JP2021150037A - Lithium ion conductor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、リチウムイオン伝導体に関するものである。 The present invention relates to a lithium ion conductor.
リチウムイオン二次電池は、軽量、高エネルギー及び長寿命であることが大きな特徴であり、例えばノートブックコンピュータ、携帯電話、デジタルカメラ、ビデオカメラ等の携帯用電子機器の電源として広範囲に用いられている。また、低環境負荷社会への移行に伴い、リチウムイオン二次電池は、ハイブリッド型電気自動車(Hybrid Electric Vehicle:HEV)及びプラグインHEV(Plug−in Hybrid Electric Vehicle:PHEV)の電源、更には住宅用蓄電システム等の電力貯蔵分野においても注目されている。 Lithium-ion secondary batteries are characterized by their light weight, high energy and long life, and are widely used as a power source for portable electronic devices such as notebook computers, mobile phones, digital cameras and video cameras. There is. In addition, with the transition to a society with a low environmental load, lithium-ion secondary batteries are used as power sources for hybrid electric vehicles (HEVs) and plug-in HEVs (Plug-in Hybrid Electric Vehicles: PHEVs), as well as housing. It is also attracting attention in the field of power storage such as power storage systems.
ところで、従来、リチウムイオン二次電池の電解質には、リチウム塩を有機溶媒に溶解した有機電解液が用いられており、漏液に伴う安全性の懸念があった。 By the way, conventionally, an organic electrolytic solution in which a lithium salt is dissolved in an organic solvent has been used as an electrolyte of a lithium ion secondary battery, and there is a concern about safety due to leakage.
電解液の代わりに固体電解質を用いることで、正極材、電解質および負極材をすべて固体とした全固体電池は、可燃性の電解液が不要になり、かつ安全性が飛躍的に向上した技術として提案されている。 By using a solid electrolyte instead of the electrolyte, an all-solid-state battery in which the positive electrode material, electrolyte, and negative electrode material are all solids eliminates the need for a flammable electrolyte and dramatically improves safety. Proposed.
全固体電池に用いる酸化物系固体電解質としては、例えば、ガーネット型酸化物、NASICON型又はペロブスカイト型の酸化物などの金属酸化物系の材料を固体電解質として用いる試みが為されている。これらの金属酸化物系の材料は、リチウムイオン伝導性を有し、かつ化学的に安定であるが、固く成形性が悪いという課題がある。他方、高いリチウムイオン伝導性から硫化物系材料を用いた技術の開示がある。しかしながら、硫化物系材料は化学的安定性に乏しく、大気暴露において硫化水素が発生したり、硫化物系固体電解質と正極材とを直接接触させた場合、境界面に、リチウムの存在しない、厚さ数ナノメートルの「欠乏層」が出現し、出力特性が著しく低下したりするなどの課題がある。硫化物系材料は、金属酸化物材料と比べ、成形容易性がメリットではあるが、然りながら、そのプレス圧は高く、加圧の際に短絡が発生し易い。そのため、硫化物系固体電解質は、一定厚み以上を確保する必要があり、固体電解質層を薄くして活物質充てん量を増やすことで電池としての電気容量を増やすという観点から問題があった。 As the oxide-based solid electrolyte used in the all-solid-state battery, for example, an attempt has been made to use a metal oxide-based material such as a garnet-type oxide, a NASICON-type or a perovskite-type oxide as the solid electrolyte. These metal oxide-based materials have lithium ion conductivity and are chemically stable, but have a problem that they are hard and have poor moldability. On the other hand, there is a disclosure of a technique using a sulfide-based material because of its high lithium ion conductivity. However, the sulfide-based material has poor chemical stability, and when hydrogen sulfide is generated when exposed to the atmosphere, or when the sulfide-based solid electrolyte and the positive electrode material are brought into direct contact with each other, there is no lithium at the interface, and the thickness is high. There are problems such as the appearance of a "deficient layer" of several nanometers and a significant decrease in output characteristics. Sulfide-based materials have the advantage of being easier to mold than metal oxide materials, but their press pressure is high and short circuits are likely to occur during pressurization. Therefore, it is necessary to secure a certain thickness or more for the sulfide-based solid electrolyte, and there is a problem from the viewpoint of increasing the electric capacity as a battery by thinning the solid electrolyte layer and increasing the filling amount of the active material.
上記課題に対して、固体ポリマー電解質にも注目が集まっているが、固体ポリマー電解質を適用した全固体電池は、室温ではもちろん、60℃〜80℃でも十分な出力又は容量が発現され難い。このような理由としては、先ず、ポリマー電解質の低いイオン伝導度、次に、リチウムとポリマー電解質との間の界面抵抗が挙げられる。ポリマー電解質のイオン伝導度の問題を解決するために、これまでにも多くの努力が為されてきたが、画期的なイオン伝導度の向上はなく、固体ポリマー電解質の限界として指摘されてきた。 In response to the above problems, solid-state polymer electrolytes are also attracting attention, but it is difficult for an all-solid-state battery to which a solid polymer electrolyte is applied to exhibit sufficient output or capacity not only at room temperature but also at 60 ° C to 80 ° C. Reasons for this include, first, the low ionic conductivity of the polymer electrolyte, and then the interfacial resistance between lithium and the polymer electrolyte. Many efforts have been made to solve the problem of ionic conductivity of polymer electrolytes, but there has been no breakthrough improvement in ionic conductivity, and it has been pointed out as the limit of solid polymer electrolytes. ..
例えば、リチウムと固体ポリマー電解質との間の界面抵抗を顕著に低くした全固体電池用ポリマー電解質を提供することを目的として、特許文献1が挙げられるが、イオン伝導度の向上には至っていない。 For example, Patent Document 1 is mentioned for the purpose of providing a polymer electrolyte for an all-solid-state battery in which the interfacial resistance between lithium and a solid polymer electrolyte is remarkably lowered, but the ionic conductivity has not been improved.
リチウムと固体電解質との間の界面抵抗を下げるためには十分な可塑性を持った材料が必要になる。一方で、材料の可塑性を高め過ぎると流動してしまい、いわゆる既によく使われている有機電解液との差異がなくなってしまう。したがって、本発明は、固体でありながら、ポリマーよりも高い可塑性と、高いイオン伝導度とを発現し得るリチウムイオン伝導体、及びそれを含む非水系二次電池を提供することを目的とする。 A material with sufficient plasticity is required to reduce the interfacial resistance between lithium and the solid electrolyte. On the other hand, if the plasticity of the material is increased too much, it will flow, and there will be no difference from the so-called already commonly used organic electrolyte. Therefore, an object of the present invention is to provide a lithium ion conductor capable of exhibiting higher plasticity and higher ionic conductivity than a polymer while being a solid, and a non-aqueous secondary battery containing the same.
本発明者らは、いかにしてイオン伝導度を向上させ、固体電解質と電極の活物質とのコンタクトを良化させつつ、固体状態を保つ方法はないかと考え、分子に一定の設計要件を持たせ、この分子をリチウムイオン伝導体として利用することで、流動性のないままに固体電解質と電極活物質とのコンタクトを良化でき、イオン伝導度の向上が図れることが分かり、本発明を完成させた。本発明の一態様を以下に例示する。 The present inventors wondered how to improve the ionic conductivity and improve the contact between the solid electrolyte and the active material of the electrode while maintaining the solid state, and have certain design requirements for the molecule. It was found that by using this molecule as a lithium ion conductor, the contact between the solid electrolyte and the electrode active material can be improved without fluidity, and the ionic conductivity can be improved, and the present invention is completed. I let you. One aspect of the present invention is illustrated below.
[1] 少なくとも一つのリチウム塩と、少なくとも一つの閉殻空洞状分子とを含み、前記閉殻空洞状分子を構成する元素の数は12個以上100個以下であり、前記閉殻空洞状分子の分子量が100以上1,000以下であるリチウムイオン伝導体であって、前記閉殻空洞状分子は非イオン性分子であり、かつ前記閉殻空洞状分子を前記リチウムイオン伝導体100質量%に対して30質量%以上含むリチウムイオン伝導体。
[2] 前記閉殻空洞状分子が、一つの体心略球部と少なくとも一つの周外略球凸部または周外略球凹部とを含む、項目1に記載のリチウムイオン伝導体。
[3] 結晶構造解析を基に判明した前記閉殻空洞状分子の原子配置と、ファンデルワールス半径を基に描画された前記閉殻空洞状分子の体心略球部とにおいて、最も重心から近いファンデルワールス描像の点と重心との距離をS1として、最も重心から遠いファンデルワールス描像の点と重心との距離をS2としたとき、S1/S2が0.6以上1.0以下である、項目2に記載のリチウムイオン伝導体。
[4] 前記リチウム塩が、Li2B10H10−aXa〔式中、XはF、Cl、Br、又はIから選ばれ、かつaは0〜10の整数である〕で表されるリチウム塩、LiB12H12−bYb〔式中、YはF、Cl、Br、又はIから選ばれ、かつbは0〜12の整数である〕で表されるリチウム塩、LiCB11H12−cZc〔式中、ZはF、Cl、Br、又はIから選ばれ、かつcは0〜12の整数である〕で表されるリチウム塩、LiCB9H10−dWd〔式中、XはF、Cl、Br、又はIから選ばれ、かつdは0〜10の整数である〕で表されるリチウム塩、LiN(SO2F)2、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2、又はそれらの組み合わせである、項目1〜3のいずれか一項に記載のリチウムイオン伝導体。
[5] 前記閉殻空洞状分子が、オルト−カルボラン、メタ−カルボラン、パラ−カルボラン、2−アダマンタノン、1−アダマンタノン、1−アダマンタンカルボニトリル、及び2−アダマンタンカルボニトリルから成る群から選択される少なくとも一つである、項目1〜3のいずれか一項に記載のリチウムイオン伝導体。
[6] 項目1〜5のいずれか一項に記載のリチウムイオン伝導体を含む、非水系二次電池。
[1] The number of elements constituting the closed-shell hollow molecule, which contains at least one lithium salt and at least one closed-shell hollow molecule, is 12 or more and 100 or less, and the molecular weight of the closed-shell hollow molecule is It is a lithium ion conductor of 100 or more and 1,000 or less, the closed-shell hollow molecule is a nonionic molecule, and the closed-shell hollow molecule is 30% by mass with respect to 100% by mass of the lithium ion conductor. Lithium ion conductor including the above.
[2] The lithium ion conductor according to item 1, wherein the closed-shell hollow molecule includes one body-centered substantially spherical portion and at least one peripheral outer substantially spherical convex portion or outer peripheral substantially spherical concave portion.
[3] The fan closest to the center of gravity in the atomic arrangement of the closed-shell hollow molecule found based on the crystal structure analysis and the body-centered spherical portion of the closed-shell hollow molecule drawn based on the van der Waals radius. When the distance between the point of the Delwars drawing and the center of gravity is S1 and the distance between the point of the Van der Waals drawing farthest from the center of gravity and the center of gravity is S2, S1 / S2 is 0.6 or more and 1.0 or less. Item 2. The lithium ion conductor according to item 2.
[4] The lithium salt is represented by Li 2 B 10 H 10-a X a [in the formula, X is selected from F, Cl, Br, or I, and a is an integer of 0 to 10]. LiCB 12 H 12-b Y b [In the formula, Y is selected from F, Cl, Br, or I, and b is an integer of 0 to 12], LiCB 11 H 12-c Z c [In the formula, Z is selected from F, Cl, Br, or I, and c is an integer of 0 to 12] LiCB 9 H 10-d W d [In the formula, X is selected from F, Cl, Br, or I, and d is an integer of 0 to 10], a lithium salt represented by LiN (SO 2 F) 2 , LiN (SO 2 CF 3). ) 2 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 , or a combination thereof, according to any one of items 1 to 3.
[5] The closed-shell hollow molecule is selected from the group consisting of ortho-carborane, meta-carborane, para-carborane, 2-adamantanone, 1-adamantanone, 1-adamantanane carbonitrile, and 2-adamantanane carbonitrile. The lithium ion conductor according to any one of items 1 to 3, which is at least one.
[6] A non-aqueous secondary battery containing the lithium ion conductor according to any one of items 1 to 5.
本発明のリチウムイオン伝導体を全固体電池に適用すれば、電極活物質との界面抵抗及び放電過電圧が顕著に減少し、結果的に十分な放電容量が具現化され、出力特性及びエネルギー密度を改善させることができる。 When the lithium ion conductor of the present invention is applied to an all-solid-state battery, the interface resistance with the electrode active material and the discharge overvoltage are remarkably reduced, and as a result, a sufficient discharge capacity is realized, and the output characteristics and energy density are improved. It can be improved.
