JP2024032969A - Electrochemical and electronic devices - Google Patents
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Abstract
【課題】高いレート特性と良好な安全性とを両立させる電気化学装置及び電子装置を提供することにある。【解決手段】本発明の一態様において、正極、負極及び電解液を含む電気化学装置であって、負極は、負極集電体と、負極集電体上に形成されている負極合剤層とを含み、負極合剤層は、負極活物質を含み、負極合剤層の降伏点伸びをX%とし、負極活物質のメディアン径をYμmとすると、XとYとは、0.1≦X/Y≦30を満たし、電解液は、シアノ基を有する化合物を含み、シアノ基を有する化合物は、ジニトリル化合物及びエーテル結合を有するトリニトリル化合物を含み、電解液の重量に対して、ジニトリル化合物の含有量がエーテル結合を有するトリニトリル化合物の含有量より多い、電気化学装置。【選択図】なしAn object of the present invention is to provide an electrochemical device and an electronic device that achieve both high rate characteristics and good safety. In one aspect of the present invention, an electrochemical device includes a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte, wherein the negative electrode includes a negative electrode current collector and a negative electrode mixture layer formed on the negative electrode current collector. , the negative electrode mixture layer contains a negative electrode active material, the yield point elongation of the negative electrode mixture layer is X%, the median diameter of the negative electrode active material is Yμm, and X and Y are 0.1≦X. /Y≦30, the electrolytic solution contains a compound having a cyano group, the compound having a cyano group contains a dinitrile compound and a trinitrile compound having an ether bond, and the content of the dinitrile compound is based on the weight of the electrolytic solution. An electrochemical device in which the amount is greater than the content of a trinitrile compound having an ether bond. [Selection diagram] None
Description
本発明は、エネルギー貯蔵分野に関し、具体的には、電気化学装置及び電子装置、特にリチウムイオン電池に関する。 FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to the field of energy storage, and specifically to electrochemical and electronic devices, particularly lithium ion batteries.
技術の発展に伴い、電気化学装置(例えば、リチウムイオン電池)は、生活及び生産のさまざまな分野で広く適用されている。リチウムイオン電池は、高エネルギー密度、長サイクル寿命、環境にやさしいなどの利点を備える。しかしながら、リチウムイオン電池は、使用中に、例えば航続距離、コスト、充電性能、安全性能、登坂性能などの多くの挑戦にも直面している。リチウムイオン電池のレート特性を向上するのは、通常、リチウムイオン電池の昇温を招来し、その安全性が下がる。 With the development of technology, electrochemical devices (eg, lithium ion batteries) have been widely applied in various fields of life and production. Lithium-ion batteries have advantages such as high energy density, long cycle life, and environmental friendliness. However, lithium-ion batteries also face many challenges during use, such as range, cost, charging performance, safety performance, and hill climbing performance. Improving the rate characteristics of a lithium ion battery usually results in an increase in the temperature of the lithium ion battery, reducing its safety.
これに鑑みて、高いレート特性と良好な安全性とを両立させる電気化学装置及び電子装置を提供する必要がある。 In view of this, there is a need to provide electrochemical devices and electronic devices that have both high rate characteristics and good safety.
本発明の実施例は、改良されたレート特性及び安全性能を持つ電気化学装置及び電子装置を提供することにより、少なくともある程度で、関連分野における少なくとも一つの問題を解決しようとする。 Embodiments of the present invention seek to solve, at least in part, at least one problem in the related art by providing electrochemical and electronic devices with improved rate characteristics and safety performance.
本発明では、正極、負極及び電解液を含む電気化学装置であって、前記負極は、負極集電体と、前記負極集電体上に形成されている負極合剤層とを含み、前記負極合剤層は、負極活物質を含み、前記負極合剤層の降伏点伸びをX%とし、前記負極活物質のメディアン径をYμmとすると、XとYとは、0.1≦X/Y≦30を満たし、前記電解液は、シアノ基を有する化合物を含む、電気化学装置を提供する。 The present invention provides an electrochemical device including a positive electrode, a negative electrode, and an electrolytic solution, wherein the negative electrode includes a negative electrode current collector and a negative electrode mixture layer formed on the negative electrode current collector; The mixture layer contains a negative electrode active material, and if the yield point elongation of the negative electrode mixture layer is X% and the median diameter of the negative electrode active material is Yμm, then X and Y are 0.1≦X/Y. ≦30, and the electrolytic solution contains a compound having a cyano group.
本発明の実施例によれば、Xは、10~30の範囲内にあり、Yは、1~50の範囲内にある。 According to an embodiment of the invention, X is in the range 10-30 and Y is in the range 1-50.
本発明の実施例によれば、前記電解液の重量に対して前記シアノ基を有する化合物の含有量がZ%であり、Zは、0.1~10の範囲内にある。 According to an embodiment of the present invention, the content of the compound having a cyano group is Z% based on the weight of the electrolytic solution, and Z is in the range of 0.1 to 10.
本発明の実施例によれば、XとZとは、2≦X/Z≦100を満たす。 According to an embodiment of the present invention, X and Z satisfy 2≦X/Z≦100.
本発明の実施例によれば、前記負極合剤層は、ゴムを含み、前記ゴムは、スチレン-ブタジエンゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、フルオロゴム、アクリロニトリル-ブタジエンゴム、スチレン-プロピレンゴムの少なくとも一種を含む。 According to an embodiment of the present invention, the negative electrode mixture layer includes rubber, and the rubber is at least one of styrene-butadiene rubber, isoprene rubber, butadiene rubber, fluoro rubber, acrylonitrile-butadiene rubber, and styrene-propylene rubber. including.
本発明の実施例によれば、前記ゴムは、アクリル酸官能基、クロロトリフルオロエチレン官能基、ヘキサフルオロプロピレン官能基の少なくとも一種をさらに含む。 According to an embodiment of the present invention, the rubber further includes at least one of an acrylic acid functional group, a chlorotrifluoroethylene functional group, and a hexafluoropropylene functional group.
本発明の実施例によれば、前記負極活物質は、
(i):人造黒鉛、天然黒鉛、メソカーボンマイクロビーズ、ソフトカーボン、ハードカーボン、アモルファスカーボン、シリコン含有材料、スズ含有材料、合金材料の少なくとも一種を含むこと;
(ii):金属を含み、前記金属がモリブデン、鉄または銅の少なくとも一種を含み、且つ、前記負極合剤層の重量に対して、前記金属の含有量が0.05%以下であること。
の少なくとも一つを満たす。
According to an embodiment of the present invention, the negative electrode active material is:
(i): Contains at least one of artificial graphite, natural graphite, mesocarbon microbeads, soft carbon, hard carbon, amorphous carbon, silicon-containing material, tin-containing material, and alloy material;
(ii): Contains a metal, the metal includes at least one of molybdenum, iron, or copper, and the content of the metal is 0.05% or less with respect to the weight of the negative electrode mixture layer.
satisfies at least one of the following.
本発明の実施例によれば、前記シアノ基を有する化合物は、スクシノニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、1,5-ジシアノペンタン、1,6-ジシアノヘキサン、テトラメチルスクシノニトリル、2-メチルグルタロニトリル、2,4-ジメチルグルタロニトリル、2,2,4,4-テトラメチルグルタロニトリル、1,4-ジシアノペンタン、1,2-ジシアノベンゼン、1,3-ジシアノベンゼン、1,4-ジシアノベンゼン、エチレングリコールビス(プロピオニトリル)エーテル、3,5-ジオキサ-ピメロニトリル、1,4-ビス(シアノエトキシ)ブタン、ジエチレングリコールビス(2-シアノエチル)エーテル、トリエチレングリコールビス(2-シアノエチル)エーテル、テトラエチレングリコールビス(2-シアノエチル)エーテル、1,3-ビス(2-シアノエトキシ)プロパン、1,4-ビス(2-シアノエトキシ)ブタン、1,5-ビス(2-シアノエトキシ)ペンタン、エチレングリコールビス(4-シアノブチル)エーテル、1,4-ジシアノ-2-ブテン、1,4-ジシアノ-2-メチル-2-ブテン、1,4-ジシアノ-2-エチル-2-ブテン、1,4-ジシアノ-2,3-ジメチル-2-ブテン、1,4-ジシアノ-2,3-ジエチル-2-ブテン、1,6-ジシアノ-3-ヘキセン、1,6-ジシアノ-2-メチル-3-ヘキセン、1,3,5-ペンタントリカルボニトリル、1,2,3-プロパントリカルボニトリル、1,3,6-ヘキサントリカルボニトリル、1,2,6-ヘキサントリカルボニトリル、1,2,3-トリス(2-シアノエトキシ)プロパン、1,2,4-トリス(2-シアノエトキシ)ブタン、1,1,1-トリス(シアノエトキシメチレン)エタン、1,1,1-トリス(シアノエトキシメチレン)プロパン、3-メチル-1,3,5-トリス(シアノエトキシ)ペンタン、1,2,7-トリス(シアノエトキシ)ヘプタン、1,2,6-トリス(シアノエトキシ)ヘキサンまたは1,2,5-トリス(シアノエトキシ)ペンタンの少なくとも一種を含む。 According to an embodiment of the present invention, the compound having a cyano group includes succinonitrile, glutaronitrile, adiponitrile, 1,5-dicyanopentane, 1,6-dicyanohexane, tetramethylsuccinonitrile, 2-methyl Glutaronitrile, 2,4-dimethylglutaronitrile, 2,2,4,4-tetramethylglutaronitrile, 1,4-dicyanopentane, 1,2-dicyanobenzene, 1,3-dicyanobenzene, 1, 4-dicyanobenzene, ethylene glycol bis(propionitrile) ether, 3,5-dioxa-pimeronitrile, 1,4-bis(cyanoethoxy)butane, diethylene glycol bis(2-cyanoethyl) ether, triethylene glycol bis(2- cyanoethyl) ether, tetraethylene glycol bis(2-cyanoethyl)ether, 1,3-bis(2-cyanoethoxy)propane, 1,4-bis(2-cyanoethoxy)butane, 1,5-bis(2-cyanoethyl)ether ethoxy)pentane, ethylene glycol bis(4-cyanobutyl) ether, 1,4-dicyano-2-butene, 1,4-dicyano-2-methyl-2-butene, 1,4-dicyano-2-ethyl-2- Butene, 1,4-dicyano-2,3-dimethyl-2-butene, 1,4-dicyano-2,3-diethyl-2-butene, 1,6-dicyano-3-hexene, 1,6-dicyano- 2-Methyl-3-hexene, 1,3,5-pentane tricarbonitrile, 1,2,3-propane tricarbonitrile, 1,3,6-hexane tricarbonitrile, 1,2,6-hexane tricarbonitrile Nitrile, 1,2,3-tris(2-cyanoethoxy)propane, 1,2,4-tris(2-cyanoethoxy)butane, 1,1,1-tris(cyanoethoxymethylene)ethane, 1,1, 1-tris(cyanoethoxymethylene)propane, 3-methyl-1,3,5-tris(cyanoethoxy)pentane, 1,2,7-tris(cyanoethoxy)heptane, 1,2,6-tris(cyanoethoxy) ) Hexane or 1,2,5-tris(cyanoethoxy)pentane.
本発明の実施例によれば、前記シアノ基を有する化合物は、エーテル結合を含まないジニトリル化合物及びエーテル結合を含むジニトリル化合物を含有し、前記エーテル結合を含まないジニトリル化合物の含有量が前記エーテル結合を含むジニトリル化合物の含有量より多い。 According to an embodiment of the present invention, the compound having a cyano group contains a dinitrile compound containing no ether bond and a dinitrile compound containing an ether bond, and the content of the dinitrile compound containing no ether bond is greater than the ether bond. higher than the content of dinitrile compounds containing.
本発明の実施例によれば、前記シアノ基を有する化合物は、ジニトリル化合物及びトリニトリル化合物を含み、前記ジニトリル化合物の含有量がトリニトリル化合物の含有量より多い。 According to an embodiment of the present invention, the compound having a cyano group includes a dinitrile compound and a trinitrile compound, and the content of the dinitrile compound is greater than the content of the trinitrile compound.
本発明の実施例によれば、前記シアノ基を有する化合物は、ジニトリル化合物及びエーテル結合を有するトリニトリル化合物を含み、前記ジニトリル化合物の含有量がエーテル結合を有するトリニトリル化合物の含有量より多い。 According to an embodiment of the present invention, the compound having a cyano group includes a dinitrile compound and a trinitrile compound having an ether bond, and the content of the dinitrile compound is greater than the content of the trinitrile compound having an ether bond.
本発明の実施例によれば、前記電解液は、
a)フルオロエチレンカーボネート、
b)硫黄-酸素二重結合を含有する化合物、
c)ジフルオロリン酸リチウム、
d)式1で示される化合物
の少なくとも一種をさらに含み、
R1、R2、R3、R4、R5及びR6は、それぞれ独立して、水素またはC1~C10アルキル基であり、
L1及びL2は、それぞれ独立して、-(CR7R8)n-であり、
R7及びR8は、それぞれ独立して、水素またはC1~C10アルキル基であり、及び、
nは、1、2または3である。
According to an embodiment of the invention, the electrolyte is:
a) fluoroethylene carbonate,
b) a compound containing a sulfur-oxygen double bond,
c) lithium difluorophosphate,
d) further comprises at least one compound represented by formula 1;
R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 and R 6 are each independently hydrogen or a C 1 -C 10 alkyl group,
L 1 and L 2 are each independently -(CR 7 R 8 ) n -,
R 7 and R 8 are each independently hydrogen or a C 1 -C 10 alkyl group, and
n is 1, 2 or 3.
本発明の実施例によれば、前記式1で示される化合物は、
本発明の実施例によれば、前記電解液の重量に対して、前記式1で示される化合物の含有量は、0.01%~5%の範囲内にある。 According to an embodiment of the present invention, the content of the compound represented by Formula 1 is within the range of 0.01% to 5% based on the weight of the electrolytic solution.
本発明の実施例によれば、前記電解液の重量に対して前記フルオロエチレンカーボネートの含有量がb%であり、bは0.1~10の範囲内にある。 According to an embodiment of the present invention, the content of the fluoroethylene carbonate is b% based on the weight of the electrolytic solution, and b is in the range of 0.1 to 10.
本発明の実施例によれば、Yとbとは、4≦Y×b≦200を満たす。 According to the embodiment of the present invention, Y and b satisfy 4≦Y×b≦200.
本発明の更なる一態様において、本発明は、本発明に記載された電気化学装置を含む電子装置を提供する。 In a further aspect of the invention, the invention provides an electronic device comprising an electrochemical device as described in the invention.
本発明の実施例の他の態様及び利点について、一部的に以下で説明され、示され、または本発明の実施例の実施を通じて説明される。 Other aspects and advantages of embodiments of the invention are described, shown in part, below, or may be explained through practice of embodiments of the invention.
以下、本発明の実施例を詳細に説明する。本発明の実施例は、本発明を限定するものとして解釈されるべきではない。 Examples of the present invention will be described in detail below. The examples of the invention should not be construed as limiting the invention.
本明細書で使用されている下記した用語は、別に断らない限り、以下に示される意味を持つ。 As used herein, the terms listed below have the meanings indicated below, unless otherwise specified.
発明を実施するための形態及び請求の範囲において、「少なくとも一つ」という用語によって接続された項のリストは、リストされた項の任意の組み合わせを意味することができる。例えば、項A及びBがリストされている場合、「A及びBの少なくとも一つ」という短句は、Aのみ、Bのみ、またはA及びBを意味する。他の実例では、項A、B、及びCがリストされている場合、「A、B、及びCの少なくとも一つ」という短句は、Aのみ、Bのみ、Cのみ、A及びB(Cを除く)、A及びC(Bを除く)、B及びC(Aを除く)、またはA、B、及びCのすべてを意味する。項Aは、単一の要素または複数の要素を含んでいてもよい。項Bは、単一の要素または複数の要素を含んでいてもよい。項Cは、単一の要素または複数の要素を含んでいてもよい。「少なくとも一種」という用語は、「少なくとも一つ」という用語と同様な意味を持つ。 In the detailed description and claims, a list of terms connected by the term "at least one" can mean any combination of the listed terms. For example, if terms A and B are listed, the short phrase "at least one of A and B" means A only, B only, or A and B. In other instances, if the terms A, B, and C are listed, the short phrase "at least one of A, B, and C" would mean A only, B only, C only, A and B(C ), A and C (excluding B), B and C (excluding A), or all of A, B, and C. Term A may include a single element or multiple elements. Term B may include a single element or multiple elements. Term C may include a single element or multiple elements. The term "at least one" has the same meaning as the term "at least one."
本明細書で使用されているように、「アルキル基」という用語は、1~20個の炭素原子を有する直鎖の飽和炭化水素構造と予期される。「アルキル基」は、3~20個の炭素原子を有する分岐鎖又は環状の炭化水素構造とも予期される。具体的な炭素数を有するアルキル基が指定された場合、このような炭素数を有する全ての幾何異性体を含むことと予期される。従って、例えば、「ブチル基」は、n-ブチル基、s-ブチル基、イソブチル基、t-ブチル基及びシクロブチル基を含むことを意味する。「プロピル基」は、n-プロピル基、イソプロピル基、およびシクロプロピル基を含む。アルキル基の実例は、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、シクロプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、s-ブチル基、t-ブチル基、シクロブチル基、n-ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、シクロペンチル基、メチルシクロペンチル基、エチルシクロペンチル基、n-ヘキシル基、イソヘキシル基、シクロヘキシル基、n-ヘプチル基、オクチル基、シクロプロピル基、シクロブチル基、ノルボルニル基などを含むが、これらに限定されない。 As used herein, the term "alkyl group" contemplates a straight chain saturated hydrocarbon structure having from 1 to 20 carbon atoms. "Alkyl group" is also contemplated as a branched or cyclic hydrocarbon structure having from 3 to 20 carbon atoms. When an alkyl group is specified having a specific number of carbon atoms, it is expected to include all geometric isomers having such number of carbon atoms. Thus, for example, "butyl" is meant to include n-butyl, s-butyl, isobutyl, t-butyl and cyclobutyl. "Propyl group" includes n-propyl group, isopropyl group, and cyclopropyl group. Examples of alkyl groups include methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, cyclopropyl group, n-butyl group, isobutyl group, s-butyl group, t-butyl group, cyclobutyl group, n-pentyl group, Includes isopentyl group, neopentyl group, cyclopentyl group, methylcyclopentyl group, ethylcyclopentyl group, n-hexyl group, isohexyl group, cyclohexyl group, n-heptyl group, octyl group, cyclopropyl group, cyclobutyl group, norbornyl group, etc. Not limited to these.
本明細書で使用されているように、「ハロゲン化」という用語は、基における水素原子の一部または全部がハロゲン原子(例えば、フッ素、塩素、臭素またはヨウ素)で置換されることを意味する。 As used herein, the term "halogenated" means that some or all of the hydrogen atoms in a group are replaced with halogen atoms (e.g., fluorine, chlorine, bromine or iodine). .
電気化学装置(例えば、リチウムイオン電池)の汎用に伴い、そのレート特性及び安全性能などを含む性能に対する要求がより高くなっている。しかし、レート特性と安全性能とを両立させることは、通常、困難である。正極または負極の活物質の選択、電解液の組成及び電池デザインの最適化などの手段により、リチウムイオン電池のレート特性の改善に寄与するが、リチウムイオン電池は、高いレートで放電する時、大量の熱が発生しやすいため、リチウムイオン電池の安全性に悪影響を及ぼす。 As electrochemical devices (eg, lithium ion batteries) become more widely used, demands on their performance, including rate characteristics and safety performance, are becoming higher. However, it is usually difficult to achieve both rate characteristics and safety performance. Measures such as selecting the active material for the positive or negative electrode, optimizing the composition of the electrolyte, and optimizing the battery design can contribute to improving the rate characteristics of lithium-ion batteries. This has a negative impact on the safety of lithium-ion batteries as they tend to generate heat.
上記した課題を解決するために、本発明は、負極合剤層の降伏点伸びと負極活物質のメディアン径(D50)との関係を調節してシアノ基を有する化合物を含む電解液を組合わせて用いることにより、電気化学装置の内部抵抗を低減させ、粘着力を増強させ、導電性を向上させ、タップ密度を増加させて、電気化学装置のレート特性を著しく向上させると共に、電気化学装置の熱乱用(Thermal abuse)での厚さ膨張率を低減させ、その安全性能を改善させる。 In order to solve the above problems, the present invention combines an electrolytic solution containing a compound having a cyano group by adjusting the relationship between the yield point elongation of the negative electrode mixture layer and the median diameter (D50) of the negative electrode active material. By using it as It reduces the thickness expansion rate under thermal abuse and improves its safety performance.
ある実施例において、本発明は、下記のような正極と、負極と、電解液とを含む電気化学装置を提供する。 In certain embodiments, the present invention provides an electrochemical device that includes a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte as described below.
I、負極
負極は、負極集電体と前記負極集電体の一つまたは二つの表面に形成されている負極合剤層とを含み、前記負極合剤層が負極活物質を含む。
I, negative electrode
The negative electrode includes a negative electrode current collector and a negative electrode mixture layer formed on one or two surfaces of the negative electrode current collector, and the negative electrode mixture layer includes a negative electrode active material.
本発明の電気化学装置は、前記負極合剤層の降伏点伸びX%と負極活物質のD50Yμmが0.1≦X/Y≦30を満たすことを一つの特徴とする。ある実施例において、0.5≦X/Y≦25を満たす。ある実施例において、1≦X/Y≦20を満たす。ある実施例において、3≦X/Y≦15を満たす。ある実施例において、X/Yは、0.1、0.5、1、2、5、8、10、12、15、18、20、25、30であり、或いは上記した任意の二つの値で構成される範囲内にある。負極合剤層の降伏点伸びX%と負極活物質のD50Yμmとが上記した関係を満たすと、電気化学装置のレート特性及び安全性能を著しく向上させることができる。 One feature of the electrochemical device of the present invention is that the yield point elongation X% of the negative electrode mixture layer and D50Yμm of the negative electrode active material satisfy 0.1≦X/Y≦30. In one embodiment, 0.5≦X/Y≦25 is satisfied. In some embodiments, 1≦X/Y≦20 is satisfied. In some embodiments, 3≦X/Y≦15 is satisfied. In some embodiments, X/Y is 0.1, 0.5, 1, 2, 5, 8, 10, 12, 15, 18, 20, 25, 30, or any two values listed above. It is within the range consisting of. When the yield point elongation X% of the negative electrode mixture layer and the D50Yμm of the negative electrode active material satisfy the above relationship, the rate characteristics and safety performance of the electrochemical device can be significantly improved.
負極合剤層が引っ張られた場合、引張力が弾性変形の限界を超えると、引っ張り続ければ負極合剤層が塑性変形し、負極合剤層が弾性変形から塑性変形に切り替わる境界点は、「降伏点」である。負極合剤層の降伏点伸びは、(負極合剤層が降伏点まで伸びた長さ-負極合剤層の元の長さ)/負極合剤層の元の長さ×100%で表しうる。 When the negative electrode mixture layer is pulled, if the tensile force exceeds the limit of elastic deformation, the negative electrode mixture layer will be plastically deformed if the pulling continues, and the boundary point at which the negative electrode mixture layer switches from elastic deformation to plastic deformation is `` "Yield Point." The yield point elongation of the negative electrode mixture layer can be expressed as (length of extension of the negative electrode mixture layer to the yield point - original length of the negative electrode mixture layer)/original length of the negative electrode mixture layer x 100%. .
