JP6742067B2 - Lithium ion battery - Google Patents
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Description
本開示は、リチウムイオン電池に関する。 The present disclosure relates to lithium-ion batteries.
薄型、軽量で、可撓性を有するといった特徴を備えたリチウムイオン電池にあっては、正極、セパレータ及び負極が捲回又は積層された構造体が、例えば、ラミネートフィルムから成る外装部材に収納されており、電解質が充填されている。ところで、リチウムイオン電池にあっては、充放電時、リチウムの脱挿入反応(若しくは合金化反応)によって負極活物質が膨張・収縮するため、リチウムイオン電池の構成部材に加わる応力が増減し、リチウムイオン電池それ自体が変形してしまうといった問題を有する。ここで、「変形」とは、負極活物質の膨張に起因する積層方向(正極、セパレータ及び負極の積層方向)への膨張及び負極面内での膨張、並びに、それに付随して各層に加わる力が不均一になることに起因してリチウムイオン電池全体が曲がる反りの両方を指す。 In a lithium-ion battery having features such as thinness, lightness, and flexibility, a structure in which a positive electrode, a separator, and a negative electrode are wound or laminated is housed in, for example, an exterior member made of a laminated film. And is filled with electrolyte. By the way, in a lithium-ion battery, during charging and discharging, the negative electrode active material expands and contracts due to the lithium insertion-removal reaction (or alloying reaction), so the stress applied to the constituent members of the lithium-ion battery increases or decreases. There is a problem that the ion battery itself is deformed. Here, "deformation" means expansion in the stacking direction (stacking direction of the positive electrode, separator, and negative electrode) and expansion in the negative electrode surface due to expansion of the negative electrode active material, and accompanying force applied to each layer. Refers to both warpage in which the entire lithium-ion battery bends due to non-uniformity.
リチウムイオン電池の変形といった問題は、近年のスマートフォンやタブレット端末といった各種の電子機器向けに対して薄型で大判のリチウムイオン電池が求められるが故に、一層顕在化している。電子機器内での電池の専有スペースは、一般に、設計段階で決められてしまう。そのため、リチウムイオン電池が変形しても専有スペース内に納まるように、予め、リチウムイオン電池の体積を小さく設計しておく必要があり、電池容量の観点からも、リチウムイオン電池の変形は大きなデメリットである。 The problem of deformation of the lithium-ion battery is becoming more apparent because a thin and large-sized lithium-ion battery is required for various electronic devices such as smartphones and tablet terminals in recent years. The exclusive space of the battery in the electronic device is generally decided at the design stage. Therefore, it is necessary to design the volume of the lithium-ion battery to be small in advance so that the lithium-ion battery can be accommodated in its own space even if it is deformed. From the viewpoint of battery capacity, the deformation of the lithium-ion battery is a major disadvantage. Is.
負極活物質の体積変化を抑制する手段が、種々、提案されている。例えば、特開2006−338993に開示された技術では、メッシュを介して負極合剤層を負極集電体箔に塗布した後、メッシュを除去することで、充電時の負極合剤層の体積増加の影響を緩和するための緩衝空間を形成している。しかしながら、緩衝空間には負極合剤が存在しないので、その分、電池容量が減少してしまう。特開2009−140904に開示された技術では、電極合剤層の体積密度を高くして電極の剛性を高めることで、外装部材としてラミネートフィルムを用いた場合でもリチウムイオン電池の厚さ方向の変形を抑制することができるとされている。しかしながら、電極の剛性を高めてリチウムイオン電池の厚さ方向の膨張を抑えても、リチウムイオン電池の内部の構成部材における厚さ方向の非対称性に起因した膨張量の違いが曲げモーメントを発生させるので、反り防止の効果は限定的である。 Various means for suppressing the volume change of the negative electrode active material have been proposed. For example, in the technique disclosed in JP-A-2006-338993, the volume of the negative electrode mixture layer during charging is increased by removing the mesh after applying the negative electrode mixture layer to the negative electrode current collector foil through the mesh. Forms a buffer space to mitigate the effect of. However, since the negative electrode mixture does not exist in the buffer space, the battery capacity decreases accordingly. In the technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2009-140904, the volume density of the electrode mixture layer is increased to increase the rigidity of the electrode, so that the lithium ion battery is deformed in the thickness direction even when a laminate film is used as the exterior member. It is said that this can be suppressed. However, even if the rigidity of the electrode is increased to suppress the expansion in the thickness direction of the lithium ion battery, the difference in the expansion amount due to the asymmetry in the thickness direction of the internal components of the lithium ion battery causes the bending moment. Therefore, the effect of preventing warpage is limited.
従って、本開示の目的は、特別な部材や構造をリチウムイオン電池に設ける(加える)こと無く、負極活物質の体積変化に起因した反りが発生し難い構成、構造のリチウムイオン電池を提供することにある。 Therefore, an object of the present disclosure is to provide a lithium ion battery having a structure and a structure in which warpage due to a change in volume of a negative electrode active material does not easily occur without providing (adding) a special member or structure to the lithium ion battery. It is in.
上記の目的を達成するための本開示の第1の態様に係るリチウムイオン電池は、正極、セパレータ及び負極が捲回又は積層された構造体が外装部材に収納されて成り、電解質が充填されたリチウムイオン電池であって、
(A)構造体の長手方向をX方向、構造体の短手方向をZ方向、構造体の厚さ方向をY方向とし、
(B)構造体のXZ平面に沿った外面を第1面及び第2面とし、
(C)第1面側の構造体の部分を第1の部分、第1の部分と接する、第2面側の構造体の部分を第2の部分とし、
(D)第1の部分とX方向に対向する外装部材の側面の部分を第1側面部、第2の部分とX方向に対向する外装部材の側面の部分を第2側面部とし、
(E)充電時の第1の部分のX方向の線膨張量をΔX1、充電時の第2の部分のX方向の線膨張量をΔX2とし、
(F)第1の部分と第1側面部との間に位置する隙間の最小値をd1、第2の部分と第2側面部との間に位置する隙間の最大値をd2、第1の部分と第2の部分との境界、及び、該境界とX方向に対向する外装部材の側面の部分の間に位置する隙間の値をdmとしたとき、
ΔX1>ΔX2
であり、且つ、
d1<ΔX1<dm<d2
を満足する。
A lithium ion battery according to a first aspect of the present disclosure for achieving the above object is formed by housing a structure in which a positive electrode, a separator, and a negative electrode are wound or laminated in an exterior member and filled with an electrolyte. A lithium-ion battery,
(A) The longitudinal direction of the structure is the X direction, the lateral direction of the structure is the Z direction, and the thickness direction of the structure is the Y direction.
(B) The outer surface along the XZ plane of the structure is the first surface and the second surface,
(C) The portion of the structure on the first surface side is the first portion, and the portion of the structure on the second surface side that is in contact with the first portion is the second portion,
(D) A side surface portion of the exterior member facing the first portion in the X direction is a first side surface portion, and a side surface portion of the exterior member facing the second portion in the X direction is a second side surface portion,
(E) The linear expansion amount in the X direction of the first portion during charging is ΔX 1 , and the linear expansion amount in the X direction of the second portion during charging is ΔX 2 .
(F) The minimum value of the gap located between the first portion and the first side surface portion is d 1 , the maximum value of the gap located between the second portion and the second side surface portion is d 2 , When the value of the gap located between the boundary between the first part and the second part and the part of the side surface of the exterior member facing the boundary in the X direction is d m ,
ΔX 1 >ΔX 2
And, and
d 1 <ΔX 1 <d m <
To be satisfied.
上記の目的を達成するための本開示の第2の態様に係るリチウムイオン電池は、正極、セパレータ及び負極が捲回又は積層された構造体が外装部材に収納されて成り、電解質が充填されたリチウムイオン電池であって、
(A)構造体の長手方向をX方向、構造体の短手方向をZ方向、構造体の厚さ方向をY方向とし、
(B)構造体のXZ平面に沿った外面を第1面及び第2面とし、
(C)第1面側の構造体の部分を第1の部分、第1の部分と接する、第2面側の構造体の部分を第2の部分とし、
(D)第1の部分とX方向に対向する外装部材の側面の部分を第1側面部、第2の部分とX方向に対向する外装部材の側面の部分を第2側面部とし、
(E)充電時の第1の部分のX方向の線膨張量をΔX1、充電時の第2の部分のX方向の線膨張量をΔX2としたとき、
ΔX1>ΔX2
であり、且つ、充電時、第1の部分の少なくとも一部は外装部材の第1側面部と接触し、第2の部分は外装部材の第2側面部と接触しない。
A lithium ion battery according to a second aspect of the present disclosure for achieving the above object is formed by housing a structure in which a positive electrode, a separator, and a negative electrode are wound or laminated in an exterior member and filled with an electrolyte. A lithium-ion battery,
(A) The longitudinal direction of the structure is the X direction, the lateral direction of the structure is the Z direction, and the thickness direction of the structure is the Y direction.
(B) The outer surface along the XZ plane of the structure is the first surface and the second surface,
(C) The portion of the structure on the first surface side is the first portion, and the portion of the structure on the second surface side that is in contact with the first portion is the second portion,
(D) A side surface portion of the exterior member facing the first portion in the X direction is a first side surface portion, and a side surface portion of the exterior member facing the second portion in the X direction is a second side surface portion,
(E) When the linear expansion amount in the X direction of the first portion during charging is ΔX 1 , and the linear expansion amount in the X direction of the second portion during charging is ΔX 2 ,
ΔX 1 >ΔX 2
Further, at the time of charging, at least a part of the first portion contacts the first side surface portion of the exterior member, and the second portion does not contact the second side surface portion of the exterior member.
本開示の第1の態様に係るリチウムイオン電池にあっては、ΔX1,ΔX2,d1,dm,d2の値の関係が規定されている。また、本開示の第2の態様に係るリチウムイオン電池にあっては、充電時、ΔX1,ΔX2の値の関係が規定されており、第1の部分の少なくとも一部は外装部材の第1側面部と接触し、第2の部分は外装部材の第2側面部と接触しない。それ故、充電時、負極活物質の体積変化に起因した反りが発生し難いリチウムイオン電池を提供することができる。尚、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、また、付加的な効果があってもよい。 In the lithium ion battery according to a first aspect of the present disclosure, ΔX 1, ΔX 2, d 1, d m, the relationship of the value of d 2 is defined. Further, in the lithium-ion battery according to the second aspect of the present disclosure, the relationship between the values of ΔX 1 and ΔX 2 at the time of charging is defined, and at least a part of the first portion is the outer member of the exterior member. The second portion does not come into contact with the second side surface portion of the exterior member. Therefore, it is possible to provide a lithium-ion battery that is less likely to warp due to the volume change of the negative electrode active material during charging. It should be noted that the effects described in the present specification are merely examples and are not limited, and may have additional effects.
以下、図面を参照して、実施例に基づき本開示を説明するが、本開示は実施例に限定されるものではなく、実施例における種々の数値や材料は例示である。尚、説明は、以下の順序で行う。
1.本開示の第1の態様及び第2の態様に係るリチウムイオン電池、全般に関する説明
2.実施例1(本開示の第1の態様及び第2の態様に係るリチウムイオン電池)
3.実施例2(実施例1の変形であり、正極、セパレータ及び負極が捲回された構造体を有するリチウムイオン電池)
4.実施例3(実施例1の変形であり、正極、セパレータ及び負極が積層された構造体を有するリチウムイオン電池)
5.実施例4(本開示のリチウムイオン電池の応用例)
6.その他
Hereinafter, the present disclosure will be described based on examples with reference to the drawings, but the present disclosure is not limited to the examples, and various numerical values and materials in the examples are examples. The description will be given in the following order.
1. 1. General description of lithium-ion batteries according to first and second aspects of the present disclosure Example 1 (lithium ion battery according to first and second aspects of the present disclosure)
3. Example 2 (a modification of Example 1, which is a lithium ion battery having a structure in which a positive electrode, a separator and a negative electrode are wound)
4. Example 3 (a modification of Example 1, which is a lithium-ion battery having a structure in which a positive electrode, a separator, and a negative electrode are stacked)
5. Example 4 (Application example of the lithium-ion battery of the present disclosure)
6. Other
〈本開示の第1の態様及び第2の態様に係るリチウムイオン電池、全般に関する説明〉
本開示の第1の態様に係るリチウムイオン電池あるいは本開示の第2の態様に係るリチウムイオン電池(以下、これらを総称して、『本開示のリチウムイオン電池等』と呼ぶ場合がある)において、外装部材のヤング率は5×108Pa乃至7×109Paであることが好ましい。
<Explanation of General Lithium Ion Battery According to First and Second Aspects of Present Disclosure>
In the lithium ion battery according to the first aspect of the present disclosure or the lithium ion battery according to the second aspect of the present disclosure (hereinafter, these may be collectively referred to as “lithium ion battery or the like of the present disclosure”) The Young's modulus of the exterior member is preferably 5×10 8 Pa to 7×10 9 Pa.
上記の好ましい形態を含む本開示のリチウムイオン電池等において、外装部材は、プラスチック材料層(融着層)、金属層及びプラスチック材料層(表面保護層)の積層構造を有する形態、即ち、ラミネートフィルムである形態とすることが好ましい。ラミネートフィルム型のリチウムイオン電池とする場合、例えば、融着層同士が構造体を介して対向するように外装部材を折り畳んだ後、融着層の外周縁部同士を融着する。但し、外装部材は、2枚のラミネートフィルムが接着剤等を介して貼り合わされたものでもよい。融着層は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリエチレン、変性ポリプロピレン、これらの重合体等のオレフィン樹脂のフィルムから成る。金属層は、例えば、アルミニウム箔、ステンレス鋼箔、ニッケル箔等から成る。表面保護層は、例えば、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート等から成る。中でも、外装部材は、ポリエチレンフィルムと、アルミニウム箔と、ナイロンフィルムとがこの順に積層されたアルミラミネートフィルムであることが好ましい。但し、外装部材は、他の積層構造を有するラミネートフィルムでもよいし、ポリプロピレン等の高分子フィルムでもよいし、金属フィルムでもよい。 In the lithium-ion battery or the like of the present disclosure including the above-mentioned preferred forms, the exterior member has a laminated structure of a plastic material layer (fusion layer), a metal layer and a plastic material layer (surface protection layer), that is, a laminate film. It is preferable that the form is In the case of a laminate film type lithium ion battery, for example, after folding the exterior member so that the fusion layers face each other with the structure interposed therebetween, the outer peripheral edge portions of the fusion layers are fused. However, the exterior member may be one in which two laminated films are bonded together via an adhesive or the like. The fusing layer is made of, for example, a film of an olefin resin such as polyethylene, polypropylene, modified polyethylene, modified polypropylene, or a polymer thereof. The metal layer is made of, for example, aluminum foil, stainless steel foil, nickel foil, or the like. The surface protective layer is made of, for example, nylon, polyethylene terephthalate or the like. Above all, the exterior member is preferably an aluminum laminate film in which a polyethylene film, an aluminum foil, and a nylon film are laminated in this order. However, the exterior member may be a laminated film having another laminated structure, a polymer film such as polypropylene, or a metal film.
更には、以上に説明した各種の好ましい形態を含む本開示のリチウムイオン電池等において、電解質はゲル状電解質から成る形態とすることができるが、これに限定するものではない。液系電解質を用いたリチウムイオン電池の場合、負極とセパレータとが相対的に比較的自由に滑動することができ、また、正極とセパレータとが相対的に比較的自由に滑動することができる場合がある。そして、このような場合、負極活物質の膨張に起因したリチウムイオン電池の反りが発生し難い場合がある。一方、ゲル状電解質では、電解液の真空注入プロセスが必要とされず、連続塗工プロセスを採用することができるため、大面積のリチウムイオン電池を製造する際に生産性の点で優位であると考えられる。しかしながら、ゲル状電解質によって、負極とセパレータとの間の滑り、セパレータと正極との間の滑りが生じ難くなる場合があり、その結果、形状安定性は向上するが、負極と正極のX方向の歪み量の差を吸収できなくなり、リチウムイオン電池に反りが発生し易くなる場合があるが、本開示のリチウムイオン電池等では、このような問題が生じ難い。 Further, in the lithium ion battery of the present disclosure including the various preferable forms described above, the electrolyte may be a gel electrolyte, but the electrolyte is not limited thereto. In the case of a lithium-ion battery using a liquid electrolyte, the negative electrode and the separator can relatively relatively slide, and the positive electrode and the separator can relatively relatively slide. There is. In such a case, the warp of the lithium ion battery due to the expansion of the negative electrode active material may be difficult to occur. On the other hand, the gel electrolyte does not require a vacuum injection process of an electrolytic solution and can adopt a continuous coating process, which is advantageous in terms of productivity when manufacturing a large-area lithium ion battery. it is conceivable that. However, in some cases, the gel electrolyte may not easily cause slippage between the negative electrode and the separator and between the separator and the positive electrode. As a result, the shape stability is improved, but the negative electrode and the positive electrode in the X direction. In some cases, the lithium ion battery may not be able to absorb the difference in strain amount and warp easily, but in the lithium ion battery and the like of the present disclosure, such a problem is unlikely to occur.
セパレータは、正極と負極とを隔離して、正極と負極の接触に起因する電流の短絡を防止しながら、リチウムイオンを通過させるものである。以上に説明した各種の好ましい形態を含む本開示のリチウムイオン電池等において、セパレータは、例えば、ポリオレフィン系樹脂(ポリプロピレン樹脂やポリエチレン樹脂)、ポリイミド樹脂、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、芳香族ポリアミドといった合成樹脂から成る多孔質膜;セラミック等の多孔質膜;ガラス繊維;液晶ポリエステル繊維や芳香族ポリアミド繊維、セルロース系繊維から成る不織布から構成されている。あるいは又、セパレータを2種類以上の多孔質膜が積層された積層膜から構成することもできるし、無機物層が塗布されたセパレータや、無機物含有セパレータとすることもできる。 The separator separates the positive electrode and the negative electrode and prevents the short circuit of the current due to the contact between the positive electrode and the negative electrode while allowing lithium ions to pass through. In the lithium ion battery or the like of the present disclosure including the various preferable embodiments described above, the separator is, for example, a synthetic resin such as a polyolefin resin (polypropylene resin or polyethylene resin), a polyimide resin, a polytetrafluoroethylene resin, or an aromatic polyamide. A porous film made of ceramics; a glass fiber; a nonwoven fabric made of liquid crystal polyester fiber, aromatic polyamide fiber, or cellulosic fiber. Alternatively, the separator may be composed of a laminated film in which two or more kinds of porous films are laminated, or may be a separator coated with an inorganic material layer or an inorganic material-containing separator.
リチウムイオン電池の形状、形態として、平板型のラミネート型(ラミネートフィルム型)を挙げることができる。 Examples of the shape and form of the lithium ion battery include a flat plate type laminate type (laminate film type).
本開示のリチウムイオン電池において、正極活物質にはリチウム原子が含まれる形態とすることができる。 In the lithium-ion battery of the present disclosure, the positive electrode active material may have a form containing lithium atoms.
正極において、正極集電体の片面又は両面には、正極活物質層が形成されている。正極集電体を構成する材料として、アルミニウム、ニッケル、ステンレス鋼等の導電材料を例示することができる。正極活物質層は、正極活物質として、リチウムを吸蔵・放出可能である正極材料を含んでいる。正極活物質層は、更に、正極結着剤や正極導電剤等を含んでいてもよい。正極材料としてリチウム含有化合物を挙げることができ、高いエネルギー密度が得られるといった観点からは、リチウム含有複合酸化物、リチウム含有リン酸化合物を用いることが好ましい。リチウム含有複合酸化物は、リチウム、及び、1又は2以上の元素(以下、『他元素』と呼ぶ。但し、リチウムを除く)を構成元素として含む酸化物であり、層状岩塩型の結晶構造又はスピネル型の結晶構造を有している。また、リチウム含有リン酸化合物は、リチウム、及び、1又は2以上の元素(他元素)を構成元素として含むリン酸化合物であり、オリビン型の結晶構造を有している。尚、正極に関しては、後に詳しく説明する。 In the positive electrode, a positive electrode active material layer is formed on one surface or both surfaces of the positive electrode current collector. Examples of the material forming the positive electrode current collector include conductive materials such as aluminum, nickel, and stainless steel. The positive electrode active material layer contains, as a positive electrode active material, a positive electrode material capable of inserting and extracting lithium. The positive electrode active material layer may further contain a positive electrode binder, a positive electrode conductive agent, and the like. Examples of the positive electrode material include a lithium-containing compound, and from the viewpoint of obtaining a high energy density, it is preferable to use a lithium-containing composite oxide or a lithium-containing phosphate compound. The lithium-containing composite oxide is an oxide containing lithium and one or more elements (hereinafter referred to as “other elements”, except lithium) as constituent elements, and has a layered rock salt type crystal structure or It has a spinel type crystal structure. The lithium-containing phosphate compound is a phosphate compound containing lithium and one or more elements (other elements) as constituent elements and has an olivine-type crystal structure. The positive electrode will be described in detail later.
負極において、負極集電体の片面又は両面には、負極活物質層が形成されている。負極集電体を構成する材料として、銅、ニッケル、ステンレス鋼等の導電材料を挙げることができる。負極活物質層は、負極活物質として、リチウムを吸蔵・放出可能である負極材料を含んでいる。負極活物質層は、更に、負極結着剤や負極導電剤等を含んでいてもよい。負極結着剤及び負極導電剤は、正極結着剤及び正極導電剤と同様とすることができる。負極集電体の表面は、所謂アンカー効果に基づき負極集電体に対する負極活物質層の密着性を向上させるといった観点から、粗面化されていることが好ましい。この場合、少なくとも負極活物質層を形成すべき負極集電体の領域の表面が粗面化されていればよい。粗面化の方法として、例えば、電解処理を利用して微粒子を形成する方法を挙げることができる。電解処理とは、電解槽中において電解法を用いて負極集電体の表面に微粒子を形成することで負極集電体の表面に凹凸を設ける方法である。 In the negative electrode, a negative electrode active material layer is formed on one surface or both surfaces of the negative electrode current collector. Examples of the material forming the negative electrode current collector include conductive materials such as copper, nickel, and stainless steel. The negative electrode active material layer contains, as a negative electrode active material, a negative electrode material capable of inserting and extracting lithium. The negative electrode active material layer may further contain a negative electrode binder, a negative electrode conductive agent, and the like. The negative electrode binder and the negative electrode conductive agent can be the same as the positive electrode binder and the positive electrode conductive agent. The surface of the negative electrode current collector is preferably roughened from the viewpoint of improving the adhesion of the negative electrode active material layer to the negative electrode current collector based on the so-called anchor effect. In this case, at least the surface of the region of the negative electrode current collector in which the negative electrode active material layer is to be formed may be roughened. As a roughening method, for example, a method of forming fine particles by utilizing electrolytic treatment can be mentioned. The electrolytic treatment is a method of forming irregularities on the surface of the negative electrode current collector by forming fine particles on the surface of the negative electrode current collector using an electrolysis method in an electrolytic bath.
負極活物質層は、例えば、塗布法、気相法、液相法、溶射法、焼成法(焼結法)に基づき形成することができる。塗布法とは、粒子(粉末)状の負極活物質を負極結着剤等と混合した後、混合物を有機溶剤等の溶媒に分散させ、負極集電体に塗布する方法である。気相法とは、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、レーザーアブレーション法といったPVD法(物理的気相成長法)や、プラズマCVD法を含む各種CVD法(化学的気相成長法)である。液相法として、電解メッキ法や無電解メッキ法を挙げることができる。溶射法とは、溶融状態又は半溶融状態の負極活物質を負極集電体に噴き付ける方法である。焼成法とは、例えば、塗布法を用いて溶媒に分散された混合物を負極集電体に塗布した後、負極結着剤等の融点よりも高い温度で熱処理する方法であり、雰囲気焼成法、反応焼成法、ホットプレス焼成法を挙げることができる。尚、負極に関しては、後に詳しく説明する。 The negative electrode active material layer can be formed based on, for example, a coating method, a vapor phase method, a liquid phase method, a thermal spraying method, or a firing method (sintering method). The coating method is a method in which a negative electrode active material in the form of particles (powder) is mixed with a negative electrode binder and the like, and then the mixture is dispersed in a solvent such as an organic solvent and applied to a negative electrode current collector. The vapor phase method is a PVD method (physical vapor deposition method) such as a vacuum vapor deposition method, a sputtering method, an ion plating method, or a laser ablation method, and various CVD methods (chemical vapor deposition method) including a plasma CVD method. Is. Examples of the liquid phase method include an electrolytic plating method and an electroless plating method. The thermal spraying method is a method of spraying a molten or semi-molten negative electrode active material onto a negative electrode current collector. The firing method is, for example, a method of applying a mixture dispersed in a solvent using a coating method to a negative electrode current collector and then heat-treating the mixture at a temperature higher than the melting point of the negative electrode binder or the like, and an atmosphere firing method, A reaction firing method and a hot press firing method can be mentioned. The negative electrode will be described in detail later.
充電途中に意図せずにリチウムが負極に析出することを防止するために、負極材料の充電可能な容量は、正極の放電容量よりも大きいことが好ましい。即ち、リチウムを吸蔵・放出可能である負極材料の電気化学当量は、正極の電気化学当量よりも大きいことが好ましい。尚、負極に析出するリチウムとは、例えば、電極反応物質がリチウムである場合にはリチウム金属である。 In order to prevent unintentional deposition of lithium on the negative electrode during charging, the chargeable capacity of the negative electrode material is preferably larger than the discharge capacity of the positive electrode. That is, the electrochemical equivalent of the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium is preferably larger than the electrochemical equivalent of the positive electrode. The lithium deposited on the negative electrode is, for example, lithium metal when the electrode reactant is lithium.
本開示のリチウムイオン電池をリチウムイオン二次電池から構成する場合、使用に適した非水系電解液を構成するリチウム塩として、例えば、LiPF6、LiClO4、LiBF4、LiAsF6、LiSbF6、LiTaF6、LiNbF6、LiAlCl4、LiCF3SO3、LiCH3SO3、LiN(CF3SO2)2、LiC(CF3SO2)3、LiC4F9SO3、Li(FSO2)2N、Li(CF3SO2)2N、Li(C2F5SO2)2N、Li(CF3SO2)3C、LiBF3(C2F5)、LiB(C2O4)2、LiB(C6F5)4、LiPF3(C2F5)3、1/2Li2B12F12、Li2SiF6、LiCl、LiBr、LiIを挙げることができるが、これらに限定するものではない。また、有機溶媒として、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)といった環状炭酸エステル;ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジエチルカーボネート(DEC)といった鎖状炭酸エステル;テトラヒドロフラン(THF)、2−メチルテトラヒドロフラン(2−MeTHF)、1,3ジオキソラン(DOL)、4−メチル−1,3ジオキソラン(4−MeDOL)といった.環状エーテル;1,2ジメトキシエタン(DME)、1,2ジエトキシエタン(DEE)といった鎖状エーテル;γ−ブチロラクトン(GBL)、γ−バレロラクトン(GVL)といった環状エステル;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、蟻酸メチル、蟻酸エチル、蟻酸プロピル、酪酸メチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピルといった鎖状エステルを挙げることができる。あるいは又、有機溶媒として、テトラヒドロピラン、1,3ジオキサン、1,4ジオキサン、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N−ジメチルアセトアミド(DMA)、N−メチルピロリジノン(NMP)、N−メチルオキサゾリジノン(NMO)、N,N’−ジメチルイミダゾリジノン(DMI)、ジメチルスルホキシド(DMSO)、トリメチルホスフェート(TMP)、ニトロメタン(NM)、ニトロエタン(NE)、スルホラン(SL)、アセトニトリル(AN)、グルタロニトリル(GLN)、アジポニトリル(ADN)、メトキシアセトニトリル(MAN)、3−メトキシプロピオニトリル(MPN)、ジエチルエーテルを挙げることができる。あるいは又、イオン液体を用いることもできる。イオン液体として、従来公知のものを用いることができ、必要に応じて選択すればよい。
When configuring a lithium ion battery of the present disclosure from the lithium ion secondary battery, as the lithium salt that constitutes the non-aqueous electrolyte suitable for use, for example, LiPF 6, LiClO 4, LiBF 4, LiAsF 6, LiSbF 6, LiTaF 6 , LiNbF 6 , LiAlCl 4 , LiCF 3 SO 3 , LiCH 3 SO 3 , LiN(CF 3 SO 2 ) 2 , LiC(CF 3 SO 2 ) 3 , LiC 4 F 9 SO 3 , Li(FSO 2 ) 2 N , Li(CF 3 SO 2 ) 2 N, Li(C 2 F 5 SO 2 ) 2 N, Li(CF 3 SO 2 ) 3 C, LiBF 3 (C 2 F 5 ), LiB(C 2 O 4 ) 2 , LiB (C 6 F 5) 4, LiPF 3 (C 2 F 5) 3, 1 / 2Li 2 B 12
一般に、リチウムイオン電池の内部構造の非対称性に起因して、リチウムイオン電池の表(おもて)面側と裏面側とでは、充電時のXZ平面内での膨張量が異なる。実施例1にあっては、2次元応力シミュレーションに基づき、ラミネートフィルムから成る外装部材の寸法と、リチウムイオン電池の負極活物質の膨張に起因した構造体の膨張とが、リチウムイオン電池の反りにどのような影響を与えるかを検証した。 In general, due to the asymmetry of the internal structure of the lithium-ion battery, the amount of expansion in the XZ plane during charging differs between the front (front) surface side and the back surface side of the lithium-ion battery. In Example 1, based on the two-dimensional stress simulation, the dimension of the outer package member made of the laminate film and the expansion of the structure due to the expansion of the negative electrode active material of the lithium ion battery caused the warp of the lithium ion battery. I verified what kind of influence it has.
実施例1のリチウムイオン電池の断面を図1Aの概念図に示す。ここで、実施例1におけるリチウムイオン電池は、正極、セパレータ及び負極が捲回又は積層された構造体が外装部材に収納されて成り、電解質が充填されたリチウムイオン電池(リチウムイオン二次電池)である。そして、XY平面に沿った模式的な断面図を図1Aに示すように、
(A)構造体10の長手方向をX方向、構造体10の短手方向をZ方向、構造体10の厚さ方向をY方向とし、
(B)構造体10のXZ平面に沿った(即ち、XZ平面と平行な、あるいは、略平行な)外面を第1面10A及び第2面10Bとし、
(C)第1面側の構造体10の部分を第1の部分11、第1の部分11と接する、第2面側の構造体10の部分を第2の部分12とし、
(D)第1の部分11とX方向に対向する外装部材20の側面の部分を第1側面部21、第2の部分12とX方向に対向する外装部材20の側面の部分を第2側面部22とする。
A cross section of the lithium-ion battery of Example 1 is shown in the conceptual diagram of FIG. 1A. Here, the lithium-ion battery according to Example 1 is formed by housing a structure in which a positive electrode, a separator, and a negative electrode are wound or laminated in an exterior member, and is filled with an electrolyte (lithium-ion secondary battery). Is. Then, as shown in FIG. 1A, a schematic cross-sectional view along the XY plane,
(A) The longitudinal direction of the
(B) The outer surfaces of the
(C) A portion of the
(D) The side surface portion of the
そして、更には、
d1 :第1の部分11と第1側面部21との間に位置する隙間の最小値
d2 :第2の部分12と第2側面部22との間に位置する隙間の最大値
dm :第1の部分11と第2の部分12との境界を境界13としたとき、この境界13
とX方向に対向する外装部材20の側面の部分23と境界13との間に位置する
隙間の値(即ち、第1側面部21と第2側面部21の境界23と境界13との間
に位置する隙間)値
ΔX1:充電時の第1の部分11のX方向の線膨張量
ΔX2:充電時の第2の部分12のX方向の線膨張量
とする。
And moreover,
d 1 : The minimum value of the gap located between the
And the value of the gap located between the
ここで、簡単化のため、モデルとしてのリチウムイオン電池にあっては、構造体10の第1の部分11と第2の部分12とは一体となっていると仮定する。尚、構造体10の第1の部分11の厚さ(Y方向の厚さ)を1.0mm、構造体10の第2の部分12の厚さ(Y方向の厚さ)を1.0mmとする。また、第1の部分11と第2の部分12とは、境界13に対して対称であると仮定する。更には、構造体10の長手方向(X方向)の長さを20.0mmとする。また、ラミネートフィルムから成る外装部材20の厚さを0.1mmとし、外装部材20の第1側面部21と第2側面部22とは同一平面内にあり、この平面と構造体10の第2面10Bとの成す角度θを85度とする。即ち、
d1<dm<d2
を満足している。更には、充電時の第1の部分11のX方向、Y方向の膨張率を1.1%、6.0%とし、第2の部分12のX方向、Y方向の膨張率を1.0%、6.0%と仮定する。また、第1の部分11、第2の部分12のヤング率を2×108Pa、ポアソン比を0.3、ラミネートフィルムから成る外装部材20のヤング率を4×109Pa、ポアソン比を0.3とする。
Here, for simplification, in the lithium-ion battery as a model, it is assumed that the
d 1 <d m <d 2
Are satisfied. Furthermore, the expansion rates in the X and Y directions of the
そして、以上の条件の元、リチウムイオン電池の反り量がどう変化するか、以下の表1に示す4つのケースでシミュレーションを行った。尚、以上に説明したモデルでは、充電時の第1の部分11、第2の部分12のX方向への伸び量ΔX1,ΔX2は以下のとおりである。
ΔX1=20.0×1.1×10-2=0.22mm
ΔX2=20.0×1.0×10-2=0.20mm
即ち、
ΔX1>ΔX2
である。
Then, under the above conditions, simulations were performed in four cases shown in Table 1 below to see how the warp amount of the lithium ion battery changes. In the model described above, the amounts of expansion ΔX 1 and ΔX 2 in the X direction of the
ΔX 1 =20.0×1.1×10 -2 =0.22 mm
ΔX 2 =20.0×1.0×10 −2 =0.20 mm
That is,
ΔX 1 >ΔX 2
Is.
