JP6919271B2 - Lithium-ion secondary battery electrolyte and lithium-ion secondary battery - Google Patents

Lithium-ion secondary battery electrolyte and lithium-ion secondary battery Download PDF

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Description

本発明は、リチウムイオン二次電池用電解液およびリチウムイオン二次電池に関する。 The present invention relates to an electrolytic solution for a lithium ion secondary battery and a lithium ion secondary battery.

リチウムイオン二次電池は、エネルギー密度が高いことから、ノート型のパーソナルコンピューターなどの携帯型電子機器や携帯電話機などの通信機器の電源として幅広く応用されている。このリチウムイオン二次電池は、一般に、正極と、負極と、正極と負極との間に介在するセパレータと、電解液から構成されている。 Due to its high energy density, lithium-ion secondary batteries are widely used as power sources for portable electronic devices such as notebook personal computers and communication devices such as mobile phones. This lithium ion secondary battery is generally composed of a positive electrode, a negative electrode, a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, and an electrolytic solution.

リチウムイオン二次電池の電解液としては、従来より、リチウム塩を溶解させた有機溶媒が利用されている。近年では、リチウム塩としてリチウムイミド塩を用い、このリチウムイミド塩と溶媒の混合比を1:0.8〜1:2程度と、リチウムイミド塩の濃度をこれまでよりも大幅に高くしたリチウムイミド塩高濃度電解液が多く報告されている(例えば、特許文献1)。このリチウムイミド塩高濃度電解液は、硫黄系正極を用いた際の懸念点の一つだった硫黄の溶解を抑制することから期待されている。 Conventionally, an organic solvent in which a lithium salt is dissolved has been used as an electrolytic solution for a lithium ion secondary battery. In recent years, lithium imide salt has been used as the lithium salt, and the mixing ratio of the lithium imide salt and the solvent is about 1: 0.8 to 1: 2, and the concentration of the lithium imide salt is significantly higher than before. Many high-salt electrolytes have been reported (for example, Patent Document 1). This lithium imide salt high-concentration electrolytic solution is expected because it suppresses the dissolution of sulfur, which was one of the concerns when using a sulfur-based positive electrode.

国際公開第2016/079919号International Publication No. 2016/079919

しかしながら、リチウムイミド塩高濃度電解液は、リチウムイオン二次電池において広く用いられている正極、負極、セパレータに含浸させにくい。特に、セパレータとして広く用いられている微多孔質のポリオレフィンセパレータに含浸させることが極めて困難である。このため、リチウムイミド塩高濃度電解液を用いたリチウムイオン二次電池では、空孔率の高い繊維状の不織布を用いることが検討されている。しかしながら、この場合、不織布は通常、厚さが30〜500μmと厚いために、セルにした時の体積エネルギー密度の点で、空孔率が高いため必要以上に電解液が必要となり重量エネルギー密度の点でも不利となる。さらに、このセパレータへ含浸できたとしても、高エネルギー密度のためには正極・負極の目付量を高くする必要がある。このような場合、正極・負極の膜厚が大きいため、正極・負極の集電箔近傍まで電解液を含浸させることが難しく、目付量が少ないときには容易に得られる初期容量が得られなかった。 However, it is difficult to impregnate the positive electrode, negative electrode, and separator widely used in lithium ion secondary batteries with the lithium imide salt high-concentration electrolytic solution. In particular, it is extremely difficult to impregnate a microporous polyolefin separator widely used as a separator. Therefore, in a lithium ion secondary battery using a lithium imide salt high-concentration electrolytic solution, it has been studied to use a fibrous non-woven fabric having a high porosity. However, in this case, since the non-woven fabric is usually as thick as 30 to 500 μm, the porosity is high in terms of the volumetric energy density when the non-woven fabric is formed, so that an electrolytic solution is required more than necessary and the weight energy density is high. It is also disadvantageous in terms of points. Further, even if the separator can be impregnated, it is necessary to increase the basis weight of the positive electrode and the negative electrode for high energy density. In such a case, since the film thickness of the positive electrode and the negative electrode is large, it is difficult to impregnate the electrolytic solution up to the vicinity of the current collecting foil of the positive electrode and the negative electrode, and the initial capacity that can be easily obtained cannot be obtained when the basis weight is small.

本発明の目的は、前記事情に鑑みてなされたものであり、リチウムイミド塩を高濃度で含みながらも、正極、負極、セパレータに含浸させ易く、電池の初期容量を向上させることができるリチウムイオン二次電池用電解液、およびその電解液を用いたリチウムイオン二次電池を提供することにある。 An object of the present invention has been made in view of the above circumstances, and while containing a high concentration of lithiumimide salt, it is easy to impregnate the positive electrode, the negative electrode, and the separator, and the initial capacity of the battery can be improved. An object of the present invention is to provide an electrolytic solution for a secondary battery and a lithium ion secondary battery using the electrolytic solution.

本発明者は、リチウムイミド塩と、所定の環状溶媒と、20℃における蒸気圧がこの環状溶媒よりも高い高蒸気圧溶媒とを、所定の量にて含む電解液は、正極、負極、セパレータに含浸させ易く、そして、その電解液を用いることによって、リチウムイオン二次電池の初期容量が向上することを見出した。
すなわち、本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。
The present inventor has a positive electrode, a negative electrode, and a separator as an electrolytic solution containing a lithiumimide salt, a predetermined cyclic solvent, and a high vapor pressure solvent having a vapor pressure at 20 ° C. higher than that of the cyclic solvent in a predetermined amount. It has been found that the initial capacity of the lithium ion secondary battery is improved by easily impregnating the solvent with the solvent and using the electrolytic solution thereof.
That is, the present invention provides the following means for solving the above problems.

(1)第1の態様にかかるリチウムイオン二次電池用電解液は、リチウムイミド塩と、環状カーボネート、環状エステルおよび環状エーテルからなる群より選ばれる少なくとも一種の環状溶媒と、20℃における蒸気圧が前記環状溶媒よりも高い高蒸気圧溶媒と、を含有し、前記リチウムイミド塩と前記環状溶媒の含有量比が、モル比で1:0.8〜1:2.0の範囲にあり、前記高蒸気圧溶媒は、20℃における蒸気圧が1kPa以上であって、前記高蒸気圧溶媒の含有量が、前記リチウムイミド塩と、前記環状溶媒と、前記高蒸気圧溶媒の総量に対して0.1質量%以上10質量%以下の範囲にある。 (1) The electrolytic solution for a lithium ion secondary battery according to the first aspect is a lithium imide salt, at least one cyclic solvent selected from the group consisting of cyclic carbonates, cyclic esters and cyclic ethers, and a vapor pressure at 20 ° C. Contains a higher vapor pressure solvent than the cyclic solvent, and the content ratio of the lithiumimide salt to the cyclic solvent is in the range of 1: 0.8 to 1: 2.0 in terms of molar ratio. The high vapor pressure solvent has a vapor pressure of 1 kPa or more at 20 ° C., and the content of the high vapor pressure solvent is relative to the total amount of the lithiumimide salt, the cyclic solvent, and the high vapor pressure solvent. It is in the range of 0.1% by mass or more and 10% by mass or less.

(2)上記態様にかかるリチウムイオン二次電池用電解液は、前記高蒸気圧溶媒が鎖状エーテルまたは環状エーテルであってもよい。 (2) In the electrolytic solution for a lithium ion secondary battery according to the above aspect, the high vapor pressure solvent may be a chain ether or a cyclic ether.

(3)上記態様にかかるリチウムイオン二次電池用電解液は、前記高蒸気圧溶媒がジメチルエーテル、エチルメチルエーテル、ジエチルエーテルからなる群より選ばれる少なくとも1種の鎖状エーテルであってもよい。 (3) The electrolytic solution for a lithium ion secondary battery according to the above embodiment may be at least one chain ether in which the high vapor pressure solvent is selected from the group consisting of dimethyl ether, ethyl methyl ether, and diethyl ether.

(4)第2の態様にかかるリチウムイオン二次電池は、正極と、負極と、前記正極と前記負極との間に介在するセパレータと、電解液とを備えるリチウムイオン二次電池であって、前記電解液が、上記第1の態様にかかるリチウムイオン二次電池用電解液である。 (4) The lithium ion secondary battery according to the second aspect is a lithium ion secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, and an electrolytic solution. The electrolytic solution is the electrolytic solution for a lithium ion secondary battery according to the first aspect.

(5)上記態様にかかるリチウムイオン二次電池は、前記正極が、正極集電体と、前記正極集電体の上に設けられた正極活物質層とを有し、前記正極活物質層は、目付量が20mg/cm以上であってもよい。 (5) In the lithium ion secondary battery according to the above aspect, the positive electrode has a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer provided on the positive electrode current collector, and the positive electrode active material layer is , The amount of the grain may be 20 mg / cm 2 or more.