本実施形態の非水系二次電池の一例を、図1及び図2に示した。図1は該非水系二次電池の一例を模式的に表す平面図であり、図2は図1のA−A線断面図である。 An example of the non-aqueous secondary battery of this embodiment is shown in FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a plan view schematically showing an example of the non-aqueous secondary battery, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.
非水系二次電池100は、2枚のアルミニウムラミネートフィルムで構成したラミネートフィルム外装体110の領域120内に、正極150と負極160とを、リチウムイオン伝導体を含む層(リチウムイオン伝導体層)170を介して積層して構成した積層電極体を収納して成る。アルミニウムラミネートフィルム外装体110は、その外周部において、上下のアルミニウムラミネートフィルムを熱融着することにより封止されている。領域120は、外装体110の一部であって、正極150、負極160、及びリチウムイオン伝導体層170から成る積層体を収納するために、膨らんだ空間である。
The non-aqueous
正極150及び負極160は、外部回路と接続するためにアルミニウム製タブ130及びニッケル製タブ140に、それぞれ電気的に接続されている。なお、図2においては、図面が煩雑になることを避けるために、アルミニウムラミネートフィルム外装体110を構成している各層、並びに正極150及び負極160の各層を区別して示していない。非水系二次電池100において、リチウムイオン伝導体を除く各部材としては、従来のリチウムイオン二次電池に備えられるものを用いることができ、例えば後述のものであってもよい。リチウムイオン伝導体層170は、短絡防止の観点からセパレータが存在することが望ましいが、これがない実施態様であっても、本発明の優れた効果を発現することは可能である。
The
非水系二次電池100において、領域120内に圧力を掛けてもよい。非水系二次電池の構成要素を以下に説明する。
In the non-aqueous
<1.リチウムイオン伝導体>
本実施形態におけるリチウムイオン伝導体は、少なくとも一つのリチウム塩と、少なくとも一つの閉殻空洞状分子とを含み、閉殻空洞状分子を構成する元素の数は12個以上100個以下であり、閉殻空洞状分子の分子量が100以上1000以下であるリチウムイオン伝導体であれば特に限定されない。
<1. Lithium-ion conductor>
The lithium ion conductor in the present embodiment contains at least one lithium salt and at least one closed-shell cavity-like molecule, and the number of elements constituting the closed-shell cavity-like molecule is 12 or more and 100 or less, and the closed-shell cavity is formed. The molecular weight of the state molecule is not particularly limited as long as it is a lithium ion conductor having a molecular weight of 100 or more and 1000 or less.
<1−1.閉殻空洞状分子>
本実施形態においては、元素によって少なくとも4つの頂点を持ち、立体構造を為すことを「閉殻」と定義し、そして閉殻空洞状分子とは、閉殻を有し、またその閉殻内部には空間が存在する分子のことを指す。閉殻空洞状分子の立体構造の形状は、例えば、三角錐、立方体、正n面体であり、元素の原子半径によって、立体構造の3次元的な対称性について限定されない。
<1-1. Closed-shell hollow molecule>
In the present embodiment, an element having at least four vertices and forming a three-dimensional structure is defined as a "closed shell", and a closed-shell hollow molecule has a closed shell, and a space exists inside the closed shell. Refers to the molecule that does. The shape of the three-dimensional structure of the closed-shell hollow molecule is, for example, a triangular pyramid, a cube, or a regular n-plane, and the atomic radius of the element does not limit the three-dimensional symmetry of the three-dimensional structure.
閉殻空洞状分子を構成する元素の数は12個以上100個以下である。固体としての安定性の観点から、元素の数の下限が決定され、分子の運動性を高める観点から、その上限は決定される。すなわち、閉殻空洞状分子を構成する元素の数は、12個以上60個以下であることが好ましく、20個以上60個以下であることがより好ましく、20個以上40個以下であることが好ましい。 The number of elements constituting the closed-shell hollow molecule is 12 or more and 100 or less. From the viewpoint of stability as a solid, the lower limit of the number of elements is determined, and from the viewpoint of enhancing the motility of the molecule, the upper limit is determined. That is, the number of elements constituting the closed-shell hollow molecule is preferably 12 or more and 60 or less, more preferably 20 or more and 60 or less, and preferably 20 or more and 40 or less. ..
閉殻空洞状分子の分子量は、100以上1,000以下である。固体としての安定性の観点から、分子量の下限は110以上であることが好ましく、より好ましくは120以上である。分子量の上限は、分子の運動性を高める観点から900以下であることが好ましく、800以下であることがより好ましい。 The molecular weight of the closed-shell hollow molecule is 100 or more and 1,000 or less. From the viewpoint of stability as a solid, the lower limit of the molecular weight is preferably 110 or more, more preferably 120 or more. The upper limit of the molecular weight is preferably 900 or less, more preferably 800 or less, from the viewpoint of enhancing the motility of the molecule.
本実施形態に係る閉殻空洞状分子は、常温(25℃)において、その粘度が30Pa・s以上であることが好ましい。また、閉殻空洞状分子は、非イオン性であることが好ましい。 The closed-shell hollow molecule according to the present embodiment preferably has a viscosity of 30 Pa · s or more at room temperature (25 ° C.). Further, the closed-shell hollow molecule is preferably nonionic.
本実施形態に係る閉殻空洞状分子は、一つの体心略球部と少なくとも一つの周外略球凸部または少なくとも一つの周外略球凹部とを含むことが好ましい。すなわち、体心略球部の重心と少なくとも一つの周外凸部または周外凹部の重心は一致していない。 The closed-shell hollow molecule according to the present embodiment preferably includes one body-centered substantially spherical portion and at least one peripheral outer substantially spherical convex portion or at least one peripheral outer substantially spherical concave portion. That is, the center of gravity of the substantially spherical portion of the body center and the center of gravity of at least one outer peripheral convex portion or outer peripheral concave portion do not coincide with each other.
閉殻空洞状分子において、周外凸部または周外凹部の数は一つ以上であればよく、好ましくは一つ以上三つ以下、より好ましくは一つ以上二つ以下である。 In the closed-shell hollow molecule, the number of peripheral convex portions or peripheral concave portions may be one or more, preferably one or more and three or less, and more preferably one or more and two or less.
周外凸部または周外凹部の配置は、数が一つの場合には、その配置については体心略球部上にあればよく、その配置の制約は受けない。周外凸部または周外凹部の数が二つの場合にも体心略球部上にあればよく、その配置については制約を受けない。数が二つの好ましい場合には、体心球を半分にした際に、その半球に二つの周外凸部または周外凹部があることが好ましい。周外凸部または周外凹部の三つの場合にも体心略球部上にあればよく、その配置については制約を受けない。数が三つの好ましい場合には、体心球を半分にした際に、その半球に二つの周外球があり、もう一つの周外球が反対の半球にあることが好ましい。 When the number of the outer peripheral convex portion or the outer peripheral concave portion is one, the arrangement may be as long as it is on the substantially spherical portion of the body center, and the arrangement is not restricted. Even when the number of the peripheral convex portions or the peripheral concave portions is two, it suffices as long as it is on the body-centered spherical portion, and the arrangement thereof is not restricted. When the number is preferably two, it is preferable that the hemisphere has two outer convex portions or outer peripheral concave portions when the body heart sphere is halved. In the case of the three cases of the outer peripheral convex portion and the outer peripheral concave portion, it suffices as long as it is on the substantially spherical portion of the body center, and the arrangement thereof is not restricted. When the number is preferably three, it is preferable that when the body heart sphere is halved, the hemisphere has two outer spheres and the other outer sphere is in the opposite hemisphere.
ファンデルワールス半径を基に閉殻空洞状分子を描像した場合、体心略球部の体積と周外凸部または凹部の体積の比率は、体心球の体積(V1)、周外の凸部または凹部の体積(V2)としたとき、V1/V2が1より小さいことが好ましい。閉殻空洞状分子の描像には、結晶構造解析により判明した原子配置と、ファンデルワールス半径に関する「Bondi A (1964) Journal of Physical Chemistry 68:441−」とを利用する。 When a closed-shell hollow molecule is drawn based on the van der Waals radius, the ratio of the volume of the body-centered sphere to the volume of the peripheral convex or concave is the volume of the body-centered sphere (V1) and the volume of the outer convex. Alternatively, when the volume of the recess (V2) is set, it is preferable that V1 / V2 is smaller than 1. For the depiction of the closed-shell hollow molecule, the atomic arrangement found by the crystal structure analysis and "Bondi A (1964) Journal of Physical Chemistry 68: 441-" regarding the van der Waals radius are used.
結晶構造解析により判明した原子配置、及びファンデルワールス半径を基に閉殻空洞状分子を描像した場合、体心略球部において、最も重心から近いファンデルワールス描像の点と重心との距離をS1として、最も重心から遠いファンデルワールス描像の点と重心との距離をS2としたとき、S1/S2が0.6以上1.0以下であることが好ましく、S1/S2が0.7以上1.0以下であることがより好ましい。 When a closed-shell hollow molecule is imaged based on the atomic arrangement found by crystal structure analysis and the van der Waals radius, the distance between the point of the van der Waals image closest to the center of gravity and the center of gravity is S1 in the body-centered approximate sphere. Assuming that the distance between the van der Waals image point farthest from the center of gravity and the center of gravity is S2, S1 / S2 is preferably 0.6 or more and 1.0 or less, and S1 / S2 is 0.7 or more and 1 More preferably, it is 0.0 or less.
本実施形態に係る閉殻空洞状分子は、体心略球部と周外では、含む元素比が異なる。元素比とは、各部を構成する元素の比率のことを指す。 The closed-shell hollow molecule according to the present embodiment contains different element ratios between the substantially spherical portion of the body and the outer circumference. The element ratio refers to the ratio of the elements that make up each part.
周外略球凸部または周外略球凹部の数にかかわらず、周外略球凸部または周外略球凹部の平均電気陰性度は、体心略球部の平均電気陰性度よりも大きい方が好ましい。平均電気陰性度としては、略球部を構成する元素の電気陰性度を足して元素数で割った値を用いる。 The average electronegativity of the convex outer sphere or the concave outer sphere is greater than the average electronegativity of the convex outer sphere or the concave outer sphere, regardless of the number of convex or outer spheres. Is preferable. As the average electronegativity, a value obtained by adding the electronegativity of the elements constituting the substantially spherical portion and dividing by the number of elements is used.
本実施形態に係る閉殻空洞状分子は、例えば、オルト−カルボラン、メタ−カルボラン、パラ−カルボラン、2−アダマンタノン、1−アダマンタノン、1−アダマンタンカルボニトリル、2−アダマンタンカルボニトリルなどが挙げられるが、その限りではない。 Examples of the closed-shell hollow molecule according to the present embodiment include ortho-carborane, meta-carborane, para-carborane, 2-adamantanone, 1-adamantanone, 1-adamantanane carbonitrile, 2-adamantanane carbonitrile, and the like. However, this is not the case.
上記の閉殻空洞状分子は、公知の合成法、必要に応じた合成法等によって製造することができる。 The above-mentioned closed-shell hollow molecule can be produced by a known synthetic method, a synthetic method if necessary, or the like.
<1−2.リチウム塩>
本実施形態におけるリチウムイオン伝導体に含有されるリチウム塩としては、非水系二次電池の電解液に用いられているリチウム塩であればよい。
<1-2. Lithium salt>
The lithium salt contained in the lithium ion conductor in the present embodiment may be any lithium salt used in the electrolytic solution of the non-aqueous secondary battery.
本実施形態のリチウムイオン伝導体中におけるリチウム塩の含有量については、特に制限はないが、非水系溶媒1Lに対して0.2mol以上であることが好ましく、0.5mol以上であることがより好ましく、0.8mol以上であることが更に好ましい。また、リチウム塩の含有量は、非水系溶媒1Lに対して15mol以下であることが好ましく、4mol以下であることがより好ましく、2.8mol以下であることが更に好ましい。リチウム塩の含有量が上述の範囲内にある場合、イオン伝導度が増大して高出力特性を発現できる傾向にあり、リチウムイオン伝導体の優れた性能を維持しながら、貯蔵特性及びその他の電池特性を一層良好なものとすることができる傾向にある。 The content of the lithium salt in the lithium ion conductor of the present embodiment is not particularly limited, but is preferably 0.2 mol or more, and more preferably 0.5 mol or more with respect to 1 L of the non-aqueous solvent. It is preferably 0.8 mol or more, and more preferably 0.8 mol or more. The content of the lithium salt is preferably 15 mol or less, more preferably 4 mol or less, and further preferably 2.8 mol or less with respect to 1 L of the non-aqueous solvent. When the content of the lithium salt is within the above range, the ionic conductivity tends to increase and high output characteristics can be exhibited, and the storage characteristics and other batteries can be maintained while maintaining the excellent performance of the lithium ion conductor. There is a tendency for the properties to be even better.
