-4-2-6) Consolidation
The positive electrode active material layer obtained by coating and drying is preferably consolidated by a hand press, a roller press or the like in order to increase the packing density of the positive electrode active material. The density of the positive electrode active material layer is preferably 1 g · cm −3 or more, more preferably 1.5 g · cm −3 or more, particularly preferably 2 g · cm −3 or more, and preferably 4 g · cm −3 or less. 3.5 g · cm −3 or less is more preferable, and 3 g · cm −3 or less is particularly preferable.
正極活物質層の密度が、上記範囲を上回ると集電体/活物質界面付近への非水系電解液の浸透性が低下し、特に高電流密度での充放電特性が低下する場合がある。また上記範囲を下回ると、活物質間の導電性が低下し、電池抵抗が増大する場合がある。
(2−4−2−7)集電体
正極集電体の材質としては特に制限は無く、公知のものを任意に用いることができる。具体例としては、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケルメッキ、チタン、タンタル等の金属材料;カーボンクロス、カーボンペーパー等の炭素質材料が挙げられる。中でも金属材料、特にアルミニウムが好ましい。
If the density of the positive electrode active material layer exceeds the above range, the permeability of the non-aqueous electrolyte solution to the vicinity of the current collector / active material interface may decrease, and the charge / discharge characteristics at a high current density may decrease. Moreover, when less than the said range, the electroconductivity between active materials may fall and battery resistance may increase.
(2-4-2-7) Current collector
There is no restriction | limiting in particular as a material of a positive electrode electrical power collector, A well-known thing can be used arbitrarily. Specific examples include metal materials such as aluminum, stainless steel, nickel plating, titanium, and tantalum; and carbonaceous materials such as carbon cloth and carbon paper. Of these, metal materials, particularly aluminum, are preferred.
集電体の形状としては、金属材料の場合、金属箔、金属円柱、金属コイル、金属板、金属薄膜、エキスパンドメタル、パンチメタル、発泡メタル等が挙げられ、炭素質材料の場合、炭素板、炭素薄膜、炭素円柱等が挙げられる。これらのうち、金属薄膜が好ましい。なお、薄膜は適宜メッシュ状に形成してもよい。
集電体の厚さは任意であるが、通常1μm以上であり、3μm以上が好ましく、5μm以上が更に好ましく、また、通常1mm以下であり、100μm以下が好ましく、50μm以下が更に好ましい。薄膜が、上記範囲よりも薄いと、集電体として必要な強度が不足する場合がある。また、薄膜が上記範囲よりも厚いと、取り扱い性が損なわれる場合がある。
Examples of the shape of the current collector include metal foil, metal cylinder, metal coil, metal plate, metal thin film, expanded metal, punch metal, foam metal, etc. A carbon thin film, a carbon cylinder, etc. are mentioned. Of these, metal thin films are preferred. In addition, you may form a thin film suitably in mesh shape.
The thickness of the current collector is arbitrary, but is usually 1 μm or more, preferably 3 μm or more, more preferably 5 μm or more, and usually 1 mm or less, preferably 100 μm or less, more preferably 50 μm or less. If the thin film is thinner than the above range, the strength required for the current collector may be insufficient. Moreover, when a thin film is thicker than the said range, a handleability may be impaired.
<2−5.セパレータ>
正極と負極との間には、短絡を防止するために、通常はセパレータを介在させる。この場合、本発明の非水系電解液は、通常はこのセパレータに含浸させて用いる。
セパレータの材料や形状については特に制限は無く、本発明の効果を著しく損なわない限り、公知のものを任意に採用することができる。中でも、本発明の非水系電解液に対し安定な材料で形成された、樹脂、ガラス繊維、無機物等が用いられ、保液性に優れた多孔性シート又は不織布状の形態の物等を用いるのが好ましい。
<2-5. Separator>
Usually, a separator is interposed between the positive electrode and the negative electrode in order to prevent a short circuit. In this case, the nonaqueous electrolytic solution of the present invention is usually used by impregnating the separator.
There is no restriction | limiting in particular about the material and shape of a separator, As long as the effect of this invention is not impaired remarkably, a well-known thing can be employ | adopted arbitrarily. Among them, a resin, glass fiber, inorganic material, etc. formed of a material that is stable with respect to the non-aqueous electrolyte solution of the present invention is used, and a porous sheet or a nonwoven fabric-like material having excellent liquid retention properties is used. Is preferred.
樹脂、ガラス繊維セパレータの材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルスルホン、ガラスフィルター等を用いることができる。中でも好ましくはガラスフィルター、ポリオレフィンであり、更に好ましくはポリオレフィンである。これらの材料は1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。 As materials for the resin and the glass fiber separator, for example, polyolefins such as polyethylene and polypropylene, polytetrafluoroethylene, polyethersulfone, glass filters and the like can be used. Of these, glass filters and polyolefins are preferred, and polyolefins are more preferred. These materials may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.