負極合剤層の降伏点伸びは、以下の方法で測定しうる。厚さ50μmのポリエチレンテレフタレート(PET)フイルムを両面テープの一つの接着面に貼り付け、負極合剤層を両面テープの他の接着面に貼り付ける。負極合剤層とPETフイルムとを一緒に負極集電体から剥離して、測定用サンプルを得る。長さ140mm、幅15mmの測定用サンプルを取り、それを引張試験機のチャック(位置決めのつかみ具)に固定し、負極合剤層における引張可能な部分の長さを100mmとする。室温環境(20℃±5℃)で、測定用サンプルを負極合剤層の厚さ方向とほぼ直交(厚さ方向と直交する方向±10°)する方向に引っ張る。負極合剤層が1mm伸びるごとに(1mm伸びる場合に伸びが1%であり、2mm伸びる場合に伸びが2%であるというふうに)、引張を中断し、4探針プローブ300を備える抵抗測定装置を用いて4端子法で負極合剤層の抵抗を3回測定して、平均値を取る。負極合剤層が破断するまで上記したステップを繰り返す。負極合剤層の伸びを横軸とし、負極合剤層の抵抗を縦軸とし、直交座標系を作成し、隣接する二つの測定点の間に抵抗値の差が0.1Ωを超える時に伸びの小さい測定点を「降伏点」として記録し、負極合剤層の降伏点伸びを記録する。複数の降伏点がある場合、対応する伸びが最も小さい降伏点伸びを負極合剤層の降伏点伸びとする。 The yield point elongation of the negative electrode mixture layer can be measured by the following method. A polyethylene terephthalate (PET) film with a thickness of 50 μm is attached to one adhesive surface of the double-sided tape, and a negative electrode mixture layer is attached to the other adhesive surface of the double-sided tape. The negative electrode mixture layer and the PET film are peeled together from the negative electrode current collector to obtain a measurement sample. A sample for measurement with a length of 140 mm and a width of 15 mm is taken and fixed to a chuck (positioning grip) of a tensile tester, and the length of the tensile portion of the negative electrode mixture layer is set to 100 mm. In a room temperature environment (20° C.±5° C.), the measurement sample is pulled in a direction substantially perpendicular to the thickness direction of the negative electrode mixture layer (±10° in a direction perpendicular to the thickness direction). Every time the negative electrode mixture layer stretches by 1 mm (if it stretches by 1 mm, the stretch is 1%, if it stretches by 2 mm, the stretch is 2%, etc.), the tension is interrupted and the resistance is measured using a four-probe probe 300. The resistance of the negative electrode mixture layer is measured three times using a four-terminal method using a device, and the average value is taken. The above steps are repeated until the negative electrode mixture layer is broken. A rectangular coordinate system is created with the elongation of the negative electrode mixture layer as the horizontal axis and the resistance of the negative electrode mixture layer as the vertical axis, and the elongation is determined when the difference in resistance value between two adjacent measurement points exceeds 0.1Ω. The measurement point with a small value is recorded as the "yield point", and the yield point elongation of the negative electrode mixture layer is recorded. When there are multiple yield points, the yield point elongation with the smallest corresponding elongation is determined as the yield point elongation of the negative electrode mixture layer.
1、負極合剤層
負極合剤層は、単層であってもよく、多層であってもよい。多層負極活物質における各層は、同一または異なる負極活物質を含んでもよい。負極活物質は、リチウムイオンなどの任意の金属イオンを可逆的に吸蔵及び放出可能な物質である。ある実施例において、充電中に負極へのリチウム金属の意図しない析出を防止するために、負極活物質の充電可能容量は、正極活物質の放電容量より大きいである。ある実施例において、負極合剤層の降伏点伸びは、10%~30%の範囲内にある。ある実施例において、負極合剤層の降伏点伸びは、15%~25%の範囲内にある。負極合剤層の降伏点伸びは、10%、12%、15%、18%、20%、22%、25%、28%、30%であり、或いは上記した任意の二つの値で構成される範囲内にある。負極合剤層の降伏点伸びが上記した範囲内にあると、電気化学装置のレート特性及び安全性能をさらに向上させることができる。
1. Negative electrode mixture layer
The negative electrode mixture layer may be a single layer or a multilayer. Each layer in a multilayer negative electrode active material may include the same or different negative electrode active materials. The negative electrode active material is a material that can reversibly insert and release arbitrary metal ions such as lithium ions. In some embodiments, the chargeable capacity of the negative electrode active material is greater than the discharge capacity of the positive electrode active material to prevent unintentional deposition of lithium metal onto the negative electrode during charging. In some embodiments, the yield point elongation of the negative electrode mixture layer is in the range of 10% to 30%. In some embodiments, the yield point elongation of the negative electrode mixture layer is in the range of 15% to 25%. The yield point elongation of the negative electrode mixture layer is 10%, 12%, 15%, 18%, 20%, 22%, 25%, 28%, 30%, or is composed of any two values listed above. within the range. When the yield point elongation of the negative electrode mixture layer is within the above range, the rate characteristics and safety performance of the electrochemical device can be further improved.
ある実施例において、負極活物質のメディアン径(D50)は、1μm~50μmの範囲内にある。ある実施例において、負極活物質のメディアン径(D50)は、3μm~40μmの範囲内にある。ある実施例において、負極活物質のメディアン径(D50)は、5μm~30μmの範囲内にある。ある実施例において、負極活物質のメディアン径(D50)は、10μm~20μmの範囲内にある。ある実施例において、負極活物質のメディアン径は、1μm、5μm、10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μmであり、或いは上記した任意の二つの値で構成される範囲内にある。負極活物質のメディアン径(D50)が上記した範囲内にあると、電気化学装置のレート特性及び安全性能をさらに向上させることができる。 In some embodiments, the median diameter (D50) of the negative electrode active material is in the range of 1 μm to 50 μm. In some embodiments, the median diameter (D50) of the negative electrode active material is in the range of 3 μm to 40 μm. In some embodiments, the median diameter (D50) of the negative electrode active material is in the range of 5 μm to 30 μm. In some embodiments, the median diameter (D50) of the negative electrode active material is in the range of 10 μm to 20 μm. In some embodiments, the median diameter of the negative electrode active material is 1 μm, 5 μm, 10 μm, 15 μm, 20 μm, 25 μm, 30 μm, 35 μm, 40 μm, 45 μm, 50 μm, or a range consisting of any two of the above values. It's within. When the median diameter (D50) of the negative electrode active material is within the above range, the rate characteristics and safety performance of the electrochemical device can be further improved.
負極活物質のメディアン径(D50)、以下のような方法で測定しうる。ポリオキシエチレン(20)ソルビタンモノラウレートの0.2%水溶液(約10mL)に炭素材料を分散させて、レーザ回折/散乱式粒度分布計(堀場製造所社製LA-700)によって測定する。 The median diameter (D50) of the negative electrode active material can be measured by the following method. A carbon material is dispersed in a 0.2% aqueous solution (about 10 mL) of polyoxyethylene (20) sorbitan monolaurate and measured using a laser diffraction/scattering particle size distribution analyzer (LA-700 manufactured by Horiba Ltd.).
ある実施例において、前記負極合剤層は、ゴムを含む。ゴムは、負極合剤層の界面安定性を効率的に改善させて、電気化学装置のレート特性及び安全性能を著しく改善させることができる。 In one embodiment, the negative electrode mixture layer contains rubber. Rubber can effectively improve the interfacial stability of the negative electrode mixture layer, thereby significantly improving the rate characteristics and safety performance of the electrochemical device.
ある実施例において、前記ゴムは、スチレン-ブタジエンゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、フルオロゴム、アクリロニトリル-ブタジエンゴム、スチレン-プロピレンゴムの少なくとも一種を含む。 In some embodiments, the rubber includes at least one of styrene-butadiene rubber, isoprene rubber, butadiene rubber, fluoro rubber, acrylonitrile-butadiene rubber, and styrene-propylene rubber.
ある実施例において、前記ゴムは、アクリル酸官能基、クロロトリフルオロエチレン官能基、ヘキサフルオロプロピレン官能基の少なくとも一種をさらに含む。 In some embodiments, the rubber further includes at least one of an acrylic acid functional group, a chlorotrifluoroethylene functional group, and a hexafluoropropylene functional group.
ある実施例において、前記負極合剤層の重量に対して、前記ゴムの含有量は、10%以下である。ある実施例において、前記負極合剤層の重量に対して、前記ゴムの含有量は、8%以下である。ある実施例において、前記負極合剤層の重量に対して、前記ゴムの含有量は、5%以下である。ある実施例において、前記負極合剤層の重量に対して、前記ゴムの含有量は、3%以下である。ある実施例において、前記負極合剤層の重量に対して、前記ゴムの含有量は、2%以下である。 In one embodiment, the content of the rubber is 10% or less based on the weight of the negative electrode mixture layer. In one embodiment, the content of the rubber is 8% or less based on the weight of the negative electrode mixture layer. In one embodiment, the content of the rubber is 5% or less based on the weight of the negative electrode mixture layer. In one embodiment, the content of the rubber is 3% or less based on the weight of the negative electrode mixture layer. In one embodiment, the content of the rubber is 2% or less based on the weight of the negative electrode mixture layer.
ある実施例において、前記負極活物質は、以下の(i)または(ii)の少なくとも一つを満たす。 In one embodiment, the negative electrode active material satisfies at least one of the following (i) or (ii).
(i)負極活物質の種類
ある実施例において、前記負極活物質は、人造黒鉛、天然黒鉛、メソカーボンマイクロビーズ、ソフトカーボン、ハードカーボン、アモルファスカーボン、シリコン含有材料、スズ含有材料、合金材料の少なくとも一種を含む。
(i) Type of negative electrode active material
In one embodiment, the negative electrode active material includes at least one of artificial graphite, natural graphite, mesocarbon microbeads, soft carbon, hard carbon, amorphous carbon, silicon-containing material, tin-containing material, and alloy material.
ある実施例において、前記負極活物質の形状は、繊維状、球状、粒状および鱗状を含むが、これらに限定されない。 In some embodiments, the shape of the negative electrode active material includes, but is not limited to, fibrous, spherical, granular, and scaly shapes.
ある実施例において、前記負極活物質は、炭素材料を含む。 In one embodiment, the negative electrode active material includes a carbon material.
ある実施例において、前記負極活物質は、5m2/g未満の比表面積を有する。ある実施例において、前記負極活物質は、3m2/g未満の比表面積を有する。ある実施例において、前記負極活物質は、1m2/g未満の比表面積を有する。ある実施例において、前記負極活物質は、0.1m2/g超の比表面積を有する。ある実施例において、前記負極活物質は、0.7m2/g超の比表面積を有する。ある実施例において、前記負極活物質は、0.5m2/g超の比表面積を有する。ある実施例において、前記負極活物質の比表面積は、上記した任意の二つの値で構成される範囲内にある。前記負極活物質の比表面積が上記した範囲内にあると、リチウムが電極の表面に析出することを抑制することができ、且つ負極と電解液との反応によるガスが生じることを抑制することができる。 In some embodiments, the negative active material has a specific surface area of less than 5 m 2 /g. In some embodiments, the negative active material has a specific surface area of less than 3 m 2 /g. In some embodiments, the negative active material has a specific surface area of less than 1 m 2 /g. In some embodiments, the negative active material has a specific surface area of greater than 0.1 m 2 /g. In some embodiments, the negative active material has a specific surface area of greater than 0.7 m 2 /g. In some embodiments, the negative active material has a specific surface area of more than 0.5 m 2 /g. In one embodiment, the specific surface area of the negative electrode active material is within a range comprised of any two values described above. When the specific surface area of the negative electrode active material is within the above range, it is possible to suppress the precipitation of lithium on the surface of the electrode, and also to suppress the generation of gas due to the reaction between the negative electrode and the electrolyte. can.
負極活物質の比表面積(BET)は、表面積計(大倉理研製全自動表面積測定装置)を用い、窒素ガスを流し、350℃で試料に対して15分間予備乾燥を行なった後、大気圧に対する窒素ガスの相対圧の値が0.3となるように正確に調整した窒素ヘリウム混合ガスを用い、ガス流動法による窒素吸着BET1点法によって測定しうる。 The specific surface area (BET) of the negative electrode active material is measured using a surface area meter (fully automatic surface area measurement device manufactured by Okura Riken). After pre-drying the sample at 350°C for 15 minutes with nitrogen gas flowing, It can be measured by a nitrogen adsorption BET one-point method using a gas flow method using a nitrogen-helium mixed gas that has been accurately adjusted so that the relative pressure of nitrogen gas is 0.3.
ある実施例において、学振法によるX線回折パターンに基づいて、前記負極活物質の格子面(002面)の層間距離は、約0.335nm~約0.360nmの範囲内、約0.335nm~約0.350nmの範囲内または約0.335nm~約0.345nmの範囲内にある。 In one embodiment, the interlayer distance of the lattice plane (002 plane) of the negative electrode active material is about 0.335 nm within a range of about 0.335 nm to about 0.360 nm, based on an X-ray diffraction pattern according to the Jakushin method. to about 0.350 nm or about 0.335 nm to about 0.345 nm.
ある実施例において、学振法によるX線回折パターンに基づいて、前記負極活物質の微結晶サイズ(Lc)は、約1.0nm超または約1.5nm超である。 In some embodiments, the negative electrode active material has a microcrystalline size (Lc) of greater than about 1.0 nm or greater than about 1.5 nm, based on an X-ray diffraction pattern according to the Jakushin method.
ある実施例において、前記負極活物質のラマンR値は、約0.01超、約0.03超または約0.1超である。ある実施例において、前記負極活物質のラマンR値は、約1.5未満、約1.2未満、約1.0未満または約0.5未満である。ある実施例において、前記負極活物質のラマンR値は、上記した任意の二つの値で構成される範囲内にある。 In certain embodiments, the negative active material has a Raman R value greater than about 0.01, greater than about 0.03, or greater than about 0.1. In certain embodiments, the negative active material has a Raman R value of less than about 1.5, less than about 1.2, less than about 1.0, or less than about 0.5. In one embodiment, the Raman R value of the negative electrode active material is within a range comprised of any two values described above.
前記負極活物質は、1580cm-1付近のラマンピーク半値幅が、特に限定されない。ある実施例において、前記負極活物質の1580cm-1付近のラマンピーク半値幅は、約10cm-1超または約15cm-1超である。ある実施例において、前記負極活物質の1580cm-1付近のラマンピーク半値幅が、約100cm-1未満、約80cm-1未満、約60cm-1未満または約40cm-1未満である。ある実施例において、前記負極活物質の1580cm-1付近のラマンピーク半値幅は、上記した任意の二つの値で構成される範囲内にある。 The negative electrode active material is not particularly limited in its Raman peak half width around 1580 cm −1 . In certain embodiments, the Raman peak half width around 1580 cm −1 of the negative electrode active material is greater than about 10 cm −1 or greater than about 15 cm −1 . In some embodiments, the negative electrode active material has a Raman peak half width around 1580 cm −1 that is less than about 100 cm −1 , less than about 80 cm −1 , less than about 60 cm −1 , or less than about 40 cm −1 . In one embodiment, the half-value width of the Raman peak near 1580 cm −1 of the negative electrode active material is within a range consisting of any two values described above.
ある実施例において、前記負極活物質の長さと厚さとの比は、約1超、約2超または約3超である。ある実施例において、前記負極活物質の長さと厚さとの比は、約10未満、約8未満または約5未満である。ある実施例において、前記負極活物質の長さと厚さとの比は、上記した任意の二つの値で構成される範囲内にある。負極活物質の長さと厚さとの比が上記した範囲内にあると、更なる均一な塗布を行うことができる。 In certain embodiments, the length to thickness ratio of the negative active material is greater than about 1, greater than about 2, or greater than about 3. In certain embodiments, the length to thickness ratio of the negative active material is less than about 10, less than about 8, or less than about 5. In some embodiments, the length-to-thickness ratio of the negative electrode active material is within a range comprised of any two values described above. When the length-to-thickness ratio of the negative electrode active material is within the above range, more uniform coating can be achieved.
(ii)微量元素
ある実施例において、前記負極活物質は、金属を含み、前記金属がモリブデン、鉄または銅の少なくとも一種を含む。これらの金属元素は、負極活物質におけるいくつかの導電能力の悪い有機物と反応して、負極活物質の表面に成膜されるのに有利なものとすることができる。
(ii) Trace elements
In one embodiment, the negative electrode active material includes a metal, and the metal includes at least one of molybdenum, iron, and copper. These metal elements can react with some organic substances having poor conductivity in the negative electrode active material, and can be made to be advantageous for forming a film on the surface of the negative electrode active material.
ある実施例において、導電しない副産物を形成して負極の表面に付着することを防止するために、上記した金属元素は、微量で前記負極合剤層に存在する。ある実施例において、前記負極合剤層の重量に対して、前記金属の含有量は、0.05%以下である。ある実施例において、前記負極合剤層の重量に対して、前記金属の含有量は、0.04%以下である。ある実施例において、前記負極合剤層の重量に対して、前記金属の含有量は、0.03%以下である。ある実施例において、前記負極合剤層の重量に対して、前記金属の含有量は、0.01%以下である。負極合剤層における金属の含有量が上記した範囲内にあると、電気化学装置のレート特性及び安全性能をさらに改善させることができる。 In some embodiments, the above-mentioned metal elements are present in the negative electrode mixture layer in trace amounts in order to prevent the formation of non-conductive by-products from adhering to the surface of the negative electrode. In one embodiment, the content of the metal is 0.05% or less based on the weight of the negative electrode mixture layer. In one embodiment, the content of the metal is 0.04% or less based on the weight of the negative electrode mixture layer. In one embodiment, the content of the metal is 0.03% or less based on the weight of the negative electrode mixture layer. In one embodiment, the content of the metal is 0.01% or less based on the weight of the negative electrode mixture layer. When the metal content in the negative electrode mixture layer is within the above range, the rate characteristics and safety performance of the electrochemical device can be further improved.
ある実施例において、前記負極合剤層は、シリコン含有材料、スズ含有材料、合金材料の少なくとも一種をさらに含む。ある実施例において、前記負極合剤層は、シリコン含有材料及びスズ含有材料の少なくとも一種をさらに含む。ある実施例において、前記負極合剤層は、シリコン含有材料、シリコン-炭素複合材料、シリコン-酸素材料、合金材料及びリチウム含有金属複合酸化物材料の一種または多種をさらに含む。 In one embodiment, the negative electrode mixture layer further includes at least one of a silicon-containing material, a tin-containing material, and an alloy material. In one embodiment, the negative electrode mixture layer further includes at least one of a silicon-containing material and a tin-containing material. In some embodiments, the negative electrode mixture layer further includes one or more of a silicon-containing material, a silicon-carbon composite material, a silicon-oxygen material, an alloy material, and a lithium-containing metal composite oxide material.
ある実施例において、前記負極合剤層は、例えば、リチウムと合金を形成し得る金属元素及び半金属元素を含有する一種または多種の他の種類の負極活物質をさらに含む。ある実施例において、前記金属元素及び半金属元素の実例は、Mg、B、Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、Bi、Cd、Ag、Zn、Hf、Zr、Y、PdおよびPtを含むが、これらに限定されない。ある実施例において、前記金属元素及び半金属元素の実例は、Si、Snまたはそれらの組み合わせを含む。Si及びSnは、優れたリチウムイオンを放出する能力を持ち、リチウムイオン電池に高いエネルギー密度を付与することができる。ある実施例において、他の種類の負極活物質は、金属酸化物及びポリマー化合物の一種または多種を含んでもよい。ある実施例において、前記金属酸化物は、酸化鉄、酸化ルテニウム及び酸化モリブデンを含むが、これらに限定されない。ある実施例において、前記ポリマー化合物は、ポリアセチレン、ポリアニリン及びポリピロールを含むが、これらに限定されない。 In some embodiments, the negative electrode mixture layer further includes one or more types of other negative electrode active materials, including, for example, metal elements and metalloid elements that can form an alloy with lithium. In some embodiments, examples of the metal and metalloid elements include Mg, B, Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, Pb, Bi, Cd, Ag, Zn, Hf, Zr, Y, Pd, and including, but not limited to, Pt. In some embodiments, the examples of metal and metalloid elements include Si, Sn, or combinations thereof. Si and Sn have excellent ability to release lithium ions and can provide high energy density to lithium ion batteries. In some embodiments, other types of negative electrode active materials may include one or more of metal oxides and polymeric compounds. In some embodiments, the metal oxides include, but are not limited to, iron oxide, ruthenium oxide, and molybdenum oxide. In certain embodiments, the polymeric compounds include, but are not limited to, polyacetylene, polyaniline, and polypyrrole.
負極導電材
ある実施例において、前記負極合剤層は、負極導電材を含む。当該導電材は、化学変化を引き起こしない限り、任意の導電材を含んでもよい。導電材の非制限的例示は、炭素に基づく材料(例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンファイバーなど)、導電性ポリマー(例えば、ポリフェニレン誘導体)及びそれらの混合物を含む。
Negative conductive material
In one embodiment, the negative electrode mixture layer includes a negative electrode conductive material. The conductive material may include any conductive material as long as it does not cause a chemical change. Non-limiting examples of conductive materials include carbon-based materials (e.g., natural graphite, synthetic graphite, carbon black, acetylene black, Ketjen black, carbon fiber, etc.), conductive polymers (e.g., polyphenylene derivatives), and mixtures thereof. including.
負極粘着剤
ある実施例において、前記負極合剤層は、負極粘着剤をさらに含む。負極粘着剤は、負極活物質の粒子同士の結合及び負極活物質と集電体との結合を向上させることができる。負極粘着剤の種類は、特に限定されず、電解液または電極製造中に用いる溶媒に対して安定な材料であればよい。
negative electrode adhesive
In one embodiment, the negative electrode mixture layer further includes a negative electrode adhesive. The negative electrode adhesive can improve the bond between particles of the negative electrode active material and the bond between the negative electrode active material and the current collector. The type of negative electrode adhesive is not particularly limited, and any material may be used as long as it is stable against the electrolytic solution or the solvent used during electrode manufacturing.
負極粘着剤の実例は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリメチルメタクリレート、芳香族ポリアミド、ポリイミド、セルロース、ニトロセルロースなどの樹脂系ポリマー;スチレン-ブタジエンゴム(SBR)、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、フッ素ゴム、アクリロニトリル-ブタジエンゴム(NBR)、エチレン-プロピレンゴムなどのゴム状ポリマー;スチレン-ブタジエン-スチレンブロック共重合体又はその水素化物;エチレン-プロピレン-ジエン三元共重合体(EPDM)、スチレン-エチレン-ブタジエン-エチレン共重合体、スチレン-イソプレン-スチレンブロック共重合体又はその水素化物などの熱可塑性エラストマー状ポリマー;シンジオタクチック-1,2-ポリブタジエン、ポリ酢酸ビニル、エチレン-酢酸ビニル共重合体、プロピレン-α-オレフィン共重合体などの軟質樹脂状ポリマー;ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素化ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン-エチレン共重合体などのフッ素系ポリマー;アルカリ金属イオン(特にリチウムイオン)のイオン伝導性を有するポリマー組成物などを含むが、これらに限定されない。上記した負極粘着剤は、単独で用いてもよく、任意に組み合わせて用いてもよい。 Examples of negative electrode adhesives include resin polymers such as polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polymethyl methacrylate, aromatic polyamide, polyimide, cellulose, and nitrocellulose; styrene-butadiene rubber (SBR), isoprene rubber, butadiene rubber, and fluorine rubber. , acrylonitrile-butadiene rubber (NBR), ethylene-propylene rubber, and other rubbery polymers; styrene-butadiene-styrene block copolymers or their hydrides; ethylene-propylene-diene terpolymers (EPDM), styrene-ethylene - Thermoplastic elastomeric polymers such as butadiene-ethylene copolymers, styrene-isoprene-styrene block copolymers or their hydrides; syndiotactic-1,2-polybutadiene, polyvinyl acetate, ethylene-vinyl acetate copolymers , soft resinous polymers such as propylene-α-olefin copolymers; fluorine-based polymers such as polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, fluorinated polyvinylidene fluoride, and polytetrafluoroethylene-ethylene copolymers; alkali metal ions ( Examples include, but are not limited to, polymer compositions having ionic conductivity, particularly lithium ions. The negative electrode adhesives described above may be used alone or in any combination.
