JP6320876B2 - 非水電解質二次電池 - Google Patents

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Description

本開示は、非水電解質二次電池に関する。
非水電解質二次電池の電解質溶媒として、フルオロエチレンカーボネート等のフッ素系溶媒を用いることが提案されている(特許文献1〜6等参照)。フッ素系溶媒の適用は、電池電圧が高い場合に特に有効であって、サイクル特性等の改善に寄与する。例えば、特許文献1は、電解質溶媒としてフルオロエチレンカーボネート及びフルオロエチルメチルカーボネートを用いた非水電解質二次電池を開示している。
特開2005−78820号公報 特開2013−30284号公報 国際公開第2013/100081号 特開平10−233345号公報 特開2006−338892号公報 特開2012−104335号公報
しかしながら、上記特許文献に開示された非水電解質二次電池では、正極を構成する活物質から金属成分が溶出するという問題がある。
本開示の一態様は、放電レート特性を損なうことなく、充電保存時におけるガス発生及び正極における金属溶出を抑制する非水電解質二次電池用正極活物質を提供する。
本開示の一態様に係る非水電解質二次電池は、非水溶媒を含む非水電解質を備えた非水電解質二次電池であって、非水溶媒は、フルオロエチレンカーボネートと、ジフルオロブチレンカーボネートと、フッ素化鎖状カーボネート及びフッ素化鎖状カルボン酸エステルの少なくとも一方とを含有し、これらの合計の含有量は非水溶媒の総体積に対して50体積%よりも多い。
本開示の一態様に係る非水電解質二次電池によれば、放電レート特性を損なうことなく、充電保存時におけるガス発生及び正極における金属溶出を抑制することができる。
(本開示の基礎となった知見)
上記特許文献に開示された非水電解質二次電池では、正極を構成する活物質から金属成分が溶出するという問題がある。
上記課題は、負極で発生する塩基がフルオロエチレンカーボネートを求核攻撃して耐酸化性の低いビニレンカーボネートに変化させることにより発生すると考えられる。ビニレンカーボネートは正極で酸化分解され、この際に金属の溶出を引き起こすものと考えられる。本発明者らは、かかる課題について鋭意検討した結果、極めて限定された組み合わせのフッ素系溶媒を用いることにより金属溶出が特異的に抑制できることを見出し、本発明を完成するに至った。
本開示の一態様に係る非水電解質二次電池は、非水溶媒を含む非水電解質を備えた非水電解質二次電池であって、非水溶媒は、フルオロエチレンカーボネートと、ジフルオロブチレンカーボネートと、フッ素化鎖状カーボネート及びフッ素化鎖状カルボン酸エステルの少なくとも一方とを含有し、これらの合計の含有量は非水溶媒の総体積に対して50体積%よりも多い。
これにより、放電レート特性を損なうことなく、充電保存時におけるガス発生及び正極における金属溶出を抑制することができる。
以下、本開示に係る実施の形態について詳細に説明する。
本開示の実施形態の一例である非水電解質二次電池は、正極と、負極と、非水溶媒を含む非水電解質とを備える。また、正極と負極との間には、セパレータを設けることが好適である。非水電解質二次電池は、例えば、正極及び負極がセパレータを介して巻回されてなる電極体と、非水電解質とが外装体に収容された構造を有する。
充電終止電圧は、特に限定されないが、好ましくは4.4V以上であり、より好ましくは4.5Vであり、特に好ましくは4.5〜5.0Vである。後述する非水溶媒の組成は、電池電圧が4.4V以上の高電圧用途において特に好適である。
〔正極〕
正極は、例えば金属箔等の正極集電体と、正極集電体上に形成された正極活物質層とで構成される。正極集電体には、アルミニウムなどの正極の電位範囲で安定な金属の箔、アルミニウムなどの正極の電位範囲で安定な金属を表層に配置したフィルム等が用いられる。正極活物質層は、正極活物質の他に、導電剤及び結着剤を含むことが好適である。
