JP2022047197A - Non-aqueous electrolyte and non-aqueous secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、非水系電解液及びそれを用いた非水系二次電池に関する。 The present invention relates to a non-aqueous electrolyte solution and a non-aqueous secondary battery using the same.
モバイル・IT用では単セル利用だったリチウムイオン電池の使われ方が、自動車の電動化という世界的な潮流の中で大きく変化している。車載用電池にはコバルト使用量の削減とエネルギー密度向上の両方が求められており、化学的に不安定なニッケル(Ni)系正極活物質を使いこなすための技術が幾つか報告されている。 The use of lithium-ion batteries, which were used as single cells for mobile and IT, is changing drastically in the global trend of electrification of automobiles. In-vehicle batteries are required to both reduce the amount of cobalt used and improve the energy density, and several techniques for mastering the chemically unstable nickel (Ni) -based positive electrode active material have been reported.
例えば、以下の非特許文献1では、正極にLiNi0.6Co0.2Mn0.2O2を用いたリチウムイオン電池に対して、非水系電解液にジフェニルジメトキシシランを添加することにより、充放電サイクル性能が向上することが報告されている。また、以下の特許文献1では、負極活物質にアルコキシシラン化合物及びその加水分解物のうちの少なくとも一方を含むことにより、サイクル特性および初回充放電特性を向上させることが可能なリチウムイオン電池が報告されている。 For example, in Non-Patent Document 1 below, for a lithium ion battery using LiNi 0.6 Co 0.2 Mn 0.2 O 2 for the positive electrode, diphenyldimethoxysilane is added to the non-aqueous electrolyte solution. It has been reported that charge / discharge cycle performance is improved. Further, in Patent Document 1 below, a lithium ion battery capable of improving cycle characteristics and initial charge / discharge characteristics by containing at least one of an alkoxysilane compound and a hydrolyzate thereof in a negative electrode active material is reported. Has been done.
しかしながら、非特許文献1及び特許文献1においてリチウムイオンの伝導は拡散が律速となるところ、ジアルコキシシラン化合物のような抵抗成分を添加した従来の非水系電解液では電極層内での拡散が阻害され、高い電流密度で非水系二次電池を作動させる際の性能が犠牲となっていた。 However, in Non-Patent Document 1 and Patent Document 1, the diffusion of lithium ions is rate-determining, but the conventional non-aqueous electrolytic solution to which a resistance component such as a dialkoxysilane compound is added inhibits the diffusion in the electrode layer. However, the performance when operating a non-aqueous secondary battery with a high current density was sacrificed.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ニッケル(Ni)比率の高い正極活物質の劣化が抑制されるとともに、高い電流密度で作動させることが可能な非水系電解液及び非水系二次電池を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and is a non-aqueous electrolyte solution and a non-aqueous system capable of suppressing deterioration of a positive electrode active material having a high nickel (Ni) ratio and operating at a high current density. The purpose is to provide a secondary battery.
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究し、実験を重ねた結果、特定のシラン化合物とアセトニトリルを含む非水系電解液では、非水系二次電池の正極側と負極側の課題がお互い干渉することなく解消され、高い電流密度で非水系二次電池を安定作動できることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of diligent research and repeated experiments to solve the above problems, the present inventors have conducted problems on the positive electrode side and the negative electrode side of the non-aqueous secondary battery in the non-aqueous electrolyte solution containing a specific silane compound and acetonitrile. We have found that the non-aqueous secondary batteries can be stably operated with a high current density, and have completed the present invention.
すなわち、本発明は下記のとおりのものである。
[1]非水系溶媒とLiPF6とを含有する非水系電解液であって、
前記非水系溶媒がアセトニトリルと、ビニレンカーボネートと、エチレンサルファイトとを含み、かつ、ビニレンカーボネートの体積比が、エチレンサルファイトの体積比より少なく、
さらに、ジフェニルジアルコキシシランを含有する非水系電解液。
[2]前記非水系溶媒におけるアセトニトリルの含有量は、前記非水系溶媒の全量に対して5~97体積%である、前記[1]に記載の非水系電解液。
[3]前記ジフェニルジアルコキシシランの含有量は、前記非水系溶媒の全量に対して0.01質量%以上、10質量%以下であることを特徴とする、前記[1]又は[2]に記載の非水系電解液。
[4]前記ジフェニルジアルコキシシランが、ジフェニルジメトキシシランである、前記[1]~[3]のいずれか1項に記載の非水系電解液。
[5]集電体の片面又は両面に正極活物質層を有する正極と、集電体の片面又は両面に負極活物質層を有する負極と、セパレータと、前記[1]~[4]のいずれか1項に記載の非水系電解液とを具備する非水系二次電池において、
前記正極活物質層が、下記一般式(1):
LipNiqCorMnsMtOu・・・・・(1)
{式中、Mは、アルミニウム(Al)、スズ(Sn)、インジウム(In)、鉄(Fe)、バナジウム(V)、銅(Cu)、マグネシウム(Mg)、チタン(Ti)、亜鉛(Zn)、モリブデン(Mo)、ジルコニウム(Zr)、ストロンチウム(Sr)、及びバリウム(Ba)から成る群より選ばれる少なくとも1種の金属であり、且つ、0<p<1.3、0<q<1.2、0<r<1.2、0≦s<0.5、0≦t<0.3、0.7≦q+r+s+t≦1.2、1.8<u<2.2の範囲であり、そしてpは、電池の充放電状態により決まる値である。}
で表されるリチウム含有金属酸化物から成る群より選ばれる少なくとも1種を含有する、非水系二次電池。
[6]前記一般式(1)で表されるリチウム含有金属酸化物のニッケル(Ni)含有比qが、0.5<q<1.2である、前記[5]に記載の非水系二次電池。
That is, the present invention is as follows.
[1] A non-aqueous electrolyte solution containing a non-aqueous solvent and LiPF 6 .
The non-aqueous solvent contains acetonitrile, vinylene carbonate, and ethylene sulphite, and the volume ratio of vinylene carbonate is smaller than the volume ratio of ethylene sulphite.
Further, a non-aqueous electrolytic solution containing diphenyldialkoxysilane.
[2] The non-aqueous electrolyte solution according to the above [1], wherein the content of acetonitrile in the non-aqueous solvent is 5 to 97% by volume with respect to the total amount of the non-aqueous solvent.
[3] The content of the diphenyldialkoxysilane is 0.01% by mass or more and 10% by mass or less with respect to the total amount of the non-aqueous solvent, according to the above [1] or [2]. The non-aqueous electrolyte solution described.
[4] The non-aqueous electrolytic solution according to any one of [1] to [3] above, wherein the diphenyldialkoxysilane is diphenyldimethoxysilane.
[5] A positive electrode having a positive electrode active material layer on one side or both sides of the current collector, a negative electrode having a negative electrode active material layer on one side or both sides of the current collector, a separator, and any of the above [1] to [4]. In the non-aqueous secondary battery provided with the non-aqueous electrolytic solution according to item 1,
The positive electrode active material layer has the following general formula (1):
Li p Ni q Co r Mn s M t O u ... (1)
{In the formula, M is aluminum (Al), tin (Sn), indium (In), iron (Fe), vanadium (V), copper (Cu), magnesium (Mg), titanium (Ti), zinc (Zn). ), Molybdenum (Mo), zirconium (Zr), strontium (Sr), and barium (Ba), and is at least one metal selected from the group consisting of 0 <p <1.3, 0 <q <. In the range of 1.2, 0 <r <1.2, 0 ≦ s <0.5, 0 ≦ t <0.3, 0.7 ≦ q + r + s + t ≦ 1.2, 1.8 <u <2.2 Yes, and p is a value determined by the charge / discharge state of the battery. }
A non-aqueous secondary battery containing at least one selected from the group consisting of lithium-containing metal oxides represented by.
[6] The non-aqueous battery according to the above [5], wherein the lithium (Ni) content ratio q of the lithium-containing metal oxide represented by the general formula (1) is 0.5 <q <1.2. Next battery.
本発明によれば、ジフェニルジアルコキシシランのフッ化水素(HF)トラップ効果によって、ニッケル(Ni)比率の高い正極活物質の劣化が抑制されるとともに、LiPF6に含まれるPF5のルイス酸触媒活性を下げ、高イオン伝導度化に寄与するアセトニトリル溶媒の分解を抑制することができる。また、本発明によれば、アセトニトリルおよびその分解物に対して耐久性の高い負極SEI(Solid Electrolyte Interface)の形成が促進されることにより、高い電流密度で安定作動させることが可能な非水系電解液及び非水系二次電池を提供することができる。 According to the present invention, the hydrogen fluoride (HF) trapping effect of diphenyldialkoxysilane suppresses the deterioration of the positive electrode active material having a high nickel (Ni) ratio, and the Lewis acid catalyst of PF 5 contained in LiPF 6 is suppressed. It is possible to reduce the activity and suppress the decomposition of the acetonitrile solvent that contributes to high ionic conductivity. Further, according to the present invention, the formation of a negative electrode SEI (Solid Electrolyte Interface) having high durability against acetonitrile and its decomposition products is promoted, so that the non-aqueous electrolyte can be stably operated at a high current density. Liquid and non-aqueous secondary batteries can be provided.
以下、本発明を実施するための形態(以下、単に「本実施形態」という。)について詳細に説明する。なお、本明細書において「~」を用いて記載される数値範囲は、その前後に記載される数値を含むものである。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention (hereinafter, simply referred to as “the present embodiment”) will be described in detail. In addition, the numerical range described by using "-" in this specification includes the numerical values described before and after it.
<非水系二次電池>
本実施形態の非水系二次電池は、正極及び負極と共に上記非水系電解液を備える二次電池であり、例えば、リチウムイオン電池であってもよく、より具体的には、図1に概略的に平面図を、かつ図2に概略的に断面図を示すリチウムイオン電池であってもよい。図1、2に示されるリチウムイオン電池100は、セパレータ170と、そのセパレータ170を両側から挟む正極150と負極160と、さらにそれら(セパレータ170、正極150及び負極160)の積層体を挟む正極リード体130(正極150に接続)と、負極リード体140(負極160に接続)と、それらを収容する電池外装110とを備える。正極150とセパレータ170と負極160とを積層した積層体は、本実施形態に係る非水系電解液に含浸されている。
<Non-water-based secondary battery>
The non-aqueous secondary battery of the present embodiment is a secondary battery including the above-mentioned non-aqueous electrolytic solution together with a positive electrode and a negative electrode, and may be, for example, a lithium ion battery, and more specifically, it is schematically shown in FIG. It may be a lithium ion battery whose plan view is shown in FIG. 2 and a sectional view is shown schematically in FIG. The
<1.非水系電解液>
本実施形態における「非水系電解液」とは、非水系電解液の全量に対し、水が1質量%以下であり、かつ、非水系溶媒とLiPF6とを含有する非水系電解液を指す。本実施形態に係る非水系電解液は、水分を極力含まないことが好ましいが、本発明の課題解決を阻害しない範囲であれば、ごく微量の水分を含有してよい。そのような水分の含有量は、非水系電解液の全量当たりの量として300質量ppm以下であり、好ましくは200質量ppm以下である。非水系電解液については、本発明の課題解決を達成するための構成を具備していれば、その他の構成要素については、リチウムイオン電池に用いられる既知の非水系電解液における構成材料を、適宜選択して適用することができる。
<1. Non-aqueous electrolyte>
The "non-aqueous electrolyte solution" in the present embodiment refers to a non-aqueous electrolyte solution in which water is 1% by mass or less and contains a non-aqueous solvent and LiPF 6 with respect to the total amount of the non-aqueous electrolyte solution. The non-aqueous electrolytic solution according to the present embodiment preferably contains as little water as possible, but may contain a very small amount of water as long as it does not hinder the solution of the problem of the present invention. The content of such water is 300 mass ppm or less, preferably 200 mass ppm or less, as the amount per total amount of the non-aqueous electrolytic solution. As for the non-aqueous electrolyte solution, as long as it has a configuration for achieving the solution to the problem of the present invention, as for other components, the constituent materials in the known non-aqueous electrolyte solution used for the lithium ion battery may be appropriately used. Can be selected and applied.
<1-1.非水系溶媒>
本実施形態でいう「非水系溶媒」とは、非水系電解液中から、リチウム塩及び各種添加剤を除いた要素をいう。非水系電解液に電極保護用添加剤が含まれている場合、「非水系溶媒」とは、非水系電解液中から、リチウム塩と、電極保護用添加剤以外の添加剤とを除いた要素をいう。非水系溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール等のアルコール類;非プロトン性溶媒等が挙げられる。中でも、非水系溶媒としては、非プロトン性溶媒が好ましい。本発明の課題解決を阻害しない範囲であれば、非水系溶媒は、非プロトン性溶媒以外の溶媒を含有してよい。
<1-1. Non-aqueous solvent>
The "non-aqueous solvent" as used in the present embodiment means an element obtained by removing a lithium salt and various additives from the non-aqueous electrolyte solution. When the non-aqueous electrolyte solution contains an electrode protection additive, the "non-aqueous solvent" is an element obtained by removing the lithium salt and the additive other than the electrode protection additive from the non-aqueous electrolyte solution. To say. Examples of the non-aqueous solvent include alcohols such as methanol and ethanol; aprotic solvents and the like. Among them, the aprotic solvent is preferable as the non-aqueous solvent. The non-aqueous solvent may contain a solvent other than the aprotic solvent as long as it does not hinder the solution of the problem of the present invention.
本発明の非水系電解液に係る非水系溶媒は、非プロトン性溶媒としてアセトニトリルを含有する。非水系溶媒がアセトニトリルを含有することにより、非水系電解液のイオン伝導性が向上することから、電池内におけるリチウムイオンの拡散性を高めることができる。そのため、非水系電解液がアセトニトリルを含有する場合、特に正極活物質層を厚くして正極活物質の充填量を高めた正極においても、高負荷での放電時にはリチウムイオンが到達し難い集電体近傍の領域にまで、リチウムイオンが良好に拡散できるようになる。それにより、高負荷放電時にも十分な容量を引き出すことが可能となり、負荷特性に優れた非水系二次電池を得ることができる。 The non-aqueous solvent according to the non-aqueous electrolyte solution of the present invention contains acetonitrile as an aprotic solvent. Since the non-aqueous solvent contains acetonitrile, the ionic conductivity of the non-aqueous electrolyte solution is improved, so that the diffusivity of lithium ions in the battery can be enhanced. Therefore, when the non-aqueous electrolyte solution contains acetonitrile, lithium ions are difficult to reach even in a positive electrode in which the positive electrode active material layer is thickened to increase the filling amount of the positive electrode active material, especially when discharging under a high load. Lithium ions can be well diffused to the nearby region. As a result, it is possible to draw out a sufficient capacity even at the time of high load discharge, and it is possible to obtain a non-aqueous secondary battery having excellent load characteristics.
