JP2019215959A - Electrolyte, manufacturing method of the same, secondary battery, and manufacturing method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
本技術は、リチウム塩を含む電解液およびその製造方法、ならびにその電解液を備えた二次電池およびその製造方法に関する。 The present technology relates to an electrolytic solution containing a lithium salt and a method for producing the same, a secondary battery including the electrolytic solution, and a method for producing the same.
携帯電話機などの多様な電子機器が広く普及しており、その電子機器の小型化、軽量化および長寿命化が要望されている。そこで、電源として、小型かつ軽量であると共に高エネルギー密度を得ることが可能である二次電池の開発が進められている。 2. Description of the Related Art Various electronic devices such as mobile phones have become widespread, and there is a demand for a reduction in size, weight, and life of the electronic devices. Therefore, a secondary battery that is small and lightweight and that can obtain a high energy density is being developed as a power supply.
二次電池は、正極および負極と共に電解液を備えており、その電解液は、溶媒および電解質塩を含んでいる。電解液の構成は、電池特性に大きな影響を及ぼすため、その電解液の構成に関しては、さまざまな検討がなされている。 The secondary battery includes an electrolyte together with a positive electrode and a negative electrode, and the electrolyte includes a solvent and an electrolyte salt. Since the configuration of the electrolytic solution has a great effect on the battery characteristics, various studies have been made on the configuration of the electrolytic solution.
具体的には、負極がチタン酸リチウムを含む場合において低温出力性能を向上させるために、電解液の溶媒として鎖状カルボン酸エステル(酢酸メチルおよび酢酸エチル)が用いられている(例えば、非特許文献1参照。)。 Specifically, in order to improve the low-temperature output performance when the negative electrode contains lithium titanate, a chain carboxylic acid ester (methyl acetate and ethyl acetate) is used as a solvent for the electrolytic solution (for example, Non-Patent Reference 1).
二次電池が搭載される電子機器は、益々、高性能化および多機能化している。これに伴い、電子機器の使用頻度は増加していると共に、その電子機器などの使用環境は拡大している。そこで、二次電池の電池特性に関しては、未だ改善の余地がある。 Electronic devices on which secondary batteries are mounted are becoming increasingly sophisticated and multifunctional. Accordingly, the frequency of use of electronic devices is increasing, and the usage environment of the electronic devices and the like is expanding. Therefore, there is still room for improvement in the battery characteristics of the secondary battery.
本技術はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、優れた電池特性を得ることが可能な電解液およびその製造方法、ならびに二次電池およびその製造方法を提供することにある。 The present technology has been made in view of such a problem, and an object of the present technology is to provide an electrolyte capable of obtaining excellent battery characteristics, a method for manufacturing the same, and a secondary battery and a method for manufacturing the same.
本技術の一実施形態の電解液は、リチウム塩、環状炭酸エステルおよび鎖状カルボン酸エステルを含み、分光光度計により測定される吸光度I1(波長=290nm)が0.200以上であり、分光光度計により測定される吸光度I2(波長=390nm)が0.030以上であり、吸光度I1に対する吸光度I2の比I2/I1が0.05以上であるものである。 The electrolytic solution according to an embodiment of the present technology includes a lithium salt, a cyclic carbonate, and a chain carboxylate, and has an absorbance I1 (wavelength = 290 nm) measured by a spectrophotometer of 0.200 or more, and a spectrophotometer The absorbance I2 (wavelength = 390 nm) measured by the meter is 0.030 or more, and the ratio I2 / I1 of the absorbance I2 to the absorbance I1 is 0.05 or more.
本技術の一実施形態の二次電池は、正極と負極と電解液とを備えたものであり、その電解液が上記した本技術の一実施形態の電解液と同様の構成を有するものである。 A secondary battery according to an embodiment of the present technology includes a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte, and the electrolyte has the same configuration as the electrolyte according to the embodiment of the present technology described above. .
本技術の一実施形態の電解液の製造方法は、リチウム塩、環状炭酸エステルおよび鎖状カルボン酸エステルを含む溶液を調製し、40℃以上70℃以下の温度において溶液を24時間以上保存し、または、酸素(O2 )を含むガスを溶液中に吹き込むようにしたものである。 The method for producing an electrolytic solution according to an embodiment of the present technology includes preparing a solution containing a lithium salt, a cyclic carbonate and a chain carboxylate, storing the solution at a temperature of 40 ° C or more and 70 ° C or less for 24 hours or more, Alternatively, a gas containing oxygen (O 2 ) is blown into the solution.
本技術の一実施形態の二次電池の製造方法は、電解液を調製し、正極および負極と共に電解液を用いて二次電池を組み立てるものであり、上記した本技術の一実施形態の電解液の製造方法を用いて電解液を調製するようしたものである。 The method for manufacturing a secondary battery according to an embodiment of the present technology is for preparing an electrolytic solution and assembling a secondary battery using the electrolytic solution together with the positive electrode and the negative electrode. An electrolytic solution is prepared by using the method described in (1).
本技術の一実施形態の電解液または二次電池によれば、電解液がリチウム塩と共に環状炭酸エステルおよび鎖状カルボン酸エステルを含んでおり、その電解液の吸光度I1,I2および比I2/I1に関して上記した条件が満たされているので、優れた電池特性を得ることができる。 According to the electrolytic solution or the secondary battery of one embodiment of the present technology, the electrolytic solution contains a cyclic carbonate and a linear carboxylate together with a lithium salt, and the absorbances I1, I2 and the ratio I2 / I1 of the electrolytic solution. Since the above condition is satisfied, excellent battery characteristics can be obtained.
本技術の一実施形態の電解液の製造方法または二次電池の製造方法によれば、リチウム塩と共に環状炭酸エステルおよび鎖状カルボン酸エステルを含む溶液を調製した後、上記した条件において溶液を保存し、または上記した条件において溶液中にガスを吹き込んでいるので、優れた電池特性が得られる電解液または二次電池を得ることができる。 According to the method for manufacturing an electrolytic solution or the method for manufacturing a secondary battery according to an embodiment of the present technology, after preparing a solution containing a cyclic carbonate and a chain carboxylate together with a lithium salt, the solution is stored under the above-described conditions. Alternatively, since the gas is blown into the solution under the above-described conditions, it is possible to obtain an electrolytic solution or a secondary battery having excellent battery characteristics.
なお、本技術の効果は、必ずしもここで説明された効果に限定されるわけではなく、後述する本技術に関連する一連の効果のうちのいずれの効果でもよい。 Note that the effects of the present technology are not necessarily limited to the effects described here, and may be any of a series of effects related to the present technology described later.
以下、本技術の一実施形態に関して、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明する順序は、下記の通りである。
1.電解液および二次電池(円筒型)
1−1.二次電池の構成
1−2.電解液の構成
1−3.電解液の物性
1−4.二次電池の動作
1−5.二次電池(電解液)の製造方法
1−5−1.第1製造方法
1−5−2.第2製造方法
1−6.作用および効果
2.電解液および二次電池(ラミネートフィルム型)
2−1.二次電池(電解液)の構成
2−2.二次電池の動作
2−3.二次電池(電解液)の製造方法
2−4.作用および効果
3.二次電池の用途
Hereinafter, an embodiment of the present technology will be described in detail with reference to the drawings. The order of explanation is as follows.
1. Electrolyte and secondary battery (cylindrical)
1-1. Configuration of secondary battery 1-2. Configuration of electrolyte solution 1-3. Physical Properties of Electrolyte Solution 1-4. Operation of secondary battery 1-5. Manufacturing method of secondary battery (electrolyte solution) 1-5-1. First manufacturing method 1-5-2. Second manufacturing method 1-6. Action and effect Electrolyte and secondary battery (laminated film type)
2-1. Configuration of secondary battery (electrolyte solution) 2-2. Operation of secondary battery 2-3. Manufacturing method of secondary battery (electrolyte solution) 2-4. Action and effect Applications for secondary batteries
<1.電解液および二次電池(円筒型)>
まず、本技術の一実施形態の二次電池に関して説明する。なお、本技術の一実施形態の電解液は、ここで説明する二次電池の一部(一構成要素)であるため、その電解液に関しては、以下で併せて説明する。
<1. Electrolyte and Secondary Battery (Cylindrical)>
First, a secondary battery according to an embodiment of the present disclosure will be described. In addition, since the electrolyte of one embodiment of the present technology is a part (one component) of the secondary battery described here, the electrolyte is also described below.
ここで説明する二次電池は、例えば、リチウム(Li)の吸蔵現象およびリチウムの放出現象を利用して電池容量(後述する負極22の容量)が得られる二次電池であり、いわゆるリチウムイオン二次電池である。
The secondary battery described here is, for example, a secondary battery in which a battery capacity (capacity of a
<1−1.二次電池の構成>
図1は、二次電池の断面構成を表していると共に、図2は、図1に示した二次電池の主要部(巻回電極体20)の断面構成を拡大している。ただし、図2では、巻回電極体20の一部だけを示している。
<1-1. Configuration of Secondary Battery>
FIG. 1 shows a cross-sectional configuration of the secondary battery, and FIG. 2 is an enlarged cross-sectional configuration of a main part (the wound electrode body 20) of the secondary battery shown in FIG. However, FIG. 2 shows only a part of the spirally
この二次電池は、例えば、図1に示したように、円筒状の電池缶11の内部に電池素子(巻回電極体20)が収納された円筒型の二次電池である。 This secondary battery is, for example, a cylindrical secondary battery in which a battery element (the wound electrode body 20) is housed inside a cylindrical battery can 11, as shown in FIG.
具体的には、二次電池は、例えば、電池缶11の内部に、一対の絶縁板12,13と、巻回電極体20とを備えている。この巻回電極体20は、例えば、正極21および負極22がセパレータ23を介して互いに積層された後、その正極21、負極22およびセパレータ23が巻回されることにより形成された巻回体である。巻回電極体20には、液状の電解質である電解液が含浸されている。
Specifically, for example, the secondary battery includes a pair of
電池缶11は、例えば、一端部が閉鎖されると共に他端部が開放された中空構造を有しており、例えば、鉄(Fe)などの金属材料を含んでいる。電池缶11の表面には、例えば、ニッケル(Ni)などが鍍金されていてもよい。絶縁板12,13のそれぞれは、例えば、巻回電極体20の巻回周面に対して交差する方向に延在していると共に、互いに巻回電極体20を挟むように配置されている。
The battery can 11 has, for example, a hollow structure in which one end is closed and the other end is open, and includes, for example, a metal material such as iron (Fe). The surface of the battery can 11 may be plated with, for example, nickel (Ni). Each of the
電池缶11の開放端部には、例えば、電池蓋14、安全弁機構15および熱感抵抗素子(PTC素子)16がガスケット17を介してかしめられている。これにより、電池缶11の開放端部は密閉されている。電池蓋14は、例えば、電池缶11の形成材料と同様の材料を含んでいる。安全弁機構15および熱感抵抗素子16のそれぞれは、電池蓋14の内側に設けられており、その安全弁機構15は、熱感抵抗素子16を介して電池蓋14と電気的に接続されている。この安全弁機構15では、例えば、内部短絡および外部加熱などの要因に起因して電池缶11の内圧が一定以上になると、ディスク板15Aが反転するため、電池蓋14と巻回電極体20との電気的接続が切断される。大電流に起因する異常な発熱を防止するために、熱感抵抗素子16の抵抗は、温度の上昇に応じて増加する。ガスケット17は、例えば、絶縁性材料を含んでおり、そのガスケット17の表面には、例えば、アスファルトなどが塗布されていてもよい。
At the open end of the battery can 11, for example, a
巻回電極体20の巻回中心に設けられた空間20Cには、例えば、センターピン24が挿入されている。ただし、センターピン24は、省略されてもよい。正極21には、正極リード25が接続されており、その正極リード25は、例えば、アルミニウム(Al)などの導電性材料を含んでいる。この正極リード25は、例えば、安全弁機構15を介して電池蓋14と電気的に接続されている。負極22には、負極リード26が接続されており、その負極リード26は、例えば、ニッケルなどの導電性材料を含んでいる。この負極リード26は、例えば、電池缶11と電気的に接続されている。
For example, a
[正極]
正極21は、例えば、図2に示したように、正極集電体21Aと、その正極集電体21Aの両面に設けられた2個の正極活物質層21Bとを含んでいる。ただし、正極21は、例えば、正極集電体21Aの片面に設けられた1個の正極活物質層21Bだけを含んでいてもよい。
[Positive electrode]
The
(正極集電体)
正極集電体21Aは、例えば、アルミニウムなどの導電性材料を含んでいる。この正極集電体21Aは、単層でもよいし、多層でもよい。
(Positive electrode current collector)
The positive electrode
(正極活物質層)
正極活物質層21Bは、正極活物質として、リチウムを吸蔵可能であると共にリチウムを放出可能である正極材料のうちのいずれか1種類または2種類以上を含んでいる。ただし、正極活物質層21Bは、さらに、正極結着剤および正極導電剤などを含んでいてもよい。
(Positive electrode active material layer)
The positive electrode
正極材料は、リチウム含有化合物を含んでいる。高いエネルギー密度が得られるからである。リチウム含有化合物の種類は、特に限定されないが、例えば、リチウム含有複合酸化物およびリチウム含有リン酸化合物などである。 The positive electrode material contains a lithium-containing compound. This is because a high energy density can be obtained. The type of the lithium-containing compound is not particularly limited, and examples thereof include a lithium-containing composite oxide and a lithium-containing phosphate compound.
リチウム含有複合酸化物は、リチウムと1種類または2種類以上の他元素とを構成元素として含む酸化物の総称であり、例えば、層状岩塩型およびスピネル型などのうちのいずれかの結晶構造を有している。リチウム含有リン酸化合物は、リチウムと1種類または2種類以上の他元素とを構成元素として含むリン酸化合物の総称であり、例えば、オリビン型などの結晶構造を有している。 The lithium-containing composite oxide is a generic name of an oxide containing lithium and one or more kinds of other elements as constituent elements, and has, for example, any one of a layered rock salt type and a spinel type crystal structure. are doing. The lithium-containing phosphate compound is a general term for a phosphate compound containing lithium and one or more kinds of other elements as constituent elements, and has, for example, an olivine-type crystal structure.
