JP2019075320A - Lithium ion secondary battery - Google Patents

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一重 河野
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Abstract

To suppress a decrease in the capacity due to charge and discharge cycles and an increase in internal resistance and realize the life extension of a battery in a lithium ion secondary battery using graphitizable carbon as a negative electrode active material and a non-aqueous electrolyte solution as an electrolyte solution.SOLUTION: A lithium ion secondary battery includes a positive electrode having a positive electrode active material, a negative electrode having a negative electrode active material, and an electrolyte, and the negative electrode active material includes graphitizable carbon, and the electrolyte is a non-aqueous electrolytic solution and includes 1,3,2-dioxathiolane 2,2-dioxide (DTD) or the like as an additive.SELECTED DRAWING: Figure 2

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.

電子機器の電源として小型化・軽量化が期待される二次電池の1つにリチウムイオン二次電池がある。リチウムイオン二次電池の負極活物質としては、黒鉛(人造黒鉛、天然黒鉛)や非晶質炭素に代表される炭素系材料や、珪素やスズなどを主成分とする合金材料などが検討され、実用化が進められている。   A lithium ion secondary battery is one of secondary batteries expected to be smaller and lighter as a power source for electronic devices. As a negative electrode active material of a lithium ion secondary battery, carbon-based materials typified by graphite (artificial graphite and natural graphite) and amorphous carbon, alloy materials having silicon, tin and the like as main components are studied. Practical application is in progress.

しかしながら、近年、電気自動車等の大型製品へ応用するために、電池の高入出力特性への要求が高まるにつれ、充放電サイクルに伴う放電容量の低下と電池の内部抵抗の上昇とを抑制する技術が求められている。   However, in recent years, as the demand for high input / output characteristics of batteries increases in order to be applied to large-sized products such as electric vehicles, a technique for suppressing a decrease in discharge capacity and an increase in internal resistance of batteries accompanying charge / discharge cycles. Is required.

特許文献1には、優れた初回の放電容量と、低温における十分な放電容量と、を両立するリチウムイオン二次電池を作製するために、電解液として、環状カーボネート及び鎖状カーボネートを含み、1,3,2−ジオキサチオラン2,2−ジオキシド(DTD)等のグリコールサルフェート誘導体と、フルオロエチレンカーボネートとを含有するものを用いること、実施例の負極活物質として人造黒鉛を用いたこと等が開示されている。   Patent Document 1 includes cyclic carbonate and chain carbonate as an electrolytic solution in order to produce a lithium ion secondary battery that achieves excellent first-time discharge capacity and sufficient discharge capacity at low temperature, The use of those containing a glycol sulfate derivative such as 3,2,3-dioxathiolane 2,2-dioxide (DTD) and fluoroethylene carbonate, the use of artificial graphite as the negative electrode active material of the example, etc. ing.

特許文献2には、リチウムイオン二次電池を高温(85℃)で保存した際のガス発生を抑制するために、非水溶媒と、電解質として、Li1212−x(Zは水素、塩素、臭素のいずれかであり、xは10〜12のいずれかの自然数である。)を1〜15質量%含み、1,3,2−ジオキサチオラン2,2−ジオキシド(DTD)等のエチレングリコールサルフェート誘導体を0.5〜6質量%含む、非水電解液を用いること、実施例の負極活物質として人造黒鉛を用いたこと等が開示されている。 Patent Document 2 describes a nonaqueous solvent, Li 2 B 12 F 12-x Z x (Z Is any of hydrogen, chlorine and bromine, and x is any natural number of 10 to 12.) containing 1 to 15% by mass of 1, 2, 3-dioxathiolane 2, 2-dioxide (DTD), etc. It is disclosed that a non-aqueous electrolytic solution containing 0.5 to 6% by mass of the ethylene glycol sulfate derivative of the following is used, artificial graphite is used as a negative electrode active material of the example, and the like.

特許文献3には、リチウムイオン二次電池を高温(60℃)で保存した際の容量維持率を向上させるために、セパレータとして、基材の表面に、アルミナ等の無機粒子を含む耐熱多孔質層を設け、1,3,2−ジオキサチオラン−2,2−ジオキサイド(DTD)を含有する非水電解液を用いること、実施例の負極活物質として人造黒鉛を用いたこと等が開示されている。   In Patent Document 3, a heat-resistant porous material containing inorganic particles such as alumina on the surface of a substrate as a separator in order to improve the capacity retention rate when storing a lithium ion secondary battery at high temperature (60 ° C.) Layers, and using non-aqueous electrolytic solution containing 1,3,2-dioxathiolane-2,2-dioxide (DTD), using artificial graphite as a negative electrode active material of the example, etc. There is.

特開2013−229307号公報JP, 2013-229307, A 特開2014−103066号公報Unexamined-Japanese-Patent No. 2014-103066 特開2016−71998号公報Unexamined-Japanese-Patent No. 2016-71998

特許文献1〜3において負極活物質として用いられている人造黒鉛については、グラファイトを主成分として含む材料であると思われるが、その物性等が十分に明確には記載されていない。   The artificial graphite used as the negative electrode active material in Patent Documents 1 to 3 seems to be a material containing graphite as a main component, but its physical properties and the like are not sufficiently and clearly described.

本発明者が実験的に検討した結果、通常の人造黒鉛を負極活物質として用い、電解液に1,3,2−ジオキサチオラン2,2−ジオキシド(DTD)を添加した場合、放電容量が低下し、直流抵抗が大きくなることがわかった。   As a result of experimental investigation by the present inventor, when ordinary artificial graphite is used as a negative electrode active material and 1,3,2-dioxathiolane 2,2-dioxide (DTD) is added to the electrolytic solution, the discharge capacity decreases. , It turned out that DC resistance becomes large.

本発明の目的は、負極活物質として易黒鉛化炭素を用い、電解液として非水系電解液を用いるリチウムイオン二次電池において、充放電サイクルに伴う容量低下や内部抵抗の増加を抑制し、電池の長寿命化を実現することにある。   The object of the present invention is to suppress the decrease in capacity and the increase in internal resistance associated with charge and discharge cycles in a lithium ion secondary battery using graphitizable carbon as a negative electrode active material and a non-aqueous electrolyte solution as an electrolyte. To extend the life of the

本発明のリチウムイオン二次電池は、正極活物質を含む正極と、負極活物質を含む負極と、電解液と、を有し、負極活物質は、易黒鉛化炭素を含み、電解液は、非水系電解液であって添加剤として1,3,2−ジオキサチオラン2,2−ジオキシド(DTD)等を含む。   The lithium ion secondary battery of the present invention has a positive electrode containing a positive electrode active material, a negative electrode containing a negative electrode active material, and an electrolytic solution, the negative electrode active material contains graphitizable carbon, and the electrolytic solution contains It is a non-aqueous electrolytic solution and contains 1,3,2-dioxathiolane 2,2-dioxide (DTD) as an additive.

本発明によれば、負極活物質として易黒鉛化炭素を用い、電解液として非水系電解液を用いるリチウムイオン二次電池において、充放電サイクルに伴う容量低下や内部抵抗の増加を抑制し、入出力特性に優れかつ長寿命とすることができる。   According to the present invention, in a lithium ion secondary battery using graphitizable carbon as a negative electrode active material and a non-aqueous electrolytic solution as an electrolytic solution, the decrease in capacity and the increase in internal resistance associated with charge and discharge cycles are suppressed. Excellent output characteristics and long life can be achieved.

本発明を適用した18650型電池を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows 18650 type | mold battery to which this invention is applied. 実施例1〜7及び比較例1〜5の充放電サイクル後の放電容量を示すグラフである。It is a graph which shows the discharge capacity after the charging / discharging cycle of Examples 1-7 and Comparative Examples 1-5. 実施例1〜7及び比較例1〜5の充放電サイクル後の直流抵抗を示すグラフである。It is a graph which shows the direct current resistance after the charging / discharging cycle of Examples 1-7 and Comparative Examples 1-5.

