JP4538753B2 - Electrolyte for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery - Google Patents
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Description
本発明は、溶媒を含むリチウムイオン二次電池用電解液、およびそれを用いたリチウムイオン二次電池に関する。 The present invention is a lithium ion secondary battery electrolyte solution containing a solvent, and a lithium ion secondary battery using the same.
近年、カメラ一体型VTR(video tape recorder)、携帯電話あるいはノートパソコンなどのポータブル電子機器が広く普及しており、その小型化、軽量化および長寿命化が強く求められている。これに伴い、ポータブル電子機器の電源として、電池、特に軽量で高エネルギー密度を得ることが可能な二次電池の開発が進められている。 In recent years, portable electronic devices such as a camera-integrated VTR (video tape recorder), a mobile phone, or a laptop computer have been widely used, and there is a strong demand for miniaturization, weight reduction, and long life. Accordingly, as a power source for portable electronic devices, development of a battery, in particular, a secondary battery that is lightweight and capable of obtaining a high energy density is underway.
中でも、充放電反応にリチウムの吸蔵および放出を利用する二次電池(いわゆるリチウムイオン二次電池)や、リチウムの析出および溶解を利用する二次電池(いわゆるリチウム金属二次電池)は、鉛電池やニッケルカドミウム電池よりも高いエネルギー密度が得られるため、大いに期待されている。 Among them, secondary batteries that use the insertion and extraction of lithium for charge / discharge reactions (so-called lithium ion secondary batteries) and secondary batteries that use precipitation and dissolution of lithium (so-called lithium metal secondary batteries) are lead batteries. It is highly anticipated because it has a higher energy density than nickel cadmium batteries.
これらの二次電池の電解液としては、炭酸プロピレンあるいは炭酸ジエチルなどの炭酸エステル系の溶媒と、六フッ化リン酸リチウムなどの電解質塩との組み合わせが広く用いられている(例えば、特許文献1参照。)。導電率が高く、電位的にも安定だからである。
この他、電解液の組成に関しては、サイクル特性や保存特性などを改善するために、電解液中に各種スルホン化合物を含有させる技術が提案されている。このスルホン化合物としては、スルホニルフルオライド型の構造を有する化合物(例えば、特許文献2〜5参照。)や、ジスルホン酸無水物(例えば、特許文献6〜8参照。)や、ジスルホン酸エステル誘導体(例えば、特許文献9〜11参照。)などが用いられている。
近年、ポータブル電子機器は益々高性能化および多機能化しており、消費電力が増大する傾向にある。それに伴って、ポータブル電子機器に使用される二次電池の充放電も頻繁に繰り返されることとなり、サイクル特性が低下しやすい状況にある。また、ポータブル電子機器は多岐分野に渡って広く普及しており、二次電池も輸送時、使用時あるいは携帯時などにおいて高温雰囲気中に晒される可能性があるため、保存特性も低下しやすい状況にある。このため、二次電池のサイクル特性および保存特性に関して、より一層の向上が望まれている。 In recent years, portable electronic devices have become more sophisticated and multifunctional, and power consumption tends to increase. Accordingly, charging and discharging of secondary batteries used in portable electronic devices are frequently repeated, and the cycle characteristics are likely to deteriorate. In addition, portable electronic devices are widely used in various fields, and secondary batteries can be exposed to high-temperature atmosphere during transportation, use, or carrying, so the storage characteristics are likely to deteriorate. It is in. For this reason, the further improvement is desired regarding the cycling characteristics and storage characteristics of a secondary battery.
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、サイクル特性および保存特性を向上させることが可能なリチウムイオン二次電池用電解液およびリチウムイオン二次電池を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, its object is to provide a cycle characteristics and the storage characteristics can be improved lithium ion secondary battery electrolyte and a lithium ion secondary battery .
本発明のリチウムイオン二次電池用電解液は、化1で表されるスルホン化合物を含有する溶媒を含み、その溶媒中における化1に示したスルホン化合物の含有量が0.01重量%以上10重量%以下のものである。 Lithium ion secondary battery electrolyte of the present invention, of 1 viewed contains a solvent containing a sulfone compound represented by the content of the sulfone compound shown in Chemical formula 1 in that the solvent is 0.01 wt% or more 10% by weight or less .
本発明のリチウムイオン二次電池は、正極および負極と共に電解液を備え、電解液が化1に示したスルホン化合物を含有する溶媒を含み、その溶媒中における化1に示したスルホン化合物の含有量が0.01重量%以上10重量%以下のものである。 The lithium ion secondary battery of the present invention, a cathode and an anode with an electrolyte solution, viewed contains a solvent containing the sulfone compound electrolytic solution shown in Chemical formula 1, containing the sulfone compound shown in Chemical formula 1 in that the solvent The amount is 0.01 wt% or more and 10 wt% or less .
本発明のリチウムイオン二次電池用電解液によれば、溶媒が化1に示したスルホン化合物を含有していると共に、その溶媒中における化1に示したスルホン化合物の含有量が0.01重量%以上10重量%以下であるので、それを含有していない場合や、他のスルホン化合物を含有している場合と比較して、化学的安定性が向上する。これにより、本発明のリチウムイオン二次電池用電解液を備えたリチウムイオン二次電池によれば、その電解液の分解反応が抑制されるため、サイクル特性および保存特性を向上させることができる。 According to the electrolytic solution for a lithium ion secondary battery of the present invention, the solvent contains the sulfone compound shown in Chemical Formula 1 and the content of the sulfone compound shown in Chemical Formula 1 in the solvent is 0.01 wt. % Or more and 10% by weight or less , the chemical stability is improved as compared with the case where it is not contained or when other sulfone compound is contained. Thereby, according to the lithium ion secondary battery provided with the electrolyte solution for lithium ion secondary batteries of this invention, since the decomposition reaction of the electrolyte solution is suppressed, cycling characteristics and storage characteristics can be improved.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
本発明の一実施の形態に係る電解液は、例えば電池などの電気化学デバイスに用いられるものであり、溶媒と、それに溶解された電解質塩とを含んでいる。 The electrolytic solution according to an embodiment of the present invention is used for an electrochemical device such as a battery, and includes a solvent and an electrolyte salt dissolved in the solvent.
溶媒は、化3で表されるスルホン化合物のいずれか1種あるいは2種以上を含有している。電解液の化学的安定性が向上するからである。この化3に示したスルホン化合物は、スルホニル基(−SO2 −)とフッ素基(−F)とが結合されたスルホニルフルオライド型の構造を有している。 The solvent contains one or more of the sulfone compounds represented by Chemical Formula 3. This is because the chemical stability of the electrolytic solution is improved. The sulfone compound shown in Chemical Formula 3 has a sulfonyl fluoride type structure in which a sulfonyl group (—SO 2 —) and a fluorine group (—F) are bonded.
化3中のR1は、炭素鎖あるいは炭素環を基本骨格とする基であり、その基本骨格中には、水素、酸素およびハロゲンから選択される1種あるいは2種以上の元素がどのような形態で含まれていてもよい。なお、炭素鎖は、直鎖状であってもよいし、1あるいは2以上の側鎖を有する分岐状であってもよい。 R1 in Chemical Formula 3 is a group having a carbon chain or carbocycle as a basic skeleton, and in the basic skeleton, any form of one or more elements selected from hydrogen, oxygen, and halogen is present. May be included. The carbon chain may be linear or branched having one or more side chains.
上記した「形態」とは、元素の数や元素の組み合わせなどを意味し、それらについては、任意に設定可能である。具体的には、水素の形態としては、例えば、アルキレン基やアリーレン基の一部などが挙げられる。酸素の形態としては、例えば、エーテル結合(−O−)などが挙げられる。ハロゲンの形態としては、例えば、ハロゲン化アルキレン基の一部などが挙げられる。このハロゲンの種類は、特に限定されないが、中でもフッ素が好ましい。他のハロゲンと比較して、電解液の化学的安定性が高くなるからである。上記したハロゲンの形態は、R1中の水素がハロゲンによって置換されたものである。この場合には、一部の水素だけがハロゲンによって置換されてもよいし、全部の水素がハロゲンによって置換されてもよい。もちろん、水素、酸素およびハロゲンの形態は、上記した以外の他の形態であってもよい。 The above-mentioned “form” means the number of elements, a combination of elements, and the like, which can be arbitrarily set. Specifically, examples of the form of hydrogen include an alkylene group and a part of an arylene group. Examples of the form of oxygen include an ether bond (—O—). Examples of the form of halogen include a part of a halogenated alkylene group. The type of the halogen is not particularly limited, but among them, fluorine is preferable. This is because the chemical stability of the electrolytic solution is higher than that of other halogens. The form of the halogen described above is one in which the hydrogen in R1 is substituted with a halogen. In this case, only a part of hydrogen may be replaced by halogen, or all of hydrogen may be replaced by halogen. Of course, the forms of hydrogen, oxygen and halogen may be other forms than those described above.
上記した構造を有していれば、R1はどのような基であってもよいが、z個のスルホニル基中の硫黄原子は、R1中における炭素原子以外の原子(例えば酸素原子)に結合されておらず、必ず炭素原子に結合されている。また、R1が直鎖状のアルキレン基あるいはハロゲン化アルキレン基である場合には、それらの炭素数が2以下(すなわち1あるいは2)に制限される。炭素数が3以上である場合と比較して、電解液の化学的安定性が高くなると共に、優れた相溶性が得られるからである。この「ハロゲン化アルキレン基」とは、アルキレン基のうちの少なくとも一部の水素がハロゲンによって置換された基である。 R1 may be any group as long as it has the structure described above, but the sulfur atom in the z sulfonyl groups is bonded to an atom (for example, an oxygen atom) other than a carbon atom in R1. Not necessarily bonded to a carbon atom. Further, when R1 is a linear alkylene group or a halogenated alkylene group, the number of carbon atoms is limited to 2 or less (that is, 1 or 2). This is because the chemical stability of the electrolytic solution is increased and excellent compatibility is obtained as compared with the case where the number of carbon atoms is 3 or more. The “halogenated alkylene group” is a group in which at least a part of hydrogen in an alkylene group is substituted with a halogen.
なお、R1は、上記した一連の形態によって構成される基の誘導体であってもよく、この場合には、水素、酸素およびハロゲン以外の他の元素を構成元素として含んでいてもよい。この「誘導体」とは、上記した一連の基に1あるいは2以上の置換基が導入された基を意味し、その置換基の種類は、任意に設定可能である。 R1 may be a derivative of a group constituted by the series of forms described above. In this case, R1 may contain other elements other than hydrogen, oxygen, and halogen as constituent elements. This “derivative” means a group in which one or two or more substituents are introduced into the above-described series of groups, and the type of the substituents can be arbitrarily set.
化3に示した構造に該当する構造を有していれば、スルホン化合物は、全体としてどのような構造を有していてもよいが、中でも化4で表される化合物が好ましい。z(スルホニルフルオライド部分の数)が少なく抑えられるため、電解液において高い化学的安定性が得られると共に、優れた相溶性も得られるからである。この化4に示した化合物は、化3中のzがz=2であると共にR1が2価の基である化合物である。 As long as it has a structure corresponding to the structure shown in Chemical Formula 3, the sulfone compound may have any structure as a whole, but among them, the compound represented by Chemical Formula 4 is preferable. This is because z (the number of sulfonyl fluoride moieties) can be suppressed to be small, so that high chemical stability can be obtained in the electrolytic solution and excellent compatibility can be obtained. The compound shown in Chemical formula 4 is a compound in which z in Chemical formula 3 is z = 2 and R1 is a divalent group.
2価の基であるR2としては、例えば、直鎖状あるいは分岐状のアルキレン基や、アリーレン基や、アリーレン基とアルキレン基とが結合された基や、アルキレン基とエーテル結合とが結合された基や、それらをハロゲン化した基などが挙げられる。この「アリーレン基とアルキレン基とを有する2価の基」は、1つのアリーレン基と1つのアルキレン基とが結合された基であってもよいし、2つのアルキレン基が1つのアリーレン基を介して結合された基であってもよい。なお、「アルキレン基とエーテル結合とが結合された基」とは、2つのアルキレン基が1つのエーテル結合を介して結合された基を意味する。また、「それらをハロゲン化した基」とは、上記したアルキレン基等のうちの少なくとも一部の水素がハロゲンによって置換された基である。上記したアルキレン基、アリーレン基あるいはエーテル結合の数や結合順は、任意に設定可能である。もちろん、R2は、上記した以外の他の基であってもよい。 As the divalent group R2, for example, a linear or branched alkylene group, an arylene group, a group in which an arylene group and an alkylene group are bonded, or an alkylene group and an ether bond are bonded. And groups obtained by halogenating them. The “divalent group having an arylene group and an alkylene group” may be a group in which one arylene group and one alkylene group are bonded, or two alkylene groups may be bonded via one arylene group. Or a bonded group. The “group in which an alkylene group and an ether bond are bonded” means a group in which two alkylene groups are bonded through one ether bond. Further, the “group in which they are halogenated” is a group in which at least a part of hydrogen in the above-described alkylene group or the like is substituted with a halogen. The number and order of the above-described alkylene group, arylene group or ether bond can be arbitrarily set. Of course, R2 may be a group other than those described above.
R2が分岐状のアルキレン基である場合、その炭素数は、任意に設定可能であるが、中でも2以上10以下が好ましく、2以上6以下がより好ましく、2以上4以下がさらに好ましい。また、R2がアリーレン基とアルキレン基とが結合された基である場合には、2つのアルキレン基が1つのアリーレン基を介して結合された基が好ましい。この場合の炭素数は、任意に設定可能であるが、中でも8が好ましい。いずれの場合においても、電解液において高い化学的安定性が得られると共に、優れた相溶性が得られるからである。 When R2 is a branched alkylene group, the number of carbon atoms can be arbitrarily set, but is preferably 2 or more and 10 or less, more preferably 2 or more and 6 or less, and further preferably 2 or more and 4 or less. When R2 is a group in which an arylene group and an alkylene group are bonded, a group in which two alkylene groups are bonded through one arylene group is preferable. The number of carbons in this case can be arbitrarily set, but 8 is particularly preferable. In any case, high chemical stability can be obtained in the electrolytic solution, and excellent compatibility can be obtained.
R2がアルキレン基とエーテル結合とが結合された基である場合、その炭素数は、任意に設定可能であるが、中でも2以上12以下であるのが好ましく、4以上12以下であるのがより好ましい。この場合には、特に、R2は−CH2 −CH2 −(O−CH2 −CH2 )n −で表される基であるのが好ましく、nは1以上3以下であるのがより好ましい。電解液において高い化学的安定性が得られると共に、優れた相溶性が得られるからである。 When R2 is a group in which an alkylene group and an ether bond are bonded, the number of carbon atoms can be arbitrarily set. Among them, it is preferably 2 or more and 12 or less, more preferably 4 or more and 12 or less. preferable. In this case, in particular, R 2 is preferably a group represented by —CH 2 —CH 2 — (O—CH 2 —CH 2 ) n —, and n is more preferably 1 or more and 3 or less. . This is because high chemical stability can be obtained in the electrolytic solution and excellent compatibility can be obtained.
