JP2016219420A - 電池用電解液、および、電池 - Google Patents

電池用電解液、および、電池 Download PDF

Info

Publication number
JP2016219420A
JP2016219420A JP2016100758A JP2016100758A JP2016219420A JP 2016219420 A JP2016219420 A JP 2016219420A JP 2016100758 A JP2016100758 A JP 2016100758A JP 2016100758 A JP2016100758 A JP 2016100758A JP 2016219420 A JP2016219420 A JP 2016219420A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
battery
negative electrode
alkali metal
positive electrode
active material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2016100758A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6771144B2 (ja
Inventor
貴之 中堤
Takayuki Nakatsutsumi
貴之 中堤
真弓 前西
Mayumi Maenishi
真弓 前西
北條　伸彦
Nobuhiko Hojo
伸彦 北條
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Original Assignee
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd filed Critical Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Publication of JP2016219420A publication Critical patent/JP2016219420A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6771144B2 publication Critical patent/JP6771144B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0566—Liquid materials
    • H01M10/0569—Liquid materials characterised by the solvents
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0566—Liquid materials
    • H01M10/0567—Liquid materials characterised by the additives
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0413—Large-sized flat cells or batteries for motive or stationary systems with plate-like electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0436—Small-sized flat cells or batteries for portable equipment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0025—Organic electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0025—Organic electrolyte
    • H01M2300/0028—Organic electrolyte characterised by the solvent
    • H01M2300/0037—Mixture of solvents
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/485—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of mixed oxides or hydroxides for inserting or intercalating light metals, e.g. LiTi2O4 or LiTi2OxFy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)

Abstract

【課題】従来技術においては、入出力特性が高く、信頼性の高い電池の実現が望まれる。【解決手段】電池用電解液は、非水溶媒と、非水溶媒に溶解したアルカリ金属塩と、を含み、前記非水溶媒は、シクロプロパンカルボニトリルを含む。また、電池は、シクロプロパンカルボニトリルを含む非水溶媒と当該非水溶媒に溶解したアルカリ金属塩とを含む電池用電解液と、アルカリ金属イオンの吸蔵および放出が可能な正極活物質を含む正極と、アルカリ金属イオンの吸蔵および放出が可能な負極活物質またはアルカリ金属を含む負極とを備える。【選択図】図１