本発明は、寿命特性に優れた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 having excellent life characteristics.

本発明のリチウムイオン二次電池においては、負極活物質として易黒鉛化炭素を用い、電解液としては、非水系電解液に、下記化学式(1)で表される添加剤を混合したものを用いる。   In the lithium ion secondary battery of the present invention, graphitizable carbon is used as the negative electrode active material, and a non-aqueous electrolytic solution mixed with an additive represented by the following chemical formula (1) is used as the electrolytic solution. .

Figure 2019075320
Figure 2019075320

(式中、R及びRは、それぞれ独立に、水素原子及び炭素数1〜5の炭化水素基からなる群から選択される官能基を表す。)
以下、本発明の実施形態について説明する。以下の説明は、本発明に関する具体的な例を示すものであり、本発明の内容がこれらの説明に限定されるものではない。
(Wherein, R 1 and R 2 each independently represent a functional group selected from the group consisting of a hydrogen atom and a hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms.)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. The following description shows specific examples related to the present invention, and the contents of the present invention are not limited to these descriptions.

本実施形態のリチウムイオン二次電池は、後述の実施例として説明する図1に示す構成を有するものが挙げられる。   The lithium ion secondary battery of the present embodiment includes one having a configuration shown in FIG. 1 described as an example described later.

リチウムイオン二次電池は、正極と、負極と、これらの間に挟み込まれたセパレータと、を含む。そして、正極、負極及びセパレータは、電池缶(電池容器)に電解液とともに封入されている。   A lithium ion secondary battery includes a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed therebetween. The positive electrode, the negative electrode and the separator are enclosed in a battery can (battery container) together with an electrolytic solution.

1)正極
本実施形態の正極は、高容量でかつ高入出力であるリチウムイオン二次電池(以下単に「電池」ともいう。)に適用可能なものである。正極は、集電体と、その両面に付設された正極合材と、で構成されている。正極合材は、正極活物質を含むものである。
1) Positive Electrode The positive electrode of the present embodiment is applicable to a lithium ion secondary battery (hereinafter, also simply referred to as "battery") having high capacity and high input / output. The positive electrode is composed of a current collector and a positive electrode mixture provided on both sides thereof. The positive electrode mixture contains a positive electrode active material.

正極活物質は、層状結晶構造であるリチウム・ニッケル・コバルト・マンガン複合酸化物(以下「NMC材」と略記する。)である。NMC材は、スピネル構造であるマンガン酸リチウムと比較して高容量な材料である。正極合材中におけるNMC材の含有量は、電池の高容量化の観点から、正極合材全量に対して80〜98質量%であることが望ましい。   The positive electrode active material is a layered crystal structure of lithium-nickel-cobalt-manganese composite oxide (hereinafter abbreviated as "NMC material"). The NMC material is a high capacity material as compared to lithium manganate having a spinel structure. From the viewpoint of increasing the capacity of the battery, the content of the NMC material in the positive electrode mixture is preferably 80 to 98 mass% with respect to the total amount of the positive electrode mixture.

NMC材としては、次の組成式で表記されるものを用いることが望ましい。   As the NMC material, it is desirable to use one represented by the following composition formula.

Li(1+a)MnNiCo(1−x−y−z) …組成式
この組成式において、(1+a)はLi(リチウム)の組成比、xはMn(マンガン)の組成比、yはNi(ニッケル)の組成比、(1−x−y−z)はCo(コバルト)の組成比を示す。zは元素Mの組成比を示す。O(酸素)の組成比は2である。−0.15<a<0.15、0.1<x≦0.5、0.6<x+y+z≦1.0、0≦z≦0.1である。元素Mは、これを含む場合、Ti(チタン)、Zr(ジルコニウム)、Nb(ニオブ)、Mo(モリブテン)、W(タングステン)、Al(アルミニウム)、Si(シリコン)、Ga(ガリウム)、Ge(ゲルマニウム)およびSn(スズ)からなる群から選択される1種以上の元素を選択することができる。
Li (1 + a) Mn x Ni y Co (1-x-y-z) M z O 2 ... Composition formula In this composition formula, (1 + a) is the composition ratio of Li (lithium) and x is the composition of Mn (manganese) The ratio y represents the composition ratio of Ni (nickel), and (1-x-y-z) represents the composition ratio of Co (cobalt). z represents the compositional ratio of the element M. The composition ratio of O (oxygen) is 2. -0.15 <a <0.15, 0.1 <x <0.5, 0.6 <x + y + z <1.0, 0 <z <0.1. The element M, if including it, is Ti (titanium), Zr (zirconium), Nb (niobium), Mo (molybdenum), W (tungsten), Al (aluminum), Si (silicon), Ga (gallium), Ge One or more elements selected from the group consisting of (germanium) and Sn (tin) can be selected.

後述の実施例においては、z=0であるLiMn1/3Ni1/3Co1/3を用いた。 In the following examples, LiMn 1/3 Ni 1/3 Co 1/3 O 2 with z = 0 was used.

以下に、正極合材および集電体について詳細に説明する。   The positive electrode mixture and the current collector will be described in detail below.

正極合材は、正極活物質、結着材等を有し、集電体の両面に付設される。付設の手法について制限はないが、正極活物質、結着材、導電材等を溶媒中で分散させてスラリーを作製し、これを集電体に塗布して乾燥させる方法などが適用できる。   The positive electrode mixture includes a positive electrode active material, a binder and the like, and is attached to both sides of the current collector. There is no limitation on the method of attachment, but a method of preparing a slurry by dispersing a positive electrode active material, a binder, a conductive material and the like in a solvent, and coating it on a current collector and drying it can be applied.

NMC材粒子のメジアン粒子径(d50)(一次粒子が凝集して二次粒子を形成している場合は、二次粒子のメジアン径)は、以下の範囲で調整が可能である。充填性や他の材料との混合性の観点から、3〜25μmが望ましく、5〜15μmが更に望ましい。ここで表記しているメジアン径(d50)は、レーザー回折・散乱法により求めた、粒度分布における積算値50%での粒径を意味する。例えば、粒度分布の測定装置(例えば株式会社島津製作所製、SALD−3000)を用いて、d50として測定される値である。以下では、粒径について特に記載しない場合は、上記のように定義されたメジアン径で表している。   The median particle diameter (d50) of the NMC material particles (when the primary particles are aggregated to form the secondary particles, the median diameter of the secondary particles) can be adjusted within the following range. From the viewpoint of the filling property and the mixing property with other materials, 3 to 25 μm is desirable, and 5 to 15 μm is more desirable. The median diameter (d50) described here means the particle size at an integrated value of 50% in the particle size distribution determined by the laser diffraction / scattering method. For example, it is a value measured as d50 using a particle size distribution measuring apparatus (for example, SALD-3000 manufactured by Shimadzu Corporation). Hereinafter, when the particle size is not particularly described, it is represented by the median diameter defined as described above.

NMC材の粒子のBET比表面積の範囲は、0.2〜4.0m/gが望ましい。BET比表面積がこの範囲である場合、結着材および導電材などとの混合性が良好であり、電極としての充填密度が高くすることができる。BET比表面積は、BET法により求められた単位質量当たりの表面積である。 The range of the BET specific surface area of the particles of the NMC material is desirably 0.2 to 4.0 m 2 / g. When the BET specific surface area is in this range, the mixing property with the binder and the conductive material is good, and the packing density as the electrode can be increased. The BET specific surface area is a surface area per unit mass determined by the BET method.