負極合剤層がフッ素系ポリマー(例えば、ポリフッ化ビニリデン)を含有する場合、ある実施例において、負極合剤層の重量に対して、前記負極粘着剤の含有量は、約1%超、約2%超、または約3%超である。ある実施例において、負極合剤層の重量に対して、前記負極粘着剤の含有量は、約10%未満、約8%未満、または約5%未満である。負極合剤層の重量に対して、前記負極粘着剤の含有量は、上記した任意の二つの値で構成される範囲内にある。 When the negative electrode mixture layer contains a fluorine-based polymer (e.g., polyvinylidene fluoride), in some embodiments, the content of the negative electrode adhesive is more than about 1%, based on the weight of the negative electrode mixture layer. More than 2%, or more than about 3%. In some embodiments, the content of the negative electrode adhesive is less than about 10%, less than about 8%, or less than about 5% based on the weight of the negative electrode mixture layer. The content of the negative electrode adhesive with respect to the weight of the negative electrode mixture layer is within a range comprised of the above two arbitrary values.
溶媒
負極スラリーを形成するための溶媒の種類は、特に限定されず、負極活物質、負極粘着剤、必要に応じて使用される増粘剤及び導電材を溶解又は分散可能な溶媒であればよい。ある実施例において、負極スラリーを形成するための溶媒は、水系溶媒及び有機系溶媒の何れか一種を用いてもよい。水系溶媒の実例は、水、アルコールなどを含むが、これらに限定されない。有機系溶媒の実例は、N-メチルピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、エチルメチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、アクリル酸メチル、ジエチレントリアミン、N,N-ジメチルアミノプロピルアミン、テトラヒドロフラン(THF)、トルエン、アセトン、ジエチルエーテル、ヘキサメチルホスファルアミド、ジメチルスルホキシド、ベンゼン、キシレン、キノリン、ピリジン、メチルナフタレン、ヘキサンなどを含むが、これらに限定されない。上記した溶媒は、単独で用いてもよく、任意に組み合わせて用いてもよい。
solvent
The type of solvent for forming the negative electrode slurry is not particularly limited, and any solvent may be used as long as it can dissolve or disperse the negative electrode active material, negative electrode adhesive, thickener and conductive material used as necessary. In some embodiments, the solvent for forming the negative electrode slurry may be either an aqueous solvent or an organic solvent. Examples of aqueous solvents include, but are not limited to, water, alcohol, and the like. Examples of organic solvents include N-methylpyrrolidone (NMP), dimethylformamide, dimethylacetamide, ethylmethylketone, cyclohexanone, methyl acetate, methyl acrylate, diethylenetriamine, N,N-dimethylaminopropylamine, tetrahydrofuran (THF), Including, but not limited to, toluene, acetone, diethyl ether, hexamethylphosphalamide, dimethyl sulfoxide, benzene, xylene, quinoline, pyridine, methylnaphthalene, hexane, and the like. The above-mentioned solvents may be used alone or in any combination.
増粘剤
増粘剤は、通常、負極スラリーの粘度を調製するために使用される。増粘剤の種類は、特に限定されず、その実例は、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、エチルセルロース、ポリビニルアルコール、酸化スターチ、リン酸化スターチ、カゼイン及びこれらの塩などを含むが、これらに限定されない。上記した増粘剤は、単独で用いてもよく、任意に組み合わせて用いてもよい。
thickener
Thickeners are typically used to adjust the viscosity of negative electrode slurry. The type of thickener is not particularly limited, and examples thereof include, but are not limited to, carboxymethylcellulose, methylcellulose, hydroxymethylcellulose, ethylcellulose, polyvinyl alcohol, oxidized starch, phosphorylated starch, casein, and salts thereof. . The above-mentioned thickeners may be used alone or in any combination.
ある実施例において、負極合剤層の重量に対して、前記増粘剤の含有量は、約0.1%超、約0.5%超、または約0.6%超である。ある実施例において、負極合剤層の重量に対して、前記増粘剤の含有量は、約5%未満、約3%未満、または約2%未満である。増粘剤の含有量が上記した範囲内にあると、電気化学装置の容量の低下及び抵抗の増大を抑制しつつ負極スラリーが良好な塗布性を持つのを確保することができる。 In some embodiments, the content of the thickener is greater than about 0.1%, greater than about 0.5%, or greater than about 0.6% based on the weight of the negative electrode mixture layer. In some embodiments, the content of the thickener is less than about 5%, less than about 3%, or less than about 2% based on the weight of the negative electrode mixture layer. When the content of the thickener is within the above range, it is possible to ensure that the negative electrode slurry has good coating properties while suppressing a decrease in capacity and an increase in resistance of the electrochemical device.
表面被覆
ある実施例において、負極合剤層の表面に、負極合剤層とは異なる組成を有する物質を付着していてもよい。負極合剤層の表面附着物質の実例は、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、二酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ホウ素、酸化アンチモン、酸化ビスマスなどの酸化物;硫酸リチウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸マグネシウム、硫酸カルシウム、硫酸アルミニウムなどの硫酸塩;炭酸リチウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウムなどの炭酸塩などを含むが、これらに限定されない。
surface coating
In some embodiments, a substance having a composition different from that of the negative electrode mixture layer may be attached to the surface of the negative electrode mixture layer. Examples of substances attached to the surface of the negative electrode mixture layer include oxides such as aluminum oxide, silicon dioxide, titanium dioxide, zirconium oxide, magnesium oxide, calcium oxide, boron oxide, antimony oxide, and bismuth oxide; lithium sulfate, sodium sulfate, and sulfuric acid. Sulfates such as potassium, magnesium sulfate, calcium sulfate, and aluminum sulfate; carbonates such as lithium carbonate, calcium carbonate, and magnesium carbonate; and the like, but are not limited to these.
負極活物質の含有量
ある実施例において、負極合剤層の重量に対して、負極活物質の含有量は、約80%超、約82%超、または約84%超である。ある実施例において、負極合剤層の重量に対して、負極活物質の含有量は、約99%未満、または約98%未満である。ある実施例において、負極合剤層の重量に対して、負極活物質の含有量は、上記した任意の二つの値で構成される範囲内にある。
Content of negative electrode active material
In some embodiments, the content of the negative electrode active material is greater than about 80%, greater than about 82%, or greater than about 84% based on the weight of the negative electrode mixture layer. In some embodiments, the content of the negative electrode active material is less than about 99%, or less than about 98%, based on the weight of the negative electrode mixture layer. In one embodiment, the content of the negative electrode active material with respect to the weight of the negative electrode mixture layer is within a range comprised of any two values described above.
負極活物質の密度
ある実施例において、負極合剤層における負極活物質の密度は、約1g/cm3超、約1.2g/cm3超、または約1.3g/cm3超である。ある実施例において、負極合剤層における負極活物質の密度は、約2.2g/cm3未満、約2.1g/cm3未満、約2.0g/cm3未満、または約1.9g/cm3未満である。ある実施例において、負極合剤層における負極活物質の密度は、上記した任意の二つの値で構成される範囲内にある。
Density of negative electrode active material
In certain embodiments, the density of the negative active material in the negative mix layer is greater than about 1 g/cm 3 , greater than about 1.2 g/cm 3 , or greater than about 1.3 g/cm 3 . In some embodiments, the density of the negative active material in the negative mix layer is less than about 2.2 g/cm 3 , less than about 2.1 g/cm 3 , less than about 2.0 g/cm 3 , or about 1.9 g/cm 3 . less than cm3 . In one embodiment, the density of the negative electrode active material in the negative electrode mixture layer is within a range comprised of any two values described above.
負極活物質の密度が上記した範囲内にあると、負極活物質粒子の破損を防止することができ、電気化学装置の初期不可逆容量の増加または負極集電体/負極活物質界面の付近における電解液の浸透性の低下による高電流密度の充放電特性の劣化を抑制することができ、さらに電気化学装置の容量の低下及び抵抗の増大を抑制することができる。 When the density of the negative electrode active material is within the above range, damage to the negative electrode active material particles can be prevented, and the initial irreversible capacity of the electrochemical device can be increased or electrolysis near the negative electrode current collector/negative electrode active material interface can be prevented. Deterioration of high current density charge/discharge characteristics due to a decrease in liquid permeability can be suppressed, and furthermore, a decrease in capacity and an increase in resistance of an electrochemical device can be suppressed.
2、負極集電体
負極活物質を維持する集電体として、公知の集電体を任意に使用してもよい。負極集電体の実例は、アルミニウム、銅、ニッケル、ステンレス鋼、ニッケルめっき鋼などの金属材料を含むが、これらに限定されない。ある実施例において、負極集電体は、銅である。
2. Negative electrode current collector
Any known current collector may be used as the current collector for maintaining the negative electrode active material. Examples of negative electrode current collectors include, but are not limited to, metal materials such as aluminum, copper, nickel, stainless steel, nickel plated steel, and the like. In some embodiments, the negative electrode current collector is copper.
負極集電体が金属材料である場合、負極集電体の形態は、金属箔、金属円柱、金属コイル、金属板、金属箔、金属メッシュシート、パンチングメタル、発泡メタルなどを含むが、これらに限定されない。ある実施例において、負極集電体は、金属薄膜である。ある実施例において、負極集電体は、銅箔である。ある実施例において、負極集電体は、圧延法による圧延銅箔または電解法による電解銅箔である。 When the negative electrode current collector is a metal material, the form of the negative electrode current collector includes metal foil, metal cylinder, metal coil, metal plate, metal foil, metal mesh sheet, punched metal, foamed metal, etc. Not limited. In some embodiments, the negative electrode current collector is a thin metal film. In some embodiments, the negative current collector is copper foil. In one embodiment, the negative electrode current collector is a rolled copper foil produced by a rolling method or an electrolytic copper foil produced by an electrolysis method.
ある実施例において、負極集電体の厚さは、約1μm超、または約5μm超である。ある実施例において、負極集電体の厚さは、約100μm未満、または約50μm未満である。ある実施例において、負極集電体の厚さは、上記した任意の二つの値で構成される範囲内にある。 In certain embodiments, the thickness of the negative electrode current collector is greater than about 1 μm, or greater than about 5 μm. In certain embodiments, the thickness of the negative electrode current collector is less than about 100 μm, or less than about 50 μm. In some embodiments, the thickness of the negative electrode current collector is within a range comprised of any two values described above.
負極合剤層と負極集電体との厚さ比とは、片面の負極合剤層の厚さを負極集電体の厚さで除するものを指し、その値は、特に限定されない。ある実施例において、厚さ比は、50以下である。ある実施例において、厚さ比は、30以下である。ある実施例において、厚さ比は、20以下である。ある実施例において、厚さ比は、10以下である。ある実施例において、厚さ比は、1以上である。ある実施例において、厚さ比は、上記した任意の二つの値で構成される範囲内にある。厚さ比が上記した範囲内にあると、電気化学装置の容量を確保することができ、高電流密度充放電中の負極集電体の放熱を抑制することができる。 The thickness ratio between the negative electrode mixture layer and the negative electrode current collector refers to the thickness of the negative electrode mixture layer on one side divided by the thickness of the negative electrode current collector, and its value is not particularly limited. In some embodiments, the thickness ratio is 50 or less. In some embodiments, the thickness ratio is 30 or less. In some embodiments, the thickness ratio is 20 or less. In some embodiments, the thickness ratio is 10 or less. In some embodiments, the thickness ratio is greater than or equal to 1. In some embodiments, the thickness ratio is within a range consisting of any two of the values listed above. When the thickness ratio is within the above range, the capacity of the electrochemical device can be ensured, and heat radiation of the negative electrode current collector during high current density charging and discharging can be suppressed.
II、電解液
本発明の電気化学装置に用いられる電解液は、電解質とこの電解質を溶ける溶媒とを含む。ある実施例において、本発明の電気化学装置に用いられる電解液は、添加剤をさらに含む。
II, electrolyte
The electrolytic solution used in the electrochemical device of the present invention includes an electrolyte and a solvent that dissolves the electrolyte. In some embodiments, the electrolyte used in the electrochemical device of the present invention further includes an additive.
本発明の電気化学装置は、電解液がシアノ基を有する化合物を含むことをもう一つの特徴とする。 Another feature of the electrochemical device of the present invention is that the electrolytic solution contains a compound having a cyano group.
ある実施例において、前記シアノ基を有する化合物は、スクシノニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、1,5-ジシアノペンタン、1,6-ジシアノヘキサン、テトラメチルスクシノニトリル、2-メチルグルタロニトリル、2,4-ジメチルグルタロニトリル、2,2,4,4-テトラメチルグルタロニトリル、1,4-ジシアノペンタン、1,2-ジシアノベンゼン、1,3-ジシアノベンゼン、1,4-ジシアノベンゼン、エチレングリコールビス(プロピオニトリル)エーテル、3,5-ジオキサ-ピメロニトリル、1,4-ビス(シアノエトキシ)ブタン、ジエチレングリコールビス(2-シアノエチル)エーテル、トリエチレングリコールビス(2-シアノエチル)エーテル、テトラエチレングリコールビス(2-シアノエチル)エーテル、1,3-ビス(2-シアノエトキシ)プロパン、1,4-ビス(2-シアノエトキシ)ブタン、1,5-ビス(2-シアノエトキシ)ペンタン、エチレングリコールビス(4-シアノブチル)エーテル、1,4-ジシアノ-2-ブテン、1,4-ジシアノ-2-メチル-2-ブテン、1,4-ジシアノ-2-エチル-2-ブテン、1,4-ジシアノ-2,3-ジメチル-2-ブテン、1,4-ジシアノ-2,3-ジエチル-2-ブテン、1,6-ジシアノ-3-ヘキセン、1,6-ジシアノ-2-メチル-3-ヘキセン、1,3,5-ペンタントリカルボニトリル、1,2,3-プロパントリカルボニトリル、1,3,6-ヘキサントリカルボニトリル、1,2,6-ヘキサントリカルボニトリル、1,2,3-トリス(2-シアノエトキシ)プロパン、1,2,4-トリス(2-シアノエトキシ)ブタン、1,1,1-トリス(シアノエトキシメチレン)エタン、1,1,1-トリス(シアノエトキシメチレン)プロパン、3-メチル-1,3,5-トリス(シアノエトキシ)ペンタン、1,2,7-トリス(シアノエトキシ)ヘプタン、1,2,6-トリス(シアノエトキシ)ヘキサンまたは1,2,5-トリス(シアノエトキシ)ペンタンの少なくとも一種を含む。 In one embodiment, the compound having a cyano group is succinonitrile, glutaronitrile, adiponitrile, 1,5-dicyanopentane, 1,6-dicyanohexane, tetramethylsuccinonitrile, 2-methylglutaronitrile, 2,4-dimethylglutaronitrile, 2,2,4,4-tetramethylglutaronitrile, 1,4-dicyanopentane, 1,2-dicyanobenzene, 1,3-dicyanobenzene, 1,4-dicyanobenzene , ethylene glycol bis(propionitrile) ether, 3,5-dioxa-pimeronitrile, 1,4-bis(cyanoethoxy)butane, diethylene glycol bis(2-cyanoethyl) ether, triethylene glycol bis(2-cyanoethyl) ether, Tetraethylene glycol bis(2-cyanoethyl) ether, 1,3-bis(2-cyanoethoxy)propane, 1,4-bis(2-cyanoethoxy)butane, 1,5-bis(2-cyanoethoxy)pentane, Ethylene glycol bis(4-cyanobutyl) ether, 1,4-dicyano-2-butene, 1,4-dicyano-2-methyl-2-butene, 1,4-dicyano-2-ethyl-2-butene, 1, 4-dicyano-2,3-dimethyl-2-butene, 1,4-dicyano-2,3-diethyl-2-butene, 1,6-dicyano-3-hexene, 1,6-dicyano-2-methyl- 3-hexene, 1,3,5-pentanetricarbonitrile, 1,2,3-propanetricarbonitrile, 1,3,6-hexanetricarbonitrile, 1,2,6-hexanetricarbonitrile, 1, 2,3-tris(2-cyanoethoxy)propane, 1,2,4-tris(2-cyanoethoxy)butane, 1,1,1-tris(cyanoethoxymethylene)ethane, 1,1,1-tris( cyanoethoxymethylene)propane, 3-methyl-1,3,5-tris(cyanoethoxy)pentane, 1,2,7-tris(cyanoethoxy)heptane, 1,2,6-tris(cyanoethoxy)hexane or 1 , 2,5-tris(cyanoethoxy)pentane.
ある実施例において、前記シアノ基を有する化合物は、エーテル結合を含まないジニトリル化合物及びエーテル結合を含むジニトリル化合物を含み、前記エーテル結合を含まないジニトリル化合物の含有量が前記エーテル結合を含むジニトリル化合物の含有量より多い。 In one embodiment, the compound having a cyano group includes a dinitrile compound that does not include an ether bond and a dinitrile compound that includes an ether bond, and the content of the dinitrile compound that does not include an ether bond is greater than the amount of the dinitrile compound that does not include an ether bond. More than the content.
ある実施例において、前記シアノ基を有する化合物は、ジニトリル化合物及びトリニトリル化合物を含み、前記ジニトリル化合物の含有量がトリニトリル化合物の含有量より多い。 In one embodiment, the compound having a cyano group includes a dinitrile compound and a trinitrile compound, and the content of the dinitrile compound is greater than the content of the trinitrile compound.
ある実施例において、前記シアノ基を有する化合物は、ジニトリル化合物およびエーテル結合を有するトリニトリル化合物を含み、前記ジニトリル化合物の含有量がエーテル結合を有するトリニトリル化合物の含有量より多い。 In one embodiment, the compound having a cyano group includes a dinitrile compound and a trinitrile compound having an ether bond, and the content of the dinitrile compound is greater than the content of the trinitrile compound having an ether bond.
ある実施例において、前記電解液の重量に対して前記シアノ基を有する化合物の含有量がZ%であり、Zは0.1~10の範囲内にある。ある実施例において、Zは、0.5~8の範囲内にある。ある実施例において、Zは、1~5の範囲内にある。ある実施例において、Zは、0.1、0.5、1、2、5、8、10であり、或いは上記した任意の二つの値で構成される範囲内にある。電解液におけるシアノ基を有する化合物の含有量が上記した範囲内にあると、電気化学装置のレート特性及び安全性能をさらに改善させることができる。 In one embodiment, the content of the cyano group-containing compound is Z% based on the weight of the electrolytic solution, and Z is in the range of 0.1 to 10. In certain embodiments, Z is within the range of 0.5-8. In certain embodiments, Z is within the range of 1-5. In some embodiments, Z is 0.1, 0.5, 1, 2, 5, 8, 10, or within a range consisting of any two of the values listed above. When the content of the compound having a cyano group in the electrolytic solution is within the above range, the rate characteristics and safety performance of the electrochemical device can be further improved.
ある実施例において、電解液におけるシアノ基を有する化合物の含有量Z%と負極合剤層の降伏点伸びX%とは、2≦X/Z≦100を満たす。ある実施例において、5≦X/Z≦80を満たす。ある実施例において、10≦X/Z≦50を満たす。ある実施例において、20≦X/Z≦30。ある実施例において、X/Zは、2、5、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100であり、或いは上記した任意の二つの値で構成される範囲内にある。電解液中シアノ基を有する化合物の含有量Z%と負極合剤層の降伏点伸びX%とが上記した関係を満たすと、電気化学装置のレート特性及び安全性能をさらに改善させることができる。 In a certain example, the content Z% of the compound having a cyano group in the electrolytic solution and the yield point elongation X% of the negative electrode mixture layer satisfy 2≦X/Z≦100. In some embodiments, 5≦X/Z≦80 is satisfied. In some embodiments, 10≦X/Z≦50 is satisfied. In some embodiments, 20≦X/Z≦30. In some embodiments, X/Z is 2, 5, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, or within a range consisting of any two values listed above. It is in. When the content Z% of the compound having a cyano group in the electrolytic solution and the yield point elongation X% of the negative electrode mixture layer satisfy the above relationship, the rate characteristics and safety performance of the electrochemical device can be further improved.
ある実施例において、前記電解液は、
a)フルオロエチレンカーボネート、
b)硫黄-酸素二重結合を含有する化合物、
c)ジフルオロリン酸リチウム、
d)式1で示される化合物
の少なくとも一種をさらに含み、
R1、R2、R3、R4、R5及びR6は、それぞれ独立して、水素またはC1~C10アルキル基であり、
L1及びL2は、それぞれ独立して、-(CR7R8)n-であり、
R7及びR8は、それぞれ独立して、水素またはC1~C10アルキル基であり、及び、
nは、1、2または3である。
In some embodiments, the electrolyte is
a) fluoroethylene carbonate,
b) a compound containing a sulfur-oxygen double bond,
c) lithium difluorophosphate,
d) further comprises at least one compound represented by formula 1;
R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 and R 6 are each independently hydrogen or a C 1 -C 10 alkyl group,
L 1 and L 2 are each independently -(CR 7 R 8 ) n -,
R 7 and R 8 are each independently hydrogen or a C 1 -C 10 alkyl group, and
n is 1, 2 or 3.
a)フルオロエチレンカーボネート
電気化学装置の充電/放電中、フルオロエチレンカーボネートとシアノ基を有する化合物とは、負極の表面に安定な保護フィルムを形成するように、協同作用して、電解液の分解反応を抑制する。
a) Fluoroethylene carbonate During charging/discharging of an electrochemical device, fluoroethylene carbonate and a compound having a cyano group work together to form a stable protective film on the surface of the negative electrode, causing a decomposition reaction of the electrolyte. suppress.
ある実施例において、前記フルオロカーボネートは、式C=O(ORx)(ORy)の構造を備え、ここで、Rx及びRyは、それぞれ独立して、1~6個の炭素原子を有するアルキル基、ハロゲン化アルキル基から選択され、Rx及びRyの少なくとも一つは、1~6個の炭素原子を有するフルオロアルキル基から選択され、且つRx及びRyは、任意に、それらが連結する原子とともに5~7員環を形成する。 In certain embodiments, the fluorocarbonate has a structure of the formula C=O(OR x )(OR y ), where R x and R y each independently contain 1 to 6 carbon atoms. at least one of R x and R y is selected from fluoroalkyl groups having 1 to 6 carbon atoms, and R x and R y are optionally selected from fluoroalkyl groups having 1 to 6 carbon atoms; Together with the atoms to which they are connected, they form a 5- to 7-membered ring.
ある実施例において、前記フルオロエチレンカーボネートの実例は、フルオロエチレンカーボネート、シス-4,4-ジフルオロエチレンカーボネート、トランス-4,4-ジフルオロエチレンカーボネート、4,5-ジフルオロエチレンカーボネート、4-フルオロ-4-メチルエチレンカーボネート、4-フルオロ-5-メチルエチレンカーボネートなどの一種または多種を含むが、これらに限定されない。 In certain embodiments, examples of the fluoroethylene carbonate include fluoroethylene carbonate, cis-4,4-difluoroethylene carbonate, trans-4,4-difluoroethylene carbonate, 4,5-difluoroethylene carbonate, 4-fluoro-4 -Methylethylene carbonate, 4-fluoro-5-methylethylene carbonate, and the like, but are not limited thereto.
ある実施例において、前記電解液の重量に対して前記フルオロエチレンカーボネートの含有量がb%であり、bは0.1~10の範囲内にある。ある実施例において、bは、0.5~8の範囲内にある。ある実施例において、bは、1~5の範囲内にある。ある実施例において、bは、2~4の範囲内にある。ある実施例において、bは、0.1、0.5、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10であり、或いは上記した任意の二つの値で構成される範囲内にある。電解液におけるフルオロエチレンカーボネートの含有量が上記した範囲内にあると、電気化学装置のレート特性及び安全性能をさらに改善させることができる。 In one embodiment, the content of the fluoroethylene carbonate is b% based on the weight of the electrolyte, and b is in the range of 0.1 to 10. In certain embodiments, b is within the range of 0.5-8. In certain embodiments, b is within the range of 1-5. In certain embodiments, b is within the range of 2-4. In some embodiments, b is 0.1, 0.5, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, or consists of any two values listed above. within range. When the content of fluoroethylene carbonate in the electrolytic solution is within the above range, the rate characteristics and safety performance of the electrochemical device can be further improved.
