JP2017103138A - Lithium ion secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、リチウムイオン二次電池に関する。 The present invention relates to a lithium ion secondary battery.
リチウムイオン二次電池は、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池等と比べ、軽量、高容量である。そのため、携帯電子機器用電源として広く応用されている。また、ハイブリッド自動車や、電気自動車用に搭載される電源として有力な候補ともなっている。そして、近年の携帯電子機器の小型化、高機能化に伴い、これらの電源となるリチウムイオン二次電池への更なる高容量化が期待されている。
現在リチウムイオン二次電池における負極材料の代表的なものには、黒鉛系の炭素材料があるが、この材料が吸蔵可能なリチウムイオンの量は、黒鉛の層間に挿入が可能な量によって制限されており、容量を370mAh/g以上とすることは困難である。
このような黒鉛材料の上記課題に鑑みて、更なる電池容量の特性向上が求められており、黒鉛材料に比べて容量の大きい負極が切望されている。先行文献1ではこのような材料の候補として、酸化鉄などの酸化物が、負極のリチウムイオン吸蔵材として開示されている。酸化鉄材料は、充放電によるLiの挿入脱離をコンバージョン反応により行う材料であり、黒鉛等の炭素材料より充放電容量が大きく、その理論容量は1000mAh/gを超えることで有望視されている。
しかしながら、負極として酸化鉄材料を用い、さらに電解質としてLiPF6を用いた場合、サイクル特性が劣化する場合があった。これは電解液中のLiPF6が充放電サイクル時に電解液中に含まれる水分と分解反応を起こすことにより負極表面でSEI被膜(Solid Electrolyte Interface膜;以下「SEI被膜」という。)が形成され、このSEI被膜が過剰に生成されることにより、サイクル特性の低下に繋がっている可能性が考えられる。
Lithium ion secondary batteries are lighter and have higher capacity than nickel cadmium batteries, nickel metal hydride batteries, and the like. Therefore, it is widely applied as a power source for portable electronic devices. It is also a promising candidate as a power source for use in hybrid vehicles and electric vehicles. With the recent miniaturization and higher functionality of portable electronic devices, further increase in capacity is expected for lithium ion secondary batteries that serve as these power sources.
Currently, there is a graphite-based carbon material as a typical negative electrode material in a lithium ion secondary battery. The amount of lithium ions that can be occluded by this material is limited by the amount that can be inserted between graphite layers. Therefore, it is difficult to increase the capacity to 370 mAh / g or more.
In view of the above-mentioned problems of such graphite materials, further improvement in battery capacity characteristics is demanded, and a negative electrode having a larger capacity than graphite materials is desired. In the prior art document 1, as a candidate for such a material, an oxide such as iron oxide is disclosed as a lithium ion storage material for the negative electrode. An iron oxide material is a material that performs Li insertion and desorption by charge / discharge through a conversion reaction, and has a larger charge / discharge capacity than carbon materials such as graphite, and is expected to have a theoretical capacity exceeding 1000 mAh / g. .
However, when an iron oxide material is used as the negative electrode and LiPF 6 is used as the electrolyte, the cycle characteristics may be deteriorated. This is because LiPF 6 in the electrolytic solution undergoes a decomposition reaction with moisture contained in the electrolytic solution during a charge / discharge cycle, thereby forming an SEI film (Solid Electrolyte Interface film; hereinafter referred to as “SEI film”) on the negative electrode surface. It is considered that this SEI coating is excessively produced, leading to deterioration of cycle characteristics.
本発明は上記従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、サイクル特性が優れたリチウムイオン二次電池を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems of the prior art, and an object thereof is to provide a lithium ion secondary battery having excellent cycle characteristics.
本発明に係るリチウムイオン二次電池は、FeとOから構成される化合物を含む負極と、LiPF6及びClを含む電解液、を有することを特徴とするリチウムイオン二次電池である。 A lithium ion secondary battery according to the present invention is a lithium ion secondary battery characterized by having a negative electrode containing a compound composed of Fe and O and an electrolyte containing LiPF 6 and Cl.
当該電解液を使用することで、電解液中のClと酸化鉄が反応し、オキシ塩化鉄が形成され、形成されたオキシ塩化鉄は水分と化学反応を起こし(FeOCl+H2O→FeOOH+HCl)、電解液中に含まれる余分な水分を除去する効果を発揮する。したがって、充電反応時に形成されるSEI被膜が過剰に生成されることを防ぐため、良好なサイクル特性を有するリチウムイオン二次電池が得られる。 By using the electrolytic solution, Cl in the electrolytic solution reacts with iron oxide to form iron oxychloride, and the formed iron oxychloride causes a chemical reaction with moisture (FeOCl + H 2 O → FeOOH + HCl). Demonstrates the effect of removing excess water contained in the liquid. Therefore, since the SEI film formed during the charging reaction is prevented from being generated excessively, a lithium ion secondary battery having good cycle characteristics can be obtained.
本発明に係るリチウムイオン二次電池は、電解液中のClとPのモル比(Cl/P)が0.005以上0.3以下含まれるとき、良好なサイクル特性が得られるので好ましい。 The lithium ion secondary battery according to the present invention is preferable when the molar ratio of Cl to P (Cl / P) in the electrolytic solution is 0.005 or more and 0.3 or less because good cycle characteristics can be obtained.
電解液中の水分がLiPF6電解質塩よりも更に選択的にオキシ塩化鉄と化学反応を起こすと考えられる。そのため、オキシ塩化鉄と水分との化学反応は、電解液中の水分とLiPF6電解質塩との化学反応よりも迅速に起こる。したがって、電解液中に含まれる余分な水分を除去する効果を発揮し、SEI被膜が過剰に生成されることを防ぐため、さらに良好なサイクル特性を有するリチウムイオン二次電池が得られる。 It is considered that the water in the electrolytic solution causes a chemical reaction with iron oxychloride more selectively than the LiPF 6 electrolyte salt. Therefore, the chemical reaction between iron oxychloride and moisture occurs more rapidly than the chemical reaction between moisture in the electrolyte and LiPF 6 electrolyte salt. Therefore, an effect of removing excess water contained in the electrolytic solution is exhibited, and an SEI coating is prevented from being generated excessively, so that a lithium ion secondary battery having even better cycle characteristics can be obtained.
また、本発明に係るリチウムイオン二次電池は、負極と正極活物質を有する正極と、正極と負極との間にセパレータと非水電解質とを備えることが好ましい。 The lithium ion secondary battery according to the present invention preferably includes a negative electrode, a positive electrode having a positive electrode active material, and a separator and a nonaqueous electrolyte between the positive electrode and the negative electrode.