他元素は、リチウム以外の元素である。他元素の種類は、特に限定されないが、中でも、長周期型周期表のうちの2族〜15族に属する元素が好ましい。高い電圧が得られるからである。具体的には、他元素は、例えば、ニッケル、コバルト(Co)、マンガン(Mn)および鉄などである。
The other element is an element other than lithium. The type of the other element is not particularly limited, but among them, an element belonging to
層状岩塩型の結晶構造を有するリチウム含有複合酸化物は、例えば、LiNiO2 、LiCoO2 、LiCo0.98Al0.01Mg0.01O2 、LiNi0.5 Co0.2 Mn0.3 O2 、LiNi0.8 Co0.15Al0.05O2 、LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2 、Li1.2 Mn0.52Co0.175 Ni0.1 O2 およびLi1.15(Mn0.65Ni0.22Co0.13)O2 などである。スピネル型の結晶構造を有するリチウム含有複合酸化物は、例えば、LiMn2 O4 などである。オリビン型の結晶構造を有するリチウム含有リン酸化合物は、例えば、LiFePO4 、LiMnPO4 、LiFe0.5 Mn0.5 PO4 およびLiFe0.3 Mn0.7 PO4 などである。 Lithium-containing composite oxides having a layered rock salt type crystal structure include, for example, LiNiO 2 , LiCoO 2 , LiCo 0.98 Al 0.01 Mg 0.01 O 2 , LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 , LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 , LiNi 0.33 Co 0.33 Mn 0.33 O 2 , Li 1.2 Mn 0.52 Co 0.175 Ni 0.1 O 2 and Li 1.15 (Mn 0.65 Ni 0.22 Co 0.13 ) O 2 . The lithium-containing composite oxide having a spinel-type crystal structure is, for example, LiMn 2 O 4 . Examples of the lithium-containing phosphate compound having an olivine-type crystal structure include LiFePO 4 , LiMnPO 4 , LiFe 0.5 Mn 0.5 PO 4, and LiFe 0.3 Mn 0.7 PO 4 .
正極結着剤は、例えば、合成ゴムおよび高分子化合物などを含んでいる。合成ゴムは、例えば、スチレンブタジエン系ゴム、フッ素系ゴムおよびエチレンプロピレンジエンなどである。高分子化合物は、例えば、ポリフッ化ビニリデンおよびポリイミドなどである。 The positive electrode binder contains, for example, a synthetic rubber and a polymer compound. The synthetic rubber is, for example, styrene-butadiene rubber, fluorine rubber, ethylene propylene diene, or the like. The polymer compound is, for example, polyvinylidene fluoride and polyimide.
正極導電剤は、例えば、炭素材料などの導電性材料を含んでいる。この炭素材料は、例えば、黒鉛、カーボンブラック、アセチレンブラックおよびケッチェンブラックなどである。ただし、正極導電剤は、導電性材料であれば、金属材料および導電性高分子などでもよい。 The positive electrode conductive agent contains, for example, a conductive material such as a carbon material. This carbon material is, for example, graphite, carbon black, acetylene black, and Ketjen black. However, the positive electrode conductive agent may be a metal material or a conductive polymer as long as it is a conductive material.
[負極]
負極22は、例えば、図2に示したように、負極集電体22Aと、その負極集電体22Aの両面に設けられた2個の負極活物質層22Bとを含んでいる。ただし、負極22は、例えば、負極集電体22Aの片面に設けられた1個の負極活物質層22Bだけを含んでいてもよい。
[Negative electrode]
The
(負極集電体)
負極集電体22Aは、例えば、銅(Cu)などの導電性材料を含んでいる。この負極集電体22Aは、単層でもよいし、多層でもよい。
(Negative electrode current collector)
The anode
負極集電体22Aの表面は、電解法などを用いて粗面化されていることが好ましい。いわゆるアンカー効果を利用して、負極集電体22Aに対する負極活物質層22Bの密着性が向上するからである。
The surface of the negative electrode
(負極活物質層)
負極活物質層22Bは、負極活物質として、リチウムを吸蔵可能であると共にリチウムを放出可能である負極材料のうちのいずれか1種類または2種類以上を含んでいる。ただし、負極活物質層22Bは、さらに、負極結着剤および負極導電剤などを含んでいてもよい。
(Negative electrode active material layer)
The negative electrode
充電途中において意図せずにリチウム金属が負極22の表面に析出することを防止するために、充電可能である負極材料の容量は、正極21の放電容量よりも大きいことが好ましい。すなわち、負極材料の電気化学当量は、正極21の電気化学当量よりも大きいことが好ましい。
In order to prevent unintentional deposition of lithium metal on the surface of the
負極材料の種類は、特に限定されないが、例えば、炭素材料および金属系材料などである。 The type of the negative electrode material is not particularly limited, and examples thereof include a carbon material and a metal-based material.
炭素材料は、炭素を構成元素として含む材料の総称である。リチウムの吸蔵時およびリチウムの放出時において炭素材料の結晶構造はほとんど変化しないため、高いエネルギー密度が安定に得られるからである。また、炭素材料は負極導電剤としても機能するため、負極活物質層22Bの導電性が向上するからである。
The carbon material is a general term for materials containing carbon as a constituent element. This is because the crystal structure of the carbon material hardly changes during insertion and extraction of lithium and a high energy density can be stably obtained. Further, since the carbon material also functions as a negative electrode conductive agent, the conductivity of the negative electrode
具体的には、炭素材料は、例えば、易黒鉛化性炭素、難黒鉛化性炭素および黒鉛などである。ただし、難黒鉛化性炭素に関する(002)面の面間隔は、0.37nm以上であることが好ましいと共に、黒鉛に関する(002)面の面間隔は、0.34nm以下であることが好ましい。 Specifically, the carbon material is, for example, graphitizable carbon, non-graphitizable carbon, and graphite. However, the plane spacing of the (002) plane relating to non-graphitizable carbon is preferably 0.37 nm or more, and the plane spacing of the (002) plane relating to graphite is preferably 0.34 nm or less.
より具体的には、炭素材料は、例えば、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素繊維、有機高分子化合物焼成体、活性炭およびカーボンブラック類などである。このコークス類は、例えば、ピッチコークス、ニードルコークスおよび石油コークスなどを含む。有機高分子化合物焼成体は、フェノール樹脂およびフラン樹脂などの高分子化合物が適当な温度で焼成(炭素化)された焼成物である。この他、炭素材料は、例えば、約1000℃以下の温度で熱処理された低結晶性炭素でもよいし、非晶質炭素でもよい。炭素材料の形状は、例えば、繊維状、球状、粒状および鱗片状などである。 More specifically, the carbon material is, for example, pyrolytic carbons, cokes, glassy carbon fibers, fired organic polymer compounds, activated carbon, carbon blacks, and the like. The cokes include, for example, pitch coke, needle coke, and petroleum coke. The organic polymer compound fired body is a fired product obtained by firing (carbonizing) a polymer compound such as a phenol resin and a furan resin at an appropriate temperature. In addition, the carbon material may be, for example, low-crystalline carbon heat-treated at a temperature of about 1000 ° C. or lower, or amorphous carbon. The shape of the carbon material is, for example, fibrous, spherical, granular, and scale-like.
金属系材料は、金属元素および半金属元素のうちのいずれか1種類または2種類以上を構成元素として含む材料の総称である。高いエネルギー密度が得られるからである。 The metal-based material is a general term for a material containing one or more of a metal element and a metalloid element as constituent elements. This is because a high energy density can be obtained.
この金属系材料は、単体でもよいし、合金でもよいし、化合物でもよいし、それらの2種類以上の混合物でもよいし、それらの1種類または2種類以上の相を含む材料でもよい。ただし、合金には、2種類以上の金属元素からなる材料だけでなく、1種類または2種類以上の金属元素と1種類または2種類以上の半金属元素とを含む材料も含まれる。また、合金は、1種類または2種類以上の非金属元素を含んでいてもよい。金属系材料の組織は、例えば、固溶体、共晶(共融混合物)、金属間化合物およびそれらの2種類以上の共存物などである。 The metal-based material may be a simple substance, an alloy, a compound, a mixture of two or more of them, or a material containing one or two or more phases thereof. Note that the alloy includes not only a material including two or more metal elements but also a material including one or two or more metal elements and one or two or more metalloid elements. The alloy may include one or more nonmetallic elements. The structure of the metal-based material is, for example, a solid solution, a eutectic (eutectic mixture), an intermetallic compound, and a coexistence of two or more thereof.
金属元素および半金属元素のそれぞれは、リチウムと合金を形成可能である。具体的には、金属元素および半金属元素は、例えば、マグネシウム(Mg)、ホウ素(B)、アルミニウム、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、ケイ素(Si)、ゲルマニウム(Ge)、スズ(Sn)、鉛(Pb)、ビスマス(Bi)、カドミウム(Cd)、銀(Ag)、亜鉛(Zn)、ハフニウム(Hf)、ジルコニウム(Zr)、イットリウム(Y)、パラジウム(Pd)および白金(Pt)などである。 Each of the metal element and the metalloid element can form an alloy with lithium. Specifically, the metal element and the metalloid element include, for example, magnesium (Mg), boron (B), aluminum, gallium (Ga), indium (In), silicon (Si), germanium (Ge), tin (Sn ), Lead (Pb), bismuth (Bi), cadmium (Cd), silver (Ag), zinc (Zn), hafnium (Hf), zirconium (Zr), yttrium (Y), palladium (Pd) and platinum (Pt) ).
中でも、ケイ素およびスズが好ましく、ケイ素がより好ましい。リチウムの吸蔵能力が優れていると共にリチウムの放出能力も優れているため、著しく高いエネルギー密度が得られるからである。 Among them, silicon and tin are preferable, and silicon is more preferable. The reason for this is that since the lithium storage capacity is excellent and the lithium release capacity is also excellent, an extremely high energy density can be obtained.
具体的には、金属系材料は、ケイ素の単体でもよいし、ケイ素の合金でもよいし、ケイ素の化合物でもよいし、スズの単体でもよいし、スズの合金でもよいし、スズの化合物でもよいし、それらの2種類以上の混合物でもよいし、それらの1種類または2種類以上の相を含む材料でもよい。ここで説明した単体は、あくまで一般的な単体を意味しているため、その単体は、微量の不純物を含んでいてもよい。すなわち、単体の純度は、必ずしも100%に限られない。 Specifically, the metal-based material may be a simple substance of silicon, may be an alloy of silicon, may be a compound of silicon, may be a simple substance of tin, may be an alloy of tin, or may be a compound of tin. Alternatively, it may be a mixture of two or more of them, or a material containing one or more of these phases. Since the simple substance described here means a general simple substance, the simple substance may contain a trace amount of impurities. That is, the purity of the simple substance is not necessarily limited to 100%.
ケイ素の合金は、例えば、ケイ素以外の構成元素として、スズ、ニッケル、銅、鉄、コバルト、マンガン、亜鉛、インジウム、銀、チタン(Ti)、ゲルマニウム、ビスマス、アンチモン(Sb)およびクロム(Cr)などを含んでいる。ケイ素の化合物は、例えば、ケイ素以外の構成元素として、炭素(C)および酸素(O)などを含んでいる。なお、ケイ素の化合物は、例えば、ケイ素以外の構成元素として、ケイ素の合金に関して説明した一連の構成元素のうちのいずれか1種類または2種類以上を含んでいてもよい。 Silicon alloys include, for example, tin, nickel, copper, iron, cobalt, manganese, zinc, indium, silver, titanium (Ti), germanium, bismuth, antimony (Sb) and chromium (Cr) as constituent elements other than silicon. And so on. The silicon compound contains, for example, carbon (C) and oxygen (O) as constituent elements other than silicon. The compound of silicon may include, for example, any one or more of the series of constituent elements described for the alloy of silicon as a constituent element other than silicon.
ケイ素の合金およびケイ素の化合物は、例えば、SiB4 、SiB6 、Mg2 Si、Ni2 Si、TiSi2 、MoSi2 、CoSi2 、NiSi2 、CaSi2 、CrSi2 、Cu5 Si、FeSi2 、MnSi2 、NbSi2 、TaSi2 、VSi2 、WSi2 、ZnSi2 、SiC、Si3 N4 、Si2 N2 O、SiOv (0<v≦2)、およびLiSiOなどである。ただし、vの範囲は、例えば、0.2<v<1.4でもよい。 Silicon alloys and silicon compounds include, for example, SiB 4 , SiB 6 , Mg 2 Si, Ni 2 Si, TiSi 2 , MoSi 2 , CoSi 2 , NiSi 2 , CaSi 2 , CrSi 2 , Cu 5 Si, FeSi 2 , MnSi 2 , NbSi 2 , TaSi 2 , VSi 2 , WSi 2 , ZnSi 2 , SiC, Si 3 N 4 , Si 2 N 2 O, SiO v (0 <v ≦ 2), LiSiO and the like. However, the range of v may be, for example, 0.2 <v <1.4.
スズの合金は、例えば、スズ以外の構成元素として、ケイ素、ニッケル、銅、鉄、コバルト、マンガン、亜鉛、インジウム、銀、チタン、ゲルマニウム、ビスマス、アンチモンおよびクロムなどを含んでいる。スズの化合物は、例えば、スズ以外の構成元素として、炭素および酸素などを含んでいる。なお、スズの化合物は、例えば、スズ以外の構成元素として、スズの合金に関して説明した一連の構成元素のうちのいずれか1種類または2種類以上を含んでいてもよい。 An alloy of tin contains, for example, silicon, nickel, copper, iron, cobalt, manganese, zinc, indium, silver, titanium, germanium, bismuth, antimony, chromium, and the like as constituent elements other than tin. The tin compound contains, for example, carbon and oxygen as constituent elements other than tin. The tin compound may include, for example, one or more of the series of constituent elements described for the tin alloy as a constituent element other than tin.
スズの合金およびスズの化合物は、例えば、SnOw (0<w≦2)、SnSiO3 、LiSnOおよびMg2 Snなどである。 Tin alloys and tin compounds are, for example, SnO w (0 <w ≦ 2), SnSiO 3 , LiSnO, and Mg 2 Sn.
中でも、負極材料は、以下で説明する理由により、炭素材料および金属系材料の双方を含んでいることが好ましい。 In particular, the negative electrode material preferably contains both a carbon material and a metal-based material for the reasons described below.
金属系材料、特に、ケイ素などを構成元素として含む材料は、理論容量が高いという利点を有する反面、充放電時において激しく膨張および収縮しやすいという懸念点を有する。一方、炭素材料は、理論容量が低いという懸念点を有する反面、充放電時において膨張および収縮しにくいという利点を有する。よって、炭素材料と金属系材料とを併用することにより、高い理論容量(すなわち電池容量)が得られながら、充放電時において負極活物質層22Bの膨張および収縮が抑制される。
Metal-based materials, particularly materials containing silicon or the like as a constituent element, have the advantage of high theoretical capacity, but have a concern that they readily expand and contract violently during charge and discharge. On the other hand, the carbon material has a concern that the theoretical capacity is low, but has an advantage that it does not easily expand and contract during charge and discharge. Therefore, by using a carbon material and a metal-based material in combination, expansion and contraction of the negative electrode
負極結着剤に関する詳細は、例えば、上記した正極結着剤に関する詳細と同様である。負極導電剤に関する詳細は、例えば、上記した負極導電剤に関する詳細と同様である。 The details regarding the negative electrode binder are, for example, the same as the details regarding the positive electrode binder described above. The details regarding the negative electrode conductive agent are, for example, the same as the details regarding the negative electrode conductive agent described above.