上記正極活物質としては、Co、Mn、Ni等の遷移金属元素を含有するリチウム含有遷移金属酸化物が例示できる。リチウム含有遷移金属酸化物は、例えばLixCoO2、LixNiO2、LixMnO2、LixCoyNi1-yO2、LixCoyM1-yOz、LixNi1-yMyOz、LixMn2O4、LixMn2-yMyO4、LiMPO4、Li2MPO4F(M;Na、Mg、Sc、Y、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Al、Cr、Pb、Sb、Bのうち少なくとも1種)である。ここで、0<x≦1.2(活物質作製直後の値であり、充放電により増減する)、0<y≦0.9、2.0≦z≦2.3である。これらは、単独で用いてもよく、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
上記リチウム含有遷移金属酸化物の表面は、酸化アルミニウム(Al2O3)等の酸化物、リン酸化合物、ホウ酸化合物等の無機化合物の微粒子で覆われていてもよい。
上記導電剤は、正極活物質層の電気伝導性を高めるために用いられる。導電剤としては、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、黒鉛等の炭素材料が例示できる。これらは、単独で用いてもよく、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
上記結着剤は、正極活物質及び導電剤間の良好な接触状態を維持し、かつ正極集電体表面に対する正極活物質等の結着性を高めるために用いられる。結着剤としては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、又はこれらの変性体等が例示できる。結着剤は、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ポリエチレンオキシド(PEO)等の増粘剤と併用されてもよい。これらは、単独で用いてもよく、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
〔負極〕
負極は、例えば金属箔等の負極集電体と、負極集電体上に形成された負極活物質層とを備える。負極集電体には、銅などの負極の電位範囲で安定な金属の箔、銅などの負極の電位範囲で安定な金属を表層に配置したフィルム等を用いることができる。負極活物質層は、リチウムイオンを吸蔵・脱離可能な負極活物質の他に、結着剤を含むことが好適である。結着剤としては、正極の場合と同様にPTFE等を用いることもできるが、スチレン−ブタジエン共重合体(SBR)又はこの変性体等を用いることが好ましい。結着剤は、CMC等の増粘剤と併用されてもよい。
上記負極活物質としては、天然黒鉛、人造黒鉛、リチウム、珪素、炭素、錫、ゲルマニウム、アルミニウム、鉛、インジウム、ガリウム、リチウム合金、予めリチウムを吸蔵させた炭素並びに珪素、及びこれらの合金並びに混合物等を用いることができる。
〔非水電解質〕
非水電解質は、非水溶媒と、非水溶媒に溶解した電解質塩とを含む。非水溶媒は、フルオロエチレンカーボネート(以下、「FEC」とする)と、ジフルオロブチレンカーボネート(以下、「DFBC」とする)と、フッ素化鎖状カーボネート及びフッ素化鎖状カルボン酸エステルの少なくとも一方とを含有する。これらの合計の含有量は、非水溶媒の総体積に対して50体積%よりも多くする必要があり、好ましくは60体積%以上、より好ましくは70体積%以上、特に好ましくは80体積%以上である。これにより、放電レート特性を損なうことなく、充電保存時におけるガス発生及び正極における金属溶出を抑制することが可能になる。なお、非水電解質は、液体電解質(非水電解液)に限定されず、ゲル状ポリマー等を用いた固体電解質であってもよい。
FECを含む電解液では、負極で発生する塩基によりFECが求核攻撃を受け、耐酸化性の低いビニレンカーボネート(VC)が発生し易い。そして、発生したVCが正極で酸化分解される際に金属の溶出が引き起こされると考えられるが、FECとDFBCとフッ素化鎖状カーボネート及びフッ素化鎖状カルボン酸エステルの少なくとも一方とが存在する電解液を用いた場合のみにおいて、上記のように金属の溶出が抑制される。これは、当該電解液を用いることによって負極上で協奏的に還元分解が起こり、その結果形成される緻密な負極被膜がFECの分解を抑えるためであると考えられる。
上記FECは、モノフルオロエチレンカーボネート(4−フルオロエチレンカーボネート)である。FECの含有量は、非水溶媒の総体積に対して2〜40体積%が好ましい。これにより、良好な放電レート特性と金属溶出の抑制効果とを両立し易くなる。