(6)上記態様にかかるリチウムイオン二次電池は、前記負極が、負極集電体と、前記負極集電体の上に設けられた負極活物質層とを有し、前記負極活物質層が金属シリコンおよび金属リチウムのうち少なくとも1種を含有していてもよい。 (6) In the lithium ion secondary battery according to the above aspect, the negative electrode has a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer provided on the negative electrode current collector, and the negative electrode active material layer is formed. It may contain at least one of metallic silicon and metallic lithium.

本発明によれば、リチウムイミド塩を高濃度で含みながらも、正極、負極、セパレータに含浸させ易く、電池の初期容量を向上させることができるリチウムイオン二次電池用電解液、およびその電解液を用いたリチウムイオン二次電池を提供することが可能となる。 According to the present invention, an electrolytic solution for a lithium ion secondary battery, which can easily impregnate the positive electrode, the negative electrode, and the separator and improve the initial capacity of the battery while containing a high concentration of lithiumimide salt, and an electrolytic solution thereof. It becomes possible to provide a lithium ion secondary battery using the above.

本実施形態にかかるリチウムイオン二次電池の断面模式図である。It is sectional drawing of the lithium ion secondary battery which concerns on this embodiment.

以下、本実施形態について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。 Hereinafter, the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. The drawings used in the following description may be enlarged for convenience in order to make the features of the present invention easy to understand, and the dimensional ratios of the respective components may differ from the actual ones. be. The materials, dimensions, etc. exemplified in the following description are examples, and the present invention is not limited thereto, and the present invention can be appropriately modified without changing the gist thereof.

[リチウムイオン二次電池]
図1は、本実施形態にかかるリチウムイオン二次電池の断面模式図である。図1に示すリチウムイオン二次電池100は、主として積層体40、積層体40を密閉した状態で収容する外装体50、及び積層体40に接続された一対のリード60、62を備えている。また、図示されていないが、積層体40とともに電解液が、外装体50内に収容されている。
[Lithium-ion secondary battery]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the lithium ion secondary battery according to the present embodiment. The lithium ion secondary battery 100 shown in FIG. 1 mainly includes a laminate 40, an exterior body 50 that houses the laminate 40 in a sealed state, and a pair of leads 60 and 62 connected to the laminate 40. Further, although not shown, the electrolytic solution is housed in the exterior body 50 together with the laminated body 40.

積層体40は、正極20と負極30とが、セパレータ10を挟んで対向配置されたものである。正極20は、板状(膜状)の正極集電体22上に正極活物質層24が設けられたものである。負極30は、板状(膜状)の負極集電体32上に負極活物質層34が設けられたものである。 In the laminated body 40, the positive electrode 20 and the negative electrode 30 are arranged so as to face each other with the separator 10 interposed therebetween. The positive electrode 20 has a positive electrode active material layer 24 provided on a plate-shaped (film-shaped) positive electrode current collector 22. The negative electrode 30 has a negative electrode active material layer 34 provided on a plate-shaped (film-shaped) negative electrode current collector 32.

正極活物質層24及び負極活物質層34は、セパレータ10の両側にそれぞれ接触している。正極集電体22及び負極集電体32の端部には、それぞれリード62、60が接続されており、リード60、62の端部は外装体50の外部にまで延びている。図1では、外装体50内に積層体40が一つの場合を例示したが、複数積層されていてもよい。 The positive electrode active material layer 24 and the negative electrode active material layer 34 are in contact with both sides of the separator 10, respectively. Leads 62 and 60 are connected to the ends of the positive electrode current collector 22 and the negative electrode current collector 32, respectively, and the ends of the leads 60 and 62 extend to the outside of the exterior body 50. In FIG. 1, a case where one laminated body 40 is provided in the exterior body 50 is illustrated, but a plurality of laminated bodies 40 may be laminated.

(電解液)
本実施形態のリチウムイオン二次電池において、電解液は、リチウムイミド塩と、環状カーボネート、環状エステルおよび環状エーテルからなる群より選ばれる少なくとも一種の環状溶媒と、20℃における蒸気圧がこの環状溶媒よりも高い高蒸気圧溶媒と、を含有する。リチウムイミド塩と環状溶媒の含有量比は、モル比で1:0.8〜1:2.0の範囲にある。高蒸気圧溶媒は、20℃における蒸気圧が1kPa以上である。高蒸気圧溶媒の含有量は、リチウムイミド塩と環状溶媒と高蒸気圧溶媒の総量に対して0.1質量%以上10質量%以下の範囲とされている。
(Electrolytic solution)
In the lithium ion secondary battery of the present embodiment, the electrolytic solution is a lithium imide salt, at least one cyclic solvent selected from the group consisting of cyclic carbonates, cyclic esters and cyclic ethers, and a cyclic solvent having a vapor pressure at 20 ° C. Contains a higher vapor pressure solvent. The content ratio of the lithium imide salt to the cyclic solvent is in the range of 1: 0.8 to 1: 2.0 in terms of molar ratio. The high vapor pressure solvent has a vapor pressure of 1 kPa or more at 20 ° C. The content of the high vapor pressure solvent is in the range of 0.1% by mass or more and 10% by mass or less with respect to the total amount of the lithium imide salt, the cyclic solvent and the high vapor pressure solvent.

本実施形態の電解液は、高蒸気圧溶媒を上記の範囲で含むことによって、正極、負極、セパレータに含浸させ易くなり、これによって電池の初期容量が向上したと考えられる。
本実施形態の電解液において用いる高蒸気圧溶媒は揮発しやすい溶媒である。このため、高濃度でリチウムイミド塩を含む電解液に高蒸気圧溶媒を加えても、高蒸気圧溶媒は短時間で揮発し、電解液中に残留しにくいとも考えられるが、本実施形態の電解液が正極などに含浸させ易くなった理由としては次のように考えられる。すなわち、電池内に、高蒸気圧溶媒を上記の範囲で電解液を注入した場合には、電解液の粘性が低減し、さらに高蒸気溶媒と環状溶媒の分子間の相互作用によって、電解液が電極(特に正極)やセパレータに浸み込み易くなったと考えられる。また、高蒸気圧溶媒が蒸発と凝結とを繰り返することによって、電池内の電解液が撹拌・流動化されて、電解液が正極、負極、セパレータに浸み込み易くなったとも考えられる。
なお、高蒸気圧溶媒の含有量が少なくなりすぎると、高蒸気圧溶媒による効果が得られにくくなるおそれがある。また、高蒸気圧溶媒の含有量が多くなりすぎると、相対的にリチウムイミド塩と環状溶融塩の含有量が低下して電池の初期容量が低下するおそれがある。このため、本実施形態では、高蒸気圧溶媒の含有量を0.1質量%以上10質量%以下の範囲と設定している。
It is considered that the electrolytic solution of the present embodiment easily impregnates the positive electrode, the negative electrode, and the separator by containing the high vapor pressure solvent in the above range, thereby improving the initial capacity of the battery.
The high vapor pressure solvent used in the electrolytic solution of the present embodiment is a solvent that easily volatilizes. Therefore, even if a high vapor pressure solvent is added to the electrolytic solution containing a lithiumimide salt at a high concentration, it is considered that the high vapor pressure solvent volatilizes in a short time and does not easily remain in the electrolytic solution. The reason why the electrolytic solution is easily impregnated into the positive electrode or the like is considered as follows. That is, when the electrolytic solution is injected into the battery in the above range, the viscosity of the electrolytic solution is reduced, and the electrolytic solution is generated by the interaction between the molecules of the high vapor pressure solvent and the cyclic solvent. It is considered that it became easier to penetrate into the electrode (particularly the positive electrode) and the separator. It is also considered that the high vapor pressure solvent repeatedly evaporates and condenses, so that the electrolytic solution in the battery is agitated and fluidized, and the electrolytic solution easily permeates into the positive electrode, the negative electrode, and the separator.
If the content of the high vapor pressure solvent is too small, it may be difficult to obtain the effect of the high vapor pressure solvent. Further, if the content of the high vapor pressure solvent becomes too large, the contents of the lithium imide salt and the cyclic molten salt may decrease relatively, and the initial capacity of the battery may decrease. Therefore, in the present embodiment, the content of the high vapor pressure solvent is set in the range of 0.1% by mass or more and 10% by mass or less.

