JP2018037289A - Nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

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Hiroki Iguchi
裕輝 井口
直之 和田
Naoyuki Wada
直之 和田
井上 薫
Kaoru Inoue
薫 井上
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Hideaki Fujita
秀明 藤田
佐野 秀樹
Hideki Sano
秀樹 佐野
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nonaqueous electrolyte secondary battery in which a negative electrode has high thermal stability, and the worsening of cycle characteristics is suppressed.SOLUTION: A nonaqueous electrolyte secondary battery comprises: a positive electrode; a negative electrode; and a nonaqueous electrolyte solution. The negative electrode includes graphite. The nonaqueous electrolyte solution includes: 0.01-0.05 mol/l of a first component; 0.01-0.75 mol/l of a second component; and lithium ions. The first component is at least one of cesium ions and rubidium ions. The second component is at least one kind selected from a group consisting of vinylene carbonate, fluoroethylene carbonate, vinylethylene carbonate and ethylene sulfite.SELECTED DRAWING: None

Description

本開示は、非水電解液二次電池に関する。   The present disclosure relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery.

特開2007−018945号公報(特許文献1)は、支持電解質塩としてLiPF6を含み、さらにセシウムイオン、ルビジウムイオンが添加されている非水電解液を開示している。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-018945 (Patent Document 1) discloses a nonaqueous electrolytic solution containing LiPF 6 as a supporting electrolyte salt and further added with cesium ions and rubidium ions.

特開2007−018945号公報JP 2007-018945 A

非水電解液二次電池の負極活物質として黒鉛が知られている。非水電解液二次電池の電荷担体は、典型的にはリチウムイオン(Li+)である。非水電解液中のLi+は、イオンの状態のままで、黒鉛層間に可逆的に挿入、脱離される。そのため非水電解液二次電池は、熱安定性が低い金属リチウム(Li)を生じることなく、動作することができる。 Graphite is known as a negative electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary batteries. The charge carrier of the non-aqueous electrolyte secondary battery is typically lithium ion (Li + ). Li + in the non-aqueous electrolyte is reversibly inserted and desorbed between the graphite layers in the ionic state. Therefore, the nonaqueous electrolyte secondary battery can operate without producing metallic lithium (Li) having low thermal stability.

しかし、たとえば過充電時等には、Li+が金属Liとなって、負極の表面に析出する可能性がある。金属Liは、デンドライト(dendrite)状に成長することが知られている。デンドライト状の金属Liは、表面積が大きく、反応性に富む。よって金属Liがデンドライト状に成長することにより、負極の熱安定性が低下することになる。 However, for example, during overcharge, Li + may become metal Li and precipitate on the surface of the negative electrode. It is known that metal Li grows in a dendrite shape. Dendritic metal Li has a large surface area and is highly reactive. Therefore, when the metal Li grows in a dendrite shape, the thermal stability of the negative electrode is lowered.

セシウムイオン(Cs+)およびルビジウムイオン(Rb+)には、金属Liがデンドライト状に成長することを抑制する効果が見出されている。すなわち、非水電解液中、Li+およびCs+等が共存していることにより、金属Liはデンドライト状ではなく、面状に成長しやすくなる。これにより、負極の熱安定性が向上することが期待される。 Cesium ions (Cs + ) and rubidium ions (Rb + ) have been found to have an effect of suppressing the growth of metal Li in a dendritic form. That is, when Li + and Cs + and the like coexist in the non-aqueous electrolyte, the metal Li is likely to grow in a planar shape rather than a dendrite shape. This is expected to improve the thermal stability of the negative electrode.

しかしながら、Cs+等も、Li+と同様に、黒鉛層間に挿入され得る。Cs+等が黒鉛層間に挿入されると、電池のサイクル特性が著しく低下することになる。 However, Cs + and the like can be inserted between the graphite layers as well as Li + . When Cs + or the like is inserted between the graphite layers, the cycle characteristics of the battery are significantly deteriorated.

そこで本開示は、負極の熱安定性が高く、なおかつサイクル特性の低下が抑制されている非水電解液二次電池の提供を目的とする。   Therefore, the present disclosure aims to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery in which the negative electrode has high thermal stability and the deterioration of cycle characteristics is suppressed.

本開示の非水電解液二次電池は、正極、負極および非水電解液を備える。負極は黒鉛を含有する。非水電解液は、0.01mоl/l以上0.05mоl/l以下の第1成分、0.01mоl/l以上0.75mоl/l以下の第2成分、およびリチウムイオンを含有する。第1成分は、セシウムイオンおよびルビジウムイオンの少なくとも一方である。第2成分は、ビニレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネートおよびエチレンサルファイトからなる群より選択される少なくとも1種である。   The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present disclosure includes a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte. The negative electrode contains graphite. The non-aqueous electrolyte contains a first component of 0.01 mol / l or more and 0.05 mol / l or less, a second component of 0.01 mol / l or more and 0.75 mol / l or less, and lithium ions. The first component is at least one of cesium ions and rubidium ions. The second component is at least one selected from the group consisting of vinylene carbonate, fluoroethylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, and ethylene sulfite.

本開示の非水電解液二次電池において、非水電解液は、第1成分(Cs+、Rb+)を含有する。第1成分は、金属Liを面状に成長させる作用を有する。これにより、負極の熱安定性が向上する。 In the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present disclosure, the non-aqueous electrolyte contains a first component (Cs + , Rb + ). The first component has an action of growing the metal Li in a planar shape. Thereby, the thermal stability of the negative electrode is improved.