本発明によれば、サイクル特性が優れたリチウムイオン二次電池を提供することができる。 According to the present invention, a lithium ion secondary battery having excellent cycle characteristics can be provided.
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに以下に記載した構成要素は、適宜組み合わせることができる。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the following embodiment. The constituent elements described below include those that can be easily assumed by those skilled in the art and those that are substantially the same. Furthermore, the constituent elements described below can be appropriately combined.
(リチウムイオン二次電池)
本実施形態に係る電極、及びリチウムイオン二次電池について図1を参照して簡単に説明する。
(Lithium ion secondary battery)
An electrode and a lithium ion secondary battery according to this embodiment will be briefly described with reference to FIG.
リチウムイオン二次電池100は、主として、発電要素30、発電要素30を密閉した状態で収容するケース50、及び発電要素30に接続された一対のリード60,62を備えている。
The lithium ion
発電要素30は、一対の電極10、20がセパレータ18を挟んで対向配置されたものである。正極10は、正極集電体12上に正極活物質層14が設けられた物である。負極20は、負極集電体22上に負極活物質層24が設けられた物である。正極活物質層14及び負極活物質層24がセパレータ18の両側にそれぞれ接触している。正極活物質層14、負極活物質層24、及び、セパレータ18の内部に電解液が含有されている。正極集電体12及び負極集電体22の端部には、それぞれリード60,62が接続されており、リード60,62の端部はケース50の外部にまで延びている。
The
(負極集電体)
負極集電体22は、導電性の板材であればよく、例えば、銅、ニッケル、ステンレス又はそれらの合金の金属薄板(金属箔)を用いることができる。
(Negative electrode current collector)
The negative electrode current collector 22 may be any conductive plate material, and for example, a metal thin plate (metal foil) of copper, nickel, stainless steel, or an alloy thereof can be used.
(負極活物質層)
負極活物質層24は、負極活物質、バインダー、及び、必要に応じた量の導電助剤から主に構成されるものである。
(Negative electrode active material layer)
The negative electrode active material layer 24 is mainly composed of a negative electrode active material, a binder, and a conductive auxiliary agent in an amount as required.
(負極活物質)
本実施形態に係る負極活物質はFeとOから構成される化合物で表される酸化鉄である。
(Negative electrode active material)
The negative electrode active material according to this embodiment is iron oxide represented by a compound composed of Fe and O.
上記FeとOから構成される化合物としては、例えばFe2O3、FeO、Fe3O4、LiFeO2、LiFe5O8等が挙げられる。 Examples of the compound composed of Fe and O include Fe 2 O 3 , FeO, Fe 3 O 4 , LiFeO 2 , LiFe 5 O 8 and the like.
上記鉄酸化物粉末を構成する粒子は、特にFe2O3であることが好ましい。FeとOから構成される化合物の内で、Fe2O3の理論容量は1007mAh/gと最も大きいため、より良好な放電容量を示す電池が実現され得る。 The particles constituting the iron oxide powder are particularly preferably Fe 2 O 3 . Among the compounds composed of Fe and O, Fe 2 O 3 has the largest theoretical capacity of 1007 mAh / g, so that a battery exhibiting a better discharge capacity can be realized.
上記負極活物質は、粒子形状が棒状または板状の粒子であることが好ましい。 The negative electrode active material is preferably a rod-like or plate-like particle.
棒状または板状粒子であることにより、電解液中のClと酸化鉄の反応が促進し、オキシ塩化鉄が形成されやすくなり、形成されたオキシ塩化鉄は水分と化学反応を起こし(FeOCl+H2O→FeOOH+HCl)、より効果的に電解液中に含まれる余分な水分を除去することができる。ひいては良好なサイクル特性を有するリチウムイオン二次電池が得られる。 By being rod-like or plate-like particles, the reaction between Cl and iron oxide in the electrolytic solution is promoted, and iron oxychloride is easily formed. The formed iron oxychloride causes a chemical reaction with moisture (FeOCl + H 2 O). → FeOOH + HCl), which can more effectively remove excess water contained in the electrolyte. As a result, a lithium ion secondary battery having good cycle characteristics can be obtained.
また前記棒状または板状の粒子は、最短径に対し、それと交差する方向の最長径の比は3以上であることが好ましい。
3以上であると、電解液中のClと酸化鉄の反応がより促進し、サイクル特性が向上すると考えられる。
The rod-like or plate-like particles preferably have a ratio of the longest diameter in the direction intersecting with the shortest diameter of 3 or more.
When it is 3 or more, it is considered that the reaction between Cl and iron oxide in the electrolytic solution is further promoted and the cycle characteristics are improved.
(最短径と最長径の測定)
棒状または板状粒子の最短径と最長径の測定は、SEM(走査型電子顕微鏡)を用いて、観察し、最短径Aと最長径Bを測定した上で、B/Aの比を求めればよい。このとき最短径と最長径はSEMによって観察される二次電子像または反射電子像を画像処理することにより算出できる。具体的には、例えば反射電子像を2値化処理し、それにより最短径と最長径を算出する。
(Measurement of shortest diameter and longest diameter)
The shortest diameter and longest diameter of the rod-like or plate-like particles can be measured by observing them using a scanning electron microscope (SEM), measuring the shortest diameter A and the longest diameter B, and then determining the ratio of B / A. Good. At this time, the shortest diameter and the longest diameter can be calculated by performing image processing on the secondary electron image or the reflected electron image observed by the SEM. Specifically, for example, the reflected electron image is binarized to calculate the shortest diameter and the longest diameter.
なお、ハンドリングの観点で、棒状粒子の最長径は5μm以下、板状粒子の最長径は30μm以下が好ましい。 From the viewpoint of handling, the longest diameter of the rod-like particles is preferably 5 μm or less, and the longest diameter of the plate-like particles is preferably 30 μm or less.
(負極活物質の製造方法)
本実施形態に係る負極活物質の製造方法は、以下の水熱合成工程、濾過・水洗工程、乾燥工程、焼成工程を備える。他の合成法として、固相法等で合成することが可能であるが水熱合成法に比べ粒径のそろった尚且つ粒径の細かい試料の合成が難しい。そのため、今回は水熱合成工程について具体的に説明する。
(Method for producing negative electrode active material)
The manufacturing method of the negative electrode active material according to the present embodiment includes the following hydrothermal synthesis step, filtration / washing step, drying step, and firing step. As another synthesis method, it is possible to synthesize by a solid phase method or the like, but it is difficult to synthesize a sample having a uniform particle size and a small particle size as compared with the hydrothermal synthesis method. Therefore, this time, the hydrothermal synthesis process will be specifically described.