(リチウムイミド塩)
リチウムイミド塩としては、LiN(SOF)(LiFSI:リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド)、LiN(SOCF(LiTFSI:リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド)、LiN(SO(LiBETI:リチウムビス(ペンタフルオロエタンスルホニル)イミド)、LiN(SOF)(SOCF)、LiN(SOCF)(SO)を使用することができる。これらのリチウムイミド塩は1種を単独で使用してもよいし、2種以上を組合せて使用してもよい。
(Lithium imide salt)
Lithium imide salts include LiN (SO 2 F) 2 (LiFSI: lithium bis (fluorosulfonyl) imide), LiN (SO 2 CF 3 ) 2 (LiTFSI: lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide), LiN (SO 2). C 2 F 5 ) 2 (LiBETI: Lithium bis (pentafluoroethane sulfonyl) imide), LiN (SO 2 F) (SO 2 CF 3 ), LiN (SO 2 CF 3 ) (SO 2 C 2 F 5 ) are used. can do. One of these lithium imide salts may be used alone, or two or more thereof may be used in combination.

(環状溶媒)
環状溶媒としては、環状カーボネート、環状エステルおよび環状エーテルからなる群より選ばれる少なくとも一種を使用する。
環状カーボネートの例としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、1,2−ブチレンカーボネート、2,3−ブチレンカーボネート、1,2−ペンチレンカーボネート、2,3−ペンチレンカーボネートを挙げることができる。環状エステルの例としては、γ−ブチロラクトン、δ−バレロラクトン、メチルγ−ブチロラクトン、エチルγ−ブチロラクトン、エチルδ−バレロラクトン、β−プロピオラクトンを挙げることができる。環状エーテルの例としては、オキセタン、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、1,3−ジオキソラン、1,4−ジオキサン、1,1,2,2−テトラフルオロエチル2,2,3,3−テトラフルオロプロピルエーテルを挙げることができる。これらの環状溶媒は、1種を単独で使用してもよいし、2種以上を組合せて使用してもよい。
(Cyclic solvent)
As the cyclic solvent, at least one selected from the group consisting of cyclic carbonates, cyclic esters and cyclic ethers is used.
Examples of the cyclic carbonate include ethylene carbonate, propylene carbonate, 1,2-butylene carbonate, 2,3-butylene carbonate, 1,2-pentylene carbonate, and 2,3-pentylene carbonate. Examples of the cyclic ester include γ-butyrolactone, δ-valerolactone, methyl γ-butyrolactone, ethyl γ-butyrolactone, ethyl δ-valerolactone, and β-propiolactone. Examples of cyclic ethers include oxetane, tetrahydrofuran, tetrahydropyran, 1,3-dioxolane, 1,4-dioxane, 1,1,2,2-tetrafluoroethyl 2,2,3,3-tetrafluoropropyl ether. Can be mentioned. These cyclic solvents may be used alone or in combination of two or more.

(高蒸気圧溶媒)
高蒸気圧溶媒としては、二酸化炭素、1価アルコール、ケトン、ニトリル、エステル、鎖状炭酸エステル、環状エーテル、鎖状エーテルを用いることができる。高蒸気圧溶媒は1種を単独で使用してもよいし、2種以上を組合せて使用してもよい。
(High vapor pressure solvent)
As the high vapor pressure solvent, carbon dioxide, monohydric alcohol, ketone, nitrile, ester, chain carbonic acid ester, cyclic ether, and chain ether can be used. One type of high vapor pressure solvent may be used alone, or two or more types may be used in combination.

1価アルコールの例としては、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノールを挙げることができる。ケトンの例としては、アセトン、エチルメチルケトン、ジエチルケトンを挙げることができる。ニトリルの例としては、アセトニトリルを挙げることができる。 Examples of monohydric alcohols include methanol, ethanol, 1-propanol and 2-propanol. Examples of ketones include acetone, ethyl methyl ketone, and diethyl ketone. Examples of nitriles include acetonitrile.

エステルの例としては、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピルを挙げることができる。鎖状炭酸エステルの例としては、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネートを挙げることができる。 Examples of esters include methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, and propyl propionate. Examples of chain carbonates include dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, and diethyl carbonate.

鎖状エーテルおよび環状エーテルは、炭酸原子数が6以下であることが好ましい。酸素原子数は1個以上3個以下であることが好ましい。鎖状エーテルおよび環状エーテルの炭素原子同士は飽和結合していることが好ましい。鎖状エーテルおよび環状エーテルの水素原子は、フッ素で置換されていてもよい。環状エーテルは、三員環から六員環であることが好ましい。鎖状エーテルの例としては、1,2−ジメトキシエタン、ジメチルエーテル、メチルエチルエーテル、ジエチルエーテル、ブチルメチルエーテル、ジプロピルエーテル、シクロペンチルメチルエーテル、ジブチルエーテル、ジイソペンチルエーテルを挙げることができる。環状エーテルの例としては、オキセタン、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、1,3−ジオキソラン、1,4−ジオキサン、1,1,2,2−テトラフルオロエチル2,2,3,3−テトラフルオロプロピルエーテルを挙げることができる。 The chain ether and the cyclic ether preferably have 6 or less carbonic acid atoms. The number of oxygen atoms is preferably 1 or more and 3 or less. It is preferable that the carbon atoms of the chain ether and the cyclic ether are saturated bonds. The hydrogen atoms of the chain ether and the cyclic ether may be substituted with fluorine. The cyclic ether is preferably a three-membered ring to a six-membered ring. Examples of chain ethers include 1,2-dimethoxyethane, dimethyl ether, methyl ethyl ether, diethyl ether, butyl methyl ether, dipropyl ether, cyclopentyl methyl ether, dibutyl ether, and diisopentyl ether. Examples of cyclic ethers include oxetane, tetrahydrofuran, tetrahydropyran, 1,3-dioxolane, 1,4-dioxane, 1,1,2,2-tetrafluoroethyl 2,2,3,3-tetrafluoropropyl ether. Can be mentioned.

高蒸気圧溶媒は、鎖状エーテルおよび環状エーテルであることが好ましく、ジメチルエーテル、エチルメチルエーテル、ジエチルエーテルなどの鎖状エーテルであることが特に好ましい。これらの溶媒を使用することによって、さらに好適に高いレート特性を実現することができる。 The high vapor pressure solvent is preferably a chain ether and a cyclic ether, and particularly preferably a chain ether such as dimethyl ether, ethyl methyl ether, or diethyl ether. By using these solvents, more preferably high rate characteristics can be realized.

(電解液の調製方法)
本実施形態の電解液は、例えば、リチウムイミド塩と環状溶媒を混合し、次いで得られた混合物に高蒸気圧溶媒を加えて、混合することによって調製することができる。高蒸気圧溶媒は液体の状態で加えてもよいし、気体の状態で加えてもよい。得られた電解液の組成は、ガスクロマトグラフィを用いて測定することができる。
(Preparation method of electrolytic solution)
The electrolytic solution of the present embodiment can be prepared, for example, by mixing a lithium imide salt and a cyclic solvent, and then adding a high vapor pressure solvent to the obtained mixture and mixing them. The high vapor pressure solvent may be added in a liquid state or in a gaseous state. The composition of the obtained electrolytic solution can be measured using gas chromatography.

「負極」
負極30は、負極集電体32と、負極集電体32の上に設けられた負極活物質層34とを有する。
"Negative electrode"
The negative electrode 30 has a negative electrode current collector 32 and a negative electrode active material layer 34 provided on the negative electrode current collector 32.

(負極集電体)
負極集電体32は、導電性の板材であればよく、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル箔の金属薄板を用いることができる。
(Negative electrode current collector)
The negative electrode current collector 32 may be any conductive plate material, and for example, a thin metal plate of aluminum, copper, or nickel foil can be used.

(負極活物質層)
負極活物質層34は、負極活物質と負極バインダーとを有し、必要に応じて負極導電材を有する。
(Negative electrode active material layer)
The negative electrode active material layer 34 has a negative electrode active material and a negative electrode binder, and optionally has a negative electrode conductive material.

(負極活物質)
負極活物質の材料としては、公知のリチウムイオン二次電池用の負極活物質として利用されている各種の材料を使用できる。負極活物質の材料の例としては、例えば、炭素材料、ケイ素、SiOx(0<x<2)で表されるケイ素酸化物などのケイ素含有化合物、金属リチウム、リチウムと合金を形成する金属およびこれらの合金、二酸化スズ等の酸化物を主体とする非晶質の化合物、チタン酸リチウム(LiTi12)を挙げることができる。炭素材料の例としては、黒鉛(天然黒鉛、人造黒鉛)、カーボンナノチューブ、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、低温度焼成炭素などを挙げることができる。金属リチウムと合金を形成する金属の例としては、アルミニウム、シリコン、スズなどを挙げることができる。
(Negative electrode active material)
As the material of the negative electrode active material, various materials used as the negative electrode active material for a known lithium ion secondary battery can be used. Examples of materials for the negative electrode active material include carbon materials, silicon, silicon-containing compounds such as silicon oxide represented by SiOx (0 <x <2), metallic lithium, metals forming alloys with lithium, and these. , An amorphous compound mainly composed of oxides such as tin dioxide, and lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12 ) can be mentioned. Examples of the carbon material include graphite (natural graphite, artificial graphite), carbon nanotubes, non-graphitized carbon, easily graphitized carbon, low-temperature calcined carbon and the like. Examples of metals that form alloys with metallic lithium include aluminum, silicon, and tin.

