JP2022166385A - 非水電解質二次電池用電解液および非水電解質二次電池 - Google Patents

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Abstract

【課題】非水電解質二次電池において負極の劣化を抑制することができる非水電解質二次電池用電解液を提供すること。【解決手段】シラン化合物を含み、シラン化合物は2以上のトリアルコキシシリル基を有する、非水電解質二次電池用電解液。【選択図】なし

Description

本開示は、非水電解質二次電池用電解液に関し、さらにはそれを含む非水電解質二次電池に関する。
特許文献1には、非水電解質二次電池において、負極の劣化を抑制するためにシランカップリング剤を含む保護膜を負極の表面に設けることが提案されている。特許文献2には、非水電解液二次電池において、内部抵抗の増加と非水電解液の高温劣化とを抑制するために、電解液に特定のジフルオロシラン化合物を配合することが提案されている。
国際公開第2017/051500号 特開2011-222450号公報
特許文献1に記載のように負極の表面処理によりシラン系化合物を含む保護膜を形成した場合、シラン系化合物を含む材料は膨張収縮が大きいため、サイクル中に被膜が破壊され、急劣化が起こることがある。また、特許文献2に記載のように負極側を保護するためにシラン系化合物を含む添加剤を電解液に添加した場合、負極において添加剤が全て還元分解し、サイクル中に分解生成物が膨張収縮により破壊され急劣化が起こる、または正極において電解液中に残存している添加剤が酸化分解し、負極側を保護することができないことがある。
本開示の目的は、非水電解質二次電池において負極の劣化を抑制することができる非水電解質二次電池用電解液を提供することである。
本開示は、以下の非水電解質二次電池用電解液および非水電解質二次電池を提供する。
[1] 2以上のトリアルコキシシリル基を有するシラン化合物を含む、前記シラン化合物は、非水電解質二次電池用電解液。
[2] 前記トリアルコキシシリル基は、トリメトキシシリル基、トリエトキシシリル基及びトリプロポキシシリル基からなる群から選択される1種である、[1]に記載の非水電解質二次電池用電解液。
[3] 前記シラン化合物は、炭素原子数2~6の飽和炭化水素基をさらに有する、[1]又は[2]に記載の非水電解質二次電池用電解液。
[4] 前記シラン化合物は、下記式(1):
Figure 2022166385000001
[式中、a=1~4、b=3~7、c=2~6、d=4~12、n=1又は2を表す]
で表される、[1]~[3]のいずれかに記載の非水電解質二次電池用電解液。
[5] 下記式(1-1):
Figure 2022166385000002
[式中、a=1~4、b=3~7、c=2~6、d=4~12を表す]
で表される化合物と、
下記式(1-2):
Figure 2022166385000003
[式中、a=1~4、b=3~7、c=2~6、d=4~12を表す]
で表される化合物と、
を含む、[1]~[4]のいずれかに記載の非水電解質二次電池用電解液。
[6] 前記シラン化合物の前記電解液中の濃度は1×10~1×10ppmである、[1]~[5]のいずれかに記載の非水電解質二次電池用電解液。
[7] [1]~[6]のいずれかに記載の非水電解質二次電池用電解液と、正極と、負極とを含む、非水電解質二次電池。
[8] 前記負極は、合金系負極活物質を含有する負極活物質粒子を含む、[7]に記載の非水電解質二次電池。
[9] 前記負極活物質粒子の表面は、SiまたはOを含む構造を有する、[8]に記載の非水電解質二次電池。
本開示によれば、非水電解質二次電池において負極の劣化を抑制することができる非水電解質二次電池用電解液が提供される。
本開示の非水電解質二次電池の一例を示す概略図である。 本実施形態における電極体の一例を示す概略図である。
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の全ての図面においては、各構成要素を理解し易くするために縮尺を適宜調整して示しており、図面に示される各構成要素の縮尺と実際の構成要素の縮尺とは必ずしも一致しない。
<非水電解質二次電池用電解液>
