JP5092232B2 - Non-aqueous electrolyte battery - Google Patents
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Description
本発明は非水電解質電池に関する。 The present invention relates to a non-aqueous electrolyte battery.
近年、非水電解質電池、特にリチウム二次電池は、携帯電話,PHS(簡易携帯電話),小型コンピューター等の携帯機器類用電源、電力貯蔵用電源、電気自動車用電源として注目されている。 In recent years, nonaqueous electrolyte batteries, particularly lithium secondary batteries, have attracted attention as power supplies for portable devices such as mobile phones, PHS (simple mobile phones), and small computers, power storage power supplies, and power supplies for electric vehicles.
リチウム二次電池は、一般に、正極活物質を主要構成成分とする正極と、負極活物質を主要構成成分とする負極と、非水電解質とから構成される。 A lithium secondary battery is generally composed of a positive electrode having a positive electrode active material as a main constituent, a negative electrode having a negative electrode active material as a main constituent, and a nonaqueous electrolyte.
リチウム二次電池を構成する正極活物質としては、リチウム含有遷移金属酸化物が、負極活物質としては、グラファイトに代表される炭素質材料が、非水電解質としては、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)等の電解質がカーボネート誘導体の非水溶剤に溶解されたものが広く知られている。前記カーボネート誘導体として、例えば特許文献1には、非水電解液二次電池に分子構造がカーボネート基を含む5員環を有しているエチレンカーボネート等が挙げられている。しかしながら、エチレンカーボネートは融点が低く、低温で電解液が凝固し易い。 The positive electrode active material constituting the lithium secondary battery is a lithium-containing transition metal oxide, the negative electrode active material is a carbonaceous material typified by graphite, and the nonaqueous electrolyte is lithium hexafluorophosphate ( A solution in which an electrolyte such as LiPF 6 ) is dissolved in a non-aqueous solvent of a carbonate derivative is widely known. As the carbonate derivative, for example, Patent Document 1 includes ethylene carbonate having a 5-membered ring whose molecular structure includes a carbonate group in a non-aqueous electrolyte secondary battery. However, ethylene carbonate has a low melting point, and the electrolyte is easily solidified at a low temperature.
そのため、エチレンカーボネートに代えて、より融点の高いプロピレンカーボネートを電解液の非水溶剤として使用する方法が知られている。プロピレンカーボネートは、構造式がエチレンカーボネートのような常温で固体の溶剤に似ているにも関わらず凝固点が低いので、低温に於いてエチレンカーボネートを析出させにくい働きがあると考えている。よって、低温に於いてもエチレンカーボネートの析出をさせることなく非水電解質のイオン伝導を確実にすることができる。しかしながら、充電操作時にプロピレンカーボネートがグラファイト負極上で分解するため、充電が十分にできないという問題があった。 Therefore, a method is known in which propylene carbonate having a higher melting point is used as the non-aqueous solvent for the electrolyte instead of ethylene carbonate. Although propylene carbonate has a structural formula similar to that of a solid solvent at normal temperature such as ethylene carbonate, it has a low freezing point, so it is considered that propylene carbonate has a function of hardly precipitating ethylene carbonate at low temperatures. Therefore, ionic conduction of the nonaqueous electrolyte can be ensured without causing ethylene carbonate to precipitate even at low temperatures. However, since propylene carbonate decomposes on the graphite negative electrode during the charging operation, there is a problem that charging cannot be performed sufficiently.
この問題を解決する手段として、特許文献2には、電解液の分解を最小限に抑えるためにフェニル基を有する環状カーボネートを含む非水電解液を非水電解質電池に適用する技術が開示されており、高い電池特性とを有する非水電解質電池が得られるとされている。しかしながら、上記公報の手段によっても、高温保存特性の改善は不十分であり、優れた高温保存特性と高い電池特性電池とを高次元で両立する非水電解質電池が求められている。 As means for solving this problem, Patent Document 2 discloses a technique in which a nonaqueous electrolyte solution containing a cyclic carbonate having a phenyl group is applied to a nonaqueous electrolyte battery in order to minimize decomposition of the electrolyte solution. Therefore, it is said that a nonaqueous electrolyte battery having high battery characteristics can be obtained. However, even with the means described in the above publication, improvement in high-temperature storage characteristics is insufficient, and a nonaqueous electrolyte battery that achieves both excellent high-temperature storage characteristics and high battery characteristic batteries at a high level is demanded.
また、高温保存時の膨れを抑制するためにジスルフィド化合物を添加することが提案されている(特許文献3、4)。 In addition, it has been proposed to add a disulfide compound to suppress swelling during high-temperature storage (Patent Documents 3 and 4).