上記DFBCは、4,5−ジフルオロブチレンカーボネート又は4,4−ジフルオロブチレンカーボネートである。これらのうち、4,5−ジフルオロブチレンカーボネート等のジフルオロブチレンカーボネートがより好ましく、中でも4,5−ジフルオロ−4,5−ジメチル−1,3−ジオキソラン−2−オンが特に好ましい。
上記DFBCは、1種類で使用してもよく、また2種類以上組み合わせて使用してもよい。DFBCの含有量は、非水溶媒の総体積に対して2〜40体積%が好ましい。これにより、良好な放電レート特性と金属溶出の抑制効果とを両立し易くなる。また、充電保存時におけるガスの発生量も低減される。
上記フッ素化鎖状カーボネートとしては、低級鎖状炭酸エステル、例えばジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、エチルプロピルカーボネート、又はメチルイソプロピルカーボネート等の水素の一部をフッ素で置換したものが好適である。これらのうち、フッ素化エチルメチルカーボネート(FEMC)がより好ましく、中でも2,2,2−トリフルオロエチルメチルカーボネートが特に好ましい。
上記フッ素化鎖状カルボン酸エステルとしては、低級鎖状カルボン酸エステル、例えば酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、プロピオン酸メチル、又はプロピオン酸エチル等の水素の一部をフッ素で置換したものが好適である。これらのうち、フッ素化酢酸エチル、フッ素化プロピオン酸メチル(FMP)がより好ましく、中でも3,3,3−トリフルオロプロピオン酸メチルが特に好ましい。
上記フッ素化鎖状カーボネート及び上記フッ素化鎖状カルボン酸エステルは、1種類で使用してもよく、また2種類以上組み合わせて使用してもよい。これらは、特に電解液の粘度を下げて放電レート特性を向上させる役割を果たす。これらの含有量は、非水溶媒の総体積に対して合計で40〜95体積%が好ましい。
上記非水溶媒は、上記フッ素系溶媒以外のフッ素系溶媒、又は非フッ素系溶媒を併用することも可能である。但し、上記フッ素系溶媒以外の溶媒の含有量は、非水溶媒の総体積に対して50体積%未満とする必要があり、好ましくは40体積%未満、より好ましくは30体積%未満、特に好ましくは20体積%未満である。非フッ素系溶媒としては、環状カーボネート類、鎖状カーボネート類、カルボン酸エステル類、環状エーテル類、鎖状エーテル類、ニトリル類、アミド類、及びこれらの混合溶媒等が例示できる。
上記環状カーボネート類の例としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート等が挙げられる。
上記鎖状カーボネート類の例としては、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、エチルプロピルカーボネート、メチルイソプロピルカーボネート等が挙げられる。
上記カルボン酸エステル類の例としては、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、γ−ブチロラクトン等が挙げられる。
上記環状エーテル類の例としては、1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソラン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、プロピレンオキシド、1,2−ブチレンオキシド、1,3−ジオキサン、1,4−ジオキサン、1,3,5−トリオキサン、フラン、2−メチルフラン、1,8−シネオール、クラウンエーテル等が挙げられる。
上記鎖状エーテル類の例としては、1,2−ジメトキシエタン、ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、ジヘキシルエーテル、エチルビニルエーテル、ブチルビニルエーテル、メチルフェニルエーテル、エチルフェニルエーテル、ブチルフェニルエーテル、ペンチルフェニルエーテル、メトキシトルエン、ベンジルエチルエーテル、ジフェニルエーテル、ジベンジルエーテル、o−ジメトキシベ
