JP4951933B2 - Electrolyte for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery - Google Patents
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Description
本発明は、正極および負極と共に電解質を備えたリチウムイオン二次電池、およびそれに用いられるリチウムイオン二次電池用電解質に関する。 The present invention is a lithium ion secondary battery example Bei a cathode, an anode, and a lithium ion secondary cell electrolyte used therein.
近年、カメラ一体型VTR(ビデオテープレコーダ),デジタルスチルカメラ,携帯電話,携帯情報端末あるいはノート型コンピュータ等のポータブル電子機器が多く登場し、その小型軽量化が図られている。それに伴い、電子機器のポータブル電源として、電池、特に二次電池について、エネルギー密度を向上させるための研究開発が活発に進められている。中でも、負極に炭素材料を用い、正極にリチウムと遷移金属との複合材料を用い、電解液に炭酸エステルを用いたリチウムイオン二次電池は、従来の鉛電池およびニッケルカドミウム電池と比較して大きなエネルギー密度が得られるため広く実用化されている。 In recent years, many portable electronic devices such as a camera-integrated VTR (video tape recorder), a digital still camera, a mobile phone, a portable information terminal, or a notebook computer have appeared, and their size and weight have been reduced. Accordingly, as a portable power source for electronic devices, research and development for improving the energy density of batteries, particularly secondary batteries, are being actively promoted. Among these, lithium ion secondary batteries using a carbon material for the negative electrode, a composite material of lithium and a transition metal for the positive electrode, and a carbonate ester for the electrolytic solution are larger than conventional lead batteries and nickel cadmium batteries. Since energy density can be obtained, it is widely used.
また最近では、携帯用電子機器の高性能化に伴い、更なる容量の向上が求められており、負極活物質として炭素材料に代えてスズ(Sn)あるいはケイ素(Si)などを用いることが検討されている。スズの理論容量は994mAh/g、ケイ素の理論容量は4199mAh/gと、黒鉛の理論容量の372mAh/gに比べて格段に大きく、容量の向上を期待できるからである。特に、スズあるいはケイ素の薄膜を集電体上に形成した負極は、リチウムの吸蔵および放出によっても、負極活物質の微粉化が抑制され、比較的大きな放電容量を保持できることが報告されている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、リチウムを吸蔵したスズ合金あるいはケイ素合金は活性が高いので、電解質に、例えば、高誘電率溶媒である環状の炭酸エステルと、低粘度溶媒である鎖式炭酸エステルとを用いると、特に鎖式炭酸エステルが分解されてしまい、しかもリチウムが不活性化されてしまうという問題があった。また、充放電の繰り返しに伴う負極活物質の微粉化抑制の効果は未だ十分ではなく、これにより充放電効率が低下してしまい、十分なサイクル特性を得ることができなかった。 However, since tin alloys or silicon alloys that occlude lithium have high activity, it is particularly difficult to use a cyclic carbonate, which is a high dielectric constant solvent, and a chain carbonate, which is a low viscosity solvent, as the electrolyte. There was a problem that the formula carbonic acid ester was decomposed and lithium was inactivated. In addition, the effect of suppressing the pulverization of the negative electrode active material due to repeated charge / discharge is not yet sufficient, and as a result, the charge / discharge efficiency is lowered, and sufficient cycle characteristics cannot be obtained.
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、サイクル特性を向上させることができるリチウムイオン二次電池用電解質およびそれを用いた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 such problems, and an object thereof is to provide an electrolyte for a lithium ion secondary battery that can improve cycle characteristics and a lithium ion secondary battery using the same.
本発明のリチウムイオン二次電池用電解質は、化1に示した鎖式炭酸エステル誘導体および化2に示した鎖式カルボン酸エステル誘導体からなる群のうちの少なくとも1種を含む溶媒を含有するものである。
An electrolyte for a lithium ion secondary battery according to the present invention contains a solvent containing at least one member selected from the group consisting of a chain carbonate derivative shown in
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質を備え、電解質は、上記した鎖式炭酸エステル誘導体および鎖式カルボン酸エステル誘導体からなる群のうちの少なくとも1種を含む溶媒を含有するものである。 The lithium ion secondary battery of the present invention includes an electrolyte together with a positive electrode and a negative electrode, and the electrolyte contains a solvent containing at least one member selected from the group consisting of the chain carbonate ester derivative and the chain carboxylate derivative. Is.
本発明のリチウムイオン二次電池用電解質およびリチウムイオン二次電池によれば、電解質が上記した鎖式炭酸エステル誘導体および鎖式カルボン酸エステル誘導体からなる群のうちの少なくとも1種を含むようにしたので、負極における溶媒の分解反応を抑制することができ、サイクル特性を向上させることができる。 According to the lithium ion secondary battery electrolyte and lithium ion secondary battery of the present invention, the electrolyte includes at least one of the group consisting of the above-described chain carbonate ester derivative and chain carboxylate ester derivative . Therefore, the decomposition reaction of the solvent in the negative electrode can be suppressed, and the cycle characteristics can be improved.
また、ハロゲン原子を有する環状の炭酸エステル誘導体を含むようにすれば、溶媒の分解反応をより抑制することができ、サイクル特性をより向上させることができる。 If a cyclic carbonate derivative having a halogen atom is included, the decomposition reaction of the solvent can be further suppressed, and the cycle characteristics can be further improved.
特に、負極が、リチウムイオンを吸蔵および放出することが可能であり、構成元素として金属元素および半金属元素のうちの少なくとも1種を含む負極材料を含有する場合、または、ケイ素およびスズのうちの少なくとも1種を構成元素として含む材料を含有する場合において、高い効果を得ることができる。 In particular, when the negative electrode is capable of inserting and extracting lithium ions and contains a negative electrode material containing at least one of a metal element and a metalloid element as a constituent element, or of silicon and tin In the case where a material containing at least one kind as a constituent element is contained, a high effect can be obtained.
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.
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の一実施の形態に係る二次電池の断面構造を表すものである。この二次電池は、負極の容量が、電極反応物質であるリチウムの吸蔵および放出による容量成分により表される、いわゆるリチウムイオン二次電池である。この二次電池は、いわゆる円筒型といわれるものであり、ほぼ中空円柱状の電池缶11の内部に、一対の帯状の正極21と負極22とがセパレータ23を介して積層し巻回された巻回電極体20を有している。電池缶11は、例えばニッケル(Ni)のめっきがされた鉄(Fe)により構成されており、一端部が閉鎖され他端部が開放されている。電池缶11の内部には、巻回電極体20を挟むように巻回周面に対して垂直に一対の絶縁板12,13がそれぞれ配置されている。
(First embodiment)
FIG. 1 shows a cross-sectional structure of a secondary battery according to an embodiment of the present invention. This secondary battery is a so-called lithium ion secondary battery in which the capacity of the negative electrode is represented by a capacity component due to insertion and extraction of lithium as an electrode reactant. This secondary battery is a so-called cylindrical type, in which a pair of strip-like
電池缶11の開放端部には、電池蓋14と、この電池蓋14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を介してかしめられることにより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と同様の材料により構成されている。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おり、内部短絡あるいは外部からの加熱などにより電池の内圧が一定以上となった場合にディスク板15Aが反転して電池蓋14と巻回電極体20との電気的接続を切断するようになっている。熱感抵抗素子16は、温度が上昇すると抵抗値の増大により電流を制限し、大電流によ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、絶縁材料により構成されており、表面にはアスファルトが塗布されている。
At the open end of the battery can 11, a
巻回電極体20の中心には、例えば、センターピン24が挿入されている。巻回電極体20の正極21にはアルミニウム(Al)などよりなる正極リード25が接続されており、負極22にはニッケルなどよりなる負極リード26が接続されている。正極リード25は安全弁機構15に溶接されることにより電池蓋14と電気的に接続されており、負極リード26は電池缶11に溶接され電気的に接続されている。
For example, a center pin 24 is 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すものである。正極21は、例えば、対向する一対の面を有する正極集電体21Aと、正極集電体21Aの両面あるいは片面に設けられた正極活物質層21Bとを有している。正極集電体21Aは、例えば、アルミニウム箔,ニッケル箔あるいはステンレス箔などの金属箔により構成されている。正極活物質層21Bは、例えば、正極活物質として、電極反応物質であるリチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料を含んで構成されている。
FIG. 2 shows an enlarged part of the spirally
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、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、あるいはこれらを含む固溶体(Li(Nix Coy Mnz )O2 ))(x,yおよびzの値は0<x<1,0<y<1,0<z<1,x+y+z=1である。)、あるいはマンガンスピネル(LiMn2 O4 )などのリチウム複合酸化物、またはリン酸鉄リチウム(LiFePO4 )などのオリビン構造を有するリン酸化合物が好ましい。高いエネルギー密度を得ることができるからである。また、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、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、二硫化鉄,二硫化チタンあるいは硫化モリブデンなどの二硫化物、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。正極材料は1種を単独で用いてもよいが、2種以上を混合して用いてもよい。 As a cathode material capable of inserting and extracting lithium, for example, lithium cobalt oxide, a solid solution containing lithium nickelate, or these (Li (Ni x Co y Mn z) O 2)) (x, y and z Of 0 <x <1, 0 <y <1, 0 <z <1, x + y + z = 1), or lithium composite oxide such as manganese spinel (LiMn 2 O 4 ), or lithium iron phosphate A phosphate compound having an olivine structure such as (LiFePO 4 ) is preferred. This is because a high energy density can be obtained. Examples of positive electrode materials capable of inserting and extracting lithium include oxides such as titanium oxide, vanadium oxide and manganese dioxide, disulfides such as iron disulfide, titanium disulfide and molybdenum sulfide, polyaniline or Examples also include conductive polymers such as polythiophene. As the positive electrode material, one kind may be used alone, or two or more kinds may be mixed and used.
正極活物質層21Bは、また、例えば導電剤を含んでおり、必要に応じて更に結着剤を含んでいてもよい。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、そのうちの1種または2種以上が混合して用いられる。また、炭素材料の他にも、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材料などを用いるようにしてもよい。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ゴムなどの合成ゴム、またはポリフッ化ビニリデンなどの高分子材料が挙げられ、そのうちの1種または2種以上が混合して用いられる。例えば、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、結着剤として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。
The positive electrode active material layer 21B also contains, for example, a conductive agent, and may further contain a binder as necessary. Examples of the conductive agent include carbon materials such as graphite, carbon black, and ketjen black, and one or more of them are used in combination. In addition to the carbon material, a metal material or a conductive polymer material may be used as long as it is a conductive material. Examples of the binder include synthetic rubbers such as styrene butadiene rubber, fluorine rubber or ethylene propylene diene rubber, or polymer materials such as polyvinylidene fluoride, and one or more of them are mixed. Used. For example, when the
負極22は、例えば、対向する一対の面を有する負極集電体22Aと、負極集電体22Aの両面あるいは片面に設けられた負極活物質層22Bとを有している。
The
負極集電体22Aは、リチウムと金属間化合物を形成しない金属元素の少なくとも1種を含む金属材料により構成されていることが好ましい。リチウムと金属間化合物を形成すると、充放電に伴い膨張および収縮し、構造破壊が起こって、集電性が低下する他、負極活物質層22Bを支える能力が小さくなるからである。リチウムと金属間化合物を形成しない金属元素としては、例えば、銅(Cu),ニッケル,チタン(Ti),鉄あるいはクロム(Cr)が挙げられる。
The anode
負極活物質層22Bは、例えば、負極活物質として、電極反応物質である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含んで構成されており、必要に応じてポリフッ化ビニリデンなどの結着剤および導電剤などの他の材料を含んでいてもよい。
The negative electrode
なお、この二次電池では、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が、正極21の充電容量よりも大きくなっており、充電の途中において負極22にリチウム金属が析出しないようになっている。
In this secondary battery, the charge capacity of the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium is larger than the charge capacity of the
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、リチウムを吸蔵および放出することが可能であり、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含む材料が挙げられる。このような負極材料を用いれば、高いエネルギー密度を得ることができるからである。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。なお、本発明において、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、非金属元素を含んでいてもよい。その組織には固溶体,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。 As a negative electrode material capable of inserting and extracting lithium, a material which can store and release lithium and includes at least one of a metal element and a metalloid element as a constituent element can be given. This is because a high energy density can be obtained by using such a negative electrode material. The negative electrode material may be a single element, alloy or compound of a metal element or metalloid element, or may have at least a part of one or more of these phases. In the present invention, alloys include those containing one or more metal elements and one or more metalloid elements in addition to those composed of two or more metal elements. Moreover, the nonmetallic element may be included. There are structures in which a solid solution, a eutectic (eutectic mixture), an intermetallic compound, or two or more of them coexist.
