JP2017117686A - 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.
近年、リチウムイオン二次電池(Li電池)の開発が盛んに進められている。Li電池の課題として電池抵抗の低減と不可逆容量の低減が挙げられる。 In recent years, development of lithium ion secondary batteries (Li batteries) has been actively promoted. Problems with Li batteries include reduction of battery resistance and reduction of irreversible capacity.
Li電池の性能を向上させるために、電解液に様々な化合物を添加する技術が開示されており、下記の先行技術が開示されている。 In order to improve the performance of the Li battery, a technique of adding various compounds to the electrolytic solution is disclosed, and the following prior art is disclosed.
特許文献1には、ラクトン系化合物とホウ素系化合物をLi電池の電解液に加え、高温保存特性を向上させる試みをしている。 In Patent Document 1, an attempt is made to improve high-temperature storage characteristics by adding a lactone compound and a boron compound to an electrolyte of a Li battery.
特許文献2には、ホウ素系化合物をLi電池に加え、高温保存特性を改善する技術が開示されている。 Patent Document 2 discloses a technique for adding a boron-based compound to a Li battery and improving high-temperature storage characteristics.
一般的に、電池抵抗を低下させるには、負極活物質の黒鉛を小粒径化し、反応表面積を増加させて抵抗を低減する検討をする。しかし、小粒径化黒鉛に特許文献1の材料を加えると、不可逆容量の増加と電池抵抗の増加がおこる。ラクトンとホウ素系の組み合わせで形成される負極上の被膜が要因であると推定される。また、特許文献2の材料を用いると、不可逆容量の増加が見られ、電池性能が低下する。 In general, in order to reduce the battery resistance, it is considered to reduce the resistance by reducing the particle size of graphite of the negative electrode active material and increasing the reaction surface area. However, when the material of Patent Document 1 is added to the reduced particle size graphite, the irreversible capacity increases and the battery resistance increases. It is estimated that the film on the negative electrode formed by a combination of lactone and boron is a factor. Moreover, when the material of patent document 2 is used, the increase in irreversible capacity will be seen and battery performance will fall.
そこで、本発明では負極活物質として小粒径化黒鉛を用いた際に生じる、不可逆容量の低減と電池抵抗を低減することを目的に、新規なLi電池用添加剤およびその添加剤を用いたLi電池を提供することを目的にする。 Therefore, in the present invention, a novel Li battery additive and its additive were used for the purpose of reducing the irreversible capacity and battery resistance, which are generated when the reduced particle size graphite is used as the negative electrode active material. An object is to provide a Li battery.
上記課題を解決するための本発明の特徴は以下の通りである。 The features of the present invention for solving the above-described problems are as follows.
正極と負極と電解液を有し、前記負極は、負極活物質として黒鉛を有し、前記黒鉛の平均粒径(d50)は、0.5以上10μm以下の範囲であり、前記電解液は、式(1)または式(2)で表わされる添加剤を有するリチウムイオン二次電池。 The negative electrode has graphite as a negative electrode active material, the graphite has an average particle size (d50) in the range of 0.5 to 10 μm, and the electrolytic solution has a positive electrode, a negative electrode, and an electrolytic solution. A lithium ion secondary battery having an additive represented by formula (1) or formula (2).
(式1において、R1、R2、R3は、炭素数が5以下のアルキル基、ハロゲン基、炭素数が5以下のハロゲン化アルキル基、水素のいずれかである。R4はアルカン基(CnH2n+2)、ハロゲン化アルカン基、のいずれかでありR4はなくてもよい。Hは、ハロゲンで置換されていてもよい。Xはアルカリ金属または、アルカリ土類金属のいずれかである。) (In Formula 1, R 1 , R 2 and R 3 are any of an alkyl group having 5 or less carbon atoms, a halogen group, a halogenated alkyl group having 5 or less carbon atoms, or hydrogen. R 4 is an alkane group. (C n H 2n + 2 ), a halogenated alkane group, and R 4 may be omitted, H may be substituted with halogen, and X is either an alkali metal or an alkaline earth metal .)
(式(2)のR5は水素、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アルキル基である。Xはアルカリ金属または、アルカリ土類金属である。) (R 5 in formula (2) is hydrogen, an alkali metal, an alkaline earth metal, or an alkyl group. X is an alkali metal or an alkaline earth metal.)
本発明により、不可逆容量が低く電池抵抗が低いLi電池を提供できる。記した以外の課題、構成及び効果は以下の実施形態の説明により明らかにされる。 According to the present invention, it is possible to provide a Li battery with low irreversible capacity and low battery resistance. Problems, configurations, and effects other than those described will be clarified by the following description of embodiments.
以下、図面等を用いて、本発明の実施形態について説明する。以下の説明は本発明の内容の具体例を示すものであり、本発明がこれらの説明に限定されるものではなく、本明細書に開示される技術的思想の範囲内において当業者による様々な変更および修正が可能である。また、本発明を説明するための全図において、同一の機能を有するものは、同一の符号を付け、その繰り返しの説明は省略する場合がある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The following description shows specific examples of the contents of the present invention, and the present invention is not limited to these descriptions. Various modifications by those skilled in the art are within the scope of the technical idea disclosed in this specification. Changes and modifications are possible. In all the drawings for explaining the present invention, components having the same function are denoted by the same reference numerals, and repeated description thereof may be omitted.
図1は、本発明の一実施形態に係る電池の内部構造を模式的に表す図である。図1に示す本発明の一実施形態に係る電池1は、正極10、セパレータ11、負極12、電池容器(即ち電池缶)13、正極集電タブ14、負極集電タブ15、内蓋16、内圧開放弁17、ガスケット18、正温度係数(Positive temperature coefficient;PTC)抵抗素子19、及び電池蓋20、軸心21から構成される。電池蓋20は、内蓋16、内圧開放弁17、ガスケット18、及びPTC抵抗素子19からなる一体化部品である。また、軸心21には、正極10、セパレータ11及び負極12が捲回されている。
FIG. 1 is a diagram schematically showing the internal structure of a battery according to an embodiment of the present invention. A battery 1 according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 1 includes a
セパレータ11を正極10及び負極12の間に挿入し、軸心21に捲回した電極群を作製する。軸心21は、正極10、セパレータ11及び負極12を担持できるものであれば、公知の任意のものを用いることができる。電極群は、図1に示した円筒形状の他に、短冊状電極を積層したもの、又は正極10と負極12を扁平状等の任意の形状に捲回したもの等、種々の形状にすることができる。電池容器13の形状は、電極群の形状に合わせ、円筒形、偏平長円形状、扁平楕円形状、角形等の形状を選択してもよい。
The
電池容器13の材質は、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼製等、非水電解質に対し耐食性のある材料から選択される。また、電池容器13を正極10又は負極12に電気的に接続する場合は、非水電解質と接触している部分において、電池容器13の腐食やリチウムイオンとの合金化による材料の変質が起こらないように、電池容器13の材料の選定を行う。
The material of the
電池容器13に電極群を収納し、電池容器13の内壁に負極集電タブ15を接続し、電池蓋20の底面に正極集電タブ14を接続する。電解液は、電池の密閉の前に電池容器内部13に注入する。電解液の注入方法は、電池蓋20を解放した状態にて電極群に直接添加する方法、又は電池蓋20に設置した注入口から添加する方法がある。
The electrode group is housed in the
その後、電池蓋20を電池容器13に密着させ、電池全体を密閉する。電解液の注入口がある場合は、それも密封する。電池を密閉する方法には、溶接、かしめ等公知の技術がある。
Thereafter, the
本発明の一実施形態に係るリチウムイオン電池は、例えば、下記のような負極と正極とをセパレータを介して対向して配置し、電解質を注入することによって製造することができる。本発明の一実施形態に係るリチウムイオン電池の構造は特に限定されないが、通常、正極及び負極とそれらを隔てるセパレータとを捲回して捲回式電極群にするか、又は正極、負極及びセパレータを積層させて積層型の電極群とすることができる。 The lithium ion battery according to an embodiment of the present invention can be manufactured, for example, by disposing the following negative electrode and positive electrode facing each other via a separator and injecting an electrolyte. The structure of the lithium ion battery according to an embodiment of the present invention is not particularly limited. Usually, the positive electrode and the negative electrode and the separator separating them are wound into a wound electrode group, or the positive electrode, the negative electrode, and the separator are combined. A stacked electrode group can be formed by stacking.