(負極導電材)
導電材としては、例えば、カーボンブラック類等のカーボン粉末、カーボンナノチューブ、炭素材料、銅、ニッケル、ステンレス、鉄等の金属微粉、炭素材料及び金属微粉の混合物、ITO等の導電性酸化物が挙げられる。これらの中でも、アセチレンブラックやエチレンブラック等のカーボン粉末が特に好ましい。負極活物質36のみで十分な導電性を確保できる場合は、リチウムイオン二次電池100は導電材を含んでいなくてもよい。
(Negative electrode conductive material)
Examples of the conductive material include carbon powder such as carbon black, carbon nanotubes, carbon material, metal fine powder such as copper, nickel, stainless steel and iron, a mixture of carbon material and metal fine powder, and conductive oxide such as ITO. Be done. Among these, carbon powders such as acetylene black and ethylene black are particularly preferable. When sufficient conductivity can be ensured only by the negative electrode active material 36, the lithium ion secondary battery 100 does not have to contain the conductive material.

(負極バインダー)
バインダーは、活物質同士を結合すると共に、活物質と負極集電体32とを結合する。バインダーは、上述の結合が可能なものであればよく、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)、ポリフッ化ビニル(PVF)等のフッ素樹脂が挙げられる。
(Negative electrode binder)
The binder binds the active materials to each other and also binds the active material to the negative electrode current collector 32. The binder may be any one capable of the above-mentioned bonds, for example, polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), tetrafluoroethylene-. Perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), ethylene-tetrafluoroethylene copolymer (ETFE), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), ethylene-chlorotrifluoroethylene copolymer (ECTFE), polyvinylidene fluoride (PVF) ) And other fluororesins.

また、上記の他に、バインダーとして、例えば、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン系フッ素ゴム(VDF−HFP系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−HFP−TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−ペンタフルオロプロピレン系フッ素ゴム(VDF−PFP系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−ペンタフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−PFP−TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−パーフルオロメチルビニルエーテル−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−PFMVE−TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−クロロトリフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−CTFE系フッ素ゴム)等のビニリデンフルオライド系フッ素ゴムを用いてもよい。 In addition to the above, as binders, for example, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-based fluororubber (VDF-HFP-based fluororubber), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene-based fluororubber (VDF-HFP-) TFE-based fluorine rubber), vinylidene fluoride-pentafluoropropylene-based fluorine rubber (VDF-PFP-based fluorine rubber), vinylidene fluoride-pentafluoropropylene-tetrafluoroethylene-based fluorine rubber (VDF-PFP-TFE-based fluorine rubber), Vinylidene fluoride-perfluoromethyl vinyl ether-tetrafluoroethylene-based fluororubber (VDF-PFMVE-TFE-based fluororubber), vinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene-based fluororubber (VDF-CTFE-based fluororubber), etc. Fluoroethylene rubber may be used.

また、バインダーとして電子伝導性の導電性高分子やイオン伝導性の導電性高分子を用いてもよい。電子伝導性の導電性高分子としては、例えば、ポリアセチレン等が挙げられる。この場合は、バインダーが導電材の機能も発揮するので導電材を添加しなくてもよい。イオン伝導性の導電性高分子としては、例えば、高分子化合物(ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド等のポリエーテル系高分子化合物、ポリフォスファゼン等)のモノマーと、リチウムイミド塩、LiClO、LiBF、LiPF等のリチウム塩又はリチウムを主体とするアルカリ金属塩と、を複合化させたもの等が挙げられる。複合化に使用する重合開始剤としては、例えば、上記のモノマーに適合する光重合開始剤または熱重合開始剤が挙げられる。 Further, an electron conductive conductive polymer or an ionic conductive polymer may be used as the binder. Examples of the electron-conducting conductive polymer include polyacetylene and the like. In this case, since the binder also functions as a conductive material, it is not necessary to add the conductive material. Examples of the ionic conductive polymer include a monomer of a polymer compound (polyether-based polymer compound such as polyethylene oxide and polypropylene oxide, polyphosphazene, etc.), a lithium imide salt, LiClO 4 , LiBF 4 , and the like. Examples thereof include a composite of a lithium salt such as LiPF 6 or an alkali metal salt mainly composed of lithium. Examples of the polymerization initiator used for the compounding include a photopolymerization initiator or a thermal polymerization initiator compatible with the above-mentioned monomers.

またこの他に、バインダーとして、例えば、セルロース、スチレン・ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、アクリル樹脂等を用いてもよい。 In addition to this, for example, cellulose, styrene / butadiene rubber, ethylene / propylene rubber, polyimide resin, polyamide-imide resin, acrylic resin or the like may be used as the binder.

負極活物質層34中の負極活物質36、導電材及びバインダーの含有量は特に限定されない。負極活物質層34における負極活物質36の構成比率は、質量比で90%以上98%以下であることが好ましい。また負極活物質層34における導電材の構成比率は、質量比で0%以上3.0%以下であることが好ましく、負極活物質層34におけるバインダーの構成比率は、質量比で2.0%以上5.0%以下であることが好ましい。 The contents of the negative electrode active material 36, the conductive material and the binder in the negative electrode active material layer 34 are not particularly limited. The composition ratio of the negative electrode active material 36 in the negative electrode active material layer 34 is preferably 90% or more and 98% or less in terms of mass ratio. The composition ratio of the conductive material in the negative electrode active material layer 34 is preferably 0% or more and 3.0% or less in terms of mass ratio, and the composition ratio of the binder in the negative electrode active material layer 34 is 2.0% by mass ratio. It is preferably 5.0% or more and less than 5.0%.

負極活物質とバインダーの含有量を上記範囲とすることにより、バインダーの量が少なすぎて強固な負極活物質層を形成できなくなることを防ぐことができる。また、電気容量に寄与しないバインダーの量が多くなり、十分な体積エネルギー密度を得ることが困難となる傾向も抑制できる。 By setting the contents of the negative electrode active material and the binder within the above range, it is possible to prevent the amount of the binder from being too small to form a strong negative electrode active material layer. In addition, the amount of binder that does not contribute to the electric capacity increases, and the tendency that it becomes difficult to obtain a sufficient volumetric energy density can be suppressed.

なお、負極活物質層34を設ける代わりに、充電時は負極集電体32の表面にリチウムイオンを金属リチウムとして析出させ、放電時に析出した金属リチウムをリチウムイオンとして溶解させる構成としてもよい。この場合は、負極活物質層34が不要となるので、電池の体積エネルギー密度を向上させることができる。負極集電体32としては、銅箔を用いることができる。 Instead of providing the negative electrode active material layer 34, lithium ions may be deposited as metallic lithium on the surface of the negative electrode current collector 32 during charging, and the metallic lithium precipitated during discharge may be dissolved as lithium ions. In this case, since the negative electrode active material layer 34 is not required, the volumetric energy density of the battery can be improved. A copper foil can be used as the negative electrode current collector 32.

「正極」
正極20は、正極集電体22と、正極集電体22の上に設けられた正極活物質層24とを有する。正極活物質層24は、目付量が一般に13mg/cm以上であり、好ましくは20mg/cm以上である。目付量とは、単位面積当たりの正極集電体22の表面に担持された正極活物質層24の質量を意味する。従って、目付量が多いと、単位面積当たりの正極活物質の量が増えるので、電池の容量は大きくなり、同じ容量となるセル同士を比較した場合には、セルのエネルギー密度を向上させることができる。ただし、目付量が多くなりすぎて、正極活物質層24の厚さが厚くなりすぎると、電解液が正極活物質層24に含浸されずに、正極活物質として作用する領域が少なくなるおそれがあるため、目付量は30mg/cm以下であることが好ましい。
"Positive electrode"
The positive electrode 20 has a positive electrode current collector 22 and a positive electrode active material layer 24 provided on the positive electrode current collector 22. The cathode active material layer 24 generally has a basis weight of 13 mg / cm 2 or more, preferably 20 mg / cm 2 or more. The basis weight means the mass of the positive electrode active material layer 24 supported on the surface of the positive electrode current collector 22 per unit area. Therefore, if the basis weight is large, the amount of the positive electrode active material per unit area increases, so that the capacity of the battery increases, and when cells having the same capacity are compared, the energy density of the cells can be improved. can. However, if the amount of grain is too large and the thickness of the positive electrode active material layer 24 becomes too thick, the electrolytic solution may not be impregnated into the positive electrode active material layer 24 and the region acting as the positive electrode active material may be reduced. Therefore, the coating amount is preferably 30 mg / cm 2 or less.

