JP2015050084A - Nonaqueous electrolyte secondary battery, and method for manufacturing nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

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泰史 上坊
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nonaqueous electrolyte secondary battery which enables the suppression of the reduction in capacity and the occurrence of battery expansion while achieving a low environmental load and a low cost as to a nonaqueous electrolyte secondary battery.SOLUTION: A nonaqueous electrolyte secondary battery comprises a positive electrode and a nonaqueous electrolyte. The positive electrode includes an aqueous binding agent as a binding agent. The nonaqueous electrolyte includes, as a sulfur-containing compound, at least one compound selected from a sulfate ester compound and a sultone compound. The content of the sulfur-containing compound to the mass of the nonaqueous electrolyte is 4.0 mass% or less.

Description

本発明は、正極と非水電解質とを備える非水電解質二次電池および該非水電解質二次電池の製造方法に関する。   The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery including a positive electrode and a non-aqueous electrolyte, and a method for manufacturing the non-aqueous electrolyte secondary battery.

近年、携帯電話や携帯オーディオ機器等の電子機器の小型化・高性能化に伴い、高性能電池の開発が積極的に進められており、充電により繰り返し使用が可能な二次電池の需要が大きく伸びている。特に、高いエネルギー密度および高い動作電圧を示すリチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池が注目され、広く利用されている。   In recent years, with the miniaturization and high performance of electronic devices such as mobile phones and portable audio devices, development of high performance batteries has been actively promoted, and there is a great demand for secondary batteries that can be used repeatedly by charging. It is growing. In particular, nonaqueous electrolyte secondary batteries such as lithium ion secondary batteries that exhibit high energy density and high operating voltage have attracted attention and are widely used.

このような非水電解質二次電池においては、各電極は導電性材料からなる集電体上に担持された活物質を主要構成成分として含んでいる。正極は、正極集電体上に担持された正極活物質を含み、負極は、負極集電体上に担持された負極活物質を含む。そして、正極活物質や負極活物質をそれぞれ結着させるために、各電極において結着剤が用いられている。このような結着剤としては、従来、ポリフッ化ビニリデン(PDVF)等のフッ素系高分子に代表される溶剤系結着剤が多く用いられてきた。   In such a non-aqueous electrolyte secondary battery, each electrode includes an active material supported on a current collector made of a conductive material as a main component. The positive electrode includes a positive electrode active material supported on the positive electrode current collector, and the negative electrode includes a negative electrode active material supported on the negative electrode current collector. And in order to bind a positive electrode active material and a negative electrode active material, the binder is used in each electrode. As such a binder, conventionally, a solvent-based binder represented by a fluorine-based polymer such as polyvinylidene fluoride (PDVF) has been often used.

非水電解質二次電池においては、例えば特開2008−16414号公報(特許文献1)に記載されているように、容量低下を抑制するため、非水電解質にビニレンカーボネートを添加する場合が多かった(段落0080を参照)。ビニレンカーボネートは酸化分解を受け易く、それにより発生する副反応生成物の一部が負極被膜を形成することで、容量低下や電池膨れを抑制して電池特性の向上に寄与することができると考えられている(段落0073を参照)。   In a nonaqueous electrolyte secondary battery, for example, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-16414 (Patent Document 1), vinylene carbonate is often added to a nonaqueous electrolyte in order to suppress a decrease in capacity. (See paragraph 0080). Vinylene carbonate is susceptible to oxidative decomposition, and part of the side reaction product generated thereby forms a negative electrode film, which can contribute to improving battery characteristics by suppressing capacity reduction and battery swelling. (See paragraph 0073).

特開2008−16414号公報JP 2008-16414 A

溶剤系結着剤が使用される場合には、一般に、活物質とのペーストを作製する際にN‐メチルピロリドン等の有機溶剤に溶解して用いられる。このため、例えば環境に与える負荷を軽減しようとすれば、有機溶剤を極力回収して排出量を削減することが必要となる。その結果、設備投資のための初期費用や設備の運用・管理のための運用費用などに多大なコストがかかってしまう。   When a solvent-based binder is used, it is generally used by dissolving in an organic solvent such as N-methylpyrrolidone when preparing a paste with an active material. For this reason, if it is going to reduce the load given to an environment, for example, it will be necessary to collect | recover organic solvents as much as possible and reduce discharge | emission amount. As a result, the initial cost for capital investment and the operational cost for operation and management of the equipment are enormous.

このような事情から、近年、環境負荷を軽減するとともに低コスト化を図る目的で、水性結着剤(水系溶媒を用いることが可能な結着剤)の使用に対するニーズが高まっている。ところが、本発明者らの検討によれば、正極板に水性結着剤を用いる場合には、溶剤系結着剤を用いる場合とは異なり、非水電解質にビニレンカーボネートを添加したとしても容量低下や電池膨れが発生する場合があることが判明した。   Under these circumstances, in recent years, there is an increasing need for the use of an aqueous binder (a binder that can use an aqueous solvent) for the purpose of reducing the environmental burden and reducing the cost. However, according to the study by the present inventors, when an aqueous binder is used for the positive electrode plate, the capacity is reduced even if vinylene carbonate is added to the nonaqueous electrolyte, unlike the case of using a solvent-based binder. It has been found that battery swelling may occur.

そこで、非水電解質二次電池において、低環境負荷および低コスト化を達成しつつ、容量低下や電池膨れの発生を抑制することが望まれる。   Therefore, it is desired to suppress the occurrence of capacity reduction and battery swelling while achieving a low environmental load and cost reduction in a non-aqueous electrolyte secondary battery.

本発明に係る非水電解質二次電池の特徴構成は、正極と非水電解質とを備え、前記正極の結着剤として水性結着剤を含み、前記非水電解質が硫黄を含む化合物(以下、含硫黄化合物)を含有する点にある。   A characteristic configuration of the nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention includes a positive electrode and a nonaqueous electrolyte, and includes an aqueous binder as the binder of the positive electrode, and the nonaqueous electrolyte includes a compound containing sulfur (hereinafter, The sulfur-containing compound).

すなわち、本発明に係る非水電解質二次電池は、正極活物質を結着させるための結着剤として水性結着剤を用いることと、非水電解質に含硫黄化合物を添加することとを組み合わせた点に特徴を有する。この特徴構成によれば、正極の結着剤として水性結着剤を用いる場合であっても、非水電解質に含硫黄化合物を添加することで、他の添加剤等で観測された容量低下や電池膨れを抑制して電池特性の向上に寄与することができる。   That is, the nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention combines the use of an aqueous binder as a binder for binding the positive electrode active material and the addition of a sulfur-containing compound to the nonaqueous electrolyte. It has the characteristics in the point. According to this characteristic configuration, even when an aqueous binder is used as the binder for the positive electrode, by adding a sulfur-containing compound to the non-aqueous electrolyte, the capacity reduction observed with other additives, etc. It can contribute to the improvement of battery characteristics by suppressing battery swelling.

含硫黄化合物としては、含硫黄有機化合物および含硫黄無機化合物のいずれを用いることもできる。前記含硫黄化合物は、硫酸エステル化合物およびスルトン化合物から選択される少なくとも1つを含むと好適である。   As the sulfur-containing compound, any of a sulfur-containing organic compound and a sulfur-containing inorganic compound can be used. The sulfur-containing compound preferably contains at least one selected from a sulfate ester compound and a sultone compound.

非水電解質に対する含硫黄化合物の添加量が4.0質量%を超えて過大となると、余剰の含硫黄化合物による副反応が多くなり、容量低下および電池膨れが発生する場合がある。この点に鑑み、1つの態様として、前記非水電解質の質量に対する前記含硫黄化合物の含有量が4.0質量%以下であると好適である。   If the amount of the sulfur-containing compound added to the non-aqueous electrolyte exceeds 4.0% by mass, side reactions due to the excess sulfur-containing compound increase, which may cause a reduction in capacity and battery swelling. In view of this point, as one aspect, it is preferable that the content of the sulfur-containing compound with respect to the mass of the non-aqueous electrolyte is 4.0% by mass or less.

非水電解質二次電池の全体構成を示す断面図Sectional drawing which shows the whole structure of a nonaqueous electrolyte secondary battery 非水電解質二次電池の概略構成を示す模式図Schematic diagram showing schematic configuration of non-aqueous electrolyte secondary battery

本発明に係る非水電解質二次電池の実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態では、非水電解質に含まれるリチウムイオンが電気伝導の役割を担うリチウムイオン二次電池に本発明を適用した例について説明する。また、本実施形態では、角型のリチウムイオン二次電池に本発明を適用した例について説明する。なお、以下の説明においては、作用機構の説明は推定を含んでおり、その正否によって本発明の範囲が限定されることはないものとする。   An embodiment of a nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, an example will be described in which the present invention is applied to a lithium ion secondary battery in which lithium ions contained in the nonaqueous electrolyte play a role of electrical conduction. In this embodiment, an example in which the present invention is applied to a rectangular lithium ion secondary battery will be described. In the following description, the description of the action mechanism includes estimation, and the scope of the present invention is not limited by the correctness.