本開示は、第1成分(Cs+、Rb+)に関し、新たな知見を提供する。すなわち、特定の化合物が黒鉛の表面に形成する被膜は、Li+の透過を許すが、Cs+およびRb+の透過は阻害する。このような化合物として、ビニレンカーボネート(VC)、フルオロエチレンカーボネート(FEC)、ビニルエチレンカーボネート(VEC)、エチレンサルファイト(ES)が見出されている。そこで本開示の非水電解液は、第2成分として、これらの化合物を含有している。非水電解液が第2成分を含有することにより、第1成分(Cs+、Rb+)が黒鉛層間に挿入されることが抑制される。 The present disclosure provides new knowledge regarding the first component (Cs + , Rb + ). That is, a film formed by a specific compound on the surface of graphite allows the passage of Li + but inhibits the transmission of Cs + and Rb + . As such compounds, vinylene carbonate (VC), fluoroethylene carbonate (FEC), vinyl ethylene carbonate (VEC), and ethylene sulfite (ES) have been found. Therefore, the nonaqueous electrolytic solution of the present disclosure contains these compounds as the second component. When the non-aqueous electrolyte contains the second component, the first component (Cs + , Rb + ) is suppressed from being inserted between the graphite layers.

ただし、第1成分の含有量は、0.01mоl/l以上0.05mоl/l以下であり、かつ第2成分の含有量は、0.01mоl/l以上0.75mоl/l以下である。   However, the content of the first component is 0.01 mol / l or more and 0.05 mol / l or less, and the content of the second component is 0.01 mol / l or more and 0.75 mol / l or less.

第2成分が0.01mоl/l未満であると、被膜が十分に形成されず、第1成分(Cs+、Rb+)が黒鉛層間に挿入される可能性がある。第2成分が0.75mоl/lを超えると、被膜が過度に緻密になるため、Li+の透過も阻害されるようになる。これにより、電池抵抗が増加する可能性がある。 When the second component is less than 0.01 mol / l, the film is not sufficiently formed, and the first component (Cs + , Rb + ) may be inserted between the graphite layers. When the second component exceeds 0.75 mol / l, the coating becomes excessively dense, so that the penetration of Li + is also inhibited. Thereby, battery resistance may increase.

また第1成分が0.01mоl/l未満であると、金属Liを面状に成長させる効果が得られない可能性がある。第1成分が0.05mоl/lを超えると、第2成分が0.75mоl/l(上限)であっても、一部の第1成分が黒鉛層間に挿入される可能性がある。   On the other hand, if the first component is less than 0.01 mol / l, the effect of growing the metal Li in a planar shape may not be obtained. When the first component exceeds 0.05 mol / l, even if the second component is 0.75 mol / l (upper limit), a part of the first component may be inserted between the graphite layers.

図1は、本開示の実施形態に係る非水電解液二次電池の構成を示す概念図である。FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating a configuration of a nonaqueous electrolyte secondary battery according to an embodiment of the present disclosure.

以下、本開示の実施形態(以下「本実施形態」と記される)が説明される。ただし、以下の説明は、本開示の発明の範囲を限定するものではない。   Hereinafter, an embodiment of the present disclosure (hereinafter referred to as “the present embodiment”) will be described. However, the following description does not limit the scope of the present disclosure.

<非水電解液二次電池>
本実施形態の非水電解液二次電池は、高い熱安定性を有し、なおかつサイクル特性の低下が抑制されている。かかる特性は、たとえば、極めて高い安全性と、長期寿命とが求められる車載用途に好適である。車載用途とは、ハイブリッド車両(HV)等の電動車両の動力電源を示す。ただし、本実施形態の非水電解液二次電池の用途は、こうした車載用途に限られない。本実施形態の非水電解液二次電池は、あらゆる用途に適用可能である。
<Nonaqueous electrolyte secondary battery>
The nonaqueous electrolyte secondary battery of the present embodiment has high thermal stability and suppresses deterioration of cycle characteristics. Such characteristics are suitable, for example, for in-vehicle applications that require extremely high safety and long life. In-vehicle use refers to a power source for an electric vehicle such as a hybrid vehicle (HV). However, the use of the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present embodiment is not limited to such in-vehicle use. The non-aqueous electrolyte secondary battery of this embodiment can be applied to all uses.

図1は、本実施形態に係る非水電解液二次電池の構成を示す概念図である。以下の説明では、非水電解液二次電池が「電池」と略記される場合がある。電池10は、電池ケース11を備える。図1の電池ケース11は、角形(扁平直方体)である。ただし、電池ケース11は、角形に限定されず、たとえば、円筒形等であってもよい。電池ケース11は、たとえば、アルミニウム(Al)製、Al合金製等でよい。ただし、電池ケース11は、所定の密閉性を有する限り、たとえば、アルミラミネートフィルム製の袋等であってもよい。図示されていないが、電池ケース11には、注液口、安全弁、圧力感応式の電流遮断機構(CID)等が設けられていてもよい。   FIG. 1 is a conceptual diagram showing the configuration of the non-aqueous electrolyte secondary battery according to this embodiment. In the following description, the nonaqueous electrolyte secondary battery may be abbreviated as “battery”. The battery 10 includes a battery case 11. The battery case 11 in FIG. 1 has a rectangular shape (flat rectangular parallelepiped). However, the battery case 11 is not limited to a square shape, and may be, for example, a cylindrical shape. The battery case 11 may be made of, for example, aluminum (Al) or Al alloy. However, the battery case 11 may be, for example, an aluminum laminate film bag or the like as long as it has a predetermined sealing property. Although not shown, the battery case 11 may be provided with a liquid injection port, a safety valve, a pressure-sensitive current interruption mechanism (CID), and the like.