シミュレーション結果を以下の表2に示すが、リチウムイオン電池に対するラミネートフィルムの拘束力によってリチウムイオン電池全体の反りを抑制するには、ケース3を採用することが最も好ましい。即ち、
d1<ΔX1<dm<d2
を満足するとき、リチウムイオン電池の反りを最も少なくすることができた。云い換えれば、充電時、ΔX1>ΔX2であり、しかも、第1の部分11の少なくとも一部が外装部材20の第1側面部21と接触し、第2の部分12が外装部材20の第2側面部22と接触しないとき、リチウムイオン電池の反りを最も少なくすることができた。
The simulation results are shown in Table 2 below. In order to suppress the warpage of the entire lithium ion battery due to the binding force of the laminate film with respect to the lithium ion battery, Case 3 is most preferable. That is,
d 1 <ΔX 1 <d m <
When the above condition was satisfied, the warp of the lithium ion battery could be minimized. In other words, when charging, ΔX 1 >ΔX 2 , and at least part of the
[表1]
[Table 1]
[表2]
[Table 2]
尚、ケース1では、ΔX1>ΔX2であり、しかも、外装部材無しであるが故に、構造体10の伸びに何らの制約も無く、第1の部分側に凸に大きく反った。
In case 1, since ΔX 1 >ΔX 2 and there is no exterior member, there is no restriction on the elongation of the
ケース2(外装部材20のX方向の長さ20.6mm)では、第1の部分11は第1側面部21と衝突(干渉)せず、第2の部分12は第2側面部22と衝突(干渉)しない。即ち、構造体10のX方向への伸びには、第1面10A、第2面10Bと外装部材20との接触以外に制約が無く、しかも、第1の部分11のX方向の伸び量が、第2の部分12のX方向への伸び量よりも大きいので、第1の部分側に凸に反った。
In the case 2 (the length of the
一方、ケース3(外装部材20のX方向の長さ20.5mm)では、第1の部分11は第1側面部21と衝突(干渉)するが、第2の部分12は第2側面部22と衝突(干渉)しない。即ち、構造体10のX方向への伸びには、外装部材20による制約が第1の部分11に対してあるので、第2の部分側に凸に反ったが、反り量は最も少なかった。
On the other hand, in the case 3 (the length of the
更には、ケース4(外装部材20のX方向の長さ20.4mm)では、第1の部分11は第1側面部21と衝突(干渉)し、第2の部分12は第2側面部22と衝突(干渉)する。即ち、構造体10のX方向への伸びにはケース3よりも大きな制約があるので、ケース3よりも第2の部分側に凸に大きく反った。
Further, in the case 4 (the length of the
ところで、リチウムイオン電池全体の反りを抑制しようとする試みは今まであまりなされてきていない。その理由として、薄型、大判のリチウムイオン電池のニーズが最近になって高まってきたこと、信頼性、安全性の高いゲル状電解質の開発が、近年、進められてきたことが挙げられる。薄く、大判であればあるほど、断面2次モーメントが減少するため、同じ力で曲げようとすると、リチウムイオン電池は曲がり易くなる。更に、形状安定性の高いゲル状電解質の利点が逆に各層の密着性を高め、X方向の伸びの違いを滑りによって吸収できなくなり、反り易くなると考えられる。 By the way, attempts to suppress the warpage of the entire lithium-ion battery have not been made so far. The reason for this is that the needs for thin and large format lithium ion batteries have been recently increased, and the development of highly reliable and safe gel electrolyte has been advanced in recent years. The thinner and larger the film, the smaller the second moment of area, and therefore the lithium-ion battery is more likely to bend when trying to bend with the same force. Further, it is considered that the advantage of the gel electrolyte having high shape stability is that the adhesiveness of each layer is increased, and the difference in elongation in the X direction cannot be absorbed due to slippage, so that the gel tends to warp.
然るに、本開示のリチウムイオン電池にあっては、ΔX1,ΔX2,d1,dm,d2の値の関係が規定されているし、あるいは又、充電時、ΔX1,ΔX2の値の関係が規定されており、第1の部分の少なくとも一部は外装部材の第1側面部と接触し、第2の部分は外装部材の第2側面部と接触しない。即ち、リチウムイオン電池において、充電時に電極のX方向の伸びが大きい構造体の部分と外装部材との間に位置する隙間(空間)を狭くして、X方向の伸びが小さい構造体の部分と外装部材との間に位置する隙間(空間)を広くして、外装部材の干渉(拘束力)によって構造体全体の伸びを抑えて、反りの原因となるリチウムイオン電池の表面側と裏面側での伸び量の違いを抑制する。即ち、構造体のX方向における伸びを外装部材の側面部によって規制することで、構造体の表面側と裏面側の歪み量の差が減少して、リチウムイオン電池全体の反りを抑制することができ、充電時、負極活物質の体積変化に起因した反りが発生し難いリチウムイオン電池を提供することができる。しかも、リチウムイオン電池の設計変更をすること無く、外装部材の形状や外装部材を構成する材料によって反り量を制御することができるので、反りに対する柔軟な対処が可能となる。 However, in the lithium ion battery of the present disclosure, ΔX 1, ΔX 2, d 1, d m, to the relationship of the value of d 2 is defined Alternatively, during charging,, [Delta] X 1, the [Delta] X 2 A value relationship is defined, and at least a part of the first portion contacts the first side surface portion of the exterior member, and the second portion does not contact the second side surface portion of the exterior member. That is, in a lithium-ion battery, the gap (space) located between the exterior structure and the portion of the structure where the electrode stretches greatly in the X direction during charging is narrowed so that the structure does not expand much in the X direction. By widening the gap (space) between the exterior member and the exterior member interference (restraint force) to suppress the expansion of the entire structure, the front and back sides of the lithium-ion battery that cause warpage can be suppressed. Suppresses the difference in the amount of elongation. That is, by restricting the extension of the structure in the X direction by the side surface portion of the exterior member, the difference in strain amount between the front surface side and the back surface side of the structure is reduced, and the warpage of the entire lithium ion battery can be suppressed. Therefore, it is possible to provide a lithium-ion battery that is less likely to warp due to a change in the volume of the negative electrode active material during charging. Moreover, since the amount of warpage can be controlled by the shape of the exterior member and the material forming the exterior member without changing the design of the lithium-ion battery, it is possible to flexibly deal with the warpage.
図1Aに示した例では、外装部材20の第1側面部21と第2側面部22とは同一平面内にあるが、第1側面部21及び第2側面部22の形状は、このような形状に限定されない。図1Bあるいは図1Cに示すように、外装部材20の側面部の断面形状が一種の階段状となる場合もある。図1Bに示した例では、d1=dmであるし、図1Cに示した例では、dm=d2である。即ち、本開示の第1の態様に係るリチウムイオン電池の規定である、
d1<ΔX1<dm<d2
を満足していない。しかしながら、本開示の第2の態様に係るリチウムイオン電池の規定である、
(規定−A)ΔX1>ΔX2
であり、且つ、
(規定−B)充電時、第1の部分の少なくとも一部は外装部材の第1側面部と接触し、第2の部分は外装部材の第2側面部と接触しない。
といった規定を満足する限り、リチウムイオン電池全体の反りを抑制することができることが判った。云い換えれば、外装部材20の側面部の断面形状が凸である形状や凹である形状等を含む外装部材20の側面部の断面形状が如何なる形状、異形形状であっても、上記の(規定−A)及び(規定−B)満足する限り、リチウムイオン電池全体の反りを抑制することができることが判った。
In the example shown in FIG. 1A, the first
d 1 <ΔX 1 <d m <
Not satisfied. However, the provisions of the lithium-ion battery according to the second aspect of the present disclosure,
(Regulation-A) ΔX 1 >ΔX 2
And, and
(Regulation-B) At the time of charging, at least a part of the first portion contacts the first side surface portion of the exterior member, and the second portion does not contact the second side surface portion of the exterior member.
It has been found that the warpage of the entire lithium ion battery can be suppressed as long as the above conditions are satisfied. In other words, even if the cross-sectional shape of the side surface portion of the
尚、リチウムイオン電池にあっては、充電時、構造体は伸長し、放電時、収縮する。そして、充放電においては、伸長、収縮を繰り返す。従って、充電完了時、放電終了時、リチウムイオン電池を解体(分解)することで、d1,d2,dm,ΔX1,ΔX2の値を求めることができる。 In the case of a lithium ion battery, the structure expands during charging and contracts during discharging. Then, during charging and discharging, expansion and contraction are repeated. Therefore, the values of d 1 , d 2 , d m , ΔX 1 , and ΔX 2 can be obtained by disassembling (disassembling) the lithium ion battery at the time of completion of charging and at the time of discharging.
実施例2は実施例1の変形である。実施例2のリチウムイオン電池は、平板型のラミネートフィルム型のリチウムイオン電池(具体的には、リチウムイオン二次電池)から成り、正極、セパレータ及び負極が捲回されている。実施例2のリチウムイオン電池の模式的な分解斜視図を図2及び図3Aに示し、図2、図3Aに示す捲回電極体(構造体)の矢印A−Aに沿った模式的な拡大断面図(YZ平面に沿った模式的な拡大断面図)を図3Bに示す。更には、図3Bに示す捲回電極体の一部を拡大した模式的な一部断面図(XY平面に沿った模式的な一部断面図)を図4Aに示す。 The second embodiment is a modification of the first embodiment. The lithium ion battery of Example 2 is composed of a flat plate type laminate film type lithium ion battery (specifically, a lithium ion secondary battery), and a positive electrode, a separator and a negative electrode are wound. A schematic exploded perspective view of the lithium-ion battery of Example 2 is shown in FIGS. 2 and 3A, and a schematic enlargement of the wound electrode body (structure) shown in FIGS. 2 and 3A along arrow AA. A cross-sectional view (a schematic enlarged cross-sectional view along the YZ plane) is shown in FIG. 3B. Further, FIG. 4A shows a schematic partial cross-sectional view (a schematic partial cross-sectional view along the XY plane) in which a part of the wound electrode body shown in FIG. 3B is enlarged.
実施例2のリチウムイオン電池にあっては、ラミネートフィルムから成る外装部材40の内部に捲回電極体30が収納されている。捲回電極体30は、セパレータ35及び電解質層36を介して正極33と負極34とを積層した後、積層物を捲回することで作製することができる。正極33には正極リード31が取り付けられており、負極34には負極リード32が取り付けられている。捲回電極体30の最外周部は、保護テープ37によって保護されている。
In the lithium-ion battery of Example 2, the
このような捲回電極体30にあっては、捲回中心を中心に積層物が捲回されている。図3Bにおいて、捲回中心を通るXZ平面をC−Cで示すが、この捲回中心を通るXZ平面が、実施例1における第1の部分と第2の部分との境界に相当する。そして、図3Bにおいて、C−Cで示すXZ平面より上方に位置する捲回部分(実施例1における第1の部分に相当する)と、C−Cで示すXZ平面より下方に位置する捲回部分(実施例1における第2の部分に相当する)とでは、捲回数(巻き数)が異なるし、正極リード31、負極リード32の取付け位置が異なっている。即ち、リチウムイオン電池の内部の構成部材である捲回電極体(構造体)30における厚さ方向(Y方向)の非対称性(巻き数の非対称性、リードの取付け位置の非対称性)に起因した膨張量の違いが曲げモーメントを発生させる。しかしながら、実施例2にあっても、ΔX1,ΔX2,d1,dm,d2の値の関係を規定することで、あるいは又、充電時、ΔX1,ΔX2の値の関係を規定し、第1の部分の少なくとも一部は外装部材の第1側面部と接触し、第2の部分は外装部材の第2側面部と接触しない構成、構造とすることで、充電時、負極活物質の体積変化に起因した反りが発生し難いリチウムイオン電池を提供することができる。
In such a
正極リード31及び負極リード32は、外装部材40の内部から外部に向かって同一方向に突出している。正極リード31は、アルミニウム等の導電性材料から形成されている。負極リード32は、銅、ニッケル、ステンレス鋼等の導電性材料から形成されている。これらの導電性材料は、例えば、薄板状又は網目状である。
The
外装部材40は、図2に示す矢印Rの方向に折り畳み可能な1枚のフィルムであり、外装部材40の一部には、捲回電極体30を収納するための窪み(エンボス)が設けられている。外装部材40は、具体的には、ナイロンフィルム(厚さ30μm)と、アルミニウム箔(厚さ40μm)と、無延伸ポリプロピレンフィルム(厚さ30μm)とが外側からこの順に積層された耐湿性のアルミラミネートフィルム(総厚100μm)から成る。
The
外気の侵入を防止するために、外装部材40と正極リード31との間、及び、外装部材40と負極リード32との間には、密着フィルム41が挿入されている。密着フィルム41は、正極リード31及び負極リード32に対して密着性を有する材料、例えば、ポリオレフィン樹脂等、より具体的には、ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリエチレン、変性ポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂から成る。
図3B、図4Aに示すように、正極33は、正極集電体33Aの片面又は両面に正極活物質層33Bを有している。また、負極34は、負極集電体34Aの片面又は両面に負極活物質層34Bを有している。
As shown in FIGS. 3B and 4A, the
正極33を作製する場合、先ず、正極活物質〈LiCoO2〉91質量部と、正極結着剤(ポリフッ化ビニリデン)3質量部と、正極導電剤(黒鉛、グラファイト)6質量部とを混合して、正極合剤とする。そして、正極合剤を有機溶剤(N−メチル−2−ピロリドン)と混合して、ペースト状の正極合剤スラリーとする。次いで、コーティング装置を用いて帯状の正極集電体33A(厚さ12μmのアルミニウム箔)の両面に正極合剤スラリーを塗布した後、正極合剤スラリーを乾燥させて、正極活物質層33Bを形成する。そして、ロールプレス機を用いて正極活物質層33Bを圧縮成型する。
When producing the
正極活物質としてLi1.15(Mn0.65Ni0.22Co0.13)0.85O2を得る場合、先ず、硫酸ニッケル〈NiSO4〉と、硫酸コバルト〈CoSO4〉と、硫酸マンガン〈MnSO4〉とを混合する。そして、混合物を水に分散させて、水溶液を調製する。次いで、水溶液を十分に攪拌しながら、水溶液に水酸化ナトリウム〈NaOH〉を添加して、共沈物(マンガン・ニッケル・コバルト複合共沈水酸化物)を得る。その後、共沈物を水洗してから乾燥させ、次いで、共沈物に水酸化リチウム一水和塩を添加して、前駆体を得る。そして、大気中において前駆体を焼成(800゜C×10時間)することで、上記の正極活物質を得ることができる。 When obtaining Li 1.15 (Mn 0.65 Ni 0.22 Co 0.13 ) 0.85 O 2 as the positive electrode active material, first, nickel sulfate <NiSO 4 >, cobalt sulfate <CoSO 4 > and manganese sulfate <MnSO 4 > are mixed. Then, the mixture is dispersed in water to prepare an aqueous solution. Next, while sufficiently stirring the aqueous solution, sodium hydroxide <NaOH> is added to the aqueous solution to obtain a coprecipitate (manganese-nickel-cobalt composite coprecipitated hydroxide). Then, the coprecipitate is washed with water and dried, and then lithium hydroxide monohydrate salt is added to the coprecipitate to obtain a precursor. Then, the above positive electrode active material can be obtained by baking the precursor in the air (800° C.×10 hours).
また、正極活物質としてLiNi0.5Mn1.50O4を得る場合、先ず、炭酸リチウム〈Li2CO3〉と、酸化マンガン〈MnO2〉と、酸化ニッケル〈NiO〉とを秤量して、ボールミルを用いて秤量物を混合する。この場合、主要元素の混合比(モル比)をNi:Mn=25:75とする。次いで、大気中において混合物を焼成(800゜C×10時間)した後、冷却する。次に、ボールミルを用いて焼成物を再混合した後、大気中において焼成物を再焼成(700゜C×10時間)することで、上記の正極活物質を得ることができる。 When LiNi 0.5 Mn 1.50 O 4 is obtained as the positive electrode active material, first, lithium carbonate <Li 2 CO 3 >, manganese oxide <MnO 2 >, and nickel oxide <NiO> are weighed and a ball mill is used. And mix the weighings. In this case, the mixing ratio (molar ratio) of the main elements is Ni:Mn=25:75. Then, the mixture is baked in the air (800° C.×10 hours) and then cooled. Next, after re-mixing the fired product using a ball mill, the fired product is re-fired (700° C.×10 hours) in the air, whereby the positive electrode active material can be obtained.
あるいは又、正極活物質として、以下の式(A)で表される化合物、あるいは、LiNiMnO系材料を用いることもできる。 Alternatively, a compound represented by the following formula (A) or a LiNiMnO-based material can be used as the positive electrode active material.
Li1+a(MnbCocNi1-b-c)1-aM0 dO2-e (A)
ここで、「M0」は、長周期型周期表における2族〜15族に属する元素(但し、マンガン、コバルト及びニッケルを除く)の少なくとも1種類であり、0<a<0.25,0.3≦b<0.7,0≦c<1−b,0≦d≦1,0≦e≦1を満足する。具体的には、Li1.15(Mn0.65Ni0.22Co0.13)0.85O2を例示することができる。また、LiNiMnO系材料として、具体的には、LiNi0.5Mn1.50O4を例示することができる。
Li 1+a (Mn b Co c Ni 1-bc ) 1-a M 0 d O 2-e (A)
Here, “M 0 ”is at least one kind of elements belonging to
負極34を作製する場合、先ず、負極活物質(黒鉛、グラファイト)97質量部と、負極結着剤(ポリフッ化ビニリデン)3質量部とを混合して、負極合剤とする。黒鉛の平均粒径d50を20μmとする。次いで、負極合剤を有機溶剤(N−メチル−2−ピロリドン)と混合して、ペースト状の負極合剤スラリーとする。そして、コーティング装置を用いて帯状の負極集電体34A(厚さ15μmの銅箔)の両面に負極合剤スラリーを塗布した後、負極合剤スラリーを乾燥させて、負極活物質層34Bを形成する。そして、ロールプレス機を用いて負極活物質層34Bを圧縮成型する。
When manufacturing the
あるいは又、負極活物質(ケイ素)と負極結着剤の前駆体(ポリアミック酸)とを混合して、負極合剤とすることもできる。この場合、混合比を乾燥質量比でケイ素:ポリアミック酸=80:20とする。ケイ素の平均粒径d50を1μmとする。ポリアミック酸の溶媒として、N−メチル−2−ピロリドン及びN,N−ジメチルアセトアミドを用いる。また、圧縮成型の後、真空雰囲気中において負極合剤スラリーを、400゜C×12時間といった条件で加熱する。これによって、負極結着剤であるポリイミドが形成される。 Alternatively, the negative electrode active material (silicon) and the precursor of the negative electrode binder (polyamic acid) can be mixed to form a negative electrode mixture. In this case, the mixing ratio is a dry mass ratio of silicon:polyamic acid=80:20. The average particle size d 50 of silicon is 1 μm. N-methyl-2-pyrrolidone and N,N-dimethylacetamide are used as the solvent for the polyamic acid. After compression molding, the negative electrode mixture slurry is heated in a vacuum atmosphere under the condition of 400° C.×12 hours. As a result, polyimide, which is the negative electrode binder, is formed.
セパレータ35は、厚さ20μmの微多孔性ポリエチレンフィルムから成る。また、捲回電極体30には、ゲル状電解質である非水系電解液が含浸されている。
The
電解質層36は、非水系電解液及び保持用高分子化合物を含んでおり、非水系電解液は、保持用高分子化合物によって保持されている。電解質層36は、ゲル状電解質であり、高いイオン伝導率(例えば、室温で1mS/cm以上)が得られると共に、非水系電解液の漏液が防止される。電解質層36は、更に、添加剤等の他の材料を含んでいてもよい。
The
非水系電解液の組成として、以下の表3、表4を例示することができる。 Tables 3 and 4 below can be exemplified as the composition of the non-aqueous electrolyte solution.
[表3]
有機溶媒 :EC/PC 質量比で1/1
非水系電解液を構成するリチウム塩:LiPF6 1.0モル/有機溶媒1kg
その他の添加剤 :炭酸ビニレン(VC) 1質量%
[Table 3]
Organic solvent: EC/PC Mass ratio 1/1
Lithium salt constituting the non-aqueous electrolyte: LiPF 6 1.0 mol/organic solvent 1 kg
Other additives: Vinylene carbonate (VC) 1% by mass
[表4]
有機溶媒 :EC/DMC/FEC
質量比で2.7/6.3/1.0
非水系電解液を構成するリチウム塩:LiPF6 1.0モル/有機溶媒1kg
[Table 4]
Organic solvent: EC/DMC/FEC
2.7/6.3/1.0 by mass ratio
Lithium salt constituting the non-aqueous electrolyte: LiPF 6 1.0 mol/organic solvent 1 kg
保持用高分子化合物として、具体的には、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリヘキサフルオロプロピレン、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリフォスファゼン、ポリシロキサン、ポリフッ化ビニル(PVF)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂(PFA)、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合体(FEP)、エチレン−四フッ化エチレン共重合体(ETFE)、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリメタクリル酸メチル、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、スチレン−ブタジエンゴム、ニトリル−ブタジエンゴム、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエチレンオキシド、塩化ビニルを例示することができる。これらは、単独で用いてもよいし、混合して用いてもよい。また、保持用高分子化合物は共重合体であってもよい。共重合体として、具体的には、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロピレンとの共重合体等を例示することができるが、中でも、電気化学的な安定性といった観点から、単独重合体としてポリフッ化ビニリデンが好ましく、共重合体としてフッ化ビニリデンとヘキサフルオロピレンとの共重合体が好ましい。また、フィラーとして、Al2O3、SiO2、TiO2、BN(窒化ホウ等の耐熱性の高い化合物を含んでいてもよい。 As the polymer compound for holding, specifically, polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, polyhexafluoropropylene, polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyphosphazene, polysiloxane, polyvinyl fluoride (PVF), poly Chlorotrifluoroethylene (PCTFE), perfluoroalkoxy fluororesin (PFA), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), ethylene-tetrafluoroethylene copolymer (ETFE), ethylene-chlorotrifluoro Examples include ethylene copolymer (ECTFE), polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, polymethyl methacrylate, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, styrene-butadiene rubber, nitrile-butadiene rubber, polystyrene, polycarbonate, polyethylene oxide, and vinyl chloride. be able to. These may be used alone or in combination. Further, the retaining polymer compound may be a copolymer. As the copolymer, specifically, a copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropyrene can be exemplified. Among them, from the viewpoint of electrochemical stability, polyvinylidene fluoride is a homopolymer. Is preferable, and a copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropyrene is preferable as the copolymer. Further, as the filler, Al 2 O 3 , SiO 2 , TiO 2 , BN (a compound having high heat resistance such as boronitride) may be contained.
非水系電解液を調製する場合、詳細は後述するが、第1化合物、第2化合物、第3化合物、及び、他の材料を混合、撹拌する。第1化合物として、ビスフルオロスルホニルイミドリチウム〈LiFSI〉又はビストリフルオロメチルスルホニルイミドリチウム〈LiTFSI〉を用いる。また、第2化合物として、非酸素含有モノニトリル化合物であるアセトニトリル(AN)、プロピオニトリル(PN)若しくはブチロニトリル(BN)、又は、酸素含有モノニトリル化合物であるメトキシアセトニトリル(MAN)を用いる。更には、第3化合物として、不飽和環状炭酸エステルである炭酸ビニレン(VC)、炭酸ビニルエチレン(VEC)若しくは炭酸メチレンエチレン(MEC)、又は、ハロゲン化炭酸エステルである4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン(FEC)若しくは炭酸ビス(フルオロメチル)(DFDMC)、又は、ポリニトリル化合物であるスクシノニトリル(SN)を用いる。更には、他の材料として、環状炭酸エステルである炭酸エチレン(EC)、鎖状炭酸エステルである炭酸ジメチル(DMC)、電解質塩である六フッ化リン酸リチウム〈LiPF6〉、四フッ化ホウ酸リチウム〈LiBF4〉を用いる。 When the non-aqueous electrolyte solution is prepared, the first compound, the second compound, the third compound and other materials are mixed and stirred, which will be described in detail later. As the first compound, bisfluorosulfonylimide lithium <LiFSI> or bistrifluoromethylsulfonylimide lithium <LiTFSI> is used. Further, as the second compound, acetonitrile (AN), propionitrile (PN) or butyronitrile (BN) which is a non-oxygen containing mononitrile compound, or methoxyacetonitrile (MAN) which is an oxygen containing mononitrile compound is used. Further, as the third compound, vinylene carbonate (VC), vinyl ethylene carbonate (VEC) or methylene ethylene carbonate (MEC), which are unsaturated cyclic carbonic acid esters, or 4-fluoro-1,3 which is a halogenated carbonic acid ester, is used. -Using dioxolan-2-one (FEC) or bis(fluoromethyl)carbonate (DFDMC), or succinonitrile (SN), which is a polynitrile compound. Further, as other materials, ethylene carbonate (EC) which is a cyclic carbonic acid ester, dimethyl carbonate (DMC) which is a chain carbonic acid ester, lithium hexafluorophosphate <LiPF 6 > which is an electrolyte salt, and tetrafluoroborate. Lithium acid <LiBF 4 > is used.
尚、ゲル状の電解質である電解質層36において、非水系電解液の溶媒とは、液状の材料だけでなく、電解質塩を解離させることが可能なイオン伝導性を有する材料まで含む広い概念である。よって、イオン伝導性を有する高分子化合物を用いる場合には、高分子化合物も溶媒に含まれる。ゲル状の電解質層36に代えて、非水系電解液をそのまま用いてもよい。この場合、非水系電解液が捲回電極体30に含浸される。
In the
具体的には、電解質層36を形成する場合、先ず、非水系電解液を調製する。そして、非水系電解液と、保持用高分子化合物と、有機溶剤(炭酸ジメチル)とを混合して、ゾル状の前駆体溶液を調製する。保持用高分子化合物として、ヘキサフルオロプロピレンとフッ化ビニリデンとの共重合体(ヘキサフルオロプロピレンの共重合量=6.9質量%)を用いる。次いで、正極33及び負極34に前駆体溶液を塗布した後、前駆体溶液を乾燥させて、ゲル状の電解質層36を形成する。
Specifically, when forming the
正極33に含まれている正極活物質と負極34に含まれている負極活物質との間の領域(活物質間領域)の内のいずれかに、絶縁性材料を備えていてもよい。絶縁性材料が配置される場所は、活物質間領域の内のいずれかであれば特に限定されない。即ち、絶縁性材料は、正極33(正極活物質層33B)中に存在していてもよいし、負極34(負極活物質層34B)中に存在していてもよいし、正極33と負極34との間に存在していてもよい。一例を挙げると、絶縁性材料を配置する場所に関して、例えば、以下で説明するように、3通りの態様を挙げることができる。
An insulating material may be provided in any of the regions (interactive material regions) between the positive electrode active material contained in the
第1態様においては、図4Bに示すように、正極活物質層33Bは、粒子状の正極活物質211を含んでいる。そして、正極活物質211の表面に、絶縁性材料を含む層(第1絶縁層である活物質絶縁層212)が形成されている。活物質絶縁層212は、正極活物質211の表面の一部だけを被覆していてもよいし、全部を被覆していてもよい。活物質絶縁層212が正極活物質211の表面の一部を被覆している場合、互いに離間された複数の活物質絶縁層212が存在していてもよい。活物質絶縁層212は、単層であってもよいし、多層であってもよい。
In the first aspect, as shown in FIG. 4B, the positive electrode
活物質絶縁層212は、絶縁性セラミックス等の無機絶縁性材料から成り、あるいは又、絶縁性高分子化合物等の有機絶縁性材料から成り、あるいは又、無機絶縁性材料及び有機絶縁性材料から成る。絶縁性セラミックスとして、具体的には、酸化アルミニウム〈Al2O3〉、酸化ケイ素〈SiO2〉、酸化マグネシウム〈MgO〉、酸化チタン〈TiO2〉、酸化ジルコニウム〈ZrO2〉を例示することができるし、LiNbO3、LIPON〈Li3+yPO4-xNx,但し、0.5≦x≦1、−0.3<y<0.3〉、LISICON(Lithium-Super-Ion-CONductor)と呼ばれる材料、Thio−LISICON(例えば、Li3.25Ge0.25P0.75S4)、Li2S、Li2S−P2S5、Li2S−SiS2、Li2S−GeS2、Li2S−B2S5、Li2S−Al2S5及びLi2O−Al2O3−TiO2−P2O5(LATP)を例示することもできる。絶縁性高分子化合物は、結着剤を構成する材料と同様とすることができるが、中でも、フッ化ビニリデンの単独重合体(例えば、ポリフッ化ビニリデン)あるいは共重合体(例えば、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体)が好ましい。物理的強度に優れていると共に、電気化学的に安定だからである。フッ化ビニリデンと共重合される単量体は、ヘキサフルオロプロピレン以外の単量体であってもよい。
The active
正極活物質211の表面に活物質絶縁層212を形成する手順は、例えば、以下のとおりである。尚、活物質絶縁層212が絶縁性セラミックスを含む場合を例にとり説明する。活物質絶縁層212を形成する場合、正極活物質211の粒子と絶縁性セラミックスの粒子とを混合する。そして、ボールミル、ジェットミル、擂潰機、微粉粉砕機等を用いて、混合物を粉砕・混合する。この場合、水等の分散媒又は溶媒を混合物に加えてもよい。これによって、正極活物質211の表面に絶縁性セラミックスが被着するため、活物質絶縁層212が形成される。その他、メカノフュージョン等のメカノケミカル処理を用いて、絶縁性セラミックスを被着させてもよい。また、スパッタリング法等のPVD法やCVD法に基づき、正極活物質211の表面に絶縁性セラミックスを堆積させてもよい。あるいは又、ゾル・ゲル法を用いてもよく、この場合、アルミニウム、ケイ素等を含むアルコキシド溶液に正極活物質211を浸漬させて、正極活物質211の表面に前駆体層を被着させた後、前駆体層を焼成すればよい。
The procedure for forming the active
第2態様においては、図4Cに示すように、負極34(負極活物質層34B)の表面に、絶縁性材料を含む層(第2絶縁層である負極絶縁層213)が設けられている。負極絶縁層213の被覆状態、層構造及び構成材料等に関する詳細は、上記の活物質絶縁層212と同様である。そして、この場合、特に、負極絶縁層213が絶縁性高分子化合物を含んでいると、負極34に対するセパレータ35の密着性が向上するため、捲回電極体30が歪み難くなる。そして、これによって、非水系電解液の分解反応が抑制されると共に、セパレータ35に含浸されている非水系電解液の漏液も抑制される。よって、充放電を繰り返しても抵抗が上昇し難くなると共に、リチウムイオン電池が膨れ難くなる。
In the second aspect, as shown in FIG. 4C, a layer containing an insulating material (a negative
負極活物質層34Bの表面に負極絶縁層213を形成する手順は、例えば、以下のとおりである。尚、負極絶縁層213が絶縁性セラミックス及び絶縁性高分子化合物を含む場合を例にとり説明する。負極絶縁層213を形成する場合、絶縁性セラミックスの粒子と、絶縁性高分子化合物と、N−メチル−2−ピロリドン等の溶媒とを混合して、絶縁性セラミックスの粒子を溶媒中に分散させると共に、絶縁性高分子化合物を溶媒に溶解させる。そして、混合液中に負極34を浸漬させた後、混合液中から負極34を取り出して乾燥させる。これによって、混合液中の溶媒が揮発すると共に絶縁性高分子化合物が膜化するため、負極活物質層34Bの表面に負極絶縁層213が形成される。この場合、乾燥前に負極34を加圧して、負極絶縁層213の厚さを調整してもよい。混合液中に負極34を浸漬させる代わりに、混合液を負極活物質層34Bの表面に塗布してもよい。
The procedure for forming the negative
あるいは又、負極絶縁層213を形成する場合、先ず、粉末状の絶縁性セラミックス80質量部と、絶縁性高分子化合物(ポリフッ化ビニリデン)20質量部とを混合した後、混合物を有機溶剤に分散させて、処理溶液を調製する。粉末状の絶縁性セラミックスとして、酸化アルミニウム〈Al2O3〉及び酸化ケイ素〈SiO2〉を用いる。絶縁性セラミックスの平均粒径d50を0.5μmとする。そして、処理溶液中に負極34を浸漬した後、グラビアローラを用いて負極34の表面に供給された処理溶液の厚さを調整する。そして、乾燥器を用いて処理溶液を120゜Cにて乾燥させて、処理溶液中の有機溶剤を揮発させる。こうして、負極活物質層34Bの表面に負極絶縁層213を形成することができる。負極絶縁層213の厚さを、例えば5μmとする。
Alternatively, when forming the negative
第3態様においては、図4Dに示すように、セパレータ35の表面に、絶縁性材料を含む層(第3絶縁層であるセパレータ絶縁層214)が設けられている。セパレータ絶縁層214は、セパレータ35の正極33と対向する面に設けられていてもよいし、負極34と対向する面に設けられていてもよいし、双方の面に設けられていてもよい。セパレータ絶縁層214の被覆状態、層構造及び構成材料等に関する詳細は、上記の活物質絶縁層212と同様である。そして、この場合、特に、セパレータ絶縁層214が絶縁性高分子化合物を含んでいると、正極33及び負極34に対するセパレータ35の密着性が向上するため、上記の負極絶縁層213が高分子化合物を含んでいる場合と同様の利点が得られる。
In the third aspect, as shown in FIG. 4D, a layer containing an insulating material (a
セパレータ絶縁層214を形成する場合、先ず、負極絶縁層213を調製した場合と同様の手順に基づき、処理溶液を調製する。次いで、処理溶液中にセパレータ35を浸漬する。そして、処理溶液中からセパレータ35を引き上げた後、セパレータ35を水で洗浄する。そして、セパレータ35の表面に供給された処理溶液を熱風で80゜Cにて乾燥させて、処理溶液中の有機溶剤を揮発させる。こうして、セパレータ35の両面にセパレータ絶縁層214を形成することができる。セパレータ35の両面に形成されたセパレータ絶縁層214の厚さ(総厚)を、例えば4.5μmとする。
When the
セパレータ35の表面にセパレータ絶縁層214を形成する手順は、上記の負極絶縁層213を形成する手順と同様である。セパレータ絶縁層214が絶縁性高分子化合物だけを含む場合には、絶縁性セラミックスの粒子を用いないことを除き、セパレータ絶縁層214が絶縁性セラミックス及び絶縁性高分子化合物を含む場合と同様の手順を用いればよい。
The procedure for forming the
活物質間領域の内のいずれかに絶縁性材料を配置することで、電池特性と安全性とを両立させることができる。即ち、活物質間領域に絶縁性材料が配置されていると、リチウムイオン電池の内部において熱暴走等の異常が発生し難くなるため、安全性が向上する。しかも、非水系電解液が第1化合物(後述する)を含んでいると、第1化合物との反応に起因して絶縁性材料の表面状態が適正化されるため、活物質間領域に絶縁性材料が存在していても、リチウムイオンが円滑に移動し易くなるため、電池特性が確保される。よって、電池特性を確保しつつ、安全性が向上する。 By disposing the insulating material in any of the regions between the active materials, it is possible to achieve both battery characteristics and safety. That is, when the insulating material is arranged in the region between the active materials, abnormalities such as thermal runaway are less likely to occur inside the lithium ion battery, so that the safety is improved. Moreover, when the non-aqueous electrolyte solution contains the first compound (described later), the surface state of the insulating material is optimized due to the reaction with the first compound, and thus the insulating property in the inter-active material region is improved. Even if the material is present, the lithium ions easily move smoothly, so that the battery characteristics are secured. Therefore, safety is improved while ensuring battery characteristics.
