JP2015159050A - Li battery material - Google Patents

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紀雄 岩安
Norio Iwayasu
紀雄 岩安
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a coating material capable of achieving reduction both in irreversible capacity and battery resistance, and a coated negative electrode material.SOLUTION: The present invention in order to solve the problem has the following characteristics. In a lithium ion secondary battery including a positive electrode, a negative electrode and an electrolyte, the negative electrode has a negative electrode active material, the negative electrode active material is coated with a coating material represented by formula (1), and a coating amount of the coating material is 0.01 wt.% or more and 4 wt.% or less with respect to the negative electrode active material.

Description

本発明は、Li電池用材料に関する。   The present invention relates to a material for a Li battery.

近年、Li電池用の材料の開発が盛んに進められている。Li電池用の負極は、電解液の還元活性が高く、負極の電位により電解液が分解、析出することによる不可逆容量が増加、電池容量の低下などの問題を引き起こすことが知られている。このため、負極活物質を被覆して電解液の析出を防ぐ技術がこれまで開発されてきた。   In recent years, materials for Li batteries have been actively developed. It is known that a negative electrode for a Li battery has a high reducing activity of the electrolytic solution and causes problems such as an increase in irreversible capacity and a reduction in battery capacity due to decomposition and deposition of the electrolytic solution due to the potential of the negative electrode. For this reason, the technique which coat | covers a negative electrode active material and prevents precipitation of electrolyte solution has been developed until now.

特開2009-76433号公報JP 2009-76433 A 特表2003-525957号公報Special table 2003-525957

しかし、従来の被覆材は電解液の析出を防ぐことができるものの、リチウムイオン導電性、電子伝達性が低く電池の出力を上げることができない問題があった。電池抵抗の低減には、Liイオンの解離性の高い官能基を側鎖に持つポリマーの導入が有効であると考えられる。   However, although the conventional coating material can prevent the electrolytic solution from being deposited, there is a problem that the lithium ion conductivity and the electron transfer property are low and the output of the battery cannot be increased. In order to reduce battery resistance, it is considered effective to introduce a polymer having a functional group with high Li ion dissociation in the side chain.

特許文献1には、負極活物質の被覆材としてスチレンスルホン酸リチウムの重合体を用いる技術が開示されている。しかし、スチレンスルホン酸リチウムはリチウムの捕捉性が高くリチウムイオン導電性に改善の余地がある。   Patent Document 1 discloses a technique using a polymer of lithium styrenesulfonate as a coating material for a negative electrode active material. However, lithium styrene sulfonate has a high ability to capture lithium and there is room for improvement in lithium ion conductivity.

特許文献2には、ゲル電解質のマトリクスポリマーにフルオロエーテル置換芳香族化合物を用いる技術が開示されている。リチウムイオン導電性を改善するには被覆材の構造、被覆濃度、被覆方法等が重要になると考えられる。   Patent Document 2 discloses a technique of using a fluoroether-substituted aromatic compound for a matrix polymer of gel electrolyte. In order to improve the lithium ion conductivity, the structure of the coating material, the coating concentration, the coating method, etc. are considered to be important.

そこで本発明では、不可逆容量と電池抵抗の低減が両立できる被覆材および被覆した負極材を提供することを目的にする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a coating material and a coated negative electrode material that can achieve both irreversible capacity and reduction in battery resistance.

上記課題を解決するための本発明の特徴は以下の通りである。正極と負極と電解液とを有するリチウムイオン二次電池において、負極は、負極活物質を有し、負極活物質は、式(1)で表わされる被覆材により被覆されており、被覆材の被覆量は、負極活物質に対して0.01wt%以上4wt%以下であるリチウムイオン二次電池。   The features of the present invention for solving the above-described problems are as follows. In a lithium ion secondary battery having a positive electrode, a negative electrode, and an electrolytic solution, the negative electrode has a negative electrode active material, and the negative electrode active material is coated with a coating material represented by the formula (1). The amount of the lithium ion secondary battery is 0.01 wt% or more and 4 wt% or less with respect to the negative electrode active material.

(式(1)において、R1,R2,R3,R4,R5,R6は、アルキル基、ハロゲン基、水素のいずれかである。式(1)のZは芳香族基、炭化水素基である。Xは水素またはアルカリ金属、またはアルカリ土類金属である。式(1)のmは、CF2基の繰り返し単位数である。式(1)のBは極性官能基である。また、x,yは共重合組成比であり、x/(x+y)は、0<x/(x+y)≦1を満たす。) (In the formula (1), R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 and R 6 are any of an alkyl group, a halogen group and hydrogen. Z in the formula (1) is an aromatic group, X is hydrogen, an alkali metal, or an alkaline earth metal, m in the formula (1) is the number of repeating units of the CF 2 group, and B in the formula (1) is a polar functional group. X and y are copolymer composition ratios, and x / (x + y) satisfies 0 <x / (x + y) ≦ 1.

本発明により、不可逆容量が小さく、電池抵抗が低いLi電池を提供できる。ま記した以外の課題、構成及び効果は以下の実施形態の説明により明らかにされる。   The present invention can provide a Li battery having a small irreversible capacity and low battery resistance. Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of embodiments.

本発明の一実施形態に係る電池の内部構造を模式的に表す図The figure which represents typically the internal structure of the battery which concerns on one Embodiment of this invention.

以下、図面等を用いて、本発明の実施形態について説明する。以下の説明は本発明の内容の具体例を示すものであり、本発明がこれらの説明に限定されるものではなく、本明細書に開示される技術的思想の範囲内において当業者による様々な変更および修正が可能である。また、本発明を説明するための全図において、同一の機能を有するものは、同一の符号を付け、その繰り返しの説明は省略する場合がある。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The following description shows specific examples of the contents of the present invention, and the present invention is not limited to these descriptions. Various modifications by those skilled in the art are within the scope of the technical idea disclosed in this specification. Changes and modifications are possible. In all the drawings for explaining the present invention, components having the same function are denoted by the same reference numerals, and repeated description thereof may be omitted.

図1は、本発明の一実施形態に係る電池の内部構造を模式的に表す図である。図1に示す本発明の一実施形態に係る電池1は、正極10、セパレータ11、負極12、電池容器(即ち電池缶)13、正極集電タブ14、負極集電タブ15、内蓋16、内圧開放弁17、ガスケット18、正温度係数(Positive temperature coefficient;PTC)抵抗素子19、及び電池蓋20、軸心21から構成される。電池蓋20は、内蓋16、内圧開放弁17、ガスケット18、及びPTC抵抗素子19からなる一体化部品である。また、軸心21には、正極10、セパレータ11及び負極12が捲回されている。   FIG. 1 is a diagram schematically showing the internal structure of a battery according to an embodiment of the present invention. A battery 1 according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 1 includes a positive electrode 10, a separator 11, a negative electrode 12, a battery container (that is, a battery can) 13, a positive electrode current collecting tab 14, a negative electrode current collecting tab 15, an inner lid 16, It comprises an internal pressure release valve 17, a gasket 18, a positive temperature coefficient (PTC) resistance element 19, a battery lid 20, and an axis 21. The battery lid 20 is an integrated part composed of the inner lid 16, the internal pressure release valve 17, the gasket 18, and the PTC resistance element 19. A positive electrode 10, a separator 11, and a negative electrode 12 are wound around the shaft center 21.

