JP2020136161A - Electrolyte solution for secondary battery - Google Patents
Electrolyte solution for secondary battery Download PDFInfo
- Publication number
- JP2020136161A JP2020136161A JP2019030433A JP2019030433A JP2020136161A JP 2020136161 A JP2020136161 A JP 2020136161A JP 2019030433 A JP2019030433 A JP 2019030433A JP 2019030433 A JP2019030433 A JP 2019030433A JP 2020136161 A JP2020136161 A JP 2020136161A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- secondary battery
- salt
- imidazolium
- electrolyte solution
- resistance
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
Description
本発明は、二次電池用非水電解液に関する。 The present invention relates to a non-aqueous electrolyte solution for a secondary battery.
近年、リチウム二次電池等の二次電池は、パソコン、携帯端末等のポータブル電源や、電気自動車(EV)、ハイブリッド自動車(HV)、プラグインハイブリッド自動車(PHV)等の車両駆動用電源などに好適に用いられている。 In recent years, secondary batteries such as lithium secondary batteries have been used as portable power sources for personal computers, mobile terminals, etc., and vehicle drive power sources for electric vehicles (EV), hybrid vehicles (HV), plug-in hybrid vehicles (PHV), etc. It is preferably used.
リチウム二次電池等の二次電池はその普及に伴い、さらなる高性能化が望まれている。二次電池の高性能化の方策の一つとしては、添加剤による非水電解液の改良が挙げられる。その具体例として、非水電解液の添加剤として、イミダゾリウム塩を使用することが知られている。 With the widespread use of secondary batteries such as lithium secondary batteries, further improvement in performance is desired. One of the measures to improve the performance of the secondary battery is to improve the non-aqueous electrolyte solution with additives. As a specific example, it is known that an imidazolium salt is used as an additive for a non-aqueous electrolytic solution.
例えば、特許文献1には、非水電解液の添加剤として、重合性不飽和結合を有する有機基およびポリオキシアルキレン基で置換されたイミダゾリウムカチオンと、ハロゲンアニオンとの塩を用いることにより、二次電池の出力が増加し、また、充放電サイクル特性の低下を抑制できることが記載されている。
また、特許文献2には、非水電解液の添加剤として、アルキル基、アリール基等で置換されたイミダゾリウムカチオンと、カルボン酸等のアニオンとの塩を用いることにより、電導度、熱安定性等が高くなることが記載されている。
For example, in Patent Document 1, a salt of an imidazolium cation substituted with an organic group having a polymerizable unsaturated bond and a polyoxyalkylene group and a halogen anion is used as an additive for a non-aqueous electrolytic solution. It is described that the output of the secondary battery can be increased and the deterioration of the charge / discharge cycle characteristics can be suppressed.
Further, in
しかしながら、本発明者らが鋭意検討した結果、二次電池の高性能化の高まる要求に対し、従来のイミダゾリウム塩を添加剤として含有する二次電池用非水電解液では、初期抵抗および高温下での耐久性が不十分であることを見出した。 However, as a result of diligent studies by the present inventors, in response to the increasing demand for higher performance of the secondary battery, the conventional non-aqueous electrolyte solution for the secondary battery containing the imidazolium salt as an additive has an initial resistance and a high temperature. It was found that the durability underneath was insufficient.
そこで本発明は、イミダゾリウム塩が添加された二次電池用非水電解液であって、二次電池の抵抗を低減させることができ、かつ高温下での耐久性を向上させることができる非水電解液を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention is a non-aqueous electrolytic solution for a secondary battery to which an imidazolium salt is added, which can reduce the resistance of the secondary battery and improve the durability at a high temperature. It is an object of the present invention to provide a water electrolyte.
ここに開示される二次電池用非水電解液は、添加剤としてイミダゾリウム塩を含有する。前記イミダゾリウム塩は、ジアルキルイミダゾリウムカチオンと、リン酸エステルアニオンまたはホスホン酸エステルアニオンとの塩である。前記非水電解液中の前記イミダゾリウム塩の含有量が、0質量%超1.5質量%以下である。
このような構成の非水電解液を二次電池に用いることにより、二次電池の抵抗を低減でき、かつ高温下での耐久性(具体的には、容量劣化耐性および抵抗増加抑制性能)を向上させることができる。
The non-aqueous electrolytic solution for a secondary battery disclosed herein contains an imidazolium salt as an additive. The imidazolium salt is a salt of a dialkyl imidazolium cation and a phosphate ester anion or a phosphonate ester anion. The content of the imidazolium salt in the non-aqueous electrolytic solution is more than 0% by mass and 1.5% by mass or less.
By using a non-aqueous electrolyte solution having such a configuration in a secondary battery, the resistance of the secondary battery can be reduced, and durability at high temperatures (specifically, capacity deterioration resistance and resistance increase suppression performance) can be improved. Can be improved.
以下、本発明による実施の形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄(例えば、本発明を特徴付けない二次電池用非水電解液の一般的な構成および製造プロセス)は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。 Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described. It should be noted that matters other than those specifically mentioned in the present specification and necessary for carrying out the present invention (for example, general constitution and manufacture of a non-aqueous electrolyte solution for a secondary battery which does not characterize the present invention). Process) can be grasped as a design matter of a person skilled in the art based on the prior art in the field. The present invention can be carried out based on the contents disclosed in the present specification and common general technical knowledge in the art.