絶縁性材料の表面状態が適正化されるメカニズムは、例えば、以下のとおりであると考えられる。即ち、絶縁性材料が酸化アルミニウム等の絶縁性セラミックスを含んでいる場合、絶縁性材料の粒子表面に存在する水酸基〈−OH〉に起因して、リチウムイオンが移動し難くなる傾向にある。しかしながら、非水系電解液に第1化合物(後述する)が含まれていると、第1化合物と絶縁性材料とが反応するため、絶縁性材料の表面に、リチウムイオンの移動を阻害し難い被膜が形成される。この場合、例えば、第1化合物がSO2−F結合を含んでいると、SO2−F結合と水酸基とが反応するため、セラミックスの粒子表面にF−SO2−N−SO2−O−結合を有する良好な被膜が形成される。そして、この被膜によって、セラミックスの表面状態がリチウムイオンの移動を阻害し難くなるように改質される。 The mechanism by which the surface state of the insulating material is optimized is considered to be as follows, for example. That is, when the insulating material contains insulating ceramics such as aluminum oxide, lithium ions tend to be difficult to move due to the hydroxyl group <-OH> existing on the particle surface of the insulating material. However, when the first compound (described later) is contained in the non-aqueous electrolyte, the first compound reacts with the insulating material, so that the surface of the insulating material is a film that does not easily inhibit the movement of lithium ions. Is formed. In this case, for example, the first compound contains a SO 2 -F bond, SO 2 -F bond and because the hydroxyl group and is reacted, F-SO 2 -N-SO 2 on the surface of the particles of the ceramic -O- A good film with bonds is formed. Then, by this coating, the surface state of the ceramic is modified so that it is difficult to inhibit the movement of lithium ions.
ゲル状の電解質層36を備えたリチウムイオン電池は、例えば、以下の3種類の手順に基づき製造することができる。尚、以下の説明では、絶縁層212,213,214の形成手順は省略する。
The lithium ion battery provided with the
第1の手順にあっては、先ず、正極集電体33Aの両面に正極活物質層33Bを形成し、負極集電体34Aの両面に負極活物質層34Bを形成する。一方、非水系電解液、保持用高分子化合物及び有機溶剤を混合して、ゾル状の前駆体溶液を調製する。そして、正極33及び負極34に前駆体溶液を塗布した後、前駆体溶液を乾燥させて、ゲル状の電解質層36を形成する。その後、溶接法等を用いて、正極集電体33Aに正極リード31を取り付け、負極集電体34Aに負極リード32を取り付ける。次に、厚さ25μmの微孔性プリプロピレンフィルムから成るセパレータ35を介して正極33と負極34とを積層し、捲回して、捲回電極体30を作製した後、最外周部に保護テープ37を貼り付ける。その後、捲回電極体30を挟むように外装部材40を折り畳んだ後、熱融着法等を用いて外装部材40の外周縁部同士を接着させて、外装部材40の内部に捲回電極体30を封入する。尚、正極リード31及び負極リード32と外装部材40との間に密着フィルム(厚さ50μmの酸変性プロピレンフィルム)41を挿入しておく。
In the first procedure, first, the positive electrode active material layers 33B are formed on both surfaces of the positive electrode
あるいは又、第2の手順にあっては、先ず、正極33及び負極34を作製する。そして、正極33に正極リード31を取り付け、負極34に負極リード32を取り付ける。その後、セパレータ35を介して正極33と負極34とを積層し、捲回して、捲回電極体30の前駆体である捲回体を作製した後、捲回体の最外周部に保護テープ37を貼り付ける。次いで、捲回体を挟むように外装部材40を折り畳んだ後、熱融着法等を用いて外装部材40の内の一辺の外周縁部を除いた残りの外周縁部を接着し、袋状の外装部材40の内部に捲回体を収納する。一方、非水系電解液と、高分子化合物の原料であるモノマーと、重合開始剤と、必要に応じて重合禁止剤等の他の材料とを混合して、電解質用組成物を調製する。そして、袋状の外装部材40の内部に電解質用組成物を注入した後、熱融着法等を用いて外装部材40を密封する。その後、モノマーを熱重合させて、高分子化合物を形成する。これによって、ゲル状の電解質層36が形成される。
Alternatively, in the second procedure, first, the
あるいは又、第3の手順にあっては、高分子化合物が両面に塗布されたセパレータ35を用いることを除き、第2の手順と同様にして、捲回体を作製して袋状の外装部材40の内部に収納する。セパレータ35に塗布される高分子化合物は、例えば、フッ化ビニリデンを成分とする重合体(単独重合体、共重合体又は多元共重合体)等である。具体的には、ポリフッ化ビニリデンや、フッ化ビニリデン及びヘキサフルオロプロピレンを成分とする二元系共重合体や、フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン及びクロロトリフルオロエチレンを成分とする三元系共重合体等である。フッ化ビニリデンを成分とする重合体と共に、他の1種類又は2種類以上の高分子化合物を用いてもよい。その後、非水系電解液を調製して外装部材40の内部に注入した後、熱融着法等を用いて外装部材40の開口部を密封する。次いで、外装部材40に荷重を加えながら加熱して、高分子化合物を介してセパレータ35を正極33及び負極34に密着させる。これによって、非水系電解液が高分子化合物に含浸すると共に、高分子化合物がゲル化し、電解質層36が形成される。
Alternatively, in the third procedure, a wound body is produced and a bag-shaped exterior member is manufactured in the same manner as in the second procedure except that the
第3の手順では、第1の手順よりもリチウムイオン電池の膨れが抑制される。また、第3の手順では、第2の手順と比較して、溶媒及び高分子化合物の原料であるモノマー等が電解質層36中に殆ど残存しないため、高分子化合物の形成工程が良好に制御される。そのため、正極33、負極34及びセパレータ35と電解質層36とが十分に密着する。
In the third procedure, the swelling of the lithium ion battery is suppressed more than in the first procedure. Further, in the third procedure, as compared with the second procedure, the solvent and the monomer or the like as the raw material of the polymer compound hardly remain in the
実施例2のリチウムイオン電池は、例えば、以下のように動作する。即ち、充電時、正極33からリチウムイオンが放出されると、リチウムイオンが非水系電解液を介して負極34に吸蔵される。一方、放電時、負極34からリチウムイオンが放出されると、リチウムイオンが非水系電解液を介して正極33に吸蔵される。リチウムイオン電池は、例えば、完全充電時の開回路電圧(電池電圧)が4.2ボルト乃至6.0ボルト、好ましくは4.25ボルト乃至6.0ボルト、より好ましくは4.3ボルト乃至4.55ボルトとなるように設計されていることが望ましい。この場合、完全充電時の開回路電圧が4.2ボルトとなるように設計されている場合と比較して、同じ種類の正極活物質を用いても、単位質量当たりのリチウムの放出量が多くなる。このように、正極活物質の量と負極活物質との量を調整し、完全充電時の開回路電圧(電池電圧)が所定の電圧(上限電圧)となるようにリチウムイオン電池を設計することで、高いエネルギー密度が得られる。
The lithium-ion battery of Example 2 operates as follows, for example. That is, when lithium ions are released from the
実施例3も実施例1の変形である。実施例3のリチウムイオン電池は、平板型のラミネートフィルム型のリチウムイオン電池(具体的には、リチウムイオン二次電池)から成り、正極、セパレータ及び負極が積層されている。実施例3のリチウムイオン電池の模式的な断面図(XY平面に沿った模式的な一部断面図)を図5に示す。 The third embodiment is also a modification of the first embodiment. The lithium-ion battery of Example 3 is composed of a flat plate-type laminate film-type lithium-ion battery (specifically, a lithium-ion secondary battery), in which a positive electrode, a separator and a negative electrode are laminated. A schematic cross-sectional view (a schematic partial cross-sectional view along the XY plane) of the lithium-ion battery of Example 3 is shown in FIG.
実施例3のリチウムイオン電池にあっても、ラミネートフィルムから成る外装部材58の内部に積層電極体50が収納されている。積層電極体50は、セパレータ55及び電解質層(図示せず)を介して正極53と負極54とを積層することで作製することができる。正極53は正極集電体53A及び正極活物質層53Bから構成されており、正極活物質層53Bは、正極集電体53Aの両面に形成されている。負極54は負極集電体54A及び負極活物質層54Bから構成されており、負極活物質層54Bは、負極集電体54Aの両面に形成されている。図示した例では、図面の上の方から、下に向かって、負極集電体54A/負極活物質層54B/セパレータ55/正極活物質層53B/正極集電体53A/正極活物質層53B/セパレータ55/負極活物質層54B/負極集電体54A/負極活物質層54B/セパレータ55/正極活物質層53B/正極集電体53A/正極活物質層53B/セパレータ55・・・の順で積層されている。そして、図示した例では、正極53/セパレータ55/負極54の組が6組、積層されている。正極53のそれぞれには正極リード(図示せず)が取り付けられており、負極54には負極リード(図示せず)が取り付けられている。複数の正極リードは1つの正極出力端子部(図示せず)に纏められる。複数の負極リードは1つの負極出力端子部(図示せず)に纏められる。
Even in the lithium-ion battery of Example 3, the
このような積層電極体50にあっては、図5において、積層電極体50の厚さ方向の中心を通るXZ平面をA−Aで示すが、この積層中心を通るXZ平面が、実施例1における第1の部分と第2の部分との境界に相当する。そして、図5において、A−Aで示すXZ平面より上方に位置する積層部分(実施例1における第1の部分に相当する)と、A−Aで示すXZ平面より下方に位置する積層部分(実施例1における第2の部分に相当する)とでは、正極リード、負極リードの取付け位置が異なっている。即ち、リチウムイオン電池の内部の構成部材である積層電極体(構造体)50における厚さ方向の非対称性(リードの取付け位置の非対称性)に起因した膨張量の違いが曲げモーメントを発生させる。しかしながら、実施例3にあっても、ΔX1,ΔX2,d1,dm,d2の値の関係を規定することで、あるいは又、充電時、ΔX1,ΔX2の値の関係を規定し、第1の部分の少なくとも一部は外装部材の第1側面部と接触し、第2の部分は外装部材の第2側面部と接触しない構成、構造とすることで、充電時、負極活物質の体積変化に起因した反りが発生し難いリチウムイオン電池を提供することができる。
In such a
実施例3のリチウムイオン電池は、捲回であるか、積層であるかの違いを除き、実質的に、実施例2のリチウムイオン電池と同様の構成、構造を有するので、詳細な説明は省略する。また、実施例3のリチウムイオン電池は、実施例2のリチウムイオン電池と実質的に同様の方法で製造することができるので、詳細な説明は省略するし、 The lithium-ion battery of Example 3 has substantially the same configuration and structure as the lithium-ion battery of Example 2 except for the wound or laminated structure, and therefore detailed description is omitted. To do. Further, the lithium-ion battery of Example 3 can be manufactured by a method substantially similar to that of the lithium-ion battery of Example 2, so detailed description thereof will be omitted.
実施例4においては、本開示のリチウムイオン電池の適用例について説明する。 In Example 4, an application example of the lithium ion battery of the present disclosure will be described.
本開示のリチウムイオン電池の用途は、本開示のリチウムイオン電池(具体的には、リチウムイオン二次電池)を駆動用・作動用の電源又は電力蓄積用の電力貯蔵源として利用可能な機械、機器、器具、装置、システム(複数の機器等の集合体)であれば、特に限定されない。電源として使用されるリチウムイオン電池(具体的には、リチウムイオン二次電池)は、主電源(優先的に使用される電源)であってもよいし、補助電源(主電源に代えて、又は、主電源から切り換えて使用される電源)であってもよい。リチウムイオン電池を補助電源として使用する場合、主電源はリチウムイオン電池に限られない。 The application of the lithium-ion battery of the present disclosure is a machine in which the lithium-ion battery (specifically, a lithium-ion secondary battery) of the present disclosure can be used as a power source for driving/operating or a power storage source for power storage, It is not particularly limited as long as it is a device, an instrument, a device, and a system (a collection of a plurality of devices and the like). The lithium ion battery (specifically, a lithium ion secondary battery) used as a power source may be a main power source (power source used preferentially), or an auxiliary power source (instead of the main power source, or , A power source used by switching from the main power source). When using a lithium ion battery as an auxiliary power source, the main power source is not limited to the lithium ion battery.
本開示のリチウムイオン電池の用途として、具体的には、ビデオカメラやカムコーダ、デジタルスチルカメラ、携帯電話機、パーソナルコンピュータ、テレビジョン受像機、各種表示装置、コードレス電話機、ヘッドホンステレオ、音楽プレーヤ、携帯用ラジオ、電子ブックや電子新聞等の電子ペーパー、PDA(Personal Digital Assistant)を含む携帯用情報端末といった各種電子機器、電気機器(携帯用電子機器を含む);玩具;電気シェーバ等の携帯用生活器具;室内灯等の照明器具;ペースメーカや補聴器等の医療用電子機器;メモリーカード等の記憶用装置;着脱可能な電源としてパーソナルコンピュータ等に用いられる電池パック;電動ドリルや電動鋸等の電動工具;非常時等に備えて電力を蓄積しておく家庭用バッテリシステム等の電力貯蔵システムやホームエネルギーサーバ(家庭用蓄電装置);蓄電ユニットやバックアップ電源;電動自動車、電動バイク、電動自転車、セグウェイ(登録商標)等の電動車両;航空機や船舶の電力駆動力変換装置(具体的には、例えば、動力用モータ)の駆動を例示することができるが、これらの用途に限定するものではない。 Specific applications of the lithium-ion battery of the present disclosure include video cameras, camcorders, digital still cameras, mobile phones, personal computers, television receivers, various display devices, cordless phones, headphone stereos, music players, and mobile phones. Electronic equipment such as radio, electronic books such as electronic books and electronic newspapers, portable information terminals including PDAs (Personal Digital Assistants), electric equipment (including portable electronic equipment); toys; portable household appliances such as electric shavers Lighting equipment such as room lights; Medical electronic devices such as pacemakers and hearing aids; Memory devices such as memory cards; Battery packs used as removable power sources for personal computers; Electric tools such as electric drills and electric saws; Electric power storage systems such as household battery systems that store electric power in case of emergency, etc. and home energy servers (household power storage devices); power storage units and backup power supplies; electric vehicles, electric motorcycles, electric bicycles, segways (registration An electric vehicle such as a trademark); driving an electric power driving force conversion device (specifically, for example, a power motor) of an aircraft or a ship can be exemplified, but the invention is not limited to these applications.
中でも、本開示のリチウムイオン電池(具体的には、リチウムイオン二次電池)は、電池パック、電動車両、電力貯蔵システム、電動工具、電子機器、電気機器等に適用されることが有効である。優れた電池特性が要求されるため、本開示のリチウムイオン電池を用いることで、有効に性能向上を図ることができる。電池パックは、リチウムイオン二次電池を用いた電源であり、所謂組電池等である。電動車両は、リチウムイオン二次電池を駆動用電源として作動(走行)する車両であり、二次電池以外の駆動源を併せて備えた自動車(ハイブリッド自動車等)であってもよい。電力貯蔵システムは、リチウムイオン二次電池を電力貯蔵源として用いるシステムである。例えば、家庭用の電力貯蔵システムでは、電力貯蔵源であるリチウムイオン二次電池に電力が蓄積されているため、電力を利用して家庭用の電気製品等が使用可能となる。電動工具は、リチウムイオン二次電池を駆動用の電源として可動部(例えばドリル等)が可動する工具である。電子機器や電気機器は、リチウムイオン二次電池を作動用の電源(電力供給源)として各種機能を発揮する機器である。 Among them, the lithium ion battery of the present disclosure (specifically, a lithium ion secondary battery) is effectively applied to a battery pack, an electric vehicle, a power storage system, an electric tool, an electronic device, an electric device, or the like. .. Since excellent battery characteristics are required, it is possible to effectively improve the performance by using the lithium ion battery of the present disclosure. The battery pack is a power source using a lithium ion secondary battery and is a so-called assembled battery or the like. The electric vehicle is a vehicle that operates (runs) using a lithium ion secondary battery as a drive power source, and may be a vehicle (hybrid vehicle or the like) that also includes a drive source other than the secondary battery. The power storage system is a system that uses a lithium ion secondary battery as a power storage source. For example, in a household power storage system, since electric power is stored in a lithium ion secondary battery that is a power storage source, household electric appliances and the like can be used by using the electric power. The electric power tool is a tool in which a movable part (for example, a drill) is movable by using a lithium ion secondary battery as a power source for driving. Electronic devices and electric devices are devices that perform various functions using a lithium-ion secondary battery as a power supply (power supply source) for operation.
以下、リチウムイオン電池の幾つかの適用例について具体的に説明する。尚、以下で説明する各適用例の構成は、あくまで一例であり、構成は適宜変更可能である。 Hereinafter, some application examples of the lithium ion battery will be specifically described. The configuration of each application example described below is merely an example, and the configuration can be appropriately changed.
単電池を用いた電池パックを分解した模式的な斜視図を図6に示し、電池パック(単電池)の構成を表すブロック図を図7Aに示す。電池パックは、1つのリチウムイオン二次電池を用いた簡易型の電池パック(所謂ソフトパック)であり、例えば、スマートフォンに代表される電子機器等に搭載される。電池パックは、ラミネートフィルム型の実施例2〜実施例3のリチウムイオン電池から成る電源111、及び、電源111に接続された回路基板116を備えている。電源111には、正極リード112及び負極リード113が取り付けられている。
FIG. 6 shows a schematic perspective view of an exploded battery pack using the unit cells, and FIG. 7A shows a block diagram showing the configuration of the battery pack (unit cells). The battery pack is a simple type battery pack (so-called soft pack) that uses one lithium-ion secondary battery, and is mounted in, for example, an electronic device represented by a smartphone. The battery pack includes a
電源111の両側面には、一対の粘着テープ118,119が貼り付けられている。回路基板116には、保護回路(PCM:Protection Circuit Module)が設けられている。回路基板116は、タブ114を介して正極112に接続され、タブ115を介して負極リード113に接続されている。また、回路基板116には、外部接続用のコネクタ付きリード線117が接続されている。回路基板116が電源111に接続された状態において、回路基板116は、ラベル120及び絶縁シート121によって上下から保護されている。ラベル120を貼り付けることで、回路基板116及び絶縁シート121は固定される。回路基板116は、制御部121、スイッチ部122、PTC123、及び、温度検出部124を備えている。電源111は、正極端子125及び負極端子127を介して外部と接続可能であり、電源111は、正極端子125及び負極端子127を介して充放電される。温度検出部124は、温度検出端子(所謂、T端子)を介して温度を検出可能である。
A pair of
電池パック全体の動作(電源111の使用状態を含む)を制御する制御部121には、中央演算処理装置(CPU)及びメモリ等が備えられている。制御部121は、電池電圧が過充電検出電圧に到達すると、スイッチ部122を切断することで、電源111の電流経路に充電電流が流れないようにする。また、制御部121は、充電時において大電流が流れると、スイッチ部122を切断し、充電電流を遮断する。その他、制御部121は、電池電圧が過放電検出電圧に到達すると、スイッチ部122を切断することで、電源111の電流経路に放電電流が流れないようにする。また、制御部121は、放電時において大電流が流れると、スイッチ部122を切断し、放電電流を遮断する。
The
リチウムイオン電池の過充電検出電圧は、例えば、4.20ボルト±0.05ボルトであり、過放電検出電圧は、例えば、2.4ボルト±0.1ボルトである。 The overcharge detection voltage of the lithium ion battery is, for example, 4.20 V±0.05 V, and the overdischarge detection voltage is, for example, 2.4 V±0.1 V.
スイッチ部122は、制御部121の指示に応じて、電源111の使用状態(電源111と外部機器との接続の可否)を切り換える。スイッチ部122には、充電制御スイッチ及び放電制御スイッチ等が備えられている。充電制御スイッチ及び放電制御スイッチは、例えば、金属酸化物半導体を用いた電界効果トランジスタ(MOSFET)等の半導体スイッチから成る。充放電電流は、例えば、スイッチ部122のオン抵抗に基づいて検出される。
The
サーミスタ等の温度検出素子126を備えた温度検出部124は、電源111の温度を測定し、測定結果を制御部121に出力する。温度検出部124の測定結果は、異常発熱時における制御部121による充放電制御、制御部121による残容量算出時における補正処理等に用いられる。
The
回路基板116にはPTC123が備えられていなくともよく、この場合、別途、回路基板116にPTC素子を配設すればよい。
The
次に、図7Aに示したとは別の電池パック(組電池)の構成を表すブロック図を図7Bに示す。この電池パックは、例えば、プラスチック材料等から作製された筐体60の内部に、制御部61、電源62、スイッチ部63、電流測定部64、温度検出部65、電圧検出部66、スイッチ制御部67、メモリ68、温度検出素子69、電流検出抵抗70、正極端子71、及び、負極端子72を備えている。
Next, FIG. 7B is a block diagram showing the configuration of a battery pack (battery pack) different from that shown in FIG. 7A. This battery pack includes, for example, a
制御部61は、電池パック全体の動作(電源62の使用状態を含む)を制御し、例えば、CPU等を備えている。電源62は、例えば、実施例2〜実施例3において説明した2以上のリチウムイオン二次電池(図示せず)を含む組電池であり、リチウムイオン二次電池の接続形式は、直列でもよいし、並列でもよいし、双方の混合型でもよい。一例を挙げると、電源62は、2並列3直列となるように接続された6つのリチウムイオン二次電池を備えている。
The
スイッチ部63は、制御部61の指示に応じて電源62の使用状態(電源62と外部機器との接続の可否)を切り換える。スイッチ部63には、例えば、充電制御スイッチ、放電制御スイッチ、充電用ダイオード及び放電用ダイオード(いずれも図示せず)が備えられている。充電制御スイッチ及び放電制御スイッチは、例えば、MOSFET等の半導体スイッチから成る。
The
電流測定部64は、電流検出抵抗70を用いて電流を測定し、測定結果を制御部61に出力する。温度検出部65は、温度検出素子69を用いて温度を測定し、測定結果を制御部61に出力する。温度測定結果は、例えば、異常発熱時における制御部61による充放電制御、制御部61による残容量算出時における補正処理等に用いられる。電圧検出部66は、電源62中におけるリチウムイオン二次電池の電圧を測定し、測定電圧をアナログ−デジタル変換して制御部61に供給する。
The
スイッチ制御部67は、電流測定部64及び電圧検出部66から入力される信号に応じて、スイッチ部63の動作を制御する。スイッチ制御部67は、例えば、電池電圧が過充電検出電圧に到達した場合に、スイッチ部63(充電制御スイッチ)を切断して、電源62の電流経路に充電電流が流れないように制御する。これによって、電源62では、放電用ダイオードを介した放電のみが可能になる。また、スイッチ制御部67は、例えば、充電時に大電流が流れた場合に、充電電流を遮断する。更には、スイッチ制御部67は、例えば、電池電圧が過放電検出電圧に到達した場合に、スイッチ部63(放電制御スイッチ)を切断して、電源62の電流経路に放電電流が流れないようにする。これによって、電源62では、充電用ダイオードを介した充電のみが可能になる。また、スイッチ制御部67は、例えば、放電時に大電流が流れた場合に、放電電流を遮断する。
The
リチウムイオン二次電池の過充電検出電圧は、例えば、4.20ボルト±0.05ボルトであり、過放電検出電圧は、例えば、2.4ボルト±0.1ボルトである。 The overcharge detection voltage of the lithium ion secondary battery is, for example, 4.20 V±0.05 V, and the overdischarge detection voltage is, for example, 2.4 V±0.1 V.
メモリ68は、例えば、不揮発性メモリであるEEPROM等から成る。メモリ68には、例えば、制御部61によって演算された数値や、製造工程段階で測定されたリチウムイオン二次電池の情報(例えば、初期状態の内部抵抗等)等が記憶されている。メモリ68にリチウムイオン二次電池の満充電容量を記憶させておけば、制御部61が残容量等の情報を把握することが可能となる。サーミスタ等から成る温度検出素子69は、電源62の温度を測定し、測定結果を制御部61に出力する。正極端子71及び負極端子72は、電池パックによって作動させられる外部機器(例えばパーソナルコンピュータ等)や、電池パックを充電するために用いられる外部機器等(例えば充電器等)に接続される端子である。電源62の充放電は、正極端子71及び負極端子72を介して行われる。
The
次に、電動車両の一例であるハイブリッド自動車といった電動車両の構成を表すブロック図を図8Aに示す。電動車両は、例えば、金属製の筐体73の内部に、制御部74、エンジン75、電源76、駆動用のモータ77、差動装置78、発電機79、トランスミッション80及びクラッチ81、インバータ82,83、並びに、各種センサ84を備えている。その他、電動車両は、例えば、差動装置78や、トランスミッション80に接続された前輪用駆動軸85、前輪86、後輪用駆動軸87、後輪88を備えている。
Next, FIG. 8A is a block diagram showing the configuration of an electric vehicle such as a hybrid vehicle which is an example of the electric vehicle. The electric vehicle includes, for example, a
電動車両は、例えば、エンジン75又はモータ77のいずれか一方を駆動源として走行可能である。エンジン75は、主要な動力源であり、例えば、ガソリンエンジン等である。エンジン75を動力源とする場合、エンジン75の駆動力(回転力)は、例えば、駆動部である差動装置78、トランスミッション80及びクラッチ81を介して前輪86又は後輪88に伝達される。エンジン75の回転力は発電機79にも伝達され、回転力を利用して発電機79が交流電力を発生させ、交流電力はインバータ83を介して直流電力に変換され、電源76に蓄積される。一方、変換部であるモータ77を動力源とする場合、電源76から供給された電力(直流電力)がインバータ82を介して交流電力に変換され、交流電力を利用してモータ77を駆動する。モータ77によって電力から変換された駆動力(回転力)は、例えば、駆動部である差動装置78、トランスミッション80及びクラッチ81を介して前輪86又は後輪88に伝達される。
The electric vehicle can travel using, for example, either the engine 75 or the
図示しない制動機構を介して電動車両が減速すると、減速時の抵抗力がモータ77に回転力として伝達され、その回転力を利用してモータ77が交流電力を発生させるようにしてもよい。交流電力はインバータ82を介して直流電力に変換され、直流回生電力は電源76に蓄積される。
When the electric vehicle decelerates via a braking mechanism (not shown), the resistance force during deceleration may be transmitted to the
制御部74は、電動車両全体の動作を制御するものであり、例えば、CPU等を備えている。電源76は、実施例2〜実施例3において説明した1又は2以上のリチウムイオン二次電池(図示せず)を備えている。電源76は、外部電源と接続され、外部電源から電力供給を受けることで電力を蓄積する構成とすることもできる。各種センサ84は、例えば、エンジン75の回転数を制御すると共に、図示しないスロットルバルブの開度(スロットル開度)を制御するために用いられる。各種センサ84は、例えば、速度センサ、加速度センサ、エンジン回転数センサ等を備えている。
The
尚、電動車両がハイブリッド自動車である場合について説明したが、電動車両は、エンジン75を用いずに電源76及びモータ77だけを用いて作動する車両(電気自動車)でもよい。
Although the case where the electric vehicle is a hybrid vehicle has been described, the electric vehicle may be a vehicle (electric vehicle) that operates using only the power supply 76 and the
次に、電力貯蔵システムの構成を表すブロック図を図8Bに示す。電力貯蔵システムは、例えば、一般住宅及び商業用ビル等の家屋89の内部に、制御部90、電源91、スマートメータ92、及び、パワーハブ93を備えている。
Next, FIG. 8B is a block diagram showing the configuration of the power storage system. The power storage system includes, for example, a control unit 90, a
電源91は、例えば、家屋89の内部に設置された電気機器(電子機器)94に接続されていると共に、家屋89の外部に停車している電動車両96に接続可能である。また、電源91は、例えば、家屋89に設置された自家発電機95にパワーハブ93を介して接続されていると共に、スマートメータ92及びパワーハブ93を介して外部の集中型電力系統97に接続可能である。電気機器(電子機器)94は、例えば、1又は2以上の家電製品を含んでいる。家電製品として、例えば、冷蔵庫、エアコンディショナー、テレビジョン受像機、給湯器等を挙げることができる。自家発電機95は、例えば、太陽光発電機や風力発電機等から構成されている。電動車両96として、例えば、電動自動車、ハイブリッド自動車、電動オートバイ、電動自転車、セグウェイ(登録商標)等を挙げることができる。集中型電力系統97として、商用電源、発電装置、送電網、スマートグリッド(次世代送電網)を挙げることができるし、また、例えば、火力発電所、原子力発電所、水力発電所、風力発電所等を挙げることもできるし、集中型電力系統97に備えられた発電装置として、種々の太陽電池、燃料電池、風力発電装置、マイクロ水力発電装置、地熱発電装置等を例示することができるが、これらに限定するものではない。
The
制御部90は、電力貯蔵システム全体の動作(電源91の使用状態を含む)を制御するものであり、例えば、CPU等を備えている。電源91は、実施例2〜実施例3において説明した1又は2以上のリチウムイオン二次電池(図示せず)を備えている。スマートメータ92は、例えば、電力需要側の家屋89に設置されるネットワーク対応型の電力計であり、電力供給側と通信可能である。そして、スマートメータ92は、例えば、外部と通信しながら、家屋89における需要・供給のバランスを制御することで、効率的で安定したエネルギー供給が可能となる。
The control unit 90 controls the overall operation of the power storage system (including the usage state of the power supply 91), and includes, for example, a CPU. The
この電力貯蔵システムでは、例えば、外部電源である集中型電力系統97からスマートメータ92及びパワーハブ93を介して電源91に電力が蓄積されると共に、独立電源である自家発電機95からパワーハブ93を介して電源91に電力が蓄積される。電源91に蓄積された電力は、制御部90の指示に応じて電気機器(電子機器)94及び電動車両96に供給されるため、電気機器(電子機器)94の作動が可能になると共に、電動車両96が充電可能になる。即ち、電力貯蔵システムは、電源91を用いて、家屋89内における電力の蓄積及び供給を可能にするシステムである。
In this electric power storage system, for example, electric power is accumulated in the
電源91に蓄積された電力は、任意に利用可能である。そのため、例えば、電気料金が安価な深夜に集中型電力系統97から電源91に電力を蓄積しておき、電源91に蓄積しておいた電力を電気料金が高い日中に用いることができる。
The electric power stored in the
以上に説明した電力貯蔵システムは、1戸(1世帯)毎に設置されていてもよいし、複数戸(複数世帯)毎に設置されていてもよい。 The power storage system described above may be installed for each household (one household), or for each multiple households (multiple households).