ある実施例において、電解液におけるフルオロエチレンカーボネートの含有量b%と負極活物質のメディアン径Yμmとは、4≦Y×b≦200を満たす。ある実施例において、5≦Y×b≦150を満たす。ある実施例において、10≦Y×b≦100を満たす。ある実施例において、20≦Y×b≦50お満たす。ある実施例において、Y×bは、4、5、10、20、50、80、100、120、150、180、200であり、或いは上記した任意の二つの値で構成される範囲内にある。電解液におけるフルオロエチレンカーボネートの含有量b%と負極活物質のメディアン径Yμmとが上記した関係を満たすと、電気化学装置のレート特性及び安全性能をさらに改善させることができる。 In one embodiment, the content b% of fluoroethylene carbonate in the electrolytic solution and the median diameter Y μm of the negative electrode active material satisfy 4≦Y×b≦200. In one embodiment, 5≦Y×b≦150 is satisfied. In one embodiment, 10≦Y×b≦100 is satisfied. In one embodiment, 20≦Y×b≦50 is satisfied. In some embodiments, Y x b is 4, 5, 10, 20, 50, 80, 100, 120, 150, 180, 200, or within a range consisting of any two values listed above. . When the content b% of fluoroethylene carbonate in the electrolytic solution and the median diameter Y μm of the negative electrode active material satisfy the above relationship, the rate characteristics and safety performance of the electrochemical device can be further improved.
b)硫黄-酸素二重結合を含有する化合物
ある実施例において、前記硫黄-酸素二重結合を含有するは、環状硫酸エステル、鎖状硫酸エステル、鎖状スルホン酸エステル、環状スルホン酸エステル、鎖状亜硫酸エステルまたは環状亜硫酸エステルの少なくとも一つを含む。
b) Compounds containing sulfur-oxygen double bonds
In one embodiment, the sulfur-oxygen double bond-containing compound is at least one of a cyclic sulfate, a chain sulfate, a chain sulfonate, a cyclic sulfonate, a chain sulfite, or a cyclic sulfite. include.
ある実施例において、前記環状硫酸エステルは、1,2-エチレングリコール硫酸エステル、1,2-プロピレングリコール硫酸エステル、1,3-プロピレングリコール硫酸エステル、1,2-ブチレングリコール硫酸エステル、1,3-ブチレングリコール硫酸エステル、1,4-ブチレングリコール硫酸エステル、1,2-ペンチレングリコール硫酸エステル、1,3-ペンチレングリコール硫酸エステル、1,4-ペンチレングリコール硫酸エステル及び1,5-ペンチレングリコール硫酸エステルなどの一種または多種を含むが、これらに限定されない。 In some embodiments, the cyclic sulfate ester is 1,2-ethylene glycol sulfate, 1,2-propylene glycol sulfate, 1,3-propylene glycol sulfate, 1,2-butylene glycol sulfate, 1,3 -Butylene glycol sulfate, 1,4-butylene glycol sulfate, 1,2-pentylene glycol sulfate, 1,3-pentylene glycol sulfate, 1,4-pentylene glycol sulfate, and 1,5-pentylene glycol sulfate including, but not limited to, one or more of lene glycol sulfate;
ある実施例において、前記鎖状硫酸エステルは、硫酸ジメチル、硫酸エチルメチル及び硫酸ジエチルなどの一種または多種を含むが、これらに限定されない。 In one embodiment, the chain sulfate ester includes one or more of dimethyl sulfate, ethyl methyl sulfate, and diethyl sulfate, but is not limited thereto.
ある実施例において、前記鎖状スルホン酸エステルは、フルオロスルホン酸メチル及びフルオロスルホン酸エチルなどのフルオロスルホン酸エステル、メタンスルホン酸メチル、メタンスルホン酸エチル、ジメタンスルホン酸ブチル、2-(メタンスルホニルオキシ)プロピオン酸メチル及び2-(メタンスルホニルオキシ)プロピオン酸エチルなどの一種または多種を含むが、これらに限定されない。 In some embodiments, the linear sulfonate esters include fluorosulfonate esters such as methyl fluorosulfonate and ethyl fluorosulfonate, methyl methanesulfonate, ethyl methanesulfonate, butyl dimethanesulfonate, 2-(methanesulfonyl including, but not limited to, one or more of methyl oxy)propionate and ethyl 2-(methanesulfonyloxy)propionate.
ある実施例において、前記環状スルホン酸エステルは、1,3-プロパンスルトン、1-フルオロ-1,3-プロパンスルトン、2-フルオロ-1,3-プロパンスルトン、3-フルオロ-1,3-プロパンスルトン、1-メチル-1,3-プロパンスルトン、2-メチル-1,3-プロパンスルトン、3-メチル-1,3-プロパンスルトン、1-プロピレン-1,3-スルトン、2-プロピレン-1,3-スルトン、1-フルオロ-1-プロピレン-1,3-スルトン、2-フルオロ-1-プロピレン-1,3-スルトン、3-フルオロ-1-プロピレン-1,3-スルトン、1-フルオロ-2-プロピレン-1,3-スルトン、2-フルオロ-2-プロピレン-1,3-スルトン、3-フルオロ-2-プロピレン-1,3-スルトン、1-メチル-1-プロピレン-1,3-スルトン、2-メチル-1-プロピレン-1,3-スルトン、3-メチル-1-プロピレン-1,3-スルトン、1-メチル-2-プロピレン-1,3-スルトン、2-メチル-2-プロピレン-1,3-スルトン、3-メチル-2-プロピレン-1,3-スルトン、1,4-ブタンスルトン、1,5-ペンタンスルトン、メチレンメタンジスルホネート及びエチレンメタンジスルホネートなどの一種または多種を含むが、これらに限定されない。 In certain embodiments, the cyclic sulfonic acid ester is 1,3-propane sultone, 1-fluoro-1,3-propane sultone, 2-fluoro-1,3-propane sultone, 3-fluoro-1,3-propane Sulton, 1-methyl-1,3-propane sultone, 2-methyl-1,3-propane sultone, 3-methyl-1,3-propane sultone, 1-propylene-1,3-sultone, 2-propylene-1 ,3-sultone, 1-fluoro-1-propylene-1,3-sultone, 2-fluoro-1-propylene-1,3-sultone, 3-fluoro-1-propylene-1,3-sultone, 1-fluoro -2-propylene-1,3-sultone, 2-fluoro-2-propylene-1,3-sultone, 3-fluoro-2-propylene-1,3-sultone, 1-methyl-1-propylene-1,3 -Sultone, 2-methyl-1-propylene-1,3-sultone, 3-methyl-1-propylene-1,3-sultone, 1-methyl-2-propylene-1,3-sultone, 2-methyl-2 - One or more of propylene-1,3-sultone, 3-methyl-2-propylene-1,3-sultone, 1,4-butanesultone, 1,5-pentane sultone, methylenemethanedisulfonate, and ethylenemethanedisulfonate. including but not limited to.
ある実施例において、前記鎖状亜硫酸エステルは、亜硫酸ジメチル、亜硫酸エチルメチル及び亜硫酸ジエチルなどの一種または多種を含むが、これらに限定されない。 In some embodiments, the linear sulfite ester includes one or more of dimethyl sulfite, ethyl methyl sulfite, and diethyl sulfite, but is not limited thereto.
ある実施例において、前記環状亜硫酸エステルは、1,2-エチレングリコール亜硫酸エステル、1,2-プロピレングリコール亜硫酸エステル、1,3-プロピレングリコール亜硫酸エステル、1,2-ブチレングリコール亜硫酸エステル、1,3-ブチレングリコール亜硫酸エステル、1,4-ブチレングリコール亜硫酸エステル、1,2-ペンチレングリコール亜硫酸エステル、1,3-ペンチレングリコール亜硫酸エステル、1,4-ペンチレングリコール亜硫酸エステル及び1,5-ペンチレングリコール亜硫酸エステルなどの一種または多種を含むが、これらに限定されない。 In some embodiments, the cyclic sulfite is 1,2-ethylene glycol sulfite, 1,2-propylene glycol sulfite, 1,3-propylene glycol sulfite, 1,2-butylene glycol sulfite, 1,3 -Butylene glycol sulfite, 1,4-butylene glycol sulfite, 1,2-pentylene glycol sulfite, 1,3-pentylene glycol sulfite, 1,4-pentylene glycol sulfite and 1,5-pentylene glycol sulfite including, but not limited to, one or more of lene glycol sulfites;
ある実施例において、前記硫黄-酸素二重結合を含有する化合物は、式2で示される化合物を含み、
Wは、
Lは、それぞれ独立して、単結合またはメチレンから選択され、
mは、1、2、3または4であり、
nは、0、1または2であり、且つ
pは、0、1、2、3、4、5または6である。
In one embodiment, the compound containing a sulfur-oxygen double bond includes a compound represented by formula 2,
W is
L is each independently selected from a single bond or methylene;
m is 1, 2, 3 or 4;
n is 0, 1 or 2, and p is 0, 1, 2, 3, 4, 5 or 6.
ある実施例において、前記式2で示される化合物は、
ある実施例において、前記電解液の重量に対して、前記硫黄-酸素二重結合を含有する化合物の含有量は、0.01%~10%の範囲内にある。ある実施例において、前記電解液の重量に対して、前記硫黄-酸素二重結合を含有する化合物の含有量は、0.05%~8%の範囲内にある。ある実施例において、前記電解液の重量に対して、前記硫黄-酸素二重結合を含有する化合物の含有量は、0.1%~5%の範囲内にある。ある実施例において、前記電解液の重量に対して、前記硫黄-酸素二重結合を含有する化合物の含有量は、0.5%~3%の範囲内にある。ある実施例において、前記電解液の重量に対して、前記硫黄-酸素二重結合を含有する化合物の含有量は、1%~2%の範囲内にある。ある実施例において、前記電解液の重量に対して、前記硫黄-酸素二重結合を含有する化合物の含有量は、0.01%、0.05%、0.1%、0.5%、0.8%、1%、2%、5%、8%、10%であり、或いは上記した任意の二つの値で構成される範囲内にある。 In one embodiment, the content of the sulfur-oxygen double bond-containing compound is in the range of 0.01% to 10% based on the weight of the electrolyte. In one embodiment, the content of the sulfur-oxygen double bond-containing compound is in the range of 0.05% to 8% based on the weight of the electrolyte. In one embodiment, the content of the sulfur-oxygen double bond-containing compound is in the range of 0.1% to 5% based on the weight of the electrolyte. In one embodiment, the content of the sulfur-oxygen double bond-containing compound is in the range of 0.5% to 3% based on the weight of the electrolyte. In one embodiment, the content of the sulfur-oxygen double bond-containing compound is in the range of 1% to 2% based on the weight of the electrolyte. In one embodiment, the content of the sulfur-oxygen double bond-containing compound relative to the weight of the electrolytic solution is 0.01%, 0.05%, 0.1%, 0.5%, 0.8%, 1%, 2%, 5%, 8%, 10%, or within a range consisting of any two values listed above.
c)ジフルオロリン酸リチウム(LiPO 2 F 2 )
ある実施例において、前記電解液の重量に対して、前記ジフルオロリン酸リチウムの含有量は、0.01%~1.5%である。ある実施例において、前記電解液の重量に対して、前記ジフルオロリン酸リチウムの含有量は、0.05%~1.2%である。ある実施例において、前記電解液の重量に対して、前記ジフルオロリン酸リチウムの含有量は、0.1%~1.0%である。ある実施例において、前記電解液の重量に対して、前記ジフルオロリン酸リチウムの含有量は、0.5%~0.8%である。ある実施例において、前記電解液の重量に対して、前記ジフルオロリン酸リチウムの含有量は、0.01%、0.05%、0.1%、0.15%、0.2%、0.25%、0.3%、0.35%、0.4%、0.45%、0.5%、0.8%、1%、1.5%であり、或いは上記した任意の二つの値で構成される範囲内にある。
c) Lithium difluorophosphate (LiPO 2 F 2 )
In one embodiment, the content of the lithium difluorophosphate is 0.01% to 1.5% based on the weight of the electrolyte. In one embodiment, the content of the lithium difluorophosphate is 0.05% to 1.2% based on the weight of the electrolyte. In one embodiment, the content of the lithium difluorophosphate is 0.1% to 1.0% based on the weight of the electrolyte. In one embodiment, the content of the lithium difluorophosphate is 0.5% to 0.8% based on the weight of the electrolyte. In one embodiment, the content of the lithium difluorophosphate is 0.01%, 0.05%, 0.1%, 0.15%, 0.2%, 0, based on the weight of the electrolyte. .25%, 0.3%, 0.35%, 0.4%, 0.45%, 0.5%, 0.8%, 1%, 1.5%, or any two of the above. within a range consisting of two values.
d)式1で示される化合物
ある実施例において、前記式1で示される化合物は、
In some embodiments, the compound represented by formula 1 is
ある実施例において、前記電解液の重量に対して、前記式1で示される化合物の含有量は、0.01%~5%の範囲内にある。ある実施例において、前記電解液の重量に対して、前記式1で示される化合物の含有量は、0.05%~4%の範囲内にある。ある実施例において、前記電解液の重量に対して、前記式1で示される化合物の含有量は、0.1%~3%の範囲内にある。ある実施例において、前記電解液の重量に対して、前記式1で示される化合物の含有量は、0.5%~2%の範囲内にある。ある実施例において、前記電解液の重量に対して、前記式1で示される化合物の含有量は、1%~1.5%の範囲内にある。ある実施例において、前記電解液の重量に対して、前記式1で示される化合物の含有量は、0.01%、0.05%、0.1%、0.5%、1%、2%、3%、4%、5%であり、或いは上記した任意の二つの値で構成される範囲内にある。電解液において、式1で示される化合物の含有量が上記した範囲内にあると、電気化学装置のレート特性及び安全性能をさらに改善させることができる。 In one embodiment, the content of the compound represented by Formula 1 is in the range of 0.01% to 5% based on the weight of the electrolytic solution. In one embodiment, the content of the compound represented by Formula 1 is in the range of 0.05% to 4% based on the weight of the electrolytic solution. In one embodiment, the content of the compound represented by Formula 1 is in the range of 0.1% to 3% based on the weight of the electrolyte. In one embodiment, the content of the compound represented by Formula 1 is in the range of 0.5% to 2% based on the weight of the electrolyte. In one embodiment, the content of the compound represented by Formula 1 is in the range of 1% to 1.5% based on the weight of the electrolyte. In one embodiment, the content of the compound represented by formula 1 is 0.01%, 0.05%, 0.1%, 0.5%, 1%, 2%, based on the weight of the electrolytic solution. %, 3%, 4%, 5%, or within a range consisting of any two of the above values. When the content of the compound represented by Formula 1 in the electrolytic solution is within the above range, the rate characteristics and safety performance of the electrochemical device can be further improved.
溶媒
ある実施例において、前記電解液は、先行技術で既知の電解液の溶媒として用いられる任意の非水溶媒をさらに含む。
solvent
In certain embodiments, the electrolyte further comprises any non-aqueous solvent used as a solvent for electrolytes known in the prior art.
ある実施例において、前記非水溶媒は、環状カーボネート、鎖状カーボネート、環状カルボン酸エステル、鎖状カルボン酸エステル、環状エーテル、鎖状エーテル、リン含有有機溶媒、硫黄含有有機溶媒、芳香族フッ素含有溶媒の一種または多種を含むが、これらに限定されない。 In one embodiment, the non-aqueous solvent is a cyclic carbonate, a chain carbonate, a cyclic carboxylic ester, a chain carboxylic ester, a cyclic ether, a chain ether, a phosphorus-containing organic solvent, a sulfur-containing organic solvent, an aromatic fluorine-containing organic solvent, etc. Including, but not limited to, one or more solvents.
ある実施例において、前記環状カーボネートの実例は、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)及びブチレンカーボネートの一種または多種を含むが、これらに限定されない。ある実施例において、前記環状カーボネートは、3~6個の炭素原子を有する。 In some embodiments, examples of the cyclic carbonates include, but are not limited to, one or more of ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), and butylene carbonate. In certain embodiments, the cyclic carbonate has 3 to 6 carbon atoms.
ある実施例において、前記鎖状カーボネートの実例は、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート(DEC)、メチル-n-プロピルカーボネート、エチル-n-プロピルカーボネート、ジ-n-プロピルカーボネートなどの鎖状カーボネートなどの一種または多種を含むが、これらに限定されない。フッ素で置換された鎖状カーボネートの実例は、ビス(フルオロメチル)カーボネート、ビス(ジフルオロメチル)カーボネート、ビス(トリフルオロメチル)カーボネート、ビス(2-フルオロエチル)カーボネート、ビス(2,2-ジフルオロエチル)カーボネート、ビス(2,2,2-トリフルオロエチル)カーボネート、2-フルオロエチルメチルカーボネート、2,2-ジフルオロエチルメチルカーボネート及び2,2,2-トリフルオロエチルメチルカーボネートなどの一種または多種を含むが、これらに限定されない。 In some embodiments, examples of the linear carbonates include linear carbonates such as dimethyl carbonate, ethylmethyl carbonate, diethyl carbonate (DEC), methyl-n-propyl carbonate, ethyl-n-propyl carbonate, di-n-propyl carbonate, etc. including, but not limited to, one or more carbonates; Examples of linear carbonates substituted with fluorine are bis(fluoromethyl) carbonate, bis(difluoromethyl) carbonate, bis(trifluoromethyl) carbonate, bis(2-fluoroethyl) carbonate, bis(2,2-difluoro One or more of ethyl) carbonate, bis(2,2,2-trifluoroethyl) carbonate, 2-fluoroethylmethyl carbonate, 2,2-difluoroethylmethyl carbonate, and 2,2,2-trifluoroethylmethyl carbonate. including but not limited to.
ある実施例において、前記環状カルボン酸エステルの実例は、γ-ブチロラクトン及びγ-バレロラクトンなどの一種または多種を含むが、これらに限定されない。ある実施例において、環状カルボン酸エステルの水素原子の一部は、フッ素で置換されてもよい。 In some embodiments, examples of the cyclic carboxylic esters include, but are not limited to, one or more of γ-butyrolactone and γ-valerolactone. In some embodiments, some of the hydrogen atoms of the cyclic carboxylic ester may be replaced with fluorine.
ある実施例において、前記鎖状カルボン酸エステルの実例は、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸ブチル、酢酸sec-ブチル、酢酸イソブチル、酢酸t-ブチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、プロピオン酸イソプロピル、酪酸メチル、酪酸エチル、酪酸プロピル、イソ酪酸メチル、イソ酪酸エチル、吉草酸メチル、吉草酸エチル、ピバリン酸メチル及びピバリン酸エチルなどの一種または多種を含むが、これらに限定されない。ある実施例において、鎖状カルボン酸エステルの水素原子の一部は、フッ素で置換されてもよい。ある実施例において、フッ素で置換された鎖状カルボン酸エステルの実例は、トリフルオロ酢酸メチル、トリフルオロ酢酸エチル、トリフルオロ酢酸プロピル、トリフルオロ酢酸ブチル及びトリフルオロ酢酸2,2,2-トリフルオロエチルなどを含むが、これらに限定されない。 In certain embodiments, examples of the linear carboxylic esters include methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, isopropyl acetate, butyl acetate, sec-butyl acetate, isobutyl acetate, t-butyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate. , propyl propionate, isopropyl propionate, methyl butyrate, ethyl butyrate, propyl butyrate, methyl isobutyrate, ethyl isobutyrate, methyl valerate, ethyl valerate, methyl pivalate, and ethyl pivalate. Not limited to these. In some embodiments, some of the hydrogen atoms of the chain carboxylic ester may be substituted with fluorine. In one embodiment, examples of fluorine-substituted linear carboxylic acid esters include methyl trifluoroacetate, ethyl trifluoroacetate, propyl trifluoroacetate, butyl trifluoroacetate, and 2,2,2-trifluorotrifluoroacetate. Including, but not limited to, ethyl.
ある実施例において、前記環状エーテルの実例は、テトラヒドロフラン、2-メチルテトラヒドロフラン、1,3-ジオキソラン、2-メチル-1,3-ジオキソラン、4-メチル-1,3-ジオキソラン、1,3-ジオキサン、1,4-ジオキサン及びジメトキシプロパンの一種または多種を含むが、これらに限定されない。 In certain embodiments, examples of the cyclic ethers include tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, 2-methyl-1,3-dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxolane, 1,3-dioxane. , 1,4-dioxane, and dimethoxypropane.
ある実施例において、前記鎖状エーテルの実例は、ジメトキシメタン、1,1-ジメトキシエタン、1,2-ジメトキシエタン、ジエトキシメタン、1,1-ジエトキシエタン、1,2-ジエトキシエタン、エトキシメトキシメタン、1,1-エトキシメトキシエタン及び1,2-エトキシメトキシエタンなどの一種または多種を含むが、これらに限定されない。 In some embodiments, examples of the linear ethers include dimethoxymethane, 1,1-dimethoxyethane, 1,2-dimethoxyethane, diethoxymethane, 1,1-diethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, These include, but are not limited to, one or more of ethoxymethoxymethane, 1,1-ethoxymethoxyethane, and 1,2-ethoxymethoxyethane.
ある実施例において、前記リン含有有機溶媒の実例は、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、リン酸ジメチルエチル、リン酸メチルジエチル、リン酸エチレンメチル、リン酸エチレンエチル、リン酸トリフェニル、亜リン酸トリメチル、亜リン酸トリエチル、亜リン酸トリフェニル、リン酸トリス(2,2,2-トリフルオロエチル)及びリン酸トリス(2,2,3,3,3-ペンタフルオロプロピル)などの一種または多種を含むが、これらに限定されない。 In certain embodiments, examples of the phosphorus-containing organic solvents include trimethyl phosphate, triethyl phosphate, dimethyl ethyl phosphate, methyl diethyl phosphate, ethylene methyl phosphate, ethylene ethyl phosphate, triphenyl phosphate, phosphorous acid. One or more of trimethyl, triethyl phosphite, triphenyl phosphite, tris(2,2,2-trifluoroethyl) phosphate, and tris(2,2,3,3,3-pentafluoropropyl) phosphate Including, but not limited to:
ある実施例において、前記硫黄含有有機溶媒の実例は、スルホラン、2-メチルスルホラン、3-メチルスルホラン、ジメチルスルホン、ジエチルスルホン、エチルメチルスルホン、メチルプロピルスルホン、ジメチルスルホキシド、メタンスルホン酸メチル、メタンスルホン酸エチル、エタンスルホン酸メチル、エタンスルホン酸エチル、硫酸ジメチル、硫酸ジエチル及び硫酸ジブチルの一種または多種を含むが、これらに限定されない。ある実施例において、硫黄含有有機溶媒の水素原子の一部は、フッ素で置換されてもよい。 In certain embodiments, examples of the sulfur-containing organic solvents include sulfolane, 2-methylsulfolane, 3-methylsulfolane, dimethylsulfone, diethylsulfone, ethylmethylsulfone, methylpropylsulfone, dimethylsulfoxide, methyl methanesulfonate, methanesulfone. including, but not limited to, one or more of ethyl acid, methyl ethanesulfonate, ethyl ethanesulfonate, dimethyl sulfate, diethyl sulfate, and dibutyl sulfate. In certain embodiments, some of the hydrogen atoms of the sulfur-containing organic solvent may be replaced with fluorine.