上記セパレータの厚さは任意であるが、通常1μm以上であり、5μm以上が好ましく、10μm以上が更に好ましく、また、通常50μm以下であり、40μm以下が好ましく、30μm以下が更に好ましい。セパレータが、上記範囲より薄過ぎると、絶縁性や機械的強度が低下する場合がある。また、上記範囲より厚過ぎると、レート特性等の電池性能が低下する場合があるばかりでなく、非水系電解液二次電池全体としてのエネルギー密度が低下する場合がある。 The thickness of the separator is arbitrary, but is usually 1 μm or more, preferably 5 μm or more, more preferably 10 μm or more, and usually 50 μm or less, preferably 40 μm or less, more preferably 30 μm or less. If the separator is too thin than the above range, the insulating properties and mechanical strength may decrease. On the other hand, if it is thicker than the above range, not only the battery performance such as the rate characteristic may be lowered, but also the energy density of the whole non-aqueous electrolyte secondary battery may be lowered.
更に、セパレータとして多孔性シートや不織布等の多孔質のものを用いる場合、セパレータの空孔率は任意であるが、通常20%以上であり、35%以上が好ましく、45%以上が更に好ましく、また、通常90%以下であり、85%以下が好ましく、75%以下が更に好ましい。空孔率が、上記範囲より小さ過ぎると、膜抵抗が大きくなってレート特性が悪化する傾向がある。また、上記範囲より大き過ぎると、セパレータの機械的強度が低下し、絶縁性が低下する傾向にある。 Furthermore, when a porous material such as a porous sheet or nonwoven fabric is used as the separator, the porosity of the separator is arbitrary, but is usually 20% or more, preferably 35% or more, more preferably 45% or more, Moreover, it is 90% or less normally, 85% or less is preferable and 75% or less is still more preferable. If the porosity is too smaller than the above range, the membrane resistance tends to increase and the rate characteristics tend to deteriorate. Moreover, when larger than the said range, it exists in the tendency for the mechanical strength of a separator to fall and for insulation to fall.
また、セパレータの平均孔径も任意であるが、通常0.5μm以下であり、0.2μm以下が好ましく、また、通常0.05μm以上である。平均孔径が、上記範囲を上回ると、短絡が生じ易くなる。また、上記範囲を下回ると、膜抵抗が大きくなりレート特性が低下する場合がある。
一方、無機物の材料としては、例えば、アルミナや二酸化ケイ素等の酸化物類、窒化アルミや窒化ケイ素等の窒化物類、硫酸バリウムや硫酸カルシウム等の硫酸塩類が用いられ、粒子形状若しくは繊維形状のものが用いられる。
Moreover, although the average pore diameter of a separator is also arbitrary, it is 0.5 micrometer or less normally, 0.2 micrometer or less is preferable, and it is 0.05 micrometer or more normally. If the average pore diameter exceeds the above range, a short circuit tends to occur. On the other hand, below the above range, the film resistance may increase and the rate characteristics may deteriorate.
On the other hand, as the inorganic material, for example, oxides such as alumina and silicon dioxide, nitrides such as aluminum nitride and silicon nitride, and sulfates such as barium sulfate and calcium sulfate are used. Things are used.
形態としては、不織布、織布、微多孔性フィルム等の薄膜形状のものが用いられる。薄膜形状では、孔径が0.01〜1μm、厚さが5〜50μmのものが好適に用いられる。前記の独立した薄膜形状以外に、樹脂製の結着剤を用いて前記無機物の粒子を含有する複合多孔層を正極及び/又は負極の表層に形成させてなるセパレータを用いることができる
。例えば、正極の両面に90%粒径が1μm未満のアルミナ粒子を、フッ素樹脂を結着剤として多孔層を形成させることが挙げられる。
As the form, a thin film shape such as a non-woven fabric, a woven fabric, or a microporous film is used. In the thin film shape, those having a pore diameter of 0.01 to 1 μm and a thickness of 5 to 50 μm are preferably used. In addition to the independent thin film shape, a separator formed by forming a composite porous layer containing the inorganic particles on the surface layer of the positive electrode and / or the negative electrode using a resin binder can be used. For example, a porous layer may be formed by using alumina particles having a 90% particle size of less than 1 μm on both surfaces of the positive electrode and using a fluororesin as a binder.