図1に示すように、非水電解質二次電池1は、発電要素3と、非水電解質(図示せず)と、これらを収容する容器5とを備えている。発電要素3は、発電および充電の中核として機能する要素であり、正極10、負極20、およびセパレータ30を含んで構成されている。本実施形態では、発電要素3は、正極10と負極20とをセパレータ30を介して巻回して構成されている。なお、図2では、巻回された発電要素3のうちの一部のみを抜き出して模式的に示している。   As shown in FIG. 1, the non-aqueous electrolyte secondary battery 1 includes a power generation element 3, a non-aqueous electrolyte (not shown), and a container 5 that houses them. The power generation element 3 is an element that functions as a core of power generation and charging, and includes a positive electrode 10, a negative electrode 20, and a separator 30. In the present embodiment, the power generation element 3 is configured by winding the positive electrode 10 and the negative electrode 20 via the separator 30. In FIG. 2, only a part of the wound power generation element 3 is extracted and schematically shown.

図2に示すように、正極10は、正極集電体11と、この正極集電体11上に形成された正極合剤層12とを有する。正極合剤層12は、正極活物質と、導電助剤と、結着剤とを含む合剤層である。正極合剤層12は、例えば結着剤の性状に応じた適切な溶媒を用いて混合したペースト(正極ペースト)を正極集電体11に塗布し、乾燥させて形成することができる。その際、ロールプレス等で厚みや多孔度を調整しても良い。   As shown in FIG. 2, the positive electrode 10 includes a positive electrode current collector 11 and a positive electrode mixture layer 12 formed on the positive electrode current collector 11. The positive electrode mixture layer 12 is a mixture layer containing a positive electrode active material, a conductive auxiliary agent, and a binder. The positive electrode mixture layer 12 can be formed, for example, by applying a paste (positive electrode paste) mixed using an appropriate solvent according to the properties of the binder to the positive electrode current collector 11 and drying it. At that time, the thickness and porosity may be adjusted by a roll press or the like.

正極集電体11は、導電性材料を用いて構成される。正極集電体11は、例えばアルミニウム、銅、ニッケル、ステンレス鋼、チタン、およびタンタル等の金属材料を用いて構成することができる。また、その形状としては、シート(箔または薄膜)、板、柱状体、コイル、発泡体、多孔体、およびエキスパンド格子等、各種の形状を採用することができる。   The positive electrode current collector 11 is configured using a conductive material. The positive electrode current collector 11 can be formed using a metal material such as aluminum, copper, nickel, stainless steel, titanium, and tantalum. As the shape, various shapes such as a sheet (foil or thin film), a plate, a columnar body, a coil, a foamed body, a porous body, and an expanded lattice can be adopted.

正極活物質は、リチウムイオンを吸蔵および放出する物質である。このような正極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵・放出可能なリチウム遷移金属複合酸化物を用いることができる。リチウム遷移金属複合酸化物としては、例えば、LiCoO等のリチウム・コバルト複合酸化物;LiNiO等のリチウム・ニッケル複合酸化物;およびLiMnO、LiMn、LiMnO等のリチウム・マンガン複合酸化物等が例示される。また、これらの遷移金属原子の一部を、他の遷移金属や軽金属で置換したものを用いても良い。或いは、リチウムイオンを吸蔵・放出可能なオリビン型化合物を用いることもできる。オリビン型化合物としては、例えばLiFePO等のオリビン型リン酸リチウム化合物が例示される。 The positive electrode active material is a material that absorbs and releases lithium ions. As such a positive electrode active material, a lithium transition metal composite oxide capable of inserting and extracting lithium ions can be used. Examples of the lithium transition metal composite oxide include lithium / cobalt composite oxides such as LiCoO 2 ; lithium / nickel composite oxides such as LiNiO 2 ; and lithium / nickel composite oxides such as LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , and Li 2 MnO 3. Examples include manganese composite oxides. Moreover, you may use what substituted some of these transition metal atoms with the other transition metal and light metal. Alternatively, an olivine type compound capable of inserting and extracting lithium ions can be used. Examples of the olivine type compound include olivine type lithium phosphate compounds such as LiFePO 4 .

導電助剤は、正極合剤層12における導電性を向上する目的で添加される材料である。このような導電助剤としては、各種の導電性材料を用いることができる。例えば、アセチレンブラック、カーボンブラック、黒鉛等の炭素材料;金属繊維等の導電性繊維類;銅、ニッケル、アルミニウム、銀等の金属粉類;酸化亜鉛、チタン酸カリウム等の導電性ウィスカー類;および酸化チタン等の導電性金属酸化物等が例示される。   The conductive assistant is a material added for the purpose of improving the conductivity in the positive electrode mixture layer 12. As such a conductive assistant, various conductive materials can be used. For example, carbon materials such as acetylene black, carbon black and graphite; conductive fibers such as metal fibers; metal powders such as copper, nickel, aluminum and silver; conductive whiskers such as zinc oxide and potassium titanate; and Examples include conductive metal oxides such as titanium oxide.

結着剤(正極結着剤)は、正極活物質を結着させる目的で添加される材料である。また、結着剤は、正極活物質と導電助剤および正極集電体11とを結着させる役割も担う。このような結着剤としては、一般に、正極活物質および導電助剤と混合してペースト化する際に有機溶剤が用いられる溶剤系結着剤と、溶媒として水系溶媒(典型的には、水)を用いることが可能な水性結着剤とが存在する。本発明では、正極の結着剤として、水性結着剤を用いる。   The binder (positive electrode binder) is a material added for the purpose of binding the positive electrode active material. Further, the binder also serves to bind the positive electrode active material, the conductive additive, and the positive electrode current collector 11. As such a binder, generally, a solvent-based binder in which an organic solvent is used when mixing with a positive electrode active material and a conductive additive to form a paste, and an aqueous solvent (typically, water ) Can be used. In the present invention, an aqueous binder is used as the positive electrode binder.

正極合剤層12に添加される水性結着剤としては、水系溶媒に溶解または分散可能な、ゴム状高分子および樹脂系高分子から選択される少なくとも1つを用いることが好ましい。ここで、水系溶媒とは、水または水を主体とする混合溶媒を表す。混合溶媒を構成する水以外の溶媒としては、水と均一に混合し得る有機溶媒(低級アルコールや低級ケトン等)を例示することができる。   As the aqueous binder added to the positive electrode mixture layer 12, it is preferable to use at least one selected from a rubber-like polymer and a resin-based polymer that can be dissolved or dispersed in an aqueous solvent. Here, the aqueous solvent represents water or a mixed solvent mainly composed of water. Examples of the solvent other than water constituting the mixed solvent include organic solvents (such as lower alcohols and lower ketones) that can be uniformly mixed with water.

水系溶媒に溶解または分散可能なゴム状高分子としては、スチレン‐ブタジエンゴム(SBR)、アクリロニトリル‐ブタジエンゴム(NBR)、メチルメタクリレート‐ブタジエンゴム(MBR)等を例示することができる。これらは、好ましくは水に分散させた状態で結着剤として用いることができる。すなわち、使用可能な水性結着剤の一例として、スチレン‐ブタジエンゴム(SBR)の水分散体、アクリロニトリル‐ブタジエンゴム(NBR)の水分散体、メチルメタクリレート‐ブタジエンゴム(MBR)の水分散体等が挙げられる。   Examples of the rubber-like polymer that can be dissolved or dispersed in an aqueous solvent include styrene-butadiene rubber (SBR), acrylonitrile-butadiene rubber (NBR), methyl methacrylate-butadiene rubber (MBR), and the like. These can be used as a binder preferably in a state dispersed in water. That is, examples of usable aqueous binders include an aqueous dispersion of styrene-butadiene rubber (SBR), an aqueous dispersion of acrylonitrile-butadiene rubber (NBR), an aqueous dispersion of methyl methacrylate-butadiene rubber (MBR), and the like. Is mentioned.