次に、電動工具の構成を表すブロック図を図8Cに示す。電動工具は、例えば、電動ドリルであり、プラスチック材料等から作製された工具本体98の内部に、制御部99及び電源100を備えている。工具本体98には、例えば、可動部であるドリル部101が回動可能に取り付けられている。制御部99は、電動工具全体の動作(電源100の使用状態を含む)を制御するものであり、例えば、CPU等を備えている。電源100は、実施例2〜実施例3において説明した1又は2以上のリチウムイオン二次電池(図示せず)を備えている。制御部99は、図示しない動作スイッチの操作に応じて、電源100からドリル部101に電力を供給する。
Next, FIG. 8C is a block diagram showing the configuration of the power tool. The power tool is, for example, a power drill, and includes a control unit 99 and a
以上、本開示を好ましい実施例に基づき説明したが、本開示はこれらの実施例に限定するものではなく、種々の変形が可能である。実施例において説明したリチウムイオン電池の構成、構造は例示であり、適宜、変更することができる。 Although the present disclosure has been described based on the preferred embodiments, the present disclosure is not limited to these embodiments, and various modifications can be made. The configurations and structures of the lithium-ion batteries described in the examples are examples, and can be changed as appropriate.
以下、前述したリチウムイオン二次電池を構成する正極、負極、非水系電解液等について、詳述する。 Hereinafter, the positive electrode, the negative electrode, the non-aqueous electrolyte solution, and the like that compose the lithium ion secondary battery described above will be described in detail.
正極材料を構成する好ましい材料であるリチウム含有複合酸化物、リチウム含有リン酸化合物の詳細は、以下のとおりである。尚、リチウム含有複合酸化物やリチウム含有リン酸化合物を構成する他元素として、特に限定されないが、長周期型周期表における2族〜15族に属する元素のいずれか1種類又は2種類以上を挙げることができ、高い電圧が得られるといった観点からは、ニッケル〈Ni〉、コバルト〈Co〉、マンガン〈Mn〉、鉄〈Fe〉を用いることが好ましい。
The details of the lithium-containing composite oxide and the lithium-containing phosphoric acid compound, which are preferable materials constituting the positive electrode material, are as follows. The other elements constituting the lithium-containing composite oxide and the lithium-containing phosphate compound are not particularly limited, and any one or two or more elements belonging to
層状岩塩型の結晶構造を有するリチウム含有複合酸化物として、具体的には、式(B)、式(C)、式(D)で表される化合物を例示することができる。 Specific examples of the lithium-containing composite oxide having a layered rock salt type crystal structure include compounds represented by Formula (B), Formula (C), and Formula (D).
LiaMn1-b-cNibM11 cO2-dFe (B) Li a Mn 1-bc Ni b M 11 c O 2-d Fe (B)
ここで、M11は、コバルト〈Co〉、マグネシウム〈Mg〉、アルミニウム〈Al〉、ホウ素〈B〉、チタン〈Ti〉、バナジウム〈V〉、クロム〈Cr〉、鉄〈Fe〉、銅〈Cu〉、亜鉛〈Zn〉、ジルコニウム〈Zr〉、モリブデン〈Mo〉、スズ〈Sn〉、カルシウム〈Ca〉、ストロンチウム〈Sr〉及びタングステン〈W〉から成る群から選択された少なくとも1種類の元素であり、a,b,c,d,eの値は、
0.8≦a≦1.2
0<b<0.5
0≦c≦0.5
b+c<1
−0.1≦d≦0.2
0≦e≦0.1
を満足する。但し、組成は充放電状態に応じて異なり、aは完全放電状態の値である。
Here, M 11 is cobalt <Co>, magnesium <Mg>, aluminum <Al>, boron <B>, titanium <Ti>, vanadium <V>, chromium <Cr>, iron <Fe>, copper <Cu>. >, zinc <Zn>, zirconium <Zr>, molybdenum <Mo>, tin <Sn>, calcium <Ca>, strontium <Sr>, and tungsten <W>, which is at least one element selected from the group consisting of , A, b, c, d, e values are
0.8≦a≦1.2
0<b<0.5
0≦c≦0.5
b+c<1
−0.1≦d≦0.2
0≦e≦0.1
To be satisfied. However, the composition differs depending on the charge/discharge state, and a is the value in the completely discharged state.
LiaNi1-bM12 bO2-cFd (C) Li a Ni 1-b M 12 b O 2-c F d (C)
ここで、M12は、コバルト〈Co〉、マンガン〈Mn〉、マグネシウム〈Mg〉、アルミニウム〈Al〉、ホウ素〈B〉、チタン〈Ti〉、バナジウム〈V〉、クロム〈Cr〉、鉄〈Fe〉、銅〈Cu〉、亜鉛〈Zn〉、モリブデン〈Mo〉、スズ〈Sn〉、カルシウム〈Ca〉、ストロンチウム〈Sr〉及びタングステン〈W〉から成る群から選択された少なくとも1種類の元素であり、a,b,c,dの値は、
0.8 ≦a≦1.2
0.005≦b≦0.5
−0.1 ≦c≦0.2
0≦d≦0.1
を満足する。但し、組成は充放電状態に応じて異なり、aは完全放電状態の値である。
Here, M 12 is cobalt <Co>, manganese <Mn>, magnesium <Mg>, aluminum <Al>, boron <B>, titanium <Ti>, vanadium <V>, chromium <Cr>, iron <Fe. >, copper <Cu>, zinc <Zn>, molybdenum <Mo>, tin <Sn>, calcium <Ca>, strontium <Sr> and tungsten <W>, at least one element selected from the group consisting of , A, b, c, d values are
0.8 ≤ a ≤ 1.2
0.005≦b≦0.5
-0.1 ≤ c ≤ 0.2
0≦d≦0.1
To be satisfied. However, the composition differs depending on the charge/discharge state, and a is the value in the completely discharged state.
LiaCo1-bM13 bO2-cFd (D) Li a Co 1-b M 13 b O 2-c F d (D)
ここで、M13は、ニッケル〈Ni〉、マンガン〈Mn〉、マグネシウム〈Mg〉、アルミニウム〈Al〉、ホウ素〈B〉、チタン〈Ti〉、バナジウム〈V〉、クロム〈Cr〉、鉄〈Fe〉、銅〈Cu〉、亜鉛〈Zn〉、モリブデン〈Mo〉、スズ〈Sn〉、カルシウム〈Ca〉、ストロンチウム〈Sr〉及びタングステン〈W〉から成る群から選択された少なくとも1種類の元素であり、a,b,c,dの値は、
0.8≦a≦1.2
0≦b<0.5
−0.1≦c≦0.2
0≦d≦0.1
を満足する。但し、組成は充放電状態に応じて異なり、aは完全放電状態の値である。
Here, M 13 is nickel <Ni>, manganese <Mn>, magnesium <Mg>, aluminum <Al>, boron <B>, titanium <Ti>, vanadium <V>, chromium <Cr>, iron <Fe. >, copper <Cu>, zinc <Zn>, molybdenum <Mo>, tin <Sn>, calcium <Ca>, strontium <Sr>, and tungsten <W>, which is at least one element selected from the group consisting of , A, b, c, d are
0.8≦a≦1.2
0≦b<0.5
−0.1≦c≦0.2
0≦d≦0.1
To be satisfied. However, the composition differs depending on the charge/discharge state, and a is the value in the completely discharged state.
層状岩塩型の結晶構造を有するリチウム含有複合酸化物として、具体的には、LiNiO2、LiCoO2、LiCo0.98Al0.01Mg0.01O2、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2、LiNi0.8Co0.15Al0.05O2、LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2、Li1.2Mn0.52Co0.175Ni0.1O2、Li1.15(Mn0.65Ni0.22Co0.13)O2を例示することができる。
As the lithium-containing composite oxide having a layered rock salt type crystal structure, specifically, LiNiO 2 , LiCoO 2 , LiCo 0.98 Al 0.01 Mg 0.01 O 2 , LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 , LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05. O 2, LiNi 0.33 Co 0.33 Mn 0.33
また、スピネル型の結晶構造を有するリチウム含有複合酸化物として、式(E)で表される化合物を例示することができる。
LiaMn2-bM14 bOcFd (E)
As the lithium-containing composite oxide having a spinel type crystal structure, a compound represented by the formula (E) can be exemplified.
Li a Mn 2-b M 14 b O c F d (E)
ここで、M14は、コバルト〈Co〉、ニッケル〈Ni〉、マグネシウム〈Mg〉、アルミニウム〈Al〉、ホウ素〈B〉、チタン〈Ti〉、バナジウム〈V〉、クロム〈Cr〉、鉄〈Fe〉、銅〈Cu〉、亜鉛〈Zn〉、モリブデン〈Mo〉、スズ〈Sn〉、カルシウム〈Ca〉、ストロンチウム〈Sr〉及びタングステン〈W〉から成る群から選択された少なくとも1種類の元素であり、a,b,c,dの値は、
0.9≦a≦1.1
0≦b≦0.6
3.7≦c≦4.1
0≦d≦0.1
を満足する。但し、組成は充放電状態に応じて異なり、aは完全放電状態の値である。スピネル型の結晶構造を有するリチウム含有複合酸化物として、具体的には、LiMn2O4を例示することができる。
Here, M 14 is cobalt <Co>, nickel <Ni>, magnesium <Mg>, aluminum <Al>, boron <B>, titanium <Ti>, vanadium <V>, chromium <Cr>, iron <Fe. >, copper <Cu>, zinc <Zn>, molybdenum <Mo>, tin <Sn>, calcium <Ca>, strontium <Sr>, and tungsten <W>, which is at least one element selected from the group consisting of , A, b, c, d values are
0.9≦a≦1.1
0≦b≦0.6
3.7≦c≦4.1
0≦d≦0.1
To be satisfied. However, the composition differs depending on the charge/discharge state, and a is the value in the completely discharged state. Specific examples of the lithium-containing composite oxide having a spinel type crystal structure include LiMn 2 O 4 .
更には、オリビン型の結晶構造を有するリチウム含有リン酸化合物として、式(F)で表される化合物を例示することができる。
LiaM15PO4 (F)
Furthermore, as the lithium-containing phosphate compound having an olivine type crystal structure, a compound represented by the formula (F) can be exemplified.
Li a M 15 PO 4 (F)
ここで、M15は、コバルト〈Co〉、マンガン〈Mn〉、鉄〈Fe〉、ニッケル〈Ni〉、マグネシウム〈Mg〉、アルミニウム〈Al〉、ホウ素〈B〉、チタン〈Ti〉、バナジウム〈V〉、ニオブ〈Nb〉、銅〈Cu〉、亜鉛〈Zn〉、モリブデン〈Mo〉、カルシウム〈Ca〉、ストロンチウム〈Sr〉、タングステン〈W〉及びジルコニウム〈Zr〉から成る群から選択された少なくとも1種類の元素であり、aの値は、
0.9≦a≦1.1
を満足する。但し、組成は充放電状態に応じて異なり、aは完全放電状態の値である。オリビン型の結晶構造を有するリチウム含有リン酸化合物として、具体的には、LiFePO4、LiMnPO4、LiFe0.5Mn0.5PO4、LiFe0.3Mn0.7PO4を例示することができる。
Here, M 15 is cobalt <Co>, manganese <Mn>, iron <Fe>, nickel <Ni>, magnesium <Mg>, aluminum <Al>, boron <B>, titanium <Ti>, vanadium <V. >, niobium <Nb>, copper <Cu>, zinc <Zn>, molybdenum <Mo>, calcium <Ca>, strontium <Sr>, tungsten <W>, and zirconium <Zr>. Is a kind of element, and the value of a is
0.9≦a≦1.1
To be satisfied. However, the composition differs depending on the charge/discharge state, and a is the value in the completely discharged state. Specific examples of the lithium-containing phosphate compound having an olivine type crystal structure include LiFePO 4 , LiMnPO 4 , LiFe 0.5 Mn 0.5 PO 4 , and LiFe 0.3 Mn 0.7 PO 4 .
あるいは又、リチウム含有複合酸化物として、式(G)で表される化合物を例示することができる。
(Li2MnO3)x(LiMnO2)1-x (G)
ここで、xの値は、
0≦x≦1
を満足する。但し、組成は充放電状態に応じて異なり、xは完全放電状態の値である。
Alternatively, as the lithium-containing composite oxide, the compound represented by the formula (G) can be exemplified.
(Li 2 MnO 3 ) x (LiMnO 2 ) 1-x (G)
Here, the value of x is
0≦x≦1
To be satisfied. However, the composition differs depending on the charge/discharge state, and x is the value in the completely discharged state.
正極には、その他、例えば、酸化チタン、酸化バナジウム、二酸化マンガンといった酸化物;二硫化チタン、硫化モリブデンといった二硫化物;セレン化ニオブといったカルコゲン化物;硫黄、ポリアニリン、ポリチオフェンといった導電性高分子が含まれていてもよい。 The positive electrode also includes, for example, oxides such as titanium oxide, vanadium oxide, and manganese dioxide; disulfides such as titanium disulfide and molybdenum sulfide; chalcogenides such as niobium selenide; conductive polymers such as sulfur, polyaniline, and polythiophene. It may be.
結着剤として、具体的には、スチレンブタジエン系ゴム、フッ素系ゴム、エチレンプロピレンジエンといった合成ゴム;ポリフッ化ビニリデン、ポリイミドといった高分子材料等を例示することができる。また、導電剤として、例えば、黒鉛、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といった炭素材料を例示することができるが、導電性を有する材料であれば、金属材料、導電性高分子等とすることもできる。 Specific examples of the binder include synthetic rubbers such as styrene-butadiene rubber, fluorine rubber, and ethylene propylene diene; polymeric materials such as polyvinylidene fluoride and polyimide. Further, as the conductive agent, for example, carbon materials such as graphite, carbon black, acetylene black, and Ketjen black can be exemplified, but if the material has conductivity, a metal material, a conductive polymer, or the like is used. Can also
負極を構成する材料の詳細は、以下のとおりである。 The details of the material forming the negative electrode are as follows.
負極を構成する材料として、例えば、炭素材料を挙げることができる。炭素材料は、リチウムの吸蔵・放出時における結晶構造の変化が非常に少ないため、高いエネルギー密度が安定して得られる。また、炭素材料は負極導電剤としても機能するため、負極活物質層の導電性が向上する。炭素材料として、例えば、易黒鉛化性炭素(ソフトカーボン)、難黒鉛化性炭素(ハードカーボン)、黒鉛(グラファイト)を挙げることができる。但し、難黒鉛化性炭素における(002)面の面間隔は0.37nm以上であることが好ましいし、黒鉛における(002)面の面間隔は0.34nm以下であることが好ましい。より具体的には、炭素材料として、例えば、熱分解炭素類;ピッチコークス、ニードルコークス、石油コークスといったコークス類;ガラス状炭素繊維;フェノール樹脂、フラン樹脂等の高分子化合物を適当な温度で焼成(炭素化)することで得ることができる有機高分子化合物焼成体;活性炭;カーボンブラック類を挙げることができる。また、炭素材料として、その他、約1000゜C以下の温度で熱処理された低結晶性炭素を挙げることもできるし、非晶質炭素とすることもできる。炭素材料の形状は、繊維状、球状、粒状、鱗片状のいずれであってもよい。 Examples of the material forming the negative electrode include a carbon material. Since the carbon material has a very small change in the crystal structure during storage and release of lithium, a high energy density can be stably obtained. Moreover, since the carbon material also functions as a negative electrode conductive agent, the conductivity of the negative electrode active material layer is improved. Examples of carbon materials include graphitizable carbon (soft carbon), non-graphitizable carbon (hard carbon), and graphite (graphite). However, the (002) plane spacing in the non-graphitizable carbon is preferably 0.37 nm or more, and the (002) plane spacing in the graphite is preferably 0.34 nm or less. More specifically, as the carbon material, for example, pyrolytic carbons; coke such as pitch coke, needle coke, petroleum coke; glassy carbon fiber; polymer compounds such as phenol resin and furan resin are fired at an appropriate temperature. Examples include organic polymer compound calcined products that can be obtained by (carbonization); activated carbon; carbon blacks. In addition, as the carbon material, low crystalline carbon that has been heat-treated at a temperature of about 1000° C. or lower can be used, or amorphous carbon can be used. The shape of the carbon material may be any of fibrous, spherical, granular, and scaly.
あるいは又、負極を構成する材料として、例えば、金属元素、半金属元素のいずれかを、1種類又は2種類以上、構成元素として含む材料(以下、『金属系材料』と呼ぶ)を挙げることができ、これによって、高いエネルギー密度を得ることができる。金属系材料は、単体、合金、化合物のいずれであってもよいし、これらの2種類以上から構成された材料でもよいし、これらの1種類又は2種類以上の相を少なくとも一部に有する材料であってもよい。合金には、2種類以上の金属元素から成る材料の他、1種類以上の金属元素と1種類以上の半金属元素とを含む材料も含まれる。また、合金は、非金属元素を含んでいてもよい。金属系材料の組織として、例えば、固溶体、共晶(共融混合物)、金属間化合物、及び、これらの2種類以上の共存物を挙げることができる。 Alternatively, as the material forming the negative electrode, for example, a material containing one or more kinds of metal elements or metalloid elements as constituent elements (hereinafter, referred to as “metal-based material”) may be cited. It is possible to obtain a high energy density. The metal-based material may be a simple substance, an alloy, or a compound, may be a material composed of two or more of these, or may be a material having at least a part of one or more of these phases. May be The alloy includes not only a material composed of two or more kinds of metal elements but also a material containing one or more kinds of metal elements and one or more kinds of metalloid elements. Further, the alloy may contain a non-metal element. Examples of the texture of the metal-based material include a solid solution, a eutectic (eutectic mixture), an intermetallic compound, and a coexistence of two or more kinds of these.
金属元素、半金属元素として、例えば、リチウムと合金を形成可能である金属元素、半金属元素を挙げることができる。具体的には、例えば、マグネシウム〈Mg〉、ホウ素〈B〉、アルミニウム〈Al〉、ガリウム〈Ga〉、インジウム〈In〉、ケイ素〈Si〉、ゲルマニウム〈Ge〉、スズ〈Sn〉、鉛〈Pb〉、ビスマス〈Bi〉、カドミウム〈Cd〉、銀〈Ag〉、亜鉛〈Zn〉、ハフニウム〈Hf〉、ジルコニウム〈Zr〉、イットリウム〈Y〉、パラジウム〈Pd〉、白金〈Pt〉を例示することができるが、中でも、ケイ素〈Si〉やスズ〈Sn〉が、リチウムを吸蔵・放出する能力が優れており、著しく高いエネルギー密度が得られるといった観点から、好ましい。 Examples of the metal element and the metalloid element include a metal element and a metalloid element capable of forming an alloy with lithium. Specifically, for example, magnesium <Mg>, boron <B>, aluminum <Al>, gallium <Ga>, indium <In>, silicon <Si>, germanium <Ge>, tin <Sn>, lead <Pb. >, bismuth <Bi>, cadmium <Cd>, silver <Ag>, zinc <Zn>, hafnium <Hf>, zirconium <Zr>, yttrium <Y>, palladium <Pd>, platinum <Pt>. However, among them, silicon <Si> and tin <Sn> are preferable from the viewpoint that they have an excellent ability to insert and extract lithium, and that a remarkably high energy density can be obtained.
ケイ素を構成元素として含む材料として、ケイ素の単体、ケイ素合金、ケイ素化合物を挙げることができるし、これらの2種類以上から構成された材料であってもよいし、これらの1種類又は2種類以上の相を少なくとも一部に有する材料であってもよい。スズを構成元素として含む材料として、スズの単体、スズ合金、スズ化合物を挙げることができるし、これらの2種類以上から構成された材料であってもよいし、これらの1種類又は2種類以上の相を少なくとも一部に有する材料であってもよい。単体とは、あくまで一般的な意味合いでの単体を意味しており、微量の不純物を含んでいてもよく、必ずしも純度100%を意味しているわけではない。 Examples of the material containing silicon as a constituent element include a simple substance of silicon, a silicon alloy and a silicon compound, and a material composed of two or more of these may be used, or one or more of these may be used. It may be a material having the phase of at least a part. As a material containing tin as a constituent element, a simple substance of tin, a tin alloy, a tin compound may be mentioned, and a material composed of two or more of these may be used, or one or more of these may be used. It may be a material having the phase of at least a part. The simple substance means a simple substance in a general sense, may contain a trace amount of impurities, and does not necessarily mean a purity of 100%.
ケイ素合金あるいはケイ素化合物を構成するケイ素以外の元素として、スズ〈Sn〉、ニッケル〈Ni〉、銅〈Cu〉、鉄〈Fe〉、コバルト〈Co〉、マンガン〈Mn〉、亜鉛〈Zn〉、インジウム〈In〉、銀〈Ag〉、チタン〈Ti〉、ゲルマニウム〈Ge〉、ビスマス〈Bi〉、アンチモン〈Sb〉、クロム〈Cr〉を挙げることができるし、炭素〈C〉、酸素〈O〉を挙げることもできる。ケイ素合金あるいはケイ素化合物として、具体的には、SiB4、SiB6、Mg2Si、Ni2Si、TiSi2、MoSi2、CoSi2、NiSi2、CaSi2、CrSi2、Cu5Si、FeSi2、MnSi2、NbSi2、TaSi2、VSi2、WSi2、ZnSi2、SiC、Si3N4、Si2N2O、SiOv(0<v≦2、好ましくは、0.2<v<1.4)、LiSiOを例示することができる。 As an element other than silicon constituting a silicon alloy or a silicon compound, tin <Sn>, nickel <Ni>, copper <Cu>, iron <Fe>, cobalt <Co>, manganese <Mn>, zinc <Zn>, indium. <In>, silver <Ag>, titanium <Ti>, germanium <Ge>, bismuth <Bi>, antimony <Sb>, chromium <Cr>, carbon <C>, oxygen <O>. You can also list them. As the silicon alloy or the silicon compound, specifically, SiB 4 , SiB 6 , Mg 2 Si, Ni 2 Si, TiSi 2 , MoSi 2 , CoSi 2 , NiSi 2 , CaSi 2 , CrSi 2 , Cu 5 Si, FeSi 2 , MnSi 2 , NbSi 2 , TaSi 2 , VSi 2 , WSi 2 , ZnSi 2 , SiC, Si 3 N 4 , Si 2 N 2 O, SiO v (0<v≦2, preferably 0.2<v< 1.4) and LiSiO can be illustrated.
スズ合金あるいはスズ化合物を構成するスズ以外の元素として、ケイ素〈Si〉、ニッケル〈Ni〉、銅〈Cu〉、鉄〈Fe〉、コバルト〈Co〉、マンガン〈Mn〉、亜鉛〈Zn〉、インジウム〈In〉、銀〈Ag〉、チタン〈Ti〉、ゲルマニウム〈Ge〉、ビスマス〈Bi〉、アンチモン〈Sb〉、クロム〈Cr〉を挙げることができるし、炭素〈C〉、酸素〈O〉を挙げることもできる。スズ合金あるいはスズ化合物として、具体的には、SnOw(0<w≦2)、SnSiO3、LiSnO、Mg2Snを例示することができる。特に、スズを構成元素として含む材料は、例えば、スズ(第1構成元素)と共に第2構成元素及び第3構成元素を含む材料(以下、『Sn含有材料』と呼ぶ)であることが好ましい。第2構成元素として、例えば、コバルト〈Co〉、鉄〈Fe〉、マグネシウム〈Mg〉、チタン〈Ti〉、バナジウム〈V〉、クロム〈Cr〉、マンガン〈Mn〉、ニッケル〈Ni〉、銅〈Cu〉、亜鉛〈Zn〉、ガリウム〈Ga〉、ジルコニウム〈Zr〉、ニオブ〈Nb〉、モリブデン〈Mo〉、銀〈Ag〉、インジウム〈In〉、セシウム〈Ce〉、ハフニウム〈Hf〉、タンタル〈Ta〉、タングステン〈W〉、ビスマス〈Bi〉、ケイ素〈Si〉を挙げることができるし、第3構成元素として、例えば、ホウ素〈B〉、炭素〈C〉、アルミニウム〈Al〉、リン〈P〉を挙げることができる。Sn含有材料が第2構成元素及び第3構成元素を含んでいると、高い電池容量及び優れたサイクル特性等が得られる。 As an element other than tin that constitutes a tin alloy or a tin compound, silicon <Si>, nickel <Ni>, copper <Cu>, iron <Fe>, cobalt <Co>, manganese <Mn>, zinc <Zn>, indium. <In>, silver <Ag>, titanium <Ti>, germanium <Ge>, bismuth <Bi>, antimony <Sb>, chromium <Cr>, carbon <C>, oxygen <O>. You can also list them. Specific examples of the tin alloy or the tin compound include SnO w (0<w≦2), SnSiO 3 , LiSnO, and Mg 2 Sn. In particular, the material containing tin as a constituent element is preferably, for example, a material containing a second constituent element and a third constituent element together with tin (first constituent element) (hereinafter referred to as “Sn-containing material”). As the second constituent element, for example, cobalt <Co>, iron <Fe>, magnesium <Mg>, titanium <Ti>, vanadium <V>, chromium <Cr>, manganese <Mn>, nickel <Ni>, copper <Cu>, zinc <Zn>, gallium <Ga>, zirconium <Zr>, niobium <Nb>, molybdenum <Mo>, silver <Ag>, indium <In>, cesium <Ce>, hafnium <Hf>, tantalum <Ta>, tungsten <W>, bismuth <Bi>, silicon <Si>, and as the third constituent element, for example, boron <B>, carbon <C>, aluminum <Al>, phosphorus <P. 〉. When the Sn-containing material contains the second constituent element and the third constituent element, high battery capacity and excellent cycle characteristics can be obtained.
中でも、Sn含有材料は、スズ〈Sn〉、コバルト〈Co〉及び炭素〈C〉を構成元素として含む材料(『SnCoC含有材料』と呼ぶ)であることが好ましい。SnCoC含有材料にあっては、例えば、炭素の含有量が9.9質量%乃至29.7質量%、スズ及びコバルトの含有量の割合{Co/(Sn+Co)}が20質量%乃至70質量%である。高いエネルギー密度が得られるからである。SnCoC含有材料は、スズ、コバルト及び炭素を含む相を有しており、その相は、低結晶性又は非晶質であることが好ましい。この相は、リチウムと反応可能な反応相であるため、その反応相の存在により優れた特性が得られる。この反応相のX線回折により得られる回折ピークの半値幅(回折角2θ)は、特定X線としてCuKα線を用い、挿引速度を1度/分とした場合、1度以上であることが好ましい。リチウムがより円滑に吸蔵・放出されると共に、非水系電解液との反応性が低減するからである。SnCoC含有材料は、低結晶性又は非晶質の相に加えて、各構成元素の単体又は一部が含まれている相を含んでいる場合もある。 Above all, the Sn-containing material is preferably a material containing tin <Sn>, cobalt <Co> and carbon <C> as constituent elements (referred to as “SnCoC-containing material”). In the SnCoC-containing material, for example, the carbon content is 9.9% by mass to 29.7% by mass, and the tin and cobalt content ratio {Co/(Sn+Co)} is 20% by mass to 70% by mass. Is. This is because a high energy density can be obtained. The SnCoC-containing material has a phase containing tin, cobalt and carbon, and the phase is preferably low crystalline or amorphous. Since this phase is a reaction phase capable of reacting with lithium, the presence of the reaction phase provides excellent characteristics. The full width at half maximum (diffraction angle 2θ) of the diffraction peak obtained by X-ray diffraction of this reaction phase is 1 degree or more when CuKα ray is used as the specific X-ray and the insertion speed is 1 degree/minute. preferable. This is because lithium is absorbed and released more smoothly and the reactivity with the non-aqueous electrolyte solution is reduced. The SnCoC-containing material may include, in addition to the low crystalline or amorphous phase, a phase containing a simple substance or a part of each constituent element.
X線回折により得られた回折ピークがリチウムと反応可能な反応相に対応するものであるか否かは、リチウムとの電気化学的反応の前後におけるX線回折チャートを比較すれば容易に判断することができる。例えば、リチウムとの電気化学的反応の前後において回折ピークの位置が変化すれば、リチウムと反応可能な反応相に対応するものである。この場合、例えば、低結晶性又は非晶質の反応相の回折ピークが2θ=20度乃至50度の間に見られる。このような反応相は、例えば、上記の各構成元素を含んでおり、主に、炭素の存在に起因して低結晶化又は非晶質化しているものと考えられる。 Whether or not the diffraction peak obtained by X-ray diffraction corresponds to a reaction phase capable of reacting with lithium can be easily determined by comparing X-ray diffraction charts before and after the electrochemical reaction with lithium. be able to. For example, if the position of the diffraction peak changes before and after the electrochemical reaction with lithium, it corresponds to the reaction phase capable of reacting with lithium. In this case, for example, the diffraction peak of the low crystalline or amorphous reaction phase is seen between 2θ=20° and 50°. It is considered that such a reaction phase contains, for example, each of the constituent elements described above, and is mainly crystallized or amorphized due to the presence of carbon.
SnCoC含有材料では、構成元素である炭素の少なくとも一部が金属元素又は半金属元素と結合していることが好ましい。スズ等の凝集、結晶化が抑制されるからである。元素の結合状態に関しては、例えば、軟X線源としてAl−Kα線又はMg−Kα線等を用いたX線光電子分光法(XPS)を用いて確認可能である。炭素の少なくとも一部が金属元素又は半金属元素等と結合している場合、炭素の1s軌道(C1s)の合成波のピークが284.5eVよりも低い領域に現れる。尚、金原子の4f軌道(Au4f)のピークが84.0eVに得られるように、エネルギー較正されているものとする。この際、通常、物質表面に表面汚染炭素が存在しているため、表面汚染炭素のC1sのピークを284.8eVとして、そのピークをエネルギー基準とする。XPS測定において、C1sのピークの波形は、表面汚染炭素のピークとSnCoC含有材料中の炭素のピークとを含んだ形で得られる。そのため、例えば、市販のソフトウエアを用いて解析して、両者のピークを分離すればよい。波形の解析では、最低束縛エネルギー側に存在する主ピークの位置をエネルギー基準(284.8eV)とする。 In the SnCoC-containing material, it is preferable that at least a part of carbon, which is a constituent element, is bonded to a metal element or a metalloid element. This is because aggregation and crystallization of tin and the like are suppressed. The bonding state of the elements can be confirmed by, for example, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) using Al-Kα ray or Mg-Kα ray as a soft X-ray source. When at least part of carbon is bonded to a metal element, a metalloid element, or the like, the peak of the synthetic wave of the carbon 1s orbit (C1s) appears in a region lower than 284.5 eV. It is assumed that the energy is calibrated so that the peak of the 4f orbit (Au4f) of the gold atom is obtained at 84.0 eV. At this time, since surface contaminant carbon is usually present on the surface of the substance, the C1s peak of the surface contaminant carbon is set to 284.8 eV, and the peak is used as the energy reference. In XPS measurement, the waveform of the C1s peak is obtained in a form that includes the peak of surface contamination carbon and the peak of carbon in the SnCoC-containing material. Therefore, for example, analysis may be performed using commercially available software to separate both peaks. In the analysis of the waveform, the position of the main peak existing on the lowest bound energy side is used as the energy reference (284.8 eV).