なお、本明細書において「二次電池」とは、繰り返し充放電可能な蓄電デバイス一般をいい、いわゆる蓄電池ならびに電気二重層キャパシタ等の蓄電素子を包含する用語である。 In the present specification, the "secondary battery" generally refers to a power storage device capable of repeatedly charging and discharging, and is a term including a so-called storage battery and a power storage element such as an electric double layer capacitor.
本実施形態に係る二次電池用非水電解液は、添加剤として、イミダゾリウム塩を含有する。当該イミダゾリウム塩は、ジアルキルイミダゾリウムカチオンと、リン酸エステルアニオンまたはホスホン酸エステルアニオンの塩である。非水電解液中の当該イミダゾリウム塩の含有量は、0質量%超1.5質量%以下である。 The non-aqueous electrolytic solution for a secondary battery according to the present embodiment contains an imidazolium salt as an additive. The imidazolium salt is a salt of a dialkyl imidazolium cation and a phosphate ester anion or a phosphonate ester anion. The content of the imidazolium salt in the non-aqueous electrolytic solution is more than 0% by mass and 1.5% by mass or less.
初期抵抗の向上(低抵抗化)と、高温下で充放電を繰り返した後でも特性が大きく変化しないことを意味する耐久性とを両立することは、その要因が異なるために難しい。
しかしながら、本発明者らが鋭意検討した結果、添加剤として用いられるイミダゾリウム塩として、ジアルキルイミダゾリウムカチオンと、リン酸エステルアニオンまたはホスホン酸エステルアニオンとを組み合わせた塩を、特定の濃度範囲で使用することにより、二次電池の抵抗を低減させることができ、かつ高温下での耐久性を向上させることができることを見出した。
It is difficult to achieve both an improvement in initial resistance (lower resistance) and durability, which means that the characteristics do not change significantly even after repeated charging and discharging at high temperatures, because the factors are different.
However, as a result of diligent studies by the present inventors, as the imidazolium salt used as an additive, a salt obtained by combining a dialkyl imidazolium cation and a phosphate ester anion or a phosphonate ester anion is used in a specific concentration range. By doing so, it has been found that the resistance of the secondary battery can be reduced and the durability at high temperatures can be improved.
本発明者等が本実施形態に係る二次電池用非水電解液を用いた二次電池を実際に作製し、分析したところ、電極上に被膜が形成されていることを確認した。このことから、非水電解液の非水溶媒およびジアルキルイミダゾリウムカチオンが還元分解されて電極上に被膜が形成される際に、被膜中にリン酸エステルアニオンまたはホスホン酸エステルアニオンに由来するPO4 3−等が取り込まれて、混成被膜が形成されるものと考えられる。そして、この混成被膜により、初期抵抗の大きな低減効果が得られ、かつ高温下での耐久性の向上効果(高温下で充放電を繰り返した際の容量劣化抑制効果および抵抗増加抑制効果)が得られるものと考えられる。 When the present inventors actually produced and analyzed a secondary battery using the non-aqueous electrolytic solution for the secondary battery according to the present embodiment, it was confirmed that a film was formed on the electrode. From this, when the non-aqueous solvent of the non-aqueous electrolyte solution and the dialkylimidazolium cation are reduced and decomposed to form a film on the electrode, PO 4 derived from the phosphate ester anion or the phosphonate ester anion is formed in the film. It is considered that 3- etc. Are incorporated to form a mixed film. Then, this hybrid coating has a large effect of reducing the initial resistance and an effect of improving the durability at a high temperature (an effect of suppressing capacity deterioration and an effect of suppressing an increase in resistance when charging and discharging are repeated at a high temperature). It is thought that it will be done.
ジアルキルイミダゾリウムカチオンは、イミダゾリウムカチオンの2つのN原子がそれぞれ、アルキル基で置換されていることが好ましい。
より高い初期抵抗低減効果が得られることから、当該アルキル基の炭素数は、1〜6が好ましく、1〜4がより好ましく、1または2がさらに好ましい。
当該アルキル基は、直鎖状であっても分岐状であってもよい。
当該アルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、iso−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、2−メチルペンチル基、3−メチルペンチル基、ヘキシル基等が挙げられる。
イミダゾリウムカチオンの2つのN原子を置換する2つのアルキル基は、同じであっても異なっていてもよい。
ジアルキルイミダゾリウムカチオンとしては、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムカチオン、1,3−ジメチルイミダゾリウムカチオン、および1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムカチオンが好ましい。
The dialkyl imidazolium cation preferably has two N atoms of the imidazolium cation substituted with an alkyl group, respectively.
Since a higher initial resistance reducing effect can be obtained, the alkyl group preferably has 1 to 6 carbon atoms, more preferably 1 to 4 carbon atoms, and even more preferably 1 or 2 carbon atoms.
The alkyl group may be linear or branched.
Specific examples of the alkyl group include methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, butyl group, iso-butyl group, tert-butyl group, pentyl group, 2-methylpentyl group, 3-methylpentyl group and hexyl. Group etc. can be mentioned.
The two alkyl groups that replace the two N atoms of the imidazolium cation may be the same or different.
As the dialkylimidazolium cation, 1-ethyl-3-methylimidazolium cation, 1,3-dimethylimidazolium cation, and 1-butyl-3-methylimidazolium cation are preferable.
