JP2014531720A - Lithium ion secondary battery with suppressed internal short circuit - Google Patents

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Abstract

本発明は、分子内チオール(−SH)基を1つ以上含む化合物が、電池の単位セル内部に備えられることが特徴であるリチウムイオン二次電池を提供する。本発明では、銅又は銅イオンと反応性に優れたチオール基含有化合物を用いることにより、電池の内部に存在するか、又は電池の作動中に発生する銅イオンの負極表面での還元によるデンドライトの形成及びこのようなデンドライトによる両電極間の内部ショート現象を防止することができる。【選択図】なしThe present invention provides a lithium ion secondary battery characterized in that a compound containing one or more intramolecular thiol (-SH) groups is provided inside the unit cell of the battery. In the present invention, by using a thiol group-containing compound that is excellent in reactivity with copper or copper ions, the dendrite produced by reduction on the negative electrode surface of the copper ions existing inside the battery or generated during the operation of the battery can be obtained. It is possible to prevent the formation and the internal short phenomenon between both electrodes due to such dendrite. [Selection figure] None

Description

本発明は、電池内のデンドライト形成によってもたらされる電池内部のショートを抑制し、電池の製造品質と安全性が確保されたリチウムイオン二次電池に関する。   The present invention relates to a lithium ion secondary battery in which short circuit inside a battery caused by dendrite formation in the battery is suppressed, and the manufacturing quality and safety of the battery are ensured.

通常、充電が不可能な一次電池とは異なり、充電及び放電が可能な二次電池は、デジタルカメラ、携帯電話、ノートパソコン、ハイブリッド自動車などの先端分野の開発として活発な研究が進められている。   Unlike primary batteries that cannot be recharged, rechargeable batteries that can be recharged and discharged are actively researched as developments in advanced fields such as digital cameras, mobile phones, laptop computers, and hybrid vehicles. .

二次電池としては、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル−メタルハイドライド電池、ニッケル−水素電池、リチウム二次電池などが挙げられる。このうち、リチウム二次電池は、動作電圧が3.6V以上で携帯用電子機器の電源として用いるか、又は数個を直列連結して高出力のハイブリッド車に用いられるが、ニッケル−カドミウム電池やニッケル−メタルハイドライド電池に比べて動作電圧が3倍高く、単位重量当たりのエネルギ−密度の特性も優れて急速に用いられている傾向にある。   Examples of the secondary battery include a nickel-cadmium battery, a nickel-metal hydride battery, a nickel-hydrogen battery, and a lithium secondary battery. Among these, the lithium secondary battery is used as a power source for portable electronic devices having an operating voltage of 3.6 V or higher, or is used in a high-output hybrid vehicle by connecting several in series, but a nickel-cadmium battery or Compared to nickel-metal hydride batteries, the operating voltage is three times higher and the energy density per unit weight tends to be excellent and tend to be used rapidly.

このようなリチウム二次電池の製造品質だけでなく、前記電池を長期的に安全に用いるためには、電池内の銅の異物質が酸化して生成された銅イオン(Cu2+)が負極表面での還元によりデンドライトを形成し、このようなデンドライトによってもたらされる電池の内部ショートを抑制する必要がある。また、セルの製造品質面からみると、セル製造過程の充放電において、このような金属イオンが還元して生じたデンドライトによりセルの製造時の不良率が増加することとなる。 In addition to manufacturing quality of such a lithium secondary battery, in order to use the battery safely in the long term, copper ions (Cu 2+ ) generated by oxidizing foreign substances in the battery are negative electrode surfaces. It is necessary to form dendrite by reduction in the above and suppress the internal short circuit of the battery caused by such dendrite. Further, from the viewpoint of cell production quality, the dendrite generated by reduction of such metal ions during charge and discharge in the cell production process increases the defective rate during cell production.

それだけでなく、前記製造工程中に生じたデンドライトが外部の圧力や振動により正極と負極を電気的に互いに連結すると、使用中にもセルの安全性と安定性に問題を引き起こす可能性があり、セルの使用中にさらに生じる金属イオンの還元によりまたデンドライトの形成を誘発し、セルの安全性と安定性を大きく損なうこととなる。そのため、前記のようなリチウム二次電池において、電池内部で正極と負極が電気的に連結可能なデンドライトの形成を抑制する必要がある。   In addition, if the dendrite generated during the manufacturing process electrically connects the positive electrode and the negative electrode to each other by external pressure or vibration, it may cause problems in the safety and stability of the cell even during use. The reduction of metal ions that occurs further during use of the cell also induces the formation of dendrites, greatly impairing the safety and stability of the cell. Therefore, in the lithium secondary battery as described above, it is necessary to suppress the formation of dendrite in which the positive electrode and the negative electrode can be electrically connected inside the battery.

本発明は、電池の単位セルの内部に、(i)電池内部に存在するか、又は電池の動作中に発生する銅イオンを効果的にキャッピングするか、又は(ii)銅イオンとの反応性に優れた物質を備えれば、銅の還元によるデンドライトの形成や形成されたデンドライトによる電池の内部ショート現象が顕著に抑制され得るとのことを認識して、本発明を完成した。   In the present invention, the present invention has the following advantages: (i) effectively capping copper ions present inside the battery or generated during the operation of the battery, or (ii) reactivity with copper ions. The present invention has been completed by recognizing that the formation of dendrite by reduction of copper and the internal short-circuit phenomenon of the battery due to the formed dendrite can be remarkably suppressed if an excellent material is provided.

よって、本発明は、銅イオンとの優れた反応性を有する物質を単位セルの内部に備えることにより、電池の内部ショート現象が抑制され、セルの製造品質が改善されたリチウムイオン二次電池を提供することに目的がある。   Therefore, the present invention provides a lithium ion secondary battery in which the internal short circuit phenomenon of the battery is suppressed and the manufacturing quality of the cell is improved by providing a substance having excellent reactivity with copper ions inside the unit cell. There is a purpose to provide.