また、非水系溶媒がアセトニトリルを含有することにより、非水系二次電池の急速充電特性を高めることができる。非水系二次電池の定電流(CC)-定電圧(CV)充電では、CV充電期間における単位時間当たりの充電容量よりも、CC充電期間における単位時間当たりの容量の方が大きい。非水系電解液の非水系溶媒にアセトニトリルを使用する場合、CC充電できる領域を大きく(CC充電の時間を長く)できる他、充電電流を高めることもできるため、非水系二次電池の充電開始から満充電状態にするまでの時間を大幅に短縮できる。 Further, since the non-aqueous solvent contains acetonitrile, the quick charging characteristics of the non-aqueous secondary battery can be enhanced. In constant current (CC) -constant voltage (CV) charging of a non-aqueous secondary battery, the capacity per unit time in the CC charging period is larger than the charging capacity per unit time in the CV charging period. When acetonitrile is used as the non-aqueous solvent of the non-aqueous electrolyte solution, the CC charging area can be increased (CC charging time can be lengthened) and the charging current can be increased. Therefore, from the start of charging the non-aqueous secondary battery. The time required to fully charge the battery can be significantly reduced.
なお、アセトニトリルは、電気化学的に還元分解され易い。そのため、アセトニトリルを用いる場合、非水系溶媒としてアセトニトリルとともに他の溶媒(例えば、アセトニトリル以外の非プロトン性溶媒)を併用すること、及び/又は、電極への保護被膜形成のための電極保護用添加剤を添加すること、を行うことが好ましい。 Acetonitrile is easily electrochemically reduced and decomposed. Therefore, when acetonitrile is used, an electrode protection additive for forming a protective film on the electrode may be used in combination with acetonitrile as a non-aqueous solvent (for example, an aprotic solvent other than acetonitrile). It is preferable to add.
非水系溶媒におけるアセトニトリルの含有量は、非水系溶媒の全量に対して、5~97体積%であることが好ましい。アセトニトリルの含有量の下限は、非水系溶媒の全量に対して、10体積%以上であることがより好ましく、20体積%以上であることが更に好ましい。アセトニトリルの含有量の上限は、非水系溶媒の全量に対して、85体積%以下であることがより好ましく、66体積%以下であることが更に好ましい。アセトニトリルの含有量が、非水系溶媒の全量に対して5体積%以上である場合、非水系電解液のイオン伝導度が増大して、非水系二次電池の高出力特性を発現できる傾向にあり、更に、リチウム塩の溶解を促進することができる。また、非水系溶媒中のアセトニトリルの含有量が上記の範囲内にある場合、アセトニトリルの優れた性能を維持しながら、非水系二次電池の高温サイクル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 acetonitrile in the non-aqueous solvent is preferably 5 to 97% by volume with respect to the total amount of the non-aqueous solvent. The lower limit of the content of acetonitrile is more preferably 10% by volume or more, still more preferably 20% by volume or more, based on the total amount of the non-aqueous solvent. The upper limit of the content of acetonitrile is more preferably 85% by volume or less, and further preferably 66% by volume or less, based on the total amount of the non-aqueous solvent. When the content of acetonitrile is 5% by volume or more with respect to the total amount of the non-aqueous solvent, the ionic conductivity of the non-aqueous electrolyte solution tends to increase, and the high output characteristics of the non-aqueous secondary battery tend to be exhibited. Furthermore, it is possible to promote the dissolution of the lithium salt. Further, when the content of acetonitrile in the non-aqueous solvent is within the above range, the high temperature cycle characteristics of the non-aqueous secondary battery and other battery characteristics are further improved while maintaining the excellent performance of acetonitrile. Tend to be able to.
アセトニトリル以外の非プロトン性溶媒としては、例えば、環状カーボネート、フルオロエチレンカーボネート、ラクトン、硫黄原子を有する有機化合物、鎖状フッ素化カーボネート、環状エーテル、アセトニトリル以外のモノニトリル、アルコキシ基置換ニトリル、ジニトリル、環状ニトリル、短鎖脂肪酸エステル、鎖状エーテル、フッ素化エーテル、ケトン、前記非プロトン性溶媒のH原子の一部または全部をハロゲン原子で置換した化合物等が挙げられる。 Examples of the aprotic solvent other than acetonitrile include cyclic carbonate, fluoroethylene carbonate, lactone, organic compound having a sulfur atom, chain fluorinated carbonate, cyclic ether, mononitrile other than acetonitrile, alkoxy group substituted nitrile, dinitrile, and the like. Examples thereof include cyclic nitriles, short-chain fatty acid esters, chain ethers, fluorinated ethers, ketones, compounds in which part or all of the H atoms of the aprotonic solvent are replaced with halogen atoms, and the like.
非水系溶媒の一成分であるアセトニトリルは電気化学的に還元分解され易いため、本実施形態に係る非水系電解液は、非水系溶媒において、アセトニトリルに加えて、ビニレンカーボネートとエチレンサルファイトを含有し、かつ、ビニレンカーボネートの体積比がエチレンサルファイトの体積比より少ないことを特徴とする。 Since acetonitrile, which is a component of a non-aqueous solvent, is easily electrochemically reduced and decomposed, the non-aqueous electrolyte solution according to this embodiment contains vinylene carbonate and ethylene sulfide in addition to acetonitrile in the non-aqueous solvent. Moreover, the volume ratio of vinylene carbonate is smaller than the volume ratio of ethylene sulphite.
本実施形態に係る非水系溶媒が、アセトニトリルと、環状カーボネートとしてビニレンカーボネートと、硫黄原子を有する有機化合物としてエチレンサルファイトとを含むと、非水系電解液が非水系二次電池に使用されるときに、ニッケル(Ni)比率の高い正極活物質の劣化を抑制したり、高い電流密度で電池を作動させたりする。 When the non-aqueous solvent according to the present embodiment contains acetonitrile, vinylene carbonate as the cyclic carbonate, and ethylene sulfide as the organic compound having a sulfur atom, the non-aqueous electrolyte solution is used for the non-aqueous secondary battery. In addition, it suppresses the deterioration of the positive electrode active material having a high nickel (Ni) ratio, and operates the battery with a high current density.
ビニレンカーボネート由来の負極保護被膜は抵抗が高いため、急速充電、低温環境下での性能低下及び分解時のガス発生による電池の膨れに繋がる傾向にある。エチレンサルファイトは、他の含酸素・硫黄化合物と比較して最低空軌道(LUMO)準位が低く、ビニレンカーボネートよりも低電位で還元分解して負極保護被膜を形成することができ、ビニレンカーボネートの添加量を低減してビニレンカーボネート由来の負極保護被膜による課題を解決することが可能である。また、エチレンサルファイト由来の負極保護被膜は、幅広い温度領域において抵抗が小さく、更に、アセトニトリルおよびその分解物に対して耐久性の高い負極SEI(Solid Electrolyte Interface)の形成が促進されることにより、高い電流密度で安定作動させることが可能な非水系電解液及び非水系二次電池を提供することができる。 Since the negative electrode protective film derived from vinylene carbonate has high resistance, it tends to lead to rapid charging, performance deterioration in a low temperature environment, and swelling of the battery due to gas generation during decomposition. Ethylene sulfite has a lower minimum empty orbital (LUMO) level than other oxygen-containing / sulfur compounds, and can be reduced and decomposed at a lower potential than vinylene carbonate to form a negative electrode protective film. It is possible to solve the problem of the negative electrode protective film derived from vinylene carbonate by reducing the addition amount of vinylene carbonate. Further, the negative electrode protective film derived from ethylene sulfide has low resistance in a wide temperature range, and further promotes the formation of a negative electrode SEI (Solid Electrolyte Interface) having high durability against acetonitrile and its decomposition products. It is possible to provide a non-aqueous electrolyte solution and a non-aqueous secondary battery capable of stable operation at a high current density.
本実施形態における非水系電解液中のビニレンカーボネート及びエチレンサルファイトの合計含有量が、前記非水系溶媒の全量に対して0.1体積%以上10体積%未満であることが、内部抵抗の増加を抑制する観点から好ましい。 When the total content of vinylene carbonate and ethylene sulfate in the non-aqueous electrolyte solution in the present embodiment is 0.1% by volume or more and less than 10% by volume with respect to the total amount of the non-aqueous solvent, the internal resistance increases. It is preferable from the viewpoint of suppressing.
環状カーボネートとしては、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、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; Examples of the cyclic carbonate include ethylene carbonate, propylene carbonate, 1,2-butylene carbonate, trans-2,3-butylene carbonate, cis-2,3-butylene carbonate, 1,2-pentylene carbonate, trans-2, 3-Pentylene carbonate, cis-2,3-Pentylene carbonate, vinylene carbonate, 4,5-dimethylvinylene carbonate, and vinylethylene carbonate;
フルオロエチレンカーボネートとしては、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; Examples of the fluoroethylene carbonate include 4-fluoro-1,3-dioxolane-2-one, 4,4-difluoro-1,3-dioxolane-2-one, and cis-4,5-difluoro-1,3-. Dioxolane-2-one, trans-4,5-difluoro-1,3-dioxolane-2-one, 4,4,5-trifluoro-1,3-dioxolane-2-one, 4,4,5,5 -Tetrafluoro-1,3-dioxolane-2-one and 4,4,5-trifluoro-5-methyl-1,3-dioxolan-2-one;
ラクトンとしては、γ-ブチロラクトン、α-メチル-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; The lactones include γ-butyrolactone, α-methyl-γ-butyrolactone, γ-valerolactone, γ-caprolactone, δ-valerolactone, δ-caprolactone, and ε-caprolactone;
硫黄原子を有する有機化合物としては、例えば、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-スルホレン、3-メチルスルホラン、1,3-プロパンスルトン、1,4-ブタンスルトン、1-プロペン1,3-スルトン、ジメチルスルホキシド、テトラメチレンスルホキシド、及びエチレングリコールサルファイト; Examples of the organic compound having a sulfur atom include ethylene sulfoxide, propylene sulfite, butylene sulfite, pentensulfite, sulfolane, 3-sulfolene, 3-methylsulfolane, 1,3-propanesultone, and 1,4-butanesultone. , 1-Propene 1,3-Sultone, Dimethyl Sulfoxide, Tetramethylene Sulfoxide, and Ethylene Glycol Sulfite;
鎖状カーボネートとしては、例えば、エチルメチルカーボネート、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、ジイソブチルカーボネート; Examples of the chain carbonate include ethyl methyl carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl propyl carbonate, methyl isopropyl carbonate, dipropyl carbonate, methyl butyl carbonate, dibutyl carbonate, ethyl propyl carbonate, and diisobutyl carbonate;
環状エーテルとしては、例えば、テトラヒドロフラン、2-メチル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; Examples of the cyclic ether include tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4-dioxane, and 1,3-dioxane;
アセトニトリル以外のモノニトリルとしては、例えば、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; Examples of mononitriles other than acetonitrile include propionitrile, butyronitrile, valeronitrile, benzonitrile, and acrylonitrile;
アルコキシ基置換ニトリルとしては、例えば、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; Examples of the alkoxy group-substituted nitrile include methoxyacetonitrile and 3-methoxypropionitrile;
ジニトリルとしては、例えば、マロノニトリル、スクシノニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、1,4-ジシアノヘプタン、1,5-ジシアノペンタン、1,6-ジシアノヘキサン、1,7-ジシアノヘプタン、2,6-ジシアノヘプタン、1,8-ジシアノオクタン、2,7-ジシアノオクタン、1,9-ジシアノノナン、2,8-ジシアノノナン、1,10-ジシアノデカン、1,6-ジシアノデカン、及び2,4-ジメチルグルタロニトリル; Examples of the dinitrile include malononitrile, succinonitrile, glutaronitrile, adiponitrile, 1,4-dicyanoheptane, 1,5-dicyanopentane, 1,6-dicyanohexane, 1,7-dicyanoheptane, and 2,6-. Dicyanoheptane, 1,8-dicyanooctane, 2,7-dicyanooctane, 1,9-dicyanononane, 2,8-dicyanononan, 1,10-dicyanodecane, 1,6-dicyanodecane, and 2,4-dimethylglue Taronitrile;
環状ニトリルとしては、例えば、ベンゾニトリル; As the cyclic nitrile, for example, benzonitrile;
短鎖脂肪酸エステルとしては、例えば、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、イソ酪酸メチル、酪酸メチル、イソ吉草酸メチル、吉草酸メチル、ピバル酸メチル、ヒドロアンゲリカ酸メチル、カプロン酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸エチル、イソ酪酸エチル、酪酸エチル、イソ吉草酸エチル、吉草酸エチル、ピバル酸エチル、ヒドロアンゲリカ酸エチル、カプロン酸エチル、酢酸プロピル、プロピオン酸プロピル、イソ酪酸プロピル、酪酸プロピル、イソ吉草酸プロピル、吉草酸プロピル、ピバル酸プロピル、ヒドロアンゲリカ酸プロピル、カプロン酸プロピル、酢酸イソプロピル、プロピオン酸イソプロピル、イソ酪酸イソプロピル、酪酸イソプロピル、イソ吉草酸イソプロピル、吉草酸イソプロピル、ピバル酸イソプロピル、ヒドロアンゲリカ酸イソプロピル、カプロン酸イソプロピル、酢酸ブチル、プロピオン酸ブチル、イソ酪酸ブチル、酪酸ブチル、イソ吉草酸ブチル、吉草酸ブチル、ピバル酸ブチル、ヒドロアンゲリカ酸ブチル、カプロン酸ブチル、酢酸イソブチル、プロピオン酸イソブチル、イソ酪酸イソブチル、酪酸イソブチル、イソ吉草酸イソブチル、吉草酸イソブチル、ピバル酸イソブチル、ヒドロアンゲリカ酸イソブチル、カプロン酸イソブチル、酢酸tert-ブチル、プロピオン酸tert-ブチル、イソ酪酸tert-ブチル、酪酸tert-ブチル、イソ吉草酸tert-ブチル、吉草酸tert-ブチル、ピバル酸tert-ブチル、ヒドロアンゲリカ酸tert-ブチル、及びカプロン酸tert-ブチル; Examples of short chain fatty acid esters include methyl acetate, methyl propionate, methyl isobutyrate, methyl butyrate, methyl isovalerate, methyl valerate, methyl pivalate, methyl hydroangelica, methyl caproate, ethyl acetate, and propionic acid. Ethyl, ethyl isobutyrate, ethyl butyrate, ethyl isovalerate, ethyl valerate, ethyl pivalate, ethyl hydroangelica, ethyl caproate, propyl acetate, propyl propionate, propyl isobutyrate, propyl butyrate, propyl isovalerate, Valerate propyl, propyl pivalate, propyl hydroangelica, propyl caproate, isopropyl acetate, isopropyl propionate, isopropyl isobutyrate, isopropyl butyrate, isopropyl isovalerate, isopropyl valerate, isopropyl pivalate, isopropyl hydroangelica, capron Isopropyl acid, butyl acetate, butyl propionate, butyl isobutyrate, butyl butyrate, butyl isovalerate, butyl valerate, butyl pivalate, butyl hydroangelica, butyl caproate, isobutyl acetate, isobutyl propionate, isobutyl isobutyrate, Isobutyl butyrate, isobutyl isovalerate, isobutyl valerate, isobutyl pivalate, isobutyl hydroangelic acid, isobutyl caproate, tert-butyl acetate, tert-butyl propionate, tert-butyl isobutyrate, tert-butyl butyrate, isovaleric acid tert-butyl, tert-butyl valerate, tert-butyl pivalate, tert-butyl hydroangelica, and tert-butyl caproate;
鎖状エーテルとしては、例えば、ジメトキシエタン、ジエチルエーテル、1,3-ジオキソラン、ジグライム、トリグライム、及びテトラグライム; Examples of the chain ether include dimethoxyethane, diethyl ether, 1,3-dioxolane, diglyme, triglyme, and tetraglyme;
フッ素化エーテルとしては、例えば、Rf20-OR21(式中、Rf20は、フッ素原子を含有するアルキル基を表し、かつR7は、フッ素原子を含有してよい1価の有機基を表す。); Examples of the fluorinated ether include Rf 20 -OR 21 (in the formula, Rf 20 represents an alkyl group containing a fluorine atom, and R 7 represents a monovalent organic group containing a fluorine atom. .);
ケトンとしては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、及びメチルイソブチルケトン; Ketones include, for example, acetone, methyl ethyl ketone, and methyl isobutyl ketone;
前記非プロトン性溶媒のH原子の一部または全部をハロゲン原子で置換した化合物としては、例えば、ハロゲン原子がフッ素である化合物;
を挙げることができる。
Examples of the compound in which a part or all of the H atom of the aprotic solvent is replaced with a halogen atom include a compound in which the halogen atom is fluorine;
Can be mentioned.