ンゼン、1,2−ジエトキシエタン、1,2−ジブトキシエタン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、1,1−ジメトキシメタン、1,1−ジエトキシエタン、トリエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチル等が挙げられる。
上記ニトリル類の例としては、アセトニトリル等、上記アミド類としては、ジメチルホルムアミド等が挙げられる。
上記電解質塩は、リチウム塩であることが好ましい。リチウム塩には、従来の非水電解質二次電池において支持塩として一般に使用されているものを用いることができる。具体例としては、LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiClO4、LiCF3SO3、LiN(FSO2)2、LiN(C1F2l+1SO2)(CmF2m+1SO2)(l,mは1以上の整数)、LiC(CPF2p+1SO2)(CqF2q+1SO2)(CrF2r+1SO2)(p,q,rは1以上の整数)、Li[B(C2O4)2](ビス(オキサレート)ホウ酸リチウム(LiBOB))、Li[B(C2O4)F2] 、Li[P(C2O4)F4]、Li[P(C2O4)2F2]等が挙げられる。これらのリチウム塩は、1種類で使用してもよく、また2種類以上組み合わせて使用してもよい。
〔セパレータ〕
セパレータには、イオン透過性及び絶縁性を有する多孔性シートが用いられる。多孔性シートの具体例としては、微多孔薄膜、織布、不織布等が挙げられる。セパレータの材質としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンが好適である。
以下、実施例により本開示をさらに説明するが、本開示はこれらの実施例に限定されるものではない。
<実施例1>
[正極の作製]
LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2が92質量%、アセチレンブラックが5質量%、ポリフッ化ビニリデンが3質量%となるように混合し、当該混合物をN−メチル−2−ピロリドンと共に混練してスラリー化した。その後、正極集電体であるアルミニウム箔集電体上に当該スラリーを塗布し、乾燥後圧延して正極を作製した。
[負極の作製]
黒鉛が98質量%、カルボキシメチルセルロースのナトリウム塩が1質量%、スチレンーブタジエン共重合体が1質量%となるように混合し、当該混合物を水と共に混練してスラリー化した。その後、負極集電体である銅箔集電体上に当該スラリーを塗布し、乾燥後圧延して負極を作製した。
[非水電解質の作製]
4−フルオロエチレンカーボネート(FEC)と、トランス−4,5−ジフルオロ−4,5−ジメチル−1,3−ジオキソラン−2−オン(DFBC)と、2,2,2−トリフルオロエチルメチルカーボネート(FEMC)とを体積比で10:15:75となるように調整し、この溶媒にLiPF6を1.0mol/lとなるように加えて非水電解質を作製した。
[電池の作製]
作製した正極(30×40mm)及び負極(32×42mm)に、それぞれリード端子を取り付けた。次に、正極及び負極がセパレータを介して対向するように電極体を作製し、当該電極体を非水電解質と共にアルミニウムのラミネート外装体に封入した。こうして、設計容量が50mAhの電池A1を作製した。作製した電池A1を0.5It(25mA)で、電圧が4.6Vになるまで定電流充電を行った。次に、電圧4.6Vの定電圧で電流が0.05It(2.5mA)になるまで電池A1を充電した後、20分間放置した。その後、0.5It(25mA)で、電圧が2.5Vになるまで定電流放電を行った。この充放電試験を5サイクル行い、電池A1を安定化させた。
<実施例2>
FEMCに代えて3,3,3−トリフルオロプロピオン酸メチル(FMP)を用いた以外は、実施例1と同様にして電池A2を作製した。
<実施例3>
FMPの一部をエチルメチルカーボネート(EMC)に代えて、体積比をFEC:DFBC:FMP:EMC=10:15:45:30となるように調整した以外は、実施例1と同様にして電池A3を作製した。
<実施例4>
体積比をFEC:DFBC:FMP=5:5:90となるように調整した以外は、実施例2と同様にして電池A4を作製した。
<実施例5>