Description

本開示は、電池用電解液、および、電池に関する。
特許文献１には、ニトリル化合物を含む非水溶媒を用いた非水電解質を備える非水電解質二次電池が、開示されている。
特開２００４−３０３４３７号公報
従来技術においては、入出力特性が高く、信頼性の高い電池の実現が望まれる。
本開示の一様態における電池用電解液は、非水溶媒と、非水溶媒に溶解したアルカリ金属塩と、を含み、非水溶媒は、シクロプロパンカルボニトリルを含む。
本開示によれば、入出力特性が高く、信頼性の高い電池を実現することができる。
図１は、実施の形態２における電池の一例を示す模式的な斜視図である。 図２は、実施の形態２における電池の一例を示す模式的な断面図である。 図３は、実施例１における電極板の概略構成を示す図である。 図４は、実施例１における電池の概略構成を示す斜視図である。
以下、本開示の実施の形態が、説明される。
まず、本発明者の着眼点が、下記に説明される。
従来技術におけるカーボネート溶媒は、負極上において、一電子還元を受けて分解する。このとき、その分解物がＳｏｌｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ（ＳＥＩ）と呼ばれる不動態被膜を形成する。このため、溶媒の連続的な還元分解が抑制される。このように、カーボネート溶媒を用いた非水電解液は高い信頼性を有する。しかし、従来技術におけるカーボネート溶媒を用いた電解液のイオン伝導率は、低いという課題がある。
また、従来技術におけるニトリル溶媒は、ＳＥＩ形成能が低い。このため、連続的に負極上で溶媒が分解する。したがって、充放電を数サイクル繰り返した後の放電効率が低いという課題がある。
以上の着眼点に基づいて、本発明者は、本開示の構成を創作するに至った。
（実施の形態１）
実施の形態１における電池用電解液は、非水溶媒と、非水溶媒に溶解したアルカリ金属塩と、を含む。
非水溶媒は、シクロプロパンカルボニトリルを含む。
以上の構成によれば、実施の形態１における電池用電解液は、高いイオン伝導率と高い信頼性とを有する。これにより、入出力特性が高く、信頼性の高い電池を実現することができる。
一般的に、ニトリル基は、高い極性を有する。このため、ニトリル基は、リチウムイオンなどのアルカリ金属イオンに対して、高い配位能力を有する。このため、ニトリル基は、リチウム塩などのアルカリ金属塩を溶解する能力が、高い。
さらに、シクロプロパンカルボニトリルは、カーボネート系溶媒と比較して、低い粘度を有する。これにより、シクロプロパンカルボニトリルを含む溶媒中を、イオンが速く移動することができる。このような、イオン伝導率が高い電解液を用いることにより、電池の入出力特性は向上する。
以上のような要因により、イオン伝導率が向上すると考えられる。
ここで、プロピオニトリルなどのニトリル系溶媒は、下記の式（１）のように、充電時に負極表面上でニトリル基の部分が一電子還元を受けて、分子の分裂が起こると考えられる。この反応生成物は、分子量が小さく、溶媒中に溶解し易い。このため、この還元反応は、連続的に起こると考えられる。
Figure 2016219420
一方で、シクロプロパンカルボニトリルの場合には、下記の式（２）のように、ニトリル基の部分が還元分解を受けて、分子の開環が起こると考えられる。
Figure 2016219420
このような開環反応の場合、上述の式（１）の分裂反応と異なり、分子量の低下を伴わない。このため、溶媒に不溶な分子量の大きな化合物を、生成し易い。これらが、ＳＥＩとして負極上に堆積すると考えられる。このため、負極上での連続的な還元分解反応が抑制される。
以上のような要因により、信頼性が向上すると考えられる。
非水溶媒には、上述のシクロプロパンカルボニトリルに加えて、他の非水溶媒を含んでいてもよい。
他の非水溶媒としては、非水電解液のための公知の溶媒が用いられうる。具体的には、他の非水溶媒としては、環状炭酸エステル、鎖状炭酸エステル、環状カルボン酸エステル、鎖状カルボン酸エステル、鎖状ニトリル、環状エーテル、鎖状エーテル、など、が用いられうる。
非水溶媒に環状炭酸エステルが含まれる場合、Ｌｉ塩の溶解性を高めることができる。環状炭酸エステルとしては、エチレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、及びこれらの誘導体、など、が用いられうる。これらは単独で用いられてもよい。もしくは、２種類以上が組み合わされて、用いられてもよい。エチレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート、プロピレンカーボネートからなる群の少なくとも一つが用いられる場合には、電解液のイオン導電率を高めることができる。フルオロエチレンカーボネートが用いられる場合には、電解液の負極上での安定性を高めることができる。
すなわち、実施の形態１における電池用電解液においては、非水溶媒は、フルオロエチレンカーボネートを含んでもよい。
以上の構成によれば、電解液のイオン伝導率を高めることができる。また、電解液の負極上での安定性を高めることができる。
鎖状炭酸エステルとしては、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、およびこれらの誘導体、など、が用いられうる。これらの誘導体としては、上記カーボネートの水素基の一部をフルオロ基で置換したフルオロ化体が用いられうる。フルオロ化体が用いられる場合には、正極上での安定性を高めることができる。これらは単独で用いられてもよい。もしくは、２種類以上が組み合わされて、用いられてもよい。
環状カルボン酸エステルとしては、γ−ブチロラクトン、γ―バレロラクトン、および、これらの誘導体、など、が用いられうる。これらの誘導体としては、水素基の一部をフルオロ基で置換した化合物が用いられうる。当該化合物が用いられる場合には、耐酸化性を高めることができる。これらは単独で用いられてもよい。もしくは、２種類以上が組み合わされて、用いられてもよい。
鎖状カルボン酸エステルとしては、メチルアセテート、エチルアセテート、プロピルアセテート、メチルプロピオネート、エチルプロピオネート、プロピルプロピオネート、および、これらの誘導体、など、が挙げられる。これらの誘導体としては、水素基の一部をフルオロ基で置換した化合物が用いられうる。当該化合物が用いられる場合には、耐酸化性を高めることができる。これらは単独で用いられてもよい。もしくは、２種類以上が組み合わされて、用いられてもよい。