リチウム塩としては、通常の非水系電解質として用いられているものであれば特に限定されず、いずれのものであってもよい。そのようなリチウム塩の具体例としては、例えば、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、Li2SiF6、LiSbF6、LiAlO4、LiAlCl4、Li2B10H10−aXa〔式中、XはF、Cl、Br、又はIから選ばれ、かつaは0〜10の整数である〕で表されるリチウム塩、LiB12H12−bYb〔式中、YはF、Cl、Br、又はIから選ばれ、かつbは0〜12の整数である〕で表されるリチウム塩、LiCB11H12−cZc〔式中、ZはF、Cl、Br、又はIから選ばれ、かつcは0〜12の整数である〕で表されるリチウム塩、LiCB9H10−dWd〔式中、XはF、Cl、Br、又はIから選ばれ、かつdは0〜10の整数である〕で表されるリチウム塩、LiN(SO2F)2、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2等のLiN(SO2CmF2m+1)2〔式中、mは1〜8の整数である〕で表されるリチウム塩;LiPF5(CF3)等のLiPFn(CpF2p+1)6−n〔式中、nは1〜5の整数であり、かつpは1〜8の整数である〕で表されるリチウム塩;LiBF3(CF3)等のLiBFq(CsF2s+1)4−q〔式中、qは1〜3の整数であり、かつsは1〜8の整数である〕で表されるリチウム塩;LiB(C2O4)2で表されるリチウムビス(オキサラト)ボレート(LiBOB);ハロゲン化された有機酸を配位子とするボレートのリチウム塩;LiBF2(C2O4)で表されるリチウムオキサラトジフルオロボレート(LiODFB);LiB(C3O4H2)2で表されるリチウムビス(マロネート)ボレート(LiBMB);LiPF4(C2O4)で表されるリチウムテトラフルオロオキサラトフォスフェート等のリチウム塩;下記一般式(1a)、(1b)及び(1c):
LiC(SO2R2)(SO2R3)(SO2R4) (1a)
LiN(SO2OR5)(SO2OR6) (1b)
LiN(SO2R7)(SO2OR8) (1c)
{式中、R2、R3、R4、R5、R6、R7、及びR8は、互いに同一であっても異なっていてもよく、炭素数1〜8のパーフルオロアルキル基を示す。}のそれぞれで表されるリチウム塩等が挙げられる。中でも、イオン伝導度の観点からLi2B10H10−aXa〔式中、XはF、Cl、Br、又はIから選ばれ、かつaは0〜10の整数である〕で表されるリチウム塩、LiB12H12−bYb〔式中、Yは、F、Cl、Br、又はIから選ばれ、かつbは0〜12の整数である〕で表されるリチウム塩、LiCB11H12−cZc〔式中、ZはF、Cl、Br、又はIから選ばれ、かつcは0〜12の整数である〕で表されるリチウム塩、LiCB9H10−dWd〔式中、XはF、Cl、Br、又はIから選ばれ、かつdは0〜10の整数である〕で表されるリチウム塩、LiN(SO2F)2、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2を含むことが好ましく、より好ましくは、Li2B10H10−aXa〔式中、XはF、Cl、Br、又はIから選ばれ、かつaは0〜10の整数である〕で表されるリチウム塩、LiB12H12−bYb〔式中、YはF、Cl、Br、又はIから選ばれ、かつbは0〜12の整数である〕で表されるリチウム塩、LiCB11H12−cZc〔式中、ZはF、Cl、Br、又はIから選ばれ、かつcは0〜12の整数である〕で表されるリチウム塩、LiCB9H10−dWd〔式中、XはF、Cl、Br、又はIから選ばれ、かつdは0〜10の整数である〕で表されるリチウム塩を含むことが好ましい。リチウム塩は、1種又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。
The lithium salt is not particularly limited as long as it is used as a normal non-aqueous electrolyte, and any lithium salt may be used. Specific examples of such lithium salts include, for example, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , Li 2 SiF 6 , LiSbF 6 , LiAlO 4 , LiAlCl 4 , Li 2 B 10 H 10-a X a [ In the formula, X is selected from F, Cl, Br, or I, and a is an integer of 0 to 10. Lithium salt, LiB 12 H 12-b Y b [In the formula, Y is F. , Cl, Br, or I, and b is an integer from 0 to 12], LiCB 11 H 12-c Z c [where Z is F, Cl, Br, or Lithium salt selected from I and c is an integer from 0 to 12], LiCB 9 H 10-d W d [In the formula, X is selected from F, Cl, Br, or I and d is an integer of 0 to 10] Lithium salt, LiN (SO 2 F) 2 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2, etc. LiN (SO 2) C m F 2m + 1 ) 2 Lithium salt represented by [in the formula, m is an integer of 1 to 8]; LiPF n (C p F 2p + 1 ) 6-n such as LiPF 5 (CF 3 ) [in the formula, n is an integer of 1 to 5, and p is an integer of 1 to 8] Lithium salt; LiBF q (C s F 2s + 1 ) 4-q [in the formula] such as LiBF 3 (CF 3). , Q is an integer of 1 to 3 and s is an integer of 1 to 8]. Lithium salt represented by LiB (C 2 O 4 ) 2 ; Lithium bis (oxalat) borate (LiBOB) represented by 2 Lithium salt of volate with a halogenated organic acid as a ligand; Lithium oxalatodifluoroborate (LiODFB) represented by LiBF 2 (C 2 O 4 ); LiB (C 3 O 4 H 2 ) 2 Lithium bis (malonate) borate (LiBMB) represented; lithium salt such as lithium tetrafluorooxalatphosphate represented by LiPF 4 (C 2 O 4 ); the following general formulas (1a), (1b) and (1c) ):
LiC (SO 2 R 2 ) (SO 2 R 3 ) (SO 2 R 4 ) (1a)
LiN (SO 2 OR 5 ) (SO 2 OR 6 ) (1b)
LiN (SO 2 R 7 ) (SO 2 OR 8 ) (1c)
{In the formula, R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 , and R 8 may be the same or different from each other, and may contain perfluoroalkyl groups having 1 to 8 carbon atoms. show. } Can be mentioned, such as lithium salts represented by each of. Among them, from the viewpoint of ionic conductivity, it is represented by Li 2 B 10 H 10-a X a [in the formula, X is selected from F, Cl, Br, or I, and a is an integer of 0 to 10]. Lithium salt, LiB 12 H 12-b Y b [In the formula, Y is selected from F, Cl, Br, or I, and b is an integer of 0 to 12], LiCB. 11 H 12-c Z c [In the formula, Z is selected from F, Cl, Br, or I, and c is an integer of 0 to 12] Lithium salt, LiCB 9 H 10-d W d [In the formula, X is selected from F, Cl, Br, or I, and d is an integer of 0 to 10] Lithium salt, LiN (SO 2 F) 2 , LiN (SO 2 CF) 3 ) 2 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 is preferably contained, and more preferably Li 2 B 10 H 10-a X a [In the formula, X is selected from F, Cl, Br, or I. , And a is an integer of 0 to 10], LiB 12 H 12-b Y b [In the formula, Y is selected from F, Cl, Br, or I, and b is 0. Lithium salt represented by [an integer of ~ 12], LiCB 11 H 12-c Z c [In the formula, Z is selected from F, Cl, Br, or I, and c is an integer of 0 to 12. ], LiCB 9 H 10-d W d [In the formula, X is selected from F, Cl, Br, or I, and d is an integer of 0 to 10]. It preferably contains a salt. The lithium salt may be used alone or in combination of two or more.
<1−3.非水系溶媒>
本実施形態のリチウムイオン伝導体は、上記の閉殻空洞状分子及びリチウム塩のみからなっていてもよいし、これら以外の非水系溶媒を含有していてもよい。
<1-3. Non-aqueous solvent>
The lithium ion conductor of the present embodiment may consist only of the above-mentioned closed-shell hollow molecule and lithium salt, or may contain a non-aqueous solvent other than these.
本実施形態における非水系溶媒としては、本発明による課題解決を阻害しないものであれば特に制限はない。非水系溶媒は、本実施形態のリチウムイオン伝導体及び非水系二次電池の性能向上に寄与する物質であることが好ましい。非水系溶媒は、1成分を単独で又は2成分以上を組み合わせて用いてもよい。 The non-aqueous solvent in the present embodiment is not particularly limited as long as it does not hinder the solution of the problem according to the present invention. The non-aqueous solvent is preferably a substance that contributes to improving the performance of the lithium ion conductor and the non-aqueous secondary battery of the present embodiment. As the non-aqueous solvent, one component may be used alone or two or more components may be used in combination.
本実施形態のリチウムイオン伝導体に添加して用いられる他の非水系溶媒としては、特に制限はなく、例えば、非プロトン性溶媒が挙げられ、非プロトン性極性溶媒が好ましい。 The other non-aqueous solvent added to the lithium ion conductor of the present embodiment is not particularly limited, and examples thereof include an aprotic solvent, and an aprotic polar solvent is preferable.
そのような非水系溶媒の具体例としては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、1,2−ブチレンカーボネート、トランス−2,3−ブチレンカーボネート、シス−2,3−ブチレンカーボネート、1,2−ペンチレンカーボネート、トランス−2,3−ペンチレンカーボネート、シス−2,3−ペンチレンカーボネート、トリフルオロメチルエチレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート、及び1,2−ジフルオロエチレンカーボネートに代表される環状カーボネート;γ−ブチロラクトン及びγ−バレロラクトンに代表されるラクトン;スルホラン及びジメチルスルホキシドに代表される硫黄化合物;テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、及び1,3−ジオキサンに代表される環状エーテル;メチルエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、メチルイソプロピルカーボネート、ジプロピルカーボネート、メチルブチルカーボネート、ジブチルカーボネート、エチルプロピルカーボネート、及びメチルトリフルオロエチルカーボネートに代表される鎖状カーボネート;プロピオニトリル、ブチロニトリル、バレロニトリル、ベンゾニトリル、及びアクリロニトリルに代表されるモノニトリル(ただし、アセトニトリルを除く。);メトキシアセトニトリル及び3−メトキシプロピオニトリルに代表されるアルコキシ基置換ニトリル;メチルプロピオネートに代表される鎖状カルボン酸エステル;ジメトキシエタンに代表される鎖状エーテル等、並びにこれらのフッ素化物に代表されるハロゲン化物等が挙げられる。これらは1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。 Specific examples of such a non-aqueous solvent include, for example, ethylene carbonate, propylene carbonate, 1,2-butylene carbonate, trans-2,3-butylene carbonate, cis-2,3-butylene carbonate, 1,2-penti. Cyclic carbonates typified by len carbonate, trans-2,3-pentylene carbonate, cis-2,3-pentylene carbonate, trifluoromethylethylene carbonate, fluoroethylene carbonate, and 1,2-difluoroethylene carbonate; γ- Lactones typified by butyrolactone and γ-valerolactone; sulfur compounds typified by sulfolane and dimethylsulfoxide; cyclic ethers typified by tetrahydrofuran, 1,4-dioxane, and 1,3-dioxane; methylethyl carbonate, dimethyl carbonate , Diethyl carbonate, methylpropyl carbonate, methylisopropyl carbonate, dipropyl carbonate, methylbutyl carbonate, dibutyl carbonate, ethylpropyl carbonate, and chain carbonates typified by methyltrifluoroethyl carbonate; propionitrile, butyronitrile, valeronitrile, Mononitrile represented by benzonitrile and acrylonitrile (excluding acetonitrile); alkoxy group-substituted nitrile represented by methoxynitrile and 3-methoxypropionitrile; chain carboxylic acid represented by methyl propionate. Esters: Chain ethers and the like represented by dimethoxyethane, and halides and the like represented by these fluorinated compounds can be mentioned. These may be used alone or in combination of two or more.
本実施形態のリチウムイオン伝導体における非水系溶媒の含有量については特に制限はないが、本実施形態のリチウムイオン伝導体の全量に対して、0.1〜30質量%であることが好ましく、0.1〜10質量%であることがより好ましい。 The content of the non-aqueous solvent in the lithium ion conductor of the present embodiment is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 30% by mass with respect to the total amount of the lithium ion conductor of the present embodiment. More preferably, it is 0.1 to 10% by mass.
<1−4.添加剤>
本実施形態のリチウムイオン伝導体は、上記の閉殻空洞状分子及びリチウム塩のみからなっていてもよいし、上記の閉殻空洞状分子、上記のリチウム塩及び非水溶媒のみからなっていてもよいし、これら以外の添加剤を含有していてもよい。
<1-4. Additives>
The lithium ion conductor of the present embodiment may consist only of the above-mentioned closed-shell hollow molecule and lithium salt, or may consist of only the above-mentioned closed-shell hollow molecule, the above-mentioned lithium salt and a non-aqueous solvent. However, additives other than these may be contained.