セパレータ11を正極10及び負極12の間に挿入し、軸心21に捲回した電極群を作製する。軸心21は、正極10、セパレータ11及び負極12を担持できるものであれば、公知の任意のものを用いることができる。電極群は、図1に示した円筒形状の他に、短冊状電極を積層したもの、又は正極10と負極12を扁平状等の任意の形状に捲回したもの等、種々の形状にすることができる。電池容器13の形状は、電極群の形状に合わせ、円筒形、偏平長円形状、扁平楕円形状、角形等の形状を選択してもよい。   The separator 11 is inserted between the positive electrode 10 and the negative electrode 12 to produce an electrode group wound around the axis 21. As the axis 21, any known one can be used as long as it can support the positive electrode 10, the separator 11, and the negative electrode 12. In addition to the cylindrical shape shown in FIG. 1, the electrode group has various shapes such as a laminate of strip electrodes, or a positive electrode 10 and a negative electrode 12 wound in an arbitrary shape such as a flat shape. Can do. The shape of the battery case 13 may be selected from shapes such as a cylindrical shape, a flat oval shape, a flat oval shape, and a square shape according to the shape of the electrode group.

電池容器13の材質は、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼製等、非水電解質に対し耐食性のある材料から選択される。また、電池容器13を正極10又は負極12に電気的に接続する場合は、非水電解質と接触している部分において、電池容器13の腐食やリチウムイオンとの合金化による材料の変質が起こらないように、電池容器13の材料の選定を行う。   The material of the battery case 13 is selected from materials that are corrosion-resistant to the nonaqueous electrolyte, such as aluminum, stainless steel, and nickel-plated steel. Further, when the battery container 13 is electrically connected to the positive electrode 10 or the negative electrode 12, the material is not deteriorated due to corrosion of the battery container 13 or alloying with lithium ions in the portion in contact with the nonaqueous electrolyte. Thus, the material of the battery container 13 is selected.

電池容器13に電極群を収納し、電池容器13の内壁に負極集電タブ15を接続し、電池蓋20の底面に正極集電タブ14を接続する。電解液は、電池の密閉の前に電池容器内部13に注入する。電解液の注入方法は、電池蓋20を解放した状態にて電極群に直接添加する方法、又は電池蓋20に設置した注入口から添加する方法がある。   The electrode group is housed in the battery container 13, the negative electrode current collecting tab 15 is connected to the inner wall of the battery container 13, and the positive electrode current collecting tab 14 is connected to the bottom surface of the battery lid 20. The electrolyte is injected into the battery container interior 13 before the battery is sealed. As a method for injecting the electrolyte, there are a method of adding directly to the electrode group in a state where the battery cover 20 is released, or a method of adding from an injection port installed in the battery cover 20.

その後、電池蓋20を電池容器13に密着させ、電池全体を密閉する。電解液の注入口がある場合は、それも密封する。電池を密閉する方法には、溶接、かしめ等公知の技術がある。   Thereafter, the battery lid 20 is brought into close contact with the battery container 13 to seal the entire battery. If there is an electrolyte inlet, seal it as well. As a method for sealing the battery, there are known techniques such as welding and caulking.

本発明の一実施形態に係るリチウムイオン電池は、例えば、下記のような負極と正極とをセパレータを介して対向して配置し、電解質を注入することによって製造することができる。本発明の一実施形態に係るリチウムイオン電池の構造は特に限定されないが、通常、正極及び負極とそれらを隔てるセパレータとを捲回して捲回式電極群にするか、又は正極、負極及びセパレータを積層させて積層型の電極群とすることができる。   The lithium ion battery according to an embodiment of the present invention can be manufactured, for example, by disposing the following negative electrode and positive electrode facing each other via a separator and injecting an electrolyte. The structure of the lithium ion battery according to an embodiment of the present invention is not particularly limited. Usually, the positive electrode and the negative electrode and the separator separating them are wound into a wound electrode group, or the positive electrode, the negative electrode, and the separator are combined. A stacked electrode group can be formed by stacking.

<正極>
正極10は、正極活物質、導電剤、バインダ、及び集電体から構成される。正極活物質を例示すると、LiCoO2、LiNiO2、及びLiMn24が代表例である。他に、LiMnO3、LiMn23、LiMnO2、Li4Mn512、LiMn2-xMxO2(ただし、M=Co、Ni、Fe、Cr、Zn、Tiからなる群から選ばれる少なくとも1種、x=0.01〜0.2)、Li2Mn3MO8(ただし、M=Fe、Co、Ni、Cu、Znからなる群から選ばれる少なくとも1種)、Li1-xxMn24(ただし、A=Mg、B、Al、Fe、Co、Ni、Cr、Zn、Caからなる群から選ばれる少なくとも1種、x=0.01〜0.1)、LiNi1-xx2(ただし、M=Co、Fe、Gaからなる群から選ばれる少なくとも1種、x=0.01〜0.2)、LiFeO2、Fe2(SO43、LiCo1-xx2(ただし、M=Ni、Fe、Mnからなる群から選ばれる少なくとも1種、x=0.01〜0.2)、LiNi1-xx2(ただし、M=Mn、Fe、Co、Al、Ga、Ca、Mgからなる群から選ばれる少なくとも1種、x=0.01〜0.2)、Fe(MoO43、FeF3、LiFePO4、及びLiMnPO4等を列挙することができる。
<Positive electrode>
The positive electrode 10 includes a positive electrode active material, a conductive agent, a binder, and a current collector. Illustrative examples of the positive electrode active material include LiCoO 2 , LiNiO 2 , and LiMn 2 O 4 . In addition, LiMnO 3 , LiMn 2 O 3 , LiMnO 2 , Li 4 Mn 5 O 12 , LiMn 2−x MxO 2 (however, at least selected from the group consisting of M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn, Ti) 1 type, x = 0.01 to 0.2), Li 2 Mn 3 MO 8 (however, M = at least one selected from the group consisting of Fe, Co, Ni, Cu, Zn), Li 1-x A x Mn 2 O 4 (where A = Mg, B, Al, Fe, Co, Ni, Cr, Zn, Ca, at least one selected from the group consisting of x, 0.01 to 0.1), LiNi 1 -x M x O 2 (however, at least one selected from the group consisting of M = Co, Fe, and Ga, x = 0.01 to 0.2), LiFeO 2 , Fe 2 (SO 4 ) 3 , LiCo 1 -x M x O 2 (where little is selected from the group consisting of M = Ni, Fe, Mn Both one, x = 0.01~0.2), LiNi 1 -x M x O 2 ( however, M = Mn, Fe, Co , Al, Ga, Ca, at least one selected from the group consisting of Mg X = 0.01 to 0.2), Fe (MoO 4 ) 3 , FeF 3 , LiFePO 4 , LiMnPO 4 , and the like.

正極活物質の粒径は、正極活物質、導電剤、及びバインダから形成される合剤層の厚さ以下になるように通常は規定される。正極活物質の粉末中に合剤層厚さ以上のサイズを有する粗粒がある場合、予めふるい分級や風流分級等により粗粒を除去し、合剤層厚さ以下の粒子を作製することが好ましい。   The particle size of the positive electrode active material is usually defined so as to be equal to or less than the thickness of the mixture layer formed from the positive electrode active material, the conductive agent, and the binder. When there are coarse particles having a size equal to or greater than the thickness of the mixture layer in the positive electrode active material powder, the coarse particles can be removed in advance by sieving classification or wind classification to produce particles having a thickness of the mixture layer thickness or less. preferable.

