JP5942892B2 - Non-aqueous electrolyte, non-aqueous electrolyte secondary battery using the same, and secondary battery system using the non-aqueous electrolyte secondary battery - Google Patents
Non-aqueous electrolyte, non-aqueous electrolyte secondary battery using the same, and secondary battery system using the non-aqueous electrolyte secondary battery Download PDFInfo
- Publication number
- JP5942892B2 JP5942892B2 JP2013031853A JP2013031853A JP5942892B2 JP 5942892 B2 JP5942892 B2 JP 5942892B2 JP 2013031853 A JP2013031853 A JP 2013031853A JP 2013031853 A JP2013031853 A JP 2013031853A JP 5942892 B2 JP5942892 B2 JP 5942892B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- aqueous electrolyte
- secondary battery
- flame retardant
- positive electrode
- group
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000011255 nonaqueous electrolyte Substances 0.000 title claims description 167
- 239000003063 flame retardant Substances 0.000 claims description 114
- RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 2,2,4,4,6,6-hexaphenoxy-1,3,5-triaza-2$l^{5},4$l^{5},6$l^{5}-triphosphacyclohexa-1,3,5-triene Chemical compound N=1P(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP=1(OC=1C=CC=CC=1)OC1=CC=CC=C1 RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 112
- 125000001424 substituent group Chemical group 0.000 claims description 66
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 47
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 26
- 239000003125 aqueous solvent Substances 0.000 claims description 25
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 claims description 21
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 21
- 239000003094 microcapsule Substances 0.000 claims description 19
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 16
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 claims description 8
- 125000001997 phenyl group Chemical group [H]C1=C([H])C([H])=C(*)C([H])=C1[H] 0.000 claims description 7
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 claims description 6
- 125000000962 organic group Chemical group 0.000 claims description 5
- 125000003368 amide group Chemical group 0.000 claims description 4
- 125000002915 carbonyl group Chemical group [*:2]C([*:1])=O 0.000 claims description 4
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 claims description 4
- 125000001033 ether group Chemical group 0.000 claims description 4
- 125000002813 thiocarbonyl group Chemical group *C(*)=S 0.000 claims description 4
- 125000000101 thioether group Chemical group 0.000 claims description 4
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims description 2
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 51
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 51
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 27
- -1 nickel metal hydride Chemical class 0.000 description 24
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 22
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 21
- 238000007600 charging Methods 0.000 description 19
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 16
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 description 15
- 239000000463 material Substances 0.000 description 13
- 238000009783 overcharge test Methods 0.000 description 13
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 description 12
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 12
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 11
- 230000003405 preventing effect Effects 0.000 description 11
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 10
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 9
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 7
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 230000006870 function Effects 0.000 description 7
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 7
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 description 7
- KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N Ethylene carbonate Chemical compound O=C1OCCO1 KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000006258 conductive agent Substances 0.000 description 6
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 6
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 6
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 6
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 5
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 5
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 5
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 description 5
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910003481 amorphous carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 4
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 4
- 235000014113 dietary fatty acids Nutrition 0.000 description 4
- 239000000194 fatty acid Substances 0.000 description 4
- 229930195729 fatty acid Natural products 0.000 description 4
- 239000003112 inhibitor Substances 0.000 description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 4
- RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N propylene carbonate Chemical compound CC1COC(=O)O1 RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 4
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 3
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 3
- 229920003171 Poly (ethylene oxide) Polymers 0.000 description 3
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 description 3
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 150000001491 aromatic compounds Chemical class 0.000 description 3
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 3
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000007606 doctor blade method Methods 0.000 description 3
- JBTWLSYIZRCDFO-UHFFFAOYSA-N ethyl methyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OC JBTWLSYIZRCDFO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 3
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 3
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 3
- 239000002562 thickening agent Substances 0.000 description 3
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 3
- WNXJIVFYUVYPPR-UHFFFAOYSA-N 1,3-dioxolane Chemical compound C1COCO1 WNXJIVFYUVYPPR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- YEJRWHAVMIAJKC-UHFFFAOYSA-N 4-Butyrolactone Chemical compound O=C1CCCO1 YEJRWHAVMIAJKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XTHFKEDIFFGKHM-UHFFFAOYSA-N Dimethoxyethane Chemical compound COCCOC XTHFKEDIFFGKHM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZHNUHDYFZUAESO-UHFFFAOYSA-N Formamide Chemical compound NC=O ZHNUHDYFZUAESO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000084 Gum arabic Polymers 0.000 description 2
- 229910013528 LiN(SO2 CF3)2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910013870 LiPF 6 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 description 2
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 2
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000205 acacia gum Substances 0.000 description 2
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000011362 coarse particle Substances 0.000 description 2
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N dimethyl carbonate Chemical compound COC(=O)OC IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- FKRCODPIKNYEAC-UHFFFAOYSA-N ethyl propionate Chemical compound CCOC(=O)CC FKRCODPIKNYEAC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical compound [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012046 mixed solvent Substances 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 125000004351 phenylcyclohexyl group Chemical group C1(=CC=CC=C1)C1(CCCCC1)* 0.000 description 2
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N phosphoric acid Substances OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 2
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 2
- 239000002954 polymerization reaction product Substances 0.000 description 2
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 2
- PYOKUURKVVELLB-UHFFFAOYSA-N trimethyl orthoformate Chemical compound COC(OC)OC PYOKUURKVVELLB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZZXUZKXVROWEIF-UHFFFAOYSA-N 1,2-butylene carbonate Chemical compound CCC1COC(=O)O1 ZZXUZKXVROWEIF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LZDKZFUFMNSQCJ-UHFFFAOYSA-N 1,2-diethoxyethane Chemical compound CCOCCOCC LZDKZFUFMNSQCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VAYTZRYEBVHVLE-UHFFFAOYSA-N 1,3-dioxol-2-one Chemical compound O=C1OC=CO1 VAYTZRYEBVHVLE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HLNRRPIYRBBHSQ-UHFFFAOYSA-N 1-propylpyrrolidine Chemical compound CCCN1CCCC1 HLNRRPIYRBBHSQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JWUJQDFVADABEY-UHFFFAOYSA-N 2-methyltetrahydrofuran Chemical compound CC1CCCO1 JWUJQDFVADABEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VWIIJDNADIEEDB-UHFFFAOYSA-N 3-methyl-1,3-oxazolidin-2-one Chemical compound CN1CCOC1=O VWIIJDNADIEEDB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OYOKPDLAMOMTEE-UHFFFAOYSA-N 4-chloro-1,3-dioxolan-2-one Chemical compound ClC1COC(=O)O1 OYOKPDLAMOMTEE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AETJTBDBQRMLLQ-UHFFFAOYSA-N 4-chloro-5-methyl-1,3-dioxolan-2-one Chemical compound CC1OC(=O)OC1Cl AETJTBDBQRMLLQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920003026 Acene Polymers 0.000 description 1
- 229920002972 Acrylic fiber Polymers 0.000 description 1
- NLHHRLWOUZZQLW-UHFFFAOYSA-N Acrylonitrile Chemical compound C=CC#N NLHHRLWOUZZQLW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N Diethyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OCC OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IAYPIBMASNFSPL-UHFFFAOYSA-N Ethylene oxide Chemical compound C1CO1 IAYPIBMASNFSPL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 108010010803 Gelatin Proteins 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910015015 LiAsF 6 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013063 LiBF 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013684 LiClO 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910014422 LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910012513 LiSbF 6 Inorganic materials 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000877 Melamine resin Polymers 0.000 description 1
- 239000004640 Melamine resin Substances 0.000 description 1
- VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N Methyl methacrylate Chemical compound COC(=O)C(C)=C VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RJUFJBKOKNCXHH-UHFFFAOYSA-N Methyl propionate Chemical compound CCC(=O)OC RJUFJBKOKNCXHH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000265 Polyparaphenylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- 206010037660 Pyrexia Diseases 0.000 description 1
- 241000978776 Senegalia senegal Species 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000010489 acacia gum Nutrition 0.000 description 1
- 150000003973 alkyl amines Chemical class 0.000 description 1
- 150000004996 alkyl benzenes Chemical class 0.000 description 1
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RDOXTESZEPMUJZ-UHFFFAOYSA-N anisole Chemical class COC1=CC=CC=C1 RDOXTESZEPMUJZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021383 artificial graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001555 benzenes Chemical class 0.000 description 1
- 125000006267 biphenyl group Chemical group 0.000 description 1
- 150000001642 boronic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- OJIJEKBXJYRIBZ-UHFFFAOYSA-N cadmium nickel Chemical compound [Ni].[Cd] OJIJEKBXJYRIBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002134 carbon nanofiber Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 238000010000 carbonizing Methods 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 239000011280 coal tar Substances 0.000 description 1
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000000748 compression moulding Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000010280 constant potential charging Methods 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 150000005676 cyclic carbonates Chemical class 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 125000000753 cycloalkyl group Chemical group 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 150000001987 diarylethers Chemical class 0.000 description 1
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 239000011808 electrode reactant Substances 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 125000001495 ethyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 150000004665 fatty acids Chemical class 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 229920000159 gelatin Polymers 0.000 description 1
- 239000008273 gelatin Substances 0.000 description 1
- 235000019322 gelatine Nutrition 0.000 description 1
- 235000011852 gelatine desserts Nutrition 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021469 graphitizable carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- HCDGVLDPFQMKDK-UHFFFAOYSA-N hexafluoropropylene Chemical group FC(F)=C(F)C(F)(F)F HCDGVLDPFQMKDK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 239000002608 ionic liquid Substances 0.000 description 1
- 125000005647 linker group Chemical group 0.000 description 1
- 229910003473 lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000625 lithium cobalt oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002642 lithium compounds Chemical group 0.000 description 1
- 229910002102 lithium manganese oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003002 lithium salt Inorganic materials 0.000 description 1
- 159000000002 lithium salts Chemical class 0.000 description 1
- QSZMZKBZAYQGRS-UHFFFAOYSA-N lithium;bis(trifluoromethylsulfonyl)azanide Chemical compound [Li+].FC(F)(F)S(=O)(=O)[N-]S(=O)(=O)C(F)(F)F QSZMZKBZAYQGRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BFZPBUKRYWOWDV-UHFFFAOYSA-N lithium;oxido(oxo)cobalt Chemical compound [Li+].[O-][Co]=O BFZPBUKRYWOWDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VLXXBCXTUVRROQ-UHFFFAOYSA-N lithium;oxido-oxo-(oxomanganiooxy)manganese Chemical compound [Li+].[O-][Mn](=O)O[Mn]=O VLXXBCXTUVRROQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- URIIGZKXFBNRAU-UHFFFAOYSA-N lithium;oxonickel Chemical compound [Li].[Ni]=O URIIGZKXFBNRAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 239000002905 metal composite material Substances 0.000 description 1
- 229910052987 metal hydride Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 229940017219 methyl propionate Drugs 0.000 description 1
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 1
- KTQDYGVEEFGIIL-UHFFFAOYSA-N n-fluorosulfonylsulfamoyl fluoride Chemical compound FS(=O)(=O)NS(F)(=O)=O KTQDYGVEEFGIIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021382 natural graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011331 needle coke Substances 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 239000011356 non-aqueous organic solvent Substances 0.000 description 1
- 229910021470 non-graphitizable carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 239000002006 petroleum coke Substances 0.000 description 1
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 150000008301 phosphite esters Chemical class 0.000 description 1
- 239000011295 pitch Substances 0.000 description 1
- 229920000747 poly(lactic acid) Polymers 0.000 description 1
- 229920001197 polyacetylene Polymers 0.000 description 1
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 description 1
- 229920000767 polyaniline Polymers 0.000 description 1
- 238000012643 polycondensation polymerization Methods 0.000 description 1
- 239000004626 polylactic acid Substances 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000007873 sieving Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 238000007613 slurry method Methods 0.000 description 1
- 238000000638 solvent extraction Methods 0.000 description 1
- 241000894007 species Species 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 229920003048 styrene butadiene rubber Polymers 0.000 description 1
- HXJUTPCZVOIRIF-UHFFFAOYSA-N sulfolane Chemical compound O=S1(=O)CCCC1 HXJUTPCZVOIRIF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000004434 sulfur atom Chemical group 0.000 description 1
- ZUHZGEOKBKGPSW-UHFFFAOYSA-N tetraglyme Chemical compound COCCOCCOCCOCCOC ZUHZGEOKBKGPSW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N tetrahydrofuran Natural products C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002803 thermoplastic polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 1
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011135 tin Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- YFNKIDBQEZZDLK-UHFFFAOYSA-N triglyme Chemical compound COCCOCCOCCOC YFNKIDBQEZZDLK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CYTQBVOFDCPGCX-UHFFFAOYSA-N trimethyl phosphite Chemical compound COP(OC)OC CYTQBVOFDCPGCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Cell Separators (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Description
本発明は、非水電解液、それを用いた非水電解液二次電池、および該非水電解液二次電池を用いた二次電池システムに関するものである。 The present invention relates to a non-aqueous electrolyte, a non-aqueous electrolyte secondary battery using the same, and a secondary battery system using the non-aqueous electrolyte secondary battery.
非水系電解液二次電池の一種であるリチウムイオン二次電池は、水系電解液二次電池(例えば、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、鉛電池)の起電力(約1.5 V)に比して非常に高い起電力(3 V以上)を有する。そのため、リチウムイオン二次電池は、電池の小型・軽量化や大容量・高出力化に有利であり、携帯用パソコンや携帯電話機等の小型電子機器に広く用いられてきた。近年では、リチウムイオン二次電池の用途は、大型電気機器(例えば、HEV(ハイブリッド自動車)やEV(電気自動車)などの自動車用動力電源や、電力貯蔵用電源)にも拡大してきている。 Lithium ion secondary batteries, which are a type of non-aqueous electrolyte secondary battery, are compared to the electromotive force (about 1.5 V) of aqueous electrolyte secondary batteries (eg, nickel metal hydride batteries, nickel cadmium batteries, lead batteries). It has a very high electromotive force (3 V or more). Therefore, the lithium ion secondary battery is advantageous for reducing the size and weight of the battery and increasing the capacity and output, and has been widely used in small electronic devices such as portable personal computers and mobile phones. In recent years, the use of lithium ion secondary batteries has been expanded to large-scale electric devices (for example, power sources for automobiles such as HEV (hybrid vehicles) and EVs (electric vehicles), and power sources for power storage)).