SnCoC含有材料は、構成元素がスズ、コバルト及び炭素だけである材料(SnCoC)に限られない。SnCoC含有材料は、例えば、スズ、コバルト及び炭素に加えて、ケイ素〈Si〉、鉄〈Fe〉、ニッケル〈Ni〉、クロム〈Cr〉、インジウム〈In〉、ニオブ〈Nb〉、ゲルマニウム〈Ge〉、チタン〈Ti〉、モリブデン〈Mo〉、アルミニウム〈Al〉、リン〈P〉、ガリウム〈Ga〉、ビスマス〈Bi〉等のいずれか1種類又は2種類以上を構成元素として含んでいてもよい。 The SnCoC-containing material is not limited to the material (SnCoC) whose constituent elements are only tin, cobalt and carbon. Examples of the SnCoC-containing material include, in addition to tin, cobalt, and carbon, silicon <Si>, iron <Fe>, nickel <Ni>, chromium <Cr>, indium <In>, niobium <Nb>, germanium <Ge>. , Titanium <Ti>, molybdenum <Mo>, aluminum <Al>, phosphorus <P>, gallium <Ga>, bismuth <Bi>, etc., may be included as a constituent element.
SnCoC含有材料の他、スズ、コバルト、鉄及び炭素を構成元素として含む材料(以下、『SnCoFeC含有材料』と呼ぶ)も好ましい材料である。SnCoFeC含有材料の組成は任意である。一例を挙げると、鉄の含有量を少なめに設定する場合、炭素の含有量が9.9質量%乃至29.7質量%、鉄の含有量が0.3質量%乃至5.9質量%、スズ及びコバルトの含有量の割合{Co/(Sn+Co)}が30質量%乃至70質量%である。また、鉄の含有量を多めに設定する場合、炭素の含有量が11.9質量%乃至29.7質量%、スズ、コバルト及び鉄の含有量の割合{(Co+Fe)/(Sn+Co+Fe)}が26.4質量%乃至48.5質量%、コバルト及び鉄の含有量の割合{Co/(Co+Fe)}が9.9質量%乃至79.5質量%である。このような組成範囲において、高いエネルギー密度が得られるからである。SnCoFeC含有材料の物性(半値幅等)は、上記のSnCoC含有材料の物性と同様である。 In addition to the SnCoC-containing material, a material containing tin, cobalt, iron and carbon as constituent elements (hereinafter referred to as “SnCoFeC-containing material”) is also a preferable material. The composition of the SnCoFeC-containing material is arbitrary. As an example, when the iron content is set to be small, the carbon content is 9.9% by mass to 29.7% by mass, the iron content is 0.3% by mass to 5.9% by mass, The ratio of the contents of tin and cobalt {Co/(Sn+Co)} is 30% by mass to 70% by mass. When the iron content is set to a large amount, the carbon content is 11.9% by mass to 29.7% by mass, and the ratio of the contents of tin, cobalt and iron {(Co+Fe)/(Sn+Co+Fe)} is 26.4 mass% to 48.5 mass%, and the content ratio of cobalt and iron {Co/(Co+Fe)} is 9.9 mass% to 79.5 mass%. This is because a high energy density can be obtained in such a composition range. The physical properties (half-width, etc.) of the SnCoFeC-containing material are the same as those of the SnCoC-containing material described above.
その他、負極を構成する材料として、例えば、酸化鉄、酸化ルテニウム、酸化モリブデンといった金属酸化物;ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロールといった高分子化合物を挙げることができる。 Other examples of the material forming the negative electrode include metal oxides such as iron oxide, ruthenium oxide, and molybdenum oxide; and polymer compounds such as polyacetylene, polyaniline, and polypyrrole.
中でも、負極を構成する材料は、以下の理由により、炭素材料及び金属系材料の双方を含んでいることが好ましい。即ち、金属系材料、特に、ケイ素及びスズの少なくとも一方を構成元素として含む材料は、理論容量が高いという利点を有する反面、充放電時において激しく膨張・収縮し易い。一方、炭素材料は、理論容量が低い反面、充放電時において膨張・収縮し難いという利点を有する。よって、炭素材料及び金属系材料の双方を用いることで、高い理論容量(云い換えれば、電池容量)を得つつ、充放電時の膨張・収縮が抑制される。 Above all, it is preferable that the material forming the negative electrode contains both the carbon material and the metal-based material for the following reason. That is, a metal-based material, in particular, a material containing at least one of silicon and tin as a constituent element has an advantage that the theoretical capacity is high, but on the other hand, it easily expands and contracts sharply during charge and discharge. On the other hand, the carbon material has a low theoretical capacity, but has an advantage that it is difficult to expand and contract during charging and discharging. Therefore, by using both the carbon material and the metal-based material, it is possible to suppress expansion/contraction during charge/discharge while obtaining a high theoretical capacity (in other words, battery capacity).
前述したように、本開示のリチウムイオン電池における使用に適した非水系電解液として、限定するものではないが、
式(1)で表される化合物、
式(2−A)で表される化合物及び式(2−B)で表される化合物の少なくとも一方の化合物、並びに、
式(3−A)乃至式(3−F)で表される化合物の少なくとも1種類の化合物、
を含む非水系電解液を挙げることができる。尚、非水系電解液中における式(1)で表される化合物の含有量は、2.5モル/リットル乃至6モル/リットル、好ましくは3モル/リットル乃至6モル/リットルであることが望ましい。
As noted above, non-aqueous electrolytes suitable for use in the lithium-ion batteries of the present disclosure include, but are not limited to:
A compound represented by the formula (1),
At least one of the compound represented by formula (2-A) and the compound represented by formula (2-B); and
At least one compound of the compounds represented by formula (3-A) to formula (3-F),
A non-aqueous electrolytic solution containing is included. The content of the compound represented by the formula (1) in the non-aqueous electrolyte is 2.5 mol/liter to 6 mol/liter, preferably 3 mol/liter to 6 mol/liter. ..
M+[(Z1Y1)(Z2Y2)N]- (1)
但し、Mは金属元素であり、Z1及びZ2のそれぞれは、フッ素基〈−F〉、1価の炭化水素基、1価のフッ素化炭化水素基のいずれかであり、Z1及びZ2の少なくとも一方は、フッ素基〈−F〉、1価のフッ素化炭化水素基のいずれかであり、Y1及びY2のそれぞれは、スルホニル基〈−S(=O)2−〉、カルボニル基〈−C(=O)−〉のいずれかである。
M + [(Z 1 Y 1 )(Z 2 Y 2 )N] - (1)
However, M is a metal element, and each of Z 1 and Z 2 is either a fluorine group <-F>, a monovalent hydrocarbon group or a monovalent fluorinated hydrocarbon group, and Z 1 and Z At least one of 2 is a fluorine group <-F> or a monovalent fluorinated hydrocarbon group, and each of Y 1 and Y 2 is a sulfonyl group <-S(=O) 2 ->, carbonyl group. It is one of the groups <-C(=O)->.
R1−CN (2−A)
R2−X−CN (2−B)
但し、R1は1価の炭化水素基であり、R2は1価の炭化水素基であり、Xは、1又は2以上のエーテル結合〈−O−〉と1又は2以上の2価の炭化水素基とが任意の順に結合した基である。
R 1 -CN (2-A)
R 2 -X-CN (2- B)
However, R 1 is a monovalent hydrocarbon group, R 2 is a monovalent hydrocarbon group, and X is one or more ether bonds <-O-> and one or more divalent divalent groups. A hydrocarbon group is a group bonded in any order.
R22−(CN)n (3−F) R 22 - (CN) n ( 3-F)
ここで、式(3−A)中、R3及びR4のそれぞれは、水素基〈−H〉、1価の炭化水素基のいずれかである。また、式(3−B)中、R5,R6,R7,R8のそれぞれは、水素基、1価の飽和炭化水素基、1価の不飽和炭化水素基のいずれかであり、R5,R6,R7,R8の少なくとも1つは、1価の不飽和炭化水素基である。更には、式(3−C)中、R9は、>CR10R11で表される基であり、R10及びR11のそれぞれは、水素基、1価の炭化水素基のいずれかである。また、式(3−D)中、R12,R13,R14,R15のそれぞれは、水素基、ハロゲン基、1価の炭化水素基、1価のハロゲン化炭化水素基のいずれかであり、R12,R13,R14,R15の少なくとも1つは、ハロゲン基、1価のハロゲン化炭化水素基のいずれかである。更には、式(3−E)中、R16,R17,R18,R19,R20,R21のそれぞれは、水素基、ハロゲン基、1価の炭化水素基、1価のハロゲン化炭化水素基のいずれかであり、R16,R17,R18,R19,R20,R21の少なくとも1つは、ハロゲン基、1価のハロゲン化炭化水素基のいずれかである。また、式(3−F)中、R22はn価(但し、nは2以上の整数)の炭化水素基である。尚、「>C」、「C<」は、炭素原子から2本の接合手が延びていることを表している。 Here, in the formula (3-A), each of R 3 and R 4 is a hydrogen group <-H> or a monovalent hydrocarbon group. In the formula (3-B), each of R 5 , R 6 , R 7 , and R 8 is a hydrogen group, a monovalent saturated hydrocarbon group, or a monovalent unsaturated hydrocarbon group, At least one of R 5 , R 6 , R 7 , and R 8 is a monovalent unsaturated hydrocarbon group. Further, in the formula (3-C), R 9 is a group represented by >CR 10 R 11 , and each of R 10 and R 11 is a hydrogen group or a monovalent hydrocarbon group. is there. Further, in the formula (3-D), each of R 12 , R 13 , R 14 and R 15 is a hydrogen group, a halogen group, a monovalent hydrocarbon group or a monovalent halogenated hydrocarbon group. And at least one of R 12 , R 13 , R 14 , and R 15 is a halogen group or a monovalent halogenated hydrocarbon group. Furthermore, in the formula (3-E), each of R 16 , R 17 , R 18 , R 19 , R 20 , and R 21 is a hydrogen group, a halogen group, a monovalent hydrocarbon group, or a monovalent halogenated group. It is any of hydrocarbon groups, and at least one of R 16 , R 17 , R 18 , R 19 , R 20 , and R 21 is a halogen group or a monovalent halogenated hydrocarbon group. In addition, in the formula (3-F), R 22 is an n-valent (where n is an integer of 2 or more) hydrocarbon group. Incidentally, “>C” and “C<” represent that two joints extend from the carbon atom.
具体的には、上記の非水系電解液は、スルホニルイミド型の構造を有する第1化合物と、アセトニトリル型の構造を有する第2化合物と、不飽和炭化水素基等の反応性基を有する第3化合物とを含んでいる。ここで、非水系電解液がこのような組成を有しているのは、以下の利点が得られるからである。即ち、非水系電解液が第1化合物、第2化合物及び第3化合物を一緒に含んでいると共に、非水系電解液中における第1化合物の含有量が上記の範囲(2.5モル/リットル乃至6モル/リットル)内であると、第1化合物と第2化合物と第3化合物との相乗作用により、非水系電解液の化学的安定性が特異的に向上し、充放電時における非水系電解液の分解反応が抑制される。よって、充放電を繰り返しても放電容量が減少し難くなり、二次電池の電池特性を向上させることができる。特に、ここで説明する特異的な相乗作用が得られるかどうかは、第1化合物の含有量に依存する。そのため、特異的な相乗作用は、第1化合物の含有量が上記の範囲内である場合においてだけ得られる。 Specifically, the above non-aqueous electrolyte solution includes a first compound having a sulfonylimide type structure, a second compound having an acetonitrile type structure, and a third compound having a reactive group such as an unsaturated hydrocarbon group. And the compound. Here, the reason why the non-aqueous electrolyte solution has such a composition is that the following advantages can be obtained. That is, the non-aqueous electrolytic solution contains the first compound, the second compound and the third compound together, and the content of the first compound in the non-aqueous electrolytic solution is in the above range (2.5 mol/liter to 6 mol/liter), the chemical stability of the non-aqueous electrolyte is specifically improved by the synergistic action of the first compound, the second compound and the third compound, and the non-aqueous electrolysis at the time of charging/discharging. The decomposition reaction of the liquid is suppressed. Therefore, the discharge capacity is less likely to decrease even after repeated charging and discharging, and the battery characteristics of the secondary battery can be improved. In particular, whether or not the specific synergistic effect described here is obtained depends on the content of the first compound. Therefore, a specific synergistic effect can be obtained only when the content of the first compound is within the above range.
第1化合物は、式(1)で表される化合物の1種類又は2種類以上を含んでいる。第1化合物は、カチオン(M+)とアニオン([(Z1Y1)(Z2Y2)N]-)とを含む塩であるため、二次電池において電解質塩の一部として機能し得る。 The first compound contains one kind or two or more kinds of the compound represented by the formula (1). Since the first compound is a salt containing a cation (M + ) and an anion ([(Z 1 Y 1 )(Z 2 Y 2 )N] − ), it functions as a part of the electrolyte salt in the secondary battery. obtain.
式(1)における「M」は、金属元素であれば特に限定されず、アルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素を例示することができるが、中でも、「M」は、アルカリ金属元素であることが好ましく、これによって、高いエネルギー密度を得ることができる。アルカリ金属元素として、リチウム〈Li〉、ナトリウム〈Na〉、カリウム〈K〉、ルビジウム〈Rb〉、セシウム〈Cs〉等を挙げることができるが、中でも、リチウム〈Li〉が好ましい。アルカリ金属元素は、電極反応物質を構成するアルカリ金属元素と同じであることが好ましく、これによって、高いエネルギー密度を得ることができる。電極反応物質とは、電極反応に拘わる物質であり、例えば、リチウムイオン二次電池ではリチウムである。このため、リチウムイオン二次電池に用いられる場合、「M」はリチウムであることが好ましい。 “M” in the formula (1) is not particularly limited as long as it is a metal element, and examples thereof include alkali metal elements and alkaline earth metal elements. Among them, “M” is an alkali metal element. Is preferable, and thereby a high energy density can be obtained. Examples of the alkali metal element include lithium <Li>, sodium <Na>, potassium <K>, rubidium <Rb>, and cesium <Cs>. Among them, lithium <Li> is preferable. The alkali metal element is preferably the same as the alkali metal element that constitutes the electrode reactant, whereby a high energy density can be obtained. The electrode reactive substance is a substance involved in the electrode reaction, and is, for example, lithium in a lithium ion secondary battery. Therefore, when used in a lithium ion secondary battery, “M” is preferably lithium.
Z1及びZ2は、同じ基であってもよいし、異なる基であってもよい。Z1、Z2における1価の炭化水素基とは、炭素〈C〉及び水素〈H〉から構成される1価の基の総称であり、直鎖状であってもよいし、1又は2以上の側鎖を有する分岐状であってもよい。また、1価の飽和炭化水素基は、不飽和結合を含んでいない飽和炭化水素基であってもよいし、1又は2以上の不飽和結合を含んでいる不飽和炭化水素基であってもよい。不飽和結合とは、炭素間二重結合(>C=C<)及び炭素間三重結合(−C≡C−)の一方、又は、双方である。 Z 1 and Z 2 may be the same group or different groups. The monovalent hydrocarbon group in Z 1 and Z 2 is a generic term for a monovalent group composed of carbon <C> and hydrogen <H>, and may be linear or 1 or 2 It may be branched having the above side chains. The monovalent saturated hydrocarbon group may be a saturated hydrocarbon group containing no unsaturated bond, or an unsaturated hydrocarbon group containing one or more unsaturated bonds. Good. The unsaturated bond is one or both of a carbon-carbon double bond (>C=C<) and a carbon-carbon triple bond (-C≡C-).
1価の炭化水素基として、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、シクロアルキル基、アリール基、及び、これらの2種類以上が1価となるように結合した基を挙げることができる。云い換えれば、1価の飽和炭化水素基は、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、及び、これらの2種類以上が1価となるように結合した基である。1価の不飽和炭化水素基は、例えば、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、これらの1種類以上を含む基、及び、これらの2種類以上が1価となるように結合した基である。1価の炭化水素基における2種類以上が結合した基として、アルキル基とアルケニル基とが結合した基、アルキル基とアルキニル基とが結合した基、アルケニル基とアルキニル基とが結合した基、アルキル基とシクロアルキル基とが結合した基、アルキル基とアリール基とが結合した基を例示することができる。1価の飽和炭化水素基における2種類以上が結合した基として、アルキル基とシクロアルキル基とが結合した基を例示することができる。1価の不飽和炭化水素基における2種類以上が結合した基として、アルキル基とアルケニル基とが結合した基、アルキル基とアルケニル基とが結合した基を例示することができる。 Examples of the monovalent hydrocarbon group include an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, a cycloalkyl group, an aryl group, and a group in which two or more of these groups are monovalently bonded. In other words, the monovalent saturated hydrocarbon group is, for example, an alkyl group, a cycloalkyl group, or a group in which two or more kinds of these groups are monovalently bonded. The monovalent unsaturated hydrocarbon group is, for example, an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group, a group containing at least one of these, and a group in which two or more of these are bonded so as to be monovalent. As the group in which two or more kinds of monovalent hydrocarbon groups are bonded, a group in which an alkyl group and an alkenyl group are bonded, a group in which an alkyl group and an alkynyl group are bonded, a group in which an alkenyl group and an alkynyl group are bonded, and alkyl Examples thereof include a group in which a group and a cycloalkyl group are bonded, and a group in which an alkyl group and an aryl group are bonded. Examples of the monovalent saturated hydrocarbon group in which two or more kinds are bonded include a group in which an alkyl group and a cycloalkyl group are bonded. Examples of the group in which two or more types of monovalent unsaturated hydrocarbon groups are bonded include a group in which an alkyl group and an alkenyl group are bonded, and a group in which an alkyl group and an alkenyl group are bonded.
アルキル基として、具体的には、メチル基〈−CH3〉、エチル基〈−C2H5〉、プロピル基〈−C3H7〉、n−ブチル基〈−C4H8〉、t−ブチル基〈−C(CH3)2−CH3〉を例示することができる。アルケニル基として、具体的には、ビニル基〈−CH=CH2〉、アリル基〈−CH2−CH=CH2〉を例示することができる。アルキニル基として、具体的には、エチニル基〈−C≡CH〉を例示することができる。シクロアルキル基として、具体的には、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基を例示することができる。アリール基として、具体的には、フェニル基、ナフチル基を例示することができる。2種類以上が結合した基として、具体的には、メチル基とエチニル基とが結合した基、ビニル基とエチニル基とが結合した基、メチル基とシクロプロピル基とが結合した基、メチル基とフェニル基とが結合した基を例示することができる。 As the alkyl group include a methyl group <-CH 3>, an ethyl group <-C 2 H 5>, propyl <-C 3 H 7>, n- butyl group <-C 4 H 8>, t - it can be exemplified butyl <-C (CH 3) 2 -CH 3>. Alkenyl groups, specifically, vinyl group <-CH = CH 2>, can be exemplified allyl group <-CH 2 -CH = CH 2> . Specific examples of the alkynyl group include an ethynyl group <-C≡CH>. Specific examples of the cycloalkyl group include a cyclopropyl group, a cyclobutyl group, a cyclopentyl group, a cyclohexyl group, a cycloheptyl group, and a cyclooctyl group. Specific examples of the aryl group include a phenyl group and a naphthyl group. As the group in which two or more kinds are bound, specifically, a group in which a methyl group and an ethynyl group are bound, a group in which a vinyl group and an ethynyl group are bound, a group in which a methyl group and a cyclopropyl group are bound, and a methyl group Examples thereof include a group in which a phenyl group is bonded to.
1価のフッ素化炭化水素基とは、上記の1価の炭化水素基において、1又は2以上の水素基〈−H〉がフッ素基〈−F〉によって置換された基である。1価のフッ素化炭化水素基として、具体的には、フッ素化アルキル基、フッ素化アルケニル基、フッ素化アルキニル基、フッ素化シクロアルキル基、フッ素化アリール基、これらの2種類以上が1価となるように結合した基を例示することができる。 The monovalent fluorinated hydrocarbon group is a group in which one or more hydrogen groups <-H> in the above monovalent hydrocarbon group are replaced by a fluorine group <-F>. As the monovalent fluorinated hydrocarbon group, specifically, a fluorinated alkyl group, a fluorinated alkenyl group, a fluorinated alkynyl group, a fluorinated cycloalkyl group, a fluorinated aryl group, and two or more of these are monovalent. Examples of the groups bonded so that
フッ素化アルキル基として、具体的には、フルオロメチル基〈−CH2F〉、ジフルオロメチル基〈−CHF2〉、パーフルオロメチル基〈−CF3〉、パーフルオロエチル基〈−C2F5〉、パーフルオロプロピル基〈−C3F7〉、n−パーフルオロブチル基〈−C4F8〉、t−パーフルオロブチル基〈−C(CF3)2−CF3〉を例示することができる。フッ素化アルケニル基として、具体的には、パーフルオロビニル基〈−CF=CF2〉、パーフルオロアリル基〈−CF2−CF=CF2〉を例示することができる。フッ素化アルキニル基として、具体的には、パーフルオロエチニル基〈−F≡CF〉を例示することができる。フッ素化シクロアルキル基として、具体的には、パーフルオロシクロプロピル基、パーフルオロシクロブチル基、パーフルオロシクロペンチル基、パーフルオロシクロヘキシル基、パーフルオロシクロヘプチル基、パーフルオロシクロオクチル基を例示することができる。フッ素化アリール基として、具体的には、パーフルオロフェニル基、パーフルオロナフチル基を例示することができる。中でも、フッ素化アルキル基、フッ素化アルケニル基、フッ素化アルキニル基、フッ素化シクロアルキル基、フッ素化アリール基は、パーフルオロ基であることが好ましく、パーフルオロアルキル基がより好ましい。容易に合成可能であると共に、後述する相乗作用が得られ易いからである。 As a fluorinated alkyl group, specifically, fluoromethyl group <-CH 2 F>, difluoromethyl group <-CHF 2>, perfluoromethyl group <-CF 3>, perfluoroethyl group <-C 2 F 5 >, perfluoropropyl group <-C 3 F 7>, n- perfluorobutyl <-C 4 F 8>, t- perfluorobutyl group <-C (CF 3) 2 to illustrate the -CF 3> You can As fluorinated alkenyl groups, specifically, perfluorovinyl group <-CF = CF 2>, can be exemplified perfluoro allyl <-CF 2 -CF = CF 2> . Specific examples of the fluorinated alkynyl group include a perfluoroethynyl group <-F≡CF>. Specific examples of the fluorinated cycloalkyl group include a perfluorocyclopropyl group, a perfluorocyclobutyl group, a perfluorocyclopentyl group, a perfluorocyclohexyl group, a perfluorocycloheptyl group, and a perfluorocyclooctyl group. it can. Specific examples of the fluorinated aryl group include a perfluorophenyl group and a perfluoronaphthyl group. Among them, the fluorinated alkyl group, fluorinated alkenyl group, fluorinated alkynyl group, fluorinated cycloalkyl group, and fluorinated aryl group are preferably perfluoro groups, and more preferably perfluoroalkyl groups. This is because they can be easily synthesized and the synergistic effect described later can be easily obtained.
1価の炭化水素基及び1価のフッ素化炭化水素基の炭素数は特に限定されないが、極端に多すぎないことが好ましい。第1化合物の溶解性及び相溶性等が向上するからである。具体的には、フッ素化アルキル基の炭素数は、1乃至4であることが好ましい。フッ素化アルケニル基及びフッ素化アルキニル基の炭素数は、2乃至4であることが好ましい。フッ素化シクロアルキル基及びフッ素化アリール基の炭素数は、6乃至12であることが好ましい。 The number of carbon atoms of the monovalent hydrocarbon group and the monovalent fluorinated hydrocarbon group is not particularly limited, but it is preferable that the carbon number is not too large. This is because the solubility and compatibility of the first compound are improved. Specifically, the fluorinated alkyl group preferably has 1 to 4 carbon atoms. The fluorinated alkenyl group and the fluorinated alkynyl group preferably have 2 to 4 carbon atoms. The fluorinated cycloalkyl group and the fluorinated aryl group preferably have 6 to 12 carbon atoms.
式(1)において、Z1及びZ2の一方、又は、双方は、フッ素基〈−F〉、1価のフッ素化炭化水素基のいずれかである。容易に合成可能であると共に、後述する相乗作用が得られ易いからである。これに伴い、Z1及びZ2の一方が1価の炭化水素基である場合、他方はフッ素基〈−F〉、1価のフッ素化炭化水素基のいずれかである。即ち、Z1及びZ2の双方が1価の炭化水素基とはならない。 In Formula (1), one or both of Z 1 and Z 2 is a fluorine group <-F> or a monovalent fluorinated hydrocarbon group. This is because they can be easily synthesized and the synergistic effect described later can be easily obtained. Accordingly, when one of Z 1 and Z 2 is a monovalent hydrocarbon group, the other is either a fluorine group <-F> or a monovalent fluorinated hydrocarbon group. That is, neither Z 1 nor Z 2 is a monovalent hydrocarbon group.
式(1)において、Y1及びY2のそれぞれは、スルホニル基、カルボニル基のいずれかであれば特に限定されない。Y1及びY2は、同じ基であってもよいし、異なる基であってもよい。 In formula (1), each of Y 1 and Y 2 is not particularly limited as long as it is either a sulfonyl group or a carbonyl group. Y 1 and Y 2 may be the same group or different groups.
第1化合物として、具体的には、ビスフルオロスルホニルイミドリチウム〈LiN(FSO2)2〉、ビストリフルオロメチルスルホニルイミドリチウム〈LiN(CF3SO2)2〉、フルオロスルホニルトリフルオロメチルスルホニルイミドリチウム〈LiN(FSO2)(CF3SO2)〉、フルオロスルホニルペンタフルオロエチルスルホニルイミドリチウム〈LiN(FSO2)(C2F5SO2)〉、フルオロスルホニルノナフルオロブチルスルホニルイミドリチウム〈LiN(FSO2)(C4F9SO2)〉、フルオロスルホニルフェニルスルホニルイミドリチウム〈LiN(FSO2)(C6H5SO2)〉、フルオロスルホニルペンタフルオロフェニルスルホニルイミドリチウム〈LiN(FSO2)(C6F5SO2)〉、フルオロスルホニルビニルスルホニルイミドリチウム〈LiN(FSO2)(C2F3SO2)〉を例示することができる。 As the first compound, specifically, bisfluorosulfonylimide lithium <LiN(FSO 2 ) 2 >, bistrifluoromethylsulfonylimide lithium <LiN(CF 3 SO 2 ) 2 >, fluorosulfonyltrifluoromethylsulfonylimide lithium < LiN(FSO 2 )(CF 3 SO 2 )>, fluorosulfonylpentafluoroethylsulfonylimide lithium <LiN(FSO 2 )(C 2 F 5 SO 2 )>, fluorosulfonylnonafluorobutylsulfonylimide lithium <LiN(FSO 2 ). )(C 4 F 9 SO 2 )>, fluorosulfonylphenylsulfonylimide lithium <LiN(FSO 2 )(C 6 H 5 SO 2 )>, fluorosulfonylpentafluorophenylsulfonylimide lithium <LiN(FSO 2 )(C 6 F 5 SO 2 )> and fluorosulfonylvinylsulfonylimide lithium <LiN(FSO 2 )(C 2 F 3 SO 2 )>.
上述した第2化合物は、式(2−A)及び式(2−B)で表される化合物のいずれか一方、又は、双方を含んでいる。但し、第2化合物は、式(2−A)に示した化合物の2種類以上を含んでいてもよいし、式(2−B)に示した化合物の2種類以上を含んでいてもよい。 The second compound described above contains either one or both of the compounds represented by formula (2-A) and formula (2-B). However, the second compound may include two or more kinds of the compounds represented by the formula (2-A) or two or more kinds of the compounds represented by the formula (2-B).
式(2−A)に示した化合物は、エーテル結合を含んでいないモノニトリル化合物(非酸素含有モノニトリル化合物)である。R1は、1価の炭化水素基であれば特に限定されない。1価の炭化水素基に関する詳細は、上記のとおりである。非酸素含有モノニトリル化合物として、具体的には、アセトニトリル〈CH3CN〉、プロピオニトリル〈C3H7CN〉、ブチロニトリル〈C4H9CN〉を例示することができる。 The compound represented by the formula (2-A) is a mononitrile compound having no ether bond (non-oxygen-containing mononitrile compound). R 1 is not particularly limited as long as it is a monovalent hydrocarbon group. The details regarding the monovalent hydrocarbon group are as described above. As a non-oxygen-containing mono-nitrile compounds, specifically, acetonitrile <CH 3 CN>, propionitrile <C 3 H 7 CN>, can be exemplified butyronitrile <C 4 H 9 CN>.
式(2−B)に示した化合物は、エーテル結合を含んでいるモノニトリル化合物(酸素含有モノニトリル化合物)である。R2は、1価の炭化水素基であれば特に限定されない。1価の炭化水素基に関する詳細は、上記のとおりである。式(2−B)中の「X」において、2価の炭化水素基とは、炭素及び水素から構成される2価の基の総称であり、直鎖状であってもよいし、1又は2以上の側鎖を有する分岐状であってもよい。2価の炭化水素基として、具体的には、アルキレン基、アルケニレン基、アルキニレン基、シクロアルキレン基、アリーレン基、及び、これらの2種類以上が2価となるように結合した基を例示することができる。2種類以上が結合した基として、具体的には、アルキレン基とアルケニレン基とが結合した基、アルキル基とアルキニレン基とが結合した基、アルケニレン基とアルキニレン基とが結合した基、アルキレン基とシクロアルキレン基とが結合した基、アルキレン基とアリーレン基とが結合した基を例示することができる。 The compound represented by the formula (2-B) is a mononitrile compound containing an ether bond (oxygen-containing mononitrile compound). R 2 is not particularly limited as long as it is a monovalent hydrocarbon group. The details regarding the monovalent hydrocarbon group are as described above. In “X” in the formula (2-B), the divalent hydrocarbon group is a general term for divalent groups composed of carbon and hydrogen, and may be linear, or 1 or It may be branched having two or more side chains. Specific examples of the divalent hydrocarbon group include an alkylene group, an alkenylene group, an alkynylene group, a cycloalkylene group, an arylene group, and a group in which two or more kinds of these are bonded so as to be divalent. You can Specific examples of the group in which two or more types are bonded include a group in which an alkylene group and an alkenylene group are bonded, a group in which an alkyl group and an alkynylene group are bonded, a group in which an alkenylene group and an alkynylene group are bonded, and an alkylene group. Examples thereof include a group bonded to a cycloalkylene group and a group bonded to an alkylene group and an arylene group.
アルキレン基として,具体的には、メチレン基〈−CH2−〉、エチレン基〈−C2H4−〉、プロピレン基〈−C3H6−〉、n−ブチレン基〈−C4H8−〉、t−ブチレン基〈−C(CH3)2−CH2−〉を例示することができる。アルケニレン基として、具体的には、ビニレン基〈−CH=CH−〉、アリレン基〈−CH2−CH=CH−〉を例示することができる。アルキニレン基として、具体的には、エチニレン基〈−C≡C−〉を例示することができる。シクロアルキレン基として、具体的には、シクロプロピレン基、シクロブチレン基、シクロペンチレン基、シクロヘキシレン基、シクロヘプチレン基、シクロオクチレン基を例示することができる。アリーレン基として、具体的には、フェニレン基、ナフチレン基を例示することができる。2種類以上が結合した基として、具体的には、メチレン基とエチニレン基とが結合した基、ビニレン基とエチニレン基とが結合した基、メチレン基とシクロプロピレン基とが結合した基、メチレン基とフェニレン基とが結合した基を例示することができる。 As the alkylene group, and specific examples include a methylene group <-CH 2 ->, an ethylene group <-C 2 H 4 ->, propylene <-C 3 H 6 ->, n- butylene <-C 4 H 8 ->, t-butylene <-C (CH 3) 2 -CH 2 - can be exemplified>. As the alkenylene group include a vinylene group <-CH = CH->, can be exemplified arylene group <-CH 2 -CH = CH->. Specific examples of the alkynylene group include an ethynylene group <-C[identical to]C->. Specific examples of the cycloalkylene group include a cyclopropylene group, a cyclobutylene group, a cyclopentylene group, a cyclohexylene group, a cycloheptylene group, and a cyclooctylene group. Specific examples of the arylene group include a phenylene group and a naphthylene group. Specific examples of the group in which two or more kinds are bonded include a group in which a methylene group and an ethynylene group are bonded, a group in which a vinylene group and an ethynylene group are bonded, a group in which a methylene group and a cyclopropylene group are bonded, and a methylene group. Examples thereof include a group in which and a phenylene group are bonded.
