JP4109168B2 - Lithium ion secondary battery - Google Patents
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- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
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Description
本発明は、リチウムイオン二次電池に関する。 The present invention relates to a lithium ion secondary battery.
近年、電子機器、特に携帯用電子機器の発展は著しく、それに伴い高エネルギー密度を有する電池の開発が望まれている。このような電池として、リチウムイオン二次電池はエネルギー密度が極めて高いなどの理由により携帯機器の電源として広く採用されている。リチウムイオン二次電池は、主として、カソード、アノード、セパレータ、非水電解質溶液から構成されており、各電池特性の更なる向上のための様々な検討がなされている。 In recent years, the development of electronic devices, particularly portable electronic devices has been remarkable, and accordingly, development of a battery having a high energy density is desired. As such a battery, a lithium ion secondary battery is widely used as a power source for portable devices because of its extremely high energy density. A lithium ion secondary battery is mainly composed of a cathode, an anode, a separator, and a non-aqueous electrolyte solution, and various studies for further improvement of the battery characteristics have been made.
例えば、非水電解質溶液の非水溶媒としては、融点が比較的低く、導電率が比較的高く、電位窓(電気化学窓)が比較的広く、かつ、電解質を溶解したときに低温においても高いイオン伝導性を得ることが可能なものが好ましく、この観点からプロピレンカーボネートが好ましく使用されている。しかし、高結晶化した黒鉛などの炭素材料を構成材料として使用した負極(アノード)を備える場合には、特に充電時において陰極{放電時において負極として機能する電極}でのプロピレンカーボネートの分解が進行する問題があった。 For example, the nonaqueous solvent of the nonaqueous electrolyte solution has a relatively low melting point, a relatively high conductivity, a relatively wide potential window (electrochemical window), and a high temperature even when the electrolyte is dissolved. Those capable of obtaining ionic conductivity are preferred, and propylene carbonate is preferably used from this viewpoint. However, when a negative electrode (anode) using a carbon material such as highly crystallized graphite as a constituent material is provided, the decomposition of propylene carbonate proceeds at the cathode {electrode functioning as a negative electrode during discharge} particularly during charging. There was a problem to do.
プロピレンカーボネートの分解が進行するとガスが発生し、これに伴って負極の炭素材料の剥がれや分解等が起こり、使用中に容量や充放電サイクル特性等の電池特性が徐々に低下する問題が起こる。また、プロピレンカーボネートの分解が進行すると分解生成物が負極に堆積し、この堆積物の影響により上述の電池特性の低下がさらに進行すると考えられる。 As the decomposition of propylene carbonate proceeds, gas is generated, and as a result, the carbon material of the negative electrode is peeled off and decomposed, and the battery characteristics such as capacity and charge / discharge cycle characteristics gradually deteriorate during use. Further, as the decomposition of propylene carbonate proceeds, decomposition products are deposited on the negative electrode, and it is considered that the above-described deterioration in battery characteristics further proceeds due to the influence of this deposit.
そこで、非水溶媒としてプロピレンカーボネートを含有する非水電解質溶液へ環状硫酸エステルを添加することにより、プロピレンカーボネートの負極表面での還元分解を抑制することを意図した電池が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Therefore, a battery intended to suppress reductive decomposition on the negative electrode surface of propylene carbonate by adding a cyclic sulfate to a nonaqueous electrolyte solution containing propylene carbonate as a nonaqueous solvent has been proposed (for example, Patent Document 1).
また、電池特性の向上を図る場合、リチウムイオン2次電池のエネルギー密度は他の電池に比較して非常に高いため、使用中或いは保存中の電池の安全性を十分に確保することも同時に重要となる。この安全性の確保は、電解質溶液として可燃性の非水電解質溶液(有機溶媒を含む電解質溶液)を使用する場合には特に重要となる。リチウムイオン2次電池の安全性の評価試験の中で規格化されたものとしては、米国UL(Underwriters Laboratories)規格の「UL1642」又は「UL2054」がある。
しかしながら、上述した特許文献1に記載された従来のリチウムイオン二次電池においては、電池の使用に伴いプロピレンカーボネートの分解反応が進行して充放電特性が低下する。そのために、充放電特性を長期にわたって維持する充放電サイクル特性が不充分であり、充分な高レート放電特性も得られていないことを本発明者らは見出した。
However, in the conventional lithium ion secondary battery described in
また、上述した特許文献1に記載された従来のリチウムイオン二次電池では、特に高温での使用中又は保存中において、これらのケース内部でガスが発生し内圧が上昇する問題があった。特に、ケースがフィルムから形成されている場合には、電池の使用中又は保存中にケースが破裂し、発火する場合があり、安全性の評価試験規格「UL1642」の150℃加熱試験を確実にクリアすることが困難であり、確実な安全性を得られていないことを本発明者らは見出した。
Further, the conventional lithium ion secondary battery described in
本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、優れた安全性を有し、かつ、実用的に充分な充放電サイクル特性及び高レート放電特性を有するリチウムイオン二次電池を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and has a lithium ion secondary battery having excellent safety and practically sufficient charge / discharge cycle characteristics and high rate discharge characteristics. The purpose is to provide.
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、非水電解質溶液の非水溶媒として特定の化合物を含有させると共に、この溶液に特定の環状硫酸エステルを特定量含有させることが上記目的を達成するために極めて有効であることを見出し、本発明に到達した。 As a result of intensive studies to achieve the above object, the inventors of the present invention include a specific compound as a nonaqueous solvent for a nonaqueous electrolyte solution and a specific cyclic sulfate ester in the solution. Has been found to be extremely effective for achieving the above object, and the present invention has been achieved.
すなわち、本発明のリチウムイオン二次電池は、アノードと、
カソードと、
アノード及びカソードの間に配置された絶縁性のセパレータと、
リチウム塩を含有する非水電解質溶液と、
アノード、カソード、セパレータ、及び、非水電解質溶液を密閉した状態で収容するケースと、
を有するリチウムイオン二次電池であって、
非水電解質溶液に含まれる非水溶媒の構成成分が、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、及び、ジエチルカーボネートであり、
上記非水溶媒中のプロピレンカーボネートの含有率X[体積%]、エチレンカーボネートの含有率Y[体積%]、及びジエチルカーボネートの含有率Z[体積%]が下記式(1)〜(4)で表される条件を同時に満たしており、
非水電解質溶液中には、下記一般式(I)で表される化合物が2〜15質量%含まれていることを特徴とするリチウムイオン二次電池。
10≦X≦50 …(1)
1≦Y≦20 …(2)
30≦Z≦85 …(3)
X+Y+Z=100 …(4)
A cathode,
An insulating separator disposed between the anode and the cathode;
A non-aqueous electrolyte solution containing a lithium salt;
A case for containing the anode, cathode, separator, and nonaqueous electrolyte solution in a sealed state;
A lithium ion secondary battery having
The components of the nonaqueous solvent contained in the nonaqueous electrolyte solution are propylene carbonate, ethylene carbonate, and diethyl carbonate,
The content ratio X [volume%] of propylene carbonate, the content ratio Y [volume%] of ethylene carbonate, and the content ratio Z [volume%] of diethyl carbonate in the non-aqueous solvent are the following formulas (1) to (4). Satisfy the conditions shown at the same time,
A lithium ion secondary battery characterized in that the nonaqueous electrolyte solution contains 2 to 15% by mass of a compound represented by the following general formula (I).