本発明は、分子内チオール(−SH)基を1つ以上含む化合物が、電池の単位セル内部に備えられているのが特徴であるリチウムイオン二次電池を提供する。   The present invention provides a lithium ion secondary battery characterized in that a compound containing one or more intramolecular thiol (-SH) groups is provided inside a unit cell of the battery.

本発明の一実施例に基づいて、前記分子内チオール(−SH)基を少なくとも1つ以上含む化合物は、電池を成す構成成分、例えば、電極、分離膜、及び電解液から成る群から選ばれた少なくとも一つ以上の構成成分に含まれていることが好ましい。   According to one embodiment of the present invention, the compound containing at least one intramolecular thiol (-SH) group is selected from the group consisting of components constituting a battery, such as an electrode, a separation membrane, and an electrolyte. In addition, it is preferably contained in at least one component.

前記電極は、分子内チオール(−SH)基を1つ以上含む化合物を電極合剤層成分として含むか、又は電極のコーティング成分として含むことができる。   The electrode may include a compound containing one or more intramolecular thiol (—SH) groups as an electrode mixture layer component or an electrode coating component.

また、前記電解液は、リチウム塩、電解液溶媒、及び分子内チオール(−SH)基を1つ以上含む化合物を含み、前記分子内チオール基を1つ以上含む化合物は、電解液100重量部対比0.01から10重量部の範囲で含まれることが好ましい。   In addition, the electrolytic solution includes a lithium salt, an electrolytic solution solvent, and a compound including one or more intramolecular thiol (-SH) groups, and the compound including one or more intramolecular thiol groups includes 100 parts by weight of the electrolytic solution. It is preferably contained in the range of 0.01 to 10 parts by weight.

前記分離膜は、分子内チオール(−SH)基を1つ以上含む化合物を分離膜の構成成分又はコーティング成分として含むことができる。   The separation membrane may contain a compound containing one or more intramolecular thiol (-SH) groups as a constituent component or a coating component of the separation membrane.

本発明では、電池反応が起こる単位セルの内部に銅イオンとの反応性に優れたチオール基含有化合物を用いることにより、デンドライトの形成とこれによる電池の内部ショートを防止し、電池の安全性の向上を具現することができる。   In the present invention, by using a thiol group-containing compound excellent in reactivity with copper ions inside the unit cell where the battery reaction occurs, the formation of dendrite and the resulting internal short circuit of the battery can be prevented, and the battery safety can be improved. Improvements can be realized.

以下、本発明に対して詳しく説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail.

リチウムイオン二次電池は、異物質として複数の金属成分を含むことができ、このうち銅成分又は銅含有の合金成分を含むことができる。このような銅異物質は、電池の作動中に酸化されて銅イオン(Cu2+)になることがあり、又は生成された銅イオンが負極表面で還元されて銅の成分に析出されることもある。 The lithium ion secondary battery can include a plurality of metal components as foreign substances, and among them, a copper component or a copper-containing alloy component can be included. Such foreign substances of copper may be oxidized during operation of the battery to become copper ions (Cu 2+ ), or the generated copper ions may be reduced on the negative electrode surface and deposited on copper components. There is also.

一方、銅(Cu)は、自己不動態化する酸化物を生成しないため、再成長させることができるデンドライトの成長(dendritic growth)が発生する傾向がある。このように、負極表面上に針状析出される銅は、分離膜を突き抜けて、正極と負極を電気的に連結させる内部ショート現象を発生させ、電池の安全性の低下をもたらすことになり、同時にセルの製造品質面においても不良率を増加させる原因となる。   On the other hand, since copper (Cu) does not generate an oxide that is self-passivated, it tends to generate dendritic growth that can be regrown. Thus, the needle-like copper deposited on the negative electrode surface penetrates the separation membrane and causes an internal short-circuit phenomenon that electrically connects the positive electrode and the negative electrode, resulting in a decrease in battery safety. At the same time, the defect rate is increased in terms of cell manufacturing quality.

よって、本発明では、銅又は銅イオンとの反応性が高い物質をリチウムイオン二次電池の単位セルの内部に備えることによって、デンドライトの形成とこれによる電池の内部ショート現象を根本的に防止しようとするものである。   Therefore, in the present invention, by providing a substance having high reactivity with copper or copper ions inside the unit cell of the lithium ion secondary battery, the formation of dendrite and the internal short circuit phenomenon of the battery due to this will be fundamentally prevented. It is what.

本発明に基づき、リチウムイオン二次電池の内部、好ましくは単位セルの内部に備える化合物は、分子内チオール(−SH)基を1つ以上含む化合物であり得る。   In accordance with the present invention, the compound provided inside the lithium ion secondary battery, preferably inside the unit cell, may be a compound containing one or more intramolecular thiol (—SH) groups.

前記分子内にチオール(−SH)基を含有する化合物は、電池の内部に存在するか、又は電池の作動中に発生する銅イオンに対する高選択性を有する。したがって、正常な条件では、元の形態のまま存在して電池の動作に全く影響を与えないが、銅又は銅イオンが存在すると、これらが負極表面で還元される前に、先ず自発的に反応するか捕捉する役割を果たす。   The compound containing a thiol (—SH) group in the molecule has high selectivity for copper ions that are present inside the battery or generated during the operation of the battery. Therefore, under normal conditions, it remains in its original form and does not affect the operation of the battery at all. However, when copper or copper ions are present, they first react spontaneously before they are reduced on the negative electrode surface. It plays the role of capturing or capturing.

