JP2018120848A - 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.
従来、負極と、正極と、電解液とを備え、該負極が集電体と、該集電体の表面に形成された負極活物質の皮膜とを備えるリチウムイオン二次電池が知られている。前記リチウムイオン二次電池の負極活物質に炭素材料より理論容量が大きいスズを用いることが検討されており、例えば、前記集電体の表面に電気めっき法により形成された10〜300μmの厚さのスズ皮膜を備えるリチウムイオン二次電池が知られている。(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, there has been known a lithium ion secondary battery that includes a negative electrode, a positive electrode, and an electrolytic solution, and the negative electrode includes a current collector and a negative electrode active material film formed on the surface of the current collector. . The use of tin having a theoretical capacity larger than that of a carbon material as a negative electrode active material of the lithium ion secondary battery has been studied. For example, a thickness of 10 to 300 μm formed on the surface of the current collector by electroplating. Lithium ion secondary batteries having a tin film are known. (For example, refer to Patent Document 1).
また、前記負極活物質として、鉛(Pb)、アルミニウム(Al)、亜鉛(Zn)を用いることが知られている(例えば、特許文献2参照)。 In addition, it is known that lead (Pb), aluminum (Al), or zinc (Zn) is used as the negative electrode active material (see, for example, Patent Document 2).
前記従来のリチウムイオン二次電池において、前記正極はコバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウム等を正極活物質とし、前記電解液はカーボネート系溶媒に、支持塩としてフッ素含有リチウム塩が溶解されている。前記カーボネート系溶媒としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート及びγ−ブチロラクトンからなる群から選択される少なくとも1種の溶媒を用いることができる。また、前記フッ素含有リチウム塩としては、ヘキサフルオロリン酸リチウム、テトラフルオロホウ酸リチウム及びトリフルオロメタンスルホン酸リチウムからなる群から選択される少なくとも1種の化合物を用いることができる。 In the conventional lithium ion secondary battery, the positive electrode includes lithium cobaltate, lithium nickelate, lithium manganate, etc. as a positive electrode active material, the electrolyte includes a carbonate-based solvent, and a fluorine-containing lithium salt as a supporting salt. ing. As the carbonate solvent, at least one solvent selected from the group consisting of propylene carbonate, ethylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, and γ-butyrolactone can be used. As the fluorine-containing lithium salt, at least one compound selected from the group consisting of lithium hexafluorophosphate, lithium tetrafluoroborate, and lithium trifluoromethanesulfonate can be used.
しかしながら、スズ皮膜を備える集電体を負極とし、カーボネート系溶媒と支持塩とを含む電解液を用いるリチウムイオン二次電池では、該スズ皮膜が該電解液と接触した状態である程度の時間が経過すると、充放電ができなくなることがあり、或いは充放電サイクルに対する耐久性が低下するという不都合がある。 However, in a lithium ion secondary battery using a current collector provided with a tin film as a negative electrode and an electrolytic solution containing a carbonate solvent and a supporting salt, a certain amount of time has passed while the tin film is in contact with the electrolytic solution. As a result, charging / discharging may not be possible, or durability against charging / discharging cycles may be reduced.
また、前記集電体が鉛皮膜、アルミニウム皮膜、亜鉛皮膜のいずれかの皮膜を備える場合にも、前記スズ皮膜の場合と同一の不都合がある。 Further, when the current collector is provided with any one of a lead film, an aluminum film, and a zinc film, there are the same disadvantages as in the case of the tin film.
本発明は、かかる不都合を解消して、負極が、スズ、鉛、アルミニウム、亜鉛からなる群から選択される少なくとも1種の金属を含む場合に、該負極が電解液と接触した状態である程度の時間が経過しても充放電が可能な、或いは充放電特性に優れる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 eliminates such inconveniences, and when the negative electrode contains at least one metal selected from the group consisting of tin, lead, aluminum, and zinc, the negative electrode is in contact with the electrolyte to some extent. An object of the present invention is to provide a lithium ion secondary battery that can be charged / discharged over time or has excellent charge / discharge characteristics.
本発明者は、表面にスズ皮膜を備える集電体を負極とし、カーボネート系溶媒と支持塩とを含む電解液を用いるリチウムイオン二次電池において、該スズ皮膜が該電解液と接触した状態で、ある程度の時間が経過すると、充放電ができなくなることがある理由について検討を重ねた。 The present inventor uses a current collector having a tin film on the surface as a negative electrode, and in a lithium ion secondary battery using an electrolytic solution containing a carbonate-based solvent and a supporting salt, the tin film is in contact with the electrolytic solution. The reason why charging and discharging may become impossible after a certain amount of time has been studied.
この結果、カーボネート系溶媒と支持塩とを含む前記電解液のpHが3.1から3.9程度である場合、両性金属であるスズは、前記電解液と接触した状態で、ある程度の時間が経過すると、溶解することを知見した。 As a result, when the pH of the electrolytic solution containing the carbonate solvent and the supporting salt is about 3.1 to 3.9, the amphoteric metal tin is in contact with the electrolytic solution for a certain amount of time. It has been found that it dissolves as time passes.
前記スズ皮膜は、前記電解液と接触した状態で、ある程度の時間が経過すると、該電解液と該スズ皮膜とが接触する界面部分からスズが溶解し始め、次第にスズの溶解が進行し、その結果、充放電ができなくなることがあり、或いは充放電サイクルに対する耐久性が低下すると考えられる。ここで、鉛(Pb)、アルミニウム(Al)、亜鉛(Zn)はスズ(Sn)と同様に両性金属であるので、負極活物質として鉛(Pb)、アルミニウム(Al)、亜鉛(Zn)又はこれらの金属の混合物からなる皮膜を用いた場合にも、スズ皮膜と同様に前記電解液と接触した場合には、上記皮膜が溶解し、その結果、充放電ができなくなることがあり、或いは充放電サイクルに対する耐久性が低下すると考えられる。本発明者は、前記知見に従ってさらに検討を重ね、本発明に到達した。 When a certain amount of time has passed while the tin coating is in contact with the electrolytic solution, tin begins to dissolve from the interface portion where the electrolytic solution and the tin coating are in contact, and the dissolution of tin gradually proceeds. As a result, charging / discharging may not be possible, or durability against charging / discharging cycles may be reduced. Here, since lead (Pb), aluminum (Al), and zinc (Zn) are amphoteric metals like tin (Sn), lead (Pb), aluminum (Al), zinc (Zn) or Even when a coating made of a mixture of these metals is used, the coating dissolves when it comes into contact with the electrolytic solution in the same manner as the tin coating, and as a result, charging / discharging may not be possible. The durability against the discharge cycle is considered to be reduced. The inventor has further studied in accordance with the above findings and has reached the present invention.
そこで、前記目的を達成するために、本発明のリチウムイオン二次電池は、負極と、正極と、負極と正極との間に位置する電解質層とを備えるリチウムイオン二次電池において、該負極は、スズ、鉛、アルミニウム、亜鉛からなる群から選択される少なくとも1種の金属を含み、該電解質層は、溶媒と支持塩とを含みpHが4〜10の範囲である電解液を含むことを特徴とする。 Therefore, in order to achieve the above object, a lithium ion secondary battery of the present invention is a lithium ion secondary battery comprising a negative electrode, a positive electrode, and an electrolyte layer positioned between the negative electrode and the positive electrode. And at least one metal selected from the group consisting of tin, lead, aluminum, and zinc, and the electrolyte layer includes an electrolytic solution containing a solvent and a supporting salt and having a pH in the range of 4 to 10. Features.
本発明のリチウムイオン二次電池において、前記負極がスズ、鉛、アルミニウム、亜鉛からなる群から選択される少なくとも1種の金属を含むとは、該負極が集電体と該集電体の表面に形成された金属の皮膜とを備え、該皮膜がスズ、鉛、アルミニウム、亜鉛からなる群から選択される少なくとも1種の金属からなる形態であってもよく、該負極自体がスズ、鉛、アルミニウム、亜鉛からなる群から選択される少なくとも1種の金属又は、スズ、鉛、アルミニウム、亜鉛からなる群から選択される少なくとも1種の金属を含む合金からなる形態であってもよい。 In the lithium ion secondary battery of the present invention, the negative electrode contains at least one metal selected from the group consisting of tin, lead, aluminum, and zinc. The negative electrode includes a current collector and a surface of the current collector. And a film made of at least one metal selected from the group consisting of tin, lead, aluminum, and zinc, and the negative electrode itself is tin, lead, It may be in the form of at least one metal selected from the group consisting of aluminum and zinc, or an alloy containing at least one metal selected from the group consisting of tin, lead, aluminum and zinc.
また、前記負極は前記金属の皮膜に代えて、スズ、鉛、アルミニウム、亜鉛からなる群から選択される少なくとも1種の金属粉末と、バインダーと、炭素材料等の導電助剤とを溶媒に分散させたスラリーを集電体上に塗工して形成された皮膜を備えるものであってもよい。このとき、前記金属粉末は、10nm〜100μmの平均粒子径を備えることが好ましい。 Further, in the negative electrode, instead of the metal film, at least one metal powder selected from the group consisting of tin, lead, aluminum, and zinc, a binder, and a conductive auxiliary agent such as a carbon material are dispersed in a solvent. You may provide the membrane | film | coat formed by apply | coating the made slurry on a collector. At this time, the metal powder preferably has an average particle diameter of 10 nm to 100 μm.
また、本発明のリチウムイオン二次電池において、前記電解質層は、合成樹脂からなるセパレータに前記電解液が含浸されている形態であってもよく、該セパレータにゲル化材料を含む該電解液が含浸されてゲル化されている形態であってもよい。前記ゲル化材料としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン・ヘキサフルオロプロピレン(PVDF−HFP)、(ポリ)アクリロニトリル、(ポリ)アクリル酸、ポリメチルメタクリレート等の重合開始剤又はポリマーを挙げることができる。また、前記ゲル化材料を含む前記電解液は加温するか、ゲル化開始剤を用いることにより、ゲル化させることができる。 Further, in the lithium ion secondary battery of the present invention, the electrolyte layer may be in a form in which a separator made of a synthetic resin is impregnated with the electrolyte solution, and the electrolyte solution containing a gelling material is included in the separator. It may be in the form of being impregnated and gelled. Examples of the gelling material include polymerization initiators or polymers such as polyvinylidene fluoride / hexafluoropropylene (PVDF-HFP), (poly) acrylonitrile, (poly) acrylic acid, and polymethyl methacrylate. Moreover, the said electrolyte solution containing the said gelatinization material can be gelatinized by heating or using a gelatinization initiator.