ここで、鎖状カーボネートのフッ素化物としては、例えば、メチルトリフルオロエチルカーボネート、トリフルオロジメチルカーボネート、トリフルオロジエチルカーボネート、トリフルオロエチルメチルカーボネート、メチル2,2-ジフルオロエチルカーボネート、メチル2,2,2-トリフルオロエチルカーボネート、メチル2,2,3,3-テトラフルオロプロピルカーボネートが挙げられる。上記のフッ素化鎖状カーボネートは、下記の一般式:
R7-O-C(O)O-R8
{式中、R7及びR8は、CH3、CH2CH3、CH2CH2CH3、CH(CH3)2、及びCH2Rf9から成る群より選択される少なくとも一つであり、Rf9は、少なくとも1つのフッ素原子で水素原子が置換された炭素数1~3のアルキル基であり、そしてR7及び/又はR8は、少なくとも1つのフッ素原子を含有する。}
で表すことができる。
Here, examples of the fluorinated product of the chain carbonate include methyl trifluoroethyl carbonate, trifluorodimethyl carbonate, trifluorodiethyl carbonate, trifluoroethyl methyl carbonate, methyl 2,2-difluoroethyl carbonate, and methyl 2,2. Examples thereof include 2-trifluoroethyl carbonate and methyl 2,2,3,3-tetrafluoropropyl carbonate. The above fluorinated chain carbonate has the following general formula:
R 7 -OC (O) OR 8
{In the formula, R 7 and R 8 are at least one selected from the group consisting of CH 3 , CH 2 CH 3 , CH 2 CH 2 CH 3 , CH (CH 3 ) 2 , and CH 2 Rf 9 . , Rf 9 is an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms in which a hydrogen atom is substituted with at least one fluorine atom, and R 7 and / or R 8 contains at least one fluorine atom. }
Can be represented by.
また、短鎖脂肪酸エステルのフッ素化物としては、例えば、酢酸2,2-ジフルオロエチル、酢酸2,2,2-トリフルオロエチル、酢酸2,2,3,3-テトラフルオロプロピルに代表されるフッ素化短鎖脂肪酸エステルが挙げられる。フッ素化短鎖脂肪酸エステルは、下記の一般式:
R10-C(O)O-R11
{式中、R10は、CH3、CH2CH3、CH2CH2CH3、CH(CH3)2、CF3CF2H、CFH2、CF2Rf12、CFHRf12、及びCH2Rf13から成る群より選択される少なくとも一つであり、R11は、CH3、CH2CH3、CH2CH2CH3、CH(CH3)2、及びCH2Rf13から成る群より選択される少なくとも一つであり、Rf12は、少なくとも1つのフッ素原子で水素原子が置換されてよい炭素数1~3のアルキル基であり、Rf13は、少なくとも1つのフッ素原子で水素原子が置換された炭素数1~3のアルキル基であり、そしてR10及び/又はR11は、少なくとも1つのフッ素原子を含有し、R10がCF2Hである場合、R11はCH3ではない。}
で表すことができる。
Fluorides of short-chain fatty acid esters include, for example, fluorine represented by 2,2-difluoroethyl acetate, 2,2,2-trifluoroethyl acetic acid, and 2,2,3,3-tetrafluoropropyl acetate. Examples include short-chain fatty acid esters. The fluorinated short-chain fatty acid ester has the following general formula:
R 10 -C (O) O-R 11
{In the formula, R 10 is CH 3 , CH 2 CH 3 , CH 2 CH 2 CH 3 , CH (CH 3 ) 2 , CF 3 CF 2 H, CFH 2 , CF 2 Rf 12 , CFHRf 12 , and CH 2 . At least one selected from the group consisting of Rf 13 , where R 11 is from the group consisting of CH 3 , CH 2 CH 3 , CH 2 CH 2 CH 3 , CH (CH 3 ) 2 , and CH 2 Rf 13 . At least one selected, Rf 12 is an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms in which a hydrogen atom may be substituted with at least one fluorine atom, and Rf 13 has a hydrogen atom having at least one fluorine atom. It is a substituted alkyl group with 1-3 carbon atoms, and if R 10 and / or R 11 contains at least one hydrogen atom and R 10 is CF 2 H, then R 11 is not CH 3 . .. }
Can be represented by.
本実施形態におけるアセトニトリル以外の非プロトン性溶媒は、1種を単独で使用することができ、又は2種以上を組み合わせて使用してよい。 As the aprotic solvent other than acetonitrile in this embodiment, one kind may be used alone, or two or more kinds may be used in combination.
本実施形態における非水系溶媒は、アセトニトリルとともに、環状カーボネート及び鎖状カーボネートのうちの1種以上を併用することが、非水系電解液の安定性向上の観点から好ましい。この観点から、本実施形態における非水系溶媒は、アセトニトリルとともに環状カーボネートを併用することがより好ましく、アセトニトリルとともに環状カーボネート及び鎖状カーボネートの双方を使用することが、更に好ましい。 As the non-aqueous solvent in the present embodiment, it is preferable to use one or more of cyclic carbonate and chain carbonate together with acetonitrile from the viewpoint of improving the stability of the non-aqueous electrolyte solution. From this point of view, as the non-aqueous solvent in the present embodiment, it is more preferable to use cyclic carbonate together with acetonitrile, and it is further preferable to use both cyclic carbonate and chain carbonate together with acetonitrile.
アセトニトリルとともにビニレンカーボネート以外の環状カーボネートを使用する場合、かかる環状カーボネートが、エチレンカーボネート、及び/又はフルオロエチレンカーボネートを含むことが特に好ましい。 When cyclic carbonate other than vinylene carbonate is used together with acetonitrile, it is particularly preferable that the cyclic carbonate contains ethylene carbonate and / or fluoroethylene carbonate.
<1-2.電解質塩>
本実施形態の非水系電解液はLiPF6を含んでいればよく、その他の電解質塩について特に限定するものではない。例えば、本実施形態では、リチウム塩として、LiPF6及びリチウム含有イミド塩を含む。
<1-2. Electrolyte salt>
The non-aqueous electrolyte solution of the present embodiment may contain LiPF 6 , and other electrolyte salts are not particularly limited. For example, in this embodiment, the lithium salt contains LiPF 6 and a lithium-containing imide salt.
リチウム含有イミド塩とは、LiN(SO2CmF2m+1)2〔式中、mは0~8の整数である〕で表されるリチウム塩であり、具体的には、LiN(SO2F)2、及びLiN(SO2CF3)2のうち少なくとも1種を含むことが好ましい。これらイミド塩の一方のみ含んでも両方含んでもよい。又は、これらのイミド塩以外のイミド塩を含んでいてもよい。 The lithium-containing imide salt is a lithium salt represented by LiN (SO 2 Cm F 2m + 1 ) 2 [in the formula, m is an integer of 0 to 8], and specifically, LiN (SO 2 F). ) 2 and LiN (SO 2 CF 3 ) 2 are preferably contained. Only one of these imide salts may be contained or both may be contained. Alternatively, it may contain an imide salt other than these imide salts.
非水系溶媒にアセトニトリルが含まれる場合、アセトニトリルに対するリチウム含有イミド塩の飽和濃度がLiPF6の飽和濃度よりも高いことから、LiPF6≦リチウム含有イミド塩となるモル濃度でリチウム含有イミド塩を含むことが、低温でのリチウム塩とアセトニトリルの会合及び析出を抑制できるため好ましい。また、リチウム含有イミド塩の含有量が、非水系溶媒1Lに対して0.5mol以上3mol以下であることがイオン供給量の観点から好ましい。LiN(SO2F)2、及びLiN(SO2CF3)2のうち少なくとも1種を含むアセトニトリル含有非水系電解液によれば、-10℃又は-30℃のような低温域でのイオン伝導率の低減を効果的に抑制でき、優れた低温特性を得ることができる。このように、含有量を限定することで、より効果的に、高温加熱時の抵抗増加を抑制することも可能となる。 When the non-aqueous solvent contains acetonitrile, the saturation concentration of the lithium-containing imide salt with respect to acetonitrile is higher than the saturation concentration of LiPF 6 , so that the lithium-containing imide salt is contained at a molar concentration of LiPF 6 ≤ lithium-containing imide salt. However, it is preferable because it can suppress the association and precipitation of the lithium salt and acetonitrile at a low temperature. Further, it is preferable that the content of the lithium-containing imide salt is 0.5 mol or more and 3 mol or less with respect to 1 L of the non-aqueous solvent from the viewpoint of the amount of ion supply. According to the acetonitrile-containing non-aqueous electrolyte solution containing at least one of LiN (SO 2 F) 2 and LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , ion conduction in a low temperature range such as -10 ° C or -30 ° C. The reduction of the rate can be effectively suppressed, and excellent low temperature characteristics can be obtained. By limiting the content in this way, it is possible to more effectively suppress the increase in resistance during high-temperature heating.
また、リチウム塩として、LiPF6以外のフッ素含有無機リチウム塩をさらに含んでもよく、例えば、LiBF4、LiAsF6、Li2SiF6、LiSbF6、Li2B12FbH12-b〔式中、bは0~3の整数である〕、等のフッ素含有無機リチウム塩を含んでもよい。「無機リチウム塩」とは、炭素原子をアニオンに含まず、アセトニトリルに可溶なリチウム塩をいう。また、「フッ素含有無機リチウム塩」とは、炭素原子をアニオンに含まず、フッ素原子をアニオンに含み、アセトニトリルに可溶なリチウム塩をいう。フッ素含有無機リチウム塩は、正極集電体である金属箔の表面に不働態被膜を形成し、正極集電体の腐食を抑制する点で優れている。これらのフッ素含有無機リチウム塩は、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。フッ素含有無機リチウム塩として、LiFとルイス酸との複塩である化合物が望ましく、中でも、リン原子を有するフッ素含有無機リチウム塩を用いると、遊離のフッ素原子を放出し易くなることからより好ましい。代表的なフッ素含有無機リチウム塩は、溶解してPF6アニオンを放出するLiPF6である。フッ素含有無機リチウム塩として、ホウ素原子を有するフッ素含有無機リチウム塩を用いた場合には、電池劣化を招くおそれのある過剰な遊離酸成分を捕捉し易くなることから好ましく、このような観点からはLiBF4が特に好ましい。 Further, as the lithium salt, a fluorine-containing inorganic lithium salt other than LiPF 6 may be further contained, for example, LiBF 4 , LiAsF 6 , Li 2 SiF 6 , LiSbF 6 , Li 2 B 12 F b H 12-b [in the formula]. , B is an integer of 0 to 3], etc. may contain a fluorine-containing inorganic lithium salt. The "inorganic lithium salt" refers to a lithium salt that does not contain a carbon atom in an anion and is soluble in acetonitrile. Further, the "fluorine-containing inorganic lithium salt" refers to a lithium salt which does not contain a carbon atom in an anion but contains a fluorine atom in an anion and is soluble in acetonitrile. The fluorine-containing inorganic lithium salt is excellent in that it forms a passivation film on the surface of the metal foil which is a positive electrode current collector and suppresses corrosion of the positive electrode current collector. These fluorine-containing inorganic lithium salts may be used alone or in combination of two or more. As the fluorine-containing inorganic lithium salt, a compound which is a compound salt of LiF and Lewis acid is desirable, and among them, a fluorine-containing inorganic lithium salt having a phosphorus atom is more preferable because it facilitates the release of free fluorine atoms. A typical fluorine-containing inorganic lithium salt is LiPF 6 which dissolves and releases a PF 6 anion. When a fluorine-containing inorganic lithium salt having a boron atom is used as the fluorine-containing inorganic lithium salt, it is preferable because it is easy to capture an excess free acid component that may cause deterioration of the battery, and from such a viewpoint. LiBF 4 is particularly preferred.