10 ≦ X ≦ 50 (1)
1 ≦ Y ≦ 20 (2)
30 ≦ Z ≦ 85 (3)
X + Y + Z = 100 (4)
また、本発明においては、上記一般式(I)で表される化合物が、4−メチル−1,3,2−ジオキサチオラン−2,2−ジオキサイド(一般式(I)で表される化合物におけるR1がメチル基)は、又は4−エチル−1,3,2−ジオキサチオラン−2,2−ジオキサイド(一般式(I)で表される化合物におけるR1がエチル基)であることが好ましい。 In the present invention, the compound represented by the general formula (I) is 4-methyl-1,3,2-dioxathiolane-2,2-dioxide (in the compound represented by the general formula (I)). R 1 is a methyl group) or 4-ethyl-1,3,2-dioxathiolane-2,2-dioxide (R 1 in the compound represented by the general formula (I) is preferably an ethyl group). .
ここで、本発明において、アノード及びカソードとなる電極は、リチウムイオン(又は金属リチウム)が酸化還元種として関与する電子移動反応を可逆的に進行させることが可能な反応場となるものである。また、「電子移動反応を可逆的に進行させること」とは、搭載されるべき機器の電源又は補助電源として要求される電池寿命の範囲内で上記電子移動反応を可逆的に進行させることである。 Here, in the present invention, the electrodes serving as the anode and the cathode serve as a reaction field capable of reversibly proceeding with an electron transfer reaction involving lithium ions (or metallic lithium) as a redox species. Further, “reversing the electron transfer reaction” means that the electron transfer reaction proceeds reversibly within the range of battery life required as a power source or auxiliary power source for the device to be mounted. .
そして、アノードに構成材料として含まれるアノード活物質及びカソードに構成材料として含まれるカソード活物質は、上記電子移動反応に寄与する物質を示す。アノード活物質及びカソード活物質は、リチウムイオンの吸蔵及び放出、又は、リチウムイオンの脱離及び挿入(インターカレーション)が可能な構造を有する炭素材料或いは金属酸化物であってもよい。また、アノード活物質及び/又はカソード活物質として導電性ポリマーのようなリチウムイオンと該リチウムイオンのカウンターアニオン(例えば、ClO4 -)とのドープ及び脱ドープを可逆的に進行させることの可能な物質を単独又は他の活物質とともに使用する構成としてもよい。 The anode active material contained in the anode as a constituent material and the cathode active material contained in the cathode as a constituent material indicate substances that contribute to the electron transfer reaction. The anode active material and the cathode active material may be a carbon material or a metal oxide having a structure capable of occluding and releasing lithium ions or desorbing and inserting (intercalating) lithium ions. In addition, doping and dedoping of lithium ions such as a conductive polymer and a counter anion (eg, ClO 4 − ) of the lithium ions as an anode active material and / or a cathode active material can proceed reversibly. It is good also as a structure which uses a substance alone or with another active material.
なお、説明の便宜上、本明細書において、「アノード活物質」という場合の「アノード」とは、電池の放電時の極性を基準とするもの(負極活物質)であり、「カソード活物質」という場合の「カソード」も、電池の放電時の極性を基準とするもの(正極活物質)である。アノード活物質及びカソード活物質の具体的な例示については後述する。 For convenience of explanation, in this specification, “anode” in the case of “anode active material” is based on the polarity at the time of battery discharge (negative electrode active material), and is referred to as “cathode active material”. The “cathode” in this case is also based on the polarity at the time of battery discharge (positive electrode active material). Specific examples of the anode active material and the cathode active material will be described later.
上記本発明のリチウムイオン二次電池は、上記ケースが可とう性を有するフィルム(以下、「フィルム」という)から形成されており、また、互いに対向する一対のフィルムを少なくとも用いて形成されていることが好ましく、このフィルムが非水電解質溶液に接触する合成樹脂製の最内部の層と、最内部の層の上方に配置される金属層とを少なくとも有する複合包装フィルムであることが好ましい。 In the lithium ion secondary battery of the present invention, the case is formed of a flexible film (hereinafter referred to as “film”), and is formed using at least a pair of films facing each other. Preferably, the film is a composite packaging film having at least a synthetic resin innermost layer that contacts the non-aqueous electrolyte solution and a metal layer disposed above the innermost layer.
このようにケースをフィルムから形成すると、リチウムイオン二次電池自体の形状を薄膜状とすることができる。そのため、本来の体積エネルギー密度を容易に向上させることができるとともに、リチウムイオン二次電池の設置されるべき設置空間の単位体積当たりのエネルギー密度(以下、「設置されるべき空間の体積を基準とする体積エネルギー密度」という)も容易に向上させることができる。 When the case is thus formed from a film, the shape of the lithium ion secondary battery itself can be made into a thin film. Therefore, the original volume energy density can be easily improved, and the energy density per unit volume of the installation space in which the lithium ion secondary battery is to be installed (hereinafter referred to as “the volume of the space to be installed as a reference). Volume energy density ”) can be easily improved.
なお、リチウムイオン二次電池の「体積エネルギー密度」とは、本来、リチウムイオン二次電池の電極及びセパレータからなる発電に寄与する部分(後述の「素体」)の全体積又は容器を含む全体積に対する全出力エネルギーの割合で定義されるものである。これに対して、「設置されるべき空間の体積を基準とする体積エネルギー密度」とは、リチウムイオン二次電池の最大縦、最大横、最大厚さに基づいて求められる見かけ上の体積に対するリチウムイオン二次電池の全出力エネルギーの割合を意味する。実際に、リチウムイオン二次電池を小型電子機器に搭載する場合、上述した本来の体積エネルギー密度の向上とともに、設置されるべき空間の体積を基準とする体積エネルギー密度を向上させることが、小型電子機器内の限られたスペースをデッドスペースを充分に低減した状態で有効利用する観点から重要となる。 Note that the “volume energy density” of a lithium ion secondary battery originally means the entire volume of the portion (“elementary body” to be described later) that contributes to power generation consisting of electrodes and separators of the lithium ion secondary battery or the whole including the container. It is defined as the ratio of the total output energy to the product. On the other hand, “volume energy density based on the volume of the space to be installed” refers to lithium with respect to the apparent volume required based on the maximum vertical, maximum horizontal, and maximum thickness of the lithium ion secondary battery. It means the ratio of the total output energy of the ion secondary battery. In fact, when a lithium ion secondary battery is mounted on a small electronic device, it is possible to improve the volume energy density based on the volume of the space to be installed in addition to the improvement of the original volume energy density described above. This is important from the viewpoint of effectively using the limited space in the device with the dead space sufficiently reduced.