本発明のリチウムイオン二次電池において、前記電解質層に含まれる電解液のpHが4〜10の範囲であることにより、両性金属であるスズ、鉛、アルミニウム、亜鉛又はこれらの金属の混合物が実質的に溶解しない。 In the lithium ion secondary battery of the present invention, when the pH of the electrolyte contained in the electrolyte layer is in the range of 4 to 10, the amphoteric metal tin, lead, aluminum, zinc or a mixture of these metals is substantially present. Does not dissolve.
従って、本発明のリチウムイオン二次電池によれば、前記電解質層に含まれる電解液が前記スズ、鉛、アルミニウム、亜鉛からなる群から選択される少なくとも1種の金属を含む負極と接触する場合においても、該いずれかの金属、その合金又は、その金属粉末が溶解することを防止することができる。この結果、本発明のリチウムイオン二次電池によれば、前記負極が前記電解液と接触した状態で、ある程度の時間が経過しても充放電が可能であり、或いは優れた充放電特性を得ることができる。 Therefore, according to the lithium ion secondary battery of the present invention, the electrolytic solution contained in the electrolyte layer is in contact with the negative electrode containing at least one metal selected from the group consisting of tin, lead, aluminum, and zinc. In this case, it is possible to prevent any of the metals, their alloys, or their metal powders from being dissolved. As a result, according to the lithium ion secondary battery of the present invention, the negative electrode can be charged / discharged even after a certain period of time with the negative electrode in contact with the electrolytic solution, or excellent charge / discharge characteristics are obtained. be able to.
前記電解液のpHが4未満であるか、11を超えるときには、両性金属であるスズ、鉛、アルミニウム、亜鉛からなる群から選択される少なくとも1種の金属、その合金又は、その金属粉末が溶解する。 When the pH of the electrolyte is less than 4 or exceeds 11, at least one metal selected from the group consisting of tin, lead, aluminum, and zinc, which are amphoteric metals, an alloy thereof, or a metal powder thereof is dissolved. To do.
本発明のリチウムイオン二次電池において、前記溶媒はリン酸エステルを含むことが好ましい。前記電解液は、前記溶媒がリン酸エステルを含むことにより、そのpHを確実に4〜10の範囲とすることができる。 In the lithium ion secondary battery of the present invention, the solvent preferably contains a phosphate ester. The said electrolyte solution can make the pH into the range of 4-10 reliably because the said solvent contains phosphate ester.
また、本発明のリチウムイオン二次電池において、前記リン酸エステルは、炭素数3以下の炭化水素基を側鎖に備えることが好ましい。前記リン酸エステルは、炭素数3以下の炭化水素基を側鎖に備えることにより、適度の粘度と、支持塩に対する高い溶解度とを得ることができる。前記リン酸エステルは、前記炭化水素基の炭素数が3を超えると、粘度が高くなり過ぎ、取り扱いが困難になることがある。 Moreover, the lithium ion secondary battery of this invention WHEREIN: It is preferable that the said phosphate ester is equipped with a C3 or less hydrocarbon group in a side chain. The phosphate ester can have an appropriate viscosity and a high solubility in the supporting salt by providing a hydrocarbon group having 3 or less carbon atoms in the side chain. When the hydrocarbon group has more than 3 carbon atoms in the hydrocarbon group, the viscosity becomes too high and handling may be difficult.
本発明のリチウムイオン二次電池において、前記負極がスズ、鉛、アルミニウム、亜鉛からなる群から選択される少なくとも1種の金属を含む合金からなるときには、該リチウムイオン二次電池に対する充放電を繰り返したときに容量の劣化を抑制することができる。この理由としては、前記合金に含まれる、スズ、鉛、アルミニウム又は、亜鉛以外の金属が、負極内におけるスズ、鉛、アルミニウム又は、亜鉛の膨張収縮に対する緩衝剤として機能するためと考えられる。或いは、前記合金に含まれる、スズ、鉛、アルミニウム又は、亜鉛以外の金属がリチウムイオンと反応しない金属である場合には、該リチウムイオンと反応しない金属が、負極の電極構造を保持する骨格として機能するためと考えられる。 In the lithium ion secondary battery of the present invention, when the negative electrode is made of an alloy containing at least one metal selected from the group consisting of tin, lead, aluminum, and zinc, charging and discharging of the lithium ion secondary battery are repeated. Capacity deterioration can be suppressed. The reason for this is considered to be that metals other than tin, lead, aluminum, or zinc contained in the alloy function as a buffer against expansion, contraction of tin, lead, aluminum, or zinc in the negative electrode. Alternatively, when a metal other than tin, lead, aluminum, or zinc contained in the alloy is a metal that does not react with lithium ions, the metal that does not react with lithium ions serves as a skeleton that retains the electrode structure of the negative electrode. It is thought to function.
この場合、前記合金は、スズ、鉛、アルミニウム又は、亜鉛からなる群から選択される少なくとも1種の金属の含有量が全量の30質量%以上であることが好ましい。前記合金は、スズ、鉛、アルミニウム又は、亜鉛からなる群から選択される少なくとも1種の金属の含有量が全量の30質量%未満であると、リチウムイオン二次電池のエネルギー密度の低下を招くことになる。 In this case, the alloy preferably has a content of at least one metal selected from the group consisting of tin, lead, aluminum, or zinc of 30% by mass or more of the total amount. When the content of at least one metal selected from the group consisting of tin, lead, aluminum, or zinc is less than 30% by mass of the total amount of the alloy, the energy density of the lithium ion secondary battery is reduced. It will be.
また、本発明のリチウムイオン二次電池において、前記電解質層が、ゲル化材料を含みゲル化された前記電解液からなるときには、ゲル化した電解液が活物質の微粒子化と、活物質の電解液への拡散とを抑制する障壁として作用し、リチウムイオン二次電池の容量を向上させることができると考えられる。 Further, in the lithium ion secondary battery of the present invention, when the electrolyte layer is composed of the gelled electrolyte containing a gelled material, the gelled electrolyte is converted into active material fine particles and active material electrolysis. It is considered that it acts as a barrier that suppresses diffusion into the liquid and can improve the capacity of the lithium ion secondary battery.
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。 Next, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
図1に示すように、本実施形態のリチウムイオン二次電池1は、セル2の内部に配設された負極3と、正極4と、負極3と正極4との間に位置するセパレータ5とを備え、該セパレータ5に電解液が含浸されることにより電解質層6が形成されている。 As shown in FIG. 1, the lithium ion secondary battery 1 of the present embodiment includes a negative electrode 3 disposed inside a cell 2, a positive electrode 4, and a separator 5 positioned between the negative electrode 3 and the positive electrode 4. And the electrolyte layer 6 is formed by impregnating the separator 5 with an electrolytic solution.
負極3は、集電体31と、集電体31の一方の表面を被覆する皮膜32とを備え、皮膜32が電解質層6に対向するように配置される。また、集電体31には負極リード33が接続されている。皮膜32は、集電体31の少なくとも一方の表面を被覆していればよく、集電体31の表裏両面を被覆していてもよい。 The negative electrode 3 includes a current collector 31 and a coating 32 that covers one surface of the current collector 31, and is disposed so that the coating 32 faces the electrolyte layer 6. A negative electrode lead 33 is connected to the current collector 31. The film 32 only needs to cover at least one surface of the current collector 31, and may cover both the front and back surfaces of the current collector 31.
負極3の集電体31は、電気伝導性を備える材料であればよく特に限定されるわけではないが、例えば、銅、鋼、チタン等からなる金属を用いることができる。集電体31は、前記金属又はその合金の箔を用いてもよく、メッシュ状体又はエキスパンドメタル等を用いてもよい。集電体31が前記金属又は合金の箔である場合、その厚さは、電池のエネルギー密度を向上させるためには薄い方が良いが、薄すぎると取り扱いが難しく、生産性が低下するため、1〜100μmの範囲とすることが好ましい。 The current collector 31 of the negative electrode 3 is not particularly limited as long as it is a material having electrical conductivity. For example, a metal made of copper, steel, titanium, or the like can be used. As the current collector 31, a foil of the metal or an alloy thereof may be used, or a mesh-like body or an expanded metal may be used. When the current collector 31 is a metal or alloy foil, its thickness is preferably thin in order to improve the energy density of the battery, but if it is too thin, handling is difficult and productivity is reduced. A range of 1 to 100 μm is preferable.
皮膜32としては、スズ、鉛、アルミニウム、亜鉛のいずれか1種の金属単独の皮膜、これらの金属の混合物の皮膜、又はこれらの金属を含む合金の皮膜を用いることができる。 As the film 32, a film of any one of tin, lead, aluminum, and zinc, a film of a mixture of these metals, or a film of an alloy containing these metals can be used.
皮膜32は、例えば、スズ、鉛、アルミニウム、亜鉛からなる群から選択される少なくとも1種の金属のめっき、融着、スパッタリング、蒸着等により、集電体31上に形成することができる。皮膜32をめっき法により形成する場合、銅、ニッケル、銀等の金属と共沈めっきしてもよい。 The film 32 can be formed on the current collector 31 by plating, fusing, sputtering, vapor deposition, or the like of at least one metal selected from the group consisting of tin, lead, aluminum, and zinc. When the film 32 is formed by a plating method, it may be coprecipitated with a metal such as copper, nickel, or silver.
また、皮膜32は、スズ、鉛、アルミニウム、亜鉛からなる群から選択される1種の金属又はその合金の箔を集電体31上に超音波融着又は摩擦圧接することにより形成してもよい。さらに、皮膜32は、スズ、鉛、アルミニウム、亜鉛からなる群から選択される少なくとも1種の金属粉末を、バインダーや炭素材料等の導電助剤と共に分散させたスラリーを集電体31上に塗工し、乾燥させることにより形成してもよい。前記金属粉末は、ニッケル、銅、銀、金等のめっきで被覆されていてもよい。 The film 32 may be formed by ultrasonically welding or friction welding a foil of one kind of metal selected from the group consisting of tin, lead, aluminum, and zinc or an alloy thereof onto the current collector 31. Good. Further, the coating 32 is coated on the current collector 31 with a slurry in which at least one metal powder selected from the group consisting of tin, lead, aluminum, and zinc is dispersed together with a conductive aid such as a binder or a carbon material. It may be formed by working and drying. The metal powder may be coated with nickel, copper, silver, gold or the like.