また、正極活物質は、一般に酸化物系であるために電気抵抗が高いので、電気伝導性を補うための炭素粉末からなる導電剤を利用する。正極活物質及び導電剤はともに通常は粉末であるので、粉末にバインダを混合して、粉末同士を結合させると同時に集電体へ接着させることができる。   In addition, since the positive electrode active material is generally oxide-based and has high electrical resistance, a conductive agent made of carbon powder for supplementing electrical conductivity is used. Since both the positive electrode active material and the conductive agent are usually powders, a binder can be mixed with the powders, and the powders can be bonded together and simultaneously bonded to the current collector.

正極10の集電体には、厚さが10〜100μmのアルミニウム箔、厚さが10〜100μmで孔径が0.1〜10mmのアルミニウム製穿孔箔、エキスパンドメタル、又は発泡金属板等が用いられる。アルミニウムの他に、ステンレスやチタン等の材質も適用可能である。本発明では、材質、形状、製造方法等に制限されることなく、任意の集電体を使用することができる。   For the current collector of the positive electrode 10, an aluminum foil having a thickness of 10 to 100 μm, an aluminum perforated foil having a thickness of 10 to 100 μm and a pore diameter of 0.1 to 10 mm, an expanded metal, or a metal foam plate is used. . In addition to aluminum, materials such as stainless steel and titanium are also applicable. In the present invention, any current collector can be used without being limited by the material, shape, manufacturing method and the like.

正極活物質、導電剤、バインダ、及び有機溶媒を混合した正極スラリーを、ドクターブレード法、ディッピング法、又はスプレー法等によって集電体へ付着させた後、有機溶媒を乾燥させ、ロールプレスによって加圧成形することにより、正極10を作製することができる。また、塗布から乾燥までを複数回行うことにより、複数の合剤層を集電体に積層化させることも可能である。
<負極>
本発明における負極は、負極活物質とバインダおよび集電体からなる。負極活物質としては、天然黒鉛,石油コークスや石炭ピッチコークス等から得られる易黒鉛化材料を2500℃以上の高温で熱処理したもの,メソフェーズカーボン或いは非晶質炭素,炭素繊維,リチウムと合金化する金属,あるいは炭素粒子表面に金属を担持した材料が用いられる。例えばリチウム,銀,アルミニウム,スズ,ケイ素,インジウム,ガリウム,マグネシウムより選ばれた金属あるいは合金である。また,該金属または該金属の酸化物を負極活物質として利用できる。さらに、チタン酸リチウムを用いることもできる。
<被覆材>
前記負極活物質は、式(1)で表わされる被覆材で被覆することで、電解液と負極活物質との反応を防ぐことができる。ここで、被覆材の被覆量は本願の効果を得るために重要な値である。被覆量は、負極活物質に対し0.01wt%以上4wt%以下であり、好ましくは0.1wt%以上3%以下であり、特に好ましくは0.3wt%以上2wt%以下である。本発明の被覆材の被覆量が多いと負極界面でのイオン伝導性が低下するため抵抗が高くなる。また、被覆量が多いと生成するSEIに悪影響を及ぼし、そのことが電池抵抗に悪影響を及ぼすと考えられる。一方、被覆量が少ないと、電解液と接する部位が増加するため不可逆容量が増加する。本発明では被覆量を調整することで、本願の効果を高めることができることを見出した。
A positive electrode slurry in which a positive electrode active material, a conductive agent, a binder, and an organic solvent are mixed is attached to a current collector by a doctor blade method, a dipping method, or a spray method, and then the organic solvent is dried and applied by a roll press. The positive electrode 10 can be produced by pressure forming. In addition, a plurality of mixture layers can be laminated on the current collector by performing a plurality of times from application to drying.
<Negative electrode>
The negative electrode in the present invention comprises a negative electrode active material, a binder, and a current collector. As the negative electrode active material, an easily graphitized material obtained from natural graphite, petroleum coke, coal pitch coke, etc. is heat-treated at a high temperature of 2500 ° C. or higher, and mesophase carbon or amorphous carbon, carbon fiber, and lithium are alloyed. A metal or a material having a metal supported on the surface of carbon particles is used. For example, a metal or alloy selected from lithium, silver, aluminum, tin, silicon, indium, gallium, and magnesium. Further, the metal or an oxide of the metal can be used as a negative electrode active material. Furthermore, lithium titanate can also be used.
<Coating material>
The negative electrode active material can be prevented from reacting with the electrolytic solution and the negative electrode active material by coating with the coating material represented by the formula (1). Here, the coating amount of the coating material is an important value for obtaining the effect of the present application. The coating amount is 0.01 wt% or more and 4 wt% or less with respect to the negative electrode active material, preferably 0.1 wt% or more and 3 wt% or less, particularly preferably 0.3 wt% or more and 2 wt% or less. When the coating amount of the coating material of the present invention is large, the ionic conductivity at the negative electrode interface is lowered, so that the resistance is increased. Further, if the coating amount is large, the SEI produced is adversely affected, which is considered to adversely affect the battery resistance. On the other hand, if the coating amount is small, the number of parts that come into contact with the electrolytic solution increases and the irreversible capacity increases. In the present invention, it has been found that the effect of the present application can be enhanced by adjusting the coating amount.

式(1)において、R1,R2,R3,R4,R5,R6は、アルキル基、ハロゲン基、水素のいずれかである。アルキル基の炭素数は1〜10である。式(1)のZは芳香族基、または炭素数1〜10の炭化水素基のいずれかである。芳香族基としては、例えばフェニレン基、ナフチレン基を用いることができ、好ましくはフェニレン基である。Zは、官能基を有していてもよく、官能基はハロゲンなどの電子吸引基で置換されていてもよい。Zが存在しない場合は、-(CF2mSO3X基とポリマーの主鎖が直結する。Xは水素またはアルカリ金属、またはアルカリ土類金属から構成される。電池性能の観点からはアルカリ金属が好ましく、特に好ましくはナトリウム、リチウムである。式(1)のmは、CF2基の繰り返し単位数である。mは1以上20以下であり、好ましくは1以上10以下である。特に好ましくは2である。スルホ基の隣接位に電子吸引性の高いCF2基が存在することにより、スルホ基の電子密度が低下してその結果、Liイオンの解離度が上がる。解離度が上がることによってリチウムイオンが移動しやすくなり、電池の抵抗が低下すると考えられる。また、mを調節することに、ポリマー中に存在するスルホ基の密度を増加させることができ、またそのことが電池抵抗の低減に影響すると考えられる。 In the formula (1), R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 and R 6 are any of an alkyl group, a halogen group and hydrogen. Carbon number of an alkyl group is 1-10. Z in the formula (1) is either an aromatic group or a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms. As the aromatic group, for example, a phenylene group or a naphthylene group can be used, and a phenylene group is preferable. Z may have a functional group, and the functional group may be substituted with an electron withdrawing group such as halogen. When Z is not present, the — (CF 2 ) m SO 3 X group and the polymer main chain are directly connected. X is composed of hydrogen, an alkali metal, or an alkaline earth metal. From the viewpoint of battery performance, alkali metals are preferable, and sodium and lithium are particularly preferable. M in the formula (1) is the number of repeating units of the CF 2 group. m is 1 or more and 20 or less, preferably 1 or more and 10 or less. Particularly preferred is 2. The presence of a CF 2 group having a high electron-withdrawing property adjacent to the sulfo group reduces the electron density of the sulfo group, resulting in an increase in the degree of dissociation of Li ions. It is considered that the increase in the degree of dissociation facilitates the movement of lithium ions and decreases the resistance of the battery. In addition, adjusting m can increase the density of sulfo groups present in the polymer, and this is thought to affect the reduction in battery resistance.