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可能なマグネシウム(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,ゲルマニウム(Ge),スズ,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)が挙げられる。これらは結晶質のものでもアモルファスのものでもよい。 Examples of the metal element or metalloid element constituting the negative electrode material include magnesium (Mg), boron (B), aluminum, gallium (Ga), indium (In), silicon, germanium (which can form an alloy with lithium ( Ge), tin, lead (Pb), bismuth (Bi), cadmium (Cd), silver (Ag), zinc (Zn), hafnium (Hf), zirconium (Zr), yttrium (Y), palladium (Pd) or Platinum (Pt) is mentioned. These may be crystalline or amorphous.
中でも、この負極材料としては、短周期型周期表における4B族の金属元素あるいは半金属元素を構成元素として含むものが好ましく、特に好ましいのはケイ素およびスズの少なくとも一方を構成元素として含むものである。ケイ素およびスズは、リチウムを吸蔵および放出する能力が大きく、高いエネルギー密度を得ることができるからである。 Among these, as the negative electrode material, a material containing a 4B group metal element or a semimetal element in the short-period type periodic table as a constituent element is preferable, and at least one of silicon and tin is particularly preferable as a constituent element. This is because silicon and tin have a large ability to occlude and release lithium, and a high energy density can be obtained.
また、この負極材料としては、スズと、コバルトと、炭素と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%以下であり、かつスズとコバルトと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%以下であるSnCoC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を得ることができると共に、優れたサイクル特性を得ることができるからである。 Moreover, as this negative electrode material, tin, cobalt, and carbon are included as constituent elements, the carbon content is 9.9 mass% or more and 29.7 mass% or less, and the total of tin and cobalt is A SnCoC-containing material having a cobalt ratio Co / (Sn + Co) of 30% by mass to 70% by mass is preferable. This is because a high energy density can be obtained in such a composition range, and excellent cycle characteristics can be obtained.
このSnCoC含有材料は、必要に応じて更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(Ge),チタン,モリブデン,アルミニウム,リン,ガリウムまたはビスマスが好ましく、2種以上を含んでいてもよい。容量またはサイクル特性を更に向上させることができるからである。 This SnCoC-containing material may further contain other constituent elements as necessary. As other constituent elements, for example, silicon, iron, nickel, chromium, indium, niobium, germanium (Ge), titanium, molybdenum, aluminum, phosphorus, gallium, or bismuth is preferable, and two or more kinds may be included. This is because the capacity or cycle characteristics can be further improved.
なお、このSnCoC含有材料は、スズと、コバルトと、炭素とを含む相を有しており、この相は結晶性の低いまたは非晶質な構造を有していることが好ましい。また、このSnCoC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または半金属元素と結合していることが好ましい。サイクル特性の低下はスズなどが凝集あるいは結晶化することによるものであると考えられるが、炭素が他の元素と結合することにより、そのような凝集あるいは結晶化を抑制することができるからである。 This SnCoC-containing material has a phase containing tin, cobalt, and carbon, and this phase preferably has a low crystallinity or an amorphous structure. In this SnCoC-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. The decrease in cycle characteristics is thought to be due to the aggregation or crystallization of tin or the like, but this is because such aggregation or crystallization can be suppressed by combining carbon with other elements. .
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。XPSでは、炭素の1s軌道(C1s)のピークは、グラファイトであれば、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、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また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、SnCoC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、SnCoC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または半金属元素と結合している。 As a measuring method for examining the bonding state of elements, for example, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) can be cited. In XPS, the peak of the carbon 1s orbital (C1s) appears at 284.5 eV in an energy calibrated apparatus so that the peak of the gold atom 4f orbital (Au4f) is obtained at 84.0 eV if it is 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 increases, for example, when carbon is bonded to a metal element or a metalloid element, the C1s peak appears in a region lower than 284.5 eV. That is, when the peak of the synthetic wave of C1s obtained for the SnCoC-containing material appears in a region lower than 284.5 eV, at least a part of the carbon contained in the SnCoC-containing material is a metal element or a half of other constituent elements. Combined with metal elements.
なお、XPS測定では、スペクトルのエネルギー軸の補正に、例えば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測定では、C1sのピークの波形は、表面汚染炭素のピークとSnCoC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、SnCoC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 measurement, for example, the C1s peak 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, which is used as an energy standard. In the XPS measurement, the waveform of the C1s peak is obtained as a shape including the surface contamination carbon peak and the carbon peak in the SnCoC-containing material. Therefore, by analyzing using, for example, commercially available software, the surface contamination The carbon peak and the carbon peak in the SnCoC-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).
このSnCoC含有材料は、例えば各構成元素の原料を混合して電気炉,高周波誘導炉あるいはアーク溶解炉などにより溶解しその後凝固することにより、また、ガスアトマイズあるいは水アトマイズなどの各種アトマイズ法、各種ロール法、またはメカニカルアロイング法あるいはメカニカルミリング法などのメカノケミカル反応を利用した方法により製造することができる。中でも、メカノケミカル反応を利用した方法により製造することが好ましい。SnCoC含有材料を低結晶化あるいは非晶質な構造とすることができるからである。この方法には、例えば、遊星ボールミル装置やアトライター等の製造装置を用いることができる。 This SnCoC-containing material is prepared by, for example, mixing raw materials of various constituent elements, melting them in an electric furnace, a high-frequency induction furnace, an arc melting furnace or the like, and then solidifying them. Various atomization methods such as gas atomization or water atomization, various rolls Or a method using a mechanochemical reaction such as a mechanical alloying method or a mechanical milling method. Especially, it is preferable to manufacture by the method using a mechanochemical reaction. This is because the SnCoC-containing material can have a low crystallinity or an amorphous structure. In this method, for example, a production apparatus such as a planetary ball mill apparatus or an attritor can be used.
なお、負極材料としては、リチウムを吸蔵および放出することが可能な炭素材料を用いてもよく、また、これらの炭素材料と、上述した負極材料とを共に用いるようにしてもよい。炭素材料は、充放電時に生じる結晶構造の変化が非常に少なく、例えば上述した負極材料と共に用いるようにすればようにすれば、高エネルギー密度を得ることができると共に、優れたサイクル特性を得ることができ、更に導電剤としても機能するので好ましい。 As the negative electrode material, a carbon material capable of inserting and extracting lithium may be used, and these carbon materials and the negative electrode material described above may be used together. The carbon material has very little change in the crystal structure that occurs during charging and discharging. For example, if used together with the negative electrode material described above, a high energy density can be obtained and excellent cycle characteristics can be obtained. This is preferable because it can function as a conductive agent.
このような炭素材料としては、難黒鉛化炭素,易黒鉛化炭素,黒鉛,熱分解炭素類,コークス類,ガラス状炭素類,有機高分子化合物焼成体,活性炭およびカーボンブラックなどの炭素材料のいずれか1種または2種以上を用いることができる。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いうのは、フェノール樹脂やフラン樹脂などの高分子化合物を適当な温度で焼成して炭素化したものをいう。 Examples of such carbon materials include non-graphitizable carbon, graphitizable carbon, graphite, pyrolytic carbons, cokes, glassy carbons, organic polymer compound fired bodies, activated carbon, and carbon black. 1 type (s) or 2 or more types can be used. Among these, cokes include pitch coke, needle coke, and petroleum coke. Organic polymer compound fired bodies are carbonized by firing polymer compounds such as phenol resin and furan resin at an appropriate temperature. What you did.
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よりなる合成樹脂製の多孔質膜、またはセラミック製の多硬質膜により構成されており、これらの2種以上の多孔質膜を積層した構造とされていてもよい。
The
セパレータ23には、例えば液状の電解質である電解液が含浸されている。電解液は、例えば、溶媒と、溶媒に溶解された電解質塩とを含んでいる。
For example, the
溶媒には、比誘電率が30以上の高誘電率溶媒と、粘度が1mPa・s以下の低粘度溶媒とを混合して用いることが好ましい。これにより高いイオン伝導性を得ることができるからである。 As the solvent, it is preferable to use a mixture of a high dielectric constant solvent having a relative dielectric constant of 30 or more and a low viscosity solvent having a viscosity of 1 mPa · s or less. This is because high ion conductivity can be obtained.
高誘電率溶媒としては、例えば、炭酸エチレン,炭酸プロピレン、あるいは炭酸ブチレンなどの環状の炭酸エステル、またはこれらの少なくとも一部の水素をハロゲンで置換したハロゲン原子を有する環状の炭酸エステル誘導体が挙げられる。中でも、ハロゲン原子を有する環状の炭酸エステル誘導体が好ましい。溶媒の分解反応を抑制する効果が高いからである。ハロゲン原子を有する環状の炭酸エステル誘導体について具体的に例を挙げれば、化3(1)に示した4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、化3(2)に示した4−クロロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、化3(3)に示した4−フルオロ−4−メチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、化3(4)に示したトランス−4−フルオロ−5−メチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、化3(5)に示したシス−4−フルオロ−5−メチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、化3(6)に示した4−トリフルオロメチル−1,3−ジオキソラン−2−オンなどが挙げられ、中でも、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンが好ましい。より高い効果を得ることができるからである。 Examples of the high dielectric constant solvent include cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, and butylene carbonate, or cyclic carbonate derivatives having a halogen atom obtained by substituting at least a part of hydrogen with a halogen. . Among these, a cyclic carbonate derivative having a halogen atom is preferable. This is because the effect of suppressing the decomposition reaction of the solvent is high. Specific examples of the cyclic carbonate derivative having a halogen atom include 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one shown in Chemical Formula 3 (1), and 4- Chloro-1,3-dioxolan-2-one, 4-fluoro-4-methyl-1,3-dioxolan-2-one shown in Chemical formula 3 (3), trans-4-shown in Chemical formula 3 (4) Fluoro-5-methyl-1,3-dioxolan-2-one, cis-4-fluoro-5-methyl-1,3-dioxolan-2-one shown in Chemical formula 3 (5), Chemical formula 3 (6) 4-trifluoromethyl-1,3-dioxolan-2-one and the like shown can be mentioned, among which 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one is preferable. This is because a higher effect can be obtained.
高誘電率溶媒としては、また、1,3−ジオキソール−2−オン,あるいは4−ビニル−1,3−ジオキソラン−2−オンなどの不飽和化合物の環状の炭酸エステルが好ましく挙げられ、中でも1,3−ジオキソール−2−オンがより好ましい。溶媒の分解反応を抑制することができるからである。 Preferred examples of the high dielectric constant solvent include cyclic carbonates of unsaturated compounds such as 1,3-dioxol-2-one or 4-vinyl-1,3-dioxolan-2-one. , 3-dioxol-2-one is more preferred. This is because the decomposition reaction of the solvent can be suppressed.
高誘電率溶媒としては、更にまた、例えば、γ−ブチロラクトンあるいはγ−バレロラクトンなどのラクトン、N−メチルピロリドンなどのラクタム、N−メチルオキサゾリジノンなどの環状のカルバミン酸エステル、またはテトラメチレンスルホンなどのスルホン化合物も挙げられる。高誘電率溶媒は1種を単独で用いてもよいし、2種以上を混合して用いてもよい。 Examples of the high dielectric constant solvent further include lactones such as γ-butyrolactone and γ-valerolactone, lactams such as N-methylpyrrolidone, cyclic carbamates such as N-methyloxazolidinone, and tetramethylene sulfone. A sulfone compound is also mentioned. A high dielectric constant solvent may be used individually by 1 type, and 2 or more types may be mixed and used for it.
低粘度溶媒としては、化4に示した構造を有する化合物を用いることが好ましい。ハロゲン原子が電子吸引力を有しているので、負極22において、構造中のC−O−C結合が解烈し難くなると考えられるからである。特に、負極22に、リチウムを吸蔵および放出することが可能であり、構成元素として金属元素および半金属元素のうちの少なくとも1種を含む負極材料を含有する場合には、負極22における溶媒の分解を抑制する効果が高いので好ましい。
As the low viscosity solvent, it is preferable to use a compound having the structure shown in Chemical formula 4. This is because it is considered that the C—O—C bond in the structure is not easily broken in the
このような構造を有する化合物としては、例えば、化5に示した鎖式炭酸エステル誘導体、あるいは化6に示した鎖式カルボン酸エステル誘導体が挙げられる。それらは1種を単独で用いてもよいが、2種以上を混合して用いてもよく、鎖式炭酸エステル誘導体と鎖式カルボン酸エステル誘導体とを混合して用いてもよい。
Examples of the compound having such a structure include a chain carbonate ester derivative shown in
化5に示した鎖式炭酸エステル誘導体としては、例えば、X1をフッ素としたものであれば、化7に示したフッ素化炭酸ジメチルが好ましい。溶媒の分解を抑制する効果が高いからである。
As the chain carbonic acid ester derivative shown in
このようなフッ素化炭酸ジメチルについて具体的に例を挙げれば、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)メチルなどがある。フッ素化炭酸ジメチルは1種を単独で用いてもよく、複数種を混合して用いてよい。 Specific examples of such fluorinated dimethyl carbonate include (fluoromethyl) methyl carbonate, bisfluoromethyl carbonate, and (difluoromethyl) methyl carbonate. One kind of fluorinated dimethyl carbonate may be used alone, or a plurality of kinds may be mixed and used.