リン酸エステルアニオンとしては、リン酸ジアルキルエステルのモノアニオンが好ましい。
ホスホン酸エステルアニオンとしては、ホスホン酸アルキルエステルアニオンが好ましい。
より高い初期抵抗低減効果が得られることから、これらのアルキルエステルのアルキル基の炭素数は、1〜6が好ましく、1〜4がより好ましく、1または2がさらに好ましい。
当該アルキル基は、直鎖状であっても分岐状であってもよい。
当該アルキル基の具体例としては、ジアルキルイミダゾリウムカチオンのアルキル基の具体例と同じものが挙げられる
リン酸ジアルキルエステルのモノアニオンが有する2つのアルキル基は、同じであっても異なっていてもよい。
リン酸エステルアニオンおよびホスホン酸エステルアニオンとしては、ジメチルホスフェートアニオン、ジエチルホスフェートアニオン、ジブチルホスフェートアニオン、およびメチルホスホネート(ホスホン酸メチル)アニオンが好ましい。
As the phosphoric acid ester anion, a monoanion of a phosphoric acid dialkyl ester is preferable.
As the phosphonate ester anion, a phosphonate alkyl ester anion is preferable.
The number of carbon atoms of the alkyl group of these alkyl esters is preferably 1 to 6, more preferably 1 to 4, and even more preferably 1 or 2, because a higher initial resistance reducing effect can be obtained.
The alkyl group may be linear or branched.
Specific examples of the alkyl group include the same as the specific example of the alkyl group of the dialkylimidazolium cation. The two alkyl groups of the monoanion of the phosphoric acid dialkyl ester may be the same or different. ..
As the phosphate ester anion and the phosphonate ester anion, a dimethyl phosphate anion, a diethyl phosphate anion, a dibutyl phosphate anion, and a methyl phosphonate (methyl phosphonate) anion are preferable.
本実施形態においては、上記特定のアニオンと上記特定のカチオンのイミダゾリウム塩は、単独でまたは2種以上を組み合わせて用いることができる。
当該イミダゾリウム塩として特に好ましくは、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムジメチルホスフェート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムジエチルホスフェート、1,3−ジメチルイミダゾリウムジメチルホスフェート、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムジブチルホスフェート、および1−エチル−3−メチルイミダゾリウムメチルホスホネートからなる群より選ばれる少なくとも1種である。
In the present embodiment, the imidazolium salt of the specific anion and the specific cation can be used alone or in combination of two or more.
Particularly preferably, the imidazolium salt is 1-ethyl-3-methylimidazolium dimethyl phosphate, 1-ethyl-3-methylimidazolium diethyl phosphate, 1,3-dimethylimidazolium dimethyl phosphate, 1-butyl-3-methyl. It is at least one selected from the group consisting of imidazolium dibutyl phosphate and 1-ethyl-3-methylimidazolium methylphosphonate.
前述のように非水電解液中のイミダゾリウム塩の含有量は、0質量%超1.5質量%以下である。当該含有量が1.5質量%を超えると、本発明の効果(特に、高温下での耐久性)が十分に得られ難くなる。当該含有量は、好ましくは0.3質量%以上1.2質量%以下であり、より好ましくは0.5質量%以上1.0質量%以下である。 As described above, the content of the imidazolium salt in the non-aqueous electrolytic solution is more than 0% by mass and 1.5% by mass or less. If the content exceeds 1.5% by mass, it becomes difficult to sufficiently obtain the effects of the present invention (particularly, durability at high temperatures). The content is preferably 0.3% by mass or more and 1.2% by mass or less, and more preferably 0.5% by mass or more and 1.0% by mass or less.
本実施形態に係る二次電池用非水電解液は、通常、非水溶媒および電解質塩を含有する。
非水溶媒としては、二次電池用非水電解液に用いられている公知の非水溶媒を特に制限なく用いることができ、具体的に例えば、カーボネート類、エーテル類、エステル類、ニトリル類、スルホン類、ラクトン類等を用いることができる。なかでも、カーボネート類が好ましい。カーボネート類の例としては、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)等が挙げられる。これらは単独で、または2種以上を組み合わせて用いることができる。
The non-aqueous electrolyte solution for a secondary battery according to the present embodiment usually contains a non-aqueous solvent and an electrolyte salt.
As the non-aqueous solvent, a known non-aqueous solvent used in the non-aqueous electrolyte solution for a secondary battery can be used without particular limitation, and specifically, for example, carbonates, ethers, esters, nitriles, etc. Sulfones, lactones and the like can be used. Of these, carbonates are preferable. Examples of carbonates include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC) and the like. These can be used alone or in combination of two or more.
電解質塩としては、二次電池用非水電解液に用いられている公知の電解質塩を特に制限なく用いることができ、具体的に例えば、リチウム塩(特に、フッ素原子を含むリチウム塩)を用いることができる。リチウム塩の例としては、LiPF6、LiBF4、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiFSI)、リチウムビス(トリフルオロメタン)スルホンイミド(LiTFSI)等などが挙げられる。これらは単独で、または2種以上を組み合わせて用いることができる。抵抗低減効果が特に高いことから、電解質塩は、少なくともLiPF6を含有することが好ましく、LiPF6とLiFSIとを含有することがより好ましい。 As the electrolyte salt, a known electrolyte salt used in the non-aqueous electrolyte solution for a secondary battery can be used without particular limitation, and specifically, for example, a lithium salt (particularly, a lithium salt containing a fluorine atom) is used. be able to. Examples of lithium salts include LiPF 6 , LiBF 4 , lithium bis (fluorosulfonyl) imide (LiFSI), lithium bis (trifluoromethane) sulfonimide (LiTFSI) and the like. These can be used alone or in combination of two or more. Since the resistance reducing effect is particularly high, the electrolyte salt preferably contains at least LiPF 6 , and more preferably contains LiPF 6 and LiFSI.
