JP4945074B2 - Nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、リフローハンダ付け可能な非水電解質二次電池に関するものである。 The present invention relates to a reflow solderable non-aqueous electrolyte secondary battery.
非水電解質二次電池は、高エネルギー密度、軽量であるといった特徴により、機器のバックアップ用の電源としての用途が増加している。 Non-aqueous electrolyte secondary batteries are increasingly used as backup power sources for equipment due to their high energy density and light weight.
しかし、従来の非水電解質二次電池は、耐熱を考慮した材料が用いられていないため、リフローハンダ付け時に電池としての機能が損なわれやすいという欠点があった。さらに、リフローに用いるハンダの材質も環境負荷の観点から非鉛のものが求められつつあり、より高温でのリフローの要請が強まっている。 However, since the conventional non-aqueous electrolyte secondary battery does not use a material considering heat resistance, there is a drawback that the function as a battery is easily impaired when reflow soldering is performed. Furthermore, the material of the solder used for reflow is also required to be lead-free from the viewpoint of environmental load, and the demand for reflow at higher temperatures is increasing.
イオン性液体は、室温で液体として存在する塩、すなわち室温で溶融状態で存在する塩であり、常温溶融塩とも呼ばれている。イオン性液体はイオン揮発性、不燃性であり、更にイオン伝導性があるため、熱に安定なイオン伝導性液体として注目されている。このため、化学合成反応の溶媒として、また電気二重層コンデンサの電解質としての応用が期待されている(例えば、特許文献1参照)。
従来のコイン型(ボタン型)非水電解質二次電池は耐熱性が低く電池缶の膨張や充放電特性の劣化を生じていた。 Conventional coin-type (button-type) non-aqueous electrolyte secondary batteries have low heat resistance and cause expansion of battery cans and deterioration of charge / discharge characteristics.
3V級のリチウム含有マンガン酸化物Li4Mn5O12を正極とし、リチウム−アルミ合金を負極とするコイン型(ボタン型)非水電解質二次電池では、リフローハンダ付時、ほとんどの組み合わせの電解液や耐熱性の電池部材において電解液とリチウム合金が反応して、急激な膨張や特性劣化が生じ問題となっていた。 In coin-type (button-type) non-aqueous electrolyte secondary batteries having a 3V-class lithium-containing manganese oxide Li 4 Mn 5 O 12 as a positive electrode and a lithium-aluminum alloy as a negative electrode, most combinations of electrolysis are available with reflow soldering. In a liquid or heat-resistant battery member, the electrolytic solution and the lithium alloy react to cause rapid expansion and deterioration of characteristics, which is a problem.
特に、リチウム、リチウム合金や電位がリチウムに近く、リチウムイオンをドープ・脱ドープ可能な炭素質物質または一般式LixMySi1−yOzは、電解液と反応して、急激な膨張が起こってしまう傾向が大きかった。これらの、電位が低く多くのリチウムをドープする負極活物質が使えないため、リフローハンダ付け可能なコイン型(ボタン型)非水電解質二次電池は、高出力電位、高容量のものをつくることができなかった。 In particular, lithium, a lithium alloy, a carbonaceous material that has a potential close to that of lithium and can be doped / undoped with lithium ions, or a general formula LixMySi1-yOz, tends to react with the electrolytic solution and cause rapid expansion. It was. Since these negative electrode active materials that have a low potential and are doped with a large amount of lithium cannot be used, reflow solderable coin-type (button-type) non-aqueous electrolyte secondary batteries must be produced with high output potential and high capacity. I could not.
また、急激な膨らみや破裂がない場合でも、リフロー前後で大きな容量劣化が生じたり、サイクル性や保存特性の大きな劣化が引き起こりやすかった。 Even when there is no sudden bulging or rupture, large capacity deterioration is likely to occur before and after reflow, and large deterioration in cycle characteristics and storage characteristics is likely to occur.
一方、イオン性液体のみを電解質として用いた非水電解質二次電池が耐熱性の向上を目的として開発されたが、リフロー後に電圧印加状態で保存すると内部抵抗が上昇し容量が大きく劣化するという欠点があった。また、イオン性液体は粘度が高いため電極への染み込みがほとんどなく、イオン性液体を電解質とした電池は、安定な特性が得られなかった。更に、イオン性液体を用いた非水電解質二次電池は、良好なサイクル特性が得られなかった。 On the other hand, a non-aqueous electrolyte secondary battery using only an ionic liquid as an electrolyte was developed for the purpose of improving heat resistance, but the internal resistance increases and the capacity deteriorates greatly when stored in a voltage applied state after reflow. was there. Further, since the ionic liquid has a high viscosity, the electrode hardly penetrates into the electrode, and a battery using the ionic liquid as an electrolyte cannot obtain stable characteristics. Furthermore, the non-aqueous electrolyte secondary battery using the ionic liquid has not obtained good cycle characteristics.
本発明は、以上の課題を解決し耐熱性が高く、充放電特性の優れた二次電池の提供を目的とする。 An object of the present invention is to provide a secondary battery that solves the above problems and has high heat resistance and excellent charge / discharge characteristics.
本発明の非水電解質二次電池は、正極と、負極と、前記正極と前記負極を分離するセパレーターと、非水溶媒と支持塩とを含む電解液と、前記電解液対して5〜40重量%の割合で添加されたイオン性液体とからなる。さらに、本発明は、上記の課題を解決するためにイオン性液体を5〜40重量%含む電解液を用いた。 The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention comprises a positive electrode, a negative electrode, a separator separating the positive electrode and the negative electrode, an electrolytic solution containing a non-aqueous solvent and a supporting salt, and 5 to 40 weights relative to the electrolytic solution. % Of ionic liquid added at a rate of%. Furthermore, the present invention uses an electrolytic solution containing 5 to 40% by weight of an ionic liquid in order to solve the above problems.
また、このイオン性液体を構成する陽イオンとして、イミダゾリウムカチオン、ピリジウムカチオンの少なくとも一つから選ばれる単独又は複合物を用いた。 Moreover, the cation which comprises this ionic liquid used the single or composite selected from at least one of an imidazolium cation and a pyridium cation.
さらに、イオン性液体を構成する陰イオンとして、BF4 −、PF6 −、(CF3SO2)2N−、CF3CO2 −、CF3SO3 −の少なくとも一つを用いた。 Furthermore, at least one of BF 4 − , PF 6 − , (CF 3 SO 2 ) 2 N − , CF 3 CO 2 − and CF 3 SO 3 − was used as an anion constituting the ionic liquid.
また、イオン性液体を構成する陽イオンとして、N,N’-ジアルキルイミダゾリウムカチオン、N-アルキルピリジニウムカチオンの少なくとも一つから選ばれる単独又は複合物を用いた。 Further, as the cation constituting the ionic liquid, a single compound or a composite selected from at least one of N, N′-dialkylimidazolium cation and N-alkylpyridinium cation was used.
さらに、イオン性液体を構成する陽イオンとして、1−エチル−3−メチルイミダゾリムカチオン、N−アルキルイミダゾリウムカチオンの少なくとも一つから選ばれる単独又は複合物を用いた。 Furthermore, as the cation constituting the ionic liquid, a single compound or a composite selected from at least one of 1-ethyl-3-methylimidazolim cation and N-alkylimidazolium cation was used.