R2の具体例としては、化5の(1),(2)で表される直鎖状のアルキレン基(炭素数2以下)や、化6の(1)〜(9)で表される分岐状のアルキレン基や、化7の(1)〜(3)で表されるアリーレン基や、化8の(1)〜(3)で表されるアリーレン基とアルキレン基が結合された基や、化9の(1)〜(13)で表されるアルキレン基とエーテル結合とが結合された基が挙げられる。この他、上記した一連の基をハロゲン化した基として、化10の(1)〜(9)で表されるように、アルキレン基とエーテル結合とが結合された基をハロゲン化した基が挙げられる。もちろん、アルキレン基とエーテル結合とが結合された基に限らず、他のアルキレン基等がハロゲン化されてもよい。 Specific examples of R2 include straight-chain alkylene groups represented by chemical formulas (1) and (2) (2 or less carbon atoms) and branches represented by chemical formulas (1) to (9). An alkylene group, an arylene group represented by chemical formulas (1) to (3), a group in which an arylene group represented by chemical formulas (1) to (3) and an alkylene group are bonded, And a group in which an alkylene group represented by chemical formulas (1) to (13) and an ether bond are bonded. In addition, as a group obtained by halogenating the above-described series of groups, a group obtained by halogenating a group in which an alkylene group and an ether bond are bonded as represented by Chemical Formulas (1) to (9) can be given. It is done. Of course, it is not limited to a group in which an alkylene group and an ether bond are bonded, and other alkylene groups and the like may be halogenated.
化3に示した化合物の具体例としては、化11の(1)〜(5)で表される化合物が挙げられる。電解液において高い化学的安定性が得られると共に、優れた溶解性も得られるからである。確認までに説明しておくと、化3中のR1は、化11(1),(2)において直鎖状のアルキレン基、化11(3),(4)において直鎖状のフッ素化アルキレン基、化11(5)においてアリーレン基である。 Specific examples of the compound shown in Chemical Formula 3 include compounds represented by Chemical Formulas (1) to (5). This is because high chemical stability is obtained in the electrolytic solution, and excellent solubility is also obtained. For confirmation, R1 in Chemical Formula 3 is a linear alkylene group in Chemical Formulas 11 (1) and (2), and a linear fluorinated alkylene in Chemical Formulas 11 (3) and (4). The group is an arylene group in Chemical Formula 11 (5).
化3に示した化合物として説明した一連の化合物は、単独で用いられてもよいし、複数種が混合されて用いられてもよい。なお、化3に示した構造を有していれば、化4および化11に示した化合物に限定されないことは、言うまでもない。 The series of compounds described as the compounds shown in Chemical Formula 3 may be used alone or in combination of two or more. Needless to say, the compound shown in Chemical Formula 3 is not limited to the compounds shown in Chemical Formula 4 and Chemical Formula 11 as long as it has the structure shown in Chemical Formula 3.
溶媒中における化3に示したスルホン化合物の含有量は、任意に設定可能であるが、中でも0.01重量%以上10重量%以下であるのが好ましい。電解液において高い化学的安定性が得られるからである。詳細には、0.01重量%よりも少ないと、電解液の化学的安定性が十分かつ安定に得られない可能性があり、10重量%よりも多いと、電気化学デバイスの主要な電気的性能(例えば電池における容量特性など)が十分に得られない可能性があるからである。 The content of the sulfone compound shown in Chemical Formula 3 in the solvent can be arbitrarily set, but is preferably 0.01% by weight or more and 10% by weight or less. This is because high chemical stability can be obtained in the electrolytic solution. Specifically, if the amount is less than 0.01% by weight, the chemical stability of the electrolytic solution may not be sufficiently and stably obtained. If the amount is more than 10% by weight, the main electrical properties of the electrochemical device may be decreased. This is because performance (for example, capacity characteristics in a battery) may not be sufficiently obtained.
この溶媒は、化3に示したスルホン化合物と共に、他の有機溶媒などの非水溶媒のいずれか1種あるいは2種以上を含有しているのが好ましい。この非水溶媒としては、例えば、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ブチレン、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸エチルメチル、炭酸メチルプロピル、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、1,2−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、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、酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、酪酸メチル、イソ酪酸メチル、トリメチル酢酸メチル、トリメチル酢酸エチル、アセトニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、メトキシアセトニトリル、3−メトキシプロピオニトリル、N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリジノン、N−メチルオキサゾリジノン、N,N’−ジメチルイミダゾリジノン、ニトロメタン、ニトロエタン、スルホラン、燐酸トリメチル、ジメチルスルホキシド、あるいはジメチルスルホキシド燐酸などが挙げられる。中でも、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ジメチル、炭酸ジエチルおよび炭酸エチルメチルからなる群のうちの少なくとも1種が好ましく、特に、炭酸エチレンあるいは炭酸プロピレンなどの高粘度(高誘電率)溶媒(例えば、比誘電率ε≧30)と炭酸ジメチル、炭酸エチルメチルあるいは炭酸ジエチルなどの低粘度溶媒(例えば、粘度≦1mPa・s)との組み合わせがより好ましい。電解質塩の解離性およびイオンの移動度が向上するからである。 This solvent preferably contains any one or more of non-aqueous solvents such as other organic solvents together with the sulfone compound shown in Chemical formula 3. Examples of the non-aqueous solvent include ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, methyl propyl carbonate, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, tetrahydropyran, 1,3-dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxolane, 1,3-dioxane, 1,4-dioxane, methyl acetate, ethyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, Methyl butyrate, methyl isobutyrate, methyl trimethylacetate, ethyl trimethylacetate, acetonitrile, glutaronitrile, adiponitrile, methoxyacetonitrile, 3-methoxypropionitrile, N, N-dimethylformamide, N-methylpyrrolidinone, N -Methyloxazolidinone, N, N'-dimethylimidazolidinone, nitromethane, nitroethane, sulfolane, trimethyl phosphate, dimethyl sulfoxide, or dimethyl sulfoxide phosphoric acid. Among them, at least one member selected from the group consisting of ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate is preferable. Particularly, a high viscosity (high dielectric constant) solvent such as ethylene carbonate or propylene carbonate (for example, ratio A combination of a dielectric constant ε ≧ 30) and a low viscosity solvent such as dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, or diethyl carbonate (for example, viscosity ≦ 1 mPa · s) is more preferable. This is because the dissociation property of the electrolyte salt and the ion mobility are improved.
また、溶媒は、不飽和結合を有する環状炭酸エステルを含有していてもよい。電解液の化学的安定性がより向上するからである。この不飽和結合を有する環状炭酸エステルとしては、例えば、炭酸ビニレン系化合物、炭酸ビニルエチレン系化合物、あるいは炭酸メチレンエチレン系化合物などが挙げられる。 Moreover, the solvent may contain the cyclic carbonate which has an unsaturated bond. This is because the chemical stability of the electrolytic solution is further improved. Examples of the cyclic carbonate having an unsaturated bond include vinylene carbonate compounds, vinyl ethylene carbonate compounds, and methylene ethylene carbonate compounds.
炭酸ビニレン系化合物としては、例えば、炭酸ビニレン(1,3−ジオキソール−2−オン)、炭酸メチルビニレン(4−メチル−1,3−ジオキソール−2−オン)、炭酸エチルビニレン(4−エチル−1,3−ジオキソール−2−オン)、4,5−ジメチル−1,3−ジオキソール−2−オン、4,5−ジエチル−1,3−ジオキソール−2−オン、4−フルオロ−1,3−ジオキソール−2−オンあるいは4−トリフルオロメチル−1,3−ジオキソール−2−オンなどが挙げられる。 Examples of the vinylene carbonate compound include vinylene carbonate (1,3-dioxol-2-one), methyl vinylene carbonate (4-methyl-1,3-dioxol-2-one), and ethyl vinylene carbonate (4-ethyl- 1,3-dioxol-2-one), 4,5-dimethyl-1,3-dioxol-2-one, 4,5-diethyl-1,3-dioxol-2-one, 4-fluoro-1,3 -Dioxol-2-one or 4-trifluoromethyl-1,3-dioxol-2-one and the like.
炭酸ビニルエチレン系化合物としては、例えば、炭酸ビニルエチレン(4−ビニル−1,3−ジオキソラン−2−オン)、4−メチル−4−ビニル−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−エチル−4−ビニル−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−n−プロピル−4−ビニル−1,3−ジオキソラン−2−オン、5−メチル−4−ビニル−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,4−ジビニル−1,3−ジオキソラン−2−オンあるいは4,5−ジビニル−1,3−ジオキソラン−2−オンなどが挙げられる。 Examples of the vinyl carbonate-based compound include vinyl ethylene carbonate (4-vinyl-1,3-dioxolan-2-one), 4-methyl-4-vinyl-1,3-dioxolan-2-one, and 4-ethyl. -4-vinyl-1,3-dioxolan-2-one, 4-n-propyl-4-vinyl-1,3-dioxolan-2-one, 5-methyl-4-vinyl-1,3-dioxolane-2 -One, 4,4-divinyl-1,3-dioxolan-2-one, 4,5-divinyl-1,3-dioxolan-2-one and the like.
炭酸メチレンエチレン系化合物としては、4−メチレン−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,4−ジメチル−5−メチレン−1,3−ジオキソラン−2−オンあるいは4,4−ジエチル−5−メチレン−1,3−ジオキソラン−2−オンなどが挙げられる。 Examples of the methylene ethylene carbonate compound include 4-methylene-1,3-dioxolan-2-one, 4,4-dimethyl-5-methylene-1,3-dioxolan-2-one, and 4,4-diethyl-5-one. And methylene-1,3-dioxolan-2-one.
これらは単独で用いられてもよいし、複数種が混合されて用いられてもよい。中でも、炭酸ビニレンが好ましい。高い効果が得られるからである。 These may be used alone or in combination of two or more. Among these, vinylene carbonate is preferable. This is because a high effect can be obtained.
また、溶媒は、化12で表されるハロゲンを構成元素として有する鎖状炭酸エステルおよび化13で表されるハロゲンを構成元素として有する環状炭酸エステルのうちの少なくとも1種を含有していてもよい。電解液の化学的安定性がより向上するからである。 The solvent may contain at least one of a chain carbonate having a halogen represented by Chemical Formula 12 as a constituent element and a cyclic carbonate having a halogen represented by Chemical Formula 13 as a constituent element. . This is because the chemical stability of the electrolytic solution is further improved.
なお、化12中のR11〜R16は、互いに同一でもよいし、異なってもよい。化13中のR21〜R24についても、同様である。R11〜R16あるいはR21〜R24について説明した「ハロゲン化アルキル基」とは、アルキル基のうちの少なくとも一部の水素がハロゲンによって置換された基である。このハロゲンの種類は、特に限定されないが、例えば、フッ素、塩素および臭素からなる群のうちの少なくとも1種が挙げられ、中でもフッ素が好ましい。高い効果が得られるからである。もちろん、他のハロゲンであってもよい。 In addition, R11 to R16 in Chemical formula 12 may be the same as or different from each other. The same applies to R21 to R24 in Chemical formula 13. The “halogenated alkyl group” described for R11 to R16 or R21 to R24 is a group in which at least a part of hydrogen in the alkyl group is substituted with halogen. The type of the halogen is not particularly limited, and examples thereof include at least one selected from the group consisting of fluorine, chlorine and bromine, and among them, fluorine is preferable. This is because a high effect can be obtained. Of course, other halogens may be used.
特に、ハロゲン化炭酸エステルとしては、1つのハロゲンを有する化合物(モノハロゲン化炭酸エステル)よりも、2つのハロゲンを有する化合物(ジハロゲン化炭酸エステル)が好ましい。より高い効果が得られるからである。 In particular, the halogenated carbonate is preferably a compound having two halogens (dihalogenated carbonate) rather than a compound having one halogen (monohalogenated carbonate). This is because a higher effect can be obtained.
化12に示したハロゲンを有する鎖状炭酸エステルとしては、例えば、炭酸フルオロメチルメチル、炭酸ビス(フルオロメチル)あるいは炭酸ジフルオロメチルメチルなどが挙げられる。これらは単独で用いられてもよいし、複数種が混合されて用いられてもよい。中でも、炭酸ビス(フルオロメチル)が好ましい。高い効果が得られるからである。 Examples of the chain carbonate having a halogen shown in Chemical formula 12 include fluoromethyl methyl carbonate, bis (fluoromethyl) carbonate, difluoromethyl methyl carbonate, and the like. These may be used alone or in combination of two or more. Of these, bis (fluoromethyl) carbonate is preferred. This is because a high effect can be obtained.
化13中のR21〜R24のうちの少なくとも1種がアルキル基あるいはハロゲン化アルキル基である場合、それらはメチル基、エチル基、ハロゲン化メチル基あるいはハロゲン化エチル基であるのが好ましい。高い効果が得られるからである。 When at least one of R21 to R24 in Chemical formula 13 is an alkyl group or a halogenated alkyl group, they are preferably a methyl group, an ethyl group, a halogenated methyl group or a halogenated ethyl group. This is because a high effect can be obtained.
化13に示したハロゲンを有する環状炭酸エステルとしては、例えば、化14および化15で表される一連の化合物が挙げられる。すなわち、化14に示した(1)の4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、(2)の4−クロロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、(3)の4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、(4)のテトラフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、(5)の4−フルオロ−5−クロロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、(6)の4,5−ジクロロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、(7)のテトラクロロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、(8)の4,5−ビストリフルオロメチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、(9)の4−トリフルオロメチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、(10)の4,5−ジフルオロ−4,5−ジメチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、(11)の4−メチル−5,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、(12)の4−エチル−5,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンである。また、化15に示した(1)の4−トリフルオロメチル−5−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、(2)の4−トリフルオロメチル−5−メチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、(3)の4−フルオロ−4,5−ジメチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、(4)の4,4−ジフルオロ−5−(1,1−ジフルオロエチル)−1,3−ジオキソラン−2−オン、(5)の4,5−ジクロロ−4,5−ジメチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、(6)の4−エチル−5−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、(7)の4−エチル−4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、(8)の4−エチル−4,5,5−トリフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、(9)の4−フルオロ−4−メチル−1,3−ジオキソラン−2−オンである。
Examples of the cyclic carbonate having a halogen shown in Chemical formula 13 include a series of compounds represented by
これらは単独で用いられてもよいし、複数種が混合されて用いられてもよい。中でも、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンあるいは4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンが好ましく、4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンがより好ましい。容易に入手可能であると共に、高い効果が得られるからである。特に、4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンとしては、シス異性体よりもトランス異性体が好ましい。 These may be used alone or in combination of two or more. Of these, 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one or 4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one is preferred, and 4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one is preferred. More preferred. This is because it is easily available and a high effect can be obtained. In particular, 4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one is preferably a trans isomer rather than a cis isomer.
また、溶媒は、スルトン(環状スルホン酸エステル)や、酸無水物を含有していてもよい。電解液の化学的安定性がより向上するからである。 Further, the solvent may contain sultone (cyclic sulfonic acid ester) or an acid anhydride. This is because the chemical stability of the electrolytic solution is further improved.
スルトンとしては、例えば、プロパンスルトンあるいはプロペンスルトンなどが挙げられる。これらは単独で用いられてもよいし、複数種が混合されて用いられてもよい。中でも、プロペンスルトンが好ましい。また、溶媒中におけるスルトンの含有量は、0.5重量%以上3重量%以下であるのが好ましい。いずれの場合においても、高い効果が得られるからである。 Examples of sultone include propane sultone and propene sultone. These may be used alone or in combination of two or more. Of these, propene sultone is preferable. Further, the sultone content in the solvent is preferably 0.5% by weight or more and 3% by weight or less. This is because a high effect can be obtained in any case.
