JP2016207447A - Nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、非水電解液二次電池に関する。 The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery.
ノート型コンピュータ、携帯電話、デジタルカメラ等の普及に伴い、これら小型の電子機器を駆動するための二次電池の需要が拡大している。そして、これら電子機器には、高容量化が可能であることから、非水電解液二次電池(特に、リチウムイオン二次電池)の使用が進められている。 With the spread of notebook computers, mobile phones, digital cameras, etc., the demand for secondary batteries for driving these small electronic devices is increasing. And since these electronic devices can be increased in capacity, the use of non-aqueous electrolyte secondary batteries (especially lithium ion secondary batteries) is being promoted.
非水電解液二次電池は、通常、正極板及び負極板の間にセパレータを介した状態で積層して電極体を形成し、非水電解液とともに電池ケースに収容している。電極板は、金属板(金属箔)よりなる集電体の表面に、電極活物質を含むペーストを塗布・乾燥し、所定の形状に成形して製造される。 A nonaqueous electrolyte secondary battery is usually laminated with a separator interposed between a positive electrode plate and a negative electrode plate to form an electrode body, and is housed in a battery case together with the nonaqueous electrolyte solution. The electrode plate is manufactured by applying and drying a paste containing an electrode active material on the surface of a current collector made of a metal plate (metal foil) and molding the paste into a predetermined shape.
非水電解液二次電池は、電池性能の向上が求められており、この目的を達成する手段として、活物質だけでなく非水電解液(非水電解質)の検討が進められている。例えば、非水電解液(非水電解質)に、その耐久性を高める添加剤を添加する技術が知られている。この添加剤は、正極(正極活物質)の表面上で酸化分解し、負極(負極活物質)の表面上に分解被膜を形成することで活物質の分解を抑制し、耐久性を向上する。 Non-aqueous electrolyte secondary batteries are required to improve battery performance, and not only active materials but also non-aqueous electrolytes (non-aqueous electrolytes) are being studied as means for achieving this object. For example, a technique is known in which an additive that enhances durability is added to a non-aqueous electrolyte (non-aqueous electrolyte). This additive is oxidatively decomposed on the surface of the positive electrode (positive electrode active material) and forms a decomposition film on the surface of the negative electrode (negative electrode active material), thereby suppressing the decomposition of the active material and improving the durability.
しかしながら、負極に形成される分解被膜は高い抵抗を有する被膜であり、二次電池において内部抵抗の上昇(電池性能の低下)を招いていた。また、この添加剤は、正極上で酸化分解するものであり、添加量の設計が困難ともなっていた。
このような問題に対し、例えば、特許文献1〜2には、負極表面に低抵抗の被膜を形成することで、分解被膜の形成を抑える技術が記載されている。
However, the decomposed film formed on the negative electrode is a film having a high resistance, leading to an increase in internal resistance (a decrease in battery performance) in the secondary battery. In addition, this additive is oxidatively decomposed on the positive electrode, making it difficult to design the addition amount.
For such problems, for example,
特許文献1には、正極及び負極とともに非水電解液を備えた非水電解液二次電池であって、電極活物質層の片面辺りの厚みが40μm以上であり、非水電解液が、スルホン酸塩又はスルホンイミド塩を含有する非水電解液二次電池が記載されている。
特許文献2には、化学構造的な特徴を有する電解質を添加剤として非水電解液電池用電解液に用いることが記載されている。この電解質は、非水電解液電池のサイクル特性を向上する効果を発揮する。
しかしながら、特許文献1〜2に記載の添加剤は、負極表面の抵抗を低減することはできるが、分解被膜が形成されないことで、耐久性が低下するという問題があった。
However, although the additives described in
その上、特許文献1に記載の非水電解液二次電池では、添加剤としてスルホン酸塩、スルホンイミド塩が添加されており、負極表面にこれらから生成する被膜が形成される。この被膜は、その組成から、リチウム伝導性が小さく、その結果として、抵抗を低減する効果が小さいという問題があった。このため、耐久性を高める添加剤としてビニレンカーボネート(VC)が多量に添加された場合に、抵抗の上昇を抑制する効果が十分に得られなくなっていた。
In addition, in the non-aqueous electrolyte secondary battery described in
また、特許文献2に記載の添加剤は、リン(P)を含有する組成を有するものであり、硫黄(S)を含有する組成を有するもの(特許文献1の添加剤)と比較して負極表面の被膜中に取り込まれる駆動力が小さかった。このため、特許文献1の場合と同様に、VCが多量に添加された場合に、抵抗の上昇を抑制する効果が十分に得られなくなっていた。
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、高い耐久性と低い内部抵抗を有する非水電解液二次電池を提供することを課題とする。
Moreover, the additive described in
This invention is made | formed in view of the said situation, and makes it a subject to provide the nonaqueous electrolyte secondary battery which has high durability and low internal resistance.
上記課題を解決する本発明の非水電解液二次電池は、正極活物質を有する正極と、負極と、非水電解液と、を有する非水電解液二次電池であって、正極活物質が、電位が4.0V以下のオリビン構造の化合物を有し、非水電解液が、下記(1)式の化合物よりなる第1の添加剤と、下記(2)式の化合物よりなる第2の添加剤と、を有することを特徴とする。 The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention that solves the above problems is a non-aqueous electrolyte secondary battery having a positive electrode having a positive electrode active material, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte solution, the positive electrode active material Has a olivine structure compound having a potential of 4.0 V or less, and the non-aqueous electrolyte comprises a first additive comprising a compound of the following formula (1) and a second additive comprising a compound of the following formula (2) And an additive.
本発明の非水電解液二次電池の非水電解液は、第1の添加剤と第2の添加剤との二つの添加剤を有する。 The non-aqueous electrolyte of the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention has two additives, a first additive and a second additive.
第1の添加剤は、二次電池の耐久性を高める効果を発揮する。第2の添加剤は、負極の表面に導電性に優れた被膜を生成する。第2の添加剤は、その式から明らかなように、スルホニル基(スルホン部位と称する)と、Liイオン(Liイオン部位と称する)と、をその構造中に有している。このため、第2の添加剤から負極表面に生成した被膜は、スルホン部位とLiイオン部位の二つの部位を含有する被膜となる。この二つの部位は、導電性を発揮する(抵抗の上昇を抑える)とともに、Liイオンの伝導(Liイオン伝導性の低下を抑える)を行う。
このように、本発明に用いられる非水電解液は、内部抵抗の上昇とLiイオン伝導性の低下が抑えられたものとなる。
The first additive exhibits the effect of increasing the durability of the secondary battery. The second additive generates a film having excellent conductivity on the surface of the negative electrode. As apparent from the formula, the second additive has a sulfonyl group (referred to as a sulfone moiety) and Li ions (referred to as a Li ion moiety) in its structure. For this reason, the film produced | generated on the negative electrode surface from the 2nd additive turns into a film containing two site | parts, a sulfone site | part and a Li ion site | part. These two portions exhibit conductivity (suppress the increase in resistance) and conduct Li ions (suppress the decrease in Li ion conductivity).