皮膜32がスズ皮膜である場合には、例えば、無電解めっき法により形成することができる。この場合には、集電体31を硝酸、塩酸、硫酸等の酸に浸漬し、或いは水洗して表面のごみ、酸化被膜等を除去した後、硫酸等の酸に塩化スズ等のスズ塩と、還元剤としてのジ亜リン酸ナトリウムとを溶解させためっき浴に浸漬し、めっき浴の液温を所定の温度に昇温することにより行うことができる。前記めっき浴は硫酸に代えて水酸化ナトリウム等のアルカリ溶液に塩化スズ等のスズ塩と、還元剤としてのジ亜リン酸ナトリウムとを溶解させたものであってもよい。 When the film 32 is a tin film, it can be formed by, for example, an electroless plating method. In this case, the current collector 31 is immersed in an acid such as nitric acid, hydrochloric acid or sulfuric acid, or washed with water to remove dust, oxide film, etc. on the surface, and then a tin salt such as tin chloride is added to the acid such as sulfuric acid. It can be carried out by immersing in a plating bath in which sodium diphosphite as a reducing agent is dissolved and raising the temperature of the plating bath to a predetermined temperature. The plating bath may be obtained by dissolving a tin salt such as tin chloride and sodium diphosphite as a reducing agent in an alkaline solution such as sodium hydroxide instead of sulfuric acid.
スズ皮膜32は、例えば、10nm以上50μm未満の範囲の厚さを備えている。スズ皮膜32の厚さは、前記めっき浴の液温と浸漬時間とにより管理することができる。 For example, the tin coating 32 has a thickness in the range of 10 nm or more and less than 50 μm. The thickness of the tin film 32 can be managed by the temperature of the plating bath and the immersion time.
上述の無電解めっき法により形成されたスズ皮膜32は0.01〜300nmの範囲の孔径の気孔を備える多孔質体であり、該多孔質体の気孔率は0.01〜20容量%の範囲である。 The tin film 32 formed by the above electroless plating method is a porous body having pores having a pore diameter in the range of 0.01 to 300 nm, and the porosity of the porous body is in the range of 0.01 to 20% by volume. It is.
また、皮膜32がアルミニウム皮膜である場合には、例えば、電気めっき法又は無電解めっき法により形成することができる。この場合には、アセトン、イオン液体等の有機溶媒に、塩化アルミニウム等を溶解させたものをめっき浴として用いることができる。 Moreover, when the film | membrane 32 is an aluminum film, it can form by the electroplating method or the electroless-plating method, for example. In this case, what dissolved aluminum chloride etc. in organic solvents, such as acetone and an ionic liquid, can be used as a plating bath.
尚、本実施形態のリチウムイオン二次電池1は、皮膜32を備えず、集電体31自体がスズ、鉛、アルミニウム、亜鉛のいずれか1種の金属又は、これらの金属を含む合金からなるものであってもよい。 In addition, the lithium ion secondary battery 1 of this embodiment does not include the film 32, and the current collector 31 itself is made of any one of tin, lead, aluminum, and zinc, or an alloy containing these metals. It may be a thing.
一方、正極4は、集電体41と、集電体41の一方の表面に形成された正極合剤層42とを備え、正極合剤層42が電解質層6に対向するように配置される。また、集電体41には正極リード43が接続されている。正極合剤層42は、集電体41の少なくとも一方の表面に形成されていればよく、集電体41の表裏両面に形成されていてもよい。 On the other hand, the positive electrode 4 includes a current collector 41 and a positive electrode mixture layer 42 formed on one surface of the current collector 41, and the positive electrode mixture layer 42 is disposed so as to face the electrolyte layer 6. . A positive electrode lead 43 is connected to the current collector 41. The positive electrode mixture layer 42 only needs to be formed on at least one surface of the current collector 41, and may be formed on both the front and back surfaces of the current collector 41.
正極4の集電体41は、電気伝導性を備える材料であればよく特に限定されるわけではないが、例えば、アルミニウム、銅、鋼、チタン等からなるものを用いることができる。集電体41は、前記金属又はその合金の箔を用いてもよく、メッシュ状体又はエキスパンドメタル等を用いてもよい。集電体41が前記金属又は合金の箔である場合、その厚さは、電池のエネルギー密度を向上させるためには薄い方が良いが、薄すぎると取り扱いが難しく、生産性が低下するため、5〜50μmの範囲とすることが好ましい。 The current collector 41 of the positive electrode 4 is not particularly limited as long as it is a material having electrical conductivity. For example, a material made of aluminum, copper, steel, titanium, or the like can be used. The current collector 41 may use a foil of the metal or an alloy thereof, or may use a mesh-like body or an expanded metal. When the current collector 41 is the metal or alloy foil, its thickness is preferably thin in order to improve the energy density of the battery, but if it is too thin, handling is difficult and productivity is reduced. It is preferable to set it as the range of 5-50 micrometers.
正極4における正極合剤層42は、正極活物質と、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)等の結着剤とを適量混合し、N−メチルピロリドンで希釈することにより作製したスラリーを、ドクターブレード法等により集電体41に塗工、塗布することにより形成することができる。正極合剤層42は、全量に対する正極活物質の含有率が高い方が好ましく、例えば該含有率が85質量%以上であることが好ましい。また、正極合剤層42は、前記正極活物質と前記結着剤との他に導電助剤を含んでいてもよい。 The positive electrode mixture layer 42 in the positive electrode 4 is prepared by mixing a suitable amount of a positive electrode active material and a binder such as polyvinylidene fluoride (PVDF) and diluting with N-methylpyrrolidone, a doctor blade method or the like. Thus, the current collector 41 can be formed by coating and coating. The positive electrode mixture layer 42 preferably has a higher content of the positive electrode active material with respect to the total amount. For example, the content is preferably 85% by mass or more. The positive electrode mixture layer 42 may contain a conductive additive in addition to the positive electrode active material and the binder.
前記正極活物質としては、LiMnO2、LixMn2O4(0<x<2)、Li2MnO3、LixMn1.5Ni0.5O4(0<x<2)等の層状構造を備えるマンガン酸リチウム又はスピネル構造を備えるマンガン酸リチウム、LiCo2O2、LiNiO2又はその遷移金属の一部を他の金属で置換した化合物、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2等の特定の遷移金属が全体の半数を超えないリチウム遷移金属酸化物、これらのリチウム遷移金属酸化物において化学量論的組成よりもLiを過剰にした化合物、LiFePO4等のオリビン構造を備える化合物等を挙げることができる。 Examples of the positive electrode active material include LiMnO 2 , Li x Mn 2 O 4 (0 <x <2), Li 2 MnO 3 , Li x Mn 1.5 Ni 0.5 O 4 (0 <x <2), and the like. Lithium manganate having a layered structure or lithium manganate having a spinel structure, LiCo 2 O 2 , LiNiO 2 or a compound obtained by substituting a part of its transition metal with another metal, LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1 / Lithium transition metal oxides in which specific transition metals such as 3 O 2 do not exceed half of the total, compounds in which Li is excessive in excess of the stoichiometric composition in these lithium transition metal oxides, and olivine structures such as LiFePO 4 And the like.
また、前記正極活物質として、これらの金属酸化物の金属の一部をAl、Fe、P、Ti、Si、Pb、Sn、In、Bi、Ag、Ba、Ca、Hg、Pd、Pt、Te、Zn、La等で置換した材料も用いることができる。特に、LiαNiβCoγAlδO2(β+γ+δ=1、β≧0.4、γ≦0.2)又はLiαNiβCoγMnδO2(β+γ+δ=1、β≧0.4、γ≦0.2)であることが好ましい。 In addition, as the positive electrode active material, some of these metal oxide metals may be Al, Fe, P, Ti, Si, Pb, Sn, In, Bi, Ag, Ba, Ca, Hg, Pd, Pt, Te. A material substituted with Zn, La, or the like can also be used. In particular, Li α Ni β Co γ Al δ O 2 (β + γ + δ = 1, β ≧ 0.4, γ ≦ 0.2) or Li α Ni β Co γ Mn δ O 2 (β + γ + δ = 1, β ≧ 0.4 Γ ≦ 0.2).
前記正極活物質は、前記化合物のいずれか1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 As the positive electrode active material, any one of the above compounds may be used alone, or two or more may be used in combination.
また、前記正極活物質として、硫化鉄、二硫化鉄、硫黄、ポリスルフィド、Li3VO4等を用いることもでき、ニトロキシルラジカル部分構造をとるニトロキシル化合物等のラジカル材料を用いることもできる。 Further, as the positive electrode active material, iron sulfide, iron disulfide, sulfur, polysulfide, Li 3 VO 4 or the like can be used, and radical materials such as a nitroxyl compound having a nitroxyl radical partial structure can also be used.
電解質層6に含まれる電解液としては、次の一般式(1)で表されるリン酸エステルを溶媒として、該溶媒に支持塩としてリチウム塩を溶解させたものを用いることができる。 As the electrolytic solution contained in the electrolyte layer 6, a phosphate ester represented by the following general formula (1) as a solvent and a lithium salt dissolved as a supporting salt in the solvent can be used.
一般式(1)において、R1、R2、R3は、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基等の直鎖状炭化水素基又はその水素の一部をフッ素で置換した基であり、相互に同一であってもよく、異なっていてもよい。また、前記直鎖状炭化水素基は炭素数が多くなると粘度が高くなり過ぎ、取り扱いが困難になるので、炭素数7以下であることが好ましく、炭素数3以下であることがさらに好ましい。 In the general formula (1), R 1 , R 2 , and R 3 are linear hydrocarbon groups such as alkyl groups, alkenyl groups, and alkynyl groups, or groups obtained by substituting some of the hydrogens with fluorine. They may be the same or different. Moreover, since the viscosity of the linear hydrocarbon group becomes too high when the number of carbon atoms increases and handling becomes difficult, the linear hydrocarbon group preferably has 7 or less carbon atoms, more preferably 3 or less carbon atoms.
前記リン酸エステルとしては、適度の粘度と、支持塩であるリチウム塩に対する高い溶解度とを備える点で、例えば、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、リン酸トリストリフルオロエチル等が好ましい。 As the phosphoric acid ester, for example, trimethyl phosphate, triethyl phosphate, tristrifluoroethyl phosphate, and the like are preferable because they have an appropriate viscosity and high solubility in the lithium salt as the supporting salt.