<水熱合成工程>
水熱合成工程では、まず、内部を加熱、加圧する機能を有する反応容器(例えば、オートクレーブ等)内に、鉄源、水、及び中和剤を投入して、これらが分散した混合物を調製する。
<Hydrothermal synthesis process>
In the hydrothermal synthesis step, first, an iron source, water, and a neutralizing agent are introduced into a reaction vessel (for example, an autoclave) having a function of heating and pressurizing the inside to prepare a mixture in which these are dispersed. .
鉄源としては、塩化鉄、硫酸鉄、硝酸鉄、クエン酸鉄、リン酸鉄などを用いることができ、水への溶解性から塩化鉄、硫酸鉄、硝酸鉄がより好ましい。さらに、これらの1種または2種以上を混合して用いることができる。 As the iron source, iron chloride, iron sulfate, iron nitrate, iron citrate, iron phosphate, and the like can be used, and iron chloride, iron sulfate, and iron nitrate are more preferable from the viewpoint of solubility in water. Furthermore, these 1 type (s) or 2 or more types can be mixed and used.
中和剤としては、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、尿素等を用いることができ、反応後の水溶液中での酸の発生を抑制するため鉄源のアニオンに対して大過剰加えることが好ましい。 As the neutralizing agent, monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, urea or the like can be used, and in order to suppress the generation of acid in the aqueous solution after the reaction, a large excess may be added to the iron source anion. preferable.
水熱合成工程では、密閉した反応器内の混合物を加圧しながら加熱することにより、混合物中で水熱反応を進行させる。これにより、本実施形態における負極活物質であるFeとOから構成される化合物前駆体が水熱合成される。なお、混合物を加圧しながら加熱する時間は、混合物の量に応じて適宜調整すればよい。 In the hydrothermal synthesis step, the hydrothermal reaction is allowed to proceed in the mixture by heating the mixture in the sealed reactor while applying pressure. Thereby, the compound precursor comprised from Fe and O which are the negative electrode active materials in this embodiment is hydrothermally synthesized. In addition, what is necessary is just to adjust suitably the time which heats a mixture, pressurizing according to the quantity of a mixture.
このように水熱合成工程では、混合物を、加圧下において100℃以上で加熱する。120〜200℃に加熱することが好ましく、比較的低温で水熱合成反応することが好ましい。 Thus, in a hydrothermal synthesis process, a mixture is heated at 100 degreeC or more under pressure. Heating to 120 to 200 ° C. is preferable, and a hydrothermal synthesis reaction is preferable at a relatively low temperature.
水熱合成工程において混合物に加える圧力は、0.4〜0.9MPaとすることが好ましい。混合物に加える圧力が低過ぎると反応容器に高い耐圧性が求められ、負極活物質の製造コストが増大する傾向がある。混合物に加える圧力を上記の範囲内とすることによって、これらの傾向を抑制できる。 The pressure applied to the mixture in the hydrothermal synthesis step is preferably 0.4 to 0.9 MPa. If the pressure applied to the mixture is too low, the reaction vessel is required to have high pressure resistance, and the production cost of the negative electrode active material tends to increase. By setting the pressure applied to the mixture within the above range, these tendencies can be suppressed.
<濾過・水洗工程>
濾過の方法は、生成されたFeとOから構成される化合物前駆体を捕集できる孔径の市販の濾紙を用いることができ、孔径1μm以下のメンブレンフィルターが好ましい。
<Filtering and washing process>
As a filtration method, a commercially available filter paper having a pore size capable of collecting the produced compound precursor composed of Fe and O can be used, and a membrane filter having a pore size of 1 μm or less is preferable.
水洗の方法として、FeとOから構成される化合物前駆体をマイヤーフラスコ中で純水中に分散させろ過を行い、水洗する。水洗の回数を変えることで、塩素量や導電率を調整することができる。 As a washing method, a compound precursor composed of Fe and O is dispersed in pure water in a Meyer flask, filtered, and washed with water. By changing the number of times of washing with water, the amount of chlorine and conductivity can be adjusted.
<乾燥工程>
乾燥の方法は、乾燥凝集を抑制するため、150℃以下で行うことが好ましい。より好ましくは60〜90℃において6〜12時間の減圧乾燥を行うことが好ましい。
<Drying process>
The drying method is preferably performed at 150 ° C. or lower in order to suppress dry aggregation. More preferably, drying under reduced pressure for 6 to 12 hours is performed at 60 to 90 ° C.
<焼成工程>
本実施形態に係る負極活物質の製造方法は、乾燥後のFeとOから構成される化合物前駆体を焼成する焼成工程を備える必要がある。焼成処理によって、FeとOから構成される化合物を得る。
<Baking process>
The method for producing a negative electrode active material according to the present embodiment needs to include a firing step of firing a compound precursor composed of Fe and O after drying. A compound composed of Fe and O is obtained by the firing treatment.
焼成工程では、FeとOから構成される化合物前駆体を200℃以上の焼成温度で焼成を行う。より好ましくは250〜800℃の焼成温度で、1〜6時間の焼成を行うことが好ましい。焼成温度が低過ぎる場合、FeとOから構成される化合物を得ることができず、焼成温度が上記範囲内であればFeとOから構成される化合物の粒成長を抑制し、充放電に伴う膨張収縮による負極活物質の崩落が起こりにくく、より充放電容量が向上する。 In the firing step, the compound precursor composed of Fe and O is fired at a firing temperature of 200 ° C. or higher. More preferably, firing is performed at a firing temperature of 250 to 800 ° C. for 1 to 6 hours. If the firing temperature is too low, a compound composed of Fe and O cannot be obtained, and if the firing temperature is within the above range, grain growth of the compound composed of Fe and O is suppressed, and charging and discharging are accompanied. The negative electrode active material does not easily collapse due to expansion and contraction, and the charge / discharge capacity is further improved.
<粉砕工程>
本実施形態に係る負極活物質の製造方法は、焼成後のFeとOから構成される化合物を粉砕する粉砕工程を備えてもよい。粉砕処理によって、更にFeとOから構成される化合物を微細化し、放電容量を向上させることができる。
<Crushing process>
The method for producing a negative electrode active material according to the present embodiment may include a pulverization step of pulverizing a compound composed of Fe and O after firing. By the pulverization treatment, the compound composed of Fe and O can be further refined and the discharge capacity can be improved.
(負極導電助剤)
該導電助材としては黒鉛、カーボンブラック、グラフェン、カーボンナノチューブ等の炭素系材料が好ましく用いられる。あるいは、ニッケル粉末等の導電性金属粉末等を用いてもよい。
(Negative conductive auxiliary)
As the conductive aid, carbon-based materials such as graphite, carbon black, graphene, and carbon nanotubes are preferably used. Alternatively, conductive metal powder such as nickel powder may be used.