式(1)の-(CF2mSO3XのCF2はSO3から電子を吸引するため、スルホ基上の電子密度を下げることができる。このためスルホ基のリチウムイオン捕捉力が下がり、リチウムイオンの効率的な受け渡しができる。 Equation (1) - (CF 2) m SO 3 X in CF 2 is for drawing electrons from SO 3, it is possible to reduce the electron density on the sulfo group. For this reason, the lithium ion capturing power of the sulfo group is reduced, and lithium ions can be efficiently delivered.

式(1)のBは極性官能基であり、水酸基、カルボキシル基、スルホ基、アミノ基、リン酸基を有する官能基が好適に用いられる。   B in the formula (1) is a polar functional group, and a functional group having a hydroxyl group, a carboxyl group, a sulfo group, an amino group, or a phosphate group is preferably used.

-O(CF2mSO3Xを有するモノマーとBを有するモノマーを共重合することにより、より高い不可逆容量の低減効果が得られる。これは、Bを有するモノマーを共重合させることにより、ポリマーと負極活物質(特に炭素系)との相互作用が高まり、被覆性が向上するためと考えられる。 By copolymerizing a monomer having —O (CF 2 ) m SO 3 X and a monomer having B, a higher irreversible capacity reduction effect can be obtained. This is presumably because the interaction between the polymer and the negative electrode active material (particularly carbon-based) is increased by copolymerizing the monomer having B, and the covering property is improved.

式(1)において、-O(CF2mSO3Xを有するセグメントは式(2)で示すモノマーを重合することにより作製することができる。 In the formula (1), the segment having —O (CF 2 ) m SO 3 X can be produced by polymerizing the monomer represented by the formula (2).

なお、式(2)のR1からR3、Z、およびXは式(1)と同様である。式(2)のモノマーは、以下の合成方法で作製することができる。以下に式(2)の具体例として式(7)のモノマーを合成する方法について例示する。 In the formula (2), R 1 to R 3 , Z, and X are the same as those in the formula (1). The monomer of formula (2) can be prepared by the following synthesis method. Hereinafter, a method for synthesizing the monomer of the formula (7) will be exemplified as a specific example of the formula (2).

まず、式(3)の化合物をテトラヒドロフランに溶解させる。そこに重合を防ぐために乾燥空気を吹き込みながらBrCF2CF2Brを式(3)に対し1.1 等量になるように滴下する。その後、この溶液を50℃に加熱して3時間撹拌し式(4)を得る。式(4)に、NaHCO3存在下Na2(S24)を加え、再度50℃に加熱したあと式(5)を得る。次に、式(5)にBr2を式(5)に対し1.1等量になるように加え式(6)を得る。式(6)に水に溶解させた水酸化リチウムを加え撹拌することで式(7)を得る。式(7)はカラムクロマトグラフィーで分離し精製する。 First, the compound of formula (3) is dissolved in tetrahydrofuran. In order to prevent polymerization, BrCF 2 CF 2 Br is added dropwise so as to be 1.1 equivalents to the formula (3) while blowing dry air. The solution is then heated to 50 ° C. and stirred for 3 hours to obtain formula (4). Na 2 (S 2 O 4 ) is added to the formula (4) in the presence of NaHCO 3 and heated again to 50 ° C. to obtain the formula (5). Next, Br 2 is added to the formula (5) so that the amount of Br 2 is 1.1 equivalent to the formula (5), thereby obtaining the formula (6). Formula (7) is obtained by adding lithium hydroxide dissolved in water to Formula (6) and stirring. Formula (7) is separated and purified by column chromatography.

本発明の被覆材は、式(1)のx=1の単独重合体も用いることができ、またx,yからなる共重合体も用いることができる。共重合することで、より高い不可逆容量の低減効果が発現する。共重合するモノマーとしては、式(8)から式(12)の構造を含むモノマーが好適に用いられる。   For the coating material of the present invention, a homopolymer of x = 1 in formula (1) can also be used, and a copolymer consisting of x and y can also be used. By copolymerization, a higher irreversible capacity reduction effect is exhibited. As the monomer to be copolymerized, a monomer having a structure of formula (8) to formula (12) is preferably used.

式(8)、式(9)、式(10)、式(11)、式(12)のXはアルカリ金属またはHであり、電気化学的安定性の観点からアルカリ金属、特にリチウム、ナトリウムが好適に用いられる。   X in Formula (8), Formula (9), Formula (10), Formula (11), and Formula (12) is an alkali metal or H. From the viewpoint of electrochemical stability, an alkali metal, particularly lithium or sodium, is Preferably used.

式(1)の被覆材として式(7)を用いた場合、共重合体は、式(13)で表わされる。   When formula (7) is used as the coating material of formula (1), the copolymer is represented by formula (13).

式(13)において、R4,R5,R6は、アルキル基、ハロゲン基、水素のいずれかである。式(7)と共重合させるモノマーとして式(8)〜(12)を用いた場合、Bを有するセグメントは以下のように表わされる。 In the formula (13), R 4 , R 5 and R 6 are any of an alkyl group, a halogen group and hydrogen. When formulas (8) to (12) are used as monomers to be copolymerized with formula (7), the segment having B is represented as follows.

式(14)、式(15)、式(16)、式(17)、式(18)のXはアルカリ金属またはHであり、電気化学的安定性の観点からアルカリ金属、特にリチウム、ナトリウムが好適に用いられる。   X in Formula (14), Formula (15), Formula (16), Formula (17), and Formula (18) is an alkali metal or H. From the viewpoint of electrochemical stability, an alkali metal, particularly lithium or sodium, is Preferably used.

本発明においては、式(8)〜(12)をそれぞれ単独重合させたポリマーと式(7)を単独重合させたポリマーとを混合して被覆材として用いることもできる。   In the present invention, a polymer obtained by homopolymerizing each of the formulas (8) to (12) and a polymer obtained by homopolymerizing the formula (7) can be mixed and used as a coating material.

極性官能基Bとしては水酸基、カルボキシル基、スルホ基、アミノ基、リン酸基を有する官能基、例えば式(19)、式(20)、式(21)、式(22)、式(23)が好ましいを用いることができる。これらは、特に炭素系の負極活物質との親和性が高い。   As the polar functional group B, a functional group having a hydroxyl group, a carboxyl group, a sulfo group, an amino group, or a phosphate group, for example, the formula (19), the formula (20), the formula (21), the formula (22), and the formula (23). Can be used. These have a particularly high affinity with a carbon-based negative electrode active material.

式(19)、式(20)、式(21)、式(22)、式(23)中のXはアルカリ金属またはHであり、電気化学的安定性の観点からアルカリ金属、特にリチウム、ナトリウムが好適に用いられる。   X in the formula (19), the formula (20), the formula (21), the formula (22), and the formula (23) is an alkali metal or H. From the viewpoint of electrochemical stability, an alkali metal, particularly lithium or sodium Are preferably used.