本開示の一態様にかかる非水電解質二次電池用電解液(以下、簡略化のため「電解液」とも称する)は液体電解質である。電解液は、シラン化合物を含む。電解液は、溶媒と支持電解質とをさらに含む。電解液は、これらの成分に加えて、任意の添加剤、例えば界面活性剤等をさらに含んでいてもよい。
電解液の少なくとも一部は、後述する非水電解質二次電池に備わる電極体に含浸されている。電解液の全部が電極体に含浸されていてもよい。電解液の一部が電極体に含浸されていてもよい。電解液の一部は、例えば電極体の外部(後述する外装体の底部)に貯留されていてもよい。
[シラン化合物]
電解液は、2以上のトリアルコキシシリル基を有するシラン化合物を含む。電解液は、例えば2以上のトリアルコキシシリル基を有するシラン化合物を2種以上含んでよく、好ましくは2種含む。シラン化合物が有するトリアルコキシシリル基の数は、例えば2または4であってよい。トリアルコキシシリル基は、下記式:
-Si(-O-C
[式中、a=1~4、b=3~7を表す]
で表される。トリアルコキシシリル基としては、例えばトリメトキシシリル基、トリエトキシシリル基及びトリプロポキシシリル基等であってよく、好ましくはトリメトキシシリル基、トリエトキシシリル基及びトリプロポキシシリル基からなる群から選択される1種であり、より好ましくはトリメトキシシリル基及びトリエトキシシリル基である。
シラン化合物は、炭素原子数2~6の飽和炭化水素基をさらに有することができる。炭素原子数2~6の飽和炭化水素基は、下記式:
-C
[式中、c=2~6、d=4~12を表す]
で表される。炭素原子数2~6の飽和炭化水素基は、好ましくは炭素原子数2または6の飽和炭化水素基である。炭素原子数2~6の飽和炭化水素基は、直鎖状または分岐状であってよく、好ましくは直鎖状である。
シラン化合物は、例えば上記式(1)で表される化合物であることができる。上記式(1)において2重結合を有しないことが好ましい。
電解液は、上記式(1-1)で表される化合物、および上記式(1-2)で表される化合物のいずれか一方または両方を含むことができる。式(1-1)および式(1-2)のいずれにおいても2重結合を有しないことが好ましい。式(1-1)中、負極の劣化の抑制の観点から好ましくはa=1、c=2または6である。式(1-2)中、負極の劣化の抑制の観点から好ましくはa=1、c=2または6である。
電解液は、負極の劣化の抑制の観点から好ましくは、上記式(1-1)で表される化合物と、上記式(1-2)で表される化合物とを含む。
電解液中のシラン化合物の濃度(複数の種類のシラン化合物を含む場合は全シラン化合物の合計濃度)は、例えば1~1×10ppmであってよく、好ましくは1.5×10ppm超1×10ppmであり、より好ましくは5.0×10~1×10ppmであり、さらに好ましくは1×10~1×10ppmである。
電解液が式(1-1)で表される化合物を含む場合、電解液中の式(1-1)で表される化合物の濃度は、例えば1×10~1×10ppmであってよく、好ましくは1×10~1×10ppmである。
電解液が式(1-1)で表される化合物と共に式(1-2)で表される化合物を含む場合、電解液中の式(1-2)で表される化合物の濃度は、例えば1~1×10ppmであってよく、好ましくは10~1×10ppmである。
[溶媒]
溶媒は非プロトン性である。溶媒は任意の成分を含み得る。溶媒は、例えば、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)、モノフルオロエチレンカーボネート(FEC)、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、1,2-ジメトキシエタン(DME)、メチルホルメート(MF)、メチルアセテート(MA)、メチルプロピオネート(MP)、およびγ-ブチロラクトン(GBL)からなる群より選択される少なくとも1種を含んでいてもよい。
[支持電解質]
支持電解質は溶媒に溶解している。支持電解質は、例えば、LiPF6、LiBF4、およびLiN(FSO22からなる群より選択される少なくとも1種を含んでいてもよい。支持電解質は、例えば0.5~5.0mоl/Lのモル濃度を有していてもよい。支持電解質は、例えば0.8~1.4mоl/Lのモル濃度を有していてもよい。
<非水電解質二次電池>
本開示の別の態様にかかる非水電解質二次電池(以下、簡略化のため電池とも称する)は、非水電解質二次電池用電解液と、正極と、負極とを含む。非水電解質二次電池用電解液は、上述の電解液についての説明が適用される。正極および負極については後述する。
電池について図1を参照しながら説明する。図1に示す電池100は、任意の用途で使用され得る。電池100は、例えば電動車両において、主電源または動力アシスト用電源として使用されてもよい。複数個の電池100が連結されることにより、電池モジュールまたは組電池が形成されてもよい。
電池100は所定の定格容量を有する。電池100は、例えば1~300Ahの定格容量を有していてもよく、例えば1~50Ahの定格容量を有していてもよく、例えば2~25Ahの定格容量を有していてもよく、例えば3~5Ahの定格容量を有していてもよく、例えば4~4.2Ahの定格容量を有していてもよい。
電池100は外装体90を含む。外装体90は、角形(扁平直方体状)である。ただし角形は一例である。外装体90は任意の形態を有し得る。外装体90は、例えば円筒形であってもよいし、パウチ形であってもよい。外装体90は、例えばAl(アルミニウム)合金製であってもよい。外装体90は、電極体50と電解液(不図示)とを収納している。外装体90は、例えば封口板91と外装缶92とを含んでいてもよい。封口板91は、外装缶92の開口部を塞いでいる。例えばレーザ溶接により、封口板91と外装缶92とが接合されていてもよい。
封口板91に、正極端子81と負極端子82とが設けられている。封口板91に、注入口と、ガス排出弁とがさらに設けられていてもよい。注入口から外装体90の内部に電解液が注入され得る。電極体50は、正極集電部材71によって正極端子81に接続されている。正極集電部材71は、例えばAl板等であってもよい。電極体50は、負極集電部材72によって負極端子82に接続されている。負極集電部材72は、例えばCu(銅)板等であってもよい。
図2は、本実施形態における電極体の一例を示す概略図である。
電極体50は巻回型である。電極体50は、正極10、セパレータ30および負極20を含む。すなわち電池100は、正極10と負極20と電解液とを含む。正極10、セパレータ30および負極20は、いずれも帯状のシートである。電極体50は複数枚のセパレータ30を含んでいてもよい。電極体50は、正極10、セパレータ30および負極20がこの順に積層され、渦巻状に巻回されることにより形成されている。正極10または負極20の一方がセパレータ30に挟まれていてもよい。正極10および負極20の両方がセパレータ30に挟まれていてもよい。電極体50は、巻回後に扁平状に成形されている。なお巻回型は一例である。電極体50は、例えば積層(スタック)型であってもよい。
[正極]
正極10は、例えば正極基材11と正極活物質層12とを含んでいてもよい。正極基材11は導電性シートである。正極基材11は、例えばAl合金箔等であってもよい。本明細書における各部材の「厚さ」は、定圧厚さ測定器(厚さゲージ)により測定され得る。正極基材11は、例えば10~30μmの厚さを有していてもよい。正極活物質層12は、正極基材11の表面に配置されていてもよい。正極活物質層12は、例えば正極基材11の片面のみに配置されていてもよい。正極活物質層12は、例えば正極基材11の表裏両面に配置されていてもよい。正極10の幅方向(図2のX軸方向)において、一方の端部に正極基材11が露出していてもよい。正極基材11が露出した部分には、正極集電部材71が接合され得る。
正極活物質層12は、例えば10~200μmの厚さを有していてもよい。正極活物質層12は正極活物質粒子を含む。すなわち正極10が正極活物質粒子を含む。正極活物質粒子は任意の成分を含み得る。正極活物質粒子は、例えばLiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、LiMn24、Li(NiCoMn)O2、Li(NiCoAl)O2、およびLiFePO4からなる群より選択される少なくとも1種を含んでいてもよい。ここで、例えば「Li(NiCoMn)O2」等の組成式における「(NiCoMn)」等の記載は、括弧内の組成比の合計が1であることを示している。正極活物質層12は、正極活物質粒子に加えて、導電材およびバインダ等をさらに含んでいてもよい。導電材は任意の成分を含み得る。導電材は、例えばアセチレンブラック等を含んでいてもよい。導電材の配合量は、100質量部の正極活物質粒子に対して、例えば0.1質量部から10質量部であってもよい。バインダは任意の成分を含み得る。バインダは例えばポリフッ化ビニリデン(PVdF)等を含んでいてもよい。バインダの配合量は、100質量部の正極活物質粒子に対して、例えば0.1質量部から10質量部であってもよい。