Thus, the non-aqueous electrolyte used in the present invention is one in which an increase in internal resistance and a decrease in Li ion conductivity are suppressed.
その上で、本発明の非水電解液二次電池は、正極活物質として電位が4.0V以下のオリビン構造の化合物を有する。この化合物は、放電時の電位変化を測定したときに、プラトーな領域を有する。そして、プラトーな領域では電位変化がほとんど生じないため、充放電ムラが生じない。つまり、充放電ムラに起因する添加剤の酸化分解が抑制される。この結果、上記の非水電解液による効果をより発揮できる。
この結果、本発明の非水電解液二次電池は、内部抵抗の上昇とLiイオン伝導性の低下が確実に抑えられたものとなる。
In addition, the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention has an olivine structure compound having a potential of 4.0 V or less as a positive electrode active material. This compound has a plateau region when the potential change during discharge is measured. And since there is almost no potential change in the plateau region, there is no charge / discharge unevenness. That is, oxidative decomposition of the additive due to charge / discharge unevenness is suppressed. As a result, the effect of the non-aqueous electrolyte can be further exhibited.
As a result, in the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention, an increase in internal resistance and a decrease in Li ion conductivity are reliably suppressed.
本発明の非水電解液二次電池において、非水電解液は、下記(3)式の化合物、下記(4)式の化合物の少なくとも1種よりなる第3の添加剤を更に有することが好ましい。第3の添加剤は、第1の添加剤とともに、二次電池の耐久性を向上する効果を発揮する。 In the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, the non-aqueous electrolyte preferably further includes a third additive composed of at least one of the following formula (3) and the following formula (4). . The third additive exhibits the effect of improving the durability of the secondary battery together with the first additive.
本発明の非水電解液二次電池において、非水電解液は、第1の添加剤の含有割合と第3の添加剤の含有割合の合計と、第2の添加剤の含有割合と、の比が0.2以上3.0以下であることが好ましい。含有割合がこの範囲となることで、上記した非水電解液の効果を発揮できる。 In the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, the non-aqueous electrolyte includes a total of the content ratio of the first additive and the content ratio of the third additive, and the content ratio of the second additive. The ratio is preferably 0.2 or more and 3.0 or less. When the content ratio falls within this range, the above-described effect of the nonaqueous electrolytic solution can be exhibited.
以下、本発明の非水電解液二次電池をリチウムイオン二次電池に適用した実施形態を用いて、より具体的に説明する。 Hereinafter, it demonstrates more concretely using embodiment which applied the nonaqueous electrolyte secondary battery of this invention to the lithium ion secondary battery.
[実施形態1]
本形態のリチウムイオン二次電池は、図1にその構成を模式的に示したリチウムイオン二次電池1である。二次電池1は、正極2、負極3、非水電解液4を有する。
[Embodiment 1]
The lithium ion secondary battery of this embodiment is a lithium ion
[正極]
正極2は、正極活物質を有する。正極2は、正極集電体20の表面に、正極活物質を含む正極活物質層21を有する。正極活物質層21は、正極活物質と導電材と結着材とを混合して得られた正極合剤を正極集電体20の表面に塗布、乾燥して形成される。正極合剤は、適当な溶媒によりペースト状(スラリー状)をなしている。
[Positive electrode]
The
正極活物質は、電位が4.0V以下のオリビン構造の化合物を有する。なお、正極活物質の電位とは、平均電位を示す。オリビン構造(ポリアニオン構造と称されている場合もある)の化合物は、充放電時の電位変化を測定したとき(容量−電位の関係)に、プラトーな領域を有する。電位変化のプラトーな領域では、電位変化がほとんど生じない。このことは、電位変化による充放電ムラが生じないことを示す。つまり、充放電ムラに起因する添加剤の酸化分解が抑制される。分解して添加剤の含有量が変化することを防止できるとともに、添加剤の含有量の調整が可能となる。
そして、電位が4.0V以下となることは、正極電位が4.0Vを超える高電位とならなくなる。つまり、高電位で発生する添加剤(第1の添加剤)の分解が抑えられる。
The positive electrode active material has a compound having an olivine structure with a potential of 4.0 V or less. Note that the potential of the positive electrode active material indicates an average potential. A compound having an olivine structure (sometimes referred to as a polyanion structure) has a plateau region when a potential change during charge / discharge is measured (capacitance-potential relationship). Almost no potential change occurs in the plateau region where the potential changes. This indicates that charging / discharging unevenness due to potential change does not occur. That is, oxidative decomposition of the additive due to charge / discharge unevenness is suppressed. It is possible to prevent the content of the additive from changing due to decomposition, and to adjust the content of the additive.
When the potential is 4.0 V or less, the positive electrode potential does not become a high potential exceeding 4.0 V. That is, decomposition of the additive (first additive) generated at a high potential is suppressed.
正極活物質は、電位が4.0V以下のオリビン構造の化合物を有するものであれば、具体的な構成(組成)が限定されるものではない。
オリビン構造の化合物(正極活物質)は、例えば、LiαMβXηO4−γZγとすることができる。(なお、M:Mn、Co、Ni、Fe、Cu、Cr、Mg、Ca、Zn、Tiより選ばれる1種以上、X:P、As、Si、Mo、Geより選ばれる1種以上、Z:Al、Mg、Ca、Zn、Tiより選ばれる1種以上を任意で含有可能、0<α≦2.0、0≦β<1.5、1≦η≦1.5、0≦γ≦1.5)これらのうち、LiMnPO4、LiFePO4であることがより好ましい。
正極活物質は、上記した組成式に示された範囲内で、2種以上の異なる組成を有するものから形成されていてもよい。
A specific configuration (composition) is not limited as long as the positive electrode active material has a compound having an olivine structure with a potential of 4.0 V or less.
The compounds of olivine structure (positive electrode active material), for example, be a Li α M β X η O 4 -γ Z γ. (M: one or more selected from M: Mn, Co, Ni, Fe, Cu, Cr, Mg, Ca, Zn, Ti, one or more selected from X: P, As, Si, Mo, Ge, Z : One or more selected from Al, Mg, Ca, Zn, Ti can be optionally contained, 0 <α ≦ 2.0, 0 ≦ β <1.5, 1 ≦ η ≦ 1.5, 0 ≦ γ ≦ 1.5) Of these, LiMnPO 4 and LiFePO 4 are more preferable.
The positive electrode active material may be formed from those having two or more different compositions within the range shown in the above composition formula.
正極活物質は、4.0V以下のオリビン構造の化合物のみから形成されていても、別の化合物と混合していても、いずれでもよい。正極活物質が、4.0V以下のオリビン構造の化合物と、別の化合物と混合している場合には、4.0V以下のオリビン構造の化合物が主成分として含まれることが好ましい。ここで、主成分とは、含有割合が最も多い成分を示し、好ましくは50mass%以上で含まれる成分である。 The positive electrode active material may be formed only from a compound having an olivine structure of 4.0 V or less, or may be mixed with another compound. In the case where the positive electrode active material is mixed with a compound having an olivine structure of 4.0 V or less and another compound, a compound having an olivine structure of 4.0 V or less is preferably contained as a main component. Here, the main component refers to a component having the highest content ratio, and is preferably a component that is included at 50 mass% or more.
