JP2013251068A - Nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、非水電解質二次電池に関する。 The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery.
近年、携帯オーディオデバイス、携帯電話、ラップトップコンピュータといった携帯型電子機器が広く普及している。また、省エネルギーの観点、あるいは、二酸化炭素の排出量を低減する観点から、内燃機関と電気による駆動力とを併用するハイブリッド自動車が普及し始めている。これらの普及に伴い、電源として用いられる蓄電デバイスに対する高性能化への要求が高まっている。特に、リチウム二次電池に代表される非水電解質二次電池に対する研究開発が盛んに行われており、リチウム二次電池の特徴である高いエネルギー密度を維持したまま、出力特性、特に、瞬時の大電流特性であるパルス放電特性を向上させることが要望されている。 In recent years, portable electronic devices such as portable audio devices, cellular phones, and laptop computers have become widespread. In addition, hybrid vehicles using an internal combustion engine and an electric driving force in combination are beginning to spread from the viewpoint of energy saving or the reduction of carbon dioxide emissions. With these popularizations, there is an increasing demand for higher performance of power storage devices used as power sources. In particular, research and development on non-aqueous electrolyte secondary batteries represented by lithium secondary batteries has been actively conducted, and while maintaining the high energy density that is characteristic of lithium secondary batteries, output characteristics, especially instantaneous There is a demand for improving the pulse discharge characteristic, which is a large current characteristic.
例えば、酸化還元反応を可逆的に起こすことが可能な有機化合物を電極活物質に利用することが提案されている。有機化合物の比重は1g/cm3程度であり、従来から電極活物質として用いられているコバルト酸リチウムなどの無機酸化物よりも軽量である。従って、電極活物質として有機化合物を用いることにより、重量エネルギー密度の高い蓄電デバイスが得られる。また、電極活物質として重金属を含まない有機化合物を使用すれば、希少金属資源の枯渇、資源価格の変動、重金属の漏出による環境汚染などのリスクを軽減することも可能である。 For example, it has been proposed to use, as an electrode active material, an organic compound that can reversibly cause a redox reaction. The specific gravity of the organic compound is about 1 g / cm 3 , and is lighter than inorganic oxides such as lithium cobaltate that have been conventionally used as an electrode active material. Therefore, by using an organic compound as the electrode active material, an electricity storage device having a high weight energy density can be obtained. If an organic compound that does not contain heavy metals is used as the electrode active material, it is possible to reduce risks such as depletion of rare metal resources, fluctuations in resource prices, and environmental pollution due to leakage of heavy metals.
具体的な試みとしては、非水電解質を含むコイン型二次電池において、主鎖上にテトラチアフルバレン骨格を有する重合体を正極活物質として用い、対イオンとしてリチウムイオンを用いることが提案されている(特許文献1)。テトラチアフルバレン骨格を主鎖上に有する重合体は、充電反応時に対イオンとしてアニオンが配位(アニオンを吸蔵)し、放電反応でアニオンを放出し中性状態に戻る、反応メカニズムを有することが開示されている。この反応メカニズムを利用した、安定で可逆的な充放電反応を行う電極が提案されている。 As a specific attempt, in a coin-type secondary battery including a non-aqueous electrolyte, it has been proposed to use a polymer having a tetrathiafulvalene skeleton on the main chain as a positive electrode active material and lithium ions as a counter ion. (Patent Document 1). A polymer having a tetrathiafulvalene skeleton on the main chain may have a reaction mechanism in which an anion coordinates as a counter ion during the charge reaction (an anion is occluded), and the anion is released by a discharge reaction to return to a neutral state. It is disclosed. An electrode that performs a stable and reversible charge / discharge reaction using this reaction mechanism has been proposed.
特許文献2には、非プロトン性溶媒の溶液中に式Li+[(FSO2)2N]-で表されるイオン化合物が含まれている、イオン性伝導材料が開示されている。当該アニオン([(FSO2)2N]-)は、酸化還元現象に対して広い安定性を示し、非プロトン性溶媒、溶媒和重合体またはその混合体中における伝導率は、ビストリフルオロメタンスルホニルイミド(以下、「TFSI」と略すことがある。)アニオンの誘導体の伝導率に匹敵するかそれ以上であることが開示されている。 Patent Document 2 discloses an ionic conductive material in which an ionic compound represented by the formula Li + [(FSO 2 ) 2 N] − is contained in a solution of an aprotic solvent. The anion ([(FSO 2 ) 2 N] − ) exhibits wide stability against redox phenomena, and its conductivity in an aprotic solvent, solvated polymer or mixture thereof is bistrifluoromethanesulfonyl. It is disclosed that it is comparable to or higher than the conductivity of an imide (hereinafter sometimes abbreviated as “TFSI”) anion derivative.
以上のように、アニオンを吸蔵および放出することができる正極活物質を含む正極として、テトラチアフルバレン骨格を主鎖に有する重合体を正極活物質として用いる取り組みはなされていた。しかし、このような正極活物質を用いる場合に、出力特性を向上させる最適なアニオン種に関する知見は不十分であった。また、[F(SO2)2N]-で表されるアニオン(以下、「FSIアニオン」ということがある。)がTFSIアニオンよりも良好な伝導性を示すことは知られていたが、酸化還元反応速度についてのFSIアニオンの振舞いに関する知見は不十分であった。 As described above, efforts have been made to use a polymer having a tetrathiafulvalene skeleton in the main chain as a positive electrode active material as a positive electrode including a positive electrode active material capable of occluding and releasing anions. However, when such a positive electrode active material is used, knowledge about an optimal anion species that improves output characteristics has been insufficient. Further, it has been known that an anion represented by [F (SO 2 ) 2 N] − (hereinafter sometimes referred to as “FSI anion”) exhibits better conductivity than a TFSI anion. Knowledge about the behavior of the FSI anion with respect to the reduction reaction rate was insufficient.
本発明は、これらの課題に鑑みてなされたものであり、エネルギー密度を大きく低下させることなく、出力特性を向上させた非水電解質二次電池を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of these problems, and an object thereof is to provide a nonaqueous electrolyte secondary battery having improved output characteristics without greatly reducing the energy density.
本発明は、
アニオンを吸蔵および放出することができる第1活物質を含む正極と、
負極と、
カチオンと前記アニオンとの塩を含む電解質と、
を備え、
前記アニオンが、[(FSO2)2N]-である、
非水電解質二次電池を提供する。
The present invention
A positive electrode comprising a first active material capable of occluding and releasing anions;
A negative electrode,
An electrolyte containing a salt of a cation and the anion;
With
The anion is [(FSO 2 ) 2 N] − ;
A non-aqueous electrolyte secondary battery is provided.