(正極集電体)
正極集電体22は、導電性の板材であればよく、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル箔の金属薄板を用いることができる。これらの中でも、重量が軽いアルミニウムの金属薄板が好ましい。
(Positive current collector)
The positive electrode current collector 22 may be any conductive plate material, and for example, a thin metal plate of aluminum, copper, or nickel foil can be used. Among these, a thin metal plate made of aluminum, which has a light weight, is preferable.

(正極活物質層)
正極活物質層24に用いる正極活物質は、リチウムイオンの吸蔵及び放出、リチウムイオンの脱離及び挿入(インターカレーション)、又は、リチウムイオンとリチウムイオンのカウンターアニオン(イミドイオン)とのドープ及び脱ドープを可逆的に進行させることが可能な電極活物質を用いることができる。
(Cathode active material layer)
The positive electrode active material used for the positive electrode active material layer 24 is the storage and release of lithium ions, the desorption and insertion of lithium ions (intercalation), or the doping and desorption of lithium ions and lithium ion counter anions (imide ions). An electrode active material capable of reversibly advancing the doping can be used.

例えば、コバルト酸リチウム(LiCoO)、ニッケル酸リチウム(LiNiO)、マンガン酸リチウム(LiMnO)、リチウムマンガンスピネル(LiMn)、及び、一般式:LiNiCoMn(x+y+z+a=1、0≦x<1、0≦y<1、0≦z<1、0≦a<1、MはAl、Mg、Nb、Ti、Cu、Zn、Crより選ばれる1種類以上の元素)で表される複合金属酸化物、リチウムバナジウム化合物(LiV)、オリビン型LiMPO(ただし、Mは、Co、Ni、Mn、Fe、Mg、Nb、Ti、Al、Zrより選ばれる1種類以上の元素又はVOを示す)、チタン酸リチウム(LiTi12)、LiNiCoAl(0.9<x+y+z<1.1)等の複合金属酸化物、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセンなどが挙げられる。 For example, lithium cobalt oxide (LiCoO 2), lithium nickelate (LiNiO 2), lithium manganate (LiMnO 2), lithium manganese spinel (LiMn 2 O 4), and the general formula: LiNi x Co y Mn z M a O 2 (x + y + z + a = 1, 0 ≦ x <1, 0 ≦ y <1, 0 ≦ z <1, 0 ≦ a <1, M is one type selected from Al, Mg, Nb, Ti, Cu, Zn, Cr. Composite metal oxide represented by the above elements), lithium vanadium compound (LiV 2 O 5 ), olivine type LiMPO 4 (however, M is Co, Ni, Mn, Fe, Mg, Nb, Ti, Al, Zr. more shows one or more elements or VO selected), lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12) , LiNi x Co y Al z O 2 (0.9 <x + y + z <1.1) mixed metal oxide, such as Examples include substances, polyacetylene, polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacene and the like.

また、正極活物質として、リチウム非含有の材料、例えば、FeF、有機導電性物質を含む共役系ポリマー、シェブレル相化合物、遷移金属カルコゲン化物、バナジウム酸化物、ニオブ酸化物を用いることができる。これらのリチウム非含有の材料は1種を単独で使用してもよいし、2種以上を組合せて使用してもよい。放出可能なリチウムを含まないリチウム非含有の正極活物質を用いる場合には、負極活物質として金属リチウムまたはリチウム合金を用いて、最初に放電を行うことで正極活物質にリチウムが挿入され、充放電可能な電池となる。また、これらリチウム非含有の正極活物質は、金属リチウムなどを用いて化学的にリチウムを挿入してもよいし、電気化学的にリチウムを挿入(プレドープ)してもよい。 Further, as the positive electrode active material, a lithium-free material such as FeF 3 , a conjugated polymer containing an organic conductive substance, a chevrel phase compound, a transition metal chalcogenide, vanadium oxide, and niobium oxide can be used. These lithium-free materials may be used alone or in combination of two or more. When a lithium-free positive electrode active material that does not contain releaseable lithium is used, metallic lithium or a lithium alloy is used as the negative electrode active material, and lithium is inserted into the positive electrode active material by first discharging and filling the positive electrode active material. It becomes a dischargeable battery. Further, these lithium-free positive electrode active materials may be chemically inserted with lithium using metallic lithium or the like, or may be electrochemically inserted (pre-doped) with lithium.

(導電材)
導電材は、例えば、カーボンブラック類等のカーボン粉末、カーボンナノチューブ、炭素材料、銅、ニッケル、ステンレス、鉄等の金属微粉、炭素材料及び金属微粉の混合物、ITO等の導電性酸化物が挙げられる。正極活物質のみで十分な導電性を確保できる場合は、リチウムイオン二次電池100は導電材を含んでいなくてもよい。
(Conductive material)
Examples of the conductive material include carbon powder such as carbon black, carbon nanotubes, carbon material, metal fine powder such as copper, nickel, stainless steel and iron, a mixture of carbon material and metal fine powder, and conductive oxide such as ITO. .. When sufficient conductivity can be ensured only by the positive electrode active material, the lithium ion secondary battery 100 does not have to contain the conductive material.

(正極バインダー)
正極に用いるバインダーは負極と同様のものを使用できる。
(Positive binder)
The binder used for the positive electrode can be the same as that used for the negative electrode.

正極活物質層24における正極活物質の構成比率は、質量比で80%以上96%以下であることが好ましい。また正極活物質層24における導電材の構成比率は、質量比で2.0%以上10%以下であることが好ましく、正極活物質層24におけるバインダーの構成比率は、質量比で2.0%以上10%以下であることが好ましい。 The composition ratio of the positive electrode active material in the positive electrode active material layer 24 is preferably 80% or more and 96% or less in terms of mass ratio. The composition ratio of the conductive material in the positive electrode active material layer 24 is preferably 2.0% or more and 10% or less in terms of mass ratio, and the composition ratio of the binder in the positive electrode active material layer 24 is 2.0% by mass ratio. It is preferably 10% or more.

「外装体」
外装体50は、その内部に積層体40及び電解液を密封するものである。外装体50は、電解液の外部への漏出や、外部からのリチウムイオン二次電池100内部への水分等の侵入等を抑止できる物であれば特に限定されない。
"Exterior body"
The exterior body 50 seals the laminate 40 and the electrolytic solution inside the exterior body 50. The exterior body 50 is not particularly limited as long as it can suppress leakage of the electrolytic solution to the outside and invasion of moisture or the like into the inside of the lithium ion secondary battery 100 from the outside.

例えば、外装体50として、図1に示すように、金属箔52を高分子膜54で両側からコーティングした金属ラミネートフィルムを利用できる。金属箔52としては、例えば、アルミ箔を、高分子膜54としてはポリプロピレン等の膜を利用できる。例えば、外側の高分子膜54の材料としては融点の高い高分子、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリアミド等が好ましく、内側の高分子膜54の材料としてはポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等が好ましい。 For example, as the exterior body 50, as shown in FIG. 1, a metal laminate film in which a metal foil 52 is coated with a polymer film 54 from both sides can be used. As the metal foil 52, for example, an aluminum foil can be used, and as the polymer film 54, a film such as polypropylene can be used. For example, the material of the outer polymer film 54 is preferably a polymer having a high melting point, for example, polyethylene terephthalate (PET) or polyamide, and the material of the inner polymer film 54 is polyethylene (PE) or polypropylene (PP). Etc. are preferable.

「リード」
リード60、62は、アルミ等の導電材料から形成されている。そして、公知の方法により、リード60、62を正極集電体22、負極集電体32にそれぞれ溶接し、正極20の正極活物質層24と負極30の負極活物質層34との間にセパレータ10を挟んだ状態で、電解液と共に外装体50内に挿入し、外装体50の入り口をシールする。
"Lead"
The leads 60 and 62 are formed of a conductive material such as aluminum. Then, the leads 60 and 62 are welded to the positive electrode current collector 22 and the negative electrode current collector 32, respectively, by a known method, and a separator is provided between the positive electrode active material layer 24 of the positive electrode 20 and the negative electrode active material layer 34 of the negative electrode 30. With the 10 sandwiched between them, they are inserted into the exterior body 50 together with the electrolytic solution to seal the entrance of the exterior body 50.

[リチウムイオン二次電池の製造方法]
次に、リチウムイオン二次電池100を製造する方法について具体的に説明する。
[Manufacturing method of lithium ion secondary battery]
Next, a method for manufacturing the lithium ion secondary battery 100 will be specifically described.