<2−6.電池設計>
[電極群]
電極群は、前述の正極板と負極板とを前述のセパレータを介してなる積層構造のもの、及び前述の正極板と負極板とを前述のセパレータを介して渦巻き状に捲回した構造のものの何れでもよい。電極群の体積が電池内容積に占める割合(以下、電極群占有率と称する)は、通常40%以上であり、50%以上が好ましく、また、通常90%以下であり、80%以下が好ましい。電極群占有率が、上記範囲を下回ると、電池容量が小さくなる。また、上記範囲を上回ると空隙スペースが少なく、電池が高温になることによって部材が膨張したり電解質の液成分の蒸気圧が高くなったりして内部圧力が上昇し、電池としての充放電繰り返し性能や高温保存等の諸特性を低下させたり、更には、内部圧力を外に逃がすガス放出弁が作動する場合がある。
<2-6. Battery design>
[Electrode group]
The electrode group has a laminated structure in which the positive electrode plate and the negative electrode plate are interposed via the separator, and a structure in which the positive electrode plate and the negative electrode plate are wound in a spiral shape via the separator. Either may be used. The ratio of the volume of the electrode group to the internal volume of the battery (hereinafter referred to as the electrode group occupation ratio) is usually 40% or more, preferably 50% or more, and usually 90% or less, preferably 80% or less. . When the electrode group occupancy is below the above range, the battery capacity decreases. Also, if the above range is exceeded, the void space is small, the battery expands, and the member expands or the vapor pressure of the electrolyte liquid component increases and the internal pressure rises. In some cases, a gas release valve that lowers various characteristics such as storage at high temperature and the like, or releases the internal pressure to the outside is activated.
[集電構造]
集電構造は特に限定されるものではないが、本発明の非水系電解液による放電特性の向上をより効果的に実現するには、配線部分や接合部分の抵抗を低減する構造にすることが好ましい。この様に内部抵抗を低減させた場合、本発明の非水系電解液を使用した効果は特に良好に発揮される。
[Current collection structure]
The current collecting structure is not particularly limited, but in order to more effectively realize the improvement of the discharge characteristics by the non-aqueous electrolyte solution of the present invention, it is necessary to make the structure to reduce the resistance of the wiring part and the joint part. preferable. Thus, when internal resistance is reduced, the effect of using the non-aqueous electrolyte solution of this invention is exhibited especially favorable.
電極群が前述の積層構造のものでは、各電極層の金属芯部分を束ねて端子に溶接して形成される構造が好適に用いられる。1枚の電極面積が大きくなる場合には、内部抵抗が大きくなるので、電極内に複数の端子を設けて抵抗を低減することも好適に用いられる。電極群が前述の捲回構造のものでは、正極及び負極にそれぞれ複数のリード構造を設け、端子に束ねることにより、内部抵抗を低くすることができる。 In the case where the electrode group has the laminated structure described above, a structure formed by bundling the metal core portions of the electrode layers and welding them to the terminals is preferably used. When the area of one electrode increases, the internal resistance increases. Therefore, it is also preferable to reduce the resistance by providing a plurality of terminals in the electrode. When the electrode group has the winding structure described above, the internal resistance can be lowered by providing a plurality of lead structures for the positive electrode and the negative electrode, respectively, and bundling the terminals.
[外装ケース]
外装ケースの材質は用いられる非水系電解液に対して安定な物質であれば特に限定されるものではない。具体的には、ニッケルめっき鋼板、ステンレス、アルミニウム又はアルミニウム合金、マグネシウム合金等の金属類、又は、樹脂とアルミ箔との積層フィルム(ラミネートフィルム)が用いられる。軽量化の観点から、アルミニウム又はアルミニウム合金の金属、ラミネートフィルムが好適に用いられる。
[Exterior case]
The material of the outer case is not particularly limited as long as it is a substance that is stable with respect to the non-aqueous electrolyte used. Specifically, a nickel-plated steel plate, stainless steel, aluminum, an aluminum alloy, a metal such as a magnesium alloy, or a laminated film (laminate film) of a resin and an aluminum foil is used. From the viewpoint of weight reduction, an aluminum or aluminum alloy metal or a laminate film is preferably used.
前記金属類を用いる外装ケースでは、レーザー溶接、抵抗溶接、超音波溶接により金属同士を溶着して封止密閉構造とするもの、若しくは、樹脂製ガスケットを介して前記金属類を用いてかしめ構造とするものが挙げられる。前記ラミネートフィルムを用いる外装ケースでは、樹脂層同士を熱融着することにより封止密閉構造とするもの等が挙げられる。シール性を上げるために、前記樹脂層の間にラミネートフィルムに用いられる樹脂と異なる樹脂を介在させてもよい。特に、集電端子を介して樹脂層を熱融着して密閉構造とする場合には、金属と樹脂との接合になるので、介在する樹脂として極性基を有する樹脂や極性基を導入した変成樹脂が好適に用いられる。 In the exterior case using the above metals, a laser-sealed, resistance-welded, ultrasonic welding is used to weld the metals together to form a sealed sealed structure, or a caulking structure using the above-mentioned metals via a resin gasket To do. Examples of the outer case using the laminate film include those having a sealed and sealed structure by heat-sealing resin layers. In order to improve the sealing performance, a resin different from the resin used for the laminate film may be interposed between the resin layers. In particular, when a resin layer is heat-sealed through a current collecting terminal to form a sealed structure, a metal and a resin are joined, so that a resin having a polar group or a modified group having a polar group introduced as an intervening resin is used. Resins are preferably used.