体積比をFEC:DFBC:FMP=25:15:60となるように調整した以外は、実施例2と同様にして電池A5を作製した。
<実施例6>
体積比をFEC:DFBC:FMP=15:25:60となるように調整した以外は、実施例2と同様にして電池A6を作製した。
<比較例1〜12>
非水電解質溶媒として、表1に示すものを用いた以外は、実施例1と同様にして電池X1〜X12を作製した。
[充電保存後の発生ガス量、金属溶出量の評価]
実施例及び比較例の各電池について、0.5It(25mA)で、電圧が4.6Vになるまで定電流充電を行った後、電圧4.6Vの定電圧で電流が0.05It(2.5mA)になるまで充電した。その後、60℃の恒温槽内において、電池を10日間保存した。一部の電池はガスが多量に発生したため、保存期間を3日とした。次に、電池を室温になるまで冷却した後、発生したガスをガスクロマトグラフィーにより定量分析を行った。
また、電池を解体して、負極(32×42mm)を回収し、酸を加えて加熱した後、酸不溶分を濾別し、溶液中に含まれる遷移金属(Co、Ni、Mn)をICPにより定量分析した。得られたCo、Ni、Mn量を合算して、正極活物質の重量で除した値を正極活物質から溶出した金属量とした。
[放電レート特性の評価]
実施例及び比較例の各電池について、0.5It(25mA)で、電圧が4.6Vになるまで定電流充電を行った後、電圧4.6Vの定電圧で電流が0.05It(2.5mA)になるまで電池を充電した。その後、20分間放置し、5It(250mA)で電圧2.5Vになるまで定電流放電を行い、5Itにおける放電容量を測定した。
表1に、実施例及び比較例で作製した各電池の評価結果等を示す。表1では、比較例1の電池X1の評価結果を基準(100%)として、他の電池の評価結果を相対的に示している。なお、金属溶出量(μg)は、正極活物質1g当たりの溶出量である。比較例3,4の電池X3,X4では、ガスの発生量が極めて多かったため、3日で保存試験を中止した(データは保存試験3日目のもの)。
Figure 0006320876
DFEC:4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン
CH2F-EC:4−フルオロメチル−1,3−ジオキソラン−2−オン
4F-PC:4−フルオロ−4−メチル−1,3−ジオキソラン−2−オン
TMFEC:4−フルオロ−4,5,5−トリメチル−1,3−ジオキソラン−2−オン
表1に示すように、実施例の電池A1〜A6では、いずれも良好な放電レート特性が維持されると共に、充電保存時におけるガス発生及び正極における金属溶出が抑制されている。この効果は、比較例の評価結果から分かるように、電解液としてFEC/DFBC/FEMC・FMPを溶媒の総体積に対して50体積%よりも多く用いた場合のみに得られる特異的なものである。
表2は、FEC及びFEMCを使用した電池A1、電池X1〜X5の評価結果を示す。
Figure 0006320876
電池X1は、電解液としてFECとFEMCを用いたものであり、この組み合わせは従来から高電圧用途に好適なものとして提案されている組成である。電池X1の電解液にCH2F−ECを加えた電池X2では、電池X1に比べて充電保存時のガス(以下、「保存ガス」という)の発生は抑制されたものの、金属溶出量は増加した。電池X1の電解液に4F−PCを加えた電池X3や、TMFECを加えた電池X4では、保存ガスが大量に発生した(保存試験を3日で中止した)。また、電池X1の電解液にDFECを加えた電池X5では、電池X1に比べて金属溶出量は減少するものの、保存ガスが増加した。唯一、DFBCを加えた実施例1の電池A1のみにおいて、保存ガス量及び金属溶出量を共に低減できることを見出した。
表3は、DFBCを使用した電池A1、電池X6の評価結果を示す。
Figure 0006320876
電解液としてDFBCとFEMCのみを用いた電池X6では、電池X1に比べて保存ガス量、金属溶出量は抑制されるものの、放電レート特性が大幅に低下した。この原因は、DFBCはFECに比べて誘電率が低く、リチウムイオンが解離していないためと考えられる。このことから、十分な放電レート特性を維持しつつ、金属溶出量を低減するためには、FEC及びDFBCが必要不可欠であることが理解できる。