本実施形態における添加剤としては、本発明による課題解決を阻害しないものであれば特に制限はなく、リチウム塩を固溶・溶解する溶媒としての役割を担う物質(すなわち上記の非水系溶媒)と実質的に重複してもよい。添加剤は、本実施形態のリチウムイオン伝導体及び非水系二次電池の性能向上に寄与する物質であることが好ましい。しかしながら該添加剤は、電気化学的な反応には直接関与しない物質をも包含する。添加剤は、1成分を単独で又は2成分以上を組み合わせて用いることができる。 The additive in the present embodiment is not particularly limited as long as it does not hinder the solution of the problem according to the present invention, and is a substance (that is, the above-mentioned non-aqueous solvent) that plays a role as a solvent that dissolves and dissolves the lithium salt. It may be substantially duplicated. The additive is preferably a substance that contributes to improving the performance of the lithium ion conductor and the non-aqueous secondary battery of the present embodiment. However, the additive also includes substances that are not directly involved in the electrochemical reaction. As the additive, one component can be used alone or two or more components can be used in combination.
添加剤としては、例えば、電極を保護する添加剤を挙げることができる。 Examples of the additive include an additive that protects the electrode.
添加剤の具体例としては、例えば、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,4−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、シス−4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、トランス−4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,4,5−トリフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,4,5,5−テトラフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、及び4,4,5−トリフルオロ−5−メチル−1,3−ジオキソラン−2−オンに代表されるフルオロエチレンカーボネート;ビニレンカーボネート、4,5−ジメチルビニレンカーボネート、及びビニルエチレンカーボネートに代表される不飽和結合含有環状カーボネート;γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、γ−カプロラクトン、δ−バレロラクトン、δ−カプロラクトン、及びε−カプロラクトンに代表されるラクトン;1,2−ジオキサンに代表される環状エーテル; Specific examples of the additive include 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one, 4,4-difluoro-1,3-dioxolan-2-one, cis-4,5-difluoro-1, and so on. 3-Dioxolan-2-one, trans-4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one, 4,4,5-trifluoro-1,3-dioxolan-2-one, 4,4,5 , 5-Tetrafluoro-1,3-dioxolan-2-one, and 4,4,5-trifluoro-5-methyl-1,3-dioxolan-2-one typified by fluoroethylene carbonate; vinylene carbonate, Unsaturated bond-containing cyclic carbonates typified by 4,5-dimethylvinylene carbonate and vinylethylene carbonate; to γ-butyrolactone, γ-valerolactone, γ-caprolactone, δ-valerolactone, δ-caprolactone, and ε-caprolactone. Represented lactone; cyclic ether typified by 1,2-dioxane;
メチルホルメート、メチルアセテート、メチルプロピオネート、メチルブチレート、エチルホルメート、エチルアセテート、エチルプロピオネート、エチルブチレート、n−プロピルホルメート、n−プロピルアセテート、n−プロピルプロピオネート、n−プロピルブチレート、イソプロピルホルメート、イソプロピルアセテート、イソプロピルプロピオネート、イソプロピルブチレート、n−ブチルホルメート、n−ブチルアセテート、n−ブチルプロピオネート、n−ブチルブチレート、イソブチルホルメート、イソブチルアセテート、イソブチルプロピオネート、イソブチルブチレート、sec−ブチルホルメート、sec−ブチルアセテート、sec−ブチルプロピオネート、sec−ブチルブチレート、tert−ブチルホルメート、tert−ブチルアセテート、tert−ブチルプロピオネート、tert−ブチルブチレート、メチルピバレート、n−ブチルピバレート、n−ヘキシルピバレート、n−オクチルピバレート、ジメチルオキサレート、エチルメチルオキサレート、ジエチルオキサレート、ジフェニルオキサレート、マロン酸エステル、フマル酸エステル、及びマレイン酸エステルに代表されるカルボン酸エステル; Methylformate, methylacetate, methylpropionate, methylbutyrate, ethylformate, ethylacetate, ethylpropionate, ethylbutyrate, n-propylformate, n-propylacetate, n-propylpropionate, n-propylbutyrate, isopropylformate, isopropylacetate, isopropylpropionate, isopropylbutyrate, n-butylformate, n-butylacetate, n-butylpropionate, n-butylbutyrate, isobutylformate, Isobutylacetate, isobutylpropionate, isobutylbutyrate, sec-butylformate, sec-butylacetate, sec-butylpropionate, sec-butylbutyrate, tert-butylformate, tert-butylacetate, tert-butyl Propionate, tert-butylbutyrate, methylpivalate, n-butylpivalate, n-hexylpivalate, n-octylpivalate, dimethyloxalate, ethylmethyloxalate, diethyloxalate, diphenyloxalate, malonic acid ester. , Fumaric acid ester, and carboxylic acid ester represented by maleic acid ester;
N−メチルホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、及びN,N−ジメチルアセトアミドに代表されるアミド;エチレンサルファイト、プロピレンサルファイト、ブチレンサルファイト、ペンテンサルファイト、スルホラン、3−メチルスルホラン、3−スルホレン、1,3−プロパンスルトン、1,4−ブタンスルトン、1,3−プロパンジオール硫酸エステル、テトラメチレンスルホキシド、及びチオフェン1−オキシドに代表される環状硫黄化合物;モノフルオロベンゼン、ビフェニル、及びフッ素化ビフェニルに代表される芳香族化合物;ニトロメタンに代表されるニトロ化合物;シッフ塩基;シッフ塩基錯体;オキサラト錯体が挙げられる。これらは1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。 Amides typified by N-methylformamide, N, N-dimethylformamide, and N, N-dimethylacetamide; ethylenesulfite, propylenesulfite, butylenesulfite, pentensulfite, sulfolane, 3-methylsulfolane, 3- Cyclic sulfur compounds typified by sulfolene, 1,3-propane sulton, 1,4-butane sulton, 1,3-propanediol sulfate ester, tetramethylene sulfoxide, and thiophene 1-oxide; monofluorobenzene, biphenyl, and fluorination. Examples thereof include aromatic compounds typified by biphenyl; nitro compounds typified by nitromethane; Schiff bases; Schiff base complexes; oxalate complexes. These may be used alone or in combination of two or more.
本実施形態のリチウムイオン伝導体における添加剤の含有量については特に制限はないが、本実施形態のリチウムイオン伝導体の全量に対して、0.1〜30質量%であることが好ましく、0.1〜10質量%であることがより好ましい。 The content of the additive in the lithium ion conductor of the present embodiment is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 30% by mass with respect to the total amount of the lithium ion conductor of the present embodiment, and is 0. .1 to 10% by mass is more preferable.
本実施形態においては、添加剤の含有量が多いほどリチウムイオン伝導体の劣化が抑えられるが、添加剤の含有量が少ないほど非水系二次電池の低温環境下における高出力特性が向上することになる。従って、添加剤の含有量を上記の範囲内に調整することによって、非水系二次電池としての基本的な機能を損なうことなくリチウムイオン伝導体の高イオン伝導度に基づく優れた性能を最大限に発揮することができる。このような組成で電解液を調製することにより、該リチウムイオン伝導体を具備する非水系二次電池において、サイクル性能、低温環境下における高出力性能、及びその他の電池特性のすべてを一層良好なものとすることができる。 In the present embodiment, the higher the content of the additive, the more the deterioration of the lithium ion conductor is suppressed, but the lower the content of the additive, the better the high output characteristics of the non-aqueous secondary battery in a low temperature environment. become. Therefore, by adjusting the content of the additive within the above range, the excellent performance based on the high ionic conductivity of the lithium ion conductor is maximized without impairing the basic function as a non-aqueous secondary battery. Can be demonstrated. By preparing the electrolytic solution with such a composition, the cycle performance, the high output performance in a low temperature environment, and other battery characteristics are all further improved in the non-aqueous secondary battery provided with the lithium ion conductor. Can be.
<1−5.その他の添加剤>
本実施形態においては、リチウムイオン伝導体は、成形性又は強度など、電池特性以外に製造時のハンドリング又は保管性など、電池製造又は経年劣化に対して諸物性を達成するためのその他の添加剤を含んでいてもよい。上記1−4で説明された添加剤以外の添加剤として、例えば、非イオン伝導性ポリマー(PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、ポリカルボン酸、ポリスルホン酸、ポリアクリル酸、スチレンブタジエンゴム、及びフッ素ゴム等)、非イオン伝導性無機フィラー(例えば、TiO2、SiO2、BaTiO3、Al2O3、ベーマイト等)、有機繊維(例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、セルロース等)等が挙げられる。
<1-5. Other additives>
In the present embodiment, the lithium ion conductor is an additive for achieving various physical properties against battery manufacturing or aging deterioration such as handling or storage during manufacturing in addition to battery characteristics such as moldability or strength. May include. Examples of additives other than the additives described in 1-4 above include nonionic conductive polymers (PVDF (polyvinylidene fluoride), PTFE (polytetrafluoroethylene), polycarboxylic acid, polysulfonic acid, polyacrylic acid, etc. Styrene butadiene rubber, fluorine rubber, etc.), non-ionic conductive inorganic fillers (eg, TIO 2 , SiO 2 , BaTIO 3 , Al 2 O 3 , boehmite, etc.), organic fibers (eg, polyethylene, polypropylene, cellulose, etc.), etc. Can be mentioned.
本実施形態のリチウムイオン伝導体におけるその他の添加剤の含有量については特に制限はないが、本実施形態のリチウムイオン伝導体の全量に対して、0.1〜30質量%であることが好ましく、0.1〜10質量%であることがより好ましい。 The content of other additives in the lithium ion conductor of the present embodiment is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 30% by mass with respect to the total amount of the lithium ion conductor of the present embodiment. , 0.1 to 10% by mass, more preferably.
<2.第2のリチウムイオン伝導体>
本実施形態のリチウムイオン伝導体は、上記の閉殻空洞状分子及びリチウム塩のみからなっていてもよいし、上記の閉殻空洞状分子、上記のリチウム塩及び非水溶媒のみからなっていてもよいし、上記の閉殻空洞状分子、上記のリチウム塩、非水溶媒及び添加剤のみからなっていてもよいし、これら以外の第2のリチウムイオン伝導体を含んでいてもよい。第2のリチウムイオン伝導体としては公知のポリマー系固体電解質、酸化物系固体電解質、硫化物系固体電解質を組み合わせてもよい。本実施形態のリチウムイオン伝導体における第2のリチウムイオン伝導体の含有量については特に制限はない。本実施形態のリチウムイオン伝導体の特性が良い場合には、第2のリチウムイオン伝導体の含有量については、0.1〜30質量%であることが好ましく、0.1〜10質量%であることがより好ましい。組み合わせるリチウムイオン伝導体の特性が良い場合には、本実施形態のリチウムイオン伝導体の含有量は0.1〜30質量%であることが好ましく、0.1〜10質量%であることがより好ましい。
<2. Second Lithium Ion Conductor>
The lithium ion conductor of the present embodiment may be composed of only the above-mentioned closed-shell hollow molecule and the lithium salt, or may be composed of only the above-mentioned closed-shell hollow molecule, the above-mentioned lithium salt and a non-aqueous solvent. However, it may consist only of the above-mentioned closed-shell hollow molecule, the above-mentioned lithium salt, a non-aqueous solvent and an additive, or may contain a second lithium ion conductor other than these. As the second lithium ion conductor, a known polymer-based solid electrolyte, oxide-based solid electrolyte, or sulfide-based solid electrolyte may be combined. The content of the second lithium ion conductor in the lithium ion conductor of the present embodiment is not particularly limited. When the characteristics of the lithium ion conductor of the present embodiment are good, the content of the second lithium ion conductor is preferably 0.1 to 30% by mass, preferably 0.1 to 10% by mass. More preferably. When the characteristics of the lithium ion conductor to be combined are good, the content of the lithium ion conductor of the present embodiment is preferably 0.1 to 30% by mass, more preferably 0.1 to 10% by mass. preferable.