水系溶媒に溶解または分散可能な樹脂系高分子としては、アクリル樹脂、オレフィン系樹脂、およびフッ素系樹脂等を例示することができる。アクリル樹脂としては、アクリル酸エステルやメタクリル酸エステル等を例示することができる。オレフィン系樹脂としては、ポリプロピレン(PP)やポリエチレン(PE)等を例示することができる。フッ素系樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等を例示することができる。これらは、好ましくは水に分散させた状態で結着剤として用いることができる。すなわち、使用可能な水性結着剤の一例として、アクリル酸エステルの水分散体、メタクリル酸エステルの水分散体、ポリプロピレン(PP)の水分散体、ポリエチレン(PE)の水分散体、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)の水分散体等が挙げられる。   Examples of the resin polymer that can be dissolved or dispersed in the aqueous solvent include acrylic resins, olefin resins, and fluorine resins. Examples of the acrylic resin include acrylic acid esters and methacrylic acid esters. Examples of the olefin resin include polypropylene (PP) and polyethylene (PE). Examples of the fluorine-based resin include polytetrafluoroethylene (PTFE). These can be used as a binder preferably in a state dispersed in water. That is, examples of usable aqueous binders include acrylic ester aqueous dispersions, methacrylic ester aqueous dispersions, polypropylene (PP) aqueous dispersions, polyethylene (PE) aqueous dispersions, and polytetrafluoro. Examples thereof include an aqueous dispersion of ethylene (PTFE).

正極の水性結着剤としては、上述した各成分のうちの2つ以上をモノマーとして含む共重合体を用いることもできる。このような共重合体としては、エチレン‐プロピレン共重合体、エチレン‐メタクリル酸共重合体、エチレン‐アクリル酸共重合体、プロピレン‐ブテン共重合体、アクリロニトリル‐スチレン共重合体、メチルメタクリレート‐ブタジエン‐スチレン共重合体等を例示することができる。これらは、好ましくは水に分散させた状態で結着剤として用いることができる。すなわち、使用可能な水性結着剤の一例として、エチレン‐プロピレン共重合体の水分散体、エチレン‐メタクリル酸共重合体の水分散体、エチレン‐アクリル酸共重合体の水分散体、プロピレン‐ブテン共重合体の水分散体、アクリロニトリル‐スチレン共重合体の水分散体、メチルメタクリレート‐ブタジエン‐スチレン共重合体の水分散体等が挙げられる。   As the aqueous binder for the positive electrode, a copolymer containing two or more of the aforementioned components as monomers can also be used. Such copolymers include ethylene-propylene copolymer, ethylene-methacrylic acid copolymer, ethylene-acrylic acid copolymer, propylene-butene copolymer, acrylonitrile-styrene copolymer, methyl methacrylate-butadiene. -A styrene copolymer etc. can be illustrated. These can be used as a binder preferably in a state dispersed in water. That is, as an example of usable aqueous binder, ethylene-propylene copolymer aqueous dispersion, ethylene-methacrylic acid copolymer aqueous dispersion, ethylene-acrylic acid copolymer aqueous dispersion, propylene- Examples include an aqueous dispersion of a butene copolymer, an aqueous dispersion of an acrylonitrile-styrene copolymer, and an aqueous dispersion of a methyl methacrylate-butadiene-styrene copolymer.

なお、正極合剤層12には、界面活性剤等の分散剤、カルボキシメチルセルロース(CMC)やメチルセルロース(MC)、ヒドロキシプロピルメチルセルロース(HPMC)等の増粘剤等、他の成分が含まれていても良い。   The positive electrode mixture layer 12 contains other components such as a dispersant such as a surfactant and a thickener such as carboxymethylcellulose (CMC), methylcellulose (MC), and hydroxypropylmethylcellulose (HPMC). Also good.

図2に示すように、負極20は、負極集電体21と、この負極集電体21上に形成された負極合剤層22とを有する。負極合剤層22は、負極活物質と結着剤とを含む合剤層である。負極合剤層22には、必要に応じて導電助剤が含まれても良い。負極合剤層22は、例えば結着剤の性状に応じた適切な溶媒を用いて混合したペースト(負極ペースト)を負極集電体21に塗布し、乾燥させて形成することができる。その際、ロールプレス等で厚みや多孔度を調整しても良い。   As shown in FIG. 2, the negative electrode 20 includes a negative electrode current collector 21 and a negative electrode mixture layer 22 formed on the negative electrode current collector 21. The negative electrode mixture layer 22 is a mixture layer containing a negative electrode active material and a binder. The negative electrode mixture layer 22 may contain a conductive additive as necessary. The negative electrode mixture layer 22 can be formed, for example, by applying a paste (negative electrode paste) mixed using an appropriate solvent according to the properties of the binder to the negative electrode current collector 21 and drying it. At that time, the thickness and porosity may be adjusted by a roll press or the like.

負極集電体21は、導電性材料を用いて構成される。負極集電体21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を用いて構成することができる。また、その形状としては、シート(箔または薄膜)、板、柱状体、コイル、発泡体、多孔体、およびエキスパンド格子等、各種の形状を採用することができる。   The negative electrode current collector 21 is configured using a conductive material. The negative electrode current collector 21 can be configured using a metal material such as copper, nickel, stainless steel, nickel-plated steel, or the like. As the shape, various shapes such as a sheet (foil or thin film), a plate, a columnar body, a coil, a foamed body, a porous body, and an expanded lattice can be adopted.

負極活物質は、リチウムイオンを吸蔵および放出する物質である。このような負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な、例えば金属リチウム;LiTi12等のチタン酸リチウム;黒鉛;およびソフトカーボン、ハードカーボン等の非晶質炭素等が例示される。 The negative electrode active material is a material that absorbs and releases lithium ions. Examples of such a negative electrode active material include metal lithium; lithium titanate such as Li 4 Ti 5 O 12 ; graphite; and amorphous carbon such as soft carbon and hard carbon. Illustrated.

導電助剤は、必要に応じて、負極合剤層22における導電性を向上する目的で添加される材料である。このような導電助剤としては、各種の導電性材料を用いることができる。負極用の導電助剤としては、上述した正極の導電助剤と同様の材料を用いることができる。   The conductive assistant is a material added for the purpose of improving the conductivity in the negative electrode mixture layer 22 as necessary. As such a conductive assistant, various conductive materials can be used. As the conductive additive for the negative electrode, the same material as the conductive additive for the positive electrode described above can be used.

結着剤(負極結着剤)は、負極活物質を結着させる目的で添加される材料である。また、結着剤は、負極活物質と負極集電体21とを結着させる役割も担う。負極合剤層22に導電助剤が含まれる場合には、結着剤は、負極活物質および負極集電体21と導電助剤とを結着させる役割も担う。負極用の結着剤としては、水性結着剤を用いることができるし、溶剤系結着剤を用いることもできる。水性結着剤としては、上述した正極の水性結着剤と同様の材料を用いることができる。   The binder (negative electrode binder) is a material added for the purpose of binding the negative electrode active material. The binder also plays a role of binding the negative electrode active material and the negative electrode current collector 21. In the case where the negative electrode mixture layer 22 includes a conductive additive, the binder also serves to bind the negative electrode active material and the negative electrode current collector 21 to the conductive additive. As the binder for the negative electrode, an aqueous binder can be used, and a solvent-based binder can also be used. As the aqueous binder, the same material as the above-described positive electrode aqueous binder can be used.

溶剤系結着剤とは、負極活物質等と混合してペースト化する際に有機溶剤が用いられる結着剤である。溶剤系結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリアクリロニトリル(PAN)等を用いることができる。溶剤系結着剤を用いる場合には、それらは、好ましくは有機溶剤の一例である非プロトン性極性溶媒に溶解した状態で用いることができる。非プロトン性極性溶媒としては、N‐メチル‐2‐ピロリドン(NMP)やN,N‐ジメチルホルムアミド(DMF)等の非プロトン性アミド系溶媒を用いることができる。すなわち、負極用に使用可能な溶剤系結着剤の一例として、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)のN‐メチル‐2‐ピロリドン(NMP)溶液等が挙げられる。   The solvent-based binder is a binder in which an organic solvent is used when mixing with a negative electrode active material or the like to form a paste. As the solvent binder, polyvinylidene fluoride (PVDF), polymethyl methacrylate (PMMA), polyacrylonitrile (PAN), or the like can be used. When solvent-based binders are used, they can be preferably used in a state of being dissolved in an aprotic polar solvent which is an example of an organic solvent. As the aprotic polar solvent, an aprotic amide solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) or N, N-dimethylformamide (DMF) can be used. That is, as an example of a solvent-based binder that can be used for a negative electrode, an N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) solution of polyvinylidene fluoride (PVDF) can be cited.

なお、負極合剤層22には、正極合剤層12と同様、分散剤や増粘剤等の他の成分が含まれていても良い。   The negative electrode mixture layer 22 may contain other components such as a dispersant and a thickener as in the positive electrode mixture layer 12.