また、本発明においては、ケースは、上述の複合包装フィルムから形成されるもの以外に、金属缶外装体等の金属製のケースであってもよい。これにより、ケースに対して複合包装フィルムよりも高い機械的強度が要求される場合等の用途に適用できる。 Moreover, in this invention, metal cases, such as a metal can exterior body, may be sufficient as a case other than what is formed from the above-mentioned composite packaging film. Thereby, it can apply to uses, such as a case where mechanical strength higher than a composite packaging film is requested | required with respect to a case.
本発明によれば、優れた安全性を有し、かつ、実用的に充分な充放電サイクル特性及び高レート放電特性を有するリチウムイオン二次電池を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a lithium ion secondary battery having excellent safety and practically sufficient charge / discharge cycle characteristics and high rate discharge characteristics.
以下、図面を参照しながら本発明のリチウムイオン二次電池の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the lithium ion secondary battery of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図1は本発明のリチウムイオン二次電池の好適な一実施形態を示す正面図である。また、図2は図1に示すリチウムイオン二次電池の内部をアノード10の表面の法線方向からみた場合の展開図である。更に、図3は図1に示すリチウムイオン二次電池を図1のX1−X1線に沿って切断した場合の模式断面図である。また、図4は図1に示すリチウムイオン二次電池を図1のX2−X2線に沿って切断した場合の要部を示す模式断面図である。また、図5は図1に示すリチウムイオン二次電池を図1のY−Y線に沿って切断した場合の要部を示す模式断面図である。
FIG. 1 is a front view showing a preferred embodiment of a lithium ion secondary battery of the present invention. FIG. 2 is a development view when the inside of the lithium ion secondary battery shown in FIG. 1 is viewed from the normal direction of the surface of the
図1〜図5に示すように、リチウムイオン二次電池1は、主として、互いに対向する板状のアノード10及び板状のカソード20と、アノード10とカソード20との間に隣接して配置される板状のセパレータ40と、非水電解質溶液30と、これらを密閉した状態で収容するケース50と、アノード10に一方の端部が電気的に接続されると共に他方の端部がケース50の外部に突出されるアノード用リード12と、カソード20に一方の端部が電気的に接続されると共に他方の端部がケース50の外部に突出されるカソード用リード22とから構成されている。ここで、「アノード」10及び「カソード」20は説明の便宜上、リチウムイオン二次電池1の放電時の極性を基準に決定したものである。従って、充電時には、「アノード10」が「カソード」となり、「カソード20」が「アノード」となる。なお、上記板状とは、平板状、湾曲している板状も含む。
As shown in FIGS. 1 to 5, the lithium ion
そして、リチウムイオン二次電池1は、先に述べた本発明の目的を達成するために、以下に説明する構成を有している。
And the lithium ion
以下に図1〜図9に基づいて本実施形態の各構成要素の詳細を説明する。 Details of each component of the present embodiment will be described below with reference to FIGS.
ケース50は、互いに対向する一対のフィルム(第1のフィルム51及び第2のフィルム52)を用いて形成されている。ここで、図2に示すように、本実施形態における第1のフィルム51及び第2のフィルム52は連結している。すなわち、本実施形態におけるケース50は、一枚の複合包装フィルムからなる矩形状のフィルムを、図2に示す折り曲げ線X3−X3において折り曲げ、矩形状のフィルムの対向する1組の縁部同士(図中の第1のフィルム51の縁部51B及び第2のフィルム52の縁部52B)を重ね合せて接着剤を用いるか又はヒートシールを行うことにより形成されている。
The
そして、第1のフィルム51及び第2のフィルム52は、1枚の矩形状のフィルム53を上述のように折り曲げた際にできる互いに対向する面を有する該フィルムの部分をそれぞれ示す。ここで、本明細書において、接合された後の第1のフィルム51及び第2のフィルム52のそれぞれの縁部を「シール部」という。
And the
これにより、折り曲げ線X3−X3の部分に第1のフィルム51と第2のフィルム52とを接合させるためのシール部を設ける必要がなくなるため、ケース50におけるシール部をより低減することができる。その結果、リチウムイオン二次電池1の設置されるべき空間の体積を基準とする体積エネルギー密度をより向上させることができる。
Thereby, since it becomes unnecessary to provide the seal part for joining the
そして、本実施形態の場合、図1及び図2に示すように、アノード10に接続されたアノード用リード12及びカソード用リード22のそれぞれの一端が、上述の第1のフィルム51の縁部51Bと第2のフィルム52の縁部52Bとを接合したシール部から外部に突出するように配置されている。
In the case of the present embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, one end of each of the
また、第1のフィルム51及び第2のフィルム52を構成するフィルムは先に述べたように、可とう性を有するフィルムである。フィルムは軽量であり薄膜化が容易なため、リチウムイオン二次電池自体の形状を薄膜状とすることができる。そのため、本来の体積エネルギー密度を容易に向上させることができるとともに、リチウムイオン二次電池の設置されるべき空間の体積を基準とする体積エネルギー密度も容易に向上させることができる。
Moreover, the film which comprises the
このフィルムは可とう性を有するフィルムであれば特に限定されないが、ケースの充分な機械的強度と軽量性を確保しつつ、ケース50外部からケース50内部への水分や空気の侵入及びケース50内部からケース50外部への電解質成分の逸散を効果的に防止する観点から、非水電解質溶液30に接触する合成樹脂製の最内部の層と、最内部の層の上方に配置される金属層とを少なくとも有する「複合包装フィルム」であることが好ましい。
The film is not particularly limited as long as it is a flexible film. However, while ensuring sufficient mechanical strength and light weight of the case, moisture and air intrusion into the
第1のフィルム51及び第2のフィルム52として使用可能な複合包装フィルムとしては、例えば、図6及び図7に示す構成の複合包装フィルムが挙げられる。図6に示す複合包装フィルム53は、その内面F53において非水電解質溶液30に接触する合成樹脂製の最内部の層50aと、最内部の層50aのもう一方の面(外側の面)上に配置される金属層50cとを有する。また、図7に示す複合包装フィルム54は、図6に示す複合包装フィルム53の金属層50cの外側の面に更に合成樹脂製の最外部の層50bが配置された構成を有する。
Examples of the composite packaging film that can be used as the
第1のフィルム51及び第2のフィルム52として使用可能な複合包装フィルムは、上述の最内部の層をはじめとする1以上の合成樹脂の層、金属箔などの金属層を備えた2以上の層を有する複合包装材であれば特に限定されないが、上記と同様の効果をより確実に得る観点から、図7に示した複合包装フィルム54のように、その内面F54において非水電解質溶液30に接触する最内部の層50aと、最内部の層50aから最も遠いケース50の外表面の側に配置される合成樹脂製の最外部の層50bと、最内部の層50aと最外部の層50bとの間に配置される少なくとも1つの金属層50cとを有する3層以上の層から構成されていることがより好ましい。
The composite packaging film that can be used as the
最内部の層50aは可とう性を有する層であり、その構成材料は上記の可とう性を発現させることが可能であり、かつ、使用される非水電解質溶液30に対する化学的安定性(化学反応、溶解、膨潤が起こらない特性)、並びに、酸素及び水(空気中の水分)に対する化学的安定性を有している合成樹脂であれば特に限定されないが、更に酸素、水(空気中の水分)及び非水電解質溶液30の成分に対する透過性の低い特性を有している材料が好ましい。例えば、エンジニアリングプラスチック、並びに、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン酸変成物、ポリプロピレン酸変成物、ポリエチレンアイオノマー、ポリプロピレンアイオノマー等の熱可塑性樹脂などが挙げられる。
The
なお、「エンジニアリングプラスチック」とは、機械部品、電気部品、住宅用材等で使用されるような優れた力学特性と耐熱性、耐久性を有しているプラスチックを意味し、例えば、ポリアセタール、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリオキシテトラメチレンオキシテレフタロイル(ポリブチレンテレフタレート)、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、ポリフェニレンサルファイド等が挙げられる。 The “engineering plastic” means a plastic having excellent mechanical properties, heat resistance, and durability used in mechanical parts, electrical parts, housing materials, etc., for example, polyacetal, polyamide, Examples include polycarbonate, polyoxytetramethyleneoxyterephthaloyl (polybutylene terephthalate), polyethylene terephthalate, polyimide, polyphenylene sulfide, and the like.