(重合法)
本発明の被覆材は前述のとおり、モノマーを重合させて作製することができる。重合は、従来から知られているバルク重合、溶液重合、乳化重合のいずれによっても良い。また、重合方法は特に限定はされないが、ラジカル重合が好適に用いられる。重合に際しては重合開始剤を用いても用いなくても良く、取り扱いの容易さの点からはラジカル重合開始剤を用いるのが好ましい。ラジカル重合開始剤を用いた重合方法は、通常行われている温度範囲および重合時間で行うことができる。本発明における開始剤配合量は、重合性化合物に対し0.1wt%から20wt%であり、好ましくは0.3wt%以上5wt%である。
(Polymerization method)
As described above, the coating material of the present invention can be produced by polymerizing monomers. The polymerization may be any of conventionally known bulk polymerization, solution polymerization, and emulsion polymerization. The polymerization method is not particularly limited, but radical polymerization is preferably used. In the polymerization, a polymerization initiator may or may not be used, and a radical polymerization initiator is preferably used from the viewpoint of easy handling. The polymerization method using a radical polymerization initiator can be carried out in a temperature range and a polymerization time which are usually performed. The initiator blending amount in the present invention is 0.1 wt% to 20 wt%, preferably 0.3 wt% or more and 5 wt% with respect to the polymerizable compound.

(ポリマーの構造)
本発明において、式(1)のポリマーの構造は直鎖構造に限らず、枝分かれ構造、架橋構造、デンドリマー構造としてもよい。ポリマーを負極活物質に被覆する際の作業性の観点からは直鎖構造のポリマーが好適に用いられる。モノマーを共重合した際の重合様式は、ポリマーが形成できれば特に問わないが、ランダム共重合、交互共重合、ブロック共重合、グラフト共重合などが挙げられる。
(Polymer structure)
In the present invention, the polymer structure of the formula (1) is not limited to a linear structure, and may be a branched structure, a crosslinked structure, or a dendrimer structure. From the viewpoint of workability when coating the polymer on the negative electrode active material, a polymer having a linear structure is preferably used. The polymerization mode when monomers are copolymerized is not particularly limited as long as a polymer can be formed, and examples thereof include random copolymerization, alternating copolymerization, block copolymerization, and graft copolymerization.

(ポリマーの分子量)
式(1)ポリマーの数平均分子量は、1,000以上5,000,000以下であり、好ましくは5000以上1,000,000以下である。数平均分子量が小さすぎると被覆材が電解液に溶解するため、本発明の効果が低下する。また、数平均分子量が大きすぎると、被覆する際凝集等が起こりやすくなるため生産性が低下する。そのため、数平均分子量を調整することが重要となる。
(Molecular weight of polymer)
The number average molecular weight of the polymer of the formula (1) is 1,000 to 5,000,000, preferably 5,000 to 1,000,000. If the number average molecular weight is too small, the coating material is dissolved in the electrolytic solution, so that the effect of the present invention is reduced. On the other hand, if the number average molecular weight is too large, agglomeration or the like is likely to occur during coating, resulting in a decrease in productivity. Therefore, it is important to adjust the number average molecular weight.

(共重合組成比)
式(1)において、x、yは-O(CF2mSO3Xを有するセグメントとBを有するセグメントの割合である。x、yは-O(CF2mSO3Xを有するモノマーとBを有するモノマーとの重合割合でもあり、この組成比を変化させることで、負極活物質との親和性、リチウムイオン伝導度を調節することができる。式(1)の比率xとyの比率x/(x+y)は、0<x/(x+y) ≦1であり、好ましくは0.1≦x/(x+y) ≦0.9であり、特に好ましくは0.25≦x/(x+y) ≦0.75である。x/(x+y)を制御することにより、不可逆容量と低抵抗の両立がはかれるLi電池が提供できる。
(Copolymerization composition ratio)
In the formula (1), x and y are the ratio of the segment having —O (CF 2 ) m SO 3 X and the segment having B. x and y are also polymerization ratios of the monomer having —O (CF 2 ) m SO 3 X and the monomer having B. By changing this composition ratio, the affinity with the negative electrode active material, the lithium ion conductivity Can be adjusted. The ratio x / (x + y) of the ratio x to y in the formula (1) is 0 <x / (x + y) ≦ 1, preferably 0.1 ≦ x / (x + y) ≦ 0. 9, particularly preferably 0.25 ≦ x / (x + y) ≦ 0.75. By controlling x / (x + y), it is possible to provide a Li battery that can achieve both irreversible capacity and low resistance.

(被覆材の被覆方法)
被覆方法としては、式(1)のポリマーを溶媒に溶解させその溶液中に負極活物質を加え撹拌後、溶媒を乾燥させ被覆することが好ましい。被覆材を事前に負極活物質に被覆させることで、電池に適用した際、耐電解液溶解性が高くなり、被覆材が負極活物質にとどまることで本願の効果が高くなる。溶媒としては、ポリマーが溶解すれば特に問わないが、水、エタノールなどのプロトン性溶媒、N-メチルピロリドンなどの非プロトン性溶媒、トルエン、ヘキサンなどの非極性溶媒などが好適に用いられる。
(Coating method of coating material)
As a coating method, it is preferable to dissolve the polymer of the formula (1) in a solvent, add a negative electrode active material to the solution, stir, then dry the solvent and coat. By coating the covering material on the negative electrode active material in advance, the resistance to electrolytic solution is increased when applied to the battery, and the effect of the present application is enhanced because the covering material remains in the negative electrode active material. The solvent is not particularly limited as long as the polymer dissolves, but a protic solvent such as water and ethanol, an aprotic solvent such as N-methylpyrrolidone, and a nonpolar solvent such as toluene and hexane are preferably used.

<セパレータ>
上記の方法で作製した正極10及び負極12の間にセパレータ11を挿入し、正極10及び負極12の短絡を防止する。セパレータ11には、ポリエチレン、ポリプロピレン等からなるポリオレフィン系高分子シート、又はポリオレフィン系高分子と4フッ化ポリエチレンを代表とするフッ素系高分子シートを溶着させた2層構造等を使用することが可能である。電池温度が高くなったときにセパレータ11が収縮しないように、セパレータ11の表面にセラミックス及びバインダの混合物を薄層状に形成してもよい。これらのセパレータ11は、電池の充放電時にリチウムイオンを透過させる必要があるため、一般に細孔径が0.01〜10μm、気孔率が20〜90%であれば、リチウムイオン電池に使用可能である。
<Separator>
The separator 11 is inserted between the positive electrode 10 and the negative electrode 12 produced by the above method to prevent a short circuit between the positive electrode 10 and the negative electrode 12. The separator 11 can be a polyolefin polymer sheet made of polyethylene, polypropylene, or the like, or a two-layer structure in which a polyolefin polymer and a fluorine polymer sheet typified by tetrafluoropolyethylene are welded. It is. A mixture of ceramics and a binder may be formed in a thin layer on the surface of the separator 11 so that the separator 11 does not shrink when the battery temperature increases. Since these separators 11 need to allow lithium ions to permeate during charging and discharging of the battery, they can be used for lithium ion batteries as long as the pore diameter is generally 0.01 to 10 μm and the porosity is 20 to 90%. .

<電解質>
本発明の一実施形態で使用可能な電解液の代表例として、エチレンカーボネートにジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、又はエチルメチルカーボネート等を混合した溶媒に、電解質として六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)、又はホウフッ化リチウム(LiBF4)を溶解させた溶液がある。本発明は、溶媒や電解質の種類、溶媒の混合比に制限されることなく、他の電解液も利用可能である。
<Electrolyte>
As a representative example of an electrolyte solution that can be used in an embodiment of the present invention, a solvent obtained by mixing ethylene carbonate with dimethyl carbonate, diethyl carbonate, or ethyl methyl carbonate, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) as an electrolyte, Alternatively, there is a solution in which lithium borofluoride (LiBF 4 ) is dissolved. The present invention is not limited to the type of solvent and electrolyte, and the mixing ratio of solvents, and other electrolytes can be used.