[保護素子]
前述の保護素子として、異常発熱や過大電流が流れた時に抵抗が増大するPTC(Positive Temperature Coefficient)、温度ヒューズ、サーミスター、異常発熱時に電池内部圧力や内部温度の急激な上昇により回路に流れる電流を遮断する弁(電流遮断弁)等が挙げられる。前記保護素子は高電流の通常使用で作動しない条件のものを選択することが好ましく、高出力の観点から、保護素子がなくても異常発熱や熱暴走に至らない設計にすることがより好ましい。
[Protective element]
PTC (Positive Temperature Coefficient), thermal fuse, thermistor, which increases resistance when abnormal heat is generated or excessive current flows, the current flowing through the circuit due to a sudden rise in battery internal pressure or internal temperature during abnormal heat generation For example, a valve (current cutoff valve) that shuts off the current can be used. It is preferable to select a protective element that does not operate under normal use at a high current. From the viewpoint of high output, it is more preferable to design the protective element so as not to cause abnormal heat generation or thermal runaway even without the protective element.
[外装体]
本発明の非水系電解液二次電池は、通常、上記の非水系電解液、負極、正極、セパレータ等を外装体内に収納して構成される。この外装体に制限は無く、本発明の効果を著しく損なわない限り公知のものを任意に採用することができる。
具体的に、外装体の材質は任意であるが、通常は、例えばニッケルメッキを施した鉄、ステンレス、アルミニウム又はその合金、ニッケル、チタン等が用いられる。
[Exterior body]
The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is usually configured by housing the non-aqueous electrolyte, the negative electrode, the positive electrode, the separator, and the like in an exterior body. There is no restriction | limiting in this exterior body, As long as the effect of this invention is not impaired remarkably, a well-known thing can be employ | adopted arbitrarily.
Specifically, the material of the exterior body is arbitrary, but usually, for example, nickel-plated iron, stainless steel, aluminum or an alloy thereof, nickel, titanium, or the like is used.
また、外装体の形状も任意であり、例えば円筒型、角形、ラミネート型、コイン型、大型等の何れであってもよい。 The shape of the exterior body is also arbitrary, and may be any of a cylindrical shape, a square shape, a laminate shape, a coin shape, a large size, and the like.
以下、実施例及び参考例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明は、その要旨を超えない限り、これらの実施例に限定されるものではない。
[二次電池の作製]
<正極の作製>
正極活物質としてニッケルマンガンコバルト酸リチウム(LiNi1/3Mn1/3Co1/3
O2)90質量部を用い、カーボンブラック7質量部とポリフッ化ビニリデン3質量部を混合し、N−メチル−2−ピロリドンを加えスラリー化し、これを厚さ15μmのアルミニウム箔の両面に均一に塗布、乾燥した後、正極活物質層の密度が2.6g・cm−3になるようにプレスして正極とした。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a reference example are given and this invention is demonstrated further more concretely, this invention is not limited to these Examples, unless the summary is exceeded.
[Production of secondary battery]
<Preparation of positive electrode>
Lithium nickel manganese cobaltate (LiNi1 / 3Mn1 / 3Co1 / 3) as positive electrode active material
O2) Using 90 parts by mass, 7 parts by mass of carbon black and 3 parts by mass of polyvinylidene fluoride were mixed, and N-methyl-2-pyrrolidone was added to form a slurry, which was uniformly applied to both sides of an aluminum foil having a thickness of 15 μm. After drying, the positive electrode active material layer was pressed so as to have a density of 2.6 g · cm −3 to obtain a positive electrode.
<負極の作製>
黒鉛に、増粘剤としてカルボキシメチルセルロースナトリウムの水性ディスパージョン(カルボキシメチルセルロースナトリウムの濃度1質量%)と、バインダーとしてスチレン−ブタジエンゴムの水性ディスパージョン(スチレン−ブタジエンゴムの濃度50質量%)を加え、ディスパーザーで混合してスラリー化した。得られたスラリーを厚さ12μmの銅箔の片面に均一に塗布して乾燥し、その後、負極活物質層の密度が1.4g・cm−3になるようにプレスして負極とした。用いた黒鉛は、d50値が10.9μmであり、比表面積が3.41m2/gであり、タップ密度が0.985g/cm3である。また、スラリーは乾燥後の負極において、黒鉛:カルボキシメチルセルロースナトリウム:スチレン−ブタジエンゴム=98:1:1の重量比となるように作成した。
<Production of negative electrode>
To graphite, an aqueous dispersion of sodium carboxymethylcellulose (concentration of 1% by mass of sodium carboxymethylcellulose) as a thickener and an aqueous dispersion of styrene-butadiene rubber (concentration of styrene-butadiene rubber of 50% by mass) as a binder are added. The slurry was mixed with a disperser. The obtained slurry was uniformly applied to one side of a 12 μm thick copper foil and dried, and then pressed so that the density of the negative electrode active material layer was 1.4 g · cm −3 to obtain a negative electrode. The graphite used has a d50 value of 10.9 μm, a specific surface area of 3.41 m 2 / g, and a tap density of 0.985 g / cm 3 . Further, the slurry was prepared so that the weight ratio of graphite: sodium carboxymethylcellulose: styrene-butadiene rubber = 98: 1: 1 was obtained in the negative electrode after drying.