また、図7に示した複合包装フィルム54のように、最内部の層50a以外に、最外部の層50b等のような合成樹脂製の層を更に設ける場合、この合成樹脂製の層も、上記最内部の層と同様の構成材料を使用してよい。
Further, when a synthetic resin layer such as the
金属層50cとしては、酸素、水(空気中の水分)及び非水電解質溶液30に対する耐腐食性を有する金属材料から形成されている層であることが好ましい。例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、チタン、クロム等からなる金属箔を使用してもよい。
The
また、ケース50における全てのシール部のシール方法は、特に限定されないが、生産性の観点から、ヒートシール法であることが好ましい。
Moreover, the sealing method of all the sealing parts in the
次に、アノード10及びカソード20について説明する。図8は図1に示すリチウムイオン二次電池のアノードの基本構成の一例を示す模式断面図である。また、図9は、図1に示すリチウムイオン二次電池のカソードの基本構成の一例を示す模式断面図である。
Next, the
図8に示すようにアノード10は、集電体16と、該集電体16上に形成されたアノード活物質含有層18とからなる。また、図9に示すようにカソード20は、集電体26と、該集電体26上に形成されたカソード活物質含有層28とからなる。
As shown in FIG. 8, the
集電体16及び集電体26は、アノード活物質含有層18及びカソード活物質含有層28への電荷の移動を充分に行うことができる良導体であれば特に限定されず、公知のリチウムイオン二次電池に用いられている集電体を使用することができる。例えば、集電体16及び集電体26としては、アルミニウム、銅などの金属箔が挙げられる。
The
また、アノード10のアノード活物質含有層18は、主として、アノード活物質と、導電助剤と、結着剤とから構成されている。
The anode active material-containing
アノード活物質は、リチウムイオンの吸蔵及び放出、リチウムイオンの脱離及び挿入(インターカレーション)、又は、リチウムイオンと該リチウムイオンのカウンターアニオン(例えば、ClO4 -)とのドープ及び脱ドープを可逆的に進行させることが可能であれば特に限定されず、公知のアノード活物質を使用できる。このような活物質としては、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛(難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、低温度焼成炭素等)等の炭素材料、Al、Si、Sn等のリチウムと化合することのできる金属、SiO2、SnO2等の酸化物を主体とする非晶質の化合物、チタン酸リチウム(Li4Ti5O12)が挙げられる。 The anode active material includes insertion and extraction of lithium ions, desorption and insertion (intercalation) of lithium ions, or doping and dedoping of lithium ions and a counter anion (for example, ClO 4 − ) of the lithium ions. A known anode active material can be used without particular limitation as long as it can proceed reversibly. Examples of such an active material include a combination with carbon materials such as natural graphite and artificial graphite (non-graphitizable carbon, graphitizable carbon, low-temperature calcined carbon, etc.), lithium such as Al, Si, and Sn. be metallic, amorphous compounds mainly oxides of SiO 2, SnO 2 or the like, and lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12) is.
中でも、炭素材料が好ましく、炭素材料の層間距離d002が0.335〜0.338nmであり、かつ、炭素材料の結晶子の大きさLc002が30〜120nmであるものがより好ましい。このような条件を満たす炭素材料としては、人造黒鉛、MCF(メソカーボンファイバ)等が挙げられる。なお、上記層間距離d002及び結晶子の大きさLc002は、X線回折法により求めることができる。 Among these, a carbon material is preferable, and an interlayer distance d 002 of the carbon material is 0.335 to 0.338 nm, and a crystallite size Lc 002 of the carbon material is more preferably 30 to 120 nm. Examples of the carbon material satisfying such conditions include artificial graphite and MCF (mesocarbon fiber). The size Lc 002 of the interlayer distance d 002 and crystallite can be determined by X-ray diffraction method.
特に、アノード活物質として炭素材料を用いた場合、非水溶媒にプロピレンカーボネートを用いると、プロピレンカーボネートの分解量が多かったが、非水電解質溶液30を本発明の構成とすることにより、プロピレンカーボネートの分解を充分に抑制することが可能となった。
In particular, when a carbon material is used as the anode active material, when propylene carbonate is used as the non-aqueous solvent, the amount of decomposition of propylene carbonate is large. However, when the
導電助剤は特に限定されず、公知の導電助剤を使用できる。例えば、カーボンブラック類、炭素材料、銅、ニッケル、ステンレス、鉄等の金属微粉、炭素材料及び金属微粉の混合物、ITOのような導電性酸化物が挙げられる。 The conductive auxiliary agent is not particularly limited, and a known conductive auxiliary agent can be used. Examples thereof include carbon blacks, carbon materials, metal fine powders such as copper, nickel, stainless steel and iron, a mixture of carbon materials and metal fine powders, and conductive oxides such as ITO.
結着剤は、上記のアノード活物質の粒子と導電助剤の粒子とを結着可能なものであれば特に限定されない。例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)、ポリフッ化ビニル(PVF)等のフッ素樹脂が挙げられる。また、この結着剤は、上記のアノード活物質の粒子と導電助剤の粒子との結着のみならず、箔(集電体16)への結着に対しても寄与している。 The binder is not particularly limited as long as it can bind the particles of the anode active material and the conductive aid particles. For example, polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), ethylene-tetrafluoro Examples thereof include fluorine resins such as ethylene copolymer (ETFE), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), ethylene-chlorotrifluoroethylene copolymer (ECTFE), and polyvinyl fluoride (PVF). In addition, the binder contributes not only to the binding of the anode active material particles and the conductive aid particles, but also to the foil (current collector 16).