鎖状ニトリルとしては、アセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリル、バレロニトリル、イソブチロニトリル、ピバロニトリル、アジポニトリル、ピメロニトリル、および、これらの誘導体、など、が用いられうる。これらの誘導体としては、水素基の一部をフルオロ基で置換した化合物が用いられうる。当該化合物が用いられる場合には、耐酸化性を高めることができる。これらは単独で用いられてもよい。もしくは、２種類以上が組み合わされて、用いられてもよい。
環状エーテルとしては、１，３−ジオキソラン、１，４−ジオキソラン、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、および、これらの誘導体、など、が用いられうる。これらの誘導体としては、水素基の一部をフルオロ基で置換した化合物が用いられうる。当該化合物が用いられる場合には、耐酸化性を高めることができる。これらは単独で用いられてもよい。もしくは、２種類以上が組み合わされて、用いられてもよい。
鎖状エーテルとしては、１，２−ジメトキシエタン、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、エチルメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、および、これらの誘導体、など、が用いられうる。これらの誘導体としては、水素基の一部をフルオロ基で置換した化合物が用いられうる。当該化合物が用いられる場合には、耐酸化性を高めることができる。これらは単独で用いられてもよい。もしくは、２種類以上が組み合わされて、用いられてもよい。
非水溶媒に溶解させるアルカリ金属塩としては、リチウム塩、ナトリウム塩、など、が用いられうる。
リチウム塩としては、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＢＦ4、ＬｉＰＦ6、ＬｉＮ（ＳＯ2Ｆ）2、ＬｉＮ（ＳＯ2ＣＦ3）2、リチウムビスオキサレートボレート（ＬｉＢＯＢ）、など、が用いられうる。
ナトリウム塩としては、ＮａＣｌＯ4、ＮａＢＦ4、ＮａＰＦ6、ＮａＮ（ＳＯ2Ｆ）2、ＮａＮ（ＳＯ2ＣＦ3）2、など、が用いられうる。
ここで、実施の形態１における電池用電解液においては、アルカリ金属塩は、リチウム塩であってもよい。
このとき、リチウム塩は、ＬｉＢＦ4、ＬｉＰＦ6、ＬｉＮ（ＳＯ2ＣＦ3）2、および、ＬｉＮ（ＳＯ2Ｆ）2からなる群より選ばれる少なくとも１つであってもよい。
以上の構成によれば、電解液のイオン伝導率を高めることができる。
なお、電解液中のアルカリ金属塩のモル含有量は、例えば、０．５ｍｏｌ／Ｌ以上、かつ、２．０ｍｏｌ／Ｌ以下、であってもよい。
なお、実施の形態１における電池用電解液においては、非水溶媒の総体積に対するシクロプロパンカルボニトリルの割合は、１体積％以上であってもよい。
以上の構成によれば、入出力特性が高く、信頼性の高い電池を実現することができる。
また、実施の形態１における電池用電解液においては、非水溶媒の総体積に対するシクロプロパンカルボニトリルの割合は、５０体積％以上であってもよい。
以上の構成によれば、入出力特性が高く、かつ、より信頼性の高い電池を実現することができる。
また、実施の形態１における電池用電解液においては、非水溶媒の総体積に対するシクロプロパンカルボニトリルの割合は、８０体積％以上であってもよい。
以上の構成によれば、入出力特性が高く、かつ、より信頼性の高い電池を実現することができる。
（実施の形態２）
以下、実施の形態２が説明される。なお、上述の実施の形態１と重複する説明は、適宜、省略される。
実施の形態２における電池は、上述の実施の形態１における電池用電解液と、正極と、負極と、を備える。
正極は、アルカリ金属イオンの吸蔵および放出が可能な正極活物質を含む。
負極は、アルカリ金属イオンの吸蔵および放出が可能な負極活物質またはアルカリ金属を含む。
以上の構成によれば、例えば、入出力特性が高く、信頼性の高い電池を実現することができる。
実施の形態２における電池は、例えば、二次電池として、構成されうる。
また、実施の形態２における電池においては、負極は、アルカリ金属を含んでもよい。このとき、当該アルカリ金属は、リチウムであってもよい。
以上の構成によれば、エネルギー密度または信頼性などの電池特性を高めた電池を実現できる。
また、実施の形態２における電池においては、負極は、負極活物質を含んでもよい。このとき、当該負極活物質は、炭素であってもよい。
以上の構成によれば、エネルギー密度または信頼性などの電池特性を高めた電池を実現できる。
また、実施の形態２における電池においては、正極活物質は、ニッケル、コバルト、マンガンからなる群から選ばれる少なくとも１つと、リチウムと、を含む金属酸化物であってもよい。
以上の構成によれば、エネルギー密度または信頼性などの電池特性を高めた電池を実現できる。
図１は、実施の形態２における電池の一例を示す模式的な斜視図である。
図２は、実施の形態２における電池の一例を示す模式的な断面図である。
図１および図２に示されるように、実施の形態２における電池は、極板群４および外装５を備えている。
極板群４は、外装５に収容されている。
極板群４は、正極１０と負極２０とセパレータ３０とを有する。
正極１０は、正極集電体１ｂおよび正極合剤層１ａによって構成されている。
正極合剤層１ａは、正極集電体１ｂの上に形成されている。
負極２０は、負極集電体２ｂおよび負極合剤層２ａによって構成されている。
負極合剤層２ａは、負極集電体２ｂの上に形成されている。
正極１０と負極２０とがセパレータ３０を介して対向している。これにより、極板群４が形成されている。
極板群４には、実施の形態１における電池用電解液が含浸されている。
正極集電体１ｂには正極タブリード１ｃが接続されている。
負極集電体２ｂには負極タブリード２ｃが接続されている。
正極タブリード１ｃ及び負極タブリード２ｃは、それぞれ、外装５の外まで延びている。
正極タブリード１ｃと外装５との間には、絶縁タブフィルム６が配置されている。