前記分子内にチオール(−SH)基を含有する化合物の例としては、メタンチオールとエタンチオールからなる群から選ばれた1種又は2種の脂肪族チオール;チオフェノール、4−フルオロチオフェノール、2−クロロチオフェノール、 4−t−ブチルチオフェノール及び4−t−ブチル−1,2−ベンゼンチオールからなる群から選ばれた1種又は2種の芳香族チオール;2−(ブチルアミノ)エタンチオール(2−(Butylamino)ethanethiol) ; 3−(メチルチオ)プロピルアミン(3−(methylthio)propylamine);及び[2−(ジイソプロピルアミノ)エチル] −(2−メルカプトエチル)サルファイト( [ 2−(diisopropylamino)ethyl]−(2−mercaptoethyl)sulfide)からなる群から選ばれた単一物又は2種以上の混合物を挙げることができる。   Examples of the compound containing a thiol (—SH) group in the molecule include one or two aliphatic thiols selected from the group consisting of methanethiol and ethanethiol; thiophenol, 4-fluorothiophenol, 1 or 2 aromatic thiols selected from the group consisting of 2-chlorothiophenol, 4-t-butylthiophenol and 4-t-butyl-1,2-benzenethiol; 2- (butylamino) ethane Thiol (2- (Butylamino) ethanethiol); 3- (Methylthio) propylamine (3- (methylthio) propylamine); and [2- (Diisopropylamino) ethyl]-(2-mercaptoethyl) sulfite ([2- ( diisopropylamino) ethyl]-(2-mercaptoethyl) sulf ide) may be a single substance or a mixture of two or more selected from the group consisting of ide).

前記分子内チオール(−SH)基を1つ以上含む化合物の含量は、適用しようとするリチウム二次電池の構成要素の種類、例えば、電極活物質、電極、分離膜、電解液、電池ケース及び/又はそれ以外の電池内部の空き空間などに応じて適宜調節可能であり、特に限定されない。   The content of the compound containing one or more intramolecular thiol (-SH) groups is determined depending on the type of components of the lithium secondary battery to be applied, such as an electrode active material, an electrode, a separation membrane, an electrolytic solution, a battery case, and It can be adjusted as appropriate according to the other empty space inside the battery, and is not particularly limited.

前述したチオール(−SH)基含有化合物は、電池の単位セルの内部に備えさえすれば、この用途、導入される位置などに関係なく適用可能である。一例として、リチウムイオン二次電池の構成要素、例えば、電極活物質、電極、分離膜、電解液、素子ケース、又はそれ以外の素子内部の空き空間などの構成成分として用いるか、又はこれらのコーティング成分として用いることもできる。   The above-described thiol (—SH) group-containing compound can be applied regardless of this application, the position of introduction, and the like as long as it is provided inside the unit cell of the battery. As an example, a component of a lithium ion secondary battery, for example, an electrode active material, an electrode, a separation membrane, an electrolytic solution, a device case, or a component other than an empty space inside the device, or a coating thereof It can also be used as a component.

前記分子内にチオール基を1つ以上含有する化合物を電池の単位セルの内部に備えるリチウムイオン二次電池は、大きく5つの実施形態を有することができる。しかし、これに特に制限されるものではない。   A lithium ion secondary battery provided with a compound containing one or more thiol groups in the molecule inside the unit cell of the battery can have roughly five embodiments. However, it is not particularly limited to this.

[分子内にチオール基を1つ以上含有する化合物を含む電極]
1)本発明に基づきチオール(−SH)基含有化合物が含有されたリチウムイオン二次電池の第1の実施形態は、電極合剤層の成分、具体的には電極活物質のコーティング成分として用いることである。
[Electrode containing a compound containing one or more thiol groups in the molecule]
1) A first embodiment of a lithium ion secondary battery containing a thiol (—SH) group-containing compound according to the present invention is used as a component of an electrode mixture layer, specifically, a coating component of an electrode active material. That is.

チオール(−SH)基含有化合物でコーティングされた電極活物質の製造方法は特に制限されないが、この好ましい一実施形態を挙げると、(a)バインダー溶液又は溶媒にチオール(−SH)基含有化合物を分散させ、チオール(−SH)基含有化合物含有のコーティング液を製造する段階;(b)前記段階(a)で製造されたコーティング液に電極活物質粒子を添加及び攪拌してコーティングする段階;及び(c)前記段階(b)でコーティングされた電極活物質を熱処理する段階を含むことができる。   A method for producing an electrode active material coated with a thiol (—SH) group-containing compound is not particularly limited, but when this preferred embodiment is exemplified, (a) a thiol (—SH) group-containing compound is added to a binder solution or a solvent. Dispersing and producing a coating solution containing a thiol (-SH) group-containing compound; (b) coating by adding and agitating electrode active material particles to the coating solution produced in the step (a); and (c) The method may include a step of heat-treating the electrode active material coated in the step (b).

前述した前記分子内にチオール(−SH)基含有化合物でコーティング可能な正極活物質は、従来のリチウムイオン二次電池の正極に用いることができる通常の正極活物質が使用可能である。使用可能な正極活物質の非制限的な例としては、LiM(M=Co,Ni,Mn,CoNiMn)のようなリチウム遷移金属複合酸化物(例えば、LiMnなどのリチウムマンガン複合酸化物、LiNiOなどのリチウムニッケル酸化物、LiCoOなどのリチウムコバルト酸化物及びこれら酸化物のマンガン、ニッケル、コバルトの一部を他の遷移金属などに置換したもの、又はリチウムを含有した酸化バナジウムなど)又はカルコゲン化合物(例えば、二酸化マンガン、二硫化チタン、二硫化モリブデンなど)などがある。好ましくは、LiCoO、LiNiO、LiMnO、LiMn、Li(NiCoMn)O(0<a<1,0<b<1,0<c<1,a+b+c=1)、LiNi1−YCo、LiCo1−YMn、LiNi1−YMn (ここで、0≦Y<1)、Li(NiCoMn)O (0<a<2,0<b<2,0<c<2,a+b+c=2)、LiMn2−ZNi、LiMn2−ZCo (ここで、0<Z<2)、LiCoPO、LiFePO又はこれらの混合物などがある。 As the above-described positive electrode active material that can be coated with a compound containing a thiol (—SH) group in the molecule, a normal positive electrode active material that can be used for a positive electrode of a conventional lithium ion secondary battery can be used. Non-limiting examples of positive electrode active materials that can be used include lithium transition metal composite oxides such as LiM x O y (M = Co, Ni, Mn, Co a Ni b Mn c ) (for example, LiMn 2 0 Lithium manganese composite oxide such as 4 , lithium nickel oxide such as LiNiO 2 , lithium cobalt oxide such as LiCoO 2 and manganese, nickel, and a part of these oxides substituted with other transition metals, Or vanadium oxide containing lithium) or a chalcogen compound (eg, manganese dioxide, titanium disulfide, molybdenum disulfide). Preferably, LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , Li (Ni a Co b Mn c ) O 2 (0 <a <1, 0 <b <1, 0 <c <1, a + b + c = 1 ), LiNi 1-Y Co Y 2 O 2 , LiCo 1-Y Mn Y 2 O 2 , LiNi 1-Y Mn Y 2 O 2 (where 0 ≦ Y <1), Li (Ni a Co b Mn c ) O 4 (0 <a <2,0 <b <2,0 <c <2, a + b + c = 2), LiMn 2-Z Ni Z O 4, LiMn 2-Z Co Z O 4 ( where, 0 <Z <2 ), LiCoPO 4 , LiFePO 4 or a mixture thereof.