また、アノード活物質含有層18には、電子伝導性の多孔体を含有させることが好ましく、電子伝導性の多孔体としては、例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等のカーボンブラックが挙げられる。
The anode active material-containing
また、カソード20のカソード活物質含有層28は、アノード活物質含有層18と同様に、主として、カソード活物質と、導電助剤と、結着剤とから構成されている。
The cathode active material-containing
カソード活物質は、リチウムイオンの吸蔵及び放出、リチウムイオンの脱離及び挿入(インターカレーション)、又は、リチウムイオンと該リチウムイオンのカウンターアニオン(例えば、ClO4 -)とのドープ及び脱ドープを可逆的に進行させることが可能であれば特に限定されず、公知の電極活物質を使用できる。例えば、コバルト酸リチウム(LiCoO2)、ニッケル酸リチウム(LiNiO2)、リチウムマンガンスピネル(LiMn2O4)、及び、一般式:LiNixCoyMnzO2(x+y+z=1)で表される複合金属酸化物、リチウムバナジウム化合物(LiV2O5)、オリビン型LiMPO4(ただし、Mは、Co、Ni、Mn又はFeを示す)、チタン酸リチウム(Li4Ti5O12)等の複合金属酸化物が挙げられる。 Cathode active material includes insertion and extraction of lithium ions, desorption and insertion (intercalation) of lithium ions, or doping and dedoping of lithium ions and counter anions of the lithium ions (for example, ClO 4 − ). If it can be made to advance reversibly, it will not specifically limit, A well-known electrode active material can be used. For example, lithium cobalt oxide (LiCoO 2), lithium nickel oxide (LiNiO 2), lithium manganese spinel (LiMn 2 O 4), and the general formula: represented by LiNi x Co y Mn z O 2 (x + y + z = 1) Composite metal oxide, lithium vanadium compound (LiV 2 O 5 ), olivine type LiMPO 4 (where M represents Co, Ni, Mn or Fe), composite such as lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12 ) A metal oxide is mentioned.
更に、カソード活物質含有層28に含まれるカソード活物質以外の各構成要素は、アノード活物質含有層18を構成するものと同様の物質を使用することができる。また、このカソード活物質含有層28に含まれる結着剤も、上記のカソード活物質の粒子と導電助剤の粒子との結着のみならず、箔(集電体26)への結着に対しても寄与している。また、カソード活物質含有層28にも、電子伝導性の多孔体を含有させることが好ましい。
Furthermore, each component other than the cathode active material contained in the cathode active material-containing
また、カソード20の集電体28は、例えばアルミニウムからなるカソード用リード22の一端に電気的に接続され、カソード用リード22の他端はケース50の外部に延びている。一方、アノード10の集電体18も、例えば銅又はニッケルからなるアノード用リード12の一端に電気的に接続され、アノード用リード12の他端は封入袋14の外部に延びている。
The
アノード10とカソード20との間に配置されるセパレータ40は、絶縁性の多孔体から形成されていれば特に限定されず、公知のリチウムイオン二次電池に用いられているセパレータを使用することができる。例えば、絶縁性の多孔体としては、ポリエチレン、ポリプロピレン又はポリオレフィンからなるフィルムの積層体や上記樹脂の混合物の延伸膜、或いは、セルロース、ポリエステル及びポリプロピレンからなる群より選択される少なくとも1種の構成材料からなる繊維不織布が挙げられる。
The
非水電解質溶液30はケース50の内部空間に充填され、その一部は、アノード10、カソード20、及びセパレータ40の内部に含有されている。非水電解質溶液30は、リチウム塩を非水溶媒(有機溶媒)に溶解したものが使用される。リチウム塩としては、例えば、LiPF6、LiClO4、LiBF4、LiAsF6、LiCF3SO3、LiCF3CF2SO3、LiC(CF3SO2)3、LiN(CF3SO2)2、LiN(CF3CF2SO2)2、LiN(CF3SO2)(C4F9SO2)、LiN(CF3CF2CO)2等の塩が使用される。なお、これらの塩は1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。また、非水電解質溶液30は、ゲルポリマーなどのゲル化剤を添加することによりゲル状としてもよい。
The
また、非水電解質溶液30は、非水溶媒がプロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、及び、ジエチルカーボネートで構成されており、上記非水溶媒中のプロピレンカーボネートの含有率X[体積%]、エチレンカーボネートの含有率Y[体積%]、及び、ジエチルカーボネートの含有率Z[体積%]が下記式(1)〜(4)で表される条件を同時に満たしている。
10≦X≦50 …(1)
1≦Y≦20 …(2)
30≦Z≦85 …(3)
X+Y+Z=100 …(4)
In addition, the
10 ≦ X ≦ 50 (1)
1 ≦ Y ≦ 20 (2)
30 ≦ Z ≦ 85 (3)
X + Y + Z = 100 (4)
上記含有率Xが、前記下限値未満の場合は、低温での充放電特性が不充分となる傾向があり、他方、前記上限値を超えると、プロピレンカーボネートの分解が起こり、信頼性が不充分となる傾向がある。また、含有率Yが、前記下限値未満の場合は、プロピレンカーボネートの分解が起こり、信頼性が不充分となる傾向があり、他方、前記上限値を超えると、低温(−20℃〜25℃)での充放電特性が不充分となる傾向がある。また、含有率Zが、前記下限値未満の場合は、高レート放電特性及び低温での充放電特性が不充分となる傾向があり、他方、前記上限値を超えると、放電容量が減少する傾向がある。ジエチルカーボネートを含む場合は、その他の鎖状カーボネート、例えば、ジメチルカーボネートやエチルメチルカーボネートを含む場合に比べ、高温保存時(90℃)における電池膨れを少なくすることができ、且つ、優れた低温特性とレート特性とを得ることができる。 When the content ratio X is less than the lower limit value, the charge / discharge characteristics at low temperatures tend to be insufficient. On the other hand, when the upper limit value is exceeded, decomposition of propylene carbonate occurs and reliability is insufficient. Tend to be. On the other hand, when the content Y is less than the lower limit, propylene carbonate is decomposed and the reliability tends to be insufficient. On the other hand, when the content exceeds the upper limit, the temperature is low (−20 ° C. to 25 ° C. ) Tend to be insufficient. Further, when the content rate Z is less than the lower limit value, the high rate discharge characteristics and the charge / discharge characteristics at low temperature tend to be insufficient. On the other hand, when the content rate exceeds the upper limit value, the discharge capacity tends to decrease. There is. When diethyl carbonate is included, battery swelling during high-temperature storage (90 ° C.) can be reduced and excellent low-temperature characteristics compared to the case where other chain carbonates such as dimethyl carbonate and ethyl methyl carbonate are included. And rate characteristics can be obtained.