本発明の非水電解質二次電池によれば、エネルギー密度を大きく低下させることなく、出力特性を向上させた非水電解質二次電池を提供することができる。 According to the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention, it is possible to provide a nonaqueous electrolyte secondary battery having improved output characteristics without greatly reducing the energy density.
本発明の第1の態様は、
アニオンを吸蔵および放出することができる第1活物質を含む正極と、
負極と、
カチオンと前記アニオンとの塩を含む電解質と、
を備え、
前記アニオンが、[(FSO2)2N]-である、
非水電解質二次電池を提供する。
The first aspect of the present invention is:
A positive electrode comprising a first active material capable of occluding and releasing anions;
A negative electrode,
An electrolyte containing a salt of a cation and the anion;
With
The anion is [(FSO 2 ) 2 N] − ;
A non-aqueous electrolyte secondary battery is provided.
第1の態様に係る非水電解質二次電池では、アニオンを可逆的に吸蔵および放出することができる第1活物質を含む正極と、[(FSO2)2N]-で表されるアニオンとカチオンとの塩を含む電解質とが用いられている。この正極と電解質との組み合わせにより、第1の態様に係る非水電解質二次電池は、十分なエネルギー密度を確保することができる。さらに、この正極と電解質との組み合わせは、酸化還元反応抵抗を低下させることができるので、放電レート特性およびパルス放電特性の向上に寄与する。このように、本発明の第1の態様によれば、エネルギー密度を大きく低下させることなく、出力特性の向上した非水電解質二次電池を提供することができる。 In the nonaqueous electrolyte secondary battery according to the first aspect, a positive electrode including a first active material capable of reversibly occluding and releasing anions, and an anion represented by [(FSO 2 ) 2 N] − An electrolyte containing a salt with a cation is used. By the combination of the positive electrode and the electrolyte, the non-aqueous electrolyte secondary battery according to the first aspect can ensure a sufficient energy density. Further, the combination of the positive electrode and the electrolyte can reduce the oxidation-reduction reaction resistance, which contributes to the improvement of the discharge rate characteristic and the pulse discharge characteristic. Thus, according to the first aspect of the present invention, it is possible to provide a nonaqueous electrolyte secondary battery with improved output characteristics without greatly reducing the energy density.
本発明の第2の態様は、第1の態様において、前記アニオンを吸蔵および放出することができる前記第1活物質が、主鎖にテトラカルコゲノフルバレン骨格を含む重合体である、非水電解質二次電池を提供する。テトラカルコゲノフルバレン骨格を繰り返し単位の中に含む重合体は、高出力、特に優れたパルス放電特性に寄与することができる。テトラカルコゲノフルバレン骨格が重合体の主鎖に含まれることによって、テトラカルコゲノフルバレンの有する可逆な酸化還元反応特性を損なうことなく、酸化還元反応を行う部位が重合体の高分子化に寄与する。そのため、酸化還元反応を行わない部位をなるべく小さくした重合体構造を形成することができる。これにより、本発明の第2の態様によれば、エネルギー密度を大きく低下させることなく、出力特性の向上した非水電解質二次電池を、より確実に提供することができる。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the first active material capable of occluding and releasing the anion is a non-aqueous polymer containing a tetrachalcogenofulvalene skeleton in the main chain. An electrolyte secondary battery is provided. A polymer containing a tetrachalcogenofulvalene skeleton in a repeating unit can contribute to high output, particularly excellent pulse discharge characteristics. By including the tetrachalcogenofulvalene skeleton in the main chain of the polymer, the site where the oxidation-reduction reaction occurs without degrading the reversible oxidation-reduction characteristics of the tetrachalcogenofulvalene, the polymer can be polymerized. Contribute. Therefore, it is possible to form a polymer structure in which a portion where no oxidation-reduction reaction is performed is made as small as possible. Thereby, according to the 2nd aspect of this invention, the nonaqueous electrolyte secondary battery which improved the output characteristic can be provided more reliably, without reducing an energy density largely.
本発明の第3の態様は、第1の態様または第2の態様において、前記アニオンを吸蔵および放出することができる前記第1活物質が、重合体の側鎖にテトラカルコゲノフルバレン骨格を含む、非水電解質二次電池を提供する。テトラカルコゲノフルバレン骨格を繰り返し単位の中に含む重合体は、高出力、特に優れたパルス放電特性に寄与することができる。テトラカルコゲノフルバレン骨格が重合体の側鎖に含まれる場合でも、テトラカルコゲノフルバレンの有する可逆な酸化還元反応特性は損なわれることはない。これにより、本発明の第3の態様によれば、エネルギー密度を大きく低下させることなく、出力特性の向上した非水電解質二次電池を、より確実に提供することができる。 According to a third aspect of the present invention, in the first aspect or the second aspect, the first active material capable of occluding and releasing the anion has a tetrachalcogenofulvalene skeleton in a side chain of the polymer. A non-aqueous electrolyte secondary battery is provided. A polymer containing a tetrachalcogenofulvalene skeleton in a repeating unit can contribute to high output, particularly excellent pulse discharge characteristics. Even when the tetrachalcogenofulvalene skeleton is contained in the side chain of the polymer, the reversible redox property of the tetrachalcogenofulvalene is not impaired. Thereby, according to the 3rd aspect of this invention, the nonaqueous electrolyte secondary battery which improved the output characteristic can be provided more reliably, without reducing an energy density largely.
本発明の第4の態様は、第1〜第3の態様の何れか1つの態様において、前記正極が、リチウムイオンを吸蔵および放出することができる第2活物質をさらに含む、非水電解質二次電池を提供する。正極が第2活物質をさらに含むことにより、第2活物質が有する材料特性が発揮されるので、高容量の実現も可能となる。 According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the positive electrode further includes a second active material capable of occluding and releasing lithium ions. Provide the next battery. Since the positive electrode further includes the second active material, the material characteristics of the second active material are exhibited, so that a high capacity can be realized.
本発明の第5の態様は、第4の態様において、前記第2活物質が遷移金属酸化物またはリチウム含有遷移金属酸化物である、非水電解質二次電池を提供する。 A fifth aspect of the present invention provides a nonaqueous electrolyte secondary battery according to the fourth aspect, wherein the second active material is a transition metal oxide or a lithium-containing transition metal oxide.
本発明の第6の態様は、第5の態様において、前記遷移金属酸化物はV2O5である、非水電解質二次電池を提供する。 A sixth aspect of the present invention provides the nonaqueous electrolyte secondary battery according to the fifth aspect, wherein the transition metal oxide is V 2 O 5 .