また、前記分子内にチオール(−SH)基含有化合物でコーティング可能な負極活物質は、従来のリチウムイオン二次電池の負極に用いることができる通常の負極活物質が使用可能である。使用可能な負極活物質の非制限的な例としては、リチウム金属やリチウム合金、炭素、石油コークス(petroleum coke)、活性炭(activated carbon)、グラファイト(graphite)、シリコン系、錫系又はその他の炭素類などのリチウム吸着物質、負極に用いる活物質などがある。正極電流集電体の非制限的な例としては、アルミニウム、ニッケル又はこれらの組合せによって製造されるホイルなどがあり、負極電流集電体の非制限的な例としては、銅、金、ニッケル又は銅合金又はこれらの組合せによって製造されるホイルなどがある。   As the negative electrode active material that can be coated with a thiol (—SH) group-containing compound in the molecule, a normal negative electrode active material that can be used for a negative electrode of a conventional lithium ion secondary battery can be used. Non-limiting examples of negative electrode active materials that can be used include lithium metal and lithium alloys, carbon, petroleum coke, activated carbon, graphite, silicon-based, tin-based or other carbon There are lithium adsorbents such as active materials and active materials used for negative electrodes. Non-limiting examples of positive current collectors include foils made from aluminum, nickel or combinations thereof, and non-limiting examples of negative current collectors include copper, gold, nickel or There are foils made of copper alloys or combinations thereof.

このとき、コーティング工程は、当分野で通常用いられる一般的なコーティング方法を用いることができ、例えば、溶媒蒸発法(solvent evaporation)、共沈法、沈殿法、ゾルゲル法、吸着後のフィルター法、スパッタ、CVDなどがある。   At this time, the coating process can use a general coating method usually used in the art, for example, solvent evaporation, co-precipitation method, precipitation method, sol-gel method, filter method after adsorption, Sputtering, CVD, etc.

2)本発明に基づきチオール(−SH)基含有化合物が含有されたリチウムイオン二次電池の第2の実施形態は、チオール(−SH)基含有化合物を電極合剤層の成分、具体的に電極の一構成成分として用いるか、及び/又は3)第3の実施形態は、既に製造された電極のコーティング成分として用いることである。   2) According to the second embodiment of the lithium ion secondary battery containing a thiol (—SH) group-containing compound based on the present invention, the thiol (—SH) group-containing compound is used as a component of the electrode mixture layer, specifically Use as a component of the electrode and / or 3) A third embodiment is to use it as a coating component of an already manufactured electrode.

チオール(−SH)基含有化合物を電極の構成成分として含む電極を製造する方法は特に制限されないが、この好ましい一実施形態を挙げると、(a)チオール(−SH)基含有化合物を電極材料、例えば、電極活物質、必要な場合、導電剤、バインダーなどと混合して電極スラリーを製造した後、集電体上に塗布するか、又は既に製造された電極の表面にコーティングする段階;及び(b)前記電極を乾燥する段階を含むことができる。   A method for producing an electrode containing a thiol (-SH) group-containing compound as a constituent component of the electrode is not particularly limited. When this preferred embodiment is exemplified, (a) a thiol (-SH) group-containing compound is used as an electrode material, For example, an electrode slurry is prepared by mixing with an electrode active material, if necessary, a conductive agent, a binder, etc., and then coated on a current collector or coated on the surface of an already manufactured electrode; and ( b) may include drying the electrode.

以下、前記チオール(−SH)基含有化合物を電極内に分散させる方法の一例を挙げて詳しく説明する。   Hereinafter, an example of a method for dispersing the thiol (—SH) group-containing compound in the electrode will be described in detail.

先ず、i)バインダー(例えば、PVDF(polyvinylidene fluoride))を溶媒又は分散媒(例えば、NMP(N−methyl pyrroridone)に投入し、バインダー溶液を製造する。   First, i) a binder (for example, PVDF (polyvinylidene fluoride)) is charged into a solvent or a dispersion medium (for example, NMP (N-methyl pyrrolidone)) to produce a binder solution.

バインダー溶液を製造するために用いられる溶媒又は分散媒は、当業界で用いられる一般的な溶媒が全て使用可能であり、この非制限的な例を挙げると、N−メチルピロリドン、アセトン、ジメチルアセトアミド、又はジメチルフォルムアルデヒドなどの有機溶媒、水などの無機溶媒又はこれらの混合物などがある。前記溶媒の使用量は、電極スラリーのコーティングの厚さ、製造歩留まりを考慮して、前記活物質、導電剤、電極バインダー、及び接着力添加剤を溶解及び分散させることができる程度であれば十分である。前記溶媒等は、電極スラリーを電流集電体上にコーティングした後、乾燥によって除去される。   As the solvent or dispersion medium used for producing the binder solution, all common solvents used in the art can be used. For example, N-methylpyrrolidone, acetone, dimethylacetamide Or an organic solvent such as dimethylformaldehyde, an inorganic solvent such as water, or a mixture thereof. The amount of the solvent used is sufficient if it can dissolve and disperse the active material, the conductive agent, the electrode binder, and the adhesive additive in consideration of the coating thickness of the electrode slurry and the production yield. It is. The solvent and the like are removed by drying after coating the electrode slurry on the current collector.

ii)製造されたバインダー溶液に電極活物質とチオール(−SH)基含有化合物を投入して混合し、完全に分散させた後、これを集電体上に塗布し、乾燥することにより電極の製造が完了する。   ii) An electrode active material and a thiol (-SH) group-containing compound are added to the produced binder solution, mixed, and dispersed completely. Then, this is applied onto a current collector and dried to obtain the electrode. Manufacturing is complete.