また、非水電解質溶液30中には、下記一般式(I)で表される化合物が2〜15質量%含まれている。この結果、充放電特性、及び高レート放電特性が更に向上し、安全性に優れたものとなる。
In addition, the
上記一般式(I)で表される化合物の含有量が、2質量%未満であると、安全性の評価試験規格「UL1642」の150℃加熱試験をクリアすることが困難となり、確実な安全性を得ることができない。他方、15質量%を超えると、容量が低下し、同時にレート特性が不充分となる。 When the content of the compound represented by the above general formula (I) is less than 2% by mass, it is difficult to clear the 150 ° C. heating test of the safety evaluation test standard “UL1642”, and reliable safety is ensured. Can't get. On the other hand, if it exceeds 15% by mass, the capacity is lowered, and at the same time, the rate characteristics become insufficient.
更に、図1及び図2に示すように、第1のフィルム51の縁部51B及び第2のフィルム52の縁部52Bからなる封入袋のシール部に接触するアノード用リード12の部分には、アノード用リード12と各フィルムを構成する複合包装フィルム中の金属層との接触を防止するための絶縁体14が被覆されている。更に、第1のフィルム51の縁部51B及び第2のフィルム52の縁部52Bからなる封入袋のシール部に接触するカソード用リード22の部分には、カソード用リード22と各フィルムを構成する複合包装フィルム中の金属層との接触を防止するための絶縁体24が被覆されている。
Further, as shown in FIGS. 1 and 2, the portion of the
これら絶縁体14及び絶縁体24の構成は特に限定されないが、例えば、それぞれ合成樹脂から形成されていてもよい。なお、アノード用リード12及びカソード用リード22のそれぞれに対する複合包装フィルム中の金属層の接触が充分に防止可能であれば、これら絶縁体14及び絶縁体24は配置しない構成としてもよい。
The configurations of the
つぎに、上述したケース50及びリチウムイオン二次電池1の作製方法について説明する。
Next, a method for manufacturing the
素体60(アノード10、セパレータ40及びカソード20がこの順で順次積層された積層体)の製造方法は、特に限定されず、公知のリチウムイオン二次電池の製造に採用されている公知の方法を用いることができる。
The manufacturing method of the element body 60 (a stacked body in which the
アノード10及びカソード20を作製する場合、先ず、上述した各構成成分を混合し、結着剤が溶解可能な溶媒に分散させ、電極形成用塗布液(スラリー等)を作製する。溶媒としては、結着剤が溶解可能であり、導電助剤を分散可能であれば特に限定されるものではないが、例えば、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミドを用いることができる。
When the
次に、上記電極形成用塗布液を集電体表面上に塗布し、乾燥させ、圧延することにより集電体上に活物質含有層を形成し、アノード10及びカソード20の作製を完了する。ここで、電極形成用塗布液を集電体の表面に塗布する際の手法は特に限定されるものではなく、集電体の材質や形状等に応じて適宜決定すればよい。例えば、メタルマスク印刷法、静電塗装法、ディップコート法、スプレーコート法、ロールコート法、ドクターブレード法、グラビアコート法、スクリーン印刷法等が挙げられる。
Next, the electrode forming coating solution is applied onto the surface of the current collector, dried and rolled to form an active material-containing layer on the current collector, thereby completing the production of the
作製したアノード10及びカソード20のそれぞれに対して、アノード用リード12及びカソード用リード22をそれぞれ電気的に接続する。そのアノード10とカソード20との間にセパレータ40を接触した状態(非接着状態)で配置し、素体60を完成する。
The
次に、ケース50の作製方法の一例について説明する。まず、第1のフィルム及び第2のフィルムを先に述べた複合包装フィルムから構成する場合には、ドライラミネーション法、ウエットラミネーション法、ホットメルトラミネーション法、エクストルージョンラミネ−ション法等の既知の製法を用いて作製する。
Next, an example of a method for manufacturing the
例えば、複合包装フィルムを構成する合成樹脂製の層となるフィルム、アルミニウム等からなる金属箔を用意する。金属箔は、例えば金属材料を圧延加工することにより用意することができる。 For example, a film that becomes a synthetic resin layer constituting the composite packaging film, and a metal foil made of aluminum or the like are prepared. The metal foil can be prepared, for example, by rolling a metal material.
次に、好ましくは先に述べた複数の層の構成となるように、合成樹脂製の層となるフィルムの上に接着剤を介して金属箔を貼り合わせる等して複合包装フィルム(多層フィルム)を作製する。そして、複合包装フィルムを所定の大きさに切断し、矩形状のフィルムを1枚用意する。 Next, a composite packaging film (multilayer film) is preferably obtained by laminating a metal foil via an adhesive on a film that becomes a layer made of a synthetic resin so as to have a configuration of a plurality of layers described above. Is made. Then, the composite packaging film is cut into a predetermined size to prepare one rectangular film.
次に、先に図2を参照して説明したように、1枚のフィルムを折り曲げて、第1のフィルム51のシール部51B(縁部51B)と第2のフィルムのシール部52B(縁部52B)を、例えば、シール機を用いて所定の加熱条件で所望のシール幅だけヒートシールする。このとき、素体60をケース50中に導入するための開口部を確保するために、一部のヒートシールを行わない部分を設けておく。これにより開口部を有した状態のケース50が得られる。
Next, as described above with reference to FIG. 2, one film is folded, and the
そして、開口部を有した状態のケース50の内部に、アノード用リード12及びカソード用リード22が電気的に接続された素体60を挿入する。そして、非水電解質溶液30を注入する。続いて、アノード用リード12、カソード用リード22の一部をそれぞれケース50内に挿入した状態で、シール機を用いて、ケース50の開口部をシールする。このようにしてケース50及びリチウムイオン二次電池1の作製が完了する。なお、本発明のリチウムイオン二次電池は、このような形状のものに限定されず、円筒形等の形状でもよい。
Then, an element body 60 in which the
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明について更に詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are given and this invention is demonstrated in more detail, this invention is not limited to these Examples at all.
以下に示す手順により図1に示したリチウムイオン二次電池1と同様の構成を有する実施例1〜8、比較例1〜3のリチウムイオン二次電池を作製した。
The lithium ion secondary battery of Examples 1-8 and Comparative Examples 1-3 which have the structure similar to the lithium ion
(実施例1)
先ず、アノードを作製した。アノードの作製においては、先ず、アノード活物質として人造黒鉛(90質量部)、導電助剤としてカーボンブラック(2質量部)、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVDF)(8質量部)を混合し、溶剤のN−メチル−ピロリドン(NMP)中に分散させ、スラリーを得た。得られたスラリーをドクターブレード法により集電体である電解銅箔に塗布し、110℃で乾燥させた。乾燥後に圧延を行い、アノードを得た。
(Example 1)
First, an anode was produced. In the production of the anode, first, artificial graphite (90 parts by mass) as an anode active material, carbon black (2 parts by mass) as a conductive auxiliary agent, and polyvinylidene fluoride (PVDF) (8 parts by mass) as a binder are mixed. The slurry was dispersed in N-methyl-pyrrolidone (NMP) as a solvent to obtain a slurry. The obtained slurry was applied to an electrolytic copper foil as a current collector by a doctor blade method and dried at 110 ° C. After drying, rolling was performed to obtain an anode.