別の正極活物質は、従来のリチウムイオン二次電池で正極活物質として使用されている物質である。従来のリチウムイオン二次電池で正極活物質としては、例えば、種々の酸化物、硫化物、リチウム含有酸化物、導電性高分子などを挙げることができる。リチウム−遷移金属複合酸化物であることが好ましい。 Another positive electrode active material is a material used as a positive electrode active material in a conventional lithium ion secondary battery. Examples of the positive electrode active material in the conventional lithium ion secondary battery include various oxides, sulfides, lithium-containing oxides, and conductive polymers. A lithium-transition metal composite oxide is preferable.
ここで、別の正極活物質については、オリビン構造であっても、オリビン構造以外の構造であっても、いずれでもよい。この場合、電位が4.0V以下の正極活物質であることが好ましい。 Here, the other positive electrode active material may have either an olivine structure or a structure other than the olivine structure. In this case, a positive electrode active material having a potential of 4.0 V or less is preferable.
導電材は、正極2の電気伝導性を確保する。導電材としては、黒鉛の微粒子、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンナノファイバーなどのカーボンブラック、ニードルコークスなどの無定形炭素の微粒子などを使用できるが、これらに限定されない。
The conductive material ensures the electrical conductivity of the
正極合剤の結着材は、正極活物質粒子や導電材を結着する。結着材としては、例えば、PVDF、EPDM、SBR、NBR、フッ素ゴムなどを使用できるが、これらに限定されない。 The binder of the positive electrode mixture binds the positive electrode active material particles and the conductive material. As the binder, for example, PVDF, EPDM, SBR, NBR, fluororubber and the like can be used, but are not limited thereto.
正極合剤の溶媒としては、通常は結着材を溶解する有機溶媒を使用する。例えば、NMP、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、アクリル酸メチル、ジエチルトリアミン、N−N−ジメチルアミノプロピルアミン、エチレンオキシド、テトラヒドロフランなどを挙げることができるが、これらに限定されない。また、水に分散剤、増粘剤などを加えてPTFEなどで正極活物質をスラリー化する場合もある。 As the solvent for the positive electrode mixture, an organic solvent that dissolves the binder is usually used. Examples thereof include, but are not limited to, NMP, dimethylformamide, dimethylacetamide, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, methyl acetate, methyl acrylate, diethyltriamine, NN-dimethylaminopropylamine, ethylene oxide, and tetrahydrofuran. In some cases, a positive electrode active material is slurried with PTFE or the like by adding a dispersant, a thickener, or the like to water.
正極集電体20は、例えば、アルミニウム、ステンレスなどの金属を加工したもの、例えば板状に加工した箔、網、パンチドメタル、フォームメタルなどを用いることができるが、これらに限定されない。
As the positive electrode
[負極]
負極3は、負極活物質を含有する。負極3は、負極集電体30の表面に、負極活物質を含む負極活物質層31を有する。負極活物質層31は、負極活物質と結着材とを混合して得られた負極合剤を負極集電体30の表面に塗布、乾燥して形成される。負極合剤は、適当な溶媒によりペースト状(スラリー状)をなしている。
[Negative electrode]
The
負極3の負極活物質は、従来の負極活物質を用いることができる。Sn、Si、Sb、Ge、Cの少なくともひとつの元素を含有する負極活物質を挙げることができる。これらの負極活物質のうち、Cは、リチウムイオン二次電池の電解質イオンを吸蔵・脱離可能な(Li吸蔵能がある)炭素材料であることが好ましく、グラファイトや黒鉛であることがより好ましい。
A conventional negative electrode active material can be used as the negative electrode active material of the
また、これらの負極活物質のうち、Sn、Sb、Geは、特に、体積変化の多い合金材料である。これらの負極活物質は、Ti−Si、Ag−Sn、Sn−Sb、Ag−Ge、Cu−Sn、Ni−Snなどのように、別の金属と合金をなしていてもよい。 Of these negative electrode active materials, Sn, Sb, and Ge are alloy materials that have a large volume change. These negative electrode active materials may form an alloy with another metal such as Ti—Si, Ag—Sn, Sn—Sb, Ag—Ge, Cu—Sn, and Ni—Sn.
負極3の導電材としては、炭素材料、金属粉、導電性ポリマーなどを用いることができる。導電性と安定性の観点から、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンブラックなどの炭素材料を使用することが好ましい。
As the conductive material of the
負極3の結着材としては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、フッ素樹脂共重合体(四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体)SBR、アクリル系ゴム、フッ素系ゴム、ポリビニルアルコール(PVA)、スチレン・マレイン酸樹脂、ポリアクリル酸塩、カルボキシルメチルセルロース(CMC)などを挙げることができる。
負極3の合剤の溶媒としては、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)などの有機溶媒、又は水などを挙げることができる。
As the binder of the
Examples of the solvent for the mixture of the
負極集電体30は、従来の集電体を用いることができ、銅、ステンレス、チタンあるいはニッケルなどの金属を加工したもの、例えば板状に加工した箔、網、パンチドメタル、フォームメタルなどを用いることができるが、これらに限定されない。
As the negative electrode
[非水電解液]
非水電解液4は、上記の(1)式の化合物よりなる第1の添加剤と、(2)式の化合物よりなる第2の添加剤と、を有する。これらの添加剤以外の構成としては、公知の材料構成のものを用いることができ、支持塩が有機溶媒に溶解してなるものであることが好ましい。
[Non-aqueous electrolyte]
The nonaqueous
第1の添加剤は、上記の(1)式の化合物よりなる。この第1の添加剤は、非水電解液4の耐久性を高める。非水電解液4の耐久性とは、二次電池1の電池性能を維持できる特性を示す。具体的には、二次電池1の電池容量を維持する特性を示し、耐久性が低下することは電池容量の維持率(放電容量維持率)が低下することを示す。
A 1st additive consists of a compound of said (1) Formula. This first additive increases the durability of the
第1の添加剤は、二次電池1の正極2、及び負極3の表面で反応することで被膜を形成する。
第1の添加剤は、(1)式の化合物であれば具体的な組成は限定されない。例えば、下記(5)式の化合物を挙げることができる。
The first additive forms a film by reacting on the surfaces of the
The specific composition of the first additive is not limited as long as it is a compound of the formula (1). For example, the compound of the following formula (5) can be mentioned.
これらの化合物のうち、第1の添加剤は、ビニレンカーボネート又はフルオロエチレンカーボネートであることが好ましい。 Of these compounds, the first additive is preferably vinylene carbonate or fluoroethylene carbonate.
