JP2018133281A - Lithium ion secondary battery - Google Patents

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長谷川 智彦
Tomohiko Hasegawa
智彦 長谷川
洋貴 北村
Hirotaka Kitamura
洋貴 北村
新井 均
Hitoshi Arai
均 新井
千映子 清水
Chieko Shimizu
千映子 清水
亮介 木戸
Ryosuke Kido
亮介 木戸
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a lithium ion secondary battery in which gas generation in a high temperature storage test can be suppressed.SOLUTION: The lithium ion secondary battery is provided that comprises: a positive electrode; a negative electrode; a separator positioned between the positive electrode and the negative electrode; and electrolytic solution. The positive electrode includes a lithium vanadium compound represented by Li(M)(PO)(where M=VO or V, and 0.9≤a≤3.3, 0.9≤b≤2.2, 0.9≤c≤3.3). The electrolytic solution includes a divalent nickel compound.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池に関する。   The present invention relates to a lithium ion secondary battery.

近年、移動体通信機器、携帯電子機器の主電源として利用されているリチウムイオン二次電池は、起電力が高く、高エネルギー密度であるという特長を有している。   In recent years, a lithium ion secondary battery used as a main power source for mobile communication devices and portable electronic devices has a feature of high electromotive force and high energy density.

リチウムイオン二次電池を構成する部材の一つに電解液が存在する。この電解液は一般に、炭酸エチレンに代表される環状炭酸エステルと、炭酸ジエチルに代表される鎖状炭酸エステルとが混合されている溶媒に、六フッ化リン酸リチウムなどの溶質を溶解させたものが用いられる。しかしながらこれらの溶媒は、電池の駆動や、高温保存試験においてに徐々に電極表面で反応してしまい、電池特性に悪影響を及ぼすガスを発生させるという問題を有している。   An electrolyte is present as one of the members constituting the lithium ion secondary battery. This electrolytic solution is generally a solution in which a solute such as lithium hexafluorophosphate is dissolved in a solvent in which a cyclic carbonate represented by ethylene carbonate and a chain carbonate represented by diethyl carbonate are mixed. Is used. However, these solvents have a problem in that they gradually react on the electrode surface during battery driving and high-temperature storage tests, and generate gases that adversely affect battery characteristics.

そこで、予め分解して電極表面に安定な皮膜を作る添加剤を加えることで、上記のガス発生を抑制する試みがなされている。特許文献1ではチオフェン系の添加剤を加えることで効果的にガス発生を抑制できることが報告されている。   Therefore, an attempt has been made to suppress the gas generation by adding an additive that decomposes in advance to form a stable film on the electrode surface. Patent Document 1 reports that gas generation can be effectively suppressed by adding a thiophene-based additive.

特開2000−182673号JP 2000-182673 A

しかしながら、従来技術の方法では未だ諸特性は満足されず、特に高温保存試験におけるガス発生の更なる抑制が求められている。   However, the properties of the prior art are not yet satisfactory, and there is a demand for further suppression of gas generation particularly in a high temperature storage test.

本発明者らは鋭意研究の結果、高温保存試験において正極で環状カーボネートが分解し、一酸化炭素が発生していることを見出した。   As a result of intensive studies, the present inventors have found that cyclic carbonate is decomposed at the positive electrode and carbon monoxide is generated in a high-temperature storage test.

本発明は上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、高温保存試験におけるガス発生を抑制することが可能なリチウムイオン二次電池を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and an object thereof is to provide a lithium ion secondary battery capable of suppressing gas generation in a high temperature storage test.

上記課題を解決するため、本発明に係るリチウムイオン二次電池は正極と、負極と、上記正極と上記負極の間に位置するセパレータと、電解液とを備え、
前記正極がLi(M)(PO(ただし、M=VOまたはV、かつ、0.9≦a≦3.3、0.9≦b≦2.2、0.9≦c≦3.3)で表されるリチウムバナジウム化合物を含み、
前記電解液が2価のニッケル化合物を含むことを特徴とする。
In order to solve the above problems, a lithium ion secondary battery according to the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, a separator positioned between the positive electrode and the negative electrode, and an electrolyte.
The positive electrode is Li a (M) b (PO 4 ) c (where M = VO or V, and 0.9 ≦ a ≦ 3.3, 0.9 ≦ b ≦ 2.2, 0.9 ≦ c A lithium vanadium compound represented by ≦ 3.3),
The electrolytic solution contains a divalent nickel compound.