電池ケース11内には、電極群12、および非水電解液13が配置されている。すなわち、電池10は、非水電解液13を備える。非水電解液13の一部は、電池ケース11の底部に貯留されており、その他は電極群12内に保持されている。電極群12は、集電端子14により電池ケース11の外部に導出されている。電極群12は、正極、負極およびセパレータを含む。すなわち、電池10は、正極および負極を備える。   In the battery case 11, an electrode group 12 and a non-aqueous electrolyte solution 13 are disposed. That is, the battery 10 includes a nonaqueous electrolytic solution 13. A part of the non-aqueous electrolyte 13 is stored at the bottom of the battery case 11 and the other is held in the electrode group 12. The electrode group 12 is led out of the battery case 11 by a current collecting terminal 14. The electrode group 12 includes a positive electrode, a negative electrode, and a separator. That is, the battery 10 includes a positive electrode and a negative electrode.

電極群12は、巻回型の電極群であってもよいし、積層型の電極群であってもよい。巻回型の電極群とは、帯状の正極と帯状の負極とが、巻回されることにより構成される電極群である。積層型の電極群とは、矩形状の正極と矩形状の負極とが、交互に積層されることにより構成される電極群である。いずれの電極群においても、正極と負極との間にはセパレータが配置される。   The electrode group 12 may be a wound electrode group or a stacked electrode group. The wound electrode group is an electrode group formed by winding a belt-like positive electrode and a belt-like negative electrode. The stacked electrode group is an electrode group configured by alternately stacking a rectangular positive electrode and a rectangular negative electrode. In any electrode group, a separator is disposed between the positive electrode and the negative electrode.

《正極》
正極は、帯状、矩形状等のシート部材であり得る。正極は、集電体および正極合材を含む。集電体は、たとえば、Al箔等でよい。正極合材は、たとえば、集電体の表面に層状に塗着されている。正極合材は、正極活物質を含有する。正極活物質は、たとえば、リチウム含有金属酸化物である。リチウム含有金属酸化物としては、たとえば、LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、LiMn24、LiNi1/3Co1/3Mn1/32等が挙げられる。あるいは正極活物質は、LiFePO4等のリチウム含有金属リン酸塩であってもよい。
《Positive electrode》
The positive electrode can be a strip-like, rectangular or other sheet member. The positive electrode includes a current collector and a positive electrode mixture. The current collector may be, for example, an Al foil. The positive electrode mixture is, for example, applied in layers on the surface of the current collector. The positive electrode mixture contains a positive electrode active material. The positive electrode active material is, for example, a lithium-containing metal oxide. Examples of the lithium-containing metal oxide include LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2, and the like. Alternatively, the positive electrode active material may be a lithium-containing metal phosphate such as LiFePO 4 .

正極合材は、正極活物質の他、たとえば、導電材、バインダ等を含有してもよい。たとえば、正極合材は、80〜98質量%の正極活物質、1〜10質量%の導電材、および1〜10質量%のバインダを含有する。導電材としては、たとえば、アセチレンブラック(AB)、サーマルブラック、気相成長炭素繊維(VGCF)等が挙げられる。バインダとしては、たとえば、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)、ポリアクリル酸(PAA)等が挙げられる。   In addition to the positive electrode active material, the positive electrode mixture may contain, for example, a conductive material, a binder, and the like. For example, the positive electrode mixture contains 80 to 98% by mass of a positive electrode active material, 1 to 10% by mass of a conductive material, and 1 to 10% by mass of a binder. Examples of the conductive material include acetylene black (AB), thermal black, vapor grown carbon fiber (VGCF), and the like. Examples of the binder include polyvinylidene fluoride (PVdF), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyacrylic acid (PAA), and the like.

《負極》
負極は、帯状、矩形状等のシート部材であり得る。負極は、集電体および負極合材を含む。集電体は、たとえば、銅(Cu)箔等でよい。負極合材は、たとえば、集電体の表面に層状に塗着されている。
<Negative electrode>
The negative electrode can be a strip-like, rectangular or other sheet member. The negative electrode includes a current collector and a negative electrode mixture. The current collector may be, for example, a copper (Cu) foil. The negative electrode mixture is, for example, applied in layers on the surface of the current collector.

負極合材は、黒鉛を含有する。すなわち負極は、黒鉛を含有する。黒鉛は、負極活物質として機能する。負極は、黒鉛を含有している限り、その他の負極活物質を含有していてもよい。その他の負極活物質としては、たとえば、易黒鉛化性炭素、難黒鉛化性炭素、珪素、酸化珪素、炭化珪素、錫、酸化錫等が挙げられる。   The negative electrode mixture contains graphite. That is, the negative electrode contains graphite. Graphite functions as a negative electrode active material. As long as the negative electrode contains graphite, the negative electrode may contain other negative electrode active materials. Examples of other negative electrode active materials include graphitizable carbon, non-graphitizable carbon, silicon, silicon oxide, silicon carbide, tin, and tin oxide.

