JP2019061836A - Lithium ion secondary battery - Google Patents

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佑輔 久米
Yusuke Kume
佑輔 久米
宏郁 角田
Hiroiku Tsunoda
宏郁 角田
長谷川 智彦
Tomohiko Hasegawa
智彦 長谷川
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Abstract

To provide a lithium ion secondary battery capable of improving cycle characteristics.SOLUTION: In a lithium ion secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, a separator positioned between the positive electrode and the negative electrode, an electrolyte, the positive electrode contains a lithium vanadium compound, and the electrolyte contains disulfonic acid.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, lithium ion secondary batteries used as a main power source for mobile communication devices and portable electronic devices have features of high electromotive force and high energy density.

従来、リチウムイオン二次電池の正極材料(正極活物質)としてLiCoOやLiNi1/3Mn1/3Co1/3等の層状化合物やLiMn等のスピネル化合物が用いられてきた。近年では、LiFePOに代表されるオリビン型構造の化合物が注目されている。オリビン構造を有する正極材料は高温での熱安定性が高く、安全性が高いことが知られている。 Conventionally, layered compounds such as LiCoO 2 and LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 and spinel compounds such as LiMn 2 O 4 have been used as positive electrode materials (positive electrode active materials) for lithium ion secondary batteries. The In recent years, olivine type compounds represented by LiFePO 4 have attracted attention. It is known that positive electrode materials having an olivine structure have high thermal stability at high temperatures and high safety.

しかし、LiFePOを用いたリチウムイオン二次電池は、その充放電電圧が3.5V程度と低く、エネルギー密度が低くなるという欠点を有する。そのため、高い充放電電圧を実現し得るリン酸系正極材料として、LiCoPOやLiNiPO等が提案されている。しかし、これらの正極材料を用いたリチウムイオン二次電池においても、十分な容量が得られていないのが現状である。 However, a lithium ion secondary battery using LiFePO 4 has a disadvantage that the charge and discharge voltage is as low as about 3.5 V and the energy density is low. Therefore, LiCoPO 4 , LiNiPO 4 and the like have been proposed as phosphoric acid based positive electrode materials capable of realizing high charge and discharge voltage. However, even in lithium ion secondary batteries using these positive electrode materials, at present, sufficient capacity is not obtained.

上記リン酸系正極材料の中でも4V級の充放電電圧を実現し得る化合物として、LiVOPOやLi(POの構造を持つバナジウムホスフェート化合物が知られている。 しかしながら、これらの化合物は高電圧下で繰り返し充放電を行うと、バナジウムが溶出して負極に析出するため、サイクル特性が悪化するという課題が存在する。 Among the above-described phosphoric acid-based positive electrode materials, vanadium phosphate compounds having a structure of LiVOPO 4 or Li 3 V 2 (PO 4 ) 3 are known as compounds capable of achieving 4V class charge and discharge voltage. However, when these compounds are repeatedly charged and discharged under high voltage, vanadium elutes and is deposited on the negative electrode, so that there is a problem that cycle characteristics deteriorate.

そこで、特許文献1では電解液中に溶媒として含有させたフッ素化カーボネートが、正極上で被膜を生成することによりバナジウムの溶出を抑えると報告されている。   Therefore, Patent Document 1 reports that fluorinated carbonate contained as a solvent in an electrolytic solution suppresses the elution of vanadium by forming a film on the positive electrode.

特開2013−77424号JP 2013-77424

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、サイクル特性の更なる向上が求められている。   However, in the method of the prior art, various properties are not satisfied yet, and further improvement of cycle characteristics is required.

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、サイクル特性を改善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 problems of the above-mentioned prior art, and it is an object of the present invention to provide a lithium ion secondary battery capable of improving cycle characteristics.

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、電解液とを備えるリチウムイオン二次電池であって、上記正極がリチウムバナジウム化合物を含み、上記電解液がジスルホン酸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 is 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 electrolytic solution. The positive electrode contains a lithium vanadium compound, and the electrolytic solution contains a disulfonic acid.

これによれば、硫黄に結合した酸素は負電荷密度が大きいため、ジスルホン酸はドナー性が高く、リチウムバナジウム化合物から溶出したバナジウムと安定な錯体を形成し、負極上でのバナジウム析出を抑制でき、サイクル特性が改善する。   According to this, since the oxygen bonded to sulfur has a large negative charge density, the disulfonic acid has a high donor property, can form a stable complex with vanadium eluted from the lithium vanadium compound, and can suppress vanadium precipitation on the negative electrode. , Improve the cycle characteristics.

本発明に係るリチウムイオン二次電池はさらに、上記ジスルホン酸の分子量が、280g/mol以下であることが好ましい。   Furthermore, in the lithium ion secondary battery according to the present invention, the molecular weight of the disulfonic acid is preferably 280 g / mol or less.

これによれば、ジスルホン酸の分子量として好適であり、サイクル特性が更に改善する。   According to this, it is suitable as a molecular weight of disulfonic acid, and the cycle characteristics are further improved.

本発明に係るリチウムイオン二次電池はさらに、上記ジスルホン酸が、下記化学式(1)で表されることが好ましい。
(R1は炭素数1〜5の直鎖状の置換または未置換のアルキル鎖である。)
Furthermore, in the lithium ion secondary battery according to the present invention, the disulfonic acid is preferably represented by the following chemical formula (1).
(R1 is a linear substituted or unsubstituted alkyl chain of 1 to 5 carbon atoms.)

Figure 2019061836
Figure 2019061836

これによれば、ジスルホン酸として好適であり、サイクル特性が更に改善する。   According to this, it is suitable as a disulfonic acid, and the cycle characteristics are further improved.

本発明に係るリチウムイオン二次電池はさらに、上記ジスルホン酸が、メタンジスルホン酸または1,2−エタンジスルホン酸であることが好ましい。   In the lithium ion secondary battery according to the present invention, preferably, the disulfonic acid is methanedisulfonic acid or 1,2-ethanedisulfonic acid.

これによれば、ジスルホン酸として好適であり、サイクル特性が更に改善する。   According to this, it is suitable as a disulfonic acid, and the cycle characteristics are further improved.

本発明に係るリチウムイオン二次電池はさらに、上記ジスルホン酸が、上記電解液中に0.01重量%以上3.0重量%以下含まれることが好ましい。   In the lithium ion secondary battery according to the present invention, preferably, the above-mentioned disulfonic acid is contained in the above-mentioned electrolytic solution in an amount of 0.01% by weight or more and 3.0% by weight or less.

これによれば、ジスルホン酸の添加量として好適であり、サイクル特性が更に改善する。   According to this, it is suitable as the addition amount of disulfonic acid, and the cycle characteristics are further improved.

本発明に係るリチウムイオン二次電池はさらに、上記リチウムバナジウム化合物がLiVOPOであることが好ましい。 Lithium-ion secondary battery according to the present invention preferably further the lithium vanadium compound is LiVOPO 4.

本発明によれば、サイクル特性を改善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。   According to the present invention, a lithium ion secondary battery capable of improving cycle characteristics 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、当業者が容易に想到できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに以下に記載した構成要素は、適宜組み合わせることができる。   Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention is not limited to the following embodiments. Further, the components described below include those which can be easily conceived by those skilled in the art and those substantially the same. Furthermore, the components described below can be combined as appropriate.

<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, the lithium ion secondary battery 100 according to this embodiment is disposed adjacent to each other between the plate-like negative electrode 20 and the plate-like positive electrode 10 facing each other, and between the negative electrode 20 and the positive electrode 10. And an electrolytic solution containing lithium ions, a case 50 for accommodating these in a sealed state, and one end of the negative electrode 20 are electrically connected. It has 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.

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。また、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。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 positive electrode 10 has a positive electrode current collector 12 and a positive electrode active material layer 14 formed on the positive electrode current collector 12. Further, the negative electrode 20 has a negative electrode current collector 22 and a negative electrode active material layer 24 formed on the negative electrode current collector 22. The separator 18 is located between the negative electrode active material layer 24 and the positive electrode active material layer 14.

<正極>
本実施形態に係る正極は、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 embodiment contains a lithium vanadium compound.
(Positive current collector)
The positive electrode current collector 12 may be any conductive plate material, and for example, aluminum or an alloy thereof, or a thin metal plate (metal foil) such as 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、および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 positive electrode conductive aid.

(正極活物質)
本実施形態に係る正極活物質は、リチウムバナジウム化合物を含む。
(Positive electrode active material)
The positive electrode active material according to the present embodiment contains a lithium vanadium compound.

本実施形態に係る正極活物質はさらに、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)であることが好ましく、LiVOPOであることがより好ましい。 The positive electrode active material according to the present embodiment further includes 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) is preferable, and LiVOPO 4 is more preferable.

上記正極活物質を使用した正極の場合、本実施形態に係る電解液と組み合わせた際に、溶出したバナジウムと安定な錯体を形成し、バナジウムの析出を抑制できよりサイクル特性の改善効果が得られる。   In the case of the positive electrode using the above-mentioned positive electrode active material, when combined with the electrolytic solution according to this embodiment, a stable complex is formed with the eluted vanadium, so that the precipitation of vanadium can be suppressed and the cycle characteristics improvement effect can be 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 one another, and also bonds the positive electrode active material layer 14 and the positive electrode current collector 12. The binder may be any one as long as the above-mentioned bonding is possible, for example, a fluorine resin such as polyvinylidene fluoride (PVDF) or polytetrafluoroethylene (PTFE), cellulose, styrene butadiene rubber, ethylene / propylene rubber, polyimide Resin, polyamide imide resin, etc. may be used. In addition, 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, polyaniline and the like. As the ion conductive conductive polymer, for example, those obtained by combining a polyether type polymer compound such as polyethylene oxide or polypropylene oxide with a lithium salt such as LiClO 4 , LiBF 4 or LiPF 6 are listed. Be

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)
正極用導電助剤としては、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 agent for positive electrode)
The conductive aid for the positive electrode is not particularly limited as long as it can improve 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, fine powders of metals 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 current collector)
The negative electrode current collector 22 may be any conductive plate material, and for example, a thin metal plate such as copper (metal foil) can be used.

(負極活物質層)
負極活物質層24は、負極活物質、負極用バインダー、および負極用導電助剤から主に構成されるものである。
(Anode active material layer)
The negative electrode active material layer 24 is mainly composed of a negative electrode active material, a binder for the negative electrode, and a conductive additive for the negative electrode.

(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。
(Anode active material)
The negative electrode active material is not particularly limited as long as it can reversibly advance absorption and release of lithium ions and desorption and insertion (intercalation) of lithium ions, and known electrode active materials can be used. . For example, carbon-based materials such as graphite and hard carbon, silicon-based materials such as silicon oxide (SiO x ) and metal silicon (Si), metal oxides such as lithium titanate (LTO), and metals such as lithium, tin and zinc Materials can be 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 contain a negative electrode binder and a negative electrode conductive aid.

(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)
The negative electrode binder is not particularly limited, and the same positive electrode binder as 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 additive 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、ジスルホン酸を含むものである。
<Electrolyte solution>
The electrolytic solution according to this embodiment contains disulfonic acid.

これによれば、硫黄に結合した酸素は負電荷密度が大きいため、ジスルホン酸はドナー性が高く、リチウムバナジウム化合物から溶出したバナジウムと安定な錯体を形成し、負極上でのバナジウム析出を抑制でき、サイクル特性が改善する。   According to this, since the oxygen bonded to sulfur has a large negative charge density, the disulfonic acid has a high donor property, can form a stable complex with vanadium eluted from the lithium vanadium compound, and can suppress vanadium precipitation on the negative electrode. , Improve the cycle characteristics.

本実施形態に係るリチウムイオン二次電池はさらに、上記ジスルホン酸の分子量が、280g/mol以下であることが好ましい。   Further, in the lithium ion secondary battery according to the present embodiment, the molecular weight of the disulfonic acid is preferably 280 g / mol or less.

これによれば、ジスルホン酸の分子量として好適であり、サイクル特性が更に改善する。   According to this, it is suitable as a molecular weight of disulfonic acid, and the cycle characteristics are further improved.

本実施形態に係るリチウムイオン二次電池はさらに、上記ジスルホン酸が、化学式(1)で表されることが好ましく、メタンジスルホン酸または1,2−エタンジスルホン酸であることがより好ましい。   Further, in the lithium ion secondary battery according to the present embodiment, the disulfonic acid is preferably represented by the chemical formula (1), and more preferably methanedisulfonic acid or 1,2-ethanedisulfonic acid.

これによれば、ジスルホン酸として好適であり、サイクル特性が更に改善する。   According to this, it is suitable as a disulfonic acid, and the cycle characteristics are further improved.