<3.リチウムイオン伝導体の製造方法>
本発明のリチウムイオン伝導体の製造方法は、本発明で限定せず、公知の湿式又は乾式の方法での混合及び成形工程が用いられてもよい。例えば、湿式法にてリチウムイオン伝導体を作製する場合には、リチウムイオン伝導体とリチウム塩を溶媒に溶解させ、ドクターブレード、ダイコート、コンマコート、スクリーン印刷等の方法で成膜する。このとき、溶液の濃度、又はコーティング回数などを調節し、最終的にコーティングされるコーティング膜厚を調節することができる。乾燥工程は、支持体にコーティングされたリチウムイオン伝導体塗工膜内の溶媒及び水分を除去する過程であり、用いられる溶媒に応じて変わる。一例として、50〜200℃の真空オーブンで行う。乾燥方法には、例えば、温風、熱風、低湿風による乾燥、真空乾燥、(遠)赤外線又は電子線などの照射による乾燥法が挙げられる。乾燥時間については、特に限定しないが、通常的に30秒〜24時間の範囲で行われる。
<3. Method for manufacturing lithium-ion conductors>
The method for producing a lithium ion conductor of the present invention is not limited to the present invention, and a mixing and molding step by a known wet or dry method may be used. For example, when a lithium ion conductor is produced by a wet method, the lithium ion conductor and the lithium salt are dissolved in a solvent, and a film is formed by a method such as doctor blade, die coating, comma coating, or screen printing. At this time, the concentration of the solution, the number of coatings, and the like can be adjusted to adjust the coating film thickness to be finally coated. The drying step is a step of removing the solvent and water in the lithium ion conductor coating film coated on the support, and varies depending on the solvent used. As an example, it is carried out in a vacuum oven at 50 to 200 ° C. Examples of the drying method include drying with warm air, hot air, low humidity air, vacuum drying, and drying with irradiation with (far) infrared rays or electron beams. The drying time is not particularly limited, but is usually carried out in the range of 30 seconds to 24 hours.
乾式法にてリチウムイオン伝導体を作製する場合には、好適成分を好適割合で含む組成物を押出成形することによって製造することができる。一軸スクリュー押出機又は二軸スクリュー押出機を用いて、閉殻空洞状分子を溶融し、リチウム塩を添加、混錬の後、押出成形することができる。より良好な分散を可能にする二軸スクリュー押出機を用いて製造するのが好ましい。 When a lithium ion conductor is produced by a dry method, it can be produced by extrusion molding a composition containing a suitable component in a suitable ratio. A uniaxial screw extruder or a twin screw extruder can be used to melt closed-shell hollow molecules, add a lithium salt, knead, and then extrude. It is preferably manufactured using a twin-screw extruder that allows for better dispersion.
上記1−4の添加剤、上記1−5のその他の添加剤、非水溶媒、第2のリチウムイオン伝導体については、その生産性又は保管性等を考慮して適宜添加のタイミングを調整することができる。 With respect to the above-mentioned 1-4 additives, the above-mentioned 1-5 other additives, non-aqueous solvent, and the second lithium ion conductor, the timing of addition is appropriately adjusted in consideration of their productivity or storage stability. be able to.
<4.正極及び正極集電体>
正極は、非水系二次電池の正極として作用するものであれば特に限定されず、公知のものであってもよい。本実施形態における好ましい正極は、正極活物質を含有し、場合により導電助剤、バインダー及びリチウムイオン伝導体を更に含有する。
<4. Positive electrode and positive electrode current collector>
The positive electrode is not particularly limited as long as it acts as a positive electrode of a non-aqueous secondary battery, and may be a known one. The preferred positive electrode in this embodiment contains a positive electrode active material, and optionally further contains a conductive aid, a binder and a lithium ion conductor.
正極が正極活物質としてリチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な材料からなる群より選ばれる1種以上の材料を含有すると、高電圧及び高エネルギー密度を得ることができる傾向にあるので好ましい。そのような材料としては、例えば、下記一般式(2a)及び(2b):
LixMO2 (2a)
LiyM2O4 (2b)
{式中、Mは遷移金属から選ばれる1種以上の金属を示し、xは0〜1の数、yは0〜2の数を示す。}のそれぞれで表されるリチウム含有化合物、及びその他のリチウム含有化合物が挙げられる。
It is preferable that the positive electrode contains one or more materials selected from the group consisting of materials capable of occluding and releasing lithium ions as the positive electrode active material because high voltage and high energy density tend to be obtained. Such materials include, for example, the following general formulas (2a) and (2b):
Li x MO 2 (2a)
Li y M 2 O 4 (2b)
{In the formula, M represents one or more metals selected from transition metals, x represents a number 0 to 1, and y represents a number 0 to 2. }, Lithium-containing compounds represented by each, and other lithium-containing compounds can be mentioned.
上記一般式(2a)及び(2b)のそれぞれで表されるリチウム含有化合物としては、例えば、LiCoO2に代表されるリチウムコバルト酸化物;LiMnO2、LiMn2O4、及びLi2Mn2O4に代表されるリチウムマンガン酸化物;LiNiO2に代表されるリチウムニッケル酸化物;LizMO2(式中、Mは、Ni、Mn、Co、Al及びMgから成る群より選ばれる1種以上の元素を示し、zは0.9超1.2未満の数を示す)で表されるリチウム含有複合金属酸化物等が挙げられる。 Examples of the lithium-containing compound represented by each of the above general formulas (2a) and (2b) include lithium cobalt oxide represented by LiCoO 2 ; LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , and Li 2 Mn 2 O 4 lithium manganese oxide represented by; lithium nickel oxide represented by LiNiO 2; Li z MO 2 (where, M is, Ni, Mn, Co, 1 or more selected from the group consisting of Al and Mg Examples thereof include lithium-containing composite metal oxides represented by (Z indicates a number of more than 0.9 and less than 1.2).
その他のリチウム含有化合物としては、リチウムを含有するものであればよい。このようなその他のリチウム含有化合物としては、例えば、リチウムと遷移金属元素とを含む複合酸化物、リチウムを有する金属カルコゲン化物、リチウムと遷移金属元素とを含むリン酸化合物、及びリチウムと遷移金属元素とを含むケイ酸金属化合物(例えばLitMuSiO4、Mは上記式(2a)と同義であり、tは0〜1の数、uは0〜2の数を示す。)が挙げられる。より高い電圧を得る観点から、その他のリチウム含有化合物としては、特に、リチウムと、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、クロム(Cr)、バナジウム(V)及びチタン(Ti)から成る群より選ばれる1種以上の遷移金属元素とを含む複合酸化物、並びにリン酸化合物が好ましい。 The other lithium-containing compound may be any compound containing lithium. Examples of such other lithium-containing compounds include a composite oxide containing lithium and a transition metal element, a metal chalcogenide having lithium, a phosphoric acid compound containing lithium and a transition metal element, and lithium and a transition metal element. DOO silicic acid metal compound (e.g. Li t M u SiO 4, M has the same meaning as in the above formula (2a), t is the number of 0 to 1, u represents. a number of 0 to 2) include .. From the viewpoint of obtaining a higher voltage, other lithium-containing compounds include lithium, cobalt (Co), nickel (Ni), manganese (Mn), iron (Fe), copper (Cu), and zinc (Zn). , A composite oxide containing one or more transition metal elements selected from the group consisting of chromium (Cr), vanadium (V) and titanium (Ti), and phosphoric acid compounds are preferred.
その他のリチウム化合物としてより具体的には、リチウムと遷移金属元素とを含む複合酸化物又はリチウムと遷移金属元素とを含む金属カルコゲン化物、及びリチウムを有するリン酸金属化合物がより好ましく、リチウムと遷移金属元素とを含む複合酸化物及びリチウムを有するリン酸金属化合物が更に好ましい。例えば、それぞれ下記一般式(3a)及び(3b):
LivMIO2 (3a)
LiwMIIPO4 (3b)
{式中、MI及びMIIはそれぞれ1種以上の遷移金属元素を示し、v及びwの値は、電池の充放電状態によって異なり、vは0.05〜1.10、wは0.05〜1.10の数を示す。}で表される化合物が挙げられる。
More specifically, as other lithium compounds, a composite oxide containing lithium and a transition metal element, a metal chalcogenide containing lithium and a transition metal element, and a metal phosphate compound having lithium are more preferable, and transition to lithium. A composite oxide containing a metal element and a metal phosphate compound having lithium are more preferable. For example, the following general formulas (3a) and (3b):
Li v M I O 2 (3a )
Li w M II PO 4 (3b)
{Wherein, M I and M II is represents one or more transition metal elements each, the value of v and w vary according to the charge and discharge state of the battery, v is .05-1.10, w is 0. Indicates a number from 05 to 1.10. } Can be mentioned.
上記一般式(3a)で表される化合物は層状構造を有し、上記一般式(3b)で表される化合物はオリビン構造を有する。これらの化合物は、構造を安定化させる等の目的から、Al、Mg、又はその他の遷移金属元素により遷移金属元素の一部を置換したもの、これらの金属元素を結晶粒界に含ませたもの、酸素原子の一部をフッ素原子等で置換したもの、正極活物質表面の少なくとも一部に他の正極活物質を被覆したものであってもよい。 The compound represented by the general formula (3a) has a layered structure, and the compound represented by the general formula (3b) has an olivine structure. These compounds are those in which a part of the transition metal element is replaced with Al, Mg, or other transition metal elements for the purpose of stabilizing the structure, or those in which these metal elements are contained in the grain boundaries. , A part of the oxygen atom is replaced with a fluorine atom or the like, or at least a part of the surface of the positive electrode active material is coated with another positive electrode active material.
本実施形態における正極活物質としては、上記のようなリチウム含有化合物のみを用いてもよいし、該リチウム含有化合物とともにその他の正極活物質を併用してもよい。 As the positive electrode active material in the present embodiment, only the above-mentioned lithium-containing compound may be used, or other positive electrode active materials may be used in combination with the lithium-containing compound.
このようなその他の正極活物質としては、例えば、トンネル構造及び層状構造を有する金属酸化物又は金属カルコゲン化物;イオウ;導電性高分子等が挙げられる。トンネル構造及び層状構造を有する金属酸化物又は金属カルコゲン化物としては、例えば、MnO2、FeO2、FeS2、V2O5、V6O13、TiO2、TiS2、MoS2、及びNbSe2に代表されるリチウム以外の金属の酸化物、硫化物、セレン化物等が例示される。 Examples of such other positive electrode active materials include metal oxides or metal chalcogenides having a tunnel structure and a layered structure; sulfur; conductive polymers and the like. Examples of metal oxides or metal chalcogenides having a tunnel structure and a layered structure include MnO 2 , FeO 2 , FeS 2 , V 2 O 5 , V 6 O 13 , TiO 2 , TiS 2 , MoS 2 , and NbSe 2. Examples thereof include oxides, sulfides, and selenium compounds of metals other than lithium represented by.
導電性高分子としては、例えば、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリアセチレン、及びポリピロールに代表される導電性高分子が例示される。
正極活物質は、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。
Examples of the conductive polymer include conductive polymers typified by polyaniline, polythiophene, polyacetylene, and polypyrrole.
The positive electrode active material may be used alone or in combination of two or more.
正極活物質として、リチウム含有化合物とその他の正極活物質とを併用する場合、両者の使用割合としては、正極活物質の全部に対するリチウム含有化合物の使用割合として、80質量%以上が好ましく、85質量%以上がより好ましい。 When a lithium-containing compound and another positive electrode active material are used in combination as the positive electrode active material, the usage ratio of both is preferably 80% by mass or more, preferably 85% by mass, as the usage ratio of the lithium-containing compound to the total of the positive electrode active material. % Or more is more preferable.
正極活物質の数平均粒子径(一次粒子径)は、好ましくは0.05μm〜100μm、より好ましくは1μm〜10μmである。正極活物質の数平均粒子径は、湿式の粒子径測定装置(例えば、レーザー回折/散乱式粒度分布計、動的光散乱式粒度分布計等)により測定することができる。或いは、透過型電子顕微鏡を用いて観察した画像から粒子100個をランダムに抽出し、画像解析ソフト(例えば、旭化成エンジニアリング株式会社製の画像解析ソフト、商品名「A像くん」)で解析し、その相加平均を算出することによっても得られる。この場合、同じ試料に対して、測定方法間で数平均粒子径が異なる場合は、標準試料を対象として作成した検量線を用いてもよい。 The number average particle size (primary particle size) of the positive electrode active material is preferably 0.05 μm to 100 μm, and more preferably 1 μm to 10 μm. The number average particle size of the positive electrode active material can be measured by a wet particle size measuring device (for example, a laser diffraction / scattering type particle size distribution meter, a dynamic light scattering type particle size distribution meter, etc.). Alternatively, 100 particles are randomly extracted from the image observed using a transmission electron microscope and analyzed with image analysis software (for example, image analysis software manufactured by Asahi Kasei Engineering Co., Ltd., trade name "A image-kun"). It can also be obtained by calculating the additive average. In this case, if the number average particle size is different between the measurement methods for the same sample, a calibration curve prepared for the standard sample may be used.