<非水系電解液二次電池の製造>
上記の正極、負極、及びポリエチレン製セパレータを、負極、セパレータ、正極の順に積層した。こうして得られた電池要素を筒状のアルミニウムラミネートフィルムで包み込み、後述する電解液を注入した後で真空封止し、シート状の非水系電解液二次電池を作製した。更に、電極間の密着性を高めるために、ガラス板でシート状電池を挟んで加圧した。
<Manufacture of non-aqueous electrolyte secondary battery>
The positive electrode, the negative electrode, and the polyethylene separator were laminated in the order of the negative electrode, the separator, and the positive electrode. The battery element thus obtained was wrapped in a cylindrical aluminum laminate film, injected with an electrolyte described later, and then vacuum sealed to produce a sheet-like non-aqueous electrolyte secondary battery. Furthermore, in order to increase the adhesion between the electrodes, the sheet battery was sandwiched between glass plates and pressed.
[電池の評価]
<初期充放電試験>
25℃の恒温槽中、シート状の非水系電解液二次電池を0.05Cで10時間充電後、6時間休止させ、その後4.1Vまで0.2Cで定電流充電した。さらに6時間の休止の後に、4.1Vまで0.2Cで定電流−定電圧充電し、次いで1/3Cで3.0Vまで定電流放電した。その後、4.1Vまでの1/3C定電流−定電圧充電と、これに続く3.0Vまでの1/3C定電流放電を1サイクルとする充放電サイクルを2サイクル行った。さらに、4.1Vまで1/3Cで定電流−定電圧充電した後に、電池を60℃で12時間保管することで電池を安定させた。その後改めて25℃にて4.1Vまでの1/3C定電流−定電圧充電と、これに続く3.0Vまでの1/3C定電流放電の充放電サイクルを5
サイクル行った。このときの最後の放電容量を初期容量とした。なお、1Cとは電池の全容量を1時間で放電させる場合の電流値のことである。
[Battery evaluation]
<Initial charge / discharge test>
In a constant temperature bath at 25 ° C., the sheet-like non-aqueous electrolyte secondary battery was charged at 0.05 C for 10 hours, rested for 6 hours, and then charged at constant current at 0.2 C to 4.1 V. Further, after resting for 6 hours, constant current-constant voltage charging was performed at 0.2 C up to 4.1 V, and then constant current discharging was performed up to 3.0 V at 1/3 C. After that, two charging / discharging cycles were carried out, in which 1 / 3C constant current-constant voltage charging up to 4.1V and subsequent 1 / 3C constant current discharging up to 3.0V were taken as one cycle. Furthermore, after charging at a constant current-constant voltage at 1/3 C to 4.1 V, the battery was stored at 60 ° C. for 12 hours to stabilize the battery. After that, the charge / discharge cycle of 1 / 3C constant current-constant voltage charge up to 4.1V at 25 ° C. and 1 / 3C constant current discharge up to 3.0V following this was repeated.
Cycled. The last discharge capacity at this time was defined as the initial capacity. In addition, 1C is a current value when discharging the entire capacity of the battery in one hour.
<低温放電特性評価試験>
初期容量の50%に相当する電気量だけ充電させた電池(以後、この状態の電池をSOC50%と称する場合がある)に対して、−30℃の環境下で
0.3C、0.5C、1.0C、1.5C、2.0C、及び2.5Cで各々放電させ、その2秒後の電圧を測定した。このようにして得られた電流−電圧曲線において、3Vになるときの電流値を算出し、この電流値と3Vの積を初期低温放電特性とした。
<Low-temperature discharge characteristic evaluation test>
For a battery charged by an amount of electricity corresponding to 50% of the initial capacity (hereinafter, the battery in this state may be referred to as SOC 50%), in an environment of −30 ° C., 0.3 C, 0.5 C, Each of the batteries was discharged at 1.0 C, 1.5 C, 2.0 C, and 2.5 C, and the voltage after 2 seconds was measured. In the current-voltage curve thus obtained, the current value at 3V was calculated, and the product of this current value and 3V was used as the initial low temperature discharge characteristic.