このように、チオール(−SH)基含有化合物が含まれたバインダー溶液に電極活物質、導電剤をともに投入し、ミキサーで電極用スラリーを製造する。電極の乾燥過程もまた当業界で周知の通常の方法によって実施可能であり、一例として熱風乾燥することができる。   As described above, the electrode active material and the conductive agent are added to the binder solution containing the thiol (—SH) group-containing compound, and the slurry for the electrode is produced with a mixer. The drying process of the electrode can also be performed by a common method well known in the art, for example, hot air drying.

バインダーとしては、通常の結合剤を用いることができ、この非制限的な例としては、PVDF(polyvinylidene fluoride)、SBR(styrene butadiene rubber)、テフロン(登録商標)又はこれらの混合物などがある。   As the binder, an ordinary binder can be used, and non-limiting examples thereof include PVDF (polyvinylidene fluoride), SBR (styrene butadiene rubber), Teflon (registered trademark), or a mixture thereof.

導電剤としては、導電性を向上させることができるものであれば特別な制限がなく、この非制限的な例としては、アセチレンブラック、又はグラファイトなどがある。   The conductive agent is not particularly limited as long as it can improve conductivity, and non-limiting examples include acetylene black or graphite.

前記チオール(−SH)基含有化合物を電極のコーティング成分として用いて電極を製造する方法もやはり当業界で周知の通常の方法によって製造可能であり、この一実施形態を挙げると、バインダー溶液又は溶媒にチオール(−SH)基含有化合物を分散させてチオール(−SH)基含有化合物含有の分散液を製造した後、これを既に製造された電極の表面にコーティング及び乾燥すればよい。   A method for producing an electrode using the thiol (-SH) group-containing compound as a coating component of the electrode can also be produced by a conventional method well known in the art. For example, a binder solution or a solvent After a thiol (-SH) group-containing compound is dispersed in a thiol (-SH) group-containing compound-containing dispersion, the surface of the electrode already manufactured may be coated and dried.

本発明における分子内のチオール(−SH)基を1つ以上含む化合物の含量は、電極合剤100重量部対比0.01から10重量部の範囲であり得るが、これに特に制限されない。   The content of the compound containing one or more thiol (—SH) groups in the molecule in the present invention may be in the range of 0.01 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the electrode mixture, but is not particularly limited thereto.

前記2つの実施形態に基づいて製造される電極は、表面の一部又は全部にチオール(−SH)基を1つ以上含む化合物コーティング層が形成されることになる。このように、チオール(−SH)基含有化合物コーティング層が形成された電極は、銅イオンが負極表面で還元される以前に、銅イオンを選択的に捕捉するか、これらと反応することになる。よって、負極表面における還元による銅デンドライトの形成自体を防ぐことができる。   In the electrode manufactured according to the two embodiments, a compound coating layer including one or more thiol (-SH) groups is formed on a part or all of the surface. As described above, the electrode on which the thiol (-SH) group-containing compound coating layer is formed selectively captures or reacts with the copper ions before the copper ions are reduced on the negative electrode surface. . Therefore, formation of copper dendrite by reduction on the negative electrode surface can be prevented.

[分子内にチオール基を1つ以上含有する化合物を含む電解液]
4)本発明に基づきチオール(−SH)基含有化合物が含有されたリチウムイオン二次電池の第4の実施形態は、通常の電池用電解液にチオール(−SH)基含有化合物を投入することである。
[Electrolytic solution containing a compound containing one or more thiol groups in the molecule]
4) According to the fourth embodiment of the lithium ion secondary battery containing a thiol (—SH) group-containing compound based on the present invention, the thiol (—SH) group-containing compound is introduced into an ordinary battery electrolyte. It is.

前記チオール(−SH)基含有化合物が添加される電池用電解液は、当業界で周知の通常の電解液成分、例えばリチウム塩と非水系有機溶媒を含む。   The battery electrolyte to which the thiol (-SH) group-containing compound is added contains a common electrolyte component known in the art, such as a lithium salt and a non-aqueous organic solvent.

前記リチウム塩は、前記非水系電解質に溶解するのに適した物質として、例えば、LiCl、LiBr、LiI、LiClO、LiBF、LiB10Cl10 、LiPF、LiCFSO、LiCFCO、LiAsF、LiSbF、LiAlCl、CHSOLi、CFSOLi、(CFSONLi、クロロボランリチウム、低級脂肪族カルボン酸リチウム、4−フェニルホウ酸リチウム、イミドなどを用いることができる。 The lithium salt is a material suitable for dissolving in the non-aqueous electrolyte, for example, LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4 , LiBF 4 , LiB 10 Cl 10 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2. , LiAsF 6 , LiSbF 6 , LiAlCl 4 , CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, (CF 3 SO 2 ) 2 NLi, lithium chloroborane, lithium lower aliphatic carboxylate, lithium 4-phenylborate, imide, etc. Can be used.

使用可能な非水系有機溶媒の非制限的な例としては、N−メチル−2−ピロリジノン、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ガンマ−ブチロラクトン、1,2−ジメトキシエタン、テトラヒドロキシフラン(franc)、2−メチルテトラヒドロフラン、ジメチルスルホキシド、1,3−ジオキソラン、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、ジオキソラン、アセトニトリル、ニトロメタン、ギ酸メチル、酢酸メチル、リン酸トリエステル、トリメトキシメタン、ジオキソラン誘導体、スルホラン、メチルスルホラン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、プロピレンカーボネート誘導体、テトラヒドロフラン誘導体、エーテル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチルなどの非陽子性有機溶媒などがある。   Non-limiting examples of non-aqueous organic solvents that can be used include N-methyl-2-pyrrolidinone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, gamma-butyrolactone, 1,2-dimethoxyethane, Tetrahydroxyfuran, 2-methyltetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, 1,3-dioxolane, formamide, dimethylformamide, dioxolane, acetonitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, phosphate triester, trimethoxymethane, dioxolane derivatives, Sulfolane, methyl sulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, propylene carbonate derivative, tetrahydrofuran derivative, ether, methyl propionate, Non-protonic organic solvents such as ethyl propionate.