ある実施例において、前記芳香族フッ素含有溶媒は、フルオロベンゼン、ジフルオロベンゼン、トリフルオロベンゼン、テトラフルオロベンゼン、ペンタフルオロベンゼン、ヘキサフルオロベンゼン及びトリフルオロメチルベンゼンの一種または多種を含むが、これらに限定されない。 In certain embodiments, the aromatic fluorine-containing solvent includes, but is not limited to, one or more of fluorobenzene, difluorobenzene, trifluorobenzene, tetrafluorobenzene, pentafluorobenzene, hexafluorobenzene, and trifluoromethylbenzene. Not done.
ある実施例において、本発明の電解液に用いられる溶媒は、環状カーボネート、鎖状カーボネート、環状カルボン酸エステル、鎖状カルボン酸エステル、及びそれらの組み合わせを含む。ある実施例において、本発明の電解液に用いられる溶媒は、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジエチルカーボネート、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、酢酸n-プロピル、酢酸エチル、及びそれらの組み合わせからなる群より選ばれる有機溶媒を含む。ある実施例において、本発明の電解液に用いられる溶媒は、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジエチルカーボネート、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、γ-ブチロラクトン、及びそれらの組み合わせを含む。 In some embodiments, the solvent used in the electrolyte of the present invention includes a cyclic carbonate, a chain carbonate, a cyclic carboxylic acid ester, a chain carboxylic acid ester, and combinations thereof. In certain embodiments, the solvent used in the electrolyte of the present invention is selected from the group consisting of ethylene carbonate, propylene carbonate, diethyl carbonate, ethyl propionate, propyl propionate, n-propyl acetate, ethyl acetate, and combinations thereof. Contains organic solvents. In certain embodiments, the solvents used in the electrolytes of the present invention include ethylene carbonate, propylene carbonate, diethyl carbonate, ethyl propionate, propyl propionate, γ-butyrolactone, and combinations thereof.
添加剤
ある実施例において、前記添加剤の実例は、フルオロカーボネート、炭素-炭素二重結合を含有するエチレンカーボネート、硫黄-酸素二重結合を含有する化合物及び酸無水物の一種または多種を含むが、これらに限定されない。
Additive
In some embodiments, examples of the additives include one or more of fluorocarbonates, ethylene carbonate containing carbon-carbon double bonds, compounds containing sulfur-oxygen double bonds, and acid anhydrides. but not limited to.
ある実施例において、前記電解液の重量に対して、前記添加剤の含有量は、0.01%~15%、0.1%~10%または1%~5%である。 In some embodiments, the content of the additive is from 0.01% to 15%, from 0.1% to 10%, or from 1% to 5% based on the weight of the electrolyte.
本発明の実施例によれば、前記電解液の重量に対して、前記プロピオネートの含有量は、前記添加剤の1.5~30倍、1.5~20倍、2~20倍または5~20倍である。 According to an embodiment of the present invention, the content of the propionate is 1.5 to 30 times, 1.5 to 20 times, 2 to 20 times, or 5 to 5 times that of the additive with respect to the weight of the electrolyte. It is 20 times more.
ある実施例において、前記添加剤は、炭素-炭素二重結合を含有するエチレンカーボネートの一種または多種を含む。前記炭素-炭素二重結合を含有するエチレンカーボネートの実例は、ビニレンカーボネート、メチルビニレンカーボネート、エチルビニレンカーボネート、1,2-ジメチルビニレンカーボネート、1,2-ジエチルビニレンカーボネート、フルオロビニレンカーボネート、トリフルオロメチルビニレンカーボネート;ビニルエチレンカルボナート、1-メチル-2-ビニルエチレンカルボナート、1-エチル-2-ビニルエチレンカルボナート、1-n-プロピル-2-ビニルエチレンカルボナート、1-メチル-2-ビニルエチレンカルボナート、1,1-ジビニルエチレンカルボナート、1,2-ジビニルエチレンカルボナート、1,1-ジメチル-2-メチレンエチレンカルボナート及び1,1-ジエチル-2-メチレンエチレンカルボナートなどの一種または多種を含むが、これらに限定されない。ある実施例において、前記炭素-炭素二重結合を含有するエチレンカーボネートは、入手しやすくて、更なる優れた効果を実現できるビニレンカーボネートを含む。 In certain embodiments, the additive includes one or more ethylene carbonates containing carbon-carbon double bonds. Examples of the ethylene carbonate containing the carbon-carbon double bond are vinylene carbonate, methylvinylene carbonate, ethylvinylene carbonate, 1,2-dimethylvinylene carbonate, 1,2-diethylvinylene carbonate, fluorovinylene carbonate, trifluoromethyl Vinylene carbonate; vinyl ethylene carbonate, 1-methyl-2-vinyl ethylene carbonate, 1-ethyl-2-vinyl ethylene carbonate, 1-n-propyl-2-vinyl ethylene carbonate, 1-methyl-2-vinyl A type of ethylene carbonate, 1,1-divinylethylene carbonate, 1,2-divinylethylene carbonate, 1,1-dimethyl-2-methyleneethylene carbonate, and 1,1-diethyl-2-methyleneethylene carbonate or many other types, including but not limited to. In one embodiment, the carbon-carbon double bond-containing ethylene carbonate includes vinylene carbonate, which is easily available and can achieve even better effects.
ある実施例において、前記添加剤は、フルオロカーボネートと、炭素-炭素二重結合を含有するエチレンカーボネートとの組み合わせである。ある実施例において、前記添加剤は、フルオロカーボネートと硫黄-酸素二重結合を含有する化合物との組み合わせである。ある実施例において、前記添加剤は、フルオロカーボネートと2~4つのシアノ基を有する化合物との組み合わせである。ある実施例において、前記添加剤は、フルオロカーボネートと環状カルボン酸エステルとの組み合わせである。ある実施例において、前記添加剤は、フルオロカーボネートと環状リン酸無水物との組み合わせである。ある実施例において、前記添加剤は、フルオロカーボネートとカルボン酸無水物との組み合わせである。ある実施例において、前記添加剤は、フルオロカーボネートとスルホン酸無水物との組み合わせである。ある実施例において、前記添加剤は、フルオロカーボネートとカルボン酸スルホン酸無水物との組み合わせである。 In some embodiments, the additive is a combination of fluorocarbonate and ethylene carbonate containing carbon-carbon double bonds. In some embodiments, the additive is a combination of a fluorocarbonate and a compound containing a sulfur-oxygen double bond. In some embodiments, the additive is a combination of a fluorocarbonate and a compound having 2 to 4 cyano groups. In some embodiments, the additive is a combination of a fluorocarbonate and a cyclic carboxylic acid ester. In some embodiments, the additive is a combination of fluorocarbonate and cyclic phosphoric anhydride. In some embodiments, the additive is a combination of fluorocarbonate and carboxylic acid anhydride. In some embodiments, the additive is a combination of fluorocarbonate and sulfonic anhydride. In some embodiments, the additive is a combination of fluorocarbonate and carboxylic acid sulfonic anhydride.
電解質
電解質は、特に限定されず、電解質として公知の物質を任意に使用してもよい。リチウム二次電池の場合、通常、リチウム塩が用いられる。電解質の実例は、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAlF4、LiSbF6、LiWF7などの無機リチウム塩;LiWOF5などのタングステン酸リチウム類;HCO2Li、CH3CO2Li、CH2FCO2Li、CHF2CO2Li、CF3CO2Li、CF3CH2CO2Li、CF3CF2CO2Li、CF3CF2CF2CO2Li、CF3CF2CF2CF2CO2Liなどのカルボン酸リチウム塩類;FSO3Li、CH3SO3Li、CH2FSO3Li、CHF2SO3Li、CF3SO3Li、CF3CF2SO3Li、CF3CF2CF2SO3Li、CF3CF2CF2CF2SO3Liなどのスルホン酸リチウム塩類;LiN(FCO)2、LiN(FCO)(FSO2)、LiN(FSO2)2、LiN(FSO2)(CF3SO2)、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2、リチウム環状1,2-パーフルオロエタンジスルホニルイミド、リチウム環状1,3-パーフルオロプロパンジスルホニルイミド、LiN(CF3SO2)(C4F9SO2)などのリチウムイミド塩類;LiC(FSO2)3、LiC(CF3SO2)3、LiC(C2F5SO2)3などのリチウムメチラート塩類;リチウムビス(マロナト)ボレート、リチウムジフルオロ(マロナト)ボレートなどのリチウム(マロナト)ボレート塩類;リチウムトリス(マロナト)ホスフェート、リチウムジフルオロビス(マロナト)ホスフェート、リチウムテトラフルオロ(マロナト)ホスフェートなどのリチウム(マロナト)ホスフェート塩類;及びLiPF4(CF3)2、LiPF4(C2F5)2、LiPF4(CF3SO2)2、LiPF4(C2F5SO2)2、LiBF3CF3、LiBF3C2F5、LiBF3C3F7、LiBF2(CF3)2、LiBF2(C2F5)2、LiBF2(CF3SO2)2、LiBF2(C2F5SO2)2などのフッ素含有有機リチウム塩類;リチウムジフルオロ(オキサラト)ボレート、リチウムビス(オキサラト)ボレートなどのリチウムオキサラトホウ酸塩類;リチウムテトラフルオロ(オキサラト)ホスフェート、リチウムジフルオロビス(オキサラト)ホスフェート、リチウムトリス(オキサラト)ホスフェートなどのリチウム(オキサラト)ホスフェート塩類などを含むが、これらに限定されない。
Electrolytes
The electrolyte is not particularly limited, and any substance known as an electrolyte may be used. In the case of lithium secondary batteries, lithium salts are usually used. Examples of electrolytes are inorganic lithium salts such as LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAlF 4 , LiSbF 6 , LiWF 7 ; lithium tungstates such as LiWOF 5 ; HCO 2 Li, CH 3 CO 2 Li, CH 2 FCO 2 Li, CHF 2 CO 2 Li, CF 3 CO 2 Li, CF 3 CH 2 CO 2 Li, CF 3 CF 2 CO 2 Li, CF 3 CF 2 CF 2 CO 2 Li, CF 3 CF 2 CF 2 CF 2 CO Carboxylic acid lithium salts such as 2 Li; FSO 3 Li, CH 3 SO 3 Li, CH 2 FSO 3 Li, CHF 2 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, CF 3 CF 2 SO 3 Li, CF 3 CF 2 CF 2 Sulfonic acid lithium salts such as SO 3 Li, CF 3 CF 2 CF 2 CF 2 SO 3 Li; LiN(FCO) 2 , LiN(FCO) (FSO 2 ), LiN(FSO 2 ) 2 , LiN(FSO 2 ) (CF 3 SO 2 ), LiN(CF 3 SO 2 ) 2 , LiN(C 2 F 5 SO 2 ) 2 , Lithium cyclic 1,2-perfluoroethanedisulfonylimide, Lithium cyclic 1,3-perfluoropropanedi Lithium imide salts such as sulfonylimide, LiN(CF 3 SO 2 ) (C 4 F 9 SO 2 ); LiC(FSO 2 ) 3 , LiC(CF 3 SO 2 ) 3 , LiC(C 2 F 5 SO 2 ) 3 Lithium methylate salts such as lithium bis(malonato)borate, lithium difluoro(malonato)borate, lithium tris(malonato)phosphate, lithium difluorobis(malonato)phosphate, lithium tetrafluoro(malonato) Lithium ( malonato) phosphate salts such as phosphate; and LiPF4 ( CF3 ) 2 , LiPF4 ( C2F5 ) 2 , LiPF4 ( CF3SO2 ) 2 , LiPF4 ( C2F5SO2 ) 2 , LiBF 3 CF 3 , LiBF 3 C 2 F 5 , LiBF 3 C 3 F 7 , LiBF 2 (CF 3 ) 2 , LiBF 2 (C 2 F 5 ) 2 , LiBF 2 (CF 3 SO 2 ) 2 , LiBF 2 Fluorine-containing organic lithium salts such as (C 2 F 5 SO 2 ) 2 ; lithium oxalatoborates such as lithium difluoro(oxalato)borate and lithium bis(oxalato)borate; lithium tetrafluoro(oxalato)phosphate and lithium difluorobis (oxalato)phosphate, lithium (oxalato)phosphate salts such as lithium tris(oxalato)phosphate, and the like.
ある実施例において、電解質は、LiPF6、LiSbF6、FSO3Li、CF3SO3Li、LiN(FSO2)2、LiN(FSO2)(CF3SO2)、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2、リチウム環状1,2-パーフルオロエタンジスルホニルイミド、リチウム環状1,3-パーフルオロプロパンジスルホニルイミド、LiC(FSO2)3、LiC(CF3SO2)3、LiC(C2F5SO2)3、LiBF3CF3、LiBF3C2F5、LiPF3(CF3)3、LiPF3(C2F5)3、リチウムジフルオロ(オキサラト)ボレート、リチウムビス(オキサラト)ボレートまたはリチウムジフルオロビス(オキサラト)ホスフェートから選択される。それらは、電気化学装置の出力特性、高いレートでの充放電特性、高温保存特性及びサイクル特性などを改善させることに寄与する。 In some embodiments, the electrolyte is LiPF6 , LiSbF6, FSO3Li , CF3SO3Li , LiN( FSO2 ) 2 , LiN( FSO2 )( CF3SO2 ) , LiN( CF3SO2 ) . 2 , LiN(C 2 F 5 SO 2 ) 2 , Lithium cyclic 1,2-perfluoroethanedisulfonylimide, Lithium cyclic 1,3-perfluoropropanedisulfonylimide, LiC(FSO 2 ) 3 , LiC(CF 3 SO2 ) 3 , LiC( C2F5SO2 ) 3 , LiBF3CF3, LiBF3C2F5 , LiPF3 ( CF3 ) 3 , LiPF3 ( C2F5 ) 3 , Lithium difluoro (oxalato) ) borate, lithium bis(oxalato)borate or lithium difluorobis(oxalato)phosphate. They contribute to improving the output characteristics, high rate charge/discharge characteristics, high temperature storage characteristics, cycle characteristics, etc. of the electrochemical device.
電解質の含有量は、本発明の効果損なわない限り、特に限定されない。ある実施例において、電解液におけるリチウムの総モル濃度は、0.3mol/L以上、0.4mol/L超、または0.5mol/L超である。ある実施例において、電解液におけるリチウムの総モル濃度は、3mol/L未満、2.5mol/L未満、または2.0mol/L以下である。ある実施例において、電解液におけるリチウムの総モル濃度は、上記した任意の二つの値で構成される範囲内にある。電解質の濃度が上記した範囲内にあると、荷電粒子であるリチウムが十分となり、また、粘度を適切の範囲内にさせることができるため、良好な電気伝導率を確保しやすい。 The content of the electrolyte is not particularly limited as long as it does not impair the effects of the present invention. In certain examples, the total molar concentration of lithium in the electrolyte is greater than or equal to 0.3 mol/L, greater than 0.4 mol/L, or greater than 0.5 mol/L. In certain examples, the total molar concentration of lithium in the electrolyte is less than 3 mol/L, less than 2.5 mol/L, or less than 2.0 mol/L. In some embodiments, the total molar concentration of lithium in the electrolyte is within a range consisting of any two of the values listed above. When the concentration of the electrolyte is within the above range, lithium, which is a charged particle, will be sufficient and the viscosity can be kept within an appropriate range, making it easy to ensure good electrical conductivity.
二種以上の電解質を併用する場合、電解質は、モノフルオロリン酸塩、ホウ酸塩、シュウ酸塩及びフルオロスルホン酸塩からなる群より選ばれる塩の少なくとも一種を含む。ある実施例において、電解質は、モノフルオロリン酸塩、シュウ酸塩及びフルオロスルホン酸塩からなる群より選ばれる塩を含む。ある実施例において、電解質は、リチウム塩を含む。ある実施例において、電解質の重量に対して、モノフルオロリン酸塩、ホウ酸塩、シュウ酸塩及びフルオロスルホン酸塩からなる群より選ばれる塩の含有量は、0.01%超、または0.1%超である。ある実施例において、電解質の重量に対して、モノフルオロリン酸塩、ホウ酸塩、シュウ酸塩及びフルオロスルホン酸塩からなる群より選ばれる塩の含有量は、20%未満、または10%未満である。ある実施例において、モノフルオロリン酸塩、ホウ酸塩、シュウ酸塩及びフルオロスルホン酸塩からなる群より選ばれる塩の含有量は、上記した任意の二つの値で構成される範囲内にある。 When two or more types of electrolytes are used together, the electrolyte contains at least one salt selected from the group consisting of monofluorophosphates, borates, oxalates, and fluorosulfonates. In certain embodiments, the electrolyte includes a salt selected from the group consisting of monofluorophosphates, oxalates, and fluorosulfonates. In some embodiments, the electrolyte includes a lithium salt. In some embodiments, the content of salts selected from the group consisting of monofluorophosphates, borates, oxalates, and fluorosulfonates, based on the weight of the electrolyte, is greater than 0.01%, or 0. .1% or more. In some embodiments, the content of salts selected from the group consisting of monofluorophosphates, borates, oxalates, and fluorosulfonates is less than 20%, or less than 10%, based on the weight of the electrolyte. It is. In certain embodiments, the content of the salt selected from the group consisting of monofluorophosphate, borate, oxalate, and fluorosulfonate is within a range consisting of any two of the above values. .
ある実施例において、電解質は、モノフルオロリン酸塩、ホウ酸塩、シュウ酸塩及びフルオロスルホン酸塩からなる群より選ばれる物質の一種以上と、その他の塩の一種以上とを含む。その他の塩として、以上に例示されたリチウム塩が挙げられ、ある実施例において、LiPF6、LiN(FSO2)(CF3SO2)、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2、リチウム環状1,2-パーフルオロエタンジスルホニルイミド、リチウム環状1,3-パーフルオロプロパンジスルホニルイミド、LiC(FSO2)3、LiC(CF3SO2)3、LiC(C2F5SO2)3、LiBF3CF3、LiBF3C2F5、LiPF3(CF3)3、LiPF3(C2F5)3である。ある実施例において、その他の塩は、LiPF6である。 In some embodiments, the electrolyte includes one or more substances selected from the group consisting of monofluorophosphates, borates, oxalates, and fluorosulfonates, and one or more other salts. Examples of other salts include the lithium salts exemplified above, and in some examples, LiPF 6 , LiN(FSO 2 )(CF 3 SO 2 ), LiN(CF 3 SO 2 ) 2 , LiN(C 2 F 5 SO 2 ) 2 , lithium cyclic 1,2-perfluoroethanedisulfonylimide, lithium cyclic 1,3-perfluoropropanedisulfonylimide, LiC(FSO 2 ) 3 , LiC(CF 3 SO 2 ) 3 , LiC( They are C2F5SO2 ) 3 , LiBF3CF3 , LiBF3C2F5 , LiPF3 ( CF3 ) 3 , and LiPF3 ( C2F5 ) 3 . In some embodiments, the other salt is LiPF6 .
ある実施例において、電解質の重量に対して、その他の塩の含有量は、0.01%超、または0.1%超である。ある実施例において、電解質の重量に対して、その他の塩の含有量は、20%未満、15%未満、または10%未満である。ある実施例において、その他の塩の含有量は、上記した任意の二つの値で構成される範囲内にある。上記した含有量を有するその他の塩は、電解液の電気伝導率と粘度とをバランスさせることに寄与する。 In certain embodiments, the content of other salts is greater than 0.01%, or greater than 0.1%, based on the weight of the electrolyte. In some embodiments, the content of other salts is less than 20%, less than 15%, or less than 10%, based on the weight of the electrolyte. In some embodiments, the content of other salts is within a range comprised of any two values listed above. Other salts having the above content contribute to balancing the electrical conductivity and viscosity of the electrolyte.
電解液には、上記した溶媒、添加剤及び電解質塩に加えて、必要に応じて負極被膜形成剤、正極保護剤、過充電防止剤などの別の添加剤を含んでもよい。添加剤として、通常、非水電解質二次電池に使用される添加剤を用いることができ、その実例は、ビニレンカーボネート、コハク酸無水物、ビフェニル、シクロヘキシルベンゼン、2,4-ジフルオロアニソール、プロパンスルトン、プロペンスルトンなどを含むが、これらに限定されない。これらの添加剤は、単独で用いてもよく、任意に組み合わせて用いてもよい。なお、電解液におけるこれらの添加剤の含有量は、特に限定されず、この添加剤の種類によって適宜設定すればよい。ある実施例において、電解質の重量に基づく添加剤の含有量は、5%未満であり、0.01%~5%の範囲内にあり、または0.2%~5%の範囲内にある。 In addition to the above-mentioned solvent, additives, and electrolyte salt, the electrolytic solution may contain other additives such as a negative electrode film forming agent, a positive electrode protective agent, and an overcharge preventive agent, if necessary. As additives, additives normally used in non-aqueous electrolyte secondary batteries can be used, examples of which include vinylene carbonate, succinic anhydride, biphenyl, cyclohexylbenzene, 2,4-difluoroanisole, propane sultone. , propene sultone, and the like. These additives may be used alone or in any combination. Note that the content of these additives in the electrolytic solution is not particularly limited, and may be appropriately set depending on the type of the additive. In certain embodiments, the content of additives based on the weight of the electrolyte is less than 5%, in the range of 0.01% to 5%, or in the range of 0.2% to 5%.
III、正極
正極は、正極集電体と、前記正極集電体の一つまたは二つの表面に設置された正極活物質層とを備える。
III, positive electrode
The positive electrode includes a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer disposed on one or two surfaces of the positive electrode current collector.
1、正極活物質層
正極活物質層は、正極活性物質を含む。前記正極活物質層は、単層であってもよく、多層であってもよい。多層正極活物質における各層は、同一または異なる正極活物質を含んでもよい。正極活物質は、任意のリチウムイオンなどの金属イオンを可逆的に吸蔵及び放出可能な物質である。
1. Positive electrode active material layer
The positive electrode active material layer includes a positive electrode active material. The positive electrode active material layer may be a single layer or a multilayer. Each layer in a multilayer cathode active material may include the same or different cathode active materials. The positive electrode active material is a material that can reversibly insert and release metal ions such as arbitrary lithium ions.
正極活物質の種類は、特に限定されず、電気化学方式で金属イオン(例えば、リチウムイオン)を吸蔵及び放出可能なものであればよい。ある実施例において、正極活物質は、リチウムと少なくとも一種の遷移金属とを含む物質である。正極活物質の実例は、リチウム遷移金属複合酸化物及びリチウム含有遷移金属リン酸化合物を含むが、これらに限定されない。 The type of positive electrode active material is not particularly limited, as long as it can absorb and release metal ions (for example, lithium ions) in an electrochemical manner. In some embodiments, the positive active material is a material that includes lithium and at least one transition metal. Examples of positive electrode active materials include, but are not limited to, lithium transition metal composite oxides and lithium-containing transition metal phosphate compounds.
