JP5494116B2 - Nonaqueous electrolyte composition and nonaqueous electrolyte battery - Google Patents
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Description
この発明は、非水電解質、非水電解質電池および非水電解質電池の製造方法に関する。さらに詳細には、この発明は、正極および負極の少なくとも一方に接して配設され、非水溶媒と電解質塩とマトリックス高分子とセラミックス粉とを含む非水電解質組成物および非水電解質電池に関する。 The present invention relates to a non-aqueous electrolyte, a non-aqueous electrolyte battery, and a method for manufacturing a non-aqueous electrolyte battery. More specifically, the present invention relates to a non-aqueous electrolyte composition and a non-aqueous electrolyte battery that are disposed in contact with at least one of a positive electrode and a negative electrode and include a non-aqueous solvent, an electrolyte salt, a matrix polymer, and ceramic powder.
近年、携帯型電子機器が多く登場し、それらの小型化および軽量化が図られている。携帯型電子機器の電源として用いられる電池においても、携帯型電子機器の小型軽量化実現のために、電池自体を小型化することや、携帯型電子機器内の収容スペースを効率的に使うことが求められている。このような要求を満たす電池としては、エネルギー密度が大きいリチウムイオン二次電池が最も好適なことが知られている。 In recent years, many portable electronic devices have appeared, and their size and weight have been reduced. Even in batteries used as power sources for portable electronic devices, it is necessary to reduce the size of the battery itself and to efficiently use the storage space in the portable electronic device in order to reduce the size and weight of the portable electronic device. It has been demanded. As a battery that satisfies such a requirement, it is known that a lithium ion secondary battery having a large energy density is most suitable.
このようなリチウムイオン二次電池としては、例えば、軽量でエネルギー密度が高いこと、極めて薄い形状のものを製造可能であること等から、外装部材にラミネートフィルムを用いたものが実用化されている。そして、外装部材としてラミネートフィルムを用いた電池では、耐漏液性等の目的から、電解質として電解液とその電解液を保持させるマトリックス高分子とを適用することが行われ、ポリマー電池として知られている。 As such a lithium ion secondary battery, for example, a battery using a laminate film as an exterior member has been put into practical use because it is lightweight and has high energy density, and can be manufactured in a very thin shape. . In a battery using a laminate film as an exterior member, for the purpose of liquid leakage resistance and the like, an electrolyte solution and a matrix polymer that holds the electrolyte solution are applied as an electrolyte, which is known as a polymer battery. Yes.
このようなポリマー電池は、外装部材にアルミニウムラミネートフィルムを用いることにより、形状自由度が大きく向上しているが、この反面、強度が十分でないことがあり、誤使用により強い力がかかった際には変形を生じ易い。この場合、強固な外装パックに覆われていれば問題はないが、近時の高容量化の要求に伴い、外装パックも簡易なものになってきており、変形が大きければ電池内部でショートが発生し易くなり、電池として機能しないこともあり得る。 Such a polymer battery has greatly improved the degree of freedom of shape by using an aluminum laminate film for the exterior member, but on the other hand, the strength may not be sufficient, and when a strong force is applied due to misuse. Is prone to deformation. In this case, there is no problem as long as it is covered with a strong outer packaging, but with the recent demand for higher capacity, the outer packaging has become simpler, and if the deformation is large, a short circuit inside the battery will occur. It tends to occur and may not function as a battery.
このような問題に対し、従来は、下記の特許文献1のような電極表面にセラミックスを塗布した電池が提案されている。 Conventionally, a battery in which ceramics are applied to the electrode surface as described in Patent Document 1 has been proposed for such a problem.
しかしながら、特許文献1に記載の電池においては、ショートが発生するまでの強度(荷重)を高くし、安全性を向上させることができるものの、電極への電解液の含浸性が低下し易く、その結果、電池特性の低下を招くことがある。 However, in the battery described in Patent Document 1, although the strength (load) until a short circuit occurs can be increased and the safety can be improved, the impregnation property of the electrolyte into the electrode is likely to be reduced. As a result, battery characteristics may be degraded.
この発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものである。そして、その目的とするところは、電池特性を顕著に低下させることなく、高い安全性を得ることにある。 The present invention has been made in view of such problems of the prior art. The object is to obtain high safety without significantly degrading the battery characteristics.
上記課題を解決するために、第1の発明の非水電解質組成物は、電解質塩と、非水溶媒と、マトリックス高分子とを含む正極用非水電解質と、
電解質塩と、非水溶媒と、マトリックス高分子とを含む負極用非水電解質とからなり、
上記負極用非水電解質に含まれるセラミックス粉の熱伝導率が、上記正極用非水電解質に含まれるセラミックス粉の熱伝導率よりも大きいか、もしくは該負極用非水電解質におけるセラミックス粉の含有量が、該正極用非水電解質におけるセラミックス粉の含有量よりも多いことを特徴とする。
In order to solve the above problems, a non-aqueous electrolyte composition of a first invention includes a non-aqueous electrolyte for a positive electrode containing an electrolyte salt, a non-aqueous solvent, and a matrix polymer,
A negative electrode non-aqueous electrolyte containing an electrolyte salt, a non-aqueous solvent, and a matrix polymer,
The thermal conductivity of the ceramic powder contained in the non-aqueous electrolyte for negative electrode is greater than the thermal conductivity of the ceramic powder contained in the non-aqueous electrolyte for positive electrode, or the content of ceramic powder in the non-aqueous electrolyte for negative electrode Is more than the content of the ceramic powder in the non-aqueous electrolyte for a positive electrode .
また、第2の発明の非水電解質電池は、正極と、負極と、
上記正極および上記負極間に配置されるセパレータと、
電解質塩と、非水溶媒と、マトリックス高分子とを含み、上記正極の表面に形成される正極用非水電解質と、電解質塩と、非水溶媒と、マトリックス高分子とを含み、上記負極の表面に形成される負極用非水電解質とからなり、
上記負極用非水電解質の熱伝導率が、上記正極用非水電解質の熱伝導率よりも大きい非水電解質とを備え、
上記負極用非水電解質に含まれるセラミックス粉の熱伝導率が、上記正極用非水電解質に含まれるセラミックス粉の熱伝導率よりも大きいか、もしくは該負極用非水電解質におけるセラミックス粉の含有量が、該正極用非水電解質におけるセラミックス粉の含有量よりも多いことを特徴とする。
The nonaqueous electrolyte battery of the second invention includes a positive electrode, a negative electrode,
A separator disposed between the positive electrode and the negative electrode;
An electrolyte salt, a non-aqueous solvent, and a matrix polymer, the positive electrode non-aqueous electrolyte formed on the surface of the positive electrode, an electrolyte salt, a non-aqueous solvent, and a matrix polymer, Consisting of a non-aqueous electrolyte for negative electrode formed on the surface,
A non-aqueous electrolyte in which the thermal conductivity of the non-aqueous electrolyte for negative electrode is larger than the thermal conductivity of the non-aqueous electrolyte for positive electrode,
The thermal conductivity of the ceramic powder contained in the non-aqueous electrolyte for negative electrode is greater than the thermal conductivity of the ceramic powder contained in the non-aqueous electrolyte for positive electrode, or the content of ceramic powder in the non-aqueous electrolyte for negative electrode Is more than the content of the ceramic powder in the non-aqueous electrolyte for a positive electrode .
第1および第2の発明における上述の非水電解質は、少なくとも上記負極用非水電解質にセラミックス粉が含有され、上記正極用非水電解質と上記負極用非水電解質との双方に上記セラミックス粉が含有される場合には、該負極用非水電解質に含まれるセラミックス粉の熱伝導率が、該正極用非水電解質に含まれるセラミックス粉の熱伝導率よりも大きいか、もしくは該負極用非水電解質におけるセラミックス粉の含有量が、該正極用非水電解質におけるセラミックス粉の含有量よりも多いことが好ましい。 In the first and second inventions, at least the nonaqueous electrolyte for negative electrode contains ceramic powder, and the ceramic powder is present in both the nonaqueous electrolyte for positive electrode and the nonaqueous electrolyte for negative electrode. When it is contained, the thermal conductivity of the ceramic powder contained in the negative electrode nonaqueous electrolyte is greater than the thermal conductivity of the ceramic powder contained in the positive electrode nonaqueous electrolyte, or the negative electrode nonaqueous electrolyte The content of the ceramic powder in the electrolyte is preferably larger than the content of the ceramic powder in the non-aqueous electrolyte for positive electrode.
セラミックス粉としては、酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化ジルコニウム(ZrO)、酸化チタン(TiO2)、酸化ケイ素(SiO2)、酸化マグネシウム(MgO2)、炭化ケイ素(SiC)、窒化ホウ素(BN)および窒化アルミニウム(AlN)から成る群より選ばれた少なくとも1種を用いることが好ましい。 Ceramic powders include aluminum oxide (Al 2 O 3 ), zirconium oxide (ZrO), titanium oxide (TiO 2 ), silicon oxide (SiO 2 ), magnesium oxide (MgO 2 ), silicon carbide (SiC), boron nitride ( It is preferable to use at least one selected from the group consisting of BN) and aluminum nitride (AlN).
この発明では、負極に面する電解質層により導電性の高いセラミックス粉を含んでいるため、負極において積極的に熱を拡散させることができる。 In this invention, since the highly conductive ceramic powder is contained in the electrolyte layer facing the negative electrode, heat can be actively diffused in the negative electrode.
この発明によれば、簡易な構成の外装部材で外装された電池であっても、サイクル特性などの電池特性を落とすことなく安全性を向上させることができる。 According to the present invention, safety can be improved without degrading battery characteristics such as cycle characteristics even with a battery covered with an exterior member having a simple structure.
以下、発明を実施するための形態(以下「実施の形態」という。)について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
1.第1の実施の形態(非水電解質の例)
2.第2の実施の形態(非水電解質電池の第1の例)
Hereinafter, modes for carrying out the invention (hereinafter referred to as “embodiments”) will be described. The description will be given in the following order.
1. First embodiment (example of non-aqueous electrolyte)
2. Second Embodiment (First Example of Nonaqueous Electrolyte Battery)
1.第1の実施の形態
第1の実施の形態では、この発明の非水電解質について詳細に説明する。
1. 1st Embodiment In 1st Embodiment, the nonaqueous electrolyte of this invention is demonstrated in detail.
(1−1)非水電解質の構成
この発明の非水電解質組成物は、電解質塩と、非水溶媒と、マトリックス高分子と、所定のセラミックス粉とを含有するものであり、非水電解質電池に用いる非水電解質として好適に用いられる。正極側電解質および負極側電解質は、それぞれ正極および負極の表面に例えば塗布により設けた後、乾燥して溶剤を揮発させることによりゲル電解質層として形成される。
(1-1) Configuration of Nonaqueous Electrolyte The nonaqueous electrolyte composition of the present invention contains an electrolyte salt, a nonaqueous solvent, a matrix polymer, and a predetermined ceramic powder, and is a nonaqueous electrolyte battery. It is suitably used as a non-aqueous electrolyte used in the above. The positive electrode side electrolyte and the negative electrode side electrolyte are formed as gel electrolyte layers by, for example, coating on the surfaces of the positive electrode and the negative electrode, respectively, and then drying and volatilizing the solvent.
この発明では、正極活物質層上に設ける正極側電解質と、負極活物質層上に設ける負極側電解質とにおいて、正極側電解質に比して負極側電解質における熱伝導率が高いことを特徴としている。一般的に、負極は正極に比して低い温度で熱暴走に至る恐れがある。また、正極および負極の短絡時には、負極においてより多くのジュール熱が発生する。このため、負極における発熱を抑制することにより、非水電解質電池の安全性を高めることができる。 The present invention is characterized in that the positive electrode side electrolyte provided on the positive electrode active material layer and the negative electrode side electrolyte provided on the negative electrode active material layer have higher thermal conductivity in the negative electrode side electrolyte than the positive electrode side electrolyte. . In general, the negative electrode may cause thermal runaway at a lower temperature than the positive electrode. Further, when the positive electrode and the negative electrode are short-circuited, more Joule heat is generated in the negative electrode. For this reason, the safety | security of a nonaqueous electrolyte battery can be improved by suppressing the heat_generation | fever in a negative electrode.
このような正極側電解質および負極側電解質を得るために、この発明の非水電解質は下記のような構成とされる。
(i)正極側電解質に混合されたセラミックス粉よりも平均して熱伝導率の高いセラミックス粉を負極側電解質に混合する
(ii)負極側電解質へのセラミックス粉の混合量を、正極側電解質におけるセラミックス粉の混合量と同等か、多くなるようにする
(iii)負極側電解質にのみセラミックス粉を混合する
In order to obtain such a positive electrode side electrolyte and a negative electrode side electrolyte, the nonaqueous electrolyte of the present invention is configured as follows.
(I) A ceramic powder having a higher thermal conductivity on average than the ceramic powder mixed with the positive electrode side electrolyte is mixed with the negative electrode side electrolyte. (Ii) The mixing amount of the ceramic powder into the negative electrode side electrolyte is adjusted in the positive electrode side electrolyte. (Iii) Mix ceramic powder only in the negative electrode side electrolyte.
(i)について
この発明では、正極側電解質に混合されたセラミックス粉よりも熱伝導率の高いセラミックス粉を負極側電解質に混合することにより、負極表面における発熱をより拡散させることができる。正極側電解質および負極側電解質において、セラミックス粉は2種類以上を混合して用いても良い。正極側電解質および負極側電解質の少なくとも一方において2種類以上のセラミックス粉を混合して用いた場合には、全体として、もしくは平均的に負極側電解質に添加したセラミックス粉の熱伝導率が高くなるようにする。
About (i) In this invention, the heat_generation | fever in a negative electrode surface can be diffused more by mixing ceramic powder with higher thermal conductivity than the ceramic powder mixed with the positive electrode side electrolyte with the negative electrode side electrolyte. In the positive electrode side electrolyte and the negative electrode side electrolyte, two or more kinds of ceramic powders may be mixed and used. When two or more kinds of ceramic powders are mixed and used in at least one of the positive electrode side electrolyte and the negative electrode side electrolyte, the thermal conductivity of the ceramic powder added to the negative electrode side electrolyte as a whole or on average increases. To.
なお、この発明では、負極側電解質に含有されるセラミック粉の熱伝導率が、正極側電解質に含有されるセラミック粉の熱伝導率の2倍以上であることが好ましい。 In addition, in this invention, it is preferable that the thermal conductivity of the ceramic powder contained in the negative electrode side electrolyte is 2 times or more of the thermal conductivity of the ceramic powder contained in the positive electrode side electrolyte.
(ii)について
正極側電解質および負極側電解質において、セラミックス粉の混合量は、正極側電解質および負極側電解質において同等か、もしくは負極側電解質におけるセラミックス粉の混合量が多くなるようにする。特に、正極側電解質および負極側電解質において同じ熱伝導率を有するセラミックス粉を用いる場合、負極側電解質におけるセラミックス粉の混合量が多くなるようにすることで、全体としての熱伝導率を正極側電解質よりも向上させることができる。
About (ii) In the positive electrode side electrolyte and the negative electrode side electrolyte, the mixing amount of the ceramic powder is the same in the positive electrode side electrolyte and the negative electrode side electrolyte, or the mixing amount of the ceramic powder in the negative electrode side electrolyte is increased. In particular, when ceramic powders having the same thermal conductivity are used in the positive electrode side electrolyte and the negative electrode side electrolyte, the overall thermal conductivity can be increased by increasing the amount of ceramic powder mixed in the negative electrode side electrolyte. Can be improved.
(iii)について
(ii)と同様の観点から、負極側電解質にのみセラミックス粉を混合することにより、負極側電解質の熱伝導率を正極側電解質よりも向上させることができる。
About (iii) From the same viewpoint as (ii), the thermal conductivity of the negative electrode side electrolyte can be improved more than that of the positive electrode side electrolyte by mixing ceramic powder only with the negative electrode side electrolyte.
以下、この発明のセラミックス粉について説明する。 Hereinafter, the ceramic powder of the present invention will be described.
[セラミックス粉]
この発明では、セラミックス粉として種々の材料を用いることができるが、特に酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化ジルコニウム(ZrO)、酸化チタン(TiO2)、酸化ケイ素(SiO2)、酸化マグネシウム(MgO2)、炭化ケイ素(SiC)、窒化ホウ素(BN)および窒化アルミニウム(AlN)等が代表して用いられる。これらのセラミックス粉は、1種類もしくは2種類以上を混合して用いることができる。
[Ceramic powder]
In the present invention, various materials can be used as the ceramic powder. In particular, aluminum oxide (Al 2 O 3 ), zirconium oxide (ZrO), titanium oxide (TiO 2 ), silicon oxide (SiO 2 ), magnesium oxide ( Representative examples include MgO 2 ), silicon carbide (SiC), boron nitride (BN), and aluminum nitride (AlN). These ceramic powders can be used alone or in combination of two or more.
これらのセラミックス粉のうち、酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化ジルコニウム(ZrO)、酸化チタン(TiO2)、酸化ケイ素(SiO2)および酸化マグネシウム(MgO2)は熱伝導率が約50W/m・K以下のセラミックス材料である。 Among these ceramic powders, aluminum oxide (Al 2 O 3 ), zirconium oxide (ZrO), titanium oxide (TiO 2 ), silicon oxide (SiO 2 ), and magnesium oxide (MgO 2 ) have a thermal conductivity of about 50 W / Ceramic material with m · K or less.
一方、炭化ケイ素(SiC)、窒化アルミニウム(AlN)および窒化ホウ素(BN)は熱伝導率が約50W/m・K以上のセラミックス材料であり、窒化アルミニウム(AlN)は特に高い熱伝導率を有している。炭化ケイ素(SiC)、窒化アルミニウム(AlN)および窒化ホウ素(BN)は、酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化ジルコニウム(ZrO)、酸化チタン(TiO2)、酸化ケイ素(SiO2)または酸化マグネシウム(MgO2)よりも熱伝導率が高く、5〜数十倍の熱伝導率を有している。 On the other hand, silicon carbide (SiC), aluminum nitride (AlN) and boron nitride (BN) are ceramic materials having a thermal conductivity of about 50 W / m · K or more, and aluminum nitride (AlN) has a particularly high thermal conductivity. doing. Silicon carbide (SiC), aluminum nitride (AlN) and boron nitride (BN) are aluminum oxide (Al 2 O 3 ), zirconium oxide (ZrO), titanium oxide (TiO 2 ), silicon oxide (SiO 2 ) or magnesium oxide. It has a higher thermal conductivity than (MgO 2 ) and has a thermal conductivity of 5 to several tens of times.
上述のセラミックス材料が良好であるのは、これらのセラミックスは電池内で安定して存在でき、電池反応に悪影響を与えることがなく、かつ体積熱容量が大きくためである。 The above ceramic materials are good because these ceramics can exist stably in the battery, do not adversely affect the battery reaction, and have a large volumetric heat capacity.
この発明で用いるセラミックス粉は、平均粒径が0.1μm以上2.5μm以下であることが好ましい。平均粒径が0.1μm未満では、セラミックス粉が凝集することがある。一方、平均粒径が2.5μmを超えると、ラミネートフィルムを外装とする電池において、外観不良を生じることがある。 The ceramic powder used in the present invention preferably has an average particle size of 0.1 μm to 2.5 μm. If the average particle size is less than 0.1 μm, the ceramic powder may agglomerate. On the other hand, when the average particle diameter exceeds 2.5 μm, appearance defects may occur in a battery having a laminate film as an exterior.
なお、上述のセラミックス粉としては、その粒度分布がガウス分布であるものが好ましい。これにより、極端に大きな粒子、小さな粒子が大量に混合されるとが無く、生産性、電池特性が安定するという利点が得られる。 In addition, as said ceramic powder, that whose particle size distribution is Gaussian distribution is preferable. Thereby, extremely large particles and small particles are not mixed in a large amount, and an advantage that productivity and battery characteristics are stabilized can be obtained.
また、この発明の非水電解質においては、セラミックス粉とマトリックス高分子との混合比率を、質量比で1/1以上6/1以下とすることが好ましく、1/1以上5/1以下とすることがより好ましい。セラミックス粉とマトリックス高分子との混合比率が1/1未満では、セラミックス粉を含有させた効果が少なく、6/1を超えると、サイクル特性等の電池特性が低下してしまうおそれがある。 In the nonaqueous electrolyte of the present invention, the mixing ratio of the ceramic powder and the matrix polymer is preferably 1/1 or more and 6/1 or less, and more preferably 1/1 or more and 5/1 or less. It is more preferable. If the mixing ratio of the ceramic powder and the matrix polymer is less than 1/1, the effect of including the ceramic powder is small, and if it exceeds 6/1, battery characteristics such as cycle characteristics may be deteriorated.
さらに、この発明の非水電解質を用いて形成された非水電解質電池では、上述のセラミックス粉は、正負極間の単位面積当たり、即ち対向する正極と負極で挟まれる非水電解質部分において、単位面積の正極もしくは負極で規定される面積当たり、0.6mg/cm2以上3.5mg/cm2以下の割合で存在することが好ましい。0.6mg/cm2未満では、セラミックス粉を含有させた効果が少なく、3.5mg/cm2を超えると、サイクル特性等の電池特性が十分でないことがある。 Furthermore, in the non-aqueous electrolyte battery formed using the non-aqueous electrolyte of the present invention, the above-mentioned ceramic powder per unit area between the positive and negative electrodes, that is, in the non-aqueous electrolyte portion sandwiched between the positive and negative electrodes facing each other, It is preferably present at a rate of 0.6 mg / cm 2 or more and 3.5 mg / cm 2 or less per area defined by the positive electrode or negative electrode of the area. If it is less than 0.6 mg / cm 2 , the effect of containing ceramic powder is small, and if it exceeds 3.5 mg / cm 2 , battery characteristics such as cycle characteristics may not be sufficient.
なお、上述のセラミックス粉の面積当たりの存在量は、正極側電解質および負極側電解質のそれぞれが例えば0.6mg/cm2である場合、非水電解質全体としては1.2mg/cm2となるものである。 Incidentally, abundance per area of the ceramic powder mentioned above, when each of the positive-side electrolyte and the negative side the electrolyte is, for example 0.6 mg / cm 2, a 1.2 mg / cm 2 as a whole non-aqueous electrolyte that It is.
[非水溶媒]
この発明の非水電解質に用いる非水溶媒としては、各種の高誘電率溶媒や低粘度溶媒を挙げることができる。高誘電率溶媒としては、エチレンカーボネートとプロピレンカーボネート等を好適に用いることができるが、これに限定されるものではなく、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン(フルオロエチレンカーボネート)、4−クロロ−1,3−ジオキソラン−2−オン(クロロエチレンカーボネート)、トリフルオロメチルエチレンカーボネートなどの環状炭酸エステルを用いることもできる。
[Nonaqueous solvent]
Examples of the nonaqueous solvent used in the nonaqueous electrolyte of the present invention include various high dielectric constant solvents and low viscosity solvents. As the high dielectric constant solvent, ethylene carbonate, propylene carbonate, and the like can be suitably used, but are not limited thereto, butylene carbonate, vinylene carbonate, 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one Cyclic carbonates such as (fluoroethylene carbonate), 4-chloro-1,3-dioxolan-2-one (chloroethylene carbonate), and trifluoromethylethylene carbonate can also be used.
また、高誘電率溶媒として、環状炭酸エステルの代わりに、またはこれと併用して、γ−ブチロラクトンや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カルバミン酸エステル、テトラメチレンスルホンなどのスルホン化合物等も使用可能である。 Further, as a high dielectric constant solvent, a lactone such as γ-butyrolactone and γ-valerolactone, a lactam such as N-methylpyrrolidone, and a cyclic carbamine such as N-methyloxazolidinone instead of or in combination with the cyclic carbonate. Sulfone compounds such as acid esters and tetramethylene sulfone can also be used.
一方、低粘度溶媒としては、エチルメチルカーボネートとジエチルカーボネート等を好適に使用することができるが、これ以外にも、ジメチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート等の鎖状炭酸エステル、酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、酪酸メチル、イソ酪酸メチル、トリメチル酢酸メチルおよびトリメチル酢酸エチル等の鎖状カルボン酸エステル、N,N−ジメチルアセトアミド等の鎖状アミド、N,N−ジエチルカルバミン酸メチルおよびN,N−ジエチルカルバミン酸エチル等の鎖状カルバミン酸エステル、並びに1,2−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピランおよび1,3−ジオキソラン等のエーテルを用いることができる。 On the other hand, as the low-viscosity solvent, ethyl methyl carbonate and diethyl carbonate can be preferably used, but other than these, chain carbonates such as dimethyl carbonate and methyl propyl carbonate, methyl acetate, ethyl acetate, propion Chain carboxylic acid esters such as methyl acid, ethyl propionate, methyl butyrate, methyl isobutyrate, methyl trimethylacetate and ethyl trimethylacetate, chain amides such as N, N-dimethylacetamide, methyl N, N-diethylcarbamate and Chain carbamates such as ethyl N, N-diethylcarbamate and ethers such as 1,2-dimethoxyethane, tetrahydrofuran, tetrahydropyran and 1,3-dioxolane can be used.
なお、この発明の非水電解質において、上述の高誘電率溶媒および低粘度溶媒は、その1種を単独でまたは2種以上を任意に混合して用いることができる。また、上述の非水溶媒の含有量は、70質量%以上90質量%以下とすることが好ましい。70質量%未満では、粘度が上昇し過ぎることがあり、90質量%を超えると、十分な伝導度が得られないことがある。 In the nonaqueous electrolyte of the present invention, the above-mentioned high dielectric constant solvent and low viscosity solvent can be used alone or in combination of two or more. Moreover, it is preferable that content of the above-mentioned non-aqueous solvent shall be 70 to 90 mass%. If it is less than 70% by mass, the viscosity may increase excessively, and if it exceeds 90% by mass, sufficient conductivity may not be obtained.
[マトリックス高分子]
この発明の非水電解質は、マトリックス高分子を含有し、マトリックス高分子に電解質塩、非水溶媒やセラミックス粉が含浸ないしは保持される。このような高分子化合物の膨潤やゲル化ないしは非流動化により、得られる電池で非水電解質の漏液が起こるのを効果的に抑制することができる。
[Matrix polymer]
The non-aqueous electrolyte of the present invention contains a matrix polymer, and the matrix polymer is impregnated or held with an electrolyte salt, a non-aqueous solvent or ceramic powder. By such swelling, gelation or non-fluidization of the polymer compound, it is possible to effectively suppress leakage of the nonaqueous electrolyte in the obtained battery.
マトリックス高分子としては、次の化学式(1)〜(3)で表されるポリビニルホルマール…(1)、ポリアクリル酸エステル…(2)、およびポリフッ化ビニリデン…(3)などを例示することができる。また、これらの材料を主成分とする共重合体を用いてもよい。 Examples of the matrix polymer include polyvinyl formal (1), polyacrylic acid ester (2), and polyvinylidene fluoride (3) represented by the following chemical formulas (1) to (3). it can. Moreover, you may use the copolymer which has these materials as a main component.
ただし、(1)式中のNは重合度を示し、好ましくはN=100〜10000である。Nが100未満では、ゲル化が十分でなく、10000を超えると、粘度が大きく容量が低下することがある。 However, N in the formula (1) indicates the degree of polymerization, and preferably N = 100 to 10,000. If N is less than 100, gelation is not sufficient, and if it exceeds 10,000, the viscosity may be large and the capacity may be reduced.
ただし、(2)式中のRは、CnH2n-1Om(nは1〜8の整数、mは0〜4の整数を示す。)を示し、Nは重合度を示し、好ましくはN=100〜10000である。Nが100未満では、ゲル化が困難であり、10000を超えると、流動性が減少することがある。 In the formula (2), R represents C n H 2n-1 O m (n represents an integer of 1 to 8, m represents an integer of 0 to 4), N represents a degree of polymerization, and preferably N = 100 to 10,000. If N is less than 100, gelation is difficult, and if it exceeds 10,000, fluidity may decrease.
ただし、(3)式中のNは重合度を示し、好ましくはN=100〜10000である。Nが100未満では、ゲル化が十分でなく、10000を超えると、粘度が大きく容量が低下することがある。なお、ポリフッ化ビニリデンがマトリックス高分子に含まれる場合、マトリックス高分子としては、重量平均分子量が550000以上のものが好ましい。重量平均分子量が550000未満の場合、サイクル特性が十分でないことがある。 However, N in the formula (3) indicates the degree of polymerization, and preferably N = 100 to 10,000. If N is less than 100, gelation is not sufficient, and if it exceeds 10,000, the viscosity may be large and the capacity may be reduced. When polyvinylidene fluoride is included in the matrix polymer, the matrix polymer preferably has a weight average molecular weight of 550000 or more. When the weight average molecular weight is less than 550000, the cycle characteristics may not be sufficient.
なお、上述のマトリックス高分子の含有量は、0.1〜5質量%とすることが好ましい。0.1質量%未満では、ゲル化が困難であり、セラミックス粉を均一に保持し難く、5質量%を超えると、エネルギー密度の減少等、電池特性に影響を及ぼす可能性がある。 In addition, it is preferable that content of the above-mentioned matrix polymer shall be 0.1-5 mass%. If it is less than 0.1% by mass, gelation is difficult, and it is difficult to hold the ceramic powder uniformly. If it exceeds 5% by mass, the battery characteristics may be affected, such as a decrease in energy density.
<電解質塩>
この発明の非水電解質に用いる電解質塩としては、上述の非水溶媒に溶解ないしは分散してイオンを生ずるものであればよく、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)などのリチウム塩を好適に使用することができるが、これに限定されないことは言うまでもない。電解質塩としては、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)の他、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)、四塩化アルミニウム酸リチウム(LiAlCl4)等の無機リチウム塩や、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(LiCF3SO3)、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホン)イミド(LiN(CF3SO2)2)、リチウムビス(ペンタフルオロエタンスルホン)メチド(LiC(C2F5SO2)2)、リチウムトリス(トリフルオロメタンスルホン)メチド(LiC(CF3SO2)3)等のパーフルオロアルカンスルホン酸誘導体のリチウム塩なども使用可能であり、これらを1種単独でまたは2種以上を組み合せて使用することも可能である。
<Electrolyte salt>
The electrolyte salt used in the non-aqueous electrolyte of the present invention is not particularly limited as long as it dissolves or disperses in the non-aqueous solvent to generate ions, and a lithium salt such as lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) is preferably used. Needless to say, but not limited thereto. As the electrolyte salt, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6) other, lithium tetrafluoroborate (LiBF 4), lithium hexafluoroarsenate (LiAsF 6), lithium hexafluoro antimonate (LiSbF 6) Inorganic lithium salts such as lithium perchlorate (LiClO 4 ) and lithium tetrachloride aluminum oxide (LiAlCl 4 ), lithium trifluoromethanesulfonate (LiCF 3 SO 3 ), lithium bis (trifluoromethanesulfone) imide (LiN (CF 3 SO 2 ) 2 ), lithium bis (pentafluoroethanesulfone) methide (LiC (C 2 F 5 SO 2 ) 2 ), lithium tris (trifluoromethanesulfone) methide (LiC (CF 3 SO 2 ) 3 ), etc. Fluoroalkanesulfonic acid derivative lithium salts can also be used. In Germany or it is also possible to use a combination of two or more of them.
なお、このような電解質塩の濃度は、リチウム塩の場合、0.5mol/kg以上2.1mol/kg以下とすることが好ましく、0.6mol/kg以上2.0mol/kg以下とすることがより好ましい。0.5mol/kg未満では、セラミックス粉の添加による電解質成分の減少により高い電池容量を得ることができない場合がある。また、2.1mol/kgを超えると、電解液の粘度が過度に高くなり低温特性等の良好な電池特性を得られない場合がある。 In the case of lithium salt, the concentration of such an electrolyte salt is preferably 0.5 mol / kg or more and 2.1 mol / kg or less, and preferably 0.6 mol / kg or more and 2.0 mol / kg or less. More preferred. If it is less than 0.5 mol / kg, a high battery capacity may not be obtained due to a decrease in electrolyte components due to the addition of ceramic powder. Moreover, when it exceeds 2.1 mol / kg, the viscosity of an electrolyte solution becomes excessively high and good battery characteristics such as low temperature characteristics may not be obtained.
この発明の非水電解質は、上述のようなセラミックス粉末、マトリックス高分子、非水溶媒および電解質塩を必須成分とするが、これ以外にも他の成分を加えることが可能である。具体的には、例えば多重結合を有する炭酸エステルと組み合せることが可能であり、これにより、繰り返し充放電時の放電容量維持率を更に向上させることができる。多重結合を有する炭酸エステルとしては、典型的には、炭素‐炭素多重結合を有する炭酸エステル(更に典型的には、炭素‐炭素多重結合(例えば、炭素‐炭素二重結合や三重結合など。)の炭化水素基を有する炭酸エステルを挙げることができる。)の一例であるビニレンカーボネートを好適に用いることができるがこれに限定されるものでないことは言うまでもない。即ち、ビニルエチレンカーボネートなどを用いることもできる。 The nonaqueous electrolyte of the present invention contains the ceramic powder, the matrix polymer, the nonaqueous solvent and the electrolyte salt as essential components as described above, but other components can be added thereto. Specifically, it can be combined with, for example, a carbonate having a multiple bond, and this can further improve the discharge capacity maintenance rate during repeated charge and discharge. The carbonic acid ester having a multiple bond is typically a carbonic acid ester having a carbon-carbon multiple bond (more typically, a carbon-carbon multiple bond (for example, a carbon-carbon double bond or a triple bond)). Of course, vinylene carbonate, which is an example), can be suitably used, but it goes without saying that the present invention is not limited thereto. That is, vinyl ethylene carbonate or the like can be used.
そして、この発明の非水電解質においては、上述の多重結合を有する炭酸エステルの含有量は、0.05質量%以上5質量%以下とすることが好ましく、0.1質量%以上3質量%以下とすることがより好ましく、0.2質量%以上2質量%以下とすることが更に好ましい。0.05質量%未満では効果がなく、5質量%を超えると放電容量が低下することがある。 And in the nonaqueous electrolyte of this invention, it is preferable that content of the carbonate ester which has the above-mentioned multiple bond shall be 0.05 mass% or more and 5 mass% or less, and 0.1 mass% or more and 3 mass% or less. More preferably, the content is 0.2% by mass or more and 2% by mass or less. If it is less than 0.05% by mass, there is no effect, and if it exceeds 5% by mass, the discharge capacity may decrease.
また、セラミックス粉末の分散性を向上させるために、下記のような界面活性剤を用いるようにしても良い。 In order to improve the dispersibility of the ceramic powder, the following surfactant may be used.
[界面活性剤]
界面活性剤としては、セラミックス粉末を分散させ得るものであればよく、炭化水素系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤を好適例として挙げることができる。非イオン性の炭化水素系界面活性剤やシリコーン系界面活性剤は、イオンを生じないために特に望ましい。炭化水素系界面活性剤としては、例えばポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、アルキルピロリドン(1−オクチル−2−ピロリドン等)、アルキルグルコシド、ソルビタン脂肪酸エステル、モノおよびジエタノールアミン脂肪酸アミド、アルキルアミンのポリオキシエチレン付加物、エトキシレート化テトラメチルドデシンジオール、テトラメチルデシンジオール、グリセリン脂肪酸エステル、ペンタエリスリトール脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレングリコール、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル、脂肪酸ポリオキシエチレンソルビタン等の非イオン性の炭化水素系界面活性剤が挙げられる。
[Surfactant]
The surfactant is not particularly limited as long as it can disperse the ceramic powder, and preferred examples include hydrocarbon surfactants and silicone surfactants. Nonionic hydrocarbon surfactants and silicone surfactants are particularly desirable because they do not generate ions. Examples of the hydrocarbon surfactant include polyoxyethylene alkyl ether, polyoxyethylene alkyl phenyl ether, alkyl pyrrolidone (1-octyl-2-pyrrolidone, etc.), alkyl glucoside, sorbitan fatty acid ester, mono and diethanolamine fatty acid amide, alkyl Polyoxyethylene adduct of amine, ethoxylated tetramethyldodecine diol, tetramethyl decyne diol, glycerin fatty acid ester, pentaerythritol fatty acid ester, polyoxyethylene polyoxypropylene glycol, polyethylene glycol fatty acid ester, fatty acid polyoxyethylene sorbitan, etc. And nonionic hydrocarbon surfactants.
ポリオキシエチレンアルキルエーテルとしては、例えばポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテルなどを挙げることができる。また、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテルとしては、例えばポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテルなどを挙げることができる。更に、ポリエチレングリコール脂肪酸エステルとしては、例えばポリエチレングリコールジラウレート、ポリエチレングリコールジステアレートなどを挙げることができる。 Examples of the polyoxyethylene alkyl ether include polyoxyethylene lauryl ether, polyoxyethylene stearyl ether, polyoxyethylene oleyl ether and the like. Examples of the polyoxyethylene alkyl phenyl ether include polyoxyethylene octyl phenyl ether and polyoxyethylene nonyl phenyl ether. Furthermore, examples of the polyethylene glycol fatty acid ester include polyethylene glycol dilaurate and polyethylene glycol distearate.
一方、シリコーン系界面活性剤としては、例えばジメチルシリコーン、アミノシラン、アクリルシラン、ビニルベンジルシラン、ビニルベンジシルアミノシラン、グリシドシラン、メルカプトシラン、ジメチルシラン、ポリジメチルシロキサン、ポリアルコキシシロキサン、ハイドロジエン変性シロキサン、ビニル変性シロキサン、ビトロキシ変性シロキサン、アミノ変性シロキサン、カルボキシル変性シロキサン、ハロゲン化変性シロキサン、エポキシ変性シロキサン、メタクリロキシ変性シロキサン、メルカプト変性シロキサン、フッ素変性シロキサン、アルキル基変性シロキサン、フェニル変性シロキサン、アルキレンオキシド変性シロキサンなどの非イオン性のシリコーン系界面活性剤を挙げることができる。 On the other hand, examples of silicone surfactants include dimethyl silicone, amino silane, acrylic silane, vinyl benzyl silane, vinyl benzyl amino silane, glycid silane, mercapto silane, dimethyl silane, polydimethyl siloxane, polyalkoxy siloxane, hydrodiene modified siloxane, vinyl. Modified siloxane, Vitroxy modified siloxane, Amino modified siloxane, Carboxyl modified siloxane, Halogenated modified siloxane, Epoxy modified siloxane, Methacryloxy modified siloxane, Mercapto modified siloxane, Fluorine modified siloxane, Alkyl group modified siloxane, Phenyl modified siloxane, Alkylene oxide modified siloxane, etc. And nonionic silicone surfactants.
なお、上述の炭化水素系界面活性剤およびシリコーン系界面活性は、1種を単独でまたは2種以上を任意に混合して用いることができる。また、上述の界面活性剤の含有量は、上述の充填材100質量部に対して0.3〜5.0質量部とすることが好ましい。界面活性剤の含有量を上記範囲内とすると、電池特性を殆ど低下させることなく、ショートが発生するまでの強度(荷重)をより高くすることができる。 In addition, the above-mentioned hydrocarbon type surfactant and silicone type surfactant can be used individually by 1 type or in mixture of 2 or more types arbitrarily. Moreover, it is preferable that content of the above-mentioned surfactant shall be 0.3-5.0 mass parts with respect to 100 mass parts of above-mentioned fillers. When the content of the surfactant is within the above range, the strength (load) until a short circuit occurs can be further increased without substantially reducing the battery characteristics.
また、この発明における非水電解質は、一次電池、二次電池に関わらず用いることができる。 Moreover, the nonaqueous electrolyte in this invention can be used regardless of a primary battery or a secondary battery.
2.第2の実施の形態
次に、この発明の非水電解質電池について説明する。
2. Second Embodiment Next, the nonaqueous electrolyte battery of the present invention will be described.
(2−1)非水電解質電池の構成
図1は、この発明の非水電解質電池の一実施形態であって、ラミネート型二次電池の一例を示す分解斜視図である。図1に示すように、この二次電池は、正極端子11と負極端子12が取り付けられた電池素子20をフィルム状の外装部材30の内部に封入して構成されている。正極端子11および負極端子12は、外装部材30の内部から外部に向かって、例えば同一方向にそれぞれ導出されている。正極端子11および負極端子12は、例えばアルミニウム(Al)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)またはステンレスなどの金属材料によりそれぞれ構成される。
(2-1) Configuration of Nonaqueous Electrolyte Battery FIG. 1 is an exploded perspective view showing an example of a laminated secondary battery as an embodiment of the nonaqueous electrolyte battery of the present invention. As shown in FIG. 1, this secondary battery is configured by enclosing a battery element 20 to which a
図2は、図1に示した電池素子20のII−II線に沿った断面図である。同図において、電池素子20は、正極21と負極22とがこの発明の非水電解質から成る非水電解質層23およびセパレータ24を介して対向して位置し、巻回されているものであり、最外周部は保護テープ25により保護されている。
2 is a cross-sectional view taken along line II-II of battery element 20 shown in FIG. In the figure, a battery element 20 is formed by winding a positive electrode 21 and a
[外装部材]
外装部材30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張り合わせた矩形状のラミネートフィルムにより構成されている。外装部材30は、例えばポリエチレンフィルム側と電池素子20とが対向するように配設されており、各外縁部が融着または接着剤により互いに接合されている。
[Exterior material]
The
外装部材30と正極端子11および負極端子12との間には、外気の侵入を防止するための密着フィルム31が挿入されている。密着フィルム31は、正極端子11および負極端子12に対して密着性を有する材料により構成され、例えば正極端子11および負極端子12が上述した金属材料から構成される場合には、ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリエチレンまた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ることが好ましい。
An
なお、外装部材30は、上述したラミネートフィルムに代えて、他の構造、例えば金属材料を有さない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または金属フィルムなどにより構成してもよい。
In addition, the
ここで、ラミネートフィルムの一般的な構成は、外装層/金属箔/シーラント層の積層構造で表すことができ(ただし、外装層およびシーラント層は複数層で構成されることがある。)、上記の例では、ナイロンフィルムが外装層、アルミニウム箔が金属箔、ポリエチレンフィルムがシーラント層に相当する。
なお、金属箔としては、耐透湿性のバリア膜として機能すれば十分であり、アルミニウム箔のみならず、ステンレス箔、ニッケル箔およびメッキを施した鉄箔などを使用することができるが、薄く軽量で加工性に優れるアルミニウム箔を好適に用いることができる。
Here, the general structure of a laminate film can be represented by the laminated structure of exterior layer / metal foil / sealant layer (however, the exterior layer and sealant layer may be composed of a plurality of layers), and the above. In this example, the nylon film corresponds to the exterior layer, the aluminum foil corresponds to the metal foil, and the polyethylene film corresponds to the sealant layer.
In addition, as metal foil, it is sufficient if it functions as a moisture-permeable barrier film, and not only aluminum foil but also stainless steel foil, nickel foil, and plated iron foil can be used. Thus, an aluminum foil excellent in workability can be suitably used.
外装部材として、使用可能な構成を(外装層/金属箔/シーラント層)の形式で列挙すると、Ny(ナイロン)/Al(アルミニウム)/CPP(無延伸ポリプロピレン)、PET(ポリエチレンテレフタレート)/Al/CPP、PET/Al/PET/CPP、PET/Ny/Al/CPP、PET/Ny/Al/Ny/CPP、PET/Ny/Al/Ny/PE(ポリエチレン)、Ny/PE/Al/LLDPE(直鎖状低密度ポリエチレン)、PET/PE/Al/PET/LDPE(低密度ポリエチレン)、PET/Ny/Al/LDPE/CPPなどがある。 As the exterior member, usable configurations are listed in the form of (exterior layer / metal foil / sealant layer): Ny (nylon) / Al (aluminum) / CPP (unstretched polypropylene), PET (polyethylene terephthalate) / Al / CPP, PET / Al / PET / CPP, PET / Ny / Al / CPP, PET / Ny / Al / Ny / CPP, PET / Ny / Al / Ny / PE (polyethylene), Ny / PE / Al / LLDPE (direct) Chain low density polyethylene), PET / PE / Al / PET / LDPE (low density polyethylene), and PET / Ny / Al / LDPE / CPP.
[正極]
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の両面または片面に正極活物質層21Bが被覆された構造を有している。正極集電体21Aには、長手方向における一方の端部に正極活物質層21Bが被覆されずに露出している部分があり、この露出部分に正極端子11が取り付けられている。正極集電体21Aは、例えばアルミニウム箔、ニッケル箔またはステンレス箔などの金属箔により構成される。
[Positive electrode]
The positive electrode 21 has, for example, a structure in which a positive electrode
正極活物質層21Bは、正極活物質として、リチウムイオンを吸蔵および放出することが可能な正極材料のいずれか1種または2種以上を含んでおり、必要に応じて導電剤および結着剤を含んでいてもよい。
The positive electrode
リチウムイオンを吸蔵および放出することが可能な正極材料としては、例えば酸化バナジウム(V2O5)、二酸化チタン(TiO2)、二酸化マンガン(MnO2)などの酸化物、硫黄(S)や、二硫化鉄(FeS2)、二硫化チタン(TiS2)、二硫化モリブデン(MoS2)などの二硫化物、二セレン化ニオブ(NbSe2)等のリチウムを含有しないカルコゲン化物(特に層状化合物やスピネル型化合物)、リチウムを含有するリチウム含有化合物、並びに、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリピロールなどの導電性高分子化合物が挙げられる。 Examples of the positive electrode material capable of inserting and extracting lithium ions include oxides such as vanadium oxide (V 2 O 5 ), titanium dioxide (TiO 2 ), manganese dioxide (MnO 2 ), sulfur (S), Lithium-free chalcogenides such as iron disulfide (FeS 2 ), titanium disulfide (TiS 2 ) and molybdenum disulfide (MoS 2 ), and niobium diselenide (NbSe 2 ) (particularly layered compounds and Spinel type compounds), lithium-containing compounds containing lithium, and conductive polymer compounds such as polyaniline, polythiophene, polyacetylene, and polypyrrole.
これらの中でも、リチウム含有化合物は、高電圧および高エネルギー密度を得ることができるものがあるので好ましい。このようなリチウム含有化合物としては、例えばリチウムと遷移金属元素とを含む複合酸化物や、リチウムと遷移金属元素とを含むリン酸化合物が挙げられるが、より高い電圧を得る観点からは、特にコバルト(Co)、ニッケル(Ni)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、クロム(Cr)、バナジウム(V)、チタン(Ti)またはこれらの任意の混合物を含むものが好ましい。 Among these, lithium-containing compounds are preferable because some compounds can obtain a high voltage and a high energy density. Examples of such a lithium-containing compound include a composite oxide containing lithium and a transition metal element, and a phosphate compound containing lithium and a transition metal element. From the viewpoint of obtaining a higher voltage, cobalt is particularly preferred. (Co), nickel (Ni), manganese (Mn), iron (Fe), copper (Cu), zinc (Zn), chromium (Cr), vanadium (V), titanium (Ti) or any mixture thereof. The inclusion is preferred.
このようなリチウム含有化合物は、代表的には、次の一般式(4)または(5)で表され、(4)式の化合物は一般に層状構造を有し、(5)式の化合物は一般にオリビン構造を有する。
LirMIO2…(4)
LisMIIPO4…(5)
(式(4)および(5)中、MIおよびMIIは1種類以上の遷移金属元素を示し、rおよびsの値は電池の充放電状態によって異なるが、通常0.05≦r≦1.10、0.05≦s≦1.10である。)
Such lithium-containing compounds are typically represented by the following general formula (4) or (5), the compound of the formula (4) generally has a layered structure, and the compound of the formula (5) is generally Has an olivine structure.
Li r M I O 2 (4)
Li s M II PO 4 (5)
(In formulas (4) and (5), M I and M II represent one or more transition metal elements, and the values of r and s vary depending on the charge / discharge state of the battery, but usually 0.05 ≦ r ≦ 1. .10, 0.05 ≦ s ≦ 1.10.
また、リチウムと遷移金属元素とを含む複合酸化物の具体例としては、リチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2)、リチウムニッケル複合酸化物(LiNiO2)およびこれら固溶体(Li(NitCouMnv)O2(0<t<1、0<u<1、0<v<1、t+u+v=1))、リチウムニッケルコバルト複合酸化物(LiNi1-wCowO2(0<w<1))、スピネル型構造を有するリチウムマンガン複合酸化物(LiMn2O4)およびこれらの固溶体(Li(Mn2-xNiy)O4(0<x<2、0<y<2))などが挙げられる。 Specific examples of the composite oxide containing lithium and a transition metal element include lithium cobalt composite oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel composite oxide (LiNiO 2 ), and solid solutions (Li (N t Co u Mn v). ) O 2 (0 <t <1, 0 <u <1, 0 <v <1, t + u + v = 1)), lithium nickel cobalt composite oxide (LiNi 1-w Co w O 2 (0 <w <1) ), Lithium manganese composite oxide having a spinel structure (LiMn 2 O 4 ), and a solid solution thereof (Li (Mn 2−x Ni y ) O 4 (0 <x <2, 0 <y <2)) Can be mentioned.
リチウムと遷移金属元素とを含むリン酸化合物の具体例としては、リチウム鉄リン酸化合物(LiFePO4)やリチウム鉄マンガンリン酸化合物(LiFe1-zMnzPO4(0<z<1))が挙げられ、これらは上記のオリビン構造を有する。 Specific examples of the phosphate compound containing lithium and a transition metal element include a lithium iron phosphate compound (LiFePO 4 ) and a lithium iron manganese phosphate compound (LiFe 1-z Mn z PO 4 (0 <z <1)). These have the olivine structure described above.
導電剤としては、正極活物質に適量混合して導電性を付与できるものであれば特に制限されるものではないが、例えば黒鉛、カーボンブラック、ケッチェンブラックなどの炭素材料が挙げられる。これらは、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、金属材料または導電性高分子材料などを用いるようにしてもよい。 The conductive agent is not particularly limited as long as it can be mixed with an appropriate amount of the positive electrode active material to impart conductivity, and examples thereof include carbon materials such as graphite, carbon black, and ketjen black. These are used alone or in combination of two or more. 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.
結着剤としては、通常この種の電池の正極合剤に用いられている公知の結着剤を用いることができる。好ましくは、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデンおよびポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系高分子や、スチレンブタジエン系ゴム、フッ素系ゴムおよびエチレンプロピレンジエンゴム等の合成ゴムが挙げられる。これらは1種または2種以上が混合して用いられる。 As a binder, the well-known binder normally used for the positive mix of this kind of battery can be used. Preferable examples include fluorine polymers such as polyvinyl fluoride, polyvinylidene fluoride and polytetrafluoroethylene, and synthetic rubbers such as styrene butadiene rubber, fluorine rubber and ethylene propylene diene rubber. These may be used alone or in combination of two or more.
[負極]
負極22は、正極21と同様に、例えば対向する一対の面を有する負極集電体22Aの両面または片面に負極活物質層22Bが設けられた構造を有している。負極集電体22Aには、長手方向における一方の端部に負極活物質層22Bが設けられず露出している部分があり、この露出部分に負極端子12が取り付けられている。負極集電体22Aは、例えば銅箔、ニッケル箔またはステンレス箔などの金属箔により構成される。
[Negative electrode]
Similarly to the positive electrode 21, the
負極活物質層22Bは、負極活物質として、リチウムイオンを吸蔵および放出することが可能な負極材料、金属リチウムのいずれか1種または2種以上を含んでおり、必要に応じて導電剤および結着剤を含んでいてもよい。リチウムイオンを吸蔵および放出することが可能な負極材料としては、例えば炭素材料、金属酸化物および高分子化合物が挙げられる。 The negative electrode active material layer 22B includes one or more of a negative electrode material capable of occluding and releasing lithium ions and metallic lithium as a negative electrode active material, and a conductive agent and a binder as necessary. An adhesive may be included. Examples of the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium ions include carbon materials, metal oxides, and polymer compounds.
炭素材料としては、例えば難黒鉛化炭素材料、人造黒鉛材料、黒鉛系材料などが挙げられ、より具体的には、熱分解炭素類、コークス類、黒鉛類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物焼成体、炭素繊維、活性炭、カーボンブラックなどがある。このうち、コークス類にはピッチコークス、ニードルコークス、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材料を適当な温度で焼成して炭素化したものをいう。 Examples of the carbon material include non-graphitizable carbon materials, artificial graphite materials, graphite-based materials, and more specifically, pyrolytic carbons, cokes, graphites, glassy carbons, organic polymer compounds. There are fired bodies, carbon fibers, activated carbon, carbon black and the like. Among these, coke includes pitch coke, needle coke, petroleum coke and the like, and the organic polymer compound fired body is carbonized by firing a polymer material such as phenol resin or furan resin at an appropriate temperature. Say things.
また、金属酸化物としては、例えば酸化鉄、酸化ルテニウム、酸化モリブデンなどが挙げられ、高分子化合物としてはポリアセチレンやポリピロールなどが挙げられる。 Examples of the metal oxide include iron oxide, ruthenium oxide, and molybdenum oxide. Examples of the polymer compound include polyacetylene and polypyrrole.
更に、リチウムイオンを吸蔵および放出することが可能な負極材料としては、リチウムと合金を形成可能な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も挙げられる。この負極材料は金属元素また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。 Furthermore, examples of the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium ions include a material containing at least one of a metal element and a metalloid element capable of forming an alloy with lithium as a constituent element. The negative electrode material may be a single element, alloy, or compound of a metal element or a metalloid element, or may have at least a part of one or more of these phases.
なお、この発明において、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)、金属間化合物またはこれらのうちの2種以上が共存するものがある。 In the present invention, the alloy includes an alloy containing one or more metal elements and one or more metalloid elements in addition to an alloy composed of two or more metal elements. Moreover, the nonmetallic element may be included. Some of the structures include a solid solution, a eutectic (eutectic mixture), an intermetallic compound, or a mixture of two or more of these.
このような金属元素または半金属元素としては、例えばスズ(Sn)、鉛(Pb)、マグネシウム(Mg)、アルミニウム、インジウム(In)、ケイ素(Si)、亜鉛(Zn)、アンチモン(Sb)、ビスマス(Bi)、ガリウム(Ga)、ゲルマニウム(Ge)、ヒ素(As)、銀(Ag)、ハフニウム(Hf)、ジルコニウム(Zr)およびイットリウム(Y)が挙げられる。 Examples of such metal elements or metalloid elements include tin (Sn), lead (Pb), magnesium (Mg), aluminum, indium (In), silicon (Si), zinc (Zn), antimony (Sb), Bismuth (Bi), gallium (Ga), germanium (Ge), arsenic (As), silver (Ag), hafnium (Hf), zirconium (Zr) and yttrium (Y) can be mentioned.
中でも、長周期型周期表における14族の金属元素または半金属元素が好ましく、特に好ましいのはケイ素またはスズである。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 them, a group 14 metal element or metalloid element in the long-period periodic table is preferable, and silicon or tin is particularly preferable. This is because silicon and tin have a large ability to occlude and release lithium, and a high energy density can be obtained.
スズの合金としては、例えばスズ以外の第2の構成元素として、ケイ素(Si)、マグネシウム(Mg)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、マンガン(Mn)、亜鉛(Zn)、インジウム(In)、銀(Ag)、チタン(Ti)、ゲルマニウム(Ge)、ビスマス(Bi)、アンチモン(Sb)およびクロム(Cr)から成る群のうちの少なくとも1種を含むものが挙げられる。 Examples of the tin alloy include silicon (Si), magnesium (Mg), nickel (Ni), copper (Cu), iron (Fe), cobalt (Co), manganese (Mn) as the second constituent element other than tin. ), Zinc (Zn), indium (In), silver (Ag), titanium (Ti), germanium (Ge), bismuth (Bi), antimony (Sb) and chromium (Cr). The thing containing is mentioned.
ケイ素の合金としては、例えばケイ素以外の第2の構成元素として、スズ、マグネシウム、ニッケル、銅、鉄、コバルト、マンガン、亜鉛、インジウム、銀、チタン、ゲルマニウム、ビスマス、アンチモンおよびクロムから成る群のうちの少なくとも1種を含むものが挙げられる。 As an alloy of silicon, for example, as a second constituent element other than silicon, tin, magnesium, nickel, copper, iron, cobalt, manganese, zinc, indium, silver, titanium, germanium, bismuth, antimony and chromium are used. The thing containing at least 1 sort (s) of them is mentioned.
スズの化合物またはケイ素の化合物としては、例えば酸素(O)または炭素(C)を含むものが挙げられ、スズまたはケイ素に加えて、上述した第2の構成元素を含んでいてもよい。 Examples of the tin compound or silicon compound include those containing oxygen (O) or carbon (C), and may contain the second constituent element described above in addition to tin or silicon.
更に、上述のような負極材料としては、チタンのようにリチウムと複合酸化物を形成する元素でもよい。もちろん、金属リチウムを析出溶解させてもよく、リチウム以外のマグネシウムやアルミニウムを析出溶解させることもできる。 Furthermore, the negative electrode material as described above may be an element that forms a composite oxide with lithium, such as titanium. Of course, metallic lithium may be precipitated and dissolved, and magnesium and aluminum other than lithium may be precipitated and dissolved.
なお、導電剤や結着剤としては、正極に用いた材料と同様のものを用いることができる。 Note that as the conductive agent and the binder, the same materials as those used for the positive electrode can be used.
[セパレータ]
セパレータ24は、イオン透過度が大きく、所定の機械的強度を有する絶縁性の薄膜から構成されている。具体的には、例えばポリプロピレンもしくはポリエチレンなどのポリオレフィン系の合成樹脂から成る多孔質膜、またはセラミック製の不織布などの無機材料から成る多孔質膜などが用いられ、これら2種以上の多孔質膜を積層した構造としてもよい。特に、ポリオレフィン系の多孔質膜を含むものは、正極21と負極22との分離性に優れ、内部短絡や開回路電圧の低下をいっそう低減できるので好適である。
[Separator]
The
そして、外装部材30の内部は、電池素子20と、上記電解質組成物よりなる非水電解質とで満たされている。
The interior of the
[非水電解質電池の構成]
図3は、図1に示す非水電解質電池の電池素子における非水電解質との状態を示す模式図であり、電池素子が巻回される前の状態を示している。この場合、巻回は、例えば、巻回始端をS、巻回終端をEとし、セパレータと正極と負極の積層シートを巻回することによって行われる。
[Configuration of non-aqueous electrolyte battery]
FIG. 3 is a schematic diagram showing a state of the battery element of the nonaqueous electrolyte battery shown in FIG. 1 with the nonaqueous electrolyte, and shows a state before the battery element is wound. In this case, the winding is performed, for example, by winding a laminated sheet of a separator, a positive electrode, and a negative electrode with S as the winding start end and E as the winding end.
図3に示すように、負極集電体22Aに設けられた負極活物質層22Bと正極集電体21Aに設けられた正極活物質層21Bとの間には、正極と負極との間に電極間反応を仲介するこの発明の正極側電解質23Aおよび負極側電解質23B(正極側および負極側を特に限定しない場合には、非水電解質23と適宜称する)が介在している。
As shown in FIG. 3, there is an electrode between the positive electrode and the negative electrode between the negative electrode active material layer 22B provided on the negative electrode
非水電解質23は、上記正極活物質層21Bおよび上記負極活物質層22Bのそれぞれから積層方向に交差する方向にはみ出して形成されていることが好ましい。このはみ出して形成された部分は、正極活物質層21Bまたは負極活物質層22Bの少なくとも一方の側縁部(短くない辺縁部分)から0.1mm以上2mm以下の幅Hで形成されて、正極活物質層21Bや負極活物質層22Bの側縁部を覆っていることが好ましい。
The nonaqueous electrolyte 23 is preferably formed so as to protrude from each of the positive electrode
正極活物質層21Bや負極活物質層22Bの側縁部は、電極製造の際の裁断部分となることが多く、バリが生じる可能性がある。そしてこの側縁部を非水電解質23が覆うことで、バリを原因とするショートが発生し難くなる。この発明では、非水電解質23がセラミックス粉を含んでいるので、このようなショートを確実に回避することが可能となっている。
The side edge portions of the positive electrode
非水電解質23が正極活物質層21Bや負極活物質層22Bの側縁部からはみ出す幅Hは、0.1mm以上2mm以下であることが好ましい。0.1mm未満では、ショート回避効果が不十分となるおそれがある。また、2mmより多くても、その分の効果に十分な差が出ない。
The width H of the nonaqueous electrolyte 23 protruding from the side edge of the positive electrode
また、非水電解質23の延出部は、正極活物質層21Bまたは負極活物質層22Bのなくとも一方の端部(長くない辺縁部分)から0.1mm以上5mm以下の幅(紙面に垂直な方向の幅、図示せず)で延出されて、正極活物質層21Bや負極活物質層22Bの端部を覆っていることが好ましい。
Further, the extending portion of the non-aqueous electrolyte 23 has a width of 0.1 mm or more and 5 mm or less (perpendicular to the paper surface) from one end (not long edge portion) without the positive electrode
正極活物質層21Bや負極活物質層22Bの端部は、正極活物質を含む正極合剤や負極活物質を含む負極合剤を塗布する塗布開始部分であり、正極活物質層21Bや負極活物質層22Bの端部に段差が生じる場合がある。このとき、この段差部分でショートが発生しやすくなる。そしてこの端部を正極側電解質23Aおよび負極側電解質23Bのそれぞれが覆うことで、段差を原因とするショートが発生し難くなる。この発明では、正極側電解質23Aおよび負極側電解質23Bがセラミックス粉を含んでいるので、このようなショートを良好に回避することが可能である。
The ends of the positive electrode
非水電解質23が正極活物質層21Bや負極活物質層22Bの端部からはみ出す幅は、0.1mm以上5mm以下であることが好ましい。0.1mm未満では、ショート回避効果が不十分となるおそれがある。また、5mmより多くても、その分の効果に十分な差が出ない。なお、巻回状態において、端部のはみ出しは巻回始端Sおよび巻回終端Eの近傍で確認でき、側縁部のはみ出しは、正極リードおよび負極リードの延出部において確認できる。
The width of the nonaqueous electrolyte 23 protruding from the end portions of the positive electrode
この発明の非水電解質電池では、負極側電解質23Bが正極側電解質23Aよりも高い熱伝導率を有するようにセラミックス粉が混合されているため、正極21に比して負極22において熱が拡散されやすくなり、安全性を向上させることができる。
In the nonaqueous electrolyte battery of the present invention, since the ceramic powder is mixed so that the negative electrode side electrolyte 23B has a higher thermal conductivity than the positive electrode side electrolyte 23A, heat is diffused in the
(2−2)非水電解質電池の製造方法
次に、上述したいわゆるラミネート型の非水電解質電池の製造方法の一例を説明する。
(2-2) Method for Manufacturing Nonaqueous Electrolyte Battery Next, an example of a method for manufacturing the so-called laminate-type nonaqueous electrolyte battery described above will be described.
[正極の作製]
正極活物質として例えば粒子状の活物質材料を用いる場合には、正極活物質と必要に応じて導電剤および結着剤とを混合して正極合剤を調製し、N−メチル−2−ピロリドンなどの分散媒に分散させて正極合剤スラリーを作製する。次に、この正極合剤スラリーを帯状の正極集電体21Aの両面に塗布し乾燥させ、圧縮成型して、正極集電体21Aに正極活物質層21Bを形成する。
[Production of positive electrode]
For example, when a particulate active material is used as the positive electrode active material, a positive electrode mixture is prepared by mixing the positive electrode active material with a conductive agent and a binder as necessary, and N-methyl-2-pyrrolidone. A positive electrode mixture slurry is prepared by dispersing in a dispersion medium. Next, the positive electrode mixture slurry is applied to both surfaces of the belt-like positive electrode
[負極の作製]
負極活物質として例えば粒子状の活物質材料を用いる場合には、負極活物質と必要に応じて導電剤および結着剤とを混合して負極合剤を調製し、N−メチル−2−ピロリドンなどの分散媒に分散させて負極合剤スラリーを作製する。次に、この負極合剤スラリーを負極集電体22Aの両面に塗布し乾燥させ、圧縮成型して、負極集電体22Aに負極活物質層22Bを形成する。
[Production of negative electrode]
For example, when a particulate active material is used as the negative electrode active material, a negative electrode mixture is prepared by mixing the negative electrode active material and, if necessary, a conductive agent and a binder, and N-methyl-2-pyrrolidone. A negative electrode mixture slurry is prepared by dispersing in a dispersion medium such as Next, the negative electrode mixture slurry is applied to both surfaces of the negative electrode
[非水電解質組成物の作製]
非水溶媒、マトリックス高分子、セラミックス粉および粘度調整用溶媒として例えばジメチルカーボネート(DMC)を混合し、攪拌する。また、これら材料とともに界面活性剤を添加するようにしても良い。
[Preparation of non-aqueous electrolyte composition]
For example, dimethyl carbonate (DMC) is mixed and stirred as a non-aqueous solvent, matrix polymer, ceramic powder, and a viscosity adjusting solvent. Moreover, you may make it add surfactant with these materials.
このとき、負極22の表面に設けるための非水電解質組成物には、正極21の表面に設けるための非水電解質組成物に混合されるセラミックス粉よりも高い熱伝導率を持つセラミックス粉を混合する。また、負極22の表面に設けるための非水電解質組成物と、正極21の表面に設けるための非水電解質組成物のそれぞれに同じセラミックス粉を混合する場合には、負極22の表面に設けるための非水電解質組成物へのセラミックス粉の添加量をより多くする。さらに、セラミックス粉を2種類以上混合して用いる場合には、負極22の表面に設けるための非水電解質組成物へのセラミックス粉の方が全体として熱伝導率が高くなるようにする。
At this time, the nonaqueous electrolyte composition provided on the surface of the
[非水電解質電池の作製]
上述のようにして作製した正極21および負極22の表面にセラミックス粉を混合した非水電解質組成物をそれぞれ塗布した後、乾燥させて粘度調整用溶媒を揮発させて非水電解質層を形成する。このとき、非水電解質組成物は、正極活物質層21Bおよび負極活物質層22Bを覆い、正極活物質層21Bおよび上記負極活物質層22Bそれぞれの側縁部からはみ出すように塗布することが好ましい。その後、正極、セパレータ、負極、およびもう一枚のセパレータを長手方向をそろえて積層および巻回し、電池素子とする。
[Preparation of non-aqueous electrolyte battery]
A nonaqueous electrolyte composition in which ceramic powder is mixed is applied to the surfaces of the positive electrode 21 and the
次に、上述の電池素子をラミネートフィルムで外装し、電池素子の周辺部を溶着により封止して、非水電解質電池を作製する。 Next, the battery element described above is packaged with a laminate film, and the periphery of the battery element is sealed by welding to produce a nonaqueous electrolyte battery.
なお、ゲル電解質層を有する非水電解質電池を作製する場合には、ポリフッ化ビニリデン等の高分子化合物のモノマーやポリマーの溶液を表面に塗布した正極21、負極22およびセパレータ13を巻回した電池素子を用いてもよい。すなわち、外装部材30の内部に電池素子を収納した後に、液状の非水電解液を注入することにより、ゲル電解質層を形成することができる。
In the case of producing a non-aqueous electrolyte battery having a gel electrolyte layer, a battery in which a positive electrode 21, a
以上に説明した二次電池では、充電を行うと、正極活物質層21Bからリチウムイオンが放出され、非水電解質層23を介して負極活物質層22Bに吸蔵される。放電を行うと、負極活物質層22Bからリチウムイオンが放出され、非水電解質層23を介して正極活物質層21Bに吸蔵される。
In the secondary battery described above, when charged, lithium ions are released from the positive electrode active material layer 21 </ b> B and inserted into the negative electrode
以下、この発明を実施例および比較例により更に詳細に説明するが、この発明はこれら実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to these Examples.
[実施例1]
実施例1では、セラミックス粉の材料、添加量、電極の単位面積あたりのセラミックス粉量を変化させて非水電解質電池を作製し、電池特性を評価した。
[Example 1]
In Example 1, a nonaqueous electrolyte battery was produced by changing the material of ceramic powder, the amount added, and the amount of ceramic powder per unit area of the electrode, and the battery characteristics were evaluated.
<実施例1−1>
[正極の作製]
正極活物質としてのリチウムコバルト酸リチウム(LiCoO2)91質量部と、導電剤としての黒鉛6質量部と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)10質量部とを均質に混合し、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)に分散させて、正極合剤スラリーを得た。
<Example 1-1>
[Production of positive electrode]
91 parts by mass of lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) as a positive electrode active material, 6 parts by mass of graphite as a conductive agent, and 10 parts by mass of polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder are mixed uniformly. -Dispersed in methyl-2-pyrrolidone (NMP) to obtain a positive electrode mixture slurry.
次に、得られた正極合剤スラリーを、正極集電体となる厚み20μmの帯状アルミニウム箔の両面に均一に塗布し、乾燥して、正極活物質層を形成した。これを幅38mm、長さ700mmの形状に切断して、正極を作製し、更に正極端子を取り付けた。 Next, the obtained positive electrode mixture slurry was uniformly applied to both surfaces of a 20 μm-thick strip-shaped aluminum foil serving as a positive electrode current collector, and dried to form a positive electrode active material layer. This was cut into a shape having a width of 38 mm and a length of 700 mm to produce a positive electrode, and a positive electrode terminal was further attached.
[負極の作製]
負極活物質としての人造黒鉛90質量部と、結着剤としてのPVdF10質量部とを均質に混合し、NMPに分散させて、負極合剤スラリーを得た。次に、得られた負極合剤スラリーを、負極集電体となる厚み10μmの帯状銅箔の両面に均一に塗布し、乾燥して、負極合剤層を形成した。これを幅40mm、長さ650mmの形状に切断して、負極を作製し、更に負極端子を取り付けた。
[Production of negative electrode]
90 parts by mass of artificial graphite as a negative electrode active material and 10 parts by mass of PVdF as a binder were homogeneously mixed and dispersed in NMP to obtain a negative electrode mixture slurry. Next, the obtained negative electrode mixture slurry was uniformly applied on both surfaces of a 10 μm-thick strip-shaped copper foil serving as a negative electrode current collector, and dried to form a negative electrode mixture layer. This was cut into a shape having a width of 40 mm and a length of 650 mm to produce a negative electrode, and a negative electrode terminal was further attached.
[正極側非水電解質材料の作製]
正極側非水電解質材料としては、非水電解液90質量部と、マトリックス高分子としてポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(PVdF:HFP=93.1:6.9(質量比))10質量部とを混合した。そして、この混合材料に対して、セラミックス粉として平均粒径0.1μmの酸化アルミニウム(Al2O3)をセラミックス粉:マトリックス高分子=1:1となるように添加し、更に粘度調整用溶媒としてジメチルカーボネート(DMC)を添加して、粘度を50mPa・sに調整したものを用いた。このとき、マトリックス高分子であるポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体の重量平均分子量は、60×104とした。
[Preparation of positive electrode-side non-aqueous electrolyte material]
As the positive electrode-side nonaqueous electrolyte material, 90 parts by mass of a nonaqueous electrolyte and a polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVdF: HFP = 93.1: 6.9 (mass ratio)) as a
なお、非水電解液は、エチレンカーボネート(EC)とプロピレンカーボネート(PC)を、エチレンカーボネート(EC):プロピレンカーボネート(PC)=6:4(質量比)の割合で混合した非水溶媒に対して、電解質塩としての六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を濃度が1.0mol/kg溶解させたものを用いた。 The non-aqueous electrolyte is a non-aqueous solvent in which ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC) are mixed at a ratio of ethylene carbonate (EC): propylene carbonate (PC) = 6: 4 (mass ratio). Then, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) as an electrolyte salt dissolved in a concentration of 1.0 mol / kg was used.
また、ジメチルカーボネート(DMC)は最終的には揮発させるため、電池内には残らない。 Further, since dimethyl carbonate (DMC) is finally volatilized, it does not remain in the battery.
[負極側非水電解質材料の作製]
負極側非水電解質材料は、セラミックス粉として平均粒径0.1μmの炭化ケイ素(SiO)を用いた以外は、正極側非水電解質材料と同様にして作製した。なお、正極側セラミックス粉(Al2O3)と負極側セラミックス粉(SiC)の比率は、1:1とした。
[Preparation of non-aqueous electrolyte material for negative electrode]
The negative electrode-side nonaqueous electrolyte material was produced in the same manner as the positive electrode-side nonaqueous electrolyte material except that silicon carbide (SiO) having an average particle size of 0.1 μm was used as the ceramic powder. The ratio of the positive electrode side ceramic powder (Al 2 O 3 ) and the negative electrode side ceramic powder (SiC) was 1: 1.
[非水電解質電池の作製]
正極および負極の両面に上述の非水電解質材料を塗布し、溶剤を揮発させてゲル電解質層を形成した。このとき、ゲル電解質中のセラミックス粉は、正極側電解質層、負極側電解質層のそれぞれにおいて正極または負極の単位面積あたり0.6mg/cm2、すなわち全体として1.2mg/cm2であった。正極および負極を厚み12μmの微多孔性ポリエチレンフィルムからなるセパレータを介して積層して巻き取り、扁平状の巻回型電池素子とした。この後、電池素子をアルミニウムラミネートフィルムからなる外装部材内に封入することにより、扁平型の非水電解質電池を得た。
[Preparation of non-aqueous electrolyte battery]
The non-aqueous electrolyte material described above was applied to both the positive electrode and the negative electrode, and the solvent was volatilized to form a gel electrolyte layer. In this case, the ceramic powder in the gel electrolyte, the positive-side electrolyte layer, 0.6 mg / cm 2 per unit area of the positive or negative electrode in each of the anode-side electrolyte layer, i.e. was 1.2 mg / cm 2 as a whole. The positive electrode and the negative electrode were laminated and wound up via a separator made of a microporous polyethylene film having a thickness of 12 μm to obtain a flat wound battery element. Thereafter, the battery element was enclosed in an exterior member made of an aluminum laminate film to obtain a flat type nonaqueous electrolyte battery.
得られた非水電解質電池の仕様の一部を表1に示す。 Table 1 shows a part of the specifications of the obtained nonaqueous electrolyte battery.
<実施例1−2>ないし<実施例1−9>、<比較例1−2>ないし<比較例1−6>
正極側電解質層、負極側電解質層それぞれについて、下記の表1に示すようにセラミックス粉の材料および正極側電解質層と負極側電解質層に含有されるセラミックス粉の比率を変えた以外は実施例1−1と同様にして非水電解質電池を作製した。
<Example 1-2> to <Example 1-9>, <Comparative Example 1-2> to <Comparative Example 1-6>
For each of the positive electrode side electrolyte layer and the negative electrode side electrolyte layer, Example 1 except that the ceramic powder material and the ratio of the ceramic powder contained in the positive electrode side electrolyte layer and the negative electrode side electrolyte layer were changed as shown in Table 1 below. A nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example-1.
<実施例1−10>および<実施例1−11>、<比較例1−7>および<比較例1−8>
正極側電解質層、負極側電解質層それぞれについて、下記の表1に示すように含有されるセラミックス粉の材料を変えた以外は実施例1−1と同様にして非水電解質電池を作製した。
<Example 1-10> and <Example 1-11>, <Comparative Example 1-7> and <Comparative Example 1-8>
For each of the positive electrode side electrolyte layer and the negative electrode side electrolyte layer, a nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1-1 except that the material of the ceramic powder contained was changed as shown in Table 1 below.
<実施例1−12>および<実施例1−13>
正極側電解質層にセラミックス粉を添加しないようにし、負極側電解質層のセラミックス粉を下記の表1に示す材料とした以外は実施例1−1と同様にして非水電解質電池を作製した。
<Example 1-12> and <Example 1-13>
A nonaqueous electrolyte battery was fabricated in the same manner as in Example 1-1 except that the ceramic powder was not added to the positive electrode side electrolyte layer and the ceramic powder of the negative electrode side electrolyte layer was changed to the material shown in Table 1 below.
<実施例1−14>および<実施例1−15>、<比較例1−9>および<比較例1−10>
下記の表1に示すように正極または負極の単位面積あたりのセラミックス粉量を変えた以外は実施例1−1と同様にして非水電解質電池を作製した。
<Example 1-14> and <Example 1-15>, <Comparative Example 1-9> and <Comparative Example 1-10>
As shown in Table 1 below, a nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1-1 except that the amount of the ceramic powder per unit area of the positive electrode or the negative electrode was changed.
[電池評価]
以上のようにして得られた各例の電池について下記の性能評価を行い、得られる結果を表1および表2に併記した。
[Battery evaluation]
The following performance evaluation was performed on the battery of each example obtained as described above, and the results obtained are shown in Table 1 and Table 2.
(a)釘刺し試験
95℃に加熱した各実施例および比較例の非水電解質電池の主面部中央に直径3mmの釘を刺し、ガス噴出の有無を確認した。ガス噴出がない場合には非水電解質電池の充電電圧を徐々に上げていき、ガス噴出の起こらない限界充電電圧を確認した。
(A) Nail penetration test A 3 mm diameter nail was pierced in the center of the main surface of each of the nonaqueous electrolyte batteries of Examples and Comparative Examples heated to 95 ° C. to confirm the presence or absence of gas ejection. When there was no gas ejection, the charging voltage of the nonaqueous electrolyte battery was gradually increased to confirm the limit charging voltage at which no gas ejection occurred.
(b)サイクル特性
各実施例および比較例の非水電解質電池を、23℃環境下において1Cの充電電流で電池電圧が4.2Vになるまで定電流充電した後、4.2Vの充電電圧で1.5時間にわたり低電圧充電を行った。この後、1Cの放電電流で電池電圧が3.0Vとなるまで放電を行い、このときの放電容量を初期容量として求めた。
(B) Cycle characteristics The nonaqueous electrolyte batteries of the examples and comparative examples were charged at a constant current until the battery voltage became 4.2 V at a charging current of 1 C in a 23 ° C. environment, and then at a charging voltage of 4.2 V. Low voltage charging was performed for 1.5 hours. Thereafter, discharging was performed at a discharge current of 1 C until the battery voltage reached 3.0 V, and the discharge capacity at this time was determined as the initial capacity.
続いて、上述の条件と同様の条件で充放電を400サイクル行い、400サイクル目の放電時における放電容量を求めた。なお、1Cは非水電解質電池の理論容量を1時間で放出できる電流値である。さらに、下記の式から、400サイクル目における放電容量維持率を算出した。
放電容量維持率[%]=(400サイクル目の放電容量/初期容量)×100
Subsequently, 400 cycles of charging and discharging were performed under the same conditions as described above, and the discharge capacity at the time of discharging at the 400th cycle was determined. Note that 1C is a current value at which the theoretical capacity of the nonaqueous electrolyte battery can be released in one hour. Furthermore, the discharge capacity maintenance rate in the 400th cycle was calculated from the following formula.
Discharge capacity maintenance ratio [%] = (discharge capacity at 400th cycle / initial capacity) × 100
以下の表1に評価結果を示す。 The evaluation results are shown in Table 1 below.
表1からわかるように、ゲル電解質層中にセラミックス粉を含まない比較例1−1は、ゲル電解質層中にセラミックス粉を含む実施例および他の比較例よりも釘刺し試験時における限界電圧が低くなった。また、正極側電解質層に熱伝導率の高いセラミックス粉を混合した比較例2〜比較例4、ならびに正極側電解質層、負極側電解質層のそれぞれに同じセラミックス粉を混合した比較例1−5および比較例1−6は、比較例1−1と比較して釘刺し試験における限界電圧が向上するものの、各実施例と比較すると同等以下となった。 As can be seen from Table 1, Comparative Example 1-1, which does not contain ceramic powder in the gel electrolyte layer, has a limit voltage at the time of nail penetration test as compared with Examples and other comparative examples containing ceramic powder in the gel electrolyte layer. It became low. Further, Comparative Examples 2 to 4 in which ceramic powder having high thermal conductivity was mixed in the positive electrode side electrolyte layer, and Comparative Example 1-5 in which the same ceramic powder was mixed in each of the positive electrode side electrolyte layer and the negative electrode side electrolyte layer, and In Comparative Example 1-6, although the limit voltage in the nail penetration test was improved as compared with Comparative Example 1-1, it was less than or equal to that in each Example.
これに対して、実施例1−1〜実施例1−9のように、負極側電解質層に熱伝導率の高いセラミックス粉を混合した場合、比較例1と比較して容量維持率はやや低下するものの、釘刺し試験における限界電圧を顕著に向上させることができた。負極側電解質層にのみセラミックス粉を添加した実施例1−12〜実施例1−13においても同様の結果が得られた。 On the other hand, when ceramic powder with high thermal conductivity is mixed in the negative electrode side electrolyte layer as in Example 1-1 to Example 1-9, the capacity retention rate is slightly reduced as compared with Comparative Example 1. However, the limit voltage in the nail penetration test could be remarkably improved. Similar results were obtained in Examples 1-12 to 1-13 in which ceramic powder was added only to the negative electrode side electrolyte layer.
また、正極側電解質層および負極側電解質層のそれぞれに同じセラミックス粉を用いた場合でも、負極側電解質層への添加量を正極側電解質層への添加量よりも多くすることにより、釘刺し試験結果を向上させることができた。 In addition, even when the same ceramic powder is used for each of the positive electrode side electrolyte layer and the negative electrode side electrolyte layer, the amount of addition to the negative electrode side electrolyte layer is made larger than the addition amount to the positive electrode side electrolyte layer, so that the nail penetration test is performed. The result could be improved.
さらに、実施例1−14および実施例1−15、比較例1−9および比較例1−10から分かるように、電極の単位面積あたりのセラミックス粉量は、0.6mg/cm2以上3.5mg/cm2以下とした場合に、安全性とサイクル特性とを両立することができた。 Furthermore, as can be seen from Example 1-14, Example 1-15, Comparative Example 1-9 and Comparative Example 1-10, the amount of ceramic powder per unit area of the electrode is 0.6 mg / cm 2 or more. When it was 5 mg / cm 2 or less, both safety and cycle characteristics could be achieved.
[実施例2]
実施例2では、正極側電解質層および負極側電解質層へ添加するセラミックス粉について、2種類のセラミックス粉を混合して用いるようにして非水電解質電池を作製し、電池特性を評価した。
[Example 2]
In Example 2, a non-aqueous electrolyte battery was prepared by using two kinds of ceramic powders mixed with the ceramic powder added to the positive electrode side electrolyte layer and the negative electrode side electrolyte layer, and the battery characteristics were evaluated.
<実施例2−1>
負極側電解質層に混合するセラミックス粉として、炭化ケイ素(SiC)と酸化アルミニウム(Al2O3)を2:1で混合した材料を用いた以外は、実施例1−1と同様にして非水電解質電池を作製した。なお、負極側電解質層における炭化ケイ素(SiC)と酸化アルミニウム(Al2O3)の合計混合量と、正極側電解質層における酸化アルミニウム(Al2O3)の混合量との比率が1:1であり、平均して負極側電解質層に混合したセラミックス粉の熱伝導率が高くなるようにした。
<Example 2-1>
As the ceramic powder to be mixed in the negative electrode side electrolyte layer, non-aqueous solution was used in the same manner as in Example 1-1 except that a material in which silicon carbide (SiC) and aluminum oxide (Al 2 O 3 ) were mixed at a ratio of 2: 1 was used. An electrolyte battery was produced. The ratio of the mixing amount of the total mixing amount of silicon carbide in the negative electrode electrolyte layer (SiC) and aluminum oxide (Al 2 O 3), aluminum oxide in the positive electrode side electrolyte layer (Al 2 O 3) is 1: 1 On average, the thermal conductivity of the ceramic powder mixed in the negative electrode side electrolyte layer was increased.
<実施例2−2>
負極側電解質層に混合するセラミックス粉として、炭化ケイ素(SiC)と酸化アルミニウム(Al2O3)とを1:1で混合した材料を用いた以外は、実施例1−1と同様にして非水電解質電池を作製した。なお、負極側電解質層における炭化ケイ素(SiC)と酸化アルミニウム(Al2O3)の合計混合量と、正極側電解質層における酸化アルミニウム(Al2O3)の混合量との比率が1:1であり、平均して負極側電解質層に混合したセラミックス粉の熱伝導率が高くなるようにした。
<Example 2-2>
As the ceramic powder to be mixed in the negative electrode side electrolyte layer, a material obtained by mixing silicon carbide (SiC) and aluminum oxide (Al 2 O 3 ) at 1: 1 was used in the same manner as in Example 1-1. A water electrolyte battery was prepared. The ratio of the mixing amount of the total mixing amount of silicon carbide in the negative electrode electrolyte layer (SiC) and aluminum oxide (Al 2 O 3), aluminum oxide in the positive electrode side electrolyte layer (Al 2 O 3) is 1: 1 On average, the thermal conductivity of the ceramic powder mixed in the negative electrode side electrolyte layer was increased.
<実施例2−3>
正極側電解質層に混合するセラミックス粉として、酸化アルミニウム(Al2O3)と酸化ジルコニウム(ZrO2)とを1:1で混合した材料を用いた以外は、実施例1−1と同様にして非水電解質電池を作製した。なお、正極側電解質層における酸化アルミニウム(Al2O3)と酸化ジルコニウム(ZrO2)の合計混合量と、負極側電解質層における炭化ケイ素(SiC)の混合量との比率が1:1であり、平均して負極側電解質層に混合したセラミックス粉の熱伝導率が高くなるようにした。
<Example 2-3>
As ceramic powder to be mixed with the positive-side electrolyte layer, and an aluminum oxide (Al 2 O 3) and zirconium oxide (ZrO 2) 1: except for using mixed material 1, in the same manner as in Example 1-1 A nonaqueous electrolyte battery was produced. The ratio of the total amount of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and zirconium oxide (ZrO 2 ) in the positive electrode side electrolyte layer to the amount of silicon carbide (SiC) in the negative electrode side electrolyte layer is 1: 1. The average thermal conductivity of the ceramic powder mixed in the negative electrode side electrolyte layer was increased.
<実施例2−4>
正極側電解質層に混合するセラミックス粉として、酸化アルミニウム(Al2O3)と酸化ジルコニウム(ZrO2)とを1:1で混合した材料を用い、負極側電解質層に混合するセラミックス粉として、酸化アルミニウム(Al2O3)と炭化ケイ素(SiC)とを1:1で混合した材料を用いた以外は、実施例1−1と同様にして非水電解質電池を作製した。なお、正極側電解質層における酸化アルミニウム(Al2O3)と酸化ジルコニウム(ZrO2)の合計混合量と、負極側電解質層における酸化アルミニウム(Al2O3)と炭化ケイ素(SiC)の合計混合量の比率が1:1であり、平均して負極側電解質層に混合したセラミックス粉の熱伝導率が高くなるようにした。
<Example 2-4>
As a ceramic powder mixed with the positive electrode side electrolyte layer, a material in which aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and zirconium oxide (ZrO 2 ) are mixed at a ratio of 1: 1 is used. A nonaqueous electrolyte battery was fabricated in the same manner as in Example 1-1 except that a material in which aluminum (Al 2 O 3 ) and silicon carbide (SiC) were mixed at a ratio of 1: 1 was used. The total mixing amount of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and zirconium oxide (ZrO 2 ) in the positive electrode side electrolyte layer, and the total mixing amount of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and silicon carbide (SiC) in the negative electrode side electrolyte layer The ratio of the amount was 1: 1, and on average, the thermal conductivity of the ceramic powder mixed in the negative electrode side electrolyte layer was increased.
<比較例2−1>
正極側電解質層に混合するセラミックス粉として、酸化アルミニウム(Al2O3)と炭化ケイ素(SiC)とを1:1で混合した材料を用い、負極側電解質層に混合するセラミックス粉として、酸化アルミニウム(Al2O3)を用いた以外は、実施例1−1と同様にして非水電解質電池を作製した。なお、正極側電解質層における酸化アルミニウム(Al2O3)と炭化ケイ素(SiC)の合計混合量と、負極側電解質層における酸化アルミニウム(Al2O3)の混合量との比率が1:1であり、平均して正極側電解質層に混合したセラミックス粉の熱伝導率が高くなるようにした。
<Comparative Example 2-1>
As a ceramic powder mixed in the positive electrode side electrolyte layer, a material in which aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and silicon carbide (SiC) are mixed at a ratio of 1: 1 is used, and as a ceramic powder mixed in the negative electrode side electrolyte layer, aluminum oxide is used. A nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1-1 except that (Al 2 O 3 ) was used. The ratio of the total amount of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and silicon carbide (SiC) in the positive electrode side electrolyte layer to the amount of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) in the negative electrode side electrolyte layer is 1: 1. On average, the thermal conductivity of the ceramic powder mixed in the positive electrode side electrolyte layer was increased.
<比較例2−2>
正極側電解質層に混合するセラミックス粉として、炭化ケイ素(SiC)を用い、負極側電解質層に混合するセラミックス粉として、負極側電解質層に混合するセラミックス粉として、炭化ケイ素(SiC)と酸化アルミニウム(Al2O3)とを1:1で混合した材料を用いた以外は、実施例1−1と同様にして非水電解質電池を作製した。なお、正極側電解質層における炭化ケイ素(SiC)の混合量と、負極側電解質層における炭化ケイ素(SiC)と酸化アルミニウム(Al2O3)の混合量との比率が1:1であり、平均して正極側電解質層に混合したセラミックス粉の熱伝導率が高くなるようにした。
<Comparative Example 2-2>
Silicon carbide (SiC) is used as the ceramic powder to be mixed with the positive electrode side electrolyte layer, silicon ceramic (SiC) and aluminum oxide (as the ceramic powder to be mixed with the negative electrode side electrolyte layer are used as ceramic powder to be mixed with the negative electrode side electrolyte layer ( A nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1-1 except that a material in which Al 2 O 3 ) was mixed at 1: 1 was used. In addition, the ratio of the mixing amount of silicon carbide (SiC) in the positive electrode side electrolyte layer and the mixing amount of silicon carbide (SiC) and aluminum oxide (Al 2 O 3 ) in the negative electrode side electrolyte layer is 1: 1, and the average Thus, the thermal conductivity of the ceramic powder mixed in the positive electrode side electrolyte layer was increased.
<比較例2−3>
正極側電解質層に混合するセラミックス粉として、酸化アルミニウム(Al2O3)と炭化ケイ素(SiC)とを1:1で混合した材料を用い、負極側電解質層に混合するセラミックス粉として、負極側電解質層に混合するセラミックス粉として、炭化ケイ素(SiC)と酸化アルミニウム(Al2O3)とを1:1で混合した材料を用いた以外は、実施例1−1と同様にして非水電解質電池を作製した。なお、正極側電解質層における酸化アルミニウム(Al2O3)と炭化ケイ素(SiC)の合計混合量と、負極側電解質層における炭化ケイ素(SiC)と酸化アルミニウム(Al2O3)の混合量との比率が1:1であり、平均して正極側電解質層に混合したセラミックス粉の熱伝導率が高くなるようにした。
<Comparative Example 2-3>
As a ceramic powder to be mixed with the positive electrode side electrolyte layer, a material in which aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and silicon carbide (SiC) are mixed at a ratio of 1: 1 is used. The nonaqueous electrolyte is the same as in Example 1-1, except that a material in which silicon carbide (SiC) and aluminum oxide (Al 2 O 3 ) are mixed at 1: 1 is used as the ceramic powder to be mixed in the electrolyte layer. A battery was produced. The total amount of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and silicon carbide (SiC) in the positive electrode side electrolyte layer, and the amount of silicon carbide (SiC) and aluminum oxide (Al 2 O 3 ) in the negative electrode side electrolyte layer Of the ceramic powder mixed with the positive electrode side electrolyte layer was made high on average.
[電池評価]
(a)釘刺し試験
(b)サイクル特性
実施例1と同様にして、上述の電池評価を行った。
[Battery evaluation]
(A) Nail penetration test (b) Cycle characteristics In the same manner as in Example 1, the above-described battery evaluation was performed.
以下の表2に、結果を示す。 The results are shown in Table 2 below.
表2から分かるように、複数のセラミックス粉を混合した場合でも、平均して負極側電解質層に混合したセラミックス粉の熱伝導率を高くすることにより、高い安全性を得ることができた。 As can be seen from Table 2, even when a plurality of ceramic powders were mixed, high safety could be obtained by increasing the average thermal conductivity of the ceramic powder mixed in the negative electrode side electrolyte layer.
[実施例3]
実施例3では、正極活物質をニッケル酸リチウムに変えて実施例1と同様の評価を行った。
[Example 3]
In Example 3, the positive electrode active material was changed to lithium nickelate, and the same evaluation as in Example 1 was performed.
<実施例3−1>〜<実施例3−15>および<比較例3−1>〜<比較例3−10>
正極活物質をニッケル酸リチウム(LiNiO2)を用いた以外は、それぞれ<実施例1−1>〜<実施例1−15>および<比較例1−1>〜<比較例1−10>と同様にして非水電解質電池を作製した。
<Example 3-1> to <Example 3-15> and <Comparative Example 3-1> to <Comparative Example 3-10>
<Example 1-1> to <Example 1-15> and <Comparative Example 1-1> to <Comparative Example 1-10>, respectively, except that lithium nickelate (LiNiO 2 ) was used as the positive electrode active material Similarly, a non-aqueous electrolyte battery was produced.
[電池評価]
(a)釘刺し試験
(b)サイクル特性
実施例1と同様にして、上述の電池評価を行った。
[Battery evaluation]
(A) Nail penetration test (b) Cycle characteristics In the same manner as in Example 1, the above-described battery evaluation was performed.
以下の表3に、結果を示す。 The results are shown in Table 3 below.
表3から分かるように、コバルト酸リチウムに対してガス発生量の多いニッケル酸リチウムを正極活物質として用いた場合であっても、負極側電解質層に混合したセラミックス粉の熱伝導率を高くすることにより、高い安全性を得ることができた。 As can be seen from Table 3, the thermal conductivity of the ceramic powder mixed in the negative electrode side electrolyte layer is increased even when lithium nickelate having a large gas generation amount relative to lithium cobaltate is used as the positive electrode active material. Therefore, high safety could be obtained.
[実施例4]
実施例4では、正極活物質をニッケル酸リチウムに変えて実施例2と同様の評価を行った。
[Example 4]
In Example 4, the positive electrode active material was changed to lithium nickelate, and the same evaluation as in Example 2 was performed.
<実施例4−1>〜<実施例4−4>および<比較例4−1>〜<比較例4−3>
正極活物質をニッケル酸リチウム(LiNiO2)を用いた以外は、それぞれ<実施例2−1>〜<実施例2−4>および<比較例2−1>〜<比較例2−3>と同様にして非水電解質電池を作製した。
<Example 4-1> to <Example 4-4> and <Comparative Example 4-1> to <Comparative Example 4-3>
<Example 2-1> to <Example 2-4> and <Comparative Example 2-1> to <Comparative Example 2-3>, respectively, except that lithium nickelate (LiNiO 2 ) was used as the positive electrode active material. Similarly, a non-aqueous electrolyte battery was produced.
[電池評価]
(a)釘刺し試験
(b)サイクル特性
実施例1と同様にして、上述の電池評価を行った。
[Battery evaluation]
(A) Nail penetration test (b) Cycle characteristics In the same manner as in Example 1, the above-described battery evaluation was performed.
以下の表4に、結果を示す。 The results are shown in Table 4 below.
表4から分かるように、コバルト酸リチウムに対してガス発生量の多いニッケル酸リチウムを正極活物質として用いた場合であっても、平均的に負極側電解質層に混合したセラミックス粉の熱伝導率を高くすることにより、高い安全性を得ることができた。 As can be seen from Table 4, even when lithium nickelate having a large amount of gas generation relative to lithium cobaltate is used as the positive electrode active material, the thermal conductivity of the ceramic powder mixed on the negative electrode side electrolyte layer on average By increasing the height, high safety could be obtained.
以上、この発明を若干の実施形態および実施例によって説明したが、この発明はこれらに限定されるものではなく、この発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。 As mentioned above, although this invention was demonstrated with some embodiment and an Example, this invention is not limited to these, A various deformation | transformation is possible within the range of the summary of this invention.
例えば、上記の実施形態では、正極および負極を積層して巻回した電池素子を備える場合について説明したが、一対の正極と負極とを積層した平板状の電池素子、または複数の正極と負極とを積層した積層型の電池素子を備える場合についても、この発明を適用することができる。 For example, in the above embodiment, the case where a battery element in which a positive electrode and a negative electrode are stacked and wound is described, but a flat battery element in which a pair of positive electrodes and negative electrodes are stacked, or a plurality of positive electrodes and negative electrodes The present invention can also be applied to a case where a laminated battery element in which is stacked.
また、この発明は、上述の如く、電極反応物質としてリチウムを用いる電池に関するものであるが、この発明の技術的思想は、ナトリウム(Na)若しくはカリウム(K)などの他のアルカリ金属、マグネシウム(Mg)若しくはカルシウム(Ca)などのアルカリ土類金属、またはアルミニウムなどの他の軽金属を用いる場合についても適用することが可能である。 In addition, the present invention relates to a battery using lithium as an electrode reactant as described above, but the technical idea of the present invention is that other alkali metals such as sodium (Na) or potassium (K), magnesium ( The present invention can also be applied to the case of using an alkaline earth metal such as Mg) or calcium (Ca), or another light metal such as aluminum.
11…正極端子
12…負極端子
20…電池素子
21…正極
21A…正極集電体
21B…正極活物質層
21a…電極表面部
21b…電極内部
22…負極
22A…負極集電体
22B…負極活物質層
23…非水電解質(層)
23A…正極側電解質
23B…負極側電解質
24…セパレータ
25…保護テープ
30…外装部材
31…密着フィルム
DESCRIPTION OF
23A ... Positive electrode side electrolyte 23B ... Negative
Claims (20)
電解質塩と、非水溶媒と、マトリックス高分子とを含む負極用非水電解質と
からなり、
上記負極用非水電解質に含まれるセラミックス粉の熱伝導率が、上記正極用非水電解質に含まれるセラミックス粉の熱伝導率よりも大きいか、もしくは該負極用非水電解質におけるセラミックス粉の含有量が、該正極用非水電解質におけるセラミックス粉の含有量よりも多い非水電解質組成物。 A nonaqueous electrolyte for a positive electrode comprising an electrolyte salt, a nonaqueous solvent, and a matrix polymer;
A negative electrode non-aqueous electrolyte containing an electrolyte salt, a non-aqueous solvent, and a matrix polymer,
The thermal conductivity of the ceramic powder contained in the non-aqueous electrolyte for negative electrode is greater than the thermal conductivity of the ceramic powder contained in the non-aqueous electrolyte for positive electrode, or the content of ceramic powder in the non-aqueous electrolyte for negative electrode However, the nonaqueous electrolyte composition is more than the content of the ceramic powder in the nonaqueous electrolyte for positive electrode .
請求項1に記載の非水電解質組成物。 The non-aqueous electrolyte composition according to claim 1 , wherein ceramic powder is contained only in the non-aqueous electrolyte for a negative electrode .
請求項1又は2に記載の非水電解質組成物。 The ceramic powder is made of aluminum oxide (Al 2 O 3 ), zirconium oxide (ZrO), titanium oxide (TiO 2 ), silicon oxide (SiO 2 ), magnesium oxide (MgO 2 ), silicon carbide (SiC), boron nitride ( The nonaqueous electrolyte composition according to claim 1 or 2, which is at least one selected from the group consisting of BN) and aluminum nitride (AlN).
請求項1乃至3の何れかに記載の非水電解質組成物。 The nonaqueous electrolyte composition according to any one of claims 1 to 3 mean particle size of the ceramic powder is 0.1μm or more 2.5μm or less.
請求項1乃至4の何れかに記載の非水電解質組成物 The non-aqueous electrolyte composition according to any one of claims 1 to 4, wherein a mixing amount per unit area of the ceramic powder is 0.6 mg / cm 2 or more and 3.5 mg / cm 2 or less.
負極と、
上記正極および上記負極間に配置されるセパレータと、
電解質塩と、非水溶媒と、マトリックス高分子とを含み、上記正極の表面に形成される正極用非水電解質と、電解質塩と、非水溶媒と、マトリックス高分子とを含み、上記負極の表面に形成される負極用非水電解質とを備え、
上記負極用非水電解質に含まれるセラミックス粉の熱伝導率が、上記正極用非水電解質に含まれるセラミックス粉の熱伝導率よりも大きいか、もしくは該負極用非水電解質におけるセラミックス粉の含有量が、該正極用非水電解質におけるセラミックス粉の含有量よりも多い非水電解質電池。 A positive electrode;
A negative electrode,
A separator disposed between the positive electrode and the negative electrode;
An electrolyte salt, a non-aqueous solvent, and a matrix polymer, the positive electrode non-aqueous electrolyte formed on the surface of the positive electrode, an electrolyte salt, a non-aqueous solvent, and a matrix polymer, and a negative electrode for non-aqueous electrolyte formed on the surface,
The thermal conductivity of the ceramic powder contained in the non-aqueous electrolyte for negative electrode is greater than the thermal conductivity of the ceramic powder contained in the non-aqueous electrolyte for positive electrode, or the content of ceramic powder in the non-aqueous electrolyte for negative electrode However, the nonaqueous electrolyte battery has a larger content of ceramic powder in the nonaqueous electrolyte for positive electrode .
請求項6に記載の非水電解質電池。The nonaqueous electrolyte battery according to claim 6.
請求項6又は7に記載の非水電解質電池。 The ceramic powder is made of aluminum oxide (Al 2 O 3 ), zirconium oxide (ZrO), titanium oxide (TiO 2 ), silicon oxide (SiO 2 ), magnesium oxide (MgO 2 ), silicon carbide (SiC), boron nitride ( The nonaqueous electrolyte battery according to claim 6 or 7, which is at least one selected from the group consisting of BN) and aluminum nitride (AlN).
請求項6乃至8の何れかに記載の非水電解質電池。 The nonaqueous electrolyte battery according to any one of claims 6 to 8, wherein the ceramic powder has an average particle size of 0.1 µm to 2.5 µm.
請求項6乃至9の何れかに記載の非水電解質電池。 The non-aqueous electrolyte battery according to any one of claims 6 to 9, wherein a mixing amount per unit area of the ceramic powder is 0.6 mg / cm 2 or more and 3.5 mg / cm 2 or less.
請求項6乃至10の何れかに記載の非水電解質電池。 The thermal conductivity of the ceramic powder contained in the non-aqueous electrolyte for the negative electrode, according to any one of claims 6 to 10 is more than twice the thermal conductivity of the ceramic powder contained in the non-aqueous electrolyte for the positive electrode Non-aqueous electrolyte battery.
請求項6乃至12の何れかに記載の非水電解質電池。The nonaqueous electrolyte battery according to claim 6.
請求項6乃至13の何れかに記載の非水電解質電池。The nonaqueous electrolyte battery according to claim 6.
請求項6乃至14の何れかに記載の非水電解質電池。The nonaqueous electrolyte battery according to claim 6.
請求項6乃至15の何れかに記載の非水電解質電池。The nonaqueous electrolyte battery according to any one of claims 6 to 15.
請求項6乃至16の何れかに記載の非水電解質電池。The nonaqueous electrolyte battery according to claim 6.
請求項6乃至17の何れか記載の非水電解質電池。The nonaqueous electrolyte battery according to any one of claims 6 to 17.
請求項6乃至18の何れかに記載の非水電解質電池。The nonaqueous electrolyte battery according to any one of claims 6 to 18.
請求項6乃至19の何れかに記載の非水電解質電池。The nonaqueous electrolyte battery according to any one of claims 6 to 19.
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