これによれば、正極にリチウムバナジウム化合物を含むリチウムイオン二次電池では、高温保存試験時に多量の一酸化炭素がガスとして発生する問題があった。これは、バナジウムが環状カーボネートのカルボニル酸素に強く配位し、カルボニル構造を維持した状態で分解が進むことが原因と推測している。2価のニッケルイオンは一酸化炭素と反応し、含カルボニルニッケル錯体を形成する。この反応によって高温保存試験で発生する一酸化炭素が捕捉されるので、高温保存試験におけるガス発生を抑制することができる。   According to this, a lithium ion secondary battery including a lithium vanadium compound in the positive electrode has a problem that a large amount of carbon monoxide is generated as a gas during a high temperature storage test. This is presumably because vanadium is strongly coordinated to the carbonyl oxygen of the cyclic carbonate, and the decomposition proceeds while maintaining the carbonyl structure. The divalent nickel ion reacts with carbon monoxide to form a carbonyl-containing nickel complex. Since carbon monoxide generated in the high temperature storage test is captured by this reaction, gas generation in the high temperature storage test can be suppressed.

本発明に係るリチウムイオン二次電池はさらに、上記ニッケル化合物が平面四配位を取るニッケル錯体であることが好ましい。   The lithium ion secondary battery according to the present invention is preferably a nickel complex in which the nickel compound takes a planar four-coordinate.

これによれば、一酸化炭素との反応性の観点からより好適であり、高温保存試験時のガス発生を更に抑制することができる。   According to this, it is more suitable from the viewpoint of reactivity with carbon monoxide, and it is possible to further suppress gas generation during the high-temperature storage test.

本発明に係るリチウムイオン二次電池はさらに、上記ニッケル化合物がM[Ni(CN]であることがより好ましい。
[MはLi、Na、Kから選ばれる少なくとも一種を示す。]
In the lithium ion secondary battery according to the present invention, the nickel compound is more preferably M 2 [Ni (CN ) 4 ].
[M represents at least one selected from Li, Na, and K. ]

これによれば、一酸化炭素との反応性の観点からより好適であり、高温保存試験時のガス発生を更に抑制することができる。   According to this, it is more suitable from the viewpoint of reactivity with carbon monoxide, and it is possible to further suppress gas generation during the high-temperature storage test.

本発明に係るリチウムイオン二次電池用はさらに、上記ニッケル化合物が、ニッケル元素換算で、1×10−4mol/L以上3×10−2mol/L以下含まれていることが好ましい。 For the lithium ion secondary battery according to the present invention, the nickel compound is preferably contained in an amount of 1 × 10 −4 mol / L or more and 3 × 10 −2 mol / L or less in terms of nickel element.

本発明に係るリチウムイオン二次電池用はさらに、上記ニッケル化合物が、ニッケル元素換算で、上記正極に含まれるリチウムバナジウム化合物中のバナジウム元素のモル量に対して、0.01mol%以上1mol%以下含まれていることが好ましい。   For the lithium ion secondary battery according to the present invention, the nickel compound is 0.01 mol% or more and 1 mol% or less with respect to the molar amount of the vanadium element in the lithium vanadium compound contained in the positive electrode in terms of nickel element. It is preferably included.

これによれば、添加量として好適であり、高温保存試験時のガス発生を更に抑制することができる。   According to this, it is suitable as an addition amount, and gas generation during a high temperature storage test can be further suppressed.

本発明によれば、高温保存試験におけるガス発生を抑制することが可能なリチウムイオン二次電池が提供される。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the lithium ion secondary battery which can suppress gas generation | occurrence | production in a high temperature storage test is provided.

本実施形態のリチウムイオン二次電池の模式断面図である。It is a schematic cross section of the lithium ion secondary battery of this embodiment.

以下、図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに以下に記載した構成要素は、適宜組み合わせることができる。   DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments according to the invention will be described with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the following embodiment. The constituent elements described below include those that can be easily assumed by those skilled in the art and those that are substantially the same. Furthermore, the constituent elements described below can be appropriately combined.