2価の炭化水素基の炭素数は特に限定されないが、極端に多すぎないことが好ましい。第2化合物の溶解性及び相溶性等が向上するからである。具体的には、アルキレン基の炭素数は、1乃至4であることが好ましい。アルケニレン基及びアルキニレン基の炭素数は、2乃至4であることが好ましい。シクロアルキレン基及びアリーレン基の炭素数は、6乃至12であることが好ましい。 Although the carbon number of the divalent hydrocarbon group is not particularly limited, it is preferably not extremely too large. This is because the solubility and compatibility of the second compound are improved. Specifically, the alkylene group preferably has 1 to 4 carbon atoms. The alkenylene group and alkynylene group preferably have 2 to 4 carbon atoms. The cycloalkylene group and the arylene group preferably have 6 to 12 carbon atoms.
「X」は、1又は2以上のエーテル結合、及び、1又は2以上の2価の炭化水素基が任意の順に結合した基であれば特に限定されない。即ち、「X」中に含まれるエーテル結合の数は、1であってもよいし、2以上であってもよい。同様に、「X」中に含まれる2価の炭化水素基の数は、1であってもよいし、2以上であってもよい。2価の炭化水素基の数が2以上である場合、2以上の2価の炭化水素基は、同じ基であってもよいし、異なる基であってもよい。2以上の2価の炭化水素基の一部が同じ基であってもよい。エーテル結合と2価の炭化水素基とが結合される順序は任意でよいため、エーテル結合同士が結合されてもよいし、2価の炭化水素基同士が結合されてもよいし、エーテル結合と2価の炭化水素基とが結合されてもよい。 “X” is not particularly limited as long as it is a group in which one or more ether bonds and one or more divalent hydrocarbon groups are bonded in any order. That is, the number of ether bonds contained in “X” may be 1, or 2 or more. Similarly, the number of divalent hydrocarbon groups contained in “X” may be 1, or 2 or more. When the number of divalent hydrocarbon groups is 2 or more, the 2 or more divalent hydrocarbon groups may be the same group or different groups. Part of two or more divalent hydrocarbon groups may be the same group. Since the order in which the ether bond and the divalent hydrocarbon group are bonded may be arbitrary, the ether bonds may be bonded to each other, the divalent hydrocarbon groups may be bonded to each other, or the ether bond and the ether bond may be bonded to each other. A divalent hydrocarbon group may be bonded.
中でも、「X」は、−O−Y−(Yは、2価の炭化水素基である)で表される基であることが好ましい。容易に合成可能であると共に、後述する相乗作用が得られ易いからである。2価の炭化水素基に関する詳細は、上記のとおりである。但し、ここで説明したX(即ち、−O−Y−)では、エーテル結合(−O−)がR2に結合されると共に、Yがシアノ基〈−CN〉に結合される。「X」として、具体的には、−O−CH2−、−CH2−O−、−O−CH2−O−、−O−C2H5−を例示することができる。 Among them, “X” is preferably a group represented by —O—Y— (Y is a divalent hydrocarbon group). This is because they can be easily synthesized and the synergistic effect described later can be easily obtained. The details regarding the divalent hydrocarbon group are as described above. However, where X as described (i.e., -O-Y-) in, along with an ether bond (-O-) is bonded to R 2, Y is bonded to a cyano group <-CN>. As "X", specifically, -O-CH 2 -, - CH 2 -O -, - O-CH 2 -O -, - O-C 2 H 5 - can be exemplified.
酸素含有モノニトリル化合物の具体例として、メトキシアセトニトリル〈CH3−O−CH2−CN〉、エトキシアセトニトリル〈C2H5−O−CH2−CN〉、プロポキシアセトニトリル〈C3H7−O−CH2−CN〉を例示することができる。 Specific examples of the oxygen-containing mono-nitrile compounds, methoxy acetonitrile <CH 3 -O-CH 2 -CN >, ethoxy acetonitrile <C 2 H 5 -O-CH 2 -CN>, propoxy acetonitrile <C 3 H 7 -O- it can be exemplified CH 2 -CN>.
非水系電解液中における第2化合物の含有量は特に限定されないが、例えば、20質量%乃至100質量%であることが好ましい。後述する相乗作用が得られ易いからである。第2化合物が非酸素含有モノニトリル化合物及び酸素含有モノニトリル化合物の双方を含む場合、上記の第2化合物の含有量は、非酸素含有モノニトリル化合物の含有量と酸素含有モノニトリル化合物の含有量との総和である。このように含有量が総和を意味することは、以降においても同様である。 The content of the second compound in the non-aqueous electrolyte solution is not particularly limited, but is preferably 20% by mass to 100% by mass, for example. This is because the synergistic effect described later can be easily obtained. When the second compound contains both the non-oxygen-containing mononitrile compound and the oxygen-containing mononitrile compound, the content of the second compound is the content of the non-oxygen-containing mononitrile compound and the content of the oxygen-containing mononitrile compound. Is the sum of The fact that the content means the sum is the same in the following.
上述した第3化合物は、不飽和環状炭酸エステル、ハロゲン化環状炭酸エステル、ポリニトリル化合物のいずれかを、1種類又は2種類以上、含んでいる。但し、第3化合物は、2種類以上の不飽和環状炭酸エステルを含んでいてもよい。このように2種類以上を含んでいてもよいことは、ハロゲン化環状炭酸エステル及びポリニトリル化合物に関しても同様である。 The above-mentioned third compound contains one kind or two or more kinds of any of unsaturated cyclic carbonic acid ester, halogenated cyclic carbonic acid ester, and polynitrile compound. However, the third compound may contain two or more kinds of unsaturated cyclic carbonic acid esters. The fact that two or more kinds may be contained in this way is the same for the halogenated cyclic ester carbonate and the polynitrile compound.
不飽和環状炭酸エステルは、式(3−A)、式(3−B)、式(3−C)に示した化合物のいずれかを、1種類又は2種類以上、含んでいる。ここで、不飽和環状炭酸エステルとは、1又は2以上の不飽和結合(炭素間二重結合)を含む環状炭酸エステルである。 The unsaturated cyclic carbonic acid ester contains one kind or two or more kinds of the compounds represented by the formula (3-A), the formula (3-B) and the formula (3-C). Here, the unsaturated cyclic carbonic acid ester is a cyclic carbonic acid ester containing one or more unsaturated bonds (carbon-carbon double bond).
式(3−A)に示した化合物は、炭酸ビニレン系化合物である。R3及びR4のそれぞれは、水素基、1価の炭化水素基のいずれかであれば特に限定されない。1価の炭化水素基に関する詳細は、上記のとおりである。R3及びR4は、同じ基であってもよいし、異なる基であってもよい。 The compound represented by the formula (3-A) is a vinylene carbonate compound. Each of R 3 and R 4 is not particularly limited as long as it is either a hydrogen group or a monovalent hydrocarbon group. The details regarding the monovalent hydrocarbon group are as described above. R 3 and R 4 may be the same group or different groups.
炭酸ビニレン系化合物の具体例として、炭酸ビニレン(1,3−ジオキソール−2−オン)、炭酸メチルビニレン(4−メチル−1,3−ジオキソール−2−オン)、炭酸エチルビニレン(4−エチル−1,3−ジオキソール−2−オン)、4,5−ジメチル−1,3−ジオキソール−2−オン、4,5−ジエチル−1,3−ジオキソール−2−オン、4−フルオロ−1,3−ジオキソール−2−オン、4−トリフルオロメチル−1,3−ジオキソール−2−オンを例示することができるが、中でも、容易に合成可能であるといった観点から、炭酸ビニレンが好ましい。 Specific examples of the vinylene carbonate-based compound include vinylene carbonate (1,3-dioxole-2-one), methylvinylene carbonate (4-methyl-1,3-dioxole-2-one), ethylvinylene carbonate (4-ethyl-). 1,3-dioxole-2-one), 4,5-dimethyl-1,3-dioxole-2-one, 4,5-diethyl-1,3-dioxole-2-one, 4-fluoro-1,3 Examples thereof include -dioxole-2-one and 4-trifluoromethyl-1,3-dioxole-2-one. Among them, vinylene carbonate is preferable because it can be easily synthesized.
式(3−B)に示した化合物は、炭酸ビニルエチレン系化合物である。R5,R6,R7,R8のそれぞれは、水素基、1価の飽和炭化水素基、1価の不飽和炭化水素基のいずれかであれば特に限定されない。1価の飽和炭化水素基及び1価の不飽和炭化水素基に関する詳細は、上記のとおりである。但し、R5,R6,R7,R8の1又は2以上は、1価の不飽和炭化水素基である。炭酸ビニルエチレン系化合物は、1又は2以上の不飽和結合(炭素間二重結合)を含んでいなければならないからである。R5,R6,R7,R8は、同じ基であってもよいし、異なる基であってもよい。R5,R6,R7,R8の一部が同じ基であってもよい。 The compound represented by the formula (3-B) is a vinyl ethylene carbonate compound. Each of R 5 , R 6 , R 7 and R 8 is not particularly limited as long as it is any one of a hydrogen group, a monovalent saturated hydrocarbon group and a monovalent unsaturated hydrocarbon group. The details regarding the monovalent saturated hydrocarbon group and the monovalent unsaturated hydrocarbon group are as described above. However, 1 or 2 or more of R 5 , R 6 , R 7 , and R 8 is a monovalent unsaturated hydrocarbon group. This is because the vinyl ethylene carbonate-based compound must contain one or more unsaturated bonds (carbon-carbon double bonds). R 5 , R 6 , R 7 and R 8 may be the same group or different groups. Part of R 5 , R 6 , R 7 and R 8 may be the same group.
炭酸ビニルエチレン系化合物として、具体的には、炭酸ビニルエチレン(4−ビニル−1,3−ジオキソラン−2−オン)、4−メチル−4−ビニル−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−エチル−4−ビニル−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−n−プロピル−4−ビニル−1,3−ジオキソラン−2−オン、5−メチル−4−ビニル−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,4−ジビニル−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,5−ジビニル−1,3−ジオキソラン−2−オンを例示することができるが、中でも、容易に合成可能であるといった観点から、炭酸ビニルエチレンが好ましい。 As the vinyl ethylene carbonate-based compound, specifically, vinyl ethylene carbonate (4-vinyl-1,3-dioxolan-2-one), 4-methyl-4-vinyl-1,3-dioxolan-2-one, 4 -Ethyl-4-vinyl-1,3-dioxolan-2-one, 4-n-propyl-4-vinyl-1,3-dioxolan-2-one, 5-methyl-4-vinyl-1,3-dioxolane 2-one, 4,5-divinyl-1,3-dioxolan-2-one and 4,5-divinyl-1,3-dioxolan-2-one can be exemplified, but among them, can be easily synthesized. From the standpoint of that, vinyl ethylene carbonate is preferable.
式(3−C)に示した化合物は、炭酸メチレンエチレン系化合物である。R9は、>CR10R11で表される基であれば特に限定されない。1価の炭化水素基に関する詳細は、上記のとおりである。R10及びR11は、同じ基であってもよいし、異なる基であってもよい。 The compound represented by the formula (3-C) is a methylene ethylene carbonate compound. R 9 is not particularly limited as long as it is a group represented by >CR 10 R 11 . The details regarding the monovalent hydrocarbon group are as described above. R 10 and R 11 may be the same group or different groups.
炭酸メチレンエチレン系化合物として、具体的には、炭酸メチレンエチレン(4−メチレン−1,3−ジオキソラン−2−オン)、4,4−ジメチル−5−メチレン−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,4−ジエチル−5−メチレン−1,3−ジオキソラン−2−オンを例示することができる。 Specific examples of the methylene ethylene carbonate compound include methylene ethylene carbonate (4-methylene-1,3-dioxolan-2-one) and 4,4-dimethyl-5-methylene-1,3-dioxolan-2-one. , 4,4-diethyl-5-methylene-1,3-dioxolan-2-one can be exemplified.
その他、不飽和環状炭酸エステルは、2つのメチレン基を含む化合物であってもよいし、ベンゼン環を含む炭酸カテコール(カテコールカーボネート)等であってもよい。2つのメチレン基を含む化合物とは、式(3−C)において、>C=R9の代わりに>C=CH2を含むと共に、>CH2の代わりに>C=CH2を含む化合物である。 In addition, the unsaturated cyclic carbonic acid ester may be a compound containing two methylene groups, catechol carbonate containing a benzene ring (catechol carbonate), or the like. The compounds containing two methylene groups in formula (3-C),> C = instead of R 9> together comprise a C = CH 2,> instead of CH 2> with a compound containing a C = CH 2 is there.
非水系電解液中における不飽和環状炭酸エステルの含有量は特に限定されないが、例えば、不飽和環状炭酸エステルを除いた全体の合計に対して0.01質量%乃至20質量%であることが好ましい。 The content of the unsaturated cyclic carbonic acid ester in the non-aqueous electrolytic solution is not particularly limited, but is preferably 0.01% by mass to 20% by mass with respect to the total amount excluding the unsaturated cyclic carbonic acid ester. ..
ハロゲン化環状炭酸エステルは、式(3−D)及び式(3−E)に示した化合物のいずれかを、1種類又は2種類以上、含んでいる。ハロゲン化炭酸エステルとは、1又は2以上のハロゲン基を有する炭酸エステルである。 The halogenated cyclic carbonic acid ester contains one kind or two or more kinds of the compounds represented by the formula (3-D) and the formula (3-E). The halogenated carbonic acid ester is a carbonic acid ester having one or more halogen groups.
式(3−D)に示した化合物は、ハロゲン化環状炭酸エステルである。R12〜R15は、水素基、ハロゲン基、1価の炭化水素基、1価のハロゲン化炭化水素基のいずれかであれば特に限定されない。1価の炭化水素基に関する詳細は、上記のとおりである。但し、R12〜R15の1又は2以上は、ハロゲン基、1価のハロゲン化炭化水素基のいずれかである。ハロゲン化環状炭酸エステルは、1又は2以上のハロゲン基を含んでいなければならないからである。R12〜R15は、同じ基であってもよいし、異なる基であってもよい。R12〜R15の一部が同じ基であってもよい。 The compound represented by the formula (3-D) is a halogenated cyclic carbonic acid ester. R 12 to R 15 are not particularly limited as long as they are any of a hydrogen group, a halogen group, a monovalent hydrocarbon group and a monovalent halogenated hydrocarbon group. The details regarding the monovalent hydrocarbon group are as described above. However, one or two or more of R 12 to R 15 are either a halogen group or a monovalent halogenated hydrocarbon group. This is because the halogenated cyclic ester carbonate must contain one or more halogen groups. R 12 to R 15 may be the same group or different groups. Part of R 12 to R 15 may be the same group.
1価のハロゲン化炭化水素基とは、上記の1価の炭化水素基において、1又は2以上の水素基がハロゲン基によって置換された基である。ハロゲン基は特に限定されないが、例えば、フッ素基〈−F〉、塩素基〈−Cl〉、臭素基〈−Br〉、ヨウ素基〈−I〉等のいずれかであり、中でも、フッ素基〈−F〉が好ましい。容易に合成可能であると共に、後述する相乗作用が得られ易いからである。ハロゲン基の数は、1よりも2が好ましく、更には、3以上であってもよい。より高い効果が得られるからである。 The monovalent halogenated hydrocarbon group is a group in which one or more hydrogen groups in the above monovalent hydrocarbon group are substituted with a halogen group. The halogen group is not particularly limited, but is, for example, any one of a fluorine group <-F>, a chlorine group <-Cl>, a bromine group <-Br>, an iodine group <-I>, among which a fluorine group <- F> is preferable. This is because they can be easily synthesized and the synergistic effect described later is easily obtained. The number of halogen groups is preferably 2 rather than 1, and may be 3 or more. This is because a higher effect can be obtained.
1価のハロゲン化炭化水素基として、具体的には、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン化アルケニル基、ハロゲン化アルキニル基、ハロゲン化シクロアルキル基、ハロゲン化アリール基、これらの2種類以上が1価となるように結合した基を例示することができる。 As the monovalent halogenated hydrocarbon group, specifically, a halogenated alkyl group, a halogenated alkenyl group, a halogenated alkynyl group, a halogenated cycloalkyl group, a halogenated aryl group, and two or more of these are monovalent. Examples of the groups bonded so that
ハロゲン化アルキル基の内、フッ素化アルキル基、フッ素化アルケニル基、フッ素化アルキニル基、フッ素化シクロアルキル基、フッ素化アリール基の具体例は、上記のとおりである。塩素化アルキル基、臭素化アルキル基、ヨウ素化アルキル基の具体例は、上記のフッ素化アルキル基の具体例の内のフッ素基を、塩素基、臭素基、ヨウ素基に変更した化合物である。このように、フッ素基を、塩素基、臭素基、ヨウ素基に変更することは、塩素化アルケニル基、塩素化アルキニル基、塩素化シクロアルキル基、塩素化アリール基、臭素化アルケニル基、臭素化アルキニル基、臭素化シクロアルキル基、臭素化アリール基、ヨウ素化アルケニル基、ヨウ素化アルキニル基、ヨウ素化シクロアルキル基、ヨウ素化アリール基に関しても同様である。 Among the halogenated alkyl groups, specific examples of the fluorinated alkyl group, the fluorinated alkenyl group, the fluorinated alkynyl group, the fluorinated cycloalkyl group, and the fluorinated aryl group are as described above. Specific examples of the chlorinated alkyl group, the brominated alkyl group, and the iodinated alkyl group are compounds in which the fluorine group in the above specific examples of the fluorinated alkyl group is changed to a chlorine group, a bromine group, or an iodine group. Thus, changing a fluorine group to a chlorine group, a bromine group, or an iodine group means to change a chlorinated alkenyl group, a chlorinated alkynyl group, a chlorinated cycloalkyl group, a chlorinated aryl group, a brominated alkenyl group, or a brominated group. The same applies to the alkynyl group, brominated cycloalkyl group, brominated aryl group, iodinated alkenyl group, iodinated alkynyl group, iodinated cycloalkyl group, and iodinated aryl group.
ハロゲン化環状炭酸エステルの具体例として、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−クロロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、テトラフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−クロロ−5−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,5−ジクロロ−1,3−オキソラン−2−オン、テトラクロロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,5−ビストリフルオロメチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−トリフルオロメチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,5−ジフルオロ−4,5−ジメチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,4−ジフルオロ−5−メチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−エチル−5,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−フルオロ−5−トリフルオロメチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−メチル−5−トリフルオロメチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−フルオロ−4,5−ジメチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、5−1,1−ジフルオロエチル−4,4−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,5−ジクロロ−4,5−ジメチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−エチル−5−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−エチル−4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−エチル−4,5,5−トリフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−フルオロ−4−メチル−1,3−ジオキソラン−2−オンを例示することができる。ここで説明するハロゲン化環状炭酸エステルの具体例には、異性体(シス異性体及びトランス異性体)が含まれる。 Specific examples of the halogenated cyclic carbonic acid ester include 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one, 4-chloro-1,3-dioxolan-2-one and 4,5-difluoro-1,3-dioxolane-. 2-one, tetrafluoro-1,3-dioxolan-2-one, 4-chloro-5-fluoro-1,3-dioxolan-2-one, 4,5-dichloro-1,3-oxolan-2-one , Tetrachloro-1,3-dioxolan-2-one, 4,5-bistrifluoromethyl-1,3-dioxolan-2-one, 4-trifluoromethyl-1,3-dioxolan-2-one, 4, 5-difluoro-4,5-dimethyl-1,3-dioxolan-2-one, 4,4-difluoro-5-methyl-1,3-dioxolan-2-one, 4-ethyl-5,5-difluoro- 1,3-dioxolan-2-one, 4-fluoro-5-trifluoromethyl-1,3-dioxolan-2-one, 4-methyl-5-trifluoromethyl-1,3-dioxolan-2-one, 4-fluoro-4,5-dimethyl-1,3-dioxolan-2-one, 5-1,1-difluoroethyl-4,4-difluoro-1,3-dioxolan-2-one, 4,5-dichloro 4,5-Dimethyl-1,3-dioxolan-2-one, 4-ethyl-5-fluoro-1,3-dioxolan-2-one, 4-ethyl-4,5-difluoro-1,3-dioxolane 2-one, 4-ethyl-4,5,5-trifluoro-1,3-dioxolan-2-one, 4-fluoro-4-methyl-1,3-dioxolan-2-one may be exemplified. it can. Specific examples of the halogenated cyclic carbonic acid ester described here include isomers (cis isomer and trans isomer).
式(3−E)に示した化合物は、ハロゲン化鎖状炭酸エステルである。R16〜R21は、水素基、ハロゲン基、1価の炭化水素基、1価のハロゲン化炭化水素基のいずれかであれば特に限定されない。1価の炭化水素基及び1価のハロゲン化炭化水素基に関する詳細は、上記のとおりである。但し、上記のハロゲン化環状炭酸エステルと同様の理由により、R16〜R21の1又は2以上は、ハロゲン基、1価のハロゲン化炭化水素基のいずれかである。R16〜R21は、同じ基であってもよいし、異なる基であってもよい。R16〜R21の一部が同じ基であってもよい。ハロゲン化鎖状炭酸エステルとして、具体的には、炭酸フルオロメチルメチル、炭酸ビスフルオロメチル、炭酸ジフルオロメチルメチルを例示することができる。非水系電解液中におけるハロゲン化環状炭酸エステルの含有量は特に限定されないが、例えば、ハロゲン化環状炭酸エステルを除いた全体の合計に対して0.01質量%乃至20質量%であることが好ましい。 The compound represented by the formula (3-E) is a halogenated chain ester carbonate. R 16 to R 21 are not particularly limited as long as they are any of a hydrogen group, a halogen group, a monovalent hydrocarbon group and a monovalent halogenated hydrocarbon group. The details regarding the monovalent hydrocarbon group and the monovalent halogenated hydrocarbon group are as described above. However, for the same reason as the above-mentioned halogenated cyclic ester carbonate, one or more of R 16 to R 21 is a halogen group or a monovalent halogenated hydrocarbon group. R 16 to R 21 may be the same group or different groups. Part of R 16 to R 21 may be the same group. Specific examples of the halogenated chain ester carbonate include fluoromethyl methyl carbonate, bisfluoromethyl carbonate, and difluoromethyl methyl carbonate. The content of the halogenated cyclic ester carbonate in the non-aqueous electrolyte solution is not particularly limited, but is preferably 0.01% by mass to 20% by mass with respect to the total total excluding the halogenated cyclic ester carbonate. ..
ポリニトリル化合物は、式(3−F)に示した化合物のいずれかを、1種類又は2種類以上、含んでいる。ポリニトリル化合物は、2以上のニトリル基を含む化合物であり、上記の第2化合物は、ここで説明するポリニトリル化合物に含まれない。第2化合物は、2以上のニトリル基を含んでいないからである。 The polynitrile compound contains one kind or two or more kinds of the compounds represented by the formula (3-F). The polynitrile compound is a compound containing two or more nitrile groups, and the second compound is not included in the polynitrile compound described here. This is because the second compound does not contain two or more nitrile groups.
R22は、n価の炭化水素基であれば特に限定されない。一例を挙げると、R22の炭素数が1である場合、2価の炭化水素基として−CH2−、3価の炭化水素基として>CH−等を挙げることができる。同様に、R22の炭素数が2である場合、2価の炭化水素基として−CH2−CH2−、3価の炭化水素基として>CH−CH2−等を挙げることができる。中でも、R22は、2価の炭化水素基であることが好ましい。シアノ基〈−CN〉の数が2になるため、後述する相乗作用が得られ易いからである。2価の炭化水素基に関する詳細は、上記のとおりである。 R 22 is not particularly limited as long as it is an n-valent hydrocarbon group. As an example, when R 22 has 1 carbon, a divalent hydrocarbon group may be —CH 2 — and a trivalent hydrocarbon group may be >CH—. Similarly, when R 22 has 2 carbon atoms, examples of the divalent hydrocarbon group include —CH 2 —CH 2 —, and examples of the trivalent hydrocarbon group include >CH—CH 2 —. Among them, R 22 is preferably a divalent hydrocarbon group. This is because the number of cyano groups <-CN> becomes 2, and thus the synergistic effect described later is easily obtained. The details regarding the divalent hydrocarbon group are as described above.
ポリニトリル化合物として、具体的には、マロノニトリル、スクシノニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、ピメロニトリル、スベロニトリル、アゼラニトリル、セバコニトリル、ウンデカンジニトリル、ドデカンジニトリル、フタロニトリル、テトラシアノキノジメタンを例示することができる。非水系電解液中におけるポリニトリル化合物の含有量は特に限定されないが、例えば、ポリニトリル化合物を除いた全体の合計に対して0.01質量%乃至10質量%であることが好ましい。 Specific examples of the polynitrile compound include malononitrile, succinonitrile, glutaronitrile, adiponitrile, pimelonitrile, suberonitrile, azelanitrile, sebaconitrile, undecanedinitrile, dodecanedinitrile, phthalonitrile, and tetracyanoquinodimethane. it can. The content of the polynitrile compound in the non-aqueous electrolytic solution is not particularly limited, but is preferably 0.01% by mass to 10% by mass with respect to the total total excluding the polynitrile compound.
非水系電解液は、上記の第1化合物、第2化合物及び第3化合物に加えて、他の材料の1種類又は2種類以上を含んでいてもよい。他の材料として、具体的には、スルホン酸エステル、酸無水物、環状カルボン酸エステル(ラクトン)、ジアルキルスルホキシド、鎖状ジ炭酸エステル(下記の式(10)参照)、芳香族炭酸エステル(下記の式(11)参照)、環状炭酸エステル(下記の式(12)参照)、鎖状モノ炭酸エステル(下記の式(13)参照)、鎖状カルボン酸エステル(下記の式(14)参照)、リン酸エステル(下記の式(15)参照)、モノフルオロリン酸リチウム〈Li2PO3F〉、ジフルオロリン酸リチウム〈LiPO2F2〉のいずれか1種類又は2種類以上を例示することができる。 The non-aqueous electrolyte solution may contain one kind or two or more kinds of other materials in addition to the above-mentioned first compound, second compound and third compound. As other materials, specifically, sulfonic acid ester, acid anhydride, cyclic carboxylic acid ester (lactone), dialkyl sulfoxide, chain dicarbonic acid ester (see the following formula (10)), aromatic carbonic acid ester (the following) Formula (11)), cyclic carbonate (see Formula (12) below), chain monocarbonate (see Formula (13) below), chain carboxylic acid ester (see Formula (14) below) , Phosphoric acid ester (see the following formula (15)), lithium monofluorophosphate <Li 2 PO 3 F>, lithium difluorophosphate <LiPO 2 F 2 >, or two or more thereof. You can
ここで、R23及びR24のそれぞれは、1価の炭化水素基、1価のハロゲン化炭化水素基のいずれかであり、R25は、2価の炭化水素基、2価のハロゲン化炭化水素基のいずれかである。また、R26,R27,R28,R29,R30,R31,R32,R33,R34,R35のそれぞれは、1価の炭化水素基、1価の酸素含有炭化水素基、1価の窒素含有炭化水素基、1価のハロゲン化炭化水素基、1価のハロゲン化酸素含有炭化水素基、1価のハロゲン化窒素含有炭化水素基、これらの2種類以上が1価となるように結合した基のいずれかである。更には、R36,R37,R38,R39のそれぞれは、水素基、1価の炭化水素基のいずれかである。また、R40及びR41のそれぞれは、水素基、1価の炭化水素基のいずれかである。更には、R42及びR43のそれぞれは、水素基、1価の炭化水素基のいずれかである。また、R44,R45,R46のそれぞれは、1価の炭化水素基、1価のハロゲン化炭化水素基のいずれかである。 Here, each of R 23 and R 24 is either a monovalent hydrocarbon group or a monovalent halogenated hydrocarbon group, and R 25 is a divalent hydrocarbon group or a divalent halogenated hydrocarbon group. It is one of the hydrogen groups. Further, each of R 26 , R 27 , R 28 , R 29 , R 30 , R 31 , R 32 , R 33 , R 34 , and R 35 is a monovalent hydrocarbon group or a monovalent oxygen-containing hydrocarbon group. Monovalent nitrogen-containing hydrocarbon group, monovalent halogenated hydrocarbon group, monovalent halogenated oxygen-containing hydrocarbon group, monovalent halogenated nitrogen-containing hydrocarbon group, and two or more of these are monovalent Is one of the groups bonded so that Furthermore, each of R 36 , R 37 , R 38 , and R 39 is either a hydrogen group or a monovalent hydrocarbon group. Further, each of R 40 and R 41 is either a hydrogen group or a monovalent hydrocarbon group. Furthermore, each of R 42 and R 43 is a hydrogen group or a monovalent hydrocarbon group. Further, each of R 44 , R 45 and R 46 is either a monovalent hydrocarbon group or a monovalent halogenated hydrocarbon group.
スルホン酸エステルとして、具体的には、モノスルホン酸エステル、ジスルホン酸エステルを例示することができる。非水系電解液中におけるスルホン酸エステルの含有量は特に限定されないが、例えば、スルホン酸エステルを除いた全体の合計に対して0.01質量%乃至10質量%であることが好ましい。 Specific examples of the sulfonic acid ester include monosulfonic acid ester and disulfonic acid ester. The content of the sulfonic acid ester in the non-aqueous electrolyte solution is not particularly limited, but for example, it is preferably 0.01% by mass to 10% by mass with respect to the total amount excluding the sulfonic acid ester.
モノスルホン酸エステルは、環状モノスルホン酸エステルであってもよいし、鎖状モノスルホン酸エステルであってもよい。環状モノスルホン酸エステルとして、具体的には、プロパンスルトン、プロペンスルトン等のスルトンを例示することができる。鎖状モノスルホン酸エステルとして、具体的には、環状モノスルホン酸エステルが途中で切断された構造を有する化合物を例示することができる。一例を挙げると、プロパンスルトンが途中で切断された化合物として、CH3−CH2−CH2−SO3−CH3を例示することができる。−SO3−(−S(=O)2−O−)の向きは特に限定されない。即ち、上記のCH3−CH2−CH2−SO3−CH3は、CH3−CH2−CH2−S(=O)2−O−CH3であってもよいし、CH3−CH2−CH2−O−S(=O)2−CH3であってもよい。 The monosulfonic acid ester may be a cyclic monosulfonic acid ester or a chain monosulfonic acid ester. Specific examples of the cyclic monosulfonic acid ester include sultones such as propane sultone and propene sultone. Specific examples of the chain monosulfonic acid ester include compounds having a structure in which a cyclic monosulfonic acid ester is cleaved in the middle. As an example, CH 3 —CH 2 —CH 2 —SO 3 —CH 3 can be exemplified as a compound in which propane sultone is cleaved on the way. -SO 3 - (- S (= O) 2 -O-) orientation is not particularly limited. That is, the above CH 3 —CH 2 —CH 2 —SO 3 —CH 3 may be CH 3 —CH 2 —CH 2 —S(═O) 2 —O—CH 3 or CH 3 — CH 2 -CH 2 -O-S ( = O) may be 2 -CH 3.