ある実施例において、リチウム遷移金属複合酸化物における遷移金属は、V、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu等。ある実施例において、リチウム遷移金属複合酸化物は、LiCoO2などのリチウム・コバルト複合酸化物;LiNiO2などのリチウム・ニッケル複合酸化物;LiMnO2、LiMn2O4、Li2MnO4などのリチウム・マンガン複合酸化物;LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2、LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2などのリチウム・ニッケル・マンガン・コバルト複合酸化物を含み、これらのリチウム遷移金属複合酸化物の主な部分とする遷移金属原子の一部がNa、K、B、F、Al、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Li、Ni、Cu、Zn、Mg、Ga、Zr、Si、Nb、Mo、Sn、Wなどの他の元素で置換される。リチウム遷移金属複合酸化物の実例は、LiNi0.5Mn0.5O2、LiNi0.85Co0.10Al0.05O2、LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2、LiNi0.45Co0.10Al0.45O2、LiMn1.8Al0.2O4和LiMn1.5Ni0.5O4などを含むが、これらに限定されない。リチウム遷移金属複合酸化物の組み合わせの実例は、LiCoO2とLiMn2O4との組み合わせなどを含むが、これらに限定されなく、LiMn2O4におけるMnの一部が遷移金属で置換されてもよく(例えば、LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2)、LiCoO2におけるCoの一部が遷移金属で置換されてもよい。 In one embodiment, the transition metal in the lithium transition metal composite oxide is V, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, or the like. In some embodiments, the lithium transition metal composite oxide is a lithium-cobalt composite oxide such as LiCoO2 ; a lithium-nickel composite oxide such as LiNiO2 ; a lithium transition metal composite oxide such as LiMnO2 , LiMn2O4 , Li2MnO4 , etc. - Manganese composite oxide; including lithium-nickel-manganese-cobalt composite oxides such as LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 and LiNi 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 O 2 , Some of the transition metal atoms that form the main part of these lithium transition metal composite oxides are Na, K, B, F, Al, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Li, Ni, Cu, and Zn. , Mg, Ga, Zr, Si, Nb, Mo, Sn, W, and other elements. Examples of lithium transition metal composite oxides are LiNi 0.5 Mn 0.5 O 2 , LiNi 0.85 Co 0.10 Al 0.05 O 2 , LiNi 0.33 Co 0.33 Mn 0.33 O 2 , LiNi 0.45 Co 0.10 Al 0.45 O 2 , LiMn 1.8 Al 0.2 O 4 , LiMn 1.5 Ni 0.5 O 4 and the like, but are not limited to these. Examples of combinations of lithium-transition metal composite oxides include, but are not limited to, combinations of LiCoO 2 and LiMn 2 O 4 , and even if part of Mn in LiMn 2 O 4 is replaced with a transition metal. Often (eg, LiNi 0.33 Co 0.33 Mn 0.33 O 2 ), some of the Co in LiCoO 2 may be replaced with a transition metal.
ある実施例において、リチウム含有遷移金属リン酸化合物における遷移金属は、V、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cuなどを含む。ある実施例において、リチウム含有遷移金属リン酸化合物は、LiFePO4、Li3Fe2(PO4)3、LiFeP2O7などのリン酸鉄類;LiCoPO4などのリン酸コバルト類を含み、これらのリチウム含有遷移金属リン酸化合物の主な部分とする遷移金属原子の一部がAl、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Li、Ni、Cu、Zn、Mg、Ga、Zr、Nb、Siなどの他の元素で置換される。 In some embodiments, the transition metals in the lithium-containing transition metal phosphate compound include V, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, and the like. In some embodiments, the lithium-containing transition metal phosphate compounds include iron phosphates such as LiFePO4 , Li3Fe2 ( PO4 ) 3 , LiFeP2O7 ; cobalt phosphates such as LiCoPO4 ; Some of the transition metal atoms that are the main part of the lithium-containing transition metal phosphate compound are Al, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Li, Ni, Cu, Zn, Mg, Ga, Zr, Nb. , Si, and other elements.
ある実施例において、正極活物質には、電気化学装置の連続充電特性を向上させることができるリン酸リチウムを含む。リン酸リチウムの使用については、制限されない。ある実施例において、正極活物質とリン酸リチウムとは、混合して使用する。ある実施例において、上記した正極活物質とリン酸リチウムの重量に対するリン酸リチウムの含有量は、0.1%超、0.3%超、または0.5%超である。ある実施例において、上記した正極活物質とリン酸リチウムの重量に対するリン酸リチウムの含有量は、10%未満、8%未満、または5%未満である。ある実施例において、リン酸リチウムの含有量は、上記した任意の二つの値で構成される範囲内にある。 In some embodiments, the positive electrode active material includes lithium phosphate, which can improve the continuous charging characteristics of the electrochemical device. There are no restrictions on the use of lithium phosphate. In some embodiments, the positive electrode active material and lithium phosphate are used in combination. In some embodiments, the content of lithium phosphate based on the weight of the positive electrode active material and lithium phosphate is more than 0.1%, more than 0.3%, or more than 0.5%. In some embodiments, the content of lithium phosphate based on the weight of the positive electrode active material and lithium phosphate is less than 10%, less than 8%, or less than 5%. In some embodiments, the content of lithium phosphate is within a range comprised of any two values listed above.
表面被覆
上記した正極活物質の表面に、正極活物質とは異なる組成の物質を付着していてもよい。表面附着物質の実例は、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、二酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ホウ素、酸化アンチモン、酸化ビスマスなどの酸化物;硫酸リチウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸マグネシウム、硫酸カルシウム、硫酸アルミニウムなどの硫酸塩;炭酸リチウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウムなどの炭酸塩;炭素などを含むが、これらに限定されない。
surface coating
A substance having a composition different from that of the positive electrode active material may be attached to the surface of the positive electrode active material described above. Examples of surface-attached substances include oxides such as aluminum oxide, silicon dioxide, titanium dioxide, zirconium oxide, magnesium oxide, calcium oxide, boron oxide, antimony oxide, and bismuth oxide; lithium sulfate, sodium sulfate, potassium sulfate, magnesium sulfate, Sulfates such as calcium sulfate and aluminum sulfate; carbonates such as lithium carbonate, calcium carbonate, and magnesium carbonate; carbon, and the like, but are not limited to these.
これらの表面付着物質は、表面付着物質を溶媒に溶解又は懸濁させて正極活物質に含浸し添加し、乾燥する方法;表面付着物質の前駆体を溶媒に溶解又は懸濁させて正極活物質に含浸添加した後、加熱等により反応させる方法;及び正極活物質の前駆体に添加して同時に焼成する方法等により、正極活物質の表面に付着することができる。炭素を付着する場合、炭素材料(例えば、活性炭など)を機械的に付着する方法も用いることができる。 These surface-adhering substances can be prepared by dissolving or suspending the surface-adhering substances in a solvent, impregnating the positive electrode active material, adding it, and drying; It can be attached to the surface of the positive electrode active material by adding it to a precursor of the positive electrode active material and reacting it by heating or the like; or by adding it to a precursor of the positive electrode active material and baking it at the same time. When attaching carbon, a method of mechanically attaching a carbon material (for example, activated carbon, etc.) can also be used.
ある実施例において、正極活物質層の重量に対して、表面付着物質の含有量は、0.1ppm超、1ppm超、または10ppm超である。ある実施例において、正極活物質層の重量に対して、表面付着物質の含有量は、10%未満、8%未満、または5%未満である。ある実施例において、正極活物質層の重量に対して、表面付着物質の含有量は、上記した任意の二つの値で構成される範囲内にある。 In some embodiments, the content of the surface-attached material is greater than 0.1 ppm, greater than 1 ppm, or greater than 10 ppm, based on the weight of the positive electrode active material layer. In some embodiments, the content of the surface-attached material is less than 10%, less than 8%, or less than 5% based on the weight of the positive electrode active material layer. In one embodiment, the content of the surface-attached substance relative to the weight of the positive electrode active material layer is within a range comprised of any two values described above.
正極活物質の表面に物質を付着することにより、正極活物質の表面での電解液の酸化反応を抑制することができ、電気化学装置の寿命を向上させることができる。表面付着物質の量が少なすぎると、その効果が十分に発現せず、表面付着物質の量が多すぎると、リチウムイオンの吸蔵及び放出を阻害するため、抵抗が増加する場合がある。 By attaching a substance to the surface of the positive electrode active material, the oxidation reaction of the electrolyte on the surface of the positive electrode active material can be suppressed, and the life of the electrochemical device can be improved. If the amount of the substance attached to the surface is too small, the effect will not be fully expressed, and if the amount of the substance attached to the surface is too large, the resistance may increase because occlusion and release of lithium ions are inhibited.
本発明において、正極活物質の表面に正極活物質とは異なる組成の物質を付着しているものも、「正極活物質」という。 In the present invention, a positive electrode active material in which a substance having a composition different from that of the positive electrode active material is attached to the surface thereof is also referred to as a "positive electrode active material."
形状
ある実施例において、正極活物質の粒子の形状は、塊状、多面体状、球状、楕円球状、板状、針状、柱状などを含むが、これらに限定されない。ある実施例において、正極活物質の粒子は、一次粒子、二次粒子またはそれらの組み合わせを含む。ある実施例において、一次粒子は、凝集して二次粒子を形成してもよい。
shape
In some embodiments, the shape of the particles of the positive electrode active material includes, but is not limited to, a block, a polyhedron, a sphere, an ellipsoid, a plate, a needle, a column, and the like. In some embodiments, the particles of positive electrode active material include primary particles, secondary particles, or a combination thereof. In some embodiments, primary particles may aggregate to form secondary particles.
タップ密度
ある実施例において、正極活物質のタップ密度は、0.5g/cm3超、0.8g/cm3超、または1.0g/cm3超である。正極活物質のタップ密度が上記した範囲内にあると、正極活物質層形成時に必要な分散媒量及び導電材量及び正極粘着剤量を抑制することができるため、正極活物質の充填率及び電気化学装置の容量を確保することができる。タップ密度の高い複合酸化物粉体を用いることにより、高密度の正極活物質層を形成することができる。タップ密度は、一般に大きいほど好ましく、特に上限がない。ある実施例において、正極活物質のタップ密度は4.0g/cm3未満、3.7g/cm3未満、または3.5g/cm3未満である。正極活物質のタップ密度が上記のような上限を有すると、負荷特性の低下を抑制することができる。
tap density
In certain examples, the tap density of the cathode active material is greater than 0.5 g/cm 3 , greater than 0.8 g/cm 3 , or greater than 1.0 g/cm 3 . When the tap density of the positive electrode active material is within the above range, the amount of dispersion medium, conductive material, and positive adhesive required for forming the positive electrode active material layer can be suppressed, so that the filling rate of the positive electrode active material and The capacity of the electrochemical device can be secured. By using composite oxide powder with a high tap density, a high-density positive electrode active material layer can be formed. In general, the higher the tap density, the better, and there is no particular upper limit. In certain examples, the tap density of the cathode active material is less than 4.0 g/cm 3 , less than 3.7 g/cm 3 , or less than 3.5 g/cm 3 . When the tap density of the positive electrode active material has the above upper limit, deterioration in load characteristics can be suppressed.
正極活物質的タップ密度は、正極活物質粉体5g~10gを10mLのガラス製メスシリンダーに入れ、ストローク20mmで200回タップした時の粉体充填密度(タップ密度)として求める。 The positive electrode active material tapped density is determined as the powder packing density (tap density) when 5 g to 10 g of positive electrode active material powder is placed in a 10 mL glass graduated cylinder and tapped 200 times with a stroke of 20 mm.
メディアン径(D50)
正極活物質の粒子が一次粒子である場合、正極活物質の粒子のメディアン径(D50)は、正極活物質の粒子の一次粒子径を指す。正極活物質の粒子の一次粒子が凝集して二次粒子を形成する場合、正極活物質の粒子のメディアン径(D50)は、正極活物質の粒子の二次粒子径を指す。
Median diameter (D50)
When the positive electrode active material particles are primary particles, the median diameter (D50) of the positive electrode active material particles refers to the primary particle diameter of the positive electrode active material particles. When the primary particles of the positive electrode active material particles aggregate to form secondary particles, the median diameter (D50) of the positive electrode active material particles refers to the secondary particle diameter of the positive electrode active material particles.
ある実施例において、正極活物質の粒子のメディアン径(D50)は、0.3μm超、0.5μm超、0.8μm超、または1.0μm超である。ある実施例において、正極活物質の粒子のメディアン径(D50)は、30μm未満、27μm未満、25μm未満、または22μm未満である。ある実施例において、正極活物質の粒子のメディアン径(D50)は、上記した任意の二つの値で構成される範囲内にある。正極活物質の粒子のメディアン径(D50)が上記した範囲内にあると、タップ密度が高い正極活物質を得ることができ、電気化学装置の特性の低下を抑制することができる。一方、電気化学装置の正極の調製過程時(即ち、正極活物質、導電材及び粘着剤等を溶媒でスラリー化し、薄膜状に塗布する時)に、スジの発生などの問題を防止することができる。ここで、異なるメジアン径を持つ正極活物質を二種以上混合することにより、正極調製時の充填性を更に向上させることができる。 In certain examples, the median diameter (D50) of the particles of the positive electrode active material is greater than 0.3 μm, greater than 0.5 μm, greater than 0.8 μm, or greater than 1.0 μm. In certain examples, the median diameter (D50) of the particles of the positive electrode active material is less than 30 μm, less than 27 μm, less than 25 μm, or less than 22 μm. In one embodiment, the median diameter (D50) of the particles of the positive electrode active material is within a range comprised of any two values described above. When the median diameter (D50) of the particles of the positive electrode active material is within the above range, a positive electrode active material with a high tap density can be obtained, and deterioration of the characteristics of the electrochemical device can be suppressed. On the other hand, it is possible to prevent problems such as the formation of streaks during the preparation process of the positive electrode of an electrochemical device (i.e., when the positive electrode active material, conductive material, adhesive, etc. are made into a slurry with a solvent and applied in the form of a thin film). can. Here, by mixing two or more types of positive electrode active materials having different median diameters, it is possible to further improve the filling property during the preparation of the positive electrode.
正極活物質の粒子メディアン径(D50)は、レーザ回折/散乱式粒度分布測定装置によって測定してもよい。粒度分布計としてHORIBA社製LA-920を用いる場合、測定の際に用いる分散媒として、0.1%ヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液を用い、5分間の超音波分散後に測定屈折率1.24を設定して測定される。 The particle median diameter (D50) of the positive electrode active material may be measured using a laser diffraction/scattering particle size distribution analyzer. When using HORIBA's LA-920 as a particle size distribution meter, a 0.1% sodium hexametaphosphate aqueous solution is used as the dispersion medium during measurement, and the measured refractive index is set to 1.24 after 5 minutes of ultrasonic dispersion. It is measured by
平均一次粒子径
正極活物質の粒子の一次粒子が凝集して二次粒子を形成する場合、ある実施例において、正極活物質の平均一次粒子径は、0.05μm超、0.1μm超、または0.5μm超である。ある実施例において、正極活物質の平均一次粒子径は、5μm未満、4μm未満、3μm未満、または2μm未満である。ある実施例において、正極活物質の平均一次粒子径は、上記した任意の二つの値で構成される範囲内にある。正極活物質の平均一次粒子径が上記した範囲内にあると、粉体填充性及び比表面積を確保でき、電池特性の低下を抑制でき、且つ適切な結晶性を得るため、電気化学装置の充放電の可逆性を確保することができる。
Average primary particle size
When the primary particles of the positive electrode active material particles aggregate to form secondary particles, in some embodiments, the average primary particle size of the positive electrode active material is greater than 0.05 μm, greater than 0.1 μm, or greater than 0.5 μm. It is. In certain examples, the average primary particle size of the positive electrode active material is less than 5 μm, less than 4 μm, less than 3 μm, or less than 2 μm. In one embodiment, the average primary particle diameter of the positive electrode active material is within a range comprised of any two values described above. When the average primary particle diameter of the positive electrode active material is within the above range, it is possible to ensure powder filling performance and specific surface area, suppress deterioration of battery characteristics, and obtain appropriate crystallinity. The reversibility of discharge can be ensured.
正極活物質の平均一次粒子径は、走査電子顕微鏡(SEM)による画像に対する観察により得られる。倍率が10000倍であるSEM画像において、任意の50個の一次粒子について、水平方向の直線に対する一次粒子の左右の境界線による切片の最長値を求め、平均値をとることにより、平均一次粒子径が得られる。 The average primary particle diameter of the positive electrode active material is obtained by observing an image using a scanning electron microscope (SEM). In a SEM image with a magnification of 10,000 times, for any 50 primary particles, find the longest value of the intercept by the left and right boundaries of the primary particles with respect to the horizontal line, and take the average value to determine the average primary particle diameter. is obtained.
比表面積(BET)
ある実施例において、正極活性物質の比表面積(BET)は、0.1m2/g超、0.2m2/g超、または0.3m2/g超である。ある実施例において、正極活性物質の比表面積(BET)は、50m2/g未満、40m2/g未満、または30m2/g未満である。ある実施例において、正極活性物質の比表面積(BET)は、上記した任意の二つの値で構成される範囲内にある。正極活性物質の比表面積(BET)が上記した範囲内にあると、電気化学装置の特性を確保しつつ正極活物質に良好な塗布性を持たせることができる。
Specific surface area (BET)
In certain examples, the specific surface area (BET) of the cathode active material is greater than 0.1 m 2 /g, greater than 0.2 m 2 /g, or greater than 0.3 m 2 /g. In certain examples, the specific surface area (BET) of the cathode active material is less than 50 m 2 /g, less than 40 m 2 /g, or less than 30 m 2 /g. In certain embodiments, the specific surface area (BET) of the cathode active material is within a range consisting of any two values described above. When the specific surface area (BET) of the positive electrode active material is within the above range, the positive electrode active material can have good coating properties while ensuring the characteristics of the electrochemical device.
正極活物質の比表面積(BET)は、表面積計(例えば、大倉理研製全自動表面積測定装置)を用い、窒素ガスを流し、150℃で試料に対して30分間予備乾燥を行なった後、大気圧に対する窒素の相対圧の値が0.3となるように正確に調整した窒素ヘリウム混合ガスを用い、ガス流動法による窒素吸着BET1点法によって測定しうる。 The specific surface area (BET) of the positive electrode active material is measured using a surface area meter (e.g., fully automatic surface area measuring device manufactured by Okura Riken). After pre-drying the sample at 150°C for 30 minutes with nitrogen gas flowing It can be measured by a nitrogen adsorption BET one-point method using a gas flow method using a nitrogen-helium mixed gas that has been accurately adjusted so that the value of the relative pressure of nitrogen to atmospheric pressure is 0.3.
正極導電材
正極導電材の種類は、限定されず、任意の既知の導電材を用いることができる。正極導電材の実例は、天然黒鉛、人造黒鉛などの黒鉛;アセチレンブラックなどのカーボンブラック;ニードルコークス等の無定形炭素などの炭素材料;カーボンナノチューブ;グラフェンなどを含むが、これらに限定されない。上記した正極導電材は、単独で用いてもよく、任意に組み合わせて用いてもよい。
Positive conductive material
The type of positive electrode conductive material is not limited, and any known conductive material can be used. Examples of positive conductive materials include, but are not limited to, graphite such as natural graphite and artificial graphite; carbon black such as acetylene black; carbon materials such as amorphous carbon such as needle coke; carbon nanotubes; graphene, and the like. The positive electrode conductive materials described above may be used alone or in any combination.
ある実施例において、正極活物質層の重量に対して、正極導電材の含有量は0.01%超、0.1%超、または1%超である。ある実施例において、正極活物質層の重量に対して正極導電材の含有量は10%未満、8%以下、または5%未満である。正極導電材の含有量が上記した範囲内にあると、十分な導電性及び電気化学装置の容量を確保することができる。 In some embodiments, the content of the cathode conductive material is more than 0.01%, more than 0.1%, or more than 1% based on the weight of the cathode active material layer. In some embodiments, the content of the cathode conductive material is less than 10%, less than 8%, or less than 5% based on the weight of the cathode active material layer. When the content of the positive electrode conductive material is within the above range, sufficient conductivity and capacity of the electrochemical device can be ensured.
正極粘着剤
正極活物質層の製造に用いる正極粘着剤の種類は、特に限定されず、塗布法の場合、電極製造時に用いる液体媒体に対して溶解又は分散可能な材料であればよい。正極粘着剤の実例は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリメチルメタクリレート、ポリイミド、芳香族ポリアミド、セルロース、ニトロセルロースなどの樹脂系ポリマー;スチレン-ブタジエンゴム(SBR)、イソプレンゴム、ポリブタジエンゴム、フッ素ゴム、アクリロニトリル-ブタジエンゴム(NBR)、エチレン-プロピレンゴムなどのゴム状ポリマー;スチレン-ブタジエン-スチレンブロック共重合体又はその水素化物;エチレン-プロピレン-ジエン三元共重合体(EPDM)、スチレン-エチレン-ブタジエン-エチレン共重合体、スチレン-イソプレン-スチレンブロック共重合体又はその水素化物などの熱可塑性エラストマー状ポリマー;シンジオタクチック-1,2-ポリブタジエン、ポリ酢酸ビニル、エチレン-酢酸ビニル共重合体、プロピレン-α-オレフィン共重合体などの軟質樹脂状ポリマー;ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素化ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン-エチレン共重合体などのフッ素系ポリマー;アルカリ金属イオン(特にリチウムイオン)のイオン伝導性を有するポリマー組成物などの一種または多種を含むが、これらに限定されない。上記した正極粘着剤は、単独で用いてもよく、任意に組み合わせて用いてもよい。
positive electrode adhesive
The type of positive electrode adhesive used in manufacturing the positive electrode active material layer is not particularly limited, and in the case of a coating method, any material may be used as long as it is soluble or dispersible in the liquid medium used during electrode manufacturing. Examples of positive electrode adhesives include resin-based polymers such as polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polymethyl methacrylate, polyimide, aromatic polyamide, cellulose, and nitrocellulose; styrene-butadiene rubber (SBR), isoprene rubber, polybutadiene rubber, and fluororubber. , acrylonitrile-butadiene rubber (NBR), ethylene-propylene rubber, and other rubbery polymers; styrene-butadiene-styrene block copolymers or their hydrides; ethylene-propylene-diene terpolymers (EPDM), styrene-ethylene - Thermoplastic elastomeric polymers such as butadiene-ethylene copolymers, styrene-isoprene-styrene block copolymers or their hydrides; syndiotactic-1,2-polybutadiene, polyvinyl acetate, ethylene-vinyl acetate copolymers , soft resinous polymers such as propylene-α-olefin copolymers; fluorine-based polymers such as polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene, fluorinated polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene-ethylene copolymers; alkalis It includes, but is not limited to, one or more polymer compositions having ionic conductivity for metal ions (particularly lithium ions). The positive electrode adhesives described above may be used alone or in any combination.
ある実施例において、正極活物質層の重量に対して、正極粘着剤の含有量は、0.1%超、1%超、または1.5%超である。ある実施例において、正極活物質層の重量に対して、正極粘着剤の含有量は、10%未満、8%未満、4%未満、または3%未満である。正極粘着剤の含有量が上記した範囲内にあると、正極に良好な導電性及び十分な機械的強度を持たせつつ電気化学装置の容量を確保することができる。 In some embodiments, the content of the positive electrode adhesive is more than 0.1%, more than 1%, or more than 1.5% based on the weight of the positive electrode active material layer. In some embodiments, the content of the positive electrode adhesive is less than 10%, less than 8%, less than 4%, or less than 3% based on the weight of the positive electrode active material layer. When the content of the positive electrode adhesive is within the above range, the capacity of the electrochemical device can be ensured while giving the positive electrode good conductivity and sufficient mechanical strength.
溶媒
正極スラリーを形成するための溶媒の種類は、限定されず、正極活物質、導電材、正極粘着剤、及び必要に応じて使用される増粘剤を溶解又は分散可能な溶媒であればよい。正極スラリーを形成するための溶媒の実例は、水系溶媒及び有機系溶媒の何れか一種を含んでもよい。水系溶媒の実例は、水、及びアルコールと水との混合媒などを含むが、これらに限定されない。有機系溶媒の実例は、ヘキサンなどの脂肪族炭化水素類;ベンゼン、トルエン、キシレン、メチルナフタレンなどの芳香族炭化水素類;キノリン、ピリジンなどの複素環化合物;アセトン、エチルメチルケトン、シクロヘキサノンなどのケトン類;酢酸メチル、アクリル酸メチルなどのエステル類;ジエチレントリアミン、N,N-ジメチルアミノプロピルアミンなどのアミン類;ジエチルエーテル、プロピレンオキシド、テトラヒドロフラン(THF)などのエーテル類;N-メチルピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドなどのアミド類;ヘキサメチルホスファルアミド、ジメチルスルホキシドなどのの非プロトン性極性溶媒などを含むが、これらに限定されない。
solvent
The type of solvent for forming the positive electrode slurry is not limited, and any solvent may be used as long as it can dissolve or disperse the positive electrode active material, the conductive material, the positive electrode adhesive, and the thickener used as necessary. Examples of the solvent for forming the positive electrode slurry may include either an aqueous solvent or an organic solvent. Examples of aqueous solvents include, but are not limited to, water and mixtures of alcohol and water. Examples of organic solvents include aliphatic hydrocarbons such as hexane; aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, xylene, and methylnaphthalene; heterocyclic compounds such as quinoline and pyridine; and acetone, ethyl methyl ketone, and cyclohexanone. Ketones; Esters such as methyl acetate and methyl acrylate; Amines such as diethylenetriamine and N,N-dimethylaminopropylamine; Ethers such as diethyl ether, propylene oxide, and tetrahydrofuran (THF); N-methylpyrrolidone (NMP) ), dimethylformamide, dimethylacetamide, and other amides; aprotic polar solvents such as hexamethylphosphalamide, dimethylsulfoxide, and the like, but are not limited thereto.