酸無水物としては、例えば、無水コハク酸、無水グルタル酸あるいは無水マレイン酸などのカルボン酸無水物や、無水エタンジスルホン酸あるいは無水プロパンジスルホン酸などのジスルホン酸無水物や、無水スルホ安息香酸、無水スルホプロピオン酸あるいは無水スルホ酪酸などのカルボン酸とスルホン酸との無水物などが挙げられる。これらは単独で用いられてもよいし、複数種が混合されて用いられてもよい。中でも、無水スルホ安息香酸が好ましい。また、溶媒中における酸無水物の含有量は、0.5重量%以上3重量%以下であるのが好ましい。いずれの場合においても、高い効果が得られるからである。 Examples of the acid anhydride include carboxylic acid anhydrides such as succinic anhydride, glutaric anhydride or maleic anhydride, disulfonic anhydrides such as ethanedisulfonic anhydride or propanedisulfonic anhydride, sulfobenzoic anhydride, anhydrous Examples thereof include anhydrides of carboxylic acid and sulfonic acid such as sulfopropionic acid or sulfobutyric anhydride. These may be used alone or in combination of two or more. Of these, anhydrous sulfobenzoic acid is preferable. Moreover, it is preferable that content of the acid anhydride in a solvent is 0.5 to 3 weight%. This is because a high effect can be obtained in any case.
溶媒の固有粘度は、25℃において10.0mPa・s以下であるのが好ましい。電解質塩の解離性およびイオンの移動度が向上するからである。なお、溶媒に電解質塩を溶解させた状態の固有粘度(いわゆる電解液の固有粘度)も、同様の理由により、25℃において10.0mPa・s以下であるのが好ましい。 The intrinsic viscosity of the solvent is preferably 10.0 mPa · s or less at 25 ° C. This is because the dissociation property of the electrolyte salt and the ion mobility are improved. Note that the intrinsic viscosity of the electrolyte salt dissolved in the solvent (so-called intrinsic viscosity of the electrolytic solution) is preferably 10.0 mPa · s or less at 25 ° C. for the same reason.
電解質塩は、例えば、リチウム塩などの軽金属塩のいずれか1種あるいは2種以上を含有している。このリチウム塩としては、例えば、六フッ化リン酸リチウム、四フッ化ホウ酸リチウム、過塩素酸リチウム、六フッ化ヒ酸リチウム、テトラフェニルホウ酸リチウム(LiB(C6 H5 )4 )、メタンスルホン酸リチウム(LiCH3 SO3 )、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(LiCF3 SO3 )、テトラクロロアルミン酸リチウム(LiAlCl4 )、六フッ化ケイ酸二リチウム(Li2 SiF6 )、塩化リチウム(LiCl)、あるいは臭化リチウム(LiBr)などが挙げられる。中でも、六フッ化リン酸リチウム、四フッ化ホウ酸リチウム、過塩素酸リチウムおよび六フッ化ヒ酸リチウムからなる群のうちの少なくとも1種が好ましく、六フッ化リン酸リチウムがより好ましい。電解液の抵抗が低下するからである。特に、六フッ化リン酸リチウムと四フッ化ホウ酸リチウムとを併用するのが好ましい。より高い効果が得られるからである。 The electrolyte salt contains, for example, one or more light metal salts such as a lithium salt. As this lithium salt, for example, lithium hexafluorophosphate, lithium tetrafluoroborate, lithium perchlorate, lithium hexafluoroarsenate, lithium tetraphenylborate (LiB (C 6 H 5 ) 4 ), Lithium methanesulfonate (LiCH 3 SO 3 ), lithium trifluoromethanesulfonate (LiCF 3 SO 3 ), lithium tetrachloroaluminate (LiAlCl 4 ), dilithium hexafluorosilicate (Li 2 SiF 6 ), lithium chloride ( LiCl) or lithium bromide (LiBr). Among these, at least one selected from the group consisting of lithium hexafluorophosphate, lithium tetrafluoroborate, lithium perchlorate, and lithium hexafluoroarsenate is preferable, and lithium hexafluorophosphate is more preferable. This is because the resistance of the electrolytic solution decreases. In particular, it is preferable to use lithium hexafluorophosphate and lithium tetrafluoroborate in combination. This is because a higher effect can be obtained.
この電解質塩は、化16、化17および化18で表される化合物からなる群のうちの少なくとも1種を含有していてもよい。上記した六フッ化リン酸リチウム等と一緒に用いられた場合に、より高い効果が得られるからである。なお、化16中のR33は、互いに同一でもよいし、異なってもよい。化17中のR41〜R43および化18中のR51,R52についても、同様である。 This electrolyte salt may contain at least one member selected from the group consisting of compounds represented by Chemical formula 16, Chemical formula 17 and Chemical formula 18. This is because a higher effect can be obtained when used together with the above-described lithium hexafluorophosphate or the like. In addition, R33 in Chemical formula 16 may be the same as or different from each other. The same applies to R41 to R43 in Chemical Formula 17 and R51 and R52 in Chemical Formula 18.
化16に示した化合物としては、例えば、化19の(1)〜(6)で表される化合物などが挙げられる。化17に示した化合物としては、例えば、化20の(1)〜(8)で表される化合物などが挙げられる。化18に示した化合物としては、例えば、化21で表される化合物などが挙げられる。中でも、化19(6)あるいは化20(6)に示した化合物が好ましい。高い効果が得られるからである。なお、化16〜化18に示した構造を有していれば、化19〜化21に示した化合物に限定されないことは、言うまでもない。
Examples of the compound represented by Chemical formula 16 include the compounds represented by Chemical formulas (1) to (6). Examples of the compound represented by Chemical formula 17 include the compounds represented by Chemical formulas (1) to (8). Examples of the compound represented by Chemical formula 18 include the compound represented by
また、電解質塩は、化22、化23および化24で表される化合物からなる群のうちの少なくとも1種を含有していてもよい。上記した六フッ化リン酸リチウム等と一緒に用いられた場合に、より高い効果が得られるからである。なお、化22中のmおよびnは、互いに同一でもよいし、異なってもよい。化24中のp、qおよびrについても、同様である。
The electrolyte salt may contain at least one selected from the group consisting of compounds represented by
化22に示した鎖状の化合物としては、例えば、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウム(LiN(CF3 SO2 )2 )、ビス(ペンタフルオロエタンスルホニル)イミドリチウム(LiN(C2 F5 SO2 )2 )、(トリフルオロメタンスルホニル)(ペンタフルオロエタンスルホニル)イミドリチウム(LiN(CF3 SO2 )(C2 F5 SO2 ))、(トリフルオロメタンスルホニル)(ヘプタフルオロプロパンスルホニル)イミドリチウム(LiN(CF3 SO2 )(C3 F7 SO2 ))、あるいは(トリフルオロメタンスルホニル)(ノナフルオロブタンスルホニル)イミドリチウム(LiN(CF3 SO2 )(C4 F9 SO2 ))などが挙げられる。これらは単独で用いられてもよいし、複数種が混合されて用いられてもよい。
Examples of the chain compound shown in
化23に示した環状の化合物としては、例えば、化25で表される一連の化合物が挙げられる。すなわち、化25に示した(1)の1,2−パーフルオロエタンジスルホニルイミドリチウム、(2)の1,3−パーフルオロプロパンジスルホニルイミドリチウム、(3)の1,3−パーフルオロブタンジスルホニルイミドリチウム、(4)の1,4−パーフルオロブタンジスルホニルイミドリチウムなどである。これらは単独で用いられてもよいし、複数種が混合されて用いられてもよい。中でも、1,3−パーフルオロプロパンジスルホニルイミドリチウムが好ましい。高い効果が得られるからである。
Examples of the cyclic compound represented by
化24に示した鎖状の化合物としては、例えば、リチウムトリス(トリフルオロメタンスルホニル)メチド(LiC(CF3 SO2 )3 )などが挙げられる。 Examples of the chain compound shown in Chemical Formula 24 include lithium tris (trifluoromethanesulfonyl) methide (LiC (CF 3 SO 2 ) 3 ).
電解質塩の含有量は、溶媒に対して0.3mol/kg以上3.0mol/kg以下であるのが好ましい。この範囲外では、イオン伝導性が極端に低下する可能性があるからである。 The content of the electrolyte salt is preferably 0.3 mol / kg or more and 3.0 mol / kg or less with respect to the solvent. This is because, outside this range, the ion conductivity may be extremely lowered.
この電解液によれば、溶媒が化3に示したスルホン化合物を含有しているので、それを含有していない場合や、化26で表される他のスルホン化合物を含有している場合と比較して、化学的安定性が向上する。この化26に示した他のスルホン化合物は、化3中のR1が直鎖状のアルキレン基である場合に、その炭素数が3である化合物である。したがって、電池などの電気化学デバイスに用いられた場合に分解反応が抑制されるため、サイクル特性および保存特性の向上に寄与することができる。この場合には、化3に示したスルホン化合物が化4に示した化合物であり、あるいは溶媒中における化3に示したスルホン化合物の含有量が0.01重量%以上10重量%以下であれば、高い効果を得ることができる。
According to this electrolytic solution, since the solvent contains the sulfone compound shown in Chemical formula 3, it is compared with the case where it does not contain it or the case where it contains another sulfone compound represented by
特に、溶媒が、不飽和結合を有する環状炭酸エステルや、化12に示したハロゲンを有する鎖状炭酸エステルおよび化13に示したハロゲンを有する環状炭酸エステルのうちの少なくとも1種や、スルトンや、酸無水物を含有していれば、より高い効果を得ることができる。特に、溶媒が化12に示したハロゲンを有する鎖状炭酸エステルおよび化13に示したハロゲンを有する環状炭酸エステルのうちの少なくとも1種を含有する場合には、モノハロゲン化炭酸エステルよりもジハロゲン化炭酸エステルを含有していれば、より高い効果を得ることができる。 In particular, the solvent is at least one of a cyclic carbonate having an unsaturated bond, a chain carbonate having a halogen shown in Chemical formula 12 and a cyclic carbonate having a halogen shown in Chemical formula 13, sultone, If an acid anhydride is contained, a higher effect can be obtained. In particular, when the solvent contains at least one of a chain carbonate having a halogen shown in Chemical formula 12 and a cyclic carbonate having a halogen shown in Chemical formula 13, it is more dihalogenated than a monohalogenated carbonate. If the carbonate ester is contained, higher effects can be obtained.
さらに、電解質塩が、六フッ化リン酸リチウム、四フッ化ホウ酸リチウム、過塩素酸リチウムおよび六フッ化ヒ酸リチウムからなる群のうちの少なくとも1種や、化16〜化18に示した化合物からなる群のうちの少なくとも1種や、化22〜化24に示した化合物からなる群のうちの少なくも1種を含有していれば、より高い効果を得ることができる。
Further, the electrolyte salt is represented by at least one selected from the group consisting of lithium hexafluorophosphate, lithium tetrafluoroborate, lithium perchlorate and lithium hexafluoroarsenate, and chemical formulas 16 to 18. A higher effect can be obtained if it contains at least one member selected from the group consisting of compounds and at least one member selected from the group consisting of compounds shown in
次に、上記した電解液の使用例について説明する。ここで電気化学デバイスの一例として、電池を例に挙げると、電解液は以下のようにして用いられる。 Next, usage examples of the above-described electrolytic solution will be described. Here, as an example of an electrochemical device, taking a battery as an example, the electrolytic solution is used as follows.
(第1の電池)
図1は、第1の電池の断面構成を表している。この電池は、例えば、負極の容量が電池反応物質であるリチウムの吸蔵および放出に基づいて表されるリチウムイオン二次電池である。
(First battery)
FIG. 1 shows a cross-sectional configuration of the first battery. This battery is, for example, a lithium ion secondary battery in which the capacity of the negative electrode is expressed based on insertion and extraction of lithium which is a battery reactant.
この二次電池は、主に、ほぼ中空円柱状の電池缶11の内部に、正極21と負極22とがセパレータ23を介して巻回された巻回電極体20と、一対の絶縁板12,13とが収納されたものである。電池缶11は、例えば、ニッケル(Ni)鍍金された鉄(Fe)などの金属材料によって構成されており、その一端部および他端部はそれぞれ閉鎖および開放されている。一対の絶縁板12,13は、巻回電極体20を挟み、その巻回周面に対して垂直に延在するように配置されている。この円柱状の電池缶11を用いた電池構造は、円筒型と呼ばれている。
This secondary battery mainly includes a
電池缶11の開放端部には、電池蓋14と、その内側に設けられた安全弁機構15および熱感抵抗素子(Positive Temperature Coefficient;PTC素子)16とが、ガスケット17を介してかしめて取り付けられており、電池缶11の内部は密閉されている。電池蓋14は、例えば、電池缶11と同様の金属材料によって構成されている。安全弁機構15は、熱感抵抗素子16を介して電池蓋14と電気的に接続されている。この安全弁機構15では、内部短絡あるいは外部からの加熱などに起因して内圧が一定以上になると、ディスク板15Aが反転して電池蓋14と巻回電極体20との間の電気的接続が切断されるようになっている。熱感抵抗素子16は、温度の上昇に応じた抵抗の増大によって電流を制限し、大電流に起因する異常な発熱を防止するものである。ガスケット17は、例えば、絶縁材料によって構成されており、その表面にはアスファルトが塗布されている。
A
巻回電極体20の中心には、センターピン24が挿入されていてもよい。この巻回電極体20では、アルミニウムなどの金属材料によって構成された正極リード25が正極21に接続されていると共に、ニッケルなどの金属材料によって構成された負極リード26が負極22に接続されている。正極リード25は、安全弁機構15に溶接されて電池蓋14と電気的に接続されており、負極リード26は、電池缶11に溶接されて電気的に接続されている。
A center pin 24 may be inserted in the center of the
図2は、図1に示した巻回電極体20の一部を拡大して表している。正極21は、例えば、一対の面を有する正極集電体21Aの両面に正極活物質層21Bが設けられたものである。ただし、正極活物質層21Bは、正極集電体21Aの片面だけに設けられていてもよい。
FIG. 2 shows an enlarged part of the spirally
正極集電体21Aは、例えば、アルミニウム、ニッケルあるいはステンレスなどの金属材料によって構成されている。正極活物質層21Bは、正極活物質として、リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料のいずれか1種あるいは2種以上を含んでおり、必要に応じて導電剤や結着剤などの他の材料を含んでいてもよい。
The positive electrode
リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料としては、例えば、硫化鉄(FeS2 )、硫化チタン(TiS2 )、硫化モリブデン(MoS2 )、セレン化ニオブ(NbSe2 )あるいは酸化バナジウム(V2 O5 )などのリチウムを含有しないカルコゲン化物、またはリチウムを含有するリチウム含有化合物などが挙げられる。 Examples of positive electrode materials capable of inserting and extracting lithium include iron sulfide (FeS 2 ), titanium sulfide (TiS 2 ), molybdenum sulfide (MoS 2 ), niobium selenide (NbSe 2 ), and vanadium oxide (V Examples thereof include chalcogenides containing no lithium such as 2 O 5 ) or lithium-containing compounds containing lithium.
中でも、リチウム含有化合物は、高電圧および高エネルギー密度を得ることができるものがあるので好ましい。このようなリチウム含有化合物としては、例えば、リチウムと遷移金属元素とを含む複合酸化物、あるいはリチウムと遷移金属元素とを含むリン酸化合物が挙げられ、特に、コバルト、ニッケル、マンガンおよび鉄からなる群のうちの少なくとも1種を含むものが好ましい。より高い電圧が得られるからである。その化学式は、例えば、Lix M1O2 あるいはLiy M2PO4 で表される。式中、M1およびM2は、1種類以上の遷移金属元素を表す。xおよびyの値は、電池の充放電状態によって異なり、通常、0.05≦x≦1.10、0.05≦y≦1.10である。 Among these, lithium-containing compounds are preferable because some compounds can obtain a high voltage and a high energy density. Examples of such a lithium-containing compound include a composite oxide containing lithium and a transition metal element, or a phosphate compound containing lithium and a transition metal element. In particular, the lithium-containing compound is made of cobalt, nickel, manganese, and iron. Those containing at least one of the groups are preferred. This is because a higher voltage can be obtained. The chemical formula is represented by, for example, Li x M1O 2 or Li y M2PO 4 . In the formula, M1 and M2 represent one or more transition metal elements. The values of x and y vary depending on the charge / discharge state of the battery, and are generally 0.05 ≦ x ≦ 1.10 and 0.05 ≦ y ≦ 1.10.