負極タブリード２ｃと外装５との間には、絶縁タブフィルム６が配置されている。
正極合剤層１ａは、アルカリ金属イオンを吸蔵および放出できる正極活物質を含む。
正極活物質としては、１つ又は複数のアルカリ金属イオンを吸蔵および放出できる材料である。例えば、正極活物質としては、アルカリ金属を含有した遷移金属酸化物、遷移金属フッ化物、ポリアニオン材料、フッ素化ポリアニオン材料、遷移金属硫化物、など、が用いられうる。例えば、正極活物質としては、ＬｉxＭｅyＯ2、および、Ｌｉ1+xＭｅyＯ3（０＜ｘ≦１、０．９５≦ｙ＜１．０５、ＭｅはＣｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｔｉ、及びＳｎからなる群より選択される少なくとも１つを含む）、などのリチウム含有遷移金属酸化物が用いられうる。もしくは、正極活物質としては、ＬｉxＭｅyＰＯ4及びＬｉxＭｅyＰ2Ｏ7（０＜ｘ≦１、０．９５≦ｙ＜１．０５、ＭｅはＣｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｏからなる群より選択される少なくとも１つを含む）、などのリチウム含有ポリアニオン材料が用いられうる。もしくは、正極活物質としては、ＮａxＭｅyＯ2（０＜ｘ≦１、０．９５≦ｙ＜１．０５、ＭｅはＣｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｔｉ、及びＳｎからなる群より選択される少なくとも１つを含む）、などのナトリウム含有遷移金属酸化物が用いられうる。
正極集電体１ｂとしては、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼、チタン、チタン合金、などの金属材料で作られた多孔質または無孔のシートまたはフィルムが用いられうる。アルミニウムまたはその合金を正極集電体１ｂの材料として用いる場合には、安価であり、かつ、薄膜化し易い。シートまたはフィルムとしては、金属箔、金属メッシュなどが用いられうる。抵抗値の低減の目的、または、触媒効果の付与の目的、または、正極合剤層１ａと正極集電体１ｂとの結合強化などの目的のため、正極集電体１ｂの表面にカーボンなどの炭素材料が塗布されてもよい。
負極合剤層２ａは、アルカリ金属イオンを吸蔵および放出できる負極活物質を含む。
負極活物質としては、アルカリ金属イオンを吸蔵および放出する材料、または、アルカリ金属を用いることができる。アルカリ金属イオンを吸蔵および放出する材料としては、アルカリ金属合金、炭素、遷移金属酸化物、シリコン材料、など、が用いられうる。例えば、リチウム二次電池の負極材料としては、Ｚｎ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｐｂ、Ｎａ、Ｃａ、Ｉｎ、Ｍｇからなる群より選択される金属とリチウムとの合金、あるいは、人造黒鉛、天然黒鉛、難黒鉛化非晶質炭素、易黒鉛化非晶質炭素などの炭素、あるいは、Ｌｉ4Ｔｉ5Ｏ12、ＴｉＯ2、Ｖ2Ｏ5、などの遷移金属酸化物、あるいは、ＳｉＯx（０＜ｘ≦２）、リチウム金属、など、が用いられうる。また、例えば、ナトリウム二次電池の負極材料としては、Ｚｎ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｐｂ、Ｎａ、Ｃａ、Ｉｎ、Ｍｇからなる群より選択される金属とナトリウムとの合金、あるいは、難黒鉛化非晶質炭素、易黒鉛化非晶質炭素などの炭素、あるいは、Ｎａ2Ｔｉ3Ｏ7、Ｎａ2Ｔｉ6Ｏ13などの遷移金属酸化物、あるいは、ナトリウム金属、など、が用いられうる。
負極集電体２ｂとしては、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼、ニッケル、ニッケル合金、銅、銅合金などの金属材料で作られた多孔質または無孔のシートまたはフィルムが用いられうる。アルミニウムまたはその合金を負極集電体２ｂの材料として用いる場合には、安価で、かつ、薄膜化し易い。シートまたはフィルムとしては、金属箔、金属メッシュ、など、が用いられうる。抵抗値の低減の目的、または、触媒効果の付与の目的、または、負極合剤層２ａと負極集電体２ｂとの結合強化などの目的のため、負極集電体２ｂの表面にカーボンなどの炭素材料が塗布されてもよい。
セパレータ３０としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ガラス、セルロース、セラミックスなどで作られた多孔質膜が用いられうる。例えば、セパレータ３０の細孔の内部に、電解液が含浸される。
正極合剤層１ａおよび負極合剤層２ａは、導電助剤、または、イオン伝導体、または、バインダを含んでもよい。
導電助剤としては、カーボンブラック、グラファイト、アセチレンブラックなどの炭素材料、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェンなどの導電性高分子、など、が用いられうる。
イオン伝導体としては、ポリメチルメタクリレート、ポリメタクリル酸メチルなどのゲル電解質、ポリエチレンオキシドなどの固体電解質、など、が用いられうる。
バインダとしては、ポリフッ化ビニリデン、ビニリデンフロライド−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ビニリデンフロライド−テトラフルオロエチレン共重合体、ポリテトラフルオロエチレン、カルボキシメチルセルロース、ポリアクリル酸、スチレン−ブタジエン共重合ゴム、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリイミド、など、が用いられうる。
導電助剤、イオン伝導体、バインダとしては、それぞれ、一般に公知の材料が用いられうる。
実施の形態２における電池の形状は、シート型、コイン型、ボタン型、積層型、円筒型、偏平型、角型、など、の型であってもよい。
以下、本開示の実施例が説明される。ただし、本開示の構成は、以下に説明される実施例のみに限定されない。
＜実施例１＞
［非水電解液の調整］
フルオロエチレンカーボネート（ＣＡＳ番号：１１４４３５−０２−８）とシクロプロパンカルボニトリル（ＣＡＳ番号：５５００−２１−０）との混合溶媒（体積比１：４）に、１．０ｍｏｌ／ＬのＬｉＰＦ6（ＣＡＳ番号：２１３２４−４０−３）を溶解し、電解液とした。