なお、電解液に使用可能な非水溶媒の例としては、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、ビニレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、1、2−ジメトキシエタン、2−メチルテトラヒドロフラン、ジメチルスルフォキシド、1、3−ジオキソラン、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、リン酸トリエステル、トリメトキシメタン、ジオキソラン、ジエチルエーテル、スルホラン、3−メチル−2−オキサゾリジノン、テトラヒドロフラン、1、2−ジエトキシエタン、クロルエチレンカーボネート、又はクロルプロピレンカーボネート等の非水溶媒がある。本発明の電池に内蔵される正極10又は負極12上で分解しなければ、これ以外の溶媒を用いてもよい。   Examples of non-aqueous solvents that can be used in the electrolyte include propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, γ-butyrolactone, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, 1,2-dimethoxyethane, 2 -Methyltetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, 1,3-dioxolane, formamide, dimethylformamide, methyl propionate, ethyl propionate, phosphate triester, trimethoxymethane, dioxolane, diethyl ether, sulfolane, 3-methyl-2- There are nonaqueous solvents such as oxazolidinone, tetrahydrofuran, 1,2-diethoxyethane, chloroethylene carbonate, or chloropropylene carbonate. Other solvents may be used as long as they do not decompose on the positive electrode 10 or the negative electrode 12 incorporated in the battery of the present invention.

また、電解質の例としては、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiCF3SO3、LiCF3CO2、LiAsF6、LiSbF6、又はリチウムトリフルオロメタンスルホンイミドで代表されるリチウムのイミド塩等、多種類のリチウム塩がある。これらの塩を、上記の溶媒に溶解してできた非水電解液を電池用電解液として使用することができる。本実施形態に係る電池が有する正極10及び負極12上で分解しなければ、これ以外の電解質を用いてもよい。 In addition, examples of the electrolyte, LiPF 6, LiBF 4, LiClO 4, LiCF 3 SO 3, LiCF 3 CO 2, LiAsF 6, LiSbF 6, or imide salts such as lithium represented by lithium trifluoromethane sulfonimide, multi There are different types of lithium salts. A nonaqueous electrolytic solution obtained by dissolving these salts in the above-mentioned solvent can be used as a battery electrolytic solution. An electrolyte other than this may be used as long as it does not decompose on the positive electrode 10 and the negative electrode 12 included in the battery according to the present embodiment.

固体高分子電解質(ポリマー電解質)を用いる場合には、ポリエチレンオキシド、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリメタクリル酸メチル、ポリヘキサフルオロプロピレン、ポリエチレンオキサイド等のイオン伝導性ポリマーを電解質に用いることができる。これらの固体高分子電解質を用いた場合、セパレータ11を省略することができる利点がある。   When a solid polymer electrolyte (polymer electrolyte) is used, an ion conductive polymer such as polyethylene oxide, polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, polymethyl methacrylate, polyhexafluoropropylene, and polyethylene oxide can be used for the electrolyte. When these solid polymer electrolytes are used, there is an advantage that the separator 11 can be omitted.

さらに、イオン性液体を用いることができる。例えば、1−ethyl−3−methylimidazolium tetrafluoroborate(EMI−BF4)、リチウム塩LiN(SO2CF32(LiTFSI)とトリグライムとテトラグライムとの混合錯体、環状四級アンモニウム系陽イオン(N−methyl−N−propylpyrrolidiniumが例示される。)、及びイミド系陰イオン(bis(fluorosulfonyl)imideが例示される。)より、正極10及び負極12にて分解しない組み合わせを選択して、本実施形態に係る電池に用いることができる。 Furthermore, an ionic liquid can be used. For example, 1-ethyl-3-methylimidazole tetrafluoroborate (EMI-BF4), a lithium salt LiN (SO 2 CF 3 ) 2 (LiTFSI), a mixed complex of triglyme and tetraglyme, a cyclic quaternary ammonium cation (N-methyl) -N-propylpyrrolidinium is exemplified) and an imide-based anion (example is bis (fluorosulfonyl) imide), a combination that does not decompose at the positive electrode 10 and the negative electrode 12 is selected, and this embodiment is concerned. Can be used for batteries.

<電池システム>
本願で見出された負極活物質を用いたLi電池は、抵抗が低いという優れた性質を持つ。そのため、電池の使用時に電池の内部抵抗に起因する発熱を抑制することができる。そのため、電池の冷却機構の簡略化も図れるため、携帯機器用の小型電池は勿論のこと、車載用などの大型電池にも有用である。
<Battery system>
The Li battery using the negative electrode active material found in the present application has an excellent property of low resistance. Therefore, heat generation due to the internal resistance of the battery can be suppressed when the battery is used. Therefore, since the battery cooling mechanism can be simplified, it is useful not only for small batteries for portable devices but also for large batteries for in-vehicle use.

以下,実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。本実施例の結果を表1にまとめた。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated further more concretely, this invention is not limited to these Examples. The results of this example are summarized in Table 1.

<被覆材ポリマーの合成方法>
反応容器にモノマーと、反応溶媒としてテトラフドロフランを加えた。さらに、その溶液に重合開始剤としてAIBNを加えた。重合開始剤の濃度はモノマーの総量に対し4wt%になるように加えた。その後、反応溶液を60℃、3h加熱することでポリマーを合成した。
<Synthesis Method of Coating Material Polymer>
Monomer and tetrahydrofuran as a reaction solvent were added to the reaction vessel. Further, AIBN was added as a polymerization initiator to the solution. The concentration of the polymerization initiator was added so as to be 4 wt% with respect to the total amount of monomers. Then, the polymer was synthesized by heating the reaction solution at 60 ° C. for 3 hours.

<正極の作製方法>
正極活物質(LiCoO2)、導電剤(SP270:日本黒鉛社製黒鉛)、ポリフッ化ビニリデンバインダーを85:7.5:7.5重量%の割合で混合し、N−メチル−2−ピロリドンに投入混合して、スラリー状の溶液を作製した。該スラリーを厚さ20μmのアルミニウム箔にドクターブレード法で塗布し、乾燥した。合剤塗布量は、200g/m2 であった。その後、プレスして正極を作製した。
<Method for producing positive electrode>
A positive electrode active material (LiCoO 2 ), a conductive agent (SP270: graphite manufactured by Nippon Graphite Co., Ltd.), and a polyvinylidene fluoride binder were mixed at a ratio of 85: 7.5: 7.5% by weight, and N-methyl-2-pyrrolidone was mixed. The mixture was charged and mixed to prepare a slurry solution. The slurry was applied to a 20 μm thick aluminum foil by a doctor blade method and dried. The mixture application amount was 200 g / m 2 . Then, it pressed and produced the positive electrode.

<負極活物資の被覆方法>
負極活物質にはグラファイトを用いた。被覆はポリマー水溶液に、グラファイトを加えて撹拌後、水を留去することで被覆した。被覆したグラファイトは篩で凝集体を除去したのちに用いた。
<Method of coating negative electrode active material>
Graphite was used as the negative electrode active material. The coating was performed by adding graphite to the polymer aqueous solution and stirring, and then distilling off the water. The coated graphite was used after removing aggregates with a sieve.