溶媒における化7に示したフッ素化炭酸ジメチルの含有量は、5質量%以上30質量%以下であることが好ましい。この範囲内でより高い効果を得ることができるからである。 The content of fluorinated dimethyl carbonate shown in Chemical Formula 7 in the solvent is preferably 5% by mass or more and 30% by mass or less. This is because a higher effect can be obtained within this range.
X1をフッ素とした化5に示した鎖式炭酸エステル誘導体としては、これらのフッ素化炭酸ジメチルの他にも、炭酸(フルオロメチル)エチル,炭酸(フルオロメチル)プロピル,炭酸(フルオロメチル)イソプロピル,炭酸(1−フルオロエチル)メチル,炭酸(1−フルオロエチル)エチル,炭酸(1−フルオロエチル)プロピル,炭酸(1−フルオロエチル)イソプロピル,炭酸ジ(1−フルオロエチル),炭酸(1−フルオロプロピル)メチル,炭酸(1−フルオロプロピル)エチル,炭酸(1−フルオロプロピル)プロピル,炭酸(1−フルオロプロピル)イソプロピル,炭酸ジ(1−フルオロプロピル),炭酸(2−フルオロ−2−プロピル)メチル,炭酸(2−フルオロ−2−プロピル)エチル,炭酸(2−フルオロ−2−プロピル)プロピル,炭酸(2−フルオロ−2−プロピル)イソプロピル,あるいは炭酸ジ(2−フルオロ−2−プロピル)などの鎖式炭酸フッ素化エステルも挙げられる。
In addition to these fluorinated dimethyl carbonates, the chain carbonic acid ester derivatives shown in
X1を塩素とした化5に示した鎖式炭酸エステル誘導体について具体的に例を挙げれば、炭酸(クロロメチル)メチル,炭酸(クロロメチル)エチル,炭酸(クロロメチル)プロピル,炭酸(クロロメチル)イソプロピル,炭酸ジ(クロロメチル),炭酸(1−クロロエチル)メチル,炭酸(1−クロロエチル)エチル,炭酸(1−クロロエチル)プロピル,炭酸(1−クロロエチル)イソプロピル,炭酸ジ(1−クロロエチル),炭酸(1−クロロプロピル)メチル,炭酸(1−クロロプロピル)エチル,炭酸(1−クロロプロピル)プロピル,炭酸(1−クロロプロピル)イソプロピル,炭酸ジ(1−クロロプロピル),炭酸(2−クロロ−2−プロピル)メチル,炭酸(2−クロロ−2−プロピル)エチル,炭酸(2−クロロ−2−プロピル)プロピル,炭酸(2−クロロ−2−プロピル)イソプロピル,あるいは炭酸ジ(2−クロロ−2−プロピル)などの鎖式炭酸塩素化エステルなどがある。
Specific examples of the chain carbonic acid ester derivatives represented by
化5に示した鎖式炭酸エステル誘導体としては、分岐構造を有する化合物が好ましい。負極22における溶媒の分解反応を抑制する効果が高いからである。
As the chain carbonate derivative shown in
化6に示した鎖式カルボン酸エステル誘導体について具体的に例を挙げれば、酢酸フルオロメチル,酢酸1−フルオロエチル,酢酸1−フルオロプロピル,酢酸2−フルオロ−2−プロピル,プロピオン酸フルオロメチル,プロピオン酸1−フルオロエチル,プロピオン酸1−フルオロプロピル,プロピオン酸2−フルオロ−2−プロピル,酪酸フルオロメチル,酪酸1−フルオロエチル,イソ酪酸フルオロメチル,イソ酪酸1−フルオロエチル,ピバリン酸フルオロメチル,ピバリン酸1−フルオロエチル,トリフルオロ酢酸フルオロメチル,トリフルオロ酢酸1−フルオロエチル,トリフルオロ酢酸1−フルオロプロピル,あるいはトリフルオロ酢酸2−フルオロ−2−プロピルなどのカルボン酸フッ素化エステル、酢酸クロロメチル,酢酸1−クロロエチル,酢酸1−クロロプロピル,酢酸2−クロロ−2−プロピル,プロピオン酸クロロメチル,プロピオン酸1−クロロエチル,プロピオン酸1−クロロプロピル,プロピオン酸2−クロロ−2−プロピル,酪酸クロロメチル,酪酸1−クロロエチル,イソ酪酸クロロメチル,イソ酪酸1−クロロエチル,ピバリン酸クロロメチル,ピバリン酸1−クロロエチル,トリフルオロ酢酸クロロメチル,トリフルオロ酢酸1−クロロエチル,トリフルオロ酢酸1−クロロプロピル,あるいはトリフルオロ酢酸2−クロロ−2−プロピルなどのカルボン酸塩素化エステルなどがある。中でも、分岐構造を有する化合物が好ましい。負極22における溶媒の分解反応を抑制する効果が高いからである。
Specific examples of the chain carboxylic acid ester derivative shown in Chemical formula 6 include fluoromethyl acetate, 1-fluoroethyl acetate, 1-fluoropropyl acetate, 2-fluoro-2-propyl acetate, fluoromethyl propionate, 1-fluoroethyl propionate, 1-fluoropropyl propionate, 2-fluoro-2-propyl propionate, fluoromethyl butyrate, 1-fluoroethyl butyrate, fluoromethyl isobutyrate, 1-fluoroethyl isobutyrate, fluoromethyl pivalate , Carboxylic acid fluorinated esters such as 1-fluoroethyl pivalate, fluoromethyl trifluoroacetate, 1-fluoroethyl trifluoroacetate, 1-fluoropropyl trifluoroacetate or 2-fluoro-2-propyl trifluoroacetate, acetic acid Chloromethyl, 1-chloroethyl acid, 1-chloropropyl acetate, 2-chloro-2-propyl acetate, chloromethyl propionate, 1-chloroethyl propionate, 1-chloropropyl propionate, 2-chloro-2-propyl propionate, chlorobutyrate Methyl, 1-chloroethyl butyrate, chloromethyl isobutyrate, 1-chloroethyl isobutyrate, chloromethyl pivalate, 1-chloroethyl pivalate, chloromethyl trifluoroacetate, 1-chloroethyl trifluoroacetate, 1-chloropropyl trifluoroacetate, Alternatively, there are carboxylic acid chlorinated esters such as 2-chloro-2-propyl trifluoroacetate. Among these, a compound having a branched structure is preferable. This is because the effect of suppressing the decomposition reaction of the solvent in the
これらの鎖式炭酸エステル誘導体あるいは鎖式カルボン酸エステル誘導体は、他の低粘度溶媒と混合してもよい。他の低粘度溶媒としては、例えば、炭酸ジエチル、炭酸ジメチルあるいは炭酸エチルメチルが挙げられる。 These chain carbonate ester derivatives or chain carboxylate derivatives may be mixed with other low-viscosity solvents. Examples of other low viscosity solvents include diethyl carbonate, dimethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate.
電解質塩としては、例えば、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6 )、四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4 )、六フッ化ヒ酸リチウム(LiAsF6 )、六フッ化アンチモン酸リチウム(LiSbF6 )、過塩素酸リチウム(LiClO4 )、あるいは四塩化アルミニウム酸リチウム(LiAlCl4 )、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(LiCF3 SO3 )、トリス(トリフルオロメタンスルホニル)メチルリチウム((CF3 SO2 )3 CLi)あるいはトリスペンタフルオロエチルトリフルオロリン酸リチウム(LiP(C2 F5 )3 F3 )などのリチウム塩が挙げられる。 As the electrolyte salt, e.g., lithium hexafluorophosphate (LiPF 6), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4), lithium hexafluoroarsenate (LiAsF 6), lithium hexafluoro antimonate (LiSbF 6) , Lithium perchlorate (LiClO 4 ), or lithium tetrachloroaluminate (LiAlCl 4 ), lithium trifluoromethanesulfonate (LiCF 3 SO 3 ), tris (trifluoromethanesulfonyl) methyllithium ((CF 3 SO 2 ) 3 CLi ) Or lithium salts such as lithium trispentafluoroethyl trifluorophosphate (LiP (C 2 F 5 ) 3 F 3 ).
電解質塩としては、また、トリフルオロメチルトリフルオロホウ酸リチウム(LiB(CF3 )F3 )、ペンタフルオロエチルトリフルオロホウ酸リチウム(LiB(C2 F5 )F3 )、ビス(オキサレート)ホウ酸リチウム、あるいはジフルオロ(オキサレート)ホウ酸リチウムなどのホウ酸リチウム塩、またはビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウム(CF3 SO2 )2 NLi)、ビス(ペンタフルオロエタンスルホニル)イミドリチウム((C2 F5 SO2 )2 NLi)、1,1,2,2,3,3−ヘキサフルオロプロパン−1,3−ジスルホンイミドリチウム、トリフルオロメチルヘプタフルオロプロピルイミドリチウム、あるいはトリフルオロメチルノナフルオロブチルイミドリチウムなどのイミドリチウム塩が好ましい。サイクル特性を向上させることができるからである。 Examples of the electrolyte salt include lithium trifluoromethyl trifluoroborate (LiB (CF 3 ) F 3 ), lithium pentafluoroethyl trifluoroborate (LiB (C 2 F 5 ) F 3 ), and bis (oxalate) boron. Lithium borate, lithium borate such as difluoro (oxalate) lithium borate, or bis (trifluoromethanesulfonyl) imide lithium (CF 3 SO 2 ) 2 NLi), bis (pentafluoroethanesulfonyl) imide lithium ((C 2 F 5 SO 2) 2 NLi) , 1,1,2,2,3,3- hexafluoropropane-1,3-disulfonic imide, trifluoromethyl heptafluoropropyl imide or trifluoromethyl nonafluorobutyl imides, Imidolithium salts such as lithium are preferred Arbitrariness. This is because the cycle characteristics can be improved.
この二次電池は、例えば、次のようにして製造することができる。 For example, the secondary battery can be manufactured as follows.
まず、例えば、正極集電体21Aに正極活物質層21Bを形成し正極21を作製する。正極活物質層21Bは、例えば、正極材料と導電剤と結着剤とを混合して正極合剤を調製したのち、この正極合剤をN−メチル−2−ピロリドンなどの溶剤に分散させてペースト状の正極合剤スラリーとし、この正極合剤スラリーを正極集電体21Aに塗布し乾燥させ、圧縮成型することにより形成する。
First, for example, the positive electrode active material layer 21B is formed on the positive electrode
また、例えば、負極集電体22Aに負極活物質層22Bを形成し負極22を作製する。負極活物質層22Bは、例えば、負極材料と導電剤と結着剤とを混合して負極合剤を調製したのち、この負極合剤をN−メチル−2−ピロリドンなどの溶剤に分散させてペースト状の負極合剤スラリーとし、この負極合剤スラリーを負極集電体22Aに塗布し乾燥させ、圧縮成型することにより形成する。
Further, for example, the negative electrode
次いで、正極集電体21Aに正極リード25を溶接などにより取り付けると共に、負極集電体22Aに負極リード26を溶接などにより取り付ける。続いて、正極21と負極22とをセパレータ23を介して巻回し、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に溶接して、巻回した正極21および負極22を一対の絶縁板12,13で挟み電池缶11の内部に収納する。正極21および負極22を電池缶11の内部に収納したのち、電解液を電池缶11の内部に注入し、セパレータ23に含浸させる。そののち、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を介してかしめることにより固定する。これにより、図1に示した二次電池が完成する。
Next, 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。その際、電解液に、上述したように化4に示した構造を有する化合物を含むようにしたので、負極22における溶媒の分解反応が抑制される。
In the secondary battery, when charged, for example, lithium ions are extracted from the
このように本実施の形態に係る電池によれば、電解液に、化4に示した構造を有する化合物を含むようにしたので、負極22における溶媒の分解反応を抑制することができ、サイクル特性を向上させることができる。
As described above, according to the battery according to the present embodiment, since the electrolytic solution includes the compound having the structure shown in Chemical Formula 4, the decomposition reaction of the solvent in the
また、ハロゲン原子を有する環状の炭酸エステル誘導体を含むようにすれば、溶媒の分解反応をより抑制することができ、サイクル特性をより向上させることができる。 If a cyclic carbonate derivative having a halogen atom is included, the decomposition reaction of the solvent can be further suppressed, and the cycle characteristics can be further improved.