［イオン伝導率の測定］
東亜ディーケーケー株式会社製の電気伝導率計ＣＭ−３０Ｒを用いて、２５℃の恒温槽中で、上記の電解液のイオン伝導率を測定した。この結果は、表１に示される。
［正極板の作製］
まず、正極活物質として、Ｌｉ（Ｎｉ，Ｃｏ，Ａｌ）Ｏ2を準備した。１００重量部の正極活物質に、導電剤のアセチレンブラック５重量部と、結着剤のポリフッ化ビニリデン樹脂５重量部とを混合した。これらを脱水Ｎ−メチル−２−ピロリドンに分散させて、スラリー状の正極合剤を調製した。この正極合剤を、厚み１５μｍのアルミニウム箔からなる正極集電体上に片面だけ塗布した。これを乾燥後、圧延して、正極板を得た。乾燥後の正極合剤塗布量は、１０ｍｇ／ｃｍ2であった。
［負極板の作製］
人造黒鉛粉末９８重量部と、スチレンーブタジエンゴム１重量部と、カルボキシメチルセルロース１重量部とを混合した。これらを水に分散させて、スラリー状の負極合剤を調製した。この負極合剤を、厚み１０μｍの銅箔からなる負極集電体上に、片面だけ塗布した。これを乾燥後、圧延して、負極板を得た。乾燥後の負極合剤塗布量は、６．５ｍｇ／ｃｍ2であった。
［シート電池の作製］
図３は、実施例１における電極板の概略構成を示す図である。
図４は、実施例１における電池の概略構成を示す斜視図である。
まず、正極板と負極板とを、図３に示される構成に、加工した。電極面積は、正極と負極いずれも２４ｃｍ2とした。正極用のタブリードとしては、アルミニウム製のタブリードを用いた。負極用のタブリードとしては、ニッケル製のタブリードを用いた。タブリードには、熱溶着樹脂が溶着されている。図４に示されるように、正極板および負極板は、セパレーター（ポリプロピレン製、厚み３０μｍ）を介して、電極同士が重なるように、対向させた。
次に、１２０×１２０ｍｍの長方形に切り取ったアルミラミネート（厚み１００μｍ）を折りたたんだ。この１２０ｍｍの端面を２３０℃で熱封止した。これを１２０×６０ｍｍの筒状にした。６０ｍｍの端面から、図４に示されるように対向させた電極群を入れた。アルミラミネートの端面とタブリードの熱溶着樹脂との位置を合わせて、２３０℃で熱封止した。
次に、ラミネートの封止されていない側から、非水電解液を０．８ｃｃ注液した。注液後、０．０６ＭＰａの真空下で１５分間静置した。これにより、電極合剤内部に電解液を含浸させた。
最後に、注液した側のラミネートの端面を、２３０℃で熱封止した。
［電池の評価］
上述の作製した電池を、以下の手順に従って、評価した。
評価の際には、８０×８０ｃｍのステンレス板（厚み２ｍｍ）でラミネートの上から電極板を挟み、コの字型のクランプで、０．２ＭＰａで、電池を加圧した。
また、評価はすべて２５℃の恒温槽中で行った。
まず、正極および負極の合剤内部に、電解液を完全に含浸させた。また、負極上にＳＥＩを形成させる目的で、１ｍＡの一定電流で充電・放電を３サイクル繰り返した。充電は電池電圧４．２Ｖで、放電は電池電圧２．５Ｖで、それぞれ終止した。充電と放電の間は、２０分間、開回路にて静置した。
次に、同様の条件で、もう１サイクル、充電・放電を行った。この４サイクル目の放電効率を、信頼性の指標とした。この結果は、表１に示される。
＜実施例２＞
電解液の溶媒に、フルオロエチレンカーボネートとアセトニトリル（ＣＡＳ番号：７５−０５−８）とシクロプロパンカルボニトリルとの混合溶媒（体積比２０：７９：１）を用いた。
これ以外は、実施例１と同様にして電池を作製した。その後、実施例１と同様にして、当該電池の評価を行った。また、実施例１と同様にして、イオン伝導率の測定を行った。この結果は、表１に示される。
＜比較例１＞
電解液の溶媒に、フルオロエチレンカーボネートとアセトニトリル（ＣＡＳ番号：７５−０５−８）との混合溶媒（体積比１：４）を用いた。
これ以外は、実施例１と同様にして電池を作製した。その後、実施例１と同様にして、当該電池の評価を行った。また、実施例１と同様にして、イオン伝導率の測定を行った。この結果は、表１に示される。
＜比較例２＞
電解液の溶媒に、フルオロエチレンカーボネートとプロピオニトリル（ＣＡＳ番号：１０７−１２−０）との混合溶媒（体積比１：４）を用いた。
これ以外は、実施例１と同様にして電池を作製した。その後、実施例１と同様にして、当該電池の評価を行った。また、実施例１と同様にして、イオン伝導率の測定を行った。この結果は、表１に示される。
＜比較例３＞
電解液の溶媒に、フルオロエチレンカーボネートとジメチルカーボネート（ＣＡＳ番号：６１６−３８−６）との混合溶媒（体積比１：４）を用いた。
これ以外は、実施例１と同様にして電池を作製した。その後、実施例１と同様にして、当該電池の評価を行った。また、実施例１と同様にして、イオン伝導率の測定を行った。この結果は、表１に示される。
＜比較例４＞
電解液の溶媒に、フルオロエチレンカーボネートとエチルメチルカーボネート（ＣＡＳ番号：６２３−５３−０）との混合溶媒（体積比１：４）を用いた。
これ以外は、実施例１と同様にして電池を作製した。その後、実施例１と同様にして、当該電池の評価を行った。また、実施例１と同様にして、イオン伝導率の測定を行った。この結果は、表１に示される。
Figure 2016219420
実施例１および２と比較例１および２との結果から、シクロプロパンカルボニトリルを含む非水電解液は、アセトニトリルやプロピオニトリルを含む非水電解液よりも、高い信頼性を示す。
また、実施例１と比較例３および４との結果から、シクロプロパンカルボニトリルを含む非水電解液は、カーボネート溶媒を主溶媒とした電解液と同等の信頼性を有しながら、かつ、カーボネート溶媒を主溶媒とした非水電解液よりも、高いイオン伝導率を示す。このことにより、シクロプロパンカルボニトリルを含む非水電解液を用いた非水電解液二次電池は、カーボネート溶媒を主溶媒とした非水電解液を用いた非水電解液二次電池よりも、高い入出力特性を示す。
また、実施例２と比較例１との結果から、シクロプロパンカルボニトリルを少量でも含むことで、信頼性を向上させることができる。
本開示の電解液は、電池の電解液として利用されうる。
１０ 正極
１ａ 正極合剤層
１ｂ 正極集電体
１ｃ 正極タブリード
２０ 負極
２ａ 負極合剤層
２ｂ 負極集電体
２ｃ 負極タブリード
３０ セパレータ
４ 極板群
５ 外装
６ 絶縁タブフィルム