正極活物質粒子は、例えば1~30μmのD50を有していてもよい。本明細書における「D50」は、体積基準の粒度分布において小粒径側からの累積粒子体積が全粒子体積の50%になる粒子径を示す。体積基準の粒度分布は、レーザ回折式粒度分布測定装置により測定され得る。
正極活物質粒子は、例えば0.1~10m2/gのBET比表面積を有していてもよい。本明細書における「BET比表面積」は、ガス吸着法により測定される吸着等温線において、BET多点法により算出される比表面積を示す。吸着質ガスは窒素ガスである。1つの測定対象について、BET比表面積は3回以上測定される。3回以上の結果の算術平均が、測定対象のBET比表面積とみなされる。
[負極]
負極20は、例えば負極基材21と負極活物質層22とを含んでいてもよい。負極基材21は導電性シートである。負極基材21は、例えばCu(銅)合金箔等であってもよい。負極基材21は、例えば5~30μmの厚さを有していてもよい。負極活物質層22は、負極基材21の表面に配置されていてもよい。負極活物質層22は、例えば負極基材21の片面のみに配置されていてもよい。負極活物質層22は、例えば負極基材21の表裏両面に配置されていてもよい。負極20の幅方向(図2のX軸方向)において、一方の端部に負極基材21が露出していてもよい。負極基材21が露出した部分には、負極集電部材72が接合され得る。
負極活物質層22は、例えば10~200μmの厚さを有していてもよい。負極活物質層22は負極活物質粒子を含む。すなわち負極20が負極活物質粒子を含む。負極活物質粒子は任意の成分を含み得る。負極活物質粒子は、例えば粉体であってもよい。負極活物質粒子は、例えば1~30μmのD50を有していてもよい。本明細書における「D50」は、体積基準の粒度分布において、小粒径側からの累積粒子体積が全粒子体積の50%になる粒子径を示す。D50は、レーザ回折式粒度分布測定装置により測定され得る。負極活物質粒子は、例えば0.1~10m2/gのBET比表面積を有していてもよい。
負極活物質層22は、例えば質量分率で80~99%の負極活物質粒子を含んでいてもよい。負極活物質層22は、例えば質量分率で95~98%の負極活物質粒子を含んでいてもよい。
負極活物質粒子は、例えば合金系負極活物質を含有していてもよい。負極活物質は、例えば、実質的に合金系負極活物質からなっていてもよい。合金系負極活物質は、大きい比容量を有し得る。合金系負極活物質の使用により、エネルギー密度の向上が期待される。ただし合金系負極活物質は、充放電に伴う体積変化(膨張収縮率)が大きい傾向がある。そのため合金系負極活物質を含む負極の表面に保護膜を形成した場合には、充放電に伴う体積変化により保護膜が破壊され、負極の劣化を抑制することができないことがある。しかしながら、本開示の電池によれば、そのような充放電に伴う体積変化(膨張収縮率)が大きい合金系負極活物質を含む負極であっても、上述の電解液を含むことにより負極の劣化を十分に抑制することができることとなる。
[合金系負極活物質]
合金系負極活物質は、合金化反応によりLi(リチウム)を吸蔵し、かつ脱合金化反応によりLiを放出し得る。合金系負極活物質は、例えば、Si(珪素)、Sn(錫)、Al(アルミニウム)、Cd(カドミウム)、Sb(アンチモン)およびPb(鉛)からなる群より選択される少なくとも1種を含んでいてもよい。Siは有望な材料の一つである。各種のSi含有材料が負極活物質として機能し得る。すなわち負極活物質はSi含有材料を含んでいてもよい。