電解液の非水溶媒として、γ―ブチロラクトン(γBL)とエチレンカーボネート(EC)の体積比1:1の混合溶液を用いた。 As a non-aqueous solvent for the electrolytic solution, a mixed solution of γ-butyrolactone (γBL) and ethylene carbonate (EC) at a volume ratio of 1: 1 was used.
前記負極活物質として、SiO、Si、WO2、WO3およびLi−Al合金から選ばれる一種類以上の活物質を用いた。これにより、熱安定性が飛躍的に向上し、サイクル特性が良く、保存特性もすぐれたリフローハンダ付け対応非水電解質二次電池が可能となった。 As the negative electrode active material, one or more active materials selected from SiO, Si, WO 2 , WO 3 and a Li—Al alloy were used. As a result, a non-aqueous electrolyte secondary battery compatible with reflow soldering having improved thermal stability, good cycle characteristics, and excellent storage characteristics has become possible.
本発明により、非水電解質二次電池の耐熱性が向上し、リフローハンダ付けを行っても電池缶の膨張、内部抵抗上昇、容量減少などが生じることが無い。また、イオン性液体を添加することにより電解液の導電性が向上し充放電特性、保存特性に優れた非水電解質二次電池の実現が可能となる。 According to the present invention, the heat resistance of the non-aqueous electrolyte secondary battery is improved, and even if reflow soldering is performed, the battery can does not expand, the internal resistance rises, or the capacity decreases. Further, by adding an ionic liquid, the conductivity of the electrolytic solution is improved, and a non-aqueous electrolyte secondary battery having excellent charge / discharge characteristics and storage characteristics can be realized.
図1に本発明の電池の構造について断面図を用いて示す。正極合剤を成形した正極101、正極ケース102、負極合剤を成形した負極103、負極ケース104、リチウムホイル105、正極と負極を分離するセパレーター106、ガスケット107、電解液108である。 FIG. 1 shows a cross-sectional view of the structure of the battery of the present invention. A positive electrode 101 formed from a positive electrode mixture, a positive electrode case 102, a negative electrode 103 formed from a negative electrode mixture, a negative electrode case 104, a lithium foil 105, a separator 106 that separates the positive electrode from the negative electrode, a gasket 107, and an electrolyte solution 108.
電位的に低いリチウム、リチウム合金またはリチウムをドープした炭素、金属、金属酸化物と、支持塩を含む非水電解質である電解液を接触させ、200度以上の高温にすると急激な化学反応を起こす。この反応は、非水電解質を構成する有機溶媒の沸点が低いほど、また負極活物質の電位が低くリチウムのドープ量が大きいほど激しい。 Lithium, lithium alloy or lithium-doped carbon, metal, or metal oxide is brought into contact with an electrolyte that is a non-aqueous electrolyte containing a supporting salt, and a rapid chemical reaction occurs when the temperature is raised to 200 ° C or higher. . This reaction is more severe as the boiling point of the organic solvent constituting the non-aqueous electrolyte is lower, and as the negative electrode active material is lower in potential and the lithium doping amount is larger.
本発明で用いる支持塩は、常温で固体であり非水溶媒に溶かして電解液として用いている。支持塩は、塩素系の方がフッ素系より熱的に安定であり適している。 The supporting salt used in the present invention is solid at room temperature and is dissolved in a non-aqueous solvent and used as an electrolytic solution. As the supporting salt, the chlorine-based salt is more suitable because it is more thermally stable than the fluorine-based salt.
電解液に用いている非水溶媒は沸点が低くリフローハンダ付け時に電池内部の圧力が高まり漏液を生じ問題となっていた。 The non-aqueous solvent used in the electrolytic solution has a low boiling point, and the pressure inside the battery is increased during reflow soldering, resulting in a problem of leakage.
沸点が非常に高く、耐熱性に優れたイオン性液体を電解液に加えることにより二次電池の耐熱性が向上することを見出した。またイオン性液体はイオンのみからなる液体であり、イオン性液体を加えることにより電解液の導電性が向上し内部抵抗が減少する。 It has been found that the heat resistance of the secondary battery is improved by adding an ionic liquid having a very high boiling point and excellent heat resistance to the electrolyte. The ionic liquid is a liquid composed only of ions. By adding the ionic liquid, the conductivity of the electrolytic solution is improved and the internal resistance is reduced.
高い導電性を有し、更に広い電位窓を持つイオン性液体を非水電解液に添加することで、優れた電池特性が得られる非水電解液を得ることができた。 By adding an ionic liquid having high conductivity and a wider potential window to the non-aqueous electrolyte, it was possible to obtain a non-aqueous electrolyte with excellent battery characteristics.
イオン性液体は、融点が低く常温で液体であるイオン結合性の物質である。イオン性液体は揮発性が非常に低く、不燃性であり、導電性と耐熱性に優れている。 An ionic liquid is an ion-binding substance that has a low melting point and is liquid at room temperature. The ionic liquid has very low volatility, is nonflammable, and has excellent conductivity and heat resistance.
前記イオン性液体を構成する陽イオンとしてはN,N’-ジアルキルイミダゾリウムカチオンやN-アルキルピリジニウムカチオン等がある。特にN,N’-ジアルキルイミダゾリウムカチオンの具体例としては、1,3-ジメチルイミダゾリウムカチオン、1,3,4-トリメチルイミダゾリウムカチオン、1―エチル―3メチルイミダゾリウムカチオンがあげられ、中でも1―エチル―3メチルイミダゾリウムカチオンが好ましい。また、N-アルキルピリジニウムカチオンの中では、1−ブチルピリジニウムカチオンが特に望ましい。これらの陽イオンから構成されるイオン性液体は、イオン伝導性、化学安定性及び電気化学安定性に優れている。 Examples of the cation constituting the ionic liquid include N, N'-dialkylimidazolium cation and N-alkylpyridinium cation. Specific examples of the N, N′-dialkylimidazolium cation include 1,3-dimethylimidazolium cation, 1,3,4-trimethylimidazolium cation, and 1-ethyl-3-methylimidazolium cation. The 1-ethyl-3 methyl imidazolium cation is preferred. Of the N-alkylpyridinium cations, 1-butylpyridinium cation is particularly desirable. An ionic liquid composed of these cations is excellent in ion conductivity, chemical stability, and electrochemical stability.
また、前記イオン性液体を構成する陰イオンとしてはBF4 −、PF6 −、(CF3SO2)2N−、CF3CO2 −、CF3SO3 −の少なくともひとつから選ばれることが望ましい。これらのフッ化物陰イオンで構成されるイオン性液体は、熱安定性が高く、高温でも分解しがたい。特に、1―エチル―3メチルイミダゾリウムカチオンと(CF3SO2)2N−の組み合わせが、最も高温下で安定である。 The anion constituting the ionic liquid may be selected from at least one of BF 4 − , PF 6 − , (CF 3 SO 2 ) 2 N − , CF 3 CO 2 − , and CF 3 SO 3 −. desirable. Ionic liquids composed of these fluoride anions have high thermal stability and are difficult to decompose even at high temperatures. In particular, the combination of 1-ethyl-3methylimidazolium cation and (CF 3 SO 2 ) 2 N — is stable at the highest temperature.