負極活物質層22Bの形成方法は、特に限定されないが、例えば、塗布法、気相法、液相法、溶射法および焼成法(焼結法)などである。塗布法は、例えば、粒子(粉末)状の負極活物質と負極結着剤などとの混合物が有機溶剤などにより溶解または分散された溶液を負極集電体22Aに塗布する方法である。気相法は、例えば、物理堆積法および化学堆積法などであり、より具体的には、真空蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法、レーザーアブレーション法、熱化学気相成長、化学気相成長法(CVD)およびプラズマ化学気相成長法などである。液相法は、例えば、電解鍍金法および無電解鍍金法などである。溶射法は、溶融状態または半溶融状態の負極活物質を負極集電体22Aに噴き付ける方法である。焼成法は、例えば、塗布法を用いて負極集電体22Aに溶液を塗布した後、その溶液(塗膜)を負極結着剤などの融点よりも高い温度で熱処理する方法であり、より具体的には、雰囲気焼成法、反応焼成法およびホットプレス焼成法などである。
The method for forming the negative electrode
[電解液]
電解液は、上記したように、巻回電極体20に含浸されている。このため、電解液は、例えば、セパレータ23に含浸されていると共に、正極21および負極22のそれぞれに含浸されている。なお、電解液の構成に関しては、後述する。
[Electrolyte]
The electrolyte is impregnated in the
[セパレータ]
セパレータ23は、例えば、図2に示したように、正極21と負極22との間に介在しており、両極の接触に起因する短絡を防止しながらリチウムイオンを通過させる。
[Separator]
For example, as shown in FIG. 2, the
このセパレータ23は、例えば、合成樹脂およびセラミックなどの多孔質膜を含んでおり、2種類以上の多孔質膜が互いに積層された積層膜でもよい。合成樹脂は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレンおよびポリエチレンなどである。
The
特に、セパレータ23は、例えば、上記した多孔質膜(基材層)と、その基材層の片面または両面に設けられた高分子化合物層とを含んでいてもよい。正極21および負極22のそれぞれに対するセパレータ23の密着性が向上するため、巻回電極体20が歪みにくくなるからである。これにより、電解液の分解反応が抑制されると共に、基材層に含浸された電解液の漏液も抑制される。よって、充放電を繰り返しても、二次電池の抵抗が上昇しにくくなると共に、その二次電池が膨れにくくなる。
In particular, the
高分子化合物層は、例えば、ポリフッ化ビニリデンなどの高分子化合物を含んでいる。物理的強度に優れていると共に、電気化学的に安定であるからである。なお、高分子化合物層は、例えば、無機粒子などの絶縁性粒子を含んでいてもよい。安全性が向上するからである。無機粒子の種類は、特に限定されないが、例えば、酸化アルミニウムおよび窒化アルミニウムなどである。 The polymer compound layer contains, for example, a polymer compound such as polyvinylidene fluoride. This is because they have excellent physical strength and are electrochemically stable. The polymer compound layer may include, for example, insulating particles such as inorganic particles. This is because safety is improved. The type of the inorganic particles is not particularly limited, and examples thereof include aluminum oxide and aluminum nitride.
<1−2.電解液の構成>
電解液は、溶媒および電解質塩を含んでいる。
<1-2. Composition of Electrolyte>
The electrolyte contains a solvent and an electrolyte salt.
[溶媒]
溶媒は、環状炭酸エステルおよび鎖状カルボン酸エステルを含んでいる。溶媒として環状炭酸エステルおよび鎖状カルボン酸エステルを含む電解液は、いわゆる非水電解液である。ただし、環状炭酸エステルの種類は、1種類だけでもよいし、2種類以上でもよい。同様に、鎖状カルボン酸エステルの種類は、1種類だけでもよいし、2種類以上でもよい。
[solvent]
The solvent contains a cyclic carbonate and a chain carboxylate. The electrolyte containing a cyclic carbonate and a chain carboxylate as a solvent is a so-called non-aqueous electrolyte. However, the type of cyclic carbonate may be only one type, or two or more types. Similarly, the type of chain carboxylic acid ester may be only one type, or may be two or more types.
溶媒が環状炭酸エステルおよび鎖状カルボン酸エステルを含んでいるのは、後述するように、電解液の製造工程において、溶媒(環状炭酸エステルおよび鎖状カルボン酸エステル)と共に電解質塩(後述するリチウム塩)を含む溶液に対して所定の処理(高温保存処理または酸素吹込処理)が施されることにより、その電解液の物性(吸光度I1,I2および比I2/I1)が適正化されるからである。これにより、反応性の正極21および反応性の負極22のそれぞれの表面において電解液が分解されにくくなる。
The reason why the solvent contains the cyclic carbonate and the chain carboxylate is that, as described later, in the process of producing the electrolytic solution, the solvent (the cyclic carbonate and the chain carboxylate) and the electrolyte salt (the lithium salt described later) are used. ) Is subjected to a predetermined treatment (high-temperature storage treatment or oxygen blowing treatment), whereby the physical properties (absorbance I1, I2 and ratio I2 / I1) of the electrolytic solution are optimized. . This makes it difficult for the electrolyte to be decomposed on the respective surfaces of the reactive
(環状炭酸エステル)
環状炭酸エステルは、炭酸結合(−O−C(=O)−O−)を有する環状のエステル化合物である。環状炭酸エステルの種類は、特に限定されないが、例えば、炭酸エチレン、炭酸プロピレンおよび炭酸ブチレンなどである。
(Cyclic carbonate)
The cyclic carbonate is a cyclic ester compound having a carbonate bond (—O—C (= O) —O—). The type of the cyclic carbonate is not particularly limited, and examples thereof include ethylene carbonate, propylene carbonate, and butylene carbonate.
中でも、炭酸エチレンおよび炭酸プロピレンが好ましい。上記した溶液の処理により、電解液の物性が適正化されやすくなるからである。これにより、正極21および負極22のそれぞれの表面において電解液の反応性が抑制されるため、その電解液が分解されにくくなる。
Among them, ethylene carbonate and propylene carbonate are preferred. This is because the physical properties of the electrolytic solution are easily optimized by the above-described solution treatment. Thereby, the reactivity of the electrolytic solution on each surface of the
(鎖状カルボン酸エステル)
鎖状カルボン酸エステルは、カルボン酸結合(−C(=O)−O−)を有する鎖状のエステル化合物である。鎖状カルボン酸エステルの種類は、特に限定されないが、例えば、酢酸エステル、プロピオン酸エステルおよび酪酸エステルなどである。酢酸エステルは、例えば、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピルおよび酢酸ブチルなどである。プロピオン酸エステルは、例えば、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピルおよびプロピオン酸ブチルなどである。酪酸エステルは、例えば、酪酸メチル、イソ酪酸メチル、トリメチル酢酸メチルおよびトリメチル酢酸エチルなどである。
(Chain carboxylic acid ester)
The chain carboxylic acid ester is a chain ester compound having a carboxylic acid bond (—C (= O) —O—). The type of the chain carboxylic acid ester is not particularly limited, but includes, for example, acetate, propionate and butyrate. The acetic ester is, for example, methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate and butyl acetate. Examples of the propionate include methyl propionate, ethyl propionate, propyl propionate and butyl propionate. The butyrate is, for example, methyl butyrate, methyl isobutyrate, methyl trimethylacetate, and ethyl trimethylacetate.
中でも、酢酸エステルおよびプロピオン酸エステルが好ましい。この場合には、酢酸エステルの中でも、酢酸エチル、酢酸プロピルおよび酢酸ブチルが好ましいと共に、プロピオン酸エステルの中でも、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピルおよびプロピオン酸ブチルが好ましい。上記した溶液の処理により、電解液の物性が適正化されやすくなるからである。これにより、正極21および負極22のそれぞれの表面において電解液の反応性が抑制されるため、その電解液が分解されにくくなる。
Among them, acetate and propionate are preferred. In this case, among the acetate esters, ethyl acetate, propyl acetate and butyl acetate are preferred, and among the propionate esters, ethyl propionate, propyl propionate and butyl propionate are preferred. This is because the physical properties of the electrolytic solution are easily optimized by the above-described solution treatment. Thereby, the reactivity of the electrolytic solution on each surface of the
(混合比)
環状炭酸エステルと鎖状カルボン酸エステルとの混合比(重量比)は、特に限定されない。中でも、環状炭酸エステルの重量と鎖状カルボン酸エステルの重量との合計に対する鎖状カルボン酸エステルの重量の割合は、20重量%〜75重量%であることが好ましい。溶媒中における鎖状カルボン酸エステルの含有量が適正化されるため、良好な相溶性が得られると共に、上記した電解液の反応(分解)抑制効果が向上するからである。
(mixing ratio)
The mixing ratio (weight ratio) of the cyclic carbonate and the chain carboxylate is not particularly limited. Among them, the ratio of the weight of the chain carboxylic acid ester to the total of the weight of the cyclic carbonate and the weight of the chain carboxylic acid ester is preferably 20% by weight to 75% by weight. This is because the content of the chain carboxylic acid ester in the solvent is optimized, so that good compatibility is obtained and the effect of suppressing the reaction (decomposition) of the electrolytic solution is improved.
(他の溶媒)
なお、溶媒は、環状炭酸エステルおよび鎖状カルボン酸エステルと共に、他の溶媒のうちのいずれか1種類または2種類以上を含んでいてもよい。他の溶媒は、例えば、非水溶媒(有機溶剤)などのうちのいずれか1種類または2種類以上である。ただし、環状炭酸エステルおよび鎖状カルボン酸エステルは、ここで説明する非水溶媒から除かれる。
(Other solvents)
The solvent may include one or more of the other solvents together with the cyclic carbonate and the chain carboxylate. The other solvent is, for example, one or more of non-aqueous solvents (organic solvents) and the like. However, the cyclic carbonate and the chain carboxylate are excluded from the non-aqueous solvent described here.
非水溶媒は、例えば、鎖状炭酸エステル、ラクトンおよびニトリル(モノニトリル)化合物などである。優れた電池容量、サイクル特性および保存特性などが得られるからである。鎖状炭酸エステルは、例えば、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸エチルメチルおよび炭酸メチルプロピルなどである。ラクトンは、例えば、γ−ブチロラクトンおよびγ−バレロラクトンなどである。ニトリル化合物は、例えば、アセトニトリル、メトキシアセトニトリルおよび3−メトキシプロピオニトリルなどである。 Non-aqueous solvents include, for example, chain carbonates, lactones and nitrile (mononitrile) compounds. This is because excellent battery capacity, cycle characteristics, storage characteristics, and the like can be obtained. The chain carbonate includes, for example, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate and methyl propyl carbonate. Lactones are, for example, γ-butyrolactone and γ-valerolactone. Nitrile compounds include, for example, acetonitrile, methoxyacetonitrile and 3-methoxypropionitrile.
また、非水溶媒は、例えば、1,2−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソラン、1,4−ジオキサン、N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリジノン、N−メチルオキサゾリジノン、N,N’−ジメチルイミダゾリジノン、ニトロメタン、ニトロエタン、スルホラン、燐酸トリメチルおよびジメチルスルホキシドなどでもよい。同様の利点が得られるからである。 Non-aqueous solvents include, for example, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, tetrahydropyran, 1,3-dioxolan, 4-methyl-1,3-dioxolan, 1,4-dioxane, N, N-dimethylformamide, N-methylpyrrolidinone, N-methyloxazolidinone, N, N'-dimethylimidazolidinone, nitromethane, nitroethane, sulfolane, trimethyl phosphate and dimethyl sulfoxide may be used. This is because a similar advantage can be obtained.
特に、非水溶媒は、不飽和環状炭酸エステル、ハロゲン化炭酸エステル、スルホン酸エステル、酸無水物、多価ニトリル化合物、ジイソシアネート化合物およびリン酸エステルのうちのいずれか1種類または2種類以上を含んでいることが好ましい。電解液の化学的安定性が向上するからである。 In particular, the non-aqueous solvent contains any one or more of unsaturated cyclic carbonate, halogenated carbonate, sulfonic acid ester, acid anhydride, polyvalent nitrile compound, diisocyanate compound and phosphate ester. Preferably. This is because the chemical stability of the electrolytic solution is improved.
不飽和環状炭酸エステルは、1個または2個以上の炭素間不飽和結合(炭素間二重結合)を有する環状の炭酸エステルである。この不飽和環状炭酸エステルは、例えば、炭酸ビニレン(1,3−ジオキソール−2−オン)、炭酸ビニルエチレン(4−ビニル−1,3−ジオキソラン−2−オン)および炭酸メチレンエチレン(4−メチレン−1,3−ジオキソラン−2−オン)などである。 The unsaturated cyclic carbonate is a cyclic carbonate having one or more carbon-carbon unsaturated bonds (carbon double bonds). The unsaturated cyclic carbonate includes, for example, vinylene carbonate (1,3-dioxol-2-one), vinyl ethylene carbonate (4-vinyl-1,3-dioxolan-2-one) and methylene ethylene carbonate (4-methylene). -1,3-dioxolan-2-one) and the like.
ハロゲン化炭酸エステルは、1個または2個以上のハロゲンを構成元素として含む炭酸エステルである。このハロゲン化炭酸エステルは、例えば、環状でもよいし、鎖状でもよい。ハロゲンの種類は、特に限定されないが、例えば、フッ素、塩素、臭素およびヨウ素のうちのいずれか1種類または2種類以上である。環状のハロゲン化炭酸エステルは、例えば、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンおよび4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンなどである。鎖状のハロゲン化炭酸エステルは、例えば、炭酸フルオロメチルメチル、炭酸ビス(フルオロメチル)および炭酸ジフルオロメチルメチルなどである。 The halogenated carbonate is a carbonate containing one or more halogens as a constituent element. The halogenated carbonate may be, for example, cyclic or chain. The type of halogen is not particularly limited, but is, for example, one or more of fluorine, chlorine, bromine, and iodine. Cyclic halogenated carbonates include, for example, 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one and 4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one. Examples of the chain halogenated carbonate include fluoromethylmethyl carbonate, bis (fluoromethyl) carbonate, and difluoromethylmethyl carbonate.