電解質塩の濃度は、本発明の効果が得られる限り特に限定されない。電解質塩としての機能を適切に発揮させる観点から、非水電解液中の電解質塩の濃度は、好ましくは0.5mol/L以上3mol/L以下であり、より好ましくは0.8mol/L以上1.6mol/L以下である。 The concentration of the electrolyte salt is not particularly limited as long as the effects of the present invention can be obtained. From the viewpoint of appropriately exerting the function as an electrolyte salt, the concentration of the electrolyte salt in the non-aqueous electrolyte solution is preferably 0.5 mol / L or more and 3 mol / L or less, and more preferably 0.8 mol / L or more 1 It is 0.6 mol / L or less.
なお、本実施形態に係る二次電池用非水電解液は、本発明の効果を著しく損なわない限りにおいて、例えば、ビフェニル(BP)、シクロヘキシルベンゼン(CHB)等のガス発生剤;被膜形成剤;分散剤;増粘剤等の各種添加剤を含んでいてもよい。 The non-aqueous electrolyte solution for a secondary battery according to the present embodiment is, for example, a gas generating agent such as biphenyl (BP) or cyclohexylbenzene (CHB); a film forming agent; as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. Dispersant; may contain various additives such as thickeners.
本実施形態に係る二次電池用非水電解液は、公知方法に従い、二次電池に用いることができる。本実施形態に係る二次電池用非水電解液を二次電池に用いることにより、二次電池の抵抗を低減でき、かつ高温下での耐久性(具体的には、容量劣化耐性および抵抗増加抑制性能)を向上させることができる。二次電池として好適には、リチウム二次電池である。 The non-aqueous electrolyte solution for a secondary battery according to the present embodiment can be used for a secondary battery according to a known method. By using the non-aqueous electrolyte solution for a secondary battery according to the present embodiment for a secondary battery, the resistance of the secondary battery can be reduced and the durability under high temperature (specifically, capacity deterioration resistance and resistance increase). Suppression performance) can be improved. A lithium secondary battery is preferable as the secondary battery.
そこで以下、本実施形態に係る二次電池用非水電解液を備えるリチウム二次電池の構成について、図面を参照しながら例を挙げて説明する。しかしながら、当該リチウム二次電池の構成は、以下説明する例に限定されない。以下の図面においては、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明している。また、各図における寸法関係(長さ、幅、厚さ等)は実際の寸法関係を反映するものではない。 Therefore, the configuration of the lithium secondary battery including the non-aqueous electrolytic solution for the secondary battery according to the present embodiment will be described below with reference to the drawings. However, the configuration of the lithium secondary battery is not limited to the examples described below. In the following drawings, members / parts that perform the same action are described with the same reference numerals. Moreover, the dimensional relations (length, width, thickness, etc.) in each drawing do not reflect the actual dimensional relations.
図1に示すリチウム二次電池100は、扁平形状の捲回電極体20と非水電解液80とが扁平な角形の電池ケース(即ち外装容器)30に収容されることにより構築される密閉型電池である。電池ケース30には外部接続用の正極端子42および負極端子44と、電池ケース30の内圧が所定レベル以上に上昇した場合に該内圧を開放するように設定された薄肉の安全弁36が設けられている。また、電池ケース30には、非水電解液80を注入するための注入口(図示せず)が設けられている。正極端子42は、正極集電板42aと電気的に接続されている。負極端子44は、負極集電板44aと電気的に接続されている。電池ケース30の材質としては、例えば、アルミニウム等の軽量で熱伝導性の良い金属材料が用いられる。
The lithium
捲回電極体20は、図1および図2に示すように、長尺状の正極集電体52の片面または両面(ここでは両面)に長手方向に沿って正極活物質層54が形成された正極シート50と、長尺状の負極集電体62の片面または両面(ここでは両面)に長手方向に沿って負極活物質層64が形成された負極シート60とが、2枚の長尺状のセパレータシート70を介して重ね合わされて長手方向に捲回された形態を有する。なお、捲回電極体20の捲回軸方向(即ち、上記長手方向に直交するシート幅方向)の両端から外方にはみ出すように形成された正極活物質層非形成部分52a(即ち、正極活物質層54が形成されずに正極集電体52が露出した部分)と負極活物質層非形成部分62a(即ち、負極活物質層64が形成されずに負極集電体62が露出した部分)には、それぞれ正極集電板42aおよび負極集電板44aが接合されている。
In the
正極シート50および負極シート60には、従来のリチウム二次電池に用いられているものと同様のものを特に制限なく使用することができる。典型的な一態様を以下に示す。
As the
正極シート50を構成する正極集電体52としては、例えばアルミニウム箔等が挙げられる。正極活物質層54に含まれる正極活物質としては、例えばリチウム遷移金属酸化物(例、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2、LiNiO2、LiCoO2、LiFeO2、LiMn2O4、LiNi0.5Mn1.5O4等)、リチウム遷移金属リン酸化合物(例、LiFePO4等)等が挙げられる。正極活物質層54は、活物質以外の成分、例えば導電材やバインダ等を含み得る。導電材としては、例えばアセチレンブラック(AB)等のカーボンブラックやその他(例、グラファイト等)の炭素材料を好適に使用し得る。バインダとしては、例えばポリフッ化ビニリデン(PVDF)等を使用し得る。
Examples of the positive electrode