リチウムイオン二次電池の非水電解液としては、六フッ化リン酸リチウム等の電解質(支持塩)をエチレンカーボネート(EC)やプロピレンカーボネート(PC)等の非水溶媒に溶解させたものが広く知られている。しかしながら、これらの非水溶媒は、引火性を有するため(例えば、ECおよびPCの引火点は130〜140℃)、原理的には火種があれば引火する。 Non-aqueous electrolytes for lithium ion secondary batteries are widely prepared by dissolving an electrolyte (supporting salt) such as lithium hexafluorophosphate in a non-aqueous solvent such as ethylene carbonate (EC) or propylene carbonate (PC). Are known. However, since these non-aqueous solvents have flammability (for example, the flash point of EC and PC is 130 to 140 ° C.), in principle, they ignite if there is a fire type.
一方、リチウムイオン二次電池を大型電気機器へ適用するには、小型電子機器の場合よりも、はるかに高い出力と容量との実現が必須である。これは、二次電池の絶対的な容積が大きくなることにつながる。そして、それに伴う発熱の問題が大きくなるので、より高い安全性を確保することが重要となり、引火の可能性が少ない非水電解液の使用が強く望まれている。そのような要求に対し、非水電解液に難燃剤や過充電防止剤を添加することで、非水電解液の引火を回避する研究開発が精力的に進められている。 On the other hand, in order to apply a lithium ion secondary battery to a large electric device, it is essential to realize a much higher output and capacity than in the case of a small electronic device. This leads to an increase in the absolute volume of the secondary battery. And since the problem of the heat_generation | fever accompanying it becomes large, it is important to ensure higher safety, and use of the non-aqueous electrolyte with little possibility of ignition is strongly desired. In response to such demands, research and development for avoiding non-aqueous electrolyte ignition by adding a flame retardant or an overcharge inhibitor to the non-aqueous electrolyte has been energetically advanced.
難燃剤が添加されたリチウムイオン二次電池の電解液として、例えば、特許文献1(特開2006-004746号公報)には、主として溶質及びこれを溶解する非水系有機溶媒からなり、特定の構造を有するリン系化合物を10〜1000 ppm含有する二次電池用非水電解液が開示されている。特許文献1によると、高温保存時、高温連続充電時の電池性能劣化が抑制され、初期容量の低下を大幅に低減した非水電解液および二次電池を提供することができるとしている。
As an electrolytic solution of a lithium ion secondary battery to which a flame retardant is added, for example, Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2006-004746) mainly includes a solute and a non-aqueous organic solvent that dissolves the solute, and has a specific structure. A non-aqueous electrolyte for a secondary battery containing 10 to 1000 ppm of a phosphorus-based compound having the above is disclosed. According to
一方、過充電防止剤が添加されたリチウムイオン二次電池の電解液として、例えば、特許文献2(特開2005-135906号公報)には、アルキル置換ベンゼン類、アリール置換ベンゼン類、ジアリールエーテル類若しくはハロゲン置換アニソール類から選ばれる芳香族化合物の少なくとも一種以上を、電解液の総重量に対して、合計で0.5〜10 wt%含有し、かつ、フッ化ホウ酸塩を、電解液の総重量に対して、0.1〜5 wt%含有することを特徴とする非水電解液が開示されている。特許文献2によると、過充電防止作用が高く、かつ高温保存後の充放電特性の低下が少ない非水電解液、及び該非水電解液を含み、安全かつ高温保存後の電池特性の低下が少ないリチウム二次電池を提供することができるとしている。
On the other hand, as an electrolyte solution of a lithium ion secondary battery to which an overcharge inhibitor is added, for example, Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2005-135906) includes alkyl-substituted benzenes, aryl-substituted benzenes, and diaryl ethers. Alternatively, at least one aromatic compound selected from halogen-substituted anisoles is contained in a total amount of 0.5 to 10 wt% with respect to the total weight of the electrolytic solution, and fluorinated borate is added to the total weight of the electrolytic solution. On the other hand, a non-aqueous electrolyte characterized by containing 0.1 to 5 wt% is disclosed. According to
また、特許文献3(特開2008-153096号公報)には、2つ以上のハロゲンを構成元素として有する環状炭酸エステルを含有する溶媒と、電解質塩と、芳香族化合物とを含み、前記芳香族化合物の含有量は、0.1重量%以上であることを特徴とする電解液が開示されている。特許文献3によると、上記電解液を電池などの電気化学デバイスに用いることによって、電極反応物質のイオン伝導性に寄与する溶媒および電解質塩の分解反応が抑制されると共に、過充電防止剤として機能する芳香族化合物の分解反応も抑制されるため、過充電特性を改善すると共に保存特性を向上させることができるとしている。 Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 2008-153096) includes a solvent containing a cyclic carbonate having two or more halogens as constituent elements, an electrolyte salt, and an aromatic compound. An electrolytic solution characterized in that the content of the compound is 0.1% by weight or more is disclosed. According to Patent Document 3, by using the electrolytic solution in an electrochemical device such as a battery, the decomposition reaction of the solvent and electrolyte salt that contributes to the ionic conductivity of the electrode reactant is suppressed, and functions as an overcharge inhibitor. Since the decomposition reaction of the aromatic compound is also suppressed, the overcharge characteristics can be improved and the storage characteristics can be improved.
さらに非特許文献1には、電解液にtri-(4-methoxythphenyl) phosphateを添加するリチウムイオン二次電池が開示されている。非特許文献1によると、電極の可燃性を低減することで熱安定性に優れ、さらに過充電を防止するリチウムイオン二次電池を提供することができるとしている。
Further, Non-Patent
前述したように、リチウムイオン二次電池への大容量・高出力化の要求は、近年ますます高まっている。しかしながら、難燃剤や過充電防止剤が添加された従来の非水電解液を用いたリチウムイオン二次電池は、非水電解液への難燃成分や過充電防止成分の添加によって、リチウムイオン二次電池の電池性能(例えば、初期容量)で要求特性を十分に満たせなくなる問題があった。すなわち、それらの点で更なる改善が強く望まれていた。 As described above, the demand for higher capacity and higher output for lithium ion secondary batteries has been increasing in recent years. However, a lithium ion secondary battery using a conventional non-aqueous electrolyte to which a flame retardant or an overcharge preventing agent is added has a lithium ion secondary battery by adding a flame retardant component or an overcharge preventing component to the non-aqueous electrolyte. There is a problem that the required performance cannot be sufficiently satisfied with the battery performance (for example, initial capacity) of the secondary battery. That is, further improvements have been strongly desired in these respects.
したがって、本発明の目的は、非水電解液二次電池の電池特性(例えば、初期容量)を犠牲にすることなく難燃性および過充電防止性を付与することができる非水電解液を提供することにある。また、該非水電解液を用いることによって、従来と同等以上の電池特性を確保しながら従来よりも安全性の高い非水電解液二次電池およびそれを用いた二次電池システムを提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a non-aqueous electrolyte capable of imparting flame retardancy and overcharge prevention without sacrificing battery characteristics (for example, initial capacity) of the non-aqueous electrolyte secondary battery. There is to do. In addition, by using the non-aqueous electrolyte, it is possible to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery that is safer than the prior art while ensuring the same or better battery characteristics than the conventional one, and a secondary battery system using the same. is there.
(I)本発明の一態様は、非水溶媒と電解質とを含有する非水電解液二次電池用の非水電解液であって、前記非水電解液は、下記の化学式(1)または化学式(2)で表わされる化合物からなる難燃剤を、前記非水電解液の全質量に対して5質量%以上30質量%以下の範囲で含有し、前記化合物の3つの置換基(X1、X2、X3)の内の1つまたは2つの置換基(第1の置換基)は、前記二次電池が過充電される電位において、前記化合物の重合反応に関与する置換基であり、前記化合物の3つの置換基(X1、X2、X3)の内の、前記第1の置換基を除いた残りの置換基(第2の置換基)は、前記非水溶媒と前記難燃剤との相溶性の向上に寄与する置換基であることを特徴とする非水電解液を提供する。 (I) One embodiment of the present invention is a nonaqueous electrolyte solution for a nonaqueous electrolyte secondary battery containing a nonaqueous solvent and an electrolyte, and the nonaqueous electrolyte solution has the following chemical formula (1) or A flame retardant comprising a compound represented by the chemical formula (2) is contained in the range of 5% by mass to 30% by mass with respect to the total mass of the non-aqueous electrolyte, and the three substituents (X1, X2) of the compound , X3) are one or two substituents (first substituent) that are involved in the polymerization reaction of the compound at a potential at which the secondary battery is overcharged. Of the three substituents (X1, X2, X3), the remaining substituents (second substituents) excluding the first substituent are compatible with the non-aqueous solvent and the flame retardant. Provided is a non-aqueous electrolyte characterized by being a substituent that contributes to improvement.
(II)本発明の他の一態様は、非水溶媒と電解質とを含有する二次電池用の非水電解液であって、前記非水電解液は、下記の化学式(1)または化学式(2)で表わされる化合物からなる難燃剤を、前記非水電解液の全質量に対して5質量%以上30質量%以下の範囲で含有し、前記化合物の3つの置換基(X1、X2、X3)の内の1つまたは2つの置換基(第1の置換基)は、その構造の中にフェニル基を有し、前記化合物の3つの置換基(X1、X2、X3)の内の、前記第1の置換基を除いた残りの置換基(第2の置換基)は、炭素数が1以上3以下の有機基であることを特徴とする非水電解液を提供する。 (II) Another embodiment of the present invention is a nonaqueous electrolyte solution for a secondary battery containing a nonaqueous solvent and an electrolyte, and the nonaqueous electrolyte solution has the following chemical formula (1) or chemical formula ( 2) containing a flame retardant composed of a compound represented by 2) in a range of 5% by mass to 30% by mass with respect to the total mass of the non-aqueous electrolyte, and comprising three substituents (X1, X2, X3) of the compound ) Have one or two substituents (first substituents) having a phenyl group in the structure thereof, and among the three substituents (X1, X2, X3) of the compound, The remaining substituent (second substituent) excluding the first substituent is an organic group having 1 to 3 carbon atoms, and provides a nonaqueous electrolytic solution.
(III)本発明の更に他の一態様は、正極と、負極と、前記正極と前記負極とを仕切るセパレータと、非水溶媒と電解質とを含有する非水電解液とを有する非水電解液二次電池であって、前記非水電解液は、下記の化学式(1)または化学式(2)で表わされる化合物からなる難燃剤を、前記非水電解液の全質量に対して5質量%以上30質量%以下の範囲で含有し、前記化合物の3つの置換基(X1、X2、X3)の内の1つまたは2つの置換基(第1の置換基)は、前記二次電池が過充電される電位において、前記化合物の重合反応に関与する置換基であり、前記化合物の3つの置換基(X1、X2、X3)の内の、前記第1の置換基を除いた残りの置換基(第2の置換基)は、前記非水溶媒と前記難燃剤との相溶性の向上に寄与する置換基であることを特徴とする非水電解液二次電池を提供する。 (III) Still another embodiment of the present invention is a nonaqueous electrolytic solution having a positive electrode, a negative electrode, a separator partitioning the positive electrode and the negative electrode, and a nonaqueous electrolytic solution containing a nonaqueous solvent and an electrolyte. In the secondary battery, the non-aqueous electrolyte contains 5% by mass or more of a flame retardant composed of a compound represented by the following chemical formula (1) or chemical formula (2) with respect to the total mass of the non-aqueous electrolyte. 30% by mass or less, and one or two of the three substituents (X1, X2, X3) of the compound (first substituent) is overcharged by the secondary battery. The remaining substituents (excluding the first substituent) out of the three substituents (X1, X2, X3) of the compound at the electric potential to be involved in the polymerization reaction of the compound The second substituent) is a substituent that contributes to improving the compatibility between the non-aqueous solvent and the flame retardant. A non-aqueous electrolyte secondary battery is provided.
(IV)本発明の更に他の一態様は、正極と、負極と、前記正極と前記負極とを仕切るセパレータと、非水溶媒と電解質とを含有する非水電解液とを有する非水電解液二次電池であって、前記非水電解液は、下記の化学式(1)または化学式(2)で表わされる化合物からなる難燃剤を、前記非水電解液の全質量に対して5質量%以上30質量%以下の範囲で含有し、前記化合物の3つの置換基(X1、X2、X3)の内の1つまたは2つの置換基(第1の置換基)は、その構造の中にフェニル基を有し、前記化合物の3つの置換基(X1、X2、X3)の内の、前記第1の置換基を除いた残りの置換基(第2の置換基)は、炭素数が1以上3以下の有機基であることを特徴とする非水電解液二次電池を提供する。 (IV) Still another embodiment of the present invention is a nonaqueous electrolytic solution having a positive electrode, a negative electrode, a separator that partitions the positive electrode and the negative electrode, and a nonaqueous electrolytic solution containing a nonaqueous solvent and an electrolyte. In the secondary battery, the non-aqueous electrolyte contains 5% by mass or more of a flame retardant composed of a compound represented by the following chemical formula (1) or chemical formula (2) with respect to the total mass of the non-aqueous electrolyte. It is contained in the range of 30% by mass or less, and one or two of the three substituents (X1, X2, X3) of the compound (first substituent) is a phenyl group in the structure. Of the three substituents (X1, X2, X3) of the compound, the remaining substituents (second substituents) excluding the first substituent have 1 to 3 carbon atoms. Provided is a non-aqueous electrolyte secondary battery having the following organic group.
(V)本発明の更に他の一態様は、上記の発明に係る非水電解液二次電池を用いたことを特徴とする二次電池システムを提供する。 (V) Still another aspect of the present invention provides a secondary battery system using the non-aqueous electrolyte secondary battery according to the above invention.
本発明によれば、非水電解液二次電池の電池特性を犠牲にすることなく難燃性および過充電防止性を付与する非水電解液を提供することができる。また、該非水電解液を用いることによって、従来と同等以上の電池特性を確保しながら従来よりも安全性の高い非水電解液二次電池およびそれを用いた二次電池システムを提供することができる。なお、本発明に関するより具体的な課題、構成および効果ついては、以下の実施形態の説明で詳述する。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the nonaqueous electrolyte which provides a flame retardance and overcharge prevention property can be provided, without sacrificing the battery characteristic of a nonaqueous electrolyte secondary battery. In addition, by using the non-aqueous electrolyte, it is possible to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery that is safer than the prior art while ensuring the same or better battery characteristics than the conventional one, and a secondary battery system using the same. it can. Note that more specific problems, configurations, and effects related to the present invention will be described in detail in the following description of embodiments.