本明細書における「Si含有材料」はSiを含む材料を示す。Si含有材料はSiを含む限り、追加の成分をさらに含んでいてもよい。Si含有材料は、例えば、実質的にSiメタル(Siの単体)からなっていてもよい。Si含有材料は、例えばSi基合金を含んでいてもよい。Si含有材料は、例えばSiCu合金、SiNi合金、SiAl合金、およびSiZn合金からなる群より選択される少なくとも1種を含んでいてもよい。Si含有材料は、例えばSi化合物を含んでいてもよい。Si含有材料は、例えばSi酸化物を含んでいてもよい。Si含有材料は、例えばSiOx(0.5≦x≦1.5)を含んでいてもよい。Si含有材料は、例えばSiと、その他の材料との複合材料を含んでいてもよい。Si含有材料は、例えばSi/C複合材料を含んでいてもよい。Si/C複合材料は、例えば炭素材料(黒鉛、非晶質炭素等)にSiメタル、Si酸化物等が担持されることにより形成され得る。Si含有材料は、例えば、Siメタル、Si基合金、Si酸化物、およびSi/C複合材料からなる群より選択される少なくとも1種を含んでいてもよい。
[炭素系負極活物質]
負極活物質粒子は、例えば炭素系負極活物質を含んでいてもよい。負極活物質粒子は、例えば、実質的に炭素系負極活物質からなっていてもよい。炭素系負極活物質は、例えば、黒鉛、ソフトカーボン(易黒鉛化性炭素)およびハードカーボン(難黒鉛化性炭素)からなる群より選択される少なくとも1種を含んでいてもよい。
負極活物質粒子は、例えば合金系負極活物質および炭素系負極活物質の両方を含んでいてもよい。炭素系負極活物質は、合金系負極活物質に比して、例えばサイクル特性に優れる傾向がある。負極活物質粒子が合金系負極活物質および炭素系負極活物質の両方を含むことにより、例えば、エネルギー密度とサイクル特性との両立が期待される。合金系負極活物質と炭素系負極活物質との質量比は、例えば「合金系負極活物質/炭素系負極活物質=1/99~99/1」であってもよいし、「合金系負極活物質/炭素系負極活物質=1/99~30/70」であってもよいし、「合金系負極活物質/炭素系負極活物質=1/99~10/90」であってもよい。
負極活物質粒子は、例えばグラファイト(黒鉛)、ソフトカーボン、ハードカーボン、SiO、および金属Siからなる群より選択される少なくとも1種を含んでいてもよい。負極活物質粒子は、例えば実質的に球形化黒鉛粒子からなっていてもよい。球形化黒鉛粒子は、例えばピッチ系炭素材料等により被覆されていてもよい。
負極活物質層22は、負極活物質粒子に加えて、導電材およびバインダ等をさらに含んでいてもよい。導電材は任意の成分を含み得る。導電材は、例えばカーボンナノチューブ、カーボンブラック等を含んでいてもよい。
導電材の配合量は、100質量部の負極活物質粒子に対して、例えば0.1~10質量部であってもよい。バインダは任意の成分を含み得る。バインダは例えばカルボキシメチルセルロース(CMC)およびスチレンブタジエンゴム(SBR)からなる群より選択される少なくとも1種を含んでいてもよい。バインダの配合量は、100質量部の負極活物質粒子に対して、例えば0.1~10質量部であってもよい。
負極活物質粒子の表面は、好ましくは-R-Si-OH(RはSiまたはOを含む)で表される構造、-R-Si(-O-)構造(Rは炭素原子数2~6の飽和炭化水素基を表す)および下記式(2):
Figure 2022166385000004
[式中、a=1~4、b=3~7、c=2~6、d=4~12を表す]
で表される構造からなる群から選択される少なくとも1つの構造を有する。
[セパレータ]
セパレータ30の少なくとも一部は、正極10と負極20との間に介在している。セパレータ30は、正極10と負極20とを分離している。セパレータ30は、例えば10μmから30μmの厚さを有していてもよい。
セパレータ30は多孔質である。セパレータ30は電解液を透過する。セパレータ30は、例えば200s/100mLから400s/100mLの透気度を有していてもよい。本明細書における「透気度」は、「JIS P8117:2009」に規定される「透気抵抗度(air resistance)」を示す。透気度はガーレー試験法により測定される。
セパレータ30は電気絶縁性である。セパレータ30は、例えばポリオレフィン系樹脂を含んでいてもよい。セパレータ30は、例えば、実質的にポリオレフィン系樹脂からなっていてもよい。ポリオレフィン系樹脂は、例えばポリエチレン(PE)およびポリプロピレン(PP)からなる群より選択される少なくとも1種を含んでいてもよい。セパレータ30は、例えば単層構造を有していてもよい。セパレータ30は、例えば、実質的にPE層からなっていてもよい。セパレータ30は、例えば多層構造を有していてもよい。セパレータ30は、例えば、PP層とPE層とPP層とがこの順に積層されることにより形成されていてもよい。セパレータ30の表面に、例えば耐熱層等が形成されていてもよい。