<正極>
正極10は、正極活物質、導電剤、バインダ、及び集電体から構成される。正極活物質を例示すると、LiCoO2、LiNiO2、及びLiMn2O4が代表例である。他に、LiMnO3、LiMn2O3、LiMnO2、Li4Mn5O12、LiMn2−xMxO2(ただし、M=Co、Ni、Fe、Cr、Zn、Tiからなる群から選ばれる少なくとも1種、x=0.01〜0.2)、Li2Mn3MO8(ただし、M=Fe、Co、Ni、Cu、Znからなる群から選ばれる少なくとも1種)、Li1−xAxMn2O4(ただし、A=Mg、B、Al、Fe、Co、Ni、Cr、Zn、Caからなる群から選ばれる少なくとも1種、x=0.01〜0.1)、LiNi1−xMxO2(ただし、M=Co、Fe、Gaからなる群から選ばれる少なくとも1種、x=0.01〜0.2)、LiFeO2、Fe2(SO4)3、LiCo1−xMxO2(ただし、M=Ni、Fe、Mnからなる群から選ばれる少なくとも1種、x=0.01〜0.2)、LiNi1−xMxO2(ただし、M=Mn、Fe、Co、Al、Ga、Ca、Mgからなる群から選ばれる少なくとも1種、x=0.01〜0.2)、Fe(MoO4)3、FeF3、LiFePO4、及びLiMnPO4等を列挙することができる。正極活物質は1種以上を混合して用いてもよい。また、正極活物質は無機物や有機物で事前に被覆されていてもよい。無機物としては、Al、Mg、Ti、Zr、Mo、Wなどの酸化物が挙げられる。有機物としては、分子内にイオン交換性の官能基を持つイオン交換樹脂が好適に用いられる。正極活物質の粒径は、正極活物質、導電剤、及びバインダから形成される合剤層の厚さ以下になるように通常は規定される。正極活物質の粉末中に合剤層厚さ以上のサイズを有する粗粒がある場合、予めふるい分級や風流分級等により粗粒を除去し、合剤層厚さ以下の粒子を作製することが好ましい。
<Positive electrode>
The
また、正極活物質は、一般に酸化物系であるために電気抵抗が高いので、電気伝導性を補うための炭素粉末からなる導電剤を利用することが好ましい。正極活物質及び導電剤はともに通常は粉末であるので、粉末にバインダを混合して、粉末同士を結合させると同時に集電体へ接着させることができる。 In addition, since the positive electrode active material is generally oxide-based and has high electrical resistance, it is preferable to use a conductive agent made of carbon powder for supplementing electrical conductivity. Since both the positive electrode active material and the conductive agent are usually powders, a binder can be mixed with the powders, and the powders can be bonded together and simultaneously bonded to the current collector.
正極10の集電体には、厚さが10〜100μmのアルミニウム箔、厚さが10〜100μmで孔径が0.1〜10mmのアルミニウム製穿孔箔、エキスパンドメタル、又は発泡金属板等が用いられる。アルミニウムの他に、ステンレスやチタン等の材質も適用可能である。本発明では、材質、形状、製造方法等に制限されることなく、任意の集電体を使用することができる。
For the current collector of the
正極活物質、導電剤、バインダ、及び有機溶媒を混合した正極スラリーを、ドクターブレード法、ディッピング法、又はスプレー法等によって集電体へ付着させた後、有機溶媒を乾燥させ、ロールプレスによって加圧成形することにより、正極10を作製することができる。また、塗布から乾燥までを複数回行うことにより、複数の合剤層を集電体に積層化させることも可能である。
A positive electrode slurry in which a positive electrode active material, a conductive agent, a binder, and an organic solvent are mixed is attached to a current collector by a doctor blade method, a dipping method, or a spray method, and then the organic solvent is dried and applied by a roll press. The
<負極>
負極は、集電体に負極合剤負極合剤が塗布された構造である。負極合剤は、少なくとも負極活物質を有し、必要に応じて、導電剤、バインダ、その他添加剤が添加される。
<Negative electrode>
The negative electrode has a structure in which a negative electrode mixture and a negative electrode mixture are applied to a current collector. The negative electrode mixture has at least a negative electrode active material, and a conductive agent, a binder, and other additives are added as necessary.
負極活物質としては黒鉛を有するものを用いることができる。黒鉛は、X線回折法により測定した(002)面の平均層面間隔が0.3400nm以下のものである。黒鉛の粒径(d50)は、式(1)、式(2)で表わされる添加剤との関係を考慮して0.5から10 μmとすることが好ましい。本願の効果は、添加剤が黒鉛に吸着し、その後還元反応することで発現する。還元反応の機構は添加剤の構造と、電極である黒鉛の粒径により変化する。そのため、添加剤と黒鉛の粒径の組み合わせが本願の効果を得る上で重要になる。本願の添加剤は、これまでリチウムイオン電池に多く用いられているビニレンカーボネート(VC)に比べて還元性が高い。そのため、黒鉛の粒径が0.5μm以下のものを用いると比表面積が増加し、さらに本願の添加剤が過剰に反応する。そのため、黒鉛上に存在する被膜が過剰に生成するため、本願の効果が低下する。一方、黒鉛の粒径が10μm以上である場合、黒鉛上での添加剤の吸着がしにくくなり、本願の添加剤が還元しにくくなる。その結果、被膜形成が円滑に進まなくなるため、本願の効果が低下する。以上のことより、本願において用いる黒鉛は、粒径(d50)が0.5から10μmとすることが好ましい。ここで、平均粒径(d50)は、レーザ回折式粒度分布測定装置により測定される値であり、累積の粒子量が50%になる際の粒子径で定義される値である。 A material having graphite can be used as the negative electrode active material. Graphite has an average (002) plane spacing of 0.3400 nm or less as measured by X-ray diffraction. The particle diameter (d50) of graphite is preferably 0.5 to 10 μm in consideration of the relationship with the additives represented by the formulas (1) and (2). The effect of the present application is manifested when the additive is adsorbed on graphite and then reduced. The mechanism of the reduction reaction varies depending on the structure of the additive and the particle size of graphite as an electrode. Therefore, the combination of the additive and the particle size of graphite is important in obtaining the effects of the present application. The additive of the present application is highly reducible as compared with vinylene carbonate (VC) that has been widely used in lithium ion batteries. Therefore, when the graphite particle size is 0.5 μm or less, the specific surface area increases, and the additive of the present application reacts excessively. Therefore, since the film which exists on graphite produces | generates excessively, the effect of this application falls. On the other hand, when the particle size of graphite is 10 μm or more, it becomes difficult for the additive to be adsorbed on the graphite, and the additive of the present application is difficult to reduce. As a result, film formation does not proceed smoothly, and the effect of the present application is reduced. From the above, the graphite used in the present application preferably has a particle diameter (d50) of 0.5 to 10 μm. Here, the average particle diameter (d50) is a value measured by a laser diffraction particle size distribution measuring apparatus, and is a value defined by the particle diameter when the cumulative particle amount is 50%.