リチウムと遷移金属元素とを含む複合酸化物の具体例としては、リチウムコバルト複合酸化物(Lix CoO2 )、リチウムニッケル複合酸化物(Lix NiO2 )、リチウムニッケルコバルト複合酸化物(Lix Ni1-z Coz O2 (z<1))、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物(Lix Ni(1-v-w) Cov Mnw O2 (v+w<1))、あるいはスピネル型構造を有するリチウムマンガン複合酸化物(LiMn2 O4 )などが挙げられる。中でも、ニッケルを含む複合酸化物が好ましい。高い容量が得られると共に、優れたサイクル特性も得られるからである。リチウムと遷移金属元素とを含むリン酸化合物の具体例としては、例えば、リチウム鉄リン酸化合物(LiFePO4 )あるいはリチウム鉄マンガンリン酸化合物(LiFe1-u Mnu PO4 (u<1))などが挙げられる。 Specific examples of the composite oxide containing lithium and a transition metal element include lithium cobalt composite oxide (Li x CoO 2 ), lithium nickel composite oxide (Li x NiO 2 ), and lithium nickel cobalt composite oxide (Li x Ni 1-z Co z O 2 (z <1)), lithium nickel cobalt manganese composite oxide (Li x Ni (1-vw) Co v Mn w O 2 (v + w <1)), or a spinel structure Examples thereof include lithium manganese composite oxide (LiMn 2 O 4 ). Among these, a composite oxide containing nickel is preferable. This is because a high capacity can be obtained and excellent cycle characteristics can be obtained. Specific examples of the phosphate compound containing lithium and a transition metal element include, for example, a lithium iron phosphate compound (LiFePO 4 ) or a lithium iron manganese phosphate compound (LiFe 1-u Mn u PO 4 (u <1)). Etc.
この他、上記した正極材料としては、例えば、酸化チタン、酸化バナジウムあるいは二酸化マンガンなどの酸化物や、硫黄や、ポリアニリンあるいはポリチオフェンなどの導電性高分子も挙げられる。 In addition, examples of the positive electrode material include oxides such as titanium oxide, vanadium oxide, and manganese dioxide, and conductive polymers such as sulfur, polyaniline, and polythiophene.
負極22は、例えば、一対の面を有する負極集電体22Aの両面に負極活物質層22Bが設けられたものである。ただし、負極活物質層22Bは、負極集電体22Aの片面だけに設けられていてもよい。負極集電体22Aは、良好な電気化学的安定性、電気伝導性および機械的強度を有する金属材料によって構成されているのが好ましい。この金属材料としては、例えば、銅(Cu)、ニッケルあるいはステンレスなどが挙げられ、中でも銅が好ましい。高い電気伝導性が得られるからである。
In the
負極活物質層22Bは、負極活物質として、リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料のいずれか1種あるいは2種以上を含んでおり、必要に応じて導電剤や結着剤などの他の材料を含んでいてもよい。なお、リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料の充電容量は、正極活物質による充電容量よりも大きくなっているのが好ましい。
The negative electrode
リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料としては、例えば、炭素材料が挙げられる。このような炭素材料としては、例えば、易黒鉛化性炭素、(002)面の面間隔が0.37nm以上の難黒鉛化性炭素、あるいは(002)面の面間隔が0.34nm以下の黒鉛などが挙げられる。より具体的には、熱分解炭素類、コークス類、グラファイト類、ガラス状炭素繊維、有機高分子化合物焼成体、炭素繊維、活性炭あるいはカーボンブラック類などがある。このうち、コークス類には、ピッチコークス、ニードルコークスあるいは石油コークスなどがあり、有機高分子化合物焼成体とは、フェノール樹脂やフラン樹脂などを適当な温度で焼成し、炭素化したものをいう。炭素材料は、リチウムの吸蔵および放出に伴う結晶構造の変化が非常に少ないため、高エネルギー密度が得られると共に優れたサイクル特性が得られる上、さらに導電剤としても機能するので好ましい。 Examples of the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium include a carbon material. Examples of such a carbon material include graphitizable carbon, non-graphitizable carbon having a (002) plane spacing of 0.37 nm or more, or graphite having a (002) plane spacing of 0.34 nm or less. Etc. More specifically, there are pyrolytic carbons, cokes, graphites, glassy carbon fibers, fired organic polymer compounds, carbon fibers, activated carbon, carbon blacks, and the like. Among these, coke includes pitch coke, needle coke, petroleum coke, and the like, and the organic polymer compound fired body is obtained by firing and carbonizing a phenol resin, a furan resin, or the like at an appropriate temperature. A carbon material is preferable because it has a very small change in crystal structure due to insertion and extraction of lithium, so that a high energy density is obtained and an excellent cycle characteristic is obtained, and it also functions as a conductive agent.
また、リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料としては、例えば、リチウムを吸蔵および放出することが可能であると共に金属元素および半金属元素のうちの少なくとも1種を構成元素として有する材料が挙げられる。このような負極材料は、高いエネルギー密度が得られるので好ましい。この負極材料は、金属元素あるいは半金属元素の単体でも合金でも化合物でもよく、またはこれらの1種または2種以上の相を少なくとも一部に有するようなものでもよい。ここで、本発明における合金には、2種以上の金属元素からなるものに加えて、1種以上の金属元素と1種以上の半金属元素とを含むものも含める。また、本発明における合金は、非金属元素を含んでいてもよい。この組織には、固溶体、共晶(共融混合物)、金属間化合物あるいはそれらのうちの2種以上が共存するものがある。 Examples of the negative electrode material capable of occluding and releasing lithium include, for example, a material capable of occluding and releasing lithium and having at least one of a metal element and a metalloid element as a constituent element. Can be mentioned. Such a negative electrode material is preferable because a high energy density is obtained. This negative electrode material may be a single element or an alloy or a compound of a metal element or a metalloid element, or may have at least a part of one or more of these phases. Here, the alloy in the present invention includes an alloy containing one or more metal elements and one or more metalloid elements in addition to an alloy composed of two or more metal elements. The alloy in the present invention may contain a nonmetallic element. This structure includes a solid solution, a eutectic (eutectic mixture), an intermetallic compound, or a mixture of two or more of them.
この負極材料を構成する金属元素あるいは半金属元素としては、例えば、リチウムと合金を形成することが可能な金属元素あるいは半金属元素が挙げられる。具体的には、マグネシウム(Mg)、ホウ素(B)、アルミニウム、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、ケイ素(Si)、ゲルマニウム(Ge)、スズ(Sn)、鉛(Pb)、ビスマス(Bi)、カドミウム(Cd)、銀(Ag)、亜鉛(Zn)、ハフニウム(Hf)、ジルコニウム(Zr)、イットリウム(Y)、パラジウム(Pd)あるいは白金(Pt)などである。中でも、ケイ素およびスズのうちの少なくとも1種が好ましい。リチウムを吸蔵および放出する能力が大きいため、高いエネルギー密度が得られるからである。 Examples of the metal element or metalloid element constituting the negative electrode material include a metal element or metalloid element capable of forming an alloy with lithium. Specifically, magnesium (Mg), boron (B), aluminum, gallium (Ga), indium (In), silicon (Si), germanium (Ge), tin (Sn), lead (Pb), bismuth (Bi) ), Cadmium (Cd), silver (Ag), zinc (Zn), hafnium (Hf), zirconium (Zr), yttrium (Y), palladium (Pd) or platinum (Pt). Among these, at least one of silicon and tin is preferable. This is because a high energy density can be obtained because the ability to occlude and release lithium is large.
ケイ素およびスズのうちの少なくとも1種を有する材料としては、例えば、ケイ素の単体、合金および化合物、ならびにスズの単体、合金および化合物からなる群のうちの少なくとも1種が挙げられる。すなわち、ケイ素の単体、合金あるいは化合物、スズの単体、合金あるいは化合物、またはこれらの1種あるいは2種以上の相を少なくとも一部に有する材料である。 Examples of the material having at least one of silicon and tin include at least one selected from the group consisting of a simple substance, an alloy and a compound of silicon, and a simple substance, an alloy and a compound of tin. That is, it is a material having at least a part of a simple substance, an alloy or a compound of silicon, a simple substance, an alloy or a compound of tin, or one or more phases thereof.
ケイ素の合金としては、例えば、ケイ素以外の第2の構成元素として、スズ、ニッケル、銅、鉄、コバルト(Co)、マンガン(Mn)、亜鉛、インジウム、銀、チタン、ゲルマニウム、ビスマス、アンチモン(Sb)およびクロムからなる群のうちの少なくとも1種を含むものが挙げられる。スズの合金としては、例えば、スズ以外の第2の構成元素として、ケイ素、ニッケル、銅、鉄、コバルト、マンガン、亜鉛、インジウム、銀、チタン、ゲルマニウム、ビスマス、アンチモンおよびクロムからなる群のうちの少なくとも1種を含むものが挙げられる。 Examples of the silicon alloy include tin, nickel, copper, iron, cobalt (Co), manganese (Mn), zinc, indium, silver, titanium, germanium, bismuth and antimony (second constituent elements other than silicon). Examples include those containing at least one of the group consisting of Sb) and chromium. As an alloy of tin, for example, as a second constituent element other than tin, among the group consisting of silicon, nickel, copper, iron, cobalt, manganese, zinc, indium, silver, titanium, germanium, bismuth, antimony and chromium The thing containing at least 1 sort (s) of these is mentioned.
ケイ素の化合物あるいはスズの化合物としては、例えば、酸素あるいは炭素を含むものが挙げられ、ケイ素あるいはスズに加えて上記した第2の構成元素を含んでいてもよい。 Examples of the silicon compound or tin compound include those containing oxygen or carbon, and may contain the second constituent element described above in addition to silicon or tin.
特に、ケイ素およびスズのうちの少なくとも1種を有する材料としては、スズを第1の構成元素とし、そのスズに加えて第2および第3の構成元素を含むものが好ましい。第2の構成元素は、コバルト、鉄、マグネシウム、チタン、バナジウム(V)、クロム、マンガン、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、ジルコニウム、ニオブ(Nb)、モリブデン(Mo)、銀、インジウム、セリウム(Ce)、ハフニウム、タンタル(Ta)、タングステン(W)、ビスマスおよびケイ素からなる群のうちの少なくとも1種である。第3の構成元素は、ホウ素、炭素、アルミニウムおよびリンからなる群のうちの少なくとも1種である。第2および第3の構成元素を含むことにより、サイクル特性が向上するからである。 In particular, as the material having at least one of silicon and tin, a material containing tin as the first constituent element and containing the second and third constituent elements in addition to the tin is preferable. The second constituent element is cobalt, iron, magnesium, titanium, vanadium (V), chromium, manganese, nickel, copper, zinc, gallium, zirconium, niobium (Nb), molybdenum (Mo), silver, indium, cerium ( Ce), hafnium, tantalum (Ta), tungsten (W), bismuth and silicon. The third constituent element is at least one selected from the group consisting of boron, carbon, aluminum, and phosphorus. This is because the cycle characteristics are improved by including the second and third constituent elements.
中でも、スズ、コバルトおよび炭素を構成元素として含み、炭素の含有量が9.9質量%以上29.7質量%以下の範囲内、スズおよびコバルトの合計に対するコバルトの割合(Co/(Sn+Co))が30質量%以上70質量%以下の範囲内であるCoSnC含有材料が好ましい。このような組成範囲において、高いエネルギー密度が得られるからである。 Among these, tin, cobalt and carbon are included as constituent elements, and the carbon content is in the range of 9.9 mass% to 29.7 mass%, and the ratio of cobalt to the total of tin and cobalt (Co / (Sn + Co)) Is preferably a CoSnC-containing material in the range of 30% by mass to 70% by mass. This is because a high energy density can be obtained in such a composition range.
このCoSnC含有材料は、必要に応じて、さらに他の構成元素を含んでいてもよい。他の構成元素としては、例えば、ケイ素、鉄、ニッケル、クロム、インジウム、ニオブ、ゲルマニウム、チタン、モリブデン、アルミニウム、リン、ガリウムあるいはビスマスなどが好ましく、それらの2種以上を含んでいてもよい。より高い効果が得られるからである。 This CoSnC-containing material may further contain other constituent elements as necessary. As other constituent elements, for example, silicon, iron, nickel, chromium, indium, niobium, germanium, titanium, molybdenum, aluminum, phosphorus, gallium, or bismuth are preferable, and two or more of them may be included. This is because a higher effect can be obtained.
なお、CoSnC含有材料は、スズ、コバルトおよび炭素を含む相を有しており、その相は、低結晶性の構造あるいは非晶質な構造を有しているのが好ましい。また、CoSnC含有材料では、構成元素である炭素の少なくとも一部が、他の構成元素である金属元素あるいは半金属元素と結合しているのが好ましい。スズなどの凝集あるいは結晶化が抑制されるからである。 The CoSnC-containing material has a phase containing tin, cobalt and carbon, and the phase preferably has a low crystalline structure or an amorphous structure. In the CoSnC-containing material, it is preferable that at least a part of carbon that is a constituent element is bonded to a metal element or a metalloid element that is another constituent element. This is because aggregation or crystallization of tin or the like is suppressed.
また、元素の結合状態を調べる測定方法としては、例えば、X線光電子分光法(X-ray Photoelectron Spectroscopy;XPS)が挙げられる。このXPSでは、金原子の4f軌道(Au4f)のピークが84.0eVに得られるようにエネルギー較正された装置において、グラファイトであれば、炭素の1s軌道(C1s)のピークは284.5eVに現れる。また、表面汚染炭素であれば、284.8eVに現れる。これに対して、炭素元素の電荷密度が高くなる場合、例えば、炭素が金属元素あるいは半金属元素と結合している場合には、C1sのピークは284.5eVよりも低い領域に現れる。すなわち、CoSnC含有材料について得られるC1sの合成波のピークが284.5eVよりも低い領域に現れる場合には、CoSnC含有材料に含まれる炭素の少なくとも一部が他の構成元素である金属元素あるいは半金属元素と結合している。 Moreover, as a measuring method for examining the bonding state of elements, for example, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) can be cited. In this XPS, in the apparatus calibrated so that the 4f orbit (Au4f) peak of gold atom is obtained at 84.0 eV, the peak of 1s orbit (C1s) of carbon appears at 284.5 eV in the case of graphite. . Moreover, if it is surface contamination carbon, it will appear at 284.8 eV. On the other hand, when the charge density of the carbon element is high, for example, when carbon is bonded to a metal element or a metalloid element, the peak of C1s appears in a region lower than 284.5 eV. That is, when the peak of the synthetic wave of C1s obtained for the CoSnC-containing material appears in a region lower than 284.5 eV, at least a part of the carbon contained in the CoSnC-containing material is a metal element or a half of other constituent elements. Combined with metal elements.
なお、XPSでは、例えば、スペクトルのエネルギー軸の補正に、C1sのピークを用いる。通常、表面には表面汚染炭素が存在しているので、表面汚染炭素のC1sのピークを284.8eVとし、これをエネルギー基準とする。XPSにおいて、C1sのピークの波形は、表面汚染炭素のピークとCoSnC含有材料中の炭素のピークとを含んだ形として得られるので、例えば、市販のソフトウエアを用いて解析することにより、表面汚染炭素のピークと、CoSnC含有材料中の炭素のピークとを分離する。波形の解析では、最低束縛エネルギー側に存在する主ピークの位置をエネルギー基準(284.8eV)とする。 In XPS, for example, the peak of C1s is used to correct the energy axis of the spectrum. Usually, since surface-contaminated carbon exists on the surface, the C1s peak of the surface-contaminated carbon is set to 284.8 eV, and this is used as an energy standard. In XPS, the waveform of the C1s peak is obtained as a form including the surface contamination carbon peak and the carbon peak in the CoSnC-containing material. For example, by analyzing using commercially available software, the surface contamination The carbon peak and the carbon peak in the CoSnC-containing material are separated. In the waveform analysis, the position of the main peak existing on the lowest bound energy side is used as the energy reference (284.8 eV).