前記リチウム塩としては、LiPF6、LiAsF6、LiAlCl4、LiClO4、LiBF4、LiSbF6、Li2SO4、Li3PO4、Li2HPO4、LiH2PO4、LiCF3SO3、LiC4F9SO3、イミドアニオンからなるLiN(FSO2)2、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2、LiN(CF3SO2)(C2F5SO2)、LiN(CF3SO2)(C4F9SO2)、5員環構造を有するLiN(CF2SO2)2(CF2)、6員環構造を有するLiN(CF2SO2)2(CF2)2等を挙げることができる。また、前記リチウム塩として、LiPF6の少なくとも1つのフッ素原子をフッ化アルキル基で置換したLiPF5(CF3)、LiPF5(C2F5)、LiPF5(C3F7)、LiPF4(CF3)2、LiPF4(CF3)(C2F5)、LiPF3(CF3)3等を挙げることもできる。また、前記リチウム塩に代えてナトリウム塩を用いることもでき、該リチウム塩と該ナトリウム塩とを併用することもできる。 Examples of the lithium salt include LiPF 6 , LiAsF 6 , LiAlCl 4 , LiClO 4 , LiBF 4 , LiSbF 6 , Li 2 SO 4 , Li 3 PO 4 , Li 2 HPO 4 , LiH 2 PO 4 , LiCF 3 SO 3 , LiC. 4 F 9 SO 3 , LiN (FSO 2 ) 2 consisting of imide anions, LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) (C 2 F 5 SO 2), LiN (CF 3 SO 2) (C 4 F 9 SO 2), LiN containing a five-membered ring structure (CF 2 SO 2) 2 ( CF 2), LiN having a six-membered ring structure (CF 2 SO 2 ) 2 (CF 2 ) 2 and the like. Further, as the lithium salt, LiPF 5 (CF 3 ), LiPF 5 (C 2 F 5 ), LiPF 5 (C 3 F 7 ), LiPF 4 in which at least one fluorine atom of LiPF 6 is substituted with a fluorinated alkyl group. (CF 3 ) 2 , LiPF 4 (CF 3 ) (C 2 F 5 ), LiPF 3 (CF 3 ) 3 and the like can also be mentioned. Moreover, it can replace with the said lithium salt, a sodium salt can also be used, and this lithium salt and this sodium salt can also be used together.
また、電解液のpHが4〜10であれば、電解液全量に対して50質量%以下の量の添加剤を加えてもよい。添加剤としては、ビニレンカーボネート(VC)、ビニルエチレンカーボネート(VEC)、エチレンカーボネート(EC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、プロピレンカーボネート(PC)、エーテル基を有するジメトキシエタン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、(無水)コハク酸、(無水)マレイン酸、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、エチレンサルファイト、スルホラン、イオン液体、ホウ酸エステル、アセトニトリル、ホスファゼン等、又はそれらの一部の水素基をフッ素化したもの等を挙げることができる。 Moreover, if pH of electrolyte solution is 4-10, you may add the additive of the quantity of 50 mass% or less with respect to electrolyte solution whole quantity. Additives include vinylene carbonate (VC), vinyl ethylene carbonate (VEC), ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC), propylene carbonate (PC), ether Group-containing dimethoxyethane, diethylene glycol dimethyl ether, tetraethylene glycol dimethyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, (anhydrous) succinic acid, (anhydrous) maleic acid, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, ethylene sulfite, sulfolane, ionic liquid, boron Examples thereof include acid esters, acetonitrile, phosphazene and the like, or those obtained by fluorinating some of the hydrogen groups.
前記電解液における前記支持塩の濃度は、0.1〜3mol/Lの範囲とすることが好ましく、0.6〜1.5mol/Lの範囲とすることがさらに好ましい。 The concentration of the supporting salt in the electrolytic solution is preferably in the range of 0.1 to 3 mol / L, and more preferably in the range of 0.6 to 1.5 mol / L.
本実施形態のリチウムイオン二次電池1では、前記電解液をセパレータ5に含浸させて電解質層6としてもよく、ゲル化材料を添加した該電解液をセパレータ5に含浸させた後、加温することによりゲル化させて電解質層6としてもよい。セパレータ5としては、例えばポリエチレン等の合成樹脂からなるものを用いることができる。また、前記ゲル化材料としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン・ヘキサフルオロプロピレン(PVDF−HFP)、(ポリ)アクリロニトリル、(ポリ)アクリル酸、ポリメチルメタクリレート等のポリマーを挙げることができる。尚、前記ゲル化材料のゲル化は、加温に代えて、重合開始剤を用いて行ってもよい。 In the lithium ion secondary battery 1 according to this embodiment, the separator 5 may be impregnated with the electrolyte solution to form the electrolyte layer 6. The separator 5 is impregnated with the electrolyte solution added with the gelling material and then heated. The electrolyte layer 6 may be formed by gelation. As the separator 5, what consists of synthetic resins, such as polyethylene, can be used, for example. Examples of the gelling material include polymers such as polyvinylidene fluoride / hexafluoropropylene (PVDF-HFP), (poly) acrylonitrile, (poly) acrylic acid, and polymethyl methacrylate. The gelation of the gelling material may be performed using a polymerization initiator instead of heating.
次に、本発明の実施例及び比較例を示す。 Next, examples and comparative examples of the present invention are shown.
〔実施例1〕
本実施例では、まず、厚さ20μmの銅箔(50mm×50mm)を集電体31として、その表面を硫酸で洗浄し、一方の表面をエポキシテープでマスキングして、50℃に加温した無電解めっき浴に浸漬し、マスキングされていない表面に厚さ1.1μmのスズ皮膜32を形成した。スズ皮膜32は0.1〜300nmの範囲の孔径の気孔を備える多孔質体であり、該多孔質体の気孔率は0.1容量%であった。次に、スズ皮膜32が形成された集電体31を26mm×44mmの大きさに切断して負極3とした。
[Example 1]
In this example, first, a copper foil (50 mm × 50 mm) having a thickness of 20 μm was used as a current collector 31, the surface was washed with sulfuric acid, one surface was masked with epoxy tape, and heated to 50 ° C. The film was immersed in an electroless plating bath to form a 1.1 μm thick tin film 32 on the unmasked surface. The tin coating 32 was a porous body having pores with a pore diameter in the range of 0.1 to 300 nm, and the porosity of the porous body was 0.1% by volume. Next, the current collector 31 on which the tin film 32 was formed was cut into a size of 26 mm × 44 mm to form the negative electrode 3.
次に、正極活物質としてのLiCoO2と、導電助剤と、バインダーとしてのポリフッ化ビニリデン(PVDF)とを、92:4:4の質量比で混合してスラリーを調製し、得られたスラリーを、集電体41としての厚さ15μmのアルミニウム箔(50mm×50mm)にドクターブレード法により塗工し、正極合剤層42を形成した。次に、正極合剤層42が形成された集電体41を25mm×44mmの大きさに切断して正極4とした。 Next, LiCoO 2 as a positive electrode active material, a conductive assistant, and polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder are mixed at a mass ratio of 92: 4: 4 to prepare a slurry, and the resulting slurry Was applied to a 15 μm-thick aluminum foil (50 mm × 50 mm) as a current collector 41 by a doctor blade method to form a positive electrode mixture layer 42. Next, the current collector 41 on which the positive electrode mixture layer 42 was formed was cut into a size of 25 mm × 44 mm to obtain the positive electrode 4.
次に、負極3と正極4との間に、セパレータ5として厚さ25μmのポリエチレンセパレータ(30mm×50mm)を配設し、該ポリエチレンセパレータに電解液を含浸させて電解質層6としたものをラミネートセルに真空封止し、リチウムイオン二次電池1を作製した。 Next, a 25 μm thick polyethylene separator (30 mm × 50 mm) is disposed as the separator 5 between the negative electrode 3 and the positive electrode 4, and the polyethylene layer is impregnated with an electrolytic solution to form an electrolyte layer 6. The cell was vacuum-sealed to produce a lithium ion secondary battery 1.
前記電解液は、リン酸トリエチル(TEP)を溶媒とし、該溶媒に、LiPF6を1.0mol/Lの濃度で溶解したものを用いた。ここで、25℃における前記電解液のpHをpH測定器(株式会社堀場製作所製、商品名:LAQUA)で測定したところ、9.1であった。 As the electrolytic solution, triethyl phosphate (TEP) was used as a solvent, and LiPF 6 was dissolved in the solvent at a concentration of 1.0 mol / L. Here, when the pH of the electrolyte solution at 25 ° C. was measured with a pH meter (trade name: LAQUA, manufactured by Horiba, Ltd.), it was 9.1.
次に、本実施例で得られたリチウムイオン二次電池1を、1週間、25℃で放置した。 Next, the lithium ion secondary battery 1 obtained in this example was left at 25 ° C. for 1 week.
次に、本実施例で得られたリチウムイオン二次電池1を、25℃の環境下、0.1mAの充電電流で上限電位4.05Vまで充電し、10分間の休止後、2.5Vまで放電した。 Next, the lithium ion secondary battery 1 obtained in this example is charged to an upper limit potential of 4.05 V with a charging current of 0.1 mA in an environment of 25 ° C., and after a pause of 10 minutes, to 2.5 V Discharged.
本実施例で得られたリチウムイオン二次電池1は、スズ皮膜32が溶解せず、充放電が可能であった。 In the lithium ion secondary battery 1 obtained in this example, the tin film 32 was not dissolved, and charging / discharging was possible.
〔比較例1〕
本比較例1では、電解液の溶媒として、エチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とジメチルカーボネート(DMC)とを30:30:40の容積比で混合した混合溶媒を用いた以外は、実施例1と全く同一にして、リチウムイオン二次電池1を作製した。ここで、25℃における前記電解液のpHを実施例1と同一にして測定したところ、3.1であった。
[Comparative Example 1]
In Comparative Example 1, except that a mixed solvent in which ethylene carbonate (EC), ethyl methyl carbonate (EMC), and dimethyl carbonate (DMC) were mixed at a volume ratio of 30:30:40 was used as the solvent of the electrolytic solution. A lithium ion secondary battery 1 was fabricated in exactly the same manner as in Example 1. Here, when the pH of the electrolyte solution at 25 ° C. was measured in the same manner as in Example 1, it was 3.1.
次に、本比較例で得られたリチウムイオン二次電池1を、1週間、25℃で放置した。 Next, the lithium ion secondary battery 1 obtained in this comparative example was left at 25 ° C. for 1 week.
次に、本比較例で得られたリチウムイオン二次電池1を、25℃の環境下、0.1mAの充電電流で充電したが、20時間を経過しても上限電位の4.05Vまで充電することができなかった。本比較例で得られたリチウムイオン二次電池1を分解したところ、スズ皮膜32が溶解していることが確認された。 Next, the lithium ion secondary battery 1 obtained in this comparative example was charged at a charging current of 0.1 mA in an environment of 25 ° C., but charged to the upper limit potential of 4.05 V even after 20 hours. I couldn't. When the lithium ion secondary battery 1 obtained in this comparative example was disassembled, it was confirmed that the tin film 32 was dissolved.
〔比較例2〕
本比較例2では、電解液の溶媒として、プロピレンカーボネート(PC)とジエチルカーボネート(DMC)とを50:50の容積比で混合した混合溶媒を用いた以外は、実施例1と全く同一にして、リチウムイオン二次電池1を作製した。ここで、25℃における前記電解液のpHを実施例1と同一にして測定したところ、3.9であった。
[Comparative Example 2]
In Comparative Example 2, the same procedure as in Example 1 was used except that a mixed solvent in which propylene carbonate (PC) and diethyl carbonate (DMC) were mixed at a volume ratio of 50:50 was used as a solvent for the electrolytic solution. A lithium ion secondary battery 1 was produced. Here, when the pH of the electrolyte solution at 25 ° C. was measured in the same manner as in Example 1, it was 3.9.