スルホン酸エステルは、例えば、モノスルホン酸エステルおよびジスルホン酸エステルである。ただし、モノスルホン酸エステルは、環状モノスルホン酸エステルでもよいし、鎖状モノスルホン酸エステルでもよい。また、ジスルホン酸エステルは、環状ジスルホン酸エステルでもよいし、鎖状ジスルホン酸エステルでもよい。環状モノスルホン酸エステルは、例えば、1,3−プロパンスルトンおよび1,3−プロペンスルトンなどである。 The sulfonic acid esters are, for example, monosulfonic acid esters and disulfonic acid esters. However, the monosulfonic acid ester may be a cyclic monosulfonic acid ester or a chain monosulfonic acid ester. Further, the disulfonic acid ester may be a cyclic disulfonic acid ester or a chain disulfonic acid ester. Examples of the cyclic monosulfonic acid ester include 1,3-propane sultone and 1,3-propene sultone.
酸無水物は、例えば、カルボン酸無水物、ジスルホン酸無水物およびカルボン酸スルホン酸無水物などである。カルボン酸無水物は、例えば、無水コハク酸、無水グルタル酸および無水マレイン酸などである。ジスルホン酸無水物は、例えば、無水エタンジスルホン酸および無水プロパンジスルホン酸などである。カルボン酸スルホン酸無水物は、例えば、無水スルホ安息香酸、無水スルホプロピオン酸および無水スルホ酪酸などである。 Acid anhydrides include, for example, carboxylic anhydride, disulfonic anhydride, and carboxylic sulfonic anhydride. Examples of the carboxylic anhydride include succinic anhydride, glutaric anhydride, and maleic anhydride. Examples of the disulfonic anhydride include ethanedisulfonic anhydride and propanedisulfonic anhydride. Examples of the carboxylic acid sulfonic anhydride include sulfobenzoic anhydride, sulfopropionic anhydride, and sulfobutyric anhydride.
多価ニトリル化合物は、2個以上のニトリル基(−CN)を有する化合物である。この多価ニトリル化合物は、えば、スクシノニトリル(NC−C2 H4 −CN)、グルタロニトリル(NC−C3 H6 −CN)、アジポニトリル(NC−C4 H8 −CN)、セバコニトリル(NC−C8 H10−CN)およびフタロニトリル(NC−C6 H4 −CN)などである。 A polyvalent nitrile compound is a compound having two or more nitrile groups (-CN). The multivalent nitrile compound, example, succinonitrile (NC-C 2 H 4 -CN ), glutaronitrile (NC-C 3 H 6 -CN ), adiponitrile (NC-C 4 H 8 -CN ), sebaconitrile (NC-C 8 H 10 -CN ) and phthalonitrile (NC-C 6 H 4 -CN ) and the like.
ジイソシアネート化合物は、2個のイソシアネート基(−NCO)を有する化合物である。このジイソシアネート化合物は、例えば、OCN−C6 H12−NCOなどである。 The diisocyanate compound is a compound having two isocyanate groups (-NCO). The diisocyanate compound includes, for example, OCN-C 6 H 12 -NCO.
リン酸エステルは、例えば、リン酸トリメチル、リン酸トリエチルおよびリン酸トリアリルなどである。 The phosphate ester is, for example, trimethyl phosphate, triethyl phosphate, triallyl phosphate and the like.
[電解質塩]
電解質塩は、リチウム塩を含んでいる。ただし、リチウム塩の種類は、1種類だけでもよいし、2種類以上でもよい。
[Electrolyte salt]
The electrolyte salt contains a lithium salt. However, the type of lithium salt may be only one type or two or more types.
電解質塩がリチウム塩を含んでいるのは、上記したように、電解液の製造工程において溶媒(環状炭酸エステルおよび鎖状カルボン酸エステル)と共に電解質塩(リチウム塩)を含む溶液に対して所定の処理が施されることにより、その電解液の物性が適正化されるため、電解液が分解されにくくなるからである。 The reason why the electrolyte salt contains the lithium salt is that, as described above, a predetermined amount of the electrolyte salt (lithium salt) is added to the solution containing the electrolyte salt (lithium salt) together with the solvent (cyclic carbonate and chain carboxylate) in the process of producing the electrolyte. This is because the physical properties of the electrolytic solution are optimized by performing the treatment, and the electrolytic solution is less likely to be decomposed.
(リチウム塩)
リチウム塩の種類は、特に限定されないが、例えば、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6 )、四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4 )、ビス(フルオロスルホニル)イミドリチウム(LiN(SO2 F)2 )、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウム(LiN(CF3 SO2 )2 )、ジフルオロリン酸リチウム(LiPF2 O2 )およびフルオロリン酸リチウム(Li2 PFO3 )などである。
(Lithium salt)
Although the kind of the lithium salt is not particularly limited, for example, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium bis (fluorosulfonyl) imide (LiN (SO 2 F) 2 ), Lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (LiN (CF 3 SO 2 ) 2 ), lithium difluorophosphate (LiPF 2 O 2 ), lithium fluorophosphate (Li 2 PFO 3 ), and the like.
中でも、六フッ化リン酸リチウムが好ましい。上記した溶液の処理により、電解液の物性が適正化されやすくなるからである。これにより、正極21および負極22のそれぞれの表面において電解液の反応性が抑制されるため、その電解液が分解されにくくなる。
Among them, lithium hexafluorophosphate is preferable. This is because the physical properties of the electrolytic solution are easily optimized by the above-described solution treatment. Thereby, the reactivity of the electrolytic solution on each surface of the
(他の電解質塩)
なお、電解質塩は、リチウム塩と共に、他の電解質塩のうちのいずれか1種類または2種類以上を含んでいてもよい。ただし、リチウム塩は、ここで説明する他の電解質塩から除かれる。他の電解質塩は、例えば、リチウム塩以外の塩であり、より具体的には、リチウム以外の軽金属の塩などである。
(Other electrolyte salts)
The electrolyte salt may include one or more of the other electrolyte salts together with the lithium salt. However, the lithium salt is excluded from the other electrolyte salts described here. Other electrolyte salts are, for example, salts other than lithium salts, and more specifically, salts of light metals other than lithium.
(含有量)
電解質塩の含有量は、特に限定されないが、例えば、溶媒に対して0.3mol/kg〜3.0mol/kgである。
(Content)
The content of the electrolyte salt is not particularly limited, but is, for example, 0.3 mol / kg to 3.0 mol / kg with respect to the solvent.
<1−3.電解液の物性>
電解液は、上記したように、溶媒として環状炭酸エステルおよび鎖状カルボン酸エステルを含んでいると共に、電解質塩としてリチウム塩を含んでいる。この場合において、電解液の物性は、以下で説明するように適正化されている。具体的には、電解液の物性に関して、以下で説明する3つの条件が満たされている。
<1-3. Properties of Electrolyte>
As described above, the electrolytic solution contains a cyclic carbonate and a chain carboxylate as a solvent, and also contains a lithium salt as an electrolyte salt. In this case, the physical properties of the electrolyte are optimized as described below. Specifically, three conditions described below are satisfied with respect to the physical properties of the electrolytic solution.
第1に、分光光度計を用いて電解液を分析した際、波長=290nmにおける電解液の吸光度I1は、0.200以上である。第2に、分光光度計を用いて電解液を分析した際、波長=390nmにおける電解液の吸光度I2は、0.030以上である。第3に、上記した吸光度I1に対する吸光度I2の比I2/I1は、0.05以上である。 First, when the electrolytic solution is analyzed using a spectrophotometer, the absorbance I1 of the electrolytic solution at a wavelength of 290 nm is 0.200 or more. Second, when the electrolytic solution is analyzed using a spectrophotometer, the absorbance I2 of the electrolytic solution at a wavelength of 390 nm is 0.030 or more. Third, the ratio I2 / I1 of the absorbance I2 to the absorbance I1 is 0.05 or more.
ここで説明する吸光度(吸光度I1,I2)は、JIS K 0115に準拠することにより測定された値であり、より具体的には、光路長が1.0cmである吸収セルを用いて測定された値である。吸光度I1の値は、上記したように、小数点第3位までの値とする。このことは、吸光度I2の値に関しても同様である。比I2/I1の値は、小数点第3位の値を四捨五入した値とする。 The absorbances described here (absorbances I1 and I2) are values measured according to JIS K 0115, and more specifically, measured using an absorption cell having an optical path length of 1.0 cm. Value. As described above, the value of the absorbance I1 is a value to the third decimal place. The same applies to the value of the absorbance I2. The value of the ratio I2 / I1 is a value obtained by rounding off the value at the third decimal place.
電解液の物性に関して上記した3つの条件が満たされているのは、以下で説明する理由により、反応性の正極21および反応性の負極22のそれぞれの表面において電解液が分解されにくくなるからである。
The above three conditions are satisfied with respect to the physical properties of the electrolytic solution because the electrolytic solution is less likely to be decomposed on the respective surfaces of the reactive
上記した3つの条件を規定するに際して、特定の2種類の波長(290nmおよび390nm)が基準とされているのは、上記した2種類の波長のそれぞれにおける電解液の光吸収率(吸光度I1,I2)を調べることにより、電解液の物性が適正化されているか否かを判定することができるからである。 In defining the above three conditions, the two specific wavelengths (290 nm and 390 nm) are used as a reference because the optical absorptivity (absorbance I1, I2) of the electrolytic solution at each of the two wavelengths described above. By examining (2), it is possible to determine whether or not the physical properties of the electrolytic solution are optimized.
詳細には、分光光度計を用いて測定される電解液の吸光度は、その電解液中において形成される反応物の形成量に応じて変化し、その反応物は、環状炭酸エステルおよび鎖状カルボン酸エステルのうちの一方または双方の反応に起因して形成される。この場合において、波長=290nmにおける電解液の吸光度I1は、鎖状カルボン酸エステルの反応に起因して形成される反応物の増加に応じて増加し、特に、環状炭酸エステルの存在下において反応物の増加が加速される。一方、波長=390nmにおける電解液の吸光度I2は、上記した所定の処理により鎖状カルボン酸エステルとリチウム塩との反応に起因して形成される反応物の増加に応じて増加する。すなわち、鎖状カルボン酸エステルとリチウム塩との反応に起因して形成される反応物は、波長=390nmの光に対して高い吸収性を有する物質であると考えられる。 Specifically, the absorbance of the electrolytic solution measured using a spectrophotometer changes according to the amount of a reactant formed in the electrolytic solution. It is formed due to the reaction of one or both of the acid esters. In this case, the absorbance I1 of the electrolytic solution at a wavelength of 290 nm increases with an increase in the number of reactants formed due to the reaction of the chain carboxylic acid ester. Increase is accelerated. On the other hand, the absorbance I2 of the electrolytic solution at a wavelength of 390 nm increases as the number of reactants formed due to the reaction between the chain carboxylic acid ester and the lithium salt by the above-described predetermined treatment increases. That is, it is considered that the reactant formed by the reaction between the chain carboxylic acid ester and the lithium salt is a substance having a high absorbency for light having a wavelength of 390 nm.
本発明の発明者は、上記した反応物の形成量に応じて決定される吸光度I1,I2の比(比I2/I1)が特定の条件を満たす際に、電解液の分解反応が効果的に抑制されるため、二次電池において優れた電池特性が得られることを見出した。よって、吸光度I1,I2および比I2/I1に基づいて、電解液中において反応物が形成されているか否かを判定することができると共に、その電解液中に適正量の反応物が含まれているか否かを判定することができる。すなわち、上記した3つの条件が満たされている場合には、電解液中において適正な比率となるように反応物が形成されていると判定することができると共に、上記した3つの条件が満たされていない場合には、電解液中において適正な比率となるように反応物が形成されていないと判定することができる。 The inventor of the present invention has found that when the ratio of the absorbances I1 and I2 (ratio I2 / I1) determined according to the amount of the reaction product described above satisfies a specific condition, the decomposition reaction of the electrolytic solution is effectively performed. It has been found that, because it is suppressed, excellent battery characteristics can be obtained in the secondary battery. Therefore, whether or not a reactant is formed in the electrolytic solution can be determined based on the absorbances I1, I2 and the ratio I2 / I1, and an appropriate amount of the reactant is contained in the electrolytic solution. Can be determined. That is, when the above three conditions are satisfied, it can be determined that the reactant is formed so as to have an appropriate ratio in the electrolytic solution, and the above three conditions are satisfied. If not, it can be determined that the reactant is not formed so as to have an appropriate ratio in the electrolytic solution.
なお、吸光度I1,I2は、例えば、株式会社島津製作所製の紫外可視フォトダイオードアレー分光光度計 MultiSpec−1500(光源:W,D2)を用いて測定される。この場合には、例えば、測定方法=透過、掃引速度=2nm/秒、測定セル=1cm石英セルとする。石英セルとしては、例えば、スターナ社製の角型セル TypeQ/1(光路長=10mm,内径=10mm)を用いることができる。 The absorbances I1 and I2 are measured using, for example, an ultraviolet-visible photodiode array spectrophotometer MultiSpec-1500 (light source: W, D2) manufactured by Shimadzu Corporation. In this case, for example, the measurement method = transmission, the sweep speed = 2 nm / sec, and the measurement cell = 1 cm quartz cell. As the quartz cell, for example, a square cell TypeQ / 1 (optical path length = 10 mm, inner diameter = 10 mm) manufactured by Starner Co., Ltd. can be used.
メカニズムは定かでないが、環状炭酸エステル、鎖状カルボン酸エステルおよびリチウム塩と共に上記した反応物を含んでいる電解液を備えた二次電池が充放電されると、その電解液中において正極21および負極22と反応物とが反応することにより、正極21および負極22のそれぞれの表面を被覆するように被膜が形成されると想定される。この被膜は、正極21および負極22のそれぞれの表面を緻密に被覆していると共に、優れた物理的強度および優れた化学的安定性を有している。これにより、反応性を有する正極21の表面が被膜により保護されると共に、反応性を有する負極22の表面も被膜により保護されるため、正極21および負極22のそれぞれの表面において電解液が分解されにくくなると考えられる。
Although the mechanism is not clear, when the secondary battery including the electrolyte containing the above-described reactant together with the cyclic carbonate, the chain carboxylate and the lithium salt is charged and discharged, the
特に、二次電池の初回の充放電時には、正極21および負極22のそれぞれの表面に、いわゆるSEI(Solid electrolyte interface)膜が形成されることが知られている。この場合には、電解液中に反応物が含まれていると、その反応物を含むSEI膜が形成されるため、そのSEI膜の物理的強度および化学的安定性が飛躍的に向上すると考えられる。
In particular, it is known that a so-called SEI (Solid Electrolyte Interface) film is formed on each surface of the
後述するように、溶媒(環状炭酸エステルおよび鎖状カルボン酸エステル)および電解質塩(リチウム塩)を含む溶液を調製した後、その溶液に所定の処理(高温保存処理または酸素吹込処理)を施すことにより、上記した適正な物性を有する電解液を製造することができる。この場合には、主に、鎖状カルボン酸エステルとリチウム塩とが共存している状態において溶液が処理されることにより、鎖状カルボン酸エステルとリチウム塩とが互いに反応するため、鎖状カルボン酸エステルとリチウム塩との反応物が形成されると考えられる。鎖状カルボン酸エステルおよびリチウム塩以外の他の成分に関しては、例えば、鎖状カルボン酸エステルおよびリチウム塩を含む溶液に予め他の成分を加えた後、その溶液を処理してもよいし、鎖状カルボン酸エステルおよびリチウム塩を含む溶液を処理した後、その溶液に他の成分を含有させてもよい。ここで説明する他の成分は、例えば、上記した不飽和環状炭酸エステル、ハロゲン化炭酸エステル、スルホン酸エステル、酸無水物、多価ニトリル化合物、ジイソシアネート化合物およびリン酸エステルなどである。 As described below, after preparing a solution containing a solvent (cyclic carbonate and chain carboxylate) and an electrolyte salt (lithium salt), subject the solution to a predetermined treatment (high-temperature storage treatment or oxygen blowing treatment). Thereby, an electrolytic solution having the above-mentioned proper physical properties can be manufactured. In this case, the solution is treated in a state where the chain carboxylic acid ester and the lithium salt coexist, and the chain carboxylic acid ester and the lithium salt react with each other. It is believed that a reaction product of the acid ester and the lithium salt is formed. With respect to the components other than the chain carboxylate and the lithium salt, for example, after adding other components to a solution containing the chain carboxylate and the lithium salt in advance, the solution may be treated, After treating the solution containing the carboxylic acid ester and the lithium salt, the solution may contain other components. Other components described here are, for example, the above-mentioned unsaturated cyclic carbonates, halogenated carbonates, sulfonic esters, acid anhydrides, polyvalent nitrile compounds, diisocyanate compounds, phosphate esters, and the like.
上記した所定の処理(高温保存処理または酸素吹込処理)により反応物が形成される現象は、鎖状カルボン酸エステルがリチウム塩と共存している場合にだけ発生する特有の現象であるため、それ以外の他の条件下では発生しない現象である。他の条件とは、例えば、鎖状カルボン酸エステル以外の化合物がリチウム塩と共存している場合などであり、その鎖状カルボン酸エステル以外の化合物は、例えば、鎖状炭酸エステルおよびラクトンなどである。 The phenomenon in which a reactant is formed by the above-described predetermined treatment (high-temperature storage treatment or oxygen blowing treatment) is a peculiar phenomenon that occurs only when the chain carboxylic acid ester coexists with the lithium salt. This phenomenon does not occur under other conditions other than the above. The other conditions include, for example, when a compound other than a chain carboxylate coexists with a lithium salt, and the compound other than the chain carboxylate is, for example, a chain carbonate and a lactone. is there.
<1−4.二次電池の動作>
この二次電池は、例えば、以下のように動作する。充電時には、正極21からリチウムイオンが放出されると共に、そのリチウムイオンが電解液を介して負極22に吸蔵される。一方、放電時には、負極22からリチウムイオンが放出されると共に、そのリチウムイオンが電解液を介して正極21に吸蔵される。
<1-4. Operation of Secondary Battery>
This secondary battery operates, for example, as follows. During charging, lithium ions are released from the
<1−5.二次電池(電解液)の製造方法>
この二次電池は、例えば、以下で説明する2種類の手順により製造される。なお、電解液の製造方法は、ここで説明する二次電池の製造工程の一部(一工程)であるため、その電解液の製造方法に関しては、以下で併せて説明する。
<1-5. Manufacturing Method of Secondary Battery (Electrolyte)>
This secondary battery is manufactured by, for example, two types of procedures described below. In addition, since the manufacturing method of the electrolytic solution is a part (one step) of the manufacturing process of the secondary battery described here, the manufacturing method of the electrolytic solution is also described below.
<1−5−1.第1製造方法>
第1製造方法では、二次電池の製造工程において、電解液を製造するために高温保存法を用いる。
<1-5-1. First manufacturing method>
In the first manufacturing method, a high-temperature storage method is used to manufacture an electrolytic solution in a manufacturing process of a secondary battery.
[正極の作製]
最初に、正極活物質と、必要に応じて正極結着剤および正極導電剤などとを混合することにより、正極合剤とする。続いて、有機溶剤などに正極合剤を分散させることにより、ペースト状の正極合剤スラリーとする。最後に、正極集電体21Aの両面に正極合剤スラリーを塗布した後、その正極合剤スラリーを乾燥させる。これにより、正極活物質層21Bが形成されるため、正極21が作製される。この後、ロールプレス機などを用いて正極活物質層21Bを圧縮成型してもよい。この場合には、正極活物質層21Bを加熱してもよいし、圧縮成型を複数回繰り返してもよい。
[Production of positive electrode]
First, a positive electrode mixture is prepared by mixing a positive electrode active material and, if necessary, a positive electrode binder and a positive electrode conductive agent. Then, the positive electrode mixture is dispersed in an organic solvent or the like to obtain a paste-like positive electrode mixture slurry. Finally, after applying the positive electrode mixture slurry to both surfaces of the positive electrode
[負極の作製]
上記した正極21の作製手順と同様の手順により、負極集電体22Aの両面に負極活物質層22Bを形成する。具体的には、負極活物質と、必要に応じて負正極結着剤および負極導電剤などとを混合することにより、負極合剤とした後、有機溶剤などに負極合剤を分散させることにより、ペースト状の負極合剤スラリーとする。続いて、負極集電体22Aの両面に負極合剤スラリーを塗布した後、その負極合剤スラリーを乾燥させる。これにより、負極活物質層22Bが形成されるため、負極22が作製される。この後、負極活物質層22Bを圧縮成型してもよい。
[Preparation of negative electrode]
A negative electrode
[電解液の製造]
最初に、環状炭酸エステルおよび鎖状カルボン酸エステルを含む溶媒を準備する。続いて、リチウム塩を含む電解質塩を溶媒に加えた後、その溶媒を撹拌する。これにより、溶媒中において電解質塩が溶解されるため、電解液を製造するための溶液(準備溶液)が調製される。
[Manufacture of electrolyte solution]
First, a solvent containing a cyclic carbonate and a chain carboxylate is prepared. Subsequently, an electrolyte salt containing a lithium salt is added to the solvent, and the solvent is stirred. As a result, the electrolyte salt is dissolved in the solvent, so that a solution (preparation solution) for producing the electrolytic solution is prepared.
最後に、高温環境中において準備溶液を保存する。これにより、準備溶液が加熱されるため、その準備溶液中では、鎖状カルボン酸エステルとリチウム塩との反応物が形成される。この場合には、特に、高温環境中において反応物の形成反応が進行するため、その形成反応が加速化される。よって、鎖状カルボン酸エステルおよびリチウム塩に由来する反応物を含む電解液が製造されるため、物性に関して上記した3つの条件が満たされた電解液が得られる。この場合には、反応物の形成に伴って、電解液の色が変化する場合がある。一例を挙げると、電解液の色が無色から黄色に変化する場合がある。 Finally, the preparation solution is stored in a high temperature environment. Thereby, the preparation solution is heated, so that a reaction product of the chain carboxylic acid ester and the lithium salt is formed in the preparation solution. In this case, the formation reaction of the reactant proceeds particularly in a high temperature environment, so that the formation reaction is accelerated. Therefore, an electrolyte containing a reactant derived from the chain carboxylate and the lithium salt is produced, and an electrolyte satisfying the above three conditions regarding physical properties is obtained. In this case, the color of the electrolyte may change with the formation of the reactant. As an example, the color of the electrolyte may change from colorless to yellow.
準備溶液の保存条件(保存温度および保存時間)は、上記した反応物が形成可能になる条件である。具体的には、保存温度は、40℃以上であり、好ましくは40℃〜70℃である。保存温度が40℃よりも低いと、反応物の形成反応がほとんど進行しないと共に、保存温度が70℃よりも高いと、環状炭酸エステルおよび鎖状カルボン酸エステルのそれぞれが揮発しやすくなるからである。保存時間は、24時間以上であり、好ましくは24時間〜500時間、より好ましくは24時間〜240時間、さらに好ましくは24時間〜96時間である。保存時間が24時間よりも短いと、反応物の形成反応がほとんど進行しないと共に、保存時間が500時間よりも長いと、過剰な処理時間に起因して反応物が失活しやすくなるため、その反応物を利用した電解液の反応抑制効果が低減するからである。 The storage conditions (storage temperature and storage time) of the preparation solution are conditions under which the above-mentioned reactants can be formed. Specifically, the storage temperature is 40 ° C. or higher, preferably 40 ° C. to 70 ° C. When the storage temperature is lower than 40 ° C., the reaction for forming a reaction product hardly proceeds, and when the storage temperature is higher than 70 ° C., each of the cyclic carbonate and the chain carboxylate tends to volatilize. . The storage time is 24 hours or more, preferably 24 hours to 500 hours, more preferably 24 hours to 240 hours, and even more preferably 24 hours to 96 hours. If the storage time is shorter than 24 hours, the reaction for forming the reactant hardly proceeds, and if the storage time is longer than 500 hours, the reactant is liable to be deactivated due to excessive processing time. This is because the effect of suppressing the reaction of the electrolytic solution using the reactant is reduced.
[二次電池の組み立て]
最初に、溶接法などを用いて正極集電体21Aに正極リード25を接続させると共に、溶接法などを用いて負極集電体22Aに負極リード26を接続させる。続いて、セパレータ23を介して正極21および負極22を互いに積層させた後、その正極21、負極22およびセパレータ23を巻回させることにより、巻回体を形成する。続いて、巻回体の巻回中心に設けられた空間20Cにセンターピン24を挿入する。
[Assembly of secondary battery]
First, the
続いて、一対の絶縁板12,13により巻回体が挟まれた状態において、その巻回体を電池缶11の内部に収納する。この場合には、溶接法などを用いて正極リード25を安全弁機構15に接続させると共に、溶接法などを用いて負極リード26を電池缶11に接続させる。続いて、電池缶11の内部に電解液を注入することにより、その電解液を巻回体に含浸させる。これにより、正極21、負極22およびセパレータ23のそれぞれに電解液が含浸されるため、巻回電極体20が形成される。
Subsequently, in a state where the wound body is sandwiched between the pair of insulating
最後に、ガスケット17を介して電池缶11の開放端部をかしめることにより、その開放端部に電池蓋14、安全弁機構15および熱感抵抗素子16を取り付ける。これにより、電池缶11の内部に巻回電極体20が封入されるため、二次電池が完成する。
Finally, by caulking the open end of the battery can 11 via the
なお、ここでは、準備溶液に高温保存処理を施すことにより、電解液を製造した後、その電解液を用いて二次電池を組み立てた。しかしながら、例えば、高温保存処理が施されていない準備溶液を用いて二次電池を組み立てた後、その二次電池(準備溶液)を高温保存処理してもよい。この場合においても、準備溶液に高温保存処理が施されることにより、物性に関して上記した3つの条件が適正化された電解液が製造されるため、その電解液を備えた二次電池が製造される。 Here, an electrolytic solution was produced by subjecting the prepared solution to a high-temperature preservation treatment, and then a secondary battery was assembled using the electrolytic solution. However, for example, after assembling a secondary battery using a preparation solution that has not been subjected to high-temperature storage processing, the secondary battery (preparation solution) may be subjected to high-temperature storage processing. Also in this case, since the preparation solution is subjected to the high-temperature preservation treatment, an electrolyte solution in which the above three conditions are optimized with respect to the physical properties is manufactured, so that a secondary battery including the electrolyte solution is manufactured. You.
<1−5−2.第2製造方法>
第2製造方法では、二次電池の製造工程において、電解液を製造するために酸素吹込法を用いる。第2製造方法に関する詳細は、例えば、電解液の製造方法が異なることを除いて、上記した第1製造方法に関する詳細と同様である。
<1-5-2. Second manufacturing method>
In the second manufacturing method, an oxygen blowing method is used to manufacture an electrolytic solution in a manufacturing process of a secondary battery. The details regarding the second manufacturing method are the same as the details regarding the above-described first manufacturing method, for example, except that the manufacturing method of the electrolytic solution is different.
第2製造方法において電解液を製造する場合には、上記した準備溶液を調製した後、酸素を含むガス(吹込用ガス)を準備溶液中に吹き込む。この吹込用ガスの吹込処理は、いわゆるバブリング処理であり、その吹込用ガスは、酸素と共に酸素以外のガス成分を含んでいてもよい。これにより、準備溶液中では、高温保存法を用いた場合と同様に、鎖状カルボン酸エステルとリチウム塩との反応物が形成される。よって、反応物を含む電解液が製造されるため、物性に関して上記した3つの条件が満たされた電解液が得られる。電解液の色の変化に関する詳細は、例えば、第1製造方法と同様である。 When producing an electrolytic solution in the second production method, a gas containing oxygen (blow-in gas) is blown into the preparation solution after preparing the above-mentioned preparation solution. The blowing process of the blowing gas is a so-called bubbling process, and the blowing gas may include a gas component other than oxygen together with oxygen. As a result, a reaction product of the chain carboxylic acid ester and the lithium salt is formed in the preparation solution, as in the case where the high-temperature storage method is used. Therefore, an electrolyte solution containing a reactant is produced, so that an electrolyte solution satisfying the above three conditions regarding physical properties is obtained. The details regarding the change in the color of the electrolytic solution are the same as, for example, the first manufacturing method.
準備溶液に対するガスの吹込条件(ガスの組成、吹込量および吹込時間)は、上記した反応物が形成可能になる条件である。具体的には、ガスの組成は、例えば、酸素の濃度が100%であるガスであり、いわゆる純酸素である。酸素ガスの吹込量は、例えば、電解液1dm3 (=1L)当たり100dm3 〜300dm3 である。ガスの吹込時間は、例えば、5分間〜15分間である。 The gas blowing conditions (gas composition, blowing amount, and blowing time) for the preparation solution are conditions under which the above-described reactants can be formed. Specifically, the composition of the gas is, for example, a gas in which the concentration of oxygen is 100%, that is, so-called pure oxygen. Blowing amount of oxygen gas, for example, an electrolytic solution 1dm 3 (= 1L) per 100dm 3 ~300dm 3. The gas blowing time is, for example, 5 minutes to 15 minutes.
