JP2019515443A - リチウムイオン電池用非水電解液およびこの電解液を用いたリチウムイオン電池 - Google Patents
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Abstract
Description
1)電解液の調製
炭酸エチレン(EC)、炭酸ジエチル(DEC)および炭酸エチルメチル(EMC)を、質量比がEC:DEC:EMC=1:1:1となるように混合した後、ヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6)を、モル濃度が1mol/Lとなるよう加え、さらに電解液の全質量に対して1%の化合物1を加える(注:ここで、化合物1は、表1における化合物1であり、以下の実施例で同様である)。
93:4:3の質量比で正極活物質であるリチウムニッケルコバルトマンガン酸化物LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2、導電性カーボンブラックSuper−P、およびバインダーであるポリフッ化ビニリデン(PVDF)を混合した後、これらをN−メチル−2−ピロリドン(NMP)中に分散させ、正極スラリーを得た。スラリーをアルミ箔の両面に均一に塗布して、ベーク、圧延及び真空乾燥を経て、超音波溶接機を用いてアルミ製引出線を溶接して、厚み120−150μmの陽極板を得た。
94:1:2.5:2.5の質量比で、負極活物質である人造黒鉛、導電性カーボンブラックSuper−P、バインダーであるスチレン・ブタジエンゴム(SBR)およびカルボキシメチルセルロース(CMC)を混合した後、これらを脱イオン水中に分散させ、負極スラリーを得た。スラリーを銅箔の両面に塗布して、ベーク、圧延及び真空乾燥を経て、超音波溶接機を用いてアルミ製引出線を溶接して、厚み120−150μmの陰極板を得た。
正極板と負極板との間に厚み20μmの3層分離膜を置いた後、正極板、負極板およびセパレータからなるサンドイッチ構造を巻回し、さらに巻回体を押しつぶしてアルミ箔包装袋に入れ、75℃で真空で48時間加熱し、注液前のセルを得た。
露点が−40℃以下に制御されたグローブボックスにおいて、上記調製した電解液をセルの中に注入し、真空パッケージを経て、24時間静止した。
電池を恒温45℃のオーブンの中に置き、1Cの電流で4.2Vまで定電流充電した後、電流が0.02Cに降下するまで定電圧充電した。次いで、1Cの電流で3.0Vまで定電流放電した。これを繰り返し、1サイクル目の放電容量と最後のサイクルの放電容量を記録し、下式により高温循環使用の容量維持率を算出した。
容量維持率=最後のサイクルの放電容量/1サイクル目の放電容量×100%
化成した電池を常温下で1Cで4.2Vまで定電流定電圧充電し、電池の初期放電容量および初期電池厚みを測定した後、さらに60℃で30日間保存し、1Cで3Vまで放電し、電池の維持容量および回復容量ならびに保存後の電池の厚みを測定した。計算式は、次の通りとした。
電池容量維持率(%)=維持容量/初期容量×100%;
電池容量回復率(%)=回復容量/初期容量×100%;
厚み膨張率(%)=(保存後の電池厚み−初期電池厚み)/初期電池厚み×100%。
25℃で、化成した電池を1Cで4.2Vまで定電流定電圧充電した後、1Cで3.0Vまで定電流放電し、放電容量を記録した。次いで、1Cで4.2Vまで定電流定電圧充電し、−20℃の環境に12時間置いた後、0.2Cで3.0Vまで定電流放電し、放電容量を記録した。
−20℃の低温放電効率値=0.2C放電容量(−20℃)/1C放電容量(25℃)×100%。
表2に示すように、電解液の調製において1%の化合物1を1%の化合物2に変えた以外は、実施例1と同じであり、試験で得られた高温特性および低温特性のデータは、表3を参照。
表2に示すように、電解液の調製において1%の化合物1を1%の化合物4に変えた以外は、実施例1と同じであり、試験で得られた高温特性および低温特性のデータは、表3を参照。
表2に示すように、電解液の調製において1%の化合物1を1%の化合物8に変えた以外は、実施例1と同じであり、試験で得られた高温特性および低温特性のデータは、表3を参照。
表2に示すように、電解液の調製において1%の化合物1を添加しない以外は、実施例1と同じであり、試験で得られた高温特性および低温特性のデータは、表3を参照。
表2に示すように、電解液の調製において1%の化合物1を1%のFECに変えた以外は、実施例1と同じであり、試験で得られた高温特性および低温特性のデータは、表3を参照。
表2に示すように、電解液の調製において1%の化合物1を1%のVECに変えた以外は、実施例1と同じであり、試験で得られた高温特性および低温特性のデータは、表3を参照。