負極合材は、負極活物質の他、たとえば、バインダ等を含有してもよい。負極合材は、たとえば、90〜99質量%の負極活物質、および1〜10質量%のバインダを含有する。バインダとしては、たとえば、カルボキシメチルセルロース(CMC)、スチレンブタジエンゴム(SBR)等が挙げられる。   The negative electrode mixture may contain, for example, a binder in addition to the negative electrode active material. The negative electrode mixture contains, for example, 90 to 99% by mass of a negative electrode active material and 1 to 10% by mass of a binder. Examples of the binder include carboxymethyl cellulose (CMC) and styrene butadiene rubber (SBR).

《非水電解液》
非水電解液は、非プロトン性溶媒、および支持電解質塩を含む。支持電解質塩は、非プロトン性溶媒に溶解している。
<Non-aqueous electrolyte>
The non-aqueous electrolyte includes an aprotic solvent and a supporting electrolyte salt. The supporting electrolyte salt is dissolved in an aprotic solvent.

(非プロトン性溶媒)
非プロトン性溶媒は、たとえば、環状カーボネート、鎖状カーボネート等の混合物でよい。環状カーボネートとしては、たとえば、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、1,2−ブチレンカーボネート等が挙げられる。鎖状カーボネートとしては、たとえば、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)等が挙げられる。環状カーボネートと鎖状カーボネートとの混合比は、たとえば、体積比で「環状カーボネート:鎖状カーボネート=1:9〜5:5」程度でよい。非プロトン性溶媒は、1,2−ジメトキシエタン(DME)等のエーテル、メチルプロピオネート(MP)等のエステル等を含んでいてもよい。
(Aprotic solvent)
The aprotic solvent may be, for example, a mixture of cyclic carbonate, chain carbonate and the like. Examples of the cyclic carbonate include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), 1,2-butylene carbonate, and the like. Examples of the chain carbonate include ethyl methyl carbonate (EMC), dimethyl carbonate (DMC), and diethyl carbonate (DEC). The mixing ratio of the cyclic carbonate and the chain carbonate may be, for example, about “cyclic carbonate: chain carbonate = 1: 9 to 5: 5” in volume ratio. The aprotic solvent may contain ethers such as 1,2-dimethoxyethane (DME), esters such as methyl propionate (MP), and the like.

(支持電解質塩)
支持電解質塩は、Li塩である。すなわち非水電解液は、Li+および対アニオンを含有する。非水電解液は、たとえば、0.5mоl/l以上2.0mоl/l以下のLi+を含有する。対アニオンは、非水電解液中の金属カチオン(Li+、Cs+、Rb+)の電荷を補償する。対アニオンは、たとえば、PF6 -、BF4 -、[N(SO2F)2-、[N(SO2CF32-等でよい。非水電解液は、2種以上の対アニオンを含有していてもよい。
(Supporting electrolyte salt)
The supporting electrolyte salt is a Li salt. That is, the nonaqueous electrolytic solution contains Li + and a counter anion. The non-aqueous electrolyte contains, for example, Li + of 0.5 mol / l or more and 2.0 mol / l or less. The counter anion compensates for the charge of the metal cation (Li + , Cs + , Rb + ) in the non-aqueous electrolyte. The counter anion may be, for example, PF 6 , BF 4 , [N (SO 2 F) 2 ] , [N (SO 2 CF 3 ) 2 ] or the like. The nonaqueous electrolytic solution may contain two or more kinds of counter anions.

(第1成分)
非水電解液は、0.01mоl/l以上0.05mоl/l以下の第1成分を含有する。第1成分は、Cs+およびRb+の少なくとも一方である。非水電解液は、Cs+またはRb+の一方を含有してもよいし、Cs+およびRb+の両方を含有してもよい。ただし、非水電解液がCs+およびRb+の両方を含有する場合、Cs+およびRb+の合計が0.01mоl/l以上0.05mоl/l以下であることを要する。
(First component)
The nonaqueous electrolytic solution contains a first component of 0.01 mol / l or more and 0.05 mol / l or less. The first component is at least one of Cs + and Rb + . The nonaqueous electrolytic solution may contain one of Cs + or Rb + , or may contain both Cs + and Rb + . However, if the non-aqueous electrolyte solution contains both Cs + and Rb +, requires that the sum of Cs + and Rb + is less than 0.01mоl / l or more 0.05mоl / l.

第1成分は、金属Liを面状に成長させる作用を有する。これにより、負極の熱安定性の向上が期待される。第1成分が0.01mоl/l未満であると、所望の効果が得られない可能性がある。第1成分が0.05mоl/lを超えると、非水電解液が後述の第2成分(VC等)を含有する場合でも、第1成分の一部が黒鉛層間に挿入される可能性がある。第1成分が黒鉛層間に挿入されると、サイクル特性が低下することになる。負極の熱安定性の観点から、非水電解液は、好ましくは0.03mоl/l以上0.05mоl/l以下の第1成分を含有する。   The first component has an action of growing the metal Li in a planar shape. Thereby, improvement of the thermal stability of the negative electrode is expected. If the first component is less than 0.01 mol / l, the desired effect may not be obtained. When the first component exceeds 0.05 mol / l, a part of the first component may be inserted between the graphite layers even when the non-aqueous electrolyte contains a second component (VC or the like) described later. . When the first component is inserted between the graphite layers, the cycle characteristics are deteriorated. From the viewpoint of thermal stability of the negative electrode, the non-aqueous electrolyte preferably contains a first component of 0.03 mol / l or more and 0.05 mol / l or less.