本実施形態の非水系電解液におけるフッ素含有無機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0.01mol以上であることが好ましく、0.02mol以上であることがより好ましく、0.03mol以上であることが更に好ましい。フッ素含有無機リチウム塩の含有量が上述の0.01mol以上の範囲内にある場合、イオン伝導度が増大し、高出力特性を発現できる傾向にある。また、フッ素含有無機リチウム塩の含有量は、非水系溶媒1Lに対して1.5mol未満であることが好ましく、0.5mol未満であることがより好ましく、0.1mol未満であることが更に好ましい。フッ素含有無機リチウム塩の含有量が上述の1.5mol未満の範囲内にある場合、イオン伝導度が増大し、高出力特性を発現できると共に、低温での粘度上昇に伴うイオン伝導度の低下を抑制できる傾向にあり、非水系電解液の優れた性能を維持しながら、非水系二次電池の高温サイクル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 fluorine-containing inorganic lithium salt in the non-aqueous electrolyte solution of the present embodiment is not particularly limited, but is preferably 0.01 mol or more, preferably 0.02 mol or more with respect to 1 L of the non-aqueous solvent. Is more preferable, and 0.03 mol or more is further preferable. When the content of the fluorine-containing inorganic lithium salt is within the above-mentioned range of 0.01 mol or more, the ionic conductivity tends to increase and high output characteristics tend to be exhibited. The content of the fluorine-containing inorganic lithium salt is preferably less than 1.5 mol, more preferably less than 0.5 mol, and even more preferably less than 0.1 mol with respect to 1 L of the non-aqueous solvent. .. When the content of the fluorine-containing inorganic lithium salt is within the above-mentioned range of less than 1.5 mol, the ionic conductivity is increased, high output characteristics can be exhibited, and the ionic conductivity is decreased due to the increase in viscosity at low temperature. It tends to be suppressed, and the high temperature cycle characteristics and other battery characteristics of the non-aqueous secondary battery tend to be further improved while maintaining the excellent performance of the non-aqueous electrolyte solution.
本実施形態の非水系電解液は、更に、有機リチウム塩を含んでいてもよい。「有機リチウム塩」とは、炭素原子をアニオンに含み、アセトニトリルに可溶なリチウム塩をいう。 The non-aqueous electrolyte solution of the present embodiment may further contain an organolithium salt. The "organolithium salt" is a lithium salt containing a carbon atom in an anion and soluble in acetonitrile.
有機リチウム塩としては、シュウ酸基を有する有機リチウム塩を挙げることができる。シュウ酸基を有する有機リチウム塩の具体例としては、例えば、LiB(C2O4)2、LiBF2(C2O4)、LiPF4(C2O4)、及びLiPF2(C2O4)2のそれぞれで表される有機リチウム塩等が挙げられ、中でもLiB(C2O4)2及びLiBF2(C2O4)で表されるリチウム塩から選ばれる少なくとも1種のリチウム塩が好ましい。また、これらのうちの1種又は2種以上を、フッ素含有無機リチウム塩と共に使用することがより好ましい。このシュウ酸基を有する有機リチウム塩は、非水系電解液に添加する他、負極(負極活物質層)に含有させてもよい。 Examples of the organolithium salt include an organolithium salt having an oxalic acid group. Specific examples of the organic lithium salt having an oxalate group include, for example, LiB (C 2 O 4 ) 2 , LiBF 2 (C 2 O 4 ), LiPF 4 (C 2 O 4 ), and LiPF 2 (C 2 O). 4 ) Organic lithium salts represented by each of 2 can be mentioned, and at least one lithium salt selected from lithium salts represented by LiB (C 2 O 4 ) 2 and LiBF 2 (C 2 O 4 ). Is preferable. Further, it is more preferable to use one or more of these with a fluorine-containing inorganic lithium salt. This organic lithium salt having a oxalic acid group may be added to the non-aqueous electrolyte solution or may be contained in the negative electrode (negative electrode active material layer).
シュウ酸基を有する有機リチウム塩の非水系電解液への添加量は、その使用による効果をより良好に確保する観点から、非水系電解液の非水系溶媒1L当たりの量として、0.005モル以上であることが好ましく、0.02モル以上であることがより好ましく、0.05モル以上であることが更に好ましい。ただし、上記シュウ酸基を有する有機リチウム塩の非水系電解液中の量が多すぎると析出する恐れがある。よって、上記シュウ酸基を有する有機リチウム塩の非水系電解液への添加量は、非水系電解液の非水系溶媒1L当たりの量で、1.0モル未満であることが好ましく、0.5モル未満であることがより好ましく、0.2モル未満であることが更に好ましい。 The amount of the organic lithium salt having a oxalic acid group added to the non-aqueous electrolyte solution is 0.005 mol per 1 L of the non-aqueous solvent of the non-aqueous electrolyte solution from the viewpoint of ensuring the better effect of its use. The above is preferable, 0.02 mol or more is more preferable, and 0.05 mol or more is further preferable. However, if the amount of the organolithium salt having an oxalic acid group in the non-aqueous electrolyte solution is too large, it may precipitate. Therefore, the amount of the organic lithium salt having a oxalic acid group added to the non-aqueous electrolyte solution is preferably less than 1.0 mol per 1 L of the non-aqueous electrolyte solution, preferably 0.5 mol. It is more preferably less than a mole, and even more preferably less than 0.2 mol.
シュウ酸基を有する有機リチウム塩は、極性の低い有機溶媒、特に鎖状カーボネートに対して難溶性であることが知られている。シュウ酸基を有する有機リチウム塩は、微量のシュウ酸リチウムを含有している場合があり、更に、非水系電解液として混合するときにも、他の原料に含まれる微量の水分と反応して、シュウ酸リチウムの白色沈殿を新たに発生させる場合がある。従って、本実施形態の非水系電解液におけるシュウ酸リチウムの含有量は、特に限定するものでないが、0~500ppmであることが好ましい。 Organolithium salts having an oxalic acid group are known to be sparingly soluble in less polar organic solvents, especially chain carbonates. The organic lithium salt having an oxalic acid group may contain a trace amount of lithium oxalate, and even when mixed as a non-aqueous electrolyte solution, it reacts with a trace amount of water contained in other raw materials. , A new white precipitate of lithium oxalate may be generated. Therefore, the content of lithium oxalate in the non-aqueous electrolytic solution of the present embodiment is not particularly limited, but is preferably 0 to 500 ppm.
本実施形態におけるリチウム塩として、上記で列挙されたもの以外に、一般に非水系二次電池用に用いられているリチウム塩を補助的に添加してもよい。その他のリチウム塩の具体例としては、例えば、LiClO4、LiAlO4、LiAlCl4、LiB10Cl10、クロロボランLi等のフッ素原子をアニオンに含まない無機リチウム塩;LiCF3SO3、LiCF3CO2、Li2C2F4(SO3)2、LiC(CF3SO2)3、LiCnF(2n+1)SO3{式中、n≧2}、低級脂肪族カルボン酸Li、四フェニルホウ酸Li、LiB(C3O4H2)2等の有機リチウム塩;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〕で表される有機リチウム塩;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〕で表される有機リチウム塩;多価アニオンと結合されたリチウム塩;
下記式(a):
LiC(SO2RA)(SO2RB)(SO2RC) (a)
{式中、RA、RB、及びRC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。}、
下記式(b):
LiN(SO2ORD)(SO2ORE) (b)
{式中、RD、及びRE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。}、及び
下記式(c)
LiN(SO2RF)(SO2ORG) (c)
{式中、RF、及びRG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有機リチウム塩等が挙げられ、これらのうちの1種又は2種以上を、フッ素含有無機リチウム塩と共に使用することができる。
As the lithium salt in the present embodiment, in addition to those listed above, a lithium salt generally used for non-aqueous secondary batteries may be supplementarily added. Specific examples of other lithium salts include, for example, LiClO 4 , LiAlO 4 , LiAlCl 4 , LiB 10 Cl 10 , and chloroborane Li, which are inorganic lithium salts containing no fluorine atom in an anion; LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 . , Li 2 C 2 F 4 (SO 3 ) 2 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiC n F (2n + 1) SO 3 {in the formula, n ≧ 2}, lower aliphatic carboxylic acid Li, tetraphenylborate Li , LiB (C 3 O 4 H 2 ) 2 and other organic lithium salts; LiPF 5 (CF 3 ) and other LiPF n (C p F 2p + 1 ) 6-n [In the formula, n is an integer of 1 to 5 and And p is an integer of 1 to 8]; LiBF q (C s F 2s + 1 ) 4-q such as LiBF 3 (CF 3 ) [q is an integer of 1 to 3 in the formula. Yes, and s is an integer of 1-8]; an organic lithium salt; a lithium salt bonded to a polyvalent anion;
The following formula (a):
LiC (SO 2 R A ) (SO 2 R B ) (SO 2 R C ) (a)
{ In the formula, RA , RB, and RC may be the same or different from each other, and represent a perfluoroalkyl group having 1 to 8 carbon atoms. },
The following formula (b):
LiN (SO 2 OR D ) (SO 2 OR E ) (b)
{In the formula, RD and RE may be the same or different from each other and represent a perfluoroalkyl group having 1 to 8 carbon atoms. } And the following formula (c)
LiN (SO 2 RF ) (SO 2 OR G ) (c)
{In the formula, RF and RG may be the same or different from each other and represent a perfluoroalkyl group having 1 to 8 carbon atoms. }
Examples thereof include organic lithium salts represented by each of the above, and one or more of these can be used together with a fluorine-containing inorganic lithium salt.
<1-3.添加剤>
本実施形態に係る非水系電解液は、上記で説明された非水系溶媒及び電解質塩以外に添加剤を含むことができる。
<1-3. Additives>
The non-aqueous electrolyte solution according to the present embodiment may contain additives in addition to the non-aqueous solvent and the electrolyte salt described above.
<ジフェニルジアルコキシシラン>
本実施形態における非水系電解液は、ジフェニルジアルコキシシランを含有する。ジフェニルジアルコキシシランは、非水系電解液を非水系二次電池に使用するときに、電極保護用添加剤として働くことができる。電極保護用ジフェニルジアルコキシシラン系添加剤の具体例としては、例えば、ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、ジフェニルジプロポキシシラン、ジフェニルジブトキシシランが挙げられる。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。中でも、分子量が最も小さいジフェニルジメトキシシランを用いると、単位重量当たりのモル数が増えることからより好ましい。
<Diphenyldialkoxysilane>
The non-aqueous electrolytic solution in the present embodiment contains diphenyldialkoxysilane. Diphenyldialkoxysilane can act as an electrode protection additive when a non-aqueous electrolyte solution is used in a non-aqueous secondary battery. Specific examples of the diphenyldialkoxysilane-based additive for electrode protection include diphenyldimethoxysilane, diphenyldiethoxysilane, diphenyldipropoxysilane, and diphenyldibutoxysilane. These may be used alone or in combination of two or more. Above all, it is more preferable to use diphenyldimethoxysilane having the smallest molecular weight because the number of moles per unit weight increases.
本実施形態におけるジフェニルジアルコキシシランの含有量については、特に制限はないが、非水系溶媒の全量に対して、0.01質量%以上10質量%以下の範囲内であることが好ましい。ジフェニルジアルコキシシラン含有量の下限は、非水系溶媒の全量に対して、より好ましくは、0.02質量%以上であり、更に好ましくは0.05質量%以上である。また、ジフェニルジアルコキシシラン含有量の上限は、非水系溶媒の全量に対して、5質量%以下であることがより好ましく、3質量%以下であることが更に好ましい。ジフェニルジアルコキシシランの含有量を上述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、より一層良好な電池特性を付加することができる傾向にある。 The content of diphenyldialkoxysilane in the present embodiment is not particularly limited, but is preferably in the range of 0.01% by mass or more and 10% by mass or less with respect to the total amount of the non-aqueous solvent. The lower limit of the diphenyldialkoxysilane content is more preferably 0.02% by mass or more, still more preferably 0.05% by mass or more, based on the total amount of the non-aqueous solvent. Further, the upper limit of the diphenyldialkoxysilane content is more preferably 5% by mass or less and further preferably 3% by mass or less with respect to the total amount of the non-aqueous solvent. By adjusting the content of diphenyldialkoxysilane within the above range, it tends to be possible to add even better battery characteristics without impairing the basic function as a non-aqueous secondary battery.
<その他の電極保護用添加剤>
その他の電極保護用添加剤としては、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、リチウム塩を溶解する溶媒としての役割を担う物質(すなわち上述の非水系溶媒)と実質的に重複してもよい(但し、アセトニトリル、ビニレンカーボネート、エチレンサルファイト、及びジフェニルジアルコキシシランを除く)。電極保護用添加剤は、本実施形態における非水系電解液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が、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。
<Other electrode protection additives>
The other electrode protection additives are not particularly limited as long as they do not hinder the solution of the problem according to the present invention, and are substantially the same as the substance (that is, the above-mentioned non-aqueous solvent) which plays a role as a solvent for dissolving the lithium salt. (Excluding acetonitrile, vinylene carbonate, ethylene sulfide, and diphenyldialkoxysilane). The electrode protection additive is preferably a substance that contributes to improving the performance of the non-aqueous electrolyte solution and the non-aqueous secondary battery in the present embodiment, but also includes substances that are not directly involved in the electrochemical reaction. ..
その他の電極保護用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;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;1,4-ジオキサンに代表される環状エーテル;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-スルホレン、3-メチルスルホラン、1,3-プロパンスルトン、1,4-ブタンスルトン、1-プロペン1,3-スルトン、及びテトラメチレンスルホキシドに代表される環状硫黄化合物;無水酢酸、無水プロピオン酸、無水安息香酸に代表される鎖状酸無水物;マロン酸無水物、無水コハク酸、グルタル酸無水物、無水マレイン酸、無水フタル酸、1,2-シクロヘキサンジカルボン酸無水物、2,3-ナフタレンジカルボン酸無水物、又は、ナフタレン-1,4,5,8-テトラカルボン酸二無水物に代表される環状酸無水物;異なる2種類のカルボン酸、又はカルボン酸とスルホン酸等、違う種類の酸が脱水縮合した構造の混合酸無水物が挙げられる。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 other electrode protection additives include, for example, 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one, 4,4-difluoro-1,3-dioxolan-2-one, cis-4,5. -Difluoro-1,3-dioxolan-2-one, trans-4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one, 4,4,5-trifluoro-1,3-dioxolan-2-one, Fluoroethylene typified by 4,4,5,5-tetrafluoro-1,3-dioxolan-2-one and 4,4,5-trifluoro-5-methyl-1,3-dioxolan-2-one Anhydrous bond-containing cyclic carbonate typified by 4,5-dimethylvinylene carbonate and vinylethylene carbonate; γ-butyrolactone, γ-valerolactone, γ-caprolactone, δ-valerolactone, δ-caprolactone, and ε- Lactone typified by caprolactone; cyclic ether typified by 1,4-dioxane; propylene sulphite, butylene sulphite, pentensulfite, sulforane, 3-sulfolene, 3-methylsulfonate, 1,3-propanesulton, 1 , 4-Butan sulton, 1-propen 1,3-sulton, and cyclic sulfur compounds typified by tetramethylene sulfoxide; chain acid anhydride typified by acetic anhydride, propionic anhydride, benzoic anhydride; malonic acid anhydride , Anhydrous succinic acid, glutaric acid anhydride, maleic anhydride, phthalic anhydride, 1,2-cyclohexanedicarboxylic acid anhydride, 2,3-naphthalenedicarboxylic acid anhydride, or naphthalene-1,4,5,8- Cyclic acid anhydrides typified by tetracarboxylic acid dianhydride; examples thereof include two different types of carboxylic acids, or mixed acid anhydrides having a structure in which different types of acids are dehydrated and condensed, such as carboxylic acids and sulfonic acids. These may be used alone or in combination of two or more.