以下、本発明の非水電解質二次電池の実施形態を説明する。図1は、本発明による非水電解質二次電池の一実施形態であるコイン型蓄電デバイス1の模式的な断面を示している。この蓄電デバイス1は、コイン型ケース50、封口板51、およびガスケット52によって内部が密閉された構造を有する。蓄電デバイス1の内部には、正極活物質層11および正極集電体12を備える正極10と、負極活物質層21および負極集電体22を備える負極20と、セパレータ30とが収められている。正極10および負極20はセパレータ30を挟んで対向し、正極活物質層11および負極活物質層21がセパレータ30と接するように配置されている。正極10、負極20、およびセパレータ30からなる電極群には、電解液31が含浸されている。なお、本実施形態では、非水電解質二次電池としてリチウム二次電池を例に挙げて説明する。
Hereinafter, embodiments of the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention will be described. FIG. 1 shows a schematic cross section of a coin-type electricity storage device 1 which is an embodiment of a nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention. The electricity storage device 1 has a structure in which the inside is sealed by a coin-
正極活物質層11は、少なくとも、FSIアニオンを吸蔵および放出可能な有機活物質(第1活物質)を正極活物質として含む。
The positive electrode
FSIアニオンを吸蔵および放出することができる有機活物質としては、後に詳述する、テトラカルコゲノフルバレン骨格を繰り返し単位の中に含む重合体を用いることができる。 As an organic active material that can occlude and release FSI anions, a polymer containing a tetrachalcogenofulvalene skeleton in a repeating unit, which will be described in detail later, can be used.
以下、テトラカルコゲノフルバレン骨格を繰り返し単位の中に含む重合体について、詳細に説明する。当該重合体において、テトラカルコゲノフルバレン骨格を有する部分は、π共役電子雲を有し、酸化還元部位として機能する。当該部分の構造は、例えば、下記式(1)で表わされる。
い。
Hereinafter, the polymer containing the tetrachalcogenofulvalene skeleton in the repeating unit will be described in detail. In the polymer, a portion having a tetrachalcogenofulvalene skeleton has a π-conjugated electron cloud and functions as a redox site. The structure of the part is represented by, for example, the following formula (1).
式(1)において、X1、X2、X3、およびX4が硫黄原子であり、Ra、Rb、Rc、およびRdが水素原子である化合物は、下記式(2)で示されるテトラチアフルバレン(以下、「TTF」と略すことがある。)である。以下、TTFを例にとり、テトラカルコゲノフルバレン骨格を有する部分が酸化還元部位として機能し、電解質中のアニオンと反応するメカニズムについて説明する。
TTFは、電解液に溶解した状態で1電子酸化を受けると、下記式(3)に示すように、2つの5員環のうち一方の5員環から電子が1つ引き抜かれ、正の1価に帯電する。この結果、対イオンとしてFSIアニオン([(FSO2)2N]-)がテトラチアフルバレン骨格に1つ配位する。この状態からさらに1電子酸化を受けると、他方の5員環から電子が1つ引き抜かれ、正の2価に帯電する。この結果、対イオンとしてもう1つのFSIアニオン([(FSO2)2N]-)がテトラチアフルバレン骨格に配位する。
酸化された状態でも、その環状骨格は安定であり、再び電子を受け取ることにより、還元されて電気的に中性な元の状態に戻ることができる。言い換えれば、上記式(3)に例示される酸化還元反応は可逆である。本実施形態の非水電解質二次電池は、テトラチアフルバレン骨格が有するこのような酸化還元特性を利用できる。 Even in the oxidized state, the cyclic skeleton is stable, and by receiving electrons again, the cyclic skeleton can be reduced to return to an electrically neutral original state. In other words, the oxidation-reduction reaction exemplified in the above formula (3) is reversible. The non-aqueous electrolyte secondary battery of this embodiment can utilize such redox characteristics of the tetrathiafulvalene skeleton.
例えば、TTFを蓄電デバイス1の正極10に用いた場合、放電過程において、テトラチアフルバレン骨格が電気的に中性な状態へと向かう。言い換えれば、式(3)において左方向の反応が進行する。逆に、充電過程においては、テトラチアフルバレン骨格が正に帯電した状態へと向かう、つまり、式(3)において右方向の反応が進行する。
For example, when TTF is used for the
式(1)において、X1、X2、X3、およびX4が、互いに独立して、硫黄原子、セレン原子、テルル原子、または酸素原子であり、Ra、Rb、Rc、およびRdが水素原子である化合物は、テトラカルコゲノフルバレンまたはその酸素含有類縁体と総称される。これらの化合物は、TTFと同様の酸化還元特性を有する。このことは、例えば、TTF ケミストリー:テトラチアフルバレンの基礎と応用(TTF Chemistry:Fundamentals and Applications of Tetrathiafulvalene)、ジャーナル・オブ・ジ・アメリカン・ケミカル・ソサエティ(Journal of the American Chemical Society),第97版,第10部,1975年,p.2921−2922、および、ケミカル・コミュニケイション(ChemicalCommunications),1997年,p.1925−1926などにおいて報告されている。
In the formula (1), X 1 , X 2 , X 3 , and X 4 are each independently a sulfur atom, a selenium atom, a tellurium atom, or an oxygen atom, and Ra, Rb, Rc, and Rd are hydrogen Compounds that are atoms are collectively referred to as tetrachalcogenofulvalene or its oxygen-containing analogs. These compounds have redox properties similar to TTF. For example, TTF Chemistry: Fundamentals and Applications of Tetrathiafulvalene, Journal of the American Chemical Society, 97th Edition. ,
また、テトラカルコゲノフルバレン骨格に官能基が結合した化合物、すなわち、式(1)におけるRa、Rb、Rc、およびRdが種々の構造を有する化合物は、テトラカルコゲノフルバレンと同様の酸化還元特性を有する。このことは、例えば、TTF ケミストリー:テトラチアフルバレンの基礎と応用(TTF Chemistry:Fundamentals and Applications of Tetrathiafulvalene)において、これらの化合物の合成方法とともに報告されている。このように、良好な酸化還元特性を得るために重要な構造は、テトラカルコゲノフルバレン骨格自体の構造である。したがって、式(1)におけるRa、Rb、Rc、およびRdは、これらがテトラカルコゲノフルバレン骨格の酸化還元に寄与しない構造である限り、特に限定されない。 In addition, a compound in which a functional group is bonded to a tetrachalcogenofulvalene skeleton, that is, a compound in which Ra, Rb, Rc, and Rd in the formula (1) have various structures is the same redox as tetrachalcogenofulvalene. Has characteristics. This has been reported, for example, in TTF Chemistry: Fundamentals and Applications of Tetrathiafulvalene, along with methods for synthesizing these compounds. Thus, an important structure for obtaining good redox characteristics is the structure of the tetrachalcogenofulvalene skeleton itself. Accordingly, Ra, Rb, Rc, and Rd in the formula (1) are not particularly limited as long as they are structures that do not contribute to the oxidation-reduction of the tetrachalcogenofulvalene skeleton.