黒鉛の物性を前記記載の黒鉛を用いることで、本発明の添加剤が反応して形成する被膜の耐電解液還元性が向上し、不可逆容量が低減し、また、形成される被膜のイオン伝導性が高いため、Li電池の抵抗も低減すると考えられる。 By using the graphite described above as the physical properties of graphite, the resistance to electrolytic solution reduction of the film formed by the reaction of the additive of the present invention is improved, the irreversible capacity is reduced, and the ion conductivity of the formed film is reduced. It is considered that the resistance of the Li battery is also reduced because of its high performance.
また、負極活物質は、黒鉛以外にもリチウムと合金化する金属,あるいは炭素粒子表面に金属を担持した材料も用いることができる。例えばリチウム,銀,アルミニウム,スズ,ケイ素,インジウム,ガリウム,マグネシウムより選ばれた金属あるいは合金である。また,該金属または該金属の酸化物を負極活物質として利用できる。さらに、チタン酸リチウムを用いることもできる。 As the negative electrode active material, in addition to graphite, a metal alloying with lithium or a material having a metal supported on the surface of carbon particles can be used. For example, a metal or alloy selected from lithium, silver, aluminum, tin, silicon, indium, gallium, and magnesium. Further, the metal or an oxide of the metal can be used as a negative electrode active material. Furthermore, lithium titanate can also be used.
<電解液>
電解液は、例えば溶媒と電解質塩および添加剤から構成される。電解液に使用可能な非水溶媒としては、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、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、1、2−ジメトキシエタン、2−メチルテトラヒドロフラン、ジメチルスルフォキシド、1、3−ジオキソラン、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、リン酸トリエステル、トリメトキシメタン、ジオキソラン、ジエチルエーテル、スルホラン、3−メチル−2−オキサゾリジノン、テトラヒドロフラン、1、2−ジエトキシエタン、クロルエチレンカーボネート、又はクロルプロピレンカーボネート等が挙げられる。本願の効果を得る上で、電解液成分の選択は重要である。溶媒としては、環状カーボネートと鎖状カーボネートを混合して用いることが好ましい。環状カーボネートとしては、エチレンカーボネートが好適に用いられる。鎖状カーボネートとしてはジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネートが好ましく用いられる。
<Electrolyte>
The electrolytic solution is composed of, for example, a solvent, an electrolyte salt, and an additive. Non-aqueous solvents that can be used in the electrolyte include ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, 1,2-dimethoxyethane, 2-methyltetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, 1, 3-dioxolane, formamide, dimethylformamide, methyl propionate, ethyl propionate, phosphoric acid triester, trimethoxymethane, dioxolane, diethyl ether, sulfolane, 3-methyl-2-oxazolidinone, tetrahydrofuran, 1,2-diethoxyethane , Chloroethylene carbonate, or chloropropylene carbonate. In obtaining the effects of the present application, the selection of the electrolyte component is important. As the solvent, it is preferable to use a mixture of a cyclic carbonate and a chain carbonate. As the cyclic carbonate, ethylene carbonate is preferably used. As the chain carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and methyl ethyl carbonate are preferably used.
また鎖状カーボネートは組み合わせて用いてもよい。環状カーボネートと鎖状カーボネートの体積比を調整することにより、後述する添加剤と相乗効果が発揮し結果として本願の効果が高めることができる。環状カーボネート(a)と鎖状カーボネート(b)の体積比(a/(a+b))は、0≦a/(a+b)≦0.9であり、好ましくは0.01≦a/(a+b)≦0.50であり、特に好ましくは0.1≦a/(a+b)≦0.30である。溶媒成分は、初充電の際電極で分解反応が起こり、分解生成物が電極表面に生成する。その分解生成物が電池の抵抗を決める要素になる。 Further, chain carbonates may be used in combination. By adjusting the volume ratio of the cyclic carbonate and the chain carbonate, a synergistic effect with the additive described later is exhibited, and as a result, the effect of the present application can be enhanced. The volume ratio (a / (a + b)) between the cyclic carbonate (a) and the chain carbonate (b) is 0 ≦ a / (a + b) ≦ 0.9, preferably 0.01 ≦ a / (a + b) ≦. 0.50, particularly preferably 0.1 ≦ a / (a + b) ≦ 0.30. The solvent component undergoes a decomposition reaction at the electrode during the initial charge, and a decomposition product is generated on the electrode surface. The decomposition product is a factor that determines the resistance of the battery.
本発明において、式(1)または式(2)を添加した電池は電極で反応し、被膜を形成させるが、その反応は電解液の分解と協奏的におこる。被膜は、添加剤と溶媒の分解により協奏的に形成される。 In the present invention, the battery to which the formula (1) or the formula (2) is added reacts with the electrode to form a film, and the reaction occurs in concert with the decomposition of the electrolytic solution. The coating is formed in concert by the decomposition of the additive and solvent.
<添加剤>
電解液には式(1)または式(2)で表わされる添加剤が添加される。
<Additives>
An additive represented by the formula (1) or the formula (2) is added to the electrolytic solution.
(式1において、R1、R2、R3は、炭素数が5以下のアルキル基、ハロゲン基、炭素数が5以下のハロゲン化アルキル基、水素のいずれかである。R4はアルカン基(CnH2n+2)、ハロゲン化アルカン基、のいずれかでありR4はなくてもよい。Hは、ハロゲンで置換されていてもよい。Xはアルカリ金属または、アルカリ土類金属のいずれかである。)
式1においてR1からR3においては、炭素数5以下のものが好適に用いられる。なかでも、メチル基、エチル基、プロピル基が好適に用いられる。また、ハロゲン基の場合は、フッ素および塩素が好適に用いられる。
(In Formula 1, R 1 , R 2 and R 3 are any of an alkyl group having 5 or less carbon atoms, a halogen group, a halogenated alkyl group having 5 or less carbon atoms, or hydrogen. R 4 is an alkane group. (C n H 2n + 2 ), a halogenated alkane group, and R 4 may be omitted, H may be substituted with halogen, and X is either an alkali metal or an alkaline earth metal .)
In Formula 1, R 1 to R 3 are preferably those having 5 or less carbon atoms. Of these, a methyl group, an ethyl group, and a propyl group are preferably used. In the case of a halogen group, fluorine and chlorine are preferably used.