特許文献3の実施例には、「負極活物質である人造黒鉛」を負極板に用い(段落0035)、ECとEMCとDECとの重量比が4:5:2である混合溶媒に、溶質として1.35MのLiPF6を溶解させ、さらに2.0重量%のPC(プロピレンカーボネート)と4.0重量%のPS(1,3−プロパンスルトン)およびジスルフィド化合物を「添加混合」した非水電解液を調整(実施例17〜30)して組み立てられた電池が記載されている。そして、「非水電解液中の非水溶媒に含有されるPCおよびPSは、負極炭素材料表面での安定な保護膜の形成に寄与する」(段落0024)、「DPDS、DPTSおよびBMPDS(発明者注:ジスルフィド化合物の一種)は、負極炭素材料表面での安定な保護膜形成に寄与する。この保護膜は充放電の繰り返しにおいても安定な状態が維持される。この保護膜の作用により、電解液中の非水溶媒が電気化学的に還元されてガス発生することが抑制される。」(段落0025)と記載されている。即ち、特許文献3記載の電池においては、プロピレンカーボネートの使用量は2重量%にすぎず、負極炭素材料表面での安定な保護膜の形成に寄与する添加剤として使用されており、最初の充電あるいは少なくとも製造時に行われる初期サイクル工程において消費され、出荷後の電池の電解液中にはプロピレンカーボネートが存在しないものと推定される。 In Examples of Patent Document 3, “artificial graphite as a negative electrode active material” is used for a negative electrode plate (paragraph 0035), and a solute is mixed in a mixed solvent in which the weight ratio of EC, EMC, and DEC is 4: 5: 2. Non-aqueous solution in which 1.35M LiPF 6 is dissolved as follows, and 2.0% by weight of PC (propylene carbonate), 4.0% by weight of PS (1,3-propane sultone) and a disulfide compound are added and mixed. A battery assembled by adjusting the electrolyte solution (Examples 17 to 30) is described. "PC and PS contained in the nonaqueous solvent in the nonaqueous electrolyte contribute to the formation of a stable protective film on the surface of the negative electrode carbon material" (paragraph 0024), "DPDS, DPTS and BMPDS (invention). Note: A kind of disulfide compound) contributes to the formation of a stable protective film on the surface of the negative electrode carbon material.This protective film is maintained in a stable state even after repeated charging and discharging. It is described that the nonaqueous solvent in the electrolytic solution is electrochemically reduced to generate gas ”(paragraph 0025). That is, in the battery described in Patent Document 3, the amount of propylene carbonate used is only 2% by weight and is used as an additive that contributes to the formation of a stable protective film on the surface of the negative electrode carbon material. Alternatively, it is presumed that propylene carbonate is not present in the electrolyte solution of the battery after shipment because it is consumed at least in an initial cycle process performed at the time of manufacture.
プロピレンカーボネートを非水電解質の主溶媒として用いた場合には、依然として、後述する実施例にも示すように、プロピレンカーボネートがグラファイト負極表面で激しく分解されることから、電池の膨れや充分な放電容量が得られないといった問題があった。 When propylene carbonate is used as the main solvent of the non-aqueous electrolyte, as shown in the examples described later, propylene carbonate is severely decomposed on the surface of the graphite negative electrode. There was a problem that could not be obtained.
特許文献4の実施例には、エチレンカーボネート/ジメチルカーボネート(EC/DMC)が1/1に混合された非水性有機溶媒に1MのLiPF6を添加し、ジスルフィド化合物を添加した電解質(実施例1〜6)を用い、「負極活物質として結晶性人造黒鉛」を用いた電池が記載されている。しかしながら、プロピレンカーボネートを用いた電池については具体的に記載されていない。
本発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、グラファイトを負極活物質として用いた負極上での非水電解質の分解を抑制することにより、優れた性能の非水電解質電池を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides a non-aqueous electrolyte battery having excellent performance by suppressing decomposition of the non-aqueous electrolyte on the negative electrode using graphite as a negative electrode active material. For the purpose.