次に、本比較例で得られたリチウムイオン二次電池1を、1週間、25℃で放置した。 Next, the lithium ion secondary battery 1 obtained in this comparative example was left at 25 ° C. for 1 week.
次に、本比較例で得られたリチウムイオン二次電池1を、25℃の環境下、0.1mAの充電電流で充電したが、20時間を経過しても上限電位の4.05Vまで充電することができなかった。本比較例で得られたリチウムイオン二次電池1を分解したところ、スズ皮膜32が溶解していることが確認された。 Next, the lithium ion secondary battery 1 obtained in this comparative example was charged at a charging current of 0.1 mA in an environment of 25 ° C., but charged to the upper limit potential of 4.05 V even after 20 hours. I couldn't. When the lithium ion secondary battery 1 obtained in this comparative example was disassembled, it was confirmed that the tin film 32 was dissolved.
〔比較例3〕
本比較例3では、電解液の溶媒として、プロピレンカーボネート(PC)を用いた以外は、実施例1と全く同一にして、リチウムイオン二次電池1を作製した。ここで、25℃における前記電解液のpHを実施例1と同一にして測定したところ、3.2であった。
[Comparative Example 3]
In Comparative Example 3, a lithium ion secondary battery 1 was produced in the same manner as in Example 1 except that propylene carbonate (PC) was used as a solvent for the electrolytic solution. Here, when the pH of the electrolyte solution at 25 ° C. was measured in the same manner as in Example 1, it was 3.2.
次に、本比較例で得られたリチウムイオン二次電池1を、1週間、25℃で放置した。 Next, the lithium ion secondary battery 1 obtained in this comparative example was left at 25 ° C. for 1 week.
次に、本比較例で得られたリチウムイオン二次電池1を、25℃の環境下、0.1mAの充電電流で充電したが、20時間を経過しても上限電位の4.05Vまで充電することができなかった。本比較例で得られたリチウムイオン二次電池1を分解したところ、スズ皮膜32が溶解していることが確認された。 Next, the lithium ion secondary battery 1 obtained in this comparative example was charged at a charging current of 0.1 mA in an environment of 25 ° C., but charged to the upper limit potential of 4.05 V even after 20 hours. I couldn't. When the lithium ion secondary battery 1 obtained in this comparative example was disassembled, it was confirmed that the tin film 32 was dissolved.
〔実施例2〕
本実施例では、まず、厚さ10μmのスズ箔を直径15mmの大きさに打ち抜いて集電体31とし、集電体31自体を負極3とした。
[Example 2]
In this example, first, a tin foil having a thickness of 10 μm was punched into a diameter of 15 mm to form a current collector 31, and the current collector 31 itself was used as a negative electrode 3.
次に、正極活物質としてのLiNi0.5Mn0.3Co0.2O2と、導電助剤としてのアセチレンブラックと、バインダーとしてのポリフッ化ビニリデン(PVDF)とを、94:3:3の質量比で混合してスラリーを調製し、得られたスラリーを、集電体41としての厚さ15μmのアルミニウム箔にドクターブレード法により塗工し、正極合剤層42を形成した。次に、正極合剤層42が形成された集電体41を直径14mmの大きさに打ち抜いて正極4とした。 Next, LiNi 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 O 2 as the positive electrode active material, acetylene black as the conductive auxiliary agent, and polyvinylidene fluoride (PVDF) as the binder were 94: 3: 3. A slurry was prepared by mixing at a mass ratio of 1.5 μm, and the resulting slurry was applied to a 15 μm thick aluminum foil as a current collector 41 by a doctor blade method to form a positive electrode mixture layer 42. Next, the current collector 41 on which the positive electrode mixture layer 42 was formed was punched out into a size of 14 mm in diameter to obtain the positive electrode 4.
次に、負極3と正極4との間に、セパレータ5として厚さ20μmのポリエチレン(直径20mm)を配設し、セパレータ5に電解液を含浸させて電解質層6としたものを用いてコインセル型のリチウムイオン二次電池1を作製した。前記電解液は、リン酸トリエチル(TEP)と、ジメチルカーボネート(DMC)とを50:50の容積比で混合して混合溶媒とし、該混合溶媒に、LiPF6を1.0mol/Lの濃度で溶解したものを用いた。前記電解液のpHを実施例1と同一にして測定したところ、4.1であった。 Next, a polyethylene cell having a thickness of 20 μm (diameter 20 mm) is disposed as the separator 5 between the negative electrode 3 and the positive electrode 4, and the separator 5 is impregnated with an electrolytic solution to form an electrolyte layer 6. The lithium ion secondary battery 1 was produced. The electrolytic solution was prepared by mixing triethyl phosphate (TEP) and dimethyl carbonate (DMC) at a volume ratio of 50:50 to form a mixed solvent, and LiPF 6 was added at a concentration of 1.0 mol / L to the mixed solvent. The dissolved one was used. The pH of the electrolytic solution was measured to be 4.1 in the same manner as in Example 1.
次に、本実施例で得られたリチウムイオン二次電池1を用い、作製後10時間後に、2.5〜3.8Vの範囲の電圧で1Cの電流量でリチウムイオン二次電池1に対する充放電を繰り返した。このときの充放電特性として、充放電のサイクル数に対する放電容量の変化を図2に示す。 Next, using the lithium ion secondary battery 1 obtained in this example, 10 hours after fabrication, the lithium ion secondary battery 1 was charged with a voltage in the range of 2.5 to 3.8 V and a current amount of 1C. The discharge was repeated. FIG. 2 shows the change in discharge capacity with respect to the number of charge / discharge cycles as the charge / discharge characteristics at this time.
〔実施例3〕
本実施例では、前記電解液の溶媒として、リン酸トリエチル(TEP)と、ジメチルカーボネート(DMC)とを75:25の容積比で混合した混合溶媒を用いた以外は、実施例2と全く同一にしてコインセル型のリチウムイオン二次電池1を作製した。前記電解液のpHを実施例1と同一にして測定したところ、7.7であった。
Example 3
In this example, exactly the same as Example 2 except that a mixed solvent in which triethyl phosphate (TEP) and dimethyl carbonate (DMC) were mixed at a volume ratio of 75:25 was used as the solvent of the electrolytic solution. Thus, a coin cell type lithium ion secondary battery 1 was produced. The pH of the electrolytic solution was 7.7 when measured in the same manner as in Example 1.
次に、本実施例で得られたリチウムイオン二次電池1を用いた以外は、実施例2と全く同一にして、リチウムイオン二次電池1に対する充放電を繰り返した。このときの充放電特性として、充放電のサイクル数に対する放電容量の変化を図2に示す。 Next, charge / discharge of the lithium ion secondary battery 1 was repeated in the same manner as in Example 2 except that the lithium ion secondary battery 1 obtained in this example was used. FIG. 2 shows the change in discharge capacity with respect to the number of charge / discharge cycles as the charge / discharge characteristics at this time.
〔実施例4〕
本実施例では、全量に対し10質量%の銅を含むスズ合金からなる厚さ10μmのスズ合金箔を直径15mmの大きさに打ち抜いて集電体31とし、集電体31自体を負極3とした以外は、実施例3と全く同一にしてコインセル型のリチウムイオン二次電池1を作製した。本実施例のリチウムイオン二次電池1に用いた電解液のpHを実施例1と同一にして測定したところ、7.7であった。
Example 4
In the present example, a tin alloy foil having a thickness of 10 μm made of a tin alloy containing 10% by mass of copper with respect to the total amount is punched into a size of 15 mm in diameter as a current collector 31. A coin cell type lithium ion secondary battery 1 was produced in exactly the same manner as in Example 3 except that. It was 7.7 when pH of the electrolyte solution used for the lithium ion secondary battery 1 of the present Example was measured in the same manner as in Example 1.
次に、本実施例で得られたリチウムイオン二次電池1を用いた以外は、実施例2と全く同一にして、リチウムイオン二次電池1に対する充放電を繰り返した。このときの充放電特性として、充放電のサイクル数に対する放電容量の変化を図2に示す。 Next, charge / discharge of the lithium ion secondary battery 1 was repeated in the same manner as in Example 2 except that the lithium ion secondary battery 1 obtained in this example was used. FIG. 2 shows the change in discharge capacity with respect to the number of charge / discharge cycles as the charge / discharge characteristics at this time.
〔比較例4〕
本比較例では、前記電解液の溶媒として、リン酸トリエチル(TEP)と、ジメチルカーボネート(DMC)とを40:60の容積比で混合した混合溶媒を用いた以外は、実施例2と全く同一にしてコインセル型のリチウムイオン二次電池1を作製した。前記電解液のpHを実施例1と同一にして測定したところ、3.7であった。
[Comparative Example 4]
In this comparative example, exactly the same as Example 2 except that a mixed solvent in which triethyl phosphate (TEP) and dimethyl carbonate (DMC) were mixed at a volume ratio of 40:60 was used as the solvent of the electrolytic solution. Thus, a coin cell type lithium ion secondary battery 1 was produced. The pH of the electrolyte was measured to be the same as in Example 1 and was 3.7.
次に、本比較例で得られたリチウムイオン二次電池1を用いた以外は、実施例2と全く同一にして、リチウムイオン二次電池1に対する充放電を繰り返した。このときの充放電特性として、充放電のサイクル数に対する放電容量の変化を図2に示す。 Next, charge / discharge of the lithium ion secondary battery 1 was repeated in the same manner as in Example 2 except that the lithium ion secondary battery 1 obtained in this comparative example was used. FIG. 2 shows the change in discharge capacity with respect to the number of charge / discharge cycles as the charge / discharge characteristics at this time.
〔実施例5〕
本実施例では、厚さ15μmのアルミニウム箔を直径15mmの大きさに打ち抜いて集電体31として、集電体31自体を負極3とし、前記電解液の溶媒として、リン酸トリエチル(TEP)と、フルオロエチレンカーボネート(FEC)とを75:25の容積比で混合した混合溶媒を用いた以外は、実施例2と全く同一にしてコインセル型のリチウムイオン二次電池1を作製した。前記電解液のpHを実施例1と同一にして測定したところ、6.72であった。
Example 5
In this example, an aluminum foil having a thickness of 15 μm is punched into a diameter of 15 mm to form a current collector 31, the current collector 31 itself is a negative electrode 3, and triethyl phosphate (TEP) is used as a solvent for the electrolyte. A coin cell type lithium ion secondary battery 1 was produced in exactly the same manner as in Example 2 except that a mixed solvent in which fluoroethylene carbonate (FEC) was mixed at a volume ratio of 75:25 was used. The pH of the electrolyte was measured to be the same as in Example 1 and was 6.72.