特に、負極22が、電極反応物質であるリチウムを吸蔵および放出することが可能であり、構成元素として金属元素および半金属元素のうちの少なくとも1種を含む負極材料を含有する場合、または、ケイ素およびスズのうちの少なくとも1種を構成元素として含む材料を含有する場合において、高い効果を得ることができる。
In particular, when the
(第2の実施の形態)
第2の実施の形態に係る二次電池は、負極22の構成が異なることを除き、他は第1の実施の形態と同様の構成・作用および効果を有しており、同様にして製造することができる。よって、図1および図2を参照し、対応する構成要素には同一の符号を付して同一の部分の説明は省略する。
(Second Embodiment)
The secondary battery according to the second embodiment has the same configuration, operation, and effects as the first embodiment except that the configuration of the
負極22は、第1の実施の形態と同様に、負極集電体22Aの両面に負極活物質層22Bが設けられた構造を有しており、負極活物質層22Bは、ケイ素およびスズのうちの少なくとも一方を含む負極活物質を含有している。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種以上を含有していてもよい。
Similarly to the first embodiment, the
また、負極活物質層22Bは、例えば、気相法,液相法,あるいは焼成法、またはそれらの2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ことが好ましい。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、または負極活物質層22Bの構成元素が負極集電体22Aに、またはそれらが互いに拡散していることが好ましい。充放電に伴う負極活物質層22Bの膨張・収縮による破壊を抑制することができると共に、負極活物質層22Bと負極集電体22Aとの間の電子伝導性を向上させることができるからである。
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を用いることができ、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,プラズマ化学気相成長法あるいは溶射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。焼成法というのは、例えば、粒子状の負極活物質を結着剤などと混合して溶剤に分散させ、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, a physical deposition method or a chemical deposition method can be used. Specifically, a vacuum deposition method, a sputtering method, an ion plating method, a laser ablation method, a thermal chemical vapor deposition ( Examples include CVD (Chemical Vapor Deposition), plasma chemical vapor deposition, and thermal spraying. 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の実施の形態)
本発明の第2の実施の形態に係る二次電池は、負極の容量がリチウムの吸蔵および放出による容量成分と、リチウムの析出および溶解による容量成分とを含み、かつその和により表されるものである。
(Third embodiment)
In the secondary battery according to the second embodiment of the present invention, the capacity of the negative electrode includes a capacity component due to insertion and extraction of lithium and a capacity component due to precipitation and dissolution of lithium, and is expressed by the sum thereof It is.
この二次電池は、負極活物質層22Bの構成が異なることを除き、他は第1あるいは第2の実施の形態に係る二次電池と同様の構成および効果を有しており、同様にして製造することができる。よって、ここでは、図1および図2を参照し、同一の符号を用いて説明する。なお、同一部分についての詳細な説明は省略する。
This secondary battery has the same configuration and effects as the secondary battery according to the first or second embodiment except that the configuration of the negative electrode
負極活物質層22Bは、例えば、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を正極21の充電容量よりも小さくすることにより、充電の過程において、開回路電圧(すなわち電池電圧)が過充電電圧よりも低い時点で負極22にリチウム金属が析出し始めるようになっている。従って、この二次電池では、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リチウム金属との両方が負極活物質として機能し、リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料はリチウム金属が析出する際の基材となっている。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、第1の実施の形態と同様のものが挙げられ、中でも、リチウムを吸蔵および放出することが可能な炭素材料が好ましい。
For example, the negative electrode
なお、過充電電圧というのは、電池が過充電状態になった時の開回路電圧を指し、例えば、日本蓄電池工業会(電池工業会)の定めた指針の一つである「リチウム二次電池安全性評価基準ガイドライン」(SBA G1101)に記載され定義される「完全充電」された電池の開回路電圧よりも高い電圧を指す。また換言すれば、各電池の公称容量を求める際に用いた充電方法、標準充電方法、もしくは推奨充電方法を用いて充電した後の開回路電圧よりも高い電圧を指す。 The overcharge voltage refers to the open circuit voltage when the battery is overcharged. For example, the “lithium secondary battery” is one of the guidelines established by the Japan Storage Battery Industry Association (Battery Industry Association). Refers to a voltage that is higher than the open circuit voltage of a “fully charged” battery as defined and defined in the “Safety Evaluation Criteria Guidelines” (SBA G1101). In other words, it refers to a voltage higher than the open circuit voltage after charging using the charging method, standard charging method, or recommended charging method used when determining the nominal capacity of each battery.
これにより、この二次電池では、高いエネルギー密度を得ることができると共に、サイクル特性および急速充電特性を向上させることができるようになっている。この二次電池は、負極22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を用いるという点では従来のリチウムイオン二次電池と同様であり、また、負極22にリチウム金属を析出させるという点では従来のリチウム金属二次電池と同様である。
Thereby, in this secondary battery, it is possible to obtain a high energy density and to improve cycle characteristics and quick charge characteristics. This secondary battery is the same as the conventional lithium ion secondary battery in that a negative electrode material capable of inserting and extracting lithium is used for the
これらの特性をより効果的に得るためには、例えば、開回路電圧が過充電電圧になる前の最大電圧時において負極22に析出するリチウム金属の最大析出容量は、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能力の0.05倍以上3.0倍以下であることが好ましい。リチウム金属の析出量が多過ぎると従来のリチウム二次電池と同様の問題が生じてしまい、少な過ぎると充放電容量を十分に大きくすることができないからである。また、例えば、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放電容量能力は、150mAh/g以上であることが好ましい。リチウムの吸蔵および放出する能力が大きいほどリチウム金属の析出量は相対的に少なくなるからである。なお、負極材料の充電容量能力は、例えば、リチウム金属を対極として、この負極材料を負極活物質とした負極について0Vまで定電流・定電圧法で充電した時の電気量から求められる。負極材料の放電容量能力は、例えば、これに引き続き、定電流法で10時間以上かけて2.5Vまで放電した時の電気量から求められる。
In order to obtain these characteristics more effectively, for example, the maximum deposition capacity of the lithium metal deposited on the
この二次電池では、充電を行うと、正極21からリチウムイオンが放出され、電解液を介して、まず、負極22に含まれるリチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料に吸蔵される。更に充電を続けると、開回路電圧が過充電電圧よりも低い状態において、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表面にリチウム金属が析出し始める。そののち、充電を終了するまで負極22にはリチウム金属が析出し続ける。次いで、放電を行うと、まず、負極22に析出したリチウム金属が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。更に放電を続けると、負極22中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に吸蔵された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。その際、電解液に、上述したように化4に示した構造を有する化合物を含むようにしたので、負極22における溶媒の分解反応が抑制される。
In this secondary battery, when charged, lithium ions are released from the
(第4の実施の形態)
図3は、第3の実施の形態に係る二次電池の構成を表すものである。この二次電池は、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り、小型化,軽量化および薄型化が可能となっている。
(Fourth embodiment)
FIG. 3 shows the configuration of the secondary battery according to the third embodiment. In this secondary battery, a
正極リード31および負極リード32は、それぞれ、外装部材40の内部から外部に向かい例えば同一方向に導出されている。正極リード31および負極リード32は、例えば、アルミニウム,銅,ニッケルあるいはステンレスなどの金属材料によりそれぞれ構成されており、それぞれ薄板状または網目状とされている。
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をこの順に貼り合わせた矩形状のアルミラミネートフィルムにより構成されている。外装部材40は、例えば、ポリエチレンフィルム側と巻回電極体30とが対向するように配設されており、各外縁部が融着あるいは接着剤により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。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り構成されている。
The
なお、外装部材40は、上述した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,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り構成するようにしてもよい。
The
図4は、図3に示した巻回電極体30のI−I線に沿った断面構造を表すものである。巻回電極体30は、正極33と負極34とをセパレータ35および電解質層36を介して積層し、巻回したものであり、最外周部は保護テープ37により保護されている。
FIG. 4 shows a cross-sectional structure taken along line II of the spirally
正極33は、正極集電体33Aの片面あるいは両面に正極活物質層33Bが設けられた構造を有している。負極34は、負極集電体34Aの片面あるいは両面に負極活物質層34Bが設けられた構造を有しており、負極活物質層34Bの側が正極活物質層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、それぞれ上述した正極集電体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と同様である。
The
電解質層36は、電解液と、この電解液を保持する保持体となる高分子化合物とを含み、いわゆるゲル状となっている。ゲル状の電解質層36は高いイオン伝導率を得ることができると共に、電池の漏液を防止することができるので好ましい。電解液(すなわち溶媒および電解質塩など)の構成は、第1ないし第3の実施の形態に係る二次電池と同様である。高分子化合物としては、例えば、ポリエチレンオキサイドあるいはポリエチレンオキサイドを含む架橋体などのエーテル系高分子化合物、ポリメタクリレートなどのエステル系高分子化合物あるいはアクリレート系高分子化合物、またはポリフッ化ビニリデンあるいはフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体などのフッ化ビニリデンの重合体が挙げられ、これらのうちのいずれか1種または2種以上が混合して用いられる。特に、酸化還元安定性の観点からは、フッ化ビニリデンの重合体などのフッ素系高分子化合物を用いることが望ましい。
The
この二次電池は、例えば、次のようにして製造することができる。 For example, the secondary battery can be manufactured as follows.
まず、第1ないし第3の実施の形態と同様にして正極33および負極34を作製し、正極33および負極34のそれぞれに、電解液と、高分子化合物と、混合溶剤とを含む前駆溶液を塗布し、混合溶剤を揮発させて電解質層36を形成する。そののち、正極集電体33Aの端部に正極リード31を溶接により取り付けると共に、負極集電体34Aの端部に負極リード32を溶接により取り付ける。次いで、電解質層36が形成された正極33と負極34とをセパレータ35を介して積層し積層体としたのち、この積層体をその長手方向に巻回して、最外周部に保護テープ37を接着して巻回電極体30を形成する。最後に、例えば、外装部材40の間に巻回電極体30を挟み込み、外装部材40の外縁部同士を熱融着などにより密着させて封入する。その際、正極リード31および負極リード32と外装部材40との間には密着フィルム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。
First, the
また、この二次電池は、次のようにして作製してもよい。まず、上述したようにして正極33および負極34を作製し、正極33および負極34に正極リード31および負極リード32を取り付けたのち、正極33と負極34とをセパレータ35を介して積層して巻回し、最外周部に保護テープ37を接着して、巻回電極体30の前駆体である巻回体を形成する。次いで、この巻回体を外装部材40に挟み、一辺を除く外周縁部を熱融着して袋状とし、外装部材40の内部に収納する。続いて、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用意し、外装部材40の内部に注入する。
Further, this secondary battery may be manufactured as follows. First, the
電解質用組成物を注入したのち、外装部材40の開口部を真空雰囲気下で熱融着して密封する。次いで、熱を加えてモノマーを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層36を形成し、図3に示した二次電池を組み立てる。
After injecting the electrolyte composition, the opening of the
この二次電池の作用および効果は、第1ないし第3の実施の形態に係る二次電池と同様である。 The operation and effect of the secondary battery are the same as those of the secondary battery according to the first to third embodiments.
(第5の実施の形態)
第5の実施の形態に係る二次電池は、完全充電時の開回路電圧(すなわち電池電圧)を4.25V以上6.00V以下、好ましくは4.25V以上4.60V以下とできるようにしたことを除き、他は第1ないし第4の実施の形態に係る二次電池と同様の構成を有しており、同様にして製造することができる。
(Fifth embodiment)
In the secondary battery according to the fifth embodiment, the open circuit voltage (that is, the battery voltage) at the time of full charge can be 4.25V to 6.00V, preferably 4.25V to 4.60V. Except for this, the other components have the same configuration as the secondary battery according to the first to fourth embodiments, and can be manufactured in the same manner.
この二次電池では、完全充電時における開回路電圧が4.20V以上の電池よりも、同じ正極活物質であっても、単位質量当たりのリチウムの放出量が多くなるので、それに応じて正極活物質と負極活物質との量が調整されている。これにより高いエネルギー密度が得られるようになっている。 In this secondary battery, the amount of lithium released per unit mass increases even when the same positive electrode active material is used, compared with a battery having an open circuit voltage of 4.20 V or more during full charge. The amount of the material and the negative electrode active material is adjusted. As a result, a high energy density can be obtained.