導電助剤としては、例えば、グラファイト、アセチレンブラック、及びケッチェンブラックに代表されるカーボンブラック、並びに炭素繊維が挙げられる。導電助剤の数平均粒子径(一次粒子径)は、好ましくは10nm〜10μm、より好ましくは20nm〜1μmである。導電助剤の数平均粒子径は、正極活物質の数平均粒子径と同様にして測定される。導電助剤の含有割合は、正極活物質100質量部に対して、10質量部以下とすることが好ましく、より好ましくは1〜5質量部である。 Examples of the conductive auxiliary agent include graphite, acetylene black, carbon black typified by Ketjen black, and carbon fiber. The number average particle size (primary particle size) of the conductive auxiliary agent is preferably 10 nm to 10 μm, and more preferably 20 nm to 1 μm. The number average particle size of the conductive auxiliary agent is measured in the same manner as the number average particle size of the positive electrode active material. The content ratio of the conductive auxiliary agent is preferably 10 parts by mass or less, and more preferably 1 to 5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the positive electrode active material.
バインダーとしては、例えば、PVDF、PTFE、ポリアクリル酸、スチレンブタジエンゴム、及びフッ素ゴムが挙げられる。バインダーの含有割合は、正極活物質100質量部に対して、6質量部以下とすることが好ましく、より好ましくは0.5〜4質量部である。 Examples of the binder include PVDF, PTFE, polyacrylic acid, styrene-butadiene rubber, and fluororubber. The content ratio of the binder is preferably 6 parts by mass or less, and more preferably 0.5 to 4 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the positive electrode active material.
リチウムイオン伝導体の含有割合は、正極活物質100質量部に対して、25質量部以下とすることが好ましく、より好ましくは5〜20質量部である。 The content ratio of the lithium ion conductor is preferably 25 parts by mass or less, and more preferably 5 to 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the positive electrode active material.
正極は、例えば、下記のようにして得られる。すなわち、先ず、上記正極活物質に対して、必要に応じて、導電助剤、バインダー、リチウムイオン伝導体等を加えて混合した正極合剤を溶剤に分散させて正極合剤含有スラリーを調製する。溶剤としては、特に制限はなく、従来公知のものを用いてよいが、例えば、N―メチル−2−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、水等が挙げられる。ここで、正極合剤含有スラリー中の固形分濃度は、好ましくは30〜80質量%であり、より好ましくは40〜70質量%である。 次いで、この正極合剤含有スラリーを正極集電体上に塗布し、乾燥して正極活物質層を形成する。 The positive electrode is obtained, for example, as follows. That is, first, a positive electrode mixture-containing slurry is prepared by dispersing a positive electrode mixture obtained by adding a conductive auxiliary agent, a binder, a lithium ion conductor, or the like to the positive electrode active material and mixing them in a solvent, if necessary. .. The solvent is not particularly limited, and conventionally known solvents may be used. Examples thereof include N-methyl-2-pyrrolidone, dimethylformamide, dimethylacetamide, and water. Here, the solid content concentration in the positive electrode mixture-containing slurry is preferably 30 to 80% by mass, more preferably 40 to 70% by mass. Next, this positive electrode mixture-containing slurry is applied onto the positive electrode current collector and dried to form a positive electrode active material layer.
正極集電体は、例えば、アルミニウム箔、ニッケル箔、ステンレス箔等の金属箔により構成される。正極集電体は、表面にカーボンコートが施されていてもよく、メッシュ状に加工されていてもよい。正極集電体の厚みは5〜40μmであることが好ましく、7〜35μmであることがより好ましく、9〜30μmであることが更に好ましい。 The positive electrode current collector is composed of, for example, a metal foil such as an aluminum foil, a nickel foil, or a stainless steel foil. The surface of the positive electrode current collector may be coated with carbon or may be processed into a mesh shape. The thickness of the positive electrode current collector is preferably 5 to 40 μm, more preferably 7 to 35 μm, and even more preferably 9 to 30 μm.
乾燥後に得られた正極活物質層をロールプレス等により圧縮することにより、正極合剤層(正極)が形成される。圧縮後の正極合剤の厚さは、10〜300μmであることが好ましく、20〜280μmであることがより好ましく、30〜250μmであることが更に好ましい。 The positive electrode mixture layer (positive electrode) is formed by compressing the positive electrode active material layer obtained after drying by a roll press or the like. The thickness of the positive electrode mixture after compression is preferably 10 to 300 μm, more preferably 20 to 280 μm, and even more preferably 30 to 250 μm.
<5.負極及び負極集電体>
負極は、非水系二次電池の負極として作用するものであれば特に限定されず、公知のものであってもよい。本実施形態における好ましい負極は、負極活物質を含有し、場合により導電助剤、バインダー及びリチウムイオン伝導体を更に含有する。
<5. Negative electrode and negative electrode current collector>
The negative electrode is not particularly limited as long as it acts as a negative electrode of a non-aqueous secondary battery, and may be a known one. The preferred negative electrode in the present embodiment contains a negative electrode active material, and optionally further contains a conductive auxiliary agent, a binder, and a lithium ion conductor.
負極は、負極活物質としてリチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な材料、及び金属リチウムから成る群より選ばれる1種以上の材料を含有すると好ましい。そのような材料としては、例えば、金属リチウム、アモルファスカーボン(ハードカーボン)、人造黒鉛、天然黒鉛、熱分解炭素、コークス、ガラス状炭素、有機高分子化合物の焼成体、メソカーボンマイクロビーズ、炭素繊維、活性炭、グラファイト、炭素コロイド、及びカーボンブラックに代表される炭素材料;リチウムとの合金を形成可能な元素を含む材料等が挙げられる。上記コークスとしては、例えば、ピッチコークス、ニードルコークス、及び石油コークスが挙げられる。有機高分子化合物の焼成体は、フェノール樹脂、フラン樹脂等の高分子材料を適当な温度で焼成して炭素化したものである。炭素材料には、炭素以外に、O、B、P、N、S、Si、SiC、SiO、SiO2、B4C等の、異種元素又は異種化合物を含んでもよい。異種元素又は異種化合物の含有量としては、0〜10質量%が好ましい。 The negative electrode preferably contains, as the negative electrode active material, a material capable of occluding and releasing lithium ions, and one or more materials selected from the group consisting of metallic lithium. Examples of such materials include metallic lithium, amorphous carbon (hard carbon), artificial graphite, natural graphite, thermally decomposed carbon, coke, glassy carbon, calcined material of organic polymer compound, mesocarbon microbeads, and carbon fiber. , Carbon materials typified by activated carbon, graphite, carbon colloid, and carbon black; materials containing elements capable of forming an alloy with lithium and the like. Examples of the coke include pitch coke, needle coke, and petroleum coke. The calcined product of the organic polymer compound is obtained by calcining a polymer material such as phenol resin or furan resin at an appropriate temperature to carbonize it. The carbon material, in addition to carbon, O, B, P, N , S, Si, SiC, SiO, such as SiO 2, B 4 C, may include a different element or heterologous compound. The content of the dissimilar element or the dissimilar compound is preferably 0 to 10% by mass.
上記リチウムとの合金を形成可能な元素を含む材料としては、金属又は半金属の単体、合金、又は化合物であることができ、これらの1種又は2種以上の相を少なくとも一部に有するものであってもよい。 The material containing an element capable of forming an alloy with lithium may be a simple substance, an alloy, or a compound of a metal or a semimetal, and has at least one or more of these phases in a part thereof. It may be.
本明細書において、「合金」には、2種以上の金属元素からなるものに加えて、1種以上の金属元素と1種以上の半金属元素とを有するものも含まれる。また、合金が、その全体として金属の性質を有するものであれば、非金属元素を有していてもよい。合金の組織には、固溶体、共晶(共融混合物)、若しくは金属間化合物、又はこれらのうちの2種以上が共存することができる。 In the present specification, the "alloy" includes an alloy having two or more kinds of metal elements and one having one or more kinds of metal elements and one or more kinds of metalloid elements. Further, the alloy may contain a non-metallic element as long as it has metallic properties as a whole. A solid solution, a eutectic (eutectic mixture), an intermetallic compound, or two or more of these can coexist in the structure of the alloy.
リチウムとの合金を形成可能な金属元素及び半金属元素としては、例えば、チタン(Ti)、スズ(Sn)、鉛(Pb)、アルミニウム(Al)、インジウム(In)、ケイ素(Si)、亜鉛(Zn)、アンチモン(Sb)、ビスマス(Bi)、ガリウム(Ga)、ゲルマニウム(Ge)、ヒ素(As)、銀(Ag)、ハフニウム(Hf)、ジルコニウム(Zr)、及びイットリウム(Y)が挙げられる。これらの中でも、長周期型周期表における4族又は14族の金属元素及び半金属元素が好ましい。特に好ましいのは、リチウムを吸蔵及び放出する能力が大きく、高いエネルギー密度を得ることができる、チタン、ケイ素、及びスズである。 Examples of metal elements and metalloid elements capable of forming an alloy with lithium include titanium (Ti), tin (Sn), lead (Pb), aluminum (Al), indium (In), silicon (Si), and zinc. (Zn), antimony (Sb), bismuth (Bi), gallium (Ga), germanium (Ge), arsenic (As), silver (Ag), hafnium (Hf), zirconium (Zr), and yttrium (Y) Can be mentioned. Among these, the metal elements and metalloid elements of Group 4 or Group 14 in the long periodic table are preferable. Particularly preferred are titanium, silicon, and tin, which have a high ability to occlude and release lithium and can obtain high energy densities.
スズの合金としては、スズ以外の第2の構成元素として、例えば、ケイ素、マグネシウム(Mg)、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、及びクロム(Cr)から成る群より選ばれる1種以上の元素を有するものが挙げられる。 As a tin alloy, as a second constituent element other than tin, for example, silicon, magnesium (Mg), nickel, copper, iron, cobalt, manganese, zinc, indium, silver, titanium (Ti), germanium, bismuth, etc. Examples thereof include those having one or more elements selected from the group consisting of antimony and chromium (Cr).
ケイ素の合金としては、ケイ素以外の第2の構成元素として、例えば、マグネシウム、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、及びクロムからなる群より選ばれる1種以上の元素を有するものが挙げられる。 As an alloy of silicon, as a second constituent element other than silicon, for example, from the group consisting of magnesium, nickel, copper, iron, cobalt, manganese, zinc, indium, silver, titanium, germanium, bismuth, antimony, and chromium. Those having one or more selected elements can be mentioned.
チタンの化合物、スズの化合物、及びケイ素の化合物としては、例えば酸素(O)又は炭素(C)を有するものが挙げられる。この場合、チタン、スズ、又はケイ素に加えて、上述の第2の構成元素を有していてもよい。 Examples of the titanium compound, the tin compound, and the silicon compound include those having oxygen (O) or carbon (C). In this case, in addition to titanium, tin, or silicon, it may have the above-mentioned second constituent element.
負極は、負極活物質として、0.4〜3V vs.Li/Li+の範囲でリチウムイオンを吸蔵することが可能な金属化合物を含有してもよい。このような金属化合物としては、例えば、金属酸化物、金属硫化物、及び金属窒化物が挙げられる。 The negative electrode is 0.4 to 3 V vs. as the negative electrode active material. It may contain a metal compound capable of occluding lithium ions in the range of Li / Li +. Examples of such metal compounds include metal oxides, metal sulfides, and metal nitrides.
金属酸化物としては、例えば、チタン酸化物、リチウムチタン酸化物(リチウムチタン含有複合酸化物)、タングステン酸化物(例えばWO3)、アモルファススズ酸化物(例えばSnB0.4P0.6O3.1)、スズ珪素酸化物(例えばSnSiO3)、及び酸化珪素(SiO)が挙げられる。これらの中でも、チタン酸化物及びリチウムチタン酸化物が好ましい。 Examples of the metal oxide include titanium oxide, lithium titanium oxide (lithium titanium-containing composite oxide), tungsten oxide (for example, WO 3 ), and amorphous tin oxide (for example, SnB 0.4 P 0.6 O 3). .1 ), tin silicon oxide (eg SnSiO 3 ), and silicon oxide (SiO). Among these, titanium oxide and lithium titanium oxide are preferable.
リチウムチタン酸化物としては、例えば、スピネル構造のチタン酸リチウム{例えばLi4+aTi5O12(式中、aは充放電反応により−1≦a≦3の範囲で変化し得る。)}、ラムスデライト構造のチタン酸リチウム{例えばLi2+bTi3O7(式中、bは充放電反応により−1≦b≦3の範囲で変化し得る。)}等が挙げられる。 Examples of the lithium titanium oxide include lithium titanate having a spinel structure {for example, Li 4 + aTi 5 O 12 (in the formula, a can change in the range of -1 ≦ a ≦ 3 depending on the charge / discharge reaction)}, Rams. Examples thereof include lithium titanate having a delight structure {for example, Li 2 + bTi 3 O 7 (in the formula, b can change in the range of -1 ≦ b ≦ 3 depending on the charge / discharge reaction)}.