また、非水系電解液には、充放電特性、難燃性などの改善を目的として、例えば、ピリジン、トリエチルホスファイト、トリエタノールアミン、環状エーテル、エチレンジアミン、n−グライム(glyme)、ヘキサリン酸トリアミド、ニトロベンゼン誘導体、硫黄、キノンイミン染料、N−置換オキサゾリジノン、N,N−置換イミダゾリジン、エチレングリコールジアルキルエーテル、アンモニウム塩、ピロール、2−メトキシエタノール、三塩化アルミニウムなどが添加されてもよい。場合によっては、不燃性を付与するために、四塩化炭素、三フッ化エチレンなどのハロゲン含有溶媒をさらに含ませることもでき、高温保存特性を向上させるために二酸化炭酸ガスをさらに含ませることもできる。   For non-aqueous electrolytes, for example, pyridine, triethyl phosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylenediamine, n-glyme, hexaphosphoric triamide for the purpose of improving charge / discharge characteristics and flame retardancy. Nitrobenzene derivatives, sulfur, quinoneimine dyes, N-substituted oxazolidinones, N, N-substituted imidazolidines, ethylene glycol dialkyl ethers, ammonium salts, pyrrole, 2-methoxyethanol, aluminum trichloride, and the like may be added. In some cases, a halogen-containing solvent such as carbon tetrachloride or ethylene trifluoride may be further added to impart incombustibility, and a carbon dioxide gas may be further included to improve high-temperature storage characteristics. it can.

このとき、前記分子内チオール基を1つ以上含む化合物の含量は、電池の安全性及びセルの製造品質を考慮して適宜調節することができ、一例として、電解液100重量部対比0.01から10重量部の範囲で含まれ得る。   At this time, the content of the compound containing one or more intramolecular thiol groups can be appropriately adjusted in consideration of the safety of the battery and the manufacturing quality of the cell. To 10 parts by weight.

[分子内にチオール基を1つ以上含有する化合物を含む分離膜]
5)本発明に基づきチオール(−SH)基含有化合物が含有されたリチウムイオン二次電池の第5の実施形態は、電池用分離膜の一構成成分とするか、又は通常の電池用分離膜のコーティング成分として用いることである。
[Separation membrane containing a compound containing one or more thiol groups in the molecule]
5) According to the present invention, the fifth embodiment of the lithium ion secondary battery containing a thiol (—SH) group-containing compound is used as one component of a battery separation membrane, or a normal battery separation membrane It is used as a coating component.

この一例を挙げると、当業界で周知の通り、ポリオレフィン系分離膜基材をチオール(−SH)基含有化合物含有のコーティング液に含浸させるか、又は通常のコーティング方法に基づきコーティングした後、乾燥させることにより完了することができる。   As an example of this, as is well known in the art, a polyolefin-based separation membrane substrate is impregnated with a coating solution containing a thiol (-SH) group-containing compound, or is coated according to a normal coating method and then dried. Can be completed.

このとき、チオール(−SH)基含有化合物が導入可能な分離膜は、両電極の内部短絡を遮断して電解液を含浸する役割を果たす多孔性物質であれば特に制限されない。前記分離膜の気孔径は、一般に0.01から10μmであり、厚さは一般に5から300μmの範囲であり得る。このような分離膜としては、例えば、耐化学性及び疎水性のポリプロピレンなどのオレフィン系ポリマー;多孔性分離膜基材に無機物材料が添加された複合多孔性分離膜;ガラス繊維又はポリエチレンなどで作られたシートや不織布などが用いられる。電解質としてポリマーなどの固体電解質が用いられる場合は、固体電解質が分離膜を兼ねることもできる。   At this time, the separation membrane into which the thiol (-SH) group-containing compound can be introduced is not particularly limited as long as it is a porous substance that plays a role of blocking the internal short circuit between both electrodes and impregnating the electrolytic solution. The pore size of the separation membrane is generally from 0.01 to 10 μm and the thickness can generally be in the range from 5 to 300 μm. Examples of such a separation membrane include olefin-based polymers such as chemically resistant and hydrophobic polypropylene; composite porous separation membranes in which an inorganic material is added to a porous separation membrane substrate; glass fibers, polyethylene, or the like. A sheet or a non-woven fabric is used. When a solid electrolyte such as a polymer is used as the electrolyte, the solid electrolyte can also serve as a separation membrane.

その他、巻芯(mandrel)、center pin、PTCなどのリチウムイオン二次電池の内部の空き空間上に前述したチオール(−SH)基含有化合物を導入しても同一の効果を図ることができる。   In addition, the same effect can be achieved by introducing the above-described thiol (—SH) group-containing compound into an empty space inside a lithium ion secondary battery such as a mandrel, center pin, or PTC.

一方、本発明では、チオール基を含有する化合物だけを具体的に例示しているが、それ以外に銅イオンとの高い反応性を有する物質であれば、この成分、含量、形態などにかかわらず本発明の範疇に属する。   On the other hand, in the present invention, only a compound containing a thiol group is specifically exemplified, but any other substance having high reactivity with copper ions can be used regardless of this component, content, form, etc. It belongs to the category of the present invention.