[実施例1]
乾燥アルゴン雰囲気下、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとエチルメチルカーボネートとの混合物(容量比3:3:4)に、十分に乾燥したLiPF6を非水電解液全量で1モル/Lとなるように溶解させた(この電解液を「基準電解液」と称する場合がある)。基準電解液に(a)と化2をそれぞれ0.5質量ずつ加え、非水系電解液を調製した。この電解液を用いて上述の方法で電池を作成し、低温放電特性を測定した。このようにして得られた結果の参考例6に対する比率を表1に示す。
[Example 1]
Under a dry argon atmosphere, fully dried LiPF 6 was dissolved in a mixture of ethylene carbonate, dimethyl carbonate and ethyl methyl carbonate (volume ratio 3: 3: 4) so that the total amount of the non-aqueous electrolyte was 1 mol / L. (This electrolyte solution may be referred to as “reference electrolyte solution”). A non-aqueous electrolyte solution was prepared by adding 0.5 mass of (a) and Chemical Formula 2 to the reference electrolyte solution. A battery was prepared by the above-described method using this electrolytic solution, and the low-temperature discharge characteristics were measured. The ratio of the results thus obtained to Reference Example 6 is shown in Table 1.
[実施例2]
電解液に化2の代わりに化3を2.0質量%加えたこと以外は
実施例1と同様に電解液を作成し、実施例1と同様の手法で電池の作成及び低温放電特性の評価を行った。このようにし
て得られた結果の参考例6に対する比率を表1に示す。
[Example 2]
An electrolytic solution was prepared in the same manner as in Example 1 except that 2.0% by mass of Chemical 3 was added to the electrolytic solution instead of Chemical 2, and the battery was prepared and the low-temperature discharge characteristics were evaluated in the same manner as in Example 1. Went. The ratio of the results thus obtained to Reference Example 6 is shown in Table 1.
[実施例3]
電解液に化2の代わりに化4を0.5質量%加えたこと以外は実施例1と同様に電解液を作成し、実施例1と同様の手法で電池の作成及び低温放電特性の評価を行った。このようにして得られた結果の参考例6に対する比率を表1に示す。
[実施例4]
電解液に(a)の代わりに(j)を1.0質量%加えたこと以外は実施例1と同様に電解液を作成し、実施例1と同様の手法で電池の作成及び低温放電特性の評価を行った。このようにして得られた結果の参考例6に対する比率を表1に示す。
[Example 3]
An electrolytic solution was prepared in the same manner as in Example 1 except that 0.5% by mass of Chemical 4 was added to the electrolytic solution instead of Chemical 2. Preparation of a battery and evaluation of low-temperature discharge characteristics were performed in the same manner as in Example 1. Went. The ratio of the results thus obtained to Reference Example 6 is shown in Table 1.
[Example 4]
An electrolyte solution was prepared in the same manner as in Example 1 except that 1.0% by mass of (j) was added to the electrolyte solution instead of (a), and battery preparation and low-temperature discharge characteristics were performed in the same manner as in Example 1. Was evaluated. The ratio of the results thus obtained to Reference Example 6 is shown in Table 1.
[実施例5]
電解液に化2の代わりに化4を0.5質量%加えたこと以外は実施例4と同様に電解液を作成し、実施例1と同様の手法で電池の作成及び低温放電特性の評価を行った。このようにして得られた結果の参考例6に対する比率を表1に示す。
[参考例1]
電解液に化2を加えなかった以外は実施例1と同様に電解液を作成し、実施例1と同様の手法で電池の作成及び低温放電特性の評価を行った。このようにして得られた結果の参考例6に対する比率を表1に示す。
[Example 5]
An electrolytic solution was prepared in the same manner as in Example 4 except that 0.5% by mass of Chemical 4 was added to the electrolytic solution instead of Chemical 2, and the battery was prepared and the low-temperature discharge characteristics were evaluated in the same manner as in Example 1. Went. The ratio of the results thus obtained to Reference Example 6 is shown in Table 1.
[Reference Example 1]
An electrolyte solution was prepared in the same manner as in Example 1 except that Chemical Formula 2 was not added to the electrolyte solution, and a battery was prepared and low-temperature discharge characteristics were evaluated in the same manner as in Example 1. The ratio of the results thus obtained to Reference Example 6 is shown in Table 1.