イオン性液体を支持塩を含む非水電解質に添加することで、リフローによる電池特性劣化が抑制されるのは、イオン性液体の添加による沸点上昇、非水電解質中の支持塩の解離イオンの他にイオン性液体のイオンが存在することで支持塩の解離イオンの電解化学的反応のよる分解が抑制されたことによるものと考えられる。 By adding the ionic liquid to the non-aqueous electrolyte containing the supporting salt, deterioration of battery characteristics due to reflow is suppressed by increasing the boiling point due to the addition of the ionic liquid, dissociating ions of the supporting salt in the non-aqueous electrolyte. This is considered to be due to the fact that the dissociation of the dissociated ions of the supporting salt due to the presence of ions of the ionic liquid was suppressed.
また、このイオン性液体の電解液中の含有量は、5〜40重量%が望ましい。5重量%より少ないと耐熱性の面で有効に作用しない。また、40重量%より多く含有させると、電解液の粘度が高くなり電極に電解液が含浸しずらくなり二次電池の製造が困難になる。加えて、電解液の粘性が高くなると内部抵抗が上昇してしまう。 The content of the ionic liquid in the electrolytic solution is preferably 5 to 40% by weight. If it is less than 5% by weight, it will not work effectively in terms of heat resistance. On the other hand, when the content is more than 40% by weight, the viscosity of the electrolytic solution becomes high, and it becomes difficult to impregnate the electrode with the electrolytic solution, which makes it difficult to manufacture a secondary battery. In addition, when the viscosity of the electrolytic solution increases, the internal resistance increases.
さらに、電圧印加による高温保存特性が悪くなる。電池において電圧印加による高温保存特性は、室温使用時の加速試験として広く認められ、この特性が悪いと室温使用による寿命が短かいことが懸念される。また、電圧印加時の電解液中イオン濃度の面からも40%以下であることが望ましい。特に、25〜35%であることが望ましい。 Furthermore, the high-temperature storage characteristic by voltage application deteriorates. High-temperature storage characteristics due to voltage application in a battery are widely recognized as an accelerated test at room temperature use, and there is a concern that if this characteristic is poor, the life due to room temperature use is short. Moreover, it is desirable that it is 40% or less also from the surface of the ion concentration in electrolyte solution at the time of voltage application. In particular, it is preferably 25 to 35%.
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
実施例1は、正極活物質としてNb2O5を用い、負極活物質としてSiOを用いた場合である。下記のようにして作成した正極、負極及び電解液を用いた。また、電池の大きさは外径5mm、厚さ1.5mmであった。 Example 1 is a case where Nb 2 O 5 is used as the positive electrode active material and SiO is used as the negative electrode active material. A positive electrode, a negative electrode, and an electrolytic solution prepared as described below were used. The size of the battery was 5 mm in outer diameter and 1.5 mm in thickness.
正極活物質は市販のニオブ酸(Nb2O5・nH2O)を大気中800℃で8時間加熱し、Nb2O5を得た。このNb2O5を粉砕したものに導電剤としてグラファイトを、結着剤としてポリアクリル酸を重量比Nb2O5:グラファイト:ポリアクリル酸=75:20:5の割合で混合して正極合剤とし、次にこの正極合剤5mgを2ton/cm2で直径2.0mmのペレットに加圧成形した。その後、この様にして得られた正極101を、炭素を含む導電性樹脂接着剤からなる電極集電体を用いて正極ケース102に接着し一体化した(正極ユニット化)後、250℃8時間大気中で熱処理した。 As the positive electrode active material, commercially available niobic acid (Nb 2 O 5 .nH 2 O) was heated in the atmosphere at 800 ° C. for 8 hours to obtain Nb 2 O 5 . The Nb 2 O 5 pulverized powder is mixed with graphite as a conductive agent and polyacrylic acid as a binder at a weight ratio of Nb 2 O 5 : graphite: polyacrylic acid = 75: 20: 5. Next, 5 mg of this positive electrode mixture was pressed into 2 mm / cm @ 2 pellets having a diameter of 2.0 mm. Thereafter, the positive electrode 101 thus obtained was bonded and integrated with the positive electrode case 102 using an electrode current collector made of a conductive resin adhesive containing carbon (made into a positive electrode unit), and then at 250 ° C. for 8 hours. Heat-treated in the atmosphere.
負極は、次のようにして作製した。市販のSiOを粉砕したものを作用極の活物質として用いた。この活物質に導電剤としてグラファイトを、結着剤としてポリアクリル酸をそれぞれ重量比45:40:15の割合で混合して負極合剤とした。合剤1.5mgを2ton/cm2で直径2.0mmのペレットに加圧成形したものを用いた。その後、この様にして得られた負極103を、炭素を導電性フィラーとする導電性樹脂接着剤からなる電極集電体を用いて負極ケース104に接着し一体化した(負極ユニット化)後、250℃8時間大気中で熱処理した。さらに、ペレット上にリチウムフォイル105を直径2.0mm、厚さ0.3mmに打ち抜いたものを圧着し、リチウム−負極ペレット積層電極とした。 The negative electrode was produced as follows. A commercially available SiO pulverized material was used as the active electrode active material. This active material was mixed with graphite as a conductive agent and polyacrylic acid as a binder at a weight ratio of 45:40:15 to obtain a negative electrode mixture. 1.5 mg of the mixture was pressed into pellets having a diameter of 2.0 mm at 2 ton / cm 2 and used. Thereafter, the negative electrode 103 obtained in this manner was bonded and integrated to the negative electrode case 104 using an electrode current collector made of a conductive resin adhesive containing carbon as a conductive filler (negative electrode unitization). It heat-processed in air | atmosphere at 250 degreeC for 8 hours. Further, a lithium foil 105 punched out to a diameter of 2.0 mm and a thickness of 0.3 mm was pressure-bonded on the pellet to obtain a lithium-negative electrode pellet laminated electrode.
厚さ0.2mmのガラス繊維からなる不織布を乾燥後φ3.0mmに打ち抜きセパレーター106とした。ガスケット107は、PEEK製のものを用いた。 A non-woven fabric made of glass fiber having a thickness of 0.2 mm was dried and punched out to a diameter of 3.0 mm to form a separator 106. The gasket 107 made of PEEK was used.
電解液108としてはまず、エチレンカーボネイト(EC):γ―ブチルラクトン(γBL)の体積比1:1で混合した溶媒を作成した。その後、この溶媒に1―エチル―3メチルイミダゾリウムテトラフルオロホウ酸塩(MEI・BF4)の割合が7:3となるようにした混合溶液を作成し、そこにホウフッ化リチウム(LiBF4)を2.0mol/l溶解させ、電解液を作成した。この電解液5μLを、電池缶内に入れた、正極ユニットと負極ユニットを重ねかしめ封口することにより電池を作製した。 First, as the electrolytic solution 108, a solvent was prepared by mixing ethylene carbonate (EC): γ-butyllactone (γBL) at a volume ratio of 1: 1. Thereafter, a mixed solution was prepared in which the ratio of 1-ethyl-3methylimidazolium tetrafluoroborate (MEI · BF 4 ) was 7: 3 in this solvent, and lithium borofluoride (LiBF 4 ) was prepared there. Was dissolved at 2.0 mol / l to prepare an electrolytic solution. The positive electrode unit and the negative electrode unit, in which 5 μL of the electrolytic solution was placed in a battery can, were overlapped and sealed to produce a battery.
実施例1同様の方法で、電解質中のイオン性液体の陰イオンをそれぞれPF6 ―、(CF3SO2)2N―、CF3CO2 ―、CF3SO3 ―とした電解液を作製し、電池を作製した。 In the same manner as in Example 1, an electrolytic solution in which the anions of the ionic liquid in the electrolyte were PF 6 − , (CF 3 SO 2 ) 2 N − , CF 3 CO 2 − , and CF 3 SO 3 − was produced. A battery was produced.
実施例1同様の方法で、電解質中のイオン性液体の陰イオンを(CF3SO2)2N―とし、陽イオンをそれぞれ1―エチル―3メチルイミダゾリウムカチオン、1−ブチルピリジニウムカチオンとした電解液を作製し電池を作製した。 In the same manner as in Example 1, the anion of the ionic liquid in the electrolyte was (CF 3 SO 2 ) 2 N — and the cations were 1-ethyl-3 methylimidazolium cation and 1-butylpyridinium cation, respectively. An electrolyte was prepared to prepare a battery.
実施例1同様の方法で、電解液中のイオン性液体の陰イオンを(CF3SO2)2N―とし、イオン性液体の割合を5重量%、40重量%とした電解液を作製し、電池を作製した。 The same manner as in Example 1. As a anion of the ionic liquid in the electrolyte (CF 3 SO 2) 2 N - and then, to prepare an ionic percentage of the liquid 5% by weight, the electrolyte solution was 40 wt% A battery was produced.
比較例1〜4として、実施例1で電解液中のイオン性液体の割合がそれぞれ0重量%、3重量%、45重量%、100重量%とした電池を作製した。 As Comparative Examples 1 to 4, batteries in which the ratio of the ionic liquid in the electrolytic solution in Example 1 was 0 wt%, 3 wt%, 45 wt%, and 100 wt% were produced.
以上のようにして作製した電池それぞれ10個についてリフロー温度に電池が耐えられるかを調べるため、予備加熱180℃10分、加熱260℃1分での過熱によるリフローテストを行った。加熱後のサンプルは、膨らみを調べるため電池高さ測定、内部抵抗測定、電池容量及びサイクル特性の測定を行った。また、リフロー後の電池を2Vの電源につなぎ、60℃の高温槽内に20日間保持した後、取り出して電池高さ測定、内部抵抗測定、電池容量を測定し、耐電圧保存特性を調べた。電池容量およびサイクル特性における充放電条件は、充電は最大電流25μA、定電圧2.0V、充電時間48時間の定電流低電圧方式で行い、放電は5μAの定電流で終止電圧1.0Vで行った。 In order to investigate whether or not each of the 10 batteries produced as described above can withstand the reflow temperature, a reflow test was performed by overheating at preheating 180 ° C. for 10 minutes and heating at 260 ° C. for 1 minute. The sample after heating was subjected to measurement of battery height, internal resistance, battery capacity, and cycle characteristics in order to examine swelling. Also, the reflowed battery was connected to a 2V power source, held in a high-temperature bath at 60 ° C. for 20 days, and then taken out and measured for battery height measurement, internal resistance measurement, battery capacity, and withstand voltage storage characteristics. . Charging / discharging conditions in the battery capacity and cycle characteristics are as follows. Charging is performed with a constant current low voltage method with a maximum current of 25 μA, a constant voltage of 2.0 V, and a charging time of 48 hours, and discharging is performed with a constant current of 5 μA and a final voltage of 1.0 V. It was.
実施例1〜12、及び比較例1〜4の製造条件と実験結果を表1に示した。 The production conditions and experimental results of Examples 1 to 12 and Comparative Examples 1 to 4 are shown in Table 1.
表1に示すように、イオン性液体の割合を30重量%とすると、どの陽イオンと陰イオンの組み合わせにおいてもリフローによる内部抵抗の上昇や容量の劣化は見られなかった。また、耐電圧保存特性についても、容量等の劣化はほとんどなく良好な特性が得られた。特にイオン性液体中の陽イオンが1―エチル―3メチルイミダゾリウムカチオン、陰イオンが(CF3SO2)2N―のものは、保存後の容量劣化が10%以下であり、最も良好な特性が得られた。また、電池の膨らみについても、全て0.03mm以下で問題のないレベルであった。サイクル特性についても、どの試料についても100回において容量減少量が20%以下と優れた特性が得られた。イオン性液体含有量が5重量%と40重量%についても、同様に良好な結果が得られた。 As shown in Table 1, when the ratio of the ionic liquid was 30% by weight, no increase in internal resistance or deterioration in capacity due to reflow was observed in any combination of cation and anion. Also, with respect to the withstand voltage storage characteristics, good characteristics were obtained with almost no deterioration in capacity and the like. In particular cation 1-ethyl-3-methyl imidazolium cation in the ionic liquid, the anion (CF 3 SO 2) 2 N - is one, the capacity deterioration after storage is 10% or less, most good Characteristics were obtained. Further, the swelling of the batteries was 0.03 mm or less, which was a problem-free level. As for the cycle characteristics, the capacity reduction amount was 20% or less at 100 times for any sample, and excellent characteristics were obtained. Similarly good results were obtained when the ionic liquid content was 5 wt% and 40 wt%.
図2に実施例3、比較例1及び比較例2の充放電曲線を示した。イオン性液体を0重量%および3重量%(比較例2)添加においては、リフロー後に内部抵抗が100Ω程度上昇し、容量もリフロー前の半分程度しか取れなかった。また、イオン性液体添加量を45重量%(比較例3)添加すると、リフロー後の容量劣化は若干抑えられるものの、ばらつきが大きく、耐電圧保存特性での劣化が40%以上となってしまった。これは、詳細は不明であるが、電解液の粘度とイオン濃度が高くなったためと考えられる。また、イオン性液体100重量%のものに関しては、サイクル特性の劣化が激しかった。このようにイオン性液体の添加量は、5%以上、40%以下において、本発明は有効である。 The charge / discharge curves of Example 3, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 are shown in FIG. When the ionic liquid was added at 0 wt% and 3 wt% (Comparative Example 2), the internal resistance increased by about 100Ω after the reflow, and the capacity was only about half that before the reflow. In addition, when the addition amount of the ionic liquid was 45% by weight (Comparative Example 3), the capacity deterioration after reflow was slightly suppressed, but the variation was large, and the deterioration in the withstand voltage storage characteristic was 40% or more. . Although the details are unknown, it is considered that the viscosity and ion concentration of the electrolytic solution are increased. In addition, regarding the ionic liquid of 100% by weight, the deterioration of the cycle characteristics was severe. Thus, the present invention is effective when the addition amount of the ionic liquid is 5% or more and 40% or less.