本発明に係るリチウムイオン二次電池は、当技術分野で周知の通常の方法に基づき製造可能であり、この一実施形態を挙げると、正極と負極との間に分離膜を介在させて組み立てた後、電解液を注入することにより製造することができる。このとき、前記電極、電解液、分離膜、ケースのうち少なくとも一つは、前述したチオール(−SH)基含有化合物が導入されたものであり得る。このとき、電極活物質、電極、電解液、分離膜、巻芯、センターピン(center pin)、素子ケースの内部空間のうち少なくとも一つは、前述したチオール(−SH)基含有化合物が導入されたものであり得る。   The lithium ion secondary battery according to the present invention can be manufactured based on a conventional method well known in the art, and in one embodiment, the lithium ion secondary battery is assembled with a separation membrane interposed between the positive electrode and the negative electrode. Then, it can manufacture by inject | pouring electrolyte solution. At this time, at least one of the electrode, the electrolytic solution, the separation membrane, and the case may be one into which the thiol (-SH) group-containing compound described above is introduced. At this time, at least one of the electrode active material, the electrode, the electrolytic solution, the separation membrane, the core, the center pin, and the inner space of the element case is introduced with the thiol (-SH) group-containing compound described above. Can be.

前述したような本発明の詳細な説明では、具体的な実施形態に関して説明した。しかし、本発明の範疇から外れない範囲内においては、多様な変形が可能である。本発明の技術的思想は、本発明の記述した実施形態に限定されて定められてはならず、特許請求の範囲だけでなく、この特許請求の範囲と均等なものらにより定められなければならない。   The foregoing detailed description of the invention has been described with reference to specific embodiments. However, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. The technical idea of the present invention should not be limited to the described embodiments of the present invention, but should be determined not only by the claims but also by the equivalents of the claims. .

[実施例]
(実施例1)
正極活物質としてLiCoO90重量%;導電剤としてデンカブラック6重量%;及びバインダーとしてPVDF4重量%;をともにNMPに添加してスラリーを作った。これを正極集電体であるアルミニウム(Al)箔上にコーティングし、圧延及び乾燥して正極を製造した。
[Example]
Example 1
A slurry was prepared by adding 90% by weight of LiCoO 2 as a positive electrode active material; 6% by weight of Denka Black as a conductive agent; and 4% by weight of PVDF as a binder to NMP. This was coated on an aluminum (Al) foil as a positive electrode current collector, rolled and dried to produce a positive electrode.

負極活物質として、黒鉛90重量%;導電剤としてデンカブラック6重量%;及びバインダーとしてPVDF4重量%;をともにNMPに添加してスラリーを作った。これを負極集電体である銅(Cu)箔上にコーティングして圧延し、乾燥して負極を製造した。   A slurry was prepared by adding 90% by weight of graphite as a negative electrode active material; 6% by weight of Denka black as a conductive agent; and 4% by weight of PVDF as a binder to NMP. This was coated on a copper (Cu) foil as a negative electrode current collector, rolled, and dried to produce a negative electrode.

前記のように製造された正極と負極との間に多孔性ポリエチレンの分離膜を介在して電極組立体を製造した。前記電極組立体をケースに入れて電極リードを連結した後、1MのLiPFが溶解している体積比1:1のエチレンカーボネート(EC)とジメチルカーボネート(DMC)溶液にメタンチオール(Methanthiol)1%を添加した電解液を注入した後、密封してリチウムイオン二次電池を製作した。 An electrode assembly was manufactured by interposing a porous polyethylene separation membrane between the positive electrode and the negative electrode manufactured as described above. After the electrode assembly is put in a case and electrode leads are connected, a 1: 1 ratio of ethylene carbonate (EC) and dimethyl carbonate (DMC) in which 1 M LiPF 6 is dissolved is added to methanethiol (Methanthiol) 1. After injecting an electrolyte solution with a% added, it was sealed to produce a lithium ion secondary battery.

(実施例2)
正極活物質として、LiCoO 90重量%; 導電剤としてデンカブラック6重量%;及びバインダーとしてPVDF4重量%;をともにNMPに添加してスラリーを作った。これを正極集電体であるアルミニウム(Al)箔上にコーティングして圧延し、乾燥して正極を製造した。
(Example 2)
A slurry was prepared by adding 90% by weight of LiCoO 2 as a positive electrode active material; 6% by weight of Denka Black as a conductive agent; and 4% by weight of PVDF as a binder to NMP. This was coated on an aluminum (Al) foil as a positive electrode current collector, rolled and dried to produce a positive electrode.

負極活物質として黒鉛90重量%;導電剤としてデンカブラック6重量%;及びバインダーとしてPVDF 4重量%;をともにNMPに添加してスラリーを作った。これを負極集電体である銅(Cu)箔上にコーティングして圧延し、乾燥して負極を製造した。   A slurry was prepared by adding 90% by weight of graphite as a negative electrode active material; 6% by weight of Denka black as a conductive agent; and 4% by weight of PVDF as a binder to NMP. This was coated on a copper (Cu) foil as a negative electrode current collector, rolled and dried to produce a negative electrode.

無機物質がコーティングされた多孔性ポリエチレン分離膜の表面にAl99重量%とメタンチオール1重量%を分散、コーティングして分離膜を製造した。 A separation membrane was prepared by dispersing and coating 99% by weight of Al 2 O 3 and 1% by weight of methanethiol on the surface of a porous polyethylene separation membrane coated with an inorganic substance.

前記のように製造された正極と負極との間にコーティングされた分離膜を介在して電極組立体を製造した。前記電極組立体をケースに入れて電極リードを連結した後、1MのLiPFが溶解している体積比1:1のエチレンカーボネート(EC)とジメチルカーボネート(DMC)電解液を注入した後、密封してリチウムイオン二次電池を製作した。 An electrode assembly was manufactured with a separation membrane coated between the positive electrode and the negative electrode manufactured as described above. After the electrode assembly is put in a case and electrode leads are connected, a 1: 1 volume ratio of ethylene carbonate (EC) and dimethyl carbonate (DMC) electrolyte in which 1M LiPF 6 is dissolved is injected, and then sealed. A lithium ion secondary battery was manufactured.

(比較例1)
電解液にメタンチオール(Methanthiol)を添加しないことを除いては、前記実施例1と同一の方法でリチウムイオン二次電池を製作した。
(Comparative Example 1)
A lithium ion secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except that methanethiol was not added to the electrolyte.