セパレータ30は、正極10と負極20とを分離して非水電解質を保持する。セパレータ30としては、種々の材料を適宜使用することができ、例えば合成樹脂微多孔膜、織布、不織布等を用いることができる。合成樹脂微多孔膜としては、例えばポリエチレン製微多孔膜、ポリプロピレン製微多孔膜、これらを複合した微多孔膜等のポリオレフィン系微多孔膜を好ましく用いることができる。   The separator 30 separates the positive electrode 10 and the negative electrode 20 and holds a nonaqueous electrolyte. As the separator 30, various materials can be used as appropriate, and for example, a synthetic resin microporous film, a woven fabric, a non-woven fabric, or the like can be used. As the synthetic resin microporous membrane, for example, a polyethylene microporous membrane, a polypropylene microporous membrane, and a polyolefin microporous membrane such as a microporous membrane obtained by combining these can be preferably used.

正極10、負極20、およびセパレータ30を含んで構成される発電要素3は、容器5内に収容されている。また、容器5内には非水電解質も収容されている。容器5内において発電要素3が非水電解質中に浸漬され、発電要素3に非水電解質が含浸されている。   The power generation element 3 including the positive electrode 10, the negative electrode 20, and the separator 30 is accommodated in the container 5. A nonaqueous electrolyte is also accommodated in the container 5. The power generation element 3 is immersed in the nonaqueous electrolyte in the container 5, and the power generation element 3 is impregnated with the nonaqueous electrolyte.

非水電解質は、非水溶媒(水以外の溶媒)に支持電解質を溶解させた電解質である。非水溶媒としては、好ましくは有機溶媒を用いることができる。このような有機溶媒としては、例えばジメチルカーボネート(DMC)、エチレンカーボネート(EC)、ジエチルカーボネート(DEC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)、メチルエチルカーボネート(MEC)等のカーボネート類;γ−ブチロラクトンやギ酸メチル等のエステル類を好適に用いることができる。これら2種以上の混合溶媒を用いても良い。   The non-aqueous electrolyte is an electrolyte obtained by dissolving a supporting electrolyte in a non-aqueous solvent (a solvent other than water). As the non-aqueous solvent, an organic solvent can be preferably used. Examples of such an organic solvent include carbonates such as dimethyl carbonate (DMC), ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), and methyl ethyl carbonate (MEC); Esters such as γ-butyrolactone and methyl formate can be suitably used. You may use these 2 or more types of mixed solvents.

非水電解質に含まれる支持電解質としては、リチウム塩が用いられる。リチウム塩としては、無機リチウム塩および有機リチウム塩のいずれをも用いることができる。無機リチウム塩としては、例えばLiPF、LiAsF、LiBF、LiSbF等のリチウムフッ化物塩;LiAlCl等のリチウム塩化物塩;およびLiClO、LiBrO、LiIO等のリチウム過ハロゲン酸塩等を例示することができる。これらの2種以上を併用しても良い。 A lithium salt is used as the supporting electrolyte contained in the nonaqueous electrolyte. As the lithium salt, either an inorganic lithium salt or an organic lithium salt can be used. Examples of the inorganic lithium salt include lithium fluoride salts such as LiPF 6 , LiAsF 6 , LiBF 4 and LiSbF 6 ; lithium chloride salts such as LiAlCl 4 ; and lithium perhalogenates such as LiClO 4 , LiBrO 4 and LiIO 4. Etc. can be illustrated. Two or more of these may be used in combination.

本発明では、非水電解質は含硫黄化合物を含有する。ここで、「含硫黄化合物」とは意図的に添加される含硫黄化合物を表す。含硫黄化合物としては、含硫黄有機化合物および含硫黄無機化合物のいずれをも用いることができる。本発明では非水電解質が用いられるため、その非水電解質中での安定性を考慮すれば、含硫黄化合物として含硫黄有機化合物を用いることが好ましい。また、含硫黄有機化合物としては、硫酸エステル化合物またはスルトン化合物(環状スルホン酸エステル化合物)を用いることが好ましい。これらを併用しても良い。   In the present invention, the non-aqueous electrolyte contains a sulfur-containing compound. Here, the “sulfur-containing compound” represents a sulfur-containing compound that is intentionally added. As the sulfur-containing compound, any of a sulfur-containing organic compound and a sulfur-containing inorganic compound can be used. In the present invention, since a non-aqueous electrolyte is used, it is preferable to use a sulfur-containing organic compound as the sulfur-containing compound in consideration of the stability in the non-aqueous electrolyte. Moreover, as a sulfur-containing organic compound, it is preferable to use a sulfate ester compound or a sultone compound (cyclic sulfonate ester compound). These may be used in combination.

硫酸エステル化合物としては、環状硫酸エステル類および鎖状硫酸エステル類のいずれをも用いることができる。環状硫酸エステル類としては、例えばエチレングリコール硫酸エステルやプロピレングリコール硫酸エステル(PEGLST)等を例示することができる。鎖状硫酸エステル類としては、硫酸ジメチルや硫酸ジエチル、硫酸ジプロピル等を例示することができる。これらの誘導体を用いることもできる。また、これらの2種以上を併用しても良い。   As the sulfate ester compound, both cyclic sulfate esters and chain sulfate esters can be used. Examples of cyclic sulfates include ethylene glycol sulfate and propylene glycol sulfate (PEGLST). Examples of the chain sulfates include dimethyl sulfate, diethyl sulfate, and dipropyl sulfate. These derivatives can also be used. Two or more of these may be used in combination.

スルトン化合物(環状スルホン酸エステル化合物)としては、飽和スルトン類および不飽和スルトン類のいずれをも用いることができる。飽和スルトン類としては、例えば1,3‐プロパンスルトンや1,4‐ブタンスルトン等を例示することができる。不飽和スルトン類としては、例えば1,3‐プロペンスルトン(RPS)等を例示することができる。これらの誘導体を用いることもできる。また、これらの2種以上を併用しても良い。   As the sultone compound (cyclic sulfonic acid ester compound), both saturated sultones and unsaturated sultones can be used. Examples of saturated sultone include 1,3-propane sultone and 1,4-butane sultone. Examples of unsaturated sultone include 1,3-propene sultone (RPS). These derivatives can also be used. Two or more of these may be used in combination.

これらの中では、環状含硫黄有機化合物である1,3‐プロペンスルトン(RPS)やプロピレングリコール硫酸エステル(PEGLST)は、自己分解性が低く取り扱いが容易であるので特に好ましい。   Among these, 1,3-propene sultone (RPS) and propylene glycol sulfate (PEGLST), which are cyclic sulfur-containing organic compounds, are particularly preferable because of their low self-degradability and easy handling.

非水電解質に対する含硫黄化合物の添加量が4.0質量%を超えて過大となると、余剰の含硫黄化合物による副反応が多くなり、容量低下および電池膨れが発生する場合がある。この点に鑑み、非水電解質の質量に対する含硫黄化合物の含有量が4.0質量%以下であると好適である。また、非水電解質に対する含硫黄化合物の添加量が0.1質量%未満であって過少な場合は、正極および負極における保護被膜の形成が不十分となって、容量低下および電池膨れが発生する場合がある。非水電解質の質量に対する含硫黄化合物の含有量が0.1質量%であると好適である。   If the amount of the sulfur-containing compound added to the non-aqueous electrolyte exceeds 4.0% by mass, side reactions due to the excess sulfur-containing compound increase, which may cause a reduction in capacity and battery swelling. In view of this point, it is preferable that the content of the sulfur-containing compound with respect to the mass of the nonaqueous electrolyte is 4.0% by mass or less. Moreover, when the addition amount of the sulfur-containing compound with respect to the nonaqueous electrolyte is less than 0.1% by mass, the formation of a protective film on the positive electrode and the negative electrode becomes insufficient, resulting in a decrease in capacity and battery swelling. There is a case. It is preferable that the content of the sulfur-containing compound relative to the mass of the nonaqueous electrolyte is 0.1% by mass.

なお、非水電解質には、充放電特性の改良や不燃化等の目的で、他の化合物が添加されていても良い。   It should be noted that other compounds may be added to the nonaqueous electrolyte for the purpose of improving charge / discharge characteristics or making it nonflammable.

発電要素3と非水電解質(各種の添加剤を含む)とを収容する容器5は、非水電解質二次電池1の外装缶を構成する電池ケースとして機能する。図1に示すように、本実施形態では、容器5は、角型の箱状に形成されている。容器5は、例えばアルミニウムやアルミニウム合金等の金属材料を用いて構成されている。容器5内に発電要素3と非水電解質(各種の添加剤を含む)とが収容された状態で、容器5の開口部に金属材料で構成された蓋部材6が固定されて、密封されている。   The container 5 that houses the power generation element 3 and the nonaqueous electrolyte (including various additives) functions as a battery case that constitutes an outer can of the nonaqueous electrolyte secondary battery 1. As shown in FIG. 1, in the present embodiment, the container 5 is formed in a square box shape. The container 5 is comprised using metal materials, such as aluminum and aluminum alloy, for example. In a state where the power generation element 3 and the nonaqueous electrolyte (including various additives) are accommodated in the container 5, the lid member 6 made of a metal material is fixed to the opening of the container 5 and sealed. Yes.