さらに、リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料としては、例えば、リチウムを吸蔵および放出することが可能な金属酸化物あるいは高分子化合物なども挙げられる。金属酸化物としては、例えば、酸化鉄、酸化ルテニウムあるいは酸化モリブデンなどが挙げられ、高分子化合物としては、例えば、ポリアセチレン、ポリアニリンあるいはポリピロールなどが挙げられる。 Furthermore, examples of the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium include metal oxides and polymer compounds capable of inserting and extracting lithium. Examples of the metal oxide include iron oxide, ruthenium oxide, and molybdenum oxide. Examples of the polymer compound include polyacetylene, polyaniline, and polypyrrole.
もちろん、上記した一連のリチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料を組み合わせて用いてもよい。 Of course, you may use combining the negative electrode material which can occlude and discharge | release the above-mentioned series of lithium.
導電剤としては、例えば、黒鉛、カーボンブラックあるいはケッチェンブラックなどの炭素材料が挙げられる。これらは単独で用いられてもよいし、複数種が混合されて用いられてもよい。なお、導電剤は、導電性を有する材料であれば、金属材料あるいは導電性高分子などであってもよい。 Examples of the conductive agent include carbon materials such as graphite, carbon black, and ketjen black. These may be used alone or in combination of two or more. Note that the conductive agent may be a metal material or a conductive polymer as long as it is a conductive material.
結着剤としては、例えば、スチレンブタジエン系ゴム、フッ素系ゴムあるいはエチレンプロピレンジエンなどの合成ゴムや、ポリフッ化ビニリデンなどの高分子材料が挙げられる。これらは単独で用いられてもよいし、複数種が混合されて用いられてもよい。ただし、図1に示したように、正極21および負極22が巻回されている場合には、柔軟性に富むスチレンブタジエン系ゴムあるいはフッ素系ゴムなどを用いることが好ましい。
Examples of the binder include synthetic rubbers such as styrene butadiene rubber, fluorine rubber or ethylene propylene diene, and polymer materials such as polyvinylidene fluoride. These may be used alone or in combination of two or more. However, as shown in FIG. 1, when the
セパレータ23は、正極21と負極22とを隔離し、両極の接触による電流の短絡を防止しつつリチウムイオンを通過させるものである。このセパレータ23は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレンあるいはポリエチレンなどからなる合成樹脂製の多孔質膜、またはセラミック製の多孔質膜によって構成されており、これらの2種以上の多孔質膜が積層された構造を有していてもよい。中でも、ポリオレフィン製の多孔質膜は、ショート防止効果に優れ、かつシャットダウン効果による電池の安全性向上を図ることができるので好ましい。特に、ポリエチレンは、100℃以上160℃以下でシャットダウン効果を得ることができると共に、電気化学的安定性にも優れているので好ましい。また、ポリプロピレンも好ましく、他にも化学的安定性を備えた樹脂であれば、ポリエチレンあるいはポリプロピレンと共重合させたものや、ブレンド化したものであってもよい。
The
このセパレータ23には、液状の電解質として上記した電解液が含浸されている。サイクル特性が向上するからである。
The
この二次電池では、充電を行うと、例えば、正極21からリチウムイオンが放出され、電解液を介して負極22に吸蔵される。一方、放電を行うと、例えば、負極22からリチウムイオンが放出され、電解液を介して正極21に吸蔵される。
In the secondary battery, when charged, for example, lithium ions are extracted from the
この二次電池は、例えば、以下のようにして製造される。 This secondary battery is manufactured as follows, for example.
まず、例えば、正極集電体21Aの両面に正極活物質層21Bを形成して正極21を作製する。この場合には、正極活物質と、導電剤と、結着剤とを混合した正極合剤を溶剤に分散させてペースト状の正極合剤スラリーとし、その正極合剤スラリーを正極集電体21Aに塗布して乾燥させたのち、ロールプレス機で圧縮成型して正極活物質層21Bを形成する。また、例えば、正極21と同様の作製手順により、負極集電体22Aの両面に負極活物質層22Bを形成して負極22を作製する。
First, for example, the positive electrode active material layer 21B is formed on both surfaces of the positive electrode
続いて、正極集電体21Aに正極リード25を溶接などして取り付けると共に、負極集電体22Aに負極リード26を溶接などして取り付ける。続いて、セパレータ23を介して正極21と負極22とを巻回させて巻回電極体20を形成し、正極リード25の先端部を安全弁機構15に溶接すると共に負極リード26の先端部を電池缶11に溶接したのち、巻回電極体20を一対の絶縁板12,13で挟みながら電池缶11の内部に収納する。続いて、化3に示したスルホン化合物を含有する溶媒に電解質塩を溶解させて電解液を調製したのち、その電解液を電池缶11の内部に注入してセパレータ23に含浸させる。最後に、電池缶11の開口端部に、電池蓋14、安全弁機構15および熱感抵抗素子16をガスケット17を介してかしめて固定する。これにより、図1および図2に示した二次電池が完成する。
Subsequently, the
この円筒型の二次電池によれば、負極22の容量がリチウムの吸蔵および放出に基づいて表される場合に、上記した電解液を備えているので、その電解液の分解反応が抑制される。したがって、サイクル特性および保存特性を向上させることができる。特に、負極22の負極活物質がリチウムを吸蔵および放出することが可能であると共に金属元素および半金属元素のうちの少なくとも1種を構成元素として有する材料を含有していれば、電解液がより分解しやすくなるため、炭素材料を含有する場合よりも高い効果を得ることができる。この二次電池に関する他の効果は、上記した電解液について説明した場合と同様である。
According to this cylindrical secondary battery, when the capacity of the
次に、第2および第3の電池について説明するが、第1の電池と共通の構成要素については同一符号を付し、その説明を省略する。 Next, the second and third batteries will be described. Components that are the same as those of the first battery are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
(第2の電池)
第2の電池は、負極22の構成が異なる点を除き、第1の電池と同様の構成、作用および効果を有していると共に同様の手順によって製造される。
(Second battery)
The second battery has the same configuration, operation, and effect as the first battery except that the configuration of the
負極22は、第1の電池と同様に、負極集電体22Aの両面に負極活物質層22Bが設けられたものである。負極活物質層22Bは、例えば、負極活物質として、ケイ素あるいはスズを構成元素として有する材料を含んでいる。具体的には、例えば、ケイ素の単体、合金あるいは化合物、またはスズの単体、合金あるいは化合物を含有しており、それらの2種以上を含んでいてもよい。
The
この負極活物質層22Bは、気相法、液相法、溶射法あるいは焼成法、またはそれらの2種以上の方法を用いて形成されたものであり、負極活物質層22Bと負極集電体22Aとが界面の少なくとも一部において合金化しているのが好ましい。具体的には、界面において負極集電体22Aの構成元素が負極活物質層22Bに拡散していてもよいし、負極活物質層22Bの構成元素が負極集電体22Aに拡散していてもよいし、両者の構成元素が互いに拡散し合っていてもよい。充放電時において負極活物質層22Bの膨張および収縮に伴う破壊が抑制されると共に、負極活物質層22Bと負極集電体22Aとの間の電子伝導性が向上するからである。
The negative electrode
なお、気相法としては、例えば、物理堆積法あるいは化学堆積法、具体的には真空蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法、レーザーアブレーション法、熱化学気相成長(CVD;Chemical Vapor Deposition )法あるいはプラズマ化学気相成長法などが挙げられる。液相法としては、電気鍍金あるいは無電解鍍金などの公知の手法を用いることができる。焼成法とは、例えば、粒子状の負極活物質を結着剤などと混合してから溶剤に分散させて塗布したのち、結着剤などの融点よりも高い温度で熱処理する方法である。焼成法に関しても公知の手法が利用可能であり、例えば、雰囲気焼成法、反応焼成法あるいはホットプレス焼成法が挙げられる。 As the vapor phase method, for example, physical deposition method or chemical deposition method, specifically, vacuum vapor deposition method, sputtering method, ion plating method, laser ablation method, thermal chemical vapor deposition (CVD; Chemical Vapor Deposition) Or plasma chemical vapor deposition. As the liquid phase method, a known method such as electroplating or electroless plating can be used. The firing method is, for example, a method in which a particulate negative electrode active material is mixed with a binder, dispersed in a solvent, applied, and then heat-treated at a temperature higher than the melting point of the binder. A known method can also be used for the firing method, for example, an atmospheric firing method, a reactive firing method, or a hot press firing method.
(第3の電池)
第3の電池は、負極22の容量がリチウムの析出および溶解に基づいて表されるリチウム金属二次電池である。この二次電池は、負極活物質層22Bがリチウム金属によって構成されている点を除き、第1の電池と同様の構成を有していると共に同様の手順によって製造される。
(Third battery)
The third battery is a lithium metal secondary battery in which the capacity of the
この二次電池は、負極活物質としてリチウム金属を用いており、これによって高いエネルギー密度を得ることができるようになっている。負極活物質層22Bは、組み立て時から既に存在するようにしてもよいが、組み立て時には存在せず、充電時に析出したリチウム金属によって構成されるようにしてもよい。また、負極活物質層22Bを集電体としても利用することにより、負極集電体22Aを省略するようにしてもよい。
This secondary battery uses lithium metal as a negative electrode active material, and can thereby obtain a high energy density. The negative electrode
この二次電池では、充電を行うと、例えば、正極21からリチウムイオンが放出され、電解液を介して負極集電体22Aの表面にリチウム金属となって析出する。一方、放電を行うと、例えば、負極活物質層22Bからリチウム金属がリチウムイオンとなって溶出し、電解液を介して正極21に吸蔵される。
In this secondary battery, when charged, for example, lithium ions are released from the
この円筒型の二次電池によれば、負極22の容量がリチウムの析出および溶解に基づいて表される場合に、上記した電解液を備えているので、サイクル特性および保存特性を向上させることができる。この二次電池に関する他の効果は、上記した第1の電池と同様である。
According to this cylindrical secondary battery, when the capacity of the
(第4の電池)
図3は、第4の電池の分解斜視構成を表している。この電池は、主に、正極リード31および負極リード32が取り付けられた巻回電極体30をフィルム状の外装部材40の内部に収容したものである。このフィルム状の外装部材40を用いた電池構造は、ラミネートフィルム型と呼ばれている。
(4th battery)
FIG. 3 illustrates an exploded perspective configuration of the fourth battery. In this battery, a
正極リード31および負極リード32は、例えば、それぞれ外装部材40の内部から外部に向かって同一方向に導出されている。正極リード31は、例えば、アルミニウムなどの金属材料によって構成されている。また、負極リード32は、例えば、銅、ニッケルあるいはステンレスなどの金属材料によって構成されている。正極リード31および負極リード32を構成するそれぞれの金属材料は、例えば、薄板状あるいは網目状とされている。
For example, the
外装部材40は、例えば、ナイロンフィルム、アルミニウム箔およびポリエチレンフィルムがこの順に貼り合わされた矩形状のアルミラミネートフィルムによって構成されている。この外装部材40では、例えば、ポリエチレンフィルムが巻回電極体30と対向していると共に、各外縁部が融着あるいは接着剤によって互いに密着されている。外装部材40と正極リード31および負極リード32との間には、外気の侵入を防止するための密着フィルム41が挿入されている。この密着フィルム41は、正極リード31および負極リード32に対して密着性を有する材料、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリエチレンあるいは変性ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂によって構成されている。
The
なお、外装部材40は、上記した3層構造のアルミラミネートフィルムに代えて、他の構造を有するラミネートフィルムによって構成されていてもよいし、またはポリプロピレンなどの高分子フィルムあるいは金属フィルムによって構成されていてもよい。
The
図4は、図3に示した巻回電極体30のIV−IV線に沿った断面構成を表している。この電極巻回体30は、正極33と負極34とがセパレータ35および電解質36を介して積層されたのちに巻回されたものであり、その最外周部は保護テープ37によって保護されている。
FIG. 4 shows a cross-sectional configuration along line IV-IV of the spirally
正極33は、例えば、正極集電体33Aの両面に正極活物質層33Bが設けられたものである。負極34は、例えば、負極集電体34Aの両面に負極活物質層34Bが設けられたものであり、その負極活物質層34Bが正極活物質層33Bと対向するように配置されている。正極集電体33A、正極活物質層33B、負極集電体34A、負極活物質層34Bおよびセパレータ35の構成は、それぞれ上記した第1ないし第3の電池における正極集電体21A、正極活物質層21B、負極集電体22A、負極活物質層22Bおよびセパレータ23の構成と同様である。
In the
電解質36は、上記した電解液と、それを保持する高分子化合物とを含んでおり、いわゆるゲル状になっている。ゲル状の電解質は、高いイオン伝導率(例えば、室温で1mS/cm以上)が得られると共に漏液が防止されるので好ましい。
The
高分子化合物としては、例えば、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデンとポリヘキサフルオロピレンとの共重合体、ポリテトラフルオロエチレン、ポリヘキサフルオロプロピレン、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリフォスファゼン、ポリシロキサン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリメタクリル酸メチル、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、スチレン−ブタジエンゴム、ニトリル−ブタジエンゴム、ポリスチレン、あるいはポリカーボネートなどが挙げられる。これらは単独で用いられてもよいし、複数種が混合されて用いられてもよい。特に、電気化学的安定性の点から、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリヘキサフルオロプロピレンあるいはポリエチレンオキサイドなどが好ましい。電解液中における高分子化合物の添加量は、両者の相溶性によっても異なるが、5質量%以上50質量%以下であるのが好ましい。 Examples of the polymer compound include polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, a copolymer of polyvinylidene fluoride and polyhexafluoropyrene, polytetrafluoroethylene, polyhexafluoropropylene, polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyphosphazene, poly Examples thereof include siloxane, polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, polymethyl methacrylate, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, styrene-butadiene rubber, nitrile-butadiene rubber, polystyrene, and polycarbonate. These may be used alone or in combination of two or more. In particular, from the viewpoint of electrochemical stability, polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, polyhexafluoropropylene, polyethylene oxide, and the like are preferable. The addition amount of the polymer compound in the electrolytic solution varies depending on the compatibility between the two, but is preferably 5% by mass or more and 50% by mass or less.
電解液の組成は、上記した第1の電池における電解液の組成と同様である。ただし、ここで言う溶媒とは、液状の溶媒だけでなく、電解質塩を解離させることが可能なイオン伝導性を有するものまで含む広い概念である。したがって、イオン伝導性を有する高分子化合物を用いる場合には、その高分子化合物も溶媒に含まれる。特に、液状の溶媒を用いる場合には、炭酸プロピレンを用いるのが好ましい。二次電池の膨れが抑制されるからである。 The composition of the electrolytic solution is the same as the composition of the electrolytic solution in the first battery described above. However, the term “solvent” as used herein is a broad concept including not only a liquid solvent but also one having ion conductivity capable of dissociating an electrolyte salt. Accordingly, when a polymer compound having ion conductivity is used, the polymer compound is also included in the solvent. In particular, when a liquid solvent is used, it is preferable to use propylene carbonate. This is because swelling of the secondary battery is suppressed.
なお、電解液を高分子化合物に保持させた電解質36に代えて、電解液をそのまま用いてもよい。この場合には、電解液がセパレータ35に含浸される。
Instead of the
この二次電池は、例えば、以下の3種類の製造方法によって製造される。 This secondary battery is manufactured by the following three types of manufacturing methods, for example.