<1−6.作用および効果>
この円筒型の二次電池によれば、電解液が溶媒(環状炭酸エステルおよび鎖状カルボン酸エステル)および電解質塩(リチウム塩)を含んでおり、その電解液の物性(吸光度I1,I2および比I2/I1)に関して上記した3つの条件が満たされている。この場合には、上記したように、電解液中において反応物が形成されると共に、その反応物の形成量の比率が適正化されるため、正極21および負極22のそれぞれの表面において電解液が分解されにくくなる。よって、優れた電池特性を得ることができる。
<1-6. Action and Effect>
According to this cylindrical secondary battery, the electrolyte contains the solvent (cyclic carbonate and chain carboxylate) and the electrolyte salt (lithium salt), and the physical properties of the electrolyte (absorbance I1, I2 and specific The three conditions described above regarding I2 / I1) are satisfied. In this case, as described above, the reactant is formed in the electrolytic solution, and the ratio of the amount of the reactant formed is optimized, so that the electrolytic solution is formed on the respective surfaces of the
特に、カルボン酸エステルが酢酸エステルおよびプロピオン酸エステルのうちの一方または双方を含んでいれば、反応物が形成されやすくなるため、より高い効果を得ることができる。また、酢酸エステルが酢酸エチルなどを含んでいると共に、プロピオン酸エステルがプロピオン酸エチルなどを含んでいれば、反応物を利用した電解液の反応抑制効果が向上するため、さらに高い効果を得ることができる。 In particular, when the carboxylic acid ester contains one or both of an acetic acid ester and a propionic acid ester, a reaction product is easily formed, so that a higher effect can be obtained. Further, if the acetate contains ethyl acetate and the like and the propionate contains ethyl propionate and the like, the effect of suppressing the reaction of the electrolytic solution using the reactant is improved, so that a higher effect is obtained. Can be.
また、環状炭酸エステルが炭酸エチレンなどを含んでいれば、溶媒(環状炭酸エステルおよび鎖状カルボン酸エステル)と共に電解質塩(リチウム塩)を含む溶液の処理により、電解液の物性が適正化されやすくなるため、より高い効果を得ることができる。 Further, if the cyclic carbonate contains ethylene carbonate or the like, the physical properties of the electrolytic solution are easily optimized by treating the solution containing the electrolyte salt (lithium salt) together with the solvent (cyclic carbonate and chain carboxylate). Therefore, a higher effect can be obtained.
また、環状炭酸エステルの重量とカルボン酸エステルの重量との合計に対するカルボン酸エステルの重量の割合が20重量%〜75重量%であれば、電解液の反応抑制効果が向上するため、より高い効果を得ることができる。 Further, when the ratio of the weight of the carboxylic acid ester to the total of the weight of the cyclic carbonate and the weight of the carboxylic acid ester is from 20% by weight to 75% by weight, the effect of suppressing the reaction of the electrolytic solution is improved, so that a higher effect is obtained. Can be obtained.
この他、円筒型の二次電池の製造方法によれば、リチウム塩と共に環状炭酸エステルおよび鎖状カルボン酸エステルを含む溶液を調製した後、その溶液に上記した所定の処理(高温保存処理または酸素吹込処理)を施しているので、上記したように、物性に関して3つの条件が満たされた電解液が得られる。よって、電解液を用いて二次電池を製造することにより、優れた電池特性を有する二次電池を得ることができる。 In addition, according to the method of manufacturing a cylindrical secondary battery, a solution containing a cyclic carbonate and a chain carboxylate together with a lithium salt is prepared, and the solution is subjected to the above-described predetermined treatment (high-temperature storage treatment or oxygen storage). (Blowing treatment), as described above, an electrolyte solution satisfying the three conditions regarding physical properties is obtained. Therefore, by manufacturing a secondary battery using an electrolytic solution, a secondary battery having excellent battery characteristics can be obtained.
なお、ここで二次電池に関して説明した作用および効果は、電解液に関しても同様に得られる。また、ここで二次電池の製造方法に関して説明した作用および効果は、電解液の製造方法に関しても同様に得られる。 The functions and effects described here for the secondary battery can be similarly obtained for the electrolytic solution. The functions and effects described in connection with the method for manufacturing a secondary battery can be similarly obtained in the method for manufacturing an electrolytic solution.
<2.電解液および二次電池(ラミネートフィルム型)>
次に、本技術の一実施形態の他の二次電池および他の電解液に関して説明する。以下の説明では、随時、既に説明した円筒型の二次電池の構成要素(図1および図2参照)を引用する。
<2. Electrolyte and Secondary Battery (Laminated Film Type)>
Next, another secondary battery and another electrolytic solution according to an embodiment of the present technology will be described. In the following description, the components of the cylindrical secondary battery described above (see FIGS. 1 and 2) will be referred to as needed.
図3は、他の二次電池の斜視構成を表していると共に、図4は、図3に示したIV−IV線に沿った二次電池の主要部(巻回電極体30)の断面構成を表している。ただし、図3では、巻回電極体30と外装部材40とが互いに離間された状態を示している。
FIG. 3 illustrates a perspective configuration of another secondary battery, and FIG. 4 illustrates a cross-sectional configuration of a main part (the wound electrode body 30) of the secondary battery along a line IV-IV illustrated in FIG. Is represented. However, FIG. 3 shows a state in which the
<2−1.二次電池(電解液)の構成>
この二次電池は、例えば、図3に示したように、柔軟性(または可撓性)を有するフィルム状の外装部材40の内部に電池素子(巻回電極体30)が収納されたラミネートフィルム型のリチウムイオン二次電池である。
<2-1. Configuration of Secondary Battery (Electrolyte)>
This secondary battery is, for example, a laminated film in which a battery element (rolled electrode body 30) is housed inside a flexible (or flexible) film-
巻回電極体30は、例えば、正極33および負極34がセパレータ35を介して互いに積層された後、その正極33、負極34およびセパレータ35が巻回されることにより形成された巻回体である。巻回電極体30には、電解液が含浸されている。
The
正極33には、正極リード31が接続されており、その正極リード31は、外装部材40の内部から外部に向かって導出されている。正極リード31の形成材料は、例えば、正極リード25の形成材料と同様であり、その正極リード31の形状は、例えば、薄板状および網目状などのうちのいずれかである。
A
負極34には、負極リード32が接続されており、その負極リード32は、外装部材40の内部から外部に向かって導出されている。負極リード32の導出方向は、例えば、正極リード31の導出方向と同様の方向である。負極リード32の形成材料は、例えば、負極リード26の形成材料と同様であり、その負極リード32の形状は、例えば、正極リード31の形状と同様である。
A
[外装部材]
外装部材40は、例えば、図3に示した矢印Rの方向に折り畳み可能である1枚のフィルムである。外装部材40の一部には、例えば、巻回電極体30を収納するための窪み40Uが設けられている。
[Exterior members]
The
この外装部材40は、例えば、融着層、金属層および表面保護層がこの順に積層された積層体(ラミネートフィルム)である。二次電池の製造工程では、例えば、融着層同士が巻回電極体30を介して互いに対向するように外装部材40が折り畳まれた後、その融着層のうちの外周縁部同士が互いに融着される。融着層は、例えば、ポリプロピレンなどの高分子化合物を含むフィルムである。金属層は、例えば、アルミニウムなどの金属材料を含む金属箔である。表面保護層は、例えば、ナイロンなどの高分子化合物を含むフィルムである。ただし、外装部材40は、例えば、接着剤などを介して互いに貼り合わされた2枚のラミネートフィルムを含んでいてもよい。
The
外装部材40と正極リード31との間には、例えば、外気の侵入を防止するために密着フィルム41が挿入されている。この密着フィルム41は、正極リード31に対して密着性を有する材料を含んでおり、その材料は、例えば、ポリエチレンなどのポリオレフィン樹脂である。
For example, an
外装部材40と負極リード32との間には、例えば、密着フィルム41と同様の機能を有する密着フィルム42が挿入されている。密着フィルム42の形成材料は、正極リード31の代わりに負極リード32に対する密着性を有する点を除いて、密着フィルム41の形成材料と同様である。
For example, an
[正極、負極、およびセパレータ]
正極33は、例えば、正極集電体33Aおよび正極活物質層33Bを含んでいると共に、負極34は、例えば、負極集電体34Aおよび負極活物質層34Bを含んでいる。正極集電体33A、正極活物質層33B、負極集電体34Aおよび負極活物質層34Bのそれぞれの構成は、例えば、正極集電体21A、正極活物質層21B、負極集電体22Aおよび負極活物質層22Bのそれぞれの構成と同様である。また、セパレータ35の構成は、例えば、セパレータ23の構成と同様である。
[Positive electrode, negative electrode, and separator]
The
[電解液]
電解液の構成は、円筒型の二次電池に用いられた電解液の構成と同様である。すなわち、電解液は、溶媒(炭酸環状エステルおよび鎖状カルボン酸エステル)および電解質塩(リチウム塩)を含んでおり、その電解液の物性(吸光度I1,I2および比I2/I1)に関して、上記した3つの条件が満たされている。
[Electrolyte]
The configuration of the electrolytic solution is the same as the configuration of the electrolytic solution used for the cylindrical secondary battery. That is, the electrolytic solution contains a solvent (carbonic acid cyclic ester and chain carboxylic acid ester) and an electrolytic salt (lithium salt), and the physical properties (absorbance I1, I2 and ratio I2 / I1) of the electrolytic solution are described above. Three conditions have been met.
<2−2.二次電池の動作>
この二次電池は、例えば、以下のように動作する。充電時には、正極33からリチウムイオンが放出されると共に、そのリチウムイオンが電解液を介して負極34に吸蔵される。一方、放電時には、負極34からリチウムイオンが放出されると共に、そのリチウムイオンが電解液を介して正極33に吸蔵される。
<2-2. Operation of Secondary Battery>
This secondary battery operates, for example, as follows. During charging, lithium ions are released from the
<2−3.二次電池(電解液)の製造方法>
二次電池は、例えば、以下で説明する手順により製造される。
<2-3. Manufacturing Method of Secondary Battery (Electrolyte)>
The secondary battery is manufactured by, for example, a procedure described below.
最初に、正極21および負極22のそれぞれの作製手順と同様の手順により、正極33および負極34を作製する。すなわち、正極33を作製する場合には、正極集電体33Aの両面に正極活物質層33Bを形成すると共に、負極34を作製する場合には、負極集電体34Aの両面に負極活物質層34Bを形成する。
First, the
続いて、溶接法などを用いて正極集電体33Aに正極リード31を接続させると共に、溶接法などを用いて負極集電体34Aに負極リード32を接続させる。続いて、セパレータ35を介して正極33および負極34を互いに積層させた後、その正極33、負極34およびセパレータ35を巻回させることにより、巻回体を形成する。続いて、巻回体を挟むように外装部材40を折り畳んだ後、熱融着法などを用いて外装部材40のうちの一辺の外周縁部を除いた残りの外周縁部同士を互いに接着させることにより、袋状の外装部材40の内部に巻回体を収納する。
Subsequently, the
最後に、袋状の外装部材40の内部に電解液を注入した後、熱融着法などを用いて外装部材40の外周縁部同士を互いに接着させることにより、その外装部材40を密封する。電解液の製造手順は、円筒型の二次電池に用いられた電解液の製造手順と同様である。この場合には、正極リード31と外装部材40との間に密着フィルム41を挿入すると共に、負極リード32と外装部材40との間に密着フィルム42を挿入する。これにより、電解液が巻回体(正極33、負極34およびセパレータ35)に含浸されるため、巻回電極体30が形成されると共に、外装部材40の内部に巻回電極体30が封入される。よって、二次電池が完成する。
Lastly, after injecting the electrolytic solution into the inside of the bag-shaped
<2−4.作用および効果>
このラミネートフィルム型の二次電池によれば、電解液が溶媒(環状炭酸エステルおよび鎖状カルボン酸エステル)および電解質塩(リチウム塩)を含んでおり、その電解液の物性(吸光度I1,I2および比I2/I1)に関して上記した3つの条件が満たされている。よって、円筒型の二次電池に関して説明した場合と同様の理由により、電解液の分解反応が抑制されるため、優れた電池特性を得ることができる。
<2-4. Action and Effect>
According to this laminated film type secondary battery, the electrolyte contains the solvent (cyclic carbonate and chain carboxylate) and the electrolyte salt (lithium salt), and the physical properties of the electrolyte (absorbance I1, I2 and The three conditions described above with respect to the ratio I2 / I1) are satisfied. Therefore, for the same reason as described for the cylindrical secondary battery, the decomposition reaction of the electrolytic solution is suppressed, so that excellent battery characteristics can be obtained.
また、ラミネートフィルム型の二次電池の製造方法によれば、電解液を製造するために、リチウム塩と共に環状炭酸エステルおよび鎖状カルボン酸エステルを含む溶液を調製した後、その溶液に上記した所定の処理(高温保存処理または酸素吹込処理)を施している。よって、円筒型の二次電池の製造方法に関して説明した場合と同様の理由により、優れた電池特性を有する二次電池を得ることができる。 According to the method of manufacturing a laminate film type secondary battery, a solution containing a cyclic carbonate and a chain carboxylate together with a lithium salt is prepared in order to manufacture an electrolytic solution. (High temperature preservation treatment or oxygen blowing treatment). Therefore, a secondary battery having excellent battery characteristics can be obtained for the same reason as described for the method of manufacturing a cylindrical secondary battery.
なお、ラミネートフィルム型の二次電池に関する他の作用および効果は、円筒型の二次電池に関する他の作用および効果と同様である。もちろん、ここで二次電池に関して説明した作用および効果は電解液に関しても同様に得られると共に、ここで二次電池の製造方法に関して説明した作用および効果は電解液の製造方法に関しても同様に得られる。 Other functions and effects of the laminated film type secondary battery are the same as those of the cylindrical type secondary battery. Of course, the actions and effects described here with respect to the secondary battery can be similarly obtained with respect to the electrolytic solution, and the actions and effects described with respect to the method of manufacturing the secondary battery can be similarly obtained with respect to the method of manufacturing the electrolytic solution. .
<3.二次電池の用途>
二次電池の用途は、その二次電池を駆動用の電源および電力蓄積用の電力貯蔵源などとして利用可能である機械、機器、器具、装置およびシステム(複数の機器などの集合体)などであれば、特に限定されない。電源として用いられる二次電池は、主電源でもよいし、補助電源でもよい。主電源とは、他の電源の有無に関係なく、優先的に用いられる電源である。補助電源は、例えば、主電源の代わりに用いられる電源でもよいし、必要に応じて主電源から切り替えられる電源でもよい。二次電池を補助電源として用いる場合には、主電源の種類は二次電池に限られない。
<3. Applications for secondary batteries>
Applications of secondary batteries include machines, equipment, appliances, devices and systems (aggregates of multiple equipment, etc.) that can use the secondary batteries as a power source for driving and a power storage source for power storage. If there is, it is not particularly limited. The secondary battery used as a power supply may be a main power supply or an auxiliary power supply. The main power supply is a power supply that is used preferentially regardless of the presence or absence of another power supply. The auxiliary power supply may be, for example, a power supply used in place of the main power supply, or a power supply switched from the main power supply as needed. When a secondary battery is used as an auxiliary power source, the type of main power source is not limited to a secondary battery.