増粘剤
増粘剤は、通常、スラリーの粘度を調製するために使用される。水系溶媒を用いる場合、増粘剤及びスチレン-ブタジエンゴム(SBR)ラテックスを用いてスラリー化してもよい。増粘剤の種類は、特に限定されず、その実例は、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、エチルセルロース、ポリビニルアルコール、酸化スターチ、リン酸化スターチ、カゼイン及びこれらの塩などを含むが、これらに限定されない。上記した増粘剤は、単独で用いてもよく、任意に組み合わせて用いてもよい。
thickener
Thickeners are commonly used to adjust the viscosity of the slurry. When using an aqueous solvent, a thickener and styrene-butadiene rubber (SBR) latex may be used to form a slurry. The type of thickener is not particularly limited, and examples thereof include, but are not limited to, carboxymethylcellulose, methylcellulose, hydroxymethylcellulose, ethylcellulose, polyvinyl alcohol, oxidized starch, phosphorylated starch, casein, and salts thereof. . The above-mentioned thickeners may be used alone or in any combination.
ある実施例において、正極活物質層の重量に対して、増粘剤の含有量は、0.1%超、0.2%超、または0.3%超である。ある実施例において、正極活物質層の重量に対して、増粘剤の含有量は、5%未満、3%未満、または2%未満である。ある実施例において、正極活物質層の重量に対する増粘剤の含有量は、上記した任意の二つの値で構成される範囲内にある。増粘剤の含有量が上記した範囲内にあると、正極スラリーに良好な塗布性を持たせつつ電気化学装置の容量の低下及び抵抗の増大を抑制することができる。 In some embodiments, the content of the thickener is greater than 0.1%, greater than 0.2%, or greater than 0.3%, based on the weight of the positive electrode active material layer. In some embodiments, the content of thickener is less than 5%, less than 3%, or less than 2%, based on the weight of the positive electrode active material layer. In one embodiment, the content of the thickener relative to the weight of the positive electrode active material layer is within a range comprised of any two values described above. When the content of the thickener is within the above range, it is possible to provide the positive electrode slurry with good coating properties while suppressing a decrease in capacity and an increase in resistance of the electrochemical device.
正極活性物質の含有量
ある実施例において、正極活物質層の重量に対して、正極活性物質の含有量は、80%超、82%超、または84%超である。ある実施例において、正極活物質層の重量に対して、正極活性物質の含有量は、99%未満、または98%未満である。ある実施例において、正極活物質層の重量に対する正極活物質び含有量は、上記した任意の二つの値で構成される範囲内にある。正極活物質の含有量が上記した範囲内にあると、正極活物質層における正極活物質の電気容量を確保しつつ正極の強度を維持することができる。
Content of cathode active material
In some embodiments, the content of the cathode active material is greater than 80%, greater than 82%, or greater than 84%, based on the weight of the cathode active material layer. In some embodiments, the content of the cathode active material is less than 99%, or less than 98%, based on the weight of the cathode active material layer. In one embodiment, the content of the positive electrode active material relative to the weight of the positive electrode active material layer is within a range comprised of any two values described above. When the content of the positive electrode active material is within the above range, the strength of the positive electrode can be maintained while ensuring the electric capacity of the positive electrode active material in the positive electrode active material layer.
正極活物質層の密度
塗布と乾燥によって得られた正極活物質層については、正極活物質の充填密度を上げるために、ハンドプレス、ローラープレスなどにより圧密処理を行ってもよい。ある実施例において、正極活物質層の密度は、1.5g/cm3超、2g/cm3超、または2.2g/cm3超である。ある実施例において、正極活物質層の密度は、5g/cm3未満、4.5g/cm3未満、または4g/cm3未満である。ある実施例において、正極活物質層の密度は、上記した任意の二つの値で構成される範囲内にある。正極活物質層の密度が上記した範囲内にあると、電気化学装置に良好な充放電特性を持たせつつ抵抗の増大を抑制することができる。
Density of positive electrode active material layer
The positive electrode active material layer obtained by coating and drying may be subjected to a consolidation treatment using a hand press, a roller press, etc. in order to increase the packing density of the positive electrode active material. In certain examples, the density of the positive electrode active material layer is greater than 1.5 g/cm 3 , greater than 2 g/cm 3 , or greater than 2.2 g/cm 3 . In certain examples, the density of the positive electrode active material layer is less than 5 g/cm 3 , less than 4.5 g/cm 3 , or less than 4 g/cm 3 . In some embodiments, the density of the positive electrode active material layer is within a range comprised of any two values described above. When the density of the positive electrode active material layer is within the above range, an increase in resistance can be suppressed while giving the electrochemical device good charge and discharge characteristics.
正極活物質層の厚さ
正極活物質層の厚さは、正極集電体の任意の片側にある正極活物質層の厚さを指す。ある実施例において、正極活物質層の厚さは、10μm超、または20μm超である。ある実施例において、正極活物質層の厚さは、500μm未満、または450μm未満である。
Thickness of positive electrode active material layer
The thickness of the positive electrode active material layer refers to the thickness of the positive electrode active material layer on any one side of the positive electrode current collector. In certain embodiments, the thickness of the positive electrode active material layer is greater than 10 μm, or greater than 20 μm. In certain embodiments, the thickness of the positive electrode active material layer is less than 500 μm, or less than 450 μm.
正極活物質の製造方法
正極活物質は、無機化合物を製造する一般的な方法によって製造してもよい。球状または楕円球状の正極活物質を作成するために、以下の製造方法を採用してもよい。遷移金属の原料物質を水などの溶媒に溶解または粉砕分散して、攪拌しながらpHを調節して、球状の前駆体を作成し、回収し、これを必要に応じて乾燥した後、LiOH、Li2CO3、LiNO3などのLi源を加えて、高温で焼成して正極活物質を得る。
Manufacturing method of positive electrode active material
The positive electrode active material may be manufactured by a common method for manufacturing inorganic compounds. In order to create a spherical or ellipsoidal positive electrode active material, the following manufacturing method may be employed. A transition metal raw material is dissolved or pulverized and dispersed in a solvent such as water, and the pH is adjusted while stirring to create and collect a spherical precursor. After drying this as necessary, LiOH, A Li source such as Li 2 CO 3 or LiNO 3 is added and fired at a high temperature to obtain a positive electrode active material.
2、正極集電体
正極集電体の種類は、特に限定されず、任意の既知の正極集電体に適用する材質であってもよい。正極集電体の実例は、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケルメッキ、チタン、タンタルなどの金属材料;カーボンクロス、カーボンペーパーなどの炭素材料を含むが、これらに限定されない。ある実施例において、正極集電体は、金属材料である。ある実施例において、正極集電体は、アルミニウムである。
2. Positive electrode current collector
The type of positive electrode current collector is not particularly limited, and may be any material applicable to any known positive electrode current collector. Examples of positive electrode current collectors include, but are not limited to, metal materials such as aluminum, stainless steel, nickel plating, titanium, tantalum, etc.; carbon materials such as carbon cloth, carbon paper, etc. In some embodiments, the positive electrode current collector is a metallic material. In some embodiments, the positive current collector is aluminum.
正極集電体の形態は、特に限定されない。正極集電体が金属材料である場合、正極集電体の形態は、金属箔、金属円柱、金属コイル、金属板、金属箔、金属メッシュシート、パンチングメタル、発泡メタルなどを含むが、これらに限定されない。正極集電体が炭素材料である場合、正極集電体の形態は、炭素板、炭素薄膜、炭素円柱などを含むが、これらに限定されない。ある実施例において、正極集電体は、金属箔である。ある実施例において、前記金属箔は、メッシュ状である。前記金属箔の厚さは、特に限定されない。ある実施例において、前記金属箔の厚さは、1μm超、3μm超、または5μm超である。ある実施例において、前記金属箔の厚さは、1mm未満、100μm未満、または50μm未満である。ある実施例において、前記金属箔の厚さは、上記した任意の二つの値で構成される範囲内にある。 The form of the positive electrode current collector is not particularly limited. When the positive electrode current collector is a metal material, the form of the positive electrode current collector includes metal foil, metal cylinder, metal coil, metal plate, metal foil, metal mesh sheet, punched metal, foamed metal, etc. Not limited. When the positive electrode current collector is made of a carbon material, the form of the positive electrode current collector includes, but is not limited to, a carbon plate, a carbon thin film, a carbon cylinder, and the like. In some embodiments, the positive current collector is a metal foil. In one embodiment, the metal foil is mesh-like. The thickness of the metal foil is not particularly limited. In certain embodiments, the thickness of the metal foil is greater than 1 μm, greater than 3 μm, or greater than 5 μm. In certain embodiments, the thickness of the metal foil is less than 1 mm, less than 100 μm, or less than 50 μm. In some embodiments, the thickness of the metal foil is within a range consisting of any two values listed above.
正極集電体及び正極活物質層の電子接触抵抗を低減させるために、正極集電体の表面に、導電助剤を含んでもよい。導電助剤の実例は、炭素、及び金、プラチナ、銀などの貴金属類を含むが、これらに限定されない。 In order to reduce the electronic contact resistance of the positive electrode current collector and the positive electrode active material layer, a conductive additive may be included on the surface of the positive electrode current collector. Examples of conductive aids include, but are not limited to, carbon and noble metals such as gold, platinum, silver, and the like.
正極活物質層と正極集電体との厚さの比は、片面の正極活物質層の厚さを正極集電体の厚さで除するものを指し、その値は、特に限定されない。ある実施例において、厚さ比は、50未満、30未満、または20未満である。ある実施例において、厚さ比は、0.5超、0.8超、または1超である。ある実施例において、厚さ比は、上記した任意の二つの値で構成される範囲内にある。厚さ比が上記した範囲内にあると、高電流密度充放電中の正極集電体の放熱を抑制することができ、電気化学装置の容量を確保することができる。 The thickness ratio between the positive electrode active material layer and the positive electrode current collector refers to the thickness of the positive electrode active material layer on one side divided by the thickness of the positive electrode current collector, and its value is not particularly limited. In certain examples, the thickness ratio is less than 50, less than 30, or less than 20. In certain embodiments, the thickness ratio is greater than 0.5, greater than 0.8, or greater than 1. In some embodiments, the thickness ratio is within a range consisting of any two of the values listed above. When the thickness ratio is within the above range, heat radiation of the positive electrode current collector during high current density charging and discharging can be suppressed, and the capacity of the electrochemical device can be ensured.
3、正極の作製方法
正極は、正極活物質と粘着剤とを含有する正極活物質層を集電体上に形成して作製される。正極活物質を用いる正極の製造は、常法により行うことができる。即ち、正極活物質と粘着剤、並びに必要に応じて導電材及び増粘剤等を乾式で混合してシート状にしたものを正極集電体に圧着すること;或いはこれらの材料を液体媒体に溶解又は分散させてスラリーとして、これを正極集電体に塗布し、乾燥することで、正極活物質層を集電体上に形成させることにより正極を得ることができる。
3. Method for producing positive electrode
The positive electrode is produced by forming a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material and an adhesive on a current collector. A positive electrode using a positive electrode active material can be produced by a conventional method. That is, a positive electrode active material, an adhesive, and if necessary a conductive material, a thickener, etc. are mixed together in a dry manner and formed into a sheet, which is then pressed onto a positive electrode current collector; or these materials are mixed into a liquid medium. A positive electrode can be obtained by dissolving or dispersing the slurry, applying it to a positive electrode current collector, and drying it to form a positive electrode active material layer on the current collector.
IV、セパレータ
正極と負極との間に、短絡を防止するために、通常、セパレータが配設されている。この場合、本発明の電解液は、通常、このセパレータに含浸して用いる。
IV, separator
A separator is usually provided between the positive electrode and the negative electrode to prevent short circuits. In this case, the electrolytic solution of the present invention is usually used by impregnating the separator.
セパレータの材料及び形状は、本発明の効果を著しく損なわない限り、特に限定ない。前記セパレータは、本発明の電解液に対して安定な材料からなる樹脂、ガラス繊維、無機物などであってもよい。ある実施例において、前記セパレータは、保液性が優れた多孔性シートまたは不織布状形態の物質などを含む。樹脂またはガラス繊維セパレータの材料の実例は、ポリオレフィン、芳香族ポリアミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルスルホンなどを含むが、これらに限定されない。ある実施例において、前記ポリオレフィンは、ポリエチレンまたはポリプロピレンである。ある実施例において、前記ポリオレフィンは、ポリプロピレンである。上記したセパレータの材料は、単独で用いてもよく、任意に組み合わせて用いてもよい。 The material and shape of the separator are not particularly limited as long as they do not significantly impair the effects of the present invention. The separator may be made of a resin, glass fiber, an inorganic material, etc. made of a material that is stable to the electrolytic solution of the present invention. In one embodiment, the separator includes a porous sheet or non-woven material with excellent liquid retention properties. Examples of resin or fiberglass separator materials include, but are not limited to, polyolefins, aromatic polyamides, polytetrafluoroethylene, polyethersulfone, and the like. In certain embodiments, the polyolefin is polyethylene or polypropylene. In some embodiments, the polyolefin is polypropylene. The separator materials described above may be used alone or in any combination.
前記セパレータは、上記した材料を積層してなる材料であってもよく、その実例は、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリプロピレンの順で積層されてなる三層セパレータなどを含むが、これらに限定されない。 The separator may be a material formed by laminating the above-mentioned materials, and examples thereof include, but are not limited to, a three-layer separator formed by laminating polypropylene, polyethylene, and polypropylene in this order.
無機物の材料の実例は、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素などの酸化物;窒化アルミニウム、窒化ケイ素などの窒化物;硫酸塩(例えば、硫酸バリウム、硫酸カルシウムなど)を含むが、これらに限定されない。無機物の形態は、粒子状または繊維状を含むが、これらに限定されない。 Examples of inorganic materials include, but are not limited to, oxides such as aluminum oxide, silicon dioxide; nitrides such as aluminum nitride, silicon nitride; sulfates (eg, barium sulfate, calcium sulfate, etc.). The form of the inorganic substance includes, but is not limited to, particulate or fibrous form.
前記セパレータの形態は、薄膜形態であり、その実例は、不織布、織布、微多孔性フィルムなどを含むが、これらに限定されない。薄膜形態では、前記セパレータの孔径が0.01μm~1μmであり、厚さが5μm~50μmである。上記した独立の薄膜状セパレータ以外に、樹脂類の粘着剤を用いて上記した無機物の粒子を含有する複合多孔層を正極及び/または負極の表面上に形成させてなるセパレータ、例えば、粘着剤としてフッ素樹脂を使用して正極の両面に90%粒径が1μm未満の酸化アルミニウムを多孔層を形成させるセパレータを用いることもできる。 The form of the separator is a thin film form, examples of which include, but are not limited to, nonwoven fabrics, woven fabrics, microporous films, and the like. In the form of a thin film, the separator has a pore diameter of 0.01 μm to 1 μm and a thickness of 5 μm to 50 μm. In addition to the above-mentioned independent thin film separators, separators in which a composite porous layer containing the above-mentioned inorganic particles is formed on the surface of the positive electrode and/or negative electrode using a resin adhesive, such as a pressure-sensitive adhesive. It is also possible to use a separator in which a porous layer of aluminum oxide having a 90% particle size of less than 1 μm is formed on both sides of the positive electrode using a fluororesin.
前記セパレータの厚さは、任意である。ある実施例において、前記セパレータの厚さは、1μm超、5μm超、または8μm超である。ある実施例において、前記セパレータの厚さは、50μm未満、40μm未満、または30μm未満である。ある実施例において、前記セパレータの厚さは、上記した任意の二つの値で構成される範囲内にある。前記セパレータの厚さが上記した範囲内にあると、絶縁性及び機械的強度を確保しつつ電気化学装置のレート特性及びエネルギー密度を確保することができる。 The thickness of the separator is arbitrary. In certain embodiments, the thickness of the separator is greater than 1 μm, greater than 5 μm, or greater than 8 μm. In certain embodiments, the thickness of the separator is less than 50 μm, less than 40 μm, or less than 30 μm. In some embodiments, the thickness of the separator is within a range consisting of any two values listed above. When the thickness of the separator is within the above range, it is possible to ensure the rate characteristics and energy density of the electrochemical device while ensuring insulation and mechanical strength.
セパレータとして多孔性シートまたは不織布などの多孔質材料を用いる場合、セパレータの孔隙率は、任意である。ある実施例において、前記セパレータの孔隙率は、10%超、15%超、または20%超である。ある実施例において、前記セパレータの孔隙率は、60%未満、45%未満、または40%未満である。ある実施例において、前記セパレータの孔隙率は、上記した任意の二つの値で構成される範囲内にある。前記セパレータの孔隙率が上記した範囲内にあると、絶縁性及び機械的強度を確保しつつ膜の抵抗を抑制することができ、電気化学装置に良好なレート特性を持たせる。 When using a porous material such as a porous sheet or a nonwoven fabric as a separator, the porosity of the separator is arbitrary. In certain embodiments, the porosity of the separator is greater than 10%, greater than 15%, or greater than 20%. In certain embodiments, the porosity of the separator is less than 60%, less than 45%, or less than 40%. In some embodiments, the porosity of the separator is within a range consisting of any two values listed above. When the porosity of the separator is within the above range, the resistance of the membrane can be suppressed while ensuring insulation and mechanical strength, and the electrochemical device can have good rate characteristics.
前記セパレータの平均孔径も、任意である。ある実施例において、前記セパレータの平均孔径は、0.5μm未満、または0.2μm未満である。ある実施例において、前記セパレータの平均孔径は、0.05μm超である。ある実施例において、前記セパレータの平均孔径は、上記した任意の二つの値で構成される範囲内にある。前記セパレータの平均孔径が上記した範囲を超れば、短絡が発生しやすい。セパレータの平均孔径が上記した範囲内にあると、膜抵抗を抑制しつつ短絡を防止することができ、電気化学装置に良好なレート特性を持たせる。 The average pore diameter of the separator is also arbitrary. In certain embodiments, the average pore size of the separator is less than 0.5 μm, or less than 0.2 μm. In certain embodiments, the average pore size of the separator is greater than 0.05 μm. In some embodiments, the average pore size of the separator is within a range comprised of any two values described above. If the average pore diameter of the separator exceeds the above range, short circuits are likely to occur. When the average pore diameter of the separator is within the above range, short circuits can be prevented while suppressing membrane resistance, and the electrochemical device can have good rate characteristics.
V、電気化学装置の部品
電気化学装置の部品は、電極アセンブリ、集電構造、外装ケース、及び保護素子を含む。
V. Parts of electrochemical equipment
The parts of the electrochemical device include an electrode assembly, a current collection structure, an outer case, and a protection element.
電極アセンブリ
電極アセンブリは、上記した正極と負極とを上記したセパレータを介して積層して形成された積層構造、及び上記した正極と負極とを上記したセパレータを介して渦巻き状に捲回した構造のうちの何れか一種を備えても良い。ある実施例において、電池内容積に電極アセンブリの質量が占める割合(電極アセンブリ占有率)は、40%超、または50%超である。ある実施例において、電極アセンブリ占有率は、90%未満、または80%未満である。ある実施例において、電極アセンブリ占有率は、上記した任意の二つの値で構成される範囲内にある。電極アセンブリ占有率が上記した範囲内にあると、電気化学装置の容量を確保しつつ内部圧力の上昇に伴う繰り返しの充放電特性及び高温保存などの特性の低下を抑制することができる。
electrode assembly
The electrode assembly has a laminated structure formed by laminating the above-described positive electrode and negative electrode with the above-mentioned separator interposed therebetween, and a structure in which the above-described positive electrode and negative electrode are spirally wound with the above-mentioned separator interposed therebetween. Either one of these may be provided. In some embodiments, the ratio of the mass of the electrode assembly to the internal battery volume (electrode assembly occupancy) is greater than 40%, or greater than 50%. In certain embodiments, the electrode assembly occupancy is less than 90%, or less than 80%. In some embodiments, the electrode assembly occupancy is within a range consisting of any two of the values listed above. When the electrode assembly occupancy is within the above range, it is possible to ensure the capacity of the electrochemical device while suppressing deterioration of characteristics such as repeated charging/discharging characteristics and high-temperature storage due to increases in internal pressure.
集電構造
集電構造は、特に限定されない。ある実施例において、集電構造は、配線部分及び接合部分の抵抗を低減させる構造である。電極アセンブリが上記した積層構造である場合、各電極層の金属芯部分を束ねて端子に溶接して形成される構造が好適に用いられる。一枚の電極面積が大きくなると、内部抵抗が大きくなるので、電極内に2つ以上の端子を設けて抵抗を低減させることも好適に用いられる。電極アセンブリが上記した捲回構造である場合、正極及び負極にそれぞれ2つ以上のリード構造を設け、端子に束ねることにより、内部抵抗を低くすることができる。
Current collection structure
The current collecting structure is not particularly limited. In some embodiments, the current collecting structure is a structure that reduces the resistance of the wiring portion and the bonding portion. When the electrode assembly has the above-described laminated structure, a structure in which the metal core portions of each electrode layer are bundled and welded to a terminal is preferably used. As the area of one electrode increases, the internal resistance increases, so it is also suitable to provide two or more terminals within the electrode to reduce the resistance. When the electrode assembly has the above-described wound structure, internal resistance can be lowered by providing two or more lead structures for each of the positive and negative electrodes and bundling them into a terminal.
外装ケース
外装ケースの材質は、用いられる電解液に対して安定な物質であれば特に限定されない。外装ケースは、ニッケルめっき鋼板、ステンレス、アルミニウムまたはアルミニウム合金、マグネシウム合金などの金属類、または樹脂とアルミ箔との積層フィルムを用いるが、これらに限定されない。ある実施例において、外装ケースは、アルミニウムまたはアルミニウム合金の金属、または積層フィルムである。
exterior case
The material of the outer case is not particularly limited as long as it is stable with respect to the electrolyte used. For the exterior case, metals such as nickel-plated steel plates, stainless steel, aluminum or aluminum alloys, magnesium alloys, or laminated films of resin and aluminum foil are used, but are not limited thereto. In some embodiments, the outer case is aluminum or aluminum alloy metal, or a laminated film.
金属類の外装ケースは、レーザー溶接、抵抗溶接、超音波溶接により金属同士を溶着してなる封止密閉構造;或いは樹脂製ガスケットを介して上記した金属類を用いてなるリベット構造を含むが、これらに限定されない。上記した積層フィルムを用いる外装ケースは、樹脂層同士を熱融着してなる封止密閉構造を含むが、これらに限定されない。シール性を上げるために、上記した樹脂層の間に積層フィルムに用いられる樹脂と異なる樹脂を介在させてもよい。集電端子を介して樹脂層を熱融着して密閉構造とする場合には、金属と樹脂とが接合になるので、介在する樹脂として極性基を有する樹脂または極性基を導入した変性樹脂が用いられる。また、外装ケースの形状も、任意であり、例えば、円筒形、角形、ラミネート型、ボタン型、大型などのうちの何れか一種であってもよい。 The metal exterior case includes a hermetically sealed structure in which metals are welded together by laser welding, resistance welding, or ultrasonic welding; or a rivet structure in which the above metals are used through a resin gasket. Not limited to these. Exterior cases using the above-described laminated film include, but are not limited to, a hermetically sealed structure formed by heat-sealing resin layers. In order to improve sealing performance, a resin different from the resin used for the laminated film may be interposed between the resin layers described above. When creating a sealed structure by heat-sealing a resin layer through a current collector terminal, the metal and resin are bonded, so a resin with a polar group or a modified resin with a polar group introduced is used as the intervening resin. used. Moreover, the shape of the exterior case is also arbitrary, and may be any one of a cylindrical shape, a square shape, a laminate shape, a button shape, a large size, etc., for example.