本発明者等は、非水電解液二次電池において従来よりも高い安全性の確保を目指して、添加する難燃剤および過充電防止剤について鋭意検討した。その結果、特定の置換基を有する化合物(リン酸エステルまたは亜リン酸エステル)からなる難燃剤を非水電解液に所定の量添加することによって、二次電池の電池特性を犠牲にすることなく、難燃性と過充電防止性とを同時に付与できることを見出した。本発明は、該知見に基づいて完成されたものである。 The inventors of the present invention diligently studied the flame retardant and overcharge inhibitor to be added with the aim of ensuring higher safety in the non-aqueous electrolyte secondary battery. As a result, a predetermined amount of a flame retardant composed of a compound having a specific substituent (phosphate ester or phosphite ester) is added to the non-aqueous electrolyte without sacrificing the battery characteristics of the secondary battery. The present inventors have found that flame retardancy and overcharge prevention can be imparted simultaneously. The present invention has been completed based on this finding.
本発明は、前述した非水電解液および非水電解液二次電池において、以下のような改良や変更を加えることができる。
(i)前記非水溶媒のハンセン溶解度パラメータと前記難燃剤のハンセン溶解度パラメータとの差が4以下である。その差が4以下になれば、難燃剤を高濃度で(例えば、非水電解液の全質量に対して10質量%以上で)電解液に溶解させることができる。その差が3以下になるとより好ましく、2以下が更に好ましい。
なお、ハンセン溶解度パラメータ(HSP)とは、ある物質が他のある物質にどのくらい溶けるかを示す溶解性の指標の1つであり、本発明では「(HSP)2=(dD)2+(dP)2+(dH)2」という関係式で表されるものと定義する。該関係式において、「dD」は「分子間の分散力に由来するエネルギー」を示し、「dP」は「分子間の極性力に由来するエネルギー」を示し、「dH」は「分子間の水素結合力に由来するエネルギー」を示し、それぞれ物質種による物性値である(Charles M. Hansen, “Hansen Solubility Parameters: A User’s Handbook, Second Edition”, CRC Press, Boca Raton FL, (2007) 参照)。
(ii)前記化合物の前記第2の置換基は、その構造中にチオエーテル基、チオカルボニル基、カルボニル基、エーテル基、カルボキシル基、およびアミド基の内の少なくとも1つの結合構造を有している。
(iii)前記非水電解液は、界面活性剤を含む。
(iv)前記難燃剤が、マイクロカプセル内に充填されており、当該マイクロカプセルが、前記非水電解液中に保持されている。
The present invention can add the following improvements and changes to the non-aqueous electrolyte and non-aqueous electrolyte secondary battery described above.
(I) The difference between the Hansen solubility parameter of the non-aqueous solvent and the Hansen solubility parameter of the flame retardant is 4 or less. When the difference is 4 or less, the flame retardant can be dissolved in the electrolytic solution at a high concentration (for example, 10% by mass or more with respect to the total mass of the nonaqueous electrolytic solution). The difference is more preferably 3 or less, and further preferably 2 or less.
The Hansen solubility parameter (HSP) is one of the solubility indices indicating how much a certain substance dissolves in another certain substance. In the present invention, “(HSP) 2 = (dD) 2 + (dP ) 2 + (dH) 2 ”. In this relational expression, “dD” represents “energy derived from intermolecular dispersion force”, “dP” represents “energy derived from intermolecular polar force”, and “dH” represents “intermolecular hydrogen”. “Energy derived from binding force”, which is a property value of each species (see Charles M. Hansen, “Hansen Solubility Parameters: A User's Handbook, Second Edition”, CRC Press, Boca Raton FL, (2007)).
(Ii) The second substituent of the compound has in its structure at least one bond structure among a thioether group, a thiocarbonyl group, a carbonyl group, an ether group, a carboxyl group, and an amide group. .
(Iii) The non-aqueous electrolyte contains a surfactant.
(Iv) The flame retardant is filled in a microcapsule, and the microcapsule is held in the non-aqueous electrolyte.
さらに、本発明は、前述した非水電解液二次電池において、以下のような改良や変更を加えることができる。
(v)前記マイクロカプセルが、前記正極の表面および/または前記正極に対面する前記セパレータの表面に保持されている。
(vi)前記非水電解液が含有する前記難燃剤と異なる構造を有する第2の難燃剤が、更に前記正極に添加されており、前記第2の難燃剤は、前記非水電解液に対して難溶性の化合物である。
Furthermore, the present invention can add the following improvements and changes to the non-aqueous electrolyte secondary battery described above.
(V) The microcapsules are held on the surface of the positive electrode and / or on the surface of the separator facing the positive electrode.
(Vi) A second flame retardant having a structure different from that of the flame retardant contained in the non-aqueous electrolyte is further added to the positive electrode, and the second flame retardant is added to the non-aqueous electrolyte. It is a poorly soluble compound.
以下、本発明に係る実施形態について、より具体的に説明する。ただし、本発明は、ここで取り上げた実施形態に限定されることはなく、発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜組み合わせや改良が可能である。 Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described more specifically. However, the present invention is not limited to the embodiment taken up here, and can be appropriately combined and improved without departing from the technical idea of the present invention.
[非水電解液]
前述したように、本発明に係る非水電解液は、非水溶媒と電解質とを含有し、下記の化学式(1)または化学式(2)で表わされる化合物からなる難燃剤を含有する。
[Non-aqueous electrolyte]
As described above, the nonaqueous electrolytic solution according to the present invention contains a nonaqueous solvent and an electrolyte, and contains a flame retardant composed of a compound represented by the following chemical formula (1) or chemical formula (2).
化学式(1)は亜リン酸トリエステルであり、化学式(2)はリン酸トリエステルである。リンは電解液の燃焼反応を防止する機能があることが知られている。本発明で添加する難燃剤は、燃焼反応を防止する機能に加えて、過充電を防止する機能も有する。 Chemical formula (1) is phosphorous acid triester, and chemical formula (2) is phosphoric acid triester. It is known that phosphorus has a function of preventing the combustion reaction of the electrolyte. The flame retardant added in the present invention has a function of preventing overcharge in addition to a function of preventing a combustion reaction.
難燃剤を構成する化合物の3つの置換基(X1、X2、X3)の内の1つまたは2つの置換基(第1の置換基)は、非水電解液二次電池が過充電される電位において、化合物の重合反応に関与する置換基である。言い換えると、非水電解液二次電池の充電終止電位超の電位が該難燃剤に印加されると、第1の置換基を介して化合物同士が重合する。一方、該化合物の3つの置換基(X1、X2、X3)の内の、第1の置換基を除いた残りの置換基(第2の置換基)は、非水溶媒と難燃剤との相溶性の向上に寄与する置換基である。 One or two of the three substituents (X1, X2, X3) of the compound constituting the flame retardant (first substituent) is a potential at which the nonaqueous electrolyte secondary battery is overcharged. And a substituent involved in the polymerization reaction of the compound. In other words, when a potential higher than the end-of-charge potential of the non-aqueous electrolyte secondary battery is applied to the flame retardant, the compounds are polymerized via the first substituent. On the other hand, of the three substituents (X1, X2, X3) of the compound, the remaining substituents (second substituents) excluding the first substituent are the phases of the non-aqueous solvent and the flame retardant. It is a substituent that contributes to improvement in solubility.
第1の置換基としては、その構造中にフェニル基を有することが好ましい。例えば、フェニルシクロヘキシル基(C6H4C6H11)、ビフェニル基(C6H4C6H5)、それらのハロゲン化物などが挙げられる。上記化合物の3つの置換基(X1、X2、X3)が全て第1の置換基になると、化合物全体の極性が低下して、非水溶媒との相溶性が低下する。また、化合物の分子サイズが大きくなり過ぎると、非水電解液としての粘度を著しく増大させ、非水電解液の導電率を低下させる。これらのことから、第1の置換基は、3つの置換基の内の1つまたは2つであることが好ましい。 The first substituent preferably has a phenyl group in its structure. Examples thereof include a phenylcyclohexyl group (C 6 H 4 C 6 H 11 ), a biphenyl group (C 6 H 4 C 6 H 5 ), and halides thereof. When all of the three substituents (X1, X2, X3) of the above compound become the first substituent, the polarity of the entire compound is lowered and the compatibility with the nonaqueous solvent is lowered. On the other hand, when the molecular size of the compound becomes too large, the viscosity of the non-aqueous electrolyte is remarkably increased and the conductivity of the non-aqueous electrolyte is lowered. For these reasons, the first substituent is preferably one or two of the three substituents.
第2の置換基としては、炭素数が1以上3以下の有機基であることが好ましい。炭素数の少ないC-H結合基がエステル結合することで、置換基全体として極性を呈するようになる。例えば、メチル基(CH3)、エチル基(CH2CH3)、それらのハロゲン化物などが挙げられる。さらに、第2の置換基は、その構造中にチオエーテル基(C-S)、チオカルボニル基(C=S)、カルボニル基(C=O)、エーテル基(C-O)、カルボキシル基(C=O-O)、およびアミド基(N-C=O)の内の少なくとも1つの結合構造を有していることが好ましい。それにより、第2の置換基の極性が更に高くなり、その結果、難燃剤と非水溶媒との相溶性がより高まる。また、難燃剤の分子サイズが小さくなるので、難燃剤が非水電解液の粘度の増加を抑制し、リチウムイオンの移動を妨げない利点もある。 The second substituent is preferably an organic group having 1 to 3 carbon atoms. When the CH bonding group having a small number of carbon atoms forms an ester bond, the entire substituent becomes polar. Examples thereof include a methyl group (CH 3 ), an ethyl group (CH 2 CH 3 ), and halides thereof. Furthermore, the second substituent has a thioether group (CS), a thiocarbonyl group (C = S), a carbonyl group (C = O), an ether group (CO), a carboxyl group (C = OO), And at least one bond structure of amide groups (NC = O). Thereby, the polarity of a 2nd substituent becomes still higher, As a result, the compatibility of a flame retardant and a nonaqueous solvent increases more. In addition, since the molecular size of the flame retardant is reduced, the flame retardant has an advantage of suppressing an increase in the viscosity of the non-aqueous electrolyte and not hindering the movement of lithium ions.
非水電解液二次電池を過充電すると、正極側での非水電解液の酸化や正極材料の結晶構造の破壊によって電池が発熱する。過充電は、非水電解液二次電池を急激に劣化させるだけでなく、電池の破裂・発火の要因となる場合がある。そのため、過充電の防止は、非水電解液二次電池の安全性確保の観点から、非常に重要な課題である。 When the non-aqueous electrolyte secondary battery is overcharged, the battery generates heat due to oxidation of the non-aqueous electrolyte on the positive electrode side and destruction of the crystal structure of the positive electrode material. Overcharging not only causes the non-aqueous electrolyte secondary battery to deteriorate rapidly but also may cause battery rupture and ignition. Therefore, prevention of overcharging is a very important issue from the viewpoint of ensuring the safety of the nonaqueous electrolyte secondary battery.
前述したように、本発明に係る非水電解液は、非水電解液二次電池が過充電される電位において、第1の置換基が化合物の重合反応を起こすように作用する。これは、二次電池に流入する電流が、化合物の重合反応に消費されることを意味する。言い換えると、過充電となる電位において重合反応を促進して、重合反応に消費される電流(酸化電流)を大きくすれば、二次電池を過充電してしまう電流(過充電電流)を小さくすることができる。その結果、二次電池の過充電の進行を防止することができる。 As described above, the non-aqueous electrolyte according to the present invention acts so that the first substituent causes a polymerization reaction of the compound at a potential at which the non-aqueous electrolyte secondary battery is overcharged. This means that the current flowing into the secondary battery is consumed for the polymerization reaction of the compound. In other words, if the polymerization reaction is promoted at an overcharge potential and the current consumed by the polymerization reaction (oxidation current) is increased, the current (overcharge current) that overcharges the secondary battery is reduced. be able to. As a result, the progress of overcharge of the secondary battery can be prevented.
さらに、重合反応生成物は、二次電池の正極表面で高抵抗な被膜を形成する。これにより、二次電池に流入する電流自体が抑制されるため、二次電池の過充電の進行を防止することができる。なお、化合物の重合反応による過充電の防止は、非水電解液二次電池の正極側で行う方がより効果的である。重合反応の開始電位は、通常の充電時における正極の上限電位(充電上限電位)に対して、0.1 V以上1 V以下の範囲で高いことが望ましい。重合反応の開始電位が「充電上限電位+0.1 V未満」であると、充電の最終段階で難燃剤の重合反応が起こり易くなり、二次電池の容量を低下させる要因となる。一方、重合反応の開始電位が「充電上限電位+1 V超」であると、過充電を抑止することが困難になる。 Further, the polymerization reaction product forms a high resistance film on the positive electrode surface of the secondary battery. Thereby, since the electric current itself flowing into the secondary battery is suppressed, the progress of overcharge of the secondary battery can be prevented. It is more effective to prevent overcharge due to the polymerization reaction of the compound on the positive electrode side of the nonaqueous electrolyte secondary battery. The starting potential of the polymerization reaction is desirably higher in the range of 0.1 V or more and 1 V or less with respect to the upper limit potential (charge upper limit potential) of the positive electrode during normal charging. If the starting potential of the polymerization reaction is “less than charging upper limit potential +0.1 V”, the polymerization reaction of the flame retardant is likely to occur at the final stage of charging, which causes a reduction in the capacity of the secondary battery. On the other hand, when the polymerization reaction start potential is “over charge upper limit potential + 1 V”, it is difficult to suppress overcharge.
化合物の重合反応の進行速度は、正極への難燃剤の供給速度(すなわち、難燃剤の添加濃度)に律速される。難燃剤の添加濃度は、非水電解液全量に対して5質量%以上30質量%以下であることが好ましい。難燃剤の添加濃度が5質量%未満であると、重合反応を促進することができず、二次電池の過充電を防止する効果が不十分となる。また、難燃剤の添加濃度が30質量%よりも大きいと、非水電解液の導電率が低下し、二次電池としての容量が低下する。なお、本発明では、二次電池の初期容量を評価する際の放電電流として、0.5 C(定格容量10 Ahの二次電池の場合、5 Aに相当)と、3 C(定格容量10 Ahの二次電池の場合、30 Aに相当)を想定している。 The progress rate of the polymerization reaction of the compound is limited by the supply rate of the flame retardant to the positive electrode (that is, the concentration of the flame retardant added). The addition concentration of the flame retardant is preferably 5% by mass or more and 30% by mass or less with respect to the total amount of the non-aqueous electrolyte. When the addition concentration of the flame retardant is less than 5% by mass, the polymerization reaction cannot be promoted, and the effect of preventing overcharge of the secondary battery becomes insufficient. Moreover, when the addition concentration of the flame retardant is larger than 30% by mass, the electrical conductivity of the non-aqueous electrolyte is lowered, and the capacity as a secondary battery is lowered. In the present invention, the discharge current when evaluating the initial capacity of the secondary battery is 0.5 C (corresponding to 5 A in the case of a secondary battery with a rated capacity of 10 Ah) and 3 C (with a rated capacity of 10 Ah). In the case of a secondary battery, equivalent to 30 A).
