JP2021516421A - リチウム‐硫黄二次電池 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、正極、負極、分離膜及び電解液を含むリチウム‐硫黄二次電池を提供する。
前記溶媒は、下記数式2で表されるDV2 factor値が1.75以下である第1溶媒、及びフッ素化されたエーテル系溶媒である第2溶媒を含む。
実施例1
水を溶媒にして、硫黄、スーパー‐ピー(Super‐P、SP)、導電材及びバインダーをボールミルで混合して正極活物質層形成用組成物を製造した。この時、導電材ではデンカブラックを、バインダーではSBRとCMCの混合形態のバインダーを使用し、混合の割合は重量比で硫黄及びSP(9:1の割合):導電材:バインダーが90:10:10となるようにした。製造した正極活物質層形成用組成物をアルミニウム集電体に塗布した後、乾燥して正極を製造した(正極のエネルギー密度:6.18 mAh/cm2)。製造された正極で電極の重さと電極の厚さ(TESA社TESA‐μHITE装備利用)を測定して計算された正極活物質層の孔隙率は74%であて、正極活物質層の単位面積当たり硫黄の質量は3.75mg/cm2であった。これに基づいて計算されたSC factor値は0.50であった。
正極の製造条件を変更して、正極活物質層の孔隙率が74%、正極活物質層の単位面積当たり硫黄の質量が3.33mg/cm2、これに基づいて計算されたSC factor値が0.45である正極を製造したことを除いて、実施例1と同様の方法でリチウム‐硫黄二次電池を製造した。
正極の製造条件を変更して、正極活物質層の孔隙率が78%、正極活物質層の単位面積当たり硫黄の質量が2.33mg/cm2、これに基づいて計算されたSC factor値が0.30である正極を製造したことを除いて、実施例1と同様の方法でリチウム‐硫黄二次電池を製造した。
正極の製造条件を変更して、正極活物質層の孔隙率が76%、正極活物質層の単位面積当たり硫黄の質量が2.67mg/cm2、これに基づいて計算されたSC factor値が0.35である正極を製造したことを除いて、実施例1と同様の方法でリチウム‐硫黄二次電池を製造した。
正極の製造条件を変更して、正極活物質層の孔隙率が75%、正極活物質層の単位面積当たり硫黄の質量が3.1mg/cm2、これに基づいて計算されたSC factor値が0.41である正極を製造したことを除いて、実施例1と同様の方法でリチウム‐硫黄二次電池を製造した。
電解液の製造条件を変更して、1,3‐ジオキソランと1,2‐ジメトキシエタンを1:1の体積比で混合した有機溶媒に1M濃度のリチウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド(LiTFSI)と1wt%のLiNO3を溶解させた電解液を使用したことを除いて、実施例1と同様の方法でリチウム‐硫黄二次電池を製造した。
電解液の製造条件を変更して、1,3‐ジオキソランと1,2‐ジメトキシエタンを1:1の体積比で混合した有機溶媒に1M濃度のリチウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド(LiTFSI)と1wt%のLiNO3を溶解させた電解液を使用したことを除いて、実施例2と同様の方法でリチウム‐硫黄二次電池を製造した。
電解液の製造条件を変更して、1,3‐ジオキソランと1,2‐ジメトキシエタンを1:1の体積比で混合した有機溶媒に1M濃度のリチウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド(LiTFSI)と1wt%のLiNO3を溶解させた電解液を使用したことを除いて、比較例1と同様の方法でリチウム‐硫黄二次電池を製造した。
電解液の製造条件を変更して、1,3‐ジオキソランと1,2‐ジメトキシエタンを1:1の体積比で混合した有機溶媒に1M濃度のリチウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド(LiTFSI)と1wt%のLiNO3を溶解させた電解液を使用したことを除いて、比較例2と同様の方法でリチウム‐硫黄二次電池を製造した。
電解液の製造条件を変更して、1,3‐ジオキソランと1,2‐ジメトキシエタンを1:1の体積比で混合した有機溶媒に1M濃度のリチウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド(LiTFSI)と1wt%のLiNO3を溶解させた電解液を使用したことを除いて、比較例3と同様の方法でリチウム‐硫黄二次電池を製造した。
実施例1及び2と比較例1ないし8の条件を整理して下記表1に示す。
電解液の製造条件を変更して、第1溶媒としてプロピオニトリルの代りに単位体積当たり双極子モーメントが59.29D・mol/L、溶媒の粘度(25℃)が0.61cP、これに基づいて計算されたDV2 factor値が1.02であるジメチルアセトアミドを使用したことを除いて、実施例1と同様の方法でリチウム‐硫黄二次電池を製造した。
電解液の製造条件を変更して、第1溶媒としてプロピオニトリルの代りに単位体積当たり双極子モーメントが71.04D・mol/L、溶媒の粘度(25℃)が0.51cP、これに基づいて計算されたDV2 factor値が0.71であるジメチルホルムアミドを使用したことを除いて、実施例1と同様の方法でリチウム‐硫黄二次電池を製造した。
電解液の製造条件を変更して、第1溶媒としてプロピオニトリルの代りに単位体積当たり双極子モーメントが84.91D・mol/L、溶媒の粘度(25℃)が1.03cP、これに基づいて計算されたDV2 factor値が1.21であるガンマ‐ブチロラクトンを使用したことを除いて、実施例1と同様の方法でリチウム‐硫黄二次電池を製造した。
電解液の製造条件を変更して、第1溶媒としてプロピオニトリルの代りに単位体積当たり双極子モーメントが136.8D・mol/L、溶媒の粘度(25℃)が0.42cP、これに基づいて計算されたDV2 factor値が0.31であるトリエチルアミンを使用したことを除いて、実施例1と同様の方法でリチウム‐硫黄二次電池を製造した。
電解液の製造条件を変更して、第1溶媒としてプロピオニトリルの代りに単位体積当たり双極子モーメントが32.42D・mol/L、溶媒の粘度(25℃)が0.45cP、これに基づいて計算されたDV2 factor値が1.40である1‐ヨードプロパンを使用したことを除いて、実施例1と同様の方法でリチウム‐硫黄二次電池を製造した。
電解液の製造条件を変更して、第1溶媒としてプロピオニトリルの代りに単位体積当たり双極子モーメントが33.66D・mol/L、溶媒の粘度(25℃)が0.7cP、これに基づいて計算されたDV2 factor値が2.07である1,3‐ジオキソラン(1,3‐Dioxolane)を使用したことを除いて、実施例1と同様の方法でリチウム‐硫黄二次電池を製造した。
電解液の製造条件を変更して、第1溶媒としてプロピオニトリルの代りに単位体積当たり双極子モーメントが20.54D・mol/L、溶媒の粘度(25℃)が0.48cP、これに基づいて計算されたDV2 factor値が2.33である1,2‐ジメトキシエタン(1,2‐Dimethoxyethane)を使用したことを除いて、実施例1と同様の方法でリチウム‐硫黄二次電池を製造した。
電解液の製造条件を変更して、第1溶媒としてプロピオニトリルの代りに単位体積当たり双極子モーメントが25.79D・mol/L、溶媒の粘度(25℃)が0.58cP、これに基づいて計算されたDV2 factor値が2.24であるテトラヒドロフラン(Tetrahydrofuran)を使用したことを除いて、実施例1と同様の方法でリチウム‐硫黄二次電池を製造した。
電解液の製造条件を変更して、第1溶媒としてプロピオニトリルの代りに単位体積当たり双極子モーメントが59.43D・mol/L、溶媒の粘度(25℃)が1.16cP、これに基づいて計算されたDV2 factor値が1.95であるジメチルスルホキシド(Dimethyl sulfoxide)を使用したことを除いて、実施例1と同様の方法でリチウム‐硫黄二次電池を製造した。
電解液の製造条件を変更して、第1溶媒としてプロピオニトリルの代りに単位体積当たり双極子モーメントが96.13D・mol/L、溶媒の粘度(25℃)が1.71cP、これに基づいて計算されたDV2 factor値が1.77であるプロピレンカーボネート(Propylene carbonate)を使用したことを除いて、実施例1と同様の方法でリチウム‐硫黄二次電池を製造した。
電解液の製造条件を変更して、第1溶媒としてプロピオニトリルの代りに単位体積当たり双極子モーメントが5.74D・mol/L、溶媒の粘度(25℃)が0.57cP、これに基づいて計算されたDV2 factor値が9.93であるジメチルカーボネート(Dimethyl carbonate)を使用したことを除いて、実施例1と同様の方法でリチウム‐硫黄二次電池を製造した。
実験例1
実施例1及び2と比較例1ないし8によるリチウム‐硫黄二次電池のED factor値を測定して表3及び図1に示す。
実施例1及び3ないし7と比較例9ないし14によるリチウム‐硫黄二次電池のED factor値を測定して表4及び図2に示す。
Claims (10)
- 前記第1溶媒は、1.5以下のDV2 factor値を有することを特徴とする請求項2に記載のリチウム‐硫黄二次電池。
- 前記第1溶媒は、プロピオニトリル、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド、ガンマ‐ブチロラクトン、トリエチルアミン、1‐ヨードプロパン及びこの組み合わせからなる群から選択されることを特徴とする請求項2に記載のリチウム‐硫黄二次電池。
- 前記第2溶媒は、1H,1H,2’H,3H‐デカフルオロジプロピルエーテル、ジフルオロメチル2,2,2‐トリフルオロエチルエーテル、1,2,2,2‐テトラフルオロエチルトリフルオロメチルエーテル、1,1,2,3,3,3‐ヘキサフルオロプロピルジフルオロメチルエーテル、ペンタフルオロエチル2,2,2‐トリフルオロエチルエーテル、1H,1H,2’H‐パーフルオロジプロピルエーテル及びこの組み合わせからなる群から選択されることを特徴とする請求項2に記載のリチウム‐硫黄二次電池。
- 前記溶媒は、第1溶媒を1ないし50重量%含むことを特徴とする請求項2に記載のリチウム‐硫黄二次電池。
- 前記溶媒は、第2溶媒を50ないし99重量%含むことを特徴とする請求項2に記載のリチウム‐硫黄二次電池。
- 前記溶媒は、3:7ないし1:9の重量比で第1溶媒及び第2溶媒を含むことを特徴とする請求項2に記載のリチウム‐硫黄二次電池。
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