二次電池の用途は、例えば、以下の通りである。ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、携帯電話機、ノート型パソコン、コードレス電話機、ヘッドホンステレオ、携帯用ラジオ、携帯用テレビおよび携帯用情報端末などの電子機器(携帯用電子機器を含む。)である。電気シェーバなどの携帯用生活器具である。バックアップ電源およびメモリーカードなどの記憶用装置である。電動ドリルおよび電動鋸などの電動工具である。着脱可能な電源としてノート型パソコンなどに搭載される電池パックである。ペースメーカおよび補聴器などの医療用電子機器である。電気自動車(ハイブリッド自動車を含む)などの電動車両である。非常時に備えて電力を蓄積しておく家庭用バッテリシステムなどの電力貯蔵システムである。もちろん、二次電池の用途は、上記した用途以外の他の用途でもよい。 Applications of the secondary battery are, for example, as follows. Electronic devices (including portable electronic devices) such as video cameras, digital still cameras, mobile phones, notebook computers, cordless phones, headphone stereos, portable radios, portable televisions, and portable information terminals. It is a portable living device such as an electric shaver. A storage device such as a backup power supply and a memory card. Electric tools such as electric drills and electric saws. It is a battery pack that is mounted on a notebook computer as a removable power supply. Medical electronic devices such as pacemakers and hearing aids. An electric vehicle such as an electric vehicle (including a hybrid vehicle). This is a power storage system such as a home battery system that stores power in case of emergency. Of course, the use of the secondary battery may be another use other than the use described above.
以下では、本技術の実施例に関して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present technology will be described.
<実験例1−1〜1−31>
以下で説明するように、試験用の二次電池を作製した後、その二次電池の電池特性を評価した。
<Experimental examples 1-1 to 1-31>
As described below, after producing a test secondary battery, the battery characteristics of the secondary battery were evaluated.
図5は、試験用の二次電池の断面構成を表している。この二次電池は、正極51および負極52がセパレータ53を介して互いに積層されていると共に、正極51が収容された外装缶54と負極52が収容された外装カップ55とがガスケット56を介して互いにかしめられたコイン型のリチウムイオン二次電池である。
FIG. 5 illustrates a cross-sectional configuration of a test secondary battery. In this secondary battery, a
[正極の作製]
正極51を作製する場合には、最初に、正極活物質(LiCoO2 )91質量部と、正極結着剤(ポリフッ化ビニリデン)3質量部と、正極導電剤(黒鉛)6質量部とを混合することにより、正極合剤とした。続いて、有機溶剤(N−メチル−2−ピロリドン)に正極合剤を投入した後、その有機溶剤を撹拌することにより、ペースト状の正極合剤スラリーを得た。続いて、コーティング装置を用いて正極集電体(アルミニウム箔,厚さ=12μm)の両面に正極合剤スラリーを塗布した後、その正極合剤スラリーを乾燥させることにより、正極活物質層を形成した。最後に、ロールプレス機を用いて正極活物質層を圧縮成型した。
[Production of positive electrode]
When producing the
[負極の作製]
負極52を作製する場合には、負極活物質(黒鉛)95質量部と、負極結着剤(ポリフッ化ビニリデン)5質量部とを混合することにより、負極合剤とした。続いて、有機溶剤(N−メチル−2−ピロリドン)に負極合剤を投入した後、その有機溶剤を撹拌することにより、ペースト状の負極合剤スラリーを得た。続いて、コーティング装置を用いて負極集電体(銅箔,厚さ=8μm)の両面に負極合剤スラリーを塗布した後、その負極合剤スラリーを乾燥させることにより、負極活物質層を形成した。最後に、ロールプレス機を用いて負極活物質層を圧縮成型した。
[Preparation of negative electrode]
When preparing the
[電解液の製造]
電解液の製造方法として、高温保存法を用いた。具体的には、最初に、溶媒として、環状炭酸エステルおよび鎖状カルボン酸エステル(酢酸エステルおよびプロピオン酸エステル)を準備した。環状炭酸エステルとしては、炭酸エチレン(EC)および炭酸プロピレン(PC)を用いた。酢酸エステルとしては、酢酸エチル(EtAc)、酢酸プロピル(PrAc)および酢酸ブチル(BuAc)を用いた。プロピオン酸エステルとしては、プロピオン酸エチル(EtPr)、プロピオン酸プロピル(PrPr)およびプロピオン酸ブチル(BuPr)を用いた。なお、比較のために、その他の溶媒として、鎖状炭酸エステルである炭酸ジエチル(DEC)およびラクトンであるγ−ブチロラクトン(GBL)を用いた。
[Manufacture of electrolyte solution]
A high-temperature storage method was used as a method for producing the electrolyte. Specifically, first, a cyclic carbonate and a chain carboxylate (acetate and propionate) were prepared as solvents. Ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC) were used as the cyclic carbonate. Ethyl acetate (EtAc), propyl acetate (PrAc) and butyl acetate (BuAc) were used as the acetate. Ethyl propionate (EtPr), propyl propionate (PrPr) and butyl propionate (BuPr) were used as propionates. For comparison, diethyl carbonate (DEC) as a chain carbonate and γ-butyrolactone (GBL) as a lactone were used as other solvents.
具体的な溶媒の組成は、表1および表2に示した通りである。1種類の環状炭酸エステルおよび1種類の鎖状カルボン酸エステルを用いる場合には、混合比(重量比)を環状炭酸エステル:鎖状カルボン酸エステル=30:70とした。1種類の環状炭酸エステルおよび1種類のその他の溶媒を用いる場合には、混合比(重量比)を環状炭酸エステル:その他の溶媒=30:70とした。2種類の環状炭酸エステルを用いる場合には、混合比(重量比)を1種類目の環状炭酸エステル:2種類目の環状炭酸エステル=30:70とした。 The specific composition of the solvent is as shown in Tables 1 and 2. When one kind of cyclic carbonate and one kind of chain carboxylate were used, the mixing ratio (weight ratio) was set to cyclic carbonate: chain carboxylate = 30: 70. When one kind of cyclic carbonate and one other solvent were used, the mixing ratio (weight ratio) was set to cyclic carbonate: other solvent = 30: 70. When two kinds of cyclic carbonates were used, the mixing ratio (weight ratio) was set to 30:70 for the first kind of cyclic carbonate: the second kind of cyclic carbonate.
続いて、溶媒に電解質塩(リチウム塩であるLiPF6 )を投入した後、その溶媒を撹拌することにより、その溶媒により電解質塩が溶解された準備溶液を調製した。この場合には、電解質塩の含有量を溶媒に対して1mol/dm3 (=1mol/L)とした。なお、比較のために、溶媒に電解質塩を投入しなかった。 Subsequently, an electrolyte salt (LiPF 6, which is a lithium salt) was added to the solvent, and then the solvent was stirred to prepare a preparation solution in which the electrolyte salt was dissolved by the solvent. In this case, the content of the electrolyte salt was set to 1 mol / dm 3 (= 1 mol / L) with respect to the solvent. For comparison, no electrolyte salt was added to the solvent.
最後に、恒温槽中において準備溶液を保存した。保存条件(保存温度(℃)および保存時間(時間))は、表1および表2に示した通りである。これにより、準備溶液に高温保存処理が施されたため、電解液が得られた。なお、比較のために、準備溶液に高温保存処理を施さなかった。この場合には、常温下において放置された準備溶液を電解液として用いた。また、比較のために、溶媒に電解質塩を投入しなかった場合には、高温保存処理が終了した後、その溶媒に電解質塩を投入した。 Finally, the prepared solution was stored in a thermostat. Storage conditions (storage temperature (° C.) and storage time (hour)) are as shown in Tables 1 and 2. As a result, the prepared solution was subjected to the high-temperature preservation treatment, so that an electrolytic solution was obtained. For comparison, the prepared solution was not subjected to the high-temperature preservation treatment. In this case, a prepared solution left at room temperature was used as an electrolyte. For comparison, when the electrolyte salt was not added to the solvent, the electrolyte salt was added to the solvent after the high-temperature storage treatment was completed.
電解液の物性(吸光度I1,I2および比I2/I1)は、表1および表2に示した通りである。吸光度I1,I2の測定方法に関する詳細は、上記した通りである。 The physical properties (absorbance I1, I2 and ratio I2 / I1) of the electrolytic solution are as shown in Tables 1 and 2. The details of the method for measuring the absorbances I1 and I2 are as described above.
なお、溶媒が環状炭酸エステルおよび鎖状カルボン酸エステルを含んでいると共に、その溶媒がリチウム塩を含んでいる準備溶液を高温で保存処理した場合(実験例1−1〜1−19)において、その高温保存処理後の準備溶液(電解液)の色を目視で確認した。この結果、電解液の色は、高温保存処理前は無色であったが、高温保存処理後は黄色であった。 In the case where the solvent contains a cyclic carbonate and a chain carboxylate and the solvent is subjected to a preservation treatment at a high temperature of a preparation solution containing a lithium salt (Experimental Examples 1-1 to 1-19), The color of the prepared solution (electrolyte solution) after the high-temperature storage treatment was visually confirmed. As a result, the color of the electrolytic solution was colorless before the high-temperature storage treatment, but was yellow after the high-temperature storage treatment.
これに対して、上記した条件以外の他の条件において準備溶液を保存処理した場合(実験例1−20〜1−31)には、電解液の色は、高温保存処理前においても高温保存処理後においても無色であった。 On the other hand, when the preparatory solution was stored under conditions other than the above-described conditions (Experimental Examples 1-20 to 1-31), the color of the electrolytic solution was changed to the high-temperature storage process even before the high-temperature storage process. Later it was colorless.
[二次電池の組み立て]
二次電池を組み立てる場合には、正極51をペレット状に打ち抜いた後、その正極51を外装缶54の内部に収容した。続いて、負極52をペレット状に打ち抜いた後、その負極52を外装カップ55の内部に収容した。続いて、セパレータ53(多孔性ポリオレフィンフィルム,厚さ=23μm)を介して、外装缶54の内部に収容された正極51と外装カップ55の内部に収容された負極52とを互いに積層させた後、ガスケット56を介して外装缶54および外装カップ55を互いにかしめた。これにより、コイン型のリチウムイオン二次電池が完成した。
[Assembly of secondary battery]
When assembling the secondary battery, the
なお、二次電池を作製する場合には、準備溶液に高温保存処理を施すことにより電解液を製造した後、その電解液を用いて二次電池を組み立てると共に(実験例1−1〜1−18)、準備溶液を用いて二次電池を組み立てた後、その二次電池(準備溶液)に高温保存処理を施すことにより電解液を製造した(実験例1−19)。表1および表2中に示した「組立前後」の欄には、高温保存処理を行った時期を示している。すなわち、「組立前後」の欄に「前」と示している場合には、二次電池を組み立てる前に高温保存処理を行っていると共に、「組立前後」の欄に「後」と示している場合には、二次電池を組み立てた後に高温保存処理を行っている。 When a secondary battery is manufactured, an electrolytic solution is manufactured by subjecting the prepared solution to a high-temperature storage treatment, and then the secondary battery is assembled using the electrolytic solution (Experimental Examples 1-1 to 1-1). 18), after assembling a secondary battery using the preparation solution, the secondary battery (preparation solution) was subjected to a high-temperature storage treatment to produce an electrolytic solution (Experimental Example 1-19). The column of “before and after assembling” shown in Tables 1 and 2 indicates the time when the high-temperature preservation process was performed. That is, when “before” is indicated in the “before and after assembling” column, high-temperature storage processing is performed before assembling the secondary battery, and “after” is indicated in the “before and after assembling” column. In some cases, high-temperature storage processing is performed after assembling the secondary battery.
[電池特性の評価]
二次電池の電池特性(サイクル特性)を調べたところ、表1および表2に示した結果が得られた。
[Evaluation of battery characteristics]
When the battery characteristics (cycle characteristics) of the secondary battery were examined, the results shown in Tables 1 and 2 were obtained.
サイクル特性を調べる場合には、最初に、二次電池の状態を安定化させるために、常温環境中(温度=23℃)において二次電池を充放電(1サイクル)させた。続いて、同環境中において二次電池を充放電(1サイクル)させることにより、2サイクル目の放電容量を測定した。続いて、同環境中において二次電池を繰り返して充放電(100サイクル)させることにより、101サイクル目の放電容量を測定した。続いて、容量維持率(%)=(101サイクル目の放電容量/2サイクル目の放電容量)×100を算出した。最後に、準備溶液に高温保存処理を施さなかった場合(実験例1−24〜1−29)における容量維持率の値を1.00として規格化することにより、維持比(=準備溶液に高温保存処理を施した場合の容量維持率/準備溶液に高温保存処理を施さなかった場合の容量維持率)を求めた。 When examining the cycle characteristics, first, in order to stabilize the state of the secondary battery, the secondary battery was charged and discharged (one cycle) in a normal temperature environment (temperature = 23 ° C.). Subsequently, the secondary battery was charged and discharged (one cycle) in the same environment to measure the discharge capacity at the second cycle. Subsequently, the secondary battery was repeatedly charged and discharged (100 cycles) in the same environment, and the discharge capacity at the 101st cycle was measured. Subsequently, the capacity retention ratio (%) = (discharge capacity at the 101st cycle / discharge capacity at the second cycle) × 100 was calculated. Lastly, the value of the capacity retention ratio in the case where the preparatory solution was not subjected to the high-temperature preservation treatment (Experimental Examples 1-24 to 1-29) was normalized to 1.00, so that the preservation ratio (= the preparatory solution was subjected to high (Capacity maintenance ratio when storage treatment was performed / capacity maintenance ratio when storage solution was not subjected to high-temperature storage treatment).
充電時には、0.5Cの電流で電圧が4.5Vに到達するまで二次電池を定電流充電させた後、4.5Vの電圧で電流が0.02Cに到達するまで二次電池を定電圧充電させた。放電時には、0.5Cの電流で電圧が3.0Vに到達するまで二次電池を定電流放電させた。0.5Cとは、電池容量(理論容量)を2時間で放電しきる電流値であると共に、0.02Cとは、電池容量を50時間で放電しきる電流値である。 At the time of charging, the secondary battery was charged at a constant current until the voltage reached 4.5 V with a current of 0.5 C, and then the secondary battery was charged at a constant voltage until the current reached 0.02 C with a voltage of 4.5 V. Charged. At the time of discharging, the secondary battery was discharged at a constant current at a current of 0.5 C until the voltage reached 3.0 V. 0.5C is a current value at which the battery capacity (theoretical capacity) is completely discharged in 2 hours, and 0.02C is a current value at which the battery capacity is completely discharged in 50 hours.
[考察]
表1および表2に示したように、維持比は、電解液の組成および物性に応じて大きく変動した。
[Discussion]
As shown in Tables 1 and 2, the maintenance ratio varied greatly depending on the composition and physical properties of the electrolytic solution.