前述した目的を達成するために、本発明者らは、鋭意検討の結果、非水電解質を構成する非水溶剤を特定のものとすることにより、驚くべきことに、優れた高温保存特性と高い電池特性電池、即ち高いエネルギー密度とを兼ね備える非水電解質電池が得られることを見出し、本発明に至った。本発明の技術的構成およびその作用効果は以下の通りである。ただし、作用機構については推定を含んでおり、その正否は、本発明を制限するものではない。
(1) 正極及び負極を備え、前記負極はアクリル基を有するジスルフィド誘導体の重合生成物を備えている非水電解質電池である。
(2) プロピレンカーボネートを含有している非水電解質を備えた上記(1)項に記載の非水電解質電池である。
(3)前記負極は、負極活物質としてグラファイトを含有している上記(1)項又は(2)項のいずれかに記載の非水電解質電池である。
In order to achieve the above-described object, the present inventors have intensively studied to make the nonaqueous solvent constituting the nonaqueous electrolyte specific, and surprisingly, have excellent high temperature storage characteristics and high The present inventors have found that a battery characteristic battery, that is, a nonaqueous electrolyte battery having a high energy density can be obtained, and the present invention has been achieved. The technical configuration and operational effects of the present invention are as follows. However, the action mechanism includes estimation, and its correctness does not limit the present invention.
(1) A nonaqueous electrolyte battery including a positive electrode and a negative electrode, wherein the negative electrode includes a polymerization product of a disulfide derivative having an acrylic group.
(2) The nonaqueous electrolyte battery according to (1) above, comprising a nonaqueous electrolyte containing propylene carbonate.
(3) The non-aqueous electrolyte battery according to any one of (1) or ( 2 ), wherein the negative electrode contains graphite as a negative electrode active material.
即ち、本発明に係る非水電解質を得るため、アクリル基を有するジスルフィド誘導体を含有する非水電解質を用いて非水電解質電池を製造することにより、製造工程中に行う充電時に、負極表面でアクリル基を有するジスルフィド誘導体が重合するので、負極は、アクリル基を有するジスルフィド誘導体の重合生成物を備えたものとなる。このようにして得られた負極は、充電時における溶媒の分解を極めて効果的に抑制するので、プロピレンカーボネートを主溶媒として含有している非水電解質を用いても、負極が負極活物質としてグラファイトを含有しているものであっても、非水電解質の分解による電池膨れが効果的に抑制され、優れた電池性能を有する非水電解質電池を提供することができる。そして、アクリル基を有するジスルフィド誘導体の重合生成物は、高温で保存しても溶解することがないので、優れた高温保存特性と高いエネルギー密度とを兼ね備える非水電解質電池とすることができる。 That is, in order to obtain a non-aqueous electrolyte according to the present invention, a non-aqueous electrolyte battery is manufactured using a non-aqueous electrolyte containing a disulfide derivative having an acrylic group. Since the disulfide derivative having a group is polymerized, the negative electrode has a polymerization product of the disulfide derivative having an acrylic group. The negative electrode thus obtained suppresses the decomposition of the solvent at the time of charging very effectively, so even if a nonaqueous electrolyte containing propylene carbonate as a main solvent is used, the negative electrode is graphite as the negative electrode active material. Even if it contains, the battery swelling by decomposition | disassembly of a nonaqueous electrolyte is suppressed effectively, and the nonaqueous electrolyte battery which has the outstanding battery performance can be provided. And since the polymerization product of the disulfide derivative which has an acryl group does not melt | dissolve even if it preserve | saves at high temperature, it can be set as the nonaqueous electrolyte battery which has the outstanding high temperature storage characteristic and high energy density.
ここで、アクリル基を有するジスルフィド誘導体としては、例えば次の化学式で示される化合物が例示される。 Here, examples of the disulfide derivative having an acrylic group include compounds represented by the following chemical formula.
本発明によれば、従来、分解が激しいため用いることのできなかったプロピレンカーボネートを非水電解質の溶媒として用いることができるので、エチレンカーボネートを主溶媒とした電池に比べ、低温性能に優れた非水電解質電池を提供できる。この効果を確実なものとするため、非水電解質を構成する溶媒中に占めるプロピレンカーボネートの量は10体積%以上が好ましく、20体積%以上がより好ましい。 According to the present invention, since propylene carbonate, which could not be used because of severe decomposition, can be used as a solvent for non-aqueous electrolytes, it has a low temperature performance compared to a battery using ethylene carbonate as a main solvent. A water electrolyte battery can be provided. In order to ensure this effect, the amount of propylene carbonate in the solvent constituting the nonaqueous electrolyte is preferably 10% by volume or more, and more preferably 20% by volume or more.