ここで、添加する難燃剤として、フェニルシクロヘキシル基(C6H4C6H11)の第1の置換基と、メチル基(CH3)の第2の置換基とを有する化学式(1)の化合物(亜リン酸モノ(シクロヘキシルベンゼン)ジメチル)を例にとり、重合反応の機構を説明する。重合反応は、異なる分子中の第1の置換基同士が反応して起こる。反応式は、下記の化学式(3)の通りである。 Here, as a flame retardant to be added, the chemical formula (1) having a first substituent of a phenylcyclohexyl group (C 6 H 4 C 6 H 11 ) and a second substituent of a methyl group (CH 3 ). Taking a compound (mono (cyclohexylbenzene) dimethyl phosphite) as an example, the mechanism of the polymerization reaction will be described. The polymerization reaction occurs when the first substituents in different molecules react with each other. The reaction formula is as shown in chemical formula (3) below.
上記の反応では、それぞれの分子の第1の置換基C6H4C6H11内のベンゼン環のHが酸化されて、H2が発生する。Hが脱離したベンゼン環同士が結合して2つの分子が縮合重合し、重合反応生成物が生じる。 In the above reaction, H of the benzene ring in the first substituent C 6 H 4 C 6 H 11 of each molecule is oxidized to generate H 2 . The benzene rings from which H is eliminated are bonded to each other, and two molecules undergo condensation polymerization to produce a polymerization reaction product.
化合物の重合反応を効率的に進行させるためには、非水電解液の非水溶媒と添加する化合物との相溶性が高いことが望ましい。その観点において、非水溶媒のハンセン溶解度パラメータ(HSPsol)と添加する難燃剤のハンセン溶解度パラメータ(HSPadd)との差が4以下となるように選択されることが好ましい。なお、前述したように、ハンセン溶解度パラメータ(HSP)は、「(HSP)2=(dD)2+(dP)2+(dH)2」という関係式で表されるものと定義する。 In order for the polymerization reaction of the compound to proceed efficiently, it is desirable that the non-aqueous solvent of the non-aqueous electrolyte and the compound to be added have high compatibility. From this viewpoint, it is preferable that the difference between the Hansen solubility parameter (HSP sol ) of the non-aqueous solvent and the Hansen solubility parameter (HSP add ) of the flame retardant to be added is 4 or less. As described above, the Hansen solubility parameter (HSP) is defined as represented by the relational expression “(HSP) 2 = (dD) 2 + (dP) 2 + (dH) 2 ”.
非水溶媒のHSPsolと添加する難燃剤のHSPaddとの差が4以下であるとき、非水溶媒と難燃剤との相溶性が高まって、難燃剤の濃度を高めに設定することができる(例えば、非水電解液全量に対して10質量%以上)。その結果、難燃剤の燃焼反応を防止する効果と過充電を防止する効果が十分に発揮される。HSPの差は、3以下がより好ましく、2以下が更に好ましい。 When the difference between the HSP sol of the non-aqueous solvent and the HSP add of the flame retardant to be added is 4 or less, the compatibility between the non-aqueous solvent and the flame retardant increases, and the flame retardant concentration can be set higher. (For example, 10% by mass or more based on the total amount of the non-aqueous electrolyte). As a result, the effect of preventing the combustion reaction of the flame retardant and the effect of preventing overcharge are sufficiently exhibited. The difference in HSP is more preferably 3 or less, and even more preferably 2 or less.
非水溶媒と難燃剤との相溶性を高める(HSPの差を小さくする)ために、非水電解液に界面活性剤を添加してもよい。添加する界面活性剤としては、二次電池の正極上または負極上で分解されにくいものを選択することが好ましい。界面活性剤として、例えば、分子量50〜300のポリエチレングリコール、該ポリエチレングリコールの末端OH基をメチル基に置換したもの、ポリオキシエチレングリセリン脂肪酸エステル、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル、ソルビタミン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレン脂肪酸アミド、ポリオキシエチレンアルキルアミン、パーフルオロアルキルアミンオキサイド等が挙げられる。さらには、アルキルジメチルカルボキシベタイン、アルキルアミノカルボン酸塩、パーフルオロアルキルベタインを好適に使用することができる。 In order to increase the compatibility between the non-aqueous solvent and the flame retardant (to reduce the difference in HSP), a surfactant may be added to the non-aqueous electrolyte. As the surfactant to be added, it is preferable to select a surfactant that is not easily decomposed on the positive electrode or the negative electrode of the secondary battery. Surfactants include, for example, polyethylene glycol having a molecular weight of 50 to 300, those obtained by replacing the terminal OH group of the polyethylene glycol with a methyl group, polyoxyethylene glycerin fatty acid ester, polyethylene glycol fatty acid ester, solvitamin fatty acid ester, polyoxyethylene Examples include fatty acid amide, polyoxyethylene alkylamine, and perfluoroalkylamine oxide. Furthermore, alkyldimethylcarboxybetaine, alkylaminocarboxylate, and perfluoroalkylbetaine can be preferably used.
非水溶媒への難燃剤の他の添加形態として、難燃剤の一部または全部をマイクロカプセルに充填して、当該マイクロカプセルを非水電解液中に保持することが可能である。マイクロカプセルを利用することにより、平常時における非水電解液の導電率の低下を抑制しながら所望の量の難燃剤を添加することができる。マイクロカプセルの材質としては、非水電解液と化学反応しなければ特に限定されないが、例えば、ゼラチンとアラビアゴムを組み合わせたもの、ポリ乳酸、メラミン樹脂、ウレタン樹脂などを好適に用いることができる。 As another form of addition of the flame retardant to the non-aqueous solvent, a part or all of the flame retardant can be filled in the microcapsule, and the microcapsule can be held in the non-aqueous electrolyte. By utilizing the microcapsules, a desired amount of flame retardant can be added while suppressing a decrease in the conductivity of the non-aqueous electrolyte during normal times. The material of the microcapsule is not particularly limited as long as it does not chemically react with the nonaqueous electrolytic solution. For example, a combination of gelatin and gum arabic, polylactic acid, melamine resin, urethane resin and the like can be suitably used.
非水電解液の非水溶媒としては、正極上または負極上で分解されないものであれば、特に限定されない。例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、γ-ブチロラクトン、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、1,2-ジメトキシエタン、2-メチルテトラヒドロフラン、ジメチルスルフォキシド、1,3-ジオキソラン、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、リン酸トリエステル、トリメトキシメタン、ジオキソラン、ジエチルエーテル、スルホラン、3-メチル-2-オキサゾリジノン、テトラヒドロフラン、1,2-ジエトキシエタン、クロルエチレンカーボネート、クロルプロピレンカーボネートを好適に用いることができる。これらの非水溶媒を用いるとき、上述した本発明の難燃剤とのHSPの差を4以下とすることができる。なお、言うまでもないが、界面活性剤を添加することによって、これ以外の非水溶媒を用いることもできる。 The non-aqueous solvent for the non-aqueous electrolyte is not particularly limited as long as it is not decomposed on the positive electrode or the negative electrode. For example, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, γ-butyrolactone, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, 1,2-dimethoxyethane, 2-methyltetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, 1,3-dioxolane , Formamide, dimethylformamide, methyl propionate, ethyl propionate, phosphoric acid triester, trimethoxymethane, dioxolane, diethyl ether, sulfolane, 3-methyl-2-oxazolidinone, tetrahydrofuran, 1,2-diethoxyethane, chloroethylene Carbonate and chloropropylene carbonate can be preferably used. When these non-aqueous solvents are used, the difference in HSP from the flame retardant of the present invention described above can be made 4 or less. Needless to say, other non-aqueous solvents can be used by adding a surfactant.
次に、非水電解液の電解質(支持塩とも言う)について説明する。非水電解液に用いる電解質としては、従前のものを利用することができ、例えば、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiCF3SO3、LiCF3CO2、LiAsF6、LiSbF6、LiCF3SO3、LiN(SO2CF3)2のいずれかの単体または混合物を好適に用いることができる。
Next, an electrolyte (also referred to as a supporting salt) of the nonaqueous electrolytic solution will be described. The electrolyte used in the nonaqueous electrolyte solution, it is possible to use those conventional, for example, LiPF 6, LiBF 4, LiClO 4, LiCF 3 SO 3, LiCF 3
また、固体高分子電解質(ポリマ電解質)を用いる場合には、エチレンオキシド、アクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、メタクリル酸メチル、ヘキサフルオロプロピレンのポリエチレンオキサイドなどのイオン導電性ポリマを電解質に用いることができる。 When a solid polymer electrolyte (polymer electrolyte) is used, an ion conductive polymer such as ethylene oxide, acrylonitrile, polyvinylidene fluoride, methyl methacrylate, or hexafluoropropylene polyethylene oxide can be used as the electrolyte.
さらに、イオン性液体を用いることができる。例えば1-エチル-3-メチルイミダゾリウム-テトラフルオロボレイト(EMI-BF4)、リチウム塩とトリグライムとテトラグライムの混合錯体(LiN(SO2CF3)2(LiTFSI))、N-メチル-N-プロピルピロリジウム等の環状四級アンモニウム系陽イオン、ビス(フルオロスルフォニル)イミド等のイミド系陰イオンを電解質に用いることができる。 Furthermore, an ionic liquid can be used. For example, 1-ethyl-3-methylimidazolium-tetrafluoroborate (EMI-BF4), mixed complex of lithium salt, triglyme and tetraglyme (LiN (SO 2 CF 3 ) 2 (LiTFSI)), N-methyl-N A cyclic quaternary ammonium cation such as propylpyrrolidinium and an imide anion such as bis (fluorosulfonyl) imide can be used for the electrolyte.
これら電解質の濃度については、非水溶媒の合計体積に対して、0.8〜2.0 mol/Lの範囲とすることが好ましい。難燃剤の添加量(質量%)は、電解液質量全体に対して決定される。また、固体高分子電解質を利用する場合、本発明の難燃剤の添加量は、当該固体高分子に対する質量濃度で、添加比率は非水電解液の場合と同じとすることが好ましい。これは、難燃剤の濃度が(すなわち難燃剤が電極表面上での高抵抗被膜を形成する速度が)、本発明の作用効果に関して重要な役割を担うためである。 About the density | concentration of these electrolytes, it is preferable to set it as the range of 0.8-2.0 mol / L with respect to the total volume of a nonaqueous solvent. The addition amount (% by mass) of the flame retardant is determined with respect to the entire electrolyte mass. Moreover, when utilizing a solid polymer electrolyte, it is preferable that the addition amount of the flame retardant of this invention is mass concentration with respect to the said solid polymer, and an addition ratio is the same as the case of a non-aqueous electrolyte. This is because the concentration of the flame retardant (that is, the rate at which the flame retardant forms a high-resistance film on the electrode surface) plays an important role with respect to the effects of the present invention.
なお、本発明において、非水溶媒と難燃剤とのハンセン溶解度パラメータの差が小さいことに加えて、電解質と難燃剤とのハンセン溶解度パラメータの差が小さいことはより好ましい。電解質は、通常、非水溶媒中に溶解するが、電解質と難燃剤とのハンセン溶解度パラメータの差が小さくなると、電解質は、非水溶媒のみならず難燃剤への溶解性も高まる。これは、難燃剤を高濃度で非水電解液に添加する場合に(例えば、非水電解液の全質量に対して10質量%以上で添加する場合に)特に効果的であり、リチウムイオンの導電率の低下を防止することができる。 In the present invention, it is more preferable that the Hansen solubility parameter difference between the non-aqueous solvent and the flame retardant is small and the Hansen solubility parameter difference between the electrolyte and the flame retardant is small. The electrolyte is usually dissolved in a non-aqueous solvent. However, when the difference in Hansen solubility parameter between the electrolyte and the flame retardant is reduced, the electrolyte is more soluble in the flame retardant as well as the non-aqueous solvent. This is particularly effective when the flame retardant is added to the non-aqueous electrolyte at a high concentration (for example, when added at 10% by mass or more with respect to the total mass of the non-aqueous electrolyte). A decrease in conductivity can be prevented.
[非水電解液二次電池]
非水電解液二次電池の構成について説明する。非水電解液二次電池とは、非水電解液中における電極へのイオンの吸蔵・放出により、電気エネルギーを貯蔵・利用可能とする電気化学デバイスの総称である。本実施例では、リチウムイオン二次電池を代表例として説明する。
[Nonaqueous electrolyte secondary battery]
The configuration of the nonaqueous electrolyte secondary battery will be described. A non-aqueous electrolyte secondary battery is a general term for electrochemical devices that can store and use electrical energy by occlusion / release of ions to and from electrodes in the non-aqueous electrolyte. In this example, a lithium ion secondary battery will be described as a representative example.