次に、カソードを作製した。カソードの作製においても、先ず、正極活物質としてLiNi(x=1/3)Co(y=1/3)Mn(z=1/3)O2(x+y+z=1)(90質量部)、導電助剤としてカーボンブラック(6質量部)、結着剤としてPVDF(4質量部)を混合し、NMP中に分散させ、スラリーを得た。得られたスラリーを集電体であるアルミニウム箔に塗布して乾燥させ、圧延を行い、カソードを得た。 Next, a cathode was produced. In the production of the cathode, first, as the positive electrode active material, LiNi (x = 1/3) Co (y = 1/3) Mn (z = 1/3) O 2 (x + y + z = 1) (90 parts by mass), conductive Carbon black (6 parts by mass) as an auxiliary agent and PVDF (4 parts by mass) as a binder were mixed and dispersed in NMP to obtain a slurry. The obtained slurry was applied to an aluminum foil as a current collector, dried, and rolled to obtain a cathode.
次に、非水電解質溶液を調製した。プロピレンカーボネート(以下、場合によりPCという)、エチレンカーボネート(以下、場合によりECという)及びジエチルカーボネート(以下、場合によりDECという)を体積比2:1:7で混合したものを非水溶媒とし、LiPF6を1.5mol dm-3の割合で溶質として添加した。更に、非水溶媒と溶質とを混合した溶液に対して、添加剤として4−メチル−1,3,2−ジオキサチオラン−2,2−ジオキサイド(以下、場合によりMDTDという)を非水電解質溶液全量に対して2質量%となるように添加して非水電解質溶液を得た。 Next, a non-aqueous electrolyte solution was prepared. A mixture of propylene carbonate (hereinafter, sometimes referred to as PC), ethylene carbonate (hereinafter, sometimes referred to as EC) and diethyl carbonate (hereinafter, sometimes referred to as DEC) at a volume ratio of 2: 1: 7 is used as a non-aqueous solvent. LiPF 6 was added as a solute at a rate of 1.5 mol dm −3 . Further, 4-methyl-1,3,2-dioxathiolane-2,2-dioxide (hereinafter sometimes referred to as MDTD) is added as a non-aqueous electrolyte solution to the mixed solution of the non-aqueous solvent and the solute. It added so that it might become 2 mass% with respect to the whole quantity, and the nonaqueous electrolyte solution was obtained.
得られたアノード及びカソードの間にポリエチレンからなるセパレーターを挟んで積層し積層体(素体)を得た。得られた積層体をアルミラミネートパックに入れ、このアルミラミネートパックに非水電解質溶液を注入した後に真空シールし、リチウムイオン二次電池(縦:115mm、横:87mm、厚さ:3mm)を作製した。なお、アルミラミネートパックのフィルムには、非水電解質溶液に接触する合成樹脂製の最内部の層(変性ポリプロピレンからなる層)、アルミニウム箔からなる金属層、ポリアミドからなる層がこの順で順次積層された積層体を使用した。そして、この複合包装フィルムを2枚重ね合せてその縁部をヒートシールして作製した。 A laminated body (element body) was obtained by laminating a separator made of polyethylene between the obtained anode and cathode. The obtained laminate is placed in an aluminum laminate pack, a nonaqueous electrolyte solution is injected into the aluminum laminate pack, and then vacuum-sealed to produce a lithium ion secondary battery (length: 115 mm, width: 87 mm, thickness: 3 mm). did. The film of the aluminum laminate pack has a synthetic resin innermost layer (layer made of modified polypropylene) in contact with the non-aqueous electrolyte solution, a metal layer made of aluminum foil, and a layer made of polyamide in this order. The laminated body used was used. And two sheets of this composite packaging film were piled up, and the edge part was heat-sealed and produced.
(実施例2〜8及び比較例1〜3)
非水電解質溶液に添加する添加剤の種類及び含有量を、表1に示すように変えた以外は、実施例1と同様にして実施例2〜8及び比較例1〜3のリチウムイオン二次電池を作製した。なお、表1中、EDTDは4−エチル−1,3,2−ジオキサチオラン−2,2−ジオキサイドを、DTDは1,3,2−ジオキサチオラン−2,2−ジオキサイドを、示す。
(Examples 2-8 and Comparative Examples 1-3)
The lithium ion secondary of Examples 2 to 8 and Comparative Examples 1 to 3 were the same as Example 1 except that the type and content of the additive added to the nonaqueous electrolyte solution were changed as shown in Table 1. A battery was produced. In Table 1, EDTD represents 4-ethyl-1,3,2-dioxathiolane-2,2-dioxide, and DTD represents 1,3,2-dioxathiolane-2,2-dioxide.
得られた実施例1〜8及び比較例1〜3のリチウムイオン二次電池を用いて、各電池特性を評価した。 Each battery characteristic was evaluated using the obtained lithium ion secondary battery of Examples 1-8 and Comparative Examples 1-3.
(初期充放電特性評価試験)
リチウムイオン二次電池作製後、25℃で初回の充電を行い、その直後に放電を行った。その際の充電容量と放電容量との比率により初期充放電特性を評価した。なお、充電は0.2C(500mA)で4.2Vまで定電流定電圧充電を行い、放電は0.2Cで2.5Vまで定電流放電を行った。得られた結果を表1に示すが、結果が80%以上の電池を、初期充放電特性が実用的に充分なものと評価した。
(Initial charge / discharge characteristics evaluation test)
After the production of the lithium ion secondary battery, the first charge was performed at 25 ° C., and the discharge was performed immediately after that. The initial charge / discharge characteristics were evaluated by the ratio between the charge capacity and the discharge capacity at that time. In addition, charge performed constant current constant voltage charge to 4.2V at 0.2C (500mA), and discharge performed constant current discharge to 2.5V at 0.2C. The obtained results are shown in Table 1. A battery having a result of 80% or more was evaluated as having practically sufficient initial charge / discharge characteristics.