第2の添加剤は、上記の(2)式の化合物よりなる。この第2の添加剤は、非水電解液4において導電性(イオン導電性)を高める。第2の添加剤が導電性(イオン導電性)を高めることで、第1の添加剤による抵抗の増加が生じても、非水電解液4の抵抗の増加が抑えられる。具体的には、第1の添加剤は、二次電池1の負極3の表面で重合し、被膜を形成する。このとき、第2の添加剤は、負極3の表面に存在し、負極3が完全に被覆されることを防止する。つまり、第1の添加剤の重合被膜が負極3の表面を完全に被覆することを、第2の添加剤が防止することで、負極3の導電性(イオン導電性)が確保される。すなわち、二次電池1の内部抵抗の上昇が抑えられる。
A 2nd additive consists of a compound of said (2) Formula. This second additive increases the conductivity (ionic conductivity) in the
第2の添加剤は、(2)式に示したように、−SO2−で示されるスルホニル基と、Li+B−、Li+P−で示されるリチウム塩結合部と、を有する。スルホニル基は、第1の添加剤が重合被膜を形成するときに、重合被膜に取り込まれて第2の添加剤を重合被膜に固定する。その上で、第2の添加剤は、リチウム塩結合部を有しており、導電性(イオン導電性)を有している。第2の添加剤は、第1の添加剤の重合被膜に固定されても、リチウム塩結合部が維持されているため、導電性(イオン導電性)を有している。この結果、本形態の非水電解液4では、高い耐久性と、導電性が維持される。
第2の添加剤は、(2)式の化合物であれば具体的な組成は限定されない。例えば、下記(6)式の化合物を挙げることができる。
As shown in the formula (2), the second additive has a sulfonyl group represented by —SO 2 — and a lithium salt bond portion represented by Li + B − and Li + P − . The sulfonyl group is taken into the polymer film when the first additive forms the polymer film, and fixes the second additive to the polymer film. In addition, the second additive has a lithium salt bond and has conductivity (ionic conductivity). Even if the second additive is fixed to the polymer film of the first additive, the lithium salt bonding portion is maintained, and thus the second additive has conductivity (ionic conductivity). As a result, in the nonaqueous
The specific composition of the second additive is not limited as long as it is a compound of the formula (2). For example, the compound of following (6) Formula can be mentioned.
本形態の非水電解液4は、(3)式の化合物、(4)式の化合物の少なくとも1種よりなる第3の添加剤を更に有することが好ましい。第3の添加剤は、第1の添加剤により得られる効果をより発揮できるようになる。
It is preferable that the nonaqueous
第3の添加剤は、(3)式や(4)式で示される化合物であれば具体的な組成は限定されない。例えば、(3)式の化合物は下記(7)式の化合物を、(4)式の化合物は下記(8)式の化合物を、それぞれ挙げることができる。 The specific composition of the third additive is not limited as long as it is a compound represented by formula (3) or formula (4). For example, the compound of formula (3) can be exemplified by the compound of formula (7) below, and the compound of formula (4) can be exemplified by the compound of formula (8) below.
本形態の非水電解液4において、第1の添加剤の含有割合は、限定されるものではないが、非水電解液4全体の質量を100mass%としたときに、0.1〜5.0mass%であることが好ましい。第1の添加剤の含有割合がこの範囲内となることで、上記した耐久性向上の効果を発揮する。含有割合がこの範囲未満となると、第1の添加剤の含有割合が少なくなり、耐久性が低下する。また、含有割合がこの範囲を超えて大きくなると、電極表面での反応量が多くなることで抵抗が増加する。より好ましい含有割合は0.5〜4.0mass%であり、更に好ましい含有割合は1.0〜3.5mass%である。
In the nonaqueous
本形態の非水電解液4において、第2の添加剤の含有割合は、限定されるものではないが、非水電解液4全体の質量を100mass%としたときに、0.1〜2.0mass%であることが好ましい。第2の添加剤の含有割合がこの範囲内となることで、上記した導電性向上の効果を発揮する。含有割合がこの範囲未満となると、第2の添加剤の含有割合が少なくなり、導電性向上の効果が得られなくなる。また、含有割合がこの範囲を超えて大きくなると、第1の添加剤による被膜形成を抑制することで耐久性が低下する。より好ましい含有割合は0.2〜1.5mass%であり、更に好ましい含有割合は0.5〜1.0mass%である。
In the nonaqueous
本形態の非水電解液4において、第3の添加剤の含有割合は、限定されるものではないが、非水電解液4全体の質量を100mass%としたときに、0.1〜1.5mass%であることが好ましい。第3の添加剤の含有割合がこの範囲内となることで、上記した耐久性向上の効果を発揮する。含有割合がこの範囲未満となると、第3の添加剤の含有割合が少なくなり、耐久性が低下する。また、含有割合がこの範囲を超えて大きくなると、電極表面での反応量が多くなることで抵抗が増加する。より好ましい含有割合は0.2〜1.0mass%であり、更に好ましい含有割合は0.3〜0.7mass%である。
In the
本形態の非水電解液4は、第1の添加剤の含有割合と第3の添加剤の含有割合の合計と、第2の添加剤の含有割合と、の比が0.2以上3.0以下であることが好ましい。
In the nonaqueous
この比が0.2〜3.0の範囲内となることで、本形態の二次電池1において非水電解液4が、高い耐久性と、導電性とを有する維持できる。比の値が0.2未満となると、第1の添加剤(第3の添加剤)の含有割合が少なくなり、耐久性が低下する。また、比の値が3.0を超えて大きくなると、第2の添加剤の含有割合が少なくなり、導電性が低下し、二次電池1の内部抵抗が増加するようになる。より好ましい比の値は0.5〜2.5であり、更に好ましい比の値は1.0〜2.0である。
When this ratio is in the range of 0.2 to 3.0, in the
本形態の非水電解液4は、ホウ素を含むオキサレート錯体を更に有することが好ましい。オキサレート錯体は、電池特性(耐久性と導電性)を向上する。なお、この電池特性の向上の効果は、第1の添加剤(第3の添加剤)及び第2の添加剤により得られる効果程高くない。
オキサレート錯体は、例えば、下記(9)式の化合物を挙げることができる。
It is preferable that the nonaqueous
Examples of the oxalate complex include compounds of the following formula (9).