以下、本開示の実施例(以下「本実施例」とも記される。)が説明される。ただし以下の説明は、本開示の範囲を限定しない。例中の「%」及び「部」は、特記のない限り、質量%及び質量部である。
<非水電解質二次電池の製造>
以下のようにNo.1~No.25に係る評価電池(非水電解質二次電池)が製造された。
(正極の準備)
下記材料が準備された。
正極活物質:Li(NiCoMn)O2
導電材:アセチレンブラック
バインダ:PVdF
分散媒:N-メチル-2-ピロリドン
正極基材:Al箔
正極活物質と導電材とバインダと分散媒とが混合されることにより、正極合材スラリーが調製された。固形分の質量比は「正極活物質/導電材/バインダ=87/10/3」であった。正極合材スラリーが正極基材の表面に塗布されることにより正極合材層が形成された。正極合材層が圧縮された。以上より正極が準備された。
(負極の準備)
下記材料が準備された。
合金系負極活物質:SiO(D50=15μm、x=0~2)
炭素系負極活物質:グラファイト(D50=20μm)
バインダ:CMC、SBR
分散媒:水
負極基材:Cu箔
第1添加剤:表1に示す。
第2添加剤:表2に示す。
合金系負極活物質と、炭素系負極活物質とが所定の質量比で混合されることにより、負極活物質(混合粉体)が調製された。
負極活物質とバインダと分散媒と、添加される場合には第1添加剤と第2添加剤とが混合されることにより、負極スラリーが調製された。負極スラリーが負極基材の表面に塗布され、乾燥されることにより、負極活物質層が形成された。負極活物質層が圧縮されることにより、負極原反が製造された。負極原反が所定のサイズに切断されることにより、負極が準備された。
(電解液)
電解液が調製された。電解液は下記成分を含んでいた。電解液における第1添加剤および第2添加剤の種類、添加量および電解液中質量分率は下記表1に示される。添加量は電池への注液前の電解液組成を示しており、電解液中質量分率は活性化処理後の含有量を示している。 溶媒:「FEC/EMC=3/7(体積比)」
支持電解質:LiPF6(モル濃度=1.0mоl/L)
第1添加剤:表1に示す。
第2添加剤:表2に示す。
表1に示すシラン化合物1A~1Dは、上記式(1-1)で表される構造を有し、式中のa、b、c、dは以下の数である。
シラン化合物1A:(a,b,c,d)=(1,3,2,4)
シラン化合物1B:(a,b,c,d)=(1,3,6,12)
シラン化合物1C:(a,b,c,d)=(2,5,2,4)
シラン化合物1D:(a,b,c,d)=(2,5,6,12)
表1に示すシラン化合物2A~2Dは、上記式(1-2)で表される構造を有し、式中のa、b、c、dは以下の数である。
シラン化合物2A:(a,b,c,d)=(1,3,2,4)
シラン化合物2B:(a,b,c,d)=(1,3,6,12)
シラン化合物2C:(a,b,c,d)=(2,5,2,4)
シラン化合物2D:(a,b,c,d)=(2,5,6,12)
表1に示す添加剤1~4は以下の化合物および化合物の混合物である。
添加剤1:トリメトキシシリルプロピルアニリン
添加剤2:トリアルコキシビニルシラン
添加剤3:トリエチルシラノール[ヒドロキシトリエチルシランまたはトリエチル(ヒドロキシ)シランとも称される]
添加剤4:エチレンジオキシビス(トリメチルシラン)[1,2-ビス(トリメチルシリルオキシ)エタンまたはエチレングリコールビス(トリメチルシリルエーテル)とも称される]
溶媒と、支持電解質と、添加される場合には第1添加剤と第2添加剤とが所定の質量比で混合されることにより、電解液が調製された。
(組み立て)
セパレータが準備された。セパレータは3層構造を有していた。3層構造はPP層とPE層とPP層とからなっていた。セパレータは200s/100mLの透気度を有していた。
セパレータを挟んで正極と負極とが対向するように、正極とセパレータと負極とが積層された。これにより電極体が形成された。外装体が準備された。外装体はAlラミネートフィルム製のパウチであった。外装体に電極体が収納された。外装体に電解液が注入された。外装体が密封された。以上より評価電池が組み立てられた。
(活性化処理)