チタン酸化物としては、充放電前からLiを含むもの又は含まないもののいずれをも用いることができる。充放電前(合成時)にLiを含まないチタン酸化物としては、例えば、酸化チタン(例えばTiO2、H2Ti12O25)、TiとP、V、Sn、Cu、Ni、及びFeより成る群から選ばれる少なくとも1種の元素とを含有するチタン複合酸化物等が挙げられる。TiO2としては、アナターゼ型で熱処理温度が300〜500℃の低結晶性のものが好ましい。チタン複合酸化物としては、例えば、TiO2−P2O5、TiO2−V2O5、TiO2−P2O5−SnO2、TiO2−P2O5−MeO(式中、MeはCu、Ni及びFeより成る群から選ばれる少なくとも1種の元素である)が挙げられる。チタン複合酸化物は、結晶性が低く、結晶相とアモルファス相とが共存した、又はアモルファス相単独で存在した、ミクロ構造を有することが好ましい。このようなミクロ構造を有することにより、非水系二次電池のサイクル性能を大幅に向上することができる。 As the titanium oxide, either one containing Li or one not containing Li can be used before charging / discharging. Examples of titanium oxides that do not contain Li before charging / discharging (during synthesis) include titanium oxide (for example, TIO 2 , H 2 Ti 12 O 25 ), Ti and P, V, Sn, Cu, Ni, and Fe. Examples thereof include titanium composite oxides containing at least one element selected from the group consisting of. The TiO 2 is preferably an anatase type and has a low crystallinity with a heat treatment temperature of 300 to 500 ° C. The titanium composite oxide, e.g., TiO 2 -P 2 O 5, TiO 2 -V 2 O 5, TiO 2 -P 2 O 5 -SnO 2, TiO 2 -P 2 O 5 -MeO ( wherein, Me Is at least one element selected from the group consisting of Cu, Ni and Fe). The titanium composite oxide preferably has a low crystallinity and has a microstructure in which a crystalline phase and an amorphous phase coexist or the amorphous phase alone exists. By having such a microstructure, the cycle performance of the non-aqueous secondary battery can be significantly improved.
充放電前(合成時)からLiを含むチタン酸化物としては、例えば、LicTiO2(式中、0<c≦1.1である)等が挙げられる。 Examples of the titanium oxide containing Li before charging / discharging (during synthesis) include Li c TiO 2 (in the formula, 0 <c ≦ 1.1) and the like.
金属硫化物としては、例えば、硫化チタン(例えばTiS2)、硫化モリブデン(例えばMoS2)、及び硫化鉄(例えば、FeS、FeS2、LigFeS2(式中、gは0≦g≦1である))が挙げられる。金属窒化物としては、例えば、リチウムコバルト窒化物(例えば、LidCoeN、0<d<4、0<e<0.5)が挙げられる。 Examples of the metal sulfide include titanium sulfide (for example, TiS 2 ), molybdenum sulfide (for example, MoS 2 ), and iron sulfide (for example, FeS, FeS 2 , Li g FeS 2 (in the formula, g is 0 ≦ g ≦ 1). Is)). As the metal nitride, for example, lithium cobalt nitride (e.g., Li d Co e N, 0 <d <4,0 <e <0.5) can be mentioned.
本実施形態における非水系二次電池は、電池電圧を高められるという観点から、負極が、負極活物質として、リチウムイオンを0.4V vs.Li/Li+よりも卑な電位で吸蔵する材料を含有することが好ましい。そのような材料としては、例えば、アモルファスカーボン(ハードカーボン)、人造黒鉛、天然黒鉛、黒鉛、熱分解炭素、コークス、ガラス状炭素、有機高分子化合物の焼成体、メソカーボンマイクロビーズ、炭素繊維、活性炭、グラファイト、炭素コロイド、及びカーボンブラックに代表される炭素材料の他、金属リチウム、金属酸化物、金属窒化物、リチウム合金、スズ合金、シリコン合金、金属間化合物、有機化合物、無機化合物、金属錯体、有機高分子化合物等が挙げられる。 In the non-aqueous secondary battery of the present embodiment, from the viewpoint that the battery voltage can be increased, the negative electrode uses 0.4 V vs. lithium ion as the negative electrode active material. It is preferable to contain a material that occludes at a lower potential than Li / Li +. Such materials include, for example, amorphous carbon (hard carbon), artificial graphite, natural graphite, graphite, thermally decomposed carbon, coke, glassy carbon, calcined body of organic polymer compound, mesocarbon microbeads, carbon fiber, and the like. In addition to carbon materials such as activated carbon, graphite, carbon colloid, and carbon black, metallic lithium, metal oxides, metal nitrides, lithium alloys, tin alloys, silicon alloys, intermetallic compounds, organic compounds, inorganic compounds, and metals. Examples thereof include complexes and organic polymer compounds.
負極活物質は1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。 The negative electrode active material may be used alone or in combination of two or more.
負極活物質の数平均粒子径(一次粒子径)は、好ましくは0.1μm〜100μm、より好ましくは1μm〜10μmである。負極活物質の数平均粒子径は、正極活物質の数平均粒子径と同様にして測定される。 The number average particle size (primary particle size) of the negative electrode active material is preferably 0.1 μm to 100 μm, and more preferably 1 μm to 10 μm. The number average particle size of the negative electrode active material is measured in the same manner as the number average particle size of the positive electrode active material.
導電助剤としては、例えば、グラファイト、アセチレンブラック、及びケッチェンブラックに代表されるカーボンブラック、並びに炭素繊維が挙げられる。導電助剤の数平均粒子径(一次粒子径)は、好ましくは10nm〜10μm、より好ましくは20nm〜1μmである。導電助剤の数平均粒子径は、正極活物質の数平均粒子径と同様にして測定される。導電助剤の含有割合は、負極活物質100質量部に対して、20質量部以下とすることが好ましく、より好ましくは0.1〜10質量部である。 Examples of the conductive auxiliary agent include graphite, acetylene black, carbon black typified by Ketjen black, and carbon fiber. The number average particle size (primary particle size) of the conductive auxiliary agent is preferably 10 nm to 10 μm, and more preferably 20 nm to 1 μm. The number average particle size of the conductive auxiliary agent is measured in the same manner as the number average particle size of the positive electrode active material. The content ratio of the conductive auxiliary agent is preferably 20 parts by mass or less, and more preferably 0.1 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the negative electrode active material.
バインダーとしては、例えば、PVDF、PTFE、ポリアクリル酸、スチレンブタジエンゴム、及びフッ素ゴムが挙げられる。バインダーの含有割合は、負極活物質100質量部に対して、10質量部以下とすることが好ましく、より好ましくは0.5〜6質量部である。 Examples of the binder include PVDF, PTFE, polyacrylic acid, styrene-butadiene rubber, and fluororubber. The content ratio of the binder is preferably 10 parts by mass or less, more preferably 0.5 to 6 parts by mass, based on 100 parts by mass of the negative electrode active material.
リチウムイオン伝導体の含有割合は、負極活物質100質量部に対して、25質量部以下とすることが好ましく、より好ましくは5〜20質量部である。 The content ratio of the lithium ion conductor is preferably 25 parts by mass or less, and more preferably 5 to 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the negative electrode active material.
負極は、例えば、下記のようにして得られる。すなわち、先ず、上記負極活物質に対して、必要に応じて、導電助剤、バインダー、リチウムイオン伝導体等を加えて混合した負極合剤を溶剤に分散させて、負極合剤含有スラリーを調製する。溶剤としては、特に制限はなく、従来公知のものを用いてよい。例えば、N―メチル−2−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、水等を使用することができる。負極合剤含有スラリー中の固形分濃度は、好ましくは30〜80質量%であり、より好ましくは40〜70質量%である。次いで、この負極合剤含有スラリーを負極集電体上に塗布し、乾燥して負極活物質層を形成する。 The negative electrode is obtained, for example, as follows. That is, first, a negative electrode mixture containing a negative electrode mixture is prepared by dispersing the negative electrode mixture obtained by adding a conductive auxiliary agent, a binder, a lithium ion conductor, or the like to the negative electrode active material and mixing them in a solvent. do. The solvent is not particularly limited, and conventionally known solvents may be used. For example, N-methyl-2-pyrrolidone, dimethylformamide, dimethylacetamide, water and the like can be used. The solid content concentration in the negative electrode mixture-containing slurry is preferably 30 to 80% by mass, more preferably 40 to 70% by mass. Next, this negative electrode mixture-containing slurry is applied onto the negative electrode current collector and dried to form a negative electrode active material layer.
負極集電体としては、例えば、銅箔、ニッケル箔、ステンレス箔等の金属箔により構成される。負極集電体は、その表面にカーボンコートが施された態様、メッシュ状に加工された態様であってもよい。負極集電体の厚みは5〜40μmであることが好ましく、6〜35μmであることがより好ましく、7〜30μmであることが更に好ましい。 The negative electrode current collector is composed of, for example, a metal foil such as a copper foil, a nickel foil, or a stainless steel foil. The negative electrode current collector may have a carbon-coated surface or a mesh-shaped current collector. The thickness of the negative electrode current collector is preferably 5 to 40 μm, more preferably 6 to 35 μm, and even more preferably 7 to 30 μm.
乾燥後に得られた負極活物質層をロールプレス等により圧縮することにより、負極合剤層(負極)が形成される。圧縮後の負極合剤厚さは10〜300μmであることが好ましく、20〜280μmであることがより好ましく、30〜250μmであることが更に好ましい。 The negative electrode mixture layer (negative electrode) is formed by compressing the negative electrode active material layer obtained after drying by a roll press or the like. The thickness of the negative electrode mixture after compression is preferably 10 to 300 μm, more preferably 20 to 280 μm, and even more preferably 30 to 250 μm.
<6.リチウムイオン伝導体層>
本実施形態の非水系二次電池は、正負極の短絡防止、シャットダウン等の安全性付与の観点から、正極と負極との間にリチウムイオン伝導体層を備えることが好ましい。リチウムイオン伝導体層は、リチウムイオン伝導体のみで構成されていてもよく、第二のリチウムイオン伝導体と混合されていてもよく、また従来の電解液で用いられてきたセパレータを含んでいてもよい。
<6. Lithium-ion conductor layer>
The non-aqueous secondary battery of the present embodiment preferably includes a lithium ion conductor layer between the positive electrode and the negative electrode from the viewpoint of preventing short circuits between the positive and negative electrodes and imparting safety such as shutdown. The lithium ion conductor layer may be composed of only the lithium ion conductor, may be mixed with the second lithium ion conductor, and may contain a separator which has been used in a conventional electrolytic solution. May be good.
セパレータとしては、公知の非水系二次電池に備えられるものと同様であってもよく、イオン透過性が大きく、機械的強度に優れる絶縁性の薄膜が好ましい。セパレータとしては、例えば、織布、不織布、合成樹脂製微多孔膜が挙げられ、これらの中でも、合成樹脂製微多孔膜が好ましい。 The separator may be the same as that provided in a known non-aqueous secondary battery, and an insulating thin film having high ion permeability and excellent mechanical strength is preferable. Examples of the separator include woven fabrics, non-woven fabrics, and microporous membranes made of synthetic resin. Among these, microporous synthetic resin membranes are preferable.
合成樹脂製微多孔膜としては、例えば、ポリエチレン又はポリプロピレンを主成分として含有する微多孔膜、或いは、これらのポリオレフィンの双方を共に含有する微多孔膜等のポリオレフィン系微多孔膜が好適に用いられる。不織布としては、例えば、セラミック製、ポリオレフィン製、ポリエステル製、ポリアミド製、液晶ポリエステル製、アラミド製等の、耐熱樹脂製の多孔膜が用いられる。 As the synthetic resin microporous membrane, for example, a polyolefin-based microporous membrane such as a microporous membrane containing polyethylene or polypropylene as a main component or a microporous membrane containing both of these polyolefins is preferably used. .. As the non-woven fabric, for example, a porous film made of a heat-resistant resin such as ceramic, polyolefin, polyester, polyamide, liquid crystal polyester, or aramid is used.
セパレータは、1種の微多孔膜を単層又は複数積層したものであってもよく、2種以上の微多孔膜を積層したものであってもよい。 The separator may be a single layer or a plurality of laminated microporous membranes of one type, or may be a laminate of two or more types of microporous membranes.