本実施形態における非水系電解液中の電極保護用添加剤の含有量については、特に制限はないが、非水系溶媒の全量に対する電極保護用添加剤の含有量として、0.1~30体積%であることが好ましく、0.3~15体積%であることがより好ましく、0.5~4体積%であることが更に好ましい。 The content of the electrode protection additive in the non-aqueous electrolyte solution in the present embodiment is not particularly limited, but the content of the electrode protection additive with respect to the total amount of the non-aqueous solvent is 0.1 to 30% by volume. It is preferably 0.3 to 15% by volume, more preferably 0.5 to 4% by volume.
本実施形態においては、電極保護用添加剤の含有量が多いほど非水系電解液の劣化が抑えられる。しかし、電極保護用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、電極保護用添加剤の含有量を上述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、非水系電解液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傾向にある。このような組成で非水系電解液を調製することにより、非水系二次電池のサイクル性能、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全てを一層良好なものとすることができる傾向にある。 In the present embodiment, the larger the content of the electrode protection additive, the more the deterioration of the non-aqueous electrolyte solution can be suppressed. However, the smaller the content of the electrode protection additive, the better the high output characteristics of the non-aqueous secondary battery in a low temperature environment. Therefore, by adjusting the content of the electrode protection additive within the above range, the non-aqueous electrolyte solution is excellent based on the high ionic conductivity without impairing the basic function as a non-aqueous secondary battery. There is a tendency to maximize the performance. By preparing a non-aqueous electrolyte solution with such a composition, the cycle performance of the non-aqueous secondary battery, the high output performance in a low temperature environment, and all other battery characteristics tend to be further improved. be.
<その他の任意的添加剤>
本実施形態においては、非水系二次電池の充放電サイクル特性の改善、高温貯蔵性、安全性の向上(例えば過充電防止等)等の目的で、非水系電解液に、例えば、スルホン酸エステル、ジフェニルジスルフィド、シクロヘキシルベンゼン、ビフェニル、フルオロベンゼン、tert-ブチルベンゼン、リン酸エステル〔エチルジエチルホスホノアセテート(EDPA):(C2H5O)2(P=O)-CH2(C=O)OC2H5、リン酸トリス(トリフルオロエチル)(TFEP):(CF3CH2O)3P=O、リン酸トリフェニル(TPP):(C6H5O)3P=O:(CH2=CHCH2O)3P=O、リン酸トリアリル等〕、非共有電子対周辺に立体障害のない窒素含有環状化合物〔ピリジン、1-メチル-1H-ベンゾトリアゾール、1-メチルピラゾール等〕等、及びこれらの化合物の誘導体等から選択される任意的添加剤を、適宜含有させることもできる。特にリン酸エステルは、貯蔵時の副反応を抑制する作用があり、効果的である。
<Other optional additives>
In the present embodiment, for the purpose of improving the charge / discharge cycle characteristics of the non-aqueous secondary battery, improving the high temperature storage property, improving the safety (for example, preventing overcharging, etc.), the non-aqueous electrolytic solution is used, for example, a sulfonic acid ester. , Diphenyl disulfide, cyclohexylbenzene, biphenyl, fluorobenzene, tert-butylbenzene, phosphate ester [ethyldiethylphosphonoacetate (EDPA): (C 2 H 5 O) 2 (P = O) -CH 2 (C = O) ) OC 2 H 5 , Tris (Trifluoroethyl) Phosphate (TFEP) :( CF 3 CH 2 O) 3 P = O, Triphenyl Phosphate (TPP) :( C 6 H 5 O) 3 P = O: (CH 2 = CHCH 2 O) 3 P = O, triallyl phosphate, etc.], nitrogen-containing cyclic compounds with no steric damage around unshared electron pairs [pyridine, 1-methyl-1H-benzotriazole, 1-methylpyrazole, etc.] ] Etc., and an optional additive selected from derivatives of these compounds and the like can be appropriately contained. Phosphoric acid esters are particularly effective because they have the effect of suppressing side reactions during storage.
本実施形態におけるその他の任意的添加剤の含有量は、非水系電解液を構成する全ての成分の合計質量に対する質量百分率にて算出される。その他の任意的添加剤の含有量について、特に制限はないが、非水系電解液の全量に対し、0.01質量%以上10質量%以下の範囲であることが好ましく、0.02質量%以上5質量%以下であることがより好ましく、0.05質量%以上3質量%以下であることが更に好ましい。その他の任意的添加剤の含有量を上述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、より一層良好な電池特性を付加することができる傾向にある。 The content of the other optional additives in the present embodiment is calculated as a mass percentage with respect to the total mass of all the components constituting the non-aqueous electrolyte solution. The content of other optional additives is not particularly limited, but is preferably in the range of 0.01% by mass or more and 10% by mass or less, and 0.02% by mass or more, based on the total amount of the non-aqueous electrolyte solution. It is more preferably 5% by mass or less, and further preferably 0.05% by mass or more and 3% by mass or less. By adjusting the content of other optional additives within the above range, it tends to be possible to add even better battery characteristics without impairing the basic functions of a non-aqueous secondary battery. be.
<2.正極及び正極集電体>
図1,2に示される正極150は、正極合剤から作製した正極活物質層と、正極集電体とから構成される。正極150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。本発明における正極は、Feが含まれるリチウム含有化合物を含有し、好ましくはニッケル(Ni)も相対的に高い比率で含有する。
<2. Positive electrode and positive electrode current collector>
The
正極活物質層は、正極活物質を含有し、必要に応じて導電助剤及びバインダーを更に含有することが好ましい。 The positive electrode active material layer preferably contains a positive electrode active material, and if necessary, further contains a conductive auxiliary agent and a binder.
正極活物質層は、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を含有することが好ましい。このような材料を用いる場合、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。 The positive electrode active material layer preferably contains, as the positive electrode active material, a material capable of occluding and releasing lithium ions. When such a material is used, it is preferable because a high voltage and a high energy density tend to be obtained.
正極活物質としては、例えば、Ni、Mn、及びCoから成る群より選ばれる少なくとも1種の遷移金属元素を含有する正極活物質が挙げられ、下記一般式(a):
LipNiqCorMnsMtOu・・・・・(1)
{式中、Mはアルミニウム(Al)、スズ(Sn)、インジウム(In)、鉄(Fe)、バナジウム(V)、銅(Cu)、マグネシウム(Mg)、チタン(Ti)、亜鉛(Zn)、モリブデン(Mo)、ジルコニウム(Zr)、ストロンチウム(Sr)、及びバリウム(Ba)から成る群から選ばれる少なくとも1種の金属であり、且つ、0<p<1.3、0<q<1.2、0<r<1.2、0≦s<0.5、0≦t<0.3、0.7≦q+r+s+t≦1.2、1.8<u<2.2の範囲であり、そしてpは、電池の充放電状態により決まる値である。}
で表されるリチウム(Li)含有金属酸化物から選ばれる少なくとも1種のLi含有金属酸化物が好適である。
Examples of the positive electrode active material include a positive electrode active material containing at least one transition metal element selected from the group consisting of Ni, Mn, and Co, and the following general formula (a):
Li p Ni q Co r Mn s M t O u ... (1)
{In the formula, M is aluminum (Al), tin (Sn), indium (In), iron (Fe), vanadium (V), copper (Cu), magnesium (Mg), titanium (Ti), zinc (Zn). , Molybdenum (Mo), zirconium (Zr), strontium (Sr), and barium (Ba), and is at least one metal selected from the group, and 0 <p <1.3, 0 <q <1. .2, 0 <r <1.2, 0 ≦ s <0.5, 0 ≦ t <0.3, 0.7 ≦ q + r + s + t ≦ 1.2, 1.8 <u <2.2 , And p are values determined by the charge / discharge state of the battery. }
At least one Li-containing metal oxide selected from the lithium (Li) -containing metal oxide represented by is preferable.
正極活物質の具体例としては、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;LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2、LiNi0.8Co0.2O2に代表されるLizMO2(式中、Mは、Ni、Mn、及びCoから成る群より選ばれる少なくとも1種の遷移金属元素を含み、且つ、Ni、Mn、Co、Al、及びMgから成る群より選ばれる2種以上の金属元素を示し、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。 Specific examples of the positive electrode active material include, for example, lithium cobalt oxide represented by LiCoO 2 ; lithium manganese oxide represented by LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 and Li 2 Mn 2 O 4 ; represented by LiNiO 2 . Lithium nickel oxide; LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 , LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 , LiNi 0.8 Co 0.2 O 2 Li z MO 2 (in the formula, M contains at least one transition metal element selected from the group consisting of Ni, Mn, and Co, and from the group consisting of Ni, Mn, Co, Al, and Mg. It indicates two or more kinds of selected metal elements, and z indicates a number of more than 0.9 and less than 1.2), and examples thereof include lithium-containing composite metal oxides.
特に、一般式(1)で表されるLi含有金属酸化物のNi含有比qが、0.5<q<1.2である場合には、レアメタルであるCoの使用量削減と、高エネルギー密度化の両方が達成されるため好ましい。そのような正極活物質としては、例えば、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2、LiNi0.75Co0.15Mn0.15O2、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2、LiNi0.85Co0.075Mn0.075O2、LiNi0.8Co0.15Al0.05O2、LiNi0.81Co0.1Al0.09O2、LiNi0.85Co0.1Al0.05O2、等に代表されるリチウム含有複合金属酸化物が挙げられる。 In particular, when the Ni content ratio q of the Li-containing metal oxide represented by the general formula (1) is 0.5 <q <1.2, the amount of Co, which is a rare metal, can be reduced and high energy can be obtained. It is preferable because both densification is achieved. Examples of such positive electrode active materials include LiNi 0.6 Co 0.2 Mn 0.2 O 2 , LiNi 0.75 Co 0.15 Mn 0.15 O 2 , and LiNi 0.8 Co 0.1 Mn. 0.1 O 2 , LiNi 0.85 Co 0.075 Mn 0.075 O 2 , LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 , LiNi 0.81 Co 0.1 Al 0.09 O 2 , LiNi 0.85 Co 0.1 Al 0.05 O 2 , etc., and examples thereof include lithium-containing composite metal oxides.
他方、正極活物質層においてNi含有比が高まるほど、低電圧で劣化が進行する傾向にある。一般式(1)で表されるLi含有金属酸化物の正極活物質には非水系電解液を酸化劣化させる活性点が本質的に存在するが、この活性点は、負極を保護するために添加した化合物を正極側で意図せず消費してしまうことがある。中でも、酸無水物はその影響を受け易い傾向にある。特に、非水系溶媒としてアセトニトリルを含有する場合には、酸無水物の添加効果は絶大であるが故に、正極側で酸無水物が消費されてしまうことは致命的な課題である。 On the other hand, as the Ni content ratio in the positive electrode active material layer increases, deterioration tends to proceed at a lower voltage. The positive electrode active material of the Li-containing metal oxide represented by the general formula (1) essentially has an active point that oxidatively deteriorates the non-aqueous electrolyte solution, and this active point is added to protect the negative electrode. The compound may be unintentionally consumed on the positive electrode side. Above all, acid anhydride tends to be easily affected by it. In particular, when acetonitrile is contained as a non-aqueous solvent, the effect of adding the acid anhydride is enormous, and therefore it is a fatal problem that the acid anhydride is consumed on the positive electrode side.
また、正極側に取り込まれ堆積したこれらの添加剤分解物は非水系二次電池の内部抵抗増加要因となるだけでなく、リチウム塩の劣化も加速させる。更に、本来の目的であった負極表面の保護も不十分となってしまう。非水系電解液を本質的に酸化劣化させる活性点を失活させるには、ヤーンテラー歪みの制御又は中和剤的な役割を担う成分の共存が重要である。そのため、正極活物質にはAl、Sn、In、Fe、V、Cu、Mg、Ti、Zn、Mo、Zr、Sr、Baから成る群より選ばれる少なくとも1種の金属を含有することが好ましい。 In addition, these additive decomposition products taken in and deposited on the positive electrode side not only cause an increase in the internal resistance of the non-aqueous secondary battery, but also accelerate the deterioration of the lithium salt. Furthermore, the protection of the negative electrode surface, which was the original purpose, is insufficient. In order to deactivate the active site that essentially oxidatively deteriorates the non-aqueous electrolyte solution, it is important to control the Jahn-Teller strain or to coexist with a component that plays a role as a neutralizing agent. Therefore, it is preferable that the positive electrode active material contains at least one metal selected from the group consisting of Al, Sn, In, Fe, V, Cu, Mg, Ti, Zn, Mo, Zr, Sr, and Ba.
同様の理由により、正極活物質の表面が、Zr、Ti、Al、及びNbから成る群より選ばれる少なくとも1種の金属元素を含有する化合物で被覆されていることが好ましい。また、正極活物質の表面が、Zr、Ti、Al、及びNbから成る群より選ばれる少なくとも1種の金属元素を含有する酸化物で被覆されていることがより好ましい。更に、正極活物質の表面が、ZrO2、TiO2、Al2O3、NbO3、及びLiNbO2から成る群より選ばれる少なくとも1種の酸化物で被覆されていることが、リチウムイオンの透過を阻害しないため特に好ましい。 For the same reason, it is preferable that the surface of the positive electrode active material is coated with a compound containing at least one metal element selected from the group consisting of Zr, Ti, Al, and Nb. Further, it is more preferable that the surface of the positive electrode active material is coated with an oxide containing at least one metal element selected from the group consisting of Zr, Ti, Al, and Nb. Further, that the surface of the positive electrode active material is coated with at least one oxide selected from the group consisting of ZrO 2 , TiO 2 , Al 2 O 3 , NbO 3 , and LiNbO 2 to allow lithium ions to permeate. It is particularly preferable because it does not inhibit the above.