<リチウムイオン二次電池>
図1に示すように、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池100は、互いに対向する板状の負極20及び板状の正極10と、負極20と正極10との間に隣接して配置される板状のセパレータ18と、を備える積層体30と、リチウムイオンを含む電解質溶液と、これらを密閉した状態で収容するケース50と、負極20に一方の端部が電気的に接続されると共に他方の端部がケースの外部に突出されるリード62と、正極10に一方の端部が電気的に接続されると共に他方の端部がケースの外部に突出されるリード60とを備える。
<Lithium ion secondary battery>
As shown in FIG. 1, a lithium ion secondary battery 100 according to the present embodiment is disposed adjacent to each other between a plate-like negative electrode 20 and a plate-like positive electrode 10 facing each other, and the negative electrode 20 and the positive electrode 10. A plate-like separator 18, an electrolyte solution containing lithium ions, a case 50 containing these in a sealed state, and one end of the negative electrode 20 being electrically connected. A lead 62 whose other end protrudes outside the case and a lead 60 whose one end is electrically connected to the positive electrode 10 and whose other end protrudes outside the case are provided.

負極20は、負極集電体22と、負極集電体22上に形成された負極活物質層24と、を有する。また、正極10は、正極集電体12と、正極集電体12上に形成された正極活物質層14と、を有する。セパレータ18は、負極活物質層24と正極活物質層14との間に位置している。   The negative electrode 20 includes a negative electrode current collector 22 and a negative electrode active material layer 24 formed on the negative electrode current collector 22. The positive electrode 10 includes a positive electrode current collector 12 and a positive electrode active material layer 14 formed on the positive electrode current collector 12. The separator 18 is located between the negative electrode active material layer 24 and the positive electrode active material layer 14.

<正極>
本発明に係る正極は、Li(M)(PO(ただし、M=VOまたはV、かつ、0.9≦a≦3.3、0.9≦b≦2.2、0.9≦c≦3.3)で表されるリチウムバナジウム化合物を含むものである。
(正極集電体)
正極集電体12は、導電性の板材であればよく、例えば、アルミニウム又はそれらの合金、ステンレス等の金属薄板(金属箔)を用いることができる。
<Positive electrode>
The positive electrode according to the present invention has Li a (M) b (PO 4 ) c (where M = VO or V, and 0.9 ≦ a ≦ 3.3, 0.9 ≦ b ≦ 2.2, 0 .9 ≦ c ≦ 3.3) containing a lithium vanadium compound.
(Positive electrode current collector)
The positive electrode current collector 12 may be a conductive plate material, and for example, a metal thin plate (metal foil) such as aluminum, an alloy thereof, or stainless steel can be used.

(正極活物質層)
正極活物質層14は、正極活物質、正極用バインダー、及び、必要に応じた量の正極用導電助剤から主に構成されるものである。
(Positive electrode active material layer)
The positive electrode active material layer 14 is mainly composed of a positive electrode active material, a positive electrode binder, and a necessary amount of positive electrode conductive additive.

(正極活物質)
正極活物質は、Li(M)(PO(ただし、M=VOまたはV、かつ、0.9≦a≦3.3、0.9≦b≦2.2、0.9≦c≦3.3)で表されるリチウムバナジウム化合物を含む。
(Positive electrode active material)
The positive electrode active material is Li a (M) b (PO 4 ) c (where M = VO or V, and 0.9 ≦ a ≦ 3.3, 0.9 ≦ b ≦ 2.2, 0.9 A lithium vanadium compound represented by ≦ c ≦ 3.3).

上記正極活物質は、高温保存試験時に多量の一酸化炭素がガスとして発生する問題があった。これは、バナジウムが環状カーボネートのカルボニル酸素に強く配位し、カルボニル構造を維持した状態で分解が進むことが原因と推測している。このため、本実施形態に係る電解液と組み合わせた際に、高温保存試験におけるガス発生の抑制効果が得られる。   The positive electrode active material has a problem that a large amount of carbon monoxide is generated as a gas during a high-temperature storage test. This is presumably because vanadium is strongly coordinated to the carbonyl oxygen of the cyclic carbonate, and the decomposition proceeds while maintaining the carbonyl structure. For this reason, when combined with the electrolytic solution according to the present embodiment, an effect of suppressing gas generation in a high temperature storage test is obtained.