カーボンブラックとしては、特に、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等が好ましく、ケッチェンブラックが特に好ましい。電子伝導性の多孔体を含有させることにより負極活物質材料の粒子と結着剤の界面に空孔を形成でき、その空孔により負極活物質層24への非水電解液の染み込みを容易にするので好ましい。 As carbon black, acetylene black, ketjen black and the like are particularly preferable, and ketjen black is particularly preferable. By including an electron-conductive porous body, pores can be formed at the interface between the particles of the negative electrode active material and the binder, and the penetration of the non-aqueous electrolyte into the negative electrode active material layer 24 is facilitated by the pores. This is preferable.
負極活物質層24中の導電助剤の含有量も特に限定されないが、添加する場合には負極活物質の質量に対して0.5〜10質量%であることが好ましい。 The content of the conductive additive in the negative electrode active material layer 24 is not particularly limited, but when added, it is preferably 0.5 to 10% by mass with respect to the mass of the negative electrode active material.
(負極バインダー)
バインダー及び導電助剤には、上述した正極10に用いる材料に加え、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)のフッ素樹脂、ポリアクリル酸(PAA)、ポリアミドイミド(PAI)等のアクリル系樹脂、熱硬化性樹脂も用いることができる。また、バインダー及び導電助剤の含有量も、負極活物質の体積変化の大きさや箔との密着性を加味しなければならない場合は適宜調整し、上述した正極10における含有量と同様の含有量を採用すればよい。添加する場合にはバインダーの添加量は、負極活物質の質量に対して2〜20質量%であることが好ましい。
(Negative electrode binder)
In addition to the materials used for the
上述した構成要素により、電極10、20は、通常用いられる方法により作製できる。例えば、活物質(正極活物質または負極活物質)、バインダー(正極バインダーまたは負極バインダー)、溶媒、及び、導電助剤(正極導電助剤または負極導電助剤)を含む塗料を集電体上に塗布し、集電体上に塗布された塗料中の溶媒を除去することにより製造することができる。
With the components described above, the
溶媒としては、例えば、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、水等を用いることができる。 As the solvent, for example, N-methyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylformamide, water and the like can be used.
塗布方法としては、特に制限はなく、通常電極を作製する場合に採用される方法を用いることができる。例えば、スリットダイコート法、ドクターブレード法が挙げられる。 There is no restriction | limiting in particular as an application | coating method, The method employ | adopted when producing an electrode normally can be used. Examples thereof include a slit die coating method and a doctor blade method.
集電体12、22上に塗布された塗料中の溶媒を除去する方法は特に限定されず、塗料が塗布された集電体12、22を、例えば80℃〜150℃の雰囲気下で乾燥させればよい。
The method for removing the solvent in the paint applied on the
そして、このようにして活物質層14、24が形成された電極を、その後、必要に応じて例えば、ロールプレス装置等によりプレス処理すればよい。ロールプレスの線圧は例えば、10〜50kgf/cmとすることができる。 Then, the electrodes on which the active material layers 14 and 24 are formed in this way may then be pressed by a roll press device or the like as necessary. The linear pressure of the roll press can be, for example, 10 to 50 kgf / cm.
(電解液)
電解液は、正極活物質層14、負極活物質層24、及び、セパレータ18の内部に含有させるものである。電解液としては、特に限定されず、例えば、本実施形態では、リチウム塩を含む電解液(電解質水溶液、有機溶媒を使用する電解質溶液)を使用することができる。ただし、電解液は電気化学的に分解電圧が低いことにより、充電時の耐用電圧が低く制限されるので、有機溶媒を使用する電解液(非水電解質溶液)であることが好ましい。電解液としては、リチウム塩を有機溶媒(非水溶媒)に溶解したものが好適に使用される。例えば、リチウム塩としては、LiPF6が特に好ましく、その他にはLiBF4、LiClO4、LiFSI、LiBOB等の無機酸陰イオン塩、LiCF3SO3、(CF3SO2)2NLi等の有機酸陰イオン塩等を用いることができる。
(Electrolyte)
The electrolytic solution is contained inside the positive electrode
また、有機溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、等の非プロトン性高誘電率溶媒や、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、等の非プロトン性低粘度溶媒が挙げられる。これらの非プロトン性高誘電率溶媒と非プロトン性低粘度溶媒を適当な混合比で併用することが望ましい。更には、イミダゾリウム、アンモニウム、及びピリジニウム型のカチオンを用いたイオン性液体を使用することができる。対アニオンは特に限定されるものではないが、BF4 −、PF6 −、(CF3SO2)2N−等が挙げられる。イオン性液体は前述の有機溶媒と混合して使用することが可能である。
電解液のリチウム塩の濃度は、電気伝導性の点から、0.5〜2.0Mが好ましい。なお、この電解質の温度25℃における導電率は0.01S/m以上であることが好ましく、電解質塩の種類あるいはその濃度により調整される。
Examples of the organic solvent include aprotic high dielectric constant solvents such as ethylene carbonate and propylene carbonate, and aprotic low viscosity solvents such as dimethyl carbonate and ethyl methyl carbonate. It is desirable to use these aprotic high dielectric constant solvents and aprotic low viscosity solvents in combination at an appropriate mixing ratio. Furthermore, ionic liquids using imidazolium, ammonium, and pyridinium type cations can be used. The counter anion is not particularly limited, and examples thereof include BF 4 − , PF 6 − , (CF 3 SO 2 ) 2 N − and the like. The ionic liquid can be used by mixing with the organic solvent described above.
The concentration of the lithium salt in the electrolytic solution is preferably 0.5 to 2.0 M from the viewpoint of electrical conductivity. The conductivity of the electrolyte at 25 ° C. is preferably 0.01 S / m or more, and is adjusted by the type of electrolyte salt or its concentration.