25℃に設定された恒温槽内において、0.3Cの定電流方式充電により、評価電池が4.2Vまで充電された。次いで、0.3Cの定電流方式放電により、評価電池が3Vまで放電された。該充電と放電との一巡が3回繰り返された。なお「C」は電流の時間率を表す記号である。1Cの電流は、評価電池の設計容量が1時間で放電されるように定義される。
(初期容量の測定)
活性化処理後、定電流-定電圧方式充電により評価電池が満充電状態にされた。定電流充電時の電流は0.3Cであった。定電圧充電時の電圧は4.2Vであった。定電圧充電は、電流が0.05Cまで減衰した時点で終了された。次いで、0.3Cの定電流方式放電により、評価電池が3.0Vまで放電されることにより、初期の容量(放電容量)が測定された。
<評価>
(初期直流抵抗)
評価電池の電圧が3.7Vに調整された。25℃に設定された恒温槽内において、0.5Cの電流により、評価電池が30秒間放電された。放電開始から10秒経過時の電圧降下量が測定された。電圧降下量と放電電流とから、直流抵抗が算出された。
(劣化後容量維持率及び劣化後抵抗増加率)
25℃に設定された恒温槽内において、充放電サイクルが1000回繰り返された。1サイクルは、下記「充電→第1休止→放電→第2休止」の一巡を示す。初期の容量と同一条件で1サイクル目と1000サイクル目の放電容量が測定された。また、初期直流抵抗の測定と同様にして1サイクル目と1000サイクル目の直流抵抗が測定された。1000サイクル目の放電容量が、1サイクル目の放電容量で除されることにより、劣化後容量維持率が算出された。1000サイクル目の直流抵抗が、1サイクル目の直流抵抗で除されることにより、劣化後抵抗増加率が算出された。結果を表1に示す。
充電:定電流方式、電流=0.3It、終止電圧=4.2V
第1休止:10分
放電:定電流方式、電流=0.3It、終止電圧=3.0V
第2休止:10分
Figure 2022166385000005
表1に示されるとおり、No.1~8の評価電池は、劣化後も容量維持率が高く、抵抗増加率が小さかった。
<付記>
本明細書は「非水電解質二次電池の製造方法」も開示している。
本開示の非水電解質二次電池の製造方法は、下記(a)~(c)を含む。
(a) シラン化合物と、溶媒と、支持電解質とを混合することにより、電解液を調製する。
(b) 負極および正極を含む電極体を形成する。
(c) 電極体に電解液を含浸することにより、電池を製造する。
シラン化合物は、シラン化合物は2以上のトリアルコキシシリル基を有する。
本実施形態および本実施例は、全ての点で例示である。本実施形態および本実施例は、制限的ではない。本開示の範囲は、特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内における全ての変更を包含する。例えば、本実施形態および本実施例から、任意の構成が抽出され、それらが任意に組み合わされることも、当初から予定されている。本実施形態および本実施例に複数の作用効果が記載されている場合、本開示の範囲は、全ての作用効果を奏する範囲に限定されない。
10 正極、11 正極基材、12 正極活物質層、20 負極、21 負極基材、22 負極活物質層、30 セパレータ、50 電極体、71 正極集電部材、72 負極集電部材、81 正極端子、82 負極端子、90 外装体、91 封口板、92 外装缶、100 電池(非水電解質二次電池)。

Claims (9)

  1. 2以上のトリアルコキシシリル基を有するシラン化合物を含む、非水電解質二次電池用電解液。
  2. 前記トリアルコキシシリル基は、トリメトキシシリル基、トリエトキシシリル基及びトリプロポキシシリル基からなる群から選択される1種である、請求項1に記載の非水電解質二次電池用電解液。
  3. 前記シラン化合物は、炭素原子数2~6の飽和炭化水素基をさらに有する、請求項1又は2に記載の非水電解質二次電池用電解液。
  4. 前記シラン化合物は、下記式(1):
    Figure 2022166385000006

    [式中、a=1~4、b=3~7、c=2~6、d=4~12、n=1又は2を表す]
    で表される、請求項1~3のいずれか一項に記載の非水電解質二次電池用電解液。
  5. 下記式(1-1):
    Figure 2022166385000007

    [式中、a=1~4、b=3~7、c=2~6、d=4~12を表す]
    で表される化合物と、