本形態の非水電解液4において、オキサレート錯体の含有割合は、限定されるものではないが、非水電解液4全体の質量を100mass%としたときに、0.1〜1.5mass%であることが好ましい。オキサレート錯体の含有割合がこの範囲内となることで、上記した耐久性と導電性に対する効果を発揮する。含有割合がこの範囲未満となると、添加の効果が得られない。また、含有割合がこの範囲を超えて大きくなると、分解量が多くなることにより抵抗が増加することに加えてガスが発生する。より好ましい含有割合は0.1〜1.2mass%であり、更に好ましい含有割合は0.3〜1.0mass%である。
In the nonaqueous
非水電解液4の支持塩は、その種類が特に限定されるものではなく、例えば、LiPF6、LiBF4、LiClO4及びLiAsF6から選ばれる無機塩、これらの無機塩の誘導体、LiSO3CF3、LiC(SO3CF3)3及びLiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2、LiN(SO2CF3)(SO2C4F9)、から選ばれる有機塩、並びにこれらの有機塩の誘導体の少なくとも1種であることが好ましい。これらの支持塩は、電池性能を更に優れたものとすることができ、かつその電池性能を室温以外の温度域においても更に高く維持することができる。支持塩の濃度についても特に限定されるものではなく、支持塩及び有機溶媒の種類を考慮して適切に選択することが好ましい。
The kind of the supporting salt of the nonaqueous
支持塩が溶解する有機溶媒(非水溶媒)は、通常の非水電解液に用いられる有機溶媒であれば特に限定されるものではなく、例えば、カーボネート類、ハロゲン化炭化水素、エーテル類、ケトン類、ニトリル類、ラクトン類、オキソラン化合物等を用いることができる。特に、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、1、2−ジメトキシエタン、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ビニレンカーボネート等及びそれらの混合溶媒が好ましい。これらの有機溶媒のうち、特にカーボネート類、エーテル類からなる群より選ばれた1種以上の非水溶媒を用いることが、支持塩の溶解性、誘電率及び粘度において優れ、リチウムイオン二次電池1の充放電効率が高くなるため好ましい。
The organic solvent (non-aqueous solvent) in which the supporting salt dissolves is not particularly limited as long as it is an organic solvent used in ordinary non-aqueous electrolytes. For example, carbonates, halogenated hydrocarbons, ethers, ketones , Nitriles, lactones, oxolane compounds and the like can be used. In particular, propylene carbonate, ethylene carbonate, 1,2-dimethoxyethane, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, vinylene carbonate and the like, and mixed solvents thereof are preferable. Among these organic solvents, the use of one or more non-aqueous solvents selected from the group consisting of carbonates and ethers is particularly excellent in the solubility, dielectric constant and viscosity of the supporting salt, and the lithium ion
[その他の構成]
本形態の二次電池1は、正極2及び負極3を、正極活物質層21と負極活物質層31とが対向した状態で、セパレータ5を介した状態で非水電解液4とともに、電池ケース6内に収容する。
[Other configurations]
The
(セパレータ)
セパレータ5は、正極2及び負極3を電気的に絶縁し、非水電解液4を保持する役割を果たす。セパレータ5は、例えば、多孔性合成樹脂膜、特にポリオレフィン系高分子(ポリエチレン、ポリプロピレン)の多孔膜を用いることが好ましい。
(Separator)
The
(電池ケース)
電池ケース6は、正極2及び負極3を、セパレータ5を介した状態で非水電解液4とともに、その内部に収容(封入)する。
電池ケース6は、内部と外部との間で水分の透過を阻害する材質よりなる。このような材質としては、金属層を有する材質を挙げることができる。
(Battery case)
The
The
[実施形態1の効果]
(第1の効果)
本形態の二次電池1は、電位が4.0V以下のオリビン構造の化合物を正極活物質として有する。この正極活物質は、プラトー領域が高電位となることで添加剤(第1の添加剤)の分解が発生することが抑えられる。
[Effect of Embodiment 1]
(First effect)
The
そして、本形態の二次電池1は、非水電解液4が第1の添加剤と第2の添加剤を含有する。第1の添加剤は、電池の耐久性を向上する。第2の添加剤は導電性を高める。
この結果、本形態の二次電池1は、耐久性と導電性に優れた電池となる効果を発揮する。
In the
As a result, the
(第2の効果)
本形態の二次電池1は、非水電解液4が第3の添加剤を更に有する。第3の添加剤は、第1の添加剤により得られる効果をより発揮できるようになる。この結果、本形態の二次電池1は、耐久性と導電性により優れた電池となる効果を発揮する。
(Second effect)
In the
(第3の効果)
本形態の二次電池1は、第1の添加剤(及び第3の添加剤)の含有割合(合計)と、第2の添加剤の含有割合と、の比が0.2以上3.0以下である。この構成となることで、本形態の二次電池1は、耐久性と導電性に更に優れた電池となる効果を発揮する。
(Third effect)
In the
(第4の効果)
本形態の二次電池1は、第1の添加剤が、ビニレンカーボネート又はフルオロエチレンカーボネートである。この構成によると、第1の添加剤による電池の耐久性を向上する効果をより発揮できる。
(Fourth effect)
In the
(第5の効果)
本形態の二次電池1は、非水電解液4がホウ素を含むオキサレート錯体を更に有する。この構成によると、電池特性(耐久性と導電性)を向上する効果をより発揮できる。
(Fifth effect)
The
[実施形態2]
本形態は、実施形態1の二次電池1をラミネート型の電池に適用した形態であり、正極2、負極3、非水電解液4等の構成は、実施形態1と同様である。本形態の二次電池1の構成を、図2〜図3に示した。図2では二次電池1を斜視図で、図3では図2中のIII−III断面における断面図で、それぞれ構成を示した。
[Embodiment 2]
In this embodiment, the
本形態の二次電池1は、正極2及び負極3をラミネートケースよりなる電池ケース6に収容(封入)してなる。なお、本形態で特に限定されない構成は、実施形態1と同様とする。
The
正極2は、略方形状の正極集電体20の表面(両面)に、正極活物質層21を形成してなる。正極2は、方形状の1辺に、正極集電体20が露出した(正極活物質層21が形成されない)未塗布部22を有する。
The
負極3は、略方形状の負極集電体30の表面(両面)に、負極活物質層31を形成してなる。負極3は、方形状の1辺に、負極集電体30が露出した(負極活物質層31が形成されない)未塗布部32を有する。
The
負極3は、負極活物質層31が、正極2の正極活物質層21よりも広く形成される。負極3の負極活物質層31を正極活物質層21に重ねたときに、正極活物質層21を露出することなく完全に被覆できる大きさに形成されている。
正極2及び負極3は、セパレータ5を介して積層した状態で、非水電解液4とともにラミネートフィルムから形成される電池ケース6に収容(封入)される。
セパレータ5は、負極活物質層31よりも広い面積で形成される。
In the
The
The
正極2及び負極3は、セパレータ5を介した状態で、正極活物質層21と負極活物質層31との中心が重なる状態で積層される。このとき、正極2の未塗布部22と、負極3の未塗布部32と、が反対方向(互いに背向する方向)に配される。
The
(電池ケース)
電池ケース6は、ラミネートフィルム60から形成される。ラミネートフィルムは、可塑性樹脂層601/金属箔602/可塑性樹脂層603をこの順で含む。電池ケース6は、予め所定の形状に曲成されたラミネートフィルム60を、熱や何らかの溶媒により可塑性樹脂層601、503を軟化させた状態で別のラミネートフィルムなどに押圧することにより接着される。
(Battery case)
The