更に、本実施形態の電解液中には、必要に応じて各種添加剤を添加してもよい。添加剤としては、例えば、サイクル寿命向上を目的としたビニレンカーボネート、メチルビニレンカーボネート等や、過充電防止を目的としたビフェニル、アルキルビフェニル等や、脱酸や脱水を目的とした各種カーボネート化合物、各種カルボン酸無水物、各種含窒素及び含硫黄化合物が挙げられる。また、一般的に難燃剤として用いられるハロゲン化リン酸エステル系化合物として、トリス(クロロエチル)ホスフェート、トリス(β-クロロプロピル)ホスフェート、トリス(ジクロロプロピル)ホスフェート、テトラキス(2クロロエチル)ジクロロイソペンチルジホスフェート、ポリオキシアルキレンビス(ジクロロアルキル)ホスフェート等は0.01質量%から1質量%添加することが好ましい。 Furthermore, you may add various additives in the electrolyte solution of this embodiment as needed. Examples of additives include vinylene carbonate and methyl vinylene carbonate for the purpose of improving cycle life, biphenyl and alkyl biphenyl for the purpose of preventing overcharge, various carbonate compounds for the purpose of deoxidation and dehydration, Carboxylic anhydride, various nitrogen-containing and sulfur-containing compounds can be mentioned. In addition, as halogenated phosphate compounds generally used as flame retardants, tris (chloroethyl) phosphate, tris (β-chloropropyl) phosphate, tris (dichloropropyl) phosphate, tetrakis (2chloroethyl) dichloroisopentyldi It is preferable to add 0.01 mass% to 1 mass% of phosphate, polyoxyalkylene bis (dichloroalkyl) phosphate, and the like.
電解液中に存在するClとPのモル比(Cl/P)はハロゲン化リン酸エステル系の添加量を変化させることにより調整可能である。具体的には、ClとPのモル比が0.005以上0.3以下含まれることが好ましい。上記範囲内であればよりサイクル特性が向上する。
(正極集電体)
正極集電体12は、導電性の板材であればよく、例えば、アルミニウム又はそれらの合金、ステンレス等の金属薄板(金属箔)を用いることができる。
The molar ratio of Cl to P (Cl / P) present in the electrolytic solution can be adjusted by changing the addition amount of the halogenated phosphate ester system. Specifically, the molar ratio of Cl and P is preferably 0.005 or more and 0.3 or less. Within the above range, the cycle characteristics are further improved.
(Positive electrode current collector)
The positive electrode
(正極活物質層)
正極活物質層14は、正極活物質、バインダー、及び、必要に応じた量の導電助剤から主に構成されるものである。
(Positive electrode active material layer)
The positive electrode
(正極活物質)
正極活物質としては、リチウムイオンの吸蔵及び放出、リチウムイオンの脱離及び挿入(インターカレーション)、又は、リチウムイオンと該リチウムイオンのカウンターアニオン(例えば、PF6 −)とのドープ及び脱ドープを可逆的に進行させることが可能であれば特に限定されず、公知の電極活物質を使用できる。例えば、コバルト酸リチウム(LiCoO2)、ニッケル酸リチウム(LiNiO2)、リチウムマンガンスピネル(LiMn2O4)、及び、一般式:LiNixCoyMnzMaO2(x+y+z+a=1、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、0≦a≦1、MはAl、Mg、Nb、Ti、Cu、Zn、Crより選ばれる1種類以上の元素)で表される複合金属酸化物、リチウムバナジウム化合物(LiV2O5、LiVOPO4)、オリビン型LiMPO4(ただし、Mは、Co、Ni、Mn、Fe、Mg、Nb、Ti、Al、Zrより選ばれる1種類以上の元素又はVOを示す)、チタン酸リチウム(Li4Ti5O12)、LiNixCoyAlzO2(0.9<x+y+z<1.1)、Li過剰系等の複合金属酸化物が挙げられる。
(Positive electrode active material)
Examples of the positive electrode active material include occlusion and release of lithium ions, desorption and insertion (intercalation) of lithium ions, or doping and dedoping of lithium ions and counter anions (for example, PF 6 − ) of the lithium ions. The electrode is not particularly limited as long as it can be reversibly advanced, and a known electrode active material can be used. For example, lithium cobaltate (LiCoO 2 ), lithium nickelate (LiNiO 2 ), lithium manganese spinel (LiMn 2 O 4 ), and the general formula: LiNi x Co y Mn z MaO 2 (x + y + z + a = 1, 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1, 0 ≦ a ≦ 1, and M is one or more elements selected from Al, Mg, Nb, Ti, Cu, Zn, and Cr) Oxide, lithium vanadium compound (LiV 2 O 5 , LiVOPO 4 ), olivine-type LiMPO 4 (where M is one or more selected from Co, Ni, Mn, Fe, Mg, Nb, Ti, Al, Zr) shows the element or VO), lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12) , LiNi x Co y Al z O 2 (0.9 <x + y + z <1.1), Li excess based It includes complex metal oxides.
(正極バインダー)
バインダーは、正極活物質同士を結合すると共に、正極活物質と集電体12とを結合している。バインダーは、上述の結合が可能なものであればよく、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のフッ素樹脂が挙げられる。更に、上記の他に、バインダーとして、例えば、セルロース、スチレン・ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂等を用いてもよい。また、バインダーとして電子伝導性の導電性高分子やイオン伝導性の導電性高分子を用いてもよい。電子伝導性の導電性高分子としては、例えば、ポリアセチレン等が挙げられる。この場合は、バインダーが導電助剤粒子の機能も発揮するので導電助剤を添加しなくてもよい。
(Positive electrode binder)
The binder binds the positive electrode active materials and the
正極活物質層14中のバインダーの含有量は特に限定されないが、正極活物質、導電助剤及びバインダーの質量の和を基準にして、1〜10質量%であることが好ましい。正極活物質とバインダーの含有量を上記範囲とすることにより、得られた正極活物質層14において、バインダーの量が少なすぎて強固な正極活物質層を形成できなくなる傾向を抑制できる。また、電気容量に寄与しないバインダーの量が多くなり、十分な体積エネルギー密度を得ることが困難となる傾向も抑制できる。
Although content of the binder in the positive electrode
(正極導電助剤)
導電助剤も、正極活物質層14の導電性を良好にするものであれば特に限定されず、公知の導電助剤を使用できる。例えば、黒鉛、カーボンブラック、グラフェン、カーボンナノチューブ等の炭素系材料や、銅、ニッケル、ステンレス、鉄等の金属微粉、炭素材料及び金属微粉の混合物、ITO等の導電性酸化物が挙げられる。
(Positive electrode conductive aid)
The conductive auxiliary agent is not particularly limited as long as it improves the conductivity of the positive electrode
正極活物質層14中の導電助剤の含有量も特に限定されないが、添加する場合には正極活物質の質量に対して0.5〜5質量%であることが好ましい。
The content of the conductive additive in the positive electrode
次に、リチウムイオン二次電池100の他の構成要素を説明する。
Next, other components of the lithium ion
(セパレータ)
セパレータ18は、電解液に対して安定であり、保液性に優れていれば特に制限はないが、一般的にはポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンの多孔質シート、又は不織布が挙げられる。
(Separator)
The separator 18 is not particularly limited as long as it is stable with respect to the electrolytic solution and has excellent liquid retention, but generally includes a porous sheet of polyolefin such as polyethylene and polypropylene, or a nonwoven fabric.