    下記式(1-2):
    Figure 2022166385000008

    [式中、a=1~4、b=3~7、c=2~6、d=4~12を表す]
    で表される化合物と、
    を含む、請求項1~4のいずれか一項に記載の非水電解質二次電池用電解液。
  6. 前記シラン化合物の前記電解液中の濃度は1×10~1×10ppmである、請求項1~5のいずれか一項に記載の非水電解質二次電池用電解液。
  7. 請求項1~6のいずれか一項に記載の非水電解質二次電池用電解液と、正極と、負極とを含む、非水電解質二次電池。
  8. 前記負極は、合金系負極活物質を含有する負極活物質粒子を含む、請求項7に記載の非水電解質二次電池。
  9. 前記負極活物質粒子の表面は、SiまたはOを含む構造を有する、請求項8に記載の非水電解質二次電池。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022179805A (ja) * 2020-04-27 2022-12-02 株式会社三洋物産 遊技機

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008044934A (ja) * 2006-08-16 2008-02-28 Samsung Sdi Co Ltd シラン化合物、それを採用した有機電解液及びリチウム電池
JP2020155253A (ja) * 2019-03-19 2020-09-24 三菱ケミカル株式会社 非水系電解液二次電池
WO2021153395A1 (ja) * 2020-01-30 2021-08-05 パナソニックIpマネジメント株式会社 非水電解液用添加剤およびこれを含む非水電解液ならびに非水電解液二次電池

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11817578B2 (en) * 2019-06-05 2023-11-14 Enevate Corporation Silicon-based energy storage devices with silyl amine compounds or derivatives of silyl amine containing electrolyte additives
JP5604162B2 (ja) 2010-04-14 2014-10-08 株式会社デンソー 二次電池用非水電解液及び該電解液を用いた非水電解液二次電池
US20180287140A1 (en) 2015-09-24 2018-10-04 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Negative electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary batteries and negative electrode
CN112640182A (zh) * 2018-09-14 2021-04-09 旭化成株式会社 非水系电解液及非水系二次电池
JP7247861B2 (ja) 2019-10-30 2023-03-29 三菱電機株式会社 表示ユニット、表示装置および道路情報表示装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008044934A (ja) * 2006-08-16 2008-02-28 Samsung Sdi Co Ltd シラン化合物、それを採用した有機電解液及びリチウム電池
JP2020155253A (ja) * 2019-03-19 2020-09-24 三菱ケミカル株式会社 非水系電解液二次電池
WO2021153395A1 (ja) * 2020-01-30 2021-08-05 パナソニックIpマネジメント株式会社 非水電解液用添加剤およびこれを含む非水電解液ならびに非水電解液二次電池

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022179805A (ja) * 2020-04-27 2022-12-02 株式会社三洋物産 遊技機

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