[参考例2]
電解液に化2を加えなかった以外は実施例4と同様に電解液を作成し、実施例1と同様の手法で電池の作成及び低温放電特性の評価を行った。このようにして得られた結果の参考例6に対する比率を表1に示す。
[参考例3]
電解液に(a)を加えなかった以外は実施例1と同様に電解液を作成し、実施例1と同様の手法で電池の作成及び低温放電特性の評価を行った。このようにして得られた結果の参考例6に対する比率を表1に示す。
[Reference Example 2]
An electrolyte solution was prepared in the same manner as in Example 4 except that Chemical Formula 2 was not added to the electrolyte solution, and a battery was prepared and low-temperature discharge characteristics were evaluated in the same manner as in Example 1. The ratio of the results thus obtained to Reference Example 6 is shown in Table 1.
[Reference Example 3]
An electrolyte solution was prepared in the same manner as in Example 1 except that (a) was not added to the electrolyte solution, and a battery was prepared and low-temperature discharge characteristics were evaluated in the same manner as in Example 1. The ratio of the results thus obtained to Reference Example 6 is shown in Table 1.
[参考例4]
電解液に(a)を加えなかった以外は実施例2と同様に電解液を作成し、実施例1と同様の手法で電池の作成及び低温放電特性の評価を行った。このようにして得られた結果の参考例6に対する比率を表1に示す。
[参考例5]
電解液に(a)を加えなかった以外は実施例3と同様に電解液を作成し、実施例1と同様の手法で電池の作成及び低温放電特性の評価を行った。このようにして得られた結果の参考例6に対する比率を表1に示す。
[Reference Example 4]
An electrolyte solution was prepared in the same manner as in Example 2 except that (a) was not added to the electrolyte solution, and a battery was prepared and low-temperature discharge characteristics were evaluated in the same manner as in Example 1. The ratio of the results thus obtained to Reference Example 6 is shown in Table 1.
[Reference Example 5]
An electrolyte solution was prepared in the same manner as in Example 3 except that (a) was not added to the electrolyte solution, and a battery was prepared and low-temperature discharge characteristics were evaluated in the same manner as in Example 1. The ratio of the results thus obtained to Reference Example 6 is shown in Table 1.
[参考例6]
基準電解液を用いて、実施例1と同様の手法で電池の作成及び低温放電特性の評価を行った。このようにして得られた低温放電特性を1.00として表1に示す。
[Reference Example 6]
Using the reference electrolyte, the battery was prepared and the low-temperature discharge characteristics were evaluated in the same manner as in Example 1. The low temperature discharge characteristics thus obtained are shown in Table 1 as 1.00.
表1の参考例1〜参考例5より、(a)や(j)に代表される本発明における「特定Si化合物」や、化2〜化4に代表される本発明における「特定の塩」を加えることで、低温放電特性が改善されることがわかった。そして、実施例1〜実施例5では、これら両者の効果の単なる和ではなく、特異的な相乗効果により、低温放電特性が向上していることがわかった。 From Reference Example 1 to Reference Example 5 in Table 1, “specific Si compound” in the present invention represented by (a) and (j) and “specific salt” in the present invention represented by Chemical Formulas 2 to 4 It was found that the low temperature discharge characteristics were improved by adding. And in Example 1-Example 5, it turned out that the low temperature discharge characteristic is improving by the specific synergistic effect instead of the mere sum of these both effects.
[参考例7]
電解液に(a)の代わりに1,2−ジビニルテトラメチルジシランを1.0質量%加えた以外は実施例1と同様に電解液を作成し、実施例1と同様の手法で電池の作成及び低温放電特性の評価を行った。このようにして得られた結果の参考例6に対する比率を表2に示す。
[Reference Example 7]
An electrolyte solution was prepared in the same manner as in Example 1 except that 1.0% by mass of 1,2-divinyltetramethyldisilane was added to the electrolyte solution instead of (a), and a battery was prepared in the same manner as in Example 1. In addition, the low-temperature discharge characteristics were evaluated. Table 2 shows the ratio of the results thus obtained to Reference Example 6.
[参考例8]
電解液に化2を加えなかった以外は参考例7と同様に電解液を作成し、実施例1と同様の手法で電池の作成及び低温放電特性の評価を行った。このようにして得られた結果の参考例6に対する比率を表2に示す。
[Reference Example 8]
An electrolyte solution was prepared in the same manner as in Reference Example 7 except that Chemical Formula 2 was not added to the electrolyte solution, and a battery was prepared and low-temperature discharge characteristics were evaluated in the same manner as in Example 1. Table 2 shows the ratio of the results thus obtained to Reference Example 6.
表2より、本発明における『特定Si化合物』以外のSi化合物である、1,2-ジビ
ニルテトラメチルジシランを加えた場合では、本発明における『特定の塩』と併用した場合に、低温放電特性が低下する傾向が見られた。
この要因として、1,2−ジビニルテトラメチルジシランに代表される不飽和結合を有する脂肪族置換基を有するSi−Si化合物は、不飽和結合を有する脂肪族置換基の自己重合が高く、自己重合が進行しやすいため、必要以上の皮膜が形成されて、皮膜がより高抵抗化してしまったためと推定される。
From Table 2, when 1,2-divinyltetramethyldisilane, which is an Si compound other than the “specific Si compound” in the present invention, is added, when used together with the “specific salt” in the present invention, the low temperature discharge characteristics Tended to decrease.