表4は、FMPを使用した電池A2、電池X7,X8の評価結果を示す。
Figure 0006320876
電解液としてFEC、DFBC、及びFMPを用いた電池A2は、電池X1に比べて保存ガス量、金属溶出量、放電レート特性がいずれも良好であった。また、電池A2は、FEC及びFMPのみを用いた電池X7や、DFBC及びFMPのみを用いた電池X8よりも金属溶出量が少なく、FMPを用いた場合においてもFEC及びDFBCの相乗効果が確認できた。
表5は、EMCを使用した電池A3、電池X9〜X12の評価結果を示す。
Figure 0006320876
電解液としてFEC及びEMCを用いた電池X9や、FEC、DFBC、及びEMCを用いた電池X10は、電池X1に比べて保存ガス量、金属溶出量は増加した。また、DFBC及びEMCを用いた電池X11では、保存ガス量は低減したものの、金属溶出量は増加した。このことから、金属溶出量を低減するためには、FEC、DFBC、FEMC及び/又はFMPを共に混合させる必要があることが理解できる。
なお、電池A3の評価結果から、FEC、DFBC、FMP(FEMC)以外に、従来から非水電解質二次電池に用いられてきた非フッ素系溶媒を加えることも可能であることが分かる。但し、非フッ素系溶媒は耐酸化性に劣るため、電解液溶媒中に占める割合を50体積%未満とする必要がある(電池X12の評価結果より)。

Claims (5)

  1. 非水溶媒を含む非水電解質を備えた非水電解質二次電池であって、
    前記非水溶媒は、フルオロエチレンカーボネートと、ジフルオロブチレンカーボネートと、フッ素化鎖状カーボネート及びフッ素化鎖状カルボン酸エステルの少なくとも一方とを含有し、これらの合計の含有量は前記非水溶媒の総体積に対して50体積%よりも多い、非水電解質二次電池。
  2. 請求項1に記載の非水電解質二次電池において、
    前記非水溶媒の総体積に対して、前記フルオロエチレンカーボネートの含有量が2〜40体積%、前記ジフルオロブチレンカーボネートの含有量が2〜40体積%、前記フッ素化鎖状カーボネート及びフッ素化環状カルボン酸エステルの含有量が40〜95体積%であって、これらの合計が70体積%以上である、非水電解質二次電池。
  3. 請求項1又は2に記載の非水電解質二次電池において、
    前記ジフルオロブチレンカーボネートは、4,5−ジフルオロ−4,5−ジメチル−1,3−ジオキソラン−2−オンである、非水電解質二次電池。
  4. 請求項1〜3のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池において、
    前記フッ素化鎖状カーボネートは、2,2,2−トリフルオロエチルメチルカーボネートであり、前記フッ素化鎖状カルボン酸エステルは、3,3,3−トリフルオロプロピオン酸メチルである、非水電解質二次電池。
  5. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池において、
    充電終止電圧が4.4〜5.0Vである、非水電解質二次電池。
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Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2016151983A1 (ja) * 2015-03-26 2018-01-18 三洋電機株式会社 非水電解質二次電池
KR102398330B1 (ko) * 2015-06-12 2022-05-16 엘지전자 주식회사 이동 로봇 및 그 제어방법
JP2017120765A (ja) * 2015-12-25 2017-07-06 パナソニック株式会社 非水電解質二次電池
CN105428719B (zh) * 2015-12-31 2018-12-18 石家庄圣泰化工有限公司 高电压宽温锂离子电池电解液及其制备方法及应用
JP6865400B2 (ja) * 2017-03-24 2021-04-28 パナソニックIpマネジメント株式会社 非水電解質二次電池
JP6948600B2 (ja) * 2017-03-29 2021-10-13 パナソニックIpマネジメント株式会社 非水電解質二次電池