正極活物質は、式(1)で表されるLi含有金属酸化物以外のリチウム含有化合物でもよく、リチウムを含有するものであれば特に限定されない。このような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金属化合物、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が挙げられる。より高い電圧を得る観点から、リチウム含有化合物としては、特に、リチウムと、Co、Ni、Mn、Fe、Cu、Zn、Cr、V、及びTiから成る群より選ばれる少なくとも1種の遷移金属元素と、を含むリン酸金属化合物が好ましい。
リチウム含有化合物として、より具体的には、以下の式(Xa):
LivMID2 (Xa)
{式中、Dはカルコゲン元素を示し、MIは少なくとも1種の遷移金属元素を含む1種以上の遷移金属元素を示し、vの値は、電池の充放電状態により決まり、0.05~1.10の数を示す。}、
以下の式(Xb):
LiwMIIPO4 (Xb)
{式中、MIIは、少なくとも1種の遷移金属元素を含む1種以上の遷移金属元素を示し、wの値は、電池の充放電状態により決まり、0.05~1.10の数を示す。}、及び
以下の式(Xc):
LitMIII
uSiO4 (Xc)
{式中、MIIIは、少なくとも1種の遷移金属元素を含む1種以上の遷移金属元素を示し、tの値は、電池の充放電状態により決まり、0.05~1.10の数を示し、そしてuは0~2の数を示す。}
のそれぞれで表される化合物が挙げられる。
The positive electrode active material may be a lithium-containing compound other than the Li-containing metal oxide represented by the formula (1), and is not particularly limited as long as it contains lithium. Examples of such a lithium-containing compound include a composite oxide containing lithium and a transition metal element, a metal chalcogen product having lithium, a phosphate metal compound containing lithium and a transition metal element, and lithium and a transition metal element. Examples include metal silicate compounds containing. From the viewpoint of obtaining a higher voltage, the lithium-containing compound is at least one transition metal element selected from the group consisting of lithium, Co, Ni, Mn, Fe, Cu, Zn, Cr, V, and Ti. And, a metal phosphate compound containing is preferable.
More specifically, as the lithium-containing compound, the following formula (Xa):
Li v M ID 2 ( Xa )
{In the formula, D indicates a chalcogen element, MI indicates one or more transition metal elements including at least one transition metal element, and the value of v is determined by the charge / discharge state of the battery and is 0.05 to 0.05. The number of 1.10 is shown. },
The following formula (Xb):
Li w M II PO 4 (Xb)
{In the formula, M II indicates one or more transition metal elements including at least one transition metal element, and the value of w is determined by the charge / discharge state of the battery and is a number of 0.05 to 1.10. show. } And the following formula (Xc):
Lit M III u SiO 4 (Xc)
{In the formula, M III represents one or more transition metal elements including at least one transition metal element, and the value of t is determined by the charge / discharge state of the battery and is a number of 0.05 to 1.10. Indicated, and u indicates a number from 0 to 2. }
Examples thereof include compounds represented by each of the above.
上述の式(Xa)で表されるリチウム含有化合物は層状構造を有し、上述の式(Xb)及び(Xc)で表される化合物はオリビン構造を有する。これらのリチウム含有化合物は、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等であってもよい。 The lithium-containing compound represented by the above formula (Xa) has a layered structure, and the compounds represented by the above formulas (Xb) and (Xc) have an olivine structure. These lithium-containing 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, and these metal elements are contained in the crystal grain boundary. It may be a substance in which a part of an oxygen atom is replaced with a fluorine atom or the like, a substance in which at least a part of the surface of the positive electrode active material is coated with another positive electrode active material, or the like.
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共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 lithium-containing compound as described above 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、セレン化物等が挙げられる。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挙げられる。 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. Metal oxides or metal chalcogenides having a tunnel structure and a layered structure include, for example, MnO 2 , FeO 2 , FeS 2 , V 2 O 5 , V 6 O 13 , TiO 2 , TiS 2 , MoS 2 , and NbSe. Examples thereof include oxides, sulfides, selenium compounds and the like of metals other than lithium represented by 2 . Examples of the conductive polymer include conductive polymers typified by polyaniline, polythiophene, polyacetylene, and polypyrrole.
上述のその他の正極活物質は、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられ、特に制限はない。しかしながら、リチウムイオンを可逆安定的に吸蔵及び放出することが可能であり、且つ、高エネルギー密度を達成できることから、正極活物質層がNi、Mn、及びCoから選ばれる少なくとも1種の遷移金属元素を含有することが好ましい。 The above-mentioned other positive electrode active materials may be used alone or in combination of two or more, and are not particularly limited. However, since lithium ions can be reversibly and stably occluded and released, and high energy density can be achieved, the positive electrode active material layer is at least one transition metal element selected from Ni, Mn, and Co. Is preferably contained.
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 positive electrode active material. % Or more is more preferable.
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 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、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(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 polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (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.
正極活物質層は、正極活物質と、必要に応じて導電助剤及びバインダーとを混合した正極合剤を溶剤に分散した正極合剤含有スラリーを、正極集電体に塗布及び乾燥(溶媒除去)し、必要に応じてプレスすることにより形成される。このような溶剤としては、特に制限はなく、従来公知のものを用いることができる。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。 For the positive electrode active material layer, a positive electrode mixture-containing slurry in which a positive electrode mixture obtained by mixing a positive electrode active material and, if necessary, a conductive auxiliary agent and a binder is dispersed in a solvent is applied to a positive electrode current collector and dried (solvent removal). ) And formed by pressing as needed. The solvent is not particularly limited, and conventionally known solvents can be used. For example, N-methyl-2-pyrrolidone, dimethylformamide, dimethylacetamide, water and the like can be mentioned.
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, and 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.
<3.負極及び負極集電体>
図1,2に示される負極160は、負極合剤から作製した負極活物質層と、負極集電体とから構成される。負極160は、非水系二次電池の負極として作用することができる。
<3. Negative electrode and negative electrode current collector>
The
負極活物質層は、負極活物質を含有し、必要に応じて導電助剤及びバインダーを含有することが好ましい。 The negative electrode active material layer preferably contains a negative electrode active material and, if necessary, a conductive auxiliary agent and a binder.
負極活物質としては、例えば、アモルファスカーボン(ハードカーボン)、黒鉛(例えば、人造黒鉛、天然黒鉛など)、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、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。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。 Examples of the negative electrode active material include amorphous carbon (hard carbon), graphite (for example, artificial graphite, natural graphite, etc.), thermally decomposed carbon, coke, glassy carbon, calcined organic polymer compounds, mesocarbon microbeads, and the like. In addition to carbon materials such as carbon fibers, activated carbon, carbon colloids, and carbon black, metallic lithium, metal oxides, metal nitrides, lithium alloys, tin alloys, silicon alloys, intermetallic compounds, organic compounds, and inorganic compounds, Examples thereof include metal complexes and organic polymer compounds. The negative electrode active material may be used alone or in combination of two or more.
負極活物質層は、電池電圧を高められるという観点から、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ことが可能な材料を含有することが好ましい。 The negative electrode active material layer contains lithium ions of 0.4 V vs. as the negative electrode active material from the viewpoint of increasing the battery voltage. It is preferable to contain a material that can be occluded at a lower potential than Li / Li + .
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 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、カルボキシメチルセルロース、PVDF、PTFE、ポリアクリル酸、及びフッ素ゴムが挙げられる。また、ジエン系ゴム、例えばスチレンブタジエンゴム等も挙げられる。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 carboxymethyl cellulose, PVDF, PTFE, polyacrylic acid, and fluororubber. Further, a diene-based rubber, for example, styrene-butadiene rubber and the like can also be mentioned. The content ratio of the binder is preferably 10 parts by mass or less, and more preferably 0.5 to 6 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the negative electrode active material.
負極活物質層は、負極活物質と必要に応じて導電助剤及びバインダーとを混合した負極合剤を溶剤に分散した負極合剤含有スラリーを、負極集電体に塗布及び乾燥(溶媒除去)し、必要に応じてプレスすることにより形成される。このような溶剤としては、特に制限はなく、従来公知のものを用いることができる。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。 For the negative electrode active material layer, a negative electrode mixture-containing slurry in which a negative electrode mixture obtained by mixing a negative electrode active material and, if necessary, a conductive auxiliary agent and a binder is dispersed in a solvent is applied to a negative electrode current collector and dried (solvent removal). It is formed by pressing as needed. The solvent is not particularly limited, and conventionally known solvents can be used. For example, N-methyl-2-pyrrolidone, dimethylformamide, dimethylacetamide, water and the like can be mentioned.
負極集電体は、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。また、負極集電体は、表面にカーボンコートが施されていてもよいし、メッシュ状に加工されていてもよい。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. Further, the negative electrode current collector may be coated with carbon on the surface or may be processed into a mesh shape. 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.
<4.セパレータ>
図2に示されるとおり、本実施形態における非水系二次電池100は、正極150及び負極160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150と負極160との間にセパレータ170を備えることが好ましい。セパレータ170としては、限定されるものではないが、公知の非水系二次電池に備えられるものと同様のものを用いてもよく、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170としては、例えば、織布、不織布、合成樹脂製微多孔膜等が挙げられ、これらの中でも、合成樹脂製微多孔膜が好ましい。
<4. Separator>
As shown in FIG. 2, in the non-aqueous
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、又は、これらのポリオレフィンの双方を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、ガラス製、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挙げられる。 As the microporous membrane made of synthetic resin, for example, a microporous membrane containing polyethylene or polypropylene as a main component, or a polyolefin-based microporous membrane such as a microporous membrane containing both of these polyolefins is preferably used. Examples of the non-woven fabric include a porous film made of a heat-resistant resin such as glass, ceramic, polyolefin, polyester, polyamide, liquid crystal polyester, and aramid.
セパレータ170は、1種の微多孔膜を単層又は複数積層した構成であってもよく、2種以上の微多孔膜を積層したものであってもよい。セパレータ170は、2種以上の樹脂材料を溶融混錬した混合樹脂材料を用いて単層又は複数層に積層した構成であってもよい。
The
機能付与を目的として、セパレータの表層又は内部に無機粒子を存在させてもよく、その他の有機層を更に塗工又は積層してもよい。また、架橋構造を含むものであってもよい。非水系二次電池の安全性能を高めるため、これらの手法は必要に応じ組み合わせてもよい。 Inorganic particles may be present on the surface layer or inside of the separator for the purpose of imparting a function, and other organic layers may be further coated or laminated. Further, it may include a crosslinked structure. In order to improve the safety performance of the non-aqueous secondary battery, these methods may be combined as necessary.
このようなセパレータ170を用いることで、特に上記の高出力用途のリチウムイオン電池に求められる良好な入出力特性、低い自己放電特性を実現することができる。
By using such a
セパレータとして使用可能な微多孔膜の膜厚は、特に限定はないが、膜強度の観点から1μm以上であることが好ましく、透過性の観点より500μm以下であることが好ましい。微多孔膜の膜厚は、安全性試験など、発熱量が比較的高く、従来以上の自己放電特性を求められる高出力用途に使用されるという観点および、大型の電池捲回機での捲回性の観点から、5μm以上30μm以下であることが好ましく、10μm以上25μm以下であることがより好ましい。なお、微多孔膜の膜厚は、耐ショート性能と出力性能の両立を重視する場合には、15μm以上25μm以下であることが更に好ましいが、高エネルギー密度化と出力性能の両立を重視する場合には、10μm以上15μm未満であることが更に好ましい。 The film thickness of the microporous membrane that can be used as a separator is not particularly limited, but is preferably 1 μm or more from the viewpoint of membrane strength, and preferably 500 μm or less from the viewpoint of permeability. The film thickness of the microporous membrane has a relatively high calorific value, such as safety tests, and is used for high-output applications that require higher self-discharge characteristics than before, and is wound by a large battery winding machine. From the viewpoint of properties, it is preferably 5 μm or more and 30 μm or less, and more preferably 10 μm or more and 25 μm or less. The film thickness of the microporous membrane is more preferably 15 μm or more and 25 μm or less when it is important to achieve both short-circuit resistance and output performance, but when it is important to achieve both high energy density and output performance. More preferably, it is 10 μm or more and less than 15 μm.
セパレータとして使用可能な微多孔膜の気孔率は、高出力時のリチウムイオンの急速な移動に追従する観点から、30%以上90%以下が好ましく、35%以上80%以下がより好ましく、40%以上70%以下が更に好ましい。なお、安全性を確保しつつ出力性能の向上を優先に考えた場合には、微多孔膜の気孔率としては、50%以上70%以下が特に好ましく、耐ショート性能と出力性能の両立を重視する場合には、40%以上50%未満が特に好ましい。 The porosity of the microporous membrane that can be used as a separator is preferably 30% or more and 90% or less, more preferably 35% or more and 80% or less, and more preferably 40%, from the viewpoint of following the rapid movement of lithium ions at high output. More than 70% is more preferable. When giving priority to improving output performance while ensuring safety, the porosity of the microporous membrane is particularly preferably 50% or more and 70% or less, and emphasis is placed on achieving both short-circuit resistance and output performance. In this case, 40% or more and less than 50% is particularly preferable.
セパレータとして使用可能な微多孔膜の透気度としては、膜厚及び気孔率とのバランスの観点から、1秒/100cm3以上400秒/100cm3以下が好ましく、100秒/100cm3以上350/100cm3以下がより好ましい。なお、耐ショート性能と出力性能の両立を重視する場合には、微多孔膜の透気度としては、150秒/100cm3以上350秒/100cm3以下が特に好ましく、安全性を確保しつつ出力性能の向上を優先に考えた場合には、100/100cm3秒以上150秒/100cm3未満が特に好ましい。一方で、イオン伝導度の低い非水系電解液と上記範囲内のセパレータを組み合わせた場合、リチウムイオンの移動速度については、セパレータの構造ではなく、非水系電解液のイオン伝導度の高さが律速となり、期待したような入出力特性が得られない傾向がある。そのため、非水系電解液のイオン伝導度は、10mS/cm以上が好ましく、15mS/cmがより好ましく、20mS/cmが更に好ましい。ただし、セパレータの膜厚、透気度及び気孔率、並びに非水系電解液のイオン伝導度は上記の例に限定されない。 From the viewpoint of the balance between the film thickness and the porosity, the air permeability of the microporous membrane that can be used as a separator is preferably 1 second / 100 cm 3 or more and 400 seconds / 100 cm 3 or less, and 100 seconds / 100 cm 3 or more 350 /. More preferably 100 cm 3 or less. When it is important to achieve both short-circuit resistance and output performance, the air permeability of the microporous membrane is particularly preferably 150 seconds / 100 cm 3 or more and 350 seconds / 100 cm 3 or less, and the output is performed while ensuring safety. When the improvement of performance is prioritized, 100/100 cm 3 seconds or more and less than 150 seconds / 100 cm 3 is particularly preferable. On the other hand, when a non-aqueous electrolyte solution having low ionic conductivity and a separator within the above range are combined, the high ionic conductivity of the non-aqueous electrolyte solution determines the moving speed of lithium ions, not the structure of the separator. Therefore, there is a tendency that the expected input / output characteristics cannot be obtained. Therefore, the ionic conductivity of the non-aqueous electrolyte solution is preferably 10 mS / cm or more, more preferably 15 mS / cm, and even more preferably 20 mS / cm. However, the film thickness, air permeability and porosity of the separator, and the ionic conductivity of the non-aqueous electrolyte solution are not limited to the above examples.