詳細には、溶媒は環状炭酸エステルおよび鎖状カルボン酸エステルを含んでいるが、その溶媒がリチウム塩を含んでいない準備溶液を高温で保存処理した場合(実験例1−20,1−21)には、二次電池が根本的に動作(充放電)しなかったため、維持比を求めることができなかった。 More specifically, when the solvent contains a cyclic carbonate and a chain carboxylic acid ester, and the solvent is not subjected to a lithium salt and a preparation solution is stored at a high temperature (Experimental Examples 1-20, 1-21) In, the maintenance ratio could not be determined because the secondary battery did not fundamentally operate (charge / discharge).
溶媒はリチウム塩を含んでいるが、その溶媒が環状炭酸エステルだけを含んでいる準備溶液を高温で保存処理を施した場合(実験例1−22)には、二次電池は動作したが、維持比が小さくなった。 When the solvent contained a lithium salt, and the solvent was subjected to a preservation treatment at a high temperature of a preparation solution containing only a cyclic carbonate (Experimental Example 1-22), the secondary battery operated, The maintenance ratio has decreased.
溶媒はリチウム塩を含んでいるが、その溶媒が鎖状カルボン酸エステルだけを含んでいる準備溶液を高温で保存処理した場合(実験例1−23)には、上記した充放電条件(充電電流=0.5Cおよび放電電流=0.5C)では二次電池を充放電させることができなかったため、維持比を求めることができなかった。 The solvent contains a lithium salt, but when a preparatory solution containing only a chain carboxylic acid ester is subjected to a preservation treatment at a high temperature (Experimental example 1-23), the above-mentioned charge / discharge conditions (charge current = 0.5 C and discharge current = 0.5 C), the secondary battery could not be charged / discharged, and the maintenance ratio could not be determined.
なお、溶媒が環状炭酸エステルおよび鎖状炭酸エステルを含んでいると共に、その溶媒がリチウム塩を含んでいる準備溶液を高温で保存処理した場合(実験例1−30)には、維持比が変化しなかった。 When the solvent contained a cyclic carbonate and a chain carbonate and the prepared solution containing a lithium salt was stored at a high temperature (Experimental Example 1-30), the retention ratio changed. Did not.
溶媒が環状炭酸エステルおよびラクトンを含んでいると共に、その溶媒がリチウム塩を含んでいる準備溶液を高温で保存処理した場合(実験例1−31)には、上記した充放電条件では二次電池が根本的に動作しなかったため、維持比を求めることができなかった。 In the case where the solvent contains a cyclic carbonate and a lactone and the preparation solution containing the lithium salt as the solvent is subjected to a preservation treatment at a high temperature (Experimental Example 1-31), the secondary battery is charged under the above-mentioned charge / discharge conditions. Did not work fundamentally, so the maintenance ratio could not be determined.
これに対して、溶媒が環状炭酸エステルおよび鎖状カルボン酸エステルを含んでいると共に、その溶媒がリチウム塩を含んでいる準備溶液を高温で保存処理した場合(実験例1−1〜1−19)には、維持比が大幅に増加した。この場合には、保存温度が40℃以上であると共に、保存時間が24時間以上であると、維持比が最低でも10%以上改善された。 On the other hand, when the solvent contains a cyclic carbonate and a chain carboxylate, and the prepared solution containing the lithium salt is stored at a high temperature (Experimental Examples 1-1 to 1-19). ) Markedly increased the maintenance ratio. In this case, when the storage temperature was 40 ° C. or higher and the storage time was 24 hours or longer, the maintenance ratio was improved by at least 10% or more.
ここで、溶媒として環状炭酸エステルおよび鎖状カルボン酸エステルを含んでいると共に電解質塩としてリチウム塩を含んでいる準備溶液を高温で保存処理を施した場合(実験例1−1〜1−19)における電解液の物性(吸光度I1,I2および比I2/I1)を調べたところ、その電解液の物性に関して3つの条件が満たされていた。すなわち、吸光度I1は0.200以上であり、吸光度I2は0.030以上であり、比I2/I1は0.05以上であった。 Here, when a preparatory solution containing a cyclic carbonate and a chain carboxylate as a solvent and a lithium salt as an electrolyte salt is subjected to a preservation treatment at a high temperature (Experimental Examples 1-1 to 1-19) When the physical properties (absorbances I1 and I2 and the ratio I2 / I1) of the electrolytic solution were examined, three conditions were satisfied with respect to the physical properties of the electrolytic solution. That is, the absorbance I1 was 0.200 or more, the absorbance I2 was 0.030 or more, and the ratio I2 / I1 was 0.05 or more.
<実験例2−1〜2−7>
表3に示したように、電解液の製造方法として高温保存法の代わりに酸素吹込法を用いたことを除いて同様の手順により、二次電池を作製すると共に、その二次電池の電池特性(サイクル特性)を評価した。酸素吹込法を用いる場合には、吹込用ガスとして純酸素を用いて準備溶液にバブリング処理(吹込量=電解液1dm3 当たり200dm3 ,吹込時間=10分間)を施した。
<Experimental examples 2-1 to 2-7>
As shown in Table 3, a secondary battery was produced by the same procedure except that an oxygen blowing method was used instead of the high-temperature storage method as a method for producing the electrolyte, and the battery characteristics of the secondary battery were also measured. (Cycle characteristics) were evaluated. In the case of using the oxygen blowing technique, it was applied bubbling treatment preparation solution with pure oxygen as purging gas (blowing amount = electrolyte 1 dm 3 per 200 dm 3, blowing time = 10 minutes).
なお、比較のために、酸素の代わりに窒素を用いたことを除いて同様の手順により、準備溶液にバブリング処理を施した。バブリング処理を行うために用いた気体の種類は、表3に示した通りである。表3では、酸素を用いた場合を「酸素吹込」と示していると共に、窒素を用いた場合を「窒素吹込」と示している。 For comparison, the prepared solution was subjected to bubbling treatment in the same procedure except that nitrogen was used instead of oxygen. The types of gas used for performing the bubbling process are as shown in Table 3. In Table 3, the case where oxygen is used is indicated as “oxygen blowing”, and the case where nitrogen is used is indicated as “nitrogen blowing”.
維持比を求める場合には、窒素を用いた場合(実験例2−7)における容量維持率の値を1.00として規格化することにより、維持比を求めた。 When the retention ratio was determined, the retention ratio was determined by normalizing the value of the capacity retention ratio when nitrogen was used (Experimental Example 2-7) to 1.00.
表3に示したように、準備溶液に酸素吹込処理を施した場合(実験例2−1〜2−6)には、準備溶液に高温保存処理を施した場合(実験例1−1〜1−19)と同様の結果が得られた。すなわち、準備溶液に酸素吹込処理を施した場合(実験例2−1〜2−6)には、準備溶液に酸素吹込処理を行わなかった場合(実験例2−7)と比較して、維持比が大幅に増加した。 As shown in Table 3, when the preparation solution was subjected to the oxygen blowing treatment (Experimental Examples 2-1 to 2-6), the preparation solution was subjected to the high-temperature preservation treatment (Experimental Examples 1-1 to 1). -19). That is, when the preparation solution was subjected to the oxygen blowing treatment (Experimental Examples 2-1 to 2-6), the oxygen concentration was maintained as compared with the case where the preparation solution was not subjected to the oxygen blowing treatment (Experimental Example 2-7). The ratio has increased significantly.
準備溶液に酸素吹込処理を施した場合においても、準備溶液に高温保存処理を施した場合と同様に、電解液の物性に関して3つの条件が満たされていた。すなわち、すなわち、吸光度I1は0.200以上であり、吸光度I2は0.030以上であり、比I2/I1は0.05以上であった。 Even when the preparation solution was subjected to the oxygen blowing treatment, as in the case where the preparation solution was subjected to the high-temperature preservation treatment, three conditions were satisfied with respect to the physical properties of the electrolytic solution. That is, the absorbance I1 was 0.200 or more, the absorbance I2 was 0.030 or more, and the ratio I2 / I1 was 0.05 or more.
[まとめ]
表1〜表3に示した結果から、溶媒(環状炭酸エステルおよび鎖状カルボン酸エステル)および電解質塩(リチウム塩)を含む電解液の物性に関して上記した3つの条件が満たされていると、サイクル特性が著しく向上した。よって、二次電池において優れた電池特性が得られた。
[Summary]
From the results shown in Tables 1 to 3, when the above three conditions are satisfied with respect to the physical properties of the electrolytic solution containing the solvent (cyclic carbonate and chain carboxylate) and the electrolyte salt (lithium salt), the cycle becomes The characteristics were significantly improved. Therefore, excellent battery characteristics were obtained in the secondary battery.
また、溶媒(環状炭酸エステルおよび鎖状カルボン酸エステル)および電解質塩(リチウム塩)を含む準備溶液に高温保存処理または酸素吹込処理を施すことにより、物性に貸して上記した3つの条件が満たされた電解液が製造された。よって、優れた電池特性を有する二次電池が得られた。 In addition, by subjecting a preparation solution containing a solvent (cyclic carbonate and chain carboxylate) and an electrolyte salt (lithium salt) to a high-temperature storage treatment or an oxygen blowing treatment, the above three conditions are satisfied in terms of physical properties. Electrolyte was produced. Therefore, a secondary battery having excellent battery characteristics was obtained.
以上、一実施形態および実施例を挙げながら本技術に関して説明したが、その本技術の態様は一実施形態および実施例において説明された態様に限定されないため、その本技術の態様に関しては種々に変形可能である。 As described above, the present technology has been described with reference to one embodiment and an example. However, since aspects of the present technology are not limited to the aspects described in the one embodiment and the examples, the aspects of the present technology are variously modified. It is possible.
具体的には、本技術の二次電池が円筒型の二次電池、ラミネートフィルム型の二次電池およびコイン型の二次電池である場合に関して説明したが、これらに限られない。例えば、本技術の二次電池は、角型の二次電池などの他の種類の二次電池でもよい。 Specifically, a case has been described in which the secondary battery of the present technology is a cylindrical secondary battery, a laminated film secondary battery, and a coin secondary battery, but is not limited thereto. For example, the secondary battery of the present technology may be another type of secondary battery such as a prismatic secondary battery.
また、本技術の二次電池に用いられる電池素子が巻回構造を有する場合に関して説明したが、これに限られない。例えば、本技術の二次電池に用いられる電池素子は、積層構造などの他の構造を有していてもよい。 Further, the case where the battery element used in the secondary battery of the present technology has a wound structure has been described, but the present invention is not limited to this. For example, the battery element used for the secondary battery of the present technology may have another structure such as a laminated structure.
なお、本明細書中に記載された効果は、あくまで例示であるため、本技術の効果は、本明細書中に記載された効果に限定されない。よって、本技術に関して他の効果が得られてもよい。 Note that the effects described in this specification are merely examples, and thus the effects of the present technology are not limited to the effects described in this specification. Therefore, other effects may be obtained with respect to the present technology.
20,30…巻回電極体、21,33…正極、21A,33A…正極集電体、21B,33B…正極活物質層、22,34…負極、22A,34A…負極集電体、22B,34B…負極活物質層、23,35…セパレータ、40…外装部材。 20, 30 ... wound electrode body, 21, 33 ... positive electrode, 21A, 33A ... positive electrode current collector, 21B, 33B ... positive electrode active material layer, 22, 34 ... negative electrode, 22A, 34A ... negative electrode current collector, 22B, 34B: negative electrode active material layer, 23, 35: separator, 40: exterior member.
Claims (8)
負極と、
リチウム塩、環状炭酸エステルおよび鎖状カルボン酸エステルを含み、分光光度計により測定される吸光度I1(波長=290nm)が0.200以上であり、分光光度計により測定される吸光度I2(波長=390nm)が0.030以上であり、前記吸光度I1に対する前記吸光度I2の比I2/I1が0.05以上である、電解液と
を備えた、二次電池。 A positive electrode;
A negative electrode,
It contains a lithium salt, a cyclic carbonate and a chain carboxylate, and has an absorbance I1 (wavelength = 290 nm) measured by a spectrophotometer of 0.200 or more, and an absorbance I2 (wavelength = 390 nm) measured by a spectrophotometer ) Is 0.030 or more, and a ratio I2 / I1 of the absorbance I2 to the absorbance I1 is 0.05 or more.
請求項1記載の二次電池。 The chain carboxylate includes at least one of an acetate and a propionate,
The secondary battery according to claim 1.
前記プロピオン酸エステルは、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピルおよびプロピオン酸ブチルのうちの少なくとも1種を含む、
請求項2記載の二次電池。 The acetate ester includes at least one of ethyl acetate, propyl acetate and butyl acetate,
The propionate comprises at least one of ethyl propionate, propyl propionate and butyl propionate,
The secondary battery according to claim 2.
請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の二次電池。 The cyclic carbonate includes at least one of ethylene carbonate and propylene carbonate,
The secondary battery according to any one of claims 1 to 3.
請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の二次電池。 The ratio of the weight of the chain carboxylate to the total of the weight of the cyclic carbonate and the weight of the chain carboxylate is 20% by weight or more and 75% by weight or less.
The secondary battery according to claim 1.
分光光度計により測定される吸光度I1(波長=290nm)が0.200以上であり、
分光光度計により測定される吸光度I2(波長=390nm)が0.030以上であり、
前記吸光度I1に対する前記吸光度I2の比I2/I1が0.05以上である、
電解液。 Including lithium salts, cyclic carbonates and chain carboxylic esters,
The absorbance I1 (wavelength = 290 nm) measured by a spectrophotometer is 0.200 or more;
Absorbance I2 (wavelength = 390 nm) measured by a spectrophotometer is 0.030 or more;
A ratio I2 / I1 of the absorbance I2 to the absorbance I1 is 0.05 or more;
Electrolyte.
40℃以上70℃以下の温度において前記溶液を24時間以上保存し、または、酸素(O2 )を含むガスを前記溶液中に吹き込むことにより、電解液を製造し、
正極および負極と共に前記電解液を用いて二次電池を組み立てる、
二次電池の製造方法。 Preparing a solution comprising a lithium salt, a cyclic carbonate and a chain carboxylate,
An electrolyte is manufactured by storing the solution at a temperature of 40 ° C. or more and 70 ° C. or less for 24 hours or more, or blowing a gas containing oxygen (O 2 ) into the solution,
Assembling a secondary battery using the electrolyte together with a positive electrode and a negative electrode,
A method for manufacturing a secondary battery.
40℃以上70℃以下の温度において前記溶液を24時間以上保存し、または、酸素を含むガスを前記溶液中に吹き込む、
電解液の製造方法。 Preparing a solution comprising a lithium salt, a cyclic carbonate and a chain carboxylate,
The solution is stored at a temperature of 40 ° C. or more and 70 ° C. or less for 24 hours or more, or a gas containing oxygen is blown into the solution.
A method for producing an electrolytic solution.
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