(正極用バインダー)
正極用バインダーは、正極活物質同士を結合すると共に、正極活物質層14と正極用集電体12とを結合している。バインダーは、上述の結合が可能なものであればよく、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のフッ素樹脂や、セルロース、スチレン・ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂等を用いてもよい。また、バインダーとして電子伝導性の導電性高分子やイオン伝導性の導電性高分子を用いてもよい。電子伝導性の導電性高分子としては、例えば、ポリアセチレン、ポリチオフェン、ポリアニリン等が挙げられる。イオン伝導性の導電性高分子としては、例えば、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド等のポリエーテル系高分子化合物と、LiClO、LiBF、LiPF等のリチウム塩とを複合化させたもの等が挙げられる。
(Binder for positive electrode)
The positive electrode binder bonds the positive electrode active materials to each other and bonds the positive electrode active material layer 14 to the positive electrode current collector 12. The binder is not particularly limited as long as it can be bonded as described above. For example, fluorine resin such as polyvinylidene fluoride (PVDF) and polytetrafluoroethylene (PTFE), cellulose, styrene / butadiene rubber, ethylene / propylene rubber, polyimide A resin, a polyamideimide resin, or the like may be used. Alternatively, an electron conductive conductive polymer or an ion conductive conductive polymer may be used as the binder. Examples of the electron conductive conductive polymer include polyacetylene, polythiophene, and polyaniline. Examples of the ion conductive conductive polymer include those obtained by combining a polyether polymer compound such as polyethylene oxide and polypropylene oxide and a lithium salt such as LiClO 4 , LiBF 4 , and LiPF 6. It is done.

正極活物質層14中のバインダーの含有量は特に限定されないが、添加する場合には正極活物質の質量に対して0.5〜5質量部であることが好ましい。   Although content of the binder in the positive electrode active material layer 14 is not specifically limited, When adding, it is preferable that it is 0.5-5 mass parts with respect to the mass of a positive electrode active material.

(正極用導電助剤)
正極用導電助剤は、正極活物質層14の導電性を良好にするものであれば特に限定されず、公知の導電助剤を使用できる。例えば、黒鉛、カーボンブラック等の炭素系材料や、銅、ニッケル、ステンレス、鉄等の金属微粉、ITO等の導電性酸化物が挙げられる。
(Conductive aid for positive electrode)
The conductive aid for positive electrode is not particularly limited as long as it improves the conductivity of the positive electrode active material layer 14, and a known conductive aid can be used. Examples thereof include carbon-based materials such as graphite and carbon black, metal fine powders such as copper, nickel, stainless steel, and iron, and conductive oxides such as ITO.

<負極>
(負極集電体)
負極集電体22は、導電性の板材であればよく、例えば、銅等の金属薄板(金属箔)を用いることができる。
<Negative electrode>
(Negative electrode current collector)
The negative electrode current collector 22 may be a conductive plate material, and for example, a metal thin plate (metal foil) such as copper can be used.

(負極活物質層)
負極活物質層24は、負極活物質から主に構成されるものである。
(Negative electrode active material layer)
The negative electrode active material layer 24 is mainly composed of a negative electrode active material.

(負極活物質)
負極活物質としては、リチウムイオンの吸蔵及び放出、リチウムイオンの脱離及び挿入(インターカレーション)を可逆的に進行させることが可能であれば特に限定されず、公知の電極活物質を使用できる。例えば、グラファイト、ハードカーボン等の炭素系材料、酸化シリコン(SiO)金属シリコン(Si)等の珪素系材料、チタン酸リチウム(LTO)等の金属酸化物、リチウム、スズ、亜鉛等の金属材料が挙げられる。
(Negative electrode active material)
The negative electrode active material is not particularly limited as long as it can reversibly advance occlusion and release of lithium ions and desorption and insertion (intercalation) of lithium ions, and a known electrode active material can be used. . For example, carbon materials such as graphite and hard carbon, silicon materials such as silicon oxide (SiO x ) metal silicon (Si), metal oxides such as lithium titanate (LTO), metal materials such as lithium, tin, and zinc Is mentioned.

負極活物質として金属材料を用いない場合、負極活物質層24は更に、負極用バインダーおよび負極用導電助剤を含んでいてもよい。   When a metal material is not used as the negative electrode active material, the negative electrode active material layer 24 may further include a negative electrode binder and a negative electrode conductive additive.

(負極用バインダー)
負極用バインダーとしては特に限定は無く、上記で記載した正極用バインダーと同様のものを用いることができる。
(Binder for negative electrode)
There is no limitation in particular as a binder for negative electrodes, The thing similar to the binder for positive electrodes described above can be used.