(ケース)
ケース50は、その内部に積層体30及び電解液を密封するものである。ケース50は、電解液の外部への漏出や、外部からのリチウムイオン二次電池100内部への水分等の侵入等を抑止できる物であれば特に限定されない。例えば、ケース50として、図1に示すように、金属箔52を高分子膜54で両側からコーティングした金属ラミネートフィルムを利用できる。金属箔52としては例えばアルミ箔を、高分子膜54としてはポリプロピレン等の膜を利用できる。例えば、外側の高分子膜54の材料としては融点の高い高分子、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリアミド等が好ましく、内側の高分子膜54の材料としてはポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等が好ましい。
(Case)
The
(リード)
リード60、62は、アルミ等の導電材料から形成されている。
そして、公知の方法により、リード60,62を正極集電体12、負極集電体22にそれぞれ溶接し、正極10の正極活物質層14と負極20の負極活物質層24との間にセパレータ18を挟んだ状態で、電解液と共にケース50内に挿入し、ケース50の入り口をシールすればよい。
(Lead)
The leads 60 and 62 are made of a conductive material such as aluminum.
The leads 60 and 62 are welded to the positive electrode
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、リチウムイオン二次電池は図1に示した形状のものに限定されず、コイン形状に打ち抜いた電極とセパレータとを積層したコインタイプや、電極シートとセパレータとをスパイラル状に巻回したシリンダータイプ等であってもよい。 The preferred embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the above embodiment. For example, the lithium ion secondary battery is not limited to the shape shown in FIG. It may be a type or the like.
作製したリチウムイオン二次電池について、以下の方法によって、評価した。 The produced lithium ion secondary battery was evaluated by the following method.
(サイクル特性の測定)
二次電池充放電試験装置を用いて、電圧範囲を4.0Vから1.0Vまでとし、負極活物質重量当たり1C=800mAh/gとしたときの0.5Cでの電流値で充電、1.0Cでの電流値で放電を行い、サイクル特性の評価とする。
なお、サイクル特性は放電容量維持率(%)として示し、1サイクル目の放電容量を初期放電容量とし、初期放電容量に対する各サイクル数における放電容量の割合であり以下の式(1)で表されるものである。なお1Cとは公称容量値の容量を有する電池セルを定電流充電、または定電流放電して、ちょうど1時間で充放電が終了となる電流値のことである。
Using a secondary battery charge / discharge test apparatus, charging is performed at a current value of 0.5 C when the voltage range is 4.0 V to 1.0 V and 1 C = 800 mAh / g per weight of the negative electrode active material. Discharge at a current value of 0 C to evaluate cycle characteristics.
The cycle characteristics are expressed as the discharge capacity retention rate (%), where the discharge capacity at the first cycle is the initial discharge capacity, and is the ratio of the discharge capacity at each number of cycles to the initial discharge capacity. Is. Note that 1C is a current value at which charging / discharging is completed in exactly one hour after a constant current charge or constant current discharge is performed on a battery cell having a nominal capacity value.
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明について更に詳しく説明するが、これらは本発明を何ら制限するものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are given and this invention is demonstrated in more detail, these do not restrict | limit this invention at all.
以下に示す手順により実施例1〜13、比較例1〜3のリチウムイオン二次電池を作製した。 Lithium ion secondary batteries of Examples 1 to 13 and Comparative Examples 1 to 3 were produced by the following procedure.
[実施例1]
(負極活物質の作製)
(水熱合成工程)
500mlのマイヤーフラスコに、硫酸鉄(II)七水和物を38.92g(0.14mol)、蒸留水250mLを加え、マグネチックスターラーで攪拌し混合溶液を得た。続いて、トリエタノールアミンを55.95g(0.37mol)を10分かけて徐々に滴下した。得られた混合溶液を0.5Lオートクレーブのガラス製の円筒容器内に移し、容器を密閉し、4時間、160℃で保持し、水熱合成を行った。得られたスラリーを濾過、水洗、乾燥を行いFeとOから構成される化合物の前駆体を得た。
[Example 1]
(Preparation of negative electrode active material)
(Hydrothermal synthesis process)
To a 500 ml Meyer flask, 38.92 g (0.14 mol) of iron (II) sulfate heptahydrate and 250 mL of distilled water were added and stirred with a magnetic stirrer to obtain a mixed solution. Subsequently, 55.95 g (0.37 mol) of triethanolamine was gradually added dropwise over 10 minutes. The obtained mixed solution was transferred into a 0.5 L autoclave glass cylindrical container, and the container was sealed and kept at 160 ° C. for 4 hours to perform hydrothermal synthesis. The obtained slurry was filtered, washed with water, and dried to obtain a precursor of a compound composed of Fe and O.
(焼成工程)
FeとOから構成される化合物前駆体をアルミナ坩堝に入れ、200℃、6時間の焼成を行った。実施例1の負極活物質を得た。
(Baking process)
A compound precursor composed of Fe and O was put in an alumina crucible and baked at 200 ° C. for 6 hours. The negative electrode active material of Example 1 was obtained.
(XRDスペクトルの測定)
実施例1の負極活物質のXRDスペクトルを株式会社リガク製試料水平型多目的X線回折装置UltimaIVを用いて測定した。結果を図2に示す。
(Measurement of XRD spectrum)
The XRD spectrum of the negative electrode active material of Example 1 was measured using a sample horizontal multipurpose X-ray diffractometer Ultima IV manufactured by Rigaku Corporation. The results are shown in FIG.
図2より明らかなように実施例1より得られた負極活物質はFe203であることを確認した。 As apparent from FIG. 2, it was confirmed that the negative electrode active material obtained from Example 1 was Fe 2 O 3 .
(負極の作製)
上記方法で作製した負極活物質(80質量%)、導電助剤としてカーボンブラック(5質量%)、結着剤としてポリアミドイミド(PAI)(15質量%)を混合し、溶剤のN−メチル−2−ピロリドン(NMP)中に分散させスラリーを得た。得られたスラリーをドクターブレード法により集電体である電解銅箔に塗布し、110℃で乾燥させた。乾燥後の電極を線圧2000kgf/cmでロールプレスにより圧延を行い、アルゴン雰囲気下、350℃で3時間熱処理し、負極を得た。
(Preparation of negative electrode)
The negative electrode active material (80% by mass) produced by the above method, carbon black (5% by mass) as a conductive auxiliary agent, and polyamideimide (PAI) (15% by mass) as a binder are mixed, and N-methyl- A slurry was obtained by dispersing in 2-pyrrolidone (NMP). The obtained slurry was applied to an electrolytic copper foil as a current collector by a doctor blade method and dried at 110 ° C. The dried electrode was rolled by a roll press at a linear pressure of 2000 kgf / cm, and heat-treated at 350 ° C. for 3 hours in an argon atmosphere to obtain a negative electrode.