<5.電池外装>
図1,2に示される非水系二次電池100の電池外装110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、ステンレス、アルミニウム、又はクラッド材等から成る角型、角筒型、円筒型、楕円型、扁平型、コイン型、又はボタン型等の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用いることができる。
<5. Battery exterior >
The configuration of the
ラミネートフィルム外装体は、熱溶融樹脂側を内側に向けた状態で2枚重ねて、又は熱溶融樹脂側を内側に向けた状態となるように折り曲げて、端部をヒートシールにより封止した状態で外装体として用いることができる。ラミネートフィルム外装体を用いる場合、正極集電体に正極リード体130(又は正極端子及び正極端子と接続するリードタブ)を接続し、負極集電体に負極リード体140(又は負極端子及び負極端子と接続するリードタブ)を接続してもよい。この場合、正極リード体130及び負極リード体140(又は正極端子及び負極端子のそれぞれに接続されたリードタブ)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。
The laminated film exterior is in a state where two sheets are stacked with the heat-melted resin side facing inward, or bent so that the heat-melted resin side faces inward, and the end is sealed by a heat seal. Can be used as an exterior body. When the laminated film exterior body is used, the positive electrode lead body 130 (or the lead tab connected to the positive electrode terminal and the positive electrode terminal) is connected to the positive electrode current collector, and the negative electrode lead body 140 (or the negative electrode terminal and the negative electrode terminal) are connected to the negative electrode current collector. The lead tab) to be connected may be connected. In this case, the laminated film exterior is sealed with the ends of the positive
<6.電池の作製方法>
本実施形態における非水系二次電池100は、上述の非水系電解液、集電体の片面又は両面に正極活物質層を有する正極150、集電体の片面又は両面に負極活物質層を有する負極160、及び電池外装110、並びに必要に応じてセパレータ170を用いて、公知の方法により作製される。
<6. Battery manufacturing method>
The non-aqueous
先ず、正極150及び負極160、並びに必要に応じてセパレータ170から成る積層体を形成する。例えば:
長尺の正極150と負極160とを、正極150と負極160との間に該長尺の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を形成する態様;
正極150及び負極160を一定の面積と形状とを有する複数枚のシートに切断して得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交互に積層した積層構造の積層体を形成する態様;
長尺のセパレータをつづら折りにして、該つづら折りになったセパレータ同士の間に交互に正極体シートと負極体シートとを挿入した積層構造の積層体を形成する態様;
等が可能である。
First, a laminate composed of a
An embodiment in which a long
An embodiment of forming a laminated body having a laminated structure in which a positive electrode sheet and a negative electrode sheet obtained by cutting a
An embodiment in which a long separator is folded in a zigzag manner, and a positive electrode body sheet and a negative electrode body sheet are alternately inserted between the zigzagly folded separators to form a laminated body having a laminated structure;
Etc. are possible.
次いで、電池外装110(電池ケース)内に上述の積層体を収容して、本実施形態に係る非水系電解液を電池ケース内部に注液し、積層体を非水系電解液に浸漬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 above-mentioned laminate is housed in the battery exterior 110 (battery case), the non-aqueous electrolyte solution according to the present embodiment is injected into the battery case, and the laminate is immersed in the non-aqueous electrolyte solution for sealing. By doing so, the non-aqueous secondary battery according to the present embodiment can be manufactured.
代替的には、非水系電解液を高分子材料から成る基材に含浸させることによって、ゲル状態の電解質膜を予め作製しておき、シート状の正極150、負極160、及び電解質膜、並びに必要に応じてセパレータ170を用いて積層構造の積層体を形成した後、電池外装110内に収容して非水系二次電池100を作製することもできる。
Alternatively, a gel-like electrolyte membrane is prepared in advance by impregnating a base material made of a polymer material with a non-aqueous electrolyte solution, and a sheet-shaped
なお、電極の配置が、負極活物質層の外周端と正極活物質層の外周端とが重なる部分が存在するように、又は負極活物質層の非対向部分に幅が小さすぎる箇所が存在するように設計されている場合、電池組み立て時に電極の位置ずれが生じることにより、非水系二次電池における充放電サイクル特性が低下するおそれがある。よって、該非水系二次電池に使用する電極体は、電極の位置を予めポリイミドテープ、ポリフェニレンスルフィドテープ、ポリプロピレン(PP)テープ等のテープ類、接着剤等により、固定しておくことが好ましい。 It should be noted that the arrangement of the electrodes is such that there is a portion where the outer peripheral edge of the negative electrode active material layer and the outer peripheral edge of the positive electrode active material layer overlap, or there is a portion where the width is too small in the non-opposing portion of the negative electrode active material layer. If it is designed as such, the charge / discharge cycle characteristics of the non-aqueous secondary battery may deteriorate due to the displacement of the electrodes during battery assembly. Therefore, in the electrode body used for the non-aqueous secondary battery, it is preferable to fix the position of the electrode in advance with a polyimide tape, a polyphenylene sulfide tape, a tape such as a polypropylene (PP) tape, an adhesive or the like.
本実施形態において、アセトニトリルを使用した非水系電解液を用いた場合、その高いイオン伝導性に起因して、非水系二次電池の初回充電時に正極から放出されたリチウムイオンが負極の全体に拡散してしまう可能性がある。非水系二次電池では、正極活物質層よりも負極活物質層の面積を大きくすることが一般的である。しかしながら、負極活物質層のうち正極活物質層と対向していない箇所にまでリチウムイオンが拡散して吸蔵されてしまうと、このリチウムイオンが初回放電時に放出されずに負極に留まることとなる。そのため、該放出されないリチウムイオンの寄与分が不可逆容量となってしまう。こうした理由から、アセトニトリルを含有する非水系電解液を用いた非水系二次電池では、初回充放電効率が低くなってしまう場合がある。 In the present embodiment, when a non-aqueous electrolyte solution using acetonitrile is used, the lithium ions released from the positive electrode during the initial charge of the non-aqueous secondary battery diffuse to the entire negative electrode due to its high ionic conductivity. There is a possibility that it will be done. In a non-aqueous secondary battery, the area of the negative electrode active material layer is generally larger than that of the positive electrode active material layer. However, if lithium ions are diffused and stored in a portion of the negative electrode active material layer that does not face the positive electrode active material layer, the lithium ions are not released at the time of initial discharge and remain in the negative electrode. Therefore, the contribution of the unreleased lithium ion becomes an irreversible capacity. For this reason, a non-aqueous secondary battery using a non-aqueous electrolytic solution containing acetonitrile may have a low initial charge / discharge efficiency.
他方、負極活物質層よりも正極活物質層の面積が大きいか、又は両者が同じである場合には、充電時に負極活物質層のエッジ部分で電流の集中が起こり易く、リチウムデンドライトが生成し易くなる。 On the other hand, when the area of the positive electrode active material layer is larger than that of the negative electrode active material layer, or when both are the same, current is likely to be concentrated at the edge portion of the negative electrode active material layer during charging, and lithium dendrite is generated. It will be easier.
上記の理由により、正極活物質層と負極活物質層とが対向する部分の面積に対する、負極活物質層全体の面積の比について、特に制限はないが、1.0より大きく1.1未満であることが好ましく、1.002より大きく1.09未満であることがより好ましく、1.005より大きく1.08未満であることが更に好ましく、1.01より大きく1.08未満であることが特に好ましい。アセトニトリルを含む非水系電解液を用いた非水系二次電池では、正極活物質層と負極活物質層とが対向する部分の面積に対する、負極活物質層全体の面積の比を小さくすることにより、初回充放電効率を改善できる。 For the above reasons, the ratio of the area of the entire negative electrode active material layer to the area of the portion where the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer face each other is not particularly limited, but is larger than 1.0 and less than 1.1. It is preferably greater than 1.002 and less than 1.09, more preferably greater than 1.005 and less than 1.08, and greater than 1.01 and less than 1.08. Especially preferable. In a non-aqueous secondary battery using a non-aqueous electrolyte solution containing acetonitrile, the ratio of the area of the entire negative electrode active material layer to the area of the portion where the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer face each other is reduced. The initial charge / discharge efficiency can be improved.
正極活物質層と負極活物質層とが対向する部分の面積に対する、負極活物質層全体の面積の比を小さくするということは、負極活物質層のうち、正極活物質層と対向していない部分の面積の割合を制限することを意味している。これにより、初回充電時に正極から放出されたリチウムイオンのうち、正極活物質層とは対向していない負極活物質層の部分に吸蔵されるリチウムイオンの量(すなわち、初回放電時に負極から放出されずに不可逆容量となるリチウムイオンの量)を可及的に低減することが可能となる。よって、正極活物質層と負極活物質層とが対向する部分の面積に対する、負極活物質層全体の面積の比を上記の範囲内に設計することによって、アセトニトリルを使用することによる電池の負荷特性向上を図りつつ、電池の初回充放電効率を高め、更にリチウムデンドライトの生成も抑えることができるのである。 Reducing the ratio of the area of the entire negative electrode active material layer to the area of the portion where the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer face each other means that the negative electrode active material layer does not face the positive electrode active material layer. It means limiting the proportion of the area of the part. As a result, of the lithium ions released from the positive electrode during the initial charge, the amount of lithium ions stored in the portion of the negative electrode active material layer that does not face the positive electrode active material layer (that is, the amount of lithium ions released from the negative electrode during the initial discharge). It is possible to reduce the amount of lithium ions, which becomes an irreversible capacity) as much as possible. Therefore, by designing the ratio of the area of the entire negative electrode active material layer to the area of the portion where the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer face each other within the above range, the load characteristics of the battery due to the use of acetonitrile While improving the battery, the initial charge / discharge efficiency of the battery can be improved, and the generation of lithium dendrite can be suppressed.
本実施形態における非水系二次電池100は、初回充電により電池として機能し得るが、初回充電のときに非水系電解液の一部が分解することにより安定化する。初回充電の方法について特に制限はないが、初回充電は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で行われることが更に好ましい。初回充電が、途中に定電圧充電を経由して行われることも好ましい。設計容量を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、安定強固なSEIが電極(負極160)表面に形成され、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160のみに強固に固定化されることなく、何らかの形で、正極150、セパレータ170等の、負極160以外の部材にも良好な効果を与える。このため、非水系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
本実施形態における非水系二次電池100は、複数個の非水系二次電池100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
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.
以下、実施例によって本発明を更に詳細に説明する。本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples. The present invention is not limited to these examples.
(1)非水系電解液の調製
不活性雰囲気下、各種非水系溶媒、及び各種添加剤を、それぞれが所定の濃度になるよう混合し、更に、各種リチウム塩をそれぞれ所定の濃度になるよう添加することにより、非水系電解液(S01)~(S04)を調製した。表1における非水系溶媒、リチウム塩、及び添加剤の略称は、それぞれ以下の意味である。また、表1における添加剤の質量%は、添加剤を除く非水系電解液100質量部に対する質量部の割合を示している。
(リチウム塩)
LiPF6:ヘキサフルオロリン酸リチウム
LiFSI:リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド
(非水系溶媒)
AcN:アセトニトリル
EMC:エチルメチルカーボネート
EC:エチレンカーボネート
VC:ビニレンカーボネート
(添加剤:その他)
DPDMS:ジフェニルジメトキシシラン
(1) Preparation of non-aqueous electrolyte solution Under an inert atmosphere, various non-aqueous solvents and various additives are mixed so as to have a predetermined concentration, and further, various lithium salts are added so as to have a predetermined concentration. By doing so, the non-aqueous electrolyte solutions (S01) to (S04) were prepared. The abbreviations for non-aqueous solvents, lithium salts, and additives in Table 1 have the following meanings. Further, the mass% of the additive in Table 1 indicates the ratio of the mass part to 100 parts by mass of the non-aqueous electrolyte solution excluding the additive.
(Lithium salt)
LiPF 6 : Lithium hexafluorophosphate LiFSI: Lithium bis (fluorosulfonyl) imide (non-aqueous solvent)
AcN: Acetonitrile EMC: Ethylmethyl carbonate EC: Ethylene carbonate VC: Vinylene carbonate (Additives: Others)
DPDMS: Diphenyldimethoxysilane
(2)非水系二次電池の作製
(2-1)正極の作製
(A)正極活物質としてリチウム、ニッケル、マンガン、及びコバルトの複合酸化物(LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2)と、(B)導電助剤として、アセチレンブラック粉末と、(C)バインダーとして、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)とを、95:3:2の質量比で混合し、正極合剤を得た。
(2) Preparation of non-aqueous secondary battery (2-1) Preparation of positive electrode (A) Composite oxide of lithium, nickel, manganese, and cobalt as positive electrode active material (LiNi 0.8 Mn 0.1 Co 0.1 ) O 2 ), (B) acetylene black powder as a conductive auxiliary agent, and (C) polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder are mixed at a mass ratio of 95: 3: 2 to obtain a positive electrode mixture. rice field.
得られた正極合剤に溶剤としてN-メチル-2-ピロリドンを固形分68質量%となるように投入して更に混合して、正極合剤含有スラリーを調製した。正極集電体となる厚さ15μm、幅280mmのアルミニウム箔の片面に、この正極合剤含有スラリーの目付量を調節しながら、塗工幅240~250mm、塗工長125mm、無塗工長20mmの塗布パターンになるよう3本ロール式転写コーターを用いて塗布し、熱風乾燥炉で溶剤を乾燥除去した。得られた電極ロールは、両サイドをトリミングカットし、130℃、8時間の減圧乾燥を実施した。その後、ロールプレスで正極活物質層の密度が3.3g/cm3になるように圧延することにより、正極活物質層と正極集電体とからなる正極を得た。正極集電体を除く目付量は15.5mg/cm2であった。 N-Methyl-2-pyrrolidone as a solvent was added to the obtained positive electrode mixture so as to have a solid content of 68% by mass and further mixed to prepare a slurry containing a positive electrode mixture. A coating width of 240 to 250 mm, a coating length of 125 mm, and a non-coating length of 20 mm are adjusted on one side of an aluminum foil having a thickness of 15 μm and a width of 280 mm, which serves as a positive electrode current collector, while adjusting the basis weight of the slurry containing the positive electrode mixture. The coating was applied using a 3-roll transfer coater so as to have the coating pattern of, and the solvent was dried and removed in a hot air drying oven. Both sides of the obtained electrode roll were trimmed and cut, and dried under reduced pressure at 130 ° C. for 8 hours. Then, by rolling with a roll press so that the density of the positive electrode active material layer was 3.3 g / cm 3 , a positive electrode composed of the positive electrode active material layer and the positive electrode current collector was obtained. The basis weight excluding the positive electrode current collector was 15.5 mg / cm 2 .