第1の製造方法では、最初に、例えば、第1の電池の製造方法と同様の手順により、正極集電体33Aの両面に正極活物質層33Bを形成して正極33を作製すると共に、負極集電体34Aの両面に負極活物質層34Bを形成して負極34を作製する。続いて、上記した電解液と、高分子化合物と、溶剤とを含む前駆溶液を調製して正極33および負極34に塗布したのち、溶剤を揮発させてゲル状の電解質36を形成する。続いて、正極集電体33Aおよび負極集電体34Aにそれぞれ正極リード31および負極リード32を取り付ける。続いて、電解質36が形成された正極33と負極34とをセパレータ35を介して積層させてから長手方向に巻回し、その最外周部に保護テープ37を接着させて巻回電極体30を形成する。最後に、例えば、2枚のフィルム状の外装部材40の間に巻回電極体30を挟み込んだのち、その外装部材40の外縁部同士を熱融着などで接着させて巻回電極体30を封入する。その際、正極リード31および負極リード32と外装部材40との間に、密着フィルム41を挿入する。これにより、図3および図4に示した二次電池が完成する。
In the first manufacturing method, first, the positive electrode
第2の製造方法では、最初に、正極33および負極34にそれぞれ正極リード31および負極リード32を取り付けたのち、セパレータ35を介して正極33と負極34とを積層して巻回させると共に最外周部に保護テープ37を接着させて、巻回電極体30の前駆体である巻回体を形成する。続いて、2枚のフィルム状の外装部材40の間に巻回体を挟み込んだのち、一辺の外周縁部を除いた残りの外周縁部を熱融着などで接着させて袋状の外装部材40の内部に巻回体を収納する。続いて、上記した電解液と、高分子化合物の原料であるモノマーと、重合開始剤と、必要に応じて重合禁止剤などの他の材料とを含む電解質用組成物を調製して袋状の外装部材40の内部に注入したのち、外装部材40の開口部を熱融着などで密封する。最後に、モノマーを熱重合させて高分子化合物とすることにより、ゲル状の電解質36を形成する。これにより、二次電池が完成する。
In the second manufacturing method, first, the
第3の製造方法では、最初に、高分子化合物が両面に塗布されたセパレータ35を用いることを除き、上記した第1の製造方法と同様に、巻回体を形成して袋状の外装部材40の内部に収納する。このセパレータ35に塗布する高分子化合物としては、例えば、フッ化ビニリデンを成分とする重合体、すなわち単独重合体、共重合体あるいは多元共重合体などが挙げられる。具体的には、ポリフッ化ビニリデンや、フッ化ビニリデンおよびヘキサフルオロプロピレンを成分とする二元系共重合体や、フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレンおよびクロロトリフルオロエチレンを成分とする三元系共重合体などである。なお、高分子化合物は、上記したフッ化ビニリデンを成分とする重合体と共に、他の1種あるいは2種以上の高分子化合物を含んでいてもよい。続いて、電解液を調製して外装部材40の内部に注入したのち、その外装部材40の開口部を熱融着などで密封する。最後に、外装部材40に加重をかけながら加熱し、高分子化合物を介してセパレータ35を正極33および負極34に密着させる。これにより、電解液が高分子化合物に含浸し、その高分子化合物がゲル化して電解質36が形成されるため、二次電池が完成する。
In the third manufacturing method, a wound body is formed by forming a wound body in the same manner as in the first manufacturing method described above, except that the separator 35 coated with the polymer compound on both sides is used first. 40 is housed inside. Examples of the polymer compound applied to the separator 35 include a polymer containing vinylidene fluoride as a component, that is, a homopolymer, a copolymer, or a multi-component copolymer. Specifically, polyvinylidene fluoride, a binary copolymer containing vinylidene fluoride and hexafluoropropylene as components, and a ternary copolymer containing vinylidene fluoride, hexafluoropropylene and chlorotrifluoroethylene as components. Such as coalescence. In addition, the high molecular compound may contain the other 1 type, or 2 or more types of high molecular compound with the polymer which uses the above-mentioned vinylidene fluoride as a component. Subsequently, after the electrolytic solution is prepared and injected into the
この第3の製造方法では、第1の製造方法と比較して、二次電池の膨れが抑制される。また、第3の製造方法では、第2の製造方法と比較して、高分子化合物の原料であるモノマーや溶媒などが電解質36中にほとんど残らず、しかも高分子化合物の形成工程が良好に制御されるため、正極33、負極34およびセパレータ35と電解質36との間において十分な密着性が得られる。
In the third manufacturing method, the swollenness of the secondary battery is suppressed as compared with the first manufacturing method. Further, in the third manufacturing method, compared with the second manufacturing method, there are hardly any monomers or solvents that are raw materials for the polymer compound remaining in the
このラミネートフィルム型の二次電池による作用および効果は、上記した第1ないし第3の電池と同様である。 The operations and effects of the laminate film type secondary battery are the same as those of the first to third batteries.
本発明の具体的な実施例について詳細に説明する。 Specific examples of the present invention will be described in detail.
(実施例1−1)
負極活物質として人造黒鉛を用いて、図3および図4に示したラミネートフィルム型の二次電池を作製した。この際、負極34の容量がリチウムの吸蔵および放出に基づいて表されるリチウムイオン二次電池となるようにした。
(Example 1-1)
Using artificial graphite as the negative electrode active material, the laminate film type secondary battery shown in FIGS. 3 and 4 was produced. At this time, a lithium ion secondary battery in which the capacity of the
まず、正極33を作製した。最初に、炭酸リチウム(Li2 CO3 )と炭酸コバルト(CoCO3 )とを0.5:1のモル比で混合したのち、空気中において900℃×5時間の条件で焼成してリチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2 )を得た。続いて、正極活物質としてリチウムコバルト複合酸化物91質量部と、導電剤としてグラファイト6質量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン3質量部とを混合して正極合剤としたのち、N−メチル−2−ピロリドンに分散させてペースト状の正極合剤スラリーとした。最後に、帯状のアルミニウム箔(20μm厚)からなる正極集電体33Aの両面に正極合剤スラリーを均一に塗布して乾燥させたのち、ロールプレス機で圧縮成型して正極活物質層33Bを形成した。
First, the
次に、負極34を作製した。最初に、負極活物質として人造黒鉛90質量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン10質量部とを混合して負極合剤としたのち、N−メチル−2−ピロリドンに分散させてペースト状の負極合剤スラリーとした。最後に、帯状の銅箔(15μm厚)からなる負極集電体34Aの両面に負極合剤スラリーを均一に塗布して乾燥させたのち、ロールプレス機で圧縮成型して負極活物質層34Bを形成した。
Next, the
次に、電解液を調製した。最初に、溶媒として、炭酸エチレン(EC)と炭酸ジエチル(DEC)とをEC:DEC=30:70の重量比で混合したのち、化3に示したスルホン化合物(化4に示した化合物)である化11(2)の化合物を加えて混合した。この際、溶媒中における化11(2)の化合物の含有量を0.01重量%とした。この「重量%」とは、溶媒全体を100重量%とする場合の単位であり、以降においても同様である。最後に、溶媒中に電解質塩として六フッ化リン酸リチウム(LiPF6 )を溶解させた。この際、電解液中における電解質塩の濃度が1mol/kgとなるようにした。 Next, an electrolytic solution was prepared. First, as a solvent, ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) were mixed at a weight ratio of EC: DEC = 30: 70, and then the sulfone compound shown in Chemical formula 3 (compound shown in Chemical formula 4) was used. A compound of chemical formula 11 (2) was added and mixed. Under the present circumstances, content of the compound of Chemical formula 11 (2) in the solvent was 0.01 weight%. This “% by weight” is a unit when the entire solvent is 100% by weight, and the same applies hereinafter. Finally, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) was dissolved in the solvent as an electrolyte salt. At this time, the concentration of the electrolyte salt in the electrolytic solution was set to 1 mol / kg.
次に、正極33および負極34を用いて二次電池を組み立てた。最初に、正極集電体33Aの一端にアルミニウム製の正極リード31を溶接すると共に、負極集電体34Aの一端にニッケル製の負極リード32を溶接した。続いて、正極33と、微多孔性ポリプロピレンフィルムからなるセパレータ35(25μm厚)と、負極34とをこの順に積層して長手方向に多数回巻回させたのち、粘着テープからなる保護テープ37で巻き終わり部分を固定して、巻回電極体30の前駆体である巻回体を形成した。続いて、外側から、ナイロンフィルム(30μm厚)と、アルミニウム箔(40μm厚)と、無延伸ポリプロピレンフィルム(30μm厚)とが積層された3層構成(合計100μm厚)のラミネートフィルムからなる外装部材40の間に巻回体を挟み込んだのち、一辺を除く外縁部同士を熱融着して袋状の外装部材40の内部に巻回体を収納した。続いて、外装部材40の開口部を通じて内部に電解液を注入し、その電解液をセパレータ35に含浸させて巻回電極体30を形成した。最後に、真空雰囲気中において外装部材40の開口部を熱融着して封止することにより、ラミネートフィルム型の二次電池が完成した。
Next, a secondary battery was assembled using the
(実施例1−2〜1−5)
溶媒中における化11(2)の化合物の含有量を1重量%(実施例1−2)、2重量%(実施例1−3)、5重量%(実施例1−4)、あるいは10重量%(実施例1−5)としたことを除き、実施例1−1と同様の手順を経た。
(Examples 1-2 to 1-5)
The content of the compound of Chemical Formula 11 (2) in the solvent is 1 wt% (Example 1-2), 2 wt% (Example 1-3), 5 wt% (Example 1-4), or 10 wt%. % (Example 1-5), except that the procedure was the same as Example 1-1.
(実施例1−6〜1−9)
化11(2)の化合物に代えて、化11(1)の化合物(実施例1−6)、化11(3)の化合物(実施例1−7)、化11(4)の化合物(実施例1−8)、あるいは化11(5)の化合物(実施例1−9)を用いたことを除き、実施例1−2と同様の手順を経た。
(Examples 1-6 to 1-9)
In place of the compound of formula 11 (2), the compound of formula 11 (1) (Example 1-6), the compound of formula 11 (3) (Example 1-7), the compound of formula 11 (4) (implementation) The same procedure as in Example 1-2 was performed, except that the compound of Example 1-8) or the chemical formula 11 (5) (Example 1-9) was used.
(比較例1−1)
化11(2)の化合物を加えなかったことを除き、実施例1−1と同様の手順を経た。
(Comparative Example 1-1)
The same procedure as in Example 1-1 was performed, except that the compound of Chemical Formula 11 (2) was not added.
(比較例1−2)
化3に示したスルホン化合物に代えて、化26に示した他のスルホン化合物を用いたことを除き、実施例1−2と同様の手順を経た。
(Comparative Example 1-2)
A procedure similar to that of Example 1-2 was performed except that another sulfone compound represented by
これらの実施例1−1〜1−9および比較例1−1,1−2の二次電池についてサイクル特性および保存特性を調べたところ、表1に示した結果が得られた。 When the cycle characteristics and the storage characteristics of the secondary batteries of Examples 1-1 to 1-9 and Comparative examples 1-1 and 1-2 were examined, the results shown in Table 1 were obtained.
サイクル特性を調べる際には、23℃の雰囲気中で2サイクル充放電させて放電容量を測定し、引き続き同雰囲気中でサイクル数の合計が100サイクルとなるまで繰り返し充放電させて放電容量を測定したのち、常温サイクル放電容量維持率(%)=(100サイクル目の放電容量/2サイクル目の放電容量)×100を算出した。充放電条件としては、0.2Cの電流で上限電圧4.2Vまで定電流定電圧充電したのち、0.2Cの電流で終止電圧2.7Vまで定電流放電した。この「0.2C」とは、理論容量を5時間で放電しきる電流値である。 When investigating cycle characteristics, charge and discharge for 2 cycles in an atmosphere at 23 ° C. to measure discharge capacity, and then repeatedly charge and discharge in the same atmosphere until the total number of cycles reaches 100 cycles to measure discharge capacity. Then, normal temperature cycle discharge capacity maintenance rate (%) = (discharge capacity at the 100th cycle / discharge capacity at the second cycle) × 100 was calculated. As charging / discharging conditions, constant current and constant voltage charging was performed up to an upper limit voltage of 4.2 V at a current of 0.2 C, and then constant current discharging was performed up to a final voltage of 2.7 V at a current of 0.2 C. This “0.2 C” is a current value at which the theoretical capacity can be discharged in 5 hours.
保存特性を調べる際には、23℃の雰囲気中で2サイクル充放電させて放電容量を測定し、引き続き再度充電させた状態で80℃の恒温槽中に10日間保存してから23℃の雰囲気中で放電させて放電容量を測定したのち、高温保存放電容量維持率(%)=(保存後の放電容量/保存前の放電容量)×100を算出した。充放電条件については、サイクル特性を調べた場合と同様にした。 When investigating the storage characteristics, charge and discharge for 2 cycles in an atmosphere at 23 ° C., measure the discharge capacity, and then store again in an 80 ° C. thermostatic bath for 10 days in a recharged state. After discharging in the medium and measuring the discharge capacity, the high-temperature storage discharge capacity retention rate (%) = (discharge capacity after storage / discharge capacity before storage) × 100 was calculated. The charge / discharge conditions were the same as when the cycle characteristics were examined.
なお、上記したサイクル特性および保存特性を調べる際の手順および条件は、以降の一連の実施例および比較例についても同様である。 The procedures and conditions for examining the cycle characteristics and storage characteristics described above are the same for the series of examples and comparative examples described below.
表1に示したように、溶媒が化3に示したスルホン化合物(化11(1)〜(5)の化合物)を含有する実施例1−1〜1−9では、それらを含有しない比較例1−1,1−2よりも高い常温サイクル放電容量維持率および高温保存放電容量維持率が得られた。 As shown in Table 1, in Examples 1-1 to 1-9 in which the solvent contains the sulfone compound shown in Chemical Formula 3 (compounds of Chemical Formulas 11 (1) to (5)), Comparative Examples not containing them The room temperature cycle discharge capacity retention rate and the high temperature storage discharge capacity retention rate higher than those of 1-1 and 1-2 were obtained.
詳細には、溶媒が化11(2)の化合物を含有する実施例1−1〜1−5では、それを含有しない比較例1−1と比較して、常温サイクル放電容量維持率および高温保存放電維持率が高くなった。この場合には、溶媒中における化11(2)の化合物の含有量が0.01重量%以上10重量%以上であると、高い常温サイクル放電容量維持率および高温保存放電容量維持率が得られた。なお、化11(2)の化合物の含有量が0.01重量%未満あるいは10重量%超になると、常温サイクル放電容量維持率および高温保存放電容量維持率が大幅に低下し、10重量%超では容量も大幅に低下する傾向を示した。 Specifically, in Examples 1-1 to 1-5 in which the solvent contains the compound of Chemical Formula 11 (2), compared with Comparative Example 1-1 that does not contain the compound, normal temperature cycle discharge capacity retention rate and high-temperature storage The discharge maintenance rate increased. In this case, when the content of the compound of chemical formula 11 (2) in the solvent is 0.01 wt% or more and 10 wt% or more, a high normal temperature cycle discharge capacity maintenance ratio and a high temperature storage discharge capacity maintenance ratio can be obtained. It was. When the content of the compound of Chemical Formula 11 (2) is less than 0.01% by weight or more than 10% by weight, the normal temperature cycle discharge capacity maintenance rate and the high temperature storage discharge capacity maintenance rate are significantly reduced, exceeding 10% by weight. However, the capacity also showed a tendency to decrease significantly.