本実施形態では、蓋部材6は正極端子を兼用している。また、蓋部材6の中央部には負極端子61が設けられている。蓋部材6と負極端子61との間には、例えば樹脂等の絶縁性の材料からなる絶縁部材62が介在され、両極端子間の電気的絶縁が確保されている。正極10は、正極リード15を介して正極端子としての蓋部材6に接続されている。負極20は、負極リード25を介して負極端子61に接続されている。なお、蓋部材6には、密封容器内の内圧が所定圧に達したときにガスを外部に放出させるための安全弁63も設けられている。   In the present embodiment, the lid member 6 also serves as a positive electrode terminal. In addition, a negative electrode terminal 61 is provided at the center of the lid member 6. An insulating member 62 made of an insulating material such as a resin is interposed between the lid member 6 and the negative electrode terminal 61 to ensure electrical insulation between the two electrode terminals. The positive electrode 10 is connected to a lid member 6 as a positive electrode terminal via a positive electrode lead 15. The negative electrode 20 is connected to the negative electrode terminal 61 via the negative electrode lead 25. The lid member 6 is also provided with a safety valve 63 for releasing gas to the outside when the internal pressure in the sealed container reaches a predetermined pressure.

以上説明したような非水電解質二次電池1において、本発明は、正極活物質を結着させるための結着剤として水性結着剤を用いることと、非水電解質に含硫黄化合物を添加することとを組み合わせた点に特徴を有する。これにより、低環境負荷および低コスト化を達成しつつ、容量低下や電池膨れの発生を抑制して電池特性の向上に寄与することができる。この点について、以下、実施例および比較例を示してより詳細に説明する。但し、本発明はこれらの実施例に限定されるわけではない。   In the nonaqueous electrolyte secondary battery 1 as described above, the present invention uses an aqueous binder as a binder for binding the positive electrode active material, and adds a sulfur-containing compound to the nonaqueous electrolyte. It has the feature in the point which combined. Thereby, while achieving low environmental load and cost reduction, it is possible to suppress the decrease in capacity and the expansion of the battery and contribute to the improvement of the battery characteristics. Hereinafter, this point will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples. However, the present invention is not limited to these examples.

[実施例1]
図1に示す形態の非水電解質二次電池1を以下の手順に従って作製した。
<1>正極の作製
正極活物質としてのLiMn0.33Ni0.33Co0.33の粉体94質量部と、導電助剤としてのアセチレンブラック3.5質量部と、結着剤としてのアクリル酸エチルからなるアクリル樹脂粒子2質量部(アクリル樹脂粒子40質量%水分散体を使用)と、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース(CMC)0.5質量部と、水とをミキサーで混合して、正極ペーストを調製した。次に、得られた正極ペーストを、厚さ20μmのアルミニウム箔製の正極集電体11の両面にドクターブレード法によって塗布して、正極集電体11上に正極合剤層12を形成した。その後、この正極合剤層12を、130℃で24時間、真空乾燥して、正極10を得た。正極10には正極リード15を取り付けた。
[Example 1]
A nonaqueous electrolyte secondary battery 1 having the form shown in FIG. 1 was produced according to the following procedure.
<1> Production of Positive Electrode 94 parts by mass of LiMn 0.33 Ni 0.33 Co 0.33 O 2 powder as a positive electrode active material, 3.5 parts by mass of acetylene black as a conductive additive, and a binder 2 parts by mass of acrylic resin particles made of ethyl acrylate (using 40% by mass acrylic resin particle water dispersion), 0.5 parts by mass of carboxymethyl cellulose (CMC) as a thickener, and water in a mixer The positive electrode paste was prepared by mixing. Next, the obtained positive electrode paste was applied to both surfaces of a positive electrode current collector 11 made of aluminum foil having a thickness of 20 μm by a doctor blade method, and a positive electrode mixture layer 12 was formed on the positive electrode current collector 11. Thereafter, the positive electrode mixture layer 12 was vacuum-dried at 130 ° C. for 24 hours to obtain the positive electrode 10. A positive electrode lead 15 was attached to the positive electrode 10.

<2>負極の作製
負極活物質としての天然黒鉛95質量部と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン(PVDF)5質量部のN‐メチル‐2‐ピロリドン(NMP)溶液と、N‐メチル‐2‐ピロリドン(NMP)とを混合して、負極ペーストを調製した。次に、得られた負極ペーストを、厚さ10μmの銅箔製の負極集電体21の両面にドクターブレード法によって塗布して、負極集電体21上に負極合剤層22を形成した。その後、この負極合剤層22を、150℃で14時間、真空乾燥して、負極20を得た。負極20には負極リード25を取り付けた。
<2> Production of negative electrode 95 parts by mass of natural graphite as a negative electrode active material, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) solution of 5 parts by mass of polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder, and N-methyl- 2-Pyrrolidone (NMP) was mixed to prepare a negative electrode paste. Next, the obtained negative electrode paste was applied to both surfaces of a copper foil negative electrode current collector 21 having a thickness of 10 μm by a doctor blade method to form a negative electrode mixture layer 22 on the negative electrode current collector 21. Thereafter, the negative electrode mixture layer 22 was vacuum-dried at 150 ° C. for 14 hours to obtain the negative electrode 20. A negative electrode lead 25 was attached to the negative electrode 20.

<3>非水電解質の調製
エチレンカーボネート(EC):ジエチルカーボネート(DEC)=30:70(体積比)の混合溶媒に、支持電解質としてのLiPFを1mol/Lとなるように溶解させて、非水電解質を調製した。また、非水電解質の総質量に対する割合が1質量%となるように、1,3−プロペンスルトン(PRS)を添加剤として添加した。
<3> Preparation of nonaqueous electrolyte In a mixed solvent of ethylene carbonate (EC): diethyl carbonate (DEC) = 30: 70 (volume ratio), LiPF 6 as a supporting electrolyte was dissolved so as to be 1 mol / L, A non-aqueous electrolyte was prepared. Moreover, 1,3-propene sultone (PRS) was added as an additive so that the ratio with respect to the total mass of a nonaqueous electrolyte might be 1 mass%.

<4>電池の作製
ポリエチレン微多孔膜のセパレータを介して積層された正極と負極とを巻回して発電要素3とし、その発電要素3をアルミニウム製の角型の容器5に収納した。その後、正極リード15を介して正極10を蓋部材6に接続し、負極リード25を介して負極20を負極端子61に接続し、さらにレーザー溶接によって蓋部材6を容器5に取り付けた。その後、減圧下で非水電解質(添加剤を含む)を注液した後、注液口をレーザー溶接によって封口した。これにより、設計容量570mAhの角型の非水電解質二次電池1(これを電池Aと称する)を作製した。
<4> Production of Battery The positive electrode and the negative electrode laminated through a polyethylene microporous membrane separator were wound to form a power generation element 3, and the power generation element 3 was housed in an aluminum square container 5. Thereafter, the positive electrode 10 was connected to the lid member 6 via the positive electrode lead 15, the negative electrode 20 was connected to the negative electrode terminal 61 via the negative electrode lead 25, and the lid member 6 was attached to the container 5 by laser welding. Then, after injecting a nonaqueous electrolyte (including an additive) under reduced pressure, the injection port was sealed by laser welding. Thereby, a rectangular nonaqueous electrolyte secondary battery 1 (referred to as battery A) having a design capacity of 570 mAh was produced.

[実施例2]
実施例1の電池Aにおいて、正極活物質としてLiFePOの粉体を用いたこと以外は実施例1と同様にして、電池Bを作製した。なお、この電池Bの設計容量は450mAhである。
[Example 2]
A battery B was produced in the same manner as in Example 1 except that LiFePO 4 powder was used as the positive electrode active material in the battery A of Example 1. The design capacity of this battery B is 450 mAh.

[実施例3]
実施例1の電池Aにおいて、正極活物質としてLiNi0.82Co0.15Al0.03の粉体を用いたこと以外は実施例1と同様にして、電池Cを作製した。なお、この電池Cの設計容量は700mAhである。
[Example 3]
A battery C was produced in the same manner as in Example 1, except that in the battery A of Example 1, LiNi 0.82 Co 0.15 Al 0.03 O 2 powder was used as the positive electrode active material. The design capacity of this battery C is 700 mAh.

[実施例4]
実施例1の電池Aにおいて、添加剤としてプロピレングリコール硫酸エステル(PEGLST)を用いたこと以外は実施例1と同様にして、電池Dを作製した。
[Example 4]
In the battery A of Example 1, a battery D was produced in the same manner as in Example 1 except that propylene glycol sulfate (PEGLST) was used as an additive.