本実施形態において用いることができる有機活物質は、例えば、式(1)に例示したようなテトラカルコゲノフルバレン骨格を繰り返し単位の中に含む重合体である。テトラカルコゲノフルバレン骨格を含む分子は、分子量を大きくするほど有機溶媒に対する溶解度が低下する。したがって、電解液中に有機溶媒が含まれている場合、テトラカルコゲノフルバレン骨格を含む重合体を第1活物質として用いることにより、第1活物質の電解液への溶解を抑制し、サイクル特性の劣化を抑制することができる。 The organic active material that can be used in the present embodiment is, for example, a polymer including a tetrachalcogenofulvalene skeleton as exemplified in Formula (1) in a repeating unit. A molecule including a tetrachalcogenofulvalene skeleton has a lower solubility in an organic solvent as the molecular weight is increased. Therefore, when an organic solvent is contained in the electrolytic solution, the polymer containing the tetrachalcogenofulvalene skeleton is used as the first active material, thereby suppressing dissolution of the first active material in the electrolytic solution, Deterioration of characteristics can be suppressed.
重合体の分子量は大きいことが望ましい。具体的には、1分子中に、式(1)で表されるテトラカルコゲノフルバレン骨格を4個以上有することが望ましい。すなわち、重合体の重合度(後述の式(4)におけるn、または、後述の式(6)におけるnとmとの和)は、4以上であることが望ましい。これにより、有機溶媒に溶けにくい有機活物質を実現することができる。より望ましくは、重合体の重合度は、10以上であり、さらに望ましくは、20以上である。重合体の重合度の上限は特に限定されない。製造コスト、収率などの観点から、重合体の重合度は、例えば300以下であり、望ましくは150以下である。 It is desirable that the polymer has a large molecular weight. Specifically, it is desirable to have four or more tetrachalcogenofulvalene skeletons represented by the formula (1) in one molecule. That is, the degree of polymerization of the polymer (n in formula (4) described later or the sum of n and m in formula (6) described later) is preferably 4 or more. Thereby, an organic active material that is hardly soluble in an organic solvent can be realized. More desirably, the degree of polymerization of the polymer is 10 or more, and more desirably 20 or more. The upper limit of the polymerization degree of the polymer is not particularly limited. From the viewpoint of production cost, yield, etc., the degree of polymerization of the polymer is, for example, 300 or less, and desirably 150 or less.
テトラカルコゲノフルバレン骨格は、当該重合体の主鎖に含まれていてもよいし、側鎖に含まれていてもよく、また、主鎖と側鎖との両方に含まれていてもよい。重合体がテトラカルコゲノフルバレン骨格を主鎖に含む場合、重合体の構造は、例えば、以下の式(4)で表される。
式(4)は、テトラカルコゲノフルバレン骨格を含む繰り返し単位と、テトラカルコゲノフルバレン骨格を含まない繰り返し単位(式(4)中のR9)とが交互に配列した交互共重合体であるが、この結合の順序は特に限定されない。すなわち、テトラカルコゲノフルバレン骨格を含む繰り返し単位と、テトラカルコゲノフルバレン骨格を含まない繰り返し単位とを主鎖に有してなる重合体は、ブロック共重合体、交互共重合体、およびランダム共重合体のいずれであってもよい。ブロック共重合体の場合、テトラカルコゲノフルバレン骨格を含む繰り返し単位が連続して直接結合したユニットと、テトラカルコゲノフルバレン骨格を含まない繰り返し単位が連続して直接結合したユニットとが交互に配列した構造を有する。また、ランダム共重合体の場合、テトラカルコゲノフルバレン骨格を含む繰り返し単位およびテトラカルコゲノフルバレン骨格を含まない繰り返し単位がランダムに配列した構造を有する。 Formula (4) is an alternating copolymer in which repeating units including a tetrachalcogenofulvalene skeleton and repeating units not including a tetrachalcogenofulvalene skeleton (R 9 in Formula (4)) are alternately arranged. However, the order of the coupling is not particularly limited. That is, a polymer having a repeating unit containing a tetrachalcogenofulvalene skeleton and a repeating unit not containing a tetrachalcogenofulvalene skeleton in the main chain includes a block copolymer, an alternating copolymer, and a random copolymer. Any of copolymers may be used. In the case of a block copolymer, a unit in which repeating units including a tetrachalcogenofulvalene skeleton are directly bonded continuously and a unit in which repeating units not including a tetrachalcogenofulvalene skeleton are continuously bonded alternately It has an ordered structure. In addition, the random copolymer has a structure in which repeating units including a tetrachalcogenofulvalene skeleton and repeating units not including a tetrachalcogenofulvalene skeleton are randomly arranged.
例えば、式(4)におけるXが硫黄原子であり、R5およびR6がフェニル基であり、R9がジエチニルベンゼン基である重合体は、式(5)に示す構造式で表される重合体である。式(5)で表される重合体は、4,4’−ジフェニルテトラチアフルバレンと、1,3−ジエチニルベンゼンとの交互共重合体である。式(5)中のnは、モノマー単位の繰り返し数を表わす整数である。
重合体がテトラカルコゲノフルバレン骨格を側鎖に含む場合、重合体の構造は、例えば、以下の式(6)に示すように2つの繰り返し単位が*において互いに結合した構造で表される。なお、上述の説明と同様に、2つの繰り返し単位の結合する順序は特に限定されない。
例えば、Xが硫黄原子である場合、以下の式(7)に示す構造を有する重合体が挙げられる。
例えば、式(7)におけるL1がエステル基を含む1価の基であり、R21が2価のエステル基であり、R20およびR22がメチル基であり、R25、R26、およびR27が水素原子である重合体は、以下の式(8)で表される構造を有する。式(8)中、nおよびmは、各モノマー単位の繰り返し数を表わす整数である。
正極活物質層11は、リチウムイオンを吸蔵および放出することができる正極活物質を第2活物質としてさらに含んでいてもよい。第2活物質には、リチウムイオン電池の正極活物質として公知のものを用いることができる。具体的には、リチウムを含んでいてもよい遷移金属酸化物を用いることができる。言い換えれば、遷移金属酸化物や、リチウム含有遷移金属酸化物などを用いることができる。具体的には、コバルトの酸化物、ニッケルの酸化物、マンガンの酸化物、および、五酸化バナジウム(V2O5)に代表されるバナジウムの酸化物、ならびに、これらの混合物または複合酸化物などが第2活物質として用いられる。コバルト酸リチウム(LiCoO2)などの、リチウムと遷移金属とを含む複合酸化物が、正極活物質として最もよく知られている。また、遷移金属のケイ酸塩、リン酸鉄リチウム(LiFePO4)に代表される遷移金属のリン酸塩などを、用いることもできる。
The positive electrode
正極活物質が2種以上混合される場合、すなわち第2活物質が含まれる場合には、第1活物質と重複電位領域を有する活物質を第2活物質として用いることが望ましい。第1活物質と第2活物質との電位領域を重複させることで、正極全体として出力特性を向上させることができる。例えば、第1活物質として用いることができるテトラカルコゲノフルバレン骨格を繰り返し単位に含む重合体は、リチウム基準で約3〜4Vにおいて、アニオンを吸蔵および放出することができる。したがって、例えばこの重合体を第1活物質として用いる場合は、第2活物質として、リチウムイオンを吸蔵および放出することができる電位範囲の下限が、望ましくは2.5V以上、より望ましくは3V以上であり、当該電位範囲の上限が、望ましくは4.3V以下、より望ましくは4V以下である正極活物質を用いるとよい。 When two or more positive electrode active materials are mixed, that is, when a second active material is included, it is desirable to use an active material having an overlapping potential region with the first active material as the second active material. By overlapping the potential regions of the first active material and the second active material, the output characteristics of the positive electrode as a whole can be improved. For example, a polymer containing a tetrachalcogenofulvalene skeleton that can be used as the first active material in a repeating unit can occlude and release anions at about 3 to 4 V with respect to lithium. Therefore, for example, when this polymer is used as the first active material, the lower limit of the potential range capable of inserting and extracting lithium ions as the second active material is preferably 2.5 V or more, more preferably 3 V or more. A positive electrode active material having an upper limit of the potential range of preferably 4.3 V or less, more preferably 4 V or less is preferably used.