負極活物質としては、リチウムを吸蔵および放出することが可能な炭素材料が好ましい。これらは充放電電位が低いので電池のエネルギー密度を容易に向上させることができるからである。 As the negative electrode active material, a carbon material capable of inserting and extracting lithium is preferable. This is because the energy density of the battery can be easily improved because the charge / discharge potential is low.
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に吸蔵あるいは析出する。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あるい溶解し、電解液を介して正極21に吸蔵される。ここでは、充電時の電池電圧が4.25V以上となっているので、電解液が分解されやすくなっているが、上述したように化4に示した構造を有する化合物を含むようにしたので、負極22における溶媒の分解反応が抑制される。
In this secondary battery, when charged, for example, lithium ions are extracted from the
この二次電池の効果は、第1ないし第4の実施の形態に係る二次電池と同様である。 The effect of the secondary battery is the same as that of the secondary battery according to the first to fourth embodiments.
更に、本発明の具体的な実施例について詳細に説明する。 Further, specific embodiments of the present invention will be described in detail.
(実施例1−1〜1−3)
リチウムイオン二次電池を作製した。その際、図5に示したコイン型の二次電池を作製した。この二次電池は、正極51と、負極52とを電解液を含浸させたセパレータ53を介して積層し、外装缶54と外装カップ55との間に挟み、ガスケット56を介してかしめたものである。まず、正極活物質としてリチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2
)94質量部と、導電剤としてグラファイト3質量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン3質量部とを混合したのち、N−メチル−2−ピロリドンを添加し正極合剤スラリーを得た。次いで、得られた正極合剤スラリーを、厚み20μmのアルミニウム箔よりなる正極集電体51Aに均一に塗布し乾燥させて厚みが70μmの正極活物質層51Bを形成した。そののち、正極活物質層51Bが形成された正極集電体51Aを直径15mmの円形に打ち抜き、正極51を作製した。
(Examples 1-1 to 1-3)
A lithium ion secondary battery was produced. At that time, the coin-type secondary battery shown in FIG. 5 was produced. This secondary battery is formed by laminating a
) After mixing 94 parts by mass, 3 parts by mass of graphite as a conductive agent, and 3 parts by mass of polyvinylidene fluoride as a binder, N-methyl-2-pyrrolidone was added to obtain a positive electrode mixture slurry. Next, the obtained positive electrode mixture slurry was uniformly applied to a positive electrode
また、厚み15μmの銅箔よりなる負極集電体52Aの上にスパッタ法により厚み5μmのケイ素よりなる負極活物質層52Bを形成した。そののち、負極活物質層52Bが形成された負極集電体52Aを直径16mmの円形に打ち抜き、負極52を作製した。なお、負極52の容量がリチウムの吸蔵および放出による容量成分により表されるように、正極51と負極52との面積密度比を設計した。
A negative electrode
次いで、正極51と負極52とを厚み25μmの微多孔性ポリプロピレンフィルムよりなるセパレータ53を介して積層したのち、セパレータ53に電解液0.1gを注液して、これらをステンレスよりなる外装カップ55と外装缶54との中に入れ、それらをかしめることにより、図5に示した二次電池を得た。電解液には、高誘電率溶媒と、低粘度溶媒と、電解質塩として六フッ化リン酸リチウムとを、高誘電率溶媒:低粘度溶媒:六フッ化リン酸リチウム=42:42:16の質量比で混合したものを用いた。その際、高誘電率溶媒は、実施例1−1では炭酸エチレンとし、実施例1−2では4−クロロ−1,3−ジオキソラン−2−オンとし、実施例1−3では4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンとした。また、低粘度溶媒は、化4に示した構造を有する化合物として、化8に示した炭酸(1−クロロエチル)エチルとした。なお、炭酸(1−クロロエチル)エチルは、化5に示した鎖式炭酸エステル誘導体である。
Next, the
実施例1−1〜1−3に対する比較例1−1〜1−3として、低粘度溶媒を炭酸ジエチルとしたことを除き、他は実施例1−1〜1−3と同様にしてコイン型のリチウムイオン二次電池を作製した。また、比較例1−4として、高誘電率溶媒を4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンとし、低粘度溶媒をピバリン酸メチルとしたことを除き、他は実施例1−1〜1−3と同様にしてコイン型のリチウムイオン二次電池を作製した。更に、比較例1−5として高誘電率溶媒を4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンとし、低粘度溶媒を化9に示した炭酸ビス(2,2,2−トリクロロエチル)としたことを除き、他は実施例1−1〜1−3と同様にしてコイン型のリチウムイオン二次電池を作製した。 As Comparative Examples 1-1 to 1-3 with respect to Examples 1-1 to 1-3, except that the low-viscosity solvent was diethyl carbonate, the rest was the same as in Examples 1-1 to 1-3. A lithium ion secondary battery was prepared. Further, as Comparative Example 1-4, except that the high dielectric constant solvent was 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one and the low viscosity solvent was methyl pivalate, Example 1-1 to Example 1-1 were used. A coin-type lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in 1-3. Further, as Comparative Example 1-5, the high dielectric constant solvent was 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one, and the low viscosity solvent was bis (2,2,2-trichloroethyl) carbonate shown in Chemical Formula 9: Except for this, coin-type lithium ion secondary batteries were produced in the same manner as in Examples 1-1 to 1-3.
得られた実施例1−1〜1−3および比較例1−1〜1−5の二次電池について、1.77mAで4.2Vを上限として12時間充電し、その後10分間休止して1.77mAで2.5Vに達するまで放電するという充放電を繰り返し、50サイクル目の放電容量維持率を求めた。50サイクル目の放電容量維持率は、(50サイクル目の放電容量/初回放電容量)×100(%)として計算した。得られた結果を表1に示す。 The obtained secondary batteries of Examples 1-1 to 1-3 and Comparative Examples 1-1 to 1-5 were charged at 1.77 mA with 4.2 V as the upper limit for 12 hours, and then paused for 10 minutes. Charging / discharging of discharging until it reached 2.5 V at .77 mA was repeated, and the discharge capacity maintenance rate at the 50th cycle was determined. The discharge capacity retention ratio at the 50th cycle was calculated as (discharge capacity at the 50th cycle / initial discharge capacity) × 100 (%). The obtained results are shown in Table 1.
表1から分かるように、化5に示した鎖式炭酸エステル誘導体である炭酸(1−クロロエチル)エチルを用いた実施例1−1〜1−3によれば、これを用いていない比較例1−1〜1−3よりも、それぞれ放電容量維持率が向上した。また、ハロゲン原子を有しない鎖式炭酸エステルを用いた比較例1−4よりも、あるいは化4の構造を有しない鎖式炭酸エステル誘導体を用いた比較例1−5よりも、実施例1−3の方が高い放電容量維持率が得られた。更にまた、高誘電率溶媒としてハロゲン原子を有する環状の炭酸エステル誘導体を用いた実施例1−2,1−3によれば、これを用いていない実施例1−1よりも放電容量維持率が向上した。
As can be seen from Table 1, according to Examples 1-1 to 1-3 using (1-chloroethyl) ethyl carbonate, which is a chain ester carbonate derivative shown in
すなわち、低粘度溶媒として化5に示した鎖式炭酸エステル誘導体を用いるようにすれば、サイクル特性を向上させることができ、更に、高誘電率溶媒として、ハロゲン原子を有する環状の炭酸エステル誘導体、特に4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンを用いるようにすれば、サイクル特性をより向上させることができることが分かった。
That is, if the chain carbonic acid ester derivative shown in
(実施例2−1〜2−3,3−1〜3−3)
実施例2−1〜2−3として、負極活物質にスズを用い、厚み15μmの銅箔よりなる負極集電体52Aの上に真空蒸着法により厚み5μmのスズよりなる負極活物質層52Bを形成したことを除き、他は実施例1−1〜1−3と同様にしてコイン型のリチウムイオン二次電池を作製した。
(Examples 2-1 to 2-3, 3-1 to 3-3)
As Examples 2-1 to 2-3, a negative electrode
実施例3−1〜3−3として、負極活物質にスズ−コバルト合金を用い、このスズ−コバルト合金94質量部と、導電剤として黒鉛3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、N−メチル−2−ピロリドンを添加して、厚み15μmの銅箔よりなる負極集電体52Aに均一に塗布し乾燥させることにより厚み70μmの負極活物質層52Bを形成したことを除き、他は実施例1−1〜1−3と同様にして、コイン型のリチウムイオン二次電池を作製した。
As Examples 3-1 to 3-3, a tin-cobalt alloy was used as the negative electrode active material, 94 parts by mass of this tin-cobalt alloy, 3 parts by mass of graphite as a conductive agent, and 3 parts by mass of polyvinylidene fluoride as a binder. The negative electrode
これらの実施例に対する比較例2−1〜2−3,3−1〜3−3として、高誘電率溶媒を炭酸エチレン,4−クロロ−1,3−ジオキソラン−2−オン,または4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンとし、低粘度溶媒を炭酸ジエチルとしたことを除き、すなわち、比較例1−1〜1−3と同様の電解液を用いたことを除き、他は実施例2−1〜2−3,3−1〜3−3と同様にしてコイン型のリチウムイオン二次電池を作製した。また、比較例2−4,3−4として、高誘電率溶媒を4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンとし、低粘度溶媒をピバリン酸メチルとしたことを除き、すなわち、比較例1−4と同様の電解液を用いたことを除き、他は実施例2−1〜2−3,3−1〜3−3と同様にしてコイン型のリチウムイオン二次電池を作製した。更に、比較例2−5,3−5として高誘電率溶媒を4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンとし、低粘度溶媒を炭酸ビス(2,2,2−トリクロロエチル)としたことを除き、すなわち、比較例1−5と同様の電解液を用いたことを除き、他は実施例2−1〜2−3,3−1〜3−3と同様にしてコイン型のリチウムイオン二次電池を作製した。 As Comparative Examples 2-1 to 2-3, 3-1 to 3-3 for these examples, the high dielectric constant solvent is ethylene carbonate, 4-chloro-1,3-dioxolan-2-one, or 4-fluoro. -1,3-dioxolan-2-one, except that low-viscosity solvent was diethyl carbonate, that is, except that the same electrolytic solution as Comparative Examples 1-1 to 1-3 was used. Coin-type lithium ion secondary batteries were produced in the same manner as in Examples 2-1 to 2-3 and 3-1 to 3-3. Further, as Comparative Examples 2-4 and 3-4, except that the high dielectric constant solvent was 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one and the low viscosity solvent was methyl pivalate, that is, Comparative Example A coin-type lithium ion secondary battery was fabricated in the same manner as in Examples 2-1 to 2-3 and 3-1 to 3-3, except that the same electrolytic solution as in 1-4 was used. Further, as Comparative Examples 2-5 and 3-5, the high dielectric constant solvent was 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one, and the low viscosity solvent was bis (2,2,2-trichloroethyl carbonate). In other words, except that the same electrolytic solution as in Comparative Example 1-5 was used, the rest was the same as in Examples 2-1 to 2-3 and 3-1 to 3-3. An ion secondary battery was produced.
得られた実施例2−1〜2−3,3−1〜3−3および比較例2−1〜2−5,3−1〜3−5の二次電池についても、実施例1−1〜1−3と同様にして50サイクル目の放電容量維持率を求めた。それらの結果を表2,3に示す。 Regarding the obtained secondary batteries of Examples 2-1 to 2-3, 3-1 to 3-3 and Comparative Examples 2-1 to 2-5, 3-1 to 3-5, Example 1-1 was also performed. The discharge capacity retention rate at the 50th cycle was determined in the same manner as in 1-3. The results are shown in Tables 2 and 3.