第1成分は、たとえば、塩の形態で非水電解液に添加される。第1成分の対アニオンは、前述されたLi塩の対アニオンと同じであってもよいし、異なっていてもよい。   The first component is added to the non-aqueous electrolyte in the form of a salt, for example. The counter anion of the first component may be the same as or different from the counter anion of the Li salt described above.

(第2成分)
非水電解液は、0.01mоl/l以上0.75mоl/l以下の第2成分を含有する。第2成分は、特定の化合物である。すなわち第2成分は、VC、FEC、VECおよびESからなる群より選択される少なくとも1種である。非水電解液は、これらの化合物のうち、1種の化合物を単独で含有していてもよいし、2種以上の化合物を含有していてもよい。ただし、非水電解液が2種以上の化合物を含有する場合、2種以上の化合物の合計が0.01mоl/l以上0.75mоl/l以下であることを要する。VCにより形成される被膜は、Li+の透過性が特に良好である。したがって、第2成分は、特に好ましくはVCである。
(Second component)
The nonaqueous electrolytic solution contains a second component of 0.01 mol / l or more and 0.75 mol / l or less. The second component is a specific compound. That is, the second component is at least one selected from the group consisting of VC, FEC, VEC and ES. The nonaqueous electrolytic solution may contain one kind of compound alone among these compounds, or may contain two or more kinds of compounds. However, when the non-aqueous electrolyte contains two or more compounds, the total of the two or more compounds needs to be 0.01 mol / l or more and 0.75 mol / l or less. The film formed by VC has particularly good Li + permeability. Therefore, the second component is particularly preferably VC.

第2成分は、黒鉛の表面で還元分解され、被膜を形成する。第2成分により形成される被膜は、Li+の透過を許すが、第1成分(Cs+、Rb+)の透過は阻害する。すなわち、第2成分により形成される被膜は、第1成分が黒鉛層間に挿入されることを抑制する。第2成分が0.01mоl/l未満であると、被膜が十分形成されず、第1成分が黒鉛層間に挿入される可能性がある。第2成分が0.75mоl/lを超えると、被膜が過度に緻密になるため、Li+の透過も阻害されるようになる。これにより、電池抵抗が増加する可能性がある。電池抵抗の観点から、非水電解液は、好ましくは、0.15mоl/l以上0.40mоl/l以下の第2成分を含有する。 The second component is reduced and decomposed on the surface of graphite to form a film. The film formed by the second component allows the permeation of Li + but inhibits the permeation of the first component (Cs + , Rb + ). That is, the film formed by the second component suppresses the first component from being inserted between the graphite layers. If the second component is less than 0.01 mol / l, the film is not sufficiently formed, and the first component may be inserted between the graphite layers. When the second component exceeds 0.75 mol / l, the coating becomes excessively dense, so that the penetration of Li + is also inhibited. Thereby, battery resistance may increase. From the viewpoint of battery resistance, the nonaqueous electrolytic solution preferably contains a second component of 0.15 mol / l or more and 0.40 mol / l or less.

(その他の成分)
非水電解液は、第1成分、第2成分およびLi+を含有する限り、その他の成分を含有してもよい。その他の成分としては、たとえば、シクロヘキシルベンゼン、ビフェニル等のガス発生剤等が挙げられる。ガス発生剤は、過充電時に、圧力感応式のCIDの作動を促進する。
(Other ingredients)
The nonaqueous electrolytic solution may contain other components as long as it contains the first component, the second component, and Li + . Examples of other components include gas generating agents such as cyclohexylbenzene and biphenyl. The gas generant promotes the operation of the pressure sensitive CID during overcharge.

《セパレータ》
セパレータは、正極と負極との間に配置されている。セパレータは、正極と負極とを隔離しつつ、内部の空隙に非水電解液を保持する。
<< Separator >>
The separator is disposed between the positive electrode and the negative electrode. The separator holds the non-aqueous electrolyte in the internal gap while isolating the positive electrode and the negative electrode.

セパレータは、典型的には、樹脂製の多孔質膜である。セパレータは、たとえば、ポリエチレン(PE)製の多孔質膜、ポリプロピレン(PP)製の多孔質膜等であり得る。セパレータは、多層構造を有していてもよい。たとえば、セパレータは、PPの多孔質膜、PEの多孔質膜、およびPPの多孔質膜がこの順に積層されて構成されていてもよい。さらにセパレータは、その表面に耐熱層を含んでいてもよい。耐熱層は、たとえば、アルミナ等の無機粒子を含む。   The separator is typically a resinous porous membrane. The separator can be, for example, a polyethylene (PE) porous film, a polypropylene (PP) porous film, or the like. The separator may have a multilayer structure. For example, the separator may be configured by laminating a porous film of PP, a porous film of PE, and a porous film of PP in this order. Furthermore, the separator may include a heat resistant layer on the surface thereof. The heat-resistant layer includes inorganic particles such as alumina, for example.

以下、実施例が説明される。ただし、以下の例は、本開示の発明の範囲を限定するものではない。   Examples will be described below. However, the following examples do not limit the scope of the invention of the present disclosure.

<非水電解液二次電池の製造>
以下のようにして、実施例および比較例に係る非水電解液二次電池が製造された。
<Manufacture of non-aqueous electrolyte secondary batteries>
Nonaqueous electrolyte secondary batteries according to Examples and Comparative Examples were manufactured as follows.

《実施例1》
1.正極の作製
以下の材料が準備された。
Example 1
1. Preparation of positive electrode The following materials were prepared.