ジスルホン酸エステルは、環状ジスルホン酸エステルであってもよいし、鎖状ジスルホン酸エステルであってもよい。環状ジスルホン酸エステルとして、具体的には、式(16−1)、式(16−2)、式(16−3)で表される化合物を例示することができる。鎖状ジスルホン酸エステルは、環状ジスルホン酸エステルが途中で切断された化合物である。式(16−2)に示した化合物が途中で切断された化合物として、具体的には、CH3−SO3−CH2−CH2−SO3−CH3を例示することができる。2つの−SO3−(−S(=O)2−O−)の向きは特に限定されない。即ち、上記のCH3−SO3−CH2−CH2−SO3−CH3は、CH3−S(=O)2−O−CH2−CH2−S(=O)2−O−CH3でもよいし、CH3−O−S(=O)2−CH2−CH2−S(=O)2−O−CH3でもよいし、CH3−S(=O)2−O−CH2−CH2−O−S(=O)2−CH3でもよい。 The disulfonic acid ester may be a cyclic disulfonic acid ester or a chain disulfonic acid ester. Specific examples of the cyclic disulfonic acid ester include compounds represented by formula (16-1), formula (16-2), and formula (16-3). The chain disulfonic acid ester is a compound in which the cyclic disulfonic acid ester is cleaved on the way. Specific examples of the compound obtained by cleaving the compound represented by the formula (16-2) on the way include CH 3 —SO 3 —CH 2 —CH 2 —SO 3 —CH 3 . Two -SO 3 - (- S (= O) 2 -O-) orientation is not particularly limited. That, CH 3 -SO 3 -CH 2 -CH 2 -SO 3 -CH 3 above, CH 3 -S (= O) 2 -O-CH 2 -CH 2 -S (= O) 2 -O- CH 3 may be used, CH 3 —O—S(═O) 2 —CH 2 —CH 2 —S(═O) 2 —O—CH 3 , or CH 3 —S(═O) 2 —O. -CH 2 -CH 2 -O-S ( = O) may be 2 -CH 3.
酸無水物として、具体的には、安息香酸無水物、コハク酸無水物、グルタル酸無水物、マレイン酸無水物といったカルボン酸無水物;エタンジスルホン酸無水物、プロパンジスルホン酸無水物といったジスルホン酸無水物;スルホ安息香酸無水物、スルホプロピオン酸無水物、スルホ酪酸無水物といったカルボン酸スルホン酸無水物を例示することができる。非水系電解液中における酸無水物の含有量は特に限定されないが、例えば、酸無水物を除いた全体の合計に対して0.01質量%乃至10質量%であることが好ましい。 Specific examples of the acid anhydride include carboxylic acid anhydrides such as benzoic acid anhydride, succinic acid anhydride, glutaric acid anhydride, and maleic acid anhydride; disulfonic acid anhydrides such as ethanedisulfonic acid anhydride and propanedisulfonic acid anhydride. Examples thereof include carboxylic acid sulfonic acid anhydrides such as sulfobenzoic acid anhydride, sulfopropionic acid anhydride, and sulfobutyric acid anhydride. The content of the acid anhydride in the non-aqueous electrolyte solution is not particularly limited, but is preferably 0.01% by mass to 10% by mass with respect to the total total excluding the acid anhydride.
環状カルボン酸エステルとして、具体的には、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトンを例示することができる。非水系電解液中における環状カルボン酸エステルの含有量は特に限定されないが、例えば、環状カルボン酸エステルを除いた全体の合計に対して0.01質量%乃至10質量%であることが好ましい。 Specific examples of the cyclic carboxylic acid ester include γ-butyrolactone and γ-valerolactone. The content of the cyclic carboxylic acid ester in the non-aqueous electrolytic solution is not particularly limited, but for example, it is preferably 0.01% by mass to 10% by mass with respect to the total amount excluding the cyclic carboxylic acid ester.
ジアルキルスルホキシドとして、具体的には、ジメチルスルホキシド〈(CH3)2SO〉、ジエチルスルホキシド〈(C2H5)2SO〉を例示することができる。非水系電解液中におけるジアルキルスルホキシドの含有量は特に限定されないが、例えば、ジアルキルスルホキシドを除いた全体の合計に対して0.01質量%乃至10質量%であることが好ましい。 Specific examples of the dialkyl sulfoxide include dimethyl sulfoxide <(CH 3 ) 2 SO> and diethyl sulfoxide <(C 2 H 5 ) 2 SO>. The content of the dialkyl sulfoxide in the non-aqueous electrolyte solution is not particularly limited, but is preferably 0.01% by mass to 10% by mass with respect to the total total excluding the dialkyl sulfoxide.
鎖状ジ炭酸エステルは、上記の式(10)で表される化合物のいずれか1種類又は2種類以上の化合物である。R23及びR24は、1価の炭化水素基、1価のハロゲン化炭化水素基のいずれかであれば特に限定されない。R23及びR24は、同じ基であってもよいし、異なる基であってもよい。R25は、2価の炭化水素基、2価のハロゲン化炭化水素基のいずれかであれば特に限定されない。1価の炭化水素基及び1価のハロゲン化炭化水素基に関する詳細は、上記のとおりである。2価のハロゲン化炭化水素基とは、2価の炭化水素基の1又は2以上の水素基がハロゲン基によって置換された基である。2価の炭化水素基及びハロゲン基に関する詳細は、上記のとおりである。2価のハロゲン化炭化水素基として、具体的には、パーフルオロメチレン基〈−CF2−〉、パーフルオロエチレン基〈−C2F4−〉、パーフルオロプロピレン基〈−C3F6−〉、n−パーフルオロブチレン基〈−C4F8−〉、t−パーフルオロブチレン基〈−C(CF3)2−CF2−〉を例示することができる。鎖状ジ炭酸エステルとして、具体的には、エタン−1,2−ジイルジメチルジカーボネート、エタン−1,2−ジイルエチルメチルジカーボネート、エタン−1,2−ジイルジエチルジカーボネート、ジメチルオキシビスエタン−2,1−ジイルジカーボネート、エチルメチルオキシビスエタン−2,1−ジイルジカーボネート、ジエチルオキシビスエタン−2,1−ジイルジカーボネートを例示することができる。非水系電解液中における鎖状ジ炭酸エステルの含有量は特に限定されないが、鎖状ジ炭酸エステルを除いた全体の合計に対して例えば、0.01質量%乃至10質量%であることが好ましい。 The chain dicarbonic acid ester is any one kind or two or more kinds of compounds represented by the above formula (10). R 23 and R 24 are not particularly limited as long as they are monovalent hydrocarbon groups or monovalent halogenated hydrocarbon groups. R 23 and R 24 may be the same group or different groups. R 25 is not particularly limited as long as it is a divalent hydrocarbon group or a divalent halogenated hydrocarbon group. The details regarding the monovalent hydrocarbon group and the monovalent halogenated hydrocarbon group are as described above. The divalent halogenated hydrocarbon group is a group in which one or more hydrogen groups of the divalent hydrocarbon group are substituted with a halogen group. The details regarding the divalent hydrocarbon group and the halogen group are as described above. Divalent halogenated hydrocarbon group, specifically, perfluoro methylene <-CF 2 ->, perfluoro ethylene group <-C 2 F 4 ->, perfluoro propylene <-C 3 F 6 - >, n-perfluoro-butylene <-C 4 F 8 ->, t- perfluorobutylene group <-C (CF 3) 2 -CF 2 - can be exemplified>. Specific examples of the chain dicarbonic acid ester include ethane-1,2-diyldimethyldicarbonate, ethane-1,2-diylethylmethyldicarbonate, ethane-1,2-diyldiethyldicarbonate, dimethyloxybisethane. Examples thereof include 2,2,1-diyldicarbonate, ethylmethyloxybisethane-2,1-diyldicarbonate, and diethyloxybisethane-2,1-diyldicarbonate. The content of the chain dicarbonic acid ester in the non-aqueous electrolyte is not particularly limited, but is preferably 0.01% by mass to 10% by mass with respect to the total total excluding the chained dicarbonic acid ester. ..
芳香族炭酸エステルは、上記の式(11)で表される化合物のいずれか1種類又は2種類以上の化合物である。R26〜R35は、1価の炭化水素基、1価の酸素含有炭化水素基、1価の窒素含有炭化水素基、1価のハロゲン化炭化水素基、1価のハロゲン化酸素含有炭化水素基、1価のハロゲン化窒素含有炭化水素基、これらの2種類以上が1価となるように結合した基のいずれかであれば特に限定されない。R26〜R35は、同じ基であってもよいし、異なる基であってもよい。R26〜R35の一部が同じ基であってもよい。1価の炭化水素基及び1価のハロゲン化炭化水素基に関する詳細は、上記のとおりである。 The aromatic carbonate ester is any one kind or two or more kinds of compounds represented by the above formula (11). R 26 to R 35 are a monovalent hydrocarbon group, a monovalent oxygen-containing hydrocarbon group, a monovalent nitrogen-containing hydrocarbon group, a monovalent halogenated hydrocarbon group, a monovalent halogenated oxygen-containing hydrocarbon. There is no particular limitation as long as it is any one of a group, a monovalent halogenated nitrogen-containing hydrocarbon group, and a group in which two or more kinds of these groups are bonded so as to be monovalent. R 26 to R 35 may be the same group or different groups. Part of R 26 to R 35 may be the same group. The details regarding the monovalent hydrocarbon group and the monovalent halogenated hydrocarbon group are as described above.
1価の酸素含有炭化水素基とは、炭素、水素及び酸素から構成される1価の基の総称であり、直鎖状であってもよいし、1又は2以上の側鎖を有する分岐状であってもよい。1価の酸素含有炭化水素基として、具体的には、アルコキシ基を例示することができ、アルコキシ基として、具体的には、メトキシ基〈−OCH3〉、エトキシ基〈−OC2H5〉、プロポキシ基〈−OC3H7〉を例示することができる。 The monovalent oxygen-containing hydrocarbon group is a general term for monovalent groups composed of carbon, hydrogen and oxygen, and may be linear or branched having one or more side chains. May be As the monovalent oxygen-containing hydrocarbon group, specifically, it can be exemplified an alkoxy group, the alkoxy group, specifically, methoxy group <-OCH 3>, an ethoxy group <-OC 2 H 5> , it can be exemplified propoxy <-OC 3 H 7>.
1価の窒素含有炭化水素基とは、炭素、水素及び窒素から構成される1価の基の総称であり、直鎖状であってもよいし、1又は2以上の側鎖を有する分岐状であってもよい。1価の窒素含有炭化水素基として、具体的には、アミノ基〈−NH2〉を例示することができる。 The monovalent nitrogen-containing hydrocarbon group is a general term for monovalent groups composed of carbon, hydrogen and nitrogen, and may be linear or branched having one or more side chains. May be As the monovalent nitrogen-containing hydrocarbon group, specifically, there can be mentioned amino group <-NH 2>.
1価のハロゲン化酸素含有炭化水素基とは、1価の酸素含有炭化水素基の1又は2以上の水素基がハロゲン基によって置換された基である。1価の酸素含有炭化水素基及びハロゲン基に関する詳細は、上記のとおりである。1価のハロゲン化酸素含有炭化水素基として、具体的には、パーフルオロメトキシ基〈−OCF3−〉、パーフルオロエトキシ基〈−OC2F4−〉を例示することができる。 The monovalent halogenated oxygen-containing hydrocarbon group is a group in which one or more hydrogen groups of the monovalent oxygen-containing hydrocarbon group are substituted with a halogen group. The details regarding the monovalent oxygen-containing hydrocarbon group and the halogen group are as described above. Monovalent halogenated oxygen-containing hydrocarbon group, specifically, perfluoro methoxy group <-OCF 3 ->, perfluoroethoxy group <-OC 2 F 4 -> can be exemplified.
1価のハロゲン化窒素含有炭化水素基とは、1価の窒素含有炭化水素基の1又は2以上の水素基がハロゲン基によって置換された基である。1価の窒素含有炭化水素基及びハロゲン基に関する詳細は、上記のとおりである。1価のハロゲン化窒素含有炭化水素基として、具体的には、パーフルオロアミノ基〈−NF2〉、パーフルオロメチルアミノ基〈−CF2−NF2〉を例示することができる。 The monovalent halogenated nitrogen-containing hydrocarbon group is a group in which one or more hydrogen groups of the monovalent nitrogen-containing hydrocarbon group are substituted with a halogen group. The details regarding the monovalent nitrogen-containing hydrocarbon group and the halogen group are as described above. Monovalent halogenated nitrogen-containing hydrocarbon group, specifically, perfluoro amino group <-NF 2>, it can be exemplified perfluoro methylamino group <-CF 2 -NF 2>.
2種類以上が結合した基として、具体的には、アルキル基とアルコキシ基とが1価となるように結合した基(アルキルアルコキシ基)、アルキル基とアミノ基とが1価となるように結合した基(アルキルアミノ基)を例示することができる。アルキルアルコキシ基として、具体的には、メチルメトキシ基〈−CH2−OCH3〉を例示することができる。アルキルアミノ基として、具体的には、メチルアミノ基〈−CH2−NH2〉を例示することができる。 As the group in which two or more kinds are bonded, specifically, a group in which an alkyl group and an alkoxy group are bonded so as to be monovalent (alkylalkoxy group), and a group in which an alkyl group and an amino group are bonded together are monovalent. Examples thereof include alkylamino groups. As alkylalkoxy group, specifically, it can be exemplified methyl methoxy <-CH 2 -OCH 3>. As alkylamino group, specifically, it can be exemplified methylamino group <-CH 2 -NH 2>.
芳香族炭酸エステルとして、具体的には、炭酸ジフェニル、炭酸ビス4−メチルフェニル、炭酸ビスペンタフルオロフェニルを例示することができる。 Specific examples of the aromatic carbonic acid ester include diphenyl carbonate, bis-4-methylphenyl carbonate and bispentafluorophenyl carbonate.
非水系電解液中における芳香族炭酸エステルの含有量は特に限定されないが、例えば、芳香族炭酸エステルを除いた全体の合計に対して0.01質量%乃至10質量%であることが好ましい。 The content of the aromatic carbonic acid ester in the non-aqueous electrolyte solution is not particularly limited, but for example, it is preferably 0.01% by mass to 10% by mass with respect to the total amount excluding the aromatic carbonic acid ester.
環状炭酸エステルは、上記の式(12)で表される化合物のいずれか1種類又は2種類以上の化合物である。R36〜R39は、水素基、1価の炭化水素基のいずれかであれば特に限定されない。R36〜R39は、同じ基であってもよいし、異なる基であってもよい。R36〜R39の一部が同じ基であってもよい。1価の炭化水素基に関する詳細は、上記のとおりである。環状炭酸エステルとして、具体的には、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ブチレンを例示することができる。非水系電解液中における環状炭酸エステルの含有量は特に限定されないが、例えば、0.01質量%乃至80質量%であることが好ましい。 The cyclic carbonic acid ester is any one kind or two or more kinds of compounds represented by the above formula (12). R 36 to R 39 are not particularly limited as long as they are any of a hydrogen group and a monovalent hydrocarbon group. R 36 to R 39 may be the same group or different groups. Part of R 36 to R 39 may be the same group. The details regarding the monovalent hydrocarbon group are as described above. Specific examples of the cyclic carbonic acid ester include ethylene carbonate, propylene carbonate and butylene carbonate. The content of the cyclic ester carbonate in the non-aqueous electrolyte solution is not particularly limited, but is preferably 0.01% by mass to 80% by mass.
鎖状モノ炭酸エステルは、上記の式(13)で表される化合物のいずれか1種類又は2種類以上の化合物である。R40及びR41は、水素基、1価の炭化水素基のいずれかであれば特に限定されない。R40及びR41は、同じ基であってもよいし、異なる基であってもよい。R40及びR41の一部が同じ基であってもよい。1価の炭化水素基に関する詳細は、上記のとおりである。鎖状モノ炭酸エステルとして、具体的には、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸メチルエチル、炭酸メチルプロピルを例示することができる。非水系電解液中における鎖状モノ炭酸エステルの含有量は特に限定されないが、例えば、0.01質量%乃至70質量%であることが好ましい。 The chain monocarbonic acid ester is any one kind or two or more kinds of compounds represented by the above formula (13). R 40 and R 41 are not particularly limited as long as they are either a hydrogen group or a monovalent hydrocarbon group. R 40 and R 41 may be the same group or different groups. Part of R 40 and R 41 may be the same group. The details regarding the monovalent hydrocarbon group are as described above. Specific examples of the chain monocarbonic acid ester include dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate and methyl propyl carbonate. The content of the chain monocarbonate ester in the non-aqueous electrolytic solution is not particularly limited, but is preferably 0.01% by mass to 70% by mass, for example.
鎖状カルボン酸エステルは、上記の式(14)で表される化合物のいずれか1種類又は2種類以上の化合物である。R42及びR43は、水素基、1価の炭化水素基のいずれかであれば特に限定されない。R42及びR43は、同じ基であってもよいし、異なる基であってもよい。1価の炭化水素基に関する詳細は、上記のとおりである。鎖状カルボン酸エステルとして、具体的には、酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、酪酸メチル、イソ酪酸メチル、トリメチル酢酸メチル、トリメチル酢酸エチルを例示することができる。非水系電解液中における鎖状カルボン酸エステルの含有量は特に限定されないが、例えば、鎖状カルボン酸エステルを除いた全体の合計に対して0.01質量%乃至50質量%であることが好ましい。 The chain carboxylic acid ester is any one kind or two or more kinds of compounds represented by the above formula (14). R 42 and R 43 are not particularly limited as long as they are either a hydrogen group or a monovalent hydrocarbon group. R 42 and R 43 may be the same group or different groups. The details regarding the monovalent hydrocarbon group are as described above. Specific examples of the chain carboxylic acid ester include methyl acetate, ethyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, methyl butyrate, methyl isobutyrate, trimethyl methyl acetate, and trimethyl ethyl acetate. The content of the chain carboxylic acid ester in the non-aqueous electrolyte solution is not particularly limited, but is preferably 0.01% by mass to 50% by mass with respect to the total amount excluding the chain carboxylic acid ester. ..
リン酸エステルは、上記の式(15)で表される化合物のいずれか1種類又は2種類以上の化合物である。R44〜R46は、1価の炭化水素基、1価のハロゲン化炭化水素基のいずれかであれば特に限定されない。R44〜R46は、同じ基であってもよいし、異なる基であってもよい。R44〜R46の一部が同じ基であってもよい。1価の炭化水素基及び1価のハロゲン化炭化水素基に関する詳細は、上記のとおりである。リン酸エステルとして、具体的には、リン酸リメチル、リン酸トリエチル、リン酸トリフルオロエチル、リン酸トリプロピルを例示することができる。非水系電解液中におけるリン酸エステルの含有量は特に限定されないが、例えば、リン酸エステルを除いた全体の合計に対して0.01質量%乃至50質量%であることが好ましい。 The phosphoric acid ester is any one kind or two or more kinds of compounds represented by the above formula (15). R 44 to R 46 are not particularly limited as long as they are either a monovalent hydrocarbon group or a monovalent halogenated hydrocarbon group. R 44 to R 46 may be the same group or different groups. Part of R 44 to R 46 may be the same group. The details regarding the monovalent hydrocarbon group and the monovalent halogenated hydrocarbon group are as described above. Specific examples of the phosphoric acid ester include trimethyl phosphate, triethyl phosphate, trifluoroethyl phosphate, and tripropyl phosphate. The content of the phosphoric acid ester in the non-aqueous electrolyte solution is not particularly limited, but is preferably 0.01% by mass to 50% by mass with respect to the total total excluding the phosphoric acid ester.
更には、他の材料として、非水系溶媒(有機溶剤)等の溶媒のいずれか1種類又は2種類以上を挙げることができる。但し、上記のスルホン酸エステル等の他の材料は、ここで説明する非水系溶媒から除かれる。 Furthermore, as the other material, any one kind or two or more kinds of solvents such as a non-aqueous solvent (organic solvent) can be mentioned. However, other materials such as the above-mentioned sulfonates are excluded from the non-aqueous solvent described here.
また、他の材料として、例えば、リチウム塩等の電解質塩のいずれか1種類又は2種類以上を例示することができる。但し、電解質塩は、例えば、リチウム塩以外の塩を含んでいてもよい。リチウム塩以外の塩とは、例えば、リチウム塩以外の軽金属塩等である。 Further, as the other material, for example, one kind or two or more kinds of electrolyte salts such as lithium salt can be exemplified. However, the electrolyte salt may contain a salt other than the lithium salt, for example. The salt other than the lithium salt is, for example, a light metal salt other than the lithium salt.
以下では、電解質塩の具体例としてリチウム塩を例に挙げながら説明するが、リチウム塩をリチウム塩以外の塩に変更してもよい。即ち、例えば、以下に説明する六フッ化リン酸リチウムを、六フッ化リン酸ナトリウムや六フッ化リン酸カリウム等の他の軽金属塩に変更してもよい。 Hereinafter, a lithium salt will be described as a specific example of the electrolyte salt, but the lithium salt may be changed to a salt other than the lithium salt. That is, for example, lithium hexafluorophosphate described below may be changed to another light metal salt such as sodium hexafluorophosphate or potassium hexafluorophosphate.
リチウム塩として、具体的には、前述した各種のリチウム塩を例示することができ、内部抵抗の低下を図ることができる。中でも、六フッ化リン酸リチウム〈LiPF6〉、四フッ化ホウ酸リチウム〈LiBF4〉、過塩素酸リチウム〈LiClO4〉、六フッ化ヒ酸リチウ〈LiAsF6〉ムのいずれか1種類又は2種類以上が好ましい。内部抵抗がより低下するからである。特に、六フッ化リン酸リチウム〈LiPF6〉、四フッ化ホウ酸リチウム〈LiBF4〉が一層好ましく、六フッ化リン酸リチウム〈LiPF6〉がより一層好ましい。 Specific examples of the lithium salt include the various lithium salts described above, and the internal resistance can be reduced. Among them, any one of lithium hexafluorophosphate <LiPF 6 >, lithium tetrafluoroborate <LiBF 4 >, lithium perchlorate <LiClO 4 >, and lithium hexafluoroarsenate <LiAsF 6 > system or Two or more types are preferable. This is because the internal resistance becomes lower. In particular, lithium hexafluorophosphate <LiPF 6 > and lithium tetrafluoroborate <LiBF 4 > are more preferable, and lithium hexafluorophosphate <LiPF 6 > is even more preferable.
電解質塩は、式(17)、式(18)、式(19)で表される化合物のいずれか1種類又は2種類以上であってもよい。R51及びR53は、同じ基であってもよいし、異なる基であってもよい。このことは、R61,R62,R63に関しても同様であるし、R71及びR72に関しても同様である。R61,R62,R63の内の2つが同じ基であってもよい。 The electrolyte salt may be any one kind or two or more kinds of the compounds represented by the formula (17), the formula (18) and the formula (19). R 51 and R 53 may be the same group or different groups. The same applies to R 61 , R 62 , and R 63 , and the same applies to R 71 and R 72 . Two of R 61 , R 62 and R 63 may be the same group.
ここで、X51は、長周期型周期表における1族元素、2族元素、Alのいずれかである。M51は、遷移金属、並びに、長周期型周期表における13族元素、14族元素、15族元素のいずれかである。R51はハロゲン基である。また、Y51は、−C(=O)−R52−C(=O)−、−C(=O)−CR53 2−、−C(=O)−C(=O)−のいずれかである。但し、R52は、アルキレン基、ハロゲン化アルキレン基、アリーレン基、ハロゲン化アリーレン基のいずれかであり、R53は、アルキル基、ハロゲン化アルキル基、アリール基、ハロゲン化アリール基のいずれかである。また、a5は1乃至4の整数であり、b5は0、2、4のいずれかであり、c5、d5、m5、n5は1乃至3の整数である。
Here, X 51 is any one of a Group 1 element, a
ここで、X61は、長周期型周期表における1族元素、2族元素のいずれかである。M61は、遷移金属、並びに、長周期型周期表における13族元素、14族元素、15族元素のいずれかである。Y61は、−C(=O)−(CR61 2)b6−C(=O)−、−R63 2C−(CR62 2)c6−C(=O)−、−R63 2C−(CR62 2)c6−CR63 2−、−R63 2C−(CR62 2)c6−S(=O)2−、−S(=O)2−(CR62 2)d6−S(=O)2−、−C(=O)−(CR62 2)d6−S(=O)2−のいずれかである。但し、R61及びR63のそれぞれは、水素基、アルキル基、ハロゲン基、ハロゲン化アルキル基のいずれかである。但し、R61は、ハロゲン基、ハロゲン化アルキル基のいずれかであり、R63は、ハロゲン基、ハロゲン化アルキル基のいずれかである。R62は、水素基、アルキル基、ハロゲン基、ハロゲン化アルキル基のいずれかである。また、a6、e6、n6は1又は2の整数であり、b6、d6は1乃至4の整数であり、c6は0乃至4の整数であり、f6、m6は1乃至3の整数である。
Here, X 61 is either a Group 1 element or a
ここで、X71は、長周期型周期表における1族元素、2族元素のいずれかである。M71は、遷移金属、並びに、長周期型周期表における13族元素、14族元素、15族元素のいずれかである。Rfは、フッ素化アルキル基、フッ素化アリール基のいずれかであり、フッ素化アルキル基、フッ素化アリール基の炭素数は、1乃至10である。Y71は、−C(=O)−(CR71 2)d7−C(=O)−、−R72 2C−(CR71 2)d7−C(=O)−、−R72 2C−(CR71 2)d7−CR72 2−、−R72 2C−(CR71 2)d7−S(=O)2−、−S(=O)2−(CR71 2)e7−S(=O)2−、−C(=O)−(CR71 2)e7−S(=O)2−のいずれかである。但し、R71は、水素基、アルキル基、ハロゲン基、ハロゲン化アルキル基のいずれかであり、R72は、水素基、アルキル基、ハロゲン基、ハロゲン化アルキル基のいずれかであり、R72は、ハロゲン基、ハロゲン化アルキル基のいずれかである。また、a7、f7、n7は1又は2の整数であり、b7、c7、e7は1乃至4の整数であり、d7は0乃至4の整数であり、g7、m7は1乃至3の整数である。
Here, X 71 is either a Group 1 element or a
1族元素とは、水素〈H〉、リチウム〈Li〉、ナトリウム〈Na〉、カリウム〈K〉、ルビジウム〈Rb〉、セシウム〈Cs〉、フランシウム〈Fr〉である。2族元素とは、ベリリウム〈Be〉、マグネシウム〈Mg〉、カルシウム〈Ca〉、ストロンチウム〈Sr〉、バリウム〈Ba〉、ラジウム〈Ra〉である。13族元素とは、ホウ素〈B〉、アルミニウム〈Al〉、ガリウム〈Ga〉、インジウム〈In〉、タリウム〈Tl〉である。14族元素とは、炭素〈C〉、ケイ素〈Si〉、ゲルマニウム〈Ge〉、スズ〈Sn〉、鉛〈Pb〉である。15族元素とは、窒素〈N〉、リン〈P〉、ヒ素〈As〉、アンチモン〈Sb〉、ビスマス〈Bi〉である。
Group 1 elements are hydrogen <H>, lithium <Li>, sodium <Na>, potassium <K>, rubidium <Rb>, cesium <Cs>, and francium <Fr>.
式(17)に示した化合物として、具体的には、式(17−1)〜式(17−6)で表される化合物を例示することができる。式(18)に示した化合物として、具体的には、式(18−1)〜式(18−8)で表される化合物を例示することができる。式(19)に示した化合物として、具体的には、式(19−1)で表される化合物を例示することができる。 Specific examples of the compound represented by the formula (17) include compounds represented by the formulas (17-1) to (17-6). Specific examples of the compound represented by Formula (18) include compounds represented by Formula (18-1) to Formula (18-8). Specific examples of the compound represented by the formula (19) include compounds represented by the formula (19-1).
また、電解質塩として、式(20)あるいは式(21)で表される化合物を例示することもできる。p、q、rは、同じ値であってもよいし、異なる値であってもよい。p、q、rの内の2つが同じ値であってもよい。 Further, as the electrolyte salt, a compound represented by the formula (20) or the formula (21) can be exemplified. p, q, and r may have the same value or different values. Two of p, q, and r may have the same value.
但し、R81は炭素数2乃至4の直鎖状又は分岐状のパーフルオロアルキレン基である。 However, R 81 is a linear or branched perfluoroalkylene group having 2 to 4 carbon atoms.
LiC(CpF2p+1SO2)(CqF2q+1SO2)(CrF2r+1SO2) (21)
但し、p、q、rは1以上の整数である。
LiC (C p F 2p + 1 SO 2) (C q F 2q + 1 SO 2) (C r F 2r + 1 SO 2) (21)
However, p, q, and r are integers of 1 or more.
式(20)に示した化合物は環状のイミド化合物である。環状のイミド化合物として、具体的には、式(20−1)〜式(20−4)で表される化合物を例示することができる。 The compound represented by the formula (20) is a cyclic imide compound. Specific examples of the cyclic imide compound include compounds represented by formula (20-1) to formula (20-4).
式(21)に示した化合物は鎖状のメチド化合物である。鎖状のメチド化合物として、具体的には、リチウムトリストリフルオロメタンスルホニルメチド〈LiC(CF3SO2)3〉を例示することができる。 The compound represented by formula (21) is a chain methide compound. Specific examples of the chain methide compound include lithium tristrifluoromethanesulfonylmethide <LiC(CF 3 SO 2 ) 3 >.
電解質塩の含有量は特に限定されないが、溶媒に対して0.3モル/kg乃至3.0モル/kgであることが、高いイオン伝導性が得られるといった観点から好ましい。電解質塩の含有量を算出する場合、電解質塩の量に、上記の第1化合物、モノフルオロリン酸リチウム、ジフルオロリン酸リチウムの量を含めてもよい。また、溶媒の量に、第2化合物、第3化合物、スルホン酸エステル、酸無水物、環状カルボン酸エステル、ジアルキルスルホキシド、鎖状ジ炭酸エステル、芳香族炭酸エステル、環状炭酸エステル、鎖状モノ炭酸エステル、鎖状カルボン酸エステル、リン酸エステルの量を含めてもよい。 The content of the electrolyte salt is not particularly limited, but is preferably 0.3 mol/kg to 3.0 mol/kg with respect to the solvent, from the viewpoint of obtaining high ionic conductivity. When calculating the content of the electrolyte salt, the amount of the above-mentioned first compound, lithium monofluorophosphate, and lithium difluorophosphate may be included in the amount of the electrolyte salt. In addition, the amount of the solvent, the second compound, the third compound, sulfonic acid ester, acid anhydride, cyclic carboxylic acid ester, dialkyl sulfoxide, chain dicarbonic acid ester, aromatic carbonic acid ester, cyclic carbonic acid ester, chain monocarbonic acid The amount of ester, chain carboxylic acid ester, phosphoric acid ester may be included.
非水系電解液の固有粘度は特に限定されないが、25゜Cにおいて10mPa/s以下であることが、電解質塩の解離性及びイオン移動度等の確保といった観点から好ましい。 Although the intrinsic viscosity of the non-aqueous electrolyte is not particularly limited, it is preferably 10 mPa/s or less at 25° C. from the viewpoint of ensuring the dissociation property of the electrolyte salt and the ion mobility.
特に、非水系電解液が、スルホン酸エステル、酸無水物、環状カルボン酸エステル、ジアルキルスルホキシド、鎖状ジ炭酸エステル、芳香族炭酸エステル、環状炭酸エステル、鎖状モノ炭酸エステル、鎖状カルボン酸エステル、リン酸エステル、モノフルオロリン酸リチウム、ジフルオロリン酸リチウムのいずれか1種類又は2種類以上を含んでいれば、より高い効果を得ることができる。 In particular, the non-aqueous electrolyte solution is a sulfonic acid ester, an acid anhydride, a cyclic carboxylic acid ester, a dialkyl sulfoxide, a chain dicarbonic acid ester, an aromatic carbonic acid ester, a cyclic carbonic acid ester, a chain monocarbonic acid ester, a chain carboxylic acid ester. If one or more of phosphoric acid ester, lithium monofluorophosphate and lithium difluorophosphate are contained, a higher effect can be obtained.