図1は、本発明に係る非水電解液二次電池の一例を示す断面模式図である。図1に示したように、正極107および負極108は、これらが直接接触しないようにセパレータ109を挟み込んだ状態で惓回されて、電極群を形成している。なお、電極群の構造は、円筒状、扁平状などの任意の形状の捲回に限定されるものではなく、短冊状電極を積層したものであってもよい。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention. As shown in FIG. 1, the
正極107には正極リード110が付設されており、負極108には負極リード111が付設されている。リード110、111は、ワイヤ状、箔状、板状などの任意の形状を採ることができる。電気的損失を小さくし、かつ化学的安定性を確保できるような構造・材質が選定される。
A
電極群は、電池容器102に収容されており、電池容器102の上部に設置された絶縁シール112および底部に設置された絶縁シール(図示せず)によって、挿入された電極群が電池容器102と直接接触しないようになっている。さらに、セパレータ109の細孔には、本発明に係る非水電解液が含浸されている。電極群を電池容器102に収納し密閉した後に、本発明に係る非水電解液を注液口106より滴下し、所定量の充填した後に、注液口106を密封する。なお、非水電解液の注入方法・手順は、他の方法・手順でもよい。
The electrode group is accommodated in the
電池容器102の形状は、通常、電極群の形状に合わせた形状(例えば、円筒状、扁平長円柱状、角柱など)が選択される。絶縁性シール112は、非水電解液と反応せず、かつ気密性に優れた任意の材質(例えば、熱硬化性樹脂、ガラスハーメチックシールなど)を好適に使用することができる。
As the shape of the
電池容器102の材質は、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼製など、非水電解液に対し耐食性のある材料から選択される。電池容器102への蓋103の取り付けは、溶接の他に、かしめ、接着などの他の方法も採ることができる。非水電解液の注液に用いる注液口106に安全機構としての機能を付与することも可能である。安全機構としては、例えば、電池容器内部の圧力が所定以上となった際に解放する圧力弁がある。
The material of the
正極リード110または負極リード111の途中、あるいは正極リード110と正極外部端子104との接続部や、負極リード111と負極外部端子105との接続部に、正温度係数抵抗素子を利用した電流遮断機構(図示せず)を設けることは好ましい。電流遮断機構を設けると、電池内部の温度が高くなったときに、リチウムイオン二次電池101の充放電を停止させ、電池を保護することが可能となる。
Current interruption mechanism using positive temperature coefficient resistance element in the middle of the
リチウムイオン二次電池を構成する正極107は、正極集電体の片面または両面に正極活物質を含む正極合剤スラリーを塗布・乾燥させた後、ロールプレス機などを用いて圧縮成形して、所定の大きさに切断することで作製される。正極の集電体には、厚さが10〜100μmのアルミニウム箔や、厚さ10〜100μmで孔径0.1〜10 mmのアルミニウム製穿孔箔、エキスパンドメタル、発泡アルミニウム板などが用いられる。材質は、アルミニウムの他に、ステンレス、チタンなども適用可能である。
The
同様に、リチウムイオン二次電池を構成する負極108は、負極集電体の片面または両面に負極活物質を含む負極合剤スラリーを塗布・乾燥させた後、ロールプレス機などを用いて圧縮成形して、所定の大きさに切断することで作製される。負極の集電体には、厚さが10〜100μmの銅箔や、厚さ10〜100μmで孔径0.1〜10mmの銅製穿孔箔、エキスパンドメタル、発泡銅板などが用いられ、材質は、銅の他に、ステンレス、チタン、ニッケルなども適用可能である。
Similarly, the
正極合剤スラリーおよび負極合剤スラリーの塗布方法に特段の限定はなく、従前の方法(例えば、ドクターブレード法、ディッピング法、スプレー法など)を利用することができる。また、塗布から乾燥までを複数回行うことにより、複数の合剤層を集電体に積層することも可能である。 There is no particular limitation on the method for applying the positive electrode mixture slurry and the negative electrode mixture slurry, and conventional methods (for example, a doctor blade method, a dipping method, a spray method, etc.) can be used. Moreover, it is also possible to laminate | stack a several mixture layer on a collector by performing from application | coating to drying in multiple times.
正極107に用いられる正極活物質としては、リチウムイオンの吸蔵および放出をすることができるリチウム化合物であれば特に限定されない。例えば、リチウムマンガン酸化物、リチウムコバルト酸化物、リチウムニッケル酸化物などのリチウム遷移金属複合酸化物が挙げられる。これらいずれかの単独または2種以上の混合物を用いることができる。正極活物質に対して、バインダ、増粘剤、導電材、溶媒等を必要に応じて混合して正極合剤スラリーが作製される。
The positive electrode active material used for the
正極活物質の粒径は、合剤層の厚さ以下になるように規定される。正極活物質粉末中に合剤層厚さ以上の粒径を有する粗粒がある場合、ふるい分級、風流分級などにより粗粒を予め除去し、合剤層厚さ以下の粒子を用意する。 The particle size of the positive electrode active material is defined to be equal to or less than the thickness of the mixture layer. When there are coarse particles having a particle size equal to or larger than the thickness of the mixture layer in the positive electrode active material powder, the coarse particles are previously removed by sieving classification, wind classification or the like, and particles having a thickness of the mixture layer thickness or less are prepared.
正極活物質とバインダとの混合比率は、質量比で85 : 15〜95 : 5の範囲になるようにすることが好ましい。正極活物質の質量比率が85/100未満では、二次電池のエネルギー密度が低下する。一方、正極活物質の質量比率が95/100超では、充放電できる最大電流値が低下する。 The mixing ratio of the positive electrode active material and the binder is preferably in the range of 85:15 to 95: 5 by mass ratio. When the mass ratio of the positive electrode active material is less than 85/100, the energy density of the secondary battery decreases. On the other hand, when the mass ratio of the positive electrode active material exceeds 95/100, the maximum current value that can be charged and discharged decreases.
正極の導電剤としては、導電性繊維(例えば、気相成長炭素、カーボンナノチューブ、ピッチ(石油、石炭、コールタールなどの副生成物)を原料に高温で炭化して製造した繊維、アクリル繊維から製造した炭素繊維など)が好適に用いられる。また、導電剤は、正極活物質よりも電気抵抗の低い材料であって、正極の充放電電位(通常は2.5〜4.2Vである)にて酸化溶解しない材料を使用してもよい。例えば、耐食性金属(チタンや金など)、炭化物(SiCやWCなど)、窒化物(Si3N4やBNなど)が挙げられる。高比表面積の炭素材料(例えば、カーボンブラックや活性炭など)も使用できる。 As the conductive agent for the positive electrode, conductive fibers (for example, vapor-grown carbon, carbon nanotubes, fibers produced by carbonizing pitch (by-products such as petroleum, coal, coal tar, etc.) at high temperature as raw materials, acrylic fibers A manufactured carbon fiber or the like is preferably used. Further, the conductive agent may be a material having a lower electrical resistance than the positive electrode active material, and a material that does not oxidize and dissolve at the charge / discharge potential (usually 2.5 to 4.2 V) of the positive electrode. Examples include corrosion resistant metals (such as titanium and gold), carbides (such as SiC and WC), and nitrides (such as Si 3 N 4 and BN). A carbon material having a high specific surface area (for example, carbon black or activated carbon) can also be used.
負極108に用いられる負極活物質は、リチウムイオンの吸蔵および放出をすることができる材料であれば特に限定されない。例えば、アルミニウム、シリコン、錫、炭素材料(黒鉛、易黒鉛化炭素、難黒鉛化炭素天然黒鉛、人造黒鉛、メソフェ−ズ炭素、膨張黒鉛、炭素繊維、気相成長法炭素繊維、ピッチ系炭素質材料、ニードルコークス、石油コークス、ポリアクリロニトリル系炭素繊維、カーボンブラック、非晶質炭素など)が利用可能である。非晶質炭素は、例えば、5員環または6員環の環式炭化水素や環式含酸素有機化合物を熱分解して作製される。これらいずれかの単独または2種以上の混合物を用いることができる。これらの中でも、非晶質炭素はリチウムイオンの吸蔵および放出の際の体積変化率が少ない材料であるため、充放電のサイクル特性が高いことから、負極活物質として非晶質炭素を含むことは好ましい。また、上述した炭素材料に加えて、導電性高分子材料(ポリアセン、ポリパラフェニレン、ポリアニリン、ポリアセチレンなど)を添加してもよい。負極活物質に対して、バインダ、増粘剤、導電剤、溶媒等を必要に応じて混合して負極合剤スラリーが作製される。
The negative electrode active material used for the
負極活物質とバインダの混合比率は、質量比で90 : 10〜99 : 1の範囲になるようにすることが好ましい。負極活物質の質量比率が90/100未満では、二次電池のエネルギー密度が低下する。一方、負極活物質の質量比率が99/100超では、バインダ量が少な過ぎて充放電サイクルによる容量低下が顕著になる。負極の導電剤としては、正極導電剤と同様の材料を用いることが可能である。 The mixing ratio of the negative electrode active material and the binder is preferably in the range of 90:10 to 99: 1 by mass ratio. When the mass ratio of the negative electrode active material is less than 90/100, the energy density of the secondary battery decreases. On the other hand, when the mass ratio of the negative electrode active material exceeds 99/100, the amount of the binder is too small and the capacity reduction due to the charge / discharge cycle becomes remarkable. As the negative electrode conductive agent, the same material as the positive electrode conductive agent can be used.
正極合剤スラリーおよび負極合剤スラリーに用いられるバインダ、増粘剤および溶媒に特段の限定はなく、従前と同様のものを用いることができる。 There are no particular limitations on the binder, thickener, and solvent used in the positive electrode mixture slurry and the negative electrode mixture slurry, and the same ones as before can be used.
セパレータ109は、二次電池の充放電時にリチウムイオンを透過させる必要があるため、多孔体(例えば、細孔径が0.01〜10μm、気孔率が20〜90%)であることが好ましい。セパレータ109の素材としては、ポリオレフィン系高分子シート(例えば、ポリエチレンやポリプロピレンなど)や、ポリオレフィン系高分子シートとフッ素系高分子シート(例えば、四フッ化ポリエチレン)とを溶着させた多層構造シートを好適に使用できる。また、セパレータ109の表面にセラミックスとバインダの混合物を薄層状に形成しても良い。
The
また、前述した非水電解液の電解質として、固体高分子電解質(ポリマー電解質)を用いる場合には、セパレータ109を省略することができる。
Further, when a solid polymer electrolyte (polymer electrolyte) is used as the electrolyte of the non-aqueous electrolyte described above, the
前述したように、化合物の重合反応による過充電の防止は、非水電解液二次電池の正極側で行う方がより効果的である。また、本発明に係る非水電解液二次電池は、難燃剤の一部または全部をマイクロカプセルに充填して二次電池内の所望の箇所に保持することも可能である。これらの観点から、難燃剤が充填されたマイクロカプセルを、非水電解液二次電池の表面および/または該正極に対面するセパレータの表面に保持させることは、とても有効である。マイクロカプセルをそれらの箇所に保持する方法に特段の限定はなく、例えば、バインダと混合してそれらの箇所に塗布する方法が挙げられる。なお、この場合においても、二次電池内の難燃剤の総量は、非水電解液に対して5〜30質量%となるように調整する。 As described above, it is more effective to prevent overcharge due to the polymerization reaction of the compound on the positive electrode side of the non-aqueous electrolyte secondary battery. In addition, the nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention can be filled in a microcapsule with part or all of the flame retardant and held at a desired location in the secondary battery. From these viewpoints, it is very effective to hold the microcapsules filled with the flame retardant on the surface of the non-aqueous electrolyte secondary battery and / or the surface of the separator facing the positive electrode. There is no particular limitation on the method of holding the microcapsules at those locations, and examples thereof include a method in which the microcapsules are mixed with a binder and applied to those locations. Even in this case, the total amount of the flame retardant in the secondary battery is adjusted to 5 to 30% by mass with respect to the non-aqueous electrolyte.
また、本発明に係る非水電解液二次電池は、本発明に係る非水電解液(難燃剤を含有する非水電解液)に加えて、別の難燃剤(第2の難燃剤)を正極に添加してもよい。このとき、正極に添加する第2の難燃剤は、非水電解液に添加する難燃剤と異なる構造を有するものとし、非水電解液に対して難溶性の化合物であることが好ましく、不溶性化合物であることがより好ましい。正極に添加する第2の難燃剤が非水電解液に添加する難燃剤と同じ構造を有すると、第2の難燃剤が非水電解液に溶解してしまい非水電解液中の難燃剤量が過剰となって、非水電解液の導電率が低下することから好ましくない。 Further, the non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention includes another flame retardant (second flame retardant) in addition to the non-aqueous electrolyte (non-aqueous electrolyte containing a flame retardant) according to the present invention. It may be added to the positive electrode. At this time, the second flame retardant added to the positive electrode has a structure different from that of the flame retardant added to the non-aqueous electrolyte, and is preferably a compound that is hardly soluble in the non-aqueous electrolyte. It is more preferable that If the second flame retardant added to the positive electrode has the same structure as the flame retardant added to the non-aqueous electrolyte, the second flame retardant dissolves in the non-aqueous electrolyte and the amount of the flame retardant in the non-aqueous electrolyte Is excessive, and the electrical conductivity of the non-aqueous electrolyte is decreased.
第2の難燃剤としては、非水電解液に対する難溶性化合物または不溶性化合物であれば従前のものを利用することができ、非水電解液の導電率を低下させない範囲で添加できる。正極への第2の難燃剤の添加方法に特段の限定はないが、例えばスプレーコーティング法を用いて、正極表面に第2の難燃剤をコーティングすることができる。前述した本発明に係る非水電解液に加えて、正極に第2の難燃剤を添加することで、非水電解液二次電池の安全性を更に高めることができる。 As the second flame retardant, conventional compounds can be used as long as they are hardly soluble compounds or insoluble compounds with respect to the non-aqueous electrolyte, and can be added within a range that does not lower the conductivity of the non-aqueous electrolyte. Although there is no special limitation in the addition method of the 2nd flame retardant to a positive electrode, a 2nd flame retardant can be coated on the positive electrode surface, for example using a spray coating method. In addition to the non-aqueous electrolyte according to the present invention described above, the safety of the non-aqueous electrolyte secondary battery can be further improved by adding the second flame retardant to the positive electrode.
[二次電池システム]
二次電池システムの構成について説明する。本発明に係る二次電池システムとは、少なくとも2個以上の非水電解液二次電池を直列あるいは並列に接続し、かつ充放電制御機構を有するシステムと定義する。図2は、本発明に係る二次電池システムの一例を示す断面模式図である。図2に示したように、本構成では2個のリチウムイオン二次電池101a,101bが直列に接続されている。図2の紙面右側に配置したリチウムイオン二次電池101aの負極外部端子105は、電力ケーブル213により充放電制御機構216の負極入力ターミナルに接続されている。リチウムイオン電池101aの正極外部端子104は、電力ケーブル214を介して、紙面左側に配置したリチウムイオン二次電池101bの負極外部端子105に接続されている。リチウムイオン二次電池101bの正極外部端子104は、電力ケーブル215により充放電制御機構216の正極入力ターミナルに接続されている。このような配線構成によって、2個のリチウムイオン二次電池101a,101bを充放電制御機構216で制御しながら充電または放電させることができる。なお、図1,図2において、同じ構成物には同じ符号を付している。
[Secondary battery system]
The configuration of the secondary battery system will be described. The secondary battery system according to the present invention is defined as a system having at least two or more nonaqueous electrolyte secondary batteries connected in series or in parallel and having a charge / discharge control mechanism. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of the secondary battery system according to the present invention. As shown in FIG. 2, in this configuration, two lithium ion
充放電制御機構216は、電力ケーブル217,218を介して、外部機器219との間で電力の授受を行う。外部機器219は、外部負荷の他、充放電制御機構216に給電するための外部電源や回生モータ等の各種電気機器を含む。また、外部機器が対応する交流、直流の種類に応じて、インバータやコンバータを設けることができる。
The charge /
発電装置222が、電力ケーブル220,221を介して充放電制御機構216に接続される。発電装置222が発電しているときには、充放電制御機構216が充電モードに移行し、外部機器219に給電するとともに、余剰電力をリチウムイオン二次電池101a,101bに充電する。発電装置222の発電量が外部機器219の要求電力よりも少ないときには、リチウムイオン二次電池101a,101bから電力供給させるように充放電制御機構216が放電モードに移行する。充放電制御機構216は、そのようなモード移行が自動的に行われるようにプログラムが記憶されていることが好ましい。
The
発電装置222としては、再生可能エネルギーを生み出す発電装置(例えば、風力発電装置、地熱発電装置、太陽電池)や、通常の発電装置(例えば、燃料電池、ガスタービン発電機など)を用いることができる。
As the
本発明に係る二次電池システムは、例えば、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、プラグインハイブリッド電気自動車、電動式建設機械、運搬機器、建設機械、介護機器、軽車両、電動工具、ロボット、離島の電力貯蔵システム、宇宙ステーションなどの電源として利用することができる。 The secondary battery system according to the present invention includes, for example, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a plug-in hybrid electric vehicle, an electric construction machine, a transport device, a construction machine, a care device, a light vehicle, an electric tool, a robot, and power of a remote island. It can be used as a power source for storage systems and space stations.