Xはアルカリ金属が好ましく、特にLi,Na,Kが好ましい。Xを調整することで、添加剤が形成する被膜の構造に影響を及ぼすため、本願の効果が高まると考えられる。R4がある場合は炭素数5以下のものが好適に用いられる。炭素数を調節することにより、電解液に対する溶解性を向上させることができるため、均一な被膜形成をすることができる。また、R4が存在しない場合は、Bとビニル基が直結する。 X is preferably an alkali metal, particularly Li, Na, or K. Adjusting X affects the structure of the film formed by the additive, so the effect of the present application is considered to be enhanced. When R 4 is present, those having 5 or less carbon atoms are preferably used. By adjusting the number of carbon atoms, the solubility in the electrolytic solution can be improved, so that a uniform film can be formed. When R 4 is not present, B and the vinyl group are directly connected.
(式(2)のR5は水素、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アルキル基である。Xはアルカリ金属または、アルカリ土類金属である。)
式(2)のR5は、アルキル基が好適に用いられる。アルキル基を用いることにより、R5に起因する過剰な分解反応を抑制することができるため、不可逆容量の低減が可能になる。式(2)のXはアルカリ金属または、アルカリ土類金属である。Xはアルカリ金属が好ましく、特にLi,Na,Kが好ましい。
(R 5 in formula (2) is hydrogen, an alkali metal, an alkaline earth metal, or an alkyl group. X is an alkali metal or an alkaline earth metal.)
As R 5 in the formula (2), an alkyl group is preferably used. By using an alkyl group, an excessive decomposition reaction due to R 5 can be suppressed, so that irreversible capacity can be reduced. X in the formula (2) is an alkali metal or an alkaline earth metal. X is preferably an alkali metal, particularly Li, Na, or K.
電解液に対する式(1)または式(2)の添加量(Y/wt%)は、電解液に対して0<Y≦5であり、好ましくは0.01≦Y≦3であり、特に好ましくは0.01≦Y<0.1である。添加量が多いと不可逆容量が増加し電池容量が低下する。また、添加量が少ないと、電極界面に存在する添加剤由来の成分の濃度が低下するため、本発明の効果が低下する。 The addition amount (Y / wt%) of the formula (1) or the formula (2) with respect to the electrolytic solution is 0 <Y ≦ 5, preferably 0.01 ≦ Y ≦ 3, particularly preferably with respect to the electrolytic solution. Is 0.01 ≦ Y <0.1. If the amount added is large, the irreversible capacity increases and the battery capacity decreases. Moreover, since the density | concentration of the component derived from the additive which exists in an electrode interface will fall when there is little addition amount, the effect of this invention falls.
式(1)および式(2)は、電池内に入れて充放電すると反応して、電極に被膜を形成する。被膜の構造の一つの形態として式(1)の場合、式(3)であり、式(2)の場合は式(4)が挙げられる。 Formula (1) and Formula (2) react when charged and discharged in a battery to form a film on the electrode. In the case of Formula (1) as one form of the structure of the film, Formula (3) is used, and in the case of Formula (2), Formula (4) is used.
(式1において、R1、R2、R3は、炭素数が5以下のアルキル基、ハロゲン基、炭素数が5以下のハロゲン化アルキル基、水素のいずれかである。R4はアルカン基(CnH2n+2)、ハロゲン化アルカン基、のいずれかでありR4はなくてもよい。Hは、ハロゲンで置換されていてもよい。Xはアルカリ金属または、アルカリ土類金属のいずれかである。nは、重合の数である。) (In Formula 1, R 1 , R 2 and R 3 are any of an alkyl group having 5 or less carbon atoms, a halogen group, a halogenated alkyl group having 5 or less carbon atoms, or hydrogen. R 4 is an alkane group. (C n H 2n + 2 ), a halogenated alkane group, and R 4 may be omitted, H may be substituted with halogen, and X is either an alkali metal or an alkaline earth metal N is the number of polymerizations.)
(式(2)のR5は水素、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アルキル基である。Xはアルカリ金属または、アルカリ土類金属である。)
なお、式(3)および式(4)のR1からR5およびXは、式(1)および式(2)に対応する。
(R 5 in formula (2) is hydrogen, an alkali metal, an alkaline earth metal, or an alkyl group. X is an alkali metal or an alkaline earth metal.)
Note that R 1 to R 5 and X in Formula (3) and Formula (4) correspond to Formula (1) and Formula (2).
式(3)および式(4)を事前に作製し負極活物質を被覆し、その活物質を用いて電池を作製することも可能である。被覆する活物質としては、正極活物質、負極活物質のいずれも可能である。電池抵抗の低減のためには負極活物質を被覆することが特に効果的である。負極活物質を被覆することにより、負極活物質の表面に形成される被膜の性状に影響を及ぼし、その結果、電池抵抗の低い電池が作製できる。 It is also possible to prepare Equation (3) and Equation (4) in advance, cover the negative electrode active material, and produce a battery using the active material. As the active material to be coated, either a positive electrode active material or a negative electrode active material can be used. In order to reduce battery resistance, it is particularly effective to coat the negative electrode active material. By covering the negative electrode active material, the properties of the film formed on the surface of the negative electrode active material are affected, and as a result, a battery having low battery resistance can be manufactured.
また、本願において活物質を溶媒に分散させ、そこに式(1)および重合開始剤を加え加熱重合し、その後活物質を取り出し、負極活物質を被覆してもよい。 Moreover, in this application, an active material may be disperse | distributed to a solvent, Formula (1) and a polymerization initiator may be added there, and it heat-polymerizes, and then an active material may be taken out and a negative electrode active material may be coat | covered.
電解液は、電解質塩を添加することが好ましい。電解質塩の例としては、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiCF3SO3、LiCF3CO2、LiAsF6、LiSbF6、又はリチウムトリフルオロメタンスルホンイミドで代表されるリチウムのイミド塩等、多種類のリチウム塩がある。これらの塩を、上記の溶媒に溶解してできた電解液を電池用電解液として使用することができる。本願において、電解質塩の選択は本願の効果を高める上で重要である。電解質塩としては、LiPF6、LiBF4、LiClO4が好ましく、さらに好ましくはLiPF6、LiBF4であり、特に好ましくはLiPF6である。LiPF6を用いると、式(1)で形成される被膜の成分に影響を及ぼし、その結果低抵抗な被膜が形成するため本願の効果が高まると考えられる。 It is preferable to add an electrolyte salt to the electrolytic solution. Examples of the electrolyte salt, LiPF 6, LiBF 4, LiClO 4, LiCF 3 SO 3, LiCF 3 CO 2, LiAsF 6, LiSbF 6, or imide salts such as lithium represented by lithium trifluoromethane sulfonimide, variety There is a lithium salt. An electrolytic solution obtained by dissolving these salts in the above solvent can be used as an electrolytic solution for a battery. In the present application, selection of the electrolyte salt is important for enhancing the effect of the present application. As the electrolyte salt, LiPF 6 , LiBF 4 , and LiClO 4 are preferable, LiPF 6 and LiBF 4 are more preferable, and LiPF 6 is particularly preferable. When LiPF 6 is used, it is considered that the effect of the present application is enhanced because the component of the film formed by the formula (1) is affected, and as a result, a low-resistance film is formed.
<第二の添加剤>
電解液に添加する添加剤として、式(1)または式(2)の他に第二の添加剤を添加することができる。
<Second additive>
As an additive to be added to the electrolytic solution, a second additive can be added in addition to the formula (1) or the formula (2).