As a cause of this, Si-Si compounds having an aliphatic substituent having an unsaturated bond represented by 1,2-divinyltetramethyldisilane have a high self-polymerization of the aliphatic substituent having an unsaturated bond. It is presumed that since the film tends to progress, a film more than necessary was formed, and the film became more resistant.
本発明の非水系電解液によれば、低温放電特性に優れた非水系電解液二次電池を製造することができるので、非水系電解液二次電池が用いられる電子機器等のあらゆる分野において好適に利用できる。
本発明の非水系電解液や非水系電解液二次電池の用途は特に限定されず、公知の各種の用途に用いることが可能である。具体例としては、ノートパソコン、ペン入力パソコン、モバイルパソコン、電子ブックプレーヤー、携帯電話、携帯ファックス、携帯コピー、携帯プリンター、ヘッドフォンステレオ、ビデオムービー、液晶テレビ、ハンディークリーナー、ポータブルCD、ミニディスク、トランシーバー、電子手帳、電卓、メモリーカード、携帯テープレコーダー、ラジオ、バックアップ電源、モーター、自動車、バイク、原動機付自転車、自転車、照明器具、玩具、ゲーム機器、時計、電動工具、ストロボ、カメラ等を挙げることができる。
According to the non-aqueous electrolyte solution of the present invention, a non-aqueous electrolyte secondary battery excellent in low-temperature discharge characteristics can be produced, and thus suitable for all fields such as electronic devices in which the non-aqueous electrolyte secondary battery is used. Available to:
The application of the non-aqueous electrolyte solution or the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is not particularly limited, and can be used for various known applications. Specific examples include notebook computers, pen input computers, mobile computers, electronic book players, mobile phones, mobile faxes, mobile copy, mobile printers, headphone stereos, video movies, LCD TVs, handy cleaners, portable CDs, minidiscs, and transceivers. , Electronic notebook, calculator, memory card, portable tape recorder, radio, backup power supply, motor, automobile, motorcycle, motorbike, bicycle, lighting equipment, toy, game equipment, clock, electric tool, strobe, camera, etc. Can do.
Claims (6)
(A)不飽和結合を有する脂肪族置換基を有さないSi−Si結合を有する化合物
(B)モノフルオロリン酸塩、ジフルオロリン酸塩、フルオロスルホン酸塩、及びイミド塩からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物 A non-aqueous electrolyte used in a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a negative electrode and a positive electrode capable of occluding and releasing metal ions, and a non-aqueous electrolyte, wherein the non-aqueous electrolyte comprises the following (A) and A non-aqueous electrolyte containing (B).
(A) Compound having Si-Si bond having no aliphatic substituent having unsaturated bond (B) Selected from the group consisting of monofluorophosphate, difluorophosphate, fluorosulfonate, and imide salt At least one compound
の化合物であることを特徴とする請求項1に記載の非水系電解液。 At least one compound selected from the group consisting of the monofluorophosphate, difluorophosphate, fluorosulfonate, and imide salt is lithium monofluorophosphate, lithium difluorophosphate, lithium fluorosulfonate, LiN 2. The compound according to claim 1, wherein the compound is at least one compound selected from the group consisting of (FSO 2 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , and LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 . Non-aqueous electrolyte.
(A1〜A6は同一または異なっていてもよく、水素原子、ハロゲン原子、ヘテロ原子を有していてもよい炭素数1〜10の炭化水素基、または置換基有していてもよい珪素数1〜10の珪化水素基を表し、A1〜A6は互いに結合して、環を形成してもよい。ただし、A1〜A6はいずれも不飽和結合を有する脂肪族置換基ではない。) The non-aqueous system according to claim 1 or 2, wherein the compound having an Si-Si bond having no unsaturated substituent having an unsaturated bond is a compound represented by the following general formula (1). Electrolytic solution.
(A 1 to A 6 may be the same or different, and may be a hydrogen atom, a halogen atom, a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms that may have a hetero atom, or silicon that may have a substituent. Represents a silicic acid group of 1 to 10, and A 1 to A 6 may be bonded to each other to form a ring, provided that A 1 to A 6 are all aliphatic substituents having an unsaturated bond. Absent.)
非水系電解液であることを特徴とする非水系電解液二次電池。 It is a non-aqueous electrolyte secondary battery provided with the carbon-type negative electrode and positive electrode which can occlude and discharge | release metal ion, and a non-aqueous electrolyte, Comprising: This non-aqueous electrolyte is any one of Claims 1-5. A nonaqueous electrolyte secondary battery, characterized by being a nonaqueous electrolyte solution.
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