具体的には、リチウムイオンを吸蔵および放出することができる正極活物質としては、以下の材料がより望ましい。遷移金属酸化物の中では、マンガン酸化物、および、五酸化バナジウム(V2O5)に代表されるバナジウム酸化物がより望ましい。遷移金属のケイ酸塩および遷移金属のリン酸塩の中では、リン酸鉄リチウム(LiFePO4)がより望ましい。五酸化バナジウム(V2O5)は、リチウム基準で3.4V〜3.2Vに還元電位を有する。リン酸鉄リチウム(LiFePO4)は、リチウム基準で3.4V付近に還元電位を有する。リン酸マンガンリチウムおよびコバルト酸リチウムは、リチウム基準で4.1V付近に還元電位を有する。マンガン酸リチウムおよびニッケル酸リチウムは、リチウム基準で4.0V付近に還元電位を有する。リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物(LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2)は、リチウム基準で3.7V付近に還元電位を有する。 Specifically, the following materials are more preferable as the positive electrode active material capable of inserting and extracting lithium ions. Among the transition metal oxides, manganese oxide and vanadium oxide typified by vanadium pentoxide (V 2 O 5 ) are more desirable. Of the transition metal silicates and transition metal phosphates, lithium iron phosphate (LiFePO 4 ) is more desirable. Vanadium pentoxide (V 2 O 5 ) has a reduction potential of 3.4 V to 3.2 V based on lithium. Lithium iron phosphate (LiFePO 4 ) has a reduction potential around 3.4 V on the basis of lithium. Lithium manganese phosphate and lithium cobaltate have a reduction potential around 4.1 V on the basis of lithium. Lithium manganate and lithium nickelate have a reduction potential around 4.0 V on the basis of lithium. Lithium nickel manganese cobalt composite oxide (LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 ) has a reduction potential in the vicinity of 3.7 V on the basis of lithium.
正極活物質層11は、必要に応じて、電極内の電子伝導性を補助する導電助剤、および/または、正極活物質層11の形状保持のための結着剤をさらに含んでいてもよい。導電助剤は、例えば、カーボンブラック、グラファイトおよび炭素繊維などの炭素材料、金属繊維、金属粉末類、導電性ウィスカー類、および、導電性金属酸化物などであり、これらの混合物を用いてもよい。結着剤は、熱可塑性樹脂および熱硬化性樹脂のいずれであってもよい。結着剤は、例えば、ポリエチレンおよびポリプロピレンに代表されるポリオレフィン樹脂;ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ヘキサフルオロプロピレン(HFP)に代表されるフッ素系樹脂やそれらの共重合体樹脂;スチレンブタジエンゴム、ポリアクリル酸およびその共重合体樹脂などであり、これらの混合物を用いてもよい。
The positive electrode
正極集電体12としては、非水電解質二次電池の正極集電体として公知の材料を用いることができる。正極集電体12は、例えば、アルミニウム、カーボン、ステンレスなどの金属でできた金属箔または金属メッシュである。正極集電体12として、金属箔または金属メッシュを用いる場合、正極集電体12をケース50に溶接することによって、良好な電気的接触を保つことができる。正極活物質層11がペレットおよびフィルムなどのように自立した形状を保っている場合、正極集電体12を用いずに、正極活物質層11を直接、ケース50上に接触させた構成を採用してもよい。
As the positive electrode
負極活物質層21は、負極活物質を含む。負極活物質としては、リチウムイオンを可逆的に吸蔵および放出することができる公知の負極活物質が用いられる。負極活物質は、例えば、天然黒鉛および人造黒鉛に代表される黒鉛材料、非晶質炭素材料、リチウム金属、リチウム−アルミニウム合金、リチウム含有複合窒化物、リチウム含有チタン酸化物、珪素、珪素を含む合金、珪素酸化物、錫、錫を含む合金、および錫酸化物などであり、これらの混合物であってもよい。負極集電体22としては、非水電解質二次電池の負極集電体として公知の材料を用いることができる。負極集電体22は、例えば、銅、ニッケル、ステンレスなどの金属でできた金属箔またはメッシュである。負極活物質層21がペレットおよびフィルムなどのように自立した形状を保っている場合、負極集電体22を用いずに、負極活物質層21を直接、封口板51上に接触させた構成を採用してもよい。
The negative electrode
負極活物質層21は、負極活物質の他にも、必要に応じて、導電助剤および/または結着剤を含んでいてもよい。導電助剤および結着剤としては、正極活物質層11において用いることのできる導電助剤および結着剤と同様の材料を用いることができる。
In addition to the negative electrode active material, the negative electrode
セパレータ30は、電子伝導性を有しない樹脂によって構成された樹脂層であり、大きなイオン透過度を有し、所定の機械的強度および電気的絶縁性を備えた微多孔膜である。耐有機溶剤性および疎水性に優れるという観点から、セパレータ30は、ポリプロピレン、ポリエチレン、またはこれらを組み合わせたポリオレフィン樹脂であることが望ましい。セパレータ30の代わりに、電解液を含んで膨潤し、ゲル電解質として機能するイオン伝導性を有する樹脂層を設けてもよい。
The
電解液31は、カチオン(本実施形態ではリチウムイオン)とアニオン(本実施形態では[(FSO2)2N]-)との塩である、Li+[(FSO2)2N]-を含む電解質を含有している。電解液31は、Li+[(FSO2)2N]-のほかに、リチウム電池において用いることができる塩をさらに含んでいてもよい。Li+[(FSO2)2N]-のほかに加えることのできる塩として、例えば、リチウムイオンと以下に挙げるアニオンとの塩が挙げられる。すなわち、アニオンとしては、ハロゲン化物アニオン、過塩素酸アニオン、トリフルオロメタンスルホン酸アニオン、4フッ化ホウ酸アニオン(BF4 -)、6フッ化リン酸アニオン(PF6 -)、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドアニオン、ビス(パーフルオロエチルスルホニル)イミドアニオンなどが挙げられる。リチウムイオンとアニオンとの塩として、これらの2種以上を組み合わせて用いてもよい。
The
電解質を溶解させる溶媒としては、非水二次電池や非水系電気二重層キャパシタにおいて用いることのできる公知の非水溶媒を用いることができる。具体的な非水溶媒としては、環状炭酸エステルを含む溶媒を好適に用いることができる。なぜなら、環状炭酸エステルは、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートに代表されるように、非常に高い比誘電率を有するからである。環状炭酸エステルの中では、プロピレンカーボネートが望ましい。なぜなら、プロピレンカーボネートは、凝固点が−49℃とエチレンカーボネートよりも低いため、低温でも蓄電デバイスを作動させることができるからである。 As the solvent for dissolving the electrolyte, a known nonaqueous solvent that can be used in a nonaqueous secondary battery or a nonaqueous electric double layer capacitor can be used. As a specific non-aqueous solvent, a solvent containing a cyclic carbonate can be suitably used. This is because cyclic carbonates have a very high dielectric constant, as typified by ethylene carbonate and propylene carbonate. Among the cyclic carbonates, propylene carbonate is desirable. This is because propylene carbonate has a freezing point of −49 ° C., which is lower than that of ethylene carbonate, so that the electricity storage device can be operated even at a low temperature.