本発明の非水電解質電池は、アクリル基を有するジスルフィド誘導体を含有する非水電解質を用いて製造されたものであり、負極はアクリル基を有するジスルフィド誘導体の重合生成物を備えているので、プロピレンカーボネートを含有している非水電解質を用いたものであっても、また、負極活物質としてグラファイトを含有した負極を用いたものであっても、充電時の非水電解質の分解が抑制されるので、優れた性能を有する非水電解質電池を提供できる。 The nonaqueous electrolyte battery of the present invention is manufactured using a nonaqueous electrolyte containing a disulfide derivative having an acrylic group, and the negative electrode includes a polymerization product of a disulfide derivative having an acrylic group. Whether using a non-aqueous electrolyte containing carbonate or using a negative electrode containing graphite as the negative electrode active material, the decomposition of the non-aqueous electrolyte during charging is suppressed. Therefore, a non-aqueous electrolyte battery having excellent performance can be provided.
以下に、本発明の実施の形態を例示するが、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be exemplified, but the present invention is not limited to the following embodiments.
本発明に係る非水電解質電池は、正極活物質を主要構成成分とする正極と、負極活物質を主要構成成分とする負極と、電解質塩が非水溶剤に含有された非水電解質とから構成され、一般的には、正極と負極との間に、非水電解質電池用セパレータが設けられる。 The non-aqueous electrolyte battery according to the present invention includes a positive electrode having a positive electrode active material as a main constituent, a negative electrode having a negative electrode active material as a main constituent, and a non-aqueous electrolyte containing an electrolyte salt in a non-aqueous solvent. In general, a separator for a nonaqueous electrolyte battery is provided between the positive electrode and the negative electrode.
アクリル基を有するジスルフィド誘導体の量は、電解液の全重量に対して0.01重量%〜5重量%であることが好ましく、より好ましくは0.10重量%〜2重量%である。アクリル基を有するジスルフィド誘導体の量が、電解液の全重量に対して0.01重量%以上であることによって、充電操作時におけるプロピレンカーボネートの分解をほぼ完全に抑制して充電をより確実に行うことができる。また、アクリル基を有するジスルフィド誘導体自身のイオン伝導性が低いため、5重量%以下であることによって、電解液のイオン伝導を確実にすることができる。 The amount of the disulfide derivative having an acrylic group is preferably 0.01% by weight to 5% by weight, and more preferably 0.10% by weight to 2% by weight with respect to the total weight of the electrolytic solution. When the amount of the disulfide derivative having an acrylic group is 0.01% by weight or more with respect to the total weight of the electrolytic solution, the decomposition of propylene carbonate during the charging operation is almost completely suppressed and charging is performed more reliably. be able to. Moreover, since the ionic conductivity of the disulfide derivative itself having an acrylic group is low, the ionic conductivity of the electrolytic solution can be ensured by being 5% by weight or less.
非水電解質には、プロピレンカーボネートの他、必要に応じて、他の有機溶媒を混合して用いることができる。例えば、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、クロロエチレンカーボネート、ビニレンカーボネート等の環状炭酸エステル;γ−バレロラクトン等の環状エステル;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等の鎖状カーボネート;γ−ブチロラクトン等の環状エステル;酢酸メチル、酪酸メチル等の鎖状エステル;テトラヒドロフランまたはその誘導体、1,3−ジオキサン、1,2−ジメトキシエタン、メチルジグライム等のエーテル類;アセトニトリル、ベンゾニトリル等のニトリル類;ジオキサランまたはその誘導体;スルホラン、スルトンまたはその誘導体等の単独またはそれら2種以上の混合物等を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。 In addition to propylene carbonate, other organic solvents can be mixed and used for the non-aqueous electrolyte as required. For example, cyclic carbonates such as ethylene carbonate, butylene carbonate, chloroethylene carbonate and vinylene carbonate; cyclic esters such as γ-valerolactone; chain carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate and ethylmethyl carbonate; cyclics such as γ-butyrolactone Esters; chain esters such as methyl acetate and methyl butyrate; ethers such as tetrahydrofuran or derivatives thereof, 1,3-dioxane, 1,2-dimethoxyethane, methyldiglyme; nitriles such as acetonitrile and benzonitrile; dioxalane or Examples thereof include, but are not limited to, sulfolane, sultone or a derivative thereof alone or a mixture of two or more thereof.