(2-2)負極の作製
(a)負極活物質として、数平均粒子径12.7μmの人造黒鉛粉末(密度2.23g/cm3)と、(b)導電助剤として、数平均粒子径48nmのアセチレンブラック粉末(密度1.95g/cm3)と、(c)バインダーとして、カルボキシメチルセルロース(密度1.60g/cm3)溶液(固形分濃度1.83質量%)及びジエン系ゴム(ガラス転移温度:-5℃、乾燥時の数平均粒子径:120nm、密度1.00g/cm3、分散媒:水、固形分濃度40質量%)とを、(a)95.7:(b)0.5:(c)3.8の固形分質量比で混合し、負極合剤を得た。
(2-2) Preparation of negative electrode (a) Artificial graphite powder (density 2.23 g / cm 3 ) with a number average particle diameter of 12.7 μm as a negative electrode active material, and (b) Number average particle diameter as a conductive auxiliary agent. 48 nm acetylene black powder (density 1.95 g / cm 3 ), (c) carboxymethyl cellulose (density 1.60 g / cm 3 ) solution (solid content concentration 1.83% by mass) and diene rubber (glass) as a binder. Transition temperature: -5 ° C, number average particle size when dried: 120 nm, density 1.00 g / cm 3 , dispersion medium: water, solid content concentration 40% by mass), (a) 95.7: (b) 0.5: (c) The mixture was mixed at a solid content mass ratio of 3.8 to obtain a negative electrode mixture.
得られた負極合剤に溶剤として水を固形分45質量%となるように投入して更に混合して、負極合剤含有スラリーを調製した。負極集電体となる厚さ8μm、幅280mmの銅箔の片面に、この負極合剤含有スラリーの目付量を調節しながら、塗工幅240~250mm、塗工長125mm、無塗工長20mmの塗布パターンになるよう3本ロール式転写コーターを用いて塗布し、熱風乾燥炉で溶剤を乾燥除去した。得られた電極ロールは、両サイドをトリミングカットし、80℃12時間の減圧乾燥を実施した。その後、ロールプレスで負極活物質層の密度が1.5g/cm3になるよう圧延して、負極活物質層と負極集電体から成る負極(N1)を得た。負極活物質層の目付量は11.9mg/cm2であった。 Water was added to the obtained negative electrode mixture as a solvent so as to have a solid content of 45% by mass, and the mixture was further mixed to prepare a slurry containing the negative electrode mixture. While adjusting the basis weight of this negative electrode mixture-containing slurry on one side of a copper foil with a thickness of 8 μm and a width of 280 mm, which is a negative electrode current collector, the coating width is 240 to 250 mm, the coating length is 125 mm, and the coating length is 20 mm. The coating was applied using a 3-roll transfer coater so as to have the coating pattern of, and the solvent was dried and removed in a hot air drying furnace. Both sides of the obtained electrode roll were trimmed and cut, and dried under reduced pressure at 80 ° C. for 12 hours. Then, it was rolled by a roll press so that the density of the negative electrode active material layer was 1.5 g / cm 3 , and a negative electrode (N1) composed of the negative electrode active material layer and the negative electrode current collector was obtained. The basis weight of the negative electrode active material layer was 11.9 mg / cm 2 .
(2-3)非水系二次電池の組み立て
非水系二次電池は、EL-Cell社製の試験セル「PAT-cell」を用いた。上記(2-1)で得られた正極を直径18mmの円盤状に打ち抜き、セパレータ(EL-Cell製の「FS-5P」:ポリプロピレン(PP)/ポリエチレン(PE)の2層、厚み220μm)の片側に重ね合わせて積層体を得た。その積層体をセルケースに挿入し、ピペットを用いて電解液120μlをセパレータ上に均一に滴下した。次に、上記(2-2)で得られた負極を直径18mmの円盤状に打ち抜き、上記積層体のセパレータ側に重ね合わせ、上部プランジャーを取り付け、スクリューキャップをセルベースに取り付け、蝶ナットを締めてセルを密封した。
(2-3) Assembly of non-aqueous secondary battery As the non-aqueous secondary battery, a test cell "PAT-cell" manufactured by EL-Cell was used. The positive electrode obtained in (2-1) above was punched into a disk shape having a diameter of 18 mm, and a separator (“FS-5P” manufactured by EL-Cell: two layers of polypropylene (PP) / polyethylene (PE), thickness 220 μm) was used. A laminate was obtained by superimposing on one side. The laminate was inserted into a cell case, and 120 μl of the electrolytic solution was uniformly dropped onto the separator using a pipette. Next, the negative electrode obtained in (2-2) above is punched into a disk shape having a diameter of 18 mm, overlapped with the separator side of the laminate, the upper plunger is attached, the screw cap is attached to the cell base, and the wing nut is attached. Tightened to seal the cell.
(3)非水系二次電池の評価
上述のようにして得られた非水系二次電池について、先ず、下記(3-1)の手順に従って初回充電処理及び初回充放電容量測定を行った。次に、下記(3-2)の手順に従ってそれぞれのコイン型非水系二次電池を評価した。なお、充放電はBioLogic製の充放電装置BCS-805(商品名)及びBinder製のプログラム恒温槽MK115(商品名)を用いて行った。充放電装置とPAT-Cellの接続部には、EL-Cell製の試験セル用スタンド「PAT-Stand」を使用した。
(3) Evaluation of non-aqueous secondary battery With respect to the non-aqueous secondary battery obtained as described above, first, the initial charging process and the initial charge / discharge capacity measurement were performed according to the procedure of (3-1) below. Next, each coin-type non-aqueous secondary battery was evaluated according to the procedure of (3-2) below. The charging / discharging was performed using a charging / discharging device BCS-805 (trade name) manufactured by BioLogic and a program constant temperature bath MK115 (trade name) manufactured by Binder. An EL-Cell test cell stand "PAT-Stand" was used for the connection between the charging / discharging device and the PAT-Cell.
ここで、1Cとは満充電状態の電池を定電流で放電して1時間で放電終了となることが期待される電流値を意味する。 Here, 1C means a current value that is expected to end the discharge in 1 hour by discharging the fully charged battery with a constant current.
(3-1)非水系二次電池の初回充放電処理
非水系二次電池の周囲温度を25℃に設定し、0.025Cに相当する0.185mAの定電流で充電して3.1Vに到達した後、0.05Cに相当する0.37mAの定電流で充電して4.2Vに到達した後、4.2Vの定電圧で電流が0.025Cに減衰するまで充電を行った。その後、0.15Cに相当する1.11mAの定電流で3.0Vまで電池を放電した。
(3-1) Initial charge / discharge treatment of non-aqueous secondary battery Set the ambient temperature of the non-aqueous secondary battery to 25 ° C, and charge it with a constant current of 0.185mA, which corresponds to 0.025C, to 3.1V. After reaching it, it was charged with a constant current of 0.37 mA corresponding to 0.05 C, reached 4.2 V, and then charged with a constant current of 4.2 V until the current decreased to 0.025 C. Then, the battery was discharged to 3.0 V with a constant current of 1.11 mA corresponding to 0.15 C.
次に、0.2Cに相当する1.48mAの定電流で4.2Vに到達した後、4.2Vの定電圧で電流が0.025Cに減衰するまで充電を行った。その後、0.2Cに相当する1.48mAの電流値で3Vまで電池を放電した。その後、上記と同様の充放電を1サイクル行った。 Next, after reaching 4.2 V with a constant current of 1.48 mA corresponding to 0.2 C, charging was performed with a constant voltage of 4.2 V until the current attenuated to 0.025 C. Then, the battery was discharged to 3 V with a current value of 1.48 mA corresponding to 0.2 C. Then, the same charge / discharge as above was performed for one cycle.
(3-2)サイクル試験
上記(3-1)に記載の方法で初回充放電処理を行った非水系二次電池について、周囲温度を55℃に設定し、1.5Cに相当する11.1mAの定電流で4.2Vに到達した後、4.2Vの定電圧で電流が0.025Cに減衰するまで充電を行った。その後、1.5Cに相当する11.1mAの電流値で3Vまで電池を放電した。その後、上記と同様の充放電を100サイクル行った。
(3-2) Cycle test For the non-aqueous secondary battery that was initially charged and discharged by the method described in (3-1) above, the ambient temperature was set to 55 ° C and 11.1 mA corresponding to 1.5 C. After reaching 4.2V with a constant current of 4.2V, charging was performed with a constant voltage of 4.2V until the current attenuated to 0.025C. Then, the battery was discharged to 3 V with a current value of 11.1 mA corresponding to 1.5 C. After that, the same charge / discharge as above was performed for 100 cycles.
サイクル試験時の1サイクル目の放電容量を100%としたときのサイクル試験時の100サイクル目の放電容量を、容量維持率として算出した。 When the discharge capacity of the first cycle in the cycle test was set to 100%, the discharge capacity of the 100th cycle in the cycle test was calculated as the capacity retention rate.
(3-3)非水系二次電池
[実施例1及び比較例1~3]
表2に示される各電解液を用いて、上記のとおりに、非水系二次電池を組み立てて初回充放電処理とサイクル試験を行なった。ここで、各試験結果の解釈について述べる。
(3-3) Non-aqueous secondary battery [Example 1 and Comparative Examples 1 to 3]
Using each of the electrolytic solutions shown in Table 2, a non-aqueous secondary battery was assembled as described above, and the initial charge / discharge treatment and the cycle test were performed. Here, the interpretation of each test result will be described.
容量維持率は、1サイクル目の放電容量に対する100サイクル目の放電容量の割合を示す指標である。上記サイクル試験は、一般的なサイクル試験と比べて高い電流密度で充放電を繰り返しており、値が大きいほど、充放電を繰り返し使用した際の容量劣化が少ない。容量維持率は、85%以上が好ましく、86%以上がより好ましく、88%以上であることが更に好ましい。 The capacity retention rate is an index showing the ratio of the discharge capacity in the 100th cycle to the discharge capacity in the first cycle. In the above cycle test, charging / discharging is repeated at a higher current density than in a general cycle test, and the larger the value, the smaller the capacity deterioration when the charging / discharging is repeatedly used. The capacity retention rate is preferably 85% or more, more preferably 86% or more, and further preferably 88% or more.
実施例1では、1.5C充放電を繰り返した際の容量維持率の低下が少なく、サイクル性能が向上することが確認された。即ち、高い電流密度で安定作動させることが確認された。他方、エチレンサルファイトとDPDMSを含有しない電解液を用いた比較例1、及びDPDMSを含有するが、エチレンサルファイトを含有しない電解液を用いた比較例2~3では、実施例1と比べて、サイクル試験の容量維持率が大きく低下した。 In Example 1, it was confirmed that the capacity retention rate did not decrease much when 1.5C charging / discharging was repeated, and the cycle performance was improved. That is, it was confirmed that stable operation was performed at a high current density. On the other hand, in Comparative Example 1 using an electrolytic solution containing ethylene sulfide and DPDMS, and Comparative Examples 2 to 3 using an electrolytic solution containing DPDMS but not containing ethylene sulfide, compared with Example 1. , The capacity retention rate of the cycle test was greatly reduced.
上述の結果から、本実施形態では、非水系溶媒にビニレンカーボネートとエチレンサルファイトを含有し、ジフェニルジアルコキシシランとしてDPDMSを適切な割合で配合して非水系電解液を調製することで、高い電流密度で非水系二次電池の充放電を繰り返した際も、容量劣化が少なく、安定作動を示すことが確認された。 From the above results, in the present embodiment, a non-aqueous electrolyte solution is prepared by containing vinylene carbonate and ethylene sulfide in a non-aqueous solvent and adding DPDMS as diphenyldialkoxysilane in an appropriate ratio to prepare a non-aqueous electrolyte solution. It was confirmed that even when the non-aqueous secondary battery was repeatedly charged and discharged at a density, there was little capacity deterioration and stable operation was exhibited.
本発明の非水系二次電池は、例えば、ハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド自動車、電気自動車等の自動車用蓄電池に加え、電動工具、ドローン、電動バイク等の産業用蓄電池、さらには住宅用蓄電システムとしての利用も期待される。 The non-aqueous secondary battery of the present invention is, for example, a storage battery for automobiles such as a hybrid vehicle, a plug-in hybrid vehicle, and an electric vehicle, an industrial storage battery such as an electric tool, a drone, and an electric motorcycle, and a storage system for a house. Is also expected to be used.
100 非水系二次電池
110 電池外装
120 電池外装の空間
130 正極リード体
140 負極リード体
150 正極
160 負極
170 セパレータ
100 Non-aqueous
Claims (6)
前記非水系溶媒がアセトニトリルと、ビニレンカーボネートと、エチレンサルファイトとを含み、かつ、ビニレンカーボネートの体積比が、エチレンサルファイトの体積比より少なく、
さらに、ジフェニルジアルコキシシランを含有する非水系電解液。 A non-aqueous electrolyte solution containing a non-aqueous solvent and LiPF 6 .
The non-aqueous solvent contains acetonitrile, vinylene carbonate, and ethylene sulphite, and the volume ratio of vinylene carbonate is smaller than the volume ratio of ethylene sulphite.
Further, a non-aqueous electrolytic solution containing diphenyldialkoxysilane.
前記正極活物質層が、下記一般式(1):
LipNiqCorMnsMtOu・・・・・(1)
{式中、Mは、アルミニウム(Al)、スズ(Sn)、インジウム(In)、鉄(Fe)、バナジウム(V)、銅(Cu)、マグネシウム(Mg)、チタン(Ti)、亜鉛(Zn)、モリブデン(Mo)、ジルコニウム(Zr)、ストロンチウム(Sr)、及びバリウム(Ba)から成る群より選ばれる少なくとも1種の金属であり、且つ、0<p<1.3、0<q<1.2、0<r<1.2、0≦s<0.5、0≦t<0.3、0.7≦q+r+s+t≦1.2、1.8<u<2.2の範囲であり、そしてpは、電池の充放電状態により決まる値である。}
で表されるリチウム含有金属酸化物から成る群より選ばれる少なくとも1種を含有する、非水系二次電池。 The one according to any one of claims 1 to 4, wherein a positive electrode having a positive electrode active material layer on one side or both sides of a current collector, a negative electrode having a negative electrode active material layer on one side or both sides of a current collector, and a separator. In a non-aqueous secondary battery provided with a non-aqueous electrolyte solution,
The positive electrode active material layer has the following general formula (1):
Li p Ni q Co r Mn s M t O u ... (1)
{In the formula, M is aluminum (Al), tin (Sn), indium (In), iron (Fe), vanadium (V), copper (Cu), magnesium (Mg), titanium (Ti), zinc (Zn). ), Molybdenum (Mo), zirconium (Zr), strontium (Sr), and barium (Ba), and is at least one metal selected from the group consisting of 0 <p <1.3, 0 <q <. In the range of 1.2, 0 <r <1.2, 0 ≦ s <0.5, 0 ≦ t <0.3, 0.7 ≦ q + r + s + t ≦ 1.2, 1.8 <u <2.2 Yes, and p is a value determined by the charge / discharge state of the battery. }
A non-aqueous secondary battery containing at least one selected from the group consisting of lithium-containing metal oxides represented by.
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