Claims (11)

  1. 非水溶媒と、
    前記非水溶媒に溶解したアルカリ金属塩と、
    を含み、
    前記非水溶媒は、シクロプロパンカルボニトリルを含む、電池用電解液。
  2. 前記非水溶媒の総体積に対する前記シクロプロパンカルボニトリルの割合は、１体積％以上である、請求項１に記載の電池用電解液。
  3. 前記非水溶媒の総体積に対する前記シクロプロパンカルボニトリルの割合は、５０体積％以上である、請求項２に記載の電池用電解液。
  4. 前記非水溶媒の総体積に対する前記シクロプロパンカルボニトリルの割合は、８０体積％以上である、請求項３に記載の電池用電解液。
  5. 前記非水溶媒は、フルオロエチレンカーボネートを含む、請求項１から４のいずれかに記載の電池用電解液。
  6. 前記アルカリ金属塩は、リチウム塩である、請求項１から５のいずれかに記載の電池用電解液。
  7. 前記リチウム塩は、ＬｉＢＦ4、ＬｉＰＦ6、ＬｉＮ（ＳＯ2ＣＦ3）2、および、ＬｉＮ（ＳＯ2Ｆ）2からなる群より選ばれる少なくとも１つである、請求項６に記載の電池用電解液。
  8. 請求項１から７のいずれかに記載の電池用電解液と、
    アルカリ金属イオンの吸蔵および放出が可能な正極活物質を含む正極と、
    前記アルカリ金属イオンの吸蔵および放出が可能な負極活物質またはアルカリ金属を含む負極と、を備える、電池。
  9. 前記負極は、前記アルカリ金属を含み、
    前記アルカリ金属は、リチウムである、請求項８に記載の電池。
  10. 前記負極は、前記負極活物質を含み、
    前記負極活物質は、炭素である、請求項８または９に記載の電池。
  11. 前記正極活物質は、ニッケル、コバルト、マンガンからなる群から選ばれる少なくとも１つと、リチウムと、を含む金属酸化物である、請求項８から１０のいずれかに記載の電池。
JP2016100758A 2015-05-25 2016-05-19 電池用電解液、および、電池 Active JP6771144B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015105055 2015-05-25
JP2015105055 2015-05-25