実施例1同様の方法で、電解質中のイオン性液体の陰イオンを(CF3SO2)2N―とし、正極活物質をLi4Mn5O12、Li4Ti5O12、MoO3として電池を作製した。
実施例1などと同様の方法でリフローを行い、容量などの評価を行った。ただし、充放電条件はそれぞれ以下のようにした。
In the same manner as in Example 1, the anion of the ionic liquid in the electrolyte was (CF 3 SO 2 ) 2 N — , and the positive electrode active material was Li 4 Mn 5 O 12 , Li 4 Ti 5 O 12 , MoO 3. A battery was produced.
Reflow was performed in the same manner as in Example 1 and the capacity and the like were evaluated. However, the charge / discharge conditions were as follows.
Li4Mn5O12については、充電電圧3.3V放電終始電圧1.8V、その他条件はNb2O5の場合と同様の条件で行った。Li4Ti5O12については、充電電圧1.6V放電終始電圧0.9V、その他の条件はNb2O5の場合と同様の条件で行った。MoO3については、充電電圧3V、放電終始電圧1.2V、その他の条件はNb2O5の場合と同様の条件で行った。 For Li 4 Mn 5 O 12 , the charging voltage was 3.3 V, the discharge starting voltage was 1.8 V, and other conditions were the same as those for Nb 2 O 5 . For Li 4 Ti 5 O 12 , the charging voltage was 1.6 V, the discharge starting voltage was 0.9 V, and other conditions were the same as those for Nb 2 O 5 . For MoO 3 , the charging voltage was 3 V, the discharge starting voltage was 1.2 V, and other conditions were the same as those for Nb 2 O 5 .
表1で示すように、正極活物質の種類を変えても、正極活物質がNb2O5の時と同様の良好な結果が得られた。 As shown in Table 1, even when the type of the positive electrode active material was changed, good results similar to those obtained when the positive electrode active material was Nb 2 O 5 were obtained.
イオン性液体を構成する部分以外の電解液については、以下のようなものが好ましい。 As for the electrolytic solution other than the portion constituting the ionic liquid, the following is preferable.
電解液としては、γ−ブチロラクトン、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、メチルフォーメイト、1,2−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、ジオキソラン、ジメチルフォルムアミド等の有機溶媒の単独又は混合溶媒を用いることができる。 As the electrolytic solution, organic solvents such as γ-butyrolactone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, methyl formate, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydrofuran, dioxolane, dimethylformamide, etc. These may be used alone or as a mixed solvent.
リフローハンダ付けを行うには、電解液として、常圧での沸点が200℃以上の非水溶媒を用いることがリフロー温度で安定である。正負極との組み合わせにおいて、エチレンカーボネート(EC)、γ−ブチロラクトン(γBL)選ばれる単独または複合物で用いることが良好であった。 In order to perform reflow soldering, it is stable at the reflow temperature to use a nonaqueous solvent having a boiling point of 200 ° C. or higher at normal pressure as the electrolytic solution. In combination with the positive and negative electrodes, ethylene carbonate (EC) or γ-butyrolactone (γBL) was used alone or in combination.
また、上記有機溶媒の他にポリマーを用いることもできる。ポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキサイド(PEO)、ポリプロピレンオキサイド、ポリエチレングリコールジアクリレート架橋体、ポリフッ化ビニリデン、ポリフォスファゼン架橋体、ポリプロピレングリコールジアクリレート架橋体、ポリエチレングリコールメチルエーテルアクリレート架橋体、ポリプロピレングリコールメチルエーテルアクリレート架橋体等が好ましい。 In addition to the organic solvent, a polymer can be used. Examples of the polymer include polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide, crosslinked polyethylene glycol diacrylate, polyvinylidene fluoride, crosslinked polyphosphazene, crosslinked polypropylene glycol diacrylate, crosslinked polyethylene glycol methyl ether acrylate, and polypropylene glycol methyl. Ether acrylate crosslinked products are preferred.
電解液(非水溶媒)中に存在する主な不純物としては、水分と、有機過酸化物(例えばグリコール類、アルコール類、カルボン酸類)などが挙げられる。前記各不純物は、活物質の表面に絶縁性の被膜を形成し、電極の界面抵抗を増大させるものと考えられる。したがって、サイクル寿命や容量の低下に影響を与える恐れがある。また高温(60℃以上)貯蔵時の自己放電も増大する恐れがある。常温溶融塩は、特に水分による劣化が大きい。このようなことから、非水溶媒を含む電解液においては前記不純物をできるだけ低減されることが好ましい。具体的には、水分は50ppm以下、有機過酸化物は1000ppm以下であることが好ましい。 Examples of main impurities present in the electrolytic solution (nonaqueous solvent) include moisture and organic peroxides (for example, glycols, alcohols, carboxylic acids). Each of the impurities is considered to form an insulating film on the surface of the active material and increase the interface resistance of the electrode. Therefore, the cycle life and capacity may be affected. In addition, self-discharge during storage at high temperatures (60 ° C. or higher) may increase. Room temperature molten salt is particularly greatly deteriorated by moisture. For this reason, it is preferable to reduce the impurities as much as possible in the electrolyte solution containing the non-aqueous solvent. Specifically, the moisture is preferably 50 ppm or less and the organic peroxide is preferably 1000 ppm or less.
支持塩としては過塩素酸リチウム(LiClO4 )、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6 )、ホウフッ化リチウム(LiBF4 )、六フッ化砒素リチウム(LiAsF6 )、トリフルオロメタスルホン酸リチウム(LiCF3 SO3 )、ビストリフルオロメチルスルホニルイミドリチウム[LiN(CF3 SO2 )2 ]、チオシアン塩、アルミニウムフッ化塩などのリチウム塩(電解質)などの1種以上の塩を用いることができる。 Supported salts include lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium borofluoride (LiBF 4 ), lithium arsenic hexafluoride (LiAsF 6 ), lithium trifluorometasulfonate (LiCF) 3 SO 3 ), bistrifluoromethylsulfonylimide lithium [LiN (CF 3 SO 2 ) 2 ], lithium salts (electrolytes) such as thiocyanate and aluminum fluoride can be used.
リフローハンダ付けを行うにおいては、LiClO4等の塩素系のものよりフッ素を含有する支持塩である六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)、ホウフッ化リチウム(LiBF4)、トリフルオロメタスルホン酸リチウム(LiCF3 SO3)が、熱的にも電気特性的にも安定である。非水溶媒に対する溶解量は、0.5〜3.0モル/1とすることが望ましい。 In performing reflow soldering, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium borofluoride (LiBF 4 ), lithium trifluorometasulfonate, which are fluorine-containing supporting salts from chlorine-based materials such as LiClO 4 (LiCF 3 SO 3 ) is stable both thermally and electrically. The amount dissolved in the non-aqueous solvent is preferably 0.5 to 3.0 mol / 1.
また、本発明は負極活物質の種類を選ぶものでもないが、負極としては、リチウム−アルミニウム等のリチウム合金、リチウムをドーピングした炭素、リチウムをドーピングした金属酸化物(例えば、SiO、WO2、WO3等)、リチウムをドーピングしたSiなどで有効である。 Further, the present invention does not select the type of the negative electrode active material, but as the negative electrode, lithium alloys such as lithium-aluminum, carbon doped with lithium, metal oxide doped with lithium (for example, SiO, WO 2 , WO 3 etc.), Si doped with lithium, etc. are effective.
特に、負極活物質にSiOやSiなどSiOy(2>y>0)で表されるケイ素の酸化物を用いることにより、充放電による負極の劣化を最小限とし、充放電サイクル特性のとても良い電池を作成することが出来る。また、SiOなどの金属酸化物を負極として用いて電池をつくる場合、可動させるリチウムイオンをあらかじめSiOに吸蔵させLixSiOy(x≧0、2>y>0)で表されるリチウム含有シリコン酸化物とする必要がある。この場合、リチウム含有量を多くすることにより、負極側の電位が下がり、充放電カーブが傾くことになる。また同時に高い電圧でも充電できるようになり、幅広い電圧範囲で充電可能となる。リチウムを多く入れすぎると充電時にリチウム金属が電極に以上析出してしまうためxは4.0≦x≦4.5の範囲が特に好ましい。このように、リチウムを接触または電気化学的にドープしたケイ素酸化物を、負極に用いても、電解質にイオン性液体が含まれることにより、200℃を超えるリフロー温度においても急激な反応が起こることがなくなった。 In particular, the use of a silicon oxide represented by SiOy (2> y> 0) such as SiO or Si as the negative electrode active material minimizes the deterioration of the negative electrode due to charge / discharge, and the battery has very good charge / discharge cycle characteristics. Can be created. In addition, when a battery is made using a metal oxide such as SiO as a negative electrode, a lithium-containing silicon oxide represented by LixSiOy (x ≧ 0, 2> y> 0) is prepared by previously storing movable lithium ions in SiO. There is a need to. In this case, by increasing the lithium content, the potential on the negative electrode side decreases, and the charge / discharge curve tilts. At the same time, it can be charged at a high voltage, and can be charged in a wide voltage range. When too much lithium is added, lithium metal is deposited on the electrode during charging, and therefore x is particularly preferably in the range of 4.0 ≦ x ≦ 4.5. In this way, even if silicon oxide that is contacted or electrochemically doped with lithium is used for the negative electrode, an ionic liquid is contained in the electrolyte, so that a rapid reaction occurs even at a reflow temperature exceeding 200 ° C. Is gone.
本発明は、正極活物質を選ぶものではなく、正極活物質として、チタン酸化物、リチウム含有チタン酸化物、モリブデン酸化物、マンガン酸化物、リチウム含有マンガン酸化物、リチウム含有コバルト酸化物、ニオブ酸化物、リチウム含有ニオブ酸化物等を用いることが出来る。 The present invention does not select a positive electrode active material, but as a positive electrode active material, titanium oxide, lithium-containing titanium oxide, molybdenum oxide, manganese oxide, lithium-containing manganese oxide, lithium-containing cobalt oxide, niobium oxide And lithium-containing niobium oxide can be used.
セパレーターとしては、大きなイオン透過度を持ち、所定の機械的強度を持ち絶縁性の膜が用いられる。セパレーターの孔径は、一般に電池用として用いられる範囲が用いられる。例えば、0.01〜10μmが用いられる。セパレーターの厚みは、一般に電池用の範囲で用いられる例えば、5〜300μmが用いられる。 As the separator, an insulating film having a large ion permeability and a predetermined mechanical strength is used. As the pore diameter of the separator, a range generally used for batteries is used. For example, 0.01 to 10 μm is used. The thickness of the separator is generally used in the battery range, for example, 5 to 300 μm is used.
ガスケットは通常ポリプロピレン等が用いられる。 As the gasket, polypropylene or the like is usually used.
リフローハンダ付けを行う場合は、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド、液晶ポリマー(LCP)、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂(PFA)、ポリエーテルエーテルケトン樹脂(PEEK)、ポリエーテルニトリル樹脂(PEN)、ポリエーテルケトン樹脂(PEK)、ポリアミドイミド、ポリアリレート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリシクロヘキサンジメチレンテレフタレート樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリアミノビスマレイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、フッ素樹脂がリフロー温度での破裂等がなく、しかもリフロー後の保存においてもガスケットの変形による漏液などの問題がなかった。 When performing reflow soldering, polyphenylene sulfide, polyethylene terephthalate, polyamide, liquid crystal polymer (LCP), tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer resin (PFA), polyether ether ketone resin (PEEK), polyether nitrile resin (PEN), polyetherketone resin (PEK), polyamideimide, polyarylate resin, polybutylene terephthalate resin, polycyclohexanedimethylene terephthalate resin, polyethersulfone resin, polyaminobismaleimide resin, polyetherimide resin, fluorine resin reflow There was no rupture at temperature, and there was no problem of leakage due to deformation of the gasket even during storage after reflow.
特に、熱変形温度が230℃以上の樹脂、ポリフェニレンサルファイド、液晶ポリマー(LCP)、ポリエーテルエーテルケトン樹脂(PEEK)、ポリエーテルニトリル樹脂(PEN)、ポリアミドイミド樹脂または、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂は、耐漏液性の点で優れていた。 In particular, resins having a heat distortion temperature of 230 ° C. or higher, polyphenylene sulfide, liquid crystal polymer (LCP), polyetheretherketone resin (PEEK), polyethernitrile resin (PEN), polyamideimide resin, or tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl The vinyl ether copolymer resin was excellent in terms of leakage resistance.
また、この材料に40重量%程度以下の添加量でガラス繊維、マイカウイスカー、セラミック微粉末、セラミックスウイスカー等を添加したものを用いることができる。特にチタン酸カリウムのウイスカーを用いたものは良好であった。 Moreover, what added glass fiber, my cow whisker, ceramic fine powder, ceramic whisker, etc. with the addition amount of about 40 weight% or less to this material can be used. In particular, those using potassium titanate whiskers were good.
ガスケットの製造方法としては、射出成型法、熱圧縮法等がある。 As a method for manufacturing the gasket, there are an injection molding method, a thermal compression method, and the like.
熱圧縮法は、成形品のガスケット形状よりも厚みの厚い板材を素材成形品として融点以下で熱圧縮成形を行い、最終成型品を得る方法である。 The thermal compression method is a method for obtaining a final molded product by performing thermal compression molding at a temperature equal to or lower than the melting point using a plate material having a thickness larger than the gasket shape of the molded product as a material molded product.
一般に素材成形品から融点以下の温度で、熱圧縮成形で成形された熱可塑性樹脂の成形品に温度を加えると、元の素材成形品の形状に戻ろうとする性質がある。これにより、本来であれば外缶及び内缶(金属)とガスケット(樹脂)の間に隙間ができる、あるいは缶とガスケットの間に封止に十分な応力が得られなくなるはずの非水電解質二次電池にこのガスケットを用いることで、熱処理(リフローはんだ付け等)によるガスケットの膨張で外缶及び缶(金属)とガスケット(樹脂)の間に隙間ができずあるいは缶とガスケットの間に封止に充分な応力が得られるようになる。 In general, when a temperature is applied to a thermoplastic resin molded product molded by hot compression molding at a temperature below the melting point from the material molded product, there is a property of returning to the shape of the original material molded product. As a result, a non-aqueous electrolyte is supposed to have a gap between the outer can and the inner can (metal) and the gasket (resin), or a stress sufficient for sealing cannot be obtained between the can and the gasket. By using this gasket for the next battery, there is no gap between the outer can and can (metal) and gasket (resin) due to expansion of the gasket due to heat treatment (reflow soldering, etc.) or sealing between the can and gasket. Sufficient stress can be obtained.
また、経時的に元の素材成形品の形状に戻ろうとする性質があり、リフローはんだ付け以外の電池においても効果がある。 Further, it has a property of returning to the shape of the original material molded product over time, and is effective in batteries other than reflow soldering.
特にテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂(PFA)を用いたガスケットにおいては、射出成形で作製したものより、シート状の材料を加熱加圧して作製する熱圧縮成形のものの方が、封口性が良好であった。これは、PFAがゴム弾性を有していることと、射出成型品はリフロー温度で収縮するのに対し熱圧縮成形品はリフロー温度で成形前のシートの厚さに戻ろうとするため、封口部分の内圧が上昇しより一層の封口気密が達成できるためである。 In particular, in a gasket using tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer resin (PFA), a heat compression molded one produced by heating and pressing a sheet-like material is more sealed than one produced by injection molding. The property was good. This is because the PFA has rubber elasticity, and the injection molded product shrinks at the reflow temperature, whereas the hot compression molded product tries to return to the thickness of the sheet before molding at the reflow temperature. This is because the internal pressure of the gas increases and further sealing and airtightness can be achieved.
一方、射出成形法はガスケットの成形方法としては最も一般的である。ただし、コストダウン等により成形精度を犠牲にする場合は、液体シール剤を用い気密を補うことが必須となる。 On the other hand, the injection molding method is the most common gasket molding method. However, when the molding accuracy is sacrificed due to cost reduction or the like, it is essential to supplement the airtightness using a liquid sealant.
コイン、ボタン電池の場合ガスケットと正・負極缶の間にアスファルトピッチ、ブチルゴム、フッ素系オイル、クロロスルホン化ポリエチレン、エポキシ樹脂等の1種または混合物の液体シール剤が用いられる。液体シール剤が透明の場合は着色して、塗布の有無を明確にすることも行われる。シール剤の塗布法としては、ガスケットへのシール剤の注入、正・負極缶への塗布、ガスケットのシール剤溶液へのディッピング等がある。 In the case of coins and button batteries, one or a mixture of liquid sealants such as asphalt pitch, butyl rubber, fluorinated oil, chlorosulfonated polyethylene, and epoxy resin is used between the gasket and the positive and negative electrode cans. When the liquid sealant is transparent, it is colored to clarify the presence or absence of application. Examples of the method for applying the sealant include injection of the sealant into the gasket, application to the positive / negative electrode can, and dipping of the gasket into the sealant solution.
電極形状は、電池の形状がコインやボタンの場合、正極活物質や負極活物質の合剤をペレットの形状に圧縮し用いられる。また、薄型のコインやボタンのときは、シート状に成形した電極を打ち抜いて用いてもよい。そのペレットの厚みや直径は電池の大きさにより決められる。 When the battery shape is a coin or a button, the electrode shape is used by compressing a mixture of a positive electrode active material and a negative electrode active material into a pellet shape. In the case of a thin coin or button, an electrode formed in a sheet shape may be punched out. The thickness and diameter of the pellet are determined by the size of the battery.
ペレットのプレス法は、一般に採用されている方法を用いることができるが、特に金型プレス法が好ましい。プレス圧は、特に限定されないが、0.2〜5t/cm2が好ましい。プレス温度は、室温〜200℃が好ましい。 As the pellet pressing method, a generally adopted method can be used, but a die pressing method is particularly preferable. The pressing pressure is not particularly limited, but is preferably 0.2 to 5 t / cm2. The pressing temperature is preferably room temperature to 200 ° C.
電極合剤には、導電剤や結着剤やフィラーなどを添加することができる。導電剤の種類は特に限定されず、金属粉末でもよいが、炭素系のものが特に好ましい。炭素材料はもっとも一般的で、天然黒鉛(鱗状黒鉛、鱗片状黒鉛、土状黒鉛など)、人工黒鉛、カーボンブラック、チャンネルブラック、サーマルブラック、ファーネスブラック、アセチレンブラック、炭素繊維等が使われる。また、金属では、銅、ニッケル、銀等の金属粉、金属繊維が用いられる。導電性高分子も使用される。 A conductive agent, a binder, a filler, or the like can be added to the electrode mixture. The kind of the conductive agent is not particularly limited and may be a metal powder, but a carbon-based one is particularly preferable. Carbon materials are the most common, and natural graphite (scale-like graphite, scale-like graphite, earth-like graphite, etc.), artificial graphite, carbon black, channel black, thermal black, furnace black, acetylene black, carbon fiber, etc. are used. As the metal, metal powder such as copper, nickel, silver, or metal fiber is used. Conductive polymers are also used.
炭素の添加量は、混合比は活物質の電気伝導度、電極形状等により異なり特に限定されないが、負極の場合1〜50重量%が好ましく、特に2〜40重量%が好ましい。 The amount of carbon added varies depending on the electrical conductivity of the active material, the electrode shape, etc., and is not particularly limited. However, in the case of the negative electrode, it is preferably 1 to 50% by weight, particularly preferably 2 to 40% by weight.
炭素の粒径は平均粒径で0.5〜50μmの範囲、好ましくは0.5〜15μmの範囲、より好ましくは0.5〜6μmの範囲にすると活物質間の接触性が良好になり、電子伝導のネットワーク形成が向上し、電気化学的な反応に関与しない活物質が減少する。 When the carbon particle size is in the range of 0.5 to 50 μm, preferably in the range of 0.5 to 15 μm, more preferably in the range of 0.5 to 6 μm, the contact between the active materials becomes good. Electron conduction network formation is improved, and active materials that are not involved in electrochemical reactions are reduced.
結着剤は、電解液に不溶のものが好ましい。
ポリアクリル酸およびポリアクリル酸中和物、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、でんぷん、ヒドロキシプロピルセルロース、再生セルロース、ジアセチルセルロース、ポリビニルクロリド、ポリビニルピロリドン、テトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン−ジエンポリマー(EPDM)、スルホン化EPDM、スチレンブタジエンゴム、ポリブタジエン、フッ素ゴム、ポリエチレンオキシド、ポリイミド、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などの多糖類、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、ゴム弾性を有するポリマーなどが1種またはこれらの混合物として用いられる。 結着剤の添加量は、1〜50重量%が好ましい。
The binder is preferably insoluble in the electrolytic solution.
Polyacrylic acid and neutralized polyacrylic acid, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose, starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, diacetylcellulose, polyvinylchloride, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene -Diene polymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butadiene rubber, polybutadiene, fluoro rubber, polyethylene oxide, polyimide, epoxy resin, phenol resin and other polysaccharides, thermoplastic resin, thermosetting resin, rubber elastic polymer, etc. Are used as one or a mixture thereof. The addition amount of the binder is preferably 1 to 50% by weight.
結着剤は水溶性のものを用いることにより、環境への負荷を減らすことができる。正極合剤の作製において、水溶性のポリアクリル酸およびポリアクリル酸中和物、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、でんぷん等を用いた場合は、Nb2O5が吸水してしまうため、正極合剤または正極合剤を成形したペレットを熱処理する必要がある。 By using a water-soluble binder, the burden on the environment can be reduced. In the preparation of the positive electrode mixture, when water-soluble polyacrylic acid and polyacrylic acid neutralized product, polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose, starch, etc. are used, Nb 2 O 5 absorbs water, It is necessary to heat-treat the pellet formed with the positive electrode mixture.
フィラーは、構成された電池において、化学変化を起こさない繊維状材料であれば何でも用いることができる。本発明の場合、炭素、ガラスなどの繊維が用いられる。フィラーの添加量は特に限定されないが、0〜30重量%が好ましい。 Any filler can be used as long as it is a fibrous material that does not cause a chemical change in the constructed battery. In the present invention, fibers such as carbon and glass are used. Although the addition amount of a filler is not specifically limited, 0 to 30 weight% is preferable.
電極活物質の集電体を兼ねる缶としては、電気抵抗の小さい金属板を用いることが望ましい。例えば、正極には、材料としてステンレス鋼、ニッケル、アルミニウム、チタン、タングステン、金、白金、焼成炭素などの他に、アルミニウムやステンレス鋼の表面にカーボン、ニッケル、チタンあるいは銀を処理させたものが用いられる。ステンレス鋼は二相ステンレスが腐食に対して有効である。コイン、ボタン電池の場合は電池の外部になる方にニッケルめっきすることが行われる。処理の方法としては、湿式めっき、乾式めっき、CVD、PVD、圧着によるクラッド化、塗布等がある。 It is desirable to use a metal plate having a low electrical resistance as a can that also serves as a current collector for the electrode active material. For example, in addition to stainless steel, nickel, aluminum, titanium, tungsten, gold, platinum, baked carbon, etc., the positive electrode has a surface of aluminum or stainless steel treated with carbon, nickel, titanium or silver. Used. As for stainless steel, duplex stainless steel is effective against corrosion. In the case of a coin or button battery, nickel plating is performed on the outside of the battery. Examples of the treatment method include wet plating, dry plating, CVD, PVD, clad formation by pressure bonding, coating, and the like.
負極缶には、材料としてステンレス鋼、ニッケル、銅、チタン、アルミニウム、タングステン、金、白金、焼成炭素などの他に、銅やステンレス鋼の表面にカーボン、ニッケル、チタンあるいは銀を処理させたもの、Al−Cd合金などが用いられる。処理の方法としては、湿式めっき、乾式めっき、CVD、PVD、圧着によるクラッド化、塗布等がある。 In addition to stainless steel, nickel, copper, titanium, aluminum, tungsten, gold, platinum, calcined carbon, etc., the negative electrode can has carbon, nickel, titanium or silver treated on the surface of copper or stainless steel. Al-Cd alloy or the like is used. Examples of the treatment method include wet plating, dry plating, CVD, PVD, clad formation by pressure bonding, coating, and the like.
電極活物質と集電体の缶を導電性の接着剤により固定することも可能である。導電性の接着剤としては、溶剤に溶かした樹脂に炭素や金属の粉末や繊維を添加したものや導電性高分子を溶解したもの等が用いられる。 It is also possible to fix the electrode active material and the current collector can with a conductive adhesive. As the conductive adhesive, a resin in which carbon or metal powder or fiber is added to a resin dissolved in a solvent, or a conductive polymer dissolved therein is used.
ペレット状の電極の場合は、集電体と電極ペレットの間に塗布し電極を固定する。この場合の導電性接着剤には熱硬化型の樹脂が含まれる場合が多い。 In the case of a pellet-shaped electrode, the electrode is fixed by applying between the current collector and the electrode pellet. The conductive adhesive in this case often includes a thermosetting resin.
本発明の非水電解質二次電池の用途には、特に限定されないが、例えば、携帯電話、ページャー等のバックアップ電源に最適である。 The application of the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is not particularly limited, but is optimal for backup power supplies such as mobile phones and pagers.
本発明の電池は除湿雰囲気または、不活性ガス雰囲気で組み立てることが望ましい。また、組み立てる部品も事前に乾燥するとこが好ましい。ペレットやシートおよびその他の部品の乾燥又は脱水方法としては、熱風、真空、赤外線、遠赤外線、電子線及び低湿風を単独あるいは組み合わせて用いることが好ましい。温度は80〜350℃の範囲が好ましく、特に100〜300℃の範囲が好ましい。含水量は、電池全体で2000ppm以下が好ましく、正極合剤、負極合剤や電解質ではそれぞれ50ppm以下にすることが充放電サイクル性向上の点で好ましい。 The battery of the present invention is preferably assembled in a dehumidified atmosphere or an inert gas atmosphere. Moreover, it is preferable that the parts to be assembled are also dried in advance. As a method for drying or dehydrating pellets, sheets and other parts, it is preferable to use hot air, vacuum, infrared rays, far infrared rays, electron beams and low-humidity air alone or in combination. The temperature is preferably in the range of 80 to 350 ° C, particularly preferably in the range of 100 to 300 ° C. The water content is preferably 2000 ppm or less for the entire battery, and preferably 50 ppm or less for each of the positive electrode mixture, the negative electrode mixture and the electrolyte from the viewpoint of improving charge / discharge cycle performance.
101 正極
102 正極ケース
103 負極
104 負極ケース
105 リチウムホイル
106 セパレータ
107 ガスケット
108 電解液
101 Positive electrode 102 Positive electrode case 103 Negative electrode 104 Negative electrode case 105 Lithium foil 106 Separator 107 Gasket 108 Electrolyte
Claims (9)
前記ガスケットは、熱変形温度が230℃以上の樹脂からなり、
前記非水溶媒は、常圧での沸点が200℃以上であり、
前記負極が、SiOy(2>y>0)で表されるケイ素の酸化物または、Si、WO 2 、WO 3 およびLi−Al合金から選ばれる活物質を一種類以上含む負極からなり、
前記電解液は、イオン性液体が電解液に対して5〜40重量%の割合で添加され、かつ、前記電解液は前記正極及び前記負極に含浸されていることを特徴とする非水電解質二次電池。 A non-aqueous secondary battery capable of reflow soldering comprising a positive electrode, a negative electrode, a gasket, a separator separating the positive electrode and the negative electrode, and an electrolyte containing a non-aqueous solvent and a supporting salt,
The gasket is made of a resin having a heat deformation temperature of 230 ° C. or higher ,
The non-aqueous solvent has a boiling point of 200 ° C. or higher at normal pressure,
The negative electrode comprises a silicon oxide represented by SiOy (2>y> 0) or a negative electrode containing one or more active materials selected from Si, WO 2 , WO 3 and a Li—Al alloy,
The electrolyte solution is characterized in that an ionic liquid is added in a ratio of 5 to 40% by weight with respect to the electrolyte solution, and the electrolyte solution is impregnated in the positive electrode and the negative electrode. Next battery.
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