(正極の作製)
正極活物質としてLiNi1/3Co1/3Mn1/3O2と、導電助剤としてケッチェンブラック、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン(PVdF)を加え、質量比がLiNi1/3Co1/3Mn1/3O2:ケッチェンブラック:PVdF=87:8:5となるように混合した。そして、溶媒であるN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を加えてスラリーを調製した後、固練りを1時間行った。その後NMPを追加して粘度を5000mPa・sに調整した。ドクターブレード法により集電体であるアルミニウム箔上に塗布し、100℃で10分間乾燥を行った。その後100℃に加熱したロールプレスにより線圧2tcm−1で圧延をおこない、正極を作製した。正極の活物質担持量は11mg/cm2となるように調整した。
(Preparation of positive electrode)
LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 as a positive electrode active material, Ketjen black as a conductive additive, polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder, and a mass ratio of LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 : Ketjen black: PVdF = 87: 8: 5. Then, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) as a solvent was added to prepare a slurry, and then kneading was performed for 1 hour. Thereafter, NMP was added to adjust the viscosity to 5000 mPa · s. It apply | coated on the aluminum foil which is a collector with the doctor blade method, and dried for 10 minutes at 100 degreeC. Thereafter, rolling was performed at a linear pressure of 2 tcm −1 by a roll press heated to 100 ° C. to produce a positive electrode. The active material carrying amount of the positive electrode was adjusted to 11 mg / cm 2 .
(評価用リチウムイオン二次電池の作製)
正極と、負極とを、それらの間にポリエチレン微多孔膜からなるセパレータを挟んで積層し、積層体(電池素体)を得た。この積層体を、外装体となるアルミラミネートパック(アルミニウム箔の2つの主面にポリプロピレン(PP)とポリエチレンテレフタラート(PET)とをそれぞれ被覆した積層シートの袋体)に入れた。
(Production of evaluation lithium-ion secondary battery)
A positive electrode and a negative electrode were laminated with a separator made of a polyethylene microporous film interposed therebetween to obtain a laminate (battery body). This laminated body was put into an aluminum laminated pack (a laminated sheet bag body in which two main surfaces of an aluminum foil were coated with polypropylene (PP) and polyethylene terephthalate (PET), respectively).
(電解液調製)
電解液はエチレンカーボネート(EC)、ジエチルカーボネート(DEC)を体積比3:7で混合し、支持塩としてLiPF6を1.0mol/Lになるよう溶解した。なお、上記方法で作製した電解液に添加剤として、トリス(クロロエチル)ホスフェートを0.01質量%加えた。マグネチックスターラーで1h撹拌し均一な混合溶液を得た。
この後、積層体を入れたアルミラミネートパックに、上記電解液を注入した後、真空シールし、実施例1の評価用リチウムイオン二次電池を作製した。
(Electrolyte preparation)
As the electrolytic solution, ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) were mixed at a volume ratio of 3: 7, and LiPF 6 was dissolved as a supporting salt to a concentration of 1.0 mol / L. In addition, 0.01 mass% of tris (chloroethyl) phosphate was added as an additive to the electrolyte solution produced by the above method. The mixture was stirred for 1 h with a magnetic stirrer to obtain a uniform mixed solution.
Then, after inject | pouring the said electrolyte solution into the aluminum laminate pack in which the laminated body was put, it vacuum-sealed and the lithium ion secondary battery for evaluation of Example 1 was produced.
(IC及びICP−AES測定)
実施例1において、電解液中に存在するClとPの定量をイオンクロマトグラフィー(IC)及びICP発光分光分析法(ICP−AES)測定により分析した。Cl−の定量は株式会社島津製作所製IC分析装置HIC−SPサプレッサイオンクロマトグラフを使用し、Pの定量はICP発光分光分析装置ICPS−8100CLを用いて測定した。各分析で得られた値から、電解液中に含まれるCl/Pモル比を算出し、得られた結果を表1に示す。
(IC and ICP-AES measurement)
In Example 1, the quantification of Cl and P present in the electrolyte was analyzed by ion chromatography (IC) and ICP emission spectroscopy (ICP-AES) measurement. Cl - is quantitation using Shimadzu IC analyzer HIC-SP suppressor ion chromatograph Co., quantification of P was measured using an ICP emission spectrometer ICPS-8100CL. From the values obtained in each analysis, the Cl / P molar ratio contained in the electrolytic solution was calculated, and the results obtained are shown in Table 1.
IC及びICP―AES測定により得られたCl/Pモル比は0.005であった。
[実施例2−8]
実施例1と同様にして、評価用リチウムイオン二次電池を作製した。電解液調製において、トリス(クロロエチル)ホスフェートを添加する量を種々変化させ、IC及びICP―AES測定により得られたCl/Pモル比の測定結果を表1に示す。
[実施例9]
実施例9において、FeとOから構成される化合物前駆体をアルミナ坩堝に入れ、カーボン0.5質量%を加えて窒素ガス雰囲気下500℃条件において熱処理を行ったこと以外は実施例1と同様にして反応を行った。得られた実施例9の負極活物質を用いて、実施例1と同様にリチウムイオン電池評価用二次電池を作製した。電解液調製において、トリス(クロロエチル)ホスフェートを0.8質量%添加した後、IC及びICP―AES測定により得られたCl/Pモル比は0.430であった。
The Cl / P molar ratio obtained by IC and ICP-AES measurement was 0.005.
[Example 2-8]
In the same manner as in Example 1, a lithium ion secondary battery for evaluation was produced. Table 1 shows the measurement results of the Cl / P molar ratio obtained by IC and ICP-AES measurement by variously changing the amount of tris (chloroethyl) phosphate added in the electrolytic solution preparation.
[Example 9]
In Example 9, a compound precursor composed of Fe and O was put in an alumina crucible, 0.5 mass% of carbon was added, and heat treatment was performed under a nitrogen gas atmosphere at 500 ° C. under the same conditions as in Example 1. The reaction was carried out. Using the obtained negative electrode active material of Example 9, a secondary battery for evaluating a lithium ion battery was produced in the same manner as in Example 1. In the electrolytic solution preparation, after adding 0.8% by mass of tris (chloroethyl) phosphate, the Cl / P molar ratio obtained by IC and ICP-AES measurement was 0.430.
