JP6920410B2 - 金属塩を含む電解質を含む電池セル - Google Patents
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Description
− 少なくとも1つの添加物、
− リチウムビス[(トリフルオロメチル)スルホニル]イミド(LiN(CF3SO2)2)、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(LiCF3SO3)、ビス(オキサレート)ホウ酸リチウム(LiBOB)、ジフルオロ(オキサレート)ホウ酸リチウム(LiDFOB)、リチウムビス(ペルフルオロエチルスルホニル)イミド(LiN(CF3CF2SO2)2)、LiClO4、LiAsF6、LiPF6、LiBF4、LiI、LiCH3SO3、LiB(C2O4)2、RFがフッ素原子及び1から8個の炭素原子を含むペルフルオロアルキル基から選択される基である、LiRFSOSRF、LiN(RFSO2)2又はLiC(RFSO2)3から選択される、少なくとも1つのリチウム塩、
− 少なくとも1つの溶媒、並びに
− 少なくとも1つの、式(I):
(式中、
− Aは、Mn、Fe、Ni、Co、Cu、Cr、Ag及びZnから選択される金属であり、
− Bは、Cl、ClO4、TFSI(ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド)、1≦z≦8であるR=C2F2z+1を有する[N(SO2−R)2]、FSI(ビス(フルオロスルホニル)イミド)、CF3SO3及びCF3CO2から選択され、
− aは、1から3までの範囲の整数であり、
− bは、1に等しく、
− xは、1に等しく、並びに
− yは、1から3までの範囲の整数である)
の電子的に中性の金属塩
を含む、
Liイオン電池セルである。
の電子的に中性の金属塩を含む。文字aは、要素Aの電荷を表し、文字bは、要素Bの電荷を表す。文字xは、式(I)内の要素A(一又は複数)の数を表し、文字yは、式(I)内の要素B(一又は複数)の数を表す。
式LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2の正極用の活物質を使用する。電極を95重量%の活物質、2.5重量%のSuper P(登録商標)炭素添加物及びN−メチル−2−ピロリドン(NMP)に溶解した2.5重量%のポリフッ化ビニリデンを混合することにより作製する。
活性グラファイト材料を日立のMAGEが提供する。電極を97重量%のグラファイト、1重量%のSuper P(登録商標)炭素添加物、1重量%のカルボキシメチルセルロース(CMC)及び1重量%のStyrofan(登録商標)ラテックス、すなわちカルボキシル化スチレン/ブタジエンコポリマーを混合することにより製造する。
Celgard(登録商標)2500セパレータを、充放電サイクル中に正極と負極の間の任意の短絡を防ぐために使用する。
サイクル数の関数としての容量の評価
図1は、充放電サイクル数の関数としてのLiイオン電池セル1及び2の容量における変化を示すグラフを表す。
サイクルプロセスを使用した。第1のサイクル、すなわち活性化サイクルを4.2から2.5Vまでの範囲の電圧でC/10のサイクルレートで行った。次の充放電サイクルを、4.2から2.5Vまでの範囲の電圧でC/2のサイクルレートで行った。
このように、図1は、比較電池セル1(曲線A)の容量維持率と比較して、本発明による電池セル2(曲線B)でより良好な容量維持率が得られることを明確に示す。これは、100充放電サイクル後、約88%の容量維持率がセル1で観測されるのに対し、約90%の容量維持率がセル2で観測されるためである。
図2は、充放電サイクル数の関数としてのLiイオン電池セル1及び2の累積不可逆容量における変化を示すグラフを表す。
サイクルプロセスを使用した。第1のサイクル、すなわち活性化サイクルを4.2から2.5Vまでの範囲の電圧でC/10サイクルレートで行った。次の充放電サイクルを、4.2から2.5Vまでの範囲の電圧でC/2サイクルレートで行った。
このように、図2は、比較電池セル1(曲線C)の累積不可逆容量と比較して、本発明による電池セル2(曲線D)でより低い累積不可逆容量が得られることを明確に示す。これは、100充放電サイクル後、約0.135mAhの不可逆容量がセル1で測定されるのに対し、約0.105mAhの不可逆容量がセル2で測定されるためである。
図3は、周波数の関数としてのLiイオン電池セル1及び2のインピーダンスにおける変化を示すグラフを表す。インピーダンスを+/−5mVのシグナルでPEIS手法により測定した。
このように、図3は、比較電池セル1(曲線E)のインピーダンスの安定化と比較して、本発明による電池セル2(曲線F)でインピーダンスの安定化が高周波数で観測されることを明確に示す。このインピーダンスの安定化は、「電解質の」安定化を示す。このことは、前記安定化のような利点により、電解質の分解につながる前記電解質内の副反応が、結果として減少することを表す。この副反応の減少により、セルが受ける死、すなわちセルがもはや機能することができないような劣化を受ける瞬間を遅らせることができる。
Claims (14)
- 正極用の材料、炭素系負極用の材料、セパレータ及び電解質を含むLiイオン電池セルであって、前記電解質が、
− 少なくとも1つの添加物、
− リチウムビス[(トリフルオロメチル)スルホニル]イミド(LiN(CF 3 SO 2 ) 2 )、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(LiCF 3 SO 3 )、ビス(オキサレート)ホウ酸リチウム(LiBOB)、ジフルオロ(オキサレート)ホウ酸リチウム(LiDFOB)、リチウムビス(ペルフルオロエチルスルホニル)イミド(LiN(CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 )、LiClO 4 、LiAsF 6 、LiPF 6 、LiBF 4 、LiI、LiCH 3 SO 3 、LiB(C 2 O 4 ) 2 、R F がフッ素原子及び1から8個の炭素原子を含むペルフルオロアルキル基から選択される基である、LiR F SOSR F 、LiN(R F SO 2 ) 2 又はLiC(R F SO 2 ) 3 から選択される、少なくとも1つのリチウム塩、
− 少なくとも1つの溶媒、並びに
− 少なくとも1つの、式(I):
(式中、
− Aは、Mn、Fe、Ni、Co、Cu、Cr、Ag及びZnから選択される金属であり、
− Bは、Cl、ClO 4 、TFSI、1≦z≦8であるR=C 2 F 2z+1 を有する[N(SO 2 −R) 2 ]、FSI、CF 3 SO 3 及びCF 3 CO 2 から選択され、
− aは、1から3までの範囲の整数であり、
− bは、1に等しく、
− xは、1に等しく、かつ
− yは、1から3までの範囲の整数である)
の電子的に中性の金属塩
を含み、
金属塩の要素Bが、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドである、
Liイオン電池セル。 - 正極用の材料、炭素系負極用の材料、セパレータ及び電解質を含むLiイオン電池セルであって、前記電解質が、
− 少なくとも1つの添加物、
− リチウムビス[(トリフルオロメチル)スルホニル]イミド(LiN(CF 3 SO 2 ) 2 )、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(LiCF 3 SO 3 )、ビス(オキサレート)ホウ酸リチウム(LiBOB)、ジフルオロ(オキサレート)ホウ酸リチウム(LiDFOB)、リチウムビス(ペルフルオロエチルスルホニル)イミド(LiN(CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 )、LiClO 4 、LiAsF 6 、LiPF 6 、LiBF 4 、LiI、LiCH 3 SO 3 、LiB(C 2 O 4 ) 2 、R F がフッ素原子及び1から8個の炭素原子を含むペルフルオロアルキル基から選択される基である、LiR F SOSR F 、LiN(R F SO 2 ) 2 又はLiC(R F SO 2 ) 3 から選択される、少なくとも1つのリチウム塩、
− 少なくとも1つの溶媒、並びに
− 少なくとも1つの、式(I):
(式中、
− Aは、Mn、Fe、Ni、Co、Cu、Cr、Ag及びZnから選択される金属であり、
− Bは、Cl、ClO 4 、TFSI、1≦z≦8であるR=C 2 F 2z+1 を有する[N(SO 2 −R) 2 ]、FSI、CF 3 SO 3 及びCF 3 CO 2 から選択され、
− aは、1から3までの範囲の整数であり、
− bは、1に等しく、
− xは、1に等しく、かつ
− yは、1から3までの範囲の整数である)
の電子的に中性の金属塩
を含み、
金属塩がマンガンビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド塩Mn(TFSI)2である、
Liイオン電池セル。 - 添加物が、炭酸ビニリデン、プロパンスルトン、及びこれらの混合物から選択される、請求項1または2に記載のLiイオン電池セル。
- リチウム塩がヘキサフルオロリン酸リチウムである、請求項1から3の何れか一項に記載のLiイオン電池セル。
- 前記溶媒が、エーテル、ニトリル、スルホン、炭酸エチレン、炭酸エチルメチル、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、及びこれらの混合物から選択される、請求項1から4の何れか一項に記載のLiイオン電池セル。
- 前記溶媒が、炭酸エチレン、炭酸エチルメチル、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、及びこれらの混合物から選択される、請求項1から4の何れか一項に記載のLiイオン電池セル。
- 金属塩の要素AがMnである、請求項1から6の何れか一項に記載のLiイオン電池セル。
- yが2に等しい、請求項1から7の何れか一項に記載のLiイオン電池セル。
- 金属塩の濃度が、0.0001Mから0.01Mまでの範囲である、請求項1から8の何れか一項に記載のLiイオン電池セル。
- 金属塩の濃度が、0.001Mから0.005Mまでの範囲である、請求項1から8の何れか一項に記載のLiイオン電池セル。
- 負極用の材料がグラファイトをベースとする、請求項1から10の何れか一項に記載のLiイオン電池セル。
- セパレータが、多孔性高分子から構成される、請求項1から11の何れか一項に記載のLiイオン電池セル。
- セパレータが、ポリエチレン及び/又はポリプロピレンから構成される、請求項1から11の何れか一項に記載のLiイオン電池セル。
- 少なくとも1つの、請求項1から13の何れか一項に記載のLiイオン電池セルを含むLiイオン電池。
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