[実施例5]
実施例2の電池Bにおいて、添加剤としてプロピレングリコール硫酸エステル(PEGLST)を用いたこと以外は実施例2と同様にして、電池Eを作製した。
[Example 5]
In the battery B of Example 2, a battery E was produced in the same manner as in Example 2 except that propylene glycol sulfate (PEGLST) was used as an additive.

[実施例6]
実施例3の電池Cにおいて、添加剤としてプロピレングリコール硫酸エステル(PEGLST)を用いたこと以外は実施例3と同様にして、電池Fを作製した。
[Example 6]
In the battery C of Example 3, a battery F was produced in the same manner as in Example 3 except that propylene glycol sulfate (PEGLST) was used as an additive.

[実施例7]
実施例2の電池Bにおいて、結着剤としてスチレン‐ブタジエンゴム(SBR)の水分散体を用いたこと以外は実施例2と同様にして、電池Gを作製した。
[Example 7]
In the battery B of Example 2, a battery G was produced in the same manner as in Example 2 except that an aqueous dispersion of styrene-butadiene rubber (SBR) was used as the binder.

[実施例8]
実施例2の電池Bにおいて、結着剤としてポリエチレンからなるオレフィン系樹脂粒子の水分散体を用いたこと以外は実施例2と同様にして、電池Hを作製した。
[Example 8]
In the battery B of Example 2, a battery H was produced in the same manner as in Example 2 except that an aqueous dispersion of olefin resin particles made of polyethylene was used as the binder.

[実施例9]
実施例2の電池Bにおいて、非水電解質に対する1,3−プロペンスルトン(PRS)の添加量を0.1質量%としたこと以外は実施例2と同様にして、電池Iを作製した。
[Example 9]
In the battery B of Example 2, a battery I was produced in the same manner as in Example 2 except that the amount of 1,3-propene sultone (PRS) added to the nonaqueous electrolyte was 0.1% by mass.

[実施例10]
実施例2の電池Bにおいて、非水電解質に対する1,3−プロペンスルトン(PRS)の添加量を4質量%としたこと以外は実施例2と同様にして、電池Jを作製した。
[Example 10]
In the battery B of Example 2, a battery J was produced in the same manner as in Example 2 except that the amount of 1,3-propene sultone (PRS) added to the nonaqueous electrolyte was 4% by mass.

[実施例11]
実施例2の電池Bにおいて、非水電解質に対する1,3−プロペンスルトン(PRS)の添加量を0.08質量%としたこと以外は実施例2と同様にして、電池Kを作製した。
[Example 11]
In the battery B of Example 2, a battery K was produced in the same manner as in Example 2 except that the amount of 1,3-propene sultone (PRS) added to the nonaqueous electrolyte was 0.08% by mass.

[実施例12]
実施例2の電池Bにおいて、非水電解質に対する1,3−プロペンスルトン(PRS)の添加量を4.2質量%としたこと以外は実施例2と同様にして、電池Lを作製した。
[Example 12]
In the battery B of Example 2, a battery L was produced in the same manner as in Example 2 except that the amount of 1,3-propene sultone (PRS) added to the nonaqueous electrolyte was 4.2% by mass.

[比較例1]
正極活物質としてのLiMn0.33Ni0.33Co0.33の粉体93質量部と、導電助剤としてのアセチレンブラック3質量部と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン(PVDF)4質量部(N‐メチル‐2‐ピロリドン(NMP)12質量%)と、N‐メチル‐2‐ピロリドン(NMP)とをミキサーで混合して、正極ペーストを調製した。次に、得られた正極ペーストを、厚さ20μmのアルミニウム箔製の正極集電体の両面に塗布して、正極集電体上に正極合剤層を形成した。その後、この正極合剤層を、100℃で24時間、真空乾燥して、正極を得た。また、実施例1と同様にして負極を得た。これらの正極と負極とを用い、1,3−プロペンスルトン(PRS)に代えてビニレンカーボネート(VC)を非水電解質に添加したこと以外は実施例1と同様にして、角型の非水電解質二次電池(これを電池Mと称する)を作製した。なお、非水電解質の総質量に対するビニレンカーボネート(VC)の割合は、1質量%とした。
[Comparative Example 1]
93 parts by mass of LiMn 0.33 Ni 0.33 Co 0.33 O 2 powder as a positive electrode active material, 3 parts by mass of acetylene black as a conductive additive, and polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder 4 parts by mass (N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) 12% by mass) and N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) were mixed with a mixer to prepare a positive electrode paste. Next, the obtained positive electrode paste was applied to both surfaces of a positive electrode current collector made of aluminum foil having a thickness of 20 μm to form a positive electrode mixture layer on the positive electrode current collector. Then, this positive mix layer was vacuum-dried at 100 degreeC for 24 hours, and the positive electrode was obtained. Further, a negative electrode was obtained in the same manner as in Example 1. Using these positive and negative electrodes, a square nonaqueous electrolyte was obtained in the same manner as in Example 1 except that vinylene carbonate (VC) was added to the nonaqueous electrolyte instead of 1,3-propene sultone (PRS). A secondary battery (referred to as battery M) was produced. In addition, the ratio of vinylene carbonate (VC) with respect to the total mass of a nonaqueous electrolyte was 1 mass%.

[比較例2]
比較例1の電池Mにおいて、正極活物質としてLiFePOの粉体を用いたこと以外は比較例1と同様にして、電池Nを作製した。なお、この電池Nの設計容量は450mAhである。
[Comparative Example 2]
In the battery M of Comparative Example 1, a battery N was produced in the same manner as in Comparative Example 1 except that LiFePO 4 powder was used as the positive electrode active material. The design capacity of the battery N is 450 mAh.

[比較例3]
比較例1の電池Mにおいて、正極活物質としてLiNi0.82Co0.15Al0.03の粉体を用いたこと以外は比較例1と同様にして、電池Oを作製した。なお、この電池Oの設計容量は700mAhである。
[Comparative Example 3]
In the battery M of Comparative Example 1, a battery O was produced in the same manner as in Comparative Example 1 except that LiNi 0.82 Co 0.15 Al 0.03 O 2 powder was used as the positive electrode active material. The design capacity of this battery O is 700 mAh.

[比較例4]
比較例1の電池Mにおいて、結着剤としてアクリル樹脂粒子の水分散体を用いたこと以外は比較例1と同様にして、電池Pを作製した。
[Comparative Example 4]
In the battery M of Comparative Example 1, a battery P was produced in the same manner as in Comparative Example 1 except that an aqueous dispersion of acrylic resin particles was used as the binder.

[比較例5]
比較例2の電池Nにおいて、結着剤としてアクリル樹脂粒子の水分散体を用いたこと以外は比較例2と同様にして、電池Qを作製した。
[Comparative Example 5]
In the battery N of Comparative Example 2, a battery Q was produced in the same manner as in Comparative Example 2, except that an aqueous dispersion of acrylic resin particles was used as the binder.

[比較例6]
比較例3の電池Oにおいて、結着剤としてアクリル樹脂粒子の水分散体を用いたこと以外は比較例3と同様にして、電池Rを作製した。
[Comparative Example 6]
In the battery O of Comparative Example 3, a battery R was produced in the same manner as in Comparative Example 3, except that an aqueous dispersion of acrylic resin particles was used as the binder.

[比較例7]
比較例2の電池Nにおいて、結着剤としてスチレン‐ブタジエンゴム(SBR)の水分散体を用いたこと以外は比較例2と同様にして、電池Sを作製した。
[Comparative Example 7]
In the battery N of Comparative Example 2, a battery S was produced in the same manner as in Comparative Example 2, except that an aqueous dispersion of styrene-butadiene rubber (SBR) was used as the binder.

[比較例8]
比較例2の電池Nにおいて、結着剤としてオレフィン系樹脂粒子の水分散体を用いたこと以外は比較例2と同様にして、電池Tを作製した。
[Comparative Example 8]
In the battery N of Comparative Example 2, a battery T was produced in the same manner as in Comparative Example 2, except that an aqueous dispersion of olefin resin particles was used as the binder.

[評価試験]
実施例1〜12および比較例1〜8による各電池A〜Tを用いて、充放電試験を行った。正極活物質がLiMn0.33Ni0.33Co0.33またはLiNi0.82Co0.15Al0.03の電池A、C、D、F、M、O、P、Rを、25℃において1CmA(正極活物質に応じて、570mAまたは700mA)の定電流で4.2Vまで充電して、充電時間が3時間になるように4.2Vの定電圧で充電した後、1CmA(同上)の定電流で2.5Vまで放電し、その際の放電容量を測定した。一方、正極活物質がLiFePOの電池B、E、G〜L、N、Q、S、Tは、25℃において1CmA(450mA)の定電流で3.5Vまで充電して、充電時間が3時間になるように3.5Vの定電圧で充電した後、1CmA(同上)の定電流で2.0Vまで放電し、その際の放電容量を測定した。また、充放電の前後における電池ケースの厚みをそれぞれ測定し、電池膨張率を算出した。これらの評価試験の結果を表1にまとめた。
[Evaluation test]
A charge / discharge test was performed using each of the batteries A to T according to Examples 1 to 12 and Comparative Examples 1 to 8. Batteries A, C, D, F, M, O, P, R of which the positive electrode active material is LiMn 0.33 Ni 0.33 Co 0.33 O 2 or LiNi 0.82 Co 0.15 Al 0.03 O 2 Is charged at a constant current of 1 CmA (570 mA or 700 mA depending on the positive electrode active material) at 25 ° C. to 4.2 V, and charged at a constant voltage of 4.2 V so that the charging time is 3 hours. The battery was discharged to 2.5 V at a constant current of 1 CmA (same as above), and the discharge capacity at that time was measured. On the other hand, the batteries B, E, G to L, N, Q, S, and T whose positive electrode active material is LiFePO 4 are charged to 3.5 V with a constant current of 1 CmA (450 mA) at 25 ° C., and the charging time is 3 After charging at a constant voltage of 3.5 V so as to reach time, the battery was discharged to 2.0 V with a constant current of 1 CmA (same as above), and the discharge capacity at that time was measured. Moreover, the thickness of the battery case before and after charging / discharging was measured, respectively, and the battery expansion coefficient was calculated. The results of these evaluation tests are summarized in Table 1.

表1に示される結果から、以下の事項が明らかとなった。   From the results shown in Table 1, the following matters became clear.

比較例1〜3の結果を参照すれば、正極活物質を結着させるための結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVDF)のN‐メチル‐2‐ピロリドン(NMP)溶液を用いるとともに、ビニレンカーボネート(VC)を非水電解質に添加することで、正極活物質の種類によらずに、放電容量が高く維持され(言い換えれば、設計容量どおりの実放電容量が得られ)、かつ、電池膨れが回避されることが確認できる。これは、ビニレンカーボネート(VC)の酸化分解によって発生する副反応生成物の一部が、負極を被覆する保護被膜を形成するためであると考えられる。   Referring to the results of Comparative Examples 1 to 3, an N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) solution of polyvinylidene fluoride (PVDF) was used as a binder for binding the positive electrode active material, and vinylene carbonate ( VC) is added to the non-aqueous electrolyte, so that the discharge capacity is maintained high regardless of the type of the positive electrode active material (in other words, the actual discharge capacity is obtained as designed), and battery swelling is avoided. Can be confirmed. This is considered to be because a part of the side reaction product generated by the oxidative decomposition of vinylene carbonate (VC) forms a protective film covering the negative electrode.

一方、比較例1〜3の結果と比較例4〜6の結果とを比較すれば、添加剤としてビニレンカーボネート(VC)を用いたまま、正極の結着剤を水性結着剤であるアクリル樹脂粒子の水分散体に代えただけでは、放電容量が低下する(言い換えれば、設計容量どおりの実放電容量が得られない)とともに電池膨れが発生することが分かる。また、比較例2の結果と比較例7,8の結果とを比較すれば、正極の結着剤を水性結着剤であるスチレン‐ブタジエンゴム(SBR)の水分散体やオレフィン系樹脂粒子の水分散体に代えただけの場合にも、同様の結果となることが分かる。これは、アクリル樹脂やスチレン‐ブタジエンゴム(SBR)等の水性結着剤は、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)等の溶剤系結着剤に比べて正極での反応性が高く、ビニレンカーボネート(VC)による保護被膜が負極に形成されるだけでは、放電容量維持効果および電池膨れ回避効果が十分に得られないためであると考えられる。   On the other hand, when the results of Comparative Examples 1 to 3 and the results of Comparative Examples 4 to 6 are compared, the binder for the positive electrode is an acrylic resin that is an aqueous binder while using vinylene carbonate (VC) as an additive. It can be seen that the discharge capacity decreases (in other words, the actual discharge capacity cannot be obtained as designed) and the battery swells only by replacing the particle with the water dispersion. Further, comparing the results of Comparative Example 2 with the results of Comparative Examples 7 and 8, the positive electrode binder was an aqueous dispersion of styrene-butadiene rubber (SBR), which is an aqueous binder, or olefin resin particles. It can be seen that the same result is obtained when the water dispersion is merely used. This is because aqueous binders such as acrylic resin and styrene-butadiene rubber (SBR) have higher reactivity at the positive electrode than solvent-based binders such as polyvinylidene fluoride (PVDF), and vinylene carbonate (VC). It is considered that the discharge capacity maintaining effect and the battery swelling avoidance effect cannot be sufficiently obtained only by forming the protective film by the above method on the negative electrode.

これに対して、比較例1〜3の結果と実施例1〜3の結果とを比較すれば、正極の結着剤を水性結着剤であるアクリル樹脂粒子の水分散体に代えるとともに、それに応じて添加剤を1,3−プロペンスルトン(PRS)に代えることで、正極活物質の種類によらずに、放電容量が高く維持され、かつ、電池膨れが回避されることが分かる。また、比較例2の結果と実施例7,8の結果とを比較すれば、正極の結着剤を水性結着剤であるスチレン‐ブタジエンゴム(SBR)の水分散体やオレフィン系樹脂粒子の水分散体に代えるとともに、それに応じて添加剤を1,3−プロペンスルトン(PRS)に代えることで、同様の効果が得られることが分かる。これは、詳細な反応メカニズムまでは特定できていないものの、非水電解質に1,3−プロペンスルトン(PRS)等の含硫黄有機化合物を添加することで、負極だけでなく正極にも保護被膜が形成されるためであると考えられる。よって、正極での反応性が高い水性結着剤を用いる場合であっても、放電容量維持効果および電池膨れ回避効果が十分に得られるのだと考えられる。   On the other hand, if the results of Comparative Examples 1 to 3 and the results of Examples 1 to 3 are compared, the positive electrode binder is replaced with an aqueous dispersion of acrylic resin particles that are aqueous binders. Accordingly, it can be seen that by replacing the additive with 1,3-propene sultone (PRS), the discharge capacity is kept high and battery swelling is avoided regardless of the type of the positive electrode active material. Further, comparing the results of Comparative Example 2 with the results of Examples 7 and 8, the positive electrode binder was an aqueous dispersion of styrene-butadiene rubber (SBR), which is an aqueous binder, or olefin resin particles. It turns out that the same effect is acquired by replacing with an aqueous dispersion and replacing an additive with 1, 3- propene sultone (PRS) according to it. Although the detailed reaction mechanism has not been specified yet, a protective film is formed not only on the negative electrode but also on the positive electrode by adding a sulfur-containing organic compound such as 1,3-propene sultone (PRS) to the non-aqueous electrolyte. It is thought that it is because it is formed. Therefore, even when an aqueous binder having high reactivity at the positive electrode is used, it is considered that the discharge capacity maintaining effect and the battery swelling avoidance effect can be sufficiently obtained.

また、実施例2,9,10の結果を参照すれば、非水電解質に対する1,3−プロペンスルトン(PRS)の添加量が0.1質量%以上4.0質量%以下の範囲内では、当該添加量によらずに、放電容量が高く維持され、かつ、電池膨れが回避されることが分かる。一方、実施例11の結果を参照すれば、非水電解質に対する1,3−プロペンスルトン(PRS)の添加量が0.1質量%未満となると、放電容量の低下と電池膨れとが発生することが分かる。また、実施例12の結果を参照すれば、非水電解質に対する1,3−プロペンスルトン(PRS)の添加量が4.0質量%を超えると、放電容量の低下が発生することが分かる。これは、1,3−プロペンスルトン(PRS)等の含硫黄有機化合物の添加量が過少な場合には、正極および負極における保護被膜の形成が不十分となる一方、過大となると余剰の含硫黄有機化合物による副反応が多くなるためであると考えられる。これを考慮すれば、非水電解質に対する含硫黄有機化合物の添加量は、0.1質量%以上4.0質量%以下であることが好適である。   Further, referring to the results of Examples 2, 9, and 10, when the amount of 1,3-propene sultone (PRS) added to the non-aqueous electrolyte is in the range of 0.1% by mass or more and 4.0% by mass or less, It can be seen that the discharge capacity is kept high and battery swelling is avoided regardless of the amount added. On the other hand, referring to the results of Example 11, when the amount of 1,3-propene sultone (PRS) added to the non-aqueous electrolyte is less than 0.1% by mass, the discharge capacity decreases and the battery swells. I understand. Also, referring to the results of Example 12, it can be seen that when the amount of 1,3-propene sultone (PRS) added to the non-aqueous electrolyte exceeds 4.0% by mass, the discharge capacity decreases. This is because, when the amount of sulfur-containing organic compound such as 1,3-propene sultone (PRS) is too small, the formation of protective coatings on the positive electrode and the negative electrode is insufficient, while when it is excessive, excessive sulfur-containing compounds are present. This is thought to be due to an increase in side reactions caused by organic compounds. Considering this, the amount of the sulfur-containing organic compound added to the non-aqueous electrolyte is preferably 0.1% by mass or more and 4.0% by mass or less.

但し、実施例12の結果を参照すれば、非水電解質に対する1,3−プロペンスルトン(PRS)の添加量が4.0質量%を超えた際には、放電容量の低下が発生するものの、電池膨れは発生していない。これを考慮すれば、放電容量の若干の低下を許容することができる場合には、非水電解質に対する含硫黄有機化合物の添加量は、4.0質量%を超えることも可能である。1つの態様として、非水電解質に対する含硫黄有機化合物の添加量は、例えば0.1質量%以上5.0質量%以下であっても良いし、0.1質量%以上6.0質量%以下であっても良い。   However, referring to the results of Example 12, when the amount of 1,3-propene sultone (PRS) added to the non-aqueous electrolyte exceeds 4.0% by mass, the discharge capacity decreases. There is no battery swelling. In consideration of this, when a slight decrease in the discharge capacity can be allowed, the amount of the sulfur-containing organic compound added to the nonaqueous electrolyte can exceed 4.0% by mass. As one aspect, the amount of the sulfur-containing organic compound added to the nonaqueous electrolyte may be, for example, 0.1% by mass or more and 5.0% by mass or less, or 0.1% by mass or more and 6.0% by mass or less. It may be.

なお、比較例5の結果と実施例11,12の結果とを比較すれば、非水電解質に対する1,3−プロペンスルトン(PRS)の添加量が過少または過大であることによる放電容量の低下および電池膨れは、添加剤としてビニレンカーボネート(VC)を用いたままで正極の結着剤を水性結着剤であるアクリル樹脂粒子の水分散体に代えたことによる放電容量の低下および電池膨れに比べて程度が低いことが分かる。このことから、正極の結着剤として水性結着剤を用いることと、非水電解質に含硫黄化合物を添加することとを組み合わせたことが、放電容量維持効果および電池膨れ回避効果に大きく寄与していることが分かる。   In addition, if the result of the comparative example 5 and the result of Example 11 and 12 are compared, the reduction of the discharge capacity by the addition amount of 1, 3- propene sultone (PRS) with respect to a nonaqueous electrolyte being too small or excessive, and Compared with battery swelling, battery swelling is caused by replacing the positive electrode binder with an aqueous dispersion of acrylic resin particles, which is an aqueous binder, while using vinylene carbonate (VC) as an additive. It can be seen that the degree is low. Therefore, the combination of using an aqueous binder as the positive electrode binder and adding a sulfur-containing compound to the nonaqueous electrolyte greatly contributes to the discharge capacity maintenance effect and the battery swelling avoidance effect. I understand that

正極活物質がLiMn0.33Ni0.33Co0.33である実施例1と比較例4、正極活物質がLiFePOである実施例2と比較例5、との比較、および正極活物質がLiNi0.82Co0.15Al0.03である実施例3と比較例6の結果をそれぞれ比較した場合、正極活物質LiNi0.82Co0.15Al0.03を用いた場合に、放電容量の回復が大きかった。このことから、本発明では、正極活物質にNi系活物質を用いた場合に、他の正極活物質よりも大きな効果の得られることがわかった。ここで、Ni系活物質とは、Li以外の金属のモル比全体のうち、Niのモル比の割合が50%以上の正極活物質のことを示す。 Comparison between Example 1 and Comparative Example 4 in which the positive electrode active material is LiMn 0.33 Ni 0.33 Co 0.33 O 2 , Comparison between Example 2 and Comparative Example 5 in which the positive electrode active material is LiFePO 4 , and positive electrode When the results of Example 3 and Comparative Example 6 in which the active material is LiNi 0.82 Co 0.15 Al 0.03 O 2 are compared, respectively, the positive electrode active material LiNi 0.82 Co 0.15 Al 0.03 O When 2 was used, the recovery of the discharge capacity was large. From this, it was found that in the present invention, when a Ni-based active material is used as the positive electrode active material, a greater effect than other positive electrode active materials can be obtained. Here, the Ni-based active material refers to a positive electrode active material having a Ni molar ratio of 50% or more in the entire molar ratio of metals other than Li.

このように、本発明に係る非水電解質二次電池は、正極の結着剤として水性結着剤を用いることと、非水電解質に含硫黄化合物を添加することとを組み合わせた点に特徴を有する。上記の検討から明らかなように、非水電解質に含硫黄化合物を添加することで、正極の結着剤として水性結着剤を用いる場合であっても、放電容量の低下や電池膨れを抑制して、電池特性の向上に寄与することができる。   As described above, the non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention is characterized by the combination of using an aqueous binder as the positive electrode binder and adding a sulfur-containing compound to the non-aqueous electrolyte. Have. As is clear from the above study, by adding a sulfur-containing compound to the nonaqueous electrolyte, even when an aqueous binder is used as the binder for the positive electrode, the decrease in discharge capacity and battery swelling are suppressed. Thus, the battery characteristics can be improved.

本明細書において開示された実施形態およびそれを具体化した実施例は全ての点で例示であって、本発明の範囲はそれらによって限定されることはないと理解されるべきである。当業者であれば、上述した実施形態および実施例に基づき、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜改変が可能であることを容易に理解できるであろう。従って、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で改変された別の実施形態も、当然、本発明の範囲に含まれる。   It should be understood that the embodiments disclosed herein and examples embodying the same are illustrative in all respects, and the scope of the present invention is not limited thereby. Those skilled in the art will readily understand that modifications can be made as appropriate without departing from the spirit of the present invention based on the above-described embodiments and examples. Accordingly, other embodiments modified without departing from the spirit of the present invention are naturally included in the scope of the present invention.

例えば、正極材料や負極材料、非水電解質等は、非水電解質二次電池に求められる性能・仕様等に応じて、適宜選択することができる。   For example, the positive electrode material, the negative electrode material, the nonaqueous electrolyte, and the like can be appropriately selected according to the performance and specifications required for the nonaqueous electrolyte secondary battery.

また例えば、正極の水性結着剤や添加剤としての含硫黄化合物としては、本明細書において例示された化合物に限定されることなく、それぞれ特定された特性を有する各種の化合物を用いることができる。   Further, for example, the sulfur-containing compound as the positive electrode aqueous binder or additive is not limited to the compounds exemplified in the present specification, and various compounds each having specified characteristics can be used. .

本発明は、リチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池に利用することができる。   The present invention can be used for a nonaqueous electrolyte secondary battery such as a lithium ion secondary battery.

1 非水電解質二次電池
10 正極
12 正極合剤層
20 負極
22 負極合剤層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Nonaqueous electrolyte secondary battery 10 Positive electrode 12 Positive electrode mixture layer 20 Negative electrode 22 Negative electrode mixture layer

Claims (4)

正極と非水電解質とを備え、
前記正極が、結着剤として水性結着剤を含み、
前記非水電解質が硫黄を含む化合物を含有する、非水電解質二次電池。
A positive electrode and a non-aqueous electrolyte;
The positive electrode contains an aqueous binder as a binder,
A non-aqueous electrolyte secondary battery, wherein the non-aqueous electrolyte contains a compound containing sulfur.
前記硫黄を含む化合物は、硫酸エステル化合物およびスルトン化合物から選択される少なくとも1つを含む、請求項1に記載の非水電解質二次電池。   The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the compound containing sulfur includes at least one selected from a sulfate ester compound and a sultone compound. 前記非水電解質の質量に対する前記硫黄を含む化合物の含有量が4.0質量%以下である、請求項1または2に記載の非水電解質二次電池。   The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 1 or 2, wherein a content of the sulfur-containing compound with respect to a mass of the nonaqueous electrolyte is 4.0 mass% or less. 正極と非水電解質とを備える非水電解質二次電池の製造方法であって、
前記正極の結着剤として水性結着剤を用いて、
前記非水電解質として硫黄を含む化合物を含有する非水電解質を用いる、非水電解質二次電池の製造方法。
A method for producing a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a positive electrode and a non-aqueous electrolyte,
Using an aqueous binder as the positive electrode binder,
A method for producing a non-aqueous electrolyte secondary battery, wherein a non-aqueous electrolyte containing a compound containing sulfur is used as the non-aqueous electrolyte.
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