第二の添加剤としては、ビニレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート、1,3−プロパンスルトン、1,3−プロペンスルトン、エチレンサルフェイト、またはその誘導体が挙げられる。この中で特に、ビニレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート、1,3−プロペンスルトン、またはそれらの混合体が好ましい。第二の添加剤を添加することで、活物質の表面に式(1)または式(2)と第二の添加剤による被膜ができ、より強固な被膜を形成させることができる。第二の添加剤としては、単独で用いてもよく、複数用いても良い。 Examples of the second additive include vinylene carbonate, fluoroethylene carbonate, 1,3-propane sultone, 1,3-propene sultone, ethylene sulfate, or a derivative thereof. Among these, vinylene carbonate, fluoroethylene carbonate, 1,3-propene sultone, or a mixture thereof is particularly preferable. By adding the second additive, a film of Formula (1) or Formula (2) and the second additive can be formed on the surface of the active material, and a stronger film can be formed. As a 2nd additive, you may use individually and may use multiple.
第二の添加剤の添加量(Z/ wt%)は、電解液に対して0<Z≦10の範囲で添加することが好ましい。より好ましくは0.01≦Z≦2である。第二の添加剤を加えることによって、式(1)の添加効果がさらに高まる。それは、式(1)と第二の添加剤との組み合わせで生じる被膜のイオン伝導性が高いため、抵抗がさらに低下するものと考えられる。第二の添加剤に二重結合性の官能基を含む場合は、式(1)の二重結合部と第二の添加剤の二重結合部が連なった構造を含むものが、被膜成分の一つの形態として存在してもよい。 The addition amount (Z / wt%) of the second additive is preferably added in the range of 0 <Z ≦ 10 with respect to the electrolytic solution. More preferably, 0.01 ≦ Z ≦ 2. By adding the second additive, the effect of adding the formula (1) is further enhanced. It is considered that the resistance is further lowered because the ionic conductivity of the film produced by the combination of the formula (1) and the second additive is high. In the case where the second additive contains a double bond functional group, the one containing a structure in which the double bond part of the formula (1) and the double bond part of the second additive are connected is the coating component. It may exist as one form.
固体高分子電解質(ポリマー電解質)を用いる場合には、ポリエチレンオキシド、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリメタクリル酸メチル、ポリヘキサフルオロプロピレン、ポリエチレンオキサイド等のイオン伝導性ポリマーを電解質に用いることができる。これらの固体高分子電解質を用いた場合、セパレータ11を省略することができる利点がある。
When a solid polymer electrolyte (polymer electrolyte) is used, an ion conductive polymer such as polyethylene oxide, polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, polymethyl methacrylate, polyhexafluoropropylene, and polyethylene oxide can be used for the electrolyte. When these solid polymer electrolytes are used, there is an advantage that the
さらに、イオン性液体を用いることができる。例えば、1−ethyl−3−methylimidazolium tetrafluoroborate(EMI−BF4)、リチウム塩LiN(SO2CF3)2(LiTFSI)とトリグライムとテトラグライムとの混合錯体、環状四級アンモニウム系陽イオン(N−methyl−N−propylpyrrolidiniumが例示される。)、及びイミド系陰イオン(bis(fluorosulfonyl)imideが例示される。)より、正極10及び負極12にて分解しない組み合わせを選択して、本実施形態に係る電池に用いることができる。
Furthermore, an ionic liquid can be used. For example, 1-ethyl-3-methylimidazole tetrafluoroborate (EMI-BF4), a lithium salt LiN (SO 2 CF 3 ) 2 (LiTFSI), a mixed complex of triglyme and tetraglyme, a cyclic quaternary ammonium cation (N-methyl) -N-propylpyrrolidinium is exemplified) and an imide-based anion (example is bis (fluorosulfonyl) imide), a combination that does not decompose at the
<セパレータ>
上記の方法で作製した正極10及び負極12の間にセパレータ11を挿入し、正極10及び負極12の短絡を防止する。セパレータ11には、ポリエチレン、ポリプロピレン等からなるポリオレフィン系高分子シート、又はポリオレフィン系高分子と4フッ化ポリエチレンを代表とするフッ素系高分子シートを溶着させた2層構造等を使用することが可能である。電池温度が高くなったときにセパレータ11が収縮しないように、セパレータ11の表面にセラミックス及びバインダの混合物を薄層状に形成してもよい。これらのセパレータ11は、電池の充放電時にリチウムイオンを透過させる必要があるため、一般に細孔径が0.01〜10μm、気孔率が20〜90%であれば、リチウムイオン電池に使用可能である。
<Separator>
The
<銅箔>
銅箔の厚みは5〜30μmが好ましく、特に7μm〜21μmが特に好ましい。これは、添加剤が負極で反応する際、黒鉛でも反応するが、銅箔上でも反応する。その際の銅箔に対する電流密度が、添加剤の反応に影響を及ぼすためと推察される。
<Copper foil>
The thickness of the copper foil is preferably 5 to 30 μm, particularly preferably 7 to 21 μm. This reacts with graphite when the additive reacts with the negative electrode, but also with copper foil. It is assumed that the current density with respect to the copper foil at that time influences the reaction of the additive.
<電池システム>
式(1)または式(2)を電解液に用いたLi電池は、抵抗が低いという優れた性質を持つ。そのため、電池の使用時に電池の内部抵抗に起因する発熱を抑制することができる。そのため、電池の冷却機構の簡略化も図れるため、携帯機器用の小型電池は勿論のこと、車載用などの大型電池にも有用である。
<Battery system>
A Li battery using Formula (1) or Formula (2) as an electrolyte has an excellent property of low resistance. Therefore, heat generation due to the internal resistance of the battery can be suppressed when the battery is used. Therefore, since the battery cooling mechanism can be simplified, it is useful not only for small batteries for portable devices but also for large batteries for in-vehicle use.
(実施例)
以下,実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが,本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。本実施例の結果を表1にまとめた。
(Example)
EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated further more concretely, this invention is not limited to these Examples. The results of this example are summarized in Table 1.
<正極の作製方法>
正極活物質(LiMn1/3Co1/3Ni1/3O2)、導電剤(SP270:日本黒鉛社製黒鉛)、ポリフッ化ビニリデンバインダーを85:7.5:7.5重量%の割合で混合し、N−メチル−2−ピロリドンに投入混合して、スラリー状の溶液を作製した。該スラリーを厚さ20μmのアルミニウム箔にドクターブレード法で塗布し、乾燥した。合剤かさ密度が2.8 g/cm3になるようにプレスして正極を作製した。
<Method for producing positive electrode>
85: 7.5: 7.5 wt% ratio of positive electrode active material (LiMn 1/3 Co 1/3 Ni 1/3 O 2 ), conductive agent (SP270: graphite manufactured by Nippon Graphite Co., Ltd.), and polyvinylidene fluoride binder And mixed with N-methyl-2-pyrrolidone to prepare a slurry solution. The slurry was applied to a 20 μm thick aluminum foil by a doctor blade method and dried. The mixture was pressed to a bulk density of 2.8 g / cm 3 to produce a positive electrode.