<7.電池外装>
本実施形態における非水系二次電池の電池外装の構成は特に限定されないが、例えば、電池缶及びラミネートフィルム外装体のいずれかの電池外装を用いることができる。電池缶としては、例えば、スチール又はアルミニウムからなる金属缶を用いることができる。ラミネートフィルム外装体としては、例えば、熱溶融樹脂/金属フィルム/樹脂の3層構成から成るラミネートフィルムを熱溶融樹脂側を内側に向けた状態で2枚重ねて端部をヒートシールにて封止したものを用いることができる。
<7. Battery exterior >
The configuration of the battery exterior of the non-aqueous secondary battery in the present embodiment is not particularly limited, and for example, any battery exterior of a battery can and a laminated film exterior can be used. As the battery can, for example, a metal can made of steel or aluminum can be used. As the laminated film exterior body, for example, two laminated films having a three-layer structure of heat-melted resin / metal film / resin are stacked with the heat-melted resin side facing inward, and the end is sealed with a heat seal. Can be used.
ラミネートフィルム外装体を用いる場合、正極集電体及び負極集電体にそれぞれ正極端子(又は正極端子と接続するリードタブ)及び負極端子(又は負極端子と接続するリードタブ)を接続し、両端子(又はリードタブ)の端部が外装体の外部に引き出された状態でラミネートフィルム外装体を封止してもよい。 When a laminated film exterior body is used, the positive electrode terminal (or the lead tab connected to the positive electrode terminal) and the negative electrode terminal (or the lead tab connected to the negative electrode terminal) are connected to the positive electrode current collector and the negative electrode current collector, respectively, and both terminals (or the lead tabs) are connected. The laminated film outer body may be sealed with the end portion of the lead tab) pulled out to the outside of the outer body.
<8.電池の作製方法>
本実施形態の非水系二次電池は、上述のポリマー電解質を具備することを特徴とする。
<8. Battery manufacturing method>
The non-aqueous secondary battery of the present embodiment is characterized by comprising the above-mentioned polymer electrolyte.
本実施形態の非水系二次電池は、例えば、上述のリチウムイオン伝導体、正極、負極及び必要に応じてセパレータを用いて、公知の方法により作製することができる。 The non-aqueous secondary battery of the present embodiment can be produced by a known method using, for example, the above-mentioned lithium ion conductor, positive electrode, negative electrode and, if necessary, a separator.
先ず、正極、負極、及びリチウムイオン伝導体、並びに必要に応じてセパレータから成る積層体を形成する。 First, a laminate consisting of a positive electrode, a negative electrode, a lithium ion conductor, and, if necessary, a separator is formed.
例えば:
正極と負極とを、その間にリチウムイオン伝導体及びセパレータを介在させた積層状態で巻回して巻回構造の積層体に成形する態様;
該積層体を折り曲げる、或いは該積層体の複数を積層する等の処置によって、複数組の正極と負極との間にそれぞれリチウムイオン伝導体及びセパレータが介在する多層積層体に成形する態様;
等が可能である。
for example:
A mode in which a positive electrode and a negative electrode are wound in a laminated state in which a lithium ion conductor and a separator are interposed between them to form a laminated body having a wound structure;
An embodiment in which the laminate is formed into a multilayer laminate in which a lithium ion conductor and a separator are interposed between a plurality of sets of positive electrodes and negative electrodes, respectively, by a treatment such as bending the laminate or laminating a plurality of the laminates;
Etc. are possible.
次いで、電池ケース(電池外装)内に上記の積層体を収容して封印することによって、本実施形態における非水系二次電池を作製することができる。 Next, the non-aqueous secondary battery according to the present embodiment can be produced by accommodating and sealing the above-mentioned laminate in the battery case (battery exterior).
本実施形態の非水系二次電池の形状は、特に限定されず、例えば、円筒形、楕円形、角筒型、ボタン形、コイン形、扁平形、ラミネート形等が好適に採用される。 The shape of the non-aqueous secondary battery of the present embodiment is not particularly limited, and for example, a cylindrical shape, an elliptical shape, a square cylinder shape, a button shape, a coin shape, a flat shape, a laminated shape and the like are preferably adopted.
本実施形態の非水系二次電池は、初回充電により電池として機能し得るが、初回充電の際にリチウムイオン伝導体の一部が分解することにより安定化する。本実施形態における初回充電の方法について特に制限はないが、初回充電が0.001〜0.3Cで行われることが好ましく、0.002〜0.25Cで行われることがより好ましく、0.003〜0.2Cで行われることが特に好ましい。初回充電が、途中に定電圧充電を途中に経由して行われることも好ましい結果を与える。定格容量を1時間で放電する定電流が1Cである。リチウム塩が電気化学的な反応に関与する電圧範囲を長く設定することによって、SEI(Solid Electrolyte Interface:固体電解質界面)が電極表面に形成され、正極を含めた内部抵抗の増加を抑制する効果があることの他、反応生成物が負極のみに強固に固定化されることなく、何らかの形で、正極、セパレータ等の、負極以外の部材にも良好な効果を与える。このため、電解液に溶解したリチウム塩の電気化学的な反応を考慮して初回充電を行うことは、非常に有効である。 The non-aqueous secondary battery of the present embodiment can function as a battery by the initial charging, but is stabilized by decomposing a part of the lithium ion conductor during the initial charging. The method of initial charging in the present embodiment is not particularly limited, but the initial charging is preferably performed at 0.001 to 0.3C, more preferably 0.002 to 0.25C, and 0.003. It is particularly preferable to carry out at ~ 0.2C. It is also preferable that the initial charging is performed through the constant voltage charging in the middle. The constant current that discharges the rated capacity in 1 hour is 1C. By setting a long voltage range in which the lithium salt is involved in the electrochemical reaction, SEI (Solid Electrolyte Interface) is formed on the electrode surface, which has the effect of suppressing an increase in internal resistance including the positive electrode. In addition to this, the reaction product is not firmly immobilized only on the negative electrode, and somehow gives a good effect to members other than the negative electrode, such as the positive electrode and the separator. Therefore, it is very effective to perform the initial charging in consideration of the electrochemical reaction of the lithium salt dissolved in the electrolytic solution.
本実施形態の非水系二次電池は、複数個を直列又は並列に接続した電池パックとして使用することもできる。電池パックの充放電状態を管理する観点から、1個当たりの使用電圧範囲は2〜5Vであることが好ましく、2.5〜5Vであることがより好ましく、2.75V〜5Vであることが特に好ましい。 The non-aqueous secondary battery of the present embodiment can also be used as a battery pack in which a plurality of non-aqueous secondary batteries are connected in series or in parallel. From the viewpoint of controlling the charge / discharge state of the battery pack, the working voltage range per battery pack is preferably 2 to 5 V, more preferably 2.5 to 5 V, and preferably 2.75 V to 5 V. Especially preferable.
以下、実施例によって本発明を例示するが、これら実施例は本発明を限定するものではない。 Hereinafter, the present invention will be illustrated by examples, but these examples do not limit the present invention.
[実施例1]
リチウムビス(トリフルオロメタンスルホン)イミド(LiTFSI,Solvay社製)と2−アダマンタノン(富士フィルム和光純薬社製)を3mol/Lになるようにドライブレンドし、ボールミルで混合した。混合した粉体は、ステンレスプレートの上に厚さ15μmのスペーサ中央にある直径5mmの穴に充填し、プレスして成型し、その後に、180℃に昇温したホットプレート上に移動させ、溶融させた。その上に、更にステンレスプレートを載せた後に、溶融物を25℃に急冷した。これにより、SUS/(LiTFSI:2−アダマンタノン)/SUSの素子を得た。交流インピーダンス法により25℃で素子についてイオン伝導度を測定したところ、2.1×10−5S/cmの値を得た。
[Example 1]
Lithium bis (trifluoromethanesulfon) imide (LiTFSI, manufactured by Solvay) and 2-adamantanone (manufactured by Fuji Film Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) were dry-blended to 3 mol / L and mixed with a ball mill. The mixed powder is filled on a stainless steel plate in a hole having a diameter of 5 mm in the center of a spacer having a thickness of 15 μm, pressed and molded, and then transferred onto a hot plate heated to 180 ° C. and melted. I let you. After further placing a stainless steel plate on it, the melt was rapidly cooled to 25 ° C. As a result, a SUS / (LiTFSI: 2-adamantanone) / SUS element was obtained. When the ionic conductivity of the device was measured at 25 ° C. by the AC impedance method, a value of 2.1 × 10-5 S / cm was obtained.
[実施例2]
カソードは、カーボンベース層で被覆されたアルミニウムから作られた集電体上に配置された50μmの複合材料の膜であり、該複合材料は、電極の活性材料としてのリン酸鉄リチウム(LFP)、電子伝導性を生じさせる材料としてのカーボンブラック、及びリチウムイオン伝導体として1mol/LのLiTFSI:ポリエチレンオキシド(PEO)を含むものだった。カソードとアノードの間に挟むイオン伝導層は、LiTFSIと2−アダマンタノンを3mol/Lになるようにドライブレンドし、ボールミルで混合し、混合した粉体は、離型処理を施したフィルム上の厚さ15μmのスペーサ中央にある直径5mmの穴に充填し、プレスして成型し、更に離型処理を施した耐熱フィルムを重ねて挟み、180℃に昇温したホットプレート上に移動させ、溶融させた後、20℃に急冷した。前述のカソードにスペーサ付きイオン伝導層を載せ、更に厚さ100μmのLi箔を載せ、プレスした。これにより、カソード/(LiTFSI:2−アダマンタノン)/アノードの素子を得た。この素子を含む電池を得た。これを用いて0.1Cの充放電を行うと、理論容量に近しい値を得ることができた。
[Example 2]
The cathode is a 50 μm composite film placed on a current collector made of aluminum coated with a carbon base layer, which composite is lithium iron phosphate (LFP) as the active material for the electrodes. , Carbon black as a material for producing electron conductivity, and 1 mol / L LiTFSI: polyethylene oxide (PEO) as a lithium ion conductor. The ion conductive layer sandwiched between the cathode and the anode is a dry blend of LiTFSI and 2-adamantanone so as to be 3 mol / L, mixed with a ball mill, and the mixed powder is on a film that has been subjected to a mold release treatment. A hole with a diameter of 5 mm in the center of a spacer with a thickness of 15 μm is filled, pressed and molded, and a heat-resistant film that has been subjected to a mold release treatment is further sandwiched, moved onto a hot plate heated to 180 ° C., and melted. After that, it was rapidly cooled to 20 ° C. An ion conductive layer with a spacer was placed on the above-mentioned cathode, and a Li foil having a thickness of 100 μm was further placed and pressed. As a result, a cathode / (LiTFSI: 2-adamantanone) / anode element was obtained. A battery containing this element was obtained. When 0.1C was charged and discharged using this, a value close to the theoretical capacity could be obtained.
従来、単一の材料(例えば、LiTFSIのみ、2−アダマンタノンのみ)では融点が高く、例えば、LiTFSIは236℃、2−アダマンタノンは270℃であり、界面形成するためには200℃以上の加熱が必要であり、電池の製造ひいては成膜すらままならなかった。しかしながら、実施例1,2においては、180℃での溶融が確認され、イオン伝導度の測定およびリチウムイオン電池の製造が可能になったことは驚くべきである。これは特定の分子設計を持つ閉殻空洞状分子を用いることで成し得たと考えられる。充放電を確認でき、理論容量が出ていることから、加熱時の流動性も十分ありながら、室温付近で固体状態を保っている。かつてより約100℃も下回る低温で大変良好な界面を形成できることはプロセス性において効果が大きいことが明らかである。 Conventionally, a single material (for example, LiTFSI only, 2-adamantanone only) has a high melting point, for example, LiTFSI is 236 ° C., 2-adamantanone is 270 ° C., and 200 ° C. or higher for interface formation. Heating was required, and battery production and even film formation did not remain. However, in Examples 1 and 2, it is surprising that melting at 180 ° C. was confirmed, and it became possible to measure ionic conductivity and manufacture a lithium ion battery. It is believed that this could be achieved by using closed-shell hollow molecules with a specific molecular design. Since charge / discharge can be confirmed and the theoretical capacity is obtained, the solid state is maintained near room temperature while having sufficient fluidity during heating. It is clear that being able to form a very good interface at a low temperature of about 100 ° C., which is lower than before, has a great effect on processability.
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。 Although the embodiment for carrying out the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment. The present invention can be modified in various ways without departing from the gist thereof.
100 非水系二次電池
110 外装体
120 外装体の一領域(膨らんだ空間)
130 アルミニウム製タブ
140 ニッケル製タブ
150 正極
160 負極
170 リチウムイオン伝導体層
100 Non-aqueous
130
Claims (6)
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2020
- 2020-03-16 JP JP2020045729A patent/JP2021150037A/en active Pending
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