表2に示すように、電解液の調製において1%の化合物1を1%のVCに変えた以外は、実施例1と同じであり、試験で得られた高温特性および低温特性のデータは、表3を参照。
表4に示すように、電解液の調製において1%の化合物1を0.1%の化合物1に変えた以外は、実施例1と同じであり、試験で得られた高温特性および低温特性のデータは、表5を参照。
表4に示すように、電解液の調製において1%の化合物1を2%の化合物1に変えた以外は、実施例1と同じであり、試験で得られた高温特性および低温特性のデータは、表5を参照。
表4に示すように、電解液の調製において1%の化合物1を3%の化合物1に変えた以外は、実施例1と同じであり、試験で得られた高温特性および低温特性のデータは、表5を参照。
表4に示すように、電解液の調製において1%の化合物1を5%の化合物1に変えた以外は、実施例1と同じであり、試験で得られた高温特性および低温特性のデータは、表5を参照。
表6に示すように、電解液の調製において1%のFECを追加で添加した以外は、実施例1と同じであり、試験で得られた高温特性および低温特性のデータは、表7を参照。
表6に示すように、電解液の調製において1%のVECを追加で添加した以外は、実施例1と同じであり、試験で得られた高温特性および低温特性のデータは、表7を参照。
表6に示すように、電解液の調製において1%のVCを追加で添加した以外は、実施例1と同じであり、試験で得られた高温特性および低温特性のデータは、表7を参照。
Claims (10)
- 前記炭素数1から5の基は、炭化水素基、ハロゲン化炭化水素基、酸素含有炭化水素基、ケイ素含有炭化水素基またはシアノ基置換炭化水素基から選ばれることを特徴とする、請求項1に記載のリチウムイオン電池用非水電解液。
- R1、R2、R3、R4、R5、R6は、それぞれ独立に水素原子、フッ素原子、メチル基、エチル基、トリメチルシロキシ基、シアノ基またはトリフルオロメチル基から選ばれることを特徴とする、請求項1または2に記載のリチウムイオン電池用非水電解液。
- 前記リチウムイオン電池用非水電解液の全質量に対する前記構造式1に示される化合物の含有量は、0.1%〜5%であることを特徴とする、請求項1または2に記載のリチウムイオン電池用非水電解液。
- ビニレンカーボネート(VC)、ビニルエチレンカーボネート(VEC)、フルオロエチレンカーボネート(FEC)のうちの1種または2種以上をさらに含み、
好ましくは、1,3−プロパンスルトン(1,3−PS)、1,4−ブタンスルトン(BS)、1,3−プロペンスルトン(PST)のうちの1種または2種以上をさらに含むことを特徴とする、請求項1または2に記載のリチウムイオン電池用非水電解液。 - 前記リチウム塩は、LiPF6、LiBF4、LiBOB、LiDFOB、LiSbF6、LiAsF6、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2、LiC(SO2CF3)3またはLiN(SO2F)2のうちの1種または2種以上から選ばれ、前記非水有機溶媒は、環状カーボネートと鎖状カーボネートの混合物であり、前記環状カーボネートは、炭酸エチレン、炭酸プロピレンまたは炭酸ブチレンから選ばれる1種または2種以上であり、前記鎖状カーボネートは、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸エチルメチルまたは炭酸メチルプロピルから選ばれる1種または2種以上であることを特徴とする、請求項1または2に記載のリチウムイオン電池用非水電解液。
- 正極と、負極と、前記正極と負極との間に置かれたセパレータとを含むリチウムイオン電池であって、請求項1〜7のいずれか1項に記載のリチウムイオン電池用非水電解液をさらに含むことを特徴とする、リチウムイオン電池。
- 前記正極の活物質は、LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiCo1−yMyO2、LiNi1−yMyO2、LiMn2−yMyO4およびLiNixCoyMnzM1−x−y−zO2(式中、MはFe、Co、Ni、Mn、Mg、Cu、Zn、Al、Sn、B、Ga、Cr、Sr、VまたはTiのうちの1種または2種以上から選ばれ、かつ0≦y≦1、0≦x≦1,0≦z≦1、x+y+z≦1である)から選ばれる1種または2種以上であることを特徴とする、請求項8に記載のリチウムイオン電池。
- 前記正極の活物質は、LiFe1−xMxPO4(式中、MはMn、Mg、Co、Ni、Cu、Zn、Al、Sn、B、Ga、Cr、Sr、VまたはTiのうちの1種または2種以上から選ばれ、かつ0≦x<1である)から選ばれることを特徴とする、請求項8に記載のリチウムイオン電池。
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