次に、本実施例で得られたリチウムイオン二次電池1を用い、2.5〜4.15Vの範囲の電圧で1Cの電流量でリチウムイオン二次電池1に対する充放電を繰り返した。このときの充放電特性として、充放電のサイクル数に対する放電容量の変化を図3に示す。 Next, charging / discharging with respect to the lithium ion secondary battery 1 was repeated with the electric current amount of 1C with the voltage of the range of 2.5-4.15V using the lithium ion secondary battery 1 obtained by the present Example. FIG. 3 shows the change in discharge capacity with respect to the number of charge / discharge cycles as the charge / discharge characteristics at this time.
〔実施例6〕
本実施例では、全量に対し10質量%の銅を含むアルミニウム合金からなる厚さ15μmのアルミニウム合金箔を直径15mmの大きさに打ち抜いて集電体31とし、集電体31自体を負極3とした以外は、実施例5と全く同一にしてコインセル型のリチウムイオン二次電池1を作製した。本実施例のリチウムイオン二次電池1に用いた電解液のpHを実施例1と同一にして測定したところ、6.72であった。
Example 6
In this embodiment, a 15 μm thick aluminum alloy foil made of an aluminum alloy containing 10% by mass of copper with respect to the total amount is punched out to a diameter of 15 mm to form a current collector 31, and the current collector 31 itself is connected to the negative electrode 3. A coin cell type lithium ion secondary battery 1 was produced in exactly the same manner as in Example 5 except that. It was 6.72 when pH of the electrolyte solution used for the lithium ion secondary battery 1 of the present Example was measured in the same manner as in Example 1.
次に、本実施例で得られたリチウムイオン二次電池1を用いた以外は、実施例5と全く同一にして、リチウムイオン二次電池1に対する充放電を繰り返した。このときの充放電特性として、充放電のサイクル数に対する放電容量の変化を図3に示す。 Next, charge / discharge of the lithium ion secondary battery 1 was repeated in the same manner as in Example 5 except that the lithium ion secondary battery 1 obtained in this example was used. FIG. 3 shows the change in discharge capacity with respect to the number of charge / discharge cycles as the charge / discharge characteristics at this time.
〔実施例7〕
本実施例では、全量に対し15質量%のLiを含むアルミニウム合金からなる厚さ15μmのアルミニウム合金箔を直径15mmの大きさに打ち抜いて集電体31とし、集電体31自体を負極3とした以外は、実施例5と全く同一にしてコインセル型のリチウムイオン二次電池1を作製した。本実施例のリチウムイオン二次電池1に用いた電解液のpHを実施例1と同一にして測定したところ、6.72であった。
Example 7
In the present embodiment, a 15 μm thick aluminum alloy foil made of an aluminum alloy containing 15% by mass of Li with respect to the total amount is punched into a diameter of 15 mm to form a current collector 31, and the current collector 31 itself is connected to the negative electrode 3. A coin cell type lithium ion secondary battery 1 was produced in exactly the same manner as in Example 5 except that. It was 6.72 when pH of the electrolyte solution used for the lithium ion secondary battery 1 of the present Example was measured in the same manner as in Example 1.
次に、本実施例で得られたリチウムイオン二次電池1を用いた以外は、実施例5と全く同一にして、リチウムイオン二次電池1に対する充放電を繰り返した。このときの充放電特性として、充放電のサイクル数に対する放電容量の変化を図3に示す。 Next, charge / discharge of the lithium ion secondary battery 1 was repeated in the same manner as in Example 5 except that the lithium ion secondary battery 1 obtained in this example was used. FIG. 3 shows the change in discharge capacity with respect to the number of charge / discharge cycles as the charge / discharge characteristics at this time.
〔実施例8〕
本実施例では、まず、リン酸トリエチル(TEP)と、フルオロエチレンカーボネート(FEC)とを75:25の容積比で混合して混合溶媒とし、該混合溶媒に、LiPF6を1.2mol/Lの濃度で溶解したものと、ゲル化材料としてのポリフッ化ビニリデン・ヘキサフルオロプロピレン(PVDF−HFP)とを、90:10の質量比で混合して電解液を調製した。
Example 8
In this example, first, triethyl phosphate (TEP) and fluoroethylene carbonate (FEC) were mixed at a volume ratio of 75:25 to form a mixed solvent, and LiPF 6 was added to the mixed solvent at 1.2 mol / L. And a polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene (PVDF-HFP) as a gelling material were mixed at a mass ratio of 90:10 to prepare an electrolytic solution.
次に、前記ゲル化材料を含む電解液を用いた以外は、実施例5と全く同一にしてコインセル型のリチウムイオン二次電池1を作製した。前記電解液のpHを実施例1と同一にして測定したところ、6.3であった。本実施例では、リチウムイオン二次電池1を60℃の温度に1時間保持して、前記電解液をゲル化させて電解質層6を形成した後、室温に戻して10時間放置した。 Next, a coin cell type lithium ion secondary battery 1 was produced in exactly the same manner as in Example 5 except that the electrolytic solution containing the gelling material was used. It was 6.3 when the pH of the electrolyte was measured in the same manner as in Example 1. In this example, the lithium ion secondary battery 1 was held at a temperature of 60 ° C. for 1 hour to gel the electrolyte solution to form the electrolyte layer 6, then returned to room temperature and left for 10 hours.
次に、本実施例で得られたリチウムイオン二次電池1を用いた以外は、実施例5と全く同一にして、リチウムイオン二次電池1に対する充放電を繰り返した。このときの充放電特性として、充放電のサイクル数に対する放電容量の変化を図3に示す。 Next, charge / discharge of the lithium ion secondary battery 1 was repeated in the same manner as in Example 5 except that the lithium ion secondary battery 1 obtained in this example was used. FIG. 3 shows the change in discharge capacity with respect to the number of charge / discharge cycles as the charge / discharge characteristics at this time.
〔比較例5〕
本比較例では、前記電解液の溶媒として、エチレンカーボネートと、エチルメチルカーボネートと、ジメチルカーボネートとを30:30:40の容積比で混合した混合溶媒を用いた以外は、実施例5と全く同一にしてコインセル型のリチウムイオン二次電池1を作製した。前記電解液のpHを実施例1と同一にして測定したところ、3.1であった。
[Comparative Example 5]
In this comparative example, exactly the same as Example 5 except that a mixed solvent in which ethylene carbonate, ethyl methyl carbonate, and dimethyl carbonate were mixed at a volume ratio of 30:30:40 was used as the solvent of the electrolytic solution. Thus, a coin cell type lithium ion secondary battery 1 was produced. When the pH of the electrolyte was measured in the same manner as in Example 1, it was 3.1.
次に、本比較例で得られたリチウムイオン二次電池1を用いた以外は、実施例5と全く同一にして、リチウムイオン二次電池1に対する充放電を繰り返した。このときの充放電特性として、充放電のサイクル数に対する放電容量の変化を図3に示す。 Next, charge / discharge of the lithium ion secondary battery 1 was repeated in the same manner as in Example 5 except that the lithium ion secondary battery 1 obtained in this comparative example was used. FIG. 3 shows the change in discharge capacity with respect to the number of charge / discharge cycles as the charge / discharge characteristics at this time.
〔実施例9〕
本実施例では、まず、アルミニウム粉末(粒径150nm)と、導電助剤としてのアセチレンブラックと、バインダーとしてのポリフッ化ビニリデン(PVDF)とを、80:10:10の質量比で混合し、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)に分散させ、スラリーを作製した。この場合、導電助剤/バインダーの質量比は、1である。前記スラリーを、集電体31としての厚さ10μmの銅箔に塗工して、皮膜32を形成した。次に、皮膜32が形成された集電体31を直径15mmに切断して負極3とした。次に、実施例2と同一にして、正極4を作成した。
Example 9
In this example, first, aluminum powder (particle size: 150 nm), acetylene black as a conductive additive, and polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder are mixed at a mass ratio of 80:10:10, and N -Dispersed in methyl-2-pyrrolidone (NMP) to prepare a slurry. In this case, the mass ratio of conductive assistant / binder is 1. The slurry was applied to a copper foil having a thickness of 10 μm as the current collector 31 to form a film 32. Next, the current collector 31 on which the film 32 was formed was cut into a diameter of 15 mm to form the negative electrode 3. Next, a positive electrode 4 was produced in the same manner as in Example 2.
次に、リン酸トリエチル(TEP)と、フルオロエチレンカーボネート(FEC)とを75:25の容積比で混合して混合溶媒とし、該混合溶媒に、LiPF6を1.0mol/Lの濃度で溶解して電解液を調製した。 Next, triethyl phosphate (TEP) and fluoroethylene carbonate (FEC) are mixed at a volume ratio of 75:25 to form a mixed solvent, and LiPF 6 is dissolved in the mixed solvent at a concentration of 1.0 mol / L. Thus, an electrolytic solution was prepared.
次に、本実施例で作製した負極3及び正極4と、本実施例で調製した前記電解液を用いた以外は、実施例2と全く同一にしてコインセル型のリチウムイオン二次電池1を作製した。前記電解液のpHを実施例1と同一にして測定したところ、6.72であった。 Next, a coin cell-type lithium ion secondary battery 1 was produced in the same manner as in Example 2 except that the negative electrode 3 and the positive electrode 4 produced in this example and the electrolyte prepared in this example were used. did. The pH of the electrolyte was measured to be the same as in Example 1 and was 6.72.
次に、本実施例で得られたリチウムイオン二次電池1を用い、2.5〜4.0Vの範囲の電圧で1Cの電流量でリチウムイオン二次電池1に対する充放電を繰り返した。このときの充放電特性として、充放電のサイクル数に対する放電容量の変化を図4に示す。 Next, using the lithium ion secondary battery 1 obtained in this example, charging and discharging of the lithium ion secondary battery 1 was repeated with a current amount of 1 C at a voltage in the range of 2.5 to 4.0 V. FIG. 4 shows the change in discharge capacity with respect to the number of charge / discharge cycles as the charge / discharge characteristics at this time.