また、非水溶媒としては、環状エステルを含む溶媒もまた好適に用いることができる。なぜなら、環状エステルは、γ−ブチロラクトンに代表されるように、非常に高い比誘電率を有するからである。 Moreover, as the non-aqueous solvent, a solvent containing a cyclic ester can also be suitably used. This is because the cyclic ester has a very high dielectric constant as represented by γ-butyrolactone.
非水溶媒の成分としてこれらの溶媒を含むことにより、電解液31における非水溶媒全体として非常に高い誘電率を有することができる。非水溶媒として、これらの溶媒のうちの1種のみを用いてもよいし、2種以上を混合して用いてもよい。非水溶媒の成分としては、上記に挙げた以外にも、鎖状炭酸エステル、鎖状エステル、環状または鎖状のエーテルなどが挙げられる。具体的には、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジオキソラン、スルホランなどが挙げられる。
By including these solvents as components of the nonaqueous solvent, the entire nonaqueous solvent in the
本実施形態の非水電解質二次電池が高出力(優れたパルス放電特性)を実現できる理由として、以下に説明する理由が挙げられる。 The reason why the nonaqueous electrolyte secondary battery of this embodiment can achieve high output (excellent pulse discharge characteristics) is as follows.
正極には、活物質として、少なくとも、[(FSO2)2N]-で表されるアニオンを吸蔵および放出することができる有機活物質が含まれる。この有機活物質は、例えば、前述のテトラカルコゲノフルバレン骨格を繰り返し単位の中に含む重合体である。テトラカルコゲノフルバレン骨格を繰り返し単位の中に含む重合体は、酸化還元反応がリチウム基準で約3〜4Vの電位において進行するため、正極における活物質材料として適している。高出力を必要とする場合、すなわち充放電が比較的高速で行われる場合には、電解液中のアニオンの移動が高速であり、かつ当該アニオンが正極内の活物質近傍に移動(拡散)する必要がある。加えて、テトラカルコゲノフルバレン骨格の酸化還元反応が高速である必要がある。テトラカルコゲノフルバレン骨格の酸化反応速度は、テトラカルコゲノフルバレン骨格の酸化反応および、酸化体であるテトラカルコゲノフルバレン骨格とアニオンによって形成されるイオン対の形成速度および安定性によって支配されると推察される。本実施形態では、電解液中のアニオンがFSIアニオンである。この場合、酸化体は、テトラカルコゲノフルバレン骨格とFSIアニオンによって形成されるイオン対になる。このイオン対形成が安定でかつ比較的速い反応であるために、高速な酸化反応が実現できる。還元反応はこの逆反応である。 The positive electrode includes at least an organic active material capable of inserting and extracting an anion represented by [(FSO 2 ) 2 N] − as an active material. This organic active material is, for example, a polymer containing the above-described tetrachalcogenofulvalene skeleton in a repeating unit. A polymer containing a tetrachalcogenofulvalene skeleton in a repeating unit is suitable as an active material for a positive electrode because the oxidation-reduction reaction proceeds at a potential of about 3 to 4 V with respect to lithium. When high output is required, that is, when charging / discharging is performed at a relatively high speed, the anion in the electrolyte moves at a high speed, and the anion moves (diffuses) in the vicinity of the active material in the positive electrode. There is a need. In addition, the redox reaction of the tetrachalcogenofulvalene skeleton needs to be fast. The oxidation rate of the tetrachalcogenofulvalene skeleton is governed by the oxidation rate of the tetrachalcogenofulvalene skeleton and the formation rate and stability of the ion pair formed by the tetrachalcogenofulvalene skeleton and the anion. It is guessed. In this embodiment, the anion in the electrolytic solution is an FSI anion. In this case, the oxidant becomes an ion pair formed by the tetrachalcogenofulvalene skeleton and the FSI anion. Since this ion pair formation is a stable and relatively fast reaction, a high-speed oxidation reaction can be realized. The reduction reaction is the reverse reaction.
以上の理由により、本実施形態の非水電解質二次電池は、高容量と高出力(優れたパルス放電特性)とを有する。すなわち、以上の実施形態により、高容量と高出力(優れたパルス放電特性)とが両立した、信頼性の高い非水電解質二次電池を提供することができる。 For the above reasons, the nonaqueous electrolyte secondary battery of this embodiment has a high capacity and a high output (excellent pulse discharge characteristics). That is, according to the above embodiment, a highly reliable non-aqueous electrolyte secondary battery in which high capacity and high output (excellent pulse discharge characteristics) are compatible can be provided.