正極用の導電材としては、グラファイトや無定形炭素等の材料を用いることが可能である。なお、これらの材料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。正極合材の質量に対する導電材の含有量は、0.01〜15質量%とすることが望ましい。0.01質量%以上あれば十分高い導電性を得ることができ、15質量%以下であれば電池容量の低下を抑制することができる。   As the conductive material for the positive electrode, materials such as graphite and amorphous carbon can be used. One of these materials may be used alone, or two or more of these materials may be used in combination. The content of the conductive material relative to the mass of the positive electrode mixture is desirably 0.01 to 15% by mass. When the content is 0.01% by mass or more, sufficiently high conductivity can be obtained, and when the content is 15% by mass or less, a decrease in battery capacity can be suppressed.

正極活物質の結着材としては、特に限定されることはなく、塗布法により正極合材を付設する場合には、分散溶媒に対する溶解性または分散性が良好な材料が選択される。具体的には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド等の樹脂系高分子;SBR(スチレン−ブタジエンゴム)等のゴム状高分子、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素化ポリフッ化ビニリデン等のフッ素系高分子などが挙げられる。   The binder of the positive electrode active material is not particularly limited, and when the positive electrode mixture is attached by a coating method, a material having good solubility or dispersibility in a dispersion solvent is selected. Specifically, resin-based polymers such as polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polyimide; rubber-like polymers such as SBR (styrene-butadiene rubber), polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene, fluorinated polyfluoride And fluorine-containing polymers such as vinylidene.

正極合材に対する結着材の含有量の範囲(質量基準)は、次のとおりである。   The range (mass standard) of the content of the binder with respect to the positive electrode mixture is as follows.

正極合材に対する結着材の含有量は、0.1〜15質量%であることが望ましい。結着材の含有量が0.1質量%以上であれば、正極活物質を十分に結着することが可能であり、15質量%以下であれば、十分高い電池容量を得ることができる。   The content of the binder with respect to the positive electrode mixture is preferably 0.1 to 15% by mass. When the content of the binder is 0.1% by mass or more, the positive electrode active material can be sufficiently bound, and when the content is 15% by mass or less, a sufficiently high battery capacity can be obtained.

正極用の集電体の材質は、特に制限はないが、金属材料、特にアルミニウムが好ましい。   The material of the current collector for the positive electrode is not particularly limited, but is preferably a metal material, particularly aluminum.

2)負極
負極は、集電体と、その両面に付設された負極合材と、で構成されている。負極合材の作製方法は、特に限定されないが、正極合材と同様の手法が適用できる。上記の負極合材は、電気化学的にリチウムイオンを吸蔵・放出可能な負極活物質を含有する。
2) Negative Electrode The negative electrode is composed of a current collector and a negative electrode composite attached to both sides thereof. The method for producing the negative electrode mixture is not particularly limited, but the same method as that for the positive electrode mixture can be applied. The above-mentioned negative electrode mixture contains a negative electrode active material capable of electrochemically absorbing and desorbing lithium ions.

上記の負極活物質としては、易黒鉛化炭素が好適である。易黒鉛化炭素は、X線回折法により得られるC軸方向の面間隔d002値が0.34nm以上0.36nm未満である。また、易黒鉛化炭素は、800℃以上の熱処理によって黒鉛化する易黒鉛化性を有するものであり、完全には黒鉛化していない材料である。これに対して、難黒鉛化炭素は、2800℃以上の熱処理によっても黒鉛化が進みにくいという特徴を有する。これは、易黒鉛化炭素が、層状構造を形成しやすい原子配列構造であり、難黒鉛化炭素と比較して、比較的低温の熱処理によって容易に黒鉛構造に変化する特性を有するためである。難黒鉛化炭素も、完全には黒鉛化していない材料である。   As the above-mentioned negative electrode active material, graphitizable carbon is suitable. The graphitizable carbon has an interplanar spacing d 002 value of 0.34 nm or more and less than 0.36 nm in the C-axis direction obtained by X-ray diffraction method. In addition, graphitizable carbon is a material having graphitization that is graphitized by heat treatment at 800 ° C. or higher, and is a material that is not completely graphitized. On the other hand, non-graphitizable carbon is characterized in that graphitization hardly progresses even by heat treatment at 2800 ° C. or higher. This is because graphitizable carbon is an atomic arrangement structure that easily forms a layered structure, and has the property of being easily changed to a graphite structure by heat treatment at a relatively low temperature as compared to non-graphitizable carbon. Non-graphitizable carbon is also a material that is not completely graphitized.

なお、易黒鉛化炭素(ソフトカーボン)、難黒鉛化炭素(ハードカーボン)及びグラファイトは、概略、次のように区別される。   In addition, graphitizable carbon (soft carbon), non-graphitizable carbon (hard carbon) and graphite are generally distinguished as follows.

易黒鉛化炭素は、原料の有機物に由来する官能基が比較的多く残存している。このため、炭素の格子面間隔(d002)が大きく、SEI(Solid Electrolyte Interface)を生じやすく、リチウムジフルオロ(オキサラト)ボレートが炭素の格子面間に出入りしやすい、という性質を有する。   In graphitizable carbon, relatively many functional groups derived from the organic matter of the raw material remain. Therefore, the lattice spacing (d002) of carbon is large, so that SEI (Solid Electrolyte Interface) is easily generated, and lithium difluoro (oxalato) borate easily enters and exits between lattice planes of carbon.

難黒鉛化炭素は、隣り合う炭素の格子面が平行でない部分の存在確率が高く、炭素の格子面間隔(d002)が小さくなっている。また、官能基は、易黒鉛化炭素に比べて少なく、材料全体に占める炭素の割合が多くなっている。このため、SEIを生じにくく、リチウムジフルオロ(オキサラト)ボレートが炭素の格子面間に出入りしにくい、という性質を有する。   In non-graphitizable carbon, there is a high probability that the lattice planes of adjacent carbons are not parallel to one another and the lattice spacing (d 002) of carbon is small. In addition, the functional group is less than graphitizable carbon, and the ratio of carbon in the entire material is high. Therefore, SEI is difficult to occur, and lithium difluoro (oxalato) borate is difficult to enter and exit between lattice planes of carbon.

グラファイトは、隣り合う炭素の格子面が平行であり、炭素の格子面間隔(d002)が小さくなっている。また、グラファイトの場合、リチウムイオンの出入りによる体積変化が大きいという問題点も有している。なお、グラファイトには、採掘により得られる天然黒鉛、工業的に製造される人造黒鉛等がある。   In graphite, lattice planes of adjacent carbons are parallel, and the lattice plane spacing (d 002) of carbon is small. In addition, in the case of graphite, there is also a problem that the volume change due to the entrance and exit of lithium ions is large. Graphite includes natural graphite obtained by mining, artificial graphite manufactured industrially, and the like.

このように、易黒鉛化炭素は、難黒鉛化炭素又はグラファイトと比較して、リチウムジフルオロ(オキサラト)ボレートとの組み合わせにおいて、SEIを生じやすく、リチウムジフルオロ(オキサラト)ボレートが炭素の格子面間に出入りしやすく、リチウムイオンの出入りによる体積変化が小さい、という点で、望ましい材料と言うことができる。   Thus, graphitizable carbon is more likely to produce SEI in combination with lithium difluoro (oxalato) borate as compared to non-graphitizable carbon or graphite, and lithium difluoro (oxalato) borate is between the lattice planes of carbon. It can be said to be a desirable material in that it is easy to move in and out, and the volume change due to the movement of lithium ions is small.

リチウムジフルオロ(オキサラト)ボレートは、電解液に混合する添加剤の1つであり、下記化学式(2)で表されるものである。   Lithium difluoro (oxalato) borate is one of the additives to be mixed with the electrolytic solution, and is represented by the following chemical formula (2).

Figure 2019075320
Figure 2019075320

以下、易黒鉛化炭素について更に具体的に説明する。   Hereinafter, graphitizable carbon will be described more specifically.