(負極用導電助剤)
負極用導電助剤としては特に限定は無く、上記で記載した正極用導電助剤と同様のものを用いることができる。
(Conductive aid for negative electrode)
There is no limitation in particular as a conductive support agent for negative electrodes, The thing similar to the conductive support agent for positive electrodes described above can be used.

<電解液>
本実施形態に係る電解液は、2価のニッケル化合物を含むものである。
<Electrolyte>
The electrolytic solution according to this embodiment contains a divalent nickel compound.

本実施形態に係る電解液は、2価のニッケルイオンが一酸化炭素と反応し、含カルボニルニッケル錯体を形成する反応によって、正極がリチウムバナジウム化合物を含む場合に、高温保存試験で多量に発生する一酸化炭素を捕捉することができる。これにより、高温保存試験におけるガス発生を抑制することができる。   The electrolytic solution according to this embodiment is generated in a large amount in a high-temperature storage test when a positive electrode contains a lithium vanadium compound due to a reaction in which divalent nickel ions react with carbon monoxide to form a carbonyl-containing nickel complex. Carbon monoxide can be captured. Thereby, gas generation in the high temperature storage test can be suppressed.

本実施形態に係る電解液はさらに、上記ニッケル化合物が平面四配位を取ることが好ましい。   In the electrolytic solution according to this embodiment, it is preferable that the nickel compound further takes a planar four-coordinate.

これによれば、一酸化炭素との反応性の観点からより好適であり、高温保存試験時のガス発生を更に抑制することができる。   According to this, it is more suitable from the viewpoint of reactivity with carbon monoxide, and it is possible to further suppress gas generation during the high-temperature storage test.

本実施形態に係る電解液はさらに、上記ニッケル化合物がM[Ni(CN]であることが好ましい。
[MはLi、Na、Kから選ばれる少なくとも一種を示す。]
In the electrolytic solution according to this embodiment, the nickel compound is preferably M 2 [Ni (CN ) 4 ].
[M represents at least one selected from Li, Na, and K. ]

これによれば、一酸化炭素との反応性の観点からより好適であり、高温保存試験時のガス発生を更に抑制することができる。   According to this, it is more suitable from the viewpoint of reactivity with carbon monoxide, and it is possible to further suppress gas generation during the high-temperature storage test.

本実施形態に係る電解液はさらに、上記ニッケル化合物が、ニッケル元素換算で、1×10−4mol/L以上3×10−2mol/L以下含まれていることが好ましい。 In the electrolytic solution according to the present embodiment, it is preferable that the nickel compound is contained in an amount of 1 × 10 −4 mol / L or more and 3 × 10 −2 mol / L or less in terms of nickel element.

本実施形態に係る電解液はさらに、上記ニッケル化合物が、ニッケル元素換算で、上記正極に含まれるリチウムバナジウム化合物中のバナジウム元素のモル量に対して、0.01mol%以上1mol%以下含まれていることが好ましい。   In the electrolytic solution according to the present embodiment, the nickel compound is further contained in an amount of 0.01 mol% or more and 1 mol% or less with respect to the molar amount of the vanadium element in the lithium vanadium compound contained in the positive electrode in terms of nickel element. Preferably it is.

これによれば、添加量として好適であり、高温保存試験時のガス発生を更に抑制することができる。   According to this, it is suitable as an addition amount, and gas generation during a high temperature storage test can be further suppressed.

上記ニッケル化合物の添加量は、電解液に任意の量を添加して調整できるほか、高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP)、蛍光X線分析法(XRF)等で測定することができる。   The addition amount of the nickel compound can be adjusted by adding an arbitrary amount to the electrolytic solution, and can be measured by a high frequency inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP), a fluorescent X-ray analysis (XRF) or the like.

電解液の溶媒としては、一般にリチウムイオン二次電池に用いられている溶媒であれば特に限定はなく、例えば、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)等の環状カーボネート化合物、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)等の鎖状カーボネート化合物、γブチロラクトン等の環状エステル化合物、プロピオン酸プロピル、プロピオン酸エチル、酢酸エチル等の鎖状エステル化合物、等を任意の割合で混合して用いることができる。   The solvent of the electrolytic solution is not particularly limited as long as it is a solvent generally used in lithium ion secondary batteries. For example, cyclic carbonate compounds such as ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC), diethyl carbonate (DEC) ), A chain carbonate compound such as ethyl methyl carbonate (EMC), a cyclic ester compound such as γ-butyrolactone, a chain ester compound such as propyl propionate, ethyl propionate, ethyl acetate, etc. be able to.