(XRDスペクトルの測定)
実施例9の負極活物質のXRDスペクトルを株式会社リガク製試料水平型多目的X線回折装置UltimaIVを用いて測定した。結果を図3に示す。
(Measurement of XRD spectrum)
The XRD spectrum of the negative electrode active material of Example 9 was measured using a sample horizontal multipurpose X-ray diffractometer Ultima IV manufactured by Rigaku Corporation. The results are shown in FIG.
図3より明らかなように実施例9より得られた負極活物質はFe304であることを確認した。 As is clear from FIG. 3, it was confirmed that the negative electrode active material obtained from Example 9 was Fe 3 0 4 .
[実施例10−12]
実施例10−12において、負極活物質LiFeO2はFe2O3とLi2CO3をFe/Liモル比が1.1になるように秤量し、大気中600℃で10h焼成することで得た。得られた実施例10−12の負極活物質を用いて、実施例1と同様にリチウムイオン電池評価用二次電池を作製した。電解液調製において、トリス(クロロエチル)ホスフェートを添加する量を種々変化させ、IC及びICP―AES測定により得られたCl/Pモル比を表1に示す。
[Examples 10-12]
In Example 10-12, the negative electrode active material LiFeO 2 was obtained by weighing Fe 2 O 3 and Li 2 CO 3 so that the Fe / Li molar ratio was 1.1 and firing at 600 ° C. for 10 hours in the air. It was. Using the obtained negative electrode active material of Example 10-12, a secondary battery for evaluating a lithium ion battery was produced in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the Cl / P molar ratio obtained by IC and ICP-AES measurement by variously changing the amount of tris (chloroethyl) phosphate added in the electrolytic solution preparation.
(XRDスペクトルの測定)
実施例10−12の負極活物質のXRDスペクトルを株式会社リガク製試料水平型多目的X線回折装置UltimaIVを用いて測定した。
(Measurement of XRD spectrum)
The XRD spectrum of the negative electrode active material of Examples 10-12 was measured using a sample horizontal multi-purpose X-ray diffractometer Ultima IV manufactured by Rigaku Corporation.
負極活物質はLiFe5O8とLiFeO2の混合相であることを確認した。 It was confirmed that the negative electrode active material was a mixed phase of LiFe 5 O 8 and LiFeO 2 .
[比較例1]
比較例1において、実施例1と同様にして、評価用リチウムイオン二次電池を作製した。ただし、電解液調製において、トリス(クロロエチル)ホスフェートの添加を行っていない。IC及びICP―AES測定により得られたCl/Pモル比の測定結果を表1に示す。Clが検出下限以下であり、Cl/Pモル比は算出ができなかった。
[Comparative Example 1]
In Comparative Example 1, a lithium ion secondary battery for evaluation was produced in the same manner as in Example 1. However, no tris (chloroethyl) phosphate was added in the preparation of the electrolytic solution. Table 1 shows the measurement results of the Cl / P molar ratio obtained by IC and ICP-AES measurements. Cl was below the detection limit, and the Cl / P molar ratio could not be calculated.
表1に実施例1〜12及び比較例1の負極活物質の結晶相、および電解液中のCl/Pモル比、100サイクル後の容量維持率について示す。 Table 1 shows the crystal phases of the negative electrode active materials of Examples 1 to 12 and Comparative Example 1, the Cl / P molar ratio in the electrolytic solution, and the capacity retention rate after 100 cycles.
[比較例2]
比較例2において、実施例10−12と同様にして、評価用リチウムイオン二次電池を作製した。ただし、電解液調製において、トリス(クロロエチル)ホスフェートの添加を行っていない。IC及びICP―AES測定により得られたCl/Pモル比の測定結果を表1に示す。Clが検出下限以下であり、Cl/Pモル比は算出ができなかった。
[Comparative Example 2]
In Comparative Example 2, a lithium ion secondary battery for evaluation was produced in the same manner as in Example 10-12. However, no tris (chloroethyl) phosphate was added in the preparation of the electrolytic solution. Table 1 shows the measurement results of the Cl / P molar ratio obtained by IC and ICP-AES measurements. Cl was below the detection limit, and the Cl / P molar ratio could not be calculated.
(サイクル特性の測定)
二次電池充放電試験装置を用いて、電圧範囲を4.0Vから1.0Vまでとし、負極活物質重量当たり1C=800mAh/gとしたときの0.5Cでの電流値で充電、1.0Cでの電流値で放電を行い、サイクル特性の評価を行った。
なお、サイクル特性は放電容量維持率(%)として示し、1サイクル目の放電容量を初期放電容量とし、初期放電容量に対する各サイクル数における放電容量の割合を示した以下の式(1)に基づき算出した。
Using a secondary battery charge / discharge test apparatus, charging is performed at a current value of 0.5 C when the voltage range is 4.0 V to 1.0 V and 1 C = 800 mAh / g per weight of the negative electrode active material. Discharging was performed at a current value of 0 C, and cycle characteristics were evaluated.
The cycle characteristics are expressed as the discharge capacity retention rate (%), and the discharge capacity at the first cycle is the initial discharge capacity, and the ratio of the discharge capacity at each cycle number to the initial discharge capacity is based on the following formula (1). Calculated.
表1から明らかなように、負極活物質としてFe2O3を用いたものは、Cl/Pモル比が0.005質量%〜0.3質量%の範囲内の時、容量維持率が向上し、特に0.01質量%〜0.1質量%の範囲内の時に、容量維持率が80%以上となり更に特性向上することが明らかとなった。充放電時において、電解液中のClと酸化鉄が反応し、オキシ塩化鉄が形成される。形成されたオキシ塩化鉄は水分と化学反応を起こす。よって充電反応時に形成されるSEI被膜が過剰に生成されることを防ぐため、良好なサイクル特性が得られたと推察される。
本発明によってサイクル特性が優れたリチウムイオン二次電池を提供することができる。 According to the present invention, a lithium ion secondary battery having excellent cycle characteristics can be provided.
10…正極、12…正極集電体、14…正極活物質層、18…セパレータ、20…負極、22…負極集電体、24…負極活物質層、30…積層体、50…ケース、52…金属箔、54…高分子膜、60,62…リード、100…リチウムイオン二次電池。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
を有することを特徴とするリチウムイオン二次電池。 A negative electrode containing a compound composed of Fe and O, and an electrolytic solution containing LiPF 6 and Cl,
A lithium ion secondary battery comprising:
2. The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein a molar ratio (Cl / P) of Cl and P in the electrolytic solution is 0.005 or more and 0.3 or less.
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