また、溶媒が化11(1)等の化合物を含有する実施例1−6〜1−9では、それを含有しない比較例1−1と比較して常温サイクル放電容量維持率および高温保存放電容量維持率が高くなり、化11(2)の化合物を含有する実施例1−2とほぼ同等の常温サイクル放電容量維持率および高温保存放電容量維持率が得られた。 Further, in Examples 1-6 to 1-9 in which the solvent contains a compound such as Chemical Formula 11 (1), the normal temperature cycle discharge capacity retention rate and the high-temperature storage discharge capacity are compared with Comparative Example 1-1 in which the solvent is not contained. The retention rate increased, and a room temperature cycle discharge capacity retention rate and a high-temperature storage discharge capacity retention rate substantially equivalent to those of Example 1-2 containing the compound of formula 11 (2) were obtained.
特に、比較例1−1の常温サイクル放電容量維持率および高温保存放電容量維持率を基準として、化3に示したスルホン化合物(化11(1),(2)の化合物)を含有する実施例1−2,1−6と化26に示した他のスルホン化合物を含有する比較例1−2との間で比較すると、常温サイクル放電容量維持率および高温保存放電容量維持率は、後者において僅かしか増加しなかったが、前者において大幅に増加した。この結果は、化3に示したスルホン化合物と化26に示した他のスルホン化合物とは、化3中のR1が直鎖状のアルキレン基である点において共通しているが、常温サイクル放電容量維持率および高温保存放電容量維持率を増加させる上では、後者(炭素数3)よりも前者(炭素数2以下)が圧倒的に有利であることを表している。この傾向は、R1が直鎖状のハロゲン化アルキレン基である場合においても同様である。
In particular, Examples containing the sulfone compounds (compounds of Formulas 11 (1) and (2)) shown in Chemical Formula 3 on the basis of the normal temperature cycle discharge capacity retention rate and high-temperature storage discharge capacity retention rate of Comparative Example 1-1 When compared with 1-2, 1-6 and Comparative Example 1-2 containing the other sulfone compound shown in
これらのことから、本発明の二次電池では、負極34が負極活物質として人造黒鉛を含む場合に、電解液の溶媒が化3に示したスルホン化合物を含有することにより、サイクル特性および保存特性が向上することが確認された。また、化3中のR1が直鎖状のアルキレン基あるいはハロゲン化アルキレン基である場合には、炭素数が2以下であることにより、優れた特性が得られることが確認された。この場合には、溶媒中における化3に示した化合物の含有量が0.01重量%以上10重量%以下であれば良好な特性が得られ、1重量%以上5重量%以下であれば特性がより向上することも確認された。
From these facts, in the secondary battery of the present invention, when the
(実施例2−1)
溶媒として炭酸プロピレン(PC)を加えたことを除き、実施例1−2と同様の手順を経た。この際、ECとDECとPCとの混合比を重量比で20:60:20とした。
(Example 2-1)
The same procedure as in Example 1-2 was performed except that propylene carbonate (PC) was added as a solvent. At this time, the mixing ratio of EC, DEC, and PC was 20:60:20 by weight.
(実施例2−2,2−3)
溶媒としてDECに代えて、炭酸エチルメチル(EMC:実施例2−2)、あるいは炭酸ジメチル(DMC:実施例2−3)を用いたことを除き、実施例1−2と同様の手順を経た。
(Examples 2-2 and 2-3)
A procedure similar to that of Example 1-2 was performed except that ethylmethyl carbonate (EMC: Example 2-2) or dimethyl carbonate (DMC: Example 2-3) was used instead of DEC as a solvent. .
(実施例2−4〜2−10)
溶媒として、不飽和結合を有する環状炭酸エステルである炭酸ビニレン(VC:実施例2−4)、化13に示したハロゲンを有する環状炭酸エステルである4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン(FEC:実施例2−5)、トランス−4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン(t−DFEC:実施例2−6)、シス−4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン(c−DFEC:実施例2−7)、化12に示したハロゲンを有する鎖状炭酸エステルである炭酸ビス(フルオロメチル)(BFDMC:実施例2−8)、スルトンであるプロペンスルトン(PRS:実施例2−9)、あるいは酸無水物である無水スルホ安息香酸(SBAH:実施例2−10)を加えたことを除き、実施例1−2と同様の手順を経た。この際、溶媒中におけるVC等の含有量を1重量%とした。
(Examples 2-4 to 2-10)
As a solvent, vinylene carbonate (VC: Example 2-4) which is a cyclic carbonate having an unsaturated bond, and 4-fluoro-1,3-dioxolane-2-2 which is a cyclic carbonate having a halogen shown in Chemical formula 13 are used. ON (FEC: Example 2-5), trans-4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one (t-DFEC: Example 2-6), cis-4,5-difluoro-1, 3-dioxolan-2-one (c-DFEC: Example 2-7), bis (fluoromethyl) carbonate (BFDMC: Example 2-8), which is a chain carbonate having a halogen shown in Chemical formula 12, Sultone Propensultone (PRS: Example 2-9) or acid anhydride, sulfobenzoic anhydride (SBAH: Example 2-10), was added, but the same procedure as in Example 1-2 Through was. At this time, the content of VC or the like in the solvent was 1% by weight.
(比較例2−1,2−2)
化11(2)の化合物を加えなかったことを除き、実施例2−5,2−6と同様の手順を経た。
(Comparative Examples 2-1 and 2-2)
The same procedure as in Examples 2-5 and 2-6 was performed, except that the compound of Chemical Formula 11 (2) was not added.
これらの実施例2−1〜2−10および比較例2−1,2−2の二次電池についてサイクル特性および保存特性を調べたところ、表2に示した結果が得られた。 When the cycle characteristics and the storage characteristics of the secondary batteries of Examples 2-1 to 2-10 and Comparative Examples 2-1 and 2-2 were examined, the results shown in Table 2 were obtained.
表2に示したように、溶媒が化11(2)の化合物を含有すると共にPC等も含有する実施例2−1〜2−3では、化11(2)の化合物を含有しない比較例1−1よりも常温サイクル放電容量維持率および高温保存放電維持率が高くなり、PC等を含有しない実施例1−2とほぼ同等の常温サイクル放電容量維持率および高温保存放電容量維持率が得られた。 As shown in Table 2, in Examples 2-1 to 2-3 in which the solvent contains the compound of Chemical Formula 11 (2) and also contains PC and the like, Comparative Example 1 not containing the compound of Chemical Formula 11 (2) The normal temperature cycle discharge capacity maintenance rate and the high temperature storage discharge maintenance rate are higher than those of -1, and the normal temperature cycle discharge capacity maintenance rate and the high temperature storage discharge capacity maintenance rate almost the same as those of Example 1-2 not containing PC or the like are obtained. It was.
また、溶媒がVC等を含有する実施例2−4〜2−10では、それらを含有しない実施例1−2よりも常温サイクル放電容量維持率が軒並み高くなり、高温保存放電維持率が同等以上になった。この場合には、FEC、t−DFECおよびc−DFECの間で比較すると、モノハロゲン化炭酸エステルであるFECを含有する場合よりもジハロゲン化炭酸エステルであるt−DFEC等を含有する場合において、常温サイクル放電容量維持率および高温保存放電維持率が高くなる傾向を示した。もちろん、溶媒が化11(2)の化合物を含有する実施例2−5,2−6では、それを含有しない比較例2−1,2−2よりも常温サイクル放電容量維持率および高温保存放電維持率が高くなった。 Moreover, in Examples 2-4 to 2-10 in which the solvent contains VC or the like, the normal temperature cycle discharge capacity maintenance rate is much higher than that in Example 1-2 not containing them, and the high-temperature storage discharge maintenance rate is equal to or higher than that. Became. In this case, when compared between FEC, t-DFEC and c-DFEC, in the case of containing t-DFEC or the like which is a dihalogenated carbonate rather than the case of containing FEC which is a monohalogenated carbonate, The normal temperature cycle discharge capacity maintenance rate and the high temperature storage discharge maintenance rate tended to increase. Of course, in Examples 2-5 and 2-6 in which the solvent contains the compound of Chemical Formula 11 (2), the normal temperature cycle discharge capacity retention rate and the high-temperature storage discharge are higher than those in Comparative Examples 2-1 and 2-2 that do not contain the compound. The maintenance rate became high.
これらのことから、上記した本発明の二次電池では、溶媒の組成を変更してもサイクル特性および保存特性が向上することが確認された。この場合には、溶媒に炭酸プロピレン等を加えた場合においても高い特性が得られると共に、溶媒に不飽和結合を有する環状炭酸エステル、化12に示したハロゲンを有する鎖状炭酸エステルおよび化13に示したハロゲンを有する環状炭酸エステルのうちの少なくとも1種、スルトン、あるいは酸無水物を加えれば、特性がより向上することも確認された。 From these results, it was confirmed that in the secondary battery of the present invention described above, the cycle characteristics and the storage characteristics were improved even when the composition of the solvent was changed. In this case, even when propylene carbonate or the like is added to the solvent, high characteristics are obtained, and the cyclic carbonate having an unsaturated bond in the solvent, the chain carbonate having a halogen shown in Chemical Formula 12, and Chemical Formula 13 are used. It was also confirmed that the properties were further improved by adding at least one of the above-mentioned cyclic carbonates having halogen, sultone, or acid anhydride.
(実施例3−1〜3−3)
電解質塩として四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4 :実施例3−1)、化16に示した化合物である化19(6)の化合物(実施例3−2)、あるいは化17に示した化合物である化20(6)の化合物(実施例3−3)を加えたことを除き、実施例1−2と同様の手順を経た。この際、電解液中における六フッ化リン酸リチウムの濃度を0.9mol/kgとし、四フッ化ホウ酸リチウム等の濃度を0.1mol/kgとした。
(Examples 3-1 to 3-3)
Lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 : Example 3-1) as an electrolyte salt, a compound represented by Chemical Formula 19 (6) (Example 3-2) or a compound represented by Chemical Formula 17 The same procedure as in Example 1-2 was performed except that the compound of Example 20 (6) (Example 3-3) was added. At this time, the concentration of lithium hexafluorophosphate in the electrolyte was 0.9 mol / kg, and the concentration of lithium tetrafluoroborate and the like was 0.1 mol / kg.
これらの実施例3−1〜3−3の二次電池についてサイクル特性および保存特性を調べたところ、表3に示した結果が得られた。 When the cycle characteristics and the storage characteristics of the secondary batteries of Examples 3-1 to 3-3 were examined, the results shown in Table 3 were obtained.
表3に示したように、電解質塩が四フッ化ホウ酸リチウム等を含有する実施例3−1〜3−3では、それらを含有しない実施例1−2よりも常温サイクル放電容量維持率および高温保存放電維持率が高くなった。 As shown in Table 3, in Examples 3-1 to 3-3 in which the electrolyte salt contains lithium tetrafluoroborate and the like, the normal temperature cycle discharge capacity maintenance rate and The high-temperature storage discharge maintenance rate increased.
このことから、上記した本発明の二次電池では、電解質塩の種類を変更してもサイクル特性および保存特性が向上することが確認された。この場合には、電解質塩が四フッ化ホウ酸リチウム、化16に示した化合物、あるいは化17に示した化合物を含有すれば、特性がより向上することも確認された。 From this, it was confirmed that in the secondary battery of the present invention described above, the cycle characteristics and the storage characteristics are improved even if the type of the electrolyte salt is changed. In this case, it was confirmed that the characteristics were further improved if the electrolyte salt contained lithium tetrafluoroborate, the compound shown in Chemical formula 16 or the compound shown in Chemical formula 17.
なお、ここでは電解質塩が過塩素酸リチウムおよび六フッ化ヒ酸リチウムからなる群のうちの少なくとも1種や、化18に示した化合物や、化22〜24に示した化合物からなる群のうちの少なくとも1種を含有する場合の結果を示していないが、過塩素酸リチウム等は四フッ化ホウ酸リチウム等と同様の機能を有することから、過塩素酸リチウム等を含有する場合においても同様の結果が得られることは明らかである。このことは、上記した電解質塩を同種類間あるいは異種類間で2種以上混合させた場合についても同様である。 Here, the electrolyte salt is at least one selected from the group consisting of lithium perchlorate and lithium hexafluoroarsenate, the compound shown in Chemical formula 18, and the group consisting of compounds shown in Chemical formulas 22-24. Although the results in the case of containing at least one kind of lithium perchlorate have the same function as lithium tetrafluoroborate etc., the same is true when lithium perchlorate etc. is contained. It is clear that the result is obtained. The same applies to the case where two or more kinds of the above-described electrolyte salts are mixed between the same or different types.
(実施例4−1〜4−5)
負極活物質として人造黒鉛に代えてケイ素を用いて負極活物質層34Bを形成したことを除き、実施例1−1〜1−5と同様の手順を経た。この負極活物質層34Bを形成する場合には、電子ビーム蒸着法によって負極集電体34A上にケイ素を堆積させた。
(Examples 4-1 to 4-5)
A procedure similar to that of Examples 1-1 to 1-5 was performed except that the negative electrode active material layer 34B was formed using silicon instead of artificial graphite as the negative electrode active material. In forming this negative electrode active material layer 34B, silicon was deposited on the negative electrode
(実施例4−6〜4−9)
化11(2)の化合物に代えて、化11(1)の化合物(実施例4−6)、化11(3)の化合物(実施例4−7)、化11(4)の化合物(実施例4−8)、あるいは化17(5)の化合物(実施例4−9)を用いたことを除き、実施例4−3と同様の手順を経た。
(Examples 4-6 to 4-9)
In place of the compound of formula 11 (2), the compound of formula 11 (1) (Example 4-6), the compound of formula 11 (3) (Example 4-7), the compound of formula 11 (4) (implementation) The same procedure as in Example 4-3 was performed, except that the compound of Example 4-8) or chemical formula 17 (5) (Example 4-9) was used.
(比較例4−1,4−2)
実施例4−1〜4−9と同様に負極活物質としてケイ素を用いて負極活物質層34Bを形成したことを除き、比較例1−1,1−2と同様の手順を経た。
(Comparative Examples 4-1 and 4-2)
Similar to Examples 4-1 to 4-9, the same procedure as in Comparative Examples 1-1 and 1-2 was performed, except that the negative electrode active material layer 34B was formed using silicon as the negative electrode active material.
これらの実施例4−1〜4−9および比較例4−1,4−2の二次電池についてサイクル特性および保存特性を調べたところ、表4に示した結果が得られた。 When the cycle characteristics and the storage characteristics of the secondary batteries of Examples 4-1 to 4-9 and Comparative examples 4-1 and 4-2 were examined, the results shown in Table 4 were obtained.
表4に示したように、負極活物質としてケイ素を用いた場合においても、表1に示した結果とほぼ同様の結果が得られた。すなわち、溶媒が化11(2)の化合物を含有する実施例4−1〜4−5では、それらを含有しない比較例4−1,4−2よりも高い常温サイクル放電容量維持率および高温保存放電容量維持率が得られたと共に、溶媒が化11(1)等の化合物を含有する実施例4−6〜4−9では、化11(2)の化合物を含有する実施例4−3とほぼ同等の常温サイクル放電容量維持率および高温保存放電容量維持率が得られた。この場合には、溶媒中における化11(2)の化合物の含有量が0.01重量%以上10重量%以上であると、高い常温サイクル放電容量維持率および高温保存放電容量維持率が得られた。 As shown in Table 4, even when silicon was used as the negative electrode active material, the same results as those shown in Table 1 were obtained. That is, in Examples 4-1 to 4-5 in which the solvent contains the compound of Chemical Formula 11 (2), the room temperature cycle discharge capacity retention rate and high-temperature storage are higher than those of Comparative Examples 4-1 and 4-2 not containing them. In Examples 4-6 to 4-9 in which the discharge capacity retention ratio was obtained and the solvent contained a compound such as Chemical Formula 11 (1), Example 4-3 containing a compound of Chemical Formula 11 (2) and Almost the same room temperature cycle discharge capacity maintenance rate and high temperature storage discharge capacity maintenance rate were obtained. In this case, when the content of the compound of chemical formula 11 (2) in the solvent is 0.01 wt% or more and 10 wt% or more, a high normal temperature cycle discharge capacity maintenance ratio and a high temperature storage discharge capacity maintenance ratio can be obtained. It was.