<負極の作製方法>
グラファイトにポリフッ化ビニリデンを95:5の重量%の比率で混合し、更にN−メチル−2−ピロリドンに投入混合して、スラリー状の溶液を作製した。該スラリーを厚さ10μmの銅箔にドクターブレード法で塗布し、乾燥した。合剤かさ密度が1.5g/cm3になるようにプレスして負極を作製した。
<Method for producing negative electrode>
Polyvinylidene fluoride was mixed with graphite at a ratio of 95: 5% by weight, and further mixed with N-methyl-2-pyrrolidone to prepare a slurry solution. The slurry was applied to a copper foil having a thickness of 10 μm by a doctor blade method and dried. The mixture was pressed so that the bulk density was 1.5 g / cm 3 to produce a negative electrode.

<負極単極の評価方法>
作製した負極を、直径15mmの円形に打ち抜いて電極を準備した。評価セルは、負極と対極としてLi金属を用い、負極とLi金属の間にセパレータを挿入して、そこに電解液を加えることで構成した。評価セルの充電は、予め設定した下限電圧まで電流密度0.72m/cm2で充電した。放電は、予め設定した上限電圧まで、電流密度0.72mA/cm2で放電した。下限電圧は0.01V、上限電圧は1.5Vであった。不可逆容量は、充電容量と放電容量の差分から求めた。
<Negative electrode evaluation method>
The produced negative electrode was punched into a circle having a diameter of 15 mm to prepare an electrode. The evaluation cell was configured by using Li metal as a negative electrode and a counter electrode, inserting a separator between the negative electrode and Li metal, and adding an electrolyte thereto. The evaluation cell was charged at a current density of 0.72 m / cm 2 up to a preset lower limit voltage. The discharge was performed at a current density of 0.72 mA / cm 2 up to a preset upper limit voltage. The lower limit voltage was 0.01V and the upper limit voltage was 1.5V. The irreversible capacity was obtained from the difference between the charge capacity and the discharge capacity.

<直流抵抗の評価方法>
正極および負極を直径15 mmの円形に打ち抜いて電極を準備した。小型電池は、正極および負極間にセパレータを挿入して、そこに電解液を加えることで構成した。小型電池の充電は、予め設定した上限電圧まで電流密度0.72 mA /cm2で充電した。放電は、予め設定した下限電圧まで、電流密度0.72 mA / cm2で放電した。上限電圧は4.2V、下限電圧は3.0Vであった。1サイクル目に得られた放電容量を、電池の初期容量とした。その後、初期容量の50%まで充電して直流抵抗を測定した。
<Evaluation method of DC resistance>
The positive electrode and the negative electrode were punched into a circle having a diameter of 15 mm to prepare an electrode. The small battery was configured by inserting a separator between the positive electrode and the negative electrode, and adding an electrolytic solution thereto. The small battery was charged at a current density of 0.72 mA / cm 2 up to a preset upper limit voltage. The discharge was performed at a current density of 0.72 mA / cm 2 up to a preset lower limit voltage. The upper limit voltage was 4.2V, and the lower limit voltage was 3.0V. The discharge capacity obtained in the first cycle was taken as the initial capacity of the battery. Then, it charged to 50% of initial capacity, and measured DC resistance.

(実施例1)
モノマーとして、式(7)を使用してポリマー(A)を合成した。また、前記ポリマーを使用して、負極活物質を被覆した。被覆量は0.5wt%にした。負極単極を作製して不可逆容量を測定した。不可逆容量は23.5mAhg-1であった。次に小型電池を作製して、直流抵抗を測定した。直流抵抗は10.7Ωであった。
Example 1
The polymer (A) was synthesized using the formula (7) as a monomer. Moreover, the negative electrode active material was coat | covered using the said polymer. The coating amount was 0.5 wt%. A negative electrode single electrode was prepared and the irreversible capacity was measured. The irreversible capacity was 23.5 mAhg- 1 . Next, a small battery was produced, and DC resistance was measured. The DC resistance was 10.7Ω.

(実施例2)
実施例1において、ポリマー量を0.3wt%にすること以外は実施例1と同様にした。評価の結果、不可逆容量は23.9mAhg-1であった。次に小型電池を作製して、直流抵抗を測定した。直流抵抗は10.6Ωであった。
(Example 2)
In Example 1, it was carried out similarly to Example 1 except having made the polymer amount into 0.3 wt%. As a result of the evaluation, the irreversible capacity was 23.9 mAhg −1 . Next, a small battery was produced, and DC resistance was measured. The direct current resistance was 10.6Ω.

(実施例3)
実施例1において、ポリマー量を2.0 wt%にすること以外は実施例1と同様にした。評価の結果、不可逆容量は23.3 mAhg-1であった。次に小型電池を作製して、直流抵抗を測定した。直流抵抗は10.9 Ωであった。
(Example 3)
Example 1 was the same as Example 1 except that the polymer amount was 2.0 wt%. As a result of the evaluation, the irreversible capacity was 23.3 mAhg −1 . Next, a small battery was produced, and DC resistance was measured. The DC resistance was 10.9 Ω.

(実施例4)
モノマーとして、式(7)と式(10)のモノマーを使用してポリマー(B)を合成した。なお、式(7)と式(10)のmol比は75:25にした。負極単極を作製して不可逆容量を測定した。不可逆容量は23.0 mAhg-1であった。次に小型電池を作製して、直流抵抗を測定した。直流抵抗は10.9 Ωであった。
Example 4
A polymer (B) was synthesized using monomers of formula (7) and formula (10) as monomers. In addition, the mol ratio of Formula (7) and Formula (10) was set to 75:25. An irreversible capacity was measured by producing a single negative electrode. The irreversible capacity was 23.0 mAhg −1 . Next, a small battery was produced, and DC resistance was measured. The DC resistance was 10.9 Ω.

(実施例5)
モノマーとして、式(7)と式(10)のモノマーを使用してポリマー(C)を合成した。なお、式(7)と式(10)のmol比は50:50にした。負極単極を作製して不可逆容量を測定した。不可逆容量は22.8 mAhg-1であった。次に小型電池を作製して、直流抵抗を測定した。直流抵抗は11.1Ωであった。
(Example 5)
Polymer (C) was synthesized using monomers of formula (7) and formula (10) as monomers. In addition, the mol ratio of Formula (7) and Formula (10) was 50:50. A negative electrode single electrode was prepared and the irreversible capacity was measured. The irreversible capacity was 22.8 mAhg −1 . Next, a small battery was produced, and DC resistance was measured. The direct current resistance was 11.1Ω.

(実施例6)
モノマーとして、式(7)と式(10)のモノマーを使用してポリマー(D)を合成した。なお、式(7)と式(10)のmol比は25:75にした。負極単極を作製して不可逆容量を測定した。不可逆容量は22.0 mAhg-1であった。次に小型電池を作製して、直流抵抗を測定した。直流抵抗は11.4Ωであった。
(Example 6)
A polymer (D) was synthesized using monomers of formula (7) and formula (10) as monomers. In addition, the mol ratio of Formula (7) and Formula (10) was 25:75. An irreversible capacity was measured by producing a single negative electrode. The irreversible capacity was 22.0 mAhg −1 . Next, a small battery was produced, and DC resistance was measured. The direct current resistance was 11.4Ω.