ここで用いる易黒鉛化炭素は、熱重量分析(TG)により求められる空気気流中における質量割合が、25℃における質量(初期質量)に対して、550℃では75%以上であり、かつ、650℃では20%以下であるという特性を有するものである。   In the graphitizable carbon used here, the mass ratio in an air stream determined by thermogravimetric analysis (TG) is 75% or more at 550 ° C. with respect to the mass at 25 ° C. (initial mass), and 650 It has a characteristic that it is 20% or less at ° C.

電池性能の観点から、上記の質量割合は、550℃では85%以上であり、かつ、650℃では10%以下であることが望ましい。そして、550℃では95%以上であり、かつ、650℃では5%以下であることが更に望ましい。   From the viewpoint of battery performance, the above mass ratio is desirably 85% or more at 550 ° C. and 10% or less at 650 ° C. And it is more desirable that it is 95% or more at 550 ° C and 5% or less at 650 ° C.

上記の質量割合が550℃で75%未満の場合、入出力性能が低下する。また、上記の質量割合が650℃で20%を越えると、寿命特性が低下する。   If the above mass ratio is less than 75% at 550 ° C., the input / output performance is degraded. In addition, when the above-mentioned mass ratio exceeds 20% at 650 ° C., the life characteristics deteriorate.

なお、TGのための装置としては、例えば、エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社製のTG/DTA6200を用いることができる。測定条件は、10mgの試料を採取し、乾燥空気を300ml/分の流通下で、酸化アルミニウム(アルミナ)を比較対象として、1℃/分の昇温速度で測定することができる。   As an apparatus for TG, for example, TG / DTA 6200 manufactured by SII Nano Technology Co., Ltd. can be used. The measurement conditions can be measured by collecting 10 mg of a sample, flowing dry air at a flow rate of 300 ml / min, and using aluminum oxide (alumina) as a comparison target at a temperature increase rate of 1 ° C./min.

具体的には、易黒鉛化性を示す材料は、例えば、800℃以上の不活性雰囲気炉で焼成し、これを既知の方法(振動ミルやジェットミル等)で粉砕し、メジアン径を5〜30μmに調整することにより、上記の易黒鉛化炭素を得ることができる。   Specifically, for example, a material exhibiting graphitizability is fired in an inert atmosphere furnace at 800 ° C. or higher, and this is pulverized by a known method (such as a vibration mill or jet mill) to obtain a median diameter of 5 to 5 The above graphitizable carbon can be obtained by adjusting to 30 μm.

上記の易黒鉛化性を示す材料としては、特に制限はないが、例えば、熱可塑性樹脂、ナフタレン、アントラセン、フェナントロレン、コールタール、タールピッチ等が挙げられ、好ましくは、石炭系コールタールや石油系タールである。   The material exhibiting the above-mentioned graphitizability is not particularly limited, and examples thereof include thermoplastic resins, naphthalene, anthracene, phenanthrolene, coal tar, tar pitch and the like, and preferably coal coal tar and It is petroleum-based tar.

ここで、易黒鉛化炭素は、X線回折法により得られるC軸方向の面間隔d002値が0.34nm以上0.36nm未満であることが望ましく、0.341nm以上0.355nm以下であることがより好ましく、0.342nm以上0.350nm以下であることが更に望ましい。   Here, in the graphitizable carbon, the interplanar spacing d002 value in the C-axis direction obtained by X-ray diffraction method is preferably 0.34 nm or more and less than 0.36 nm, and is 0.341 nm or more and 0.355 nm or less Is more preferably 0.342 nm or more and 0.350 nm or less.

上記の易黒鉛化炭素は、そのまま用いることも可能であるが、粉砕条件によっては比表面積が大きくなり、所望の特性が発現しない場合がある。そのために、上記易黒鉛化炭素の表面に炭素被覆層を形成させることが望ましい。   The above-mentioned graphitizable carbon can be used as it is, but depending on the pulverizing conditions, the specific surface area may become large and desired properties may not be exhibited. Therefore, it is desirable to form a carbon coating layer on the surface of the above-mentioned graphitizable carbon.

上記の炭素被覆層は、例えば、熱処理により炭素質を残す有機化合物(炭素前駆体)を上記の易黒鉛化炭素の表面に付着させた後に焼成することで形成することができる。易黒鉛化炭素の表面に有機化合物を付着させる手法としては、特に制限はないが、例えば、有機化合物を溶媒に溶解させた溶液に、核となる易黒鉛化炭素を分散・混合した後、溶媒を除去する湿式法が均一性の観点から望ましい。   The above-mentioned carbon coating layer can be formed, for example, by attaching an organic compound (carbon precursor) which leaves a carbonaceous substance by heat treatment to the surface of the above-described graphitizable carbon and then baking it. The method for attaching the organic compound to the surface of the graphitizable carbon is not particularly limited. For example, after the graphitizable carbon serving as the core is dispersed and mixed in a solution in which the organic compound is dissolved in a solvent, A wet process to remove the is desirable from the viewpoint of uniformity.

炭素を被覆する際の焼成条件は、非酸化性雰囲気下、700〜1400℃で熱処理することが望ましい。焼成温度が700℃より低いと、初回の不可逆容量が大きくなる傾向があり、1400℃を超えて加熱した場合、電気化学的な性能にあまり変化はなく、処理コストの増加を引き起こす。   As baking conditions at the time of covering carbon, it is desirable to heat-treat at 700-1400 ° C under non-oxidative atmosphere. When the calcination temperature is lower than 700 ° C., the initial irreversible capacity tends to be large, and when heated above 1400 ° C., there is little change in the electrochemical performance, causing an increase in processing cost.

導電材としては、天然黒鉛、人造黒鉛等のグラファイト、アセチレンブラック等のカーボンブラック、ニードルコークス等の無定形炭素などを用いることができる。これらは、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上のものを組み合わせて用いてもよい。導電材を添加することにより、電極の抵抗を低減するなどの効果を奏する。   As the conductive material, graphite such as natural graphite or artificial graphite, carbon black such as acetylene black, or amorphous carbon such as needle coke can be used. One of these may be used alone, or two or more of them may be used in combination. By adding the conductive material, an effect such as reducing the resistance of the electrode can be obtained.

負極合材の質量に対する導電材の含有量の範囲は、導電性の向上及び不可逆容量低減の観点から、1〜40質量%であることが望ましい。   The range of the content of the conductive material with respect to the mass of the negative electrode mixture is preferably 1 to 40 mass% from the viewpoint of improving the conductivity and reducing the irreversible capacity.

負極用の集電体の材質・形状としては、特に制限はないが、加工のしやすさ及びコストの観点から、銅箔が好ましい。銅箔には、圧延法により形成された圧延銅箔と、電解法により形成された電解銅箔とがあるが、いずれも集電体として用いることが可能である。   The material and shape of the current collector for the negative electrode are not particularly limited, but copper foil is preferable from the viewpoint of processing easiness and cost. The copper foil includes a rolled copper foil formed by a rolling method and an electrolytic copper foil formed by an electrolytic method, but both can be used as a current collector.

負極活物質の結着材としては、非水系電解液や電極の形成の際に用いる分散溶媒に対して安定な材料であれば特に制限はなく、正極活物質の結着材として用いるものと同様な結着材を用いることができる。   The binder for the negative electrode active material is not particularly limited as long as it is a material stable to the non-aqueous electrolyte solution and the dispersion solvent used in forming the electrode, and is the same as the binder used for the positive electrode active material. Can be used.

スラリーを形成するための分散溶媒としては、負極活物質、結着材、および必要として用いられる導電材や増粘材などを溶解または分散することが可能であれば、その種類に制限はなく、水系溶媒と有機系溶媒のどちらを用いてもよい。特に、水系溶媒を用いる場合、増粘材を用いることが好ましい。この増粘材に合わせて分散材等を加え、SBR等のラテックスを用いてスラリー化する。   As a dispersion solvent for forming a slurry, as long as it can dissolve or disperse a negative electrode active material, a binder, a conductive material used as needed, a thickener, etc., there is no limitation on the kind thereof. Either an aqueous solvent or an organic solvent may be used. In particular, when using an aqueous solvent, it is preferable to use a thickener. A dispersing agent etc. are added according to this thickener, and it slurries using latex, such as SBR.

負極合材の質量に対する結着材の含有量は、0.1〜20質量%の範囲であることが好ましい。結着材の含有量が0.1質量%以上であれば、負極活物質を十分に結着でき、十分な負極合材層の機械的強度が得られる。20質量%以下であれば、十分な電池容量および導電性が得られる。   The content of the binder relative to the mass of the negative electrode mixture is preferably in the range of 0.1 to 20% by mass. When the content of the binder is 0.1% by mass or more, the negative electrode active material can be sufficiently bonded, and sufficient mechanical strength of the negative electrode mixture layer can be obtained. If the content is 20% by mass or less, sufficient battery capacity and conductivity can be obtained.

特に、結着材としてSBRに代表されるゴム状高分子を主成分として用いる場合、負極合材の質量に対する結着材の含有量の範囲は、0.1〜5.0質量%であることが好ましい。   In particular, when a rubber-like polymer represented by SBR is used as the main component as the binder, the range of the content of the binder with respect to the mass of the negative electrode composite is 0.1 to 5.0 mass%. Is preferred.

また、結着材として、ポリフッ化ビニリデンに代表されるフッ素系高分子を主成分として用いる場合、負極合材の質量に対する結着材の含有量は、0〜15質量%であることが好ましい。   When a fluorine-based polymer typified by polyvinylidene fluoride is used as the main component of the binder, the content of the binder relative to the mass of the negative electrode mixture is preferably 0 to 15% by mass.

増粘材は、スラリー粘度を調整するために使用される。増粘材としては、特に制限はないが、具体的にはカルボキシメチルセルロース、メチルセルロース等が挙げられる。   Thickeners are used to adjust the slurry viscosity. The thickening agent is not particularly limited, and specific examples include carboxymethylcellulose and methylcellulose.

増粘材を用いる場合、負極合材の質量に対する増粘材の含有量は、0.1〜5質量%の範囲であることが好ましい。   When using a thickener, it is preferable that content of the thickener with respect to the mass of negative electrode compound material is the range of 0.1-5 mass%.

3)電解液
電解液は、リチウム塩(電解質)と、これを溶解する非水系溶媒と、添加剤と、で構成されている。
3) Electrolyte Solution The electrolyte solution is composed of a lithium salt (electrolyte), a non-aqueous solvent that dissolves it, and an additive.

リチウム塩は、リチウムイオン二次電池用の電解質として使用可能なリチウム塩であれば特に制限はないが、溶媒に対する溶解性や、電池とした場合の充放電特性等を総合的に判断すると、ヘキサフルオロ燐酸リチウム(LiPF)が好ましい。 The lithium salt is not particularly limited as long as it is a lithium salt that can be used as an electrolyte for lithium ion secondary batteries, but if it is comprehensively judged solubility in a solvent, charge / discharge characteristics in the case of batteries, etc. Lithium fluorophosphate (LiPF 6 ) is preferred.

電解液中の電解質の濃度については、特に制限はないが、電解質の濃度範囲は、0.5〜2.0mol/Lであることが望ましい。濃度が0.5mol/L未満であると十分な電解液のイオン導電性が得られず、2.0mol/Lより高くなると、粘度が高くなり、注液などの工程管理が困難となる危険性がある。   Although there is no restriction | limiting in particular about the density | concentration of the electrolyte in electrolyte solution, It is desirable that the density | concentration range of electrolyte is 0.5-2.0 mol / L. If the concentration is less than 0.5 mol / L, sufficient ionic conductivity of the electrolytic solution can not be obtained, and if it is higher than 2.0 mol / L, the viscosity becomes high, and there is a risk that process control such as pouring becomes difficult There is.

非水系溶媒としては、リチウムイオン二次電池用の電解質溶媒として使用可能な非水系溶媒であれば特に制限はないが、次に示す環状カーボネート、鎖状カーボネート、鎖状エステル、環状エーテル、鎖状エーテル等が挙げられる。例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジアルキルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、酢酸メチル、テトラヒドロフラン、ジメトキシエタン等が挙げられる。   The non-aqueous solvent is not particularly limited as long as it can be used as an electrolyte solvent for lithium ion secondary batteries, but cyclic carbonates, linear carbonates, linear esters, cyclic ethers, linear Ether etc. are mentioned. For example, ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, dialkyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, methyl acetate, tetrahydrofuran, dimethoxyethane and the like can be mentioned.

これらは単独で用いても、2種類以上を併用してもよいが、2種類以上の化合物を併用した混合溶媒を用いることが好ましく、環状カーボネート類の高誘電率溶媒と、鎖状カーボネート類や鎖状エステル等の低粘度溶媒と、を併用するのが好ましい。   These may be used alone or in combination of two or more kinds, but it is preferable to use a mixed solvent in which two or more kinds of compounds are used in combination, a high dielectric constant solvent of cyclic carbonates, chain carbonates, It is preferable to use a low viscosity solvent such as a chain ester in combination.

4)セパレータ
セパレータは、正極と負極との間を電子的には絶縁しつつもイオン透過性を有し、かつ、正極側における酸化性および負極における還元性に対する耐久性を備えるものであれば特に制限はない。このような特性を満たすセパレータの材質としては、樹脂、無機物、ガラス繊維等が用いられる。
4) Separator While the separator electrically insulates between the positive electrode and the negative electrode, it has ion permeability, and in particular, it has oxidation property on the positive electrode side and durability to reducibility on the negative electrode. There is no limit. Resin, an inorganic substance, glass fiber etc. are used as a material of the separator which satisfy | fills such a characteristic.

樹脂としては、オレフィン系ポリマー、フッ素系ポリマー、セルロース系ポリマー、ポリイミド、ナイロン等が用いられる。電解液に対して安定で、保液性の優れた材料の中から選ぶことが好ましく、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンを原料とする多孔性シートまたは不織布等を用いることが好ましい。   As the resin, an olefin polymer, a fluorine polymer, a cellulose polymer, a polyimide, a nylon or the like is used. It is preferable to select from materials which are stable to the electrolytic solution and excellent in liquid retention, and it is preferable to use a porous sheet or non-woven fabric made of polyolefin such as polyethylene and polypropylene as a raw material.

以下、実施例を用いて説明する。ただし、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, description will be made using an example. However, the present invention is not limited to these examples.

正極の作製は、以下のように行った。   The preparation of the positive electrode was performed as follows.

正極活物質としては、層状結晶構造のリチウム・ニッケル・マンガン・コバルト複合酸化物(NMC)を用いた。本実施例においては、組成式LiNi1/3Mn1/3Co1/3で表される正極活物質を用いた。この正極活物質は、BET比表面積が0.4m/g、メジアン径が6.5μmのものである。 As a positive electrode active material, lithium-nickel-manganese-cobalt composite oxide (NMC) having a layered crystal structure was used. In this example, a positive electrode active material represented by a composition formula LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 was used. The positive electrode active material has a BET specific surface area of 0.4 m 2 / g and a median diameter of 6.5 μm.

上記の正極活物質に、導電材として燐片状黒鉛(平均粒径:20μm)及びアセチレンブラック(商品名:HS−100、平均粒径48nm(電気化学工業社カタログ値)、電気化学工業株式会社)を、結着材としてポリフッ化ビニリデンを順次添加し、混合することにより、正極合材を得た。質量比は、活物質:導電材:結着材=90:5:5とした。   As the above-mentioned positive electrode active material, flaky graphite (average particle diameter: 20 μm) and acetylene black (trade name: HS-100, average particle diameter 48 nm (electrochemical industry catalog value), electric chemical industry Co., Ltd.) as a conductive material And polyvinylidene fluoride were sequentially added as a binder and mixed to obtain a positive electrode mixture. The mass ratio was set as active material: conductive material: binder = 90: 5: 5.