電池ケース6は、正極2及び負極3を収容可能な形状に予め成形(エンボス加工)されたラミネートフィルム60を重ね合わせ、外周の端縁部を全周にわたって接着して、正極2及び負極3を内部に封入して形成される。外周の接着により、封止部が形成される。本形態での外周の接着は、融着でなされた。
The
電池ケース6は、ラミネートフィルム60に、別のラミネートフィルム60を重ね合わせて形成される。ここで、別のラミネートフィルム60とは、接着(融着)されるラミネートフィルムを示すものである。すなわち、電池ケース6は、2枚以上のラミネートフィルム60から形成する態様だけでなく、1枚のラミネートフィルムを折り返して形成する態様も含む。
The
電池ケース6の外周の接着(組み立て)は、減圧雰囲気下(好ましくは真空)で行われる。これにより、電池ケース6内に大気(それに含まれる水分)が含まれることなく、電極体のみが封入される。
Bonding (assembling) the outer periphery of the
予め成形されたラミネートフィルム60は、図2〜図3に示したように、重ね合わされたときに別のラミネートフィルム60との間で封止部62を形成する平板部61と、平板部61の中央部に形成された正極2及び負極3を収容可能な槽状部63と、を有する。
As shown in FIGS. 2 to 3, the
ラミネートフィルム60、60は、図2〜図3に示したように、正極2及び負極3を収容可能な凹字状をなすように曲成(成形)されている。ラミネートフィルム60、60は、同一形状をなし、互いに対向した向きで重ね合わせたときに、平板部61、61が完全に重なり合う。
As shown in FIGS. 2 to 3, the
ラミネートフィルム60は、平板部61及び槽状部63の底部63A(二次電池1の積層方向の端部を形成する部分)が平行に形成されている。平板部61と槽状部63の底部63Aとは、立設部63Bにより接続されている。立設部63Bは、平板部61及び底部63Aの平行な方向に対して交差する方向(傾斜した方向)に伸びている。底部63Aは、槽状部63の開口部(平板部61の内方の端部)よりも小さく形成されている。
In the
電池ケース6において、平板部61、61の周縁部に封止部62が形成され、封止部62の内方(電極体に近接する方向)には、平板部61、61が重なり合った未接着の部分が形成されている。平板部61、61が重なり合った未接着の部分は、当接した状態であっても、隙間を形成した状態であっても、いずれでもよい。更に、電極板2、3の未塗布部22、32やセパレータ5が介在していてもよい。
ラミネートフィルム60、60は、図2〜図3に示された形状に予め成形されている。この形状への成形は、従来公知の成形方法が用いられる。
二次電池1は、正極2と負極3のそれぞれが、電極端子(正極端子65、負極端子66)に接続される。
In the
In the
(電極端子)
正極端子65は、正極2の未塗布部22に電気的に接続されている。負極端子66は、負極3の未塗布部32に電気的に接続されている。本形態では、電極端子65、66のそれぞれには、電極2、3の未塗布部22、32が溶接(振動溶接)で接合されている。電極2、3の未塗布部22、32の幅方向の中央部が、電極端子65、66に接合される。
(Electrode terminal)
The
電極端子65、66のそれぞれは、電池ケース6を貫通する部分では、ラミネートフィルム60、60の可塑性樹脂層601と電極端子65、66とが密封状態を保つように、シーラント64を介して接合されている。
Each of the
電極端子65、66はシート状(箔状)の金属よりなり、シーラント64は、シート状の電極端子65、66を被覆する樹脂よりなる。シーラント64は、電極端子65、66が平板部61と重なる部分を被覆する。電極端子65、66がシート状をなすことで、電池ケース6を貫通する部分で電極端子65、66が介在することによるラミネートフィルム60の変形の応力を低減できる。また、電極2、3の未塗布部22、32との溶接(振動溶接)を簡単に行うことができる。
[実施形態2の効果]
本形態の二次電池1は、形状が異なること以外は実施形態1と同様な構成であり、実施形態1と同様な効果を発揮する。
The
[Effect of Embodiment 2]
The
[変形形態]
実施形態2の二次電池1は、実施形態1の二次電池1をラミネート型の電池に適用した形態である。すなわち、実施形態1の二次電池1は、ラミネート型以外の構成に適用してもよい。例えば、実施形態2のラミネート型の不定形の二次電池1以外に、コイン型、円筒型、角型等、種々の形状の電池とすることができる。
なお、二次電池1は、直列及び/又は並列に組み合わせた組電池を形成して実用に供してもよい。
[Deformation]
The
The
以下、実施例を用いて本発明を説明する。
本発明を具体的に説明するための実施例として、実施形態2に示したリチウムイオン二次電池を製造した。
Hereinafter, the present invention will be described using examples.
As an example for specifically explaining the present invention, the lithium ion secondary battery shown in
(実施例1)
本例の正極2は、オリビン構造のLiFePO4を正極活物質として用いた。LiFePO4は、電位が3.4V(4.0V以下)である。
そして、正極活物質80質量部、アセチレンブラック(AB)10質量部、PVDFバインダ10質量部を溶媒に混合して得られた正極合剤をアルミニウム箔よりなる正極集電体20に塗布、乾燥して正極活物質層21を形成したものを用いた。
Example 1
In the
Then, a positive electrode mixture obtained by mixing 80 parts by mass of a positive electrode active material, 10 parts by mass of acetylene black (AB), and 10 parts by mass of a PVDF binder with a solvent is applied to the positive electrode
負極3は、負極活物質としてグラファイトを用いてなる。そして、負極活物質98質量部、CMC1質量部、SBR1質量部を溶媒に混合して得られた負極合剤を調製した。負極合剤を厚さ0.01mmの銅箔よりなる負極集電体30の両面に塗布、乾燥して負極活物質層31を形成したものを用いた。
セパレータ5には、ポリエチレンよりなる多孔質膜が用いられた。
The
For the
非水電解液4には、EC:DMC:EMCが30:30:40の割合(vol%)になるように混合した混合溶媒に、LiPF6を1mol%となるように溶解させたものに、第1の添加剤及び第2の添加剤を表1に記載の通り添加してなるものが用いられた。
In the
非水電解液4に添加された第1の添加剤は、(a)で示された化合物(ビニレンカーボネート)である。第1の添加剤は、非水電解液4全体の質量を100mass%としたときに、3mass%となる割合で添加された。
The 1st additive added to the
非水電解液4に添加された第2の添加剤は、(f)で示された化合物である。第2の添加剤は、非水電解液4全体の質量を100mass%としたときに、1.5mass%となる割合で添加された。
第1の添加剤の含有割合と、第2の添加剤の含有割合と、の比は2.0である。この比は、表1では、添加剤比として示した。
The second additive added to the nonaqueous
The ratio of the content ratio of the first additive and the content ratio of the second additive is 2.0. This ratio is shown in Table 1 as additive ratio.
なお、表1には、以下の各例の構成も合わせて示した。 Table 1 also shows the configurations of the following examples.
(実施例2)
本例は、非水電解液4に添加された第1の添加剤と第2の添加剤の含有割合が異なること以外は、実施例1と同様な構成である。
(Example 2)
This example has the same configuration as that of Example 1 except that the content ratios of the first additive and the second additive added to the nonaqueous
第1の添加剤は、非水電解液4全体の質量を100mass%としたときに、6mass%となる割合で添加された。第2の添加剤は、非水電解液4全体の質量を100mass%としたときに、1mass%となる割合で添加された。
第1の添加剤の含有割合と、第2の添加剤の含有割合と、の比は6.0である。
The 1st additive was added in the ratio used as 6 mass%, when the mass of the
The ratio of the content ratio of the first additive and the content ratio of the second additive is 6.0.