負極シート60を構成する負極集電体62としては、例えば銅箔等が挙げられる。負極活物質層64に含まれる負極活物質としては、例えば黒鉛、ハードカーボン、ソフトカーボン等の炭素材料を使用し得る。負極活物質層64は、活物質以外の成分、例えばバインダや増粘剤等を含み得る。バインダとしては、例えばスチレンブタジエンラバー(SBR)等を使用し得る。増粘剤としては、例えばカルボキシメチルセルロース(CMC)等を使用し得る。
Examples of the negative electrode
セパレータ70としては、例えばポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリエステル、セルロース、ポリアミド等の樹脂から成る多孔性シート(フィルム)が挙げられる。かかる多孔性シートは、単層構造であってもよく、二層以上の積層構造(例えば、PE層の両面にPP層が積層された三層構造)であってもよい。セパレータ70の表面には、耐熱層(HRL)が設けられていてもよい。
Examples of the
非水電解液80には、上述の本実施形態に係る二次電池用非水電解液が用いられる。なお、図1は、電池ケース30内に注入される非水電解液80の量を厳密に示すものではない。
As the
以上のようにして構成されるリチウム二次電池100は、各種用途に利用可能である。好適な用途としては、電気自動車(EV)、ハイブリッド自動車(HV)、プラグインハイブリッド自動車(PHV)等の車両に搭載される駆動用電源が挙げられる。リチウム二次電池100は、典型的には複数個を直列および/または並列に接続してなる組電池の形態でも使用され得る。
The lithium
なお、一例として扁平形状の捲回電極体20を備える角形のリチウム二次電池100について説明した。しかしながら、リチウム二次電池は、積層型電極体を備えるリチウム二次電池として構成することもできる。また、リチウム二次電池は、円筒形リチウム二次電池、ラミネート型リチウム二次電池等として構成することもできる。また、公知方法に従い、リチウム二次電池以外の非水電解質二次電池として構成することもできる。
As an example, a square lithium
以下、本発明に関する実施例を説明するが、本発明をかかる実施例に示すものに限定することを意図したものではない。 Hereinafter, examples relating to the present invention will be described, but the present invention is not intended to be limited to those shown in such examples.
<非水電解液の調製>
非水溶媒として、エチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とを、30:70の体積比で含有する混合溶媒を準備した。この混合溶媒に、リチウム塩(LiPF6)を1.0mol/Lの濃度となるように添加すると共に、表1に示すイミダゾリウム塩を表1に示す含有量となるように添加することにより、各実施例および各比較例の非水電解液を調製した。
<Preparation of non-aqueous electrolyte solution>
As a non-aqueous solvent, a mixed solvent containing ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC) in a volume ratio of 30:70 was prepared. Lithium salt (LiPF 6 ) was added to this mixed solvent so as to have a concentration of 1.0 mol / L, and the imidazolium salt shown in Table 1 was added so as to have the content shown in Table 1. Non-aqueous electrolyte solutions of each Example and each Comparative Example were prepared.
<評価用リチウム二次電池の作製>
正極活物質粉末としてのLiNi1/3Co1/3Mn1/3O2(LNCM)と、導電材としてのアセチレンブラック(AB)と、バインダとしてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)とを、LNCM:AB:PVdF=87:10:3の質量比でN−メチルピロリドン(NMP)と混合し、正極活物質層形成用スラリーを調製した。このスラリーを、アルミニウム箔に塗布して乾燥した後、正極活物質層の密度が2.3g/cm3になるまでロールプレスすることにより、正極シートを作製した。
負極活物質として、平均粒子径(D50)10μm、比表面積4.8m2/g、C0=0.67nm、Lc=27nmの天然黒鉛系材料を準備した。この天然黒鉛系材料(C)と、バインダとしてのスチレンブタジエンゴム(SBR)と、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース(CMC)とを、C:SBR:CMC=98:1:1の質量比でイオン交換水と混合して、負極活物質層形成用スラリーを調製した。このスラリーを、銅箔に塗布して乾燥した後、ロールプレスすることにより、負極シートを作製した。
また、セパレータシートとして、PP/PE/PPの三層構造の多孔質ポリオレフィンシートを用意した。
作製した正極シートと負極シートとを、セパレータシートを介して対向させて電極体を作製した。
作製した電極体に集電体を取り付け、これを、各実施例および各比較例の非水電解液と共にラミネートケースに収容した。ラミネートケースを封止することにより、評価用リチウム二次電池を得た。
<Manufacturing of lithium secondary battery for evaluation>
LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 (LNCM) as a positive electrode active material powder, acetylene black (AB) as a conductive material, and polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder are used as LNCM: A slurry for forming a positive electrode active material layer was prepared by mixing with N-methylpyrrolidone (NMP) at a mass ratio of AB: PVdF = 87: 10: 3. This slurry was applied to an aluminum foil, dried, and then roll-pressed until the density of the positive electrode active material layer reached 2.3 g / cm 3 , to prepare a positive electrode sheet.
As the negative electrode active material, a natural graphite-based material having an average particle diameter (D50) of 10 μm, a specific surface area of 4.8 m 2 / g, C 0 = 0.67 nm, and L c = 27 nm was prepared. This natural graphite-based material (C), styrene-butadiene rubber (SBR) as a binder, and carboxymethyl cellulose (CMC) as a thickener are ionized at a mass ratio of C: SBR: CMC = 98: 1: 1. A slurry for forming a negative electrode active material layer was prepared by mixing with exchanged water. This slurry was applied to a copper foil, dried, and then roll-pressed to prepare a negative electrode sheet.