表2,3から分かるように、実施例1−1〜1−3と同様に、実施例2−1〜2−3,3−1〜3−3によれば、比較例2−1〜2−5,3−1〜3−5よりも高い放電容量維持率が得られ、特に、高誘電率溶媒としてハロゲン原子を有する環状の炭酸エステル誘導体を用いた実施例2−2,2−3,3−2,3−3においてより高い放電容量維持率が得られた。すなわち、他の負極活物質を用いた場合においても、低粘度溶媒として化5に示した鎖式炭酸エステル誘導体を用いるようにすれば、サイクル特性を向上させることができ、更に、高誘電率溶媒として、ハロゲン原子を有する環状の炭酸エステル誘導体、特に4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンを用いるようにすれば、サイクル特性をより向上させることができることが分かった。
As can be seen from Tables 2 and 3, according to Examples 2-1 to 2-3 and 3-1 to 3-3, Comparative Examples 2-1 to 2 are similar to Examples 1-1 to 1-3. A discharge capacity retention rate higher than −5, 3-1 to 3-5 was obtained, and in particular, Examples 2-2, 2-3, and 3 using cyclic carbonate derivatives having a halogen atom as a high dielectric constant solvent. In 3-2 and 3-3, a higher discharge capacity retention rate was obtained. That is, even when other negative electrode active materials are used, cycle characteristics can be improved by using the chain carbonic acid ester derivative shown in
(実施例4−1〜4−3)
リチウムイオン二次電池を作製した。負極活物質に黒鉛を用い、この黒鉛97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、N−メチル−2−ピロリドンを添加して、厚み15μmの銅箔よりなる負極集電体52Aに均一に塗布し乾燥させることにより厚み70μmの負極活物質層52Bを形成したことを除き、他は実施例1−1〜1−3と同様にして、コイン型のリチウムイオン二次電池を作製した。なお、実施例4−1〜4−3においては、完全充電時における開回路電圧が4.5Vとなるように、正極活物質と負極活物質の量を調整した。
(Examples 4-1 to 4-3)
A lithium ion secondary battery was produced. A negative electrode made of copper foil having a thickness of 15 μm, using graphite as a negative electrode active material, mixing 97 parts by mass of graphite and 3 parts by mass of polyvinylidene fluoride as a binder, adding N-methyl-2-pyrrolidone. A coin-type lithium ion secondary battery is formed in the same manner as in Examples 1-1 to 1-3 except that the negative electrode
実施例4−1〜4−3に対する比較例4−1〜4−5として、高誘電率溶媒を炭酸エチレン,4−クロロ−1,3−ジオキソラン−2−オン,または4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンとし、低粘度溶媒を炭酸ジエチルとしたことを除き、すなわち、比較例1−1〜1−3と同様の電解液を用いたことを除き、他は実施例4−1〜4−3と同様にしてコイン型のリチウムイオン二次電池を作製した。また、比較例4−4として、高誘電率溶媒を4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンとし、低粘度溶媒をピバリン酸メチルとしたことを除き、すなわち、比較例1−4と同様の電解液を用いたことを除き、他は実施例4−1〜4−3と同様にしてコイン型のリチウムイオン二次電池を作製した。更に、比較例4−5として、高誘電率溶媒を4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンとし、低粘度溶媒を炭酸ビス(2,2,2−トリクロロエチル)としたことを除き、すなわち、比較例1−5と同様の電解液を用いたことを除き、他は実施例4−1〜4−3と同様にしてコイン型のリチウムイオン二次電池を作製した。 As Comparative Examples 4-1 to 4-5 with respect to Examples 4-1 to 4-3, the high dielectric constant solvent was ethylene carbonate, 4-chloro-1,3-dioxolan-2-one, or 4-fluoro-1, Except that 3-dioxolan-2-one was used and the low-viscosity solvent was diethyl carbonate, that is, except that an electrolytic solution similar to Comparative Examples 1-1 to 1-3 was used, the others were the same as in Example 4- Coin-type lithium ion secondary batteries were produced in the same manner as in 1-4-3. Further, as Comparative Example 4-4, except that the high dielectric constant solvent was 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one and the low viscosity solvent was methyl pivalate, that is, Comparative Example 1-4 and A coin-type lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Examples 4-1 to 4-3 except that the same electrolyte was used. Furthermore, as Comparative Example 4-5, except that the high dielectric constant solvent was 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one and the low viscosity solvent was bis (2,2,2-trichloroethyl carbonate). That is, a coin-type lithium ion secondary battery was fabricated in the same manner as in Examples 4-1 to 4-3 except that the same electrolytic solution as in Comparative Example 1-5 was used.
得られた実施例4−1〜4−3および比較例4−1〜4−5の二次電池についても、実施例1−1〜1−3と同様にして50サイクル目の放電容量維持率を求めた。それらの結果を表4に示す。なお、充電は4.5Vを上限として行った。 For the obtained secondary batteries of Examples 4-1 to 4-3 and Comparative examples 4-1 to 4-5, the discharge capacity retention ratio at the 50th cycle was the same as in Examples 1-1 to 1-3. Asked. The results are shown in Table 4. Charging was performed with 4.5V as the upper limit.
表4から分かるように、実施例1−1〜1−3と同様に、充電時の電池電圧を4.5Vとした実施例4−1〜4−3によれば、比較例4−1〜4−5よりも高い放電容量維持率が得られ、特に、高誘電率溶媒としてハロゲン原子を有する環状の炭酸エステル誘導体を用いた実施例4−2,4−3においてより高い放電容量維持率が得られた。すなわち、充電時の電池電圧を高くした場合にも、低粘度溶媒として化5に示した鎖式炭酸エステル誘導体を用いるようにすれば、サイクル特性を向上させることができ、更に、高誘電率溶媒として、ハロゲン原子を有する環状の炭酸エステル誘導体、特に4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンを用いるようにすれば、サイクル特性をより向上させることができることが分かった。
As can be seen from Table 4, as in Examples 1-1 to 1-3, according to Examples 4-1 to 4-3 in which the battery voltage during charging was 4.5 V, Comparative Examples 4-1 to 4-1 A discharge capacity retention rate higher than 4-5 was obtained, and in particular, in Examples 4-2 and 4-3 using a cyclic carbonate derivative having a halogen atom as a high dielectric constant solvent, a higher discharge capacity retention rate was obtained. Obtained. That is, even when the battery voltage at the time of charging is increased, cycle characteristics can be improved by using the chain carbonate ester derivative shown in
(実施例5−1〜5−3)
負極52の容量がリチウムの吸蔵および放出による容量成分とリチウムの析出および溶解による容量成分とを含み、かつその和により表される二次電池を作製した。その際、負極材料に黒鉛を用い、この黒鉛97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、N−メチル−2−ピロリドンを添加して、厚み15μmの銅箔よりなる負極集電体52Aに均一に塗布し乾燥させることにより厚み50μmの負極活物質層52Bを形成したことを除き、他は実施例1−1〜1−5と同様にして、コイン型の二次電池を作製した。なお、負極52の容量がリチウムの吸蔵および放出による容量成分とリチウムの析出および溶解による容量成分とを含み、かつその和により表されるように、正極51と負極52との面積密度比を設計した。
(Examples 5-1 to 5-3)
A secondary battery in which the capacity of the
実施例5−1〜5−3に対する比較例5−1〜5−3として、高誘電率溶媒を炭酸エチレン,4−クロロ−1,3−ジオキソラン−2−オン,または4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンとし、低粘度溶媒を炭酸ジエチルとしたことを除き、すなわち、比較例1−1〜1−3と同様の電解液を用いたことを除き、他は実施例5−1〜5−3と同様にしてコイン型の二次電池を作製した。また、比較例5−4として、高誘電率溶媒を4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンとし、低粘度溶媒をピバリン酸メチルとしたことを除き、すなわち、比較例1−4と同様の電解液を用いたことを除き、他は実施例5−1〜5−3と同様にしてコイン型の二次電池を作製した。 As Comparative Examples 5-1 to 5-3 with respect to Examples 5-1 to 5-3, the high dielectric constant solvent is ethylene carbonate, 4-chloro-1,3-dioxolan-2-one, or 4-fluoro-1, Except that 3-dioxolan-2-one was used and the low-viscosity solvent was diethyl carbonate, ie, the same electrolytic solution as in Comparative Examples 1-1 to 1-3 was used. Coin-type secondary batteries were produced in the same manner as in 1-5-3. Further, as Comparative Example 5-4, except that the high dielectric constant solvent was 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one and the low viscosity solvent was methyl pivalate, that is, Comparative Example 1-4 and Other than using the same electrolyte, coin-type secondary batteries were fabricated in the same manner as in Examples 5-1 to 5-3.
得られた実施例5−1〜5−3および比較例5−1〜5−4の二次電池についても、実施例1−1〜1−3と同様にして50サイクル目の放電容量維持率を求めた。それらの結果を表5に示す。 For the obtained secondary batteries of Examples 5-1 to 5-3 and Comparative examples 5-1 to 5-4, the discharge capacity retention ratio at the 50th cycle was the same as in Examples 1-1 to 1-3. Asked. The results are shown in Table 5.
また、これらとは別に、同様に作製した実施例5−1〜5−3および比較例5−1〜5−4の二次電池を用意し、解体してリチウム金属が析出しているか否かを調べたところ、完全充電時には、負極52の表面にリチウム金属が析出していることが確認された。また、完全放電時には負極52の表面からリチウム金属が消失していた。すなわち、負極52の容量は、リチウムの吸蔵および放出による容量成分と、リチウムの析出および溶解による容量成分とを含み、かつその和により表されることが確認された。
Separately, secondary batteries of Examples 5-1 to 5-3 and Comparative Examples 5-1 to 5-4 prepared in the same manner are prepared, and whether or not lithium metal is deposited by disassembly. As a result, it was confirmed that lithium metal was deposited on the surface of the
表5から分かるように、実施例1−1〜1−3と同様に、実施例5−1〜5−3によれば、比較例5−1〜5−4よりも高い放電容量維持率が得られ、特に、高誘電率溶媒としてハロゲン原子を有する環状の炭酸エステル誘導体を用いた実施例5−2,5−3においてより高い放電容量維持率が得られた。すなわち、負極52の容量がリチウムの吸蔵および放出による容量成分とリチウムの析出および溶解による容量成分とを含み、かつその和により表される電池に用いた場合にも、低粘度溶媒として化5に示した鎖式炭酸エステル誘導体を用いるようにすれば、サイクル特性を向上させることができ、更に、高誘電率溶媒として、ハロゲン原子を有する環状の炭酸エステル誘導体、特に4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンを用いるようにすれば、サイクル特性をより向上させることができることが分かった。
As can be seen from Table 5, similarly to Examples 1-1 to 1-3, according to Examples 5-1 to 5-3, a higher discharge capacity retention rate than Comparative Examples 5-1 to 5-4 was obtained. In particular, in Examples 5-2 and 5-3 using a cyclic carbonate derivative having a halogen atom as a high dielectric constant solvent, a higher discharge capacity retention rate was obtained. That is, when the capacity of the
(実施例6−1,6−2,7−1,7−2,8−1,8−2,9−1,9−2,10−1,10−2)
低粘度溶媒を、化10に示したピバリン酸クロロメチル、または化11に示した炭酸(1−クロロエチル)イソプロピルに代えたことを除き、他は実施例1−3,2−3,3−3,4−3,5−3と同様にしてコイン型の二次電池を作製した。なお、ピバリン酸クロロメチルは化6に示した鎖式カルボン酸エステル誘導体である。また、炭酸(1−クロロエチル)イソプロピルは化5に示した鎖式炭酸エステル誘導体であり、分岐構造を有するものである。
(Examples 6-1, 6-2, 7-1, 7-2, 8-1, 8-2, 9-1, 9-2, 10-1, 10-2)
Except that the low-viscosity solvent was replaced with chloromethyl pivalate shown in
得られた実施例6−1,6−2,7−1,7−2,8−1,8−2,9−1,9−2,10−1,10−2の二次電池についても、実施例1−1〜1−3と同様にして50サイクル目の放電容量維持率を求めた。それらの結果を表6〜10に示す。なお、実施例9−1,9−2の二次電池については、充電は4.5Vを上限として行った。 Also for the obtained secondary batteries of Examples 6-1, 6-2, 7-1, 7-2, 8-1, 8-2, 9-1, 9-2, 10-1, and 10-2. The discharge capacity retention ratio at the 50th cycle was determined in the same manner as in Examples 1-1 to 1-3. The results are shown in Tables 6-10. In addition, about the secondary battery of Examples 9-1 and 9-2, charge was performed by making 4.5V into an upper limit.
