JP7346799B2 - Lithium boron phosphate compound, additive for lithium secondary batteries, non-aqueous electrolyte for lithium secondary batteries, lithium secondary battery precursor, method for producing lithium secondary batteries, and lithium secondary batteries - Google Patents
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Description
本開示は、新規なリン酸ホウ素リチウム化合物、リチウム二次電池用添加剤、リチウム二次電池用非水電解液、リチウム二次電池前駆体、リチウム二次電池の製造方法、及びリチウム二次電池に関する。 The present disclosure relates to a novel lithium boron phosphate compound, an additive for lithium secondary batteries, a nonaqueous electrolyte for lithium secondary batteries, a lithium secondary battery precursor, a method for producing a lithium secondary battery, and a lithium secondary battery. Regarding.
非水電解液を用いた電池(例えばリチウム二次電池)の性能を改善するために、非水電解液に対し、種々の添加剤を含有させることが行われている。
リン酸リチウム化合物、例えば、モノフルオロリン酸リチウム及びジフルオロリン酸リチウムの少なくとも一方を添加剤として含有する電池用非水電解液が知られている(例えば、特許文献1参照)。
ホウ酸リチウム化合物も添加剤として用いられ、例えば、ビス(オキサラト)ホウ酸リチウムを含むリチウムイオン電池用電解液が知られている(例えば、特許文献2参照)。また、例えば、ジフルオロ(オキサラト)ホウ酸リチウムを含むリチウムイオン電池用電解液も知られている(例えば、特許文献3参照)。
また、リン酸ホウ素リチウム化合物も添加剤として用いられ、例えば、LiBF3(PO2F2)等の化合物を含むリチウムイオン電池用電解液が知られている(例えば、特許文献4参照)。
In order to improve the performance of batteries using non-aqueous electrolytes (for example, lithium secondary batteries), various additives have been incorporated into non-aqueous electrolytes.
BACKGROUND ART Nonaqueous electrolytes for batteries are known that contain a lithium phosphate compound, for example, at least one of lithium monofluorophosphate and lithium difluorophosphate as an additive (see, for example, Patent Document 1).
Lithium borate compounds are also used as additives, and for example, electrolytes for lithium ion batteries containing lithium bis(oxalato)borate are known (see, for example, Patent Document 2). Further, for example, an electrolytic solution for lithium ion batteries containing lithium difluoro(oxalato)borate is also known (see, for example, Patent Document 3).
Lithium boron phosphate compounds are also used as additives, and for example, electrolytes for lithium ion batteries containing compounds such as LiBF 3 (PO 2 F 2 ) are known (for example, see Patent Document 4).
本開示の一態様の課題は、新規なリン酸ホウ素リチウム化合物、及び、リン酸ホウ素リチウム化合物を含むリチウム二次電池用添加剤を提供することである。
また、本開示の別の一態様の課題は、高温環境下における、電池抵抗、及びガスの発生による電池膨れ(「ガス膨れ」ともいう。)を低減できるリチウム二次電池用非水電解液、並びに、上記リチウム二次電池用非水電解液を含むリチウム二次電池前駆体、リチウム二次電池、及び前記リチウム二次電池前駆体を用いるリチウム二次電池の製造方法を提供することである。
An object of one aspect of the present disclosure is to provide a novel lithium boron phosphate compound and an additive for lithium secondary batteries containing the lithium boron phosphate compound.
Another object of the present disclosure is to provide a non-aqueous electrolyte for a lithium secondary battery that can reduce battery resistance and battery swelling due to gas generation (also referred to as "gas swelling") in a high-temperature environment; Another object of the present invention is to provide a lithium secondary battery precursor containing the non-aqueous electrolyte for lithium secondary batteries, a lithium secondary battery, and a method for manufacturing a lithium secondary battery using the lithium secondary battery precursor.
上記課題を解決するための手段には、以下の態様が含まれる。
<1>
下記式(I)で表される繰り返し構造を含むリン酸ホウ素リチウム化合物。
Means for solving the above problems include the following aspects.
<1>
A lithium boron phosphate compound containing a repeating structure represented by the following formula (I).
〔式(I)中、nは1以上の整数を示す。〕 [In formula (I), n represents an integer of 1 or more. ]
<2>
数平均分子量(Mn)が150~100000である<1>に記載のリン酸ホウ素リチウム化合物。
<2>
The lithium boron phosphate compound according to <1>, which has a number average molecular weight (Mn) of 150 to 100,000.
<3>
数平均分子量(Mn)に対する重量平均分子量(Mw)の比(Mw/Mn)が1.0以上3.0以下である<1>又は<2>に記載のリン酸ホウ素リチウム化合物。
<3>
The lithium boron phosphate compound according to <1> or <2>, wherein the ratio of weight average molecular weight (Mw) to number average molecular weight (Mn) (Mw/Mn) is 1.0 or more and 3.0 or less.
<4>
<1>~<3>のいずれか1つに記載のリン酸ホウ素リチウム化合物を含むリチウム二次電池用添加剤。
<5>
フッ素を含むリチウム塩である電解質と、非水溶媒と、<1>~<3>のいずれか1つに記載のリン酸ホウ素リチウム化合物と、を含有するリチウム二次電池用非水電解液。
<6>
前記リン酸ホウ素リチウム化合物の含有量が、リチウム二次電池用非水電解液の全量に対し、0.1質量%~5.0質量%である<5>に記載のリチウム二次電池用非水電解液。
<7>
更に、ビニレンカーボネートを含有する<5>又は<6>に記載のリチウム二次電池用非水電解液。
<8>
ケースと、前記ケースに収容された、正極、負極、セパレータ、及び電解液と、を備え、前記正極が、リチウムイオンを吸蔵及び放出可能な正極であり、前記負極が、リチウムイオンを吸蔵及び放出可能な負極であり、前記電解液が、<5>~<7>のいずれか1つに記載のリチウム二次電池用非水電解液であるリチウム二次電池前駆体。
<9>
前記正極が、正極活物質として、下記一般式(C1)で表されるリチウム含有複合酸化物を含む請求項8に記載のリチウム二次電池前駆体。
LiNiaCobMncO2 … 一般式(C1)
〔一般式(C1)中、a、b及びcは、それぞれ独立に、0超1未満であり、かつ、a、b及びcの合計は、0.99~1.00である。〕
<10>
<8>又は<9>に記載のリチウム二次電池前駆体を準備する工程と、前記リチウム二次電池前駆体に対してエージング処理を施すことにより、リチウム二次電池を得る工程と、を含み、前記エージング処理は、前記リチウム二次電池前駆体に対し、30℃~70℃の環境下で、充電及び放電を施すことを含むリチウム二次電池の製造方法。
<11>
ケースと、前記ケースに収容された、正極、負極、セパレータ、及び電解液と、を備え、前記正極が、リチウムイオンを吸蔵及び放出可能な正極であり、前記負極が、リチウムイオンを吸蔵及び放出可能な負極であり、前記電解液が、フッ素を含むリチウム塩である電解質と非水溶媒とを含有する非水電解液であり、前記負極の表面の少なくとも一部に、下記式(I)で表される繰り返し構造を含むリン酸ホウ素リチウム化合物及び前記電解質に由来する成分を含有する負極被膜が形成されており、前記正極の表面の少なくとも一部に、下記式(I)で表される繰り返し構造を含むリン酸ホウ素リチウム化合物及び前記電解質に由来する成分を含有する正極被膜が形成されているリチウム二次電池。
〔式(I)中、nは1以上の整数を示す。〕
<4>
An additive for lithium secondary batteries comprising the lithium boron phosphate compound according to any one of <1> to <3>.
<5>
A nonaqueous electrolyte for a lithium secondary battery, comprising an electrolyte that is a lithium salt containing fluorine, a nonaqueous solvent, and the lithium boron phosphate compound according to any one of <1> to <3>.
<6>
The nonaqueous boron phosphate lithium compound according to <5>, wherein the content of the lithium boron phosphate compound is 0.1% by mass to 5.0% by mass based on the total amount of the nonaqueous electrolyte for lithium secondary batteries. Water electrolyte.
<7>
The nonaqueous electrolyte for a lithium secondary battery according to <5> or <6>, further containing vinylene carbonate.
<8>
The case includes a positive electrode, a negative electrode, a separator, and an electrolyte that are housed in the case, the positive electrode being a positive electrode capable of intercalating and deintercalating lithium ions, and the negative electrode being a positive electrode capable of intercalating and deintercalating lithium ions. A lithium secondary battery precursor, which is a possible negative electrode, and the electrolyte is the nonaqueous electrolyte for a lithium secondary battery according to any one of <5> to <7>.
<9>
The lithium secondary battery precursor according to claim 8, wherein the positive electrode contains a lithium-containing composite oxide represented by the following general formula (C1) as a positive electrode active material.
LiNia Co b Mn c O 2 ... General formula (C1)
[In general formula (C1), a, b and c are each independently greater than 0 and less than 1, and the sum of a, b and c is 0.99 to 1.00. ]
<10>
A step of preparing a lithium secondary battery precursor according to <8> or <9>, and a step of obtaining a lithium secondary battery by subjecting the lithium secondary battery precursor to an aging treatment. A method for producing a lithium secondary battery, wherein the aging treatment includes charging and discharging the lithium secondary battery precursor in an environment of 30°C to 70°C.
<11>
The case includes a positive electrode, a negative electrode, a separator, and an electrolyte that are housed in the case, the positive electrode being a positive electrode capable of intercalating and deintercalating lithium ions, and the negative electrode being a positive electrode capable of intercalating and deintercalating lithium ions. The electrolyte is a non-aqueous electrolyte containing an electrolyte that is a fluorine-containing lithium salt and a non-aqueous solvent, and at least a part of the surface of the negative electrode is formed by the following formula (I). A negative electrode coating containing a component derived from the electrolyte and a lithium boron phosphate compound having the repeating structure represented by the formula (I) is formed on at least a portion of the surface of the positive electrode, and the repeating structure represented by the following formula (I) is A lithium secondary battery comprising a positive electrode coating containing a lithium boron phosphate compound having a structure and a component derived from the electrolyte.
[In formula (I), n represents an integer of 1 or more. ]
本開示の一態様によれば、新規なリン酸ホウ素リチウム化合物、リン酸ホウ素リチウム化合物を含むリチウム二次電池用添加剤が提供される。
また、本開示の別の一態様によれば、高温環境下における、電池抵抗、及びガスの発生による電池膨れ(「ガス膨れ」ともいう。)を低減できるリチウム二次電池用非水電解液、並びに、上記リチウム二次電池用非水電解液を含むリチウム二次電池前駆体、リチウム二次電池、及び前記リチウム二次電池前駆体を用いるリチウム二次電池の製造方法が提供される。
According to one aspect of the present disclosure, a novel lithium boron phosphate compound and an additive for lithium secondary batteries containing the lithium boron phosphate compound are provided.
Further, according to another aspect of the present disclosure, a non-aqueous electrolyte for a lithium secondary battery that can reduce battery resistance and battery swelling due to gas generation (also referred to as "gas swelling") in a high-temperature environment; Furthermore, a lithium secondary battery precursor containing the above non-aqueous electrolyte for a lithium secondary battery, a lithium secondary battery, and a method for manufacturing a lithium secondary battery using the lithium secondary battery precursor are provided.
本明細書において、「~」を用いて表される数値範囲は、「~」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
本明細書において、組成物中の各成分の量は、組成物中に各成分に該当する物質が複数存在する場合は、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数の物質の合計量を意味する。
本明細書において、「工程」との用語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の目的が達成されれば、本用語に含まれる。
In this specification, a numerical range expressed using "~" means a range that includes the numerical values written before and after "~" as lower and upper limits.
In this specification, if there are multiple substances corresponding to each component in the composition, unless otherwise specified, the amount of each component in the composition refers to the total amount of the multiple substances present in the composition. means.
In this specification, the term "process" is used not only to refer to an independent process, but also to include any process that is not clearly distinguishable from other processes as long as the intended purpose of the process is achieved. It will be done.
〔リン酸ホウ素リチウム化合物〕
本開示のリン酸ホウ素リチウム化合物は、下記式(I)で表される繰り返し構造「(以下、「繰り返し構造(I)」ともいう。)」を含む、新規なリン酸ホウ素リチウム化合物である。
[Lithium boron phosphate compound]
The lithium boron phosphate compound of the present disclosure is a novel lithium boron phosphate compound containing a repeating structure "(hereinafter also referred to as "repeating structure (I)")" represented by the following formula (I).
本開示のリン酸ホウ素リチウム化合物において、繰り返し構造(I)を主成分として含むことが好ましい。ここで、「主成分」とは、本開示のリン酸ホウ素リチウム化合物の全量に対して、「繰り返し構造(I)」の占める割合が50質量%以上であることをいい、好ましくは80質量%以上であり、より好ましくは90質量%以上である。 The lithium boron phosphate compound of the present disclosure preferably contains the repeating structure (I) as a main component. Here, the term "main component" means that the proportion of the "repeating structure (I)" is 50% by mass or more, preferably 80% by mass, based on the total amount of the lithium boron phosphate compound of the present disclosure. or more, and more preferably 90% by mass or more.
繰り返し構造(I)は、末端基を有してもよい直鎖状の構造をとることができる。繰り返し構造(I)が末端基を有する場合、末端基は好ましくは水酸基である。また、繰り返し構造(I)は、末端基を有さない環状の構造をとることもできる。 The repeating structure (I) can have a linear structure that may have a terminal group. When the repeating structure (I) has a terminal group, the terminal group is preferably a hydroxyl group. Moreover, the repeating structure (I) can also have a cyclic structure without a terminal group.
式(I)中、nは1以上の整数を示す。また、nの上限値は特に限定されるものではないが、好ましくは1000であり、より好ましくは100である。式(I)におけるnが1の場合、本開示のリン酸ホウ素リチウム化合物は、下記式(II)で表される構造となる。
なお、本開示のリン酸ホウ素リチウム化合物には、n(繰り返し数)が異なる複数種の構造を含んでいてもよい。
In formula (I), n represents an integer of 1 or more. Further, the upper limit of n is not particularly limited, but is preferably 1000, more preferably 100. When n in formula (I) is 1, the lithium boron phosphate compound of the present disclosure has a structure represented by formula (II) below.
Note that the lithium boron phosphate compound of the present disclosure may include multiple types of structures with different n (repetition numbers).
本開示のリン酸ホウ素リチウム化合物は、分子量を特に制限されるものでは無いが、好ましい分子量としては、GPC測定により求められるポリスチレン換算の数平均分子量(Mn)で、150~100000が好ましく、200~10000がより好ましく、300~5000がさらに好ましい。 The molecular weight of the lithium boron phosphate compound of the present disclosure is not particularly limited, but the preferred molecular weight is 150 to 100,000, preferably 200 to 100,000 in polystyrene equivalent number average molecular weight (Mn) determined by GPC measurement. 10,000 is more preferable, and 300 to 5,000 is even more preferable.
本開示のリン酸ホウ素リチウム化合物は、重量平均分子量(Mw)の数平均分子量(Mn)に対する比(Mw/Mn)は、1.0以上3.0以下であることが好ましく、1.1以上2.7以下であることがより好ましい。 In the lithium boron phosphate compound of the present disclosure, the ratio (Mw/Mn) of weight average molecular weight (Mw) to number average molecular weight (Mn) is preferably 1.0 or more and 3.0 or less, and 1.1 or more. More preferably, it is 2.7 or less.
〔リン酸ホウ素リチウム化合物の製造方法〕
以下、本開示のリン酸ホウ素リチウム化合物の製造方法の一例(「製法X」とも称す。)を示す。但し、本開示のリン酸ホウ素リチウム化合物の製造方法は、製法Xには限定されない。
[Method for producing lithium boron phosphate compound]
An example of the method for producing the lithium boron phosphate compound of the present disclosure (also referred to as "Production Method X") will be shown below. However, the method for producing the lithium boron phosphate compound of the present disclosure is not limited to Production Method X.
製法Xは、リチウム塩化合物と、リン酸化合物とを、溶媒中で反応させ、生成した水を除去して得られるリン酸リチウム化合物(「中間体A」とも称す。)に、三フッ化ホウ素化合物を溶媒中で反応させることにより、本開示のリン酸ホウ素リチウム化合物(即ち、繰り返し構造(I)を含むリン酸ホウ素リチウム化合物;以下、単に「リン酸ホウ素リチウム化合物(X)」とも称する)を得る反応工程を含む。 Production method By reacting the compound in a solvent, the lithium boron phosphate compound of the present disclosure (i.e., the lithium boron phosphate compound containing the repeating structure (I); hereinafter also simply referred to as "lithium boron phosphate compound (X)") It includes a reaction step to obtain.
反応工程におけるリチウム塩化合物としては、炭酸リチウム、水酸化リチウム、リチウムメトキシド、リチウムエトキシド、リチウム-t-ブトキシドなどが挙げられ、炭酸リチウム、又は水酸化リチウムが好ましく、中でも、炭酸リチウムがより好ましい。 Examples of the lithium salt compound in the reaction step include lithium carbonate, lithium hydroxide, lithium methoxide, lithium ethoxide, lithium-t-butoxide, and lithium carbonate or lithium hydroxide are preferred, with lithium carbonate being more preferred. preferable.
反応工程におけるリン酸化合物としては、リン酸、ピロリン酸、トリリン酸、ポリリン酸、五酸化二リンなどが挙げられ、リン酸、ピロリン酸、トリリン酸などが好ましく、中でもリン酸、ピロリン酸がより好ましい。 Examples of the phosphoric acid compound in the reaction step include phosphoric acid, pyrophosphoric acid, triphosphoric acid, polyphosphoric acid, and diphosphorous pentoxide. Phosphoric acid, pyrophosphoric acid, and triphosphoric acid are preferable, and among them, phosphoric acid and pyrophosphoric acid are more preferable. preferable.
反応工程における三フッ化ホウ素化合物としては、気体状態の三フッ化ホウ素、及び、三フッ化ホウ素錯体が挙げられる。三フッ化ホウ素錯体としては、例えば、三フッ化ホウ素ジエチルエーテル錯体、三フッ化ホウ素テトラヒドロフラン錯体、三フッ化ホウ素ジメチルエーテル錯体、三フッ化ホウ素ジブチルエーテル錯体などが挙げられ、三フッ化ホウ素ジエチルエーテル錯体が好ましい。 Examples of the boron trifluoride compound in the reaction step include gaseous boron trifluoride and boron trifluoride complexes. Examples of boron trifluoride complexes include boron trifluoride diethyl ether complex, boron trifluoride tetrahydrofuran complex, boron trifluoride dimethyl ether complex, boron trifluoride dibutyl ether complex, and boron trifluoride diethyl ether complex. Complexes are preferred.
反応工程における溶媒としては、例えば、アセトン、酢酸エチル、アセトニトリル、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、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、トルエン、キシレン(すなわち、オルトキシレン、メタキシレン、又はパラキシレン)、エチルベンゼン、ブチルベンゼン、ペンチルベンゼン、ヘキシルベンゼン、ヘプチルベンゼン、プロピルベンゼン、イソプロピルベンゼン(別名キュメン)、シクロヘキシルベンゼン、テトラリン、メシチレン、メチルシクロペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、シクロノナン等の非水溶媒が挙げられる。 Examples of the solvent in the reaction step include acetone, ethyl acetate, acetonitrile, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, diethyl carbonate, pentane, hexane, heptane, octane, nonane, decane, toluene, xylene (i.e., ortho-xylene, meta-xylene, or paraxylene), ethylbenzene, butylbenzene, pentylbenzene, hexylbenzene, heptylbenzene, propylbenzene, isopropylbenzene (also known as cumene), cyclohexylbenzene, tetralin, mesitylene, methylcyclopentane, cyclohexane, methylcyclohexane, cycloheptane, cyclooctane , cyclononane, and other non-aqueous solvents.
反応工程における反応は、常圧下、減圧下のいずれでも行える。
反応工程における反応は、リン酸ホウ素リチウム化合物(X)の生成を阻害する成分(例えば水分)の混入を防ぐ観点から、不活性雰囲気下(例えば、窒素雰囲気下、アルゴン雰囲気下、等)で行うことが好ましい。
The reaction in the reaction step can be carried out either under normal pressure or under reduced pressure.
The reaction in the reaction step is carried out under an inert atmosphere (e.g., under a nitrogen atmosphere, under an argon atmosphere, etc.) from the viewpoint of preventing the contamination of components (e.g., moisture) that inhibit the production of the lithium boron phosphate compound (X). It is preferable.
反応工程における反応温度は、60℃~150℃であることが好ましく、70℃~120℃であることがより好ましく、80℃~110℃であることがさらに好ましい。
反応温度が60℃以上であると、リン酸ホウ素リチウム化合物(X)の生成が促進されやすい。
反応温度が150℃以下であると、生成したリン酸ホウ素リチウム化合物(X)の分解が抑制され、生成率が向上しやすい。
The reaction temperature in the reaction step is preferably 60°C to 150°C, more preferably 70°C to 120°C, even more preferably 80°C to 110°C.
When the reaction temperature is 60° C. or higher, the production of the lithium boron phosphate compound (X) is likely to be promoted.
When the reaction temperature is 150° C. or lower, decomposition of the produced lithium boron phosphate compound (X) is suppressed, and the production rate tends to improve.
反応工程における反応時間は、ジカルボン酸化合物とリチウム塩化合物とホウ酸化合物との反応を効率よく進行させる観点から、30分~12時間であることが好ましく、1時間~8時間であることがより好ましい。 The reaction time in the reaction step is preferably 30 minutes to 12 hours, more preferably 1 hour to 8 hours, from the viewpoint of efficiently proceeding the reaction between the dicarboxylic acid compound, lithium salt compound, and boric acid compound. preferable.
反応工程後、リン酸ホウ素リチウム化合物(X)を取り出す方法については特に制限はない。
例えば、反応工程により、リン酸ホウ素リチウム化合物(X)が、目的とする成分(即ち、リン酸ホウ素リチウム化合物(X)自体)のみの固体として得られた場合には、その固体を特段の処理なく取り出すことができる。
また、反応工程により、リン酸ホウ素リチウム化合物(X)が溶媒に分散されたスラリーが得られた場合には、スラリーから溶媒を分離し、乾燥させることにより、リン酸ホウ素リチウム化合物(X)を取り出すことができる。
また、反応工程により、リン酸ホウ素リチウム化合物(X)が溶媒に溶解された溶液が得られた場合には、加熱濃縮等によって溶液から溶媒を留去することによってリン酸ホウ素リチウム化合物(X)を取り出すことができる。
また、反応工程により、リン酸ホウ素リチウム化合物(X)が溶媒に溶解された溶液が得られた場合には、溶液に対し、リン酸ホウ素リチウム化合物(X)が溶解しない溶媒を加えることによってリン酸ホウ素リチウム化合物(X)を析出させ、次いで溶液から溶媒を分離し、乾燥させることにより、リン酸ホウ素リチウム化合物(X)を取り出すこともできる。
After the reaction step, there is no particular restriction on the method for removing the lithium boron phosphate compound (X).
For example, if the lithium boron phosphate compound (X) is obtained as a solid containing only the target component (i.e., the lithium boron phosphate compound (X) itself) through the reaction process, the solid may be subjected to special treatment. It can be taken out without any problems.
In addition, when a slurry in which the lithium boron phosphate compound (X) is dispersed in a solvent is obtained through the reaction process, the lithium boron phosphate compound (X) can be obtained by separating the solvent from the slurry and drying it. It can be taken out.
In addition, if a solution in which the lithium boron phosphate compound (X) is dissolved in a solvent is obtained through the reaction process, the lithium boron phosphate compound (X) can be dissolved by distilling off the solvent from the solution by heating concentration or the like. can be taken out.
In addition, if a solution in which the lithium boron phosphate compound (X) is dissolved in a solvent is obtained through the reaction process, phosphorus can be phosphorused by adding a solvent in which the lithium boron phosphate compound (X) is not dissolved to the solution. The lithium boron phosphate compound (X) can also be taken out by precipitating the lithium boron acid compound (X), then separating the solvent from the solution, and drying it.
取り出されたリン酸ホウ素リチウム化合物(X)を乾燥する方法としては、棚段式乾燥機での静置乾燥法;コニカル乾燥機での流動乾燥法;ホットプレート、オーブン等の装置を用いて乾燥させる方法;ドライヤーなどの乾燥機で温風又は熱風を供給する方法;等を適用できる。 Methods for drying the taken out lithium boron phosphate compound (X) include: stationary drying method using a tray dryer; fluidized drying method using a conical dryer; drying using a device such as a hot plate or an oven. A method of supplying warm air or hot air with a dryer such as a dryer; etc. can be applied.
取り出されたリン酸ホウ素リチウム化合物(X)を乾燥する際の圧力は、常圧、減圧のいずれであってもよい。
取り出されたリン酸ホウ素リチウム化合物(X)を乾燥する際の温度は、20℃~150℃であることが好ましく、50℃~140℃であることがより好ましく、80℃~130℃であることがさらに好ましい。
温度が20℃以上であると乾燥効率に優れる。温度が150℃以下であると、生成したリン酸ホウ素リチウム化合物(X)の分解が抑制され、リン酸ホウ素リチウム化合物(X)を安定して取り出しやすい。
The pressure at which the extracted lithium boron phosphate compound (X) is dried may be either normal pressure or reduced pressure.
The temperature at which the extracted lithium boron phosphate compound (X) is dried is preferably 20°C to 150°C, more preferably 50°C to 140°C, and more preferably 80°C to 130°C. is even more preferable.
Drying efficiency is excellent when the temperature is 20°C or higher. When the temperature is 150° C. or lower, decomposition of the generated lithium boron phosphate compound (X) is suppressed, and it is easy to stably take out the lithium boron phosphate compound (X).
取り出されたリン酸ホウ素リチウム化合物(X)は、そのまま用いてもよいし、例えば、溶媒中に分散又は溶解させて用いてもよいし、他の固体物質と混合して用いてもよい。 The extracted lithium boron phosphate compound (X) may be used as it is, for example, may be used after being dispersed or dissolved in a solvent, or may be used after being mixed with other solid substances.
本開示のリン酸ホウ素リチウム化合物(X)は、リチウム電池用添加剤(好ましくはリチウム二次電池用添加剤、より好ましはリチウム二次電池の非水電解液用の添加剤)、反応試剤、合成反応触媒、各種電気化学デバイス用電解質、ドーピング剤、潤滑油の添加剤などの用途に有用に使用できる。 The lithium boron phosphate compound (X) of the present disclosure is an additive for lithium batteries (preferably an additive for lithium secondary batteries, more preferably an additive for nonaqueous electrolytes of lithium secondary batteries), a reaction reagent, It can be usefully used in applications such as synthesis reaction catalysts, electrolytes for various electrochemical devices, doping agents, and lubricating oil additives.
〔リチウム二次電池用添加剤〕
本開示の二次電池用添加剤は、上述したリン酸ホウ素リチウム化合物(X)を含む。本開示の二次電池用添加剤は、特にリチウム二次電池の非水電解液用の添加剤として好適である。
[Additive for lithium secondary batteries]
The secondary battery additive of the present disclosure contains the above-mentioned lithium boron phosphate compound (X). The additive for secondary batteries of the present disclosure is particularly suitable as an additive for non-aqueous electrolytes of lithium secondary batteries.
〔リチウム二次電池用非水電解液〕
本開示の一実施形態に係るリチウム二次電池用非水電解液(以下、単に「本実施形態の非水電解液」ともいう)は、フッ素を含むリチウム塩である電解質と、非水溶媒と、
上述したリン酸ホウ素リチウム化合物(X)と、を含有する。
[Nonaqueous electrolyte for lithium secondary batteries]
A nonaqueous electrolyte for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present disclosure (hereinafter also simply referred to as "nonaqueous electrolyte of the present embodiment") includes an electrolyte that is a lithium salt containing fluorine, and a nonaqueous solvent. ,
The above-mentioned lithium boron phosphate compound (X) is contained.
本実施形態の非水電解液によれば、高温環境下における、電池抵抗、及びガスの発生による電池膨れ(「ガス膨れ」ともいう。)を抑制することができる。 According to the non-aqueous electrolyte of the present embodiment, battery resistance and battery swelling due to gas generation (also referred to as "gas swelling") can be suppressed in a high-temperature environment.
本実施形態の非水電解液(以下、単に「非水電解液」ともいう)は、リン酸ホウ素リチウム化合物(X)を含む。
本開示の非水電解液は、リン酸ホウ素リチウム化合物(X)を含有することにより、高温環境下における、電池抵抗の増加及びガス膨れを抑制できる。
The non-aqueous electrolyte (hereinafter also simply referred to as "non-aqueous electrolyte") of the present embodiment contains a lithium boron phosphate compound (X).
By containing the lithium boron phosphate compound (X), the non-aqueous electrolyte of the present disclosure can suppress an increase in battery resistance and gas expansion in a high-temperature environment.
上記効果が奏される理由は、以下のように推測される。ただし、本実施形態の非水電解液は、以下の理由によって限定されることはない。 The reason why the above effects are achieved is presumed as follows. However, the non-aqueous electrolyte of this embodiment is not limited by the following reasons.
本実施形態の非水電解液を用いてリチウム二次電池を製造する場合、その製造過程(例えば、後述するエージング工程)において、リチウム二次電池の負極の表面近傍において、リン酸ホウ素リチウム化合物(X)と、電解質から生じたLiFと、の反応生成物が生成され、更に、反応生成物の分解物である成分が生成されると考えられる。この成分は、製造過程において、正極表面近傍及び負極表面近傍に移動し、正極表面及び負極表面に付着して、正極被膜及び負極被膜を形成すると考えられる。これにより、高温環境下での電池の安定性が高められ(例えば、正極活物質中の金属元素の溶出が抑制され)、その結果、高温環境下における、電池抵抗及びガス膨れが抑制されると考えられる。 When manufacturing a lithium secondary battery using the non-aqueous electrolyte of this embodiment, in the manufacturing process (for example, the aging process described below), a lithium boron phosphate compound ( It is thought that a reaction product of X) and LiF produced from the electrolyte is produced, and further a component that is a decomposition product of the reaction product is produced. It is thought that during the manufacturing process, this component moves to the vicinity of the positive electrode surface and the negative electrode surface, adheres to the positive electrode surface and the negative electrode surface, and forms a positive electrode coating and a negative electrode coating. This increases the stability of the battery in high-temperature environments (for example, suppresses the elution of metal elements in the positive electrode active material), and as a result, suppresses battery resistance and gas blistering in high-temperature environments. Conceivable.
以上の理由により、本実施形態の非水電解液によれば、高温環境下における、電池抵抗及びガス膨れを抑制することができると考えられる。 For the above reasons, it is thought that the non-aqueous electrolyte of this embodiment can suppress battery resistance and gas swelling in a high-temperature environment.
上述した、正極表面及び負極表面に対する成分の付着(即ち、正極被膜及び負極被膜の形成)は、リチウム二次電池を製造した後、リチウム二次電池を保存する場合の保存期間中においてもなお進行すると考えられる。
このため、リチウム二次電池を保存する場合における、リチウム二次電池の保存期間に対するリチウム二次電池の電池抵抗の増加率が低減されると考えられる。
The above-mentioned adhesion of components to the positive electrode surface and negative electrode surface (i.e., formation of the positive electrode film and negative electrode film) continues even during the storage period when the lithium secondary battery is stored after manufacturing the lithium secondary battery. It is thought that then.
Therefore, when the lithium secondary battery is stored, the rate of increase in the battery resistance of the lithium secondary battery with respect to the storage period of the lithium secondary battery is considered to be reduced.
本開示の非水電解液は、上記リン酸ホウ素リチウム化合物(X)を1種のみ含有していてもよいし、2種以上含有していてもよい。
本開示の非水電解液は、上記リン酸ホウ素リチウム化合物(X)を電池用添加剤として含んでもよいし、電解質の供給源として含んでもよい。
The non-aqueous electrolyte of the present disclosure may contain only one kind of the above-mentioned lithium boron phosphate compound (X), or may contain two or more kinds.
The nonaqueous electrolyte of the present disclosure may contain the lithium boron phosphate compound (X) as a battery additive or as an electrolyte supply source.
本開示の非水電解液におけるリン酸ホウ素リチウム化合物(X)の含有量には特に制限はないが、非水電解液の全量に対し、好ましくは0.1質量%~5.0質量%である。
非水電解液の全量に対するリン酸ホウ素リチウム化合物(X)の含有量が0.1質量%以上である場合には、本開示の非水電解液による効果がより効果的に奏される。非水電解液の全量に対するリン酸ホウ素リチウム化合物(X)の含有量は、より好ましくは0.2質量%以上であり、更に好ましくは0.3質量%以上であり、更に好ましくは0.5質量%以上である。
非水電解液の全量に対するリン酸ホウ素リチウム化合物(X)の含有量が5.0質量%以下である場合には、非水電解液の化学的安定性がより向上する。
非水電解液の全量に対するリン酸ホウ素リチウム化合物(X)の含有量は、より好ましくは3.0質量%以下であり、更に好ましくは2.0質量%以下であり、更に好ましくは1.0質量%以下である。
The content of the lithium boron phosphate compound (X) in the nonaqueous electrolyte of the present disclosure is not particularly limited, but is preferably 0.1% by mass to 5.0% by mass with respect to the total amount of the nonaqueous electrolyte. be.
When the content of the lithium boron phosphate compound (X) with respect to the total amount of the non-aqueous electrolyte is 0.1% by mass or more, the effects of the non-aqueous electrolyte of the present disclosure are more effectively exhibited. The content of the lithium boron phosphate compound (X) relative to the total amount of the non-aqueous electrolyte is more preferably 0.2% by mass or more, still more preferably 0.3% by mass or more, and still more preferably 0.5% by mass. % by mass or more.
When the content of the lithium boron phosphate compound (X) based on the total amount of the non-aqueous electrolyte is 5.0% by mass or less, the chemical stability of the non-aqueous electrolyte is further improved.
The content of the lithium boron phosphate compound (X) relative to the total amount of the nonaqueous electrolyte is more preferably 3.0% by mass or less, still more preferably 2.0% by mass or less, and even more preferably 1.0% by mass. % by mass or less.
本開示の非水電解液が、上記リン酸ホウ素リチウム化合物(X)を電解質の供給源として含む場合、電解質の濃度は、0.1mol/L~3mol/Lが好ましく、0.5mol/L~2mol/Lがより好ましい。 When the nonaqueous electrolyte of the present disclosure contains the lithium boron phosphate compound (X) as an electrolyte supply source, the concentration of the electrolyte is preferably 0.1 mol/L to 3 mol/L, and preferably 0.5 mol/L to 3 mol/L. 2 mol/L is more preferable.
なお、実際に電池を解体して採取した非水電解液を分析しても、上記リン酸ホウ素リチウム化合物(X)の量が、非水電解液への添加量と比較して減少している場合がある。従って、電池から取り出した非水電解液中に少量でも上記リン酸ホウ素リチウム化合物(X)が検出できる場合には、本開示の非水電解液の範囲に含まれる。
また、非水電解液から上記リン酸ホウ素リチウム化合物(X)が検出できない場合であっても、非水電解液中や電極の被膜中に、上記リン酸ホウ素リチウム化合物(X)の分解物由来の化合物が検出される場合も、本開示の非水電解液の範囲に含まれるとみなされる。
これらの取り扱いは、非水電解液に含有され得る上記リン酸ホウ素リチウム化合物(X)以外の化合物についても同様である。
Furthermore, even when the non-aqueous electrolyte sampled after actually disassembling the battery was analyzed, the amount of the lithium boron phosphate compound (X) was reduced compared to the amount added to the non-aqueous electrolyte. There are cases. Therefore, if the lithium boron phosphate compound (X) can be detected even in a small amount in the non-aqueous electrolyte taken out from the battery, it is included in the scope of the non-aqueous electrolyte of the present disclosure.
In addition, even if the above-mentioned lithium boron phosphate compound (X) cannot be detected from the non-aqueous electrolyte, there is a possibility that the decomposition product of the above-mentioned lithium boron phosphate compound (X) may be present in the non-aqueous electrolyte or in the electrode coating. is also considered to be within the scope of the non-aqueous electrolyte of the present disclosure.
These handlings are the same for compounds other than the above-mentioned lithium boron phosphate compound (X) that may be contained in the non-aqueous electrolyte.
<電解質>
本実施形態の非水電解液は、フッ素を含むリチウム塩(以下、「含フッ素リチウム塩」ともいう)である電解質を少なくとも1種含有する。
含フッ素リチウム塩としては、例えば;
六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)、四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4)、六フッ化ヒ酸リチウム(LiAsF6)、六フッ化タンタル酸リチウム(LiTaF6)、等の無機酸陰イオン塩;
トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(LiCF3SO3)、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(Li(CF3SO2)2N)、リチウムビス(ペンタフルオロエタンスルホニル)イミド(Li(C2F5SO2)2N)等の有機酸陰イオン塩;
等が挙げられる。
含フッ素リチウム塩としては、LiPF6が特に好ましい。
<Electrolyte>
The nonaqueous electrolyte of the present embodiment contains at least one electrolyte that is a fluorine-containing lithium salt (hereinafter also referred to as "fluorine-containing lithium salt").
Examples of the fluorine-containing lithium salt include;
Inorganic acid anions such as lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium hexafluoride arsenate (LiAsF 6 ), lithium hexafluorotantalate (LiTaF 6 ), etc. salt;
Lithium trifluoromethanesulfonate (LiCF 3 SO 3 ), lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (Li(CF 3 SO 2 ) 2 N), lithium bis(pentafluoroethanesulfonyl)imide (Li(C 2 F 5 SO 2 ) ) 2 N) and other organic acid anion salts;
etc.
As the fluorine-containing lithium salt, LiPF 6 is particularly preferred.
本実施形態の非水電解液は、フッ素を含まないリチウム塩である電解質を含有していてもよい。
フッ素を含まないリチウム塩としては、過塩素酸リチウム(LiClO4)、四塩化アルミニウム酸リチウム(LiAlCl4)、リチウムデカクロロデカホウ素酸(Li2B10Cl10)等が挙げられる。
The non-aqueous electrolyte of this embodiment may contain an electrolyte that is a fluorine-free lithium salt.
Examples of fluorine-free lithium salts include lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium aluminate tetrachloride (LiAlCl 4 ), lithium decachlorodecaborate (Li 2 B 10 Cl 10 ), and the like.
本実施形態の非水電解液に含有される電解質全体に占める、含フッ素リチウム塩の割合は、好ましくは50質量%~100質量%であり、より好ましくは60質量%~100質量%であり、更に好ましくは80質量%~100質量%である。 The proportion of the fluorine-containing lithium salt in the entire electrolyte contained in the nonaqueous electrolyte of the present embodiment is preferably 50% by mass to 100% by mass, more preferably 60% by mass to 100% by mass, More preferably, it is 80% by mass to 100% by mass.
本実施形態の非水電解液に含有される電解質全体に占める、LiPF6の割合は、好ましくは50質量%~100質量%であり、より好ましくは60質量%~100質量%であり、更に好ましくは80質量%~100質量%である。 The proportion of LiPF 6 in the entire electrolyte contained in the nonaqueous electrolyte of the present embodiment is preferably 50% by mass to 100% by mass, more preferably 60% by mass to 100% by mass, and even more preferably is 80% by mass to 100% by mass.
本実施形態の非水電解液における電解質の濃度は、好ましくは0.1mol/L~3mol/Lであり、より好ましくは0.5mol/L~2mol/Lである。 The concentration of the electrolyte in the non-aqueous electrolyte of the present embodiment is preferably 0.1 mol/L to 3 mol/L, more preferably 0.5 mol/L to 2 mol/L.
本実施形態の非水電解液におけるLiPF6の濃度は、好ましくは0.1mol/L~3mol/Lであり、より好ましくは0.5mol/L~2mol/Lである。 The concentration of LiPF 6 in the non-aqueous electrolyte of this embodiment is preferably 0.1 mol/L to 3 mol/L, more preferably 0.5 mol/L to 2 mol/L.
<非水溶媒>
本実施形態の非水電解液は、非水溶媒を少なくとも1種含有する。
非水溶媒としては、例えば、環状カーボネート類、含フッ素環状カーボネート類、鎖状カーボネート類、含フッ素鎖状カーボネート類、脂肪族カルボン酸エステル類、含フッ素脂肪族カルボン酸エステル類、γ-ラクトン類、含フッ素γ-ラクトン類、環状エーテル類、含フッ素環状エーテル類、鎖状エーテル類、含フッ素鎖状エーテル類、ニトリル類、アミド類、ラクタム類、ニトロメタン、ニトロエタン、スルホラン、燐酸トリメチル、ジメチルスルホキシド、ジメチルスルホキシド燐酸、等が挙げられる。
<Non-aqueous solvent>
The non-aqueous electrolyte of this embodiment contains at least one non-aqueous solvent.
Examples of the nonaqueous solvent include cyclic carbonates, fluorine-containing cyclic carbonates, chain carbonates, fluorine-containing chain carbonates, aliphatic carboxylic acid esters, fluorine-containing aliphatic carboxylic acid esters, and γ-lactones. , fluorine-containing γ-lactones, cyclic ethers, fluorine-containing cyclic ethers, chain ethers, fluorine-containing chain ethers, nitriles, amides, lactams, nitromethane, nitroethane, sulfolane, trimethyl phosphate, dimethyl sulfoxide , dimethyl sulfoxide phosphoric acid, and the like.
環状カーボネート類としては、例えば、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)、等が挙げられる。
含フッ素環状カーボネート類としては、例えば、フルオロエチレンカーボネート(FEC)、等が挙げられる。
鎖状カーボネート類としては、例えば、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、メチルプロピルカーボネート(MPC)、エチルプロピルカーボネート(EPC)、ジプロピルカーボネート(DPC)、等が挙げられる。
脂肪族カルボン酸エステル類としては、例えば、ギ酸メチル、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、酪酸メチル、イソ酪酸メチル、トリメチル酪酸メチル、ギ酸エチル、酢酸エチル、プロピオン酸エチル、酪酸エチル、イソ酪酸エチル、トリメチル酪酸エチル、等が挙げられる。
γ-ラクトン類としては、例えば、γ-ブチロラクトン、γ-バレロラクトン、等が挙げられる
環状エーテル類としては、例えば、テトラヒドロフラン、2-メチル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、4-メチル-1,3-ジオキソラン、1,3-ジオキサン、1,4-ジオキサン、等が挙げられる
鎖状エーテル類としては、例えば、1,2-エトキシエタン(DEE)、エトキシメトキシエタン(EME)、ジエチルエーテル、1,2-ジメトキシエタン、1,2-ジブトキシエタン、等が挙げられる。
ニトリル類としては、例えば、アセトニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、メトキシアセトニトリル、3-メトキシプロピオニトリル、等が挙げられる。
アミド類としては、例えば、N,N-ジメチルホルムアミド、等が挙げられる。
ラクタム類としては、例えば、N-メチルピロリジノン、N-メチルオキサゾリジノン、N,N'-ジメチルイミダゾリジノン、等が挙げられる。
Examples of cyclic carbonates include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), and the like.
Examples of the fluorine-containing cyclic carbonates include fluoroethylene carbonate (FEC).
Examples of chain carbonates include dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethylmethyl carbonate (EMC), methylpropyl carbonate (MPC), ethylpropyl carbonate (EPC), dipropyl carbonate (DPC), and the like. can be mentioned.
Examples of aliphatic carboxylic acid esters include methyl formate, methyl acetate, methyl propionate, methyl butyrate, methyl isobutyrate, methyl trimethylbutyrate, ethyl formate, ethyl acetate, ethyl propionate, ethyl butyrate, ethyl isobutyrate, and trimethyl. Examples include ethyl butyrate.
Examples of γ-lactones include γ-butyrolactone, γ-valerolactone, etc. Examples of cyclic ethers include tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, tetrahydropyran, 1,3-dioxolane, and 4-methyl- Examples of chain ethers include 1,3-dioxolane, 1,3-dioxane, 1,4-dioxane, etc. Examples of chain ethers include 1,2-ethoxyethane (DEE), ethoxymethoxyethane (EME), and diethyl ether. , 1,2-dimethoxyethane, 1,2-dibutoxyethane, and the like.
Examples of nitriles include acetonitrile, glutaronitrile, adiponitrile, methoxyacetonitrile, 3-methoxypropionitrile, and the like.
Examples of amides include N,N-dimethylformamide and the like.
Examples of the lactams include N-methylpyrrolidinone, N-methyloxazolidinone, N,N'-dimethylimidazolidinone, and the like.
非水溶媒は、環状カーボネート類、含フッ素環状カーボネート類、鎖状カーボネート類、及び含フッ素鎖状カーボネート類からなる群から選択される少なくとも1種を含むことが好ましい。
この場合、非水溶媒中に占める、環状カーボネート類、含フッ素環状カーボネート類、鎖状カーボネート類、及び含フッ素鎖状カーボネート類の合計の割合は、好ましくは50質量%~100質量%であり、より好ましくは60質量%~100質量%であり、更に好ましくは80質量%~100質量%である。
The nonaqueous solvent preferably contains at least one selected from the group consisting of cyclic carbonates, fluorine-containing cyclic carbonates, chain carbonates, and fluorine-containing chain carbonates.
In this case, the total proportion of cyclic carbonates, fluorine-containing cyclic carbonates, chain carbonates, and fluorine-containing chain carbonates in the nonaqueous solvent is preferably 50% by mass to 100% by mass, It is more preferably 60% by mass to 100% by mass, and even more preferably 80% by mass to 100% by mass.
また、非水溶媒は、環状カーボネート類及び鎖状カーボネート類からなる群から選択される少なくとも1種を含むことが好ましい。
この場合、非水溶媒中に占める、環状カーボネート類及び鎖状カーボネート類の合計の割合は、好ましくは50質量%~100質量%であり、より好ましくは60質量%~100質量%であり、更に好ましくは80質量%~100質量%である。
Moreover, it is preferable that the non-aqueous solvent contains at least one selected from the group consisting of cyclic carbonates and chain carbonates.
In this case, the total proportion of cyclic carbonates and chain carbonates in the nonaqueous solvent is preferably 50% by mass to 100% by mass, more preferably 60% by mass to 100% by mass, and Preferably it is 80% by mass to 100% by mass.
本実施形態の非水電解液中に占める非水溶媒の割合は、好ましくは60質量%以上であり、より好ましくは70質量%以上である。
本実施形態の非水電解液中に占める非水溶媒の割合の上限は、他の成分(リン酸ホウ素リチウム化合物(X)、電解質、等)の含有量にもよるが、上限は、例えば99質量%であり、好ましくは97質量%であり、更に好ましくは90質量%である。
The proportion of the nonaqueous solvent in the nonaqueous electrolyte of this embodiment is preferably 60% by mass or more, more preferably 70% by mass or more.
The upper limit of the proportion of the nonaqueous solvent in the nonaqueous electrolyte of this embodiment depends on the content of other components (lithium boron phosphate compound (X), electrolyte, etc.), but the upper limit is, for example, 99% It is mass %, preferably 97 mass %, and more preferably 90 mass %.
非水溶媒の固有粘度は、電解質の解離性及びイオンの移動度をより向上させる観点から、25℃において10.0mPa・s以下であることが好ましい。 The intrinsic viscosity of the nonaqueous solvent is preferably 10.0 mPa·s or less at 25° C. from the viewpoint of further improving the dissociation properties of the electrolyte and the mobility of ions.
<不飽和結合を有する環状炭酸エステル>
本実施形態の非水電解液は、非水電解液の化学的安定性をより向上させる観点から、不飽和結合を有する環状炭酸エステルの少なくとも1種を含有していてもよい。
一般的には、非水電解液が不飽和結合を有する環状炭酸エステルを含有する場合には、電池の内部抵抗が上昇しやすい傾向がある。
しかし、本実施形態の非水電解液は、リン酸ホウ素リチウム化合物(X)を含有するため、更に、不飽和結合を有する環状炭酸エステルを含有する場合においても、電池の内部抵抗を低減させることができる。
むしろ、本実施形態の非水電解液が不飽和結合を有する環状炭酸エステルを含有する場合には、リン酸ホウ素リチウム化合物(X)の添加による内部抵抗低減の改善幅が広いという利点がある。
<Cyclic carbonate ester having unsaturated bond>
The non-aqueous electrolyte of the present embodiment may contain at least one type of cyclic carbonate having an unsaturated bond from the viewpoint of further improving the chemical stability of the non-aqueous electrolyte.
Generally, when the non-aqueous electrolyte contains a cyclic carbonate having an unsaturated bond, the internal resistance of the battery tends to increase.
However, since the nonaqueous electrolyte of the present embodiment contains the lithium boron phosphate compound (X), even when it further contains a cyclic carbonate ester having an unsaturated bond, the internal resistance of the battery cannot be reduced. I can do it.
Rather, when the non-aqueous electrolyte of the present embodiment contains a cyclic carbonate having an unsaturated bond, there is an advantage that the internal resistance can be improved over a wide range by adding the lithium boron phosphate compound (X).
不飽和結合を有する環状炭酸エステルとしては、例えば、ビニレンカーボネート系化合物、ビニルエチレンカーボネート系化合物、あるいはメチレンエチレンカーボネート系化合物などが挙げられる。 Examples of the cyclic carbonate having an unsaturated bond include vinylene carbonate compounds, vinylethylene carbonate compounds, and methylene ethylene carbonate compounds.
ビニレンカーボネート系化合物としては、例えば、ビニレンカーボネート(別名:1,3-ジオキソール-2-オン)、メチルビニレンカーボネート(別名:4-メチル-1,3-ジオキソール-2-オン)、エチルビニレンカーボネート(別名:4-エチル-1,3-ジオキソール-2-オン)、4,5-ジメチル-1,3-ジオキソール-2-オン、4,5-ジエチル-1,3-ジオキソール-2-オン、4-フルオロ-1,3-ジオキソール-2-オン、4-トリフルオロメチル-1,3-ジオキソール-2-オン、等が挙げられる。 Examples of vinylene carbonate-based compounds include vinylene carbonate (also known as 1,3-dioxol-2-one), methyl vinylene carbonate (also known as 4-methyl-1,3-dioxol-2-one), and ethyl vinylene carbonate (also known as 4-methyl-1,3-dioxol-2-one). Other names: 4-ethyl-1,3-dioxol-2-one), 4,5-dimethyl-1,3-dioxol-2-one, 4,5-diethyl-1,3-dioxol-2-one, 4 -fluoro-1,3-dioxol-2-one, 4-trifluoromethyl-1,3-dioxol-2-one, and the like.
ビニルエチレンカーボネート系化合物としては、例えば、ビニルエチレンカーボネート(別名:4-ビニル-1,3-ジオキソラン-2-オン)、4-メチル-4-ビニル-1,3-ジオキソラン-2-オン、4-エチル-4-ビニル-1,3-ジオキソラン-2-オン、4-n-プロピル-4-ビニル-1,3-ジオキソラン-2-オン、5-メチル-4-ビニル-1,3-ジオキソラン-2-オン、4,4-ジビニル-1,3-ジオキソラン-2-オン、4,5-ジビニル-1,3-ジオキソラン-2-オン、等が挙げられる。 Examples of vinyl ethylene carbonate compounds include vinyl ethylene carbonate (also known as 4-vinyl-1,3-dioxolan-2-one), 4-methyl-4-vinyl-1,3-dioxolan-2-one, and 4-vinyl-1,3-dioxolan-2-one. -Ethyl-4-vinyl-1,3-dioxolan-2-one, 4-n-propyl-4-vinyl-1,3-dioxolan-2-one, 5-methyl-4-vinyl-1,3-dioxolan -2-one, 4,4-divinyl-1,3-dioxolan-2-one, 4,5-divinyl-1,3-dioxolan-2-one, and the like.
メチレンエチレンカーボネート系化合物としては、4-メチレン-1,3-ジオキソラン-2-オン、4,4-ジメチル-5-メチレン-1,3-ジオキソラン-2-オン、4,4-ジエチル-5-メチレン-1,3-ジオキソラン-2-オン、等が挙げられる。 Examples of methylene ethylene carbonate compounds include 4-methylene-1,3-dioxolan-2-one, 4,4-dimethyl-5-methylene-1,3-dioxolan-2-one, 4,4-diethyl-5- Examples include methylene-1,3-dioxolan-2-one, and the like.
不飽和結合を有する環状炭酸エステルとしては、ビニレンカーボネートが特に好ましい。 As the cyclic carbonate having an unsaturated bond, vinylene carbonate is particularly preferred.
本実施形態の非水電解液が、不飽和結合を有する環状炭酸エステルを含有する場合、不飽和結合を有する環状炭酸エステルの含有量は、非水電解液の全量に対し、好ましくは0.1質量%~10質量%であり、より好ましくは0.2質量%~5.0質量%であり、更に好ましくは0.3質量%~3.0質量%である。 When the non-aqueous electrolyte of the present embodiment contains a cyclic carbonate ester having an unsaturated bond, the content of the cyclic carbonate ester having an unsaturated bond is preferably 0.1 with respect to the total amount of the non-aqueous electrolyte. The content is from 10% by weight, more preferably from 0.2% to 5.0% by weight, and even more preferably from 0.3% to 3.0% by weight.
本実施形態の非水電解液がビニレンカーボネートを含有する場合、ビニレンカーボネートの含有量は、非水電解液の全量に対し、好ましくは0.1質量%~5.0質量%であり、より好ましくは0.2質量%~4.0質量%であり、更に好ましくは0.3質量%~3.0質量%であり、更に好ましくは0.3質量%~2.0質量%である。 When the non-aqueous electrolyte of the present embodiment contains vinylene carbonate, the content of vinylene carbonate is preferably 0.1% by mass to 5.0% by mass, more preferably is 0.2% by mass to 4.0% by mass, more preferably 0.3% by mass to 3.0% by mass, even more preferably 0.3% by mass to 2.0% by mass.
本実施形態の非水電解液がビニレンカーボネートを含有する場合、リン酸ホウ素リチウム化合物(X)の含有質量をビニレンカーボネートの含有質量で除した値(以下、「含有質量比〔リン酸ホウ素リチウム化合物(X)/ビニレンカーボネート〕」ともいう)は、好ましくは0.1以上であり、より好ましくは0.5以上であり、更に好ましくは1.0以上である。
含有質量比〔リン酸ホウ素リチウム化合物(X)/ビニレンカーボネート〕が0.1以上である場合には、保存後のリチウム二次電池の内部抵抗の上昇をより抑制できる。
When the non-aqueous electrolyte of this embodiment contains vinylene carbonate, the value obtained by dividing the content mass of the lithium boron phosphate compound (X) by the content mass of vinylene carbonate (hereinafter referred to as "content mass ratio [lithium boron phosphate compound (X)/vinylene carbonate]) is preferably 0.1 or more, more preferably 0.5 or more, and still more preferably 1.0 or more.
When the content mass ratio [lithium boron phosphate compound (X)/vinylene carbonate] is 0.1 or more, increase in internal resistance of the lithium secondary battery after storage can be further suppressed.
含有質量比〔リン酸ホウ素リチウム化合物(X)/ビニレンカーボネート〕の上限には特に制限はないが、ビニレンカーボネートによる効果をより効果的に得る観点から、好ましくは10以下であり、より好ましくは5以下である。 The upper limit of the content mass ratio [lithium boron phosphate compound (X)/vinylene carbonate] is not particularly limited, but from the viewpoint of more effectively obtaining the effect of vinylene carbonate, it is preferably 10 or less, more preferably 5 It is as follows.
<その他の成分>
本実施形態の非水電解液は、上述した成分以外のその他の成分を少なくとも1種含有していてもよい。
その他の成分としては、スルトン(即ち、環状スルホン酸エステル)、酸無水物、等が挙げられる。
<Other ingredients>
The non-aqueous electrolyte of this embodiment may contain at least one component other than the components mentioned above.
Other components include sultone (ie, cyclic sulfonic acid ester), acid anhydride, and the like.
本実施形態の非水電解液の固有粘度は、電解質の解離性及びイオンの移動度をより向上させる観点から、25℃において10.0mPa・s以下であることが好ましい。 The intrinsic viscosity of the nonaqueous electrolyte of this embodiment is preferably 10.0 mPa·s or less at 25° C. from the viewpoint of further improving the dissociation properties of the electrolyte and the mobility of ions.
<非水電解液の製造方法>
本実施形態の非水電解液を製造する方法には特に限定はない。本実施形態の非水電解液は、各成分を混合して製造すればよい。
<Method for manufacturing non-aqueous electrolyte>
There is no particular limitation on the method for manufacturing the non-aqueous electrolyte of this embodiment. The nonaqueous electrolyte of this embodiment may be manufactured by mixing each component.
本実施形態の非水電解液を製造する方法としては、例えば、
非水溶媒に電解質を溶解させて溶液を得る工程と、
得られた溶液に対し、リン酸ホウ素リチウム化合物(X)(及び必要に応じ、その他の添加剤)を添加して混合し、非水電解液を得る工程と、
を含む製造方法が挙げられる。
この一例に係る製造方法において、(リン酸ホウ素リチウム化合物(X)を添加する前の)溶液の電気伝導度に対し、得られた非水電解液の電気伝導度が低減されていることが好ましい。この態様の製造方法によって得られた非水電解液によれば、前述した非水電解液の効果(即ち、電池の内部抵抗を低減させる効果)がより効果的に発揮される。
As a method for manufacturing the non-aqueous electrolyte of this embodiment, for example,
Obtaining a solution by dissolving the electrolyte in a non-aqueous solvent;
A step of adding and mixing lithium boron phosphate compound (X) (and other additives as necessary) to the obtained solution to obtain a non-aqueous electrolyte;
Examples of manufacturing methods include:
In the manufacturing method according to this example, it is preferable that the electrical conductivity of the obtained non-aqueous electrolyte is lower than the electrical conductivity of the solution (before adding the lithium boron phosphate compound (X)). . According to the nonaqueous electrolyte obtained by the manufacturing method of this aspect, the effect of the nonaqueous electrolyte described above (ie, the effect of reducing the internal resistance of the battery) is more effectively exhibited.
〔リチウム二次電池前駆体〕
本開示の一実施形態に係るリチウム二次電池前駆体(以下、単に「本実施形態の電池前駆体」ともいう)は、
ケースと、
ケースに収容された、正極、負極、セパレータ、及び電解液と、
を備え、
上記正極が、リチウムイオンを吸蔵及び放出可能な正極であり、
上記負極が、リチウムイオンを吸蔵及び放出可能な負極であり、
上記電解液が、上述した本実施形態の非水電解液であるリチウム二次電池前駆体である。
[Lithium secondary battery precursor]
A lithium secondary battery precursor according to an embodiment of the present disclosure (hereinafter also simply referred to as "battery precursor of this embodiment") includes:
case and
A positive electrode, a negative electrode, a separator, and an electrolyte contained in a case,
Equipped with
The positive electrode is a positive electrode capable of intercalating and deintercalating lithium ions,
The negative electrode is a negative electrode capable of intercalating and deintercalating lithium ions,
The electrolytic solution is a lithium secondary battery precursor which is the non-aqueous electrolytic solution of this embodiment described above.
ここで、リチウム二次電池前駆体とは、充電及び放電が施される前のリチウム二次電池を意味する。
後述する本実施形態のリチウム二次電池は、正極、負極、セパレータ、及び非水電解液をケースに収容してリチウム二次電池前駆体を製造し、得られたリチウム二次電池前駆体に対し、充電及び放電(好ましくは、充電及び放電を含むエージング処理)を施すことによって製造される。
Here, the lithium secondary battery precursor means a lithium secondary battery before being charged and discharged.
In the lithium secondary battery of this embodiment, which will be described later, a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte are housed in a case to produce a lithium secondary battery precursor, and the resulting lithium secondary battery precursor is , charging and discharging (preferably aging treatment including charging and discharging).
本実施形態の電池前駆体は、本実施形態の非水電解液を備える。
このため、本実施形態の電池前駆体によれば、本実施形態の非水電解液による効果と同様の効果が奏される。
The battery precursor of this embodiment includes the non-aqueous electrolyte of this embodiment.
Therefore, the battery precursor of this embodiment provides the same effects as the non-aqueous electrolyte of this embodiment.
<ケース>
本実施形態の電池前駆体におけるケースとしては特に限定はなく、公知のリチウム二次電池用のケースが挙げられる。
ケースとしては、ラミネートフィルムを含むケース、電池缶と電池缶蓋とからなるケース、等が挙げられる。
<Case>
The case for the battery precursor of this embodiment is not particularly limited, and examples thereof include known cases for lithium secondary batteries.
Examples of the case include a case containing a laminate film, a case consisting of a battery can and a battery can lid, and the like.
<正極>
本実施形態の電池前駆体における正極は、リチウムイオンを吸蔵及び放出可能な正極である。
本実施形態の電池前駆体における正極は、好ましくは、リチウムイオンを吸蔵及び放出可能な正極活物質を少なくとも1種含む。
本実施形態の電池前駆体における正極は、より好ましくは、正極集電体と、正極活物質及びバインダーを含有する正極合材層と、を備える。
正極合材層は、正極集電体の表面の少なくとも一部に設けられる。
<Positive electrode>
The positive electrode in the battery precursor of this embodiment is a positive electrode capable of intercalating and deintercalating lithium ions.
The positive electrode in the battery precursor of the present embodiment preferably includes at least one positive electrode active material capable of intercalating and deintercalating lithium ions.
The positive electrode in the battery precursor of this embodiment more preferably includes a positive electrode current collector and a positive electrode composite layer containing a positive electrode active material and a binder.
The positive electrode composite material layer is provided on at least a portion of the surface of the positive electrode current collector.
(正極活物質)
正極活物質としては、リチウムイオンの吸蔵及び放出が可能な物質であれば特に限定されず、リチウム二次電池に通常用いられる正極活物質であり得る。
正極活物質としては、例えば;
リチウム(Li)とニッケル(Ni)とを構成金属元素とする酸化物;
Liと、Niと、Li及びNi以外の金属元素(例えば、遷移金属元素、典型金属元素等)の少なくとも1種と、を構成金属元素として含む酸化物;
等が挙げられる。
酸化物中において、Li及びNi以外の金属元素は、好ましくは、原子数換算で、Niと同程度、又は、Niよりも少ない割合で含まれる。
Li及びNi以外の金属元素は、例えば、Co、Mn、Al、Cr、Fe、V、Mg、Ca、Na、Ti、Zr、Nb、Mo、W、Cu、Zn、Ga、In、Sn、La及びCeからなる群から選択される少なくとも1種であり得る。これらの正極活物質は、単独で用いても複数を混合して用いてもよい。
(Cathode active material)
The positive electrode active material is not particularly limited as long as it is a material capable of intercalating and deintercalating lithium ions, and may be a positive electrode active material commonly used in lithium secondary batteries.
As the positive electrode active material, for example;
An oxide containing lithium (Li) and nickel (Ni) as constituent metal elements;
An oxide containing Li, Ni, and at least one metal element other than Li and Ni (for example, a transition metal element, a typical metal element, etc.) as a constituent metal element;
etc.
In the oxide, metal elements other than Li and Ni are preferably contained in a proportion equal to or smaller than Ni in terms of the number of atoms.
Metal elements other than Li and Ni include, for example, Co, Mn, Al, Cr, Fe, V, Mg, Ca, Na, Ti, Zr, Nb, Mo, W, Cu, Zn, Ga, In, Sn, and La. and Ce. These positive electrode active materials may be used alone or in combination.
正極活物質は、好ましくは、下記一般式(C1)で表されるリチウム含有複合酸化物(以下、「NCM」ともいう)を含む。
リチウム含有複合酸化物(C1)は、単位体積当たりのエネルギー密度が高く、熱安定性にも優れるという利点を有する。
The positive electrode active material preferably includes a lithium-containing composite oxide (hereinafter also referred to as "NCM") represented by the following general formula (C1).
The lithium-containing composite oxide (C1) has the advantages of high energy density per unit volume and excellent thermal stability.
LiNiaCobMncO2 … 一般式(C1)
〔一般式(C1)中、a、b及びcは、それぞれ独立に、0超1未満であり、a、b及びcの合計は、0.99~1.00である。〕
LiNia Co b Mn c O 2 ... General formula (C1)
[In general formula (C1), a, b and c are each independently greater than 0 and less than 1, and the sum of a, b and c is 0.99 to 1.00. ]
NCMの具体例としては、LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2、LiNi0.5Co0.3Mn0.2O2、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2等が挙げられる。 Specific examples of NCM include LiNi 0.33 Co 0.33 Mn 0.33 O 2 , LiNi 0.5 Co 0.3 Mn 0.2 O 2 , LiNi 0.6 Co 0.2 Mn 0.2 O 2 , LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 and the like.
正極活物質は、下記一般式(C2)で表されるリチウム含有複合酸化物(以下、「NCA」ともいう)を含んでもよい。 The positive electrode active material may include a lithium-containing composite oxide (hereinafter also referred to as "NCA") represented by the following general formula (C2).
LitNi1-x-yCoxAlyO2 … 一般式(C2)
(一般式(C2)中、tは、0.95以上1.15以下であり、xは、0以上0.3以下であり、yは、0.1以上0.2以下であり、x及びyの合計は、0.5未満である。)
Li t Ni 1-x-y Co x Al y O 2 ... General formula (C2)
(In general formula (C2), t is 0.95 or more and 1.15 or less, x is 0 or more and 0.3 or less, y is 0.1 or more and 0.2 or less, x and The sum of y is less than 0.5.)
NCAの具体例としては、LiNi0.8Co0.15Al0.05O2等が挙げられる。 Specific examples of NCAs include LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 and the like.
本実施形態の電池前駆体における正極が、正極集電体と、正極活物質及びバインダーを含有する正極合材層と、を備える場合、正極合材層中の正極活物質の含有量は、正極合材層の全量に対し、例えば10質量%以上、好ましくは30質量%以上、更に好ましくは50質量%以上であり、特に好ましくは70質量%以上である。
また、正極合材層中の正極活物質の含有量は、例えば99.9質量%以下、好ましくは99質量%以下である。
When the positive electrode in the battery precursor of this embodiment includes a positive electrode current collector and a positive electrode composite layer containing a positive electrode active material and a binder, the content of the positive electrode active material in the positive electrode composite layer is The amount is, for example, 10% by mass or more, preferably 30% by mass or more, more preferably 50% by mass or more, particularly preferably 70% by mass or more, based on the total amount of the composite material layer.
Further, the content of the positive electrode active material in the positive electrode composite material layer is, for example, 99.9% by mass or less, preferably 99% by mass or less.
(バインダー)
正極合材層に含有され得るバインダーとしては、例えば、ポリ酢酸ビニル、ポリメチルメタクリレート、ニトロセルロース、フッ素樹脂、ゴム粒子等が挙げられる。
フッ素樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、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)、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体等が挙げられる。
ゴム粒子としては、スチレン-ブタジエンゴム粒子、アクリロニトリルゴム粒子等が挙げられる。
これらの中でも、正極合材層の耐酸化性を向上させる観点から、フッ素樹脂が好ましい。
バインダーは1種を単独で使用でき、必要に応じて2種以上を組み合わせて使用できる。
(binder)
Examples of the binder that can be contained in the positive electrode composite layer include polyvinyl acetate, polymethyl methacrylate, nitrocellulose, fluororesin, rubber particles, and the like.
Examples of the fluororesin include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, and the like.
Examples of the rubber particles include styrene-butadiene rubber particles and acrylonitrile rubber particles.
Among these, fluororesin is preferred from the viewpoint of improving the oxidation resistance of the positive electrode composite material layer.
One type of binder can be used alone, or two or more types can be used in combination as necessary.
正極合材層中におけるバインダーの含有量は、正極合材層の物性(例えば、電解液浸透性、剥離強度、等)と電池性能との両立の観点から、正極合材層に対し、0.1質量%~4質量%であることが好ましい。
バインダーの含有量が0.1質量%以上である場合には、正極集電体に対する正極合材層の接着性、及び、正極活物質同士の結着性がより向上する。
バインダーの含有量が4質量%以下である場合には、正極合材層中における正極活物質の量をより多くすることができるので、電池容量がより向上する。
The content of the binder in the positive electrode composite layer is set to 0.00000000000 with respect to the positive electrode composite material layer, from the viewpoint of achieving both the physical properties of the positive electrode composite material layer (for example, electrolyte permeability, peel strength, etc.) and battery performance. It is preferably 1% by mass to 4% by mass.
When the content of the binder is 0.1% by mass or more, the adhesiveness of the positive electrode composite material layer to the positive electrode current collector and the binding property between positive electrode active materials are further improved.
When the content of the binder is 4% by mass or less, the amount of the positive electrode active material in the positive electrode composite layer can be increased, so that the battery capacity can be further improved.
(導電助材)
本実施形態の電池前駆体における正極が、正極集電体と正極合材層とを備える場合、正極合材層は、導電助材を含むことが好ましい。
導電助材としては、公知の導電助材を使用することができる。
(conductive aid)
When the positive electrode in the battery precursor of this embodiment includes a positive electrode current collector and a positive electrode composite material layer, the positive electrode composite material layer preferably contains a conductive additive.
As the conductive aid, a known conductive aid can be used.
導電助材としては、公知の導電助材を使用することができる。
公知の導電助材としては、導電性を有する炭素材料であれば特に限定されるものではないが、グラファイト、カーボンブラック、導電性炭素繊維(カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンファイバー)、フラーレン等を単独で、もしくは2種類以上を併せて使用することができる。
市販のカーボンブラックとしては、例えば、トーカブラック#4300、#4400、#4500、#5500等(東海カーボン社製、ファーネスブラック)、プリンテックスL等(デグサ社製、ファーネスブラック)、Raven7000、5750、5250、5000ULTRAIII、5000ULTRA等、Conductex SC ULTRA、Conductex 975ULTRA等、PUER BLACK100、115、205等(コロンビヤン社製、ファーネスブラック)、#2350、#2400B、#2600B、#30050B、#3030B、#3230B、#3350B、#3400B、#5400B等(三菱ケミカル社製、ファーネスブラック)、MONARCH1400、1300、900、VulcanXC-72R、BlackPearls2000、LITX-50、LITX-200等(キャボット社製、ファーネスブラック)、Ensaco250G、Ensaco260G、Ensaco350G、Super-P(TIMCAL社製)、ケッチェンブラックEC-300J、EC-600JD(アクゾ社製)、デンカブラック、デンカブラックHS-100、FX-35(デンカ社製、アセチレンブラック)等が挙げられる。
グラファイトとしては、例えば、人造黒鉛、天然黒鉛(例えば、燐片状黒鉛、塊状黒鉛、土状黒鉛等)等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
As the conductive aid, a known conductive aid can be used.
Known conductive additives are not particularly limited as long as they are conductive carbon materials, but include graphite, carbon black, conductive carbon fibers (carbon nanotubes, carbon nanofibers, carbon fibers), fullerenes, etc. They can be used alone or in combination of two or more.
Commercially available carbon blacks include, for example, Toka Black #4300, #4400, #4500, #5500 (manufactured by Tokai Carbon Co., Ltd., Furnace Black), Printex L, etc. (manufactured by Degussa Corporation, Furnace Black), Raven 7000, 5750, etc. 5250, 5000ULTRAIII, 5000ULTRA, etc., Conductex SC ULTRA, Conductex 975ULTRA, etc., PUER BLACK100, 115, 205, etc. (manufactured by Columbian, furnace black), #2350, #2400B, #2600B, # 30050B, #3030B, #3230B, # 3350B, #3400B, #5400B, etc. (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, furnace black), MONARCH1400, 1300, 900, VulcanXC-72R, BlackPearls2000, LITX-50, LITX-200, etc. (manufactured by Cabot Corporation, furnace black), Ensaco250 G, Ensaco260G , Ensaco350G, Super-P (manufactured by TIMCAL), Ketjen Black EC-300J, EC-600JD (manufactured by Akzo), Denka Black, Denka Black HS-100, FX-35 (manufactured by Denka, acetylene black), etc. Can be mentioned.
Examples of graphite include, but are not limited to, artificial graphite, natural graphite (for example, scaly graphite, lumpy graphite, earthy graphite, etc.).
(その他の成分)
本実施形態の電池前駆体における正極が、正極集電体と正極合材層とを備える場合、正極合材層は、上記各成分に加えて、その他の成分を含んでいてもよい。
その他の成分としては、増粘剤、界面活性剤、分散剤、濡れ剤、消泡剤等が挙げられる。
(Other ingredients)
When the positive electrode in the battery precursor of this embodiment includes a positive electrode current collector and a positive electrode composite material layer, the positive electrode composite material layer may contain other components in addition to the above-mentioned components.
Other components include thickeners, surfactants, dispersants, wetting agents, antifoaming agents, and the like.
(正極集電体)
正極集電体としては、各種のものを使用することができるが、例えばは、金属又は合金が用いられる。
正極集電体として、より具体的には、アルミニウム、ニッケル、SUS等が挙げられる。中でも、導電性の高さとコストとのバランスの観点から、アルミニウムが好ましい。ここで、「アルミニウム」は、純アルミニウム又はアルミニウム合金を意味する。
正極集電体として、特に好ましくはアルミニウム箔である。
アルミニウム箔としては特に限定されないが、A1085材、A3003材、等が挙げられる。
(Positive electrode current collector)
Various materials can be used as the positive electrode current collector, and for example, metals or alloys are used.
More specifically, examples of the positive electrode current collector include aluminum, nickel, SUS, and the like. Among these, aluminum is preferred from the viewpoint of balance between high conductivity and cost. Here, "aluminum" means pure aluminum or aluminum alloy.
As the positive electrode current collector, aluminum foil is particularly preferred.
The aluminum foil is not particularly limited, but examples include A1085 material and A3003 material.
(正極合材層の形成方法)
正極合材層は、例えば、正極活物質及びバインダーを含む正極合材スラリーを正極集電体の表面に塗布し、乾燥させることによって形成できる。
正極合材スラリーに含まれる溶媒としては、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)等の有機溶媒が好ましい。
(Method for forming positive electrode composite layer)
The positive electrode composite material layer can be formed, for example, by applying a positive electrode composite slurry containing a positive electrode active material and a binder onto the surface of the positive electrode current collector and drying the slurry.
The solvent contained in the positive electrode material slurry is preferably an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP).
正極集電体に対して正極合剤スラリーを塗布し、乾燥させる上で、塗布方法及び乾燥方法は特に限定されない。
塗布方法としては、例えば、スロット・ダイコーティング、スライドコーティング、カーテンコーティング、グラビアコーティング等が挙げられる。
乾燥方法としては、温風、熱風、低湿風による乾燥;真空乾燥;赤外線(例えば遠赤外線)照射による乾燥;が挙げられる。
乾燥時間及び乾燥温度については、特に限定されないが、乾燥時間は例えば1分~30分であり、乾燥温度は例えば40℃~80℃である。
正極合材層の製造方法は、正極集電体上に正極合剤スラリーを塗布し、乾燥させた後、金型プレス、ロールプレス等を用いた加圧処理により、正極活物質層の空隙率を低くする工程を有することが好ましい。
When applying the positive electrode mixture slurry to the positive electrode current collector and drying it, the application method and drying method are not particularly limited.
Examples of the coating method include slot die coating, slide coating, curtain coating, and gravure coating.
Examples of the drying method include drying with warm air, hot air, and low humidity air; vacuum drying; and drying with infrared rays (for example, far infrared rays) irradiation.
The drying time and drying temperature are not particularly limited, but the drying time is, for example, 1 minute to 30 minutes, and the drying temperature is, for example, 40°C to 80°C.
The method for producing the positive electrode composite layer is to apply a positive electrode mixture slurry onto a positive electrode current collector, dry it, and then apply pressure using a mold press, roll press, etc. to reduce the porosity of the positive electrode active material layer. It is preferable to include a step of lowering the .
<負極>
本実施形態の電池前駆体における負極は、リチウムイオンを吸蔵及び放出可能な負極である。
本実施形態の電池前駆体における負極は、好ましくは、リチウムイオンを吸蔵及び放出可能な負極活物質を少なくとも1種含む。
本実施形態の電池前駆体における負極は、より好ましくは、負極集電体と、負極活物質及びバインダーを含有する負極合材層と、を備える。
負極合材層は、負極集電体の表面の少なくとも一部に設けられる。
<Negative electrode>
The negative electrode in the battery precursor of this embodiment is a negative electrode capable of intercalating and deintercalating lithium ions.
The negative electrode in the battery precursor of the present embodiment preferably contains at least one negative electrode active material capable of intercalating and deintercalating lithium ions.
The negative electrode in the battery precursor of this embodiment more preferably includes a negative electrode current collector and a negative electrode composite material layer containing a negative electrode active material and a binder.
The negative electrode composite material layer is provided on at least a portion of the surface of the negative electrode current collector.
(負極活物質)
負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵及び放出可能な物質であれば特に制限はないが、例えば、金属リチウム、リチウム含有合金、リチウムとの合金化が可能な金属もしくは合金、リチウムイオンのドープ・脱ドープが可能な酸化物、リチウムイオンのドープ・脱ドープが可能な遷移金属窒素化物、および、リチウムイオンのドープ・脱ドープが可能な炭素材料からなる群から選ばれた少なくとも1種(単独で用いてもよいし、これらの2種以上を含む混合物を用いてもよい)を用いることができる。
これらの中でもリチウムイオンをドープ・脱ドープすることが可能な炭素材料が好ましい。
上記炭素材料としては、カーボンブラック、活性炭、黒鉛材料(例えば、人造黒鉛、天然黒鉛等)、非晶質炭素材料、等が挙げられる。
上記炭素材料の形態は、繊維状、球状、ポテト状、フレーク状いずれの形態であってもよい。
上記炭素材料の粒径は特に限定されないが、例えば5μm~50μm、好ましくは20μm~30μmである。
(Negative electrode active material)
The negative electrode active material is not particularly limited as long as it can absorb and release lithium ions, but examples include metallic lithium, lithium-containing alloys, metals or alloys that can be alloyed with lithium, and lithium ion doped materials. At least one member selected from the group consisting of oxides that can be dedoped, transition metal nitrides that can be doped and dedoped with lithium ions, and carbon materials that can be doped and dedoped with lithium ions. (or a mixture containing two or more of these) can be used.
Among these, carbon materials that can be doped and dedoped with lithium ions are preferred.
Examples of the carbon material include carbon black, activated carbon, graphite materials (eg, artificial graphite, natural graphite, etc.), amorphous carbon materials, and the like.
The carbon material may be in any of fibrous, spherical, potato-like, and flake-like forms.
The particle size of the carbon material is not particularly limited, but is, for example, 5 μm to 50 μm, preferably 20 μm to 30 μm.
非晶質炭素材料として、具体的には、ハードカーボン、コークス、1500℃以下に焼成したメソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、メソフェーズピッチカーボンファイバー(MCF)などが例示される。 Specific examples of the amorphous carbon material include hard carbon, coke, mesocarbon microbeads (MCMB) fired at 1500° C. or lower, and mesophase pitch carbon fiber (MCF).
黒鉛材料としては、天然黒鉛、人造黒鉛が挙げられる。
人造黒鉛としては、黒鉛化MCMB、黒鉛化MCFなどが用いられる。
また、黒鉛材料としては、ホウ素を含有するものなども用いることができる。
また、黒鉛材料としては、金、白金、銀、銅、スズなどの金属で被覆したもの、非晶質炭素で被覆したもの、非晶質炭素と黒鉛を混合したものも使用することができる。
Examples of graphite materials include natural graphite and artificial graphite.
As the artificial graphite, graphitized MCMB, graphitized MCF, etc. are used.
Further, as the graphite material, one containing boron can also be used.
Further, as the graphite material, those coated with metals such as gold, platinum, silver, copper, and tin, those coated with amorphous carbon, and those coated with a mixture of amorphous carbon and graphite can also be used.
これらの炭素材料は、1種類で使用してもよく、2種類以上混合して使用してもよい。 These carbon materials may be used alone or in combination of two or more.
(導電助材)
本実施形態の電池前駆体における負極が、負極集電体と負極合材層とを備える場合、負極合材層は、導電助材を含むことが好ましい。
導電助材としては、公知の導電助材を使用することができる。
負極合材層に含まれ得る導電助材の具体例は、前述した、正極合材層に含まれ得る導電助材の具体例と同様である。
(conductive aid)
When the negative electrode in the battery precursor of this embodiment includes a negative electrode current collector and a negative electrode composite material layer, it is preferable that the negative electrode composite material layer contains a conductive additive.
As the conductive aid, a known conductive aid can be used.
Specific examples of the conductive additive that can be included in the negative electrode composite layer are the same as the aforementioned specific examples of the conductive additive that can be included in the positive electrode composite layer.
(その他の成分)
本実施形態の電池前駆体における負極が、負極集電体と負極合材層とを備える場合、負極合材層は、上記各成分に加えて、その他の成分を含んでいてもよい。
その他の成分としては、増粘剤、界面活性剤、分散剤、濡れ剤、消泡剤等が挙げられる。
(Other ingredients)
When the negative electrode in the battery precursor of this embodiment includes a negative electrode current collector and a negative electrode composite material layer, the negative electrode composite material layer may contain other components in addition to the above-mentioned components.
Other components include thickeners, surfactants, dispersants, wetting agents, antifoaming agents, and the like.
(負極合材層の形成方法)
負極合材層は、例えば、負極活物質及びバインダーを含む負極合材スラリーを負極集電体の表面に塗布し、乾燥させることによって形成できる。
負極合材スラリーに含まれる溶媒としては、水を使用することが好ましいが、必要に応じて、例えば、集電体への塗工性向上のために、水と相溶する液状媒体を使用してもよい。
水と相溶する液状媒体としては、アルコール類、グリコール類、セロソルブ類、アミノアルコール類、アミン類、ケトン類、カルボン酸アミド類、リン酸アミド類、スルホキシド類、カルボン酸エステル類、リン酸エステル類、エーテル類、ニトリル類等が挙げられ、水と相溶する範囲で使用してもよい。
(Method for forming negative electrode composite material layer)
The negative electrode composite material layer can be formed, for example, by applying a negative electrode composite material slurry containing a negative electrode active material and a binder onto the surface of the negative electrode current collector and drying the slurry.
It is preferable to use water as the solvent contained in the negative electrode composite material slurry, but if necessary, for example, a liquid medium that is compatible with water may be used to improve the coating properties on the current collector. It's okay.
Liquid media that are compatible with water include alcohols, glycols, cellosolves, amino alcohols, amines, ketones, carboxylic acid amides, phosphoric acid amides, sulfoxides, carboxylic acid esters, and phosphoric acid esters. ethers, nitriles, etc., and may be used within a range that is compatible with water.
負極合材層の形成方法の好ましい態様は、前述した、正極合材層の形成方法の好ましい態様と同様である。 A preferred embodiment of the method for forming the negative electrode composite material layer is the same as the preferred embodiment of the method for forming the positive electrode composite material layer described above.
<セパレータ>
本実施形態の電池前駆体におけるセパレータとしては、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリエステル、セルロース、ポリアミド等の樹脂を含む多孔質の平板が挙げられる。また、セパレータとしては、上記樹脂を含む不織布も挙げられる。
好適例として、一種または二種以上のポリオレフィン樹脂を主体に構成された単層または多層構造の多孔性樹脂シートが挙げられる。
セパレータの厚みは、例えば5μm~30μmとすることができる。
セパレータは、好ましくは、正極と負極との間に配置される。
<Separator>
Examples of the separator in the battery precursor of this embodiment include porous flat plates containing resins such as polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyester, cellulose, and polyamide. Moreover, as a separator, the nonwoven fabric containing the said resin is also mentioned.
A preferred example is a porous resin sheet having a single layer or multilayer structure mainly composed of one or more types of polyolefin resin.
The thickness of the separator can be, for example, 5 μm to 30 μm.
The separator is preferably placed between the positive electrode and the negative electrode.
<電解液>
本実施形態の電池前駆体における電解液は、前述した本実施形態の非水電解液である。
本実施形態の非水電解液の好ましい態様は前述したとおりである。
<Electrolyte>
The electrolytic solution in the battery precursor of this embodiment is the non-aqueous electrolytic solution of this embodiment described above.
Preferred aspects of the non-aqueous electrolyte of this embodiment are as described above.
<電池前駆体の製造方法>
本実施形態の電池前駆体を製造する方法には特に限定はない。
本実施形態の電池前駆体を製造する方法の一例は、ケースに、正極、負極、セパレータ、及び電解液を収容する工程を含む。
上記一例は、好ましくは、
ケースに、正極、負極、及びセパレータを収容する工程と、
正極、負極、及びセパレータが収容されたケースに、電解液を注入する工程と、
を含む。
<Method for manufacturing battery precursor>
There is no particular limitation on the method for manufacturing the battery precursor of this embodiment.
An example of a method for manufacturing the battery precursor of this embodiment includes a step of housing a positive electrode, a negative electrode, a separator, and an electrolyte in a case.
The above example preferably includes:
A step of accommodating a positive electrode, a negative electrode, and a separator in a case;
Injecting an electrolyte into a case containing a positive electrode, a negative electrode, and a separator;
including.
<リチウム二次電池前駆体の一例>
以下、本実施形態のリチウム二次電池前駆体の一例について、図1を参照しながら説明するが、本実施形態のリチウム二次電池前駆体は、以下の一例には限定されない。
<Example of lithium secondary battery precursor>
An example of the lithium secondary battery precursor of this embodiment will be described below with reference to FIG. 1, but the lithium secondary battery precursor of this embodiment is not limited to the following example.
図1は、本実施形態のリチウム二次電池前駆体の一例である、リチウム二次電池前駆体1を示す概略断面図である。
リチウム二次電池前駆体1は、積層型リチウム二次電池の一例である。
本実施形態のリチウム二次電池前駆体としては、この積層型リチウム二次電池以外にも、例えば、正極、セパレータ、負極、及びセパレータをこの順の配置で重ねて層状に巻いた構造を有する、捲回型のリチウム二次電池も挙げられる。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a lithium secondary battery precursor 1, which is an example of the lithium secondary battery precursor of this embodiment.
The lithium secondary battery precursor 1 is an example of a stacked lithium secondary battery.
In addition to this stacked lithium secondary battery, the lithium secondary battery precursor of the present embodiment may have a structure in which a positive electrode, a separator, a negative electrode, and a separator are stacked in this order and wound in a layered manner. A wound type lithium secondary battery may also be mentioned.
図1に示すように、リチウム二次電池前駆体1は、正極リード21及び負極リード22が取り付けられた電池素子10が、ラミネートフィルムで形成された外装体30の内部に封入された構造を有している。
リチウム二次電池前駆体1では、正極リード21及び負極リード22が、外装体30の内部から外部に向かって、反対方向に導出されている。
正極リード21及び負極リード22は、例えば超音波溶接や抵抗溶接などにより後述する正極集電体及び負極集電体に取り付けることができる。
なお、図示しないが、正極リード及び負極リードが、外装体の内部から外部に向かって、同一方向に導出されていてもよい。
As shown in FIG. 1, the lithium secondary battery precursor 1 has a structure in which a battery element 10 to which a positive electrode lead 21 and a negative electrode lead 22 are attached is sealed inside an exterior body 30 formed of a laminate film. are doing.
In the lithium secondary battery precursor 1, the positive electrode lead 21 and the negative electrode lead 22 are led out in opposite directions from the inside of the exterior body 30 to the outside.
The positive electrode lead 21 and the negative electrode lead 22 can be attached to a positive electrode current collector and a negative electrode current collector, which will be described later, by, for example, ultrasonic welding or resistance welding.
Although not shown, the positive electrode lead and the negative electrode lead may be led out in the same direction from the inside of the exterior body to the outside.
図1に示すように、電池素子10は、正極集電体11Aの両方の主面上に正極合材層11Bが形成されてなる正極11と、セパレータ13と、負極集電体12Aの両方の主面上に負極合材層12Bが形成されてなる負極12と、が積層された構造を有している。
この構造において、正極11の正極集電体11Aの片方の主面上に形成された正極合材層11Bと、正極11に隣接する負極12の負極集電体12Aの片方の主面上に形成された負極合材層12Bと、がセパレータ13を介して向き合っている。
As shown in FIG. 1, the battery element 10 includes a positive electrode 11 in which a positive electrode composite layer 11B is formed on both main surfaces of a positive electrode current collector 11A, a separator 13, and a negative electrode current collector 12A. It has a structure in which a negative electrode 12 having a negative electrode composite material layer 12B formed on the main surface is stacked.
In this structure, a positive electrode composite layer 11B is formed on one main surface of the positive electrode current collector 11A of the positive electrode 11, and a positive electrode composite layer 11B is formed on one main surface of the negative electrode current collector 12A