Further, as a separator sheet, a porous polyolefin sheet having a three-layer structure of PP / PE / PP was prepared.
The prepared positive electrode sheet and the negative electrode sheet were opposed to each other via a separator sheet to prepare an electrode body.
A current collector was attached to the prepared electrode body, and this was housed in a laminate case together with the non-aqueous electrolytic solution of each Example and each Comparative Example. By sealing the laminated case, a lithium secondary battery for evaluation was obtained.
<コンディショニング>
上記作製した各リチウム二次電池を25℃の環境下に置いた。各リチウム二次電池に対し、1/3Cの電流値で4.1Vまで定電流充電した後、10分間休止し、次いで1/3Cの電流値で3.0Vまで定電流放電した後、10分間休止することにより、コンディショニング処理を施した。
<Conditioning>
Each lithium secondary battery produced above was placed in an environment of 25 ° C. Each lithium secondary battery is constantly charged to 4.1 V with a current value of 1 / 3C, then paused for 10 minutes, then discharged to 3.0 V with a current value of 1/3 C, and then discharged for 10 minutes. By resting, conditioning treatment was applied.
<初期電池抵抗測定>
コンディショニングした各リチウム二次電池を、SOC60%に調整した。これを25℃の温度環境下に置き、10秒間充電した。充電電流レートは1C、3C、5C、10Cとし、各電流レートで充電した後の電圧を測定した。電流レートおよび電圧変化量よりIV抵抗を算出し、その平均値を初期電池抵抗とした。比較例1のリチウム二次電池の初期抵抗を「1.00」とした場合のその他の電池の初期抵抗の比を算出した。結果を表1に示す。
<Initial battery resistance measurement>
Each conditioned lithium secondary battery was adjusted to
<高温サイクル特性評価>
コンディショニングした各リチウム二次電池を、25℃の環境下においた。これを1/5Cの電流値で4.1Vまで定電流−定電圧充電(カット電流:1/50C)し、10分間休止した後、1/5Cの電流値で3.0Vまで定電流放電した。このときの放電容量を測定し、これを初期容量とした。
続いて、各リチウム二次電池を70℃の環境下に置いた。4.1Vまで2Cで定電流充電および3.0Vまで2Cで定電流放電を1サイクルとする充放電を200サイクル繰り返した。その後上記と同じ方法で放電容量を測定し、このときの放電容量を、200サイクル充放電後の電池容量として求めた。容量劣化の指標として、(200サイクル充放電後の電池容量/初期容量)で表される容量比を求めた。結果を表1に示す。なお、この容量比が大きいほど、容量劣化耐性に優れる。
また、上記と同じ方法で電池抵抗を測定し、このときの電池抵抗を、200サイクル充放電後の電池抵抗として求めた。抵抗増加の指標として、(200サイクル充放電後の電池抵抗/初期抵抗)で表される抵抗比を求めた。結果を表1に示す。なお、この抵抗比が小さいほど、抵抗増加抑制性能に優れる。
<High temperature cycle characterization>
Each conditioned lithium secondary battery was placed in an environment of 25 ° C. This was charged with constant current-constant voltage (cut current: 1 / 50C) to 4.1V with a current value of 1 / 5C, paused for 10 minutes, and then discharged to 3.0V with a current value of 1 / 5C. .. The discharge capacity at this time was measured and used as the initial capacity.
Subsequently, each lithium secondary battery was placed in an environment of 70 ° C. Charging and discharging with constant current charging at 2C up to 4.1V and constant current discharging at 2C up to 3.0V were repeated for 200 cycles. After that, the discharge capacity was measured by the same method as described above, and the discharge capacity at this time was determined as the battery capacity after 200 cycles of charging and discharging. As an index of capacity deterioration, the capacity ratio represented by (battery capacity after 200 cycles of charging / discharging / initial capacity) was obtained. The results are shown in Table 1. The larger the capacity ratio, the better the capacity deterioration resistance.
Further, the battery resistance was measured by the same method as described above, and the battery resistance at this time was determined as the battery resistance after 200 cycles of charging and discharging. As an index of the increase in resistance, the resistance ratio represented by (battery resistance / initial resistance after 200 cycles of charging / discharging) was obtained. The results are shown in Table 1. The smaller the resistance ratio, the better the resistance increase suppressing performance.
(表中のイミダゾリウム塩の種類の略号は以下の通りである。)
・イミダゾリウム塩のカチオン種
EMI:1−エチル−3−メチルイミダゾリウム
DMI:1,3−ジメチルイミダゾリウム
BMI:1−ブチル−3−メチルイミダゾリウム
・イミダゾリウム塩のアニオン種
PF6:PF6 −
TFSI:ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドアニオン
(The abbreviations for the types of imidazolium salts in the table are as follows.)