本発明は、リチウムイオン電池に限らず、非水電解液を用い、電極へのイオンの吸蔵・放出により、電気エネルギーを貯蔵・利用可能とする電気化学デバイスに適用することが可能である。本発明は安全性に優れるため、特に大型の移動体または定置型の電池システムに好適である。 The present invention is not limited to lithium ion batteries, and can be applied to electrochemical devices that use a non-aqueous electrolyte and store and use electrical energy by occluding and releasing ions to and from electrodes. Since this invention is excellent in safety | security, it is suitable for a large sized mobile body or a stationary battery system especially.
以下、実施例および比較例により本発明をさらに具体的に説明する。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples. The present invention is not limited to these examples.
[実施例1]
(B1〜B19のリチウムイオン二次電池の作製)
(1)正極の作製
まず、正極活物質(85質量%、LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2)、バインダ(8質量%、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、株式会社クレハ製)、導電剤(7質量%、カーボンブラック)および溶媒(1-メチル-2-ピロリドン)を調合して正極合剤スラリーを作製した。
[Example 1]
(Preparation of B1-B19 lithium ion secondary batteries)
(1) Production of positive electrode First, a positive electrode active material (85 mass%, LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 ), binder (8 mass%, polyvinylidene fluoride (PVDF), manufactured by Kureha Corporation) Then, a conductive agent (7% by mass, carbon black) and a solvent (1-methyl-2-pyrrolidone) were prepared to prepare a positive electrode mixture slurry.
次に、この正極合剤スラリーを、厚さ20μmの正極集電体(アルミニウム箔)の片面にドクターブレード法を用いて塗布し、乾燥させて、正極合剤層を形成した。その後、ロールプレス機により圧縮成形し、所定の大きさに切断してリチウムイオン二次電池用正極を作製した。 Next, this positive electrode mixture slurry was applied to one side of a positive electrode current collector (aluminum foil) having a thickness of 20 μm by using a doctor blade method and dried to form a positive electrode mixture layer. Then, it compression-molded with the roll press machine, cut | disconnected to the predetermined magnitude | size, and produced the positive electrode for lithium ion secondary batteries.
(2)負極の作製
負極活物質(98質量%、黒鉛(XRD測定により求めた(002)の面間隔d002 = 0.35〜0.36 nm))と、バインダ(2質量%、スチレンブタジエンゴム(1質量%)+カルボキシルメチルセルロース(1質量%))とを水に添加し、負極合剤スラリーを作製した。
(2) Production of Negative Electrode electrode active material (98 wt%, graphite (lattice spacing d 002 = from 0.35 to 0.36 nm, which was determined by XRD measurements (002))) and the binder (2% by weight, styrene-butadiene rubber (1 mass %) + Carboxylmethylcellulose (1% by mass) was added to water to prepare a negative electrode mixture slurry.
次に、この負極合剤スラリーを、厚さ20μmの負極集電体(銅箔)の片面にドクターブレード法を用いて塗布し、乾燥させて、負極合剤層を形成した。その後、ロールプレス機により圧縮成形し、所定の大きさに切断してリチウムイオン二次電池用負極を作製した。 Next, this negative electrode mixture slurry was applied to one side of a negative electrode current collector (copper foil) having a thickness of 20 μm using a doctor blade method and dried to form a negative electrode mixture layer. Then, it was compression-molded with a roll press and cut into a predetermined size to produce a negative electrode for a lithium ion secondary battery.
(3)非水電解液の作製
非水電解液の非水溶媒として、エチレンカーボネート(EC)およびエチルメチルカーボネート(EMC)の混合溶媒(体積比=1 : 1)を調合した。次に、該混合溶媒に対して、電解質として六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を1 mol/Lとなるように溶解させた。最後に、該混合溶液に対して、後述する表1に示す難燃剤を、所定濃度で添加・混合し、非水電解液を作製した。難燃剤の添加量は、電解液全体の質量に対する割合(質量%)とした。電解質の濃度は非水溶媒全体に対するに対する体積モル濃度である(以下、同様)。
(3) Production of non-aqueous electrolyte As a non-aqueous solvent of the non-aqueous electrolyte, a mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC) (volume ratio = 1: 1) was prepared. Next, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) as an electrolyte was dissolved in the mixed solvent so as to be 1 mol / L. Finally, a flame retardant shown in Table 1 described later was added to and mixed with the mixed solution at a predetermined concentration to prepare a non-aqueous electrolyte. The addition amount of the flame retardant was a ratio (mass%) with respect to the mass of the entire electrolytic solution. The concentration of the electrolyte is a molar molar concentration with respect to the whole non-aqueous solvent (hereinafter the same).
また、非水溶媒と難燃剤とのハンセン溶解度パラメーター(HSP)の差を表1に併記する。ハンセン溶解度パラメータの算出には、市販の計算ソフトを利用した(Hansen Solubility Parameters: A User’s Handbookを参照)。 The difference in Hansen solubility parameter (HSP) between the non-aqueous solvent and the flame retardant is also shown in Table 1. For calculation of Hansen solubility parameters, commercially available calculation software was used (see Hansen Solubility Parameters: A User's Handbook).
難燃剤のハンセン溶解度パラメーター(HSPadd)の計算の際に、便宜上、分子量を変更せず酸素の位置を変更して計算し、近似的なHSPaddを求めたものもある。例えば、後述する表1に示した「P(C6H4C6H11)(OCH3)2」は、「O=P(OCH3)2(C6H4C6H11)」としてHSPaddを算出した。 When calculating the Hansen solubility parameter (HSP add ) of the flame retardant, there is also an approximate HSP add calculated for convenience by changing the oxygen position without changing the molecular weight. For example, “P (C 6 H 4 C 6 H 11 ) (OCH 3 ) 2 ” shown in Table 1 to be described later becomes “O = P (OCH 3 ) 2 (C 6 H 4 C 6 H 11 )”. HSP add was calculated.
この近似方法は、以下の理由で妥当と判断した。亜リン酸トリメチル((CH3O)3P)の溶解度パラメータは、「E. StefanisとC. Panayiotou」の方法により計算することができる(前述のHansen Solubility Parameters: A User’s Handbookを参照)。「(CH3O)3P」と「(CH3O)2(CH3)P=O」の溶解度パラメータは、それぞれ「17.4」、「16.7」となり、両者の差は十分小さい(ほぼ一致したと言える)。このことから、ハンセン溶解度パラメータを直接的に計算できなかった難燃剤(B11〜B17, B52, B53, B55)については、酸素の位置のみを変更して計算したHSPaddを用いた。 This approximation method was judged appropriate for the following reasons. The solubility parameter of trimethyl phosphite ((CH 3 O) 3 P) can be calculated by the method of “E. Stefanis and C. Panayiotou” (see the aforementioned Hansen Solubility Parameters: A User's Handbook). The solubility parameters of “(CH 3 O) 3 P” and “(CH 3 O) 2 (CH 3 ) P = O” are “17.4” and “16.7”, respectively, and the difference between them is sufficiently small (almost consistent) Can be said). Therefore, for the flame retardants (B11 to B17, B52, B53, B55) for which the Hansen solubility parameter could not be directly calculated, HSP add calculated by changing only the oxygen position was used.
(4)リチウムイオン二次電池の作製
上記で作製した正極、負極および非水電解液を使用して、図1に示したリチウムイオン二次電池(定格容量:10 Ah)を作製した。電池容器102および蓋103にはステンレス鋼を用い、セパレータ109には厚さ30μmの多孔性のポリエチレンフィルムを用い、絶縁性シール112にはガラスハーメチックシールを用いた。また、図1に示したように、セパレータ109は、正極107と電池容器102との間、負極108と電池容器102との間にも配置し、電池容器102を通じて正極107と負極108とが短絡しない構成とした。
(4) Production of Lithium Ion Secondary Battery The lithium ion secondary battery (rated capacity: 10 Ah) shown in FIG. Stainless steel was used for the
(試験評価)
(a)充放電試験(初期容量評価)
(a-1)放電電流が0.5 Cの場合
上記で用意したリチウムイオン二次電池について、以下の充放電試験を実施し、初期容量を評価した。まず、作製した電池を開回路の状態から電池電圧が4.2 Vになるまで、2時間率相当の定電流にて充電した。電池電圧が4.2 Vに達した後は、電流値が100時間率相当になるまで4.2 Vを保持した。その後、充電を停止し、30分間の休止時間を設けた。次いで、2時間率相当の定電流の放電を開始し、電池電圧が3.0 Vに達するまで放電させた。その後、放電を停止し、30分の休止時間を設けた。ここまでの工程を初期エージングと称す。この初期エージングを3回繰り返した後に得られた放電容量を当該二次電池の初期容量とした。同じ条件の二次電池を5個作製し、上述した試験を同様に実施して、初期容量の平均値を算出した。定格容量に対して、90%以上の初期容量を「合格」と評価し、90%未満の初期容量を「不合格」と評価した。結果を後述する表2に示す。
(Test evaluation)
(A) Charge / discharge test (initial capacity evaluation)
(A-1) When the discharge current is 0.5 C The following charge / discharge test was performed on the lithium ion secondary battery prepared above, and the initial capacity was evaluated. First, the fabricated battery was charged at a constant current corresponding to a 2-hour rate until the battery voltage reached 4.2 V from the open circuit state. After the battery voltage reached 4.2 V, 4.2 V was maintained until the current value was equivalent to 100 hours. Thereafter, charging was stopped and a 30-minute rest period was provided. Next, constant current discharge corresponding to a 2-hour rate was started, and the battery was discharged until the battery voltage reached 3.0 V. Thereafter, the discharge was stopped and a 30 minute rest period was provided. The process so far is referred to as initial aging. The discharge capacity obtained after repeating this initial aging three times was used as the initial capacity of the secondary battery. Five secondary batteries under the same conditions were manufactured, and the above test was performed in the same manner to calculate the average value of the initial capacity. With respect to the rated capacity, an initial capacity of 90% or more was evaluated as “pass”, and an initial capacity of less than 90% was evaluated as “fail”. The results are shown in Table 2 described later.
(a-2)放電電流が3 Cの場合
上記の試験を行った後、充電条件を変えずに放電電流のみを30 Aに増大させた条件で放電を行い、初期容量を算出した。この試験は、高いレート(大電流)で放電させたときの電池特性(ハイレート特性)を確認するためのものである。結果を表2に併記する。
(A-2) When discharge current is 3 C After performing the above test, discharging was performed under the condition that only the discharge current was increased to 30 A without changing the charging conditions, and the initial capacity was calculated. This test is for confirming battery characteristics (high rate characteristics) when discharged at a high rate (large current). The results are also shown in Table 2.
なお、ここで言う時間率とは、電池の設計放電容量を所定の時間で放電する電流値と定義する(以下、同様)。例えば、上述の5時間率とは、電池の設計容量を5時間で放電する電流値である。さらに具体的には電池の容量をC(単位:Ah)とすると、5時間率の電流値はC/5(単位:A)となる。 In addition, the time rate said here is defined as the electric current value which discharges the design discharge capacity of a battery in predetermined time (hereinafter, the same). For example, the 5-hour rate mentioned above is a current value for discharging the design capacity of the battery in 5 hours. More specifically, if the capacity of the battery is C (unit: Ah), the current value at the 5-hour rate is C / 5 (unit: A).
(b)過充電試験(安全性評価)
初期容量を評価した二次電池に対し過充電試験を実施した。過充電試験の手順を以下に示す。B1〜B19の電池を初期エージングの充電条件に従って再充電し、充電深度100%にした。その状態から、上限電圧4.2 Vを10 Vに変更し、10 Vに達するまで過充電を継続した。この間、二次電池の破裂または発火がないものを「合格」と評価し、二次電池の破裂または発火があったものを「不合格」と評価した。結果を表2に併記する。
(B) Overcharge test (safety evaluation)
An overcharge test was performed on the secondary battery whose initial capacity was evaluated. The procedure of the overcharge test is shown below. The batteries B1 to B19 were recharged according to the initial aging charge conditions to a charge depth of 100%. From that state, the upper limit voltage 4.2 V was changed to 10 V, and overcharging was continued until 10 V was reached. During this time, the secondary battery that did not rupture or ignite was evaluated as “pass”, and the secondary battery that ruptured or ignited was evaluated as “fail”. The results are also shown in Table 2.
表2に示したように、本発明に係る非水電解液二次電池(B1〜B19)は、初期容量(0.5 C放電)、過充電試験の両方の項目において、要求されるレベルを全てクリアしていることが分かる。また、初期容量(3 C放電)においても、定格容量の約80%〜約90%を達成しており、本発明に係る非水電解液二次電池(B1〜B19)は優れたハイレート特性を有していることが確認され、特に、分子量の小さい難燃剤(B1, B2)、酸素またはイオウ原子数の多い置換基を有する難燃剤(B8, B14, B16)が優れていた。 As shown in Table 2, the non-aqueous electrolyte secondary batteries (B1 to B19) according to the present invention cleared all required levels in both the initial capacity (0.5 C discharge) and overcharge test items. You can see that In addition, the initial capacity (3 C discharge) achieved about 80% to about 90% of the rated capacity, and the non-aqueous electrolyte secondary batteries (B1 to B19) according to the present invention have excellent high-rate characteristics. In particular, flame retardants having a low molecular weight (B1, B2) and flame retardants having a substituent having a large number of oxygen or sulfur atoms (B8, B14, B16) were excellent.
過充電試験中、4.4 V付近から電池電圧の上昇が抑制される傾向が見られた。これは、非水電解液に添加した難燃剤(化合物)が重合反応を起こし始めたことに起因すると考えられた。その後、4.8 Vから急激に電圧が上昇し10 Vに達した後に、電流がほぼゼロとなって、充電することができなくなった。これは、化合物の重合生成物が正極上で高抵抗の被膜を形成したことに起因すると考えられた。これらのことから、本発明に係る非水電解液は過充電を防止する機能を有していることが確認された。 During the overcharge test, there was a tendency for the battery voltage to rise from around 4.4 V. This was considered due to the fact that the flame retardant (compound) added to the non-aqueous electrolyte started to undergo a polymerization reaction. After that, the voltage suddenly increased from 4.8 V and reached 10 V, and then the current became almost zero, making it impossible to charge. This was considered due to the fact that the polymerization product of the compound formed a high-resistance film on the positive electrode. From these facts, it was confirmed that the nonaqueous electrolytic solution according to the present invention has a function of preventing overcharge.