(実施例3)
本例は、非水電解液4に添加された添加剤が異なること以外は、実施例1と同様な構成である。
Example 3
This example has the same configuration as that of Example 1 except that the additive added to the nonaqueous
非水電解液4に添加された第1の添加剤は、(b)で示された化合物(フルオロエチレンカーボネート)である。第1の添加剤は、非水電解液4全体の質量を100mass%としたときに、3mass%となる割合で添加された。
The first additive added to the
第2の添加剤は、実施例1と同様に(f)で示された化合物である。第2の添加剤は、非水電解液4全体の質量を100mass%としたときに、3mass%となる割合で添加された。
第1の添加剤の含有割合と、第2の添加剤の含有割合と、の比は1.0である。
The second additive is the compound shown in (f) as in Example 1. The 2nd additive was added in the ratio used as 3 mass%, when the mass of the
The ratio of the content ratio of the first additive and the content ratio of the second additive is 1.0.
(実施例4)
本例は、非水電解液4に添加された添加剤が異なること以外は、実施例1と同様な構成である。
Example 4
This example has the same configuration as that of Example 1 except that the additive added to the nonaqueous
非水電解液4に添加された第1の添加剤は、(c)で示された化合物である。第1の添加剤は、非水電解液4全体の質量を100mass%としたときに、1.5mass%となる割合で添加された。
The first additive added to the nonaqueous
第2の添加剤は、(h)で示された化合物である。第2の添加剤は、非水電解液4全体の質量を100mass%としたときに、1.5mass%となる割合で添加された。
第1の添加剤の含有割合と、第2の添加剤の含有割合と、の比は1.0である。
The second additive is the compound represented by (h). The 2nd additive was added in the ratio used as 1.5 mass%, when the mass of the
The ratio of the content ratio of the first additive and the content ratio of the second additive is 1.0.
(実施例5)
本例は、非水電解液4に添加された添加剤が異なること以外は、実施例1と同様な構成である。
(Example 5)
This example has the same configuration as that of Example 1 except that the additive added to the nonaqueous
非水電解液4には、EC:DMC:EMCが30:30:40の割合(vol%)になるように混合した混合溶媒に、LiPF6を1mol%となるように溶解させたものに、第1の添加剤、第3の添加剤及び第2の添加剤を添加してなるものが用いられた。
In the
非水電解液4に添加された第1の添加剤は、実施例1と同様に(a)で示された化合物(ビニレンカーボネート)である。第1の添加剤は、非水電解液4全体の質量を100mass%としたときに、1.5mass%となる割合で添加された。
The first additive added to the
非水電解液4に添加された第3の添加剤は、(d)で示された化合物である。第3の添加剤は、非水電解液4全体の質量を100mass%としたときに、1mass%となる割合で添加された。
The third additive added to the nonaqueous
非水電解液4に添加された第2の添加剤は、(5)で示された化合物である。第2の添加剤は、非水電解液4全体の質量を100mass%としたときに、1mass%となる割合で添加された。
第1の添加剤と第3の添加剤の含有割合の合計と、第2の添加剤の含有割合と、の比は2.5である。
The second additive added to the nonaqueous
The ratio of the total content ratio of the first additive and the third additive to the content ratio of the second additive is 2.5.
(実施例6)
本例は、非水電解液4に添加された第3の添加剤が異なること以外は、実施例5と同様な構成である。
第3の添加剤は、(e)で示された化合物である。第3の添加剤は、非水電解液4全体の質量を100mass%としたときに、1mass%となる割合で添加された。
第1の添加剤と第3の添加剤の含有割合の合計と、第2の添加剤の含有割合と、の比は2.5である。
(Example 6)
This example has the same configuration as that of Example 5 except that the third additive added to the nonaqueous
The third additive is the compound shown in (e). The 3rd additive was added in the ratio used as 1 mass%, when the mass of the
The ratio of the total content ratio of the first additive and the third additive to the content ratio of the second additive is 2.5.
(実施例7)
本例は、非水電解液4に添加された添加剤が異なること以外は、実施例1と同様な構成である。
(Example 7)
This example has the same configuration as that of Example 1 except that the additive added to the nonaqueous
非水電解液4には、EC:DMC:EMCが30:30:40の割合(vol%)になるように混合した混合溶媒に、LiPF6を1mol%となるように溶解させたものに、第1の添加剤、第2の添加剤、及びホウ素を含むオキサレート錯体を添加してなるものが用いられた。
In the
非水電解液4に添加された第1の添加剤は、実施例1と同様に(a)で示された化合物(ビニレンカーボネート)である。第1の添加剤は、非水電解液4全体の質量を100mass%としたときに、1.5mass%となる割合で添加された。
The first additive added to the
非水電解液4に添加された第2の添加剤は、(g)で示された化合物である。第2の添加剤は、非水電解液4全体の質量を100mass%としたときに、1mass%となる割合で添加された。
The second additive added to the
ホウ素を含むオキサレート錯体は、(i)で示された化合物である。非水電解液4全体の質量を100mass%としたときに、0.5mass%となる割合で添加された。
第1の添加剤の含有割合と、第2の添加剤の含有割合と、の比は1.5である。
The oxalate complex containing boron is the compound represented by (i). When the mass of the whole
The ratio of the content ratio of the first additive and the content ratio of the second additive is 1.5.
(実施例8)
本例は、正極活物質の材質と、非水電解液4に添加された第1の添加剤の含有割合とが異なること以外は、実施例1と同様な構成である。
本例の正極2は、オリビン構造のLiMnPO4を正極活物質として用いる。LiMnPO4は、電位が3.95V(4.0V以下)である。
(Example 8)
This example has the same configuration as that of Example 1 except that the material of the positive electrode active material and the content ratio of the first additive added to the nonaqueous
The
非水電解液4に添加された第1の添加剤は、実施例1と同様に(a)で示された化合物(ビニレンカーボネート)である。第1の添加剤は、非水電解液4全体の質量を100mass%としたときに、1.5mass%となる割合で添加された。
The first additive added to the
非水電解液4に添加された第2の添加剤は、(g)で示された化合物である。第2の添加剤は、非水電解液4全体の質量を100mass%としたときに、1mass%となる割合で添加された。
第1の添加剤の含有割合と、第2の添加剤の含有割合と、の比は1.0である。
The second additive added to the
The ratio of the content ratio of the first additive and the content ratio of the second additive is 1.0.