電解質は、リチウムイオン二次電池の電解質として用いられるリチウム塩であれば特に限定は無く、例えば、LiPF、LiBF、リチウムビスオキサレートボラート等の無機酸陰イオン塩、LiCFSO、(CFSONLi、(FSONLi等の有機酸陰イオン塩等を用いることができる。 The electrolyte is not particularly limited as long as it is a lithium salt used as an electrolyte of a lithium ion secondary battery. For example, inorganic acid anion salts such as LiPF 6 , LiBF 4 , lithium bisoxalate borate, LiCF 3 SO 3 , An organic acid anion salt such as (CF 3 SO 2 ) 2 NLi, (FSO 2 ) 2 NLi, or the like can be used.

以上、本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。   As mentioned above, although preferred embodiment which concerns on this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment.

以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated more concretely based on an Example and a comparative example, this invention is not limited to a following example.

[実施例1]
(正極の作製)
Li(Ni0.85Co0.10Al0.05)O70質量部、リチウムバナジウム化合物としてLiVOPO15質量部、カーボンブラック5質量部、PVDF10質量部をN−メチル−2−ピロリドン(NMP)に分散させ、正極活物質層形成用のスラリーを調整した。このスラリーを、厚さ20μmのアルミ金属箔の一面に、正極活物質の塗布量が9.0mg/cmとなるように塗布し、100℃で乾燥することで正極活物質層を形成した。その後、ローラープレスによって加圧成形し、正極を作製した。
[Example 1]
(Preparation of positive electrode)
70 parts by mass of Li (Ni 0.85 Co 0.10 Al 0.05 ) O 2, 15 parts by mass of LiVOPO 4 as a lithium vanadium compound, 5 parts by mass of carbon black, and 10 parts by mass of PVDF were mixed with N-methyl-2-pyrrolidone (NMP The slurry for forming the positive electrode active material layer was prepared. This slurry was applied to one surface of an aluminum metal foil having a thickness of 20 μm so that the applied amount of the positive electrode active material was 9.0 mg / cm 2 and dried at 100 ° C. to form a positive electrode active material layer. Then, it pressure-molded with the roller press and produced the positive electrode.

(負極の作製)
厚さ16μmの銅箔上に100μmのリチウム箔を貼り付けることで、負極を作製した。
(Preparation of negative electrode)
A negative electrode was produced by attaching a 100 μm lithium foil on a 16 μm thick copper foil.

(電解液の作製)
体積比でEC/DEC=3/7となるように混合し、これに1mol/Lの濃度となるようにLiPFを溶解させた。その後、この溶液に対しニッケル化合物としてビス(シクロペンタジエニル)ニッケルを5×10−3mol%の濃度となるように加え、電解液を作製した。
(Preparation of electrolyte)
Were mixed so that EC / DEC = 3/7 by volume and this dissolved LiPF 6 at a concentration of 1 mol / L. Thereafter, bis (cyclopentadienyl) nickel was added to the solution as a nickel compound so as to have a concentration of 5 × 10 −3 mol%, thereby preparing an electrolytic solution.

(評価用リチウムイオン二次電池の作製)
上記で作製した正極および負極と、それらの間にポリエチレン微多孔膜からなるセパレータを挟んでアルミラミネートパックに入れた。このアルミラミネートパックに、上記で作製した電解液を注入した後、真空シールし、評価用のリチウムイオン二次電池を作製した。なお、ここでの注液量は、上記ニッケル化合物が、ニッケル元素換算で、上記正極に含まれるリチウムバナジウム化合物中のバナジウム元素のモル量に対し、1.1mol%となるように、注液を行った。
(高温保存試験時のガス発生量の測定)
上記で作製した評価用リチウムイオン二次電池について、二次電池充放電試験装置(北斗電工株式会社製)を用い、充電レート0.5C(25℃で定電流充電を行ったときに2時間で充電終了となる電流値)の定電流充電で、電池電圧が4.2Vとなるまで充電を行った。充電終了後、アルミラミネートパックの一部に切れ込みを入れてガス抜きを行い、再び真空シールした。この電池の体積をアルキメデス法にて測定し、高温保存試験前の電池体積Vを求めた。
(Production of evaluation lithium-ion secondary battery)
The positive electrode and negative electrode produced above and a separator made of a polyethylene microporous film were sandwiched between them to be put in an aluminum laminate pack. After injecting the electrolytic solution prepared above into this aluminum laminate pack, vacuum sealing was performed to prepare a lithium ion secondary battery for evaluation. The injection amount here is 1.1 mol% so that the nickel compound is in terms of nickel element with respect to the molar amount of vanadium element in the lithium vanadium compound contained in the positive electrode. went.
(Measurement of gas generation during high-temperature storage test)
About the lithium ion secondary battery for evaluation produced above, using a secondary battery charge / discharge test apparatus (manufactured by Hokuto Denko Co., Ltd.), a charge rate of 0.5 C (at constant current charging at 25 ° C. in 2 hours) The battery was charged until the battery voltage reached 4.2 V by constant current charging (current value at which charging was completed). After completion of charging, a cut was made in a part of the aluminum laminate pack, the gas was vented, and vacuum sealing was performed again. The volume of the battery was measured by the Archimedes method, were determined cell volume V 1 of the previous high-temperature storage test.