(比較例2)
コーティングされた分離膜にメタンチオールを添加しないことを除いては、前記実施例2と同一の方法でリチウムイオン二次電池を製作した。
(Comparative Example 2)
A lithium ion secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 2 except that methanethiol was not added to the coated separation membrane.

[実験例1]
前記実施例1及び比較例1の方法でそれぞれ制作されたリチウムイオン二次電池1万セルに対して、2週間の間の電圧降下を測定して下記表1に示した。

Figure 2014531720
[Experimental Example 1]
The voltage drop for 2 weeks was measured for 10,000 cells of the lithium ion secondary battery produced by the methods of Example 1 and Comparative Example 1, respectively, and the results are shown in Table 1 below.
Figure 2014531720

[実験例2]
前記実施例2及び比較例2の方法でそれぞれ制作されたリチウムイオン二次電池1千セルに対して、2週間の間の電圧降下を測定して下記表2に示した。

Figure 2014531720
[Experiment 2]
Table 1 below shows the voltage drop measured for two weeks with respect to 1,000 cells of the lithium ion secondary battery produced by the methods of Example 2 and Comparative Example 2, respectively.
Figure 2014531720

Claims (11)

分子内チオール(−SH)基を1つ以上含む化合物が、電池の単位セル内部に備えられることを特徴とするリチウムイオン二次電池。   A lithium ion secondary battery, wherein a compound containing one or more intramolecular thiol (-SH) groups is provided inside a unit cell of the battery. 前記分子内チオール(−SH)基を1つ以上含む化合物は、メタンチオール及びエタンチオールからなる群から選ばれた1又は2以上の脂肪族チオール;チオフェノール、4−フルオロチオフェノール、2−クロロチオフェノール、4−t−ブチルチオフェノール及び4−t−ブチル−1,2−ベンゼンチオールからなる群から選ばれた1又は2以上の芳香族チオール;2−(ブチルアミノ)エタンチオール;3−(メチルチオ)プロピルアミン;及び[2−(ジイソプロピルアミノ)エチル] −(2−メルカプトエチル)サルファイトからなる群から選ばれた単一物又は2種以上の混合物であることを特徴とする請求項1に記載のリチウムイオン二次電池。   The compound containing one or more intramolecular thiol (-SH) groups is one or more aliphatic thiols selected from the group consisting of methanethiol and ethanethiol; thiophenol, 4-fluorothiophenol, 2-chloro One or more aromatic thiols selected from the group consisting of thiophenol, 4-t-butylthiophenol and 4-t-butyl-1,2-benzenethiol; 2- (butylamino) ethanethiol; A single substance or a mixture of two or more selected from the group consisting of (methylthio) propylamine; and [2- (diisopropylamino) ethyl]-(2-mercaptoethyl) sulfite. 2. The lithium ion secondary battery according to 1. 前記分子内チオール(−SH)基を1つ以上含む化合物は、電池を成す構成成分のうち少なくとも1つの成分に存在することを特徴とする請求項1又は2に記載のリチウムイオン二次電池。   3. The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the compound containing one or more intramolecular thiol (—SH) groups is present in at least one of the components constituting the battery. 4. 前記分子内チオール(−SH)基を1つ以上含む化合物は、電極、分離膜、及び電解液からなる群から選ばれた少なくとも1つの電池構成成分に含まれることを特徴とする請求項3に記載のリチウムイオン二次電池。   The compound containing one or more intramolecular thiol (-SH) groups is contained in at least one battery component selected from the group consisting of an electrode, a separation membrane, and an electrolytic solution. The lithium ion secondary battery as described. 前記電極は、電極合剤層成分、又は電極のコーティング成分として分子内チオール(−SH)基を1つ以上含む化合物を含むことを特徴とする請求項4に記載のリチウムイオン二次電池。   5. The lithium ion secondary battery according to claim 4, wherein the electrode includes a compound containing one or more intramolecular thiol (—SH) groups as an electrode mixture layer component or an electrode coating component. 前記分子内チオール(−SH)基を1つ以上含む化合物は、電極合剤層100重量部対比0.01から10重量部で含まれることを特徴とする請求項5に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary according to claim 5, wherein the compound containing one or more intramolecular thiol (-SH) groups is contained in an amount of 0.01 to 10 parts by weight relative to 100 parts by weight of the electrode mixture layer. battery. 前記分子内チオール(−SH)基を1つ以上含む化合物は、電池の作動中に発生する銅イオンと反応して、負極表面での銅の還元によるデンドライトの形成を防止することを特徴とする請求項1から6の何れか1項に記載のリチウムイオン二次電池。   The compound containing one or more intramolecular thiol (-SH) groups reacts with copper ions generated during operation of the battery to prevent dendrite formation due to reduction of copper on the negative electrode surface. The lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 6. 前記電解液は、リチウム塩、電解液溶媒、及び分子内チオール(−SH)基を1つ以上含む化合物を含み、前記分子内チオール基を1つ以上含む化合物は、電解液100重量部対比0.01から10重量部で含まれることを特徴とする請求項4から6の何れか1項に記載のリチウムイオン二次電池。   The electrolytic solution includes a lithium salt, an electrolytic solution solvent, and a compound including one or more intramolecular thiol (-SH) groups, and the compound including one or more intramolecular thiol groups is compared with 100 parts by weight of the electrolytic solution. The lithium ion secondary battery according to claim 4, wherein the lithium ion secondary battery is contained in an amount of 0.01 to 10 parts by weight. 前記分離膜は、分子内チオール(−SH)基を1つ以上含む化合物を分離膜の構成成分又はコーティング成分として含むことを特徴とする請求項4から6の何れか1項に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion according to any one of claims 4 to 6, wherein the separation membrane contains a compound containing one or more intramolecular thiol (-SH) groups as a constituent component or a coating component of the separation membrane. Secondary battery. 請求項1から9の何れか1項に係るリチウムイオン二次電池を単位電池として含むことを特徴とする電池モジュール。   A battery module comprising the lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 9 as a unit battery. 請求項1から9の何れか1項に係るリチウムイオン二次電池を単位電池として含むことを特徴とする電池パック。   A battery pack comprising the lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 9 as a unit battery.
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