(比較例1)
本例は、非水電解液4が異なること以外は、実施例1と同様な二次電池1である。
本例の非水電解液4は、EC:DMC:EMCが30:30:40の割合(vol%)になるように混合した混合溶媒に、LiPF6を1mol%となるように溶解させたものに、第1の添加剤のみを添加してなるものが用いられた。
(Comparative Example 1)
This example is a
The
非水電解液4に添加された第1の添加剤は、実施例1と同様に(a)で示された化合物(ビニレンカーボネート)である。第1の添加剤は、非水電解液4全体の質量を100mass%としたときに、1.5mass%となる割合で添加された。
本例は、非水電解液4に第2の添加剤が添加されていない例である。
The first additive added to the
In this example, the second additive is not added to the nonaqueous
(比較例2)
本例は、正極活物質の材質が異なること以外は、実施例1と同様な二次電池1である。
本例の正極2は、層状構造のLiCoO2を正極活物質として用いる。この正極活物質は、オリビン構造ではない。また、LiCoO2は、電位が3.8V(4.0V以下)である。
(Comparative Example 2)
This example is a
The
(比較例3)
本例は、非水電解液4が異なること以外は、実施例1と同様な二次電池1である。
本例の非水電解液4は、EC:DMC:EMCが30:30:40の割合(vol%)になるように混合した混合溶媒に、LiPF6を1mol%となるように溶解させたものに、第2の添加剤のみを添加してなるものが用いられた。
(Comparative Example 3)
This example is a
The
非水電解液4に添加された第2の添加剤は、実施例1と同様に(f)で示された化合物である。第1の添加剤は、非水電解液4全体の質量を100mass%としたときに、1.5mass%となる割合で添加された。
本例は、非水電解液4に第1の添加剤が添加されていない例である。
The second additive added to the
In this example, the first additive is not added to the nonaqueous
(比較例4)
本例は、正極活物質の材質が異なること以外は、実施例1と同様な二次電池1である。
本例の正極2は、オリビン構造のLiCoPO4を正極活物質として用いる。LiCoPO4は、電位が4.8V(4.0Vを超えた値)である。
(Comparative Example 4)
This example is a
The
[評価]
各例の二次電池1に対し、充放電を繰り返して行い、試験後の容量維持率及び抵抗増加率を測定した。なお、各例の二次電池1は、いずれも25Ahとなるように形成されている。
[Evaluation]
The
(充放電試験)
二次電池1に対し、1Cレートで充電及び放電を300サイクル行った。充電は4.2VのCC−CV充電で、放電は2.0VのCC放電で、それぞれ行われた。
(Charge / discharge test)
The
(容量維持率)
容量維持率は、初回と300サイクル後の電池容量を測定し、その比から各二次電池の容量維持率を求めた。容量維持率の測定結果を表1に示した。表1では、比較例1の容量維持率を100%としたときに、各電池の容量維持率の比として示した。すなわち、相対容量維持率として示した。
(Capacity maintenance rate)
For the capacity maintenance rate, the battery capacity after the first and 300 cycles was measured, and the capacity maintenance rate of each secondary battery was determined from the ratio. The measurement results of the capacity retention rate are shown in Table 1. In Table 1, when the capacity maintenance rate of the comparative example 1 was set to 100%, it showed as a ratio of the capacity maintenance rate of each battery. That is, it was shown as a relative capacity maintenance rate.
(抵抗増加率)
抵抗増加率は、まず、SOCを60%としたときに、放電レート1C、2C、3C、5C、及び10Cにて放電を行ったそれぞれの場合において放電開始前から10秒経過したときの電圧の傾きを求め、それらの値より内部抵抗を測定し、初回と300サイクル後の内部抵抗の比から、各二次電池の抵抗増加率を求めた。容量維持率の測定結果を表1に合わせて示した。表1では、比較例1の抵抗増加率を100%としたときに、各電池の抵抗増加率の比として示した。すなわち、相対抵抗増加率として示した。
(Resistance increase rate)
First, when the SOC is 60%, the resistance increase rate is the voltage at the time when 10 seconds have elapsed from the start of discharge in each of the cases where discharge was performed at discharge rates 1C, 2C, 3C, 5C, and 10C. The inclination was obtained, the internal resistance was measured from those values, and the resistance increase rate of each secondary battery was obtained from the ratio of the internal resistance after the first time and after 300 cycles. The results of measuring the capacity retention rate are shown in Table 1. In Table 1, when the resistance increase rate of the comparative example 1 was set to 100%, it showed as a ratio of the resistance increase rate of each battery. That is, it was shown as a relative resistance increase rate.
表2に示した容量維持率と抵抗増加率をプロットしたグラフを図4に示した。なお、図4において、プロットエリアの右下(高容量維持率、低抵抗増加率)にプロットされるほど、耐久性と導電性に優れた二次電池となる。 A graph plotting the capacity retention rate and the resistance increase rate shown in Table 2 is shown in FIG. In addition, in FIG. 4, it becomes a secondary battery excellent in durability and electroconductivity, so that it is plotted on the lower right (high capacity maintenance rate, low resistance increase rate) of the plot area.
表2及び図4に示したように、各実施例の二次電池1は、比較例1の二次電池1と比較して抵抗増加率が低くなっている。すなわち、各実施例の二次電池1は、比較例1の二次電池と比較して、導電性に優れたものとなっている。
As shown in Table 2 and FIG. 4, the
また、各実施例の二次電池1は、比較例3の二次電池1と比較して容量維持率が高くなっている。すなわち、各実施例の二次電池1は、比較例3の二次電池と比較して、耐久性に優れたものとなっている。
Further, the
その上で、各実施例の二次電池1は、比較例2の二次電池1と比較して同等以上の容量維持率を維持しながら、抵抗増加率が低くなっている。すなわち、各実施例の二次電池1は、比較例2の二次電池と比較して、耐久性と導電性に優れたものとなっている。
以上に示したように、本発明に相当する実施例の二次電池1は、耐久性と導電性に優れた二次電池となることが確認できた。
In addition, the
As described above, it was confirmed that the
1:リチウムイオン二次電池
2:正極 20:正極集電体 21:正極活物質層
3:負極 30:負極集電体 31:負極活物質層
4:非水電解液
5:セパレータ
6:電池ケース 60:ラミネートフィルム 61:平板部
62:封止部 63:槽状部 64:シーラント
65:正極端子 66:負極端子
1: Lithium ion secondary battery 2: Positive electrode 20: Positive electrode current collector 21: Positive electrode active material layer 3: Negative electrode 30: Negative electrode current collector 31: Negative electrode active material layer 4: Non-aqueous electrolyte 5: Separator 6: Battery case 60: Laminate film 61: Flat plate part 62: Sealing part 63: Tank-like part 64: Sealant 65: Positive electrode terminal 66: Negative electrode terminal
Claims (5)
該正極活物質が、電位が4.0V以下のオリビン構造の化合物を有し、
該非水電解液が、下記(1)式の化合物よりなる第1の添加剤と、下記(2)式の化合物よりなる第2の添加剤と、を有することを特徴とする非水電解液二次電池。
The positive electrode active material has a compound having an olivine structure with a potential of 4.0 V or less,
The non-aqueous electrolyte comprises: a first additive comprising a compound of the following formula (1); and a second additive comprising a compound of the following formula (2): Next battery.
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