上記で電池体積Vを求めた電池を、温度を85℃に設定した恒温槽(エスペック株式会社製)内で4時間静置させた。4時間後、電池を取り出して室温で15分間放熱させた後、再びアルキメデス法にて電池体積を測定し、高温保存試験後の電池体積Vを求めた。 The battery for which the battery volume V 1 was determined as described above was allowed to stand for 4 hours in a thermostatic chamber (manufactured by ESPEC Corporation) whose temperature was set to 85 ° C. After 4 hours, allowed to heat radiation for 15 minutes at room temperature, remove the battery to measure the battery volume again by the Archimedes method, were determined cell volume V 2 after high-temperature storage test.

上記で求めた高温保存試験前後の体積V、Vから、下記式(1)に従い、高温保存試験時のガス発生量Vを求めた。得られた結果を表1に示す。
V=V−V ・・・(1)
From the volumes V 1 and V 2 before and after the high temperature storage test determined above, the gas generation amount V during the high temperature storage test was determined according to the following formula (1). The obtained results are shown in Table 1.
V = V 2 −V 1 (1)

[実施例2〜8]
電解液の作製で用いたニッケル化合物および濃度を、表1に示した化合物に変更した以外は実施例1と同様として、実施例2〜8の評価用リチウムイオン二次電池を作製した。
[Examples 2 to 8]
Lithium ion secondary batteries for evaluation of Examples 2 to 8 were produced in the same manner as in Example 1 except that the nickel compound and concentration used in the production of the electrolytic solution were changed to the compounds shown in Table 1.

[実施例9、10]
正極の作製で用いたリチウムバナジウム化合物を、表1に示した化合物に変更した以外は実施例5と同様として、実施例9および10の評価用リチウムイオン二次電池を作製した。
[Examples 9 and 10]
Evaluation lithium ion secondary batteries of Examples 9 and 10 were produced in the same manner as in Example 5 except that the lithium vanadium compound used in the production of the positive electrode was changed to the compounds shown in Table 1.

[実施例11、12]
評価用リチウム二次電池の作製に使用した電解液の注液量を、ニッケル化合物が、ニッケル元素換算で、正極に含まれるリチウムバナジウム化合物中のバナジウム元素のモル量に対し、表1に示した値になるように変更した以外は実施例3と同様として、実施例11、12の評価用リチウムイオン二次電池を作製した。
[Examples 11 and 12]
The injection amount of the electrolytic solution used for producing the evaluation lithium secondary battery is shown in Table 1 with respect to the molar amount of the vanadium element in the lithium vanadium compound in which the nickel compound is contained in the positive electrode in terms of nickel element. Except having changed so that it might become a value, it carried out similarly to Example 3, and produced the lithium ion secondary battery for evaluation of Examples 11 and 12.

[比較例1]
表1の通り、電解液の作製でニッケル化合物を加えなかったこと以外は実施例1と同様として、比較例1の評価用リチウムイオン二次電池を作製した。
[Comparative Example 1]
As shown in Table 1, a lithium ion secondary battery for evaluation of Comparative Example 1 was produced in the same manner as in Example 1 except that the nickel compound was not added in the production of the electrolytic solution.

実施例2〜12、および比較例1で評価用リチウムイオン二次電池について、実施例1と同様に、高温保存試験時のガス発生量の測定を行った。結果を表1に示す。   For the lithium ion secondary batteries for evaluation in Examples 2 to 12 and Comparative Example 1, the amount of gas generated during the high temperature storage test was measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.