表6〜10から分かるように、他の化5に示した鎖式炭酸エステル誘導体、あるいは化6に示した鎖式カルボン酸エステル誘導体を用いた実施例6−1,6−2,7−1,7−2,8−1,8−2,9−1,9−2,10−1,10−2によっても、実施例1−3,2−3,3−3,4−3,5−3と同様に放電容量維持率が向上した。また、分岐構造を有する鎖式炭酸エステル誘導体を用いた実施例6−2,7−2,8−2,10−2によれば、分岐構造を有しない鎖式炭酸エステル誘導体を用いた実施例1−3,2−3,3−3,5−3よりも放電容量維持率が向上した。
As can be seen from Tables 6 to 10, Examples 6-1, 6-2, and 7-1 using the chain carbonate ester derivatives shown in
すなわち、低粘度溶媒として、化4に示した構造を有する化合物を用いるようにすれば、サイクル特性を向上させることができることが分かった。特に、負極52に、リチウムを吸蔵および放出することが可能であり、構成元素として金属元素および半金属元素のうちの少なくとも1種を含む負極材料を含む場合に、あるいは負極52の容量がリチウムの吸蔵および放出による容量成分と、リチウムの析出および溶解による容量成分とを含み、かつその和により表される電池に用いた場合に、化合物が分岐構造を有していれば、好ましいことが分かった。
That is, it was found that cycle characteristics can be improved by using a compound having the structure shown in Chemical Formula 4 as the low viscosity solvent. In particular, the
(実施例11−1,12−1,13−1,14−1,15−1)
低粘度溶媒として、化8に示した炭酸(1−クロロエチル)エチルに加えて、炭酸ジエチルを用いたことを除き、他は実施例1−3,2−3,3−3,4−3,5−3と同様にしてコイン型の二次電池を作製した。その際、炭酸(1−クロロエチル)エチルと炭酸ジエチルとの質量比は、炭酸(1−クロロエチル)エチル:炭酸ジエチル=5:37とした。
(Examples 11-1, 12-1, 13-1, 14-1, 15-1)
Examples 1-3, 2-3, 3-3, 4-3, except that diethyl carbonate was used in addition to (1-chloroethyl) ethyl carbonate shown in Chemical Formula 8 as the low-viscosity solvent. A coin-type secondary battery was produced in the same manner as in 5-3. At that time, the mass ratio of (1-chloroethyl) ethyl carbonate to diethyl carbonate was (1-chloroethyl) ethyl carbonate: diethyl carbonate = 5: 37.
得られた実施例11−1,12−1,13−1,14−1,15−1の二次電池についても、実施例1−1〜1−3と同様にして50サイクル目の放電容量維持率を求めた。それらの結果を表11〜15に示す。なお、実施例14−1の二次電池については、充電は4.5Vを上限として行った。 For the obtained secondary batteries of Examples 11-1, 12-1, 13-1, 14-1, and 15-1, the discharge capacity at the 50th cycle was the same as in Examples 1-1 to 1-3. The maintenance rate was determined. The results are shown in Tables 11-15. In addition, about the secondary battery of Example 14-1, charge was performed by making 4.5V into an upper limit.
表11〜15から分かるように、実施例11−1,12−1,13−1,14−1,15−1によれば、化4に示した構造を有する化合物を少量混合した低粘度溶媒を用いても、実施例1−3,2−3,3−3,4−3,5−3と同様に、放電容量維持率を向上させることができた。 As can be seen from Tables 11 to 15, according to Examples 11-1, 12-1, 13-1, 14-1, and 15-1, a low-viscosity solvent obtained by mixing a small amount of the compound having the structure shown in Chemical Formula 4 The discharge capacity retention rate could be improved even in the same manner as in Examples 1-3, 2-3, 3-3, 4-3, and 5-3.
すなわち、低粘度溶媒として、化4に示した構造を有する化合物を少量混合した場合にも、サイクル特性を向上させることができることが分かった。 That is, it was found that cycle characteristics can be improved even when a small amount of a compound having the structure shown in Chemical Formula 4 is mixed as a low viscosity solvent.
(実施例16−1〜16−5,17−1〜17−5)
実施例16−1〜16−5では、負極活物質にケイ素を用い、厚み15μmの銅箔よりなる負極集電体52Aの上に電子ビーム法により厚み5μmのケイ素よりなる負極活物質層52Bを形成すると共に、化4に示した構造を有する化合物として化7に示したフッ素化炭酸ジメチルを用いたことを除き、他は実施例1−1〜1−3と同様にしてコイン型のリチウムイオン二次電池を作製した。その際、電解液には、高誘電率溶媒として炭酸エチレンと、低粘度溶媒とを、50:50の質量比で混合した溶媒に、六フッ化リン酸リチウムを1mol/kgとなるように溶解したものを用いた。また、低粘度溶媒は、化7に示したフッ素化炭酸ジメチルとして化12に示した炭酸(フルオロメチル)メチルと、化13に示した炭酸ビスフルオロメチルと、化14に示した炭酸(ジフルオロメチル)メチルと、炭酸ジメチルとを、炭酸(フルオロメチル)メチル:炭酸ビスフルオロメチル:炭酸(ジフルオロメチル)メチル:炭酸ジメチル=3.6:1.3:0.1:45、または9.4:3.2:0.4:37、または13.1:4.4:0.5:32、または21.8:7.4:0.8:20、または26.9:9.1:1.0:13の質量比で混合したものとした。なお、溶媒における化7に示したフッ素化炭酸ジメチルは、5質量%,13質量%,18質量%,30質量%または37質量%である。
(Examples 16-1 to 16-5, 17-1 to 17-5)
In Examples 16-1 to 16-5, silicon was used as the negative electrode active material, and the negative electrode
実施例17−1〜17−5では、負極活物質にSnCoC含有材料を用い、このSnCoC含有材料と、導電剤として黒鉛と、結着剤としてポリフッ化ビニリデンとを混合し、N−メチル−2−ピロリドンを添加して、銅箔よりなる負極集電体52Aに均一に塗布し乾燥させることにより負極活物質層52Bを形成すると共に、化4に示した構造を有する化合物として化7に示したフッ素化炭酸ジメチルを用いたことを除き、他は実施例1−1〜1−3と同様にしてコイン型のリチウムイオン二次電池を作製した。その際、電解液には、実施例16−1〜16−5と同様のものを用いた。
In Examples 17-1 to 17-5, an SnCoC-containing material was used as the negative electrode active material, this SnCoC-containing material, graphite as a conductive agent, and polyvinylidene fluoride as a binder were mixed, and N-methyl-2 -Pyrrolidone was added and uniformly applied to the negative electrode
また、SnCoC含有材料は、スズ・コバルト・インジウム・チタン合金粉末と、炭素粉末とを混合し、メカノケミカル反応を利用してSnCoC含有材料を合成した。得られたSnCoC含有材料について組成の分析を行ったところ、スズの含有量は48質量%、コバルトの含有量は23質量%、炭素の含有量は20質量%、スズとコバルトとの合計に対するコバルトの割合Co/(Sn+Co)は32.4質量%であった。なお、炭素の含有量は、炭素・硫黄分析装置により測定し、スズおよびコバルトの含有量は、ICP(Inductively Coupled Plasma:誘導結合プラズマ)発光分析により測定した。また、得られたSnCoC含有材料についてX線回折を行ったところ、回折角2θ=20°〜50°の間に、回折角2θが1.0°以上の広い半値幅を有する回折ピークが観察された。更に、このSnCoC含有材料についてXPSを行ったところ、図6に示したようにピークP1が得られた。ピークP1を解析すると、表面汚染炭素のピークP2と、ピークP2よりも低エネルギー側にSnCoC含有材料中におけるC1sのピークP3とが得られた。このピークP3は、284.5eVよりも低い領域に得られた。すなわち、SnCoC含有材料中の炭素が他の元素と結合していることが確認された。 In addition, as the SnCoC-containing material, tin / cobalt / indium / titanium alloy powder and carbon powder were mixed, and the SnCoC-containing material was synthesized using a mechanochemical reaction. When the composition of the obtained SnCoC-containing material was analyzed, the tin content was 48 mass%, the cobalt content was 23 mass%, the carbon content was 20 mass%, and the cobalt relative to the total of tin and cobalt The ratio Co / (Sn + Co) was 32.4% by mass. The carbon content was measured by a carbon / sulfur analyzer, and the tin and cobalt contents were measured by ICP (Inductively Coupled Plasma) emission analysis. Further, when X-ray diffraction was performed on the obtained SnCoC-containing material, a diffraction peak having a wide half-width with a diffraction angle 2θ of 1.0 ° or more was observed between the diffraction angle 2θ = 20 ° and 50 °. It was. Further, when XPS was performed on this SnCoC-containing material, a peak P1 was obtained as shown in FIG. When the peak P1 was analyzed, a peak P2 of surface contamination carbon and a peak P3 of C1s in the SnCoC-containing material on the lower energy side than the peak P2 were obtained. This peak P3 was obtained in a region lower than 284.5 eV. That is, it was confirmed that carbon in the SnCoC-containing material was bonded to other elements.
実施例16−1〜16−5,17−1〜17−5に対する比較例16−1,17−1として、化7に示したフッ素化炭酸ジメチルを用いなかったことを除き、すなわち、高誘電率溶媒として炭酸エチレンと、低粘度溶媒として炭酸ジメチルとを、50:50の質量比で混合した溶媒を用いたことを除き、他は実施例16−1,17−1と同様にして二次電池を作製した。 As Comparative Examples 16-1 and 17-1 to Examples 16-1 to 16-5 and 17-1 to 17-5, except that the fluorinated dimethyl carbonate shown in Chemical Formula 7 was not used, that is, high dielectric The secondary solution was the same as in Examples 16-1 and 17-1, except that a solvent obtained by mixing ethylene carbonate as a low-rate solvent and dimethyl carbonate as a low viscosity solvent at a mass ratio of 50:50 was used. A battery was produced.
得られた実施例16−1〜16−5,17−1〜17−5および比較例16−1,17−1の二次電池についても、実施例1−1〜1−3と同様にして50サイクル目の放電容量維持率を求めた。それらの結果を表16,17および図6,7に示す。 The obtained secondary batteries of Examples 16-1 to 16-5, 17-1 to 17-5 and Comparative Examples 16-1 and 17-1 were also the same as in Examples 1-1 to 1-3. The discharge capacity retention rate at the 50th cycle was determined. The results are shown in Tables 16 and 17 and FIGS.
表16,17および図6,7から分かるように、放電容量維持率は、溶媒における化7に示したフッ素化炭酸ジメチルの含有量が大きくなるに伴い上昇し、極大値を示したのち低下する傾向が観られた。 As can be seen from Tables 16 and 17 and FIGS. 6 and 7, the discharge capacity retention rate increases as the content of fluorinated dimethyl carbonate shown in Chemical Formula 7 in the solvent increases, decreases after showing a maximum value. A trend was observed.
すなわち、化7に示したフッ素化炭酸ジメチルを用いてもサイクル特性を向上させることができ、溶媒における含有量を5質量%以上30質量%以下とするようにすれば、好ましいことが分かった。 That is, it was found that the cycle characteristics can be improved even when fluorinated dimethyl carbonate shown in Chemical formula 7 is used, and it is preferable that the content in the solvent is 5 mass% or more and 30 mass% or less.
(実施例18−1〜18−4,19−1〜19−4)
実施例18−1,19−1では、六フッ化リン酸リチウムに代えて、ホウ酸リチウム塩であるトリフルオロメチルトリフルオロホウ酸リチウム(LiB(CF3 )F3 )を用いたことを除き、他は実施例16−2,17−2と同様にして二次電池を作製した。
(Examples 18-1 to 18-4, 19-1 to 19-4)
In Examples 18-1 and 19-1, except that lithium trifluoromethyltrifluoroborate (LiB (CF 3 ) F 3 ), which is a lithium borate salt, was used instead of lithium hexafluorophosphate. Other than that, secondary batteries were fabricated in the same manner as in Examples 16-2 and 17-2.
実施例18−2,19−2では、六フッ化リン酸リチウムに加えて、イミドリチウム塩であるビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウム(CF3 SO2 )2 NLi)を用いたことを除き、他は実施例16−2,17−2と同様にして二次電池を作製した。電解液におけるビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウムの含有量は1質量%となるようにした。また、実施例18−3,19−3では、六フッ化リン酸リチウムに加えて、イミドリチウム塩である1,1,2,2,3,3−ヘキサフルオロプロパン−1,3−ジスルホンイミドリチウムを用いたことを除き、他は実施例16−2,17−2と同様にして二次電池を作製した。電解液における1,1,2,2,3,3−ヘキサフルオロプロパン−1,3−ジスルホンイミドリチウムの含有量は1質量%となるようにした。 In Examples 18-2 and 19-2, in addition to lithium hexafluorophosphate, bis (trifluoromethanesulfonyl) imide lithium (CF 3 SO 2 ) 2 NLi) which is an imide lithium salt was used, Otherwise, secondary batteries were fabricated in the same manner as in Examples 16-2 and 17-2. The content of bis (trifluoromethanesulfonyl) imide lithium in the electrolytic solution was set to 1% by mass. In Examples 18-3 and 19-3, in addition to lithium hexafluorophosphate, 1,1,2,2,3,3-hexafluoropropane-1,3-disulfonimide which is an imide lithium salt A secondary battery was fabricated in the same manner as in Examples 16-2 and 17-2, except that lithium was used. The content of 1,1,2,2,3,3-hexafluoropropane-1,3-disulfonimidolithium in the electrolytic solution was 1% by mass.