<負極の作製方法>
負極活物質には黒鉛を用いた。黒鉛にポリフッ化ビニリデンを95:5の重量%の比率で混合し、更にN−メチル−2−ピロリドンに投入混合して、スラリー状の溶液を作製した。該スラリーを厚さ10 μmの銅箔にドクターブレード法で塗布し、乾燥した。合剤かさ密度が1.5 g/cm3になるようにプレスして負極を作製した。なお、黒鉛の粒径(d50)は3μmのものを使用した。
<Method for producing negative electrode>
Graphite was used as the negative electrode active material. Polyvinylidene fluoride was mixed with graphite at a ratio of 95: 5% by weight, and further mixed with N-methyl-2-pyrrolidone to prepare a slurry solution. The slurry was applied to a copper foil having a thickness of 10 μm by a doctor blade method and dried. The mixture was pressed so that the bulk density was 1.5 g / cm 3 to prepare a negative electrode. The graphite particle size (d50) was 3 μm.
<電池の作製方法および評価方法>
正極と負極の間にセパレータを挿入し積層させた。その後、その積層体をアルミ製のラミネート内に挿入し、電池を形成した。電池の充放電は、電池の上限電圧を4.2 V、下限電圧を3.0 Vとした。また、充電は30mAの定電流で充電し、4.2 Vに到達後、電流値が3 mAになるまで定電位で充電した。また放電は、30 mAで3.0 Vまでした。電池容量は、4.2Vに充電した電池を、3.0 Vまで放電した時の容量で規定した。また、DCRは電池を4.2Vに充電した後、放電電流を30 mA、60 mA、90 mAそれぞれ設定し、10秒間放電後、電圧降下量を計測した。また、測定した電圧降下量と、放電電流の関係をプロットし、その傾きからDCRを求めた。
<Battery preparation method and evaluation method>
A separator was inserted between the positive electrode and the negative electrode and laminated. Thereafter, the laminate was inserted into an aluminum laminate to form a battery. In the charging / discharging of the battery, the upper limit voltage of the battery was 4.2 V, and the lower limit voltage was 3.0 V. In addition, charging was performed with a constant current of 30 mA, and after reaching 4.2 V, charging was performed with a constant potential until the current value reached 3 mA. The discharge was up to 3.0 V at 30 mA. The battery capacity was defined by the capacity when a battery charged to 4.2V was discharged to 3.0V. In addition, after charging the battery to 4.2 V, the DCR was set to discharge currents of 30 mA, 60 mA, and 90 mA, and after discharging for 10 seconds, the amount of voltage drop was measured. Also, the relationship between the measured voltage drop and the discharge current was plotted, and DCR was obtained from the slope.
(実施例1)
電解液は、電解質塩としてLiPF6を、溶媒としてEC/EMC/DMC =1/2/2 (体積比)を用いた。電解質塩濃度は1.0 mol/Lであった。電解液に第一の添加剤(式(1)または式(2)に当たる添加剤)として添加剤A(式(5))を0.95 wt%になるように加えた。その後、電池を作製して電池評価をした。電池容量は30.0 mAhであり、DCRは0.45 mΩであった。
Example 1
The electrolytic solution used was LiPF 6 as the electrolyte salt and EC / EMC / DMC = 1/2/2 (volume ratio) as the solvent. The electrolyte salt concentration was 1.0 mol / L. Additive A (formula (5)) was added to the electrolytic solution as a first additive (additive corresponding to formula (1) or formula (2)) to 0.95 wt%. Then, the battery was produced and battery evaluation was carried out. The battery capacity was 30.0 mAh and the DCR was 0.45 mΩ.
(実施例2)
実施例1において、添加剤Aの濃度を0.045 wt%以外にすること以外は、実施例1と同様にした。電池評価の結果、電池容量は29.8 mAhであり、DCRは0.46 mΩであった。
(Example 2)
In Example 1, it carried out similarly to Example 1 except having made the density | concentration of the additive A other than 0.045 wt%. As a result of battery evaluation, the battery capacity was 29.8 mAh and the DCR was 0.46 mΩ.
(実施例3)
実施例1において、第二の添加剤としてビニレンカーボネート(VC)を1.0 wt%加えること以外は実施例1と同様にした。電池評価の結果、電池容量は30.2 mAhであり、DCRは0.40 mΩであった。
(Example 3)
In Example 1, it carried out similarly to Example 1 except adding 1.0 wt% of vinylene carbonate (VC) as a 2nd additive. As a result of battery evaluation, the battery capacity was 30.2 mAh and the DCR was 0.40 mΩ.
(実施例4)
実施例1において、第二の添加剤として電解液に1,3−プロぺンスルトンを濃度が1.0 wt%になるように加えたこと以外は、実施例1と同様に検討した。電池評価の結果、電池容量は30.2 mAhであり、DCRは0.45 mΩであった。
Example 4
In Example 1, it examined like Example 1 except having added 1, 3- propensultone to the electrolyte solution so that a density | concentration might be 1.0 wt% as a 2nd additive. As a result of battery evaluation, the battery capacity was 30.2 mAh and the DCR was 0.45 mΩ.
(実施例5)
実施例1において、第一の添加剤として、添加剤Aの代わりに添加剤B(式(6))を用いること以外は、実施例1と同様に評価した。電池評価の結果、電池容量は29.5 mAhであり、DCRは0.48 mΩであった。
(Example 5)
In Example 1, it evaluated similarly to Example 1 except using the additive B (Formula (6)) instead of the additive A as a 1st additive. As a result of battery evaluation, the battery capacity was 29.5 mAh and the DCR was 0.48 mΩ.
(実施例6)
実施例1において、添加剤Aの代わりに添加剤C(式(7))を用いること以外は、実施例1と同様に評価した。電池評価の結果、電池容量は30.1 mAhであり、DCRは0.47 mΩであった。
(Example 6)
In Example 1, it evaluated similarly to Example 1 except using the additive C (Formula (7)) instead of the additive A. FIG. As a result of battery evaluation, the battery capacity was 30.1 mAh and the DCR was 0.47 mΩ.
(実施例7)
実施例1において、添加剤Aの代わりに添加剤D(式(8))を用いること以外は、実施例1と同様に評価した。電池評価の結果、電池容量は29.5 mAhであり、DCRは0.49 mΩであった。
(Example 7)
In Example 1, it evaluated similarly to Example 1 except using the additive D (Formula (8)) instead of the additive A. FIG. As a result of battery evaluation, the battery capacity was 29.5 mAh, and the DCR was 0.49 mΩ.
(実施例8)
実施例1において、添加剤Aの代わりに添加剤E(式(9))を用いること以外は、実施例1と同様に評価した。電池評価の結果、電池容量は29.6mAhであり、DCRは0.48 mΩであった。
(Example 8)
In Example 1, it evaluated similarly to Example 1 except using the additive E (Formula (9)) instead of the additive A. FIG. As a result of battery evaluation, the battery capacity was 29.6 mAh and the DCR was 0.48 mΩ.
(実施例9)
実施例1において、第二の添加剤としてビニレンカーボネート(VC)を0.9wt%加えること以外は実施例1と同様にした。電池評価の結果、電池容量は30.0 mAhであり、DCRは0.41 mΩであった。
Example 9
In Example 1, it carried out similarly to Example 1 except adding 0.9 wt% of vinylene carbonate (VC) as a 2nd additive. As a result of battery evaluation, the battery capacity was 30.0 mAh and the DCR was 0.41 mΩ.