(充放電サイクル特性評価試験)
電池作製後、25℃で100回の充放電を繰り返した後の放電容量A2を測定した。初回の充放電を行った後の放電容量A1とA2との比率{100×(A2/A1)}[%]により充放電サイクル特性を評価した。なお、充電は1C(2500mA)で4.2Vまで定電流定電圧充電を行い、放電は1C(2500mA)で2.5Vまで定電流放電を行った。得られた結果を表1に示すが、結果が80%以上の電池を、充放電サイクル特性が実用的に充分なものと評価した。なお、実施例6〜7及び比較例2〜3では特に測定を行なわなかったが、初期充放電特性の結果から実施例6〜7では充放電サイクル特性が実用的に充分であると推察される。また、比較例2〜3では、充放電サイクル特性が実用的にであると推察される。
(Charge / discharge cycle characteristics evaluation test)
After the battery was prepared, the discharge capacity A2 after 100 times of charging / discharging at 25 ° C. was measured. The charge / discharge cycle characteristics were evaluated by the ratio {100 × (A2 / A1)} [%] of the discharge capacities A1 and A2 after the first charge / discharge. In addition, charge performed constant current constant voltage charge to 4.2V at 1C (2500mA), and discharge performed constant current discharge to 2.5V at 1C (2500mA). The obtained results are shown in Table 1. A battery having a result of 80% or more was evaluated as having practically sufficient charge / discharge cycle characteristics. In Examples 6-7 and Comparative Examples 2-3, no particular measurement was performed. From the results of the initial charge / discharge characteristics, it is presumed that charge / discharge cycle characteristics are practically sufficient in Examples 6-7. . Moreover, in Comparative Examples 2-3, it is inferred that the charge / discharge cycle characteristics are practical.
(高レート放電特性評価試験)
25℃、2C(5000mA)で定電流放電を行った場合の放電容量(A2C)と、0.5C(1250mA)で定電流放電を行った場合の放電容量(A0.5C)との比率により高レート放電特性を評価した。その結果、実施例1〜8において高レート放電特性は60%以上であり、実用的に充分な特性を有していることが確認された。具体的には、実施例3では64.8%であり、実施例6では64.2%であり、実施例7では61.2%であった。他方、比較例1〜3において高レート放電特性は60%未満であり、実用的には不充分であることが確認された。具体的には、比較例3では、高レート放電特性が54.6%であった。
(High rate discharge characteristics evaluation test)
25 ° C., and 2C discharge capacity (A 2C) in the case of performing constant current discharge (5000 mA), the ratio of 0.5C discharge capacity in the case of performing constant current discharge (1250mA) (A 0.5C) High rate discharge characteristics were evaluated. As a result, in Examples 1 to 8, the high-rate discharge characteristics were 60% or more, and it was confirmed that they had practically sufficient characteristics. Specifically, it was 64.8% in Example 3, 64.2% in Example 6, and 61.2% in Example 7. On the other hand, in Comparative Examples 1 to 3, the high rate discharge characteristic was less than 60%, which was confirmed to be insufficient in practical use. Specifically, in Comparative Example 3, the high rate discharge characteristic was 54.6%.
(安全性評価試験)
得られた実施例1〜8及び比較例1〜3のリチウムイオン2次電池のそれぞれについて、UL1642規定の150℃加熱試験を行い各々の安全性を評価した。UL1642規定の150℃加熱試験は、各電池(4.2Vでの充電を終了させた状態のもの)を恒温槽に入れ、昇温速度5℃/minで室温から150℃まで昇温し、150℃で1時間保持することにより行った。表1にその結果を示す。なお、表1に示す150℃加熱試験の結果のうち、「2」は「試験中に電池が破裂又は発火しなかった」という評価結果を示し、「1」は「試験中に電池が破裂又は発火した」という評価結果を示す。
(Safety evaluation test)
About each of the obtained lithium ion secondary battery of Examples 1-8 and Comparative Examples 1-3, the 150 degreeC heating test of UL1642 regulation was performed, and each safety | security was evaluated. In the 150 ° C. heating test specified by UL 1642, each battery (in a state in which charging at 4.2 V has been completed) is placed in a constant temperature bath, and the temperature is increased from room temperature to 150 ° C. at a temperature rising rate of 5 ° C./min. This was carried out by holding at 1 ° C for 1 hour. Table 1 shows the results. Of the results of the 150 ° C. heating test shown in Table 1, “2” indicates an evaluation result that “the battery did not rupture or ignite during the test”, and “1” indicates “the battery ruptured or failed during the test. The evaluation result is “I fired”.
表1に示した結果から明らかなように、実施例1〜8のリチウムイオン二次電池は、優れた初期充放電特性、及び実用的に充分な充放電サイクル特性及び高レート放電特性を有することが確認された。また、優れた安全性を有していることも確認された。 As is clear from the results shown in Table 1, the lithium ion secondary batteries of Examples 1 to 8 have excellent initial charge / discharge characteristics, practically sufficient charge / discharge cycle characteristics, and high rate discharge characteristics. Was confirmed. It was also confirmed that it has excellent safety.
本発明のリチウムイオン二次電池は、電子機器、特に携帯用電子機器の電源として有用である。 The lithium ion secondary battery of the present invention is useful as a power source for electronic devices, particularly portable electronic devices.
1…リチウムイオン二次電池、10…アノード、12…アノード用リード、14…絶縁体、20…カソード、22…カソード用リード、24…絶縁体、30…非水電解質溶液、40…セパレータ、50…ケース、60…素体。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
カソードと、
前記アノード及び前記カソードの間に配置された絶縁性のセパレータと、
リチウム塩を含有する非水電解質溶液と、
前記アノード、前記カソード、前記セパレータ、及び、前記非水電解質溶液を密閉した状態で収容するケースと、
を有するリチウムイオン二次電池であって、
前記非水電解質溶液に含まれる非水溶媒の構成成分が、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、及び、ジエチルカーボネートであり、
前記非水溶媒中の前記プロピレンカーボネートの含有率X[体積%]、前記エチレンカーボネートの含有率Y[体積%]、及び、前記ジエチルカーボネートの含有率Z[体積%]が下記式(1)〜(4)で表される条件を同時に満たしており、
前記非水電解質溶液中には、下記一般式(I)で表される化合物が2〜15質量%含まれていることを特徴とするリチウムイオン二次電池。
10≦X≦50 …(1)
1≦Y≦20 …(2)
30≦Z≦85 …(3)
X+Y+Z=100 …(4)
A cathode,
An insulating separator disposed between the anode and the cathode;
A non-aqueous electrolyte solution containing a lithium salt;
A case for containing the anode, the cathode, the separator, and the nonaqueous electrolyte solution in a sealed state;
A lithium ion secondary battery having
The components of the nonaqueous solvent contained in the nonaqueous electrolyte solution are propylene carbonate, ethylene carbonate, and diethyl carbonate,
The propylene carbonate content X [volume%], the ethylene carbonate content Y [volume%], and the diethyl carbonate content Z [volume%] in the non-aqueous solvent are represented by the following formulas (1) to (1): (4) is satisfied at the same time,
The non-aqueous electrolyte solution contains 2 to 15% by mass of a compound represented by the following general formula (I).
10 ≦ X ≦ 50 (1)
1 ≦ Y ≦ 20 (2)
30 ≦ Z ≦ 85 (3)
X + Y + Z = 100 (4)
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