保護素子
保護素子として、異常発熱または過大電流が流れた時に抵抗が増大する正温度係数(PTC)、温度ヒューズ、サーミスター、異常発熱時に電池内部圧力または内部温度の急激な上昇により回路に流れる電流を遮断する弁(電流遮断弁)などが用いられる。上記した保護素子は、高電流の通常使用で作動しない素子を選択してもよく、保護素子がなくても異常発熱または熱暴走を防止するように設計してもよい。
protection element
As a protection element, positive temperature coefficient (PTC), which increases resistance when abnormal heat generation or excessive current flows, thermal fuse, thermistor, interrupts the current flowing to the circuit due to a sudden rise in battery internal pressure or internal temperature when abnormal heat generation occurs. A valve (current cutoff valve), etc. is used. The protection element described above may be an element that does not operate under normal use of high current, or may be designed to prevent abnormal heat generation or thermal runaway even without the protection element.
VI、応用
本発明の電気化学装置は、電気化学反応が生じる任意の装置を含み、その具体的な実例は、全種類の一次電池、二次電池、燃料電池、太陽電池またはキャパシタを含む。特に、この電気化学装置は、リチウム金属二次電池またはリチウムイオン二次電池を含むリチウム二次電池である。
VI, Application
The electrochemical device of the present invention includes any device in which an electrochemical reaction occurs, specific examples of which include all types of primary batteries, secondary batteries, fuel cells, solar cells, or capacitors. In particular, the electrochemical device is a lithium secondary battery including a lithium metal secondary battery or a lithium ion secondary battery.
本発明は、本発明による電気化学装置を含む電子装置をさらに提供する。 The invention further provides an electronic device comprising an electrochemical device according to the invention.
本発明の電気化学装置の用途は、特に限定されず、既存技術で既知の任意の電子装置に用いることが可能である。ある実施例において、本発明の電気化学装置は、ノートパソコン、ペン入力パソコン、モバイルパソコン、電子ブックプレーヤー、携帯電話、携帯ファックス、携帯コピー、携帯プリンター、ヘッドフォンステレオ、ビデオムービー、液晶テレビ、ハンディークリーナー、ポータブルCD、ミニディスク、トランシーバー、電子手帳、電卓、メモリーカード、携帯テープレコーダー、ラジオ、バックアップ電源、モーター、自動車、バイク、原動機付自転車、自転車、照明器具、玩具、ゲーム機器、時計、電動工具、ストロボ、カメラ、家庭用大型蓄電池及びリチウムイオンキャパシタなどに利用されるが、これらに限定されない。 The application of the electrochemical device of the present invention is not particularly limited, and it can be used in any electronic device known in the existing technology. In certain embodiments, the electrochemical device of the present invention can be used in notebook computers, pen input computers, mobile computers, e-book players, mobile phones, mobile fax machines, mobile copiers, mobile printers, headphone stereos, video movies, LCD televisions, and handy cleaners. , portable CDs, minidiscs, transceivers, electronic notebooks, calculators, memory cards, portable tape recorders, radios, backup power supplies, motors, automobiles, motorcycles, motorized bicycles, bicycles, lighting equipment, toys, game equipment, watches, power tools. , strobes, cameras, household large storage batteries, lithium ion capacitors, etc., but are not limited to these.
以下では、例としてリチウムイオン電池を挙げ、具体的な実施例を参照してリチウムイオン電池の調製について説明し、当業者は、本発明に記載されている調製方法が単なる例示であり、他のいかなる好適な調製方法が本発明の範囲内にあることを理解すべきである。 In the following, the preparation of lithium ion batteries will be explained with reference to specific examples, taking lithium ion batteries as an example, and those skilled in the art will understand that the preparation method described in the present invention is only an example and that other It should be understood that any suitable method of preparation is within the scope of the present invention.
実施例
以下、本発明によるリチウムイオン電池の実施例及び比較例を説明して性能評価を行う。
EXAMPLES Hereinafter, examples and comparative examples of lithium ion batteries according to the present invention will be explained and performance evaluations will be performed.
一、リチウムイオン電池の調製
1、負極の調製
人造黒鉛、ゴム及びカルボキシメチルセルロースナトリウムを質量比96%:2%:2%で脱イオン水と混合し、均一に撹拌して、負極スラリーを得た。当該負極スラリーを12μmの集電体の上に塗布し、乾燥し、コールドプレスして、打ち抜き、タブを溶接して、負極を得た。
1. Preparation of lithium ion battery 1. Preparation of negative electrode Artificial graphite, rubber, and sodium carboxymethyl cellulose were mixed with deionized water at a mass ratio of 96%:2%:2% and stirred uniformly to obtain a negative electrode slurry. . The negative electrode slurry was applied onto a 12 μm current collector, dried, cold pressed, punched, and tabs were welded to obtain a negative electrode.
2、正極の調製
コバルト酸リチウム(LiCoO2)、導電材(Super-P)及びポリフッ化ビニリデン(PVDF)を質量比95%:2%:3%でN-メチルピロリドン(NMP)と混合し、均一に撹拌して、正極スラリーを得た。この正極スラリーを12μmのアルミニウム箔の上に塗布し、乾燥し、コールドプレスして、打ち抜き、タブを溶接して、正極を得た。
2. Preparation of positive electrode Lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), a conductive material (Super-P) and polyvinylidene fluoride (PVDF) are mixed with N-methylpyrrolidone (NMP) at a mass ratio of 95%:2%:3%, A positive electrode slurry was obtained by uniformly stirring. This positive electrode slurry was applied onto a 12 μm aluminum foil, dried, cold pressed, punched, and a tab was welded to obtain a positive electrode.
3、電解液の調製
乾燥アルゴンガス雰囲気で、EC、PC及びDEC(重量比1:1:1)を混合し、LiPF6の濃度が1.15mol/Lになるように、LiPF6を加えて均一に撹拌して、基礎電解液を形成した。基礎電解液に異なる含有量の添加剤を加えて異なる実施例及び比較例の電解液を得た。
3. Preparation of electrolyte In a dry argon gas atmosphere, mix EC, PC and DEC (weight ratio 1:1:1), add LiPF 6 so that the concentration of LiPF 6 is 1.15 mol/L. Stir uniformly to form a base electrolyte. Different contents of additives were added to the basic electrolyte to obtain electrolytes of different examples and comparative examples.
電解液における成分の略語及びその名称は、以下の表2の通りである。 The abbreviations and names of the components in the electrolyte are shown in Table 2 below.
4、セパレータの調製
ポリエチレン(PE)多孔重合体薄膜をセパレータとした。
4. Preparation of separator A polyethylene (PE) porous polymer thin film was used as a separator.
5、リチウムイオン電池の調製
得られた正極、セパレータ及び負極を順番に巻いて外装箔に入れ、注液口を残す。注液口から電解液を注入し、封止して、化成し、容量な測定などのプロセスを経て、リチウムイオン電池を得た。
5. Preparation of lithium ion battery The obtained positive electrode, separator and negative electrode are wound in order and placed in an exterior foil, leaving a liquid injection port. A lithium-ion battery was obtained by injecting electrolyte through the injection port, sealing, chemical formation, and capacity measurement.
二、測定方法
1、リチウムイオン電池のレート特性の測定方法
25℃で、リチウムイオン電池を0.2Cで3.0Vまで放電し、5分間静置して、0.5Cで4.4Vまで充電し、0.05Cまで定電圧充電した後、5分間静置して、放電レートを調整し、それぞれ0.2Cおよび5.0Cで放電の測定を行い、放電容量を得て、レート5.0Cで得られた容量と0.2Cで得られた容量とを比較し、その比を得て、リチウムイオン電池のレート特性を評価した。
2.Measurement method 1.Measurement method of rate characteristics of lithium ion battery At 25℃, discharge the lithium ion battery to 3.0V at 0.2C, let it stand for 5 minutes, and charge it to 4.4V at 0.5C. After charging at a constant voltage to 0.05C, let it stand for 5 minutes, adjust the discharge rate, measure the discharge at 0.2C and 5.0C, obtain the discharge capacity, and calculate the rate of 5.0C. The capacity obtained at 0.2C was compared with the capacity obtained at 0.2C, the ratio was obtained, and the rate characteristics of the lithium ion battery were evaluated.
2、リチウムイオン電池の厚さ膨張率の測定方法
25℃で、リチウムイオン電池を30分間静置し、その厚さT1を測定した後、5℃/minの昇温速度で昇温し、温度が130℃となると、30分間保持して、リチウムイオン電池の厚さT2を測定した。下式でリチウムイオン電池の厚さ膨張率を計算した。
厚さ膨張率=[(T2-T1)/T1]×100%
2. Method for measuring the thickness expansion rate of lithium ion batteries After leaving the lithium ion battery at 25°C for 30 minutes and measuring its thickness T1, the temperature was increased at a rate of 5°C/min. When the temperature reached 130°C, the temperature was held for 30 minutes and the thickness T2 of the lithium ion battery was measured. The thickness expansion rate of the lithium ion battery was calculated using the following formula.
Thickness expansion rate = [(T2-T1)/T1] x 100%
三、測定結果
表3には、負極合剤層の降伏点伸びX%、負極活物質のメディアン径Yμm及びそれらの関係がリチウムイオン電池のレート特性及び厚さ膨張率に対する影響を示す。
3. Measurement Results Table 3 shows the influence of the yield point elongation X% of the negative electrode mixture layer, the median diameter Y μm of the negative electrode active material, and their relationship on the rate characteristics and thickness expansion rate of the lithium ion battery.
結果から、負極合剤層の降伏点伸びX%と負極活物質のメディアン径Yμmとが0.1≦X/Y≦30を満たし、且つ電解液がシアノ基を有する化合物を含む場合、充放電過程による負極の膨張/収縮を抑制し、負極合剤層と電解液との間の界面を安定させて、リチウムイオン電池のレート特性を著しく向上させ、その厚さ膨張率を低減させ、その安全性能を改善させることができることが分かる。 From the results, when the yield point elongation X% of the negative electrode mixture layer and the median diameter Yμm of the negative electrode active material satisfy 0.1≦X/Y≦30, and the electrolyte contains a compound having a cyano group, charging and discharging are possible. It suppresses the expansion/contraction of the negative electrode caused by the process, stabilizes the interface between the negative electrode mixture layer and the electrolyte, and significantly improves the rate characteristics of lithium ion batteries, reduces its thickness expansion rate, and improves its safety. It can be seen that performance can be improved.
表4には、ゴムがリチウムイオン電池のレート特性及び厚さ膨張率に対する影響を示す。実施例2-1~2-9と実施例1-1との違いは、表4にリストされているパラメータだけである。 Table 4 shows the effect of rubber on the rate characteristics and thickness expansion of lithium ion batteries. The only difference between Examples 2-1 to 2-9 and Example 1-1 is the parameters listed in Table 4.
結果から、異なるゴムを用いることにより、負極合剤層の降伏点伸びを調節することができることが分かる。負極合剤層の降伏点伸びが10%~30%の範囲内にあり、且つYが1~50の範囲内にある場合、リチウムイオン電池のレート特性をさらに向上させ、その厚さ膨張率を低減させることができる。 The results show that the yield point elongation of the negative electrode mixture layer can be adjusted by using different rubbers. When the yield point elongation of the negative electrode mixture layer is within the range of 10% to 30% and Y is within the range of 1 to 50, the rate characteristics of the lithium ion battery can be further improved and its thickness expansion rate can be increased. can be reduced.
表5には、負極活物質における微量金属がリチウムイオン電池のレート特性及び厚さ膨張率に対する影響を示す。実施例3-1~3-8と実施例1-1との違いは、表5にリストされているパラメータだけである。 Table 5 shows the influence of trace metals in the negative electrode active material on the rate characteristics and thickness expansion rate of lithium ion batteries. The only difference between Examples 3-1 to 3-8 and Example 1-1 is the parameters listed in Table 5.
結果から、負極活物質に微量金属元素(即ち、0.05%未満の鉄、モリブデンおよび/または銅)が存在する場合、リチウムイオン電池のレート特性をさらに向上させ、その厚さ膨張率を低減させ、その安全性能を改善させることができることが分かる。 The results show that the presence of trace metal elements (i.e. less than 0.05% iron, molybdenum and/or copper) in the negative electrode active material can further improve the rate characteristics of lithium-ion batteries and reduce their thickness expansion rate. It can be seen that the safety performance can be improved.
表6には、シアノ基を有する化合物がリチウムイオン電池のレート特性の向上及び厚さ膨張率に対する影響を示す。実施例4-1~4-6と実施例1-1との違いは、表6にリストされているパラメータだけである。 Table 6 shows the effects of compounds having cyano groups on the rate characteristics improvement and thickness expansion rate of lithium ion batteries. The only difference between Examples 4-1 to 4-6 and Example 1-1 is the parameters listed in Table 6.
実施例4-1、4-4及び4-5から分かるように、高い含有量のエーテル結合を含まないジニトリル化合物(ADNまたはSN)と低い含有量のエーテル結合を含むジニトリル化合物(EDN)とを組み合わせて用いることにより、リチウムイオン電池のレート特性をさらに向上させ、その厚さ膨張率を低減させ、その安全性能を改善させることができる。 As can be seen from Examples 4-1, 4-4 and 4-5, a dinitrile compound (ADN or SN) that does not contain a high content of ether bonds and a dinitrile compound (EDN) that contains a low content of ether bonds. When used in combination, it is possible to further improve the rate characteristics of the lithium ion battery, reduce its thickness expansion rate, and improve its safety performance.
実施例4-2、4-3及び4-6から分かるように、高い含有量のエーテル結合を含まないジニトリル化合物(ADNまたはSN)と低い含有量のトリニトリル化合物(HTCNまたはTCEP)とを組み合わせて用いることにより、さらに、リチウムイオン電池のレート特性を向上させ、その厚さ膨張率を低減させ、その安全性能を改善させることができる。 As can be seen from Examples 4-2, 4-3 and 4-6, by combining a high content of a dinitrile compound not containing an ether bond (ADN or SN) and a low content of a trinitrile compound (HTCN or TCEP), By using it, it is possible to further improve the rate characteristics of the lithium ion battery, reduce its thickness expansion rate, and improve its safety performance.
表7には、電解液の成分がリチウムイオン電池のレート特性及び厚さ膨張率に対する影響を示す。実施例5-1~5-31と実施例1-1との違いは、表7にリストされているパラメータだけである。 Table 7 shows the influence of electrolyte components on the rate characteristics and thickness expansion rate of lithium ion batteries. The only difference between Examples 5-1 to 5-31 and Example 1-1 is the parameters listed in Table 7.
結果から、負極合剤層の降伏点伸びX%と負極活物質のメディアン径Yμmとが0.1≦X/Y≦30を満たし、且つ電解液がシアノ基を有する化合物を含むであることに加えて、電解液がフルオロエチレンカーボネート、硫黄-酸素二重結合を含有する化合物、ジフルオロリン酸リチウム及び/または式1で示される化合物をさらに含む場合、リチウムイオン電池のレート特性をさらに向上させ、その厚さ膨張率を低減させ、その安全性能を改善させることができることが分かる。 From the results, the yield point elongation X% of the negative electrode mixture layer and the median diameter Y μm of the negative electrode active material satisfy 0.1≦X/Y≦30, and the electrolyte solution contains a compound having a cyano group. In addition, when the electrolyte further contains fluoroethylene carbonate, a compound containing a sulfur-oxygen double bond, lithium difluorophosphate, and/or a compound represented by formula 1, the rate characteristics of the lithium ion battery are further improved, It can be seen that its thickness expansion rate can be reduced and its safety performance can be improved.
表8には、負極活物質のメディアン径Yμmと電解液におけるフルオロエチレンカーボネートの含有量b%との間の関係がリチウムイオン電池のレート特性及び厚さ膨張率に対する影響を示す。実施例6-1~6-9と実施例5-1との違いは、表8にリストされているパラメータだけである。 Table 8 shows the influence of the relationship between the median diameter Y μm of the negative electrode active material and the content b% of fluoroethylene carbonate in the electrolyte on the rate characteristics and thickness expansion rate of the lithium ion battery. The only difference between Examples 6-1 to 6-9 and Example 5-1 is the parameters listed in Table 8.
結果から、電解液におけるフルオロエチレンカーボネートの含有量が0.1%~10%である場合、リチウムイオン電池のレート特性をさらに向上させ、その厚さ膨張率を低減させ、その安全性能を改善させることができることが分かる。負極活物質のメディアン径Yμmと電解液におけるフルオロエチレンカーボネートの含有量b%とが4≦Y×b≦200を満たす場合、リチウムイオン電池のレート特性をさらに向上させ、その厚さ膨張率を低減させ、その安全性能を改善させることができる。 The results show that when the content of fluoroethylene carbonate in the electrolyte is between 0.1% and 10%, it can further improve the rate characteristics of lithium-ion batteries, reduce its thickness expansion rate, and improve its safety performance. I know that I can do it. When the median diameter Yμm of the negative electrode active material and the content b% of fluoroethylene carbonate in the electrolytic solution satisfy 4≦Y×b≦200, the rate characteristics of the lithium ion battery are further improved and its thickness expansion rate is reduced. and improve its safety performance.
表9には、負極合剤層の降伏点伸びX%と電解液におけるシアノ基を有する化合物の含有量Z%との間の関係がリチウムイオン電池のレート特性及び厚さ膨張率に対する影響を示す。実施例7-1~7-6と実施例1-1との違いは、表9にリストされているパラメータだけである。 Table 9 shows the influence of the relationship between the yield point elongation X% of the negative electrode mixture layer and the content Z% of the compound having a cyano group in the electrolyte on the rate characteristics and thickness expansion rate of the lithium ion battery. . The only difference between Examples 7-1 to 7-6 and Example 1-1 is the parameters listed in Table 9.
結果から、負極合剤層の降伏点伸びX%と電解液におけるシアノ基を有する化合物の含有量Z%とが2≦X/Z≦100を満たす場合、リチウムイオン電池のレート特性をさらに向上させ、その厚さ膨張率を低減させ、その安全性能を改善させることができる。 From the results, when the yield point elongation X% of the negative electrode mixture layer and the content Z% of the compound having a cyano group in the electrolytic solution satisfy 2≦X/Z≦100, the rate characteristics of the lithium ion battery can be further improved. , its thickness expansion rate can be reduced and its safety performance improved.
明細書全体では、「実施例」、「部分的実施例」、「一つの実施例」、「別の一例」、「例」、「具体例」または「部分的例」による引用は、本発明の少なくとも一つの実施例または例は、当該実施例または例に記載した特定の特徴、構造、材料または特性を含むことを意味する。したがって、明細書全体の各場所に記載された、例えば「ある実施態様において」、「実施例において」、「一つの実施例において」、「別の例において」、「一つの例において」、「特定の例において」または「例」は、必ずしも本発明での同じ実施例または例を引用するわけではない。また、本明細書の特定の特徴、構造、材料、または特性は、一つまたは複数の実施例または例において、いかなる好適な方法で組み合わせることができる。 Throughout the specification, references to "embodiment", "subembodiment", "an embodiment", "another embodiment", "example", "specific embodiment" or "subexample" refer to the present invention. Reference to at least one embodiment or example of is meant to include the particular feature, structure, material or property described in that embodiment or example. Thus, in various places throughout the specification, for example, "in one embodiment," "in an embodiment," "in one embodiment," "in another instance," "in one example," " References to "in a particular example" or "example" are not necessarily referring to the same embodiment or example of the present invention. Additionally, the particular features, structures, materials, or characteristics described herein may be combined in any suitable manner in one or more embodiments or examples.
例示的な実施例が記載及び説明されたが、当業者は、上記した実施例が本発明を限定するものとして解釈されないこと、かつ、本発明の技術思想、原理、及び範囲から逸脱しない場合に実施例への改変、置換及び変更が可能であること、を理解すべきである。
Although illustrative embodiments have been described and illustrated, those skilled in the art will understand that the above-described embodiments are not to be construed as limiting the invention and do not depart from the spirit, principle, and scope of the invention. It should be understood that modifications, substitutions and changes to the embodiments are possible.
Claims (16)
前記負極は、負極集電体と、前記負極集電体上に形成されている負極合剤層とを含み、前記負極合剤層は、負極活物質を含み、
前記負極合剤層の降伏点伸びをX%とし、前記負極活物質のメディアン径をYμmとすると、XとYとは、0.1≦X/Y≦30を満たし、
前記電解液は、シアノ基を有する化合物を含み、
前記シアノ基を有する化合物は、ジニトリル化合物及びエーテル結合を有するトリニトリル化合物を含み、前記電解液の重量に対して、前記ジニトリル化合物の含有量がエーテル結合を有するトリニトリル化合物の含有量より多い、電気化学装置。 An electrochemical device comprising a positive electrode, a negative electrode and an electrolyte,
The negative electrode includes a negative electrode current collector and a negative electrode mixture layer formed on the negative electrode current collector, and the negative electrode mixture layer includes a negative electrode active material.
When the yield point elongation of the negative electrode mixture layer is X% and the median diameter of the negative electrode active material is Y μm, X and Y satisfy 0.1≦X/Y≦30,
The electrolyte includes a compound having a cyano group,
The compound having a cyano group includes a dinitrile compound and a trinitrile compound having an ether bond, and the content of the dinitrile compound is greater than the content of the trinitrile compound having an ether bond with respect to the weight of the electrolytic solution. Device.
(i):人造黒鉛、天然黒鉛、メソカーボンマイクロビーズ、ソフトカーボン、ハードカーボン、アモルファスカーボン、シリコン含有材料、スズ含有材料、合金材料の少なくとも一種を含むこと;
(ii):金属を含み、前記金属がモリブデン、鉄または銅の少なくとも一種を含み、且つ、前記負極合剤層の重量に対して、前記金属の含有量が0.05%以下であること
の少なくとも一つを満たす、請求項1に記載の電気化学装置。 The negative electrode active material is
(i): Contains at least one of artificial graphite, natural graphite, mesocarbon microbeads, soft carbon, hard carbon, amorphous carbon, silicon-containing material, tin-containing material, and alloy material;
(ii): Contains a metal, the metal includes at least one of molybdenum, iron, or copper, and the content of the metal is 0.05% or less based on the weight of the negative electrode mixture layer. The electrochemical device according to claim 1, which satisfies at least one of the following.
a)フルオロエチレンカーボネート、
b)硫黄-酸素二重結合を含有する化合物、
c)ジフルオロリン酸リチウム、
d)式1で示される化合物
L1及びL2は、それぞれ独立して、-(CR7R8)n-であり、
R7及びR8は、それぞれ独立して、水素またはC1~C10アルキル基であり、及び、
nは、1、2または3である、請求項1に記載の電気化学装置。 The electrolyte further includes at least one compound selected from compounds a) and d),
a) fluoroethylene carbonate,
b) a compound containing a sulfur-oxygen double bond,
c) lithium difluorophosphate,
d) Compound represented by formula 1
L 1 and L 2 are each independently -(CR 7 R 8 ) n -,
R 7 and R 8 are each independently hydrogen or a C 1 -C 10 alkyl group, and
The electrochemical device according to claim 1, wherein n is 1, 2 or 3.
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