非水電解質に用いる電解質塩としては、例えば、LiClO4,LiBF4,LiAsF6,LiPF6,LiCF3SO3,LiN(CF3SO2)2,LiN(C2F5SO2)2,LiSCN,LiBr,LiI,Li2SO4,Li2B10Cl10,NaClO4,NaI,NaSCN,NaBr,KClO4,KSCN等のリチウム(Li)、ナトリウム(Na)またはカリウム(K)の1種を含む無機イオン塩、LiN(CF3SO2)2,LiN(C2F5SO2)2,(CH3)4NBF4,(CH3)4NBr,(C2H5)4NClO4,(C2H5)4NI,(C3H7)4NBr,(n−C4H9)4NClO4,(n−C4H9)4NI,(C2H5)4N−maleate,(C2H5)4N−benzoate,(C2H5)4N−phtalate等の四級アンモニウム塩、ステアリルスルホン酸リチウム、オクチルスルホン酸リチウム、ドデシルベンゼンスルホン酸リチウム等の有機イオン塩が挙げられ、これらのイオン性化合物を単独、あるいは2種類以上混合して用いることが可能である。 Examples of the electrolyte salt used for the nonaqueous electrolyte include LiClO 4 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiSCN. , LiBr, LiI, Li 2 SO 4 , Li 2 B 10 Cl 10 , NaClO 4 , NaI, NaSCN, NaBr, KClO 4 , KSCN, etc., one kind of lithium (Li), sodium (Na) or potassium (K) Inorganic ion salt containing, LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , (CH 3 ) 4 NBF 4 , (CH 3 ) 4 NBr, (C 2 H 5 ) 4 NClO 4 , (C 2 H 5) 4 NI , (C 3 H 7) 4 NBr, (n-C 4 H 9) 4 NClO 4, (n-C 4 H 9) 4 NI, (C 2 H 5) 4 N- maleate, (C 2 H 5) 4 N-benzoat , (C 2 H 5) 4 N-phtalate quaternary ammonium salts such as lithium stearyl sulfonate, lithium octyl sulfonate, and organic ion salts of lithium dodecylbenzenesulfonate, alone these ionic compounds, Alternatively, two or more types can be mixed and used.
非水電解質における電解質塩の濃度としては、高い電池特性を有する非水電解質電池を確実に得るために、0.1mol/l〜5mol/lが好ましく、さらに好ましくは、1mol/l〜2.5mol/lである。 The concentration of the electrolyte salt in the nonaqueous electrolyte is preferably 0.1 mol / l to 5 mol / l, more preferably 1 mol / l to 2.5 mol in order to reliably obtain a nonaqueous electrolyte battery having high battery characteristics. / L.
正極の主要構成成分である正極活物質としては、自明の材料を自明の処方で用いることができる。 As a positive electrode active material which is a main component of the positive electrode, a self-evident material can be used in a self-evident formula.
負極の主要構成成分である負極活物質として、炭素質材料の中でもグラファイトは、金属リチウムに極めて近い作動電位を有するので電解質塩としてリチウム塩を採用した場合に自己放電を少なくでき、かつ充放電における不可逆容量を少なくできるので、負極活物質として好ましい。より具体的には、格子面間隔(d002)が0.333〜0.350nm、a軸方向の結晶子の大きさ(La)20nm 以上、c軸方向の結晶子の大きさ(Lc)が20nm以上、真密度が2.00〜2.25g/cm3であるものが好ましい。 As a negative electrode active material that is a main component of the negative electrode, among carbonaceous materials, graphite has an operating potential very close to that of metallic lithium. Therefore, when lithium salt is used as an electrolyte salt, self-discharge can be reduced, and charge and discharge can be reduced. Since the irreversible capacity can be reduced, it is preferable as the negative electrode active material. More specifically, the lattice spacing (d 002 ) is 0.333 to 0.350 nm, the crystallite size (La) in the a-axis direction is 20 nm or more, and the crystallite size (Lc) in the c-axis direction is What has 20 nm or more and a true density of 2.00-2.25 g / cm < 3 > is preferable.
また、グラファイトに、スズ酸化物,ケイ素酸化物等の金属酸化物、リン、ホウ素、アモルファスカーボン等を添加して改質を行うことも可能である。特に、グラファイトの表面を上記の方法によって改質することで、電解液の分解を抑制し電池特性を高めることが可能であり望ましい。さらに、グラファイトに対して、リチウム金属、リチウム−アルミニウム,リチウム−鉛,リチウム−スズ,リチウム−アルミニウム−スズ,リチウム−ガリウム,およびウッド合金等のリチウム金属含有合金等を併用することや、あらかじめ電気化学的に還元することによってリチウムが挿入されたグラファイト等も負極活物質として使用可能である。 It is also possible to modify graphite by adding a metal oxide such as tin oxide or silicon oxide, phosphorus, boron, amorphous carbon or the like. In particular, by modifying the surface of graphite by the above method, it is possible to suppress the decomposition of the electrolytic solution and improve the battery characteristics, which is desirable. In addition to graphite, lithium metal-containing alloys such as lithium metal, lithium-aluminum, lithium-lead, lithium-tin, lithium-aluminum-tin, lithium-gallium, and wood alloys can be used in combination. Graphite in which lithium is inserted by chemical reduction can also be used as the negative electrode active material.
正極および負極には、主要構成成分である前記活物質の他に、導電剤、結着剤およびフィラーが、他の構成成分として含有されてもよい。 The positive electrode and the negative electrode may contain a conductive agent, a binder and a filler as other components in addition to the active material which is a main component.
外装材としては、非水電解質電池の軽量化の観点から、薄い材料が好ましく、例えば、金属箔を樹脂フィルムで挟み込んだ構成の金属樹脂複合フィルムが好ましい。金属箔の具体例としては、アルミニウム、鉄、ニッケル、銅、ステンレス鋼、チタン、金、銀等、ピンホールのない箔であれば限定されないが、好ましくは軽量且つ安価なアルミニウム箔が好ましい。また、電池外部側の樹脂フィルムとしては、ポリエチレンテレフタレートフィルム,ナイロンフィルム等の突き刺し強度に優れた樹脂フィルムを、電池内部側の樹脂フィルムとしては、ポリエチレンフィルム,ナイロンフィルム等の、熱融着可能であり、かつ耐溶剤性を有するフィルムが好ましい。 The exterior material is preferably a thin material from the viewpoint of reducing the weight of the nonaqueous electrolyte battery. For example, a metal resin composite film having a structure in which a metal foil is sandwiched between resin films is preferable. Specific examples of the metal foil include aluminum, iron, nickel, copper, stainless steel, titanium, gold, silver, and the like, as long as the foil does not have a pinhole. However, a lightweight and inexpensive aluminum foil is preferable. In addition, as the resin film on the battery outer side, a resin film having excellent piercing strength such as polyethylene terephthalate film and nylon film can be heat-sealed as the resin film on the battery inner side such as polyethylene film and nylon film. Preferred is a film having solvent resistance.
以下、本発明の詳細を実施例により説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although the detail of this invention is demonstrated by an Example, this invention is not limited to these.
(実施例1)
正極活物質としてLiCoO2、導電剤としてアセチレンブラック及びバインダーとしてポリフッ化ビニリデンを90:5:5の重量比率で混合後、溶剤としてN−メチルピロリドンを用いて上記材料の正極スラリーを作製した。得られたスラリーを正極集電体として20μmのアルミニウム箔の両面に塗布し、乾燥することによってN−メチルピロリドンを除去した。この正極板をロールプレスによりプレスし、正極を得た。
Example 1
After mixing LiCoO 2 as a positive electrode active material, acetylene black as a conductive agent and polyvinylidene fluoride as a binder in a weight ratio of 90: 5: 5, a positive electrode slurry of the above material was prepared using N-methylpyrrolidone as a solvent. The obtained slurry was applied to both surfaces of a 20 μm aluminum foil as a positive electrode current collector and dried to remove N-methylpyrrolidone. This positive electrode plate was pressed by a roll press to obtain a positive electrode.
負極活物質としてLcが100nm以上のグラファイト、バインダーとしてSBR(スチレンーブタジエン・ゴム)及びカルボキシメチルセルロースを97:1:2の重量比で混合後、溶剤として精製水を用いて上記材料の負極スラリーを作製した。得られたスラリーを負極集電体として粗面表面粗さが0.3μmRaである電解銅箔の両面に塗布し、乾燥により水を除去した。この負極板をロールプレスによりプレスし、負極を得た。 After mixing graphite having Lc of 100 nm or more as a negative electrode active material and SBR (styrene-butadiene rubber) and carboxymethyl cellulose as a binder in a weight ratio of 97: 1: 2, a negative electrode slurry of the above materials is prepared using purified water as a solvent. Produced. The obtained slurry was applied to both surfaces of an electrolytic copper foil having a rough surface roughness of 0.3 μmRa as a negative electrode current collector, and water was removed by drying. This negative electrode plate was pressed by a roll press to obtain a negative electrode.
前記正極及び負極を、非水電解質電池用セパレータであるポリエチレン製不織布(目付10g/m2,厚さ100μm)を介して積層させ、引き続き、アルミニウム端子(幅5mm、厚さ100μm)(正極端子)を正極集電体に、ニッケル端子(幅5mm、厚さ100μm)(負極端子)を負極集電体に、それぞれ電気抵抗溶接により接続した。この積層体を、筒状の金属樹脂複合フィルム(電池外部側樹脂,金属箔,電池内部側樹脂がそれぞれポリエチレンテレフタレート,アルミニウム箔,変性ポリプロピレンとなっている)からなる外装材の中に設置した後、非水電解質を外装材の中に真空注液(1333Pa)し、さらに真空封口(1333Pa)した。 The positive electrode and the negative electrode are laminated via a non-woven fabric made of polyethylene which is a separator for a nonaqueous electrolyte battery (10 g / m 2 per unit area, thickness 100 μm), and subsequently an aluminum terminal (width 5 mm, thickness 100 μm) (positive electrode terminal) Was connected to the positive electrode current collector, and a nickel terminal (width 5 mm, thickness 100 μm) (negative electrode terminal) was connected to the negative electrode current collector by electric resistance welding. After this laminate is installed in an exterior material made of a cylindrical metal resin composite film (battery outer side resin, metal foil, and battery inner side resin are polyethylene terephthalate, aluminum foil, and modified polypropylene, respectively) The nonaqueous electrolyte was vacuum-injected (1333 Pa) into the exterior material, and further vacuum sealed (1333 Pa).
ここで、前記非水電解質として、LiPF615重量部とプロピレンカーボネート20重量部とジメチルカーボネート30重量部と、エチルメチルカーボネート30重量部と、前記(化学式1)で示される構造の、アクリル基を有するジスルフィド誘導体1重量部とを混合したものを用いた。 Here, as the non-aqueous electrolyte, 15 parts by weight of LiPF 6, 20 parts by weight of propylene carbonate, 30 parts by weight of dimethyl carbonate, 30 parts by weight of ethyl methyl carbonate, and an acrylic group having a structure represented by the above (Chemical Formula 1) are used. What mixed 1 weight part of disulfide derivative which has was used.
次に、初期サイクル工程として、1回の充放電を行った。充電は、温度20℃にて、充電電流0.2ItmA、充電電圧4.2V、充電時間7時間の定電流定電圧充電とし、放電は、温度20℃にて、放電電流0.2ItmA、終止電圧2.7Vの定電流放電とした。この電池のエネルギー密度を前記放電容量により評価した。このようにして、実施例1の非水電解質電池を作製した。 Next, one charge / discharge was performed as an initial cycle process. Charging is performed at a temperature of 20 ° C., a charging current of 0.2 ItmA, a charging voltage of 4.2 V, a charging time of 7 hours, and a discharging is performed at a temperature of 20 ° C., a discharging current of 0.2 ItmA, a final voltage. The constant current discharge was 2.7V. The energy density of this battery was evaluated by the discharge capacity. Thus, the nonaqueous electrolyte battery of Example 1 was produced.
(比較例1)
前記非水電解質として、LiPF615重量部とプロピレンカーボネート20重量部とジメチルカーボネート30重量部と、エチルメチルカーボネート30重量部とを混合し、アクリル基を有するジスルフィド誘導体を混合していないものを用いたことを除いては、実施例1と同様の方法で、比較例1の非水電解質電池を作製した。
(Comparative Example 1)
As the non-aqueous electrolyte, 15 parts by weight of LiPF 6, 20 parts by weight of propylene carbonate, 30 parts by weight of dimethyl carbonate, and 30 parts by weight of ethyl methyl carbonate are mixed, and a disulfide derivative having an acrylic group is not mixed. A nonaqueous electrolyte battery of Comparative Example 1 was produced in the same manner as in Example 1 except that the above was found.
(比較例2)
前記非水電解質として、LiPF615重量部とエチレンカーボネート20重量部とジメチルカーボネート30重量部と、エチルメチルカーボネート30重量部とを混合したものを用いたことを除いては、上記実施例の非水電解質電池と同様の方法で、比較例2の非水電解質電池を作製した。
(Comparative Example 2)
The non-aqueous electrolyte is the same as in the above examples except that a mixture of 15 parts by weight of LiPF 6, 20 parts by weight of ethylene carbonate, 30 parts by weight of dimethyl carbonate, and 30 parts by weight of ethyl methyl carbonate was used. A nonaqueous electrolyte battery of Comparative Example 2 was produced in the same manner as the water electrolyte battery.
(比較例3)
前記非水電解質として、LiPF615重量部とプロピレンカーボネート20重量部とジメチルカーボネート30重量部と、エチルメチルカーボネート30重量部と、アクリル基を有していないジスルフィド化合物であるジフェニルジスルフィド1重量部とを混合したものを用いたことを除いては、実施例1と同様の方法で、比較例1の非水電解質電池を作製した。
(Comparative Example 3)
As the non-aqueous electrolyte, 15 parts by weight of LiPF 6, 20 parts by weight of propylene carbonate, 30 parts by weight of dimethyl carbonate, 30 parts by weight of ethyl methyl carbonate, 1 part by weight of diphenyl disulfide which is a disulfide compound having no acrylic group, A non-aqueous electrolyte battery of Comparative Example 1 was produced in the same manner as in Example 1 except that a mixture of was used.
実施例1の非水電解質電池は、比較例2の非水電解質電池と同等なエネルギー密度が得られた。一方、比較例1及び比較例3の非水電解質電池は、充電操作によって電池が膨れ、且つ放電容量が得られなかった。即ち、これらの電池では、グラファイト上で非水電解質の主溶媒に用いたプロピレンカーボネートが分解したため放電できなかったものと考えられる。 In the nonaqueous electrolyte battery of Example 1, an energy density equivalent to that of the nonaqueous electrolyte battery of Comparative Example 2 was obtained. On the other hand, in the nonaqueous electrolyte batteries of Comparative Examples 1 and 3, the batteries were swollen by the charging operation, and the discharge capacity was not obtained. That is, in these batteries, it is considered that the discharge could not be performed because the propylene carbonate used as the main solvent of the nonaqueous electrolyte was decomposed on the graphite.
実施例の非水電解質電池と比較例2の非水電解質電池とをそれぞれ使用して、60℃における高温保存特性を測定した。温度20℃にて、充電電流0.2ItmA、充電電圧4.2V、充電時間7時間の定電流定電圧充電を行い、その後60℃で1ヶ月保存した。保存後、温度20℃にて、放電電流0.2ItmA、終止電圧2.7Vの定電流放電を行い、自己放電率を求めたところ、実施例1の電池においては15%であったのに対して、比較例2の電池においては40%であった。 Using the nonaqueous electrolyte battery of Example and the nonaqueous electrolyte battery of Comparative Example 2, the high temperature storage characteristics at 60 ° C. were measured. At a temperature of 20 ° C., the battery was charged at a constant current and a constant voltage at a charging current of 0.2 ItmA, a charging voltage of 4.2 V, and a charging time of 7 hours, and then stored at 60 ° C. for 1 month. After storage, a constant current discharge with a discharge current of 0.2 ItmA and a final voltage of 2.7 V was performed at a temperature of 20 ° C., and the self-discharge rate was determined to be 15% in the battery of Example 1. In the battery of Comparative Example 2, it was 40%.
これは、非水電解質のアクリル基を有するジスルフィド誘導体が、負極グラファイト表面に高温においても溶出しない重合被膜(SEI)が形成されたためと考えられる。 This is a disulfide derivative having an acrylic group of the non-aqueous electrolyte is considered to not be eluted at high temperatures to the negative electrode graphite surface polymerization the film (SEI) is formed.
実施例、及び比較例に用いた非水電解質の、−30℃における状態を観察した。比較例1、2に用いた非水電解質は結晶のような析出が観察された。一方実施例、及び比較例3に用いた電解液には結晶の析出は観察されなかった。これは、非水電解質にプロピレンカーボネートを含むことで、溶剤の結晶化が阻害されたものと考えられる。 The state of the nonaqueous electrolyte used in Examples and Comparative Examples at −30 ° C. was observed. In the non-aqueous electrolyte used in Comparative Examples 1 and 2, precipitation like crystals was observed. On the other hand, no precipitation of crystals was observed in the electrolytic solutions used in Examples and Comparative Example 3. This is considered that the crystallization of the solvent was inhibited by containing propylene carbonate in the nonaqueous electrolyte.
本発明によれば、充電時における負極上でのプロピレンカーボネートの分解を確実に抑制して充電を十分に行うことができるので、低温においても電解液の凝固が起こることなくイオン伝導を確実にすることができるプロピレンカーボネートを主溶媒に用いることができ、さらに高温にも耐えうる強固な被膜を形成することができるので、優れた高温保存特性と高いエネルギー密度とを兼ね備える非水電解質電池を提供できる。 According to the present invention, the charging of the propylene carbonate on the negative electrode during charging can be reliably suppressed and charging can be sufficiently performed, so that ionic conduction is ensured without the solidification of the electrolyte even at low temperatures. it can be used for the main solvent of propylene carbonate can, it is possible to further form a strong target film to withstand high temperatures, provide a nonaqueous electrolyte battery having both an excellent high-temperature storage characteristics and high energy density it can.
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