- imidazolium salt cationic species EMI of: 1-ethyl-3-methylimidazolium DMI: 1,3-dimethyl-imidazolium BMI: anionic species of 1-butyl-3-methylimidazolium imidazolium salt PF6 @: PF 6 -
TFSI: Bis (trifluoromethanesulfonyl) imide anion
イミダゾリウム塩を添加しなかった比較例1に対して、カチオン種が1−エチル−3−メチルイミダゾリウムであり、アニオン種がPF6 −であるイミダゾリウム塩を添加した比較例2、およびカチオン種が1−エチル−3−メチルイミダゾリウムであり、アニオン種がビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドアニオンである比較例3では、初期抵抗、および高温サイクル特性の改善が見られなかった。むしろ、初期抵抗および高温サイクル特性が悪化した。
これに対し、カチオン種が1−エチル−3−メチルイミダゾリウムであり、アニオン種がリン酸エステルであるイミダゾリウム塩を添加した実施例1では、初期抵抗および高温サイクル特性の改善が見られた。カチオン種のアルキル基の炭素数や、アニオン種の炭素数を変更した実施例5〜7についても同様に、初期抵抗および高温サイクル特性の改善が見られた。また、アニオン種をホスホン酸エステルに変更した実施例8でも同様に、初期抵抗および高温サイクル特性の改善が見られた。
よって、特定のカチオン種と特定のアニオン種との組み合わせのイミダゾリウム塩(以下、「特定のイミダゾリウム塩」と記す」を非水電解液に添加することにより、初期抵抗改善効果(初期抵抗低減効果)および高温サイクル特性改善効果(高温下での耐久性向上効果)が得られることが確認できた。
これは、電極上に形成される被膜中にリン酸エステルアニオンまたはホスホン酸エステルアニオンに由来するPO4 3−等が取り込まれ、その結果、混成被膜が形成され、この混成被膜により、初期抵抗低減効果と高温サイクル特性改善効果が得られるものと考えられる。
The comparative example 1 without addition of imidazolium salts, cationic species is 1-ethyl-3-methylimidazolium, anionic species PF 6 - Comparative Example 2, and cations added imidazolium salt is In Comparative Example 3 in which the species was 1-ethyl-3-methylimidazolium and the anion species was bis (trifluoromethanesulfonyl) imide anion, no improvement in initial resistance and high temperature cycle characteristics was observed. Rather, the initial resistance and high temperature cycle characteristics deteriorated.
On the other hand, in Example 1 in which an imidazolium salt in which the cation species was 1-ethyl-3-methylimidazolium and the anion species was a phosphate ester was added, improvement in initial resistance and high-temperature cycle characteristics was observed. .. Similarly, improvements in initial resistance and high-temperature cycle characteristics were observed in Examples 5 to 7 in which the carbon number of the alkyl group of the cation species and the carbon number of the anion species were changed. Similarly, in Example 8 in which the anion species was changed to a phosphonate ester, improvement in initial resistance and high temperature cycle characteristics was observed.
Therefore, by adding an imidazolium salt of a combination of a specific cation species and a specific anion species (hereinafter referred to as "specific imidazolium salt"" to the non-aqueous electrolytic solution, the initial resistance improving effect (initial resistance reduction). It was confirmed that the effect) and the effect of improving the high temperature cycle characteristics (the effect of improving the durability at high temperature) can be obtained.
This, PO 4 3- and the like derived from phosphoric acid ester anion or phosphonate ester anions are incorporated in the coating to be formed on the electrode, as a result, the hybrid film is formed by the hybrid coating, the initial resistance reducing It is considered that the effect and the effect of improving the high temperature cycle characteristics can be obtained.
実施例1〜4の比較より、特定のイミダゾリウム塩の添加量を変化させた場合の効果を確認することができる。特定のイミダゾリウム塩の添加量を1.0質量%および1.5質量%に増やした実施例2および3でも、初期抵抗および高温サイクル特性の改善効果が見られた。特定のイミダゾリウム塩の添加量を0.1質量%に減らした実施例4では、初期抵抗の低減効果がやや小さくなっているが、それでも、比較例1〜3と比べて、初期抵抗および高温サイクル特性が大きく改善がされていた。
このことから、特定のイミダゾリウム塩の添加量が、1.5質量%以下の範囲で、初期抵抗および高温サイクル特性の改善効果が得られることが確認できた。
From the comparison of Examples 1 to 4, the effect when the addition amount of a specific imidazolium salt is changed can be confirmed. In Examples 2 and 3 in which the amount of the specific imidazolium salt added was increased to 1.0% by mass and 1.5% by mass, the effect of improving the initial resistance and the high temperature cycle characteristics was also observed. In Example 4 in which the amount of the specific imidazolium salt added was reduced to 0.1% by mass, the effect of reducing the initial resistance was slightly smaller, but the initial resistance and high temperature were still higher than those in Comparative Examples 1 to 3. The cycle characteristics were greatly improved.
From this, it was confirmed that the effect of improving the initial resistance and the high temperature cycle characteristics can be obtained when the amount of the specific imidazolium salt added is in the range of 1.5% by mass or less.
以上のことから、上記説明した本実施形態に係る二次電池用非水電解液によれば、二次電池の抵抗を低減可能であることがわかる。また、高温サイクル特性を改善可能であることがわかる。 From the above, it can be seen that the resistance of the secondary battery can be reduced by the non-aqueous electrolyte solution for the secondary battery according to the present embodiment described above. It is also found that the high temperature cycle characteristics can be improved.
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。 Although specific examples of the present invention have been described in detail above, these are merely examples and do not limit the scope of claims. The techniques described in the claims include various modifications and modifications of the specific examples illustrated above.