(正極材料)
正極活物質:LiNi1/3Co1/3Mn1/32
導電材:AB
バインダ:PVdF
溶媒:N−メチル−2−ピロリドン(NMP)
集電体:Al箔
(Positive electrode material)
Cathode active material: LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2
Conductive material: AB
Binder: PVdF
Solvent: N-methyl-2-pyrrolidone (NMP)
Current collector: Al foil

正極活物質、導電材、バインダおよび溶媒が混合されることにより、正極合材スラリーが調製された。正極合材の配合は、質量比で「正極活物質:導電材:バインダ=93:4:3」とされた。正極合材スラリーが集電体の表面(表裏両面)に塗工され、乾燥された。これにより、集電体の表面に、正極合材が層状に塗着された。これにより集電体および正極合材を含む正極が得られた。正極合材の塗着量は、片面あたり19mg/cm2とされた。正極が所定の寸法を有するように加工された。これにより、帯状のシート部材である正極が得られた。 A positive electrode mixture slurry was prepared by mixing a positive electrode active material, a conductive material, a binder, and a solvent. The composition of the positive electrode mixture was “positive electrode active material: conductive material: binder = 93: 4: 3” by mass ratio. The positive electrode mixture slurry was applied to the surface (both front and back surfaces) of the current collector and dried. As a result, the positive electrode mixture was applied in layers on the surface of the current collector. As a result, a positive electrode including a current collector and a positive electrode mixture was obtained. The coating amount of the positive electrode mixture was 19 mg / cm 2 per side. The positive electrode was processed to have a predetermined dimension. Thereby, the positive electrode which is a strip-shaped sheet member was obtained.

2.負極の作製
以下の材料が準備された。
2. Production of Negative Electrode The following materials were prepared.

(負極材料)
負極活物質:黒鉛
バインダ:CMCおよびSBR
溶媒:水
集電体:Cu箔
(Negative electrode material)
Negative electrode active material: Graphite Binder: CMC and SBR
Solvent: Water Current collector: Cu foil

負極活物質、バインダおよび溶媒が混合されることにより、負極合材スラリーが調製された。負極合材の配合は、質量比で「負極活物質:CMC:SBR=99:0.5:0.5」とされた。負極合材スラリーが集電体の表面(表裏両面)に塗工され、乾燥された。これにより、集電体の表面に、負極合材が層状に塗着された。これにより集電体および負極合材を含む負極が得られた。負極合材の塗着量は、片面あたり9mg/cm2とされた。負極が所定の寸法を有するように加工された。これにより、帯状のシート部材である負極が得られた。 A negative electrode mixture slurry was prepared by mixing a negative electrode active material, a binder, and a solvent. The composition of the negative electrode mixture was “negative electrode active material: CMC: SBR = 99: 0.5: 0.5” by mass ratio. The negative electrode mixture slurry was applied to the surface (both front and back surfaces) of the current collector and dried. As a result, the negative electrode mixture was applied in layers on the surface of the current collector. As a result, a negative electrode including a current collector and a negative electrode mixture was obtained. The amount of the negative electrode mixture applied was 9 mg / cm 2 per side. The negative electrode was processed to have a predetermined dimension. Thereby, the negative electrode which is a strip | belt-shaped sheet | seat member was obtained.

3.非水電解液の調製
以下の組成を有する非水電解液が調製された。なおLi+およびCs+は、塩(LiPF6、CsPF6)の形態で非水電解液に添加され、非水電解液に溶解された。
3. Preparation of Nonaqueous Electrolytic Solution A nonaqueous electrolytic solution having the following composition was prepared. Li + and Cs + were added to the nonaqueous electrolyte in the form of a salt (LiPF 6 , CsPF 6 ) and dissolved in the nonaqueous electrolyte.

(非水電解液の組成)
溶媒:EC/DMC/EMC=3/4/3(v/v/v)
第1成分(Cs+):0.05mоl/l
第2成分(VC):0.15mоl/l
Li+:1.1mоl/l
PF6 -:1.15mоl/l
(Composition of non-aqueous electrolyte)
Solvent: EC / DMC / EMC = 3/4/3 (v / v / v)
First component (Cs + ): 0.05 mol / l
Second component (VC): 0.15 mol / l
Li + : 1.1 mol / l
PF 6 : 1.15 mol / l

4.組み立て
20μmの厚さを有するセパレータが準備された。このセパレータは、PPの多孔質膜、PEの多孔質膜およびPPの多孔質膜がこの順に積層されて構成される3層構造を有する。
4). Assembly A separator having a thickness of 20 μm was prepared. This separator has a three-layer structure in which a PP porous film, a PE porous film, and a PP porous film are laminated in this order.

帯状の正極と帯状の負極とが、巻回されることにより、電極群が構成された。電極群は、扁平状の外形を有するように構成された。正極と負極との間にはセパレータが配置された。   The electrode group was configured by winding the belt-like positive electrode and the belt-like negative electrode. The electrode group was configured to have a flat outer shape. A separator was disposed between the positive electrode and the negative electrode.

電極群に集電端子が取り付けられた。Al製の電池ケースに電極群が収納された。この電池ケースは、幅148mm×高さ90mm×奥行27mmの角形ケースである。電池ケースに設けられた注液口から、所定量の非水電解液が注入された。注液口が栓により封じられた。以上より、実施例1に係る非水電解液二次電池が製造された。この電池は、3.0〜4.1Vの範囲で動作するように設計されている。電池の設計容量は35Ahである。   A current collecting terminal was attached to the electrode group. The electrode group was housed in a battery case made of Al. This battery case is a rectangular case having a width of 148 mm, a height of 90 mm, and a depth of 27 mm. A predetermined amount of non-aqueous electrolyte was injected from a liquid injection port provided in the battery case. The injection port was sealed with a stopper. From the above, the nonaqueous electrolyte secondary battery according to Example 1 was manufactured. This battery is designed to operate in the range of 3.0-4.1V. The design capacity of the battery is 35 Ah.