また、従来、円筒型電池および角型電池において、高出力化を目的とする、電極の厚みおよび長さの最適化といった構造面からのアプローチが行われている。これに対し、本発明は、材料面からのアプローチによって高出力化が実現できる。このため、外装ケースが単純であり、かつ、その形状を変更できない場合、例えば、コイン型電池の場合において、本発明は最も有効な高出力化のアプローチであるといえる。 Conventionally, in a cylindrical battery and a square battery, a structural approach such as optimization of electrode thickness and length has been performed for the purpose of increasing output. On the other hand, according to the present invention, high output can be realized by an approach from the material side. For this reason, when the exterior case is simple and the shape thereof cannot be changed, for example, in the case of a coin-type battery, it can be said that the present invention is the most effective approach for high output.
なお、以上の実施形態では、非水電解質二次電池として特にリチウム二次電池について説明したが、これに限定されない。例えばナトリウムイオン二次電池等に対しても、本発明の非水電解質二次電池における正極と電解質との組み合わせを適用することができる。 In the above embodiment, the lithium secondary battery has been described as the nonaqueous electrolyte secondary battery, but the present invention is not limited to this. For example, the combination of the positive electrode and the electrolyte in the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention can be applied to a sodium ion secondary battery or the like.
以下に本発明の実施例を説明する。なお、本発明は実施例に限定されるものではない。 Examples of the present invention will be described below. In addition, this invention is not limited to an Example.
[テトラカルコゲノフルバレン骨格を繰り返し単位の中に含む重合体の合成]
テトラカルコゲノフルバレン骨格を含む重合体の合成は、前駆体の合成工程と、重合体の合成工程との2段階で行った。
[Synthesis of polymer containing tetrachalcogenofulvalene skeleton in repeating units]
The synthesis of the polymer containing the tetrachalcogenofulvalene skeleton was carried out in two stages: a precursor synthesis step and a polymer synthesis step.
まず、前駆体の合成工程を行った。1.43g(24mmol)のイソプロピルアミンを16mLのテトラヒドロフラン(THF)に溶解した。この溶液に、−78℃にて、n−ブチルリチウムのヘキサン溶液(濃度:2.6mol/L)を0.6mL(n−ブチルリチウム:1.56mmol)滴下した。溶液を10分間攪拌した後、−78℃にて、式(9)の左辺に示す化合物9a、すなわち、ジメチルテトラチアフルバレンを0.10g(0.43mmol)添加することにより、透明な溶液が黄土色の懸濁液に変化した。さらに10分間攪拌した後、−78℃にて、3.10gのC6F13I(7.0mmol)を加えることにより、懸濁液は濃い緑色の溶液に変化した。この後、しばらく攪拌を続けることにより、濃い緑色の溶液は赤色の溶液に変化した。さらに−78℃にて1時間攪拌した後、薄層クロマトグラフィー(TLC)を行ったところ、原料に由来するスポットが消失しており、新たなスポットが確認された。反応液を徐々に室温まで昇温し、さらに4時間攪拌を続けた。反応液に水を加え、エーテルによる抽出を行い、エーテル層を分離した。エーテル溶液中の水分を乾燥させた後、溶媒を除去することにより、暗赤色の固体が得られた。この暗赤色の固体に対してカラム操作(シリカ、クロロホルム)を行い、濃赤色のバンド部分を回収して溶媒を除去することにより、濃赤色粘性固体を得た。この粘性固体にヘキサンを加え、乾燥させることにより、橙色粉末状の生成物を得た。1H−NMR(CDCL3)およびIR測定(KBr法)により、この生成物が式(9)の右辺に示す化合物9b、すなわち、ジヨードジメチルテトラチアフルバレンであることを確認した。収量は0.14g(収率67%)であった。
次いで、重合体の合成工程を行った。上記で得られた化合物9bを0.12g(0.25mmol)と、トリエチルアミン2mLとを、10mL(0.12g、0.25mmol)のN−メチルピロリドン中に溶解させた。この溶液を10分間窒素バブリングした後、Pd(PPh3)4を0.060g(0.05mmol)と、CuIを0.020g(0.10mmol)と、1,3−ジエチニルベンゼンを0.049g(0.39mmol)とを添加し、100℃にて攪拌した。溶液の色は暗赤色から濃い赤橙色へと変化した。この混合溶液を100℃にて24時間攪拌した。この後、反応液を水中に投入することにより、黒赤色の固体を得た。この固体を、メタノール、アセトンの順で、攪拌しながら洗浄した後、桐山ロートで単離し、自然乾燥させることにより、こげ茶色の生成物を得た。1H−NMR(CDCL3)およびIR測定(KBr法)により、この生成物が式(10)の右辺に示す化合物10b、すなわち、ポリ−(2,6−ジメチルテトラチアフルバレン)−(2,6−ジエチニルベンゼン)共重合ポリマーであることを確認した。式(10)中、nは、モノマー単位の繰り返し数を表わす整数である。収量は0.07g(収率79%)であった。また、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定した結果、この重合体10bの分子量はポリスチレン換算で36484であった。
(実施例1)
実施例1では、アニオンを吸蔵および放出することができる有機活物質として上記で合成した重合体10bを用い、正極を作製した。負極としてリチウム金属を用いた。本実施例では、図1に示すコイン型の非水電解質二次電池を作製した。
Example 1
In Example 1, a positive electrode was produced using the polymer 10b synthesized above as an organic active material capable of occluding and releasing anions. Lithium metal was used as the negative electrode. In this example, the coin-type non-aqueous electrolyte secondary battery shown in FIG. 1 was produced.
[正極電極の作製]
上記で合成した重合体10bを60mgと、導電助剤としてアセチレンブラックを160mgとを秤量し、これらを乳鉢に入れて混練した。さらに、結着剤としてポリテトラフルオロエチレン40mgを添加して乳鉢中で混錬した。こうして得られた合剤を、集電体であるステンレスメッシュ(ニラコ社製、30メッシュ)上に圧延ローラーで圧着し、真空乾燥を行い、直径16mmの円盤状に打ち抜くことによって、正極を作製した。この正極における、活物質の塗布重量は、重合体10bが9.2mgであった。
[Preparation of positive electrode]
60 mg of the polymer 10b synthesized above and 160 mg of acetylene black as a conductive assistant were weighed and put in a mortar and kneaded. Furthermore, 40 mg of polytetrafluoroethylene was added as a binder and kneaded in a mortar. The mixture thus obtained was pressed onto a current collector stainless mesh (made by Nilaco, 30 mesh) with a rolling roller, vacuum-dried, and punched into a disk shape having a diameter of 16 mm to produce a positive electrode. . The coating weight of the active material in this positive electrode was 9.2 mg for the polymer 10b.