(B51のリチウムイオン二次電池の作製と試験評価)
難燃剤を添加せずに非水電解液を調合したこと以外は、前述と同様にして、B51のリチウムイオン二次電池を作製し、充放電試験および過充電試験を実施した。試験・評価結果を後述する表4に示す。
(Production and test evaluation of B51 lithium ion secondary battery)
A lithium ion secondary battery of B51 was prepared in the same manner as described above except that the non-aqueous electrolyte was prepared without adding a flame retardant, and a charge / discharge test and an overcharge test were performed. The test and evaluation results are shown in Table 4 described later.
(B52のリチウムイオン二次電池の作製と試験評価)
B1〜B4で用いた難燃剤(P(OC6H4C6H11)(OCH3)2)の添加量を2質量%として非水電解液を調合したこと以外は前述と同様にして、B52のリチウムイオン二次電池を作製し、充放電試験および過充電試験を実施した。添加した難燃剤を後述する表3に併記し、試験・評価結果を表4に併記する。
(Production and test evaluation of B52 lithium-ion secondary battery)
Except that the amount of the flame retardant used in B1 to B4 (P (OC 6 H 4 C 6 H 11 ) (OCH 3 ) 2 ) was 2% by mass and the non-aqueous electrolyte was prepared, A B52 lithium ion secondary battery was prepared and subjected to a charge / discharge test and an overcharge test. The added flame retardant is also shown in Table 3, which will be described later, and the test / evaluation results are also shown in Table 4.
(B53のリチウムイオン二次電池の作製と試験評価)
B1〜B4で用いた難燃剤(P(OC6H4C6H11)(OCH3)2)の添加量を40質量%として非水電解液を調合したこと以外は前述と同様にして、B53のリチウムイオン二次電池を作製し、充放電試験および過充電試験を実施した。添加した難燃剤を表3に併記し、試験・評価結果を表4に併記する。
(Production and test evaluation of B53 lithium-ion secondary battery)
Except that the amount of the flame retardant used in B1 to B4 (P (OC 6 H 4 C 6 H 11 ) (OCH 3 ) 2 ) was 40% by mass and the non-aqueous electrolyte was prepared, A lithium ion secondary battery of B53 was prepared, and a charge / discharge test and an overcharge test were performed. The added flame retardant is also shown in Table 3, and the test and evaluation results are also shown in Table 4.
(B54のリチウムイオン二次電池の作製と試験評価)
難燃剤としてP(OC6H5C6H11)3を1質量%添加して非水電解液を調合したこと以外は前述と同様にして、B54のリチウムイオン二次電池を作製し、充放電試験および過充電試験を実施した。添加した難燃剤を表3に併記し、試験・評価結果を表4に併記する。
(Production and test evaluation of B54 lithium ion secondary battery)
A lithium ion secondary battery of B54 was prepared and charged in the same manner as described above except that 1% by mass of P (OC 6 H 5 C 6 H 11 ) 3 was added as a flame retardant and a non-aqueous electrolyte was prepared. A discharge test and an overcharge test were performed. The added flame retardant is also shown in Table 3, and the test and evaluation results are also shown in Table 4.
(B55のリチウムイオン二次電池の作製と試験評価)
難燃剤としてP(OC6H5C6H11)3を5質量%添加して非水電解液を調合した。しかしながら、添加した難燃剤の約1/5量は非水電解液に溶解したが、大半の難燃剤が未溶解の状態で残った。そこで、未溶解の難燃剤を濾別し、濾液を非水電解液とした。それ以外は前述と同様にして、B55のリチウムイオン二次電池を作製し、充放電試験および過充電試験を実施した。添加した難燃剤を表3に併記し、試験・評価結果を表4に併記する。
(Production and test evaluation of B55 lithium-ion secondary battery)
A non-aqueous electrolyte was prepared by adding 5% by mass of P (OC 6 H 5 C 6 H 11 ) 3 as a flame retardant. However, about 1/5 of the added flame retardant dissolved in the non-aqueous electrolyte, but most of the flame retardant remained undissolved. Therefore, the undissolved flame retardant was filtered off, and the filtrate was used as a non-aqueous electrolyte. Otherwise, a B55 lithium ion secondary battery was prepared in the same manner as described above, and a charge / discharge test and an overcharge test were performed. The added flame retardant is also shown in Table 3, and the test and evaluation results are also shown in Table 4.
表3・表4から分かるように、難燃剤を添加しないB51、および難燃剤の添加濃度が本発明の規定より少ないB52では、安全性評価(過充電試験)が不合格となった。一方、難燃剤の添加濃度が本発明の規定より多いB53では、初期容量が著しく低下した。 As can be seen from Tables 3 and 4, the safety evaluation (overcharge test) failed for B51 to which no flame retardant was added and for B52 in which the added concentration of the flame retardant was less than that of the present invention. On the other hand, in the case of B53 where the concentration of flame retardant added is larger than that of the present invention, the initial capacity is remarkably reduced.
難燃剤が本発明の規定から外れるB54では、難燃剤の分子サイズが大きいことから電解液の粘度を高めたため、リチウムイオンの導電率が減少し、初期容量が著しく低下した。また、B55では、難燃剤と非水溶媒とのHSPの差が4.4と本発明の規定よりも大きいことから、前述したように5質量%の難燃剤を非水電解液に溶解させることは困難であることがわかった。B55では、未溶解の難燃剤を除去した非水電解液を用いた結果、B54と同様の電池特性を示した。 In B54, where the flame retardant deviates from the provisions of the present invention, the viscosity of the electrolyte was increased due to the large molecular size of the flame retardant, resulting in a decrease in lithium ion conductivity and a significant decrease in initial capacity. In B55, since the difference in HSP between the flame retardant and the non-aqueous solvent is 4.4 and larger than the provisions of the present invention, it is difficult to dissolve 5% by mass of the flame retardant in the non-aqueous electrolyte as described above. I found out that B55 showed the same battery characteristics as B54 as a result of using a non-aqueous electrolyte from which undissolved flame retardant was removed.
[実施例2]
電池B1に使用した正極に、第2の難燃剤としてP(OC6H4C6H11)3をスプレーコーティング法によりコーティングして、リチウムイオン二次電池B56を作製した。正極への第2の難燃剤の添加量は、正極活物質質量に対して1%となるようにした。第2の難燃剤の溶媒にはジメチルカーボネートを用いた。コーティング後、真空で乾燥し、正極表面にP(OC6H4C6H11)3の被覆層を形成した。B56で使用した難燃剤を表5に示し、試験・評価結果を表6に示す。
[Example 2]
The positive electrode used for the battery B1 was coated with P (OC 6 H 4 C 6 H 11 ) 3 as a second flame retardant by a spray coating method to produce a lithium ion secondary battery B56. The amount of the second flame retardant added to the positive electrode was 1% with respect to the mass of the positive electrode active material. Dimethyl carbonate was used as the solvent for the second flame retardant. After coating, the coating was dried under vacuum to form a coating layer of P (OC 6 H 4 C 6 H 11 ) 3 on the positive electrode surface. Table 5 shows the flame retardant used in B56, and Table 6 shows the test and evaluation results.
上記で調製した非水電解液に火炎を近づけたところ、該非水電解液は燃焼しなかった。これは、非水電解液に添加したP(OC6H4C6H11)(OCH3)2の効果によるものと考えられた。また、表6に示したように、本実施例の非水電解液二次電池(B56)は、初期容量(0.5 C放電)、過充電試験の両方の項目において、要求されるレベルを全てクリアした。さらに、初期容量(3 C放電)においても、定格容量の90%弱を達成しており、本実施例の非水電解液二次電池(B25)は優れたハイレート特性を有していることが確認された。 When a flame was brought close to the non-aqueous electrolyte prepared above, the non-aqueous electrolyte did not burn. This was considered to be due to the effect of P (OC 6 H 4 C 6 H 11 ) (OCH 3 ) 2 added to the non-aqueous electrolyte. In addition, as shown in Table 6, the non-aqueous electrolyte secondary battery (B56) of this example cleared all required levels in both the initial capacity (0.5 C discharge) and overcharge test items. did. Furthermore, even in the initial capacity (3 C discharge), less than 90% of the rated capacity has been achieved, and the non-aqueous electrolyte secondary battery (B25) of this example has excellent high-rate characteristics. confirmed.
[実施例3]
B1〜B4で用いた難燃剤(P(OC6H4C6H11)(OCH3)2)を、ゼラチン−アラビアゴム製のマイクロカプセルに充填してバインダと混合し、正極に対面するセパレータの表面に塗布した。それ以外は実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池を作製した。二次電池内(マイクロカプセル中+非水電解液中)の難燃剤の総量は、非水電解液に対して10質量%になるように調整した。
[Example 3]
The flame retardant used in B1 to B4 (P (OC 6 H 4 C 6 H 11 ) (OCH 3 ) 2 ) is filled into gelatin-gum arabic microcapsules, mixed with a binder, and facing the positive electrode It was applied to the surface. Other than that was carried out similarly to Example 1, and produced the lithium ion secondary battery. The total amount of the flame retardant in the secondary battery (in the microcapsule + in the non-aqueous electrolyte) was adjusted to 10 mass% with respect to the non-aqueous electrolyte.
初期エージングの後、充電深度100%まで充電した二次電池をオーブン内に設置し、200℃まで昇温・保持した。加熱によって電池容器に亀裂が入り、その部分から非水電解液が漏洩したが、該非水電解液が燃焼することはなかった。同様にして、初期エージングの後、充電深度100%まで充電した二次電池を、火炎中に投入した。電池容器に亀裂が入って、そこから非水電解液が漏洩したが、それが燃焼して二次電池が破裂することはなかった。 After the initial aging, a secondary battery charged to a charging depth of 100% was placed in the oven, and the temperature was raised and maintained at 200 ° C. The battery container cracked by heating, and the non-aqueous electrolyte leaked from that portion, but the non-aqueous electrolyte did not burn. Similarly, after the initial aging, a secondary battery charged to a charging depth of 100% was put into a flame. The battery container cracked and the non-aqueous electrolyte leaked from it, but it did not burn and the secondary battery did not rupture.
いずれの場合も、加熱によってマイクロカプセルが溶融し、難燃剤が二次電池内部に十分拡散したことに起因して、難燃剤の効果が十分に発現したものと考えられた。本実施例の実験から、本発明の難燃剤は、非水電解液の燃焼反応を防止する機能を有することが実証された。 In any case, it was considered that the effect of the flame retardant was sufficiently exhibited because the microcapsules were melted by heating and the flame retardant was sufficiently diffused into the secondary battery. From the experiment of this example, it was proved that the flame retardant of the present invention has a function of preventing the combustion reaction of the non-aqueous electrolyte.
[実施例4]
実施例1で用意した二次電池B1を用いて、図2に示す二次電池システムを作製し、充放電試験、サイクル試験、および過充電試験を行った。
[Example 4]
A secondary battery system shown in FIG. 2 was produced using the secondary battery B1 prepared in Example 1, and a charge / discharge test, a cycle test, and an overcharge test were performed.
発電装置222における発電状況に合わせて、リチウムイオン二次電池101a,101bの充放電を行いながら、外部機器219に電力を供給する実験を行った。2時間率の充電を行った後に1時間率の放電を行い、初期の放電容量を求めた。その結果、各二次電池101a、101bの設計容量10 Ahの99.5〜100%の容量が得られることが確認された。
An experiment was conducted in which power was supplied to the
その後、環境温度20〜30℃の条件で、充放電サイクル試験を行った。まず、2時間率の電流(5 A)にて充電を行い、充電深度50%(5 Ah充電した状態)になった時点で、充電方向に5秒のパルスを、放電方向に5秒のパルスを二次電池101a、101bに与え、発電装置222からの電力の受け入れと外部機器319への電力供給を模擬するパルス試験を行った。電流パルスの大きさは、ともに15Aとした。
Thereafter, a charge / discharge cycle test was performed under conditions of an environmental temperature of 20 to 30 ° C. First, when charging is performed at a current of 2 hours (5 A) and the depth of charge reaches 50% (5 Ah charged), a pulse of 5 seconds in the charging direction and a pulse of 5 seconds in the discharging direction Was applied to the
続けて、残りの容量5 Ahを2時間率の電流(5 A)で各二次電池の電圧が4.2 Vに達するまで充電し、その電圧で1時間の定電圧充電を行って充電を終了させた。その後、1時間率の電流(10 A)にて各二次電池の電圧が3.0 Vまで放電した。 Subsequently, the remaining capacity of 5 Ah is charged with a current of 2 hours (5 A) until the voltage of each secondary battery reaches 4.2 V, and charging is terminated by performing constant voltage charging for 1 hour at that voltage. It was. Thereafter, the voltage of each secondary battery was discharged to 3.0 V at a current of 1 hour rate (10 A).
上記一連の充放電サイクル試験を500回繰り返したところ、初期の放電容量に対し、98〜99%の容量を得た。電力受け入れと電力供給の電流パルスを二次電池に与えても、本実施例の二次電池システムの性能はほとんど低下しないことが確認された。 When the above series of charge / discharge cycle tests were repeated 500 times, a capacity of 98 to 99% was obtained with respect to the initial discharge capacity. It was confirmed that the performance of the secondary battery system of this example hardly deteriorates even when a current pulse for power reception and power supply is applied to the secondary battery.
次に、二次電池101aのみを予め充電深度100%まで充電し、二次電池101bは放電した状態で、二次電池システムを組み立てた。この状態から二次電池101bを充電深度100%まで充電した。充電過程において、二次電池101aは過充電状態になったが、本発明の難燃剤の重合反応による過充電防止作用によって、二次電池101aへの充電は停止された。その結果、二次電池101aにおいて過充電に起因する破裂・発火は発生せず、高い安全性を示すことが確認された。
Next, the secondary battery system was assembled with only the
以上説明したように、本発明によれば、非水電解液二次電池の電池特性を犠牲にすることなく、難燃性および過充電防止性を付与する非水電解液を提供できることが確認された。また、該非水電解液を用いることによって、従来と同等以上の電池特性を確保しながら、従来よりも安全性の高い非水電解液二次電池、およびそれを用いた二次電池システムを提供できることが確認された。 As described above, according to the present invention, it has been confirmed that a non-aqueous electrolyte that provides flame retardancy and overcharge prevention can be provided without sacrificing the battery characteristics of the non-aqueous electrolyte secondary battery. It was. In addition, by using the non-aqueous electrolyte, it is possible to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery that is safer than the prior art and a secondary battery system using the same while ensuring the same or better battery characteristics. Was confirmed.