さらに、上記混合物に対し、分散溶媒であるN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を添加し、混練することにより、スラリーを作製した。このスラリーを、正極用の集電体である厚さ20μmのアルミニウム箔の両面に均等かつ均質に塗布した。その後、乾燥処理を施し、所定の密度までプレスにより圧密化した。正極合材の密度は2.8g/cmとし、正極合材の片面塗布量は140g/mとした。 Further, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), which is a dispersion solvent, was added to the above mixture, and the mixture was kneaded to prepare a slurry. This slurry was uniformly and uniformly applied to both sides of a 20 μm thick aluminum foil as a current collector for a positive electrode. Thereafter, it was subjected to a drying treatment, and compacted to a predetermined density by a press. The density of the positive electrode mixture was 2.8 g / cm 3, and the single-side coating amount of the positive electrode mixture was 140 g / m 2 .

負極の作製は、以下のように行った。   The preparation of the negative electrode was performed as follows.

負極活物質としては、表面が2%の炭素で被覆された易黒鉛化炭素を用いた。ここで、表面の炭素の割合(2%)は、この炭素を含む負極活物質全体の質量を100%として算出したものである。   As the negative electrode active material, graphitizable carbon whose surface was coated with 2% carbon was used. Here, the proportion (2%) of carbon on the surface is calculated with the mass of the entire negative electrode active material containing this carbon as 100%.

易黒鉛化炭素を炭素で被覆する際の焼成温度は、900℃である。焼成後、炭素で被覆した易黒鉛化炭素について、空気気流中にて熱重量分析(TG)を行った結果、25℃における質量(初期質量)に対する質量割合は、550℃では95%であり、650℃では5%であった。   The firing temperature at the time of coating the graphitizable carbon with carbon is 900.degree. As a result of performing thermogravimetric analysis (TG) on the carbon-coated graphitizable carbon after firing as a result, the mass ratio to the mass (initial mass) at 25 ° C. is 95% at 550 ° C., It was 5% at 650 ° C.

作製した負極活物質は、BET法により計測された比表面積が3.1m/gであり、平均粒径が15μmであった。 The negative electrode active material produced had a specific surface area of 3.1 m 2 / g as measured by a BET method, and an average particle diameter of 15 μm.

この負極活物質に結着材としてポリフッ化ビニリデンを添加した。質量比は、活物質:結着材=92:8とした。これに、分散溶媒であるN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を添加し、混練することによりスラリーを作製した。このスラリーを、負極用集電体である厚さ10μmの圧延銅箔の両面に均等かつ均質に塗布した。負極の合剤密度は、プレスにより、1.15g/cmに厚密化し、負極合材の片面塗布量は73g/mとした。 Polyvinylidene fluoride was added to the negative electrode active material as a binder. The mass ratio was active material: binder = 92: 8. To this, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), which is a dispersion solvent, was added and kneaded to prepare a slurry. This slurry was uniformly and uniformly applied to both sides of a 10 μm-thick rolled copper foil as a current collector for a negative electrode. The density of the mixture of the negative electrode was increased to 1.15 g / cm 3 by a press, and the single-sided coating amount of the negative electrode mixture was 73 g / m 2 .

電池の作製は、上記の正極と負極とを、これらが直接接しないように、厚さ30μmのポリエチレン製セパレータを挟んで捲回した。この際、正極のタブリード片と負極のタブリード片とが、それぞれ捲回群の互いに反対側の両端面に位置するようにした。また、正極、負極及びセパレータの長さを調整し、捲回群の直径は17.8±0.1mmとした。   In the preparation of the battery, the positive electrode and the negative electrode were wound with a 30 μm-thick polyethylene separator interposed therebetween so as not to be in direct contact with each other. At this time, the tab lead pieces of the positive electrode and the tab lead pieces of the negative electrode were respectively positioned on opposite end surfaces of the winding group. In addition, the lengths of the positive electrode, the negative electrode and the separator were adjusted, and the diameter of the winding group was 17.8 ± 0.1 mm.

図1は、上記の捲回群を用いて作製した電池の概略構成を示したものである。   FIG. 1 shows a schematic configuration of a battery manufactured using the above-mentioned wound group.

本図においては、電池1は、正極2と、負極3と、これらの間に挟み込まれたセパレータ4と、を電池缶5に封入した構成を有する。正極2は、正極タブリード6により電池蓋8に電気的に接続されている。負極3は、負極タブリード7により電池缶5に電気的に接続されている。   In the figure, the battery 1 has a configuration in which the positive electrode 2, the negative electrode 3, and the separator 4 sandwiched therebetween are sealed in the battery can 5. The positive electrode 2 is electrically connected to the battery lid 8 by a positive electrode tab lead 6. The negative electrode 3 is electrically connected to the battery can 5 by a negative electrode tab lead 7.

上述のようにして作製した捲回群(正極2、負極3及びセパレータ4を含む。)は、次のようにして、電池1に組み込んだ。   The wound group (including the positive electrode 2, the negative electrode 3 and the separator 4) manufactured as described above was incorporated into the battery 1 as follows.

本図に示すように、負極3から導出されている負極タブリード7は、ポリプロピレン製の絶縁リング10の切込みから電池缶5の底部に溶接した。その後、正極2から導出されている正極タブリード6を絶縁リング10の切込みから上方へ引き出した。その後、ポリプロピレン製のガスケット9を電池缶5の開口部へ設置し、正極タブリード6を電池蓋8に溶接した。その後、電池缶5の上部より所定量の電解液を注入し、かしめ機により電池缶5の上端部を折り曲げることで、18650型電池を完成させた。   As shown in the drawing, the negative electrode tab lead 7 led from the negative electrode 3 was welded to the bottom of the battery can 5 from the cut of the polypropylene insulating ring 10. Thereafter, the positive electrode tab lead 6 led from the positive electrode 2 was drawn upward from the cut of the insulating ring 10. Thereafter, a gasket 9 made of polypropylene was placed in the opening of the battery can 5, and the positive electrode tab lead 6 was welded to the battery lid 8. Thereafter, a predetermined amount of electrolytic solution was injected from the upper portion of the battery can 5 and the upper end portion of the battery can 5 was bent by a caulking machine to complete the 18650 type battery.

電解液としては、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとエチルメチルカーボネートとを、それぞれの体積比2:3:2で混合した溶液中に、六フッ化燐酸リチウム(LiPF)を1.2mol/L溶解し、1,3,2−ジオキサチオラン2,2−ジオキシド(DTD)を0.2質量%添加したものを用いた。ここで、DTDは、上記化学式(1)で表される添加剤のうち、R及びRのすべてを水素原子としたものである。 As an electrolytic solution, 1.2 mol / L of lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) is dissolved in a solution in which ethylene carbonate, dimethyl carbonate and ethyl methyl carbonate are mixed at a volume ratio of 2: 3: 2, respectively. What added 0.2 mass% of 1,3,2- dioxa thiolane 2, 2- dioxide (DTD) was used. Here, DTD is one in which all of R 1 and R 2 are hydrogen atoms among the additives represented by the chemical formula (1).

電池特性の評価は、以下に示す手法で実施した。放電容量の評価は、25℃の環境下において、定電流定電圧(CC−CV)充電方式を用いた測定を行った(以下「CC−CV充電」と略記する)。CC−CV充電とは、一定の電流値(定電流)で充電を行い、規定の電圧値に達した時点で、定電圧充電に切り替えて所定時間充電を継続する手法である。   The evaluation of the battery characteristics was performed by the method shown below. The evaluation of discharge capacity performed the measurement using a constant current constant voltage (CC-CV) charge system in a 25 degreeC environment (it abbreviates as the following "CC-CV charge"). The CC-CV charge is a method of charging at a constant current value (constant current), switching to constant voltage charging when the voltage value reaches a specified value, and continuing charging for a predetermined time.

次に、電池の初期化条件を示す。   Next, the initialization conditions of the battery are shown.

まず、注液後の電池を25℃で10時間静置し、電解液をセパレータや電極(正極および負極)となじませる。その後、0.2CAの電流値で充電を開始し、4.1Vに達した時点で、4.1Vを維持するように5時間充電を継続した後に終了した。充電後には30分間の休止を入れた後に、0.2CAの定電流放電を行い、2.7Vに達した時点で終了した。これを3サイクル実施した後に、0.2CAの定電流で3.7Vまで充電を行った。その後、25℃環境下で5日間のエージング処理を行った。   First, the battery after injection is allowed to stand at 25 ° C. for 10 hours to make the electrolyte compatible with the separator and the electrode (positive electrode and negative electrode). Thereafter, charging was started at a current value of 0.2 CA, and when reaching 4.1 V, charging was continued for 5 hours so as to maintain 4.1 V, and the process was ended. After charging, after 30 minutes of rest, 0.2 CA constant current discharge was performed, and the operation was finished when it reached 2.7 V. After three cycles of this, charging was performed to 3.7 V with a constant current of 0.2 CA. Thereafter, aging treatment was performed for 5 days under a 25 ° C. environment.

電池の容量特性及び直流抵抗(以下「DCR」と略記する。)の評価方法を以下に示す。   The evaluation method of the capacity characteristics of the battery and the direct current resistance (hereinafter abbreviated as "DCR") is shown below.

まず、0.2CAの電流値で充電を開始し、4.1Vに達した時点で、4.1Vを維持するように5時間充電を継続した後に終了した。充電後には30分間の休止を入れた後に、0.2CAの定電流放電を行い、2.7Vに達した時点で終了した。これを3サイクル実施した後に、4.1VまでCC−CV充電を実施する。その後30分間の休止を行った。ここで、3サイクル目の放電容量を電池の容量とする。   First, charging was started at a current value of 0.2 CA, and when reaching 4.1 V, charging was continued for 5 hours so as to maintain 4.1 V, and the process was ended. After charging, after 30 minutes of rest, 0.2 CA constant current discharge was performed, and the operation was finished when it reached 2.7 V. After three cycles of this, CC-CV charging is performed to 4.1V. After that, it was paused for 30 minutes. Here, the discharge capacity at the third cycle is taken as the capacity of the battery.

そして、その後に、0.1CAの電流値で10秒の放電を実施して10秒目の電池電圧を計測する。その後、4.1Vまで再度CC−CV充電を行い、0.2CAの電流値で10秒の放電を実施して10秒目の電池電圧を計測する。さらに、同様の手法で4.1VまでCC−CV充電を行った後に、0.5CAの電流値で10秒の放電を行い10秒目の電圧を計測する。そして、各電流値(0.1CA、0.2CA、0.5CA)における放電開始前の電圧と10秒目の電圧差と電流値を用いた電流−電圧グラフの傾きより、DCRを算出した。   After that, discharge for 10 seconds is performed with a current value of 0.1 CA, and a battery voltage at 10 seconds is measured. Thereafter, CC-CV charging is performed again to 4.1 V, discharge for 10 seconds is performed with a current value of 0.2 CA, and a battery voltage at 10 seconds is measured. Furthermore, after performing CC-CV charge to 4.1V by the same method, discharge for 10 seconds is carried out by the electric current value of 0.5 CA, and the voltage in 10 second is measured. Then, DCR was calculated from the slope of the current-voltage graph using the voltage difference before the discharge start, the voltage difference at 10 seconds, and the current value at each current value (0.1 CA, 0.2 CA, 0.5 CA).

電池のサイクル試験は、以下に示す手法で行った。   The cycle test of the battery was performed by the method shown below.

25℃の恒温槽内において、充電条件としては0.5CAのCC−CV充電を行い、4.1Vに達した後3時間充電を継続した後に終了した。その後、30分間の休止を行い、2.7Vまで0.5CAの定電流放電を行い、30分間の休止を行った。このような充電−放電を1サイクルとし、任意のサイクル数で、前述した直流抵抗を評価して、サイクル特性(放電容量及びDCR)の評価を行った。   In the thermostat at 25 ° C., CC-CV charging of 0.5 CA was performed as the charging condition, and charging was continued for 3 hours after reaching 4.1 V, and the process was terminated. Thereafter, a 30-minute rest was performed, a 0.5 CA constant current discharge was performed to 2.7 V, and a 30-minute rest was performed. Assuming that such charge-discharge is one cycle, the above-mentioned direct current resistance is evaluated at an arbitrary number of cycles, and the cycle characteristics (discharge capacity and DCR) are evaluated.

電解液に添加する1,3,2−ジオキサチオラン2,2−ジオキシド(DTD)の量を0.5質量%としたこと以外は、実施例1に準じて電池の評価を実施した。   Evaluation of the battery was performed according to Example 1 except that the amount of 1,3,2-dioxathiolane 2,2-dioxide (DTD) added to the electrolytic solution was 0.5% by mass.

電解液に添加する1,3,2−ジオキサチオラン2,2−ジオキシド(DTD)の量を1.0質量%としたこと以外は、実施例1に準じて電池の評価を実施した。   Evaluation of the battery was performed according to Example 1 except that the amount of 1,3,2-dioxathiolane 2,2-dioxide (DTD) added to the electrolytic solution was 1.0 mass%.

電解液に添加する1,3,2−ジオキサチオラン2,2−ジオキシド(DTD)の量を1.5質量%としたこと以外は、実施例1に準じて電池の評価を実施した。   Evaluation of the battery was performed according to Example 1 except that the amount of 1,3,2-dioxathiolane 2,2-dioxide (DTD) added to the electrolytic solution was set to 1.5% by mass.

電解液に添加する1,3,2−ジオキサチオラン2,2−ジオキシド(DTD)の量を2.0質量%としたこと以外は、実施例1に準じて電池の評価を実施した。   Evaluation of the battery was carried out according to Example 1 except that the amount of 1,3,2-dioxathiolane 2,2-dioxide (DTD) added to the electrolytic solution was 2.0 mass%.

電解液に添加する1,3,2−ジオキサチオラン2,2−ジオキシド(DTD)の量を0.5質量%、リチウムジフルオロ(オキサラト)ボレート(LDFOB)の量を1.0質量%としたこと以外は、実施例1に準じて電池の評価を実施した。   Except that the amount of 1,3,2-dioxathiolane 2,2-dioxide (DTD) added to the electrolytic solution is 0.5% by mass, and the amount of lithium difluoro (oxalato) borate (LDFOB) is 1.0% by mass The evaluation of the battery was carried out according to Example 1.

電解液に添加する1,3,2−ジオキサチオラン2,2−ジオキシド(DTD)の量を1.0質量%、リチウムジフルオロ(オキサラト)ボレート(LDFOB)の量を0.5質量%としたこと以外は、実施例1に準じて電池の評価を実施した。   Except that the amount of 1,3,2-dioxathiolane 2,2-dioxide (DTD) added to the electrolytic solution is 1.0% by mass, and the amount of lithium difluoro (oxalato) borate (LDFOB) is 0.5% by mass The evaluation of the battery was carried out according to Example 1.

(比較例1)
電解液に添加剤を用いなかったこと以外は、実施例1に準じて電池の評価を実施した。
(Comparative example 1)
The battery was evaluated according to Example 1 except that no additive was used in the electrolytic solution.

(比較例2)
電解液にビニレンカーボネート(VC)を1質量%のみを添加したこと以外は、実施例1に準じて電池の評価を実施した。
(Comparative example 2)
Evaluation of the battery was performed according to Example 1 except that only 1% by mass of vinylene carbonate (VC) was added to the electrolytic solution.

(比較例3)
電解液に添加する1,3,2−ジオキサチオラン2,2−ジオキシド(DTD)の量を0.1質量%としたこと以外は、実施例1に準じて電池の評価を実施した。
(Comparative example 3)
The battery was evaluated according to Example 1 except that the amount of 1,3,2-dioxathiolane 2,2-dioxide (DTD) added to the electrolytic solution was 0.1 mass%.

(比較例4)
用いた負極活物質を人造黒鉛とし、電解液に添加する1,3,2−ジオキサチオラン2,2−ジオキシド(DTD)の量を0.5質量%としたこと以外は、実施例1に準じて電池の評価を実施した。
(Comparative example 4)
According to Example 1 except that the used negative electrode active material is artificial graphite and the amount of 1,3,2-dioxathiolane 2,2-dioxide (DTD) added to the electrolytic solution is 0.5% by mass. The battery was evaluated.

(比較例5)
電解液に添加する1,3,2−ジオキサチオラン2,2−ジオキシド(DTD)の量を2.5質量%としたこと以外は、実施例1に準じて電池の評価を実施した。
(Comparative example 5)
Evaluation of the battery was carried out according to Example 1 except that the amount of 1,3,2-dioxathiolane 2,2-dioxide (DTD) added to the electrolytic solution was 2.5 mass%.

表1は、実施例1〜7及び比較例1〜5の添加剤についてまとめて示したものである。   Table 1 summarizes the additives of Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 5.

Figure 2019075320
Figure 2019075320

(電池の初期特性評価)
表2は、充放電サイクルを実施する前に電池容量及び直流抵抗を測定した結果を示したものである。
(Initial battery characteristics evaluation)
Table 2 shows the results of measuring the battery capacity and the direct current resistance before carrying out the charge and discharge cycle.

本表より、サイクル前の放電容量は、実施例1〜7においては0.535Ah以上となっていること、及び比較例1〜5においては0.530Ah以下となっていることがわかる。また、サイクル前のDCRは、実施例1〜7においては41.8mΩ以下となっていること、及び比較例1〜5においては42.6mΩ以上となっていることがわかる。   From this table, it can be seen that the discharge capacity before the cycle is 0.535 Ah or more in Examples 1 to 7 and 0.530 Ah or less in Comparative Examples 1 to 5. Further, it can be seen that the DCR before the cycle is 41.8 mΩ or less in Examples 1 to 7 and 42.6 mΩ or more in Comparative Examples 1 to 5.

Figure 2019075320
Figure 2019075320

(充放電サイクル寿命の評価)
図2は、実施例1〜7及び比較例1〜5の電池について、300サイクルの充放電を実施した後の放電容量を示したものである。横軸にDTD添加量、縦軸に放電容量をとっている。
(Evaluation of charge and discharge cycle life)
FIG. 2 shows the discharge capacities of the batteries of Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 5 after 300 cycles of charge and discharge. The abscissa represents the amount of added DTD, and the ordinate represents the discharge capacity.

本図から、実施例1〜7の電池は、比較例1〜5の電池に比べ、充放電サイクル後においても放電容量が高く維持されていることがわかる。   It can be seen from this figure that the batteries of Examples 1 to 7 maintain a high discharge capacity even after charge and discharge cycles, as compared with the batteries of Comparative Examples 1 to 5.

図3は、実施例1〜7及び比較例1〜5の電池について、300サイクルの充放電を実施した後の直流抵抗(DCR)を示したものである。横軸にDTD添加量、縦軸に直流抵抗をとっている。   FIG. 3 shows direct current resistance (DCR) after carrying out charge and discharge for 300 cycles for the batteries of Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 5. The horizontal axis is the amount of added DTD, and the vertical axis is the direct current resistance.

本図から、実施例1〜7の電池は、比較例1〜5の電池に比べ、充放電サイクル後においても直流抵抗が小さく維持されていることがわかる。   It can be seen from this figure that the batteries of Examples 1 to 7 maintain a smaller direct current resistance even after the charge and discharge cycles, as compared with the batteries of Comparative Examples 1 to 5.

よって、DTDの電解液における濃度は、0.2質量以上2.0質量%以下であることが望ましい。   Therefore, it is desirable that the concentration of DTD in the electrolyte be 0.2 mass% or more and 2.0 mass% or less.

また、電解液がDTDに加えリチウムジフルオロ(オキサラト)ボレートを含む場合、 これらの添加剤の電解液における合計濃度は、0.2質量%以上2.0質量%以下であることが望ましい。   When the electrolytic solution contains lithium difluoro (oxalato) borate in addition to DTD, the total concentration of these additives in the electrolytic solution is preferably 0.2% by mass or more and 2.0% by mass or less.

本発明のリチウムイオン二次電池は、添加剤の作用により、充放電サイクルに伴う放電容量の低下や直流抵抗の増加を抑制できることから、寿命特性に優れた大型リチウムイオン二次電池を必要とされる、移動体や定置型電力貯蔵の電源に適用することができる。   The lithium ion secondary battery of the present invention is required to have a large-sized lithium ion secondary battery excellent in life characteristics because it can suppress a decrease in discharge capacity and an increase in direct current resistance accompanying charge and discharge cycles by the action of additives. It can be applied to power sources for mobile and stationary power storage.

1:電池、2:正極、3:負極、4:セパレータ、5:電池缶、6:正極タブリード、7:負極タブリード、8:電池蓋、9:ガスケット、10:絶縁リング。   1: Battery, 2: Positive electrode, 3: Negative electrode, 4: Separator, 5: Battery can, 6: Positive electrode tab lead, 7: Negative electrode tab lead, 8: Battery lid, 9: Gasket, 10: Insulating ring.

Claims (5)

正極活物質を含む正極と、負極活物質を含む負極と、電解液と、を有するリチウムイオン二次電池であって、
前記負極活物質は、易黒鉛化炭素を含み、
前記電解液は、非水系電解液であって下記化学式(1)で表される添加剤を含む、リチウムイオン二次電池。
Figure 2019075320
(式中、R及びRは、それぞれ独立に、水素原子及び炭素数1〜5の炭化水素基からなる群から選択される官能基を表す。)
A lithium ion secondary battery comprising a positive electrode containing a positive electrode active material, a negative electrode containing a negative electrode active material, and an electrolytic solution,
The negative electrode active material contains graphitizable carbon,
The said electrolyte solution is a non-aqueous electrolyte solution, and the lithium ion secondary battery containing the additive represented by following Chemical formula (1).
Figure 2019075320
(Wherein, R 1 and R 2 each independently represent a functional group selected from the group consisting of a hydrogen atom and a hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms.)
前記R及び前記Rはすべて、水素原子である、請求項1記載のリチウムイオン二次電池。 The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein all of R 1 and R 2 are hydrogen atoms. 前記化学式(1)で表される前記添加剤の前記電解液における濃度は、0.2質量以上2.0質量%以下である、請求項2記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 2, wherein a concentration of the additive represented by the chemical formula (1) in the electrolytic solution is 0.2 mass% or more and 2.0 mass% or less. 前記電解液は、下記化学式(2)で表される添加剤を含む、請求項1又は2に記載のリチウムイオン二次電池。
Figure 2019075320
The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the electrolytic solution contains an additive represented by the following chemical formula (2).
Figure 2019075320
前記電解液は、下記化学式(2)で表される添加剤を含み、
前記化学式(1)で表される前記添加剤及び前記化学式(2)で表される前記添加剤の前記電解液における合計濃度は、0.2質量%以上2.0質量%以下である、請求項2記載のリチウムイオン二次電池。
Figure 2019075320
The electrolytic solution contains an additive represented by the following chemical formula (2),
The total concentration of the additive represented by the chemical formula (1) and the additive represented by the chemical formula (2) in the electrolytic solution is 0.2% by mass or more and 2.0% by mass or less. The lithium ion secondary battery according to Item 2.
Figure 2019075320
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