まず、負極活物質、バインダー及び溶媒を混合して塗料を作製する。必要に応じ導電材を更に加えても良い。溶媒としては、例えば、水、N−メチル−2−ピロリドン等を用いることができる。負極活物質、導電材、バインダーの構成比率は、質量比で90wt%〜98wt%:0wt%〜3.0wt%:2.0wt%〜5.0wt%であることが好ましい。これらの質量比は、全体で100wt%となるように調整される。 First, a paint is prepared by mixing a negative electrode active material, a binder and a solvent. If necessary, a conductive material may be further added. As the solvent, for example, water, N-methyl-2-pyrrolidone and the like can be used. The composition ratio of the negative electrode active material, the conductive material, and the binder is preferably 90 wt% to 98 wt%: 0 wt% to 3.0 wt%: 2.0 wt% to 5.0 wt% in terms of mass ratio. These mass ratios are adjusted so as to be 100 wt% as a whole.

塗料を構成するこれらの成分の混合方法は特に制限されず、混合順序もまた特に制限されない。上記塗料を、負極集電体32に塗布する。塗布方法としては、特に制限はなく、通常電極を作製する場合に採用される方法を用いることができる。例えば、スリットダイコート法、ドクターブレード法が挙げられる。正極についても、同様に正極集電体22上に正極用の塗料を塗布する。 The method of mixing these components constituting the paint is not particularly limited, and the mixing order is also not particularly limited. The above paint is applied to the negative electrode current collector 32. The coating method is not particularly limited, and a method usually adopted when producing an electrode can be used. For example, the slit die coat method and the doctor blade method can be mentioned. Similarly, for the positive electrode, a paint for the positive electrode is applied on the positive electrode current collector 22.

続いて、正極集電体22及び負極集電体32上に塗布された塗料中の溶媒を除去する。除去方法は特に限定されない。例えば、塗料が塗布された正極集電体22及び負極集電体32を、80℃〜150℃の雰囲気下で乾燥させればよい。 Subsequently, the solvent in the paint applied on the positive electrode current collector 22 and the negative electrode current collector 32 is removed. The removal method is not particularly limited. For example, the positive electrode current collector 22 and the negative electrode current collector 32 coated with the paint may be dried in an atmosphere of 80 ° C. to 150 ° C.

そして、このようにして正極活物質層24、負極活物質層34が形成された電極を必要に応じ、ロールプレス装置等によりプレス処理を行う。 Then, the electrodes on which the positive electrode active material layer 24 and the negative electrode active material layer 34 are formed in this way are pressed by a roll press device or the like, if necessary.

次いで、正極活物質層24を有する正極20と、負極活物質層34を有する負極30と、正極と負極との間に介在するセパレータ10と、電解液と、を外装体50内に封入する。 Next, the positive electrode 20 having the positive electrode active material layer 24, the negative electrode 30 having the negative electrode active material layer 34, the separator 10 interposed between the positive electrode and the negative electrode, and the electrolytic solution are sealed in the exterior body 50.

例えば、正極20と、負極30と、セパレータ10とを積層し、正極20及び負極30を、積層方向に対して垂直な方向から、プレス器具で加熱加圧し、正極20、セパレータ10、及び負極30を密着させる。そして、例えば、予め作製した袋状の外装体50に、積層体40を入れる。 For example, the positive electrode 20, the negative electrode 30, and the separator 10 are laminated, and the positive electrode 20 and the negative electrode 30 are heated and pressed with a press instrument from a direction perpendicular to the stacking direction, and the positive electrode 20, the separator 10, and the negative electrode 30 are heated and pressed. Adhere. Then, for example, the laminated body 40 is put into the bag-shaped exterior body 50 prepared in advance.

最後に電解液を外装体50内に注入することにより、リチウムイオン二次電池が作製される。なお、外装体に電解液を注入するのではなく、積層体40を電解液に含浸させてもよい。 Finally, the lithium ion secondary battery is produced by injecting the electrolytic solution into the exterior body 50. Instead of injecting the electrolytic solution into the exterior body, the laminated body 40 may be impregnated with the electrolytic solution.

上述のように、本実施形態にかかるリチウムイオン二次電池用電解液は、常温溶融塩を含みながらも、正極、負極、セパレータに含浸させ易い。このため、このリチウムイオン二次電池用電解液を用いたリチウムイオン二次電池は、初期容量が向上する。 As described above, the electrolytic solution for a lithium ion secondary battery according to the present embodiment is likely to impregnate the positive electrode, the negative electrode, and the separator even though it contains a room temperature molten salt. Therefore, the initial capacity of the lithium ion secondary battery using the electrolytic solution for the lithium ion secondary battery is improved.

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings, the configurations and combinations thereof in the respective embodiments are examples, and the configurations are added or omitted within the range not deviating from the gist of the present invention. , Replacement, and other changes are possible.

[実施例1]
(電解液の調製)
EC(エチレンカーボネート)とPC(プロピレンカーボネート)とを、体積比で1:1の割合で混合してEC/PCを調製した。LiFSI(リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド)と上記のEC/PC混合溶媒とを、モル比で1:1.3の割合で混合した。得られた混合物99.0質量部に対して高蒸気圧溶媒としてエタノールを1.0質量部加えて、混合してエタノール含有量が1.0質量%の電解液を調製した。
[Example 1]
(Preparation of electrolytic solution)
EC (ethylene carbonate) and PC (propylene carbonate) were mixed at a volume ratio of 1: 1 to prepare EC / PC. LiFSI (lithium bis (fluorosulfonyl) imide) and the above EC / PC mixed solvent were mixed at a molar ratio of 1: 1.3. 1.0 part by mass of ethanol was added as a high vapor pressure solvent to 99.0 parts by mass of the obtained mixture and mixed to prepare an electrolytic solution having an ethanol content of 1.0% by mass.

(正極の作製)
正極活物質としてNCA(組成:LiNi0.80Co0.15Al0.05)を97質量部、導電助剤としてアセチレンブラックを1質量部、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン(PVDF)を2質量部、及びN−メチル−2−ピロリドン70質量部を混合し、正極活物質層形成用の塗料を調製した。調製した正極合剤塗料を、アルミニウム箔(厚さ:12μm)に、正極活物質の目付量が15mg/cmとなるように塗布し、次いで100℃で乾燥して正極活物質層を形成した。形成した正極活物質をロールプレスにより加圧処理した。こうして、正極を作製した。
(Preparation of positive electrode)
97 parts by mass of NCA (composition: LiNi 0.80 Co 0.15 Al 0.05 O 2 ) as the positive electrode active material, 1 part by mass of acetylene black as the conductive auxiliary agent, and 2 parts by mass of polyvinylidene fluoride (PVDF) as the binder. Parts and 70 parts by mass of N-methyl-2-pyrrolidone were mixed to prepare a coating material for forming a positive electrode active material layer. The prepared positive electrode mixture paint was applied to an aluminum foil (thickness: 12 μm) so that the amount of the positive electrode active material had a grain size of 15 mg / cm 2, and then dried at 100 ° C. to form a positive electrode active material layer. .. The formed positive electrode active material was pressure-treated by a roll press. In this way, a positive electrode was produced.

(負極の作製)
負極活物質としてグラファイトを97質量部、導電助剤としてアセチレンブラックを1質量部、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン(PVdF)を2質量部、及びN−メチル−2−ピロリドン70質量部を混合し、負極活物質層形成用の塗料を調製した。調製した負極合剤塗料を、銅箔(厚さ:8μm)に、負極活物質の目付量が9mg/cmとなるように塗布し、次いで100℃で乾燥して負極活物質層を形成した。形成した負極活物質層をロールプレスにより加圧成形処理した。こうして、負極を作製した。
(Preparation of negative electrode)
97 parts by mass of graphite as the negative electrode active material, 1 part by mass of acetylene black as the conductive auxiliary agent, 2 parts by mass of polyvinylidene fluoride (PVdF) as the binder, and 70 parts by mass of N-methyl-2-pyrrolidone are mixed to prepare the negative electrode. A paint for forming an active material layer was prepared. The prepared negative electrode mixture coating material was applied to a copper foil (thickness: 8 μm) so that the coating amount of the negative electrode active material was 9 mg / cm 2, and then dried at 100 ° C. to form a negative electrode active material layer. .. The formed negative electrode active material layer was pressure-molded by a roll press. In this way, the negative electrode was produced.