《比較例1》
第1成分を含有しない非水電解液が使用されることを除いては、実施例1と同じ手順により、比較例1に係る非水電解液二次電池が製造された。
<< Comparative Example 1 >>
A non-aqueous electrolyte secondary battery according to Comparative Example 1 was manufactured by the same procedure as Example 1 except that a non-aqueous electrolyte not containing the first component was used.

《実施例2、実施例3、比較例2》
下記表1に示されるように、非水電解液中の第1成分の含有量が変更されることを除いては、実施例1と同じ手順により、実施例2、実施例3および比較例2に係る非水電解液二次電池が製造された。
<< Example 2, Example 3, Comparative Example 2 >>
As shown in Table 1 below, Example 2, Example 3 and Comparative Example 2 were performed in the same procedure as Example 1 except that the content of the first component in the non-aqueous electrolyte was changed. A non-aqueous electrolyte secondary battery according to was manufactured.

《比較例3》
第2成分を含有しない非水電解液が使用されることを除いては、実施例1と同じ手順により、比較例3に係る非水電解液二次電池が製造された。
<< Comparative Example 3 >>
A non-aqueous electrolyte secondary battery according to Comparative Example 3 was manufactured by the same procedure as Example 1 except that a non-aqueous electrolyte not containing the second component was used.

《実施例4〜6、比較例4》
下記表1に示されるように、非水電解液中の第2成分の含有量が変更されることを除いては、実施例1と同じ手順により、実施例4〜6および比較例4に係る非水電解液二次電池が製造された。
<< Examples 4 to 6, Comparative Example 4 >>
As shown in Table 1 below, Examples 4 to 6 and Comparative Example 4 are performed according to the same procedure as Example 1 except that the content of the second component in the nonaqueous electrolytic solution is changed. A non-aqueous electrolyte secondary battery was manufactured.

《実施例7》
第1成分がCs+からRb+に変更されることを除いては、実施例1と同じ手順により、実施例7に係る非水電解液二次電池が製造された。
Example 7
A nonaqueous electrolyte secondary battery according to Example 7 was manufactured by the same procedure as Example 1 except that the first component was changed from Cs + to Rb + .

《実施例8、実施例9、実施例10》
第2成分が、VCからVEC、FEC、ESにそれぞれ変更されることを除いては、実施例1と同じ手順により、実施例8、実施例9および実施例10に係る非水電解液二次電池が製造された。
<< Example 8, Example 9, Example 10 >>
Except that the second component is changed from VC to VEC, FEC, and ES, respectively, the non-aqueous electrolyte secondary solution according to Examples 8, 9, and 10 is performed in the same procedure as in Example 1. A battery was manufactured.

Figure 2018037289
Figure 2018037289

<評価>
以下のようにして、各電池が評価された。
<Evaluation>
Each battery was evaluated as follows.

《電池抵抗の測定》
25℃環境において、電池が3.7Vまで充電された。充電された電池が、35Aの電流で10秒間放電された。放電時の電圧降下量(ΔV)が測定された。電圧降下量(ΔV)が、放電時の電流(35A)で除されることにより、電池抵抗が算出された。結果は、上記表1に示されている。
<Measurement of battery resistance>
The battery was charged to 3.7 V in a 25 ° C. environment. The charged battery was discharged at a current of 35 A for 10 seconds. The amount of voltage drop during discharge (ΔV) was measured. The battery resistance was calculated by dividing the amount of voltage drop (ΔV) by the current (35 A) during discharge. The results are shown in Table 1 above.

《負極の熱安定性の評価》
電池が35Aの電流で4.4Vまで過充電された。過充電された電池が解体され、負極が回収された。DSC(Differential Scanning Calorimetry)により、負極の熱分析が実施された。これにより、負極の発熱ピークの温度が測定された。結果は、上記表1に示されている。発熱ピークの温度が高い程、負極の熱安定性が高いことを示している。
<Evaluation of thermal stability of negative electrode>
The battery was overcharged to 4.4V with a current of 35A. The overcharged battery was disassembled and the negative electrode was recovered. Thermal analysis of the negative electrode was performed by DSC (Differential Scanning Calorimetry). Thereby, the temperature of the exothermic peak of the negative electrode was measured. The results are shown in Table 1 above. The higher the temperature of the exothermic peak, the higher the thermal stability of the negative electrode.

《サイクル特性の評価》
25℃環境において、電池のサイクル特性が評価された。以下の「CC充電→休止→CC放電→休止」が1サイクルと定義され、当該サイクルが1000回繰り返された。ここで「CC(Constant Current)」は定電流方式を示している。
<Evaluation of cycle characteristics>
The battery cycle characteristics were evaluated in a 25 ° C. environment. The following “CC charge → pause → CC discharge → pause” was defined as one cycle, and the cycle was repeated 1000 times. Here, “CC (Constant Current)” indicates a constant current method.