実施例1〜9はいずれも、ニッケル化合物を加えなかった比較例1に対し、高温保存試験時のガス発生量が抑制された。また、実施例9および10の結果から、リチウムバナジウム化合物を含む正極全般で、高温保存試験時のガス発生量を抑制する効果が得られることが確認された。さらに、実施例11および12の結果から、リチウムバナジウム化合物に対するニッケル化合物の量を最適化することで、高温保存試験時のガス発生量をより抑制する効果が得られることを確認した。   In each of Examples 1 to 9, the amount of gas generated during the high-temperature storage test was suppressed compared to Comparative Example 1 in which no nickel compound was added. Moreover, from the results of Examples 9 and 10, it was confirmed that the effect of suppressing the amount of gas generated during the high-temperature storage test was obtained for all the positive electrodes containing the lithium vanadium compound. Furthermore, from the results of Examples 11 and 12, it was confirmed that by optimizing the amount of the nickel compound relative to the lithium vanadium compound, an effect of further suppressing the amount of gas generated during the high temperature storage test was obtained.

Figure 2018133281
Figure 2018133281

本発明により、高温保存試験におけるガス発生を抑制することが可能なリチウムイオン二次電池が提供される。   The present invention provides a lithium ion secondary battery capable of suppressing gas generation in a high temperature storage test.

10…正極、12…正極集電体、14…正極活物質層、18…セパレータ、20…負極、22…負極集電体、24…負極活物質層、30…積層体、50…ケース、60,62…リード、100…リチウムイオン二次電池。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Positive electrode, 12 ... Positive electrode collector, 14 ... Positive electrode active material layer, 18 ... Separator, 20 ... Negative electrode, 22 ... Negative electrode collector, 24 ... Negative electrode active material layer, 30 ... Laminate, 50 ... Case, 60 62 ... Lead, 100 ... Lithium ion secondary battery.

Claims (5)

正極と、負極と、前記正極と前記負極の間に位置するセパレータと、電解液とを備えるリチウムイオン二次電池であって、
前記正極がLi(M)(PO(ただし、M=VOまたはV、かつ、0.9≦a≦3.3、0.9≦b≦2.2、0.9≦c≦3.3)で表されるリチウムバナジウム化合物を含み、
前記電解液が2価のニッケル化合物を含むことを特徴とするリチウムイオン二次電池。
A lithium ion secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, a separator positioned between the positive electrode and the negative electrode, and an electrolyte solution,
The positive electrode is Li a (M) b (PO 4 ) c (where M = VO or V, and 0.9 ≦ a ≦ 3.3, 0.9 ≦ b ≦ 2.2, 0.9 ≦ c A lithium vanadium compound represented by ≦ 3.3),
The lithium ion secondary battery, wherein the electrolytic solution contains a divalent nickel compound.
前記ニッケル化合物が平面四配位を取るニッケル錯体であることを特徴とする請求項1に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the nickel compound is a nickel complex having a planar four-coordination. 前記ニッケル化合物がM[Ni(CN]であることを特徴とする請求項1または2に記載のリチウムイオン二次電池。
[MはLi、Na、Kから選ばれる少なくとも一種を示す。]
The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the nickel compound is M 2 [Ni (CN ) 4 ].
[M represents at least one selected from Li, Na, and K. ]
前記ニッケル化合物が、ニッケル元素換算で、1×10−4mol/L以上3×10−2mol/L以下含まれていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池。 4. The nickel compound according to claim 1, wherein the nickel compound is contained in an amount of 1 × 10 −4 mol / L or more and 3 × 10 −2 mol / L or less in terms of nickel element. Lithium ion secondary battery. 前記ニッケル化合物が、ニッケル元素換算で、前記正極に含まれるリチウムバナジウム化合物中のバナジウム元素のモル量に対して、0.01mol%以上1mol%以下含まれていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池。



The said nickel compound is 0.01 mol% or more and 1 mol% or less with respect to the molar amount of the vanadium element in the lithium vanadium compound contained in the said positive electrode in conversion of nickel element, The 1 thru | or characterized by the above-mentioned. The lithium ion secondary battery according to any one of 4.



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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110994028A (en) * 2019-12-25 2020-04-10 香河昆仑化学制品有限公司 Electrolyte applied to high-energy-density lithium ion battery and preparation method thereof

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