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2016219420A true JP2016219420A (ja) 2016-12-22
JP6771144B2 JP6771144B2 (ja) 2020-10-21

Family

ID=57399062

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016100758A Active JP6771144B2 (ja) 2015-05-25 2016-05-19 電池用電解液、および、電池

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9929431B2 (ja)
JP (1) JP6771144B2 (ja)
CN (1) CN106207263B (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019102231A (ja) * 2017-11-30 2019-06-24 株式会社Ｇｓユアサ 蓄電素子
WO2023017685A1 (ja) * 2021-08-12 2023-02-16 株式会社村田製作所 二次電池用電解液および二次電池
WO2024043043A1 (ja) * 2022-08-23 2024-02-29 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 電解液、および、それを用いた蓄電素子

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106207263B (zh) * 2015-05-25 2021-01-15 松下知识产权经营株式会社 电解液、及电池
CN107919498B (zh) * 2016-10-10 2021-02-12 深圳新宙邦科技股份有限公司 锂离子电池非水电解液及使用该电解液的锂离子电池
PL3560023T3 (pl) * 2016-12-22 2021-12-27 Westfälische Wilhelms-Universität Münster Elektrolit do baterii litowo-jonowych
DE102016125323A1 (de) * 2016-12-22 2018-06-28 Forschungszentrum Jülich GmbH Elektrolyt für Lithium-Ionen-Batterien
DE102018201548A1 (de) * 2018-02-01 2019-08-01 Robert Bosch Gmbh Elektrolytzusammensetzung für elektrochemische Zelle für Hochtemperaturanwendungen
WO2024065254A1 (zh) * 2022-09-28 2024-04-04 宁德时代新能源科技股份有限公司 电解液、钠离子电池、电池模块、电池包及用电装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004303437A (ja) * 2003-03-28 2004-10-28 Matsushita Electric Ind Co Ltd 非水電解質二次電池
JP2005072003A (ja) * 2003-08-20 2005-03-17 Samsung Sdi Co Ltd リチウム二次電池用電解液及びこれを含むリチウム二次電池
JP2012134137A (ja) * 2010-11-30 2012-07-12 Mitsubishi Chemicals Corp 非水系電解液電池