尚、本開示は、以下のような構成を取ることもできる。
[A01]《リチウムイオン電池:第1の態様》
正極、セパレータ及び負極が捲回又は積層された構造体が外装部材に収納されて成り、電解質が充填されたリチウムイオン電池であって、
構造体の長手方向をX方向、構造体の短手方向をZ方向、構造体の厚さ方向をY方向とし、
構造体のXZ平面に沿った外面を第1面及び第2面とし、
第1面側の構造体の部分を第1の部分、第1の部分と接する、第2面側の構造体の部分を第2の部分とし、
第1の部分とX方向に対向する外装部材の側面の部分を第1側面部、第2の部分とX方向に対向する外装部材の側面の部分を第2側面部とし、
充電時の第1の部分のX方向の線膨張量をΔX1、充電時の第2の部分のX方向の線膨張量をΔX2とし、
第1の部分と第1側面部との間に位置する隙間の最小値をd1、第2の部分と第2側面部との間に位置する隙間の最大値をd2、第1の部分と第2の部分との境界、及び、該境界とX方向に対向する外装部材の側面の部分の間に位置する隙間の値をdmとしたとき、
ΔX1>ΔX2
であり、且つ、
d1<ΔX1<dm<d2
を満足するリチウムイオン電池。
[A02]外装部材のヤング率は5×108Pa乃至7×109Paである[A01]に記載のリチウムイオン電池。
[A03]外装部材は、プラスチック材料層、金属層及びプラスチック材料層の積層構造を有する[A01]又は[A02]に記載のリチウムイオン電池。
[A04]電解質は、ゲル状電解質から成る[A01]乃至[A03]のいずれか1項に記載のリチウムイオン電池。
[A05]セパレータを構成する材料は、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、又は、ポリイミド樹脂から成る[A01]乃至[A04]のいずれか1項に記載のリチウムイオン電池。
[B01]《リチウムイオン電池:第2の態様》
正極、セパレータ及び負極が捲回又は積層された構造体が外装部材に収納されて成り、電解質が充填されたリチウムイオン電池であって、
構造体の長手方向をX方向、構造体の短手方向をZ方向、構造体の厚さ方向をY方向とし、
構造体のXZ平面に沿った外面を第1面及び第2面とし、
第1面側の構造体の部分を第1の部分、第1の部分と接する、第2面側の構造体の部分を第2の部分とし、
第1の部分とX方向に対向する外装部材の側面の部分を第1側面部、第2の部分とX方向に対向する外装部材の側面の部分を第2側面部とし、
充電時の第1の部分のX方向の線膨張量をΔX1、充電時の第2の部分のX方向の線膨張量をΔX2としたとき、
ΔX1>ΔX2
であり、且つ、充電時、第1の部分の少なくとも一部は外装部材の第1側面部と接触し、第2の部分は外装部材の第2側面部と接触しないリチウムイオン電池。
[B02]外装部材のヤング率は5×108Pa乃至7×109Paである[B01]に記載のリチウムイオン電池。
[B03]外装部材は、プラスチック材料層、金属層及びプラスチック材料層の積層構造を有する[B01]又は[B02]に記載のリチウムイオン電池。
[B04]電解質は、ゲル状電解質から成る[B01]乃至[B03]のいずれか1項に記載のリチウムイオン電池。
[B05]セパレータを構成する材料は、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、又は、ポリイミド樹脂から成る[B01]乃至[B04]のいずれか1項に記載のリチウムイオン電池。
[C01]電解質は非水系電解液から成り、
非水系電解液は、
式(1)で表される化合物、
式(2−A)で表される化合物及び式(2−B)で表される化合物の少なくとも一方の化合物、並びに、
式(3−A)乃至式(3−F)で表される化合物の少なくとも1種類の化合物、
から成り、式(1)で表される化合物の含有量は、2.5モル/リットル乃至6モル/リットル、好ましくは3モル/リットル乃至6モル/リットルである[A01]乃至[B05]のいずれか1項に記載のリチウムイオン電池。
M+[(Z1Y1)(Z2Y2)N]- (1)
R1−CN (2−A)
R2−X−CN (2−B)
R22−(CN)n (3−F)
但し、
式(1)中、Mは金属元素であり、Z1及びZ2のそれぞれは、フッ素基、1価の炭化水素基、1価のフッ素化炭化水素基のいずれかであり、Z1及びZ2の少なくとも一方は、フッ素基、1価のフッ素化炭化水素基のいずれかであり、Y1及びY2のそれぞれは、スルホニル基、カルボニル基のいずれかであり、
式(2−A)中、R1は1価の炭化水素基であり、
式(2−B)中、R2は1価の炭化水素基であり、Xは、1又は2以上のエーテル結合と1又は2以上の2価の炭化水素基とが任意の順に結合した基であり、
式(3−A)中、R3及びR4のそれぞれは、水素基、1価の炭化水素基のいずれかであり、
式(3−B)中、R5,R6,R7,R8のそれぞれは、水素基、1価の飽和炭化水素基、1価の不飽和炭化水素基のいずれかであり、R5,R6,R7,R8の少なくとも1つは、1価の不飽和炭化水素基であり、
式(3−C)中、R9は、>CR10R11で表される基であり、R10及びR11のそれぞれは、水素基、1価の炭化水素基のいずれかであり、
式(3−D)中、R12,R13,R14,R15のそれぞれは、水素基、ハロゲン基、1価の炭化水素基、1価のハロゲン化炭化水素基のいずれかであり、R12,R13,R14,R15の少なくとも1つは、ハロゲン基、1価のハロゲン化炭化水素基のいずれかであり、
式(3−E)中、R16,R17,R18,R19,R20,R21のそれぞれは、水素基、ハロゲン基、1価の炭化水素基、1価のハロゲン化炭化水素基のいずれかであり、R16,R17,R18,R19,R20,R21の少なくとも1つは、ハロゲン基、1価のハロゲン化炭化水素基のいずれかであり、
式(3−F)中、R22はn価(但し、nは2以上の整数)の炭化水素基である。
[C02]Mは、アルカリ金属元素であり、
1価の炭化水素基は、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、シクロアルキル基、アリール基、及び、これらの2種類以上が1価となるように結合した基のいずれかであり、
1価のフッ素化炭化水素基は、1価の炭化水素基の内の少なくとも1つの水素基がフッ素基によって置換された基であり、
2価の炭化水素基は、アルキレン基、アルケニレン基、アルキニレン基、シクロアルキレン基、アリーレン基、及び、これらの2種類以上が結合された基のいずれかであり、
1価の飽和炭化水素基は、アルキル基、シクロアルキル基、及び、これらが1価となるように結合された基のいずれかであり、
1価の不飽和炭化水素基は、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、これらの1種類以上を含む基、及び、これらの2種類以上が1価となるように結合された基のいずれかであり、
ハロゲン基は、フッ素基、塩素基、臭素基、及び、ヨウ素基のいずれかであり、
1価のハロゲン化炭化水素基は、1価の炭化水素基の内の少なくとも1つの水素基がハロゲン基によって置換された基である[C01]に記載のリチウムイオン電池。
[C03]Mはリチウムであり、
1価のフッ素化炭化水素基は、パーフルオロアルキル基であり、
Xは、−O−Y−(但し、Yは、2価の炭化水素基)で表される基である[C01]又は[C02]に記載のリチウムイオン電池。
[C04]非水系電解液は、スルホン酸エステル、酸無水物、環状カルボン酸エステル、ジアルキルスルホキシド、式(10)乃至式(15)で表される化合物、モノフルオロリン酸リチウム、及び、ジフルオロリン酸リチウムの少なくとも1種を含む[C01]乃至[C03]のいずれか1項に記載のリチウムイオン電池。
但し、
R23及びR24のそれぞれは、1価の炭化水素基、1価のハロゲン化炭化水素基のいずれかであり、
R25は、2価の炭化水素基、2価のハロゲン化炭化水素基のいずれかであり、
R26,R27,R28,R29,R30,R31,R32,R33,R34,R35のそれぞれは、1価の炭化水素基、1価の酸素含有炭化水素基、1価の窒素含有炭化水素基、1価のハロゲン化炭化水素基、1価のハロゲン化酸素含有炭化水素基、1価のハロゲン化窒素含有炭化水素基、これらの2種類以上が1価となるように結合した基のいずれかであり、
R36,R37,R38,R39のそれぞれは、水素基、1価の炭化水素基のいずれかであり、
R40及びR41のそれぞれは、水素基、1価の炭化水素基のいずれかであり、
R42及びR43のそれぞれは、水素基、1価の炭化水素基のいずれかであり、
R44,R45,R46のそれぞれは、1価の炭化水素基、1価のハロゲン化炭化水素基のいずれかである。
[C05]2価のハロゲン化炭化水素基は、2価の炭化水素基の内の少なくとも1つの水素基がハロゲン基によって置換された基であり、
ハロゲン基は、フッ素基、塩素基、臭素基及びヨウ素基のいずれかであり、
1価の酸素含有炭化水素基は、アルコキシ基であり、
1価の窒素含有炭化水素基は、アルキルアミノ基であり、
1価のハロゲン化酸素含有炭化水素基は、1価の酸素含有炭化水素基の内の少なくとも1つの水素基がハロゲン基によって置換された基であり、
1価のハロゲン化窒素含有炭化水素基は、1価の窒素含有炭化水素基の内の少なくとも1つの水素基がハロゲン基によって置換された基である[C04]に記載のリチウムイオン電池。
[C06]非水系電解液は、六フッ化リン酸リチウム及び四フッ化ホウ酸リチウムの内の少なくとも一方を含む[C01]乃至[C05]のいずれか1項に記載のリチウムイオン電池。
[C07]正極は、電極反応物質を吸蔵・放出可能である正極活物質を含み、
負極は、電極反応物質を吸蔵・放出可能である負極活物質を含み、
正極活物質と負極活物質との間に絶縁性材料を備え、
絶縁性材料は、絶縁性セラミックス及び絶縁性高分子化合物の少なくとも一方を含む[C01]乃至[C06]のいずれか1項に記載のリチウムイオン電池。
[C08]絶縁性セラミックスは、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化チタン、及び、酸化ジルコニウムの少なくとも1種を含み、
絶縁性高分子化合物は、フッ化ビニリデンの単独重合体及び共重合体の少なくとも一方を含む[C07]に記載のリチウムイオン電池。
[C09]正極活物質の表面に、絶縁性材料を含む第1絶縁層が設けられている[C07]又は[C08]に記載のリチウムイオン電池。
[C10]負極の表面に、絶縁性材料を含む第2絶縁層が設けられている[C07]又は[C08]に記載のリチウムイオン電池。
[C11]セパレータの表面に、絶縁性材料を含む第3絶縁層が設けられている[C07]又は[C08]に記載のリチウムイオン電池。
[D01]《電池パック》
[A01]乃至[C11]のいずれか1項に記載のリチウムイオン電池、
リチウムイオン電池の動作を制御する制御部、及び、
制御部の指示に応じてリチウムイオン電池の動作を切り換えるスイッチ部、
を備えている電池パック。
[D02]《電動車両》
[A01]乃至[C11]のいずれか1項に記載のリチウムイオン電池、
リチウムイオン電池から供給された電力を駆動力に変換する変換部、
駆動力に応じて駆動する駆動部、及び、
リチウムイオン電池の動作を制御する制御部、
を備えている電動車両。
[D03]《電力貯蔵システム》
[A01]乃至[C11]のいずれか1項に記載のリチウムイオン電池、
リチウムイオン電池から電力を供給される1又は2以上の電気機器、及び、
リチウムイオン電池からの電気機器に対する電力供給を制御する制御部、
を備えている電力貯蔵システム。
[D04]《電動工具》
[A01]乃至[C11]のいずれか1項に記載のリチウムイオン電池、及び、
リチウムイオン電池から電力を供給される可動部、
を備えている電動工具。
[D05]《電子機器》
[A01]乃至[C11]のいずれか1項に記載のリチウムイオン電池を電力供給源として備えている電子機器。
Note that the present disclosure can also take the following configurations.
[A01] <<Lithium Ion Battery: First Mode>>
A lithium ion battery in which a structure in which a positive electrode, a separator and a negative electrode are wound or laminated is housed in an exterior member and which is filled with an electrolyte,
The longitudinal direction of the structure is the X direction, the lateral direction of the structure is the Z direction, and the thickness direction of the structure is the Y direction.
The outer surface along the XZ plane of the structure is the first surface and the second surface,
The portion of the structure on the first surface side is the first portion, the portion of the structure on the second surface side that is in contact with the first portion is the second portion,
A side surface portion of the exterior member facing the first portion in the X direction is a first side surface portion, and a side surface portion of the exterior member facing the second portion in the X direction is a second side surface portion,
The linear expansion amount in the X direction of the first portion during charging is ΔX 1 , and the linear expansion amount in the X direction of the second portion during charging is ΔX 2 .
The minimum value of the gap located between the first part and the first side surface part is d 1 , the maximum value of the gap located between the second part and the second side surface part is d 2 , the first part And the second portion, and the value of the gap located between the side surface portion of the exterior member facing the boundary in the X direction is d m ,
ΔX 1 >ΔX 2
And, and
d 1 <ΔX 1 <d m <
A lithium-ion battery that satisfies the requirements.
[A02] The lithium ion battery according to [A01], wherein the exterior member has a Young's modulus of 5×10 8 Pa to 7×10 9 Pa.
[A03] The lithium ion battery according to [A01] or [A02], in which the exterior member has a laminated structure of a plastic material layer, a metal layer, and a plastic material layer.
The lithium-ion battery according to any one of [A01] to [A03], in which the [A04] electrolyte is a gel electrolyte.
[A05] The lithium-ion battery according to any one of [A01] to [A04], in which the material forming the separator is polypropylene resin, polyethylene resin, or polyimide resin.
[B01] <<Lithium-ion Battery: Second Mode>>
A lithium ion battery in which a structure in which a positive electrode, a separator and a negative electrode are wound or laminated is housed in an exterior member and which is filled with an electrolyte,
The longitudinal direction of the structure is the X direction, the lateral direction of the structure is the Z direction, and the thickness direction of the structure is the Y direction.
The outer surface along the XZ plane of the structure is the first surface and the second surface,
The portion of the structure on the first surface side is the first portion, the portion of the structure on the second surface side that is in contact with the first portion is the second portion,
A side surface portion of the exterior member facing the first portion in the X direction is a first side surface portion, and a side surface portion of the exterior member facing the second portion in the X direction is a second side surface portion,
When the linear expansion amount in the X direction of the first portion during charging is ΔX 1 , and the linear expansion amount in the X direction of the second portion during charging is ΔX 2 ,
ΔX 1 >ΔX 2
In addition, the lithium ion battery in which at least a part of the first portion is in contact with the first side surface portion of the exterior member and the second portion is not in contact with the second side surface portion of the exterior member during charging.
[B02] The lithium ion battery according to [B01], wherein the exterior member has a Young's modulus of 5×10 8 Pa to 7×10 9 Pa.
[B03] The lithium ion battery according to [B01] or [B02], in which the exterior member has a laminated structure of a plastic material layer, a metal layer, and a plastic material layer.
The lithium ion battery according to any one of [B01] to [B03], in which the [B04] electrolyte is a gel electrolyte.
[B05] The lithium ion battery according to any one of [B01] to [B04], in which the material forming the separator is polypropylene resin, polyethylene resin, or polyimide resin.
The [C01] electrolyte is composed of a non-aqueous electrolyte solution,
The non-aqueous electrolyte is
A compound represented by the formula (1),
At least one of the compound represented by formula (2-A) and the compound represented by formula (2-B); and
At least one compound of the compounds represented by formula (3-A) to formula (3-F),
And the content of the compound represented by the formula (1) is 2.5 mol/liter to 6 mol/liter, preferably 3 mol/liter to 6 mol/liter of [A01] to [B05]. The lithium-ion battery according to any one of items.
M + [(Z 1 Y 1 )(Z 2 Y 2 )N] - (1)
R 1 -CN (2-A)
R 2 -X-CN (2- B)
R 22 - (CN) n ( 3-F)
However,
In the formula (1), M is a metal element, and each of Z 1 and Z 2 is a fluorine group, a monovalent hydrocarbon group or a monovalent fluorinated hydrocarbon group, and Z 1 and Z At least one of 2 is a fluorine group or a monovalent fluorinated hydrocarbon group, and each of Y 1 and Y 2 is a sulfonyl group or a carbonyl group,
In formula (2-A), R 1 is a monovalent hydrocarbon group,
In formula (2-B), R 2 is a monovalent hydrocarbon group, and X is a group in which a 1 or 2 or more ether bond and a 1 or 2 or more divalent hydrocarbon group are bonded in any order. And
In formula (3-A), each of R 3 and R 4 is a hydrogen group or a monovalent hydrocarbon group,
In formula (3-B), each of R 5 , R 6 , R 7 , and R 8 is a hydrogen group, a monovalent saturated hydrocarbon group, or a monovalent unsaturated hydrocarbon group, and R 5 , R 6 , R 7 , and R 8 are at least one monovalent unsaturated hydrocarbon group,
In formula (3-C), R 9 is a group represented by >CR 10 R 11 , and each of R 10 and R 11 is a hydrogen group or a monovalent hydrocarbon group,
In formula (3-D), each of R 12 , R 13 , R 14 , and R 15 is a hydrogen group, a halogen group, a monovalent hydrocarbon group, or a monovalent halogenated hydrocarbon group, At least one of R 12 , R 13 , R 14 and R 15 is any one of a halogen group and a monovalent halogenated hydrocarbon group,
In formula (3-E), each of R 16 , R 17 , R 18 , R 19 , R 20 , and R 21 is a hydrogen group, a halogen group, a monovalent hydrocarbon group, or a monovalent halogenated hydrocarbon group. At least one of R 16 , R 17 , R 18 , R 19 , R 20 , and R 21 is a halogen group or a monovalent halogenated hydrocarbon group,
In the formula (3-F), R 22 is an n-valent (where n is an integer of 2 or more) hydrocarbon group.
[C02]M is an alkali metal element,
The monovalent hydrocarbon group is any of an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, a cycloalkyl group, an aryl group, and a group in which two or more kinds of these groups are monovalently bonded,
The monovalent fluorinated hydrocarbon group is a group in which at least one hydrogen group in the monovalent hydrocarbon group is substituted with a fluorine group,
The divalent hydrocarbon group is any of an alkylene group, an alkenylene group, an alkynylene group, a cycloalkylene group, an arylene group, and a group in which two or more of these are bonded,
The monovalent saturated hydrocarbon group is any of an alkyl group, a cycloalkyl group, and a group in which these are monovalently bonded,
The monovalent unsaturated hydrocarbon group is either an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group, a group containing at least one of these, or a group in which two or more of these groups are monovalently bonded. Yes,
The halogen group is any one of a fluorine group, a chlorine group, a bromine group, and an iodine group,
The lithium ion battery according to [C01], wherein the monovalent halogenated hydrocarbon group is a group in which at least one hydrogen group in the monovalent hydrocarbon group is substituted with a halogen group.
[C03]M is lithium,
The monovalent fluorinated hydrocarbon group is a perfluoroalkyl group,
The lithium ion battery according to [C01] or [C02], wherein X is a group represented by -O-Y- (where Y is a divalent hydrocarbon group).
[C04] The non-aqueous electrolyte solution is a sulfonic acid ester, an acid anhydride, a cyclic carboxylic acid ester, a dialkyl sulfoxide, a compound represented by the formula (10) to the formula (15), lithium monofluorophosphate, and difluorophosphorus. The lithium ion battery according to any one of [C01] to [C03], which contains at least one kind of lithium acid.
However,
R 23 and R 24 are each a monovalent hydrocarbon group or a monovalent halogenated hydrocarbon group,
R 25 is either a divalent hydrocarbon group or a divalent halogenated hydrocarbon group,
Each of R 26 , R 27 , R 28 , R 29 , R 30 , R 31 , R 32 , R 33 , R 34 , and R 35 is a monovalent hydrocarbon group, a monovalent oxygen-containing hydrocarbon group, 1 Valent nitrogen-containing hydrocarbon group, monovalent halogenated hydrocarbon group, monovalent halogenated oxygen-containing hydrocarbon group, monovalent halogenated nitrogen-containing hydrocarbon group, such that two or more of these are monovalent Is one of the groups bonded to
R 36 , R 37 , R 38 , and R 39 are each a hydrogen group or a monovalent hydrocarbon group,
R 40 and R 41 are each a hydrogen group or a monovalent hydrocarbon group,
R 42 and R 43 are each a hydrogen group or a monovalent hydrocarbon group,
Each of R 44 , R 45 and R 46 is either a monovalent hydrocarbon group or a monovalent halogenated hydrocarbon group.
The [C05] divalent halogenated hydrocarbon group is a group in which at least one hydrogen group in the divalent hydrocarbon group is substituted with a halogen group,
The halogen group is any one of a fluorine group, a chlorine group, a bromine group and an iodine group,
The monovalent oxygen-containing hydrocarbon group is an alkoxy group,
The monovalent nitrogen-containing hydrocarbon group is an alkylamino group,
The monovalent halogenated oxygen-containing hydrocarbon group is a group in which at least one hydrogen group in the monovalent oxygen-containing hydrocarbon group is substituted with a halogen group,
The lithium ion battery according to [C04], wherein the monovalent halogenated nitrogen-containing hydrocarbon group is a group in which at least one hydrogen group in the monovalent nitrogen-containing hydrocarbon group is substituted with a halogen group.
[C06] The lithium-ion battery according to any one of [C01] to [C05], wherein the non-aqueous electrolyte solution contains at least one of lithium hexafluorophosphate and lithium tetrafluoroborate.
[C07] The positive electrode contains a positive electrode active material capable of inserting and extracting an electrode reactant,
The negative electrode contains a negative electrode active material capable of inserting and extracting an electrode reactant,
An insulating material is provided between the positive electrode active material and the negative electrode active material,
The lithium ion battery according to any one of [C01] to [C06], wherein the insulating material contains at least one of an insulating ceramic and an insulating polymer compound.
The [C08] insulating ceramic contains at least one of aluminum oxide, silicon oxide, magnesium oxide, titanium oxide, and zirconium oxide,
The lithium ion battery according to [C07], wherein the insulating polymer compound contains at least one of a vinylidene fluoride homopolymer and a copolymer.
[C09] The lithium ion battery according to [C07] or [C08], in which a first insulating layer containing an insulating material is provided on the surface of the positive electrode active material.
[C10] The lithium ion battery according to [C07] or [C08], in which a second insulating layer containing an insulating material is provided on the surface of the negative electrode.
[C11] The lithium ion battery according to [C07] or [C08], in which a third insulating layer containing an insulating material is provided on the surface of the separator.
[D01] <<Battery pack>>
The lithium ion battery according to any one of [A01] to [C11],
A control unit for controlling the operation of the lithium-ion battery, and
A switch unit that switches the operation of the lithium-ion battery according to the instruction of the control unit,
Battery pack equipped with.
[D02] <<Electric vehicle>>
The lithium ion battery according to any one of [A01] to [C11],
A converter that converts the electric power supplied from the lithium-ion battery into driving force,
A drive unit that drives according to the drive force, and
A control unit that controls the operation of the lithium-ion battery,
An electric vehicle equipped with.
[D03] <<Power storage system>>
The lithium ion battery according to any one of [A01] to [C11],
One or more electric devices supplied with power from a lithium-ion battery, and
A control unit that controls the power supply from the lithium-ion battery to the electric device,
Power storage system comprising.
[D04] <<Electric power tool>>
The lithium ion battery according to any one of [A01] to [C11], and
Moving parts powered by lithium-ion batteries,
Power tool equipped with.
[D05] <<Electronic equipment>>
An electronic device comprising the lithium ion battery according to any one of [A01] to [C11] as a power supply source.
10・・・構造体、10A・・・構造体の外面である第1面、10B・・・構造体の外面である第2面、11・・・第1面側の構造体の部分である第1の部分、12・・・第2面側の構造体の部分である第2の部分、13・・・第1の部分と第2の部分との境界、20・・・外装部材、21・・・第1の部分とX方向に対向する外装部材の側面の部分である第1側面部、22・・・第2の部分とX方向に対向する外装部材の側面の部分である第2側面部、23・・・境界とX方向に対向する外装部材の側面の部分、30・・・捲回電極体(構造体)、31・・・正極リード、32・・・負極リード、33・・・正極、33A・・・正極集電体、33B・・・正極活物質層、34・・・負極、34A・・・負極集電体、34B・・・負極活物質層、35・・・セパレータ、36・・・電解質層、37・・・保護テープ、40・・・外装部材、41・・・密着フィルム、50・・・積層電極体(構造体)、53・・・正極、53A・・・正極集電体、53B・・・正極活物質層、54・・・負極、54A・・・負極集電体、54B・・・負極活物質層、55・・・セパレータ、58・・・外装部材、211・・・正極活物質、212・・・活物質絶縁層、213・・・負極絶縁層、214・・・セパレータ絶縁層、60・・・筐体、61・・・制御部、62・・・電源、63・・・スイッチ部、64・・・電流測定部、65・・・温度検出部、66・・・電圧検出部、67・・・スイッチ制御部、68・・・メモリ、69・・・温度検出素子、70・・・電流検出抵抗、71・・・正極端子、72・・・負極端子、73・・・筐体、74・・・制御部、75・・・エンジン、76・・・電源、77・・・モータ、78・・・差動装置、79・・・発電機、80・・・トランスミッション、81・・・クラッチ、82,83・・・インバータ、84・・・各種センサ、85・・・前輪用駆動軸、86・・・前輪、87・・・後輪用駆動軸、88・・・後輪、89・・・家屋、90・・・制御部、91・・・電源、92・・・スマートメータ、93・・・パワーハブ、94・・・電気機器(電子機器)、95・・・自家発電機、96・・・電動車両、97・・・集中型電力系統、98・・・工具本体、99・・・制御部、100・・・電源、101・・・ドリル部、111・・・電源、116・・・回路基板、112・・・正極リード、113・・・負極リード、118,119・・・粘着テープ、114・・・タブ、115・・・タブ、117・・・コネクタ付きリード線、120・・・ラベル、121・・・絶縁シート、121・・・制御部、122・・・スイッチ部、123・・・PTC、124・・・温度検出部、125・・・正極端子、126・・・温度検出素子、127・・・負極端子
10... Structure, 10A... First surface which is the outer surface of the structure, 10B... Second surface which is the outer surface of the structure, 11... Part of the structure on the first surface side 1st part, 12... 2nd part which is a part of the structure by the side of a 2nd surface, 13... boundary of 1st part and 2nd part, 20... exterior member, 21 ...First side surface portion that is a side surface portion of the exterior member that faces the first portion in the X direction, 22...Second side portion that is a side surface portion of the exterior member that faces the second portion in the X direction Side portion, 23... Side portion of the exterior member facing the boundary in the X direction, 30... Winding electrode body (structure), 31... Positive electrode lead, 32... Negative electrode lead, 33. ....Positive electrode, 33A... Positive electrode current collector, 33B... Positive electrode active material layer, 34... Negative electrode, 34A... Negative electrode current collector, 34B... Negative electrode active material layer, 35... Separator, 36... Electrolyte layer, 37... Protective tape, 40... Exterior member, 41... Adhesive film, 50... Laminated electrode body (structure), 53... Positive electrode, 53A. .. Positive electrode current collector, 53B... Positive electrode active material layer, 54... Negative electrode, 54A... Negative electrode current collector, 54B... Negative electrode active material layer, 55... Separator, 58... Exterior member, 211... Positive electrode active material, 212... Active material insulating layer, 213... Negative electrode insulating layer, 214... Separator insulating layer, 60... Casing, 61... Control section, 62... Power source, 63... Switch section, 64... Current measuring section, 65... Temperature detecting section, 66... Voltage detecting section, 67... Switch control section, 68... Memory , 69... Temperature detecting element, 70... Current detecting resistor, 71... Positive terminal, 72... Negative terminal, 73... Casing, 74... Control section, 75... Engine , 76... Power source, 77... Motor, 78... Differential device, 79... Generator, 80... Transmission, 81... Clutch, 82, 83... Inverter, 84... ..Various sensors, 85... front wheel drive shaft, 86... front wheel, 87... rear wheel drive shaft, 88... rear wheel, 89... house, 90... control unit, 91... Power source, 92... Smart meter, 93... Power hub, 94... Electric equipment (electronic equipment), 95... Private generator, 96... Electric vehicle, 97... Concentrated Mold power system, 98... Tool body, 99... Control part, 100... Power supply, 101... Drill part, 111... Power supply, 116... Circuit board, 112...
Claims (6)
構造体の長手方向をX方向、構造体の短手方向をZ方向、構造体の厚さ方向をY方向とし、
構造体のXZ平面に沿った外面を第1面及び第2面とし、
第1面側の構造体の部分を第1の部分、第1の部分と接する、第2面側の構造体の部分を第2の部分とし、
第1の部分とX方向に対向する外装部材の側面の部分を第1側面部、第2の部分とX方向に対向する外装部材の側面の部分を第2側面部とし、
充電時の第1の部分のX方向の線膨張量をΔX1、充電時の第2の部分のX方向の線膨張量をΔX2とし、
第1の部分と第1側面部との間に位置する隙間の最小値をd1、第2の部分と第2側面部との間に位置する隙間の最大値をd2、第1の部分と第2の部分との境界、及び、該境界とX方向に対向する外装部材の側面の部分の間に位置する隙間の値をdmとしたとき、
ΔX1>ΔX2
であり、且つ、
d1<ΔX1<dm<d2
を満足し、
第1の部分と第2の部分の境界が捲回構造体の捲回中心を通る厚さ方向の中間のXZ平面、または第1の部分と第2の部分の境界が積層構造体の厚さ方向の中心を通る厚さ方向の中間のXZ平面であり、および
外装部材のヤング率が、第1の部分のヤング率および第2の部分のヤング率よりも大きい、リチウムイオン電池。 A lithium ion battery in which a structure in which a positive electrode, a separator and a negative electrode are wound or laminated is housed in an exterior member and which is filled with an electrolyte,
The longitudinal direction of the structure is the X direction, the lateral direction of the structure is the Z direction, and the thickness direction of the structure is the Y direction.
The outer surface along the XZ plane of the structure is the first surface and the second surface,
The portion of the structure on the first surface side is the first portion, the portion of the structure on the second surface side that is in contact with the first portion is the second portion,
A side surface portion of the exterior member facing the first portion in the X direction is a first side surface portion, and a side surface portion of the exterior member facing the second portion in the X direction is a second side surface portion,
The linear expansion amount in the X direction of the first portion during charging is ΔX 1 , and the linear expansion amount in the X direction of the second portion during charging is ΔX 2 .
The minimum value of the gap located between the first portion and the first side surface portion is d 1 , the maximum value of the gap located between the second portion and the second side surface portion is d 2 , the first portion when the boundary between the second portion, and, when the value of the gap located between the side portion of the outer member opposite the boundary and X direction is d m,
ΔX 1 >ΔX 2
And, and
d 1 <ΔX 1 <d m <d 2
Satisfied ,
The boundary between the first portion and the second portion passes through the winding center of the wound structure and is in the middle of the thickness direction in the XZ plane, or the boundary between the first portion and the second portion is the thickness of the laminated structure. Ri XZ plane der in the thickness direction of the intermediate passing through the center of the direction, and
A lithium ion battery in which the Young's modulus of the exterior member is higher than the Young's modulus of the first portion and the Young's modulus of the second portion .
構造体の長手方向をX方向、構造体の短手方向をZ方向、構造体の厚さ方向をY方向とし、
構造体のXZ平面に沿った外面を第1面及び第2面とし、
第1面側の構造体の部分を第1の部分、第1の部分と接する、第2面側の構造体の部分を第2の部分とし、
第1の部分とX方向に対向する外装部材の側面の部分を第1側面部、第2の部分とX方向に対向する外装部材の側面の部分を第2側面部とし、
充電時の第1の部分のX方向の線膨張量をΔX1、充電時の第2の部分のX方向の線膨張量をΔX2としたとき、
ΔX1>ΔX2
であり、且つ、充電時、第1の部分の少なくとも一部は外装部材の第1側面部と接触し、第2の部分は外装部材の第2側面部と接触せず、
第1の部分と第2の部分の境界が捲回構造体の捲回中心を通る厚さ方向の中間のXZ平面、または第1の部分と第2の部分の境界が積層構造体の厚さ方向の中心を通る厚さ方向の中間のXZ平面であり、および
外装部材のヤング率が、第1の部分のヤング率および第2の部分のヤング率よりも大きい、リチウムイオン電池。 A lithium ion battery in which a structure in which a positive electrode, a separator and a negative electrode are wound or laminated is housed in an exterior member and which is filled with an electrolyte,
The longitudinal direction of the structure is the X direction, the lateral direction of the structure is the Z direction, and the thickness direction of the structure is the Y direction.
The outer surface along the XZ plane of the structure is the first surface and the second surface,
The portion of the structure on the first surface side is the first portion, the portion of the structure on the second surface side that is in contact with the first portion is the second portion,
A side surface portion of the exterior member facing the first portion in the X direction is a first side surface portion, and a side surface portion of the exterior member facing the second portion in the X direction is a second side surface portion,
When the linear expansion amount in the X direction of the first portion during charging is ΔX 1 , and the linear expansion amount in the X direction of the second portion during charging is ΔX 2 ,
ΔX 1 >ΔX 2
And, at the time of charging, at least a part of the first portion is in contact with the first side surface portion of the exterior member, and the second portion is not in contact with the second side surface portion of the exterior member ,
The boundary between the first portion and the second portion passes through the winding center of the wound structure and is in the middle of the thickness direction in the XZ plane, or the boundary between the first portion and the second portion is the thickness of the laminated structure. Ri XZ plane der in the thickness direction of the intermediate passing through the center of the direction, and
A lithium ion battery in which the Young's modulus of the exterior member is higher than the Young's modulus of the first portion and the Young's modulus of the second portion .
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