(リチウムイオン二次電池の作製)
上記の正極と負極とを、正極活物質層と負極活物質層とが互いに対向するように、セパレータ(多孔質ポリエチレンシート)を介して積層して積層体を得た。上記積層体の負極において、負極活物質層を設けていない銅箔の突起端部にニッケル製の負極リードを取り付け、一方、積層体の正極においては、正極活物質層を設けていないアルミニウム箔の突起端部にアルミニウム製の正極リードを超音波溶接機によって取り付けた。この積層体を、アルミラミネートフィルムの外装体内に挿入して周囲の1箇所を除いてヒートシールすることにより閉口部を形成した。そして、最後に、外装体内に上記電解液を注入した後に、残りの1箇所を真空シール機によって減圧しながらヒートシールで密封して、リチウムイオン二次電池を作製した。なお、リチウムイオン二次電池は、電解液組成分析用と充放電特性評価用の2個作製した。電解液組成分析用のリチウムイオン二次電池から電解液を採取した。次いで、採取した電解液の組成を、ガスクロマトグラフィを用いて分析した結果、電解液中のエタノールの含有量は電解液調製時の含有量(1.0質量%)と同じであることが確認された。
(Manufacturing of lithium ion secondary battery)
The above positive electrode and negative electrode were laminated via a separator (porous polyethylene sheet) so that the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer faced each other to obtain a laminate. In the negative electrode of the laminate, a nickel negative electrode lead is attached to the protruding end of the copper foil without the negative electrode active material layer, while in the positive electrode of the laminate, the aluminum foil without the positive electrode active material layer is provided. An aluminum positive electrode lead was attached to the end of the protrusion by an ultrasonic welding machine. This laminated body was inserted into the outer body of the aluminum laminated film and heat-sealed except for one peripheral portion to form a closed portion. Finally, after injecting the electrolytic solution into the exterior body, the remaining one location was sealed with a heat seal while reducing the pressure with a vacuum sealer to prepare a lithium ion secondary battery. Two lithium ion secondary batteries were manufactured, one for analyzing the composition of the electrolytic solution and the other for evaluating the charge / discharge characteristics. The electrolytic solution was collected from a lithium ion secondary battery for analyzing the electrolytic solution composition. Next, as a result of analyzing the composition of the collected electrolytic solution using gas chromatography, it was confirmed that the content of ethanol in the electrolytic solution was the same as the content (1.0% by mass) at the time of preparing the electrolytic solution. rice field.

作製したリチウムイオン二次電池の電解液の組成を表1に示す。正極および負極の活物質の材料と目付量を表2に示す。 Table 1 shows the composition of the electrolytic solution of the produced lithium ion secondary battery. Table 2 shows the materials and basis weights of the active materials for the positive electrode and the negative electrode.

(0.2C−初期放電容量)
作製したリチウムイオン二次電池について、0.2C(5時間で満充電となる電流密度=正極活物質1cm当たり0.6mA)の定電流密度で、4.4Vまで定電流充電した。その後、0.2Cの定電流密度で3.0Vまで放電し、その放電量を初期放電容量とした。得られた初期放電容量(mAh)を、正極活物質の質量当たりの放電容量(mAh/g)に換算した。その結果を表2に示す。
(0.2C-Initial discharge capacity)
The produced lithium ion secondary battery was constantly charged to 4.4 V at a constant current density of 0.2 C (current density that fully charges in 5 hours = 0.6 mA per 1 cm 2 of positive electrode active material). Then, it was discharged to 3.0 V at a constant current density of 0.2 C, and the discharge amount was taken as the initial discharge capacity. The obtained initial discharge capacity (mAh) was converted into the discharge capacity (mAh / g) per mass of the positive electrode active material. The results are shown in Table 2.

[実施例2〜28、比較例1〜9]
電解液のリチウムイミド塩の材料、リチウムイミド塩と環状溶媒の混合比、高蒸気圧溶媒の材料、高蒸気圧溶媒の含有量を、それぞれ下記表1に示すようにしたこと、正極の正極活物質の目付量を下記表2に示すようにしたこと以外は実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池を作製した。なお、高蒸気圧溶媒として用いた二酸化炭素(実施例4)、ジメチルエーテル(実施例26)およびエチルメチルエーテル(実施例27)は室温で気体であるため、リチウムイミド塩と環状溶媒の混合物を撹拌しながら、その混合物に高蒸気圧溶媒の気体をバブリングさせることで、電解液を調製した。
[Examples 2-28, Comparative Examples 1-9]
The material of the lithium imide salt of the electrolytic solution, the mixing ratio of the lithium imide salt and the cyclic solvent, the material of the high vapor pressure solvent, and the content of the high vapor pressure solvent are as shown in Table 1 below, respectively, and the positive electrode activity of the positive electrode. A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the amount of the solvent was as shown in Table 2 below. Since carbon dioxide (Example 4), dimethyl ether (Example 26) and ethyl methyl ether (Example 27) used as the high vapor pressure solvent are gases at room temperature, the mixture of the lithiumimide salt and the cyclic solvent is stirred. At the same time, an electrolytic solution was prepared by bubbling the mixture with a gas of a high vapor pressure solvent.

表1中、リチウムイミド塩の「LiTFSI」はリチウムビス(トリフルオロスルホニル)イミド、「LiBETI」はリチウムビス(ペンタルフルオロエタンスルホニル)イミドである。 In Table 1, the lithium imide salt "LiTFSI" is a lithium bis (trifluorosulfonyl) imide, and "LiBETI" is a lithium bis (pentalfluoroethanesulfonyl) imide.

作製したリチウムイオン二次電池について、実施例1と同様に電解液を採取し、採取した電解液の組成を分析した。その結果、いずれのリチウムイオン二次電池においても電解液中の高蒸気圧溶媒の含有量は電解液調製時と同じであることが確認された。
また、作製したリチウムイオン二次電池について、実施例1と同様に0.2C−初期放電容量を測定した。その結果を、表2に示す。
For the produced lithium ion secondary battery, an electrolytic solution was collected in the same manner as in Example 1, and the composition of the collected electrolytic solution was analyzed. As a result, it was confirmed that the content of the high vapor pressure solvent in the electrolytic solution was the same as that at the time of preparing the electrolytic solution in all the lithium ion secondary batteries.
Further, the 0.2C-initial discharge capacity of the produced lithium ion secondary battery was measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 2.

Figure 0006919271
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Figure 0006919271
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表2の結果から、高蒸気圧溶媒を本発明の範囲で含む電解液を用いた実施例1〜28のリチウムイオン二次電池は、0.2での初期放電容量がいずれも高い値を示すことがわかる。特に、正極活物質の目付量が20mg/cm以上の実施例26〜28は、実施例1〜25と比較して、正極活物質層の厚さが厚く、0.2Cでの初期放電容量が高い値を示しており、セルのエネルギー密度が向上していることがわかる。 From the results in Table 2, the lithium ion secondary batteries of Examples 1 to 28 using the electrolytic solution containing the high vapor pressure solvent within the range of the present invention all show high initial discharge capacities at 0.2. You can see that. In particular, Examples 26 to 28 having a positive electrode active material with a grain size of 20 mg / cm 2 or more have a thicker positive electrode active material layer than Examples 1 to 25, and have an initial discharge capacity at 0.2 C. Shows a high value, indicating that the energy density of the cell is improved.

これに対して、高蒸気圧溶媒を含まない電解液を用いた比較例1のリチウムイオン二次電池は、0.2Cでは充放電できなかった。20℃における蒸気圧が1kPa未満の有機溶媒を含む電解液を用いた比較例2〜4のリチウムイオン二次電池は、0.2Cでの初期放電容量がいずれも低くなった。また、環状溶媒を本発明の範囲よりも少ない量で含む電解液を用いた比較例5のリチウムイオン二次電池、環状溶媒を本発明の範囲よりも多い量で含む電解液を用いた比較例6、7のリチウムイオン二次電池、高蒸気圧溶媒を本発明の範囲よりも少ない量で含む電解液を用いた比較例8のリチウムイオン二次電池、高蒸気圧溶媒を本発明の範囲よりも多い量で含む電解液を用いた比較例9のリチウムイオン二次電池のいずれについても0.2Cでの初期放電容量が低くなった。 On the other hand, the lithium ion secondary battery of Comparative Example 1 using the electrolytic solution containing no high vapor pressure solvent could not be charged / discharged at 0.2C. The lithium ion secondary batteries of Comparative Examples 2 to 4 using an electrolytic solution containing an organic solvent having a vapor pressure of less than 1 kPa at 20 ° C. had a low initial discharge capacity at 0.2 C. Further, a comparative example using the lithium ion secondary battery of Comparative Example 5 using an electrolytic solution containing a cyclic solvent in an amount smaller than the range of the present invention and an electrolytic solution containing a cyclic solvent in an amount larger than the range of the present invention. The lithium ion secondary battery of Comparative Example 8 and the high vapor pressure solvent of Comparative Example 8 using an electrolytic solution containing 6 and 7 lithium ion secondary batteries and a high vapor pressure solvent in an amount smaller than the range of the present invention are included in the range of the present invention. The initial discharge capacity at 0.2 C was low for all of the lithium ion secondary batteries of Comparative Example 9 using the electrolytic solution contained in a large amount.