(実施例10)
実施例1において、第二の添加剤としてビニレンカーボネート(VC)を1.0 wt%加えること以外は実施例1と同様にした。電池評価の結果、電池容量は30.5 mAhであり、DCRは0.39 mΩであった。
(Example 10)
In Example 1, it carried out similarly to Example 1 except adding 1.0 wt% of vinylene carbonate (VC) as a 2nd additive. As a result of battery evaluation, the battery capacity was 30.5 mAh and the DCR was 0.39 mΩ.
(実施例11)
実施例1において、添加剤(2)としてビニレンカーボネート(VC)を1.5 wt%加えること以外は実施例1と同様にした。電池評価の結果、電池容量は30.2 mAhであり、DCRは0.41 mΩであった。
(Example 11)
In Example 1, it carried out similarly to Example 1 except adding 1.5 wt% of vinylene carbonate (VC) as an additive (2). As a result of battery evaluation, the battery capacity was 30.2 mAh and the DCR was 0.41 mΩ.
(実施例12)
実施例1において、添加剤(2)としてビニレンカーボネート(VC)を2.0 wt%加えること以外は実施例1と同様にした。電池評価の結果、電池容量は29.5 mAhであり、DCRは0.45 mΩであった。
(Example 12)
In Example 1, it was carried out similarly to Example 1 except adding 2.0 wt% of vinylene carbonate (VC) as an additive (2). As a result of battery evaluation, the battery capacity was 29.5 mAh and the DCR was 0.45 mΩ.
(実施例13)
実施例1において、添加剤(2)としてビニレンカーボネート(VC)を2.5 wt%加えること以外は実施例1と同様にした。電池評価の結果、電池容量は29.2 mAhであり、DCRは0.49 mΩであった。
(Example 13)
In Example 1, it was carried out similarly to Example 1 except adding 2.5 wt% of vinylene carbonate (VC) as an additive (2). As a result of battery evaluation, the battery capacity was 29.2 mAh and the DCR was 0.49 mΩ.
(実施例14)
実施例1において、添加剤(2)としてビニレンカーボネート(VC)を3.0 wt%加えること以外は実施例1と同様にした。電池評価の結果、電池容量は27.2 mAhであり、DCRは0.60 mΩであった。
(Example 14)
In Example 1, it was carried out similarly to Example 1 except adding 3.0 wt% of vinylene carbonate (VC) as an additive (2). As a result of battery evaluation, the battery capacity was 27.2 mAh and the DCR was 0.60 mΩ.
(実施例15)
実施例2において、銅箔を35μmのもを使用すること以外は、実施例2と同様にした。その結果、電池容量は29.1 mAhであり、DCRは0.55 mΩであった。
(Example 15)
Example 2 was the same as Example 2 except that a copper foil having a thickness of 35 μm was used. As a result, the battery capacity was 29.1 mAh and the DCR was 0.55 mΩ.
(比較例1)
実施例1において、添加剤Aを加えないこと以外は実施例1と同様に評価した。その結果、電池容量は28.5 mAhであり、DCRは0.55 mΩであった。
(Comparative Example 1)
In Example 1, it evaluated similarly to Example 1 except not adding the additive A. As a result, the battery capacity was 28.5 mAh and the DCR was 0.55 mΩ.
(比較例2)
実施例1において、添加剤Aを加えないこと以外は実施例4と同様に評価した。その結果、電池容量は27.5 mAhであり、DCRは0.65 mΩであった。
(Comparative Example 2)
In Example 1, it evaluated similarly to Example 4 except not adding the additive A. As a result, the battery capacity was 27.5 mAh and the DCR was 0.65 mΩ.
(比較例3)
実施例3において、添加剤Aを加えないこと以外は実施例3と同様に評価した。その結果、電池容量は28.0 mAhであり、DCRは0.55 mΩであった。
(Comparative Example 3)
In Example 3, it evaluated similarly to Example 3 except not adding the additive A. As a result, the battery capacity was 28.0 mAh and the DCR was 0.55 mΩ.
(比較例4)
実施例3において、添加剤Aを加えず、ビニレンカーボネートの添加量を0.9wt%にすること以外は実施例3と同様に評価した。その結果、電池容量は28.2 mAhであり、DCRは0.58 mΩであった。
(Comparative Example 4)
In Example 3, evaluation was performed in the same manner as in Example 3 except that additive A was not added and the amount of vinylene carbonate added was 0.9 wt%. As a result, the battery capacity was 28.2 mAh and the DCR was 0.58 mΩ.
(比較例5)
実施例3において、添加剤Aを加えず、ビニレンカーボネートの添加量を1.0 wt%にすること以外は実施例3と同様に評価した。その結果、電池容量は27.0 mAhであり、DCRは0.68 mΩであった。
(Comparative Example 5)
In Example 3, evaluation was made in the same manner as in Example 3 except that additive A was not added and the amount of vinylene carbonate added was 1.0 wt%. As a result, the battery capacity was 27.0 mAh and the DCR was 0.68 mΩ.
(比較例6)
実施例3において、添加剤Aを加えず、ビニレンカーボネートの添加量を1.5 wt%にすること以外は実施例3と同様に評価した。その結果、電池容量は25.2 mAhであり、DCRは0.71 mΩであった。
(Comparative Example 6)
In Example 3, evaluation was made in the same manner as in Example 3 except that additive A was not added and the amount of vinylene carbonate added was 1.5 wt%. As a result, the battery capacity was 25.2 mAh and the DCR was 0.71 mΩ.
(比較例7)
実施例3において、添加剤Aを加えず、ビニレンカーボネートの添加量を2.0 wt%にすること以外は実施例3と同様に評価した。その結果、電池容量は24.8 mAhであり、DCRは0.79 mΩであった。
(Comparative Example 7)
In Example 3, evaluation was made in the same manner as in Example 3 except that additive A was not added and the amount of vinylene carbonate added was 2.0 wt%. As a result, the battery capacity was 24.8 mAh and the DCR was 0.79 mΩ.
(比較例8)
実施例3において、添加剤Aを加えず、ビニレンカーボネートの添加量を2.5 wt%にすること以外は実施例3と同様に評価した。その結果、電池容量は24.8 mAhであり、DCRは0.98 mΩであった。
(Comparative Example 8)
In Example 3, evaluation was made in the same manner as in Example 3 except that additive A was not added and the amount of vinylene carbonate added was 2.5 wt%. As a result, the battery capacity was 24.8 mAh and the DCR was 0.98 mΩ.
(比較例9)
実施例3において、添加剤Aを加えず、ビニレンカーボネートの添加量を3.0 wt%にすること以外は実施例3と同様に評価した。その結果、電池容量は20.2 mAhであり、DCRは1.20 mΩであった。
(Comparative Example 9)
In Example 3, evaluation was performed in the same manner as in Example 3 except that additive A was not added and the amount of vinylene carbonate added was 3.0 wt%. As a result, the battery capacity was 20.2 mAh and the DCR was 1.20 mΩ.
(比較例10)
実施例2において、黒鉛の粒径が15μmのもを使用すること以外は、実施例2と同様にした。その結果、電池容量は27.1 mAhであり、DCRは0.80 mΩであった。
(Comparative Example 10)
Example 2 was the same as Example 2 except that graphite having a particle size of 15 μm was used. As a result, the battery capacity was 27.1 mAh and the DCR was 0.80 mΩ.
(比較例11)
実施例2において、黒鉛の粒径が20μmのもを使用すること以外は、実施例2と同様にした。その結果、電池容量は26.5 mAhであり、DCRは0.89 mΩであった。
(Comparative Example 11)
Example 2 was the same as Example 2 except that graphite having a particle size of 20 μm was used. As a result, the battery capacity was 26.5 mAh and the DCR was 0.89 mΩ.
実施例1〜15により、式(1)または式(2)で表わされる添加剤を電解液に添加することで、リチウムイオン二次電池の抵抗を低減することができることが分かった特に実施例1で用いた添加剤Aの効果が大きい。さらに第二の添加剤を加えることで、さらに抵抗低減することが分かる。これは、式(1)または式(2)で表わされる添加剤と第二の添加剤とで協奏的な膜が形成されるため、より強固且つ抵抗の低い被膜を形成することができるからであると考えられる。 Examples 1 to 15 indicate that the resistance of the lithium ion secondary battery can be reduced by adding the additive represented by formula (1) or formula (2) to the electrolytic solution. The effect of the additive A used in is great. Furthermore, it turns out that resistance is further reduced by adding a 2nd additive. This is because a concerted film is formed by the additive represented by the formula (1) or the formula (2) and the second additive, so that a stronger and lower resistance film can be formed. It is believed that there is.
電池1
正極10、
セパレータ11、
負極12、
電池容器(即ち電池缶)13、
正極集電タブ14、
負極集電タブ15、
内蓋16、
内圧開放弁17、
ガスケット18、
正温度係数(Positive temperature coefficient;PTC)抵抗素子19、
電池蓋20、
軸心21
Battery 1
Battery container (ie, battery can) 13,
Positive electrode
Negative electrode
Inner lid 16,
Internal pressure release valve 17,
Positive temperature coefficient (PTC)
Claims (7)
前記負極は、負極活物質として黒鉛を有し、
前記黒鉛の平均粒径(d50)は、0.5以上10μm以下の範囲であり、
前記電解液は、式(1)または式(2)で表わされる添加剤を有するリチウムイオン二次電池。
(式1において、R1、R2、R3は、炭素数が5以下のアルキル基、ハロゲン基、炭素数が5以下のハロゲン化アルキル基、水素のいずれかである。R4はアルカン基(CnH2n+2)、ハロゲン化アルカン基、のいずれかでありR4はなくてもよい。Hは、ハロゲンで置換されていてもよい。Xはアルカリ金属または、アルカリ土類金属のいずれかである。)
(式(2)のR5は水素、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アルキル基である。Xはアルカリ金属または、アルカリ土類金属である。) Having a positive electrode, a negative electrode and an electrolyte,
The negative electrode has graphite as a negative electrode active material,
The average particle diameter (d50) of the graphite is in the range of 0.5 to 10 μm,
The electrolytic solution is a lithium ion secondary battery having an additive represented by formula (1) or formula (2).
(In Formula 1, R 1 , R 2 and R 3 are any of an alkyl group having 5 or less carbon atoms, a halogen group, a halogenated alkyl group having 5 or less carbon atoms, or hydrogen. R 4 is an alkane group. (C n H 2n + 2 ), a halogenated alkane group, and R 4 may be omitted, H may be substituted with halogen, and X is either an alkali metal or an alkaline earth metal .)
(R 5 in formula (2) is hydrogen, an alkali metal, an alkaline earth metal, or an alkyl group. X is an alkali metal or an alkaline earth metal.)
前記電解液に対する前記添加剤の添加量(Y/wt%)は、前記電解液に対して0<Y≦5の範囲であるリチウムイオン二次電池。 In claim 1,
The additive amount (Y / wt%) of the additive with respect to the electrolytic solution is a lithium ion secondary battery in a range of 0 <Y ≦ 5 with respect to the electrolytic solution.
前記式(1)で表わされる添加剤は、式(5)、式(7)、式(8)、式(9)のいずれかであり、
前記式(2)で表わされる添加剤は、式(6)であるリチウムイオン二次電池。
The additive represented by the formula (1) is any one of the formula (5), the formula (7), the formula (8), and the formula (9).
The additive represented by said Formula (2) is a lithium ion secondary battery which is Formula (6).
前記電解液は、第二の添加剤を有し、
前記第二の添加剤は、ビニレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート、1,3−プロパンスルトン、1,3−プロペンスルトン、エチレンサルフェイトの少なくともいずれかであるリチウムイオン二次電池。 In claim 3,
The electrolytic solution has a second additive,
The lithium ion secondary battery, wherein the second additive is at least one of vinylene carbonate, fluoroethylene carbonate, 1,3-propane sultone, 1,3-propene sultone, and ethylene sulfate.
前記第二の添加剤の添加量(Z/ wt%)は、前記電解液に対して0<Z≦10の範囲であるリチウムイオン二次電池。 In claim 4,
The addition amount (Z / wt%) of the second additive is a lithium ion secondary battery in a range of 0 <Z ≦ 10 with respect to the electrolytic solution.
前記負極は、負極集電体に前記負極合剤が塗布されてなり、
前記負極集電体は、銅を有し、
前記集電体の厚さは、5〜30μmの範囲であるリチウムイオン二次電池。 In any one of Claims 1 thru | or 5,
The negative electrode is formed by applying the negative electrode mixture to a negative electrode current collector,
The negative electrode current collector has copper,
A thickness of the current collector is a lithium ion secondary battery in a range of 5 to 30 μm.
前記負極は、負極活物質として黒鉛を有し、
前記黒鉛の平均粒径(d50)は、0.5以上10μm以下の範囲であり、
前記黒鉛は、表面に式(3)または式(4)で表わされる被覆を有するリチウムイオン二次電池。
(式1において、R1、R2、R3は、炭素数が5以下のアルキル基、ハロゲン基、炭素数が5以下のハロゲン化アルキル基、水素のいずれかである。R4はアルカン基(CnH2n+2)、ハロゲン化アルカン基、のいずれかでありR4はなくてもよい。Hは、ハロゲンで置換されていてもよい。Xはアルカリ金属または、アルカリ土類金属のいずれかである。nは、重合の数である。)
(式(2)のR5は水素、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アルキル基である。Xはアルカリ金属または、アルカリ土類金属である。) Having a positive electrode, a negative electrode and an electrolyte,
The negative electrode has graphite as a negative electrode active material,
The average particle diameter (d50) of the graphite is in the range of 0.5 to 10 μm,
The graphite is a lithium ion secondary battery having a coating represented by Formula (3) or Formula (4) on the surface.
(In Formula 1, R 1 , R 2 and R 3 are any of an alkyl group having 5 or less carbon atoms, a halogen group, a halogenated alkyl group having 5 or less carbon atoms, or hydrogen. R 4 is an alkane group. (C n H 2n + 2 ), a halogenated alkane group, and R 4 may be omitted, H may be substituted with halogen, and X is either an alkali metal or an alkaline earth metal N is the number of polymerizations.)
(R 5 in formula (2) is hydrogen, an alkali metal, an alkaline earth metal, or an alkyl group. X is an alkali metal or an alkaline earth metal.)
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