〔実施例10〕
本実施例では、まず、アルミニウム粉末(粒径150nm)と、導電助剤としてのアセチレンブラックと、バインダーとしてのポリフッ化ビニリデン(PVDF)とを、85:5:10の質量比で混合した以外は、実施例9と全く同一にしてスラリーを作製した。この場合、導電助剤/バインダーの質量比は、0.5である。次に、前記スラリーを用い、皮膜32に含まれるアルミニウムの量が実施例9と同一になるようにして皮膜32を形成した以外は、実施例9と全く同一にしてコインセル型のリチウムイオン二次電池1を作製した。本実施例のリチウムイオン二次電池1に用いた電解液のpHを実施例1と同一にして測定したところ、6.72であった。
Example 10
In this example, first, aluminum powder (particle size 150 nm), acetylene black as a conductive additive, and polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder were mixed in a mass ratio of 85: 5: 10. A slurry was prepared exactly as in Example 9. In this case, the mass ratio of conductive assistant / binder is 0.5. Next, the coin cell type lithium ion secondary was exactly the same as in Example 9, except that the slurry was used to form the film 32 so that the amount of aluminum contained in the film 32 was the same as in Example 9. Battery 1 was produced. It was 6.72 when pH of the electrolyte solution used for the lithium ion secondary battery 1 of the present Example was measured in the same manner as in Example 1.
次に、本実施例で得られたリチウムイオン二次電池1を用いた以外は、実施例9と全く同一にして、リチウムイオン二次電池1に対する充放電を繰り返した。このときの充放電特性として、充放電のサイクル数に対する放電容量の変化を図4に示す。 Next, charge / discharge of the lithium ion secondary battery 1 was repeated in the same manner as in Example 9 except that the lithium ion secondary battery 1 obtained in this example was used. FIG. 4 shows the change in discharge capacity with respect to the number of charge / discharge cycles as the charge / discharge characteristics at this time.
〔比較例6〕
本比較例では、電解液の溶媒として、エチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とジメチルカーボネート(DMC)とを30:30:40の容積比で混合した混合溶媒を用いた以外は、実施例9と全く同一にして、リチウムイオン二次電池1を作製した。この場合、導電助剤/バインダーの質量比は、1である。前記電解液のpHを実施例1と同一にして測定したところ、3.1であった。
[Comparative Example 6]
In this comparative example, as the solvent of the electrolytic solution, except that a mixed solvent in which ethylene carbonate (EC), ethyl methyl carbonate (EMC), and dimethyl carbonate (DMC) were mixed at a volume ratio of 30:30:40 was used. A lithium ion secondary battery 1 was produced in exactly the same manner as in Example 9. In this case, the mass ratio of conductive assistant / binder is 1. When the pH of the electrolyte was measured in the same manner as in Example 1, it was 3.1.
次に、本比較例で得られたリチウムイオン二次電池1を用いた以外は、実施例9と全く同一にして、リチウムイオン二次電池1に対する充放電を繰り返した。このときの充放電特性として、充放電のサイクル数に対する放電容量の変化を図4に示す。 Next, charge / discharge of the lithium ion secondary battery 1 was repeated in the same manner as in Example 9 except that the lithium ion secondary battery 1 obtained in this comparative example was used. FIG. 4 shows the change in discharge capacity with respect to the number of charge / discharge cycles as the charge / discharge characteristics at this time.
〔実施例11〕
本実施例では、まず、厚さ20μmの鉛箔を直径15mmの大きさに打ち抜いて集電体31とし、集電体31自体を負極3とした。次に、厚さ50μmのLi箔を直径16mmの大きさに打ち抜いて集電体41とし、集電体41自体を対極4とした。そして、前記負極3及び対極4を用い、前記電解液の溶媒として、リン酸トリエチル(TEP)と、フルオロエチレンカーボネート(FEC)とを75:25の容積比で混合した混合溶媒を用いた以外は、実施例5と全く同一にしてコインセル型のリチウムイオン二次電池1を作製した。前記電解液のpHを実施例1と同一にして測定したところ、6.72であった。
Example 11
In this example, first, a lead foil having a thickness of 20 μm was punched into a diameter of 15 mm to form the current collector 31, and the current collector 31 itself was used as the negative electrode 3. Next, a 50 μm thick Li foil was punched out to a diameter of 16 mm to form a current collector 41, and the current collector 41 itself was used as a counter electrode 4. And using the said negative electrode 3 and the counter electrode 4, except having used the mixed solvent which mixed triethyl phosphate (TEP) and fluoroethylene carbonate (FEC) by the volume ratio of 75:25 as a solvent of the said electrolyte solution. A coin cell type lithium ion secondary battery 1 was produced in exactly the same manner as in Example 5. The pH of the electrolyte was measured to be the same as in Example 1 and was 6.72.
次に、本実施例で得られたリチウムイオン二次電池1を用い、0.1〜2.5Vの範囲の電圧で0.1Cの電流量でリチウムイオン二次電池1に対する充放電を2サイクル行った。このときの充放電時の放電と充電の容量を表1に示す。 Next, using the lithium ion secondary battery 1 obtained in this example, charging and discharging of the lithium ion secondary battery 1 with a voltage in the range of 0.1 to 2.5 V and a current amount of 0.1 C are performed in two cycles. went. Table 1 shows the discharge and charge capacities during charging and discharging.
〔比較例7〕
本比較例では、前記電解液の溶媒として、エチレンカーボネートと、エチルメチルカーボネートと、ジメチルカーボネートとを30:30:40の容積比で混合した混合溶媒を用いた以外は、実施例11と全く同一にしてコインセル型のリチウムイオン二次電池1を作製した。前記電解液のpHを実施例1と同一にして測定したところ、3.1であった。
[Comparative Example 7]
In this comparative example, exactly the same as Example 11 except that a mixed solvent in which ethylene carbonate, ethyl methyl carbonate, and dimethyl carbonate were mixed at a volume ratio of 30:30:40 was used as the solvent of the electrolytic solution. Thus, a coin cell type lithium ion secondary battery 1 was produced. When the pH of the electrolyte was measured in the same manner as in Example 1, it was 3.1.
次に、本比較例で得られたリチウムイオン二次電池1を用いた以外は、実施例11と全く同一にして、リチウムイオン二次電池1に対する充放電を2サイクル行った。このときの充放電時の放電と充電の容量を表1に示す。 Next, the lithium ion secondary battery 1 was charged and discharged two cycles in exactly the same manner as in Example 11 except that the lithium ion secondary battery 1 obtained in this comparative example was used. Table 1 shows the discharge and charge capacities during charging and discharging.
〔実施例12〕
本実施例では、集電体31として、厚さ20μmの亜鉛箔を用いた以外は、実施例11と全く同一にしてコインセル型のリチウムイオン二次電池1を作製した。本実施例のリチウムイオン二次電池1に用いた電解液のpHを実施例1と同一にして測定したところ、6.72であった。
Example 12
In this example, a coin cell type lithium ion secondary battery 1 was fabricated in exactly the same manner as in Example 11 except that a zinc foil having a thickness of 20 μm was used as the current collector 31. It was 6.72 when pH of the electrolyte solution used for the lithium ion secondary battery 1 of the present Example was measured in the same manner as in Example 1.
次に、本実施例で得られたリチウムイオン二次電池1を用い、0.1〜2.5Vの範囲の電圧で0.1Cの電流量でリチウムイオン二次電池1に対する充放電を行った。このときの初回の充放電効率(充電容量/放電容量)を表2に示す。 Next, the lithium ion secondary battery 1 obtained in this example was used to charge and discharge the lithium ion secondary battery 1 with a current amount of 0.1 C at a voltage in the range of 0.1 to 2.5 V. . The initial charge / discharge efficiency (charge capacity / discharge capacity) at this time is shown in Table 2.
〔比較例8〕
本比較例では、前記電解液の溶媒として、エチレンカーボネート(EC)と、エチルメチルカーボネート(EMC)と、ジメチルカーボネート(DMC)とを30:30:40の容積比で混合した混合溶媒を用いた以外は、実施例12と全く同一にしてコインセル型のリチウムイオン二次電池1を作製した。前記電解液のpHを実施例1と同一にして測定したところ、3.1であった。
[Comparative Example 8]
In this comparative example, a mixed solvent in which ethylene carbonate (EC), ethyl methyl carbonate (EMC), and dimethyl carbonate (DMC) were mixed at a volume ratio of 30:30:40 was used as the solvent of the electrolytic solution. A coin cell type lithium ion secondary battery 1 was produced in the same manner as in Example 12 except for the above. When the pH of the electrolyte was measured in the same manner as in Example 1, it was 3.1.
次に、本比較例で得られたリチウムイオン二次電池1を用いた以外は、実施例12と全く同一にして、リチウムイオン二次電池1に対する充放電を行った。このときの初回クーロン効率(充電容量/放電容量)を表2に示す。 Next, the lithium ion secondary battery 1 was charged and discharged in exactly the same manner as in Example 12 except that the lithium ion secondary battery 1 obtained in this comparative example was used. The initial coulomb efficiency (charge capacity / discharge capacity) at this time is shown in Table 2.
負極3が集電体31と集電体31の表面に形成されたスズ皮膜32とを備え、電解質層6に含まれる電解液のpHが9.1である実施例1のリチウムイオン二次電池1によれば、負極3が該電解液と接触した状態で1週間経過後にもスズ皮膜32が溶解せず、充放電が可能であることが明らかである。 The lithium ion secondary battery of Example 1 in which the negative electrode 3 includes a current collector 31 and a tin film 32 formed on the surface of the current collector 31, and the pH of the electrolyte contained in the electrolyte layer 6 is 9.1. According to 1, it is clear that the tin coating 32 does not dissolve even after one week has passed while the negative electrode 3 is in contact with the electrolytic solution, and charging and discharging are possible.
一方、負極3が集電体31と集電体31の表面に形成されたスズ皮膜32とを備え、電解質層6に含まれる電解液のpHが4未満の3.1〜3.9の範囲である比較例1〜3のリチウムイオン二次電池1によれば、負極3が該電解液と接触した状態で1週間経過後にはスズ皮膜32が溶解しており、充電することができないことが明らかである。 On the other hand, the negative electrode 3 includes a current collector 31 and a tin coating 32 formed on the surface of the current collector 31, and the pH of the electrolyte contained in the electrolyte layer 6 is in the range of 3.1 to 3.9 less than 4. According to the lithium ion secondary batteries 1 of Comparative Examples 1 to 3, the tin film 32 is dissolved after one week while the negative electrode 3 is in contact with the electrolytic solution and cannot be charged. it is obvious.
また、図2から、負極3がスズ箔からなり、電解質層6に含まれる電解液のpHが4.1〜7.7の範囲である実施例2、3のリチウムイオン二次電池1によれば、充放電サイクルを繰り返したときにも容量の劣化を抑制できることが明らかであり、負極3がスズ合金箔からなり、電解質層6に含まれる電解液のpHが7.7である実施例4のリチウムイオン二次電池1によれば、さらに容量の劣化を抑制する効果に優れていることが明らかである。 Further, from FIG. 2, according to the lithium ion secondary battery 1 of Examples 2 and 3, in which the negative electrode 3 is made of tin foil, and the pH of the electrolytic solution contained in the electrolyte layer 6 is in the range of 4.1 to 7.7. Thus, it is clear that the capacity deterioration can be suppressed even when the charge / discharge cycle is repeated, and the negative electrode 3 is made of a tin alloy foil, and the pH of the electrolyte contained in the electrolyte layer 6 is 7.7. According to the lithium ion secondary battery 1 of the present invention, it is clear that the effect of suppressing the deterioration of the capacity is further excellent.
一方、負極3がスズ箔からなり、電解質層6に含まれる電解液のpHが4未満の3.7である比較例4のリチウムイオン二次電池1によれば、充放電サイクルを繰り返したときに容量の劣化が著しいことが明らかである。 On the other hand, according to the lithium ion secondary battery 1 of Comparative Example 4 in which the negative electrode 3 is made of tin foil and the pH of the electrolyte contained in the electrolyte layer 6 is 3.7, which is less than 4, when the charge / discharge cycle is repeated It is clear that the capacity is significantly degraded.
また、図3から、負極3がアルミニウム箔又はアルミニウム合金箔からなり、電解質層6に含まれる電解液のpHが6.3〜6.72の範囲である実施例5〜8のリチウムイオン二次電池1によれば、充放電サイクルを繰り返したときにも容量の劣化を抑制できることが明らかである。さらに、負極3がLi−アルミニウム合金箔からなる実施例7のリチウムイオン二次電池1、又は、ゲル化材料を含む電解液がゲル化されている実施例8のリチウムイオン二次電池1によれば、実施例5、6のリチウムイオン二次電池1に比較して容量を向上させることができることが明らかである。 Further, from FIG. 3, the negative electrode 3 is made of an aluminum foil or an aluminum alloy foil, and the pH of the electrolyte contained in the electrolyte layer 6 is in the range of 6.3 to 6.72. According to the battery 1, it is clear that the capacity deterioration can be suppressed even when the charge / discharge cycle is repeated. Further, according to the lithium ion secondary battery 1 of Example 7 in which the negative electrode 3 is made of Li-aluminum alloy foil, or the lithium ion secondary battery 1 of Example 8 in which the electrolytic solution containing the gelling material is gelled. Thus, it is clear that the capacity can be improved as compared with the lithium ion secondary batteries 1 of Examples 5 and 6.
負極3がLi−アルミニウム合金箔からなる実施例7のリチウムイオン二次電池1の容量が実施例5、6のリチウムイオン二次電池1に比較して向上する理由としては、アルミニウム合金内のリチウムが容量として取り出せることに加え、より体積膨張の少ない次式(2)の反応が主として起きたため、負極3にかかる負荷が低減されたためと考えられる。 The reason why the capacity of the lithium ion secondary battery 1 of Example 7 in which the negative electrode 3 is made of Li-aluminum alloy foil is improved as compared with the lithium ion secondary battery 1 of Examples 5 and 6 is that lithium in the aluminum alloy It can be considered that the load on the negative electrode 3 was reduced because the reaction of the following formula (2) with less volume expansion occurred mainly in addition to being able to be taken out as a capacity.
2LiAl + Li → Li3Al2 ・・・(2)
また、ゲル化材料を含む電解液がゲル化されている実施例8のリチウムイオン二次電池1の容量が実施例5、6のリチウムイオン二次電池1に比較して向上する理由としては、ゲル化した電解液が、活物質の微粒子化と、活物質の電解液への拡散とを抑制する障壁として作用しているためと考えられる。
2LiAl + Li → Li 3 Al 2 (2)
In addition, the reason why the capacity of the lithium ion secondary battery 1 of Example 8 in which the electrolytic solution containing the gelling material is gelled is improved as compared with the lithium ion secondary battery 1 of Examples 5 and 6. This is probably because the gelled electrolyte acts as a barrier that suppresses the formation of fine particles of the active material and diffusion of the active material into the electrolyte.
一方、負極3がアルミニウム箔からなり、電解質層6に含まれる電解液のpHが4未満の3.1である比較例5のリチウムイオン二次電池1によれば、充放電サイクルを繰り返したときに容量の劣化が著しいことが明らかである。 On the other hand, according to the lithium ion secondary battery 1 of Comparative Example 5 in which the negative electrode 3 is made of an aluminum foil and the pH of the electrolyte contained in the electrolyte layer 6 is 3.1 less than 4, the charge / discharge cycle is repeated. It is clear that the capacity is significantly degraded.
また、図4から、負極3がアルミニウム粉末と導電助剤とバインダーとからなる皮膜32を備え、電解質層6に含まれる電解液のpHが6.72である実施例9、10のリチウムイオン二次電池1によれば、充放電動作を確認することができることが明らかである。ここで、導電助剤/バインダー(質量比)が、1である実施例9は、導電助剤/バインダー(質量比)が0.5である実施例10よりもサイクル容量維持率が高いので、より好ましい。すなわち、導電助剤/バインダー(質量比)が0.5より大きいほうがより好ましい。 Further, from FIG. 4, the negative electrode 3 is provided with a coating 32 made of aluminum powder, a conductive additive, and a binder, and the pH of the electrolyte contained in the electrolyte layer 6 is 6.72. According to the secondary battery 1, it is clear that the charge / discharge operation can be confirmed. Here, Example 9 where the conductive auxiliary agent / binder (mass ratio) is 1 has a higher cycle capacity retention rate than Example 10 where the conductive auxiliary agent / binder (mass ratio) is 0.5. More preferred. That is, the conductive auxiliary agent / binder (mass ratio) is more preferably larger than 0.5.
一方、負極3がアルミニウム粉末と導電助剤とバインダーとからなる皮膜32を備え、電解質層6に含まれる電解液のpHが4未満の3.1である比較例6のリチウムイオン二次電池1によれば、充放電サイクルの3回目以降の充放電容量がほとんど得られず、容量の劣化が著しいことが明らかである。比較例6のリチウムイオン二次電池1で充放電サイクルの3回目以降にほとんど容量を得ることができない理由としては、皮膜32に含まれるアルミニウム粉末が、pHが4未満の3.1である電解液により溶解し、負極3が電極として機能しなくなるためと考えられる。 Meanwhile, the lithium ion secondary battery 1 of Comparative Example 6 in which the negative electrode 3 is provided with a film 32 made of aluminum powder, a conductive additive, and a binder, and the pH of the electrolyte contained in the electrolyte layer 6 is 3.1 less than 4. According to the above, it is clear that the charge / discharge capacity after the third charge / discharge cycle is hardly obtained, and the capacity deterioration is remarkable. The reason why the lithium ion secondary battery 1 of Comparative Example 6 can hardly obtain a capacity after the third charge / discharge cycle is that the aluminum powder contained in the coating 32 is an electrolysis whose pH is 3.1 less than 4. It is considered that the negative electrode 3 does not function as an electrode because it is dissolved by the liquid.
また、表1から、負極3が鉛箔からなり、電解質層6に含まれる電解液のpHが6.72である実施例11のリチウムイオン二次電池1によれば、充放電サイクルの2回目にも鉛箔が溶解することなく容量を得られることが明らかである。 Also, from Table 1, according to the lithium ion secondary battery 1 of Example 11 in which the negative electrode 3 is made of a lead foil and the pH of the electrolyte contained in the electrolyte layer 6 is 6.72, the second charge / discharge cycle is performed. It is clear that the capacity can be obtained without dissolving the lead foil.
一方、負極3が鉛箔からなり、電解質層6に含まれる電解液のpHが4未満の3.1である比較例7のリチウムイオン二次電池1によれば、充放電サイクルの2回目には、ほとんど容量を得ることができないことが明らかである。比較例7のリチウムイオン二次電池1で充放電サイクルの2回目にほとんど容量を得ることができない理由としては、鉛箔からなる負極3が、pHが4未満の3.1である電解液により溶解し、電極として機能しなくなるためと考えられる。 On the other hand, according to the lithium ion secondary battery 1 of Comparative Example 7 in which the negative electrode 3 is made of lead foil and the pH of the electrolyte contained in the electrolyte layer 6 is 3.1 less than 4, the second charge / discharge cycle is performed. It is clear that almost no capacity can be obtained. The reason why the lithium ion secondary battery 1 of Comparative Example 7 can hardly obtain a capacity in the second charge / discharge cycle is that the negative electrode 3 made of lead foil has an electrolyte solution with a pH of 3.1 less than 4. It is thought that it dissolves and does not function as an electrode.
また、表2から、負極3が亜鉛箔からなり、電解質層6に含まれる電解液のpHが6.72である実施例12のリチウムイオン二次電池1によれば、電解質層6に含まれる電解液のpHが4未満の3.1である比較例8のリチウムイオン二次電池1に比較して、初回クーロン効率が大きく向上することが明らかである。比較例8のリチウムイオン二次電池1で初回クーロン効率が低い理由としては、亜鉛箔からなる負極3が、pHが4未満の3.1である電解液により溶解し、電極として機能していないためと考えられる。 Further, from Table 2, according to the lithium ion secondary battery 1 of Example 12 in which the negative electrode 3 is made of zinc foil and the pH of the electrolytic solution contained in the electrolyte layer 6 is 6.72, it is contained in the electrolyte layer 6. It is apparent that the initial coulomb efficiency is greatly improved as compared with the lithium ion secondary battery 1 of Comparative Example 8 in which the pH of the electrolytic solution is 3.1 which is less than 4. The reason why the initial Coulomb efficiency is low in the lithium ion secondary battery 1 of Comparative Example 8 is that the negative electrode 3 made of zinc foil is dissolved by an electrolyte solution having a pH of 3.1 less than 4, and does not function as an electrode. This is probably because of this.
1…リチウムイオン二次電池、 3…負極、 4…正極(対極)、 6…電解質層、 31…集電体、 32…スズ皮膜。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Lithium ion secondary battery, 3 ... Negative electrode, 4 ... Positive electrode (counter electrode), 6 ... Electrolyte layer, 31 ... Current collector, 32 ... Tin film | membrane.
Claims (5)
該負極は、スズ、鉛、アルミニウム、亜鉛からなる群から選択される少なくとも1種の金属を含み、
該電解質層は、溶媒と支持塩とを含みpHが4〜10の範囲である電解液を含むことを特徴とするリチウムイオン二次電池。 In a lithium ion secondary battery comprising a negative electrode, a positive electrode, and an electrolyte layer located between the negative electrode and the positive electrode,
The negative electrode includes at least one metal selected from the group consisting of tin, lead, aluminum, and zinc,
The electrolyte layer includes an electrolyte solution containing a solvent and a supporting salt and having a pH in the range of 4 to 10.
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