[蓄電デバイスの作製]
上記で作製した正極を用い、負極としてリチウム金属(0.3mm厚み)を用いた。電解質を溶解させる溶媒として炭酸プロピレン(PC)用い、この溶媒中に、電解質としてリチウムビスフルオロスルホニルイミド(LiFSI)を、濃度が1.00mol/L濃度となるように溶解させることによって、電解液を作製した。
[Production of electricity storage device]
The positive electrode produced above was used, and lithium metal (0.3 mm thickness) was used as the negative electrode. Propylene carbonate (PC) was used as a solvent for dissolving the electrolyte, and lithium bisfluorosulfonylimide (LiFSI) was dissolved in the solvent so that the concentration was 1.00 mol / L. Produced.
この電解液を、セパレータとしての多孔質ポリエチレンシート(厚み20μm)、正極、および負極に含浸させた。図1に示すような構成となるように、セパレータ、正極および負極をコイン型電池のケースに収納した。ガスケットを装着した封口板でケースの開口を閉じ、プレス機にてケースをかしめて封口した。以上により、実施例1のコイン型非水電解質二次電池が得られた。
This electrolytic solution was impregnated into a porous polyethylene sheet (
(比較例1)
比較例1では、電解液として、炭酸プロピレン(PC)に、電解質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(LiTFSI)を、濃度が1.00mol/L濃度となるように溶解したものを用いたこと以外、実施例1と同様にして比較例1のコイン型非水電解質二次電池を作製した。
(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, except that propylene carbonate (PC) was used as the electrolytic solution, and lithium bistrifluoromethanesulfonylimide (LiTFSI) as the electrolyte was dissolved so as to have a concentration of 1.00 mol / L, A coin-type nonaqueous electrolyte secondary battery of Comparative Example 1 was produced in the same manner as Example 1.
(比較例2)
比較例2では、電解液として、炭酸プロピレン(PC)に、電解質として六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を、濃度が1.00mol/L濃度となるように溶解したものを用いたこと以外、実施例1と同様にして比較例2のコイン型非水電解質二次電池を作製した。
(Comparative Example 2)
In Comparative Example 2, except that the electrolyte solution was propylene carbonate (PC) and lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) dissolved in the electrolyte so as to have a concentration of 1.00 mol / L. In the same manner as in Example 1, a coin-type nonaqueous electrolyte secondary battery of Comparative Example 2 was produced.
[電池の充放電特性の評価]
実施例1および比較例1〜2において得たそれぞれのコイン型非水電解質二次電池に対して、交流インピーダンスによる抵抗測定を行った。なお、これらの試験は、全て25℃の恒温槽環境内に電池を置いて行った。
[Evaluation of battery charge / discharge characteristics]
For each coin-type non-aqueous electrolyte secondary battery obtained in Example 1 and Comparative Examples 1 and 2, resistance measurement by AC impedance was performed. All these tests were performed by placing the batteries in a thermostatic chamber environment at 25 ° C.
交流インピーダンス測定では、充放電試験を3回繰り返すことによって、安定して充放電動作ができることを確認した後に、3回目の放電状態において測定を実施した。結果を表1に示す。 In the AC impedance measurement, the charge / discharge test was repeated three times, and after confirming that the charge / discharge operation could be performed stably, the measurement was performed in the third discharge state. The results are shown in Table 1.
表1に示すように、正極の反応抵抗は実施例1記載のLiFSI塩を電解質塩として用いた場合では、比較例1および2の電池と比較して反応抵抗値が最も低い値であった。交流インピーダンス測定から得られる反応抵抗は、正極活物質である重合体10bの酸化還元反応の抵抗を示している。これは、重合体10bの反応がLiFSI塩を用いた系において最も速いことに由来すると考えられる。反応抵抗が低いことは、瞬間的に大電流を取り出すパルス特性が良くなること、出力特性が高くなることと同意であり、LiFSI塩を用いることで良好な出力特性が得られることを意味している。 As shown in Table 1, when the LiFSI salt described in Example 1 was used as the electrolyte salt, the reaction resistance of the positive electrode was the lowest value of the reaction resistance compared to the batteries of Comparative Examples 1 and 2. The reaction resistance obtained from the AC impedance measurement indicates the resistance of the redox reaction of the polymer 10b that is the positive electrode active material. This is considered to be derived from the fact that the reaction of the polymer 10b is the fastest in the system using the LiFSI salt. The low reaction resistance is equivalent to the fact that the pulse characteristics for instantaneously extracting a large current are improved and the output characteristics are improved, which means that good output characteristics can be obtained by using LiFSI salt. Yes.
このように優れた出力特性が得られたのは、重合体10bで表される酸化状態でアニオンとイオン対を形成する化合物を正極における活物質として用いる場合において、FSIアニオンとのイオン対形成がスムーズに進行したためであると考えられる。 The excellent output characteristics were obtained because of the ion pair formation with the FSI anion in the case where a compound that forms an ion pair with an anion in the oxidation state represented by the polymer 10b is used as the active material in the positive electrode. This is thought to be due to the smooth progress.
本発明の非水電解質二次電池は、高出力、高容量、および優れた繰り返し特性を有する。特に、本発明の非水電解質二次電池は、出力特性に優れているため、瞬間的あるいはそれより長い期間に大電流を必要とする各種携帯機器、輸送機器、無停電電源などにおいて好適に用いることができる。 The nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention has high output, high capacity, and excellent repeatability. In particular, since the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention has excellent output characteristics, it is suitably used in various portable devices, transportation equipment, uninterruptible power supplies, etc. that require a large current instantaneously or for a longer period of time. be able to.
1 コイン型蓄電デバイス
10 正極
11 正極活物質層
12 正極集電体
20 負極
21 負極活物質層
22 負極集電体
30 セパレータ
31 電解液
50 コイン形ケース
51 封口板
52 ガスケット
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Coin type
Claims (6)
負極と、
カチオンと前記アニオンとの塩を含む電解質と、
を備え、
前記アニオンが、[(FSO2)2N]-である、
非水電解質二次電池。 A positive electrode comprising a first active material capable of occluding and releasing anions;
A negative electrode,
An electrolyte containing a salt of a cation and the anion;
With
The anion is [(FSO 2 ) 2 N] − ;
Non-aqueous electrolyte secondary battery.
請求項1に記載の非水電解質二次電池。 The first active material capable of occluding and releasing the anion is a polymer containing a tetrachalcogenofulvalene skeleton in the main chain.
The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 1.
請求項1または2に記載の非水電解質二次電池。 The first active material capable of occluding and releasing the anion is a polymer containing a tetrachalcogenofulvalene skeleton in the side chain.
The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 1 or 2.
請求項1〜3の何れか1項に記載の非水電解質二次電池。 The positive electrode further includes a second active material capable of inserting and extracting lithium ions;
The nonaqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 1 to 3.
請求項4に記載の非水電解質二次電池。 The second active material is a transition metal oxide or a lithium-containing transition metal oxide.
The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 4.
請求項5に記載の非水電解質二次電池。
The transition metal oxide is V 2 O 5 ;
The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 5.
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