[実施例29〜46]
電解液のリチウムイミド塩の材料、環状溶媒の材料を、それぞれ下記表3に示すようにしたこと、正極の正極活物質の目付量、負極活物質の材料を、それぞれ下記表4に示すようにしたこと以外は実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池を作製した。
[Examples 29 to 46]
The lithiumimide salt material and the cyclic solvent material of the electrolytic solution are shown in Table 3 below, the amount of the positive electrode active material of the positive electrode and the material of the negative electrode active material are shown in Table 4 below, respectively. A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except for the above.

作製したリチウムイオン二次電池について、実施例1と同様に電解液を採取し、採取した電解液の組成を分析した。その結果、いずれのリチウムイオン二次電池においても電解液中の高蒸気圧溶媒の含有量は電解液調製時と同じであることが確認された。
また、作製したリチウムイオン二次電池について、実施例1と同様にして初期放電容量を測定し、得られた初期放電容量(mAh)を、正極活物質の質量当たりの放電容量(mAh/g)に換算した。その結果を、表4に示す。
For the produced lithium ion secondary battery, an electrolytic solution was collected in the same manner as in Example 1, and the composition of the collected electrolytic solution was analyzed. As a result, it was confirmed that the content of the high vapor pressure solvent in the electrolytic solution was the same as that at the time of preparing the electrolytic solution in all the lithium ion secondary batteries.
Further, the initial discharge capacity of the produced lithium ion secondary battery was measured in the same manner as in Example 1, and the obtained initial discharge capacity (mAh) was calculated as the discharge capacity per mass of the positive electrode active material (mAh / g). Converted to. The results are shown in Table 4.

なお、表3中、負極活物質の「金属シリコン」は、金属シリコン粉末を用いた。負極は、下記のようにして作製した。
金属シリコン粉末83質量部、アセチレンブラック2質量部、ポリアミドイミド15質量部、及びN−メチル−2−ピロリドン82質量部を混合し、負極活物質層形成用のスラリーを調製した。このスラリーを、銅箔(厚さ:8μm)に、負極活物質の目付量が2.0mg/cmとなるように塗布し、100℃で乾燥することで活物質層を形成した。その後、ロールプレスにより負極を加圧成形し、次いで、真空中、350℃で3時間熱処理して、負極活物質層の厚さが19μmである負極を得た。
In Table 3, as the negative electrode active material "metallic silicon", metallic silicon powder was used. The negative electrode was prepared as follows.
83 parts by mass of metallic silicon powder, 2 parts by mass of acetylene black, 15 parts by mass of polyamide-imide, and 82 parts by mass of N-methyl-2-pyrrolidone were mixed to prepare a slurry for forming a negative electrode active material layer. This slurry was applied to a copper foil (thickness: 8 μm) so that the basis weight of the negative electrode active material was 2.0 mg / cm 2, and dried at 100 ° C. to form an active material layer. Then, the negative electrode was pressure-molded by a roll press and then heat-treated at 350 ° C. for 3 hours in vacuum to obtain a negative electrode having a thickness of the negative electrode active material layer of 19 μm.

表3中、負極活物質の「金属リチウム」は、金属リチウム箔(厚さ:20μm)を用いた。負極は、金属リチウム箔を、銅箔(厚さ:8μm)に加圧圧着させて作製した。 In Table 3, a metallic lithium foil (thickness: 20 μm) was used as the negative electrode active material “metallic lithium”. The negative electrode was produced by pressure-bonding a metallic lithium foil to a copper foil (thickness: 8 μm).

表3中、負極活物質の「−」は、負極活物質を用いなかった。リチウムイオン二次電池は、正極の正極活物質層と負極集電体である銅箔(厚さ:8μm)とが互いに対向するように、セパレータを介して積層したこと以外は実施例1と同様にして作製した。このリチウムイオン二次電池では、充電時は負極集電体の表面にリチウムイオンを金属リチウムとして析出させ、放電時に析出した金属リチウムをリチウムイオンとして溶解させる。 In Table 3, the negative electrode active material “−” did not use the negative electrode active material. The lithium ion secondary battery is the same as in Example 1 except that the positive electrode active material layer of the positive electrode and the copper foil (thickness: 8 μm) which is the negative electrode current collector are laminated with the separator so as to face each other. I made it. In this lithium ion secondary battery, lithium ions are deposited as metallic lithium on the surface of the negative electrode current collector during charging, and the metallic lithium precipitated during discharge is dissolved as lithium ions.

Figure 0006919271
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表4の結果から、負極活物質として、金属シリコンを使用した実施例29〜31、金属リチウムを使用した32〜34、集電体にリチウムを析出させた実施例35〜46のいずれについても負極活物質としてグラファイトを用いた実施例1〜28と比較してさらに0.2Cでの正極活物質の初期放電容量が高くなることがわかる。 From the results in Table 4, the negative electrodes were found in all of Examples 29 to 31 in which metallic silicon was used as the negative electrode active material, 32 to 34 in which metallic lithium was used, and Examples 35 to 46 in which lithium was precipitated in the current collector. It can be seen that the initial discharge capacity of the positive electrode active material at 0.2 C is further higher than that of Examples 1 to 28 in which graphite is used as the active material.

10…セパレータ、20…正極、22…正極集電体、24…正極活物質層、26…正極活物質、28…導電材、30…負極、32…負極集電体、34…負極活物質層、40…積層体、50…外装体、60,62…リード、100…リチウムイオン二次電池 10 ... Separator, 20 ... Positive electrode, 22 ... Positive electrode current collector, 24 ... Positive electrode active material layer, 26 ... Positive electrode active material, 28 ... Conductive material, 30 ... Negative electrode, 32 ... Negative electrode current collector, 34 ... Negative electrode active material layer , 40 ... Laminated body, 50 ... Exterior body, 60, 62 ... Lead, 100 ... Lithium ion secondary battery

Claims (4)

正極と、負極と、前記正極と前記負極との間に介在するセパレータと、電解液とを備えるリチウムイオン二次電池であって、
前記正極は、正極集電体と、前記正極集電体の上に設けられた正極活物質層とを有し、前記正極活物質層は、目付量が20mg/cm 以上であって、
前記電解液が、リチウムイミド塩と、環状カーボネート、環状エステルおよび環状エーテルからなる群より選ばれる少なくとも一種の環状溶媒と、20℃における蒸気圧が前記環状溶媒よりも高い高蒸気圧溶媒と、を含有し、
前記リチウムイミド塩と前記環状溶媒の含有量比が、モル比で1:0.8〜1:2.0の範囲にあり、
前記高蒸気圧溶媒は、20℃における蒸気圧が1kPa以上であって、
前記高蒸気圧溶媒の含有量が、前記リチウムイミド塩と、前記環状溶媒と、前記高蒸気圧溶媒の総量に対して0.1質量%以上10質量%以下の範囲にあるリチウムイオン二次電池。
A lithium ion secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, and an electrolytic solution.
The positive electrode has a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer provided on the positive electrode current collector, and the positive electrode active material layer has a grain size of 20 mg / cm 2 or more.
The electrolytic solution contains a lithium imide salt, at least one cyclic solvent selected from the group consisting of cyclic carbonates, cyclic esters and cyclic ethers, and a high vapor pressure solvent having a vapor pressure at 20 ° C. higher than that of the cyclic solvent. Contains and
The content ratio of the lithium imide salt to the cyclic solvent is in the range of 1: 0.8 to 1: 2.0 in terms of molar ratio.
The high vapor pressure solvent has a vapor pressure of 1 kPa or more at 20 ° C.
The content of the high vapor pressure solvent is in the range of 0.1% by mass or more and 10% by mass or less with respect to the total amount of the lithiumimide salt, the cyclic solvent, and the high vapor pressure solvent. pond.
前記高蒸気圧溶媒が、鎖状エーテルまたは環状エーテルである請求項1に記載のリチウムイオン二次電池。 The high vapor pressure solvent, lithium ion secondary batteries according to claim 1 which is a linear ether or cyclic ether. 前記高蒸気圧溶媒が、ジメチルエーテル、エチルメチルエーテル、ジエチルエーテルからなる群より選ばれる少なくとも1種の鎖状エーテルである請求項1または2に記載のリチウムイオン二次電池。 The high vapor pressure solvent, dimethyl ether, ethyl methyl ether, lithium ion secondary batteries according to claim 1 or 2 is at least one chain ether selected from the group consisting of diethyl ether. 前記負極は、負極集電体と、前記負極集電体の上に設けられた負極活物質層とを有し、前記負極活物質層が金属シリコンおよび金属リチウムのうち少なくとも1種を含有する請求項1から3のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池。 The negative electrode has a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer provided on the negative electrode current collector, and the negative electrode active material layer contains at least one of metallic silicon and metallic lithium. Item 2. The lithium ion secondary battery according to any one of Items 1 to 3.
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