本実施形態に係るリチウムイオン二次電池はさらに、上記ジスルホン酸が、上記電解液中に0.01重量%以上3.0重量%以下含まれることが好ましい。   In the lithium ion secondary battery according to the present embodiment, the above-mentioned disulfonic acid is preferably further contained in the above-mentioned electrolytic solution at 0.01 wt% or more and 3.0 wt% or less.

これによれば、ジスルホン酸の添加量として好適であり、サイクル特性が更に改善する。   According to this, it is suitable as the addition amount of disulfonic acid, and the cycle characteristics are further improved.

(その他の溶媒)
本実施形態に係る電解液は、一般にリチウムイオン二次電池に用いられている溶媒を用いることが出来る。上記溶媒としては特に限定はなく、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、等を任意の割合で混合して用いることができる。
(Other solvents)
A solvent generally used for a lithium ion secondary battery can be used for the electrolytic solution according to the present embodiment. The solvent is not particularly limited, and examples thereof include cyclic carbonate compounds such as ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC), linear carbonate compounds such as diethyl carbonate (DEC) and ethyl methyl carbonate (EMC), and the like. It can be mixed and used in the ratio of

(電解質)
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。
(Electrolytes)
The electrolyte is not particularly limited as long as it is a lithium salt used as an electrolyte of a lithium ion secondary battery, and examples thereof include inorganic acid anion salts such as LiPF 6 , LiBF 4 and lithium bis oxalate borate, LiCF 3 SO 3 , Organic acid anionic salts such as (CF 3 SO 2 ) 2 NLi and (FSO 2 ) 2 NLi 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 the suitable embodiment concerning the present invention was described, the present invention is not limited to the above-mentioned 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。   Hereinafter, the present invention will be more specifically described based on examples and comparative examples, but the present invention is not limited to the following examples.

[実施例1]
(正極の作製)
リチウムバナジウム化合物としてLiVOPO85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
(Production of positive electrode)
85 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 dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) to prepare a slurry for forming a positive electrode active material layer. The slurry was applied to one surface of a 20 μm thick aluminum metal foil so that the coating 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 by the roller press, and produced the positive electrode.

(負極の作製)
天然黒鉛90質量部、カーボンブラック5質量部、PVDF5質量部をN−メチル−2−ピロリドン(NMP)に分散させ、負極活物質層形成用のスラリーを調整した。上記スラリーを、厚さ20μmの銅箔の一面に、負極活物質の塗布量が6.0mg/cmとなるように塗布し、100℃で乾燥することで負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、負極を作製した。
(Fabrication of negative electrode)
90 parts by mass of natural graphite, 5 parts by mass of carbon black and 5 parts by mass of PVDF were dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) to prepare a slurry for forming a negative electrode active material layer. The slurry was applied to one surface of a 20 μm thick copper foil so that the coating amount of the negative electrode active material was 6.0 mg / cm 2, and dried at 100 ° C. to form a negative electrode active material layer. Then, it pressure-molded by the roller press, and produced the negative electrode.

(電解液の作製)
体積比でEC/DEC=3/7に調整した溶媒に、1mol/Lの濃度となるようにLiPFを溶解させ、これにジスルホン酸としてメタンジスルホン酸を重量比で1.0%となるように添加し、電解液を作製した。
(Preparation of electrolyte)
Dissolve LiPF 6 in a solvent adjusted to EC / DEC = 3/7 by volume ratio to a concentration of 1 mol / L, and add 1.0% by weight of methanedisulfonic acid as disulfonic acid to this To make an electrolyte.

(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、評価用リチウムイオン二次電池を作製した。
(Preparation of lithium ion secondary battery for evaluation)
The positive electrode and the negative electrode produced above and a separator made of a polyethylene microporous film were interposed between them and placed in an aluminum laminate pack. The electrolytic solution prepared above was injected into the aluminum laminate pack, and vacuum sealing was performed to prepare a lithium ion secondary battery for evaluation.

(300サイクル後容量維持率の測定)
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1.0C(25℃で定電流充電を行ったときに1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い、放電レート1.0Cの定電流放電で電池電圧が2.8Vとなるまで放電を行った。上記充放電を1サイクルとし、続けて300サイクルの充放電を行い、300サイクル後容量維持率(300サイクル目放電容量/1サイクル目放電容量×100)を求めた。得られた結果を表1に示す。
(Measurement of capacity retention rate after 300 cycles)
For the lithium ion secondary battery for evaluation prepared above, using a secondary battery charge and discharge test device (manufactured by Hokuto Denko Corporation), charging rate 1.0 C (constant current charging at 25 ° C.) takes 1 hour The battery was charged until the battery voltage reached 4.2 V by constant current charging (the current value at which the charging is completed), and was discharged until the battery voltage reached 2.8 V by constant current discharging at a discharge rate of 1.0C. The charge / discharge cycle was defined as one cycle, followed by 300 cycles of charge / discharge, and after 300 cycles, the capacity retention ratio (300th cycle discharge capacity / 1st cycle discharge capacity × 100) was determined. The obtained results are shown in Table 1.

[実施例2]
電解液の作製で用いたジスルホン酸を、表1に示した通りに変更した以外は実施例1と同様として、実施例2の評価用リチウムイオン二次電池を作製した。
Example 2
A lithium ion secondary battery for evaluation of Example 2 was produced in the same manner as Example 1, except that the disulfonic acid used in the production of the electrolytic solution was changed as shown in Table 1.

[実施例3]
電解液の作製で用いたジスルホン酸を、表1に示した通りに変更した以外は実施例1と同様として、実施例3の評価用リチウムイオン二次電池を作製した。
[Example 3]
A lithium ion secondary battery for evaluation of Example 3 was produced in the same manner as Example 1, except that the disulfonic acid used in the production of the electrolytic solution was changed as shown in Table 1.

[実施例4]
電解液の作製で用いたジスルホン酸を、表1に示した通りに変更した以外は実施例1と同様として、実施例4の評価用リチウムイオン二次電池を作製した。
Example 4
A lithium ion secondary battery for evaluation of Example 4 was produced in the same manner as in Example 1 except that the disulfonic acid used in producing the electrolytic solution was changed as shown in Table 1.

[実施例5]
電解液の作製で用いたジスルホン酸を、表1に示した通りに変更した以外は実施例1と同様として、実施例5の評価用リチウムイオン二次電池を作製した。
[Example 5]
A lithium ion secondary battery for evaluation of Example 5 was produced in the same manner as in Example 1 except that the disulfonic acid used for producing the electrolytic solution was changed as shown in Table 1.

[実施例6]
電解液の作製で用いたジスルホン酸を、表1に示した通りに変更した以外は実施例1と同様として、実施例6の評価用リチウムイオン二次電池を作製した。
[Example 6]
A lithium ion secondary battery for evaluation of Example 6 was produced in the same manner as in Example 1 except that the disulfonic acid used in the production of the electrolytic solution was changed as shown in Table 1.

[実施例7]
電解液の作製で用いたジスルホン酸を、表1に示した通りに変更した以外は実施例1と同様として、実施例7の評価用リチウムイオン二次電池を作製した。
[Example 7]
A lithium ion secondary battery for evaluation of Example 7 was produced in the same manner as in Example 1 except that the disulfonic acid used in the production of the electrolytic solution was changed as shown in Table 1.

[実施例8]
ジスルホン酸の添加量を、表1に示した通りに変更した以外は実施例1と同様として、実施例8の評価用リチウムイオン二次電池を作製した。
[Example 8]
A lithium ion secondary battery for evaluation of Example 8 was produced in the same manner as in Example 1 except that the addition amount of disulfonic acid was changed as shown in Table 1.

[実施例9]
ジスルホン酸の添加量を、表1に示した通りに変更した以外は実施例1と同様として、実施例9の評価用リチウムイオン二次電池を作製した。
[Example 9]
A lithium ion secondary battery for evaluation of Example 9 was produced in the same manner as in Example 1 except that the amount of disulfonic acid added was changed as shown in Table 1.

[実施例10]
ジスルホン酸の添加量を、表1に示した通りに変更した以外は実施例1と同様として、実施例10の評価用リチウムイオン二次電池を作製した。
[Example 10]
A lithium ion secondary battery for evaluation of Example 10 was produced in the same manner as in Example 1 except that the amount of disulfonic acid added was changed as shown in Table 1.

[実施例11]
ジスルホン酸の添加量を、表1に示した通りに変更した以外は実施例1と同様として、実施例11の評価用リチウムイオン二次電池を作製した。
[Example 11]
A lithium ion secondary battery for evaluation of Example 11 was produced as in Example 1 except that the amount of disulfonic acid added was changed as shown in Table 1.

[実施例12]
ジスルホン酸の添加量を、表1に示した通りに変更した以外は実施例1と同様として、実施例12の評価用リチウムイオン二次電池を作製した。
[Example 12]
A lithium ion secondary battery for evaluation of Example 12 was produced in the same manner as in Example 1 except that the amount of disulfonic acid added was changed as shown in Table 1.

[実施例13]
ジスルホン酸の添加量を、表1に示した通りに変更した以外は実施例1と同様として、実施例13の評価用リチウムイオン二次電池を作製した。
[Example 13]
A lithium ion secondary battery for evaluation of Example 13 was produced as in Example 1 except that the amount of disulfonic acid added was changed as shown in Table 1.

[実施例14]
正極の作製で用いたリチウムバナジウム化合物を、表1に示した通りに変更した以外は実施例1と同様として、実施例14の評価用リチウムイオン二次電池を作製した。
Example 14
A lithium ion secondary battery for evaluation of Example 14 was produced in the same manner as Example 1, except that the lithium vanadium compound used in the production of the positive electrode was changed as shown in Table 1.

[実施例15]
正極の作製で用いたリチウムバナジウム化合物を、表1に示した通りに変更した以外は実施例1と同様として、実施例15の評価用リチウムイオン二次電池を作製した。
[Example 15]
A lithium ion secondary battery for evaluation of Example 15 was produced in the same manner as Example 1, except that the lithium vanadium compound used in the production of the positive electrode was changed as shown in Table 1.

[比較例1]
ジスルホン酸を添加しなかった以外は実施例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
A lithium ion secondary battery for evaluation of Comparative Example 1 was produced in the same manner as in Example 1 except that no disulfonic acid was added.

[比較例2]
ジスルホン酸を添加しなかった以外は実施例14と同様として、比較例2の評価用リチウムイオン二次電池を作製した。
Comparative Example 2
A lithium ion secondary battery for evaluation of Comparative Example 2 was produced in the same manner as in Example 14 except that the disulfonic acid was not added.

[比較例3]
ジスルホン酸を添加しなかった以外は実施例15と同様として、比較例3の評価用リチウムイオン二次電池を作製した。
Comparative Example 3
A lithium ion secondary battery for evaluation of Comparative Example 3 was produced in the same manner as in Example 15 except that the disulfonic acid was not added.

[比較例4]
正極の作製で作製した正極活物質層形成用のスラリーの組成を、LiCoO85質量部、カーボンブラック5質量部、PVDF10質量部とし、正極を作製した。それ以外は実施例1と同様として、比較例4の評価用リチウムイオン二次電池を作製した。
Comparative Example 4
The composition of the slurry for forming a positive electrode active material layer produced in manufacturing the positive electrode, LiCoO 2 85 parts by weight of carbon black 5 parts by mass, and PVDF10 parts by mass to prepare a positive electrode. A lithium ion secondary battery for evaluation of Comparative Example 4 was produced in the same manner as Example 1 except for the above.

[比較例5]
正極の作製で作製した正極活物質層形成用のスラリーの組成を、LiNi0.85Co0.10Al0.0585質量部、カーボンブラック5質量部、PVDF10質量部とし、正極を作製した。それ以外は実施例1と同様として、比較例5の評価用リチウムイオン二次電池を作製した。
Comparative Example 5
The composition of the slurry for forming the positive electrode active material layer prepared in the preparation of the positive electrode was 85 parts by mass of LiNi 0.85 Co 0.10 Al 0.05 O 2 , 5 parts by mass of carbon black, 10 parts by mass of PVDF, and the positive electrode was prepared. did. A lithium ion secondary battery for evaluation of Comparative Example 5 was produced in the same manner as Example 1 except for the above.

[比較例6]
ジスルホン酸を添加しなかった以外は比較例4と同様として、比較例6の評価用リチウムイオン二次電池を作製した。
Comparative Example 6
A lithium ion secondary battery for evaluation of Comparative Example 6 was produced in the same manner as in Comparative Example 4 except that no disulfonic acid was added.

[比較例7]
ジスルホン酸を添加しなかった以外は比較例5と同様として、比較例7の評価用リチウムイオン二次電池を作製した。
Comparative Example 7
A lithium ion secondary battery for evaluation of Comparative Example 7 was produced in the same manner as in Comparative Example 5 except that no disulfonic acid was added.

実施例2〜15、および比較例1〜7で作製した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、300サイクル後容量維持率の測定を行った。結果を表1に示す。   About the lithium ion secondary battery for evaluation produced in Examples 2-15 and Comparative Examples 1-7, the measurement of the capacity retention after 300 cycles was performed in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.

実施例1〜15はいずれも、ジスルホン酸を使用しなかった比較例1に対し、300サイクル後容量維持率が改善した。   In all of Examples 1 to 15, the capacity retention rate improved after 300 cycles as compared with Comparative Example 1 in which no disulfonic acid was used.

実施例7の結果から、ジスルホン酸の分子量を280g/mol以下とすることで、300サイクル後容量維持率がより改善する効果が得られることが確認された。   From the results of Example 7, it was confirmed that setting the molecular weight of the disulfonic acid to 280 g / mol or less provides the effect of further improving the capacity retention after 300 cycles.

実施例6の結果から、ジスルホン酸の総炭素数を5以下とすることで、300サイクル後容量維持率がより改善する効果が得られることが確認された。   From the results of Example 6, it was confirmed that, by setting the total carbon number of the disulfonic acid to 5 or less, the effect of further improving the capacity retention rate after 300 cycles can be obtained.

実施例1〜5の結果から、ジスルホン酸としてメタンジスルホン酸または1,2−エタンジスルホン酸を使用することで、300サイクル後容量維持率がより改善する効果が得られることが確認された。   From the results of Examples 1 to 5, it was confirmed that by using methanedisulfonic acid or 1,2-ethanedisulfonic acid as the disulfonic acid, the effect of further improving the capacity retention after 300 cycles was obtained.

実施例8〜13の結果から、ジスルホン酸の添加量を最適化することで、300サイクル後容量維持率がより改善する効果が得られることが確認された。   From the results of Examples 8 to 13, it was confirmed that the effect of further improving the capacity retention rate after 300 cycles can be obtained by optimizing the addition amount of disulfonic acid.

実施例14および15と、比較例2および3の結果から、リチウムバナジウム化合物としてLiVOPOを用いた場合、300サイクル後容量維持率のより高い改善効果が得られることが確認された。



Example 14 and 15, from the results of Comparative Examples 2 and 3, when using the LiVOPO 4 as a lithium vanadium compound, that higher improving effect after 300 cycles the capacity retention ratio were obtained.



Figure 2019061836
Figure 2019061836

本発明により、サイクル特性を改善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。   According to the present invention, a lithium ion secondary battery capable of improving cycle characteristics is provided.

10…正極、12…正極集電体、14…正極活物質層、18…セパレータ、20…負極、22…負極集電体、24…負極活物質層、30…積層体、50…ケース、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 (6)

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、
前記正極がリチウムバナジウム化合物を含み、
前記電解液がジスルホン酸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 electrolytic solution,
The positive electrode contains a lithium vanadium compound,
The lithium ion secondary battery, wherein the electrolytic solution contains disulfonic acid.
前記ジスルホン酸の分子量が、280g/mol以下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 molecular weight of the said disulfonic acid is 280 g / mol or less, The lithium ion secondary battery of Claim 1 characterized by the above-mentioned. 前記ジスルホン酸が、下記化学式(1)で表され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。
(R1は炭素数1〜5の直鎖状の置換または未置換のアルキル鎖である。)
Figure 2019061836
The lithium ion secondary battery according to claim 1 or 2, wherein the disulfonic acid is represented by the following chemical formula (1).
(R1 is a linear substituted or unsubstituted alkyl chain of 1 to 5 carbon atoms.)
Figure 2019061836
前記ジスルホン酸が、メタンジスルホン酸または1,2−エタンジスルホン酸であ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。   The lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the disulfonic acid is methanedisulfonic acid or 1,2-ethanedisulfonic acid. 前記ジスルホン酸が、前記電解液中に0.01重量%以上3.0重量%以下含まれ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 lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 4, wherein the disulfonic acid is contained in the electrolyte solution in an amount of 0.01% by weight or more and 3.0% by weight or less. 前記リチウムバナジウム化合物がLiVOPOであることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池。
The lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 5 wherein the lithium vanadium compound characterized in that it is a LiVOPO 4.
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