これらのことから、本発明の二次電池では、負極34が負極活物質としてケイ素を含む場合に、電解液の溶媒が化3に示したスルホン化合物を含有することにより、サイクル特性および保存特性が向上することが確認された。この場合には、溶媒中における化3に示した化合物の含有量が0.01重量%以上10重量%以下であれば良好な特性が得られ、1重量%以上10重量%以下であれば特性がより向上することも確認された。
From these facts, in the secondary battery of the present invention, when the
(実施例5−1)
溶媒としてPCを加えたことを除き、実施例4−3と同様の手順を経た。この際、ECとDECとPCとの混合比を重量比で20:60:20とした。
(Example 5-1)
The same procedure as in Example 4-3 was performed, except that PC was added as a solvent. At this time, the mixing ratio of EC, DEC, and PC was 20:60:20 by weight.
(実施例5−2,5−3)
溶媒としてDECに代えて、EMC(実施例5−2)、あるいはDMC(実施例5−3)を用いたことを除き、実施例4−3と同様の手順を経た。
(Examples 5-2 and 5-3)
A procedure similar to that in Example 4-3 was performed except that EMC (Example 5-2) or DMC (Example 5-3) was used instead of DEC as a solvent.
(実施例5−4)
溶媒としてECに代えてFECを用いたことを除き、実施例4−3と同様の手順を経た。
(Example 5-4)
The same procedure as in Example 4-3 was performed except that FEC was used instead of EC as a solvent.
(実施例5−5〜5−11)
溶媒としてVC(実施例5−5)、FEC(実施例5−6)、t−DFEC(実施例5−7)、c−DFEC(実施例5−8)、BFDMC(実施例5−9)、PRS(実施例5−10)、あるいはSBAH(実施例5−11)を加えたことを除き、実施例4−2と同様の手順を経た。この際、溶媒中におけるVC等の含有量を5重量%とした。
(Examples 5-5 to 5-11)
VC (Example 5-5), FEC (Example 5-6), t-DFEC (Example 5-7), c-DFEC (Example 5-8), BFDMC (Example 5-9) as solvents , PRS (Example 5-10) or SBAH (Example 5-11) was added, and the same procedure as in Example 4-2 was performed. At this time, the content of VC or the like in the solvent was 5% by weight.
(比較例5−1〜5−4)
化11(2)の化合物を加えなかったことを除き、実施例5−4〜5−7と同様の手順を経た。
(Comparative Examples 5-1 to 5-4)
The same procedure as in Examples 5-4 to 5-7 was performed, except that the compound of Chemical Formula 11 (2) was not added.
これらの実施例5−1〜5−11および比較例5−1〜5−4の二次電池についてサイクル特性および保存特性を調べたところ、表5に示した結果が得られた。 When the cycle characteristics and the storage characteristics of the secondary batteries of Examples 5-1 to 5-11 and Comparative examples 5-1 to 5-4 were examined, the results shown in Table 5 were obtained.
表5に示したように、負極活物質としてケイ素を用いた場合においても、表2に示した結果とほぼ同様の結果が得られた。すなわち、溶媒が化11(2)の化合物を含有すると共にPC等も含有する実施例5−1〜5−4では、化11(2)の化合物を含有しない比較例4−1よりも常温サイクル放電容量維持率および高温保存放電容量維持率が高くなり、PC等を含有しない実施例4−3とほぼ同等以上の常温サイクル放電容量維持率および高温保存放電容量維持率が得られた。また、溶媒がVC等を含有する実施例5−5〜5−11では、それらを含有しない実施例4−2よりも常温サイクル放電容量維持率が軒並み高くなり、高温保存放電容量維持率がほぼ同等以上になった。特に、モノハロゲン化炭酸エステルであるFECを含有する場合よりもジハロゲン化炭酸エステルであるt−DFEC等を含有する場合において、常温サイクル放電容量維持率および高温保存放電容量維持率が高くなる傾向を示した。 As shown in Table 5, when silicon was used as the negative electrode active material, the same results as those shown in Table 2 were obtained. That is, in Examples 5-1 to 5-4 in which the solvent contains the compound of Chemical Formula 11 (2) and also contains PC and the like, the cycle at room temperature is higher than that of Comparative Example 4-1 that does not contain the compound of Chemical Formula 11 (2). The discharge capacity maintenance rate and the high temperature storage discharge capacity maintenance rate were increased, and a room temperature cycle discharge capacity maintenance rate and a high temperature storage discharge capacity maintenance rate almost equal to or higher than those of Example 4-3 not containing PC or the like were obtained. Further, in Examples 5-5 to 5-11 in which the solvent contains VC or the like, the normal temperature cycle discharge capacity retention rate is higher than that in Example 4-2 not containing them, and the high-temperature storage discharge capacity maintenance rate is almost the same. It became equal or better. In particular, when t-DFEC or the like which is a dihalogenated carbonate is contained than when FEC which is a monohalogenated carbonate is contained, the room temperature cycle discharge capacity maintenance rate and the high-temperature storage discharge capacity maintenance rate tend to be higher. Indicated.
これらのことから、上記した本発明の二次電池では、溶媒の組成を変更してもサイクル特性および保存特性が向上することが確認された。この場合には、溶媒に炭酸プロピレン等を加えた場合においても高い特性が得られると共に、溶媒に不飽和結合を有する環状炭酸エステル、化12に示したハロゲンを有する鎖状炭酸エステルおよび化13に示したハロゲンを有する環状炭酸エステルのうちの少なくとも1種、スルトン、あるいは酸無水物を加えれば、特性がより向上することも確認された。 From these results, it was confirmed that in the secondary battery of the present invention described above, the cycle characteristics and the storage characteristics were improved even when the composition of the solvent was changed. In this case, even when propylene carbonate or the like is added to the solvent, high characteristics are obtained, and the cyclic carbonate having an unsaturated bond in the solvent, the chain carbonate having a halogen shown in Chemical Formula 12, and Chemical Formula 13 are used. It was also confirmed that the properties were further improved by adding at least one of the above-mentioned cyclic carbonates having halogen, sultone, or acid anhydride.
(実施例6−1〜6−3)
電解質塩としてLiBF4 (実施例6−1)、化19(6)の化合物(実施例6−2)、あるいは化20(6)の化合物(実施例6−3)を加えたことを除き、実施例4−3と同様の手順を経た。この際、電解液中における六フッ化リン酸リチウムの濃度を0.9mol/kgとし、四フッ化ホウ酸リチウム等の濃度を0.1mol/kgとした。
(Examples 6-1 to 6-3)
Except for adding LiBF 4 (Example 6-1), a compound of Chemical Formula 19 (6) (Example 6-2), or a compound of Chemical Formula 20 (6) (Example 6-3) as an electrolyte salt, The same procedure as in Example 4-3 was performed. At this time, the concentration of lithium hexafluorophosphate in the electrolyte was 0.9 mol / kg, and the concentration of lithium tetrafluoroborate and the like was 0.1 mol / kg.
これらの実施例6−1〜6−3の二次電池についてサイクル特性および保存特性を調べたところ、表6に示した結果が得られた。 When the cycle characteristics and the storage characteristics of the secondary batteries of Examples 6-1 to 6-3 were examined, the results shown in Table 6 were obtained.
表6に示したように、負極活物質としてケイ素を用いた場合においても、表3に示した結果と同様の結果が得られた。すなわち、電解質塩が四フッ化ホウ酸リチウム等を含有する実施例6−1〜6−3では、それらを含有しない実施例4−3よりも常温サイクル放電容量維持率および高温保存放電容量維持率が高くなった。 As shown in Table 6, the same results as those shown in Table 3 were obtained when silicon was used as the negative electrode active material. That is, in Examples 6-1 to 6-3 in which the electrolyte salt contains lithium tetrafluoroborate and the like, the normal temperature cycle discharge capacity retention rate and the high-temperature storage discharge capacity retention rate are higher than those in Example 4-3 not containing them. Became high.
このことから、上記した本発明の二次電池では、電解質塩の種類を変更してもサイクル特性および保存特性が向上することが確認された。この場合には、電解質塩が四フッ化ホウ酸リチウム、化16に示した化合物、あるいは化17に示した化合物を含有すれば、特性がより向上することも確認された。 From this, it was confirmed that in the secondary battery of the present invention described above, the cycle characteristics and the storage characteristics are improved even if the type of the electrolyte salt is changed. In this case, it was confirmed that the characteristics were further improved if the electrolyte salt contained lithium tetrafluoroborate, the compound shown in Chemical formula 16 or the compound shown in Chemical formula 17.
上記した表1〜表6の結果から、本発明の二次電池では、電解液の溶媒が化3に示したスルホン化合物を含有することにより、負極活物質の種類や溶媒の組成に関係なく、サイクル特性および保存特性が向上することが確認された。この場合には、負極活物質として炭素材料を用いた場合よりもケイ素(リチウムを吸蔵および放出することが可能であると共に金属元素および半金属元素のうちの少なくとも1種を有する材料)を用いた場合において放電容量維持率の増加率が大きくなったことから、後者の場合においてより高い効果が得られることも確認された。この結果は、負極活物質として高容量化に有利なケイ素を用いると、炭素材料を用いる場合よりも電解液が分解しやすくなるため、電解液の分解抑制効果が際立って発揮されたものと考えられる。 From the results shown in Tables 1 to 6, in the secondary battery of the present invention, the solvent of the electrolytic solution contains the sulfone compound shown in Chemical Formula 3, regardless of the type of the negative electrode active material and the composition of the solvent. It was confirmed that cycle characteristics and storage characteristics were improved. In this case, silicon (a material that can occlude and release lithium and has at least one of a metal element and a metalloid element) is used as compared with a case where a carbon material is used as the negative electrode active material. In this case, since the increase rate of the discharge capacity retention rate was increased, it was confirmed that a higher effect was obtained in the latter case. This result suggests that the use of silicon, which is advantageous for increasing the capacity as the negative electrode active material, makes the electrolyte solution more easily decomposed than when a carbon material is used. It is done.
以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記した実施の形態および実施例において説明した態様に限定されず、種々の変形が可能である。 The present invention has been described with reference to the embodiments and examples. However, the present invention is not limited to the embodiments described in the above embodiments and examples, and various modifications can be made .
また、上記した実施の形態および実施例では、本発明のリチウムイオン二次電池の電解質として、電解液、あるいは電解液を高分子化合物に保持させたゲル状電解質を用いる場合について説明したが、他の種類の電解質を用いるようにしてもよい。他の電解質としては、例えば、イオン伝導性セラミックス、イオン伝導性ガラスあるいはイオン性結晶などのイオン伝導性無機化合物と電解液とを混合したものや、他の無機化合物と電解液とを混合したものや、これらの無機化合物とゲル状電解質とを混合したものなどが挙げられる。 Further, in the above-described embodiments and examples, the case where the electrolytic solution or the gel electrolyte in which the electrolytic solution is held in the polymer compound is used as the electrolyte of the lithium ion secondary battery of the present invention has been described. These types of electrolytes may be used. Other electrolytes include, for example, a mixture of an ion conductive inorganic compound such as ion conductive ceramics, ion conductive glass or ionic crystal and an electrolyte, or a mixture of another inorganic compound and an electrolyte. Or a mixture of these inorganic compounds and a gel electrolyte.
また、上記した実施の形態および実施例では、本発明のリチウムイオン二次電池として、負極の容量がリチウムイオンの吸蔵および放出に基づいて表される場合や、負極の容量がリチウム金属の析出および溶解に基づいて表される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。本発明のリチウムイオン二次電池は、リチウムイオンを吸蔵および放出することが可能な負極材料の充電容量を正極の充電容量よりも小さくすることにより、負極の容量がリチウムイオンの吸蔵および放出に基づく容量とリチウム金属の析出および溶解に基づく容量とを含み、かつそれらの容量の和によって表される場合についても同様に適用可能である。 In the above-described embodiments and examples, as the lithium ion secondary battery of the present invention, when the capacity of the negative electrode is expressed based on insertion and extraction of lithium ions, the capacity of the negative electrode is Although the case where it represents based on melt | dissolution was demonstrated, it is not necessarily restricted to this. The lithium ion secondary battery of the present invention has a negative electrode capacity based on insertion and extraction of lithium ions by making the charge capacity of the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium ions smaller than the charge capacity of the positive electrode. The same applies to a case that includes a capacity and a capacity based on precipitation and dissolution of lithium metal and is expressed by the sum of the capacities.
また、上記した実施の形態または実施例では、本発明のリチウムイオン二次電池について、電池構造が円筒型およびラミネートフィルム型である場合、ならびに電池素子が巻回構造を有する場合を例に挙げて説明したが、角型、コイン型あるいはボタン型などの他の電池構造を有する場合や、電池素子が積層構造などの他の構造を有する場合についても同様に適用可能である。 In the above-described embodiments or examples, the lithium ion secondary battery of the present invention is exemplified by the case where the battery structure is a cylindrical type and the laminate film type, and the case where the battery element has a winding structure. As described above, the present invention can be similarly applied to a case where other battery structures such as a square shape, a coin shape, or a button shape are provided, and a case where the battery element has another structure such as a laminated structure.
また、上記実施の形態および実施例では、本発明のリチウムイオン二次電池用電解液あるいはリチウムイオン二次電池における化3に示したスルホン化合物の含有量について、実施例の結果から導き出された適正範囲を説明しているが、その説明は、含有量が上記した範囲外となる可能性を完全に否定するものではない。すなわち、上記した適正範囲は、あくまで本発明の効果を得る上で特に好ましい範囲であり、本発明の効果が得られるのであれば、含有量が上記した範囲から多少外れてもよい。
Moreover, in the said embodiment and Example, about the content of the sulfone compound shown to Chemical formula 3 in the electrolyte solution for lithium ion secondary batteries of this invention or a lithium ion secondary battery, the appropriateness derived from the result of the Example Although the range is described, the description does not completely deny the possibility that the content is outside the above range. In other words, the appropriate range described above is a particularly preferable range for obtaining the effect of the present invention, and the content may be slightly deviated from the above range as long as the effect of the present invention is obtained.
11…電池缶、12,13…絶縁板、14…電池蓋、15…安全弁機構、15A…ディスク板、16…熱感抵抗素子、17…ガスケット、20,30…巻回電極体、21,33…正極、21A,33A…正極集電体、21B,33B…正極活物質層、22,34…負極、22A,34A…負極集電体、22B,34B…負極活物質層、23,35…セパレータ、24…センターピン、25,31…正極リード、26,32…負極リード、36…電解質、37…保護テープ、40…外装部材、41…密着フィルム。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Battery can, 12, 13 ... Insulation board, 14 ... Battery cover, 15 ... Safety valve mechanism, 15A ... Disc board, 16 ... Heat sensitive resistance element, 17 ... Gasket, 20, 30 ... Winding electrode body, 21, 33 ... Positive electrode, 21A, 33A ... Positive electrode current collector, 21B, 33B ... Positive electrode active material layer, 22, 34 ... Negative electrode, 22A, 34A ... Negative electrode current collector, 22B, 34B ... Negative electrode active material layer, 23, 35 ... Separator 24, center pin, 25, 31 ... positive electrode lead, 26, 32 ... negative electrode lead, 36 ... electrolyte, 37 ... protective tape, 40 ... exterior member, 41 ... adhesion film.
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