(実施例7)
モノマーとして、式(7)と式(9)のモノマーを使用してポリマー(E)を合成した。なお、式(7)と式(10)のmol比は25:75にした。負極単極を作製して不可逆容量を測定した。不可逆容量は22.0 mAhg-1であった。次に小型電池を作製して、直流抵抗を測定した。直流抵抗は11.4Ωであった。
(Example 7)
Polymer (E) was synthesized using monomers of formula (7) and formula (9) as monomers. In addition, the mol ratio of Formula (7) and Formula (10) was 25:75. A negative electrode single electrode was prepared and the irreversible capacity was measured. The irreversible capacity was 22.0 mAhg −1 . Next, a small battery was produced, and DC resistance was measured. The direct current resistance was 11.4Ω.

(比較例1)
実施例1において、被覆材を用いないこと以外は実施例1と同様に評価した。その結果、不可逆容量は25.4 mAhg-1であった。次に小型電池を作製して、直流抵抗を測定した。直流抵抗は11.5Ωであった。
(Comparative Example 1)
In Example 1, it evaluated similarly to Example 1 except not using a coating | covering material. As a result, the irreversible capacity was 25.4 mAhg −1 . Next, a small battery was produced, and DC resistance was measured. The DC resistance was 11.5Ω.

(比較例2)
実施例1において、被覆量を5 wt%にすること以外は実施例1と同様に評価した。その結果、不可逆容量は26.2mAhg-1であった。次に小型電池を作製して、直流抵抗を測定した。直流抵抗は13.0Ωであった。
(Comparative Example 2)
In Example 1, it evaluated similarly to Example 1 except having made the coating amount into 5 wt%. As a result, the irreversible capacity was 26.2 mAhg −1 . Next, a small battery was produced, and DC resistance was measured. The direct current resistance was 13.0Ω.

リチウムイオン二次電池を作製した際に十分な出力を得るためには、直流抵抗は13Ω未満であることが好ましい。比較例1は被覆材を用いていないため、初期の抵抗は11.5Ωと低い値を示している。しかし、負極活物質と電解液との反応により負極活物質上に電解液の分解による析出物が生成することによるリチウムイオンの捕捉が起こり、不可逆容量の値は高くなっている。これに対して、実施例1〜7では、被覆材が適切に添加されているため、電解液の分解を抑制することができている。また、実施例で用いた被覆材はリチウムイオン伝導度が高いため、被覆材を2%用いても直流抵抗は13Ω未満に抑えることができている。しかし、被覆材を5%用いた比較例2では、直流抵抗が13Ωを越えるため、好ましくないことが分かった。これら結果から被覆材の被覆量は、負極活物質に対し0.01 wt%以上4 wt%以下で用いることが好ましいことがわかった。   In order to obtain a sufficient output when producing a lithium ion secondary battery, the direct current resistance is preferably less than 13Ω. Since Comparative Example 1 does not use a coating material, the initial resistance is a low value of 11.5Ω. However, lithium ions are trapped due to formation of precipitates by decomposition of the electrolytic solution on the negative electrode active material due to the reaction between the negative electrode active material and the electrolytic solution, and the value of the irreversible capacity is high. On the other hand, in Examples 1-7, since the coating | covering material was added appropriately, decomposition | disassembly of electrolyte solution can be suppressed. Further, since the covering material used in the examples has high lithium ion conductivity, the DC resistance can be suppressed to less than 13Ω even when 2% of the covering material is used. However, it was found that Comparative Example 2 using 5% of the coating material was not preferable because the DC resistance exceeded 13Ω. From these results, it was found that the coating amount of the coating material is preferably 0.01 wt% or more and 4 wt% or less with respect to the negative electrode active material.

式(7)単独作製した被覆材を用いた場合、直流抵抗が低く、優れた電池を作製することができることがわかった。式(7)に式(10)のモノマーを共重合させた場合、直流抵抗は単独重合の時と比較して劣るものの、不可逆容量の低下を実現することができることが分かった。これは、式(10)のセグメントにより、被覆材と負極活物質との親和性が良くなったためであると考えられる。
It was found that when the coating material produced by formula (7) alone was used, the direct current resistance was low and an excellent battery could be produced. When the monomer of the formula (10) was copolymerized with the formula (7), it was found that although the direct current resistance was inferior to that of the homopolymerization, a reduction in the irreversible capacity could be realized. This is considered to be because the affinity between the coating material and the negative electrode active material is improved by the segment of the formula (10).

Claims (5)

正極と負極と電解液とを有するリチウムイオン二次電池において、
前記負極は、負極活物質を有し、
前記負極活物質は、式(1)で表わされる被覆材により被覆されており、
前記被覆材の被覆量は、前記負極活物質に対して0.01wt%以上4wt%以下であるリチウムイオン二次電池。
(式(1)において、R1,R2,R3,R4,R5,R6は、アルキル基、ハロゲン基、水素のいずれかである。式(1)のZは芳香族基、炭化水素基である。Xは水素またはアルカリ金属、またはアルカリ土類金属である。式(1)のmは、CF2基の繰り返し単位数である。式(1)のBは極性官能基である。また、x,yは共重合組成比であり、x/(x+y)は、0<x/(x+y)≦1を満たす。)
In a lithium ion secondary battery having a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte solution,
The negative electrode has a negative electrode active material,
The negative electrode active material is coated with a coating material represented by the formula (1),
The covering amount of the covering material is a lithium ion secondary battery that is 0.01 wt% or more and 4 wt% or less with respect to the negative electrode active material.
(In the formula (1), R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 and R 6 are any of an alkyl group, a halogen group and hydrogen. Z in the formula (1) is an aromatic group, X is hydrogen, an alkali metal, or an alkaline earth metal, m in the formula (1) is the number of repeating units of the CF 2 group, and B in the formula (1) is a polar functional group. X and y are copolymer composition ratios, and x / (x + y) satisfies 0 <x / (x + y) ≦ 1.
請求項1において、
前記芳香族基は、フェニレン基またはナフチレン基のいずれかであるリチウムイオン二次電池。
In claim 1,
The lithium ion secondary battery in which the aromatic group is either a phenylene group or a naphthylene group.
請求項1または請求項2において、
前記被覆材は式(13)で表わされるリチウムイオン二次電池。
(式(13)において、R4,R5,R6は、アルキル基、ハロゲン基、水素のいずれかである。式(1)のBは極性官能基である。また、x,yは共重合組成比であり、x/(x+y)は、0<x/(x+y)≦1を満たす。)
In claim 1 or claim 2,
The said covering material is a lithium ion secondary battery represented by Formula (13).
(In the formula (13), R 4 , R 5 and R 6 are any one of an alkyl group, a halogen group and hydrogen. B in the formula (1) is a polar functional group. It is a polymerization composition ratio, and x / (x + y) satisfies 0 <x / (x + y) ≦ 1.)
請求項1ないし請求項3のいずれかにおいて、
前記極性官能基は、水酸基、カルボキシル基、スルホ基、アミノ基、リン酸基を有する官能基であるリチウムイオン二次電池。
In any one of Claims 1 thru | or 3,
The lithium ion secondary battery, wherein the polar functional group is a functional group having a hydroxyl group, a carboxyl group, a sulfo group, an amino group, or a phosphate group.
請求項4において、
前記極性官能基は、式(19)、式(20)、式(21)、式(22)、式(23)のいずれかであるリチウムイオン二次電池。
(式(19)、式(20)、式(21)、式(22)、式(23)中のXはアルカリ金属またはHである。)
In claim 4,
The said polar functional group is a lithium ion secondary battery which is either Formula (19), Formula (20), Formula (21), Formula (22), or Formula (23).
(X in Formula (19), Formula (20), Formula (21), Formula (22), and Formula (23) is an alkali metal or H.)
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