(サイクル条件)
CC充電:電流=35A,終止電圧=4.1V
休止:10分間
CC放電:電流=35A,終止電圧=3.0V
休止:10分間
(Cycle conditions)
CC charging: Current = 35A, end voltage = 4.1V
Rest: 10 minutes CC discharge: Current = 35A, end voltage = 3.0V
Rest: 10 minutes

1000サイクル目の放電容量が、1サイクル目の放電容量で除されることにより、サイクル後容量維持率(百分率)が算出された。結果は上記表1に示されている。サイクル後容量維持率が高い程、サイクル特性の低下が抑制されていることを示している。   The capacity retention rate after the cycle (percentage) was calculated by dividing the discharge capacity at the 1000th cycle by the discharge capacity at the 1st cycle. The results are shown in Table 1 above. It shows that the higher the post-cycle capacity retention rate, the more the degradation of cycle characteristics is suppressed.

<結果>
上記表1に示されるように、実施例1〜3は、比較例1よりも負極の熱安定性が向上していた。Cs+(第1成分)により、金属Liがデンドライト状に成長することが抑制されたためと考えられる。実施例3の結果より、第1成分が0.01mоl/l以上であれば、負極の熱安定性の向上が期待できることが分かる。
<Result>
As shown in Table 1 above, in Examples 1 to 3, the thermal stability of the negative electrode was improved as compared with Comparative Example 1. This is probably because Cs + (first component) suppressed the growth of metal Li in a dendrite shape. From the results of Example 3, it can be seen that if the first component is 0.01 mol / l or more, improvement in thermal stability of the negative electrode can be expected.

実施例1〜3は、比較例1と比べて遜色ないサイクル特性を示した。VC(第2成分)による被膜が、Cs+が黒鉛層間に挿入されることを抑制するためと考えられる。 Examples 1 to 3 showed cycle characteristics comparable to Comparative Example 1. It is considered that the coating with VC (second component) suppresses the insertion of Cs + between the graphite layers.

比較例2の結果より、Cs+の含有量が0.05mоl/lを超えると、サイクル特性が低下する可能性があることが分かる。Cs+が過剰に存在すると、VCによる被膜が形成されていても、Cs+の一部が黒鉛層間に挿入されてしまうものと考えられる。 From the results of Comparative Example 2, it can be seen that when the content of Cs + exceeds 0.05 mol / l, the cycle characteristics may be deteriorated. If Cs + is present excessively, it is considered that a part of Cs + is inserted between the graphite layers even if a film of VC is formed.

実施例4の結果から、0.01mоl/lのVC(第2成分)で、サイクル特性の低下が十分抑制されることが分かる。したがって、第2成分は、0.01mоl/l以上であればよい。実施例5、実施例6および比較例4の結果から、VC(第2成分)が0.75mоl/lを超えると、電池抵抗が増加することが分かる。したがって第2成分は、0.75mоl/l以下とすべきである。   From the results of Example 4, it can be seen that a decrease in cycle characteristics is sufficiently suppressed with a VC (second component) of 0.01 mol / l. Therefore, the second component may be 0.01 mol / l or more. From the results of Example 5, Example 6, and Comparative Example 4, it can be seen that when the VC (second component) exceeds 0.75 mol / l, the battery resistance increases. Therefore, the second component should be 0.75 mol / l or less.

実施例7の結果から、Rb+もCs+と同様の効果を有することが分かる。したがって、第1成分は、Cs+およびRb+の少なくとも一方でよい。 From the results of Example 7, it can be seen that Rb + has the same effect as Cs + . Therefore, the first component may be at least one of Cs + and Rb + .

実施例1および実施例8〜10の結果から、VEC、FECおよびESも、VCと同様の効果を有することが分かる。したがって、第2成分は、VC、FEC、VECおよびESからなる群より選択される少なくとも1種でよい。   From the results of Example 1 and Examples 8 to 10, it can be seen that VEC, FEC and ES also have the same effect as VC. Therefore, the second component may be at least one selected from the group consisting of VC, FEC, VEC and ES.

今回開示された実施形態および実施例は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の発明の範囲は、上記された説明ではなくて、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiments and examples disclosed herein are illustrative in all respects and should not be construed as being restrictive. The scope of the invention of the present disclosure is shown not by the above description but by the scope of claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.

10 電池(非水電解液二次電池)、11 電池ケース、12 電極群、13 非水電解液、14 集電端子。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Battery (nonaqueous electrolyte secondary battery), 11 Battery case, 12 Electrode group, 13 Nonaqueous electrolyte, 14 Current collection terminal.

Claims (1)

正極、
負極、および
非水電解液
を備え、
前記負極は、黒鉛を含有し、
前記非水電解液は、0.01mоl/l以上0.05mоl/l以下の第1成分、0.01mоl/l以上0.75mоl/l以下の第2成分、およびリチウムイオンを含有し、
前記第1成分は、セシウムイオンおよびルビジウムイオンの少なくとも一方であり、
前記第2成分は、ビニレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネートおよびエチレンサルファイトからなる群より選択される少なくとも1種である、
非水電解液二次電池。
Positive electrode,
A negative electrode and a non-aqueous electrolyte,
The negative electrode contains graphite,
The non-aqueous electrolyte contains a first component of 0.01 mol / l or more and 0.05 mol / l or less, a second component of 0.01 mol / l or more and 0.75 mol / l or less, and lithium ions,
The first component is at least one of a cesium ion and a rubidium ion,
The second component is at least one selected from the group consisting of vinylene carbonate, fluoroethylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, and ethylene sulfite.
Non-aqueous electrolyte secondary battery.
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