なお、上述した実施形態および実施例は、本発明の理解を助けるために具体的に説明したものであり、本発明は、説明した全ての構成を備えることに限定されるものではない。例えば、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。さらに、各実施例の構成の一部について、削除・他の構成に置換・他の構成の追加をすることが可能である。 Note that the above-described embodiments and examples have been specifically described in order to help understanding of the present invention, and the present invention is not limited to having all the configurations described. For example, a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. Further, a part of the configuration of each embodiment can be deleted, replaced with another configuration, or added with another configuration.
101,101a,101b…リチウムイオン二次電池、102…電池容器、103…蓋、
104…正極外部端子、105…負極外部端子、106…注液口、
107…正極、108…負極、109…セパレータ、110…正極リード線、
111…負極リード線、112…絶縁性シール、
213,214,215,217,218,220,221…電力ケーブル、216…充放電制御機構、
219…外部機器、222…発電装置。
101, 101a, 101b ... lithium ion secondary battery, 102 ... battery container, 103 ... lid,
104 ... Positive electrode external terminal, 105 ... Negative electrode external terminal, 106 ... Injection port,
107 ... positive electrode, 108 ... negative electrode, 109 ... separator, 110 ... positive electrode lead wire,
111 ... Negative lead wire, 112 ... Insulating seal,
213, 214, 215, 217, 218, 220, 221 ... power cable, 216 ... charge / discharge control mechanism,
219 ... External equipment, 222 ... Power generator.
Claims (11)
前記非水電解液は、下記の化学式(1)または化学式(2)で表わされる化合物からなる難燃剤を、前記非水電解液の全質量に対して5質量%以上30質量%以下の範囲で含有し、
前記化合物の3つの置換基(X1、X2、X3)の内の1つまたは2つの置換基(第1の置換基)は、その構造の中にフェニル基を有し、
前記化合物の3つの置換基(X1、X2、X3)の内の、前記第1の置換基を除いた残りの置換基(第2の置換基)は、炭素数が1以上3以下の有機基であり、その構造中にチオエーテル基、チオカルボニル基、カルボニル基、エーテル基、カルボキシル基、およびアミド基の内の少なくとも1つの結合構造を有していることを特徴とする非水電解液。
The non-aqueous electrolyte includes a flame retardant composed of a compound represented by the following chemical formula (1) or chemical formula (2) in a range of 5% by mass to 30% by mass with respect to the total mass of the non-aqueous electrolyte. Contains,
One or two of the three substituents (X1, X2, X3) of the compound (first substituent) has a phenyl group in its structure,
Of the three substituents (X1, X2, X3) of the compound, the remaining substituents (second substituents) excluding the first substituent are organic groups having 1 to 3 carbon atoms. A non-aqueous electrolyte characterized in that the structure has at least one bond structure among a thioether group, a thiocarbonyl group, a carbonyl group, an ether group, a carboxyl group, and an amide group.
前記非水溶媒のハンセン溶解度パラメータと前記難燃剤のハンセン溶解度パラメータとの差が4以下であることを特徴とする非水電解液。 The non-aqueous electrolyte according to claim 1,
A non-aqueous electrolyte, wherein a difference between the Hansen solubility parameter of the non-aqueous solvent and the Hansen solubility parameter of the flame retardant is 4 or less.
前記非水電解液は、界面活性剤を含むことを特徴とする非水電解液。 In the nonaqueous electrolytic solution according to claim 1 or 2,
The non-aqueous electrolyte includes a surfactant.
前記難燃剤が、マイクロカプセル内に充填されており、
当該マイクロカプセルが、前記非水電解液中に保持されていることを特徴とする非水電解液。 In the nonaqueous electrolytic solution according to any one of claims 1 to 3,
The flame retardant is filled in a microcapsule,
The non-aqueous electrolyte, wherein the microcapsule is held in the non-aqueous electrolyte.
前記非水電解液は、下記の化学式(1)または化学式(2)で表わされる化合物からなる難燃剤を、前記非水電解液の全質量に対して5質量%以上30質量%以下の範囲で含有し、
前記化合物の3つの置換基(X1、X2、X3)の内の1つまたは2つの置換基(第1の置換基)は、その構造の中にフェニル基を有し、
前記化合物の3つの置換基(X1、X2、X3)の内の、前記第1の置換基を除いた残りの置換基(第2の置換基)は、炭素数が1以上3以下の有機基であり、その構造中にチオエーテル基、チオカルボニル基、カルボニル基、エーテル基、カルボキシル基、およびアミド基の内の少なくとも1つの結合構造を有していることを特徴とする非水電解液二次電池。
The non-aqueous electrolyte includes a flame retardant composed of a compound represented by the following chemical formula (1) or chemical formula (2) in a range of 5% by mass to 30% by mass with respect to the total mass of the non-aqueous electrolyte. Contains,
One or two of the three substituents (X1, X2, X3) of the compound (first substituent) has a phenyl group in its structure,
Of the three substituents (X1, X2, X3) of the compound, the remaining substituents (second substituents) excluding the first substituent are organic groups having 1 to 3 carbon atoms. A non-aqueous electrolyte secondary characterized in that the structure has at least one bond structure among a thioether group, a thiocarbonyl group, a carbonyl group, an ether group, a carboxyl group, and an amide group battery.
前記非水溶媒のハンセン溶解度パラメータと前記難燃剤のハンセン溶解度パラメータとの差が4以下であることを特徴とする非水電解液二次電池。 The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 5,
A nonaqueous electrolyte secondary battery, wherein a difference between a Hansen solubility parameter of the nonaqueous solvent and a Hansen solubility parameter of the flame retardant is 4 or less.
前記非水電解液は、界面活性剤を含むことを特徴とする非水電解液二次電池。 The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 5 or 6,
The non-aqueous electrolyte secondary battery, wherein the non-aqueous electrolyte contains a surfactant.
前記難燃剤が、マイクロカプセル内に充填されており、
当該マイクロカプセルが、前記非水電解液中に保持されていることを特徴とする非水電解液二次電池。 The nonaqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 5 to 7,
The flame retardant is filled in a microcapsule,
The non-aqueous electrolyte secondary battery, wherein the microcapsule is held in the non-aqueous electrolyte.
前記マイクロカプセルが、前記正極の表面および/または前記正極に対面する前記セパレータの表面に保持されていることを特徴とする非水電解液二次電池。 The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 8,
The non-aqueous electrolyte secondary battery, wherein the microcapsule is held on a surface of the positive electrode and / or a surface of the separator facing the positive electrode.
前記非水電解液が含有する前記難燃剤と異なる構造を有する第2の難燃剤が、更に前記正極に添加されており、
前記第2の難燃剤は、前記非水電解液に対して難溶性の化合物であることを特徴とする非水電解液二次電池。 The nonaqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 5 to 9,
A second flame retardant having a structure different from that of the flame retardant contained in the non-aqueous electrolyte is further added to the positive electrode;
The non-aqueous electrolyte secondary battery, wherein the second flame retardant is a compound that is hardly soluble in the non-aqueous electrolyte.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013031853A JP5942892B2 (en) | 2013-02-21 | 2013-02-21 | Non-aqueous electrolyte, non-aqueous electrolyte secondary battery using the same, and secondary battery system using the non-aqueous electrolyte secondary battery |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013031853A JP5942892B2 (en) | 2013-02-21 | 2013-02-21 | Non-aqueous electrolyte, non-aqueous electrolyte secondary battery using the same, and secondary battery system using the non-aqueous electrolyte secondary battery |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014164801A JP2014164801A (en) | 2014-09-08 |
JP5942892B2 true JP5942892B2 (en) | 2016-06-29 |
Family
ID=51615271
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013031853A Expired - Fee Related JP5942892B2 (en) | 2013-02-21 | 2013-02-21 | Non-aqueous electrolyte, non-aqueous electrolyte secondary battery using the same, and secondary battery system using the non-aqueous electrolyte secondary battery |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5942892B2 (en) |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2016076327A1 (en) * | 2014-11-11 | 2016-05-19 | 宇部興産株式会社 | Non-aqueous electrolyte solution, and power storage device in which non-aqueous electrolyte solution is used |
KR102259744B1 (en) * | 2018-03-06 | 2021-06-02 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | Nonaqueous electrolyte and lithium secondary battery comprising the same |
CN109244567A (en) * | 2018-06-28 | 2019-01-18 | 何伟成 | A kind of macromolecule heat-seal electrode coating improving lithium ion battery security |
CN110994019A (en) * | 2019-12-24 | 2020-04-10 | 上海航天电源技术有限责任公司 | Flame-retardant microsphere electrolyte and preparation method thereof |
CN113054250B (en) * | 2019-12-27 | 2023-03-10 | 张家港市国泰华荣化工新材料有限公司 | Electrolyte and lithium ion battery |
CN114583274A (en) * | 2022-03-04 | 2022-06-03 | 东莞凯德新能源有限公司 | Flame-retardant electrolyte for lithium ion battery and preparation method thereof |
CN114914543A (en) * | 2022-05-09 | 2022-08-16 | 四川大学 | Electrolyte additive for efficiently inhibiting dendritic crystal, application thereof and lithium metal secondary battery |
Family Cites Families (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3305035B2 (en) * | 1993-03-30 | 2002-07-22 | キヤノン株式会社 | Lithium secondary battery |
JPH06283206A (en) * | 1993-03-30 | 1994-10-07 | Canon Inc | Microcapsule contained battery |
JPH1140193A (en) * | 1997-07-16 | 1999-02-12 | Sony Corp | Nonaqueous electrolyte battery |
JP2001028272A (en) * | 1999-07-15 | 2001-01-30 | Mitsubishi Chemicals Corp | Electrolytic solution for lithium secondary battery and lithium secondary battery using the same |
JP2001160415A (en) * | 1999-12-01 | 2001-06-12 | Mitsubishi Chemicals Corp | Electrolyte for lithium secondary battery and lithium secondary battery using the electrolyte |
JP2004119132A (en) * | 2002-09-25 | 2004-04-15 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Separator for secondary battery, and its manufacturing method |
JP2006221972A (en) * | 2005-02-10 | 2006-08-24 | Sony Corp | Electrolyte and battery |
TW200736855A (en) * | 2006-03-22 | 2007-10-01 | Quanta Display Inc | Method of fabricating photoresist thinner |
CN101584075B (en) * | 2006-12-22 | 2011-10-12 | 大金工业株式会社 | Nonaqueous electrolyte solution |
JP5589264B2 (en) * | 2008-06-06 | 2014-09-17 | 三菱化学株式会社 | Non-aqueous electrolyte and non-aqueous electrolyte battery |
CN102473969B (en) * | 2009-12-14 | 2014-07-02 | 松下电器产业株式会社 | Method of charging non-aqueous electrolyte secondary battery, and battery pack |
EP2535975B1 (en) * | 2010-02-10 | 2020-01-08 | Envision AESC Energy Devices Ltd. | Nonaqueous electrolyte solution, and lithium ion secondary battery using same |
JP5786856B2 (en) * | 2010-05-28 | 2015-09-30 | 旭硝子株式会社 | Nonaqueous electrolyte for secondary battery and secondary battery |
JP2013004305A (en) * | 2011-06-16 | 2013-01-07 | Toyota Motor Corp | Secondary battery |
JP6064357B2 (en) * | 2012-03-30 | 2017-01-25 | 三菱化学株式会社 | Non-aqueous electrolyte and non-aqueous electrolyte battery using the same |
-
2013
- 2013-02-21 JP JP2013031853A patent/JP5942892B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2014164801A (en) | 2014-09-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR102470149B1 (en) | SO2 based electrolyte for rechargeable battery cells and rechargeable battery cells | |
JP5942892B2 (en) | Non-aqueous electrolyte, non-aqueous electrolyte secondary battery using the same, and secondary battery system using the non-aqueous electrolyte secondary battery | |
JP5145367B2 (en) | Non-aqueous electrolyte and lithium secondary battery using the same | |
JP5630189B2 (en) | Lithium ion battery | |
JP5708244B2 (en) | Non-aqueous electrolyte and lithium ion secondary battery using the same | |
JP5983370B2 (en) | Lithium ion secondary battery, secondary battery system using the same, and non-aqueous electrolyte for lithium ion secondary battery | |
JP5682209B2 (en) | Lithium ion secondary battery | |
JP5949605B2 (en) | Nonaqueous electrolyte secondary battery and power storage device | |
JP5421853B2 (en) | Non-aqueous electrolyte and lithium secondary battery using the same | |
JP2014160568A (en) | Lithium ion secondary battery, and secondary battery system arranged by use thereof | |
JP6592380B2 (en) | Electrolyte for sodium ion secondary battery and sodium ion secondary battery | |
JP5966896B2 (en) | Lithium ion secondary battery, secondary battery system using the same, and non-aqueous electrolyte for lithium ion secondary battery | |
JP2014160608A (en) | Lithium ion battery | |
JP2015046233A (en) | Lithium ion secondary battery, and secondary battery system using the same | |
JP2015191721A (en) | Secondary battery and battery module | |
JP2015082356A (en) | Electrolytic solution for lithium ion secondary batteries, lithium ion secondary battery arranged by use thereof, and charge-discharge device arranged by use of lithium ion secondary battery | |
JP5867293B2 (en) | Lithium ion secondary battery separator, lithium ion secondary battery using the same, and secondary battery system using the lithium ion secondary battery | |
WO2012063286A1 (en) | Secondary battery | |
JP2015046234A (en) | Lithium ion secondary battery, and secondary battery system using the same | |
JP2013218843A (en) | Lithium ion secondary battery, and secondary battery system using the same | |
JP5954217B2 (en) | Lithium ion battery | |
JP6115370B2 (en) | ELECTROLYTE SOLUTION FOR LITHIUM ION SECONDARY BATTERY, METHOD FOR PRODUCING ELECTROLYTE SOLUTION FOR LITHIUM ION SECONDARY BATTERY, LITHIUM ION SECONDARY BATTERY USING THE ELECTROLYTE SOLUTION, AND POWER SUPPLY DEVICE USING LITHIUM ION SECONDARY BATTERY | |
JP5712808B2 (en) | Lithium ion battery and battery system using the same | |
WO2015052775A1 (en) | Lithium ion secondary battery and secondary battery system using same | |
Piglowska et al. | Challenges for Safe Electrolytes Applied in Lithium-Ion Cells—A Review. Materials 2021, 14, 6783 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20150319 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20151214 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20151222 |
|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20160206 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20160217 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20160308 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20160404 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20160426 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20160509 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 5942892 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |