JP6924264B2 - Semi-solid electrolyte, semi-solid electrolyte, semi-solid electrolyte layer and secondary battery - Google Patents

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Description

本発明は、半固体電解液、半固体電解質、半固体電解質層および二次電池に関する。 The present invention relates to a semi-solid electrolyte, a semi-solid electrolyte, a semi-solid electrolyte layer and a secondary battery.

二次電池の電解質として、イオン液体に無機微粒子を混合して、液を増粘、ゲル化、あるいは固体化させる方法が知られている。電解質に関する技術として、非特許文献1には、グライムにイミド塩とナノシリカを混合させて作製した電解質が開示されている。 As an electrolyte of a secondary battery, a method of mixing inorganic fine particles with an ionic liquid to thicken, gel, or solidify the liquid is known. As a technique relating to an electrolyte, Non-Patent Document 1 discloses an electrolyte prepared by mixing grime with an imide salt and nanosilica.

scientific reports, DOI:10.1038/srep08869scientific reports, DOI: 10.1038 / srep08869

通常のリチウムイオン二次電池の多くは、LiPF6やLiBF4を含んだ有機電解液を含んでおり、PF6 -およびBF4 -アニオンの一部が金属製の電極集電体上に皮膜を形成し、電極集電体の溶出を抑制している。一方、非特許文献1では、イオン伝導性、大気適合性の観点からLiPF6やLiBF4ではなくLiイミド塩を適用しており、LiPF6やLiBF4を含まない。したがって、集電体中の金属の溶出が進行しやすく、溶出した金属がリチウムイオン二次電池内のLi伝導を阻害し、電池性能を低下させる可能性がある。
本発明は、電極集電体の溶出を抑制することを目的とする。
Many conventional lithium ion secondary battery, includes laden organic electrolyte solution LiPF 6 and LiBF 4, PF 6 - and BF 4 - a part of the anions of the film on a metal electrode collector It is formed and suppresses the elution of the electrode current collector. On the other hand, Non-Patent Document 1 applies Liimide salt instead of LiPF 6 or LiBF 4 from the viewpoint of ionic conductivity and atmospheric compatibility, and does not include LiPF 6 or LiBF 4. Therefore, the elution of the metal in the current collector is likely to proceed, and the eluted metal may hinder Li conduction in the lithium ion secondary battery and reduce the battery performance.
An object of the present invention is to suppress elution of an electrode current collector.

上記課題を解決するための本発明の特徴は、例えば以下の通りである。 The features of the present invention for solving the above problems are as follows, for example.

半固体電解質溶媒および電解質塩を含む混合溶媒、ならびに第一の添加剤を含み、第一の添加剤のアニオンはBF4 -またはPF6 -であり、第一の添加剤のカチオンの式量は100以上である半固体電解液。
本明細書は本願の優先権の基礎となる日本国特許出願番号2017−144079号の開示内容を包含する。
A mixed solvent comprising a semisolid electrolyte solvent and an electrolyte salt, and comprises a first additive, the anion of the first additive is BF 4 - or PF 6 - a is the formula weight of the cation of the first additive Semi-solid electrolyte that is 100 or more.
This specification includes the disclosure content of Japanese Patent Application No. 2017-144079, which is the basis of the priority of the present application.

本発明により、電極集電体の溶出を抑制できる。上記した以外の課題、構成および効果は以下の実施形態の説明により明らかにされる。 According to the present invention, elution of the electrode current collector can be suppressed. Issues, configurations and effects other than those described above will be clarified by the following description of the embodiments.

二次電池の外観図である。It is an external view of a secondary battery. 二次電池の断面図である。It is sectional drawing of a secondary battery. 実施例および比較例の結果を示す表である。It is a table which shows the result of an Example and a comparative example. 充放電サイクル試験結果を示すグラフである。It is a graph which shows the charge / discharge cycle test result.

以下、図面などを用いて、本発明の実施形態について説明する。以下の説明は本発明の内容の具体例を示すものであり、本発明がこれらの説明に限定されるものではなく、本明細書に開示される技術的思想の範囲内において当業者による様々な変更および修正が可能である。また、本発明を説明するための全図において、同一の機能を有するものは、同一の符号を付け、その繰り返しの説明は省略する場合がある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings and the like. The following description shows specific examples of the contents of the present invention, and the present invention is not limited to these explanations, and various works by those skilled in the art will be made within the scope of the technical ideas disclosed in the present specification. It can be changed and modified. Further, in all the drawings for explaining the present invention, those having the same function may be designated by the same reference numerals, and the repeated description thereof may be omitted.

本明細書に記載される「〜」は、その前後に記載される数値を下限値および上限値として含む意味で使用する。本明細書に段階的に記載されている数値範囲において、一つの数値範囲で記載された上限値または下限値は、他の段階的に記載されている上限値または下限値に置き換えてもよい。本明細書に記載される数値範囲の上限値または下限値は、実施例中に示されている値に置き換えてもよい。 The "~" described in the present specification is used to mean that the numerical values described before and after it are included as the lower limit value and the upper limit value. In the numerical range described stepwise in the present specification, the upper limit value or the lower limit value described in one numerical range may be replaced with the upper limit value or the lower limit value described in another stepwise. The upper or lower limit of the numerical range described herein may be replaced with the values shown in the examples.

本明細書では、二次電池としてリチウムイオン二次電池を例にして説明する。リチウムイオン二次電池とは、電解質中における電極へのリチウムイオンの吸蔵・放出により、電気エネルギーを貯蔵または利用可能とする電気化学デバイスである。これは、リチウムイオン電池、非水電解質二次電池、非水電解液二次電池の別の名称で呼ばれており、いずれの電池も本発明の対象である。本発明の技術的思想は、ナトリウムイオン二次電池、マグネシウムイオン二次電池、カルシウムイオン二次電池、亜鉛二次電池、アルミニウムイオン二次電池などに対しても適用できる。 In this specification, a lithium ion secondary battery will be described as an example of the secondary battery. A lithium ion secondary battery is an electrochemical device that stores or makes available electrical energy by storing and releasing lithium ions into electrodes in an electrolyte. This is called by another name of a lithium ion battery, a non-aqueous electrolyte secondary battery, and a non-aqueous electrolyte secondary battery, and all of the batteries are the subject of the present invention. The technical idea of the present invention can also be applied to a sodium ion secondary battery, a magnesium ion secondary battery, a calcium ion secondary battery, a zinc secondary battery, an aluminum ion secondary battery and the like.

図1は、本発明の一実施形態に係る二次電池の外観図である。図2は、本発明の一実施形態に係る二次電池の断面図である。図1および図2は積層型の二次電池であり、二次電池1000は、正極100、負極200、外装体500および半固体電解質層300を有する。外装体500は、半固体電解質層300、正極100、負極200、を収容する。外装体500の材料としては、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼など、非水電解質に対し耐食性のある材料から選択することができる。本発明は、捲回型の二次電池にも適用できる。 FIG. 1 is an external view of a secondary battery according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view of a secondary battery according to an embodiment of the present invention. 1 and 2 are laminated secondary batteries, and the secondary battery 1000 has a positive electrode 100, a negative electrode 200, an exterior body 500, and a semi-solid electrolyte layer 300. The exterior body 500 accommodates a semi-solid electrolyte layer 300, a positive electrode 100, and a negative electrode 200. The material of the exterior body 500 can be selected from materials having corrosion resistance to non-aqueous electrolytes such as aluminum, stainless steel, and nickel-plated steel. The present invention can also be applied to a rechargeable secondary battery.

二次電池1000内で、正極100、半固体電解質層300、負極200で構成される電極体400が積層されている。正極100または負極200を電極または二次電池用電極と称する場合がある。正極100、負極200、または半固体電解質層300を二次電池用シートと称する場合がある。半固体電解質層300および正極100または負極200が一体構造になっているものを半固体電解質層付き二次電池用電極と称する場合がある。 In the secondary battery 1000, an electrode body 400 composed of a positive electrode 100, a semi-solid electrolyte layer 300, and a negative electrode 200 is laminated. The positive electrode 100 or the negative electrode 200 may be referred to as an electrode or an electrode for a secondary battery. The positive electrode 100, the negative electrode 200, or the semi-solid electrolyte layer 300 may be referred to as a secondary battery sheet. An electrode having a semi-solid electrolyte layer 300 and a positive electrode 100 or a negative electrode 200 having an integral structure may be referred to as an electrode for a secondary battery with a semi-solid electrolyte layer.

正極100は、正極集電体120および正極合剤層110を有する。正極集電体120の両面に正極合剤層110が形成されている。負極200は、負極集電体220および負極合剤層210を有する。負極集電体220の両面に負極合剤層210が形成されている。正極合剤層110または負極合剤層210を電極合剤層、正極集電体120または負極集電体220を電極集電体と称する場合がある。 The positive electrode 100 has a positive electrode current collector 120 and a positive electrode mixture layer 110. Positive electrode mixture layers 110 are formed on both sides of the positive electrode current collector 120. The negative electrode 200 has a negative electrode current collector 220 and a negative electrode mixture layer 210. Negative electrode mixture layers 210 are formed on both sides of the negative electrode current collector 220. The positive electrode mixture layer 110 or the negative electrode mixture layer 210 may be referred to as an electrode mixture layer, and the positive electrode current collector 120 or the negative electrode current collector 220 may be referred to as an electrode current collector.

正極集電体120は正極タブ部130を有する。負極集電体220は負極タブ部230を有する。正極タブ部130または負極タブ部230を電極タブ部と称する場合がある。電極タブ部には電極合剤層が形成されていない。ただし、二次電池1000の性能に悪影響を与えない範囲で電極タブ部に電極合剤層を形成してもよい。正極タブ部130および負極タブ部230は、外装体500の外部に突出しており、突出した複数の正極タブ部130同士、複数の負極タブ部230同士が、例えば超音波接合などで接合されることで、二次電池1000内で並列接続が形成される。本発明は、二次電池1000中で電気的な直列接続を構成させたバイポーラ型の二次電池にも適用できる。 The positive electrode current collector 120 has a positive electrode tab portion 130. The negative electrode current collector 220 has a negative electrode tab portion 230. The positive electrode tab portion 130 or the negative electrode tab portion 230 may be referred to as an electrode tab portion. The electrode mixture layer is not formed on the electrode tab portion. However, the electrode mixture layer may be formed on the electrode tab portion as long as the performance of the secondary battery 1000 is not adversely affected. The positive electrode tab portion 130 and the negative electrode tab portion 230 project to the outside of the exterior body 500, and the plurality of protruding positive electrode tab portions 130 and the plurality of negative electrode tab portions 230 are bonded to each other by, for example, ultrasonic bonding. Then, a parallel connection is formed in the secondary battery 1000. The present invention can also be applied to a bipolar type secondary battery in which an electrical series connection is formed in the secondary battery 1000.

正極合剤層110は、正極活物質、正極導電剤および正極バインダを有する。負極合剤層210は、負極活物質、負極導電剤および負極バインダを有する。半固体電解質層300は、半固体電解質バインダおよび半固体電解質を有する。半固体電解質は、粒子および半固体電解液を有する。正極活物質または負極活物質を電極活物質、正極導電剤または負極導電剤を電極導電剤、正極バインダまたは負極バインダを電極バインダと称する場合がある。 The positive electrode mixture layer 110 has a positive electrode active material, a positive electrode conductive agent, and a positive electrode binder. The negative electrode mixture layer 210 has a negative electrode active material, a negative electrode conductive agent, and a negative electrode binder. The semi-solid electrolyte layer 300 has a semi-solid electrolyte binder and a semi-solid electrolyte. The semi-solid electrolyte has particles and a semi-solid electrolyte. The positive electrode active material or the negative electrode active material may be referred to as an electrode active material, the positive electrode conductive agent or the negative electrode conductive agent may be referred to as an electrode conductive agent, and the positive electrode binder or the negative electrode binder may be referred to as an electrode binder.

電極合剤層の細孔に半固体電解液を充填させてもよい。この場合、外装体500の空いている1辺や注液孔から二次電池1000に半固体電解液を注入し、電極合剤層の細孔に半固体電解液を充填させる。この場合、半固体電解質に含まれる粒子を要せず、電極合剤層中の電極活物質や電極導電剤などの粒子が粒子として機能して、それらの粒子が半固体電解液を保持する。電極合剤層の細孔に半固体電解液を充填する別の方法として、半固体電解質、電極活物質、電極導電剤、電極バインダを混合したスラリーを調製し、調整したスラリーを電極集電体上に一緒に塗布する方法などがある。 The pores of the electrode mixture layer may be filled with a semi-solid electrolytic solution. In this case, the semi-solid electrolyte is injected into the secondary battery 1000 from one vacant side of the exterior body 500 or the liquid injection hole, and the pores of the electrode mixture layer are filled with the semi-solid electrolyte. In this case, the particles contained in the semi-solid electrolyte are not required, and the particles such as the electrode active material and the electrode conductive agent in the electrode mixture layer function as particles, and these particles hold the semi-solid electrolyte. As another method of filling the pores of the electrode mixture layer with the semi-solid electrolyte, a slurry in which the semi-solid electrolyte, the electrode active material, the electrode conductive agent, and the electrode binder are mixed is prepared, and the prepared slurry is used as the electrode current collector. There is a method of applying together on top.

半固体電解質層300に微多孔膜などのセパレータを用いてもよい。セパレータとして、ポリエチレンやポリプロピレンといったポリオレフィンやガラス繊維などを利用できる。セパレータに微多孔膜が用いられる場合、外装体500の空いている1辺や注液孔から二次電池1000に半固体電解液を注入することで、半固体電解質層300に半固体電解液が充填される。 A separator such as a microporous membrane may be used for the semi-solid electrolyte layer 300. As the separator, polyolefins such as polyethylene and polypropylene, glass fibers, and the like can be used. When a microporous film is used for the separator, the semi-solid electrolyte is applied to the semi-solid electrolyte layer 300 by injecting the semi-solid electrolyte into the secondary battery 1000 through an empty side of the exterior body 500 or the liquid injection hole. It is filled.

正極100、負極200、または半固体電解質層300のいずれか一つのみまたは二つ以上に半固体電解質が含まれていてもよい。 The semi-solid electrolyte may be contained in only one or two or more of the positive electrode 100, the negative electrode 200, or the semi-solid electrolyte layer 300.

<電極導電剤>
電極導電剤は、電極合剤層の導電性を向上させる。電極導電剤としては、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、黒鉛などが好適に用いられるが、これに限られない。
<Electrode conductive agent>
The electrode conductive agent improves the conductivity of the electrode mixture layer. As the electrode conductive agent, Ketjen black, acetylene black, graphite and the like are preferably used, but the present invention is not limited thereto.

<電極バインダ>
電極バインダは、電極中の電極活物質や電極導電剤などを結着させる。電極バインダとしては、スチレン−ブタジエンゴム、カルボキシメチルセルロース、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)およびこれらの混合物などが挙げられるが、これに限られない。
<Electrode binder>
The electrode binder binds the electrode active material and the electrode conductive agent in the electrode. Electrode binders include, but are not limited to, styrene-butadiene rubber, carboxymethyl cellulose, polyvinylidene fluoride (PVDF) and mixtures thereof.

<正極活物質>
貴な電位を示す正極活物質は、充電過程においてリチウムイオンが脱離し、放電過程において負極合剤層の負極活物質から脱離したリチウムイオンが挿入される。正極活物質の材料として、遷移金属を含むリチウム複合酸化物が望ましく、具体例としては、LiMO2、Li過剰組成のLi[LiM]O2、LiM2O4、LiMPO4、LiMVOx、LiMBO3、Li2MSiO4(ただし、M = Co、Ni、Mn、Fe、Cr、Zn、Ta、Al、Mg、Cu、Cd、Mo、Nb、W、Ruなどを少なくとも1種類以上含む)が挙げられる。また、これら材料における酸素の一部を、フッ素など、他の元素に置換してもよい。さらに、硫黄、TiS2、MoS2、Mo6S8、TiSe2などのカルコゲナイドや、V2O5などのバナジウム系酸化物、FeF3などのハライド、ポリアニオンを構成するFe(MoO4)3、Fe2(SO4)3、Li3Fe2(PO4)3など、キノン系有機結晶などが挙げられるが、これらに限られない。さらに、化学組成におけるリチウムやアニオン量は上記定比組成からずれていても良い。
<Positive electrode active material>
In the positive electrode active material showing a noble potential, lithium ions are desorbed in the charging process, and lithium ions desorbed from the negative electrode active material in the negative electrode mixture layer are inserted in the discharging process. A lithium composite oxide containing a transition metal is desirable as a material for the positive electrode active material, and specific examples thereof include LiMO 2 , Li [LiM] O 2 , LiM 2 O 4 , LiMPO 4 , LiMVO x , and LiMBO 3 having an excess composition of Li. , Li 2 MSiO 4 (provided that at least one type of M = Co, Ni, Mn, Fe, Cr, Zn, Ta, Al, Mg, Cu, Cd, Mo, Nb, W, Ru, etc. is included). .. Further, a part of oxygen in these materials may be replaced with another element such as fluorine. In addition, sulfur, chalcogenides such as TiS 2 , MoS 2 , Mo 6 S 8 , and TiSe 2 , vanadium oxides such as V 2 O 5 , halides such as FeF 3, and Fe (MoO 4 ) 3 , which constitutes polyanions, Examples include, but are not limited to, quinone-based organic crystals such as Fe 2 (SO 4 ) 3 and Li 3 Fe 2 (PO 4 ) 3. Further, the amounts of lithium and anions in the chemical composition may deviate from the above constant ratio composition.

<正極集電体120>
正極集電体120として、厚さが1μm〜100μmのアルミニウム箔、あるいは厚さが10μm〜100μm、孔径0.1mm〜10mmの孔を有するアルミニウム製穿孔箔、エキスパンドメタル、発泡金属板などが用いられ、材質もアルミニウムの他に、ステンレス鋼、チタンなども適用できる。材質、形状、製造方法などに制限されることなく、任意の正極集電体120を使用できる。
<Positive current collector 120>
As the positive electrode current collector 120, an aluminum foil having a thickness of 1 μm to 100 μm, or an aluminum perforated foil having a thickness of 10 μm to 100 μm and a hole diameter of 0.1 mm to 10 mm, an expanded metal, a foamed metal plate, or the like is used. In addition to aluminum, stainless steel and titanium can also be used as the material. Any positive electrode current collector 120 can be used without being limited by the material, shape, manufacturing method, and the like.

正極活物質、正極導電剤、正極バインダおよび有機溶媒を混合した正極スラリーを、ドクターブレード法、ディッピング法またはスプレー法などによって正極集電体120へ付着させた後、有機溶媒を乾燥させ、ロールプレスによって加圧成形することにより、正極100を作製できる。塗布から乾燥までを複数回行うことにより、複数の正極合剤層110を正極集電体120に積層させてもよい。正極合剤層110の厚さは、正極活物質の平均粒径以上とすることが望ましい。正極合剤層110の厚さを正極活物質の平均粒径より小さくすると、隣接する正極活物質間の電子伝導性が悪化する可能性がある。 A positive electrode slurry in which a positive electrode active material, a positive electrode conductive agent, a positive electrode binder, and an organic solvent are mixed is attached to the positive electrode current collector 120 by a doctor blade method, a dipping method, a spray method, or the like, and then the organic solvent is dried and rolled. The positive electrode 100 can be manufactured by pressure molding. A plurality of positive electrode mixture layers 110 may be laminated on the positive electrode current collector 120 by performing the process from application to drying a plurality of times. It is desirable that the thickness of the positive electrode mixture layer 110 is equal to or larger than the average particle size of the positive electrode active material. If the thickness of the positive electrode mixture layer 110 is made smaller than the average particle size of the positive electrode active material, the electron conductivity between adjacent positive electrode active materials may deteriorate.

<負極活物質>
負極活物質は、放電過程においてリチウムイオンが脱離し、充電過程において正極合剤層110中の正極活物質から脱離したリチウムイオンが挿入される。卑な電位を示す負極活物質の材料として、例えば、炭素系材料(例えば、黒鉛、易黒鉛化炭素材料、非晶質炭素材料、有機結晶、活性炭など)、導電性高分子材料(例えば、ポリアセン、ポリパラフェニレン、ポリアニリン、ポリアセチレン)、リチウム複合酸化物(例えば、チタン酸リチウム:Li4Ti5O12やLi2TiO4など)、金属リチウム、リチウムと合金化する金属(例えば、アルミニウム、シリコン、スズなどを少なくとも1種類以上含む)やこれらの酸化物を用いることができるが、これに限られない。
<Negative electrode active material>
In the negative electrode active material, lithium ions are desorbed in the discharge process, and lithium ions desorbed from the positive electrode active material in the positive electrode mixture layer 110 are inserted in the charging process. As the material of the negative electrode active material showing a low potential, for example, a carbon-based material (for example, graphite, easily graphitized carbon material, amorphous carbon material, organic crystal, activated carbon, etc.), a conductive polymer material (for example, polyacene). , Polyparaphenylene, polyaniline, polyacetylene), lithium composite oxides (eg lithium titanate: Li 4 Ti 5 O 12 and Li 2 TiO 4 ), metallic lithium, metals alloying with lithium (eg aluminum, silicon) , Tin and the like (including at least one kind) and oxides thereof can be used, but the present invention is not limited to this.

<負極集電体220>
負極集電体220として、厚さが1μm〜100μmの銅箔、厚さが1μm〜100μm、孔径0.1mm〜10mmの銅製穿孔箔、エキスパンドメタル、発泡金属板などが用いられる。銅の他に、ステンレス鋼、チタン、ニッケルなども適用できる。材質、形状、製造方法などに制限されることなく、任意の負極集電体220を使用できる。
<Negative electrode current collector 220>
As the negative electrode current collector 220, a copper foil having a thickness of 1 μm to 100 μm, a copper perforated foil having a thickness of 1 μm to 100 μm and a pore diameter of 0.1 mm to 10 mm, an expanded metal, a foamed metal plate, or the like is used. In addition to copper, stainless steel, titanium, nickel, etc. can also be applied. Any negative electrode current collector 220 can be used without being limited by the material, shape, manufacturing method, and the like.

<電極>
電極活物質、電極導電剤、電極バインダおよび有機溶媒を混合した電極スラリーを、ドクターブレード法、ディッピング法、スプレー法などの塗工方法によって電極集電体へ付着させることで電極合剤層が作製される。その後、有機溶媒を除去するために電極合剤層を乾燥し、ロールプレスによって電極合剤層を加圧成形することにより電極が作製される。電極スラリーに半固体電解液または半固体電解質を含めてもよい。塗布から乾燥までを複数回行うことにより、複数の電極合剤層を電極集電体に積層させてもよい。電極合剤層の厚さは、電極活物質の平均粒径以上とすることが望ましい。電極合剤層の厚さが小さいと、隣接する電極活物質間の電子伝導性が悪化する可能性がある。電極活物質粉末中に電極合剤層の厚さ以上の平均粒径を有する粗粒がある場合、ふるい分級、風流分級などにより粗粒を予め除去し、電極合剤層の厚さ以下の粒子とすることが望ましい。
<Electrode>
An electrode mixture layer is prepared by adhering an electrode slurry, which is a mixture of an electrode active material, an electrode conductive agent, an electrode binder, and an organic solvent, to an electrode current collector by a coating method such as a doctor blade method, a dipping method, or a spray method. Will be done. Then, the electrode mixture layer is dried in order to remove the organic solvent, and the electrode mixture layer is pressure-molded by a roll press to prepare an electrode. The electrode slurry may contain a semi-solid electrolyte or a semi-solid electrolyte. A plurality of electrode mixture layers may be laminated on the electrode current collector by performing the process from application to drying a plurality of times. The thickness of the electrode mixture layer is preferably equal to or greater than the average particle size of the electrode active material. If the thickness of the electrode mixture layer is small, the electron conductivity between adjacent electrode active materials may deteriorate. If the electrode active material powder contains coarse particles having an average particle size equal to or larger than the thickness of the electrode mixture layer, the coarse particles are removed in advance by sieving classification, wind flow classification, etc., and particles having a thickness equal to or less than the thickness of the electrode mixture layer. Is desirable.

<粒子>
粒子としては、電気化学的安定性の観点から、絶縁性粒子であり有機溶媒またはイオン液体を含む半固体電解液に不溶であることが好ましい。粒子として、例えば、シリカ(SiO2)粒子、γ-アルミナ(Al2O3)粒子、セリア(CeO2)粒子、ジルコニア(ZrO2)粒子などの酸化物無機粒子を好ましく用いることができる。粒子として固体電解質を用いてもよい。固体電解質としては、例えば、Li-La-Zr-Oなどの酸化物系固体電解質やLi10Ge2PS12などの硫化物系固体電解質などの無機系固体電解質の粒子が挙げられる。
<Particles>
From the viewpoint of electrochemical stability, the particles are preferably insulating particles and are insoluble in a semi-solid electrolytic solution containing an organic solvent or an ionic liquid. As the particles, for example, oxide inorganic particles such as silica (SiO 2 ) particles, γ-alumina (Al 2 O 3 ) particles, ceria (CeO 2 ) particles, and zirconia (ZrO 2 ) particles can be preferably used. A solid electrolyte may be used as the particles. Examples of the solid electrolyte include particles of an oxide-based solid electrolyte such as Li-La-Zr-O and an inorganic solid electrolyte particle such as a sulfide-based solid electrolyte such as Li 10 Ge 2 PS 12.

半固体電解液の保持量は粒子の比表面積に比例すると考えられるため、粒子の一次粒子の平均粒径は、1nm〜10μmが好ましい。粒子の一次粒子の平均粒径が大きいと、粒子が十分な量の半固体電解液を適切に保持できず半固体電解質の形成が困難になる可能性がある。また、粒子の一次粒子の平均粒径が小さいと、粒子間の表面間力が大きくなって粒子同士が凝集し易くなり、半固体電解質の形成が困難になる可能性がある。粒子の一次粒子の平均粒径は、1nm〜50nmがより好ましく、1nm〜10nmがさらに好ましい。粒子の一次粒子の平均粒径は、レーザー散乱法を利用した公知の粒径分布測定装置を用いて測定できる。 Since the holding amount of the semi-solid electrolytic solution is considered to be proportional to the specific surface area of the particles, the average particle size of the primary particles of the particles is preferably 1 nm to 10 μm. If the average particle size of the primary particles of the particles is large, the particles may not be able to properly hold a sufficient amount of the semi-solid electrolyte, and it may be difficult to form the semi-solid electrolyte. Further, when the average particle size of the primary particles of the particles is small, the intersurface force between the particles becomes large and the particles tend to aggregate with each other, which may make it difficult to form a semi-solid electrolyte. The average particle size of the primary particles of the particles is more preferably 1 nm to 50 nm, further preferably 1 nm to 10 nm. The average particle size of the primary particles of the particles can be measured by using a known particle size distribution measuring device using a laser scattering method.

<半固体電解液>
半固体電解液は、半固体電解質溶媒、任意の低粘度有機溶媒、電解質塩、第一の添加剤、任意の第二の添加剤を有する。半固体電解質溶媒は、イオン液体またはイオン液体に類似の性質を示すエーテル系溶媒を有する。イオン液体またはエーテル系溶媒を主溶媒と称する場合がある。イオン液体とは、常温でカチオンとアニオンに解離する化合物であって、液体の状態を保持するものである。イオン液体は、イオン性液体、低融点溶融塩あるいは常温溶融塩と称されることがある。半固体電解質溶媒は、大気中での安定性や二次電池内での耐熱性の観点から、低揮発性、具体的には室温における蒸気圧が150Pa以下であるものが望ましい。
<Semi-solid electrolyte>
The semi-solid electrolyte has a semi-solid electrolyte solvent, any low viscosity organic solvent, an electrolyte salt, a first additive, and any second additive. The semi-solid electrolyte solvent has an ionic liquid or an ether solvent having properties similar to those of an ionic liquid. An ionic liquid or an ether solvent may be referred to as a main solvent. An ionic liquid is a compound that dissociates into a cation and an anion at room temperature and maintains a liquid state. The ionic liquid may be referred to as an ionic liquid, a low melting point molten salt or a room temperature molten salt. The semi-solid electrolyte solvent is preferably low in volatility, specifically, having a vapor pressure of 150 Pa or less at room temperature from the viewpoint of stability in the atmosphere and heat resistance in the secondary battery.

電極合剤層に半固体電解液が含まれている場合、電極合剤層中の半固体電解液の含有量は20体積%〜40体積%であることが望ましい。半固体電解液の含有量が少ない場合、電極合剤層内部でのイオン伝導経路が十分に形成されずレート特性が低下する可能性がある。また、半固体電解液の含有量が多い場合、電極合剤層から半固体電解液が漏れ出す可能性があることに加え、活物質が不十分となりエネルギー密度の低下を招く。 When the electrode mixture layer contains a semi-solid electrolyte, the content of the semi-solid electrolyte in the electrode mixture layer is preferably 20% by volume to 40% by volume. When the content of the semi-solid electrolytic solution is small, the ionic conduction path inside the electrode mixture layer may not be sufficiently formed and the rate characteristics may deteriorate. Further, when the content of the semi-solid electrolytic solution is high, the semi-solid electrolytic solution may leak from the electrode mixture layer, and the active material becomes insufficient, resulting in a decrease in energy density.

イオン液体はカチオンおよびアニオンで構成される。イオン液体としては、カチオン種に応じ、イミダゾリウム系、アンモニウム系、ピロリジニウム系、ピペリジニウム系、ピリジニウム系、モルホリニウム系、ホスホニウム系、スルホニウム系などに分類される。イミダゾリウム系イオン液体を構成するカチオンには、例えば、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムや1-ブチル-3-メチルイミダゾリウム(BMI)などのアルキルイミダゾリウムカチオンなどがある。アンモニウム系イオン液体を構成するカチオンには、例えば、N,N-ジエチル-N-メチル-N-(2-メトキシエチル)アンモニウム(DEME)やテトラアミルアンモニウムなどのほかに、N,N,N-トリメチル-N-プロピルアンモニウムなどのアルキルアンモニウムカチオンがある。ピロリジニウム系イオン液体を構成するカチオンには、例えば、N-メチル-N-プロピルピロリジニウム(Py13)や1-ブチル-1-メチルピロリジニウムなどのアルキルピロリジニウムカチオンなどがある。ピペリジニウム系イオン液体を構成するカチオンには、例えば、N-メチル-N-プロピルピペリジニウム(PP13)や1-ブチル-1-メチルピペリジニウムなどのアルキルピペリジニウムカチオンなどがある。ピリジニウム系イオン液体を構成するカチオンには、例えば、1-ブチルピリジニウムや1-ブチル-4-メチルピリジニウムなどのアルキルピリジニウムカチオンなどがある。モルホリニウム系イオン液体を構成するカチオンには、例えば、4-エチル-4-メチルモルホリニウムなどのアルキルモルホリニウムなどがある。ホスホニウム系イオン液体を構成するカチオンには、例えば、テトラブチルホスホニウムやトリブチルメチルホスホニウムなどのアルキルホスホニウムカチオンなどがある。スルホニウム系イオン液体を構成するカチオンには、例えば、トリメチルスルホニウムやトリブチルスルホニウムなどのアルキルスルホニウムカチオンなどがある。これらカチオンと対になるアニオンとしては、例えば、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(TFSI)、ビス(フルオロスルホニル)イミド、テトラフルオロボレート(BF4)、ヘキサフルオロホスファート(PF6)、ビス(ペンタフルオロエタンスルホニル)イミド(BETI)、トリフルオロメタンスルホネート(トリフラート)、アセテート、ジメチルホスファート、ジシアナミド、トリフルオロ(トリフルオロメチル)ボレートなどがある。これらのイオン液体を単独または複数組み合わせて使用してもよい。Ionic liquids are composed of cations and anions. The ionic liquids are classified into imidazolium-based, ammonium-based, pyroridinium-based, piperidinium-based, pyridinium-based, morpholinium-based, phosphonium-based, sulfonium-based, and the like according to the cation species. Examples of the cations constituting the imidazolium-based ionic liquid include alkylimidazolium cations such as 1-ethyl-3-methylimidazolium and 1-butyl-3-methylimidazolium (BMI). The cations that make up the ammonium-based ionic liquid include, for example, N, N-diethyl-N-methyl-N- (2-methoxyethyl) ammonium (DEME), tetraamylammonium, and N, N, N-. There are alkylammonium cations such as trimethyl-N-propylammonium. Examples of the cations constituting the pyrrolidinium-based ionic liquid include alkylpyrrolidinium cations such as N-methyl-N-propylpyrrolidinium (Py13) and 1-butyl-1-methylpyrrolidinium. Examples of the cations constituting the piperidinium-based ionic liquid include alkyl piperidinium cations such as N-methyl-N-propyl piperidinium (PP13) and 1-butyl-1-methyl piperidinium. Examples of the cations constituting the pyridinium-based ionic liquid include alkylpyridinium cations such as 1-butylpyridinium and 1-butyl-4-methylpyridinium. Examples of the cation constituting the morpholinium-based ionic liquid include alkylmorpholinium such as 4-ethyl-4-methylmorpholinium. Examples of the cations constituting the phosphonium-based ionic liquid include alkylphosphonium cations such as tetrabutylphosphonium and tributylmethylphosphonium. Examples of the cations constituting the sulfonium-based ionic liquid include alkylsulfonium cations such as trimethylsulfonium and tributylsulfonium. Examples of anions paired with these cations include bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (TFSI), bis (fluorosulfonyl) imide, tetrafluorobolate (BF 4 ), hexafluorophosphate (PF 6 ), and bis (penta). Fluoroethanesulfonyl) imide (BETI), trifluoromethanesulfonate (triflate), acetate, dimethylphosphate, dicyanamide, trifluoro (trifluoromethyl) borate and the like. These ionic liquids may be used alone or in combination of two or more.

イオン液体とともに用いる電解質塩として、溶媒に均一に分散できるものを使用できる。カチオンがリチウム、上記アニオンからなるものがリチウム塩として使用することができ、例えば、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiFSI)、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(LiTFSI)、リチウムビス(ペンタフルオロエタンスルホニル)イミド(LiBETI)、リチウムテトラフルオロボレート(LiBF4)、リチウムヘキサフルオロホスファート(LiPF6)、リチウムトリフラートなどが挙げられるが、これに限られない。これらの電解質塩を単独または複数組み合わせて使用してもよい。As the electrolyte salt used together with the ionic liquid, a salt that can be uniformly dispersed in a solvent can be used. The cation consisting of lithium and the above anion can be used as a lithium salt, for example, lithium bis (fluorosulfonyl) imide (LiFSI), lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (LiTFSI), lithium bis (pentafluoroethane). Examples thereof include, but are not limited to, sulfonyl) imide (LiBETI), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium hexafluorophosphate (LiPF 6), and lithium trifurate. These electrolyte salts may be used alone or in combination of two or more.

エーテル系溶媒は、電解質塩とともに溶媒和イオン液体を構成する。エーテル系溶媒として、イオン液体に類似の性質を示す公知のグライム(R-O(CH2CH2O)n-R’(R、R’は飽和炭化水素、nは整数)で表される対称グリコールジエーテルの総称)を利用できる。イオン伝導性の観点から、テトラグライム(テトラエチレンジメチルグリコール、G4)、トリグライム(トリエチレングリコールジメチルエーテル、G3)、ペンタグライム(ペンタエチレングリコールジメチルエーテル、G5)、ヘキサグライム(ヘキサエチレングリコールジメチルエーテル、G6)を好ましく用いることができる。また、エーテル系溶媒として、クラウンエーテル((-CH2-CH2-O)n(nは整数)で表される大環状エーテルの総称)を利用できる。具体的には、12-クラウン-4、15-クラウン-5、18-クラウン-6、ジベンゾ-18-クラウン-6などを好ましく用いることができるが、これに限らない。これらのエーテル系溶媒を単独または複数組み合わせて使用してもよい。電解質塩と錯体構造を形成できる点で、テトラグライム、トリグライムを用いることが好ましい。The ether solvent constitutes a solvated ionic liquid together with the electrolyte salt. As an ether solvent, a symmetric glycol di represented by a known glyme (RO (CH 2 CH 2 O) n -R'(R, R'is a saturated hydrocarbon and n is an integer) having properties similar to those of an ionic liquid. A generic term for ether) can be used. From the viewpoint of ionic conductivity, tetraglyme (tetraethylene dimethyl glycol, G4), triglyme (triethylene glycol dimethyl ether, G3), pentaglycol (pentaethylene glycol dimethyl ether, G5), hexaglyme (hexaethylene glycol dimethyl ether, G6) It can be preferably used. Further, as an ether solvent, crown ether ( a general term for macrocyclic ethers represented by (-CH 2- CH 2- O) n (n is an integer)) can be used. Specifically, 12-crown-4, 15-crown-5, 18-crown-6, dibenzo-18-crown-6 and the like can be preferably used, but the present invention is not limited to this. These ether solvents may be used alone or in combination of two or more. It is preferable to use tetraglyme or triglyme because it can form a complex structure with the electrolyte salt.

エーテル系溶媒とともに用いる電解質塩としては、LiFSI、LiTFSI、LiBETIなどのリチウム塩を利用できるが、これに限らない。半固体電解質溶媒および電解質塩を含む混合溶媒として、エーテル系溶媒および電解質塩の混合物を単独または複数組み合わせて使用してもよい。 Lithium salts such as LiFSI, LiTFSI, and LiBETI can be used as the electrolyte salt used together with the ether solvent, but the electrolyte salt is not limited to this. As the mixed solvent containing the semi-solid electrolyte solvent and the electrolyte salt, a mixture of the ether solvent and the electrolyte salt may be used alone or in combination of two or more.

半固体電解液における主溶媒の重量比率は特には限定されないが、電池安定性および高速充放電の観点から半固体電解液中の溶媒の総和に占める主溶媒の重量比率は30%〜70%、特に40%〜60%、さらには45%〜55%であることが望ましい。 The weight ratio of the main solvent in the semi-solid electrolyte is not particularly limited, but the weight ratio of the main solvent in the total solvent in the semi-solid electrolyte is 30% to 70% from the viewpoint of battery stability and high-speed charging / discharging. In particular, it is preferably 40% to 60%, and further preferably 45% to 55%.

<低粘度有機溶媒>
低粘度有機溶媒は、半固体電解質溶媒の粘度を下げ、イオン伝導率を向上させる。半固体電解質溶媒を含む半固体電解液の内部抵抗は大きいため、低粘度有機溶媒を添加して半固体電解質溶媒のイオン伝導率を上げることにより、半固体電解液の内部抵抗を下げることができる。ただ、半固体電解質溶媒が電気化学的に不安定であるため、電池動作に対して分解反応が促進され、二次電池1000の繰返し動作に伴って二次電池1000の抵抗増加や容量低下を引き起こす可能性がある。さらに、負極活物質として黒鉛を利用した二次電池1000では、充電反応中、半固体電解質溶媒のカチオンが黒鉛に挿入されて黒鉛構造を破壊し、二次電池1000の繰返し動作ができなくなる可能性がある。
<Low viscosity organic solvent>
The low viscosity organic solvent reduces the viscosity of the semi-solid electrolyte solvent and improves the ionic conductivity. Since the internal resistance of the semi-solid electrolyte solution containing the semi-solid electrolyte solvent is large, the internal resistance of the semi-solid electrolyte solution can be lowered by adding a low-viscosity organic solvent to increase the ionic conductivity of the semi-solid electrolyte solvent. .. However, since the semi-solid electrolyte solvent is electrochemically unstable, the decomposition reaction is promoted with respect to the battery operation, and the resistance of the secondary battery 1000 increases and the capacity decreases with the repeated operation of the secondary battery 1000. there is a possibility. Further, in the secondary battery 1000 using graphite as the negative electrode active material, there is a possibility that the cation of the semi-solid electrolyte solvent is inserted into the graphite during the charging reaction and destroys the graphite structure, so that the secondary battery 1000 cannot be repeatedly operated. There is.

低粘度有機溶媒は、例えばエーテル系溶媒および電解質塩の混合物の25℃における粘度である140Pa・sよりも粘度の小さい溶媒であることが望ましい。低粘度有機溶媒として、炭酸プロピレン(PC)、リン酸トリメチル(TMP)、ガンマブチルラクトン(GBL)、炭酸エチレン(EC)、リン酸トリエチル(TEP)、亜リン酸トリス(2,2,2-トリフルオロエチル)(TFP)、メチルホスホン酸ジメチル(DMMP)などが挙げられる。これらの低粘度有機溶媒を単独または複数組み合わせて使用してもよい。低粘度有機溶媒に上記の電解質塩を溶解させてもよい。 The low-viscosity organic solvent is preferably a solvent having a viscosity lower than, for example, 140 Pa · s, which is the viscosity of a mixture of an ether solvent and an electrolyte salt at 25 ° C. As low-viscosity organic solvents, propylene carbonate (PC), trimethyl phosphate (TMP), gamma-butyl lactone (GBL), ethylene carbonate (EC), triethyl phosphate (TEP), tris phosphite (2,2,2- Examples thereof include trifluoroethyl) (TFP) and dimethyl methylphosphonate (DMMP). These low-viscosity organic solvents may be used alone or in combination of two or more. The above electrolyte salt may be dissolved in a low-viscosity organic solvent.

<第一の添加剤>
半固体電解液には、正極集電体120が高い電気化学電位に晒されても金属が溶出しにくい皮膜を形成する第一の添加剤を含ませることが望ましい。第一の添加剤としては、PF6 -やBF4 -といったアニオン種を含むこと、および水分を含んだ大気で安定な化合物を形成するための強い化学結合を有するカチオン種を含むことが望ましい。
<First additive>
It is desirable that the semi-solid electrolyte contains a first additive that forms a film in which the metal does not easily elute even when the positive electrode current collector 120 is exposed to a high electrochemical potential. The first additive, PF 6 - or BF 4 - like include anionic species, and it is desirable to include a cationic species having a strong chemical bond to form a stable compound moisture atmosphere containing.

大気で安定な化合物であることを示す一指標としては、水に対する溶解度や加水分解の有無を挙げることができる。第一の添加剤が固体の場合、水に対する溶解度が1%未満であることが望ましい。また、加水分解の有無は、水と混合後の試料の分子構造解析で評価できる。ここで、加水分解しない、とは、第一の添加剤が吸湿あるいは水と混和した後、100℃以上で加熱し水分を除去した後の残留物の95%が第一の添加剤と同じ分子構造を示していることを意味する。 As one index indicating that the compound is stable in the atmosphere, the solubility in water and the presence or absence of hydrolysis can be mentioned. If the first additive is a solid, it should have a solubility in water of less than 1%. The presence or absence of hydrolysis can be evaluated by molecular structure analysis of the sample after mixing with water. Here, "not hydrolyzed" means that 95% of the residue after the first additive absorbs moisture or is mixed with water and then heated at 100 ° C. or higher to remove water is the same molecule as the first additive. It means that it shows the structure.

第一の添加剤は(M-R)+An -で表される。(M-R)+An -のカチオンは、(M-R)+であり、Mは窒素(N)、ホウ素(B)、リン(P)、硫黄(S)のいずれかからなり、Rは炭化水素基から構成される。また、(M-R)+An -のアニオンはAn -であり、BF4 -やPF6 -が好適に用いられる。第一の添加剤のアニオンをBF4 -やPF6 -にすることで、正極集電体120の溶出を効率的に抑制できる。これは、BF4 -やPF6 -のFアニオンが電極集電体のSUSやアルミニウムと反応し、不動態皮膜を形成することが影響するためと考えられる。The first additive (MR) + A n - is represented by. (MR) + A n - is a cation, (MR) is +, M is nitrogen (N), boron (B), phosphorus (P), made from any of the sulfur (S), R is a hydrocarbon radical Consists of. Further, (MR) + A n - anions A n - a is, BF 4 - or PF 6 - is preferably used. The anion of the first additive BF 4 - or PF 6 - is to be in, it can be efficiently suppressed the elution of the positive electrode current collector 120. This, BF 4 - or PF 6 - F anions react with SUS and aluminum electrode current collector is believed to be due to the effect of forming a passive film.

大気中で安定な第一の添加剤としては、カチオン種の式量が大きく、常温下で液体あるいは固体のイオン性材料であることが望ましい。具体的には、カチオン種の式量は好ましくは100以上、さらに好ましくは240以上である。カチオン種の式量は元素分析、核磁気共鳴法NMRによって分子構造を決定することで計測できる。 As the first additive that is stable in the atmosphere, it is desirable that the cation species have a large formula amount and that it is a liquid or solid ionic material at room temperature. Specifically, the formula amount of the cation species is preferably 100 or more, more preferably 240 or more. The formula amount of the cation species can be measured by determining the molecular structure by elemental analysis and nuclear magnetic resonance NMR.

第一の添加剤の例として、テトラブチルアンモニウム ヘキサフルオロホスフェート(NBu4PF6、カチオン式量約242)、テトラブチルアンモニウム テトラフルオロボレート(NBu4BF4、カチオン式量約242)の4級アンモニウム塩、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート(EMI-BF4、カチオン式量約111)、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェート(EMI-PF6、カチオン式量約111)、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート(BMI-BF4、カチオン式量約139)、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェート(BMI-PF6、カチオン式量約139)などのイミダゾリウム塩が挙げられる。特に、アニオンがPF6 -であれば、正極集電体120の溶出を抑制できる。これらの第一の添加剤を単独または複数組み合わせて使用してもよい。As an example of the first additive, tetrabutylammonium hexafluorophosphate (NBu 4 PF 6 , cationic formula amount about 242), tetrabutylammonium tetrafluorobolate (NBu 4 BF 4 , cationic formula amount about 242) quaternary ammonium Salt, 1-ethyl-3-methylimidazolium tetrafluorobolate (EMI-BF 4 , cation formula amount about 111), 1-ethyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate (EMI-PF 6 , cation formula amount about 111) ), 1-Butyl-3-methylimidazolium tetrafluorobolate (BMI-BF 4 , cation formula amount about 139), 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate (BMI-PF 6 , cation formula amount about 139) ) And other imidazolium salts. In particular, if the anion is PF 6 , the elution of the positive electrode current collector 120 can be suppressed. These first additives may be used alone or in combination of two or more.

第一の添加剤の添加量は、半固体電解質溶媒、任意の低粘度有機溶媒および電解質塩を含む混合溶媒の総重量に対して、好ましくは1wt%〜20wt%、さらに好ましくは、2.5wt%〜10wt%である。第一の添加剤の添加量が少ないと、電極集電体の溶出を抑制する効果が低下し、充放電に伴い電池容量が低下しやすい。また、第一の添加剤の添加量が多いと、リチウムイオン伝導度が低下し、さらに、添加剤分解のために多くの蓄電エネルギーが消費されてしまい、結果として電池容量が低下する。 The amount of the first additive added is preferably 1 wt% to 20 wt%, more preferably 2.5 wt%, based on the total weight of the mixed solvent containing the semi-solid electrolyte solvent, any low-viscosity organic solvent and the electrolyte salt. ~ 10wt%. If the amount of the first additive added is small, the effect of suppressing the elution of the electrode current collector is reduced, and the battery capacity tends to be reduced with charging and discharging. Further, if the amount of the first additive added is large, the lithium ion conductivity is lowered, and a large amount of stored energy is consumed for decomposition of the additive, resulting in a decrease in battery capacity.

<第二の添加剤>
第一の添加剤に加えて、半固体電解液に第二の添加剤を添加してもよい。第二の添加剤としては、負極200および正極100の活物質表面にて安定なリチウム伝導性皮膜を形成するための前駆体材料が挙げられる。具体的には、ビニレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート、1,3-プロパンスルトン、1-プロペン1,3-スルトン、エチレンサルフェイトまたはそれらの誘導体が挙げられる。これらの第二の添加剤は正極100で反応するため、電極集電体の耐溶出性がさらに向上する。これらの第二の添加剤を単独または複数組み合わせて使用してもよい。
<Second additive>
In addition to the first additive, a second additive may be added to the semi-solid electrolyte. Examples of the second additive include a precursor material for forming a stable lithium conductive film on the active material surfaces of the negative electrode 200 and the positive electrode 100. Specific examples thereof include vinylene carbonate, fluoroethylene carbonate, 1,3-propane sultone, 1-propene 1,3-sultone, ethylene sulfate or derivatives thereof. Since these second additives react at the positive electrode 100, the elution resistance of the electrode current collector is further improved. These second additives may be used alone or in combination of two or more.

第二の添加剤の添加量は、半固体電解質溶媒、任意の低粘度有機溶媒および電解質塩を含む混合溶媒の総重量に対して、好ましくは0.1wt%〜10wt%、さらに好ましくは、2wt%〜4wt%である。第二の添加剤の添加量が少ないと、リチウム伝導性皮膜の形成が不十分となり、電解質の分解が進行し、寿命特性が低下する可能性がある。また、第二の添加剤の添加量が多いと、リチウムイオンの伝導を阻害するため、二次電池の内部抵抗が高くなる可能性がある。 The amount of the second additive added is preferably 0.1 wt% to 10 wt%, more preferably 2 wt%, based on the total weight of the mixed solvent containing the semi-solid electrolyte solvent, any low-viscosity organic solvent and the electrolyte salt. ~ 4wt%. If the amount of the second additive added is small, the formation of the lithium conductive film is insufficient, the decomposition of the electrolyte proceeds, and the life characteristics may be deteriorated. Further, if the amount of the second additive added is large, the conduction of lithium ions is hindered, so that the internal resistance of the secondary battery may increase.

<半固体電解質バインダ>
半固体電解質バインダは、フッ素系の樹脂が好適に用いられる。フッ素系の樹脂としては、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)やポリフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンの共重合体(P(VDF-HFP))が好適に用いられる。これらの半固体電解質バインダを単独または複数組み合わせて使用してもよい。PVDFやP(VDF-HFP)を用いることで、半固体電解質層300と電極集電体の密着性が向上するため、電池性能が向上する。
<Semi-solid electrolyte binder>
A fluorine-based resin is preferably used as the semi-solid electrolyte binder. As the fluorine-based resin, polyvinylidene fluoride (PVDF) or a copolymer of polyvinylidene fluoride and hexafluoropropylene (P (VDF-HFP)) is preferably used. These semi-solid electrolyte binders may be used alone or in combination of two or more. By using PVDF or P (VDF-HFP), the adhesion between the semi-solid electrolyte layer 300 and the electrode current collector is improved, so that the battery performance is improved.

<半固体電解質>
半固体電解液が粒子に担持または保持されることにより半固体電解質が構成される。半固体電解質の作製方法として、半固体電解液と粒子とを特定の体積比率で混合し、メタノールなどの有機溶媒を添加し・混合して、半固体電解質のスラリーを調合した後、スラリーをシャーレに広げ、有機溶媒を留去して半固体電解質の粉末を得る方法、などが挙げられる。
<Semi-solid electrolyte>
The semi-solid electrolyte is formed by supporting or holding the semi-solid electrolyte on the particles. As a method for producing a semi-solid electrolyte, a semi-solid electrolyte and particles are mixed in a specific volume ratio, an organic solvent such as methanol is added and mixed to prepare a slurry of the semi-solid electrolyte, and then the slurry is chaleted. A method of obtaining a semi-solid electrolyte powder by distilling off an organic solvent can be mentioned.

<半固体電解質層300>
半固体電解質層300は、正極100と負極200の間にリチウムイオンを伝達させる媒体となる。半固体電解質層300は電子の絶縁体としても働き、正極100と負極200の短絡を防止する。
<Semi-solid electrolyte layer 300>
The semi-solid electrolyte layer 300 serves as a medium for transmitting lithium ions between the positive electrode 100 and the negative electrode 200. The semi-solid electrolyte layer 300 also acts as an electron insulator to prevent a short circuit between the positive electrode 100 and the negative electrode 200.

半固体電解質層300の作製方法として、半固体電解質の粉末を成型ダイスなどでペレット状に圧縮成型する方法や、半固体電解質バインダを半固体電解質の粉末に添加・混合し、シート化する方法などがある。半固体電解質に半固体電解質バインダの粉末を添加・混合することにより、柔軟性の高いシート状の半固体電解質層300を作製できる。また、半固体電解質に、分散溶媒に半固体電解質バインダを溶解させた結着剤の溶液を添加・混合し、分散溶媒を留去することで、半固体電解質層300を作製できる。半固体電解質層300は、前記の、半固体電解質に結着剤の溶液を添加・混合したものを電極上に塗布および乾燥することにより作製してもよい。 As a method for producing the semi-solid electrolyte layer 300, a method of compression molding the semi-solid electrolyte powder into pellets with a molding die or the like, a method of adding and mixing the semi-solid electrolyte binder to the semi-solid electrolyte powder, and forming a sheet, etc. There is. By adding and mixing the powder of the semi-solid electrolyte binder to the semi-solid electrolyte, a highly flexible sheet-shaped semi-solid electrolyte layer 300 can be produced. Further, the semi-solid electrolyte layer 300 can be prepared by adding and mixing a solution of a binder in which a semi-solid electrolyte binder is dissolved in a dispersion solvent to the semi-solid electrolyte and distilling off the dispersion solvent. The semi-solid electrolyte layer 300 may be prepared by applying and drying the above-mentioned semi-solid electrolyte to which a solution of a binder is added and mixed on an electrode.

半固体電解質層300中の半固体電解液の含有量は70体積%〜90体積%であることが望ましい。半固体電解液の含有量が小さい場合、電極と半固体電解質層300との界面抵抗が増加する可能性がある。また、半固体電解液の含有量が大きい場合、半固体電解質層300から半固体電解液が漏れ出してしまう可能性がある。 The content of the semi-solid electrolyte in the semi-solid electrolyte layer 300 is preferably 70% by volume to 90% by volume. If the content of the semi-solid electrolyte is small, the interfacial resistance between the electrode and the semi-solid electrolyte layer 300 may increase. Further, when the content of the semi-solid electrolyte is large, the semi-solid electrolyte may leak from the semi-solid electrolyte layer 300.

以下、実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

<実施例1>
<半固体電解質層300の作製>
リチウムイミド塩(電解質塩)としてリチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(LiTFSI)、主溶媒としてテトラグライム(G4)、低粘度有機溶媒として炭酸プロピレン(PC)を用い、ガラス瓶内でマグネティックスターラを用いて撹拌、溶解させて混合溶媒を作製した。第一の添加剤としてテトラブチルアンモニウム ヘキサフルオロホスフェート(NBu4PF6)を、第二の添加剤としてビニレンカーボネート(VC)をそれぞれ、LiTFSI、G4、PCを含む混合溶媒に添加し、半固体電解液とした。
<Example 1>
<Preparation of semi-solid electrolyte layer 300>
Lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (LiTFSI) as the lithium imide salt (electrolyte salt), tetraglime (G4) as the main solvent, propylene carbonate (PC) as the low-viscosity organic solvent, and a magnetic stirrer in a glass bottle. A mixed solvent was prepared by stirring and dissolving. Tetrabutylammonium hexafluorophosphate (NBu 4 PF 6 ) as the first additive and vinylene carbonate (VC) as the second additive were added to a mixed solvent containing LiTFSI, G4, and PC, respectively, and semi-solid electrolyzed. It was made into a liquid.

第一の添加剤および第二の添加剤を加えた混合溶媒とSiO2ナノ粒子(粒径7nm)とを体積分率80:20で混合し、これにメタノールを添加した後に、マグネットスターラーを用いて30分間攪拌した。その後、得られた混合液をシャーレに広げ、メタノールを留去して粉末状かつ半固体状の半固体電解質を得た。この半固体電解質にポリテトラフルオロエチレン(PTFE)粉末5質量%を添加して、よく混合しながら加圧により伸ばすことで厚さ約200μmのシート状の半固体電解質層300を得た。得られた半固体電解質層300に含まれる半固体電解液は、LiTFSI、G4、PCの混合モル比が1:1:4であり、混合溶媒中のリチウムイミド塩の濃度は1.5mol/L、主溶媒G4およびリチウムイミド塩LiTFSIからなる錯体と低粘度溶媒PCの混合重量比は55.5:44.5であった。この混合溶媒に対し、NBu4PF6の重量比は5wt%、ビニレンカーボネート(VC)の重量比は3wt%であった。これを外径15mmのサイズで打ち抜いた。A mixed solvent to which the first additive and the second additive were added and SiO 2 nanoparticles (particle size 7 nm) were mixed at a volume fraction of 80:20, methanol was added thereto, and then a magnetic stirrer was used. Stirred for 30 minutes. Then, the obtained mixed solution was spread on a petri dish, and methanol was distilled off to obtain a powdery and semi-solid semi-solid electrolyte. By adding 5% by mass of polytetrafluoroethylene (PTFE) powder to this semi-solid electrolyte and stretching it under pressure while mixing well, a sheet-shaped semi-solid electrolyte layer 300 having a thickness of about 200 μm was obtained. The semi-solid electrolyte contained in the obtained semi-solid electrolyte layer 300 has a mixed molar ratio of LiTFSI, G4, and PC of 1: 1: 4, and the concentration of lithium imide salt in the mixed solvent is 1.5 mol / L. The mixed weight ratio of the complex composed of the main solvent G4 and the lithium imide salt LiTFSI and the low-viscosity solvent PC was 55.5: 44.5. The weight ratio of NBu 4 PF 6 to this mixed solvent was 5 wt%, and the weight ratio of vinylene carbonate (VC) was 3 wt%. This was punched out with a size of 15 mm in outer diameter.

<正極100の作製>
正極活物質としてLiNi0.33Mn0.33Co0.33O2、正極バインダとしてポリフッ化ビニリデン(PVDF)、正極導電剤としてアセチレンブラックを重量比84:9:7の割合で混合し、N-メチル-2-ピロリドンを加えてさらに混合することでスラリー状の溶液を作製した。作製したスラリーを厚さ10μmのSUS箔からなる正極集電体120にドクターブレードを用いて塗布し(正極合剤層110)、80℃で2時間以上乾燥した。このとき、乾燥後の1cm2当たりの正極合剤層110の重量が18mg/cm2となるように、スラリーの塗布量を調整した。乾燥後の電極を密度2.5g/cm3となるように加圧して、外径13mmで打ち抜いて正極100とした。
<Manufacturing of positive electrode 100>
LiNi 0.33 Mn 0.33 Co 0.33 O 2 as the positive electrode active material, polyvinylidene fluoride (PVDF) as the positive electrode binder, and acetylene black as the positive electrode conductive agent are mixed at a weight ratio of 84: 9: 7, and N -Methyl-2-pyrrolidone was added and further mixed to prepare a slurry-like solution. The prepared slurry was applied to a positive electrode current collector 120 made of SUS foil having a thickness of 10 μm using a doctor blade (positive electrode mixture layer 110), and dried at 80 ° C. for 2 hours or more. At this time, the amount of the slurry applied was adjusted so that the weight of the positive electrode mixture layer 110 per 1 cm 2 after drying was 18 mg / cm 2. The dried electrode was pressurized to a density of 2.5 g / cm 3 and punched out with an outer diameter of 13 mm to obtain a positive electrode 100.

<負極200の作製>
負極活物質として黒鉛(非晶質被覆、平均粒径10μm)、負極バインダとしてポリフッ化ビニリデン(PVDF)、負極導電剤としてアセチレンブラックを重量比88:10:2の割合で混合し、N-メチル-2-ピロリドンを加えてさらに混合することでスラリー状の溶液を作製した。作製したスラリーを厚さ10μmのSUS箔からなる負極集電体220にドクターブレードを用いて塗布し、80℃で2時間以上乾燥した。このとき、乾燥後の1cm2当たりの負極合剤層210の重量が8mg/cm2となるように、スラリーの塗布量を調整した。乾燥後の電極を密度1.5g/cm3となるように加圧して、外径13mmで打ち抜いて負極200とした。
<Manufacturing of negative electrode 200>
Graphite (amorphous coating, average particle size 10 μm) as the negative electrode active material, polyvinylidene fluoride (PVDF) as the negative electrode binder, and acetylene black as the negative electrode conductive agent are mixed at a weight ratio of 88:10: 2 and N-methyl. -2-Pyrrolidone was added and further mixed to prepare a slurry-like solution. The prepared slurry was applied to a negative electrode current collector 220 made of SUS foil having a thickness of 10 μm using a doctor blade, and dried at 80 ° C. for 2 hours or more. At this time, the amount of the slurry applied was adjusted so that the weight of the negative electrode mixture layer 210 per 1 cm 2 after drying was 8 mg / cm 2. The dried electrode was pressurized to a density of 1.5 g / cm 3 and punched out with an outer diameter of 13 mm to obtain a negative electrode 200.

<二次電池1000の作製>
作製した正極100、負極200、半固体電解質層300を100℃で2時間以上乾燥した後に、アルゴンで充填したグローブボックス内に移した。その後、半固体電解質層300の片面に負極200、他面に正極100を配置し、2032サイズのコイン型電池セルホルダに入れて半固体電解液を注液し、かしめ機により密閉することで二次電池1000を作製した。
<Manufacturing of secondary battery 1000>
The prepared positive electrode 100, negative electrode 200, and semi-solid electrolyte layer 300 were dried at 100 ° C. for 2 hours or more, and then transferred into a glove box filled with argon. After that, the negative electrode 200 is placed on one side of the semi-solid electrolyte layer 300, and the positive electrode 100 is placed on the other side. A battery 1000 was manufactured.

<実施例2〜20>
第一の添加剤や第一の添加剤の添加量などを図3のようにした以外は実施例1と同様にして半固体電解質層および二次電池を作製した。
<Examples 2 to 20>
A semi-solid electrolyte layer and a secondary battery were produced in the same manner as in Example 1 except that the first additive and the amount of the first additive added were as shown in FIG.

<実施例21>
リチウムイミド塩(電解質塩)としてLiTFSI、主溶媒としてN-メチル-N-プロピルピロリジニウム(Py13)およびビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(TFSI)から構成されるイオン液体(Py13TFSI)、低粘度溶媒としてPCを用い、LiTFSIとPy13TFSIをLiTFSIの濃度が1mol/Lとなるように調合した。その後、Py13TFSIと同体積のPCを加え、混合溶媒を作製した。第一の添加剤としてNBu4PF6を5wt量%、第二の添加剤としてビニレンカーボネート(VC)を3wt%を、LiTFSI、Py13TFSI、PCを含む混合溶媒に添加して半固体電解液を作製した。これ以外はすべて実施例10と同様にして半固体電解質層および二次電池を作製した。
<Example 21>
LiTFSI as lithiumimide salt (electrolyte salt), ionic liquid (Py13TFSI) composed of N-methyl-N-propylpyrrolidinium (Py13) and bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (TFSI) as main solvent, low-viscosity solvent LiTFSI and Py13TFSI were prepared so that the concentration of LiTFSI was 1 mol / L. Then, the same volume of PC as Py13TFSI was added to prepare a mixed solvent. A semi-solid electrolyte was prepared by adding 5 wt% of NBu 4 PF 6 as the first additive and 3 wt% of vinylene carbonate (VC) as the second additive to a mixed solvent containing LiTFSI, Py13TFSI, and PC. bottom. A semi-solid electrolyte layer and a secondary battery were produced in the same manner as in Example 10 except for the above.

<比較例1〜6>
第一の添加剤や第一の添加剤の添加量などを図3のようにした以外は実施例1と同様にして半固体電解質層および二次電池を作製した。
<Comparative Examples 1 to 6>
A semi-solid electrolyte layer and a secondary battery were produced in the same manner as in Example 1 except that the first additive and the amount of the first additive added were as shown in FIG.

<イオン伝導度の評価>
半固体電解質層300の両面から外径13mmのSUS箔で挟み込み、これを2032コインセルに組み込んだ。交流インピーダンス測定によってイオン伝導度を評価した。
<Evaluation of ionic conductivity>
It was sandwiched between both sides of the semi-solid electrolyte layer 300 with SUS foil having an outer diameter of 13 mm, and this was incorporated into a 2032 coin cell. Ion conductivity was evaluated by AC impedance measurement.

<正極集電体120の溶解開始電位の測定方法>
半固体電解質層300に適用した液体成分を多孔質の樹脂シートに含ませ、ここへ電極面積を1cm2にしたAlあるいはSUSと、対極としてLi金属を用い挟み込み、評価セルを作製した。そこに、走査電位10μV/secで、電位範囲3.0Vから6.0Vまで電位を掃引し、酸化電流が立ち上がる電位[対Li箔](V)を計測した。
<Measurement method of dissolution start potential of positive electrode current collector 120>
The liquid component applied to the semi-solid electrolyte layer 300 was contained in a porous resin sheet, and Al or SUS having an electrode area of 1 cm 2 and Li metal as a counter electrode were sandwiched therein to prepare an evaluation cell. Then, at a scanning potential of 10 μV / sec, the potential was swept from the potential range of 3.0 V to 6.0 V, and the potential at which the oxidation current rises [against Li foil] (V) was measured.

<初期電池容量の評価>
二次電池1000を用いて50℃で測定した。ソーラトロン社製の1480ポテンシオスタットを用いて、1Cレートで定電流−定電位(CC−CV)充電した。その後、1時間開回路状態で休止した後に1Cレートで定電流放電した。上限電圧は4.2V、下限電圧は2.7Vとした。電池容量は用いた正極重量あたりの値に換算した。
<Evaluation of initial battery capacity>
The measurement was performed at 50 ° C. using a secondary battery 1000. It was charged at a constant current-constant potential (CC-CV) at a 1C rate using a Solartron 1480 Potentiostat. Then, after resting in the open circuit state for 1 hour, a constant current was discharged at a 1C rate. The upper limit voltage was 4.2V and the lower limit voltage was 2.7V. The battery capacity was converted to the value per positive electrode weight used.

<サイクル特性の評価>
先の手順にて初回充放電を実施した後に、充放電時の電流量を1Cレートで充放電サイクルを100回繰り返し、100サイクル後の放電容量を再度評価し、初回の放電容量との比から、容量維持率を算出した。なお、充電後と放電後には、二次電池1000は開回路状態で1時間休止した。
<Evaluation of cycle characteristics>
After performing the initial charge / discharge in the previous procedure, the charge / discharge cycle is repeated 100 times at a rate of 1C, and the discharge capacity after 100 cycles is evaluated again from the ratio with the initial discharge capacity. , The capacity retention rate was calculated. After charging and discharging, the secondary battery 1000 was inactive for 1 hour in an open circuit state.

<結果および結果の考察>
図3に実施例および比較例の結果を示す。実施例における正極集電体120の溶解開始電位は、比較例における正極集電体120の溶解開始電位より高く、実施例では電極集電体の溶出を抑制できた。
<Results and consideration of results>
FIG. 3 shows the results of Examples and Comparative Examples. The dissolution start potential of the positive electrode current collector 120 in the examples was higher than the dissolution start potential of the positive electrode current collector 120 in the comparative example, and the elution of the electrode current collector could be suppressed in the example.

第一の添加剤として加水分解性の高いLiPF6、LiBF4を用いた比較例3〜比較例6では、容量維持率は改善するものの30%と低い値であった。これは、作製した電極内に含まれる水分で第一の添加剤が分解消費され、適切に正極集電体120上での皮膜形成に利用されなかったためと考えられる。 In Comparative Examples 3 to 6 in which LiPF 6 and LiBF 4 having high hydrolyzability were used as the first additives, the volume retention rate was as low as 30% although it was improved. It is considered that this is because the first additive was decomposed and consumed by the water contained in the produced electrode and was not appropriately used for forming the film on the positive electrode current collector 120.

一方、第一の添加剤として加水分解性の低いNBu4PF6、NBu4BF4を用いた実施例1〜実施例4では、容量維持率は68%以上まで改善し、解体分析後のSEM−EDX解析では、正極集電体120の溶解に起因した金属成分の検出は確認されなかった。また、正極集電体120の溶解開始電位は比較例1および比較例2の4.2Vから4.7〜4.8Vと大きく改善した。これは、第一の添加剤で用いたPF6 -ないしBF4 -アニオンが、電極集電体表面で皮膜形成反応に寄与したためと考えられる。 On the other hand, in Examples 1 to 4 in which NBu 4 PF 6 and NBu 4 BF 4 having low hydrolyzability were used as the first additive, the volume retention rate was improved to 68% or more, and the SEM after dismantling analysis was performed. -EDX analysis did not confirm the detection of metal components due to the dissolution of the positive electrode current collector 120. In addition, the dissolution start potential of the positive electrode current collector 120 was significantly improved from 4.2 V in Comparative Example 1 and Comparative Example 2 to 4.7 to 4.8 V. This, PF 6 used in the first additive - to not BF 4 - anions, presumably because contributed to the film formation reaction in the electrode current collector surface.

第一の添加剤としてEMI-PF6やBMI-PF6を用いた実施例5〜実施例8でも、NBu4PF6と同様に、サイクル試験後の容量維持率も高かった。さらに、イオン伝導度がNBu4PF6と比べて高い傾向にあり、充放電レートの観点で望ましい結果となった。In Examples 5 to 8 in which EMI-PF 6 and BMI-PF 6 were used as the first additive, the capacity retention rate after the cycle test was also high, as in NBu 4 PF 6. Furthermore, the ionic conductivity tends to be higher than that of NBu 4 PF 6 , which is a desirable result from the viewpoint of charge / discharge rate.

実施例2および実施例9〜実施例13は、第一の添加剤としてNBu4PF6を適用し、その添加量を1wt%から20wt%まで変化させたものである。すべての添加量に対し、容量維持率が比較例2に比べて改善しており、特に添加量が2.5wt%〜10wt%の範囲では、第一の添加剤の適用によるイオン伝導低下も少なく、さらに容量維持率も高い値となった。In Example 2 and Examples 9 to 13, NBu 4 PF 6 was applied as the first additive, and the amount of the additive was changed from 1 wt% to 20 wt%. The volume retention rate was improved with respect to all the addition amounts as compared with Comparative Example 2, and especially when the addition amount was in the range of 2.5 wt% to 10 wt%, the decrease in ionic conduction due to the application of the first additive was small. Furthermore, the capacity retention rate was also high.

実施例14は、実施例2に対し、リチウムイミド塩の種類を変更したものである。同じリチウムイミド塩であるリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiFSI)を用いた場合でもLiTFSIと同様に、容量維持率は高い結果となった。 Example 14 is a modification of Example 2 in which the type of lithium imide salt is changed. Even when lithium bis (fluorosulfonyl) imide (LiFSI), which is the same lithium imide salt, was used, the capacity retention rate was high as in the case of LiTFSI.

実施例15〜実施例17は、実施例10に対し、低粘度有機溶媒の種類を変更したものである。低粘度有機溶媒の有無に依らず、また、低粘度有機溶媒の種類に依らず、容量維持率は高かった。一方、実施例2、実施例16、実施例17を比較した場合、実施例2のイオン伝導度が高く、初回放電容量が増加している。よって、低粘度有機溶媒としてPCを用いると、初回放電容量が増加することが分かった。 In Examples 15 to 17, the type of low-viscosity organic solvent was changed from that in Example 10. The capacity retention rate was high regardless of the presence or absence of the low-viscosity organic solvent and regardless of the type of the low-viscosity organic solvent. On the other hand, when Example 2, Example 16 and Example 17 are compared, the ionic conductivity of Example 2 is high and the initial discharge capacity is increased. Therefore, it was found that the initial discharge capacity increased when PC was used as the low-viscosity organic solvent.

実施例18〜実施例20は、実施例10に対して、第二の添加剤の種類を変更したものである。第二の添加剤の種類に依らず、容量維持率は高かった。 In Examples 18 to 20, the type of the second additive is changed from that in Example 10. The volume retention rate was high regardless of the type of the second additive.

実施例21のように低揮発性の液体としてイオン液体を用いた場合でも、容量維持率は高い。実施例21におけるPy13TFSIは、実施例10におけるG4とLiTFSIとの錯体よりもイオン伝導度が高く、初回放電容量が増加したと考えられる。 Even when an ionic liquid is used as the low volatility liquid as in Example 21, the capacity retention rate is high. It is considered that Py13TFSI in Example 21 had higher ionic conductivity than the complex of G4 and LiTFSI in Example 10 and the initial discharge capacity was increased.

図4に、実施例1と比較例1の充放電サイクル試験結果を示す。液体成分に第一の添加剤を含まない比較例1では、図4のようにサイクル途中で容量が急激に低下し、100サイクル後の放電容量はほぼゼロであった。試験後の解体分析の結果、正極集電体120であるSUSが明らかに溶出し、SEM−EDX(走査型電子顕微鏡−エネルギー分散型X線分光法)から、溶出した金属成分が負極200側に濃縮されていることが確認された。この傾向は比較例2でも同様であった。 FIG. 4 shows the charge / discharge cycle test results of Example 1 and Comparative Example 1. In Comparative Example 1 in which the first additive was not contained in the liquid component, the capacity decreased sharply in the middle of the cycle as shown in FIG. 4, and the discharge capacity after 100 cycles was almost zero. As a result of disassembly analysis after the test, SUS, which is the positive electrode current collector 120, was clearly eluted, and the eluted metal component was transferred to the negative electrode 200 side from SEM-EDX (scanning electron microscope-energy dispersive X-ray spectroscopy). It was confirmed that it was concentrated. This tendency was the same in Comparative Example 2.

100 正極
110 正極合剤層
120 正極集電体
130 正極タブ部
200 負極
210 負極合剤層
220 負極集電体
230 負極タブ部
300 半固体電解質層
400 電極体
500 外装体
1000 二次電池
本明細書で引用した全ての刊行物、特許および特許出願はそのまま引用により本明細書に組み入れられるものとする。
100 positive electrode
110 Positive electrode mixture layer
120 Positive electrode current collector
130 Positive electrode tab
200 negative electrode
210 Negative electrode mixture layer
220 Negative electrode current collector
230 Negative electrode tab
300 semi-solid electrolyte layer
400 electrode body
500 exterior
1000 Rechargeable Batteries All publications, patents and patent applications cited herein are incorporated herein by reference in their entirety.

Claims (6)

半固体電解質溶媒および電解質塩を含む混合溶媒、ならびに第一の添加剤を含み、
前記第一の添加剤が、テトラブチルアンモニウムヘキサフルオロホスフェート、テトラブチルアンモニウムテトラフルオロボレート、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェート及び1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェートよりなる群から選択される一種である半固体電解液と、
粒子と
を含む半固体電解質
Contains a mixed solvent containing a semi-solid electrolyte solvent and an electrolyte salt, as well as the first additive.
The group in which the first additive comprises tetrabutylammonium hexafluorophosphate, tetrabutylammonium tetrafluoroborate, 1-ethyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate and 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate. a semi-solid electrolyte is one selected from,
With particles
Semi-solid electrolyte containing .
記混合溶媒に対する前記第一の添加剤の添加量は1wt%〜20wt%である請求項1に記載の半固体電解Semi solid electrolyte according to claim 1 amount of the first additive to prior Symbol mixed solvent is 1 wt% 20 wt%. 前記混合溶媒が、さらに低粘度有機溶媒を含む請求項1に記載の半固体電解Semi solid electrolyte according to claim 1 wherein the mixed solvent further containing a low viscosity organic solvent. 前記半固体電解液、第二の添加剤を含む請求項1に記載の半固体電解 The semi-solid electrolyte, a semi-solid electrolyte according to claim 1 comprising a second additive. 請求項に記載の半固体電解質および半固体電解質バインダを有する半固体電解質層。 A semi-solid electrolyte layer having the semi-solid electrolyte and the semi-solid electrolyte binder according to claim 1. 正極集電体および前記正極集電体上に形成された正極合剤層を含む正極と、
負極集電体および前記負極集電体上に形成された負極合剤層を含む負極と、
請求項に記載の半固体電解質層と、を有する二次電池。
A positive electrode including a positive electrode current collector and a positive electrode mixture layer formed on the positive electrode current collector, and a positive electrode.
A negative electrode containing a negative electrode current collector and a negative electrode mixture layer formed on the negative electrode current collector, and a negative electrode.
A secondary battery having the semi-solid electrolyte layer according to claim 5.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7243406B2 (en) * 2019-04-15 2023-03-22 株式会社豊田自動織機 Electrolyte and lithium ion secondary battery
JPWO2022074999A1 (en) * 2020-10-08 2022-04-14
CN113097574A (en) * 2021-02-22 2021-07-09 江苏师范大学 Preparation method of solid-liquid mixed electrolyte of zinc ion battery

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040191629A1 (en) * 2003-03-26 2004-09-30 Sanyo Electric Co., Ltd. Positive electrode, non-aqueous electrolyte secondary battery, and method of manufacturing the same
JP4565812B2 (en) * 2003-04-28 2010-10-20 三洋電機株式会社 Nonaqueous electrolyte secondary battery
DE112004000967T5 (en) * 2003-06-09 2006-03-23 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd., Kadoma Electrolyte solution for an electronic element, process for searching for same, process for its production and electronic element
DE602005017837D1 (en) * 2004-01-15 2010-01-07 Panasonic Corp Non-aqueous electrolyte for electrochemical devices
JP4198658B2 (en) * 2004-09-24 2008-12-17 株式会社東芝 Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP5088727B2 (en) * 2006-03-17 2012-12-05 日本合成化学工業株式会社 Lithium secondary battery
US8163195B2 (en) * 2006-06-30 2012-04-24 Otsuka Chemical Co., Ltd. Additives for electrolyte solution and electrolyte solution
GB0813669D0 (en) * 2008-07-25 2008-09-03 Imp Innovations Ltd Electrolyte
CN101587970A (en) * 2009-06-19 2009-11-25 中南大学 Electrolyte for high multiplying power lithium ion battery and preparation method thereof
CN101635380A (en) * 2009-07-15 2010-01-27 哈尔滨工业大学 Lithium ion battery gel type ionic liquid/polymer electrolyte and preparation method thereof
CN102199846A (en) * 2011-04-29 2011-09-28 华南师范大学 Porous polymer electrolyte supporting membrane material, preparation method thereof and application thereof
JP5781386B2 (en) * 2011-07-12 2015-09-24 大塚化学株式会社 Non-aqueous electrolyte and non-aqueous electrolyte battery
CN104011924A (en) * 2011-12-22 2014-08-27 三洋电机株式会社 Nonaqueous electrolyte secondary battery
US20140017571A1 (en) * 2012-07-16 2014-01-16 Nthdegree Technologies Worldwide Inc. Printable Ionic Gel Separation Layer for Energy Storage Devices
CN103579672A (en) * 2012-07-24 2014-02-12 海洋王照明科技股份有限公司 Gel polymer electrolyte and preparation method thereof
JP6586696B2 (en) * 2015-09-17 2019-10-09 株式会社日立製作所 Pseudo-solid electrolyte and all-solid lithium secondary battery using the same

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