20 捲回電極体
30 電池ケース
36 安全弁
42 正極端子
42a 正極集電板
44 負極端子
44a 負極集電板
50 正極シート(正極)
52 正極集電体
52a 正極活物質層非形成部分
54 正極活物質層
60 負極シート(負極)
62 負極集電体
62a 負極活物質層非形成部分
64 負極活物質層
70 セパレータシート(セパレータ)
80 非水電解液
100 リチウム二次電池
20
52 Positive electrode
62 Negative electrode
80
Claims (1)
前記イミダゾリウム塩は、ジアルキルイミダゾリウムカチオンと、リン酸エステルアニオンまたはホスホン酸エステルアニオンとの塩であり、
前記非水電解液中の前記イミダゾリウム塩の含有量が、0質量%超1.5質量%以下である、
二次電池用非水電解液。 A non-aqueous electrolyte solution for a secondary battery containing an imidazolium salt as an additive.
The imidazolium salt is a salt of a dialkyl imidazolium cation and a phosphate ester anion or a phosphonate ester anion.
The content of the imidazolium salt in the non-aqueous electrolytic solution is more than 0% by mass and 1.5% by mass or less.
Non-aqueous electrolyte for secondary batteries.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019030433A JP7174329B2 (en) | 2019-02-22 | 2019-02-22 | Non-aqueous electrolyte for secondary batteries |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019030433A JP7174329B2 (en) | 2019-02-22 | 2019-02-22 | Non-aqueous electrolyte for secondary batteries |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020136161A true JP2020136161A (en) | 2020-08-31 |
JP7174329B2 JP7174329B2 (en) | 2022-11-17 |
Family
ID=72279116
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019030433A Active JP7174329B2 (en) | 2019-02-22 | 2019-02-22 | Non-aqueous electrolyte for secondary batteries |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7174329B2 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012001459A (en) * | 2010-06-15 | 2012-01-05 | Sanyo Chem Ind Ltd | Method for producing phosphate diester salt |
JP2013251137A (en) * | 2012-05-31 | 2013-12-12 | Kaneka Corp | Nonaqueous electrolyte secondary battery and secondary battery module |
JP2017036273A (en) * | 2015-08-10 | 2017-02-16 | ステラケミファ株式会社 | Phosphoric diester salt, method for producing the same, nonaqueous electrolyte of power storage element and power storage element |
JP2018530141A (en) * | 2015-09-28 | 2018-10-11 | ユニバーシティー オブ メリーランド,カレッジ パーク | Aqueous and hybrid electrolytes with wide electrochemical stability window |
-
2019
- 2019-02-22 JP JP2019030433A patent/JP7174329B2/en active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012001459A (en) * | 2010-06-15 | 2012-01-05 | Sanyo Chem Ind Ltd | Method for producing phosphate diester salt |
JP2013251137A (en) * | 2012-05-31 | 2013-12-12 | Kaneka Corp | Nonaqueous electrolyte secondary battery and secondary battery module |
JP2017036273A (en) * | 2015-08-10 | 2017-02-16 | ステラケミファ株式会社 | Phosphoric diester salt, method for producing the same, nonaqueous electrolyte of power storage element and power storage element |
JP2018530141A (en) * | 2015-09-28 | 2018-10-11 | ユニバーシティー オブ メリーランド,カレッジ パーク | Aqueous and hybrid electrolytes with wide electrochemical stability window |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP7174329B2 (en) | 2022-11-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6260619B2 (en) | Non-aqueous electrolyte secondary battery and method for producing non-aqueous electrolyte secondary battery | |
JP2018106903A (en) | Lithium ion secondary battery | |
JP6955672B2 (en) | Electrolyte for lithium secondary battery | |
JP6836727B2 (en) | Non-aqueous electrolyte Lithium ion secondary battery | |
JP7228113B2 (en) | Non-aqueous electrolyte secondary battery | |
JP2019040722A (en) | Lithium ion secondary battery | |
JP2017103163A (en) | Nonaqueous electrolyte secondary battery | |
JP7148872B2 (en) | Non-aqueous electrolyte for lithium secondary batteries | |
CN110931860B (en) | Nonaqueous electrolyte for lithium ion secondary battery | |
JP7174329B2 (en) | Non-aqueous electrolyte for secondary batteries | |
JP7265714B2 (en) | Non-aqueous electrolyte for non-aqueous secondary batteries | |
JP2021089805A (en) | Method for manufacturing nonaqueous electrolyte secondary battery | |
JP2020113378A (en) | Nonaqueous electrolyte for lithium secondary battery | |
JP2017054736A (en) | Electrolytic solution for lithium ion secondary battery, and method for manufacturing lithium ion secondary battery | |
JP2017050156A (en) | Nonaqueous electrolyte secondary battery | |
JP2020170608A (en) | Resistance characteristics recovery method of non-aqueous electrolyte secondary battery | |
KR102129499B1 (en) | Lithium secondary battery | |
JP6994163B2 (en) | Non-aqueous electrolyte lithium ion secondary battery | |
JP6944644B2 (en) | Electrolyte for lithium secondary battery | |
JP7265713B2 (en) | Non-aqueous electrolyte and non-aqueous electrolyte secondary battery | |
JP2019067699A (en) | Nonaqueous electrolyte lithium ion battery | |
JP7340147B2 (en) | Non-aqueous electrolytes and non-aqueous electrolyte secondary batteries | |
JP6960089B2 (en) | Non-aqueous electrolyte | |
JP2018190624A (en) | Nonaqueous electrolyte secondary battery | |
JP6951667B2 (en) | Electrolyte for lithium ion secondary battery |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20210526 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20220428 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220506 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20220617 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220707 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20221006 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20221019 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 7174329 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |