JP7301266B2 - 非水電解質二次電池 - Google Patents
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Description
正極11は、例えば、金属箔等の正極集電体と、正極集電体表面に形成された正極合剤層とを含む。正極集電体には、正極11の電位範囲で安定な金属の箔、または正極11の電位範囲で安定な金属を表層に配置したフィルム等が用いられる。正極11の電位範囲で安定な金属としては、アルミニウム(Al)又はアルミニウム合金を用いることが好適である。正極合剤層は、少なくとも正極活物質を含み、導電剤及び結着剤等をさらに含んでもよい。正極合剤層は、これらをN-メチル-2-ピロリドン等の適当な溶媒で混合し、正極集電体表面に塗布した後、乾燥及び圧延して得られる。
負極12は、例えば、金属箔等の負極集電体と、負極集電体表面に形成された負極合剤層とを含む。負極集電体には、負極12の電位範囲でリチウムと合金を作らない金属の箔、または負極12の電位範囲でリチウムと合金を作らない金属を表層に配置したフィルム等が用いられる。負極12の電位範囲でリチウムと合金を作らない金属としては、銅、ステンレス鋼等を例示できて、低コストで加工がしやすく電子伝導性の良い銅が好ましい。負極合剤層は、少なくとも負極活物質を含み、結着剤等をさらに含んでもよい。負極合剤層は、これらを水あるいは適当な溶媒で混合し、負極集電体表面に塗布した後、乾燥及び圧延することにより得られる。
セパレータ13は、正極11と負極12との間に配置されるイオン透過性及び絶縁性を有する多孔性フィルムが用いられる。多孔性フィルムとしては、微多孔薄膜、織布、不織布等が挙げられる。セパレータ13に用いられる材料としては、ポリオレフィンが好ましく、より具体的にはポリエチレン、ポリプロピレン等が好適である。セパレータ13の気孔率は、例えば40~55%が好ましい。セパレータ13の気孔率が40%以下となると放電特性が低下する。一方、セパレータ13の気孔率が55%以上となると長期信頼性の低下が懸念される。セパレータ13の基材の厚さは、9~20μmであることが好ましい。基材の厚さがこの範囲のときに、信頼性と高率放電特性が最適となる。また、セパレータの表面に、基材と異なる材料、例えばポリアミドイミド、及びアラミド(芳香族ポリアミド)、金属酸化物等から選択される材料等を含む多孔質層を設けてもよい。
非水電解質は、電解質塩と、電解質塩を溶解する非水溶媒とを含有する。電解質塩は、ビススルホニルイミド構造を有するリチウム化合物と、ジカルボン酸アニオンが中心原子に配位した錯体構造を有するリチウム化合物と、ヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6)と、を含む。
[正極の作製]
正極活物質には、化学式LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2で表されるリチウム含有遷移金属酸化物を用いた。当該活物質と、アセチレンブラックと、ポリフッ化ビニリデンとを、質量比で95:3:2となるように混合した後、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)を適量加えて、正極合剤スラリーを調製した。次に、この正極合剤スラリーを、アルミニウム箔からなる正極集電体の両面に塗布した。塗膜を乾燥した後、プレス機を用いて圧延することにより、正極集電体の両面に正極合剤層が形成された正極を作製した。正極合剤層の合剤密度は3.15g/cm3であった。
天然黒鉛と、カルボキシメチルセルロース(CMC)と、スチレンブタジエン共重合体(SBR)とを、98:1:1の質量比で水溶液中において混合し、負極合剤スラリーを調製した。次に、この負極合剤スラリーを銅箔からなる負極集電体の両面に塗布した。塗膜を乾燥させた後、プレス機を用いて圧延することにより、負極集電体の両面に負極合剤層が形成された負極を作製した。負極合剤層の合剤密度は1.5g/cm3であった。
エチレンカーボネート(EC)とプロピレンカーボネート(PC)とジメチルカーボネート(DMC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とを、15:10:65:10の体積比で混合し、さらにフルオロエチレンカーボネート(FEC)と炭酸ビニレン(VC)とをそれぞれを0.05質量%、1質量%添加して、混合溶媒を調製した。次いで、ヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6)と、チウムビスフルオロスルホニルアミド(LiLSI)と、リチウムビスオキサラートボラート(LiBOB)とをそれぞれ1.0M、0.4M、0.15Mの割合で混合溶媒に溶解させて、非水電解質を調製した。
セパレータは、厚さ16μm、気孔率42%の多孔質ポリエチレンフィルムを用いた。正極と負極とをセパレータを介して巻回して電極体を作製した。電極体中の正極は、正極リードを介して封口板のフィルタに接合し、負極は負極リードを介して外装体の底部に接合し、非水電解質とともに電極体を外装体に収容した。その後、外装体の開口端部をガスケットを介して封口体にて密閉することで、設計容量2050mAhの18650円筒形の非水電解質二次電池を作製した。
25℃の環境下で、1.025Aで電池電圧4.1Vとなるまで定電流充電を行い、さらに4.1Vの電圧で電流値が50mAとなるまで定電圧充電を行った。その後、25℃の環境下で2時間保管した後に、75Wの電力で電池電圧が2.50Vとなるまで定電力放電を行った。初期の直流抵抗は、以下の式のように、開回路電圧(OCV)と、放電から25秒後の閉回路電圧(CCV)との差を、放電から25秒後の放電電流で除すことで算出した。
直流抵抗=[OCV-CCV(放電25秒後)]/放電電流(放電25秒後)
25℃の環境下で、1.025Aで電池電圧4.1Vとなるまで定電流充電を行い、さらに4.1Vの電圧で電流値が50mAとなるまで定電圧充電を行った。次いで、60℃の環境下で6ヶ月間保管した後に、25℃の環境下で2時間保管して電池表面温度が25℃になったことを確認してから、25℃環境下にて、75Wの電力で電池電圧が2.50Vとなるまで定電力放電を行った。高温保管後の直流抵抗は、初期の直流抵抗と同様に、開回路電圧(OCV)と、放電から25秒後の閉回路電圧(CCV)との差を、放電から25秒後の放電電流で除すことで算出した。
実施例2~16及び比較例1~13は、電解質塩の成分比、及び非水溶媒の成分比をそれぞれ表1に示すように変更した以外は、実施例1と同様の方法で二次電池を作製した。なお、実施例14~16及び比較例13では、フッ素化溶媒として、FECに代わって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(HFE)を用いた。測定した初期及び高温保管後の直流抵抗の値を表1に示した。
Claims (6)
- 正極と、
負極と、
電解質塩及び非水溶媒を含有する非水電解質と、を備え、
前記電解質塩は、ビススルホニルイミド構造を有するリチウム化合物と、ジカルボン酸アニオンが中心原子に配位した錯体構造を有するリチウム化合物と、ヘキサフルオロリン酸リチウムと、を含み、
前記非水溶媒は、ジメチルカーボネートと、エチルメチルカーボネートと、任意添加成分としてのフッ素化溶媒と、を含み、
前記電解質塩全体の濃度は、1.4M以上1.8M以下であり、
前記ビススルホニルイミド構造を有するリチウム化合物の濃度は、0.2M以上0.7M以下であり、
前記ジカルボン酸アニオンが中心原子に配位した錯体構造を有するリチウム化合物の濃度は、0.07M以上0.25M以下であり、
ジメチルカーボネートの含有量は、前記フッ素化溶媒を除く前記非水溶媒の全体積に対して60体積%以上80体積%以下であり、
前記フッ素化溶媒の添加量は、前記フッ素化溶媒を除く前記非水溶媒の全質量に対して0.15質量%以下である、非水電解質二次電池。 - 前記フッ素化溶媒の添加量は、前記フッ素化溶媒を除く前記非水溶媒の全質量に対して0.05質量%以上0.15質量%以下である、請求項1に記載の非水電解質二次電池。
- 前記フッ素化溶媒は、フッ素化環状カーボネート及びフッ素化エーテルの少なくとも一方である、請求項1又は2に記載の非水電解質二次電池。
- 前記フッ素化溶媒は、フルオロエチレンカーボネートである、請求項1又は2に記載の非水電解質二次電池。
- エチルメチルカーボネートの含有量は、前記フッ素化溶媒を除く前記非水溶媒の全体積に対して5体積%以上15体積%以下である、請求項1~4のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池。
- 前記非水溶媒は、さらに、環状カーボネートを含む、請求項1~5のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池。
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