JP5930290B2 - Lithium ion secondary battery and electrical equipment including the same - Google Patents

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Description

本発明は、リチウムイオン二次電池およびこれを含む電気機器に関するものである。   The present invention relates to a lithium ion secondary battery and an electric device including the same.

近年、携帯電話機器、電気自動車に搭載されるリチウムイオン二次電池の開発が進められている。リチウムイオン二次電池を構成する電極は、電気エネルギーの蓄電に直接係わる活物質、活物質間の導通パスを担う導電剤、バインダー、および集電体から構成される。リチウムイオン二次電池の特性は電極に大きく依存し、それぞれの材料自体の特性と材料の組み合わせ方に大きく影響を受ける。   In recent years, development of lithium ion secondary batteries mounted on mobile phone devices and electric vehicles has been promoted. An electrode constituting a lithium ion secondary battery is composed of an active material directly related to electrical energy storage, a conductive agent responsible for a conduction path between the active materials, a binder, and a current collector. The characteristics of the lithium ion secondary battery are largely dependent on the electrodes, and are greatly influenced by the characteristics of each material itself and the way the materials are combined.

特にバインダーは、活物質、導電剤およびバインダーを含む合材から得られた電極内にて存在比率が少なく、電解液との親和性に優れ、電極の電気抵抗を最小限にできることが要求される。また、高電圧作動に耐える安定性も重要である。   In particular, the binder is required to have a small abundance ratio in the electrode obtained from the composite material containing the active material, the conductive agent and the binder, to have excellent affinity with the electrolytic solution, and to minimize the electric resistance of the electrode. . In addition, stability to withstand high voltage operation is also important.

このバインダーは、大きく水系または非水系に分類される。水系バインダーとしては、スチレン−ブタジエンラバー(SBR)水分散液(特許文献1など)、カルボキシメチルセルロース(CMC)(特許文献2〜4など)が挙げられる。また、これらのバインダーの併用についても従来技術として提案されている(特許文献3、5、6など)。これらの水系バインダーは、活物質および導電剤との密着性が比較的高いため、合材における含有量が少なくて済むという利点がある。   This binder is roughly classified into an aqueous type or a non-aqueous type. Examples of the aqueous binder include styrene-butadiene rubber (SBR) aqueous dispersion (eg, Patent Document 1) and carboxymethyl cellulose (CMC) (eg, Patent Documents 2 to 4). Moreover, the combined use of these binders has also been proposed as a prior art (Patent Documents 3, 5, 6, etc.). Since these water-based binders have relatively high adhesion to the active material and the conductive agent, there is an advantage that the content in the composite material is small.

非水系バインダーとしては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)(特許文献7、8など)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)のN−メチル−2−ピロリドン(NMP)溶液(特許文献9、10など)が挙げられ、特に高圧作動型のデバイスには有利に働く点で利点がある。   Examples of the non-aqueous binder include polytetrafluoroethylene (PTFE) (Patent Documents 7 and 8, etc.) and an N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) solution of polyvinylidene fluoride (PVdF) (Patent Documents 9, 10 and the like). In particular, it has an advantage in that it works advantageously in a high-pressure operation type device.

一方、リチウムイオン二次電池用電極用のバインダーとして、多糖類系天然高分子を用いることが開示されており、バインダーとして適用可能であること、および、このバインダーを用いたリチウムイオン二次電池用電極のサイクル耐久性が高いことが記載されている(特許文献11、非特許文献1)。   On the other hand, it is disclosed that a polysaccharide-based natural polymer is used as a binder for an electrode for a lithium ion secondary battery, and is applicable as a binder, and for a lithium ion secondary battery using this binder It is described that the cycle durability of the electrode is high (Patent Document 11, Non-Patent Document 1).

特許第3101775号明細書(2000年10月23日発行)Japanese Patent No. 3101775 (issued on October 23, 2000) 特許第3968771号明細書(2007年8月29日発行)Japanese Patent No. 3968771 (issued August 29, 2007) 特許第4329169号明細書(2009年9月9日発行)Patent No. 4329169 (issued on September 9, 2009) 特許第4244041号明細書(2009年3月25日発行)Patent No. 4244401 (issued on March 25, 2009) 特許第3449679号明細書(2003年9月22日発行)Japanese Patent No. 3449679 (issued on September 22, 2003) 特許第3958781号明細書(2007年8月15日発行)Patent No. 3958781 (issued on August 15, 2007) 特許第3356021号明細書(2002年12月9日発行)Japanese Patent No. 3356021 (issued on December 9, 2002) 特開平7−326357号公報(1995年12月12日公開)Japanese Patent Laid-Open No. 7-326357 (released on December 12, 1995) 特許第3619711号明細書(2005年2月16日発行)Japanese Patent No. 3619711 (issued February 16, 2005) 特許第3619870号明細書(2005年2月16日発行)Japanese Patent No. 3619890 (issued February 16, 2005) 特許第3668579号明細書(2005年7月6日発行)Japanese Patent No. 3668579 (issued July 6, 2005) I. Kovalenko et al., Science, Vol.75, pp.75-79(2011)I. Kovalenko et al., Science, Vol.75, pp.75-79 (2011)

しかしながら、従来のバインダーは以下の問題点を有している。   However, the conventional binder has the following problems.

まず、水系バインダーであるSBRを用いた合材では、活物質および導電剤が不均一化し、均一性に欠けるため、リチウムイオン二次電池の性能再現性が低い傾向にある。また、CMCは、活物質および導電剤に対する接着力が乏しいため、電極におけるCMCの含有量を10重量%以上に増加させる必要があるが、その結果、活物質の含有率が低下してしまう。   First, in a composite material using SBR, which is an aqueous binder, the active material and the conductive agent become non-uniform and lack uniformity, so the performance reproducibility of the lithium ion secondary battery tends to be low. Further, since CMC has poor adhesion to the active material and the conductive agent, it is necessary to increase the content of CMC in the electrode to 10% by weight or more. As a result, the content of the active material is lowered.

これらの欠点を解消するため、実用上、SBRとCMCとを併用する必要があるが、SBRは主鎖に二重結合を有するため、SBRを正極に使用した場合、デバイスの充放電に伴い酸化による劣化が生じる。さらに、SBRおよびCMCは、電解液と接触すると膨張するため、これにより集電体から活物質の剥離が生じ、脱落するため、SBRおよびCMCを併用したリチウムイオン二次電池では、サイクル耐久性および出力特性が低下するという問題がある。   In order to eliminate these disadvantages, it is necessary to use SBR and CMC in combination in practice. However, since SBR has a double bond in the main chain, when SBR is used for the positive electrode, it is oxidized along with charge / discharge of the device. Deterioration due to. Furthermore, since SBR and CMC expand when they come into contact with the electrolyte, the active material peels off from the current collector and falls off. Therefore, in a lithium ion secondary battery using both SBR and CMC, cycle durability and There is a problem that the output characteristics deteriorate.

次に、非水系バインダーであるPTFE、PVdFなどのフッ素系ポリマーは、活物質に対する分子間力が低いため、十分な接着力を発現できない傾向がある。接着力不足を補填するため、バインダーの含有比を増加させることにより電極の強度を確保可能であるが、この場合、電極の電気抵抗が増加する結果となり、特に比表面積の大きな活性炭などの活物質は、その活性点が失われる。また、活物質の含有率が低下し、リチウムイオン二次電池の容量が低下する。さらには、PTFE、PVdFは、(1)活性炭などの炭素材料に対する親和性が低いため、得られる電極の再現性が低く、(2)炭素材料との均一な混合のために、分散剤が必要になるという問題がある。   Next, fluorine-based polymers such as PTFE and PVdF that are non-aqueous binders have a low intermolecular force with respect to the active material, and thus there is a tendency that sufficient adhesive force cannot be expressed. In order to compensate for insufficient adhesive strength, it is possible to ensure the strength of the electrode by increasing the content ratio of the binder. In this case, however, the electrical resistance of the electrode increases, and in particular an active material such as activated carbon having a large specific surface area. Loses its active point. Moreover, the content rate of an active material falls and the capacity | capacitance of a lithium ion secondary battery falls. Furthermore, PTFE and PVdF have (1) low affinity for carbon materials such as activated carbon, resulting in low reproducibility of the resulting electrode, and (2) a dispersant required for uniform mixing with the carbon material. There is a problem of becoming.

また、非特許文献1では、シリコン電極のバインダーとしてアルギン酸を用いている。このシリコン電極を備えるリチウムイオン二次電池は高いサイクル耐久性を有するものの、高出力化が達成されておらず、さらなる改良が必要である。   In Non-Patent Document 1, alginic acid is used as a binder for silicon electrodes. Although a lithium ion secondary battery provided with this silicon electrode has high cycle durability, high output has not been achieved and further improvement is required.

本発明は、上記リチウムイオン二次電池の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、バインダーと電解液との組み合わせに着目し、サイクル耐久性および出力特性に優れたリチウムイオン二次電池を提供することにある。   The present invention has been made in view of the problems of the above-described lithium ion secondary battery, and its purpose is to focus on the combination of a binder and an electrolytic solution, and a lithium ion secondary having excellent cycle durability and output characteristics. To provide a battery.

本発明のリチウムイオン二次電池は、上記課題を解決するために、正極および負極を備え、上記正極と負極との間に電解液を含むリチウムイオン二次電池において、上記負極におけるバインダーはアルギン酸を含み、上記電解液の溶媒が、ビス(フルオロスルホニル)イミドアニオンを含むイオン液体であることを特徴としている。   In order to solve the above problems, the lithium ion secondary battery of the present invention includes a positive electrode and a negative electrode, and the lithium ion secondary battery includes an electrolyte between the positive electrode and the negative electrode. The binder in the negative electrode contains alginic acid. In addition, the solvent of the electrolytic solution is an ionic liquid containing a bis (fluorosulfonyl) imide anion.

上記リチウムイオン二次電池では、バインダーに含まれるアルギン酸は、負極における構成材料との親和性、具体的には負極活物質および導電剤との親和性が高く、負極が分解し難く、例えば、集電体から負極活物質および導電剤が剥離し難く、負極が劣化し難いため、当該リチウムイオン二次電池はサイクル耐久性に優れる。また、負極と、負極の構成材料間の界面抵抗が従来の電極よりも低い。よって、当該リチウムイオン二次電池は、出力特性も優れている。   In the lithium ion secondary battery, alginic acid contained in the binder has a high affinity with the constituent material in the negative electrode, specifically, a high affinity with the negative electrode active material and the conductive agent, and the negative electrode is difficult to decompose. The lithium ion secondary battery is excellent in cycle durability because the negative electrode active material and the conductive agent are hardly peeled from the electric body and the negative electrode is hardly deteriorated. Further, the interface resistance between the negative electrode and the constituent material of the negative electrode is lower than that of the conventional electrode. Therefore, the lithium ion secondary battery has excellent output characteristics.

さらに、上記バインダーとビス(フルオロスルホニル)イミドアニオンを含むイオン液体とを用いることにより得られる、負極と電解液界面との抵抗減少の効果は高く、サイクル耐久性および出力特性をさらに高めることができ、高品質のリチウムイオン二次電池を提供できる。   Furthermore, the effect of reducing resistance between the negative electrode and the electrolyte interface obtained by using the binder and the ionic liquid containing bis (fluorosulfonyl) imide anion is high, and the cycle durability and output characteristics can be further improved. A high-quality lithium ion secondary battery can be provided.

本発明のリチウムイオン二次電池は、上記負極は、負極活物質としてシリコンを含むことが好ましい。   In the lithium ion secondary battery of the present invention, the negative electrode preferably includes silicon as a negative electrode active material.

通常、シリコンを含む負極を備えるリチウムイオン二次電池は放電容量に優れるが、サイクル耐久性に劣る傾向にある。しかし、本発明のリチウムイオン二次電池は、アルギン酸を含むバインダーにより、負極の劣化が生じ難いため、負極にシリコンが含まれていてもサイクル耐久性に優れており、放電容量が高い。サイクル耐久性の効果は、充電容量を規制した場合に顕著に確認される。   Usually, a lithium ion secondary battery provided with a negative electrode containing silicon is excellent in discharge capacity, but tends to be inferior in cycle durability. However, since the lithium ion secondary battery of the present invention is less susceptible to deterioration of the negative electrode due to the binder containing alginic acid, even if silicon is included in the negative electrode, the cycle durability is excellent and the discharge capacity is high. The effect of cycle durability is remarkably confirmed when the charge capacity is regulated.

本発明の電気機器は、上記リチウムイオン二次電池を含むものである。   The electric device of the present invention includes the lithium ion secondary battery.

本発明のリチウムイオン二次電池は、正極および負極を備え、上記正極と負極との間に電解液を含むリチウムイオン二次電池において、上記負極におけるバインダーはアルギン酸を含み、上記電解液の溶媒が、ビス(フルオロスルホニル)イミドアニオンを含むイオン液体であるものである。   The lithium ion secondary battery of the present invention includes a positive electrode and a negative electrode, and the lithium ion secondary battery includes an electrolytic solution between the positive electrode and the negative electrode. The binder in the negative electrode includes alginic acid, and the solvent of the electrolytic solution is , An ionic liquid containing a bis (fluorosulfonyl) imide anion.

上記発明によれば、バインダーに含まれるアルギン酸は、負極における構成材料との親和性が高く、負極が分解し難く、負極が劣化し難いため、当該リチウムイオン二次電池はサイクル耐久性に優れる。また、負極と、負極の構成材料間の界面抵抗が従来の電極よりも低い。よって、当該リチウムイオン二次電池は、出力特性も優れている。さらに、上記バインダーとビス(フルオロスルホニル)イミドアニオンを含むイオン液体とを用いることにより得られる、負極と電解液界面との抵抗減少の効果は高く、サイクル耐久性および出力特性をさらに高めることができ、高品質のリチウムイオン二次電池を提供できるという効果を奏する。   According to the above invention, the alginic acid contained in the binder has high affinity with the constituent material in the negative electrode, the negative electrode is difficult to decompose, and the negative electrode is difficult to deteriorate. Therefore, the lithium ion secondary battery is excellent in cycle durability. Further, the interface resistance between the negative electrode and the constituent material of the negative electrode is lower than that of the conventional electrode. Therefore, the lithium ion secondary battery has excellent output characteristics. Furthermore, the effect of reducing resistance between the negative electrode and the electrolyte interface obtained by using the binder and the ionic liquid containing bis (fluorosulfonyl) imide anion is high, and the cycle durability and output characteristics can be further improved. The high-quality lithium ion secondary battery can be provided.

実施例1および比較例1での放電レート特性の測定結果を示すグラフである。6 is a graph showing measurement results of discharge rate characteristics in Example 1 and Comparative Example 1. 実施例1および比較例1でのサイクル耐久性の測定結果を示すグラフである。4 is a graph showing measurement results of cycle durability in Example 1 and Comparative Example 1. 実施例2および比較例2、3での、充電容量の規制を行わなかったサイクル耐久性を示すグラフである。It is a graph which shows the cycle durability which did not regulate charge capacity in Example 2 and Comparative Examples 2 and 3. 実施例2および比較例2での、充電容量の規制を行ったサイクル耐久性を示すグラフである。It is a graph which shows the cycle durability which performed charge capacity regulation in Example 2 and comparative example 2. 実施例2および比較例2での交流インピーダンスの測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the measurement result of the alternating current impedance in Example 2 and Comparative Example 2.

本発明の一実施形態について説明すれば、以下の通りであるが、本発明は当該実施形態に限定されるものではない。   An embodiment of the present invention will be described as follows, but the present invention is not limited to the embodiment.

[リチウムイオン二次電池]
本発明に係るリチウムイオン二次電池は、正極および負極を備え、上記正極と負極との間に電解液を含むリチウムイオン二次電池において、上記負極におけるバインダーはアルギン酸を含み、上記電解液の溶媒が、ビス(フルオロスルホニル)イミドアニオンをアニオン成分として含むイオン液体である。以下、リチウムイオン二次電池を構成する各部材について説明する。
[Lithium ion secondary battery]
The lithium ion secondary battery according to the present invention includes a positive electrode and a negative electrode, and the lithium ion secondary battery includes an electrolytic solution between the positive electrode and the negative electrode. The binder in the negative electrode includes alginic acid, and the solvent of the electrolytic solution. Is an ionic liquid containing a bis (fluorosulfonyl) imide anion as an anion component. Hereinafter, each member which comprises a lithium ion secondary battery is demonstrated.

[正極]
本発明の正極は、正極活物質、導電剤、バインダーおよび集電体によって構成されている。
[Positive electrode]
The positive electrode of the present invention is composed of a positive electrode active material, a conductive agent, a binder, and a current collector.

上記正極活物質としては、リチウムイオンの挿入または脱離が可能であるものであれば、特に制限されることはない。たとえば、CuO、CuO、MnO、MoO、V、CrO、MoO、Fe、Ni、CoO等の遷移金属酸化物;LiCoO、LiNiO、LiMn、LiFePO等のリチウムと遷移金属とを含むリチウム複合酸化物;TiS、MoS、NbSe等の金属カルコゲン化物;ポリアセン、ポリパラフェニレン、ポリピロール、ポリアニリン等の導電性高分子化合物等が挙げられる。 The positive electrode active material is not particularly limited as long as it can insert or desorb lithium ions. For example, transition metal oxides such as CuO, Cu 2 O, MnO 2 , MoO 3 , V 2 O 5 , CrO 3 , MoO 3 , Fe 2 O 3 , Ni 2 O 3 , CoO 3 ; Li x CoO 2 , Li X NiO 2, Li X Mn 2 O 4, a lithium complex oxide containing lithium and a transition metal of LiFePO 4 or the like; TiS 2, MoS 2, NbSe 3 , etc. of metal chalcogenides; polyacene, polyparaphenylene, polypyrrole, polyaniline And the like, and the like.

上記の中でも、一般に高電圧系と呼ばれる、コバルト、ニッケル、マンガン等の遷移金属から選ばれる1種以上とリチウムとの複合酸化物がリチウムイオンの放出性や、高電圧が得られ易い点で好ましい。コバルト、ニッケル、マンガンとリチウムとの複合酸化物の具体例としては、LiCoO、LiMnO、LiMn、LiNiO、LiNiCo(1−X)、LiMnNiCo2(a+b+c=1)などが挙げられる。 Among them, a composite oxide of lithium and one or more kinds selected from transition metals such as cobalt, nickel, and manganese, which is generally called a high voltage system, is preferable in that lithium ions can be released and a high voltage can be easily obtained. . Specific examples of the complex oxide of cobalt, nickel, manganese and lithium include LiCoO 2 , LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , LiNiO 2 , LiNi X Co (1-X) O 2 , LiMn a Ni b Co c O. 2 (a + b + c = 1) and the like.

また、これらのリチウム複合酸化物に、少量のフッ素、ホウ素、アルミニウム、クロム、ジルコニウム、モリブデン、鉄などの元素をドーブしたものや、リチウム複合酸化物の粒子表面を、炭素、MgO、Al、SiO等で表面処理したものも使用できる。 In addition, these lithium composite oxides doped with a small amount of elements such as fluorine, boron, aluminum, chromium, zirconium, molybdenum, iron, etc., or the surface of lithium composite oxide particles are made of carbon, MgO, Al 2 O 3 , those treated with SiO 2 or the like can also be used.

上記正極活物質は単独で使用してもよいし、2種類以上を併用することも可能である。正極活物質の量はその用途等により異なり、特に限定されないが、通常、正極活物質、導電剤およびバインダーの総重量に対して、90重量%以上、100重量%以下である。   The positive electrode active materials may be used alone or in combination of two or more. The amount of the positive electrode active material varies depending on its use and the like, and is not particularly limited.

導電剤としては、電池性能に悪影響を及ぼさない電子伝導性材料であれば使用することができる。通常、アセチレンブラック、ケッチンブラック等のカーボンブラックが使用されるが、天然黒鉛(鱗状黒鉛、鱗片状黒鉛、土状黒鉛など)、人造黒鉛、カーボンウイスカー、炭素繊維粉末、金属(銅、ニッケル、アルミニウム、銀、金等)粉末、金属繊維、導電性セラミックス材料等の導電性材料を使用してもよい。これらは単独で用いてもよく、2種類以上の混合物として用いることができる。導電剤の添加量は正極活物質の重量に対して1重量%以上、20重量%以下であることが好ましく、2重量%以上、10重量%以下であることがより好ましい。   As the conductive agent, any electronic conductive material that does not adversely affect the battery performance can be used. Usually, carbon black such as acetylene black and ketchin black is used, but natural graphite (scale-like graphite, scale-like graphite, earth-like graphite, etc.), artificial graphite, carbon whisker, carbon fiber powder, metal (copper, nickel, aluminum) , Silver, gold, etc.) Conductive materials such as powder, metal fibers, and conductive ceramic materials may be used. These may be used alone or as a mixture of two or more. The addition amount of the conductive agent is preferably 1% by weight or more and 20% by weight or less, and more preferably 2% by weight or more and 10% by weight or less with respect to the weight of the positive electrode active material.

正極に含まれるバインダーは、正極活物質と導電剤とを結着させるものであり、正極活物質と導電剤とを覆うように混合され、正極活物質に対して導電剤を固定する。   The binder contained in the positive electrode binds the positive electrode active material and the conductive agent, is mixed so as to cover the positive electrode active material and the conductive agent, and fixes the conductive agent to the positive electrode active material.

正極のバインダーとしては、ポリフッ化ビニリデン(PVdF);PVdFとヘキサフルオロプロピレン(HFP)との共重合体、パーフルオロメチルビニルエーテル(PFMV)とテトラフルオロエチレン(TFE)との共重合体などのPVdF共重合体樹脂;ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、フッ素ゴムなどのフッ素系樹脂;スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、エチレン−プロピレンゴム(EPDM)、スチレン−アクリロニトリル共重合体などのポリマーが挙げられ、カルボキシメチルセルロース(CMC)等の多糖類、ポリイミド樹脂等の熱可塑性樹脂などを併用することができるが、正極のバインダーはこれらの具体例に限定されるものではない。   As the binder of the positive electrode, PVdF copolymer such as polyvinylidene fluoride (PVdF); copolymer of PVdF and hexafluoropropylene (HFP), copolymer of perfluoromethyl vinyl ether (PFMV) and tetrafluoroethylene (TFE), etc. Polymer resins; Fluorine resins such as polytetrafluoroethylene (PTFE) and fluororubber; polymers such as styrene-butadiene rubber (SBR), ethylene-propylene rubber (EPDM), styrene-acrylonitrile copolymer, and carboxy Polysaccharides such as methylcellulose (CMC), thermoplastic resins such as polyimide resins, and the like can be used in combination, but the binder of the positive electrode is not limited to these specific examples.

また、これらは単独で使用してもよいし、2種類以上を混合して用いてもよい。正極のバインダーの添加量は、正極活物質に対して1重量%以上、10重量%以下であることが好ましく、1重量%以上、5重量%以下であることがより好ましい。   Moreover, these may be used independently and may mix and use 2 or more types. The addition amount of the positive electrode binder is preferably 1% by weight or more and 10% by weight or less, and more preferably 1% by weight or more and 5% by weight or less with respect to the positive electrode active material.

本発明で用いる正極は、上記正極活物質、導電剤、及びバインダー等からなる塗工液を正極用集電体に塗布することにより製造することができる。   The positive electrode used by this invention can be manufactured by apply | coating the coating liquid which consists of the said positive electrode active material, a electrically conductive agent, a binder, etc. to the collector for positive electrodes.

正極用集電体として、構成された電池において悪影響を及ぼさない電子伝導体を使用可能である。例えば、アルミニウム、チタン、ステンレス鋼、ニッケル、焼成炭素、導電性高分子、導電性ガラス等を挙げることができる。接着性、導電性、耐酸化性などの向上の目的で、アルミニウム等の表面を、カーボン、ニッケル、チタンまたは銀等で処理した正極用集電体を用いてもよい。   As the current collector for the positive electrode, an electronic conductor that does not adversely affect the constructed battery can be used. For example, aluminum, titanium, stainless steel, nickel, baked carbon, conductive polymer, conductive glass, and the like can be given. For the purpose of improving adhesion, conductivity, oxidation resistance, etc., a positive electrode current collector in which the surface of aluminum or the like is treated with carbon, nickel, titanium, silver, or the like may be used.

これらの正極用集電体の表面を酸化処理することも可能である。また、正極用集電体の形状については、フォイル状の他、フィルム状、シート状、ネット状、パンチ又はエキスパンドされた物、ラス体、多孔質体、発泡体等の成形体であってもよい。厚みは特に限定されないが、1μm以上、100μm以下のものが通常用いられる。   It is also possible to oxidize the surface of these positive electrode current collectors. In addition to the foil shape, the shape of the positive electrode current collector may be a film shape, a sheet shape, a net shape, a punched or expanded material, a lath body, a porous body, a foamed body or the like. Good. The thickness is not particularly limited, but a thickness of 1 μm or more and 100 μm or less is usually used.

[負極]
本発明の負極は、負極活物質、導電剤、バインダーおよび集電体によって構成されている。
[Negative electrode]
The negative electrode of the present invention is composed of a negative electrode active material, a conductive agent, a binder, and a current collector.

負極活物質としては、金属リチウムまたはリチウムイオンを挿入または脱離することができるものであれば特に制限されることはない。たとえば、天然黒鉛、人造黒鉛、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素などの炭素材料が挙げられる。また、金属リチウムや合金、スズ化合物などの金属材料;リチウム遷移金属窒化物;結晶性金属酸化物;非晶質金属酸化物;ケイ素材料;導電性ポリマー等も挙げられる。   The negative electrode active material is not particularly limited as long as it can insert or desorb metallic lithium or lithium ions. Examples thereof include carbon materials such as natural graphite, artificial graphite, non-graphitizable carbon, and graphitizable carbon. Moreover, metal materials, such as metallic lithium, an alloy, and a tin compound; lithium transition metal nitride; crystalline metal oxide; amorphous metal oxide; silicon material;

上記負極活物質は単独で使用してもよいし、2種類以上を併用することも可能である。負極活物質の量は、その用途等により異なり、特に限定されないが、通常、負極活物質、導電剤およびバインダーの総重量に対して、80重量%以上、100重量%以下である。   The negative electrode active material may be used alone or in combination of two or more. The amount of the negative electrode active material varies depending on its use and is not particularly limited, but is usually 80% by weight or more and 100% by weight or less based on the total weight of the negative electrode active material, the conductive agent and the binder.

本発明において、負極活物質として炭素材料を90重量%以上、100重量%以下含む負極を炭素負極と称し、負極活物質としてケイ素材料を40重量%以上で、ケイ素以外の活物質を含む負極をシリコン系複合負極と称する。   In the present invention, a negative electrode containing 90 wt% or more and 100 wt% or less of a carbon material as a negative electrode active material is referred to as a carbon negative electrode, and a negative electrode containing 40 wt% or more of a silicon material as a negative electrode active material and containing an active material other than silicon. This is called a silicon-based composite negative electrode.

炭素負極は汎用性が高いため、作製が容易である。また、シリコン系複合負極によれば、放電容量に優れるリチウムイオン二次電池を作製できるため好ましい。通常、シリコン系複合負極を備えるリチウムイオン二次電池は充放電容量に優れるが、サイクル耐久性に劣る傾向にある。しかし、本発明のリチウムイオン二次電池は、アルギン酸を含むバインダーにより、負極の劣化が生じ難いため、負極にシリコンが含まれていてもサイクル耐久性に優れている。アルギン酸を含むバインダーの利用によるサイクル耐久性の効果は、充電容量の規制の有無にかかわらず顕著に確認される。   Since a carbon negative electrode has high versatility, it is easy to produce. In addition, a silicon-based composite negative electrode is preferable because a lithium ion secondary battery having excellent discharge capacity can be produced. Usually, a lithium ion secondary battery including a silicon-based composite negative electrode is excellent in charge / discharge capacity, but tends to be inferior in cycle durability. However, the lithium ion secondary battery of the present invention is excellent in cycle durability even if silicon is contained in the negative electrode because the negative electrode is less likely to deteriorate due to the binder containing alginic acid. The effect of cycle durability due to the use of a binder containing alginic acid is remarkably confirmed regardless of whether there is a restriction on the charge capacity.

導電剤としては、電池性能に悪影響を及ぼさない電子伝導性材料であれば使用することができる。通常、アセチレンブラック、ケッチンブラック等のカーボンブラックが使用されるが、天然黒鉛(鱗状黒鉛、鱗片状黒鉛、土状黒鉛など)、人造黒鉛、カーボンウイスカー、炭素繊維粉末、金属(銅、ニッケル、アルミニウム、銀、金等)粉末、金属繊維、導電性セラミックス材料等の導電性材料を使用してもよい。これらは単独で用いてもよく、2種類以上の混合物として用いることができる。導電剤の添加量は負極全重量に対して1重量%以上、20重量%以下であることが好ましく、2重量%以上、10重量%以下であることがより好ましい。   As the conductive agent, any electronic conductive material that does not adversely affect the battery performance can be used. Usually, carbon black such as acetylene black and ketchin black is used, but natural graphite (scale-like graphite, scale-like graphite, earth-like graphite, etc.), artificial graphite, carbon whisker, carbon fiber powder, metal (copper, nickel, aluminum) , Silver, gold, etc.) Conductive materials such as powder, metal fibers, and conductive ceramic materials may be used. These may be used alone or as a mixture of two or more. The addition amount of the conductive agent is preferably 1% by weight or more and 20% by weight or less, and more preferably 2% by weight or more and 10% by weight or less with respect to the total weight of the negative electrode.

負極に含まれるバインダーは、負極活物質と導電剤とを連結させるものであり、負極活物質と導電剤、集電体とを覆うように、あるいは連結させるように混合され、これらを固定する。本発明のバインダーはアルギン酸を含む。アルギン酸は、通常、コンブ、ワカメ、カジメなどの褐藻類植物由来のものである。   The binder contained in the negative electrode connects the negative electrode active material and the conductive agent, and is mixed so as to cover or connect the negative electrode active material, the conductive agent, and the current collector, and fixes them. The binder of the present invention contains alginic acid. Alginic acid is usually derived from brown algae plants such as kombu, wakame and kajime.

アルギン酸は高分子であり、例えば、架橋されていないアルギン酸(以下、アルギン酸非架橋物ともいう)、架橋されたアルギン酸(以下、アルギン酸架橋物ともいう)が挙げられる。   Alginic acid is a polymer, and examples thereof include non-cross-linked alginic acid (hereinafter also referred to as non-algined alginic acid) and cross-linked alginic acid (hereinafter also referred to as alginic acid cross-linked).

上記アルギン酸非架橋物としては、例えば、イオン化していない遊離アルギン酸、またはアルギン酸一価塩などが挙げられる。上記アルギン酸一価塩としては、アルギン酸リチウム塩、アルギン酸カリウム塩、アルギン酸ナトリウム塩などのアルギン酸アルカリ金属塩;アルギン酸アンモニウム塩等が挙げられる。   Examples of the non-crosslinked alginic acid include non-ionized free alginic acid or monovalent salt of alginic acid. Examples of the monovalent salt of alginic acid include alginic acid alkali metal salts such as lithium alginate, potassium alginate, and sodium alginate; ammonium alginate and the like.

上記アルギン酸架橋物としては、例えば、遊離アルギン酸またはアルギン酸一価塩と、二価以上の金属イオンとの塩であるアルギン酸多価塩、遊離アルギン酸またはアルギン酸一価塩などを硫酸により架橋したアルギン酸硫酸架橋物などが挙げられる。アルギン酸多価塩としては、例えば、アルギン酸カルシウム塩が挙げられる。   Examples of the above-mentioned alginic acid cross-linked product include, for example, alginic acid polyvalent salt, which is a salt of free alginic acid or alginic acid monovalent salt and bivalent or higher metal ion, free alginic acid or monovalent alginic acid salt, etc. Such as things. Examples of the alginic acid polyvalent salt include calcium alginate.

また、バインダーとしての使用の便宜から、上記アルギン酸塩は、当該アルギン酸の1%(g/100ml)水溶液の20℃における粘度が300mPa・s以上、2000mPa・s以下であるものが好ましく、1000mPa・s以上、2000mPa・s以下であるものがより好ましい。なお、上記粘度は、回転式粘度計(ブルックフィールド社製)により、RV−1スピンドルを用いて、20℃で回転数60rpm、測定時間1分の条件で測定したときの値である。   For convenience of use as a binder, the alginate preferably has a 1% (g / 100 ml) aqueous solution of alginic acid having a viscosity at 20 ° C. of 300 mPa · s or more and 2000 mPa · s or less, 1000 mPa · s. As mentioned above, what is 2000 mPa * s or less is more preferable. The viscosity is a value measured by a rotary viscometer (manufactured by Brookfield) using an RV-1 spindle at 20 ° C. under a rotation speed of 60 rpm and a measurement time of 1 minute.

上記アルギン酸は、アルギン酸一価塩の水溶液を用いて調製されたものであることが好ましい。   The alginic acid is preferably prepared using an aqueous solution of a monovalent salt of alginic acid.

また、上記アルギン酸は、0.5重量%以上、5.0重量%以下のアルギン酸一価塩の水溶液を用いて調製されたものであることが好ましく、2.0重量%以上、3.0重量%以下のアルギン酸一価塩の水溶液を用いて調製されたものであることがより好ましい。アルギン酸が0.5重量%以上、5.0重量%以下、より好ましくは2.0重量%以上、3.0重量%以下のアルギン酸一価塩の水溶液を用いて調製されたものであることにより、負極活物質、導電剤およびバインダーの混合を容易に行うことができる。   The alginic acid is preferably prepared using an aqueous solution of 0.5% by weight or more and 5.0% by weight or less of an alginic acid monovalent salt, and is 2.0% by weight or more and 3.0% by weight. It is more preferable that the composition is prepared using an aqueous solution of a monovalent salt of alginic acid not more than%. By being prepared using an aqueous solution of a monovalent salt of alginic acid having an alginic acid content of 0.5 wt% or more and 5.0 wt% or less, more preferably 2.0 wt% or more and 3.0 wt% or less. , The negative electrode active material, the conductive agent and the binder can be easily mixed.

本発明に係るバインダーにおけるアルギン酸の含有率は、50重量%以上、100重量%以下であることが好ましく、70重量%、100重量%以下であることがより好ましく、90重量%以上、100重量%以下であることが特に好ましく、100重量%であることが最も好ましい。アルギン酸の含有率が100重量%未満の場合、アルギン酸以外のバインダー成分として、スチレン−ブタジエンラバー、カルボキシメチルセルロースなどが挙げられる。   The content of alginic acid in the binder according to the present invention is preferably 50% by weight or more and 100% by weight or less, more preferably 70% by weight or 100% by weight or less, and 90% by weight or more and 100% by weight or less. The following is particularly preferable, and 100% by weight is most preferable. When the content of alginic acid is less than 100% by weight, examples of the binder component other than alginic acid include styrene-butadiene rubber and carboxymethylcellulose.

負極活物質、導電剤およびバインダーの配合比(重量%)は、特に限定されるものではないが、例えば、負極活物質:導電剤:バインダー=80〜97:4〜10:2〜15とすることができる。負極活物質、導電剤およびバインダーの含有比の合計は100である。すなわち、負極におけるバインダーの配合率は、2重量%以上、15重量%以下であることが好ましい。また、より好ましくは、5重量%以上、10重量%以下である。2重量%未満の場合、負極活物質、導電剤およびバインダーが均一に混合された塗工液を作製することが困難となり、15重量%を超えるとバインダーの配合率が増加する結果、負極活物質の配合率の低下を招く。   Although the compounding ratio (weight%) of a negative electrode active material, a electrically conductive agent, and a binder is not specifically limited, For example, it is set as negative electrode active material: conductive agent: binder = 80-97: 4-10: 2-15. be able to. The total content ratio of the negative electrode active material, the conductive agent and the binder is 100. That is, the blending ratio of the binder in the negative electrode is preferably 2% by weight or more and 15% by weight or less. More preferably, it is 5 wt% or more and 10 wt% or less. When the content is less than 2% by weight, it becomes difficult to produce a coating liquid in which the negative electrode active material, the conductive agent and the binder are uniformly mixed. When the content exceeds 15% by weight, the blending ratio of the binder increases. This leads to a decrease in the blending ratio.

負極活物質および導電剤に対して、アルギン酸を水溶液の状態で配合してもよい。また、粘度調整のため、負極活物質、導電剤およびアルギン酸に水などを配合してもよい。バインダーであるアルギン酸は、負極活物質および導電剤の両方と親和性が高く、非常に均一な塗工液が得られる点が特徴であり、意匠的にも優れた負極が得られる。   You may mix | blend alginic acid in the state of aqueous solution with respect to a negative electrode active material and a electrically conductive agent. Moreover, you may mix | blend water etc. with a negative electrode active material, a electrically conductive agent, and alginic acid for viscosity adjustment. Alginic acid, which is a binder, has a high affinity with both the negative electrode active material and the conductive agent, and is characterized in that a very uniform coating solution can be obtained. Thus, a negative electrode excellent in design can be obtained.

本発明で用いる負極は、上記負極活物質、導電剤、及びバインダー等からなる塗工液を負極用集電体に塗布することにより製造することができる。   The negative electrode used in the present invention can be produced by applying a coating liquid comprising the above negative electrode active material, a conductive agent, a binder, and the like to a negative electrode current collector.

負極用集電体として、構成された電池において悪影響を及ぼさない電子伝導体を使用可能である。例えば、銅、ステンレス鋼、ニッケル、アルミニウム、チタン、焼成炭素、導電性高分子、導電性ガラス、Al−Cd合金等を挙げることができる。接着性、導電性、耐酸化性などの向上の目的で、銅等の表面をカーボン、ニッケル、チタンまたは銀等で処理した負極用集電体を用いてもよい。   As the current collector for the negative electrode, an electronic conductor that does not have an adverse effect on the constructed battery can be used. For example, copper, stainless steel, nickel, aluminum, titanium, calcined carbon, conductive polymer, conductive glass, Al—Cd alloy, and the like can be given. For the purpose of improving adhesiveness, conductivity, oxidation resistance, etc., a negative electrode current collector in which the surface of copper or the like is treated with carbon, nickel, titanium, silver, or the like may be used.

これらの負極用集電体の表面を酸化処理することも可能である。また、負極用集電体の形状については、フォイル状の他、フィルム状、シート状、ネット状、パンチ又はエキスパンドされた物、ラス体、多孔質体、発泡体等の成形体であってもよい。厚みは特に限定されないが、1μm以上、100μm以下のものが通常用いられる。   It is also possible to oxidize the surface of these negative electrode current collectors. Further, the shape of the negative electrode current collector may be a foil, a film, a sheet, a net, a punched or expanded article, a lath, a porous body, a foam, or the like. Good. The thickness is not particularly limited, but a thickness of 1 μm or more and 100 μm or less is usually used.

[電極の作製方法]
正極および負極を得る一例を説明すると、正極用の塗工液は正極用集電体に、負極用の塗工液は負極用集電体にそれぞれ所望の厚さにて塗布される。塗布法として、集電体に塗工液を塗布し、ドクターブレードにより余分な塗工液を除去する方式、集電体に塗工液を塗布し、ローラにより塗工液を圧延する方式などの公知の塗布法が挙げられる。
[Electrode production method]
An example of obtaining a positive electrode and a negative electrode will be described. The positive electrode coating liquid is applied to the positive electrode current collector, and the negative electrode coating liquid is applied to the negative electrode current collector at a desired thickness. Application methods include applying a coating solution to a current collector and removing excess coating solution with a doctor blade, applying a coating solution to a current collector, and rolling the coating solution with a roller. A known coating method may be mentioned.

塗工液を乾燥する温度は特に限定されず、塗工液中の各材料の配合率により適宜変更すればよいが、通常、70℃以上、90℃以下である。また、得られた正極または負極の厚さは、リチウムイオン二次電池の用途により適宜変更すればよい。   The temperature at which the coating liquid is dried is not particularly limited, and may be appropriately changed depending on the blending ratio of each material in the coating liquid, but is usually 70 ° C. or higher and 90 ° C. or lower. Moreover, what is necessary is just to change suitably the thickness of the obtained positive electrode or negative electrode according to the use of a lithium ion secondary battery.

[電解液]
本発明の電解液は、溶媒がビス(フルオロスルホニル)イミドアニオン(以下、「ビス(フルオロスルホニル)イミド」を適宜「FSI」と略す)を含むイオン液体である。このような電解液は、負極のバインダーに含まれるアルギン酸との相性が良く、サイクル耐久性および出力特性に優れたリチウムイオン二次電池を提供することが可能となる。また、本発明のリチウムイオン二次電池は、高率の充放電時においても高い性能を持ち、高エネルギー密度、高電圧で使用可能である。さらには、上記電解液は不燃性であるため、得られるリチウム二次電池は安全性に優れるものとなる。
[Electrolyte]
The electrolytic solution of the present invention is an ionic liquid in which a solvent contains a bis (fluorosulfonyl) imide anion (hereinafter, “bis (fluorosulfonyl) imide” is appropriately abbreviated as “FSI”). Such an electrolytic solution has good compatibility with alginic acid contained in the binder of the negative electrode, and can provide a lithium ion secondary battery excellent in cycle durability and output characteristics. In addition, the lithium ion secondary battery of the present invention has high performance even during high rate charge / discharge, and can be used with high energy density and high voltage. Furthermore, since the electrolyte solution is nonflammable, the obtained lithium secondary battery is excellent in safety.

上記FSIアニオンを含むイオン液体の調製方法は特に限定されるものではないが、フルオロスルホン酸と尿素との反応など公知の方法を用いることができる。これらの方法によって得られたFSI化合物は一般的に純度が低いため、不純物10ppm以下の好ましいイオン液体を得るためには、水、有機溶媒などにより適正に精製すればよい。なお、不純物の確認は、プラズマ発光分析装置(ICP)を用いて分析することができる。   Although the preparation method of the ionic liquid containing the said FSI anion is not specifically limited, Well-known methods, such as reaction of fluorosulfonic acid and urea, can be used. Since the FSI compound obtained by these methods generally has low purity, in order to obtain a preferable ionic liquid having impurities of 10 ppm or less, it may be appropriately purified with water, an organic solvent or the like. The confirmation of impurities can be analyzed using a plasma emission analyzer (ICP).

また、本発明のイオン液体に含まれるアニオン成分は、本発明の目的を離れない範囲で、このFSIアニオン以外のアニオンを含んでいてもよい。その例としては、BF 、PF 、SbF 、NO 、CFSO 、(CFSO(ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドアニオン、以下TFSIと表記する)、(CSO、(CFSO、CFCO 、CCO 、CHCO 、(CN)等が挙げられる。これらのアニオンは2種類以上を含んでいてもよい。 Moreover, the anion component contained in the ionic liquid of this invention may contain anions other than this FSI anion in the range which does not leave the objective of this invention. Examples thereof, BF 4 -, PF 6 - , SbF 6 -, NO 3 -, CF 3 SO 3 -, (CF 3 SO 2) 2 N - ( bis (trifluoromethanesulfonyl) imide anion, TFSI denoted below ), (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N , (CF 3 SO 2 ) 3 C , CF 3 CO 2 , C 3 F 7 CO 2 , CH 3 CO 2 , (CN) 2 N -, and the like. These anions may contain two or more types.

イオン液体における総アニオンに対するFSIの含有率は、本発明の効果を十分に発揮させる観点から、50mol%以上、100mol%以下であることが好ましく、70mol%以上、100mol%以下であることがさらに好ましい。イオン液体におけるFSIの含有率は以下のように算出される。
イオン液体におけるFSIの含有率(%)=
イオン液体中のFSIのモル数/イオン液体中のアニオンの総モル数×100
本発明のイオン液体において、上記FSIアニオンと組み合わされるカチオンは、特に制限はないが、融点が50℃以下のイオン液体を形成するカチオンとの組み合わせが好ましい。融点が50℃を超えると電解液の粘度が上昇し、リチウムイオン二次電池のサイクル耐久性に問題が生じたり、放電容量が低下するおそれがあるため好ましくない。
The content of FSI with respect to the total anions in the ionic liquid is preferably 50 mol% or more and 100 mol% or less, more preferably 70 mol% or more and 100 mol% or less, from the viewpoint of sufficiently exerting the effects of the present invention. . The content of FSI in the ionic liquid is calculated as follows.
FSI content in ionic liquid (%) =
Number of moles of FSI in ionic liquid / total number of moles of anion in ionic liquid × 100
In the ionic liquid of the present invention, the cation combined with the FSI anion is not particularly limited, but a combination with a cation forming an ionic liquid having a melting point of 50 ° C. or lower is preferable. When the melting point exceeds 50 ° C., the viscosity of the electrolytic solution is increased, which may cause a problem in cycle durability of the lithium ion secondary battery or decrease the discharge capacity.

上記カチオンとしては、N、P、S、O、CもしくはSi、またはこれらの2種類以上の元素を構造中に含み、鎖状または5員環、6員環などの環状構造を骨格に有するカチオンが用いられる。   Examples of the cation include N, P, S, O, C, or Si, or a cation having a chain structure or a cyclic structure such as a 5-membered ring or a 6-membered ring in the structure. Is used.

5員環、6員環などの環状構造カチオンの具体例としては、フランカチオン、チオフェンカチオン、ピロールカチオン、ピリジニウムカチオン、オキサゾリウムカチオン、イソオキサゾリウムカチオン、チアゾリウムカチオン、イソチアゾリウムカチオン、フラザンカチオン、イミダゾリウムカチオン、ピラゾリウムカチオン、ピラジニウムカチオン、ピリミジニウムカチオン、ピリダジニウムカチオン、ピロリジニウムカチオン、ピペリジニウムカチオンなどの複素単環カチオン;ベンゾフランカチオン、イソベンゾフランカチオン、インドールカチオン、イソインドールカチオン、インドリジニウムカチオン、カルバゾールカチオンなどの縮合複素環カチオンが挙げられる。   Specific examples of cyclic cation such as 5-membered ring and 6-membered ring include furan cation, thiophene cation, pyrrole cation, pyridinium cation, oxazolium cation, isoxazolium cation, thiazolium cation, isothiazolium cation , Furanzan cations, imidazolium cations, pyrazolium cations, pyrazinium cations, pyrimidinium cations, pyridazinium cations, pyrrolidinium cations, piperidinium cations, etc. heteromonocyclic cations; benzofuran cations, iso Examples thereof include condensed heterocyclic cations such as benzofuran cation, indole cation, isoindole cation, indolizinium cation, and carbazole cation.

これらのカチオンの中でも、特に窒素元素を含む鎖状または環状の化合物が工業的に安価であること、および、化学的、電気化学的に安定である点で好ましい。   Among these cations, a chain or cyclic compound containing a nitrogen element is particularly preferable because it is industrially inexpensive and is chemically and electrochemically stable.

窒素元素を含むカチオンの具体例としては、トリエチルアンモニウムカチオン、テトラアルキルアンモニウムカチオンなどのアルキルアンモニウムカチオン;1−プロピルピリジニウムカチオン、1−ブチルピリジニウムカチオン、1−エチル−3−(ヒドロキシメチル)ピリジニウムカチオン、1−エチル−3−メチルピリジニウムカチオンなどのピリジニウムカチオン;1−エチル−3−メチルイミダゾリウムカチオン、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムカチオン、1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリウムカチオン、1−アリル−3−メチルイミダゾリウムカチオン、1−アリル−3−エチルイミダゾリウムカチオン、1−アリル−3−ブチルイミダゾリウムカチオン、1,3−ジアリルイミダゾリウムカチオンなどのイミダゾリウムカチオン;1−メチル−1−プロピル−ピロリジニウムカチオンなどのピロリジニウムカチオン;メチルプロピルピペリジニウムカチオンなどのピペリジニウムカチオンが挙げられる。   Specific examples of the cation containing nitrogen element include alkylammonium cations such as triethylammonium cation and tetraalkylammonium cation; 1-propylpyridinium cation, 1-butylpyridinium cation, 1-ethyl-3- (hydroxymethyl) pyridinium cation, Pyridinium cations such as 1-ethyl-3-methylpyridinium cation; 1-ethyl-3-methylimidazolium cation, 1-butyl-3-methylimidazolium cation, 1-ethyl-2,3-dimethylimidazolium cation, 1 -Imyl such as allyl-3-methylimidazolium cation, 1-allyl-3-ethylimidazolium cation, 1-allyl-3-butylimidazolium cation, 1,3-diallylimidazolium cation Tetrazolium cation; - 1-methyl-1-propyl pyrrolidinium cation such as pyrrolidinium cation; piperidinium cations such methylpropyl piperidinium cation.

上記電解液の支持電解質として上記イオン液体に溶解されるリチウム塩としては、通常、非水電解液用電解質として使用されているリチウム塩であれば、特に限定されることなく使用することができる。そのようなリチウム塩の例としては、LiPF,LiBF,LiClO,LiAsF,LiCFSO,LiC(CFSO,LiN(CFSO(LiTFSI),LiN(FSO(LiFSI),LiBC、LiB(C4、LiSO3CHなどが挙げられる。中でも、LiFSI、LiTFSIが好ましい。これらのリチウム塩は、単独で使用してもよいし、2種類以上を混合して使用することができる。 As the lithium salt dissolved in the ionic liquid as the supporting electrolyte of the electrolytic solution, any lithium salt that is usually used as an electrolyte for non-aqueous electrolytic solution can be used without any particular limitation. Examples of such lithium salts include LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 (LiTFSI), LiN ( FSO 2) 2 (LiFSI), LiBC 4 O 8, LiB (C 6 H 5) 4, etc. LiSO 3 CH 3 and the like. Among these, LiFSI and LiTFSI are preferable. These lithium salts may be used alone or in combination of two or more.

このようなリチウム塩は、通常、0.1mol/l(モル/リットル)以上、2.0mol/l以下、好ましくは0.3mol/l以上、1.5mol/l以下の濃度で、イオン液体中に含まれていることが望ましい。   Such a lithium salt is usually 0.1 mol / l (mol / liter) or more and 2.0 mol / l or less, preferably 0.3 mol / l or more and 1.5 mol / l or less in an ionic liquid. It is desirable to be included in.

[セパレータ]
本発明のリチウムイオン二次電池では、正極と負極との短絡を防止するため、これらの間にセパレータが備えられる。セパレーターは公知のものを使用でき、特にされないが、具体的にはポリエチレンまたはポリプロピレン製フィルムの微多孔膜;多孔性のポリエチレンフィルムとポリプロピレンとの多層フィルム;ポリエステル繊維、アラミド繊維またはガラス繊維等からなる不織布が挙げられ、より好ましくは、それらの表面に、シリカ、アルミナ、チタニア等のセラミック微粒子を付着させたセパレーターが挙げられる。
[Separator]
In the lithium ion secondary battery of the present invention, a separator is provided between them in order to prevent a short circuit between the positive electrode and the negative electrode. A known separator can be used, and is not particularly limited. Specifically, the separator is a microporous film of polyethylene or polypropylene film; a multilayer film of porous polyethylene film and polypropylene; polyester fiber, aramid fiber, glass fiber, or the like. Nonwoven fabrics may be mentioned, and more preferred are separators in which ceramic fine particles such as silica, alumina, titania and the like are attached to the surface thereof.

上記セパレータは空隙率が70%以上ものが好ましく、80%以上、95%以下であるものがより好ましい。また、ガーレー試験法によって得られる透気度が200秒/100cc以下であることが好ましい。   The separator preferably has a porosity of 70% or more, more preferably 80% or more and 95% or less. The air permeability obtained by the Gurley test method is preferably 200 seconds / 100 cc or less.

上記のようなセパレータを備えるリチウムイオン二次電池に、上記FSIアニオンを含有するイオン液体を組み合わせることにより、イオン液体のセパレータへの液含浸性が従来のものと比較して顕著に向上する。それに伴い電池の内部抵抗が大幅に低減し、イオン液体を電解質に用いたリチウムイオン二次電池の出力特性及びサイクル耐久性が向上する。   By combining the ionic liquid containing the FSI anion with a lithium ion secondary battery including the separator as described above, the liquid impregnation property of the ionic liquid into the separator is significantly improved as compared with the conventional one. Accordingly, the internal resistance of the battery is greatly reduced, and the output characteristics and cycle durability of a lithium ion secondary battery using an ionic liquid as an electrolyte are improved.

ここで、空隙率はセパレータの見掛け密度と構成材料の固形分の真密度から、次式により算出した値である。
空隙率(%)=100−(セパレータの見掛け密度/材料固形分の真密度)×100
また、ガーレー透気度とは、JIS P 8117に規定されたガーレー試験機法による透気抵抗度である。
Here, the porosity is a value calculated by the following equation from the apparent density of the separator and the true density of the solid content of the constituent material.
Porosity (%) = 100− (apparent density of separator / true density of solid material content) × 100
The Gurley air permeability is an air resistance according to a Gurley tester method defined in JIS P 8117.

上記セパレータとしては、平均繊維径が1μm以下のガラス繊維を80重量%以上と、フィブリル化有機繊維を含む有機成分を20重量%未満とを含有し、ガラス繊維同士がフィブリル化有機繊維の絡み付きによって結合され、空隙率85%以上とされた湿式抄造シートが特に好適に用いられる。   The separator contains 80% by weight or more of glass fibers having an average fiber diameter of 1 μm or less and less than 20% by weight of organic components containing fibrillated organic fibers, and the glass fibers are entangled with the fibrillated organic fibers. A wet papermaking sheet bonded to a porosity of 85% or more is particularly preferably used.

フィブリル化有機繊維は、繊維を離解する装置、例えばダブルディスクリファイナーを用いることによって、叩解等による剪断力の作用を受け、単繊維が繊維軸方向に非常に細かく解裂して形成された多数のフィブリルを有する繊維であって、少なくとも50重量%以上が繊維径1μm以下にフィブリル化されているものであることが好ましく、100重量%が繊維径1μm以下にフィブリル化されているものであればより好ましい。   The fibrillated organic fiber is formed by a device that disaggregates fibers, for example, a double disc refiner, and is subjected to the action of shearing force by beating and the like, and a single fiber is formed by very finely cleaving in the fiber axis direction. It is preferable that at least 50% by weight or more of fibril-containing fibers are fibrillated to a fiber diameter of 1 μm or less, and more preferably 100% by weight is fibrillated to a fiber diameter of 1 μm or less. preferable.

フィブリル化有機繊維としては、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリアミド繊維、セルロース繊維、レーヨン繊維、アクリル繊維等を使用できる。   As the fibrillated organic fiber, polyethylene fiber, polypropylene fiber, polyamide fiber, cellulose fiber, rayon fiber, acrylic fiber and the like can be used.

[リチウムイオン二次電池の形状]
本発明のリチウム二次電池は、円筒型、コイン型、角型、その他任意の形状に形成することができ、電池の基本構成は形状によらず同じであり、目的に応じて設計変更して実施することができる。例えば、円筒型のリチウムイオン二次電池は、負極集電体に負極活物質を含む塗工液を塗布して作製した負極と、正極集電体に正極活物質を含む塗工液を塗布して作製した正極とを、セバレータを介して捲回した捲回体を電池缶に収納し、電解液を注入し上下に絶縁板を載置した状態で密封して得られる。また、コイン型のリチウムイオン二次電池を作製する場合、円盤状負極、セパレータ、円盤状正極、およびステンレスの板が積層された状態でこれらをコイン型電池缶に収納し、正極と負極との間に電解液が注入された後、コイン型電池缶は密封される。
[Lithium ion secondary battery shape]
The lithium secondary battery of the present invention can be formed into a cylindrical shape, a coin shape, a rectangular shape, or any other shape, and the basic configuration of the battery is the same regardless of the shape, and the design can be changed according to the purpose. Can be implemented. For example, a cylindrical lithium ion secondary battery has a negative electrode produced by applying a coating liquid containing a negative electrode active material to a negative electrode current collector, and a coating liquid containing a positive electrode active material applied to a positive electrode current collector. A wound body obtained by winding the positive electrode produced through the separator is accommodated in a battery can, injected with an electrolytic solution, and sealed in a state where the insulating plates are placed on the upper and lower sides. Also, when producing a coin-type lithium ion secondary battery, a disc-shaped negative electrode, a separator, a disc-shaped positive electrode, and a stainless steel plate are stacked and stored in a coin-type battery can. After the electrolyte is injected in between, the coin-type battery can is sealed.

[電気機器]
本発明のリチウムイオン二次電池はサイクル耐久性および出力特性に優れており、各種電気機器に電源または蓄電デバイスとして備えられる。このため、上記リチウムイオン二次電池を備える電気機器の性能も優れており、従来の電気機器に比較して優位性がある。
[Electrical equipment]
The lithium ion secondary battery of the present invention is excellent in cycle durability and output characteristics, and is provided as a power source or an electricity storage device in various electric devices. For this reason, the performance of the electric device provided with the said lithium ion secondary battery is also excellent, and has an advantage compared with the conventional electric device.

本発明の電気機器は、本発明のリチウムイオン二次電池を備えていればよく、特に限定されるものではない。例えば、携帯電話機器、ノートパソコン、携帯情報端末(PDA)、ビデオカメラ、デジタルカメラなどの小型電子機器;電動自転車、電動自動車、電車などの移動用機器(車両);火力発電、風力発電、水力発電、原子力発電、地熱発電などの発電用機器が挙げられる。   The electrical device of the present invention is not particularly limited as long as it includes the lithium ion secondary battery of the present invention. For example, small electronic devices such as mobile phone devices, laptop computers, personal digital assistants (PDAs), video cameras and digital cameras; mobile devices (vehicles) such as electric bicycles, electric cars and trains; thermal power generation, wind power generation, hydropower Examples include power generation equipment such as power generation, nuclear power generation, and geothermal power generation.

なお、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the claims, and the technical means disclosed in different embodiments can be appropriately combined. Such embodiments are also included in the technical scope of the present invention.

本発明について、実施例および比較例、並びに図1〜図5に基づいてより具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。当業者は本発明の範囲を逸脱することなく、種々の変更、修正、および改変を行うことができる。実施例および比較例にて作製したリチウムイオン二次電池の各特性は以下のように測定した。   The present invention will be described more specifically based on Examples and Comparative Examples and FIGS. 1 to 5, but the present invention is not limited thereto. Those skilled in the art can make various changes, modifications, and alterations without departing from the scope of the present invention. Each characteristic of the lithium ion secondary battery produced in the Example and the comparative example was measured as follows.

〔放電レート特性(炭素電極)〕
実施例1および比較例1において作製した二極式ハーフセルに対して、1.0Cレート、1サイクル時の放電容量値を1とし、以下の条件にて、各Cレートで5サイクルずつ充放電を行い、放電容量保持率を測定した。以下の条件にて放電容量の保持率およびサイクル耐久性を測定した。
作動電圧範囲:0.005〜1.5V VS.Li/Li
充電:定電流(0.1、1.0、2.0、3.0Cレート)+定電圧/放電:定電流(0.1、1.0、2.0、3.0Cレート)
〔サイクル耐久性(炭素電極)〕
実施例1および比較例1において作製した二極式ハーフセルに対して、以下の条件にて放電容量保持率を測定し、サイクル耐久性を評価した。
作動電圧範囲:0.005〜1.5V vs.Li/Li
充電:定電流(1.0Cレート)+定電圧/放電:定電流(1.0Cレート)
〔サイクル耐久性(シリコン系複合負極)〕
(測定方法1:規制なし)
実施例2および比較例2、3において作製した二極式ハーフセルに対して、以下の条件にて放電容量保持率を測定し、サイクル耐久性を評価した。なお、初回サイクルのみ、充電および放電の電流を100mA g−1とした。
作動電圧範囲:0.005〜1.5V vs.Li/Li
充電:定電流(500mAg−1)+定電圧/放電:定電流(500mA g−1
(測定方法2:規制あり)
実施例2および比較例2において作製した二極式ハーフセルに対して、以下の条件にて放電容量およびサイクル耐久性を測定した。なお、初回サイクルのみ、充電および放電の電流を350mA g−1とした。
充電:定電流(1000mAg−1)+定電圧かつ充電容量を1000mA g−1に規制
放電:定電流(1000mAg−1
〔交流インピーダンス〕
実施例2および比較例2において作製した二極式ハーフセルについて、開回路電圧にて、電位振幅10mV、交流周波数範囲20kHz〜10mHzの条件において、交流インピーダンスを測定した。X軸に実数のインピーダンス(Z’)、Y軸に虚数のインピーダンス(Z”)をとったNyquistプロット(Cole−Coleプロット)で結果を示す。
[Discharge rate characteristics (carbon electrode)]
With respect to the bipolar half cell produced in Example 1 and Comparative Example 1, the discharge capacity value at 1.0 C rate and 1 cycle was set to 1, and charging and discharging were performed 5 cycles at each C rate under the following conditions. The discharge capacity retention rate was measured. The discharge capacity retention rate and cycle durability were measured under the following conditions.
Operating voltage range: 0.005-1.5V VS. Li / Li +
Charge: constant current (0.1, 1.0, 2.0, 3.0C rate) + constant voltage / discharge: constant current (0.1, 1.0, 2.0, 3.0C rate)
[Cycle durability (carbon electrode)]
With respect to the bipolar half cell produced in Example 1 and Comparative Example 1, the discharge capacity retention rate was measured under the following conditions to evaluate cycle durability.
Operating voltage range: 0.005 to 1.5V vs. Li / Li +
Charging: Constant current (1.0C rate) + Constant voltage / Discharging: Constant current (1.0C rate)
[Cycle durability (silicon composite negative electrode)]
(Measurement method 1: No regulation)
With respect to the bipolar half-cells produced in Example 2 and Comparative Examples 2 and 3, the discharge capacity retention rate was measured under the following conditions to evaluate cycle durability. Note that the charge and discharge currents were set to 100 mA g −1 only in the first cycle.
Operating voltage range: 0.005 to 1.5V vs. Li / Li +
Charge: constant current (500 mAg −1 ) + constant voltage / discharge: constant current (500 mA g −1 )
(Measurement method 2: regulated)
The discharge capacity and cycle durability were measured for the bipolar half cells produced in Example 2 and Comparative Example 2 under the following conditions. Note that only in the first cycle, the charging and discharging currents were set to 350 mA g −1 .
Charging: Constant current (1000 mAg −1 ) + constant voltage and charging capacity to 1000 mA g −1 Regulated discharge: Constant current (1000 mAg −1 )
[AC impedance]
For the bipolar half cell produced in Example 2 and Comparative Example 2, the AC impedance was measured at an open circuit voltage under the conditions of a potential amplitude of 10 mV and an AC frequency range of 20 kHz to 10 mHz. The results are shown in a Nyquist plot (Cole-Cole plot) with the real impedance (Z ′) on the X axis and the imaginary impedance (Z ″) on the Y axis.

〔実施例1〕
以下の手法により、本発明のリチウムイオン二次電池に係る炭素負極評価用二極式ハーフセルを作製した。当該二極式ハーフセルは炭素電極を備えている。なお、二極式ハーフセルの材料としては、以下の材料を使用した。
[Example 1]
The bipolar half cell for carbon negative electrode evaluation concerning the lithium ion secondary battery of this invention was produced with the following methods. The bipolar half cell includes a carbon electrode. The following materials were used as materials for the bipolar half cell.

活物質 :天然黒鉛
導電剤 :鱗片状黒鉛
バインダー :アルギン酸ナトリウム(Alg)
電解液 :FSI系イオン液体(0.45mol dm−3:LiTFSI/EMImFSI)
セパレータ :ポリオレフィン系セパレーター
集電体 :エッチドアルミ箔
対極 :リチウム金属箔
LiTFSI =ビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド
EMImFSI =1-エチル-3-メチルイミダゾリウム ビス(フルオロスルホニル)イミド
まず、3重量%のアルギン酸ナトリウム水溶液を調製した。次に、活物質、導電剤およびアルギン酸ナトリウム水溶液を乾燥後の組成比(電極における含有比)が85:5:10となるように混合し、スラリーの塗工液を作製した。この塗工液に純水を加えスラリー粘度を調整した後、ドクターブレードにより塗工液をエッチドアルミ箔に塗布し、ホットプレート上で塗工液を80℃で10分程度加熱した。その後、エッチドアルミ箔に塗布された塗工液を、80℃の温度雰囲気下、10−1Paの減圧下で24時間乾燥させ、目的物である炭素電極(本発明の負極に相当する構成を有する)を得た。この炭素電極および対極を両側に配置し、両電極間にセパレータを配置し、電解液を注入して直径が12mmの二極式ハーフセルを作製した。
Active material: Natural graphite Conductive agent: Scaly graphite Binder: Sodium alginate (Alg)
Electrolyte: FSI ionic liquid (0.45 mol dm −3 : LiTFSI / EMImFSI)
Separator: Polyolefin separator Current collector: Etched aluminum foil Counter electrode: Lithium metal foil
LiTFSI = bis (trifluoromethylsulfonyl) imide
EMImFSI = 1-ethyl-3-methylimidazolium bis (fluorosulfonyl) imide First, a 3 wt% aqueous sodium alginate solution was prepared. Next, the active material, the conductive agent, and the sodium alginate aqueous solution were mixed so that the composition ratio after drying (content ratio in the electrode) was 85: 5: 10 to prepare a slurry coating solution. After adding pure water to this coating liquid and adjusting the slurry viscosity, the coating liquid was applied to the etched aluminum foil with a doctor blade, and the coating liquid was heated on a hot plate at 80 ° C. for about 10 minutes. Thereafter, the coating solution applied to the etched aluminum foil is dried under a temperature atmosphere of 80 ° C. under a reduced pressure of 10 −1 Pa for 24 hours to obtain a carbon electrode as a target product (configuration corresponding to the negative electrode of the present invention). Obtained). The carbon electrode and the counter electrode were disposed on both sides, a separator was disposed between both electrodes, and an electrolyte was injected to produce a bipolar half cell having a diameter of 12 mm.

この二極式ハーフセルに対して、放電レートおよびサイクル耐久性を測定した。結果を図1、図2に示す。   The discharge rate and cycle durability were measured for this bipolar half cell. The results are shown in FIGS.

〔比較例1〕
電解液として、LiTFSI/EMImFSIに代えて以下の有機電解液、セパレーターとして、ポリオレフィン系セパレーターに代えて以下の有機電解液用セパレーターを用いた以外は、実施例1と同様に二極式ハーフセルを作製した。この二極式ハーフセルに対して、放電レートおよびサイクル耐久性を測定した。結果を図1、図2に示す。
[Comparative Example 1]
A bipolar half cell was prepared in the same manner as in Example 1 except that the following organic electrolyte was used instead of LiTFSI / EMImFSI as the electrolyte, and the following separator for organic electrolyte was used as the separator instead of the polyolefin-based separator. did. The discharge rate and cycle durability were measured for this bipolar half cell. The results are shown in FIGS.

電解液 :有機電解液(1.0mol dm−3:LiPF6/EC+DMC)
セパレータ :セルロース系セパレーター
LiPF6 =六フッ化リン酸リチウム
EC+DMC =エチレンカーボネートおよびジメチルカーボネートの1:1混合液
〔実施例2〕
以下の手法により、本発明のリチウムイオン二次電池に係るシリコン系複合負極評価用二極式ハーフセルを作製した。当該二極式ハーフセルはシリコン系複合電極を備えている。なお、二極式ハーフセルの材料としては、以下の材料を使用した。
Electrolyte: Organic electrolyte (1.0 mol dm −3 : LiPF 6 / EC + DMC)
Separator: Cellulosic separator
LiPF 6 = lithium hexafluorophosphate
EC + DMC = 1: 1 mixture of ethylene carbonate and dimethyl carbonate [Example 2]
A bipolar half cell for evaluation of a silicon-based composite negative electrode according to the lithium ion secondary battery of the present invention was produced by the following method. The bipolar half cell includes a silicon-based composite electrode. The following materials were used as materials for the bipolar half cell.

活物質 :金属シリコン粉末、金属ニッケル粉末、天然黒鉛
導電剤 :鱗片状黒鉛
バインダー :アルギン酸ナトリウム(Alg)
電解液 :FSI系イオン液体(0.45mol dm−3:LiTFSI/EMImFSI)
セパレータ :ポリオレフィン系セパレーター
集電体 :エッチドアルミ箔
対極 :リチウム金属箔
まず、3重量%のアルギン酸ナトリウム水溶液を調製した。次に、アルゴン雰囲気下で、Siチップをアルミナ製メディアとともにアルミナ製密閉容器に封入し、遊星型ボールミル装置で、回転速度1000rpmでのボールミル処理を10分施した。得られたSi粉末とNi粉末とを重量比6:1に秤量し、タングステンカーバイド製粉砕ボールと共にタングステンカーバイド製密閉容器に封入し、遊星型ボールミル装置で、回転速度300rpmでのボールミル処理を行った。処理時間は10時間とした。上記により合成したNi−Si粉末と天然黒鉛とをアルゴン雰囲気下で重量比1:1に秤量し、遊星型ボールミル装置で、回転速度250rpmでのボールミル処理を行った。処理時間は30分間とした。
Active material: Metallic silicon powder, metallic nickel powder, natural graphite Conductive agent: Scale-like graphite Binder: Sodium alginate (Alg)
Electrolyte: FSI ionic liquid (0.45 mol dm −3 : LiTFSI / EMImFSI)
Separator: Polyolefin separator Current collector: Etched aluminum foil Counter electrode: Lithium metal foil First, a 3 wt% aqueous sodium alginate solution was prepared. Next, in an argon atmosphere, the Si chip was sealed in an alumina sealed container together with alumina media, and subjected to ball milling at a rotational speed of 1000 rpm for 10 minutes using a planetary ball mill apparatus. The obtained Si powder and Ni powder were weighed to a weight ratio of 6: 1, sealed in a tungsten carbide sealed container together with tungsten carbide ground balls, and ball milled at a rotational speed of 300 rpm with a planetary ball mill device. . The processing time was 10 hours. The Ni—Si powder synthesized above and natural graphite were weighed at a weight ratio of 1: 1 in an argon atmosphere, and ball milled at a rotational speed of 250 rpm with a planetary ball mill device. The treatment time was 30 minutes.

活物質、導電剤およびアルギン酸ナトリウム水溶液を乾燥後の組成比(電極における含有比)が86:4:10となるように混合し、スラリーの塗工液を作製した。この塗工液に純水を加えスラリー粘度を調整した後、ドクターブレードにより塗工液をエッチドアルミ箔に塗布し、ホットプレート上で塗工液を80℃で10分程度加熱した。その後、エッチドアルミ箔に塗布された塗工液を、80℃の温度雰囲気下、10−1Paの減圧下で24時間乾燥させ、目的物であるシリコン系複合電極(本発明の負極に相当する構成を有する)を得た。
このシリコン系複合電極および対極を両側に配置し、両電極間にセパレータを配置し、電解液を注入しての二極式ハーフセルを作製した。
The active material, the conductive agent, and the sodium alginate aqueous solution were mixed so that the composition ratio after drying (content ratio in the electrode) was 86: 4: 10 to prepare a slurry coating solution. After adding pure water to this coating liquid and adjusting the slurry viscosity, the coating liquid was applied to the etched aluminum foil with a doctor blade, and the coating liquid was heated on a hot plate at 80 ° C. for about 10 minutes. Thereafter, the coating liquid applied to the etched aluminum foil is dried under a temperature atmosphere of 80 ° C. under a reduced pressure of 10 −1 Pa for 24 hours, and a silicon-based composite electrode as an object (corresponding to the negative electrode of the present invention). Obtained).
This silicon-based composite electrode and the counter electrode were disposed on both sides, a separator was disposed between both electrodes, and an electrolyte was injected to prepare a bipolar half cell.

この二極式ハーフセルに対して、規制あり、なしの2種類の測定方法によるサイクル耐久性、交流インピーダンスの測定をそれぞれ行った。結果を図3、図4、図5に示す。   With respect to this bipolar half-cell, cycle durability and AC impedance were measured by two types of measurement methods with and without regulation. The results are shown in FIG. 3, FIG. 4, and FIG.

〔比較例2〕
電解液として、LiTFSI/EMImFSIに代えて以下の有機電解液、セパレーターとして、ポリオレフィン系セパレーターに代えて以下の有機電解液用セパレーターを用いた以外は、実施例2と同様に二極式ハーフセルを作製した。この二極式ハーフセルに対して、規制あり、なしの2種類の測定方法によるサイクル耐久性、交流インピーダンスの測定をそれぞれ行った。結果を図3、図4、図5に示す。
[Comparative Example 2]
A bipolar half cell was prepared in the same manner as in Example 2 except that the following organic electrolyte was used instead of LiTFSI / EMImFSI as the electrolyte, and the following separator for organic electrolyte was used instead of the polyolefin-based separator as the separator. did. With respect to this bipolar half-cell, cycle durability and AC impedance were measured by two types of measurement methods with and without regulation. The results are shown in FIG. 3, FIG. 4, and FIG.

電解液 :有機電解液(1.0mol dm−3:LiPF6/EC+DMC)
セパレータ :セルロース系セパレーター
〔比較例3〕
バインダーとして、アルギン酸ナトリウムに代えてポリフッ化ビニリデンを使用した以外は、実施例2と同様に二極式ハーフセルを作製した。この二極式ハーフセルに対して、規制を行わずにサイクル耐久性の測定を行った。結果を図3に示す。
Electrolyte: Organic electrolyte (1.0 mol dm −3 : LiPF 6 / EC + DMC)
Separator: Cellulosic separator [Comparative Example 3]
A bipolar half cell was prepared in the same manner as in Example 2 except that polyvinylidene fluoride was used instead of sodium alginate as the binder. With respect to this bipolar half cell, cycle durability was measured without regulation. The results are shown in FIG.

〔測定結果〕
図1は、実施例1および比較例1での放電レート特性の測定結果を示すグラフであり、●は実施例1に対応し、◇は比較例1に対応している。同図に示すように、実施例1、比較例1共にバインダーとしてアルギン酸ナトリウムを使用しているため、電極と電解液界面との間の抵抗が減少しており、高い容量保持率が示されている。しかし、実施例1では、アルギン酸ナトリウムと上記イオン液体とを用いていることにより、電極と電解液界面との抵抗減少の効果が高く、より高い容量保持率が示されており、放電レート特性がより高い結果となった。この結果から、実施例1の二極式ハーフセルは、出力特性に優れることがわかる。
〔Measurement result〕
FIG. 1 is a graph showing the measurement results of the discharge rate characteristics in Example 1 and Comparative Example 1, where ● corresponds to Example 1 and ◇ corresponds to Comparative Example 1. FIG. As shown in the figure, since Example 1 and Comparative Example 1 use sodium alginate as a binder, the resistance between the electrode and the electrolyte interface decreases, and a high capacity retention rate is shown. Yes. However, in Example 1, by using sodium alginate and the ionic liquid, the effect of reducing the resistance between the electrode and the electrolyte solution interface is high, a higher capacity retention rate is shown, and the discharge rate characteristic is Higher results. This result shows that the bipolar half cell of Example 1 is excellent in output characteristics.

図2は、実施例1および比較例1でのサイクル耐久性の測定結果を示すグラフであり、●は実施例1に対応し、◇は比較例1に対応している。同図に示すように、比較例1に係る一般的な有機電解液系の場合、充放電サイクルを重ねるごとに容量保持率が低下するが、実施例1のイオン液体系の容量保持率は、約1.0で安定しており、ほとんど低下しない。これは、アルギン酸ナトリウムが本発明のイオン液体中では、より安定に存在し、また、電極での結着効果が失われないからであると考えられる。   FIG. 2 is a graph showing the measurement results of cycle durability in Example 1 and Comparative Example 1, where ● corresponds to Example 1 and ◇ corresponds to Comparative Example 1. As shown in the figure, in the case of a general organic electrolyte system according to Comparative Example 1, the capacity retention rate decreases each time the charge / discharge cycle is repeated, but the capacity retention rate of the ionic liquid system of Example 1 is It is stable at about 1.0 and hardly decreases. This is presumably because sodium alginate exists more stably in the ionic liquid of the present invention and the binding effect on the electrode is not lost.

図3は、実施例2および比較例2、3での、充電容量規制を行わなかったサイクル耐久性を示すグラフであり、●は実施例2に、◇は比較例2に、○は比較例3に対応している。   FIG. 3 is a graph showing the cycle durability without charge capacity restriction in Example 2 and Comparative Examples 2 and 3, where ● is Example 2, ◇ is Comparative Example 2, and ○ is Comparative Example 3 is supported.

同図に示すように、まず、バインダーとしてアルギン酸ナトリウムを共通して使用し、電解液が異なる実施例2(●)と比較例2(◇)とを比較すると、実施例2の方が放電容量において大幅に上回っており、一方で比較例2では20サイクル付近で、放電容量が急激に減少している。つまり、実施例2の方が、充放電サイクルを重ねた際の放電容量も上回る結果となった。つまり、アルギン酸系バインダーは、FSI系イオン液体の存在下でより効果的に作用している。次に、実施例2(●)と比較例3(○)とを比較すると、実施例2の方が、全サイクルにおいて放電容量が高く、比較例3に比べて、よりサイクル耐久性に優れた結果が得られた。   As shown in the figure, when Example 2 (●) and Comparative Example 2 (◇), which use sodium alginate as a binder in common and have different electrolytes, are compared, the discharge capacity of Example 2 is greater. On the other hand, in Comparative Example 2, the discharge capacity rapidly decreases in the vicinity of 20 cycles. That is, the result of Example 2 exceeded the discharge capacity when the charge / discharge cycles were repeated. In other words, the alginic acid binder acts more effectively in the presence of the FSI ionic liquid. Next, when Example 2 (●) and Comparative Example 3 (◯) are compared, Example 2 has a higher discharge capacity in all cycles and is more excellent in cycle durability than Comparative Example 3. Results were obtained.

図4は、実施例2および比較例2での、規制を行ったサイクル耐久性を示すグラフであり、●は実施例2に、◇は比較例2に対応している。   FIG. 4 is a graph showing the cycle durability with restrictions in Example 2 and Comparative Example 2, where ● corresponds to Example 2 and ◇ corresponds to Comparative Example 2. FIG.

同図に示すように、充電時に充電容量を1000mA g−1に規制することにより、100サイクルまで実施例2の放電容量は1000mA g−1からほとんど低下せず、非常に優れたサイクル耐久性を達成することができた。一方、比較例2のように、電解液として有機系電解液を用いた場合、60サイクル付近から放電容量の低下が生じ、100サイクルでは放電容量が500mA g−1以下となり、サイクル特性の差が顕著に現れた。 As shown in the figure, by restricting the charging capacity to 1000 mA g −1 at the time of charging, the discharge capacity of Example 2 is hardly lowered from 1000 mA g −1 until 100 cycles, and the cycle durability is very excellent. Could be achieved. On the other hand, when an organic electrolytic solution is used as the electrolytic solution as in Comparative Example 2, the discharge capacity decreases from around 60 cycles, and the discharge capacity becomes 500 mA g −1 or less at 100 cycles, resulting in a difference in cycle characteristics. Remarkably appeared.

図5は、実施例2および比較例2での交流インピーダンスの測定結果を示すグラフであり、図4(a)は実施例2の測定結果を、図4(b)は比較例2の測定結果を示している。両図から、比較例2に比して、実施例2の二極式ハーフセルの抵抗値は低いことが分かる。これはアルギン酸のシリコン材料および炭素材料に対する高い親和性によるものであり、実施例2の二極式ハーフセルでは電極と電解液界面と間の抵抗減少が実現されていることを裏付けている。   FIG. 5 is a graph showing the measurement results of AC impedance in Example 2 and Comparative Example 2. FIG. 4 (a) shows the measurement result of Example 2, and FIG. 4 (b) shows the measurement result of Comparative Example 2. Is shown. Both figures show that the resistance value of the bipolar half cell of Example 2 is lower than that of Comparative Example 2. This is due to the high affinity of alginic acid for the silicon material and the carbon material, which confirms that the resistance reduction between the electrode and the electrolyte interface is realized in the bipolar half cell of Example 2.

以上、実施例および比較例により本発明の効果を示したように、負極におけるバインダーがアルギン酸を含み、電解液の溶媒がビス(フルオロスルホニル)イミドアニオンを含むイオン液体であることにより、当該二極式ハーフセルはサイクル耐久性および出力特性に優れるものである。   As described above, the effects of the present invention are shown by Examples and Comparative Examples, and the binder in the negative electrode contains alginic acid, and the solvent of the electrolytic solution is an ionic liquid containing bis (fluorosulfonyl) imide anion. The half cell has excellent cycle durability and output characteristics.

本発明は、リチウムイオン二次電池に関するものであり、コンデンサ業界、自動車業界、電池業界、家電業界等にて利用可能である。   The present invention relates to a lithium ion secondary battery, and can be used in the capacitor industry, the automobile industry, the battery industry, the home appliance industry, and the like.

Claims (4)

正極および負極を備え、上記正極と負極との間に電解液を含むリチウムイオン二次電池において、
上記負極におけるバインダーはアルギン酸を含み、
上記電解液の溶媒が、ビス(フルオロスルホニル)イミドアニオンを含むイオン液体であることを特徴とするリチウムイオン二次電池。
In a lithium ion secondary battery comprising a positive electrode and a negative electrode and containing an electrolyte between the positive electrode and the negative electrode,
The binder in the negative electrode contains alginic acid,
The lithium ion secondary battery, wherein the solvent of the electrolytic solution is an ionic liquid containing a bis (fluorosulfonyl) imide anion.
上記負極は、負極活物質としてシリコンを含むことを特徴とする請求項1に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the negative electrode contains silicon as a negative electrode active material. 上記アルギン酸がアルギン酸塩であり、The alginic acid is alginate,
上記アルギン酸塩は、アルギン酸塩の1%(w/v)水溶液の20℃における粘度が300mPa・s以上、2000mPa・s以下であることを特徴とする請求項1または2に記載のリチウムイオン二次電池。3. The lithium ion secondary according to claim 1, wherein the alginate has a viscosity at 20 ° C. of a 1% (w / v) aqueous solution of alginate of 300 mPa · s or more and 2000 mPa · s or less. battery.
請求項1〜3の何れか1項に記載のリチウムイオン二次電池を備える電気機器。 An electric apparatus provided with the lithium ion secondary battery of any one of Claims 1-3.
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