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0124875B1 (en) * 1983-05-04 1991-04-10 Showa Denko Kabushiki Kaisha Battery having an electrode made of a polymeric compound with conjugated double bonds
CN103762384B (zh) * 2014-01-24 2016-05-04 福建创鑫科技开发有限公司 一种电池用安全型非水电解液
CN104103852A (zh) * 2014-03-28 2014-10-15 珠海市赛纬电子材料有限公司 一种高电压锂离子电池的非水电解液
CN104466247B (zh) * 2014-12-16 2018-05-08 东莞新能源科技有限公司 一种非水电解液及应用该电解液的锂离子电池
CN107112587B (zh) * 2015-02-12 2019-03-19 富士胶片株式会社 全固态二次电池、固体电解质组合物、电池用电极片
CN106207263B (zh) * 2015-05-25 2021-01-15 松下知识产权经营株式会社 电解液、及电池

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004303437A (ja) * 2003-03-28 2004-10-28 Matsushita Electric Ind Co Ltd 非水電解質二次電池
JP2005072003A (ja) * 2003-08-20 2005-03-17 Samsung Sdi Co Ltd リチウム二次電池用電解液及びこれを含むリチウム二次電池
JP2012134137A (ja) * 2010-11-30 2012-07-12 Mitsubishi Chemicals Corp 非水系電解液電池

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019102231A (ja) * 2017-11-30 2019-06-24 株式会社Ｇｓユアサ 蓄電素子
JP7147157B2 (ja) 2017-11-30 2022-10-05 株式会社Ｇｓユアサ 蓄電素子
WO2023017685A1 (ja) * 2021-08-12 2023-02-16 株式会社村田製作所 二次電池用電解液および二次電池
WO2024043043A1 (ja) * 2022-08-23 2024-02-29 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 電解液、および、それを用いた蓄電素子

Also Published As

Publication number Publication date
CN106207263A (zh) 2016-12-07
JP6771144B2 (ja) 2020-10-21
US9929431B2 (en) 2018-03-27
CN106207263B (zh) 2021-01-15
US20160351960A1 (en) 2016-12-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6771144B2 (ja) 電池用電解液、および、電池
JP6793355B2 (ja) 電池
JP6380376B2 (ja) 非水電解液二次電池
JPWO2018179885A1 (ja) 二次電池
JPWO2017038041A1 (ja) 非水電解質二次電池
JP2006196250A (ja) リチウム二次電池
JP2010123287A (ja) 非水電解液および非水電解液二次電池
JP2011081931A (ja) リチウムイオン二次電池
JP6380377B2 (ja) リチウムイオン二次電池
JP6771145B2 (ja) 電池用電解液、および、電池
JP6184810B2 (ja) 非水二次電池
JP6565899B2 (ja) 非水電解質二次電池
JP2017152259A (ja) リチウムイオン二次電池及びその回復方法
JP5625487B2 (ja) リチウムイオン二次電池用負極、リチウムイオン二次電池及びリチウムイオン二次電池用負極の製造方法
JPWO2013042503A1 (ja) 非水系二次電池
JP6566253B2 (ja) 非水電解質二次電池用非水電解質、非水電解質二次電池、及び非水電解質二次電池の製造方法
JP2013051210A (ja) リチウム二次電池
JP7033700B2 (ja) 電気化学デバイス
JP7105544B2 (ja) 正極活物質層、およびリチウムイオン二次電池
JP2017224428A (ja) 電池用電解液、および、電池
JP5242315B2 (ja) 非水電解質二次電池
JP7199157B2 (ja) ヨウ化リチウムを含む電解液、及びそれを用いたリチウムイオン電池
JP2018006011A (ja) 電池用電解液、および、電池
JP6222389B1 (ja) 非水電解液およびそれを用いた非水電解液電池
JP6743366B2 (ja) 非水電解質二次電池

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190424

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20200116

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200121

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200312

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20200825

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20200910

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6771144

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151