更に、実施例18−4,19−4では、高誘電率溶媒として炭酸エチレンに加えて、不飽和化合物の環状の炭酸エステルである1,3−ジオキソール−2−オンを用いたことを除き、他は実施例16−2,17−2と同様にして二次電池を作製した。炭酸エチレンと1,3−ジオキソール−2−オンとは、炭酸エチレン:1,3−ジオキソール−2−オン=49:1の質量比で混合し、溶媒における高誘電率溶媒の割合は50質量%とした。 Furthermore, in Examples 18-4 and 19-4, in addition to ethylene carbonate as a high dielectric constant solvent, except that 1,3-dioxol-2-one, which is a cyclic carbonate of an unsaturated compound, was used, Otherwise, secondary batteries were fabricated in the same manner as in Examples 16-2 and 17-2. Ethylene carbonate and 1,3-dioxol-2-one are mixed at a mass ratio of ethylene carbonate: 1,3-dioxol-2-one = 49: 1, and the ratio of the high dielectric constant solvent in the solvent is 50% by mass. It was.
得られた実施例18−1〜18−4,19−1〜19−4の二次電池についても、実施例1−1〜1−3と同様にして50サイクル目の放電容量維持率を求めた。それらの結果を表18,19に示す。 For the obtained secondary batteries of Examples 18-1 to 18-4 and 19-1 to 19-4, the discharge capacity maintenance ratio at the 50th cycle was obtained in the same manner as in Examples 1-1 to 1-3. It was. The results are shown in Tables 18 and 19.
表18,19から分かるように、トリフルオロメチルトリフルオロホウ酸リチウムを用いた実施例18−1,19−1によれば、これを用いていない実施例16−2,17−2よりも、放電容量維持率がそれぞれ向上した。また、六フッ化リン酸リチウムに加えて、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウムを用いた実施例18−2,19−2、あるいは六フッ化リン酸リチウムに加えて、1,1,2,2,3,3−ヘキサフルオロプロパン−1,3−ジスルホンイミドリチウムを用いた実施例18−3,19−3によれば、六フッ化リン酸リチウムのみを用いた実施例16−2,17−2よりも、放電容量維持率がそれぞれ向上した。更に、1,3−ジオキソール−2−オンを用いた実施例18−4,19−4によれば、これを用いていない実施例16−2,17−2よりも、放電容量維持率がそれぞれ向上した。 As can be seen from Tables 18 and 19, according to Examples 18-1 and 19-1 using lithium trifluoromethyltrifluoroborate, compared to Examples 16-2 and 17-2 not using this, The discharge capacity retention rate improved. Further, in addition to lithium hexafluorophosphate, Examples 18-2 and 19-2 using bis (trifluoromethanesulfonyl) imide lithium, or in addition to lithium hexafluorophosphate, 1,1,2, According to Examples 18-3 and 19-3 using lithium 2,3,3-hexafluoropropane-1,3-disulfonimido, Examples 16-2 and 17 using only lithium hexafluorophosphate As compared with -2, the discharge capacity retention rate improved. Furthermore, according to Examples 18-4 and 19-4 using 1,3-dioxol-2-one, the discharge capacity retention rates were respectively higher than those of Examples 16-2 and 17-2 not using this. Improved.
すなわち、不飽和化合物の環状の炭酸エステル、ホウ酸リチウム塩あるいはイミドリチウム塩を用いるようにすれば、好ましいことが分かった。 That is, it has been found preferable to use a cyclic carbonate, lithium borate or imide lithium salt of an unsaturated compound.
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、本発明は実施の形態および実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態および実施例では、コイン型の二次電池,および巻回構造の二次電池を具体的に挙げて説明したが、本発明は、角型,シート型あるいはカード型、または正極および負極を複数積層した積層構造を有する二次電池についても同様に適用することができる。 Although the present invention has been described with reference to the embodiments and examples, the present invention is not limited to the embodiments and examples, and various modifications can be made. For example, in the above-described embodiments and examples, a coin-type secondary battery and a wound-structure secondary battery have been specifically described. However, the present invention is not limited to a square-type, sheet-type or card-type, or The present invention can be similarly applied to a secondary battery having a stacked structure in which a plurality of positive electrodes and negative electrodes are stacked .
また、上記実施の形態および実施例では、電極反応物質としてリチウムを用いる場合について説明したが、ナトリウム(Na)あるいはカリウム(K)などの長周期型周期表における他の1族の元素、またはマグネシウムあるいはカルシウム(Ca)などの長周期型周期表における2族の元素、またはアルミニウムなどの他の軽金属、またはリチウムあるいはこれらの合金を用いる場合についても、本発明を適用することができ、同様の効果を得ることができる。その際、負極活物質には、上記実施の形態で説明したような負極材料を同様にして用いることができる。
In the above embodiments and examples, the case where lithium is used as the electrode reactant has been described, but
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、17,56…ガスケット、20,30…巻回電極体、21,33,51…正極、21A,33A,51A…正極集電体、21B,33B,51B…正極活物質層、22,34,52…負極、22A,34A,52A…負極集電体、22B,34B,52B…負極活物質層、23,35,53…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…電解質層、37…保護テープ、40…外装部材、41…密着フィルム、54…外装缶、55…外装カップ
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, 56 ... Gasket, 20, 30 ... Winding electrode body, 21 , 33, 51 ... positive electrode, 21A, 33A, 51A ... positive electrode current collector, 21B, 33B, 51B ... positive electrode active material layer, 22, 34, 52 ... negative electrode, 22A, 34A, 52A ... negative electrode current collector, 22B, 34B, 52B ... negative electrode active material layer, 23, 35, 53 ... separator, 24 ... center pin, 25, 31 ... positive electrode lead, 26, 32 ... negative electrode lead, 36 ... electrolyte layer, 37 ... protective tape, 40 ...
Claims (20)
前記化3に示した鎖式カルボン酸エステル誘導体は、酢酸フルオロメチル,酢酸1−フルオロエチル,酢酸1−フルオロプロピル,酢酸2−フルオロ−2−プロピル,プロピオン酸フルオロメチル,プロピオン酸1−フルオロエチル,プロピオン酸1−フルオロプロピル,プロピオン酸2−フルオロ−2−プロピル,酪酸フルオロメチル,酪酸1−フルオロエチル,イソ酪酸フルオロメチル,イソ酪酸1−フルオロエチル,ピバリン酸フルオロメチル,ピバリン酸1−フルオロエチル,トリフルオロ酢酸フルオロメチル,トリフルオロ酢酸1−フルオロエチル,トリフルオロ酢酸1−フルオロプロピル,トリフルオロ酢酸2−フルオロ−2−プロピル,酢酸クロロメチル,酢酸1−クロロエチル,酢酸1−クロロプロピル,酢酸2−クロロ−2−プロピル,プロピオン酸クロロメチル,プロピオン酸1−クロロエチル,プロピオン酸1−クロロプロピル,プロピオン酸2−クロロ−2−プロピル,酪酸クロロメチル,酪酸1−クロロエチル,イソ酪酸クロロメチル,イソ酪酸1−クロロエチル,ピバリン酸クロロメチル,ピバリン酸1−クロロエチル,トリフルオロ酢酸クロロメチル,トリフルオロ酢酸1−クロロエチル,トリフルオロ酢酸1−クロロプロピル,およびトリフルオロ酢酸2−クロロ−2−プロピルのうちの少なくとも1種を含む、The chain carboxylic acid ester derivatives shown in Chemical Formula 3 are fluoromethyl acetate, 1-fluoroethyl acetate, 1-fluoropropyl acetate, 2-fluoro-2-propyl acetate, fluoromethyl propionate, 1-fluoroethyl propionate. 1-fluoropropyl propionate, 2-fluoro-2-propyl propionate, fluoromethyl butyrate, 1-fluoroethyl butyrate, fluoromethyl isobutyrate, 1-fluoroethyl isobutyrate, fluoromethyl pivalate, 1-fluoro pivalate Ethyl, fluoromethyl trifluoroacetate, 1-fluoroethyl trifluoroacetate, 1-fluoropropyl trifluoroacetate, 2-fluoro-2-propyl trifluoroacetate, chloromethyl acetate, 1-chloroethyl acetate, 1-chloropropyl acetate, 2-chloro-acetic acid -Propyl, chloromethyl propionate, 1-chloroethyl propionate, 1-chloropropyl propionate, 2-chloro-2-propyl propionate, chloromethyl butyrate, 1-chloroethyl butyrate, chloromethyl isobutyrate, 1-chloroethyl isobutyrate Chloromethyl pivalate, 1-chloroethyl pivalate, chloromethyl trifluoroacetate, 1-chloroethyl trifluoroacetate, 1-chloropropyl trifluoroacetate, and 2-chloro-2-propyl trifluoroacetate including,
請求項1記載のリチウムイオン二次電池用電解質。The electrolyte for lithium ion secondary batteries according to claim 1.
前記電解質は、化12に示した鎖式炭酸エステル誘導体および化13に示した鎖式カルボン酸エステル誘導体からなる群のうちの少なくとも1種を含む溶媒を含有する、
リチウムイオン二次電池。
The electrolyte contains a solvent containing at least one member selected from the group consisting of a chain carbonate derivative shown in Chemical formula 12 and a chain carboxylate derivative shown in Chemical formula 13 ,
Lithium ion secondary battery.
前記化13に示した鎖式カルボン酸エステル誘導体は、酢酸フルオロメチル,酢酸1−フルオロエチル,酢酸1−フルオロプロピル,酢酸2−フルオロ−2−プロピル,プロピオン酸フルオロメチル,プロピオン酸1−フルオロエチル,プロピオン酸1−フルオロプロピル,プロピオン酸2−フルオロ−2−プロピル,酪酸フルオロメチル,酪酸1−フルオロエチル,イソ酪酸フルオロメチル,イソ酪酸1−フルオロエチル,ピバリン酸フルオロメチル,ピバリン酸1−フルオロエチル,トリフルオロ酢酸フルオロメチル,トリフルオロ酢酸1−フルオロエチル,トリフルオロ酢酸1−フルオロプロピル,トリフルオロ酢酸2−フルオロ−2−プロピル,酢酸クロロメチル,酢酸1−クロロエチル,酢酸1−クロロプロピル,酢酸2−クロロ−2−プロピル,プロピオン酸クロロメチル,プロピオン酸1−クロロエチル,プロピオン酸1−クロロプロピル,プロピオン酸2−クロロ−2−プロピル,酪酸クロロメチル,酪酸1−クロロエチル,イソ酪酸クロロメチル,イソ酪酸1−クロロエチル,ピバリン酸クロロメチル,ピバリン酸1−クロロエチル,トリフルオロ酢酸クロロメチル,トリフルオロ酢酸1−クロロエチル,トリフルオロ酢酸1−クロロプロピル,およびトリフルオロ酢酸2−クロロ−2−プロピルのうちの少なくとも1種を含む、The chain carboxylic acid ester derivatives shown in Chemical Formula 13 are fluoromethyl acetate, 1-fluoroethyl acetate, 1-fluoropropyl acetate, 2-fluoro-2-propyl acetate, fluoromethyl propionate, 1-fluoroethyl propionate. 1-fluoropropyl propionate, 2-fluoro-2-propyl propionate, fluoromethyl butyrate, 1-fluoroethyl butyrate, fluoromethyl isobutyrate, 1-fluoroethyl isobutyrate, fluoromethyl pivalate, 1-fluoro pivalate Ethyl, fluoromethyl trifluoroacetate, 1-fluoroethyl trifluoroacetate, 1-fluoropropyl trifluoroacetate, 2-fluoro-2-propyl trifluoroacetate, chloromethyl acetate, 1-chloroethyl acetate, 1-chloropropyl acetate, 2-chloroacetate 2-propyl, chloromethyl propionate, 1-chloroethyl propionate, 1-chloropropyl propionate, 2-chloro-2-propyl propionate, chloromethyl butyrate, 1-chloroethyl butyrate, chloromethyl isobutyrate, 1-isobutyrate At least one of chloroethyl, chloromethyl pivalate, 1-chloroethyl pivalate, chloromethyl trifluoroacetate, 1-chloroethyl trifluoroacetate, 1-chloropropyl trifluoroacetate, and 2-chloro-2-propyl trifluoroacetate Including species,
請求項10記載のリチウムイオン二次電池。The lithium ion secondary battery according to claim 10.
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