EP3591755A4 (en) * 2017-03-31 2021-04-14 Daikin Industries, Ltd. ELECTROLYTIC SOLUTION, ELECTROCHEMICAL DEVICE, RECHARGEABLE LITHIUM-ION BATTERY AND MODULE
JP2018195560A (ja) * 2017-05-16 2018-12-06 パナソニックIpマネジメント株式会社 非水二次電池用負極活物質、及び、非水二次電池
CN108933292B (zh) * 2017-05-27 2020-04-21 深圳新宙邦科技股份有限公司 锂离子电池非水电解液和锂离子电池
JP6970891B2 (ja) 2018-01-19 2021-11-24 トヨタ自動車株式会社 非水電解液の製造方法、非水電解液および非水電解液二次電池
JP7062976B2 (ja) * 2018-01-29 2022-05-09 株式会社Gsユアサ 非水電解質及び非水電解質蓄電素子
CN109244541B (zh) * 2018-11-23 2021-04-30 中国科学院过程工程研究所 一种电解液以及使用它的锂离子电池及其制备方法和应用
CN113557623A (zh) * 2019-03-11 2021-10-26 松下知识产权经营株式会社 非水电解质二次电池
US11398641B2 (en) * 2019-06-05 2022-07-26 Enevate Corporation Silicon-based energy storage devices with silicon containing electrolyte additives
WO2021025382A1 (ko) * 2019-08-02 2021-02-11 주식회사 엘지화학 사이클 특성이 향상된 리튬 이차전지
CN115172882B (zh) * 2022-08-24 2023-08-01 湖北万润新能源科技股份有限公司 低温型锂离子电池电解液及其制备方法和锂离子电池

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10233345A (ja) 1997-02-20 1998-09-02 Mitsui Chem Inc 非水電解液
JP2005078820A (ja) 2003-08-28 2005-03-24 Japan Storage Battery Co Ltd 非水電解質二次電池
JP4993159B2 (ja) 2005-05-31 2012-08-08 ソニー株式会社 二次電池
JP5219401B2 (ja) * 2006-06-14 2013-06-26 三洋電機株式会社 二次電池用非水電解液及びこれを用いた非水電解液二次電池
JP5309704B2 (ja) * 2008-01-29 2013-10-09 ダイキン工業株式会社 リチウム二次電池の非水電解液用溶媒
JP5401836B2 (ja) * 2008-01-29 2014-01-29 ダイキン工業株式会社 リチウム二次電池の電解質塩溶解用溶媒
JP5678423B2 (ja) * 2009-09-16 2015-03-04 日産自動車株式会社 リチウム二次電池用電解質およびそれを用いた双極型二次電池
EP2528154A4 (en) * 2010-01-19 2014-04-30 Ube Industries NONAQUEOUS ELECTROLYTE AND ELECTROCHEMICAL ELEMENT USING THE SAME
JP2012104335A (ja) 2010-11-09 2012-05-31 Sanyo Electric Co Ltd 非水電解液二次電池
CN103250296B (zh) * 2010-12-06 2016-09-07 宇部兴产株式会社 非水电解液以及使用了该非水电解液的电化学元件
JP2013030284A (ja) 2011-07-26 2013-02-07 Mitsubishi Chemicals Corp 非水系電解液電池
JP6127980B2 (ja) 2011-12-28 2017-05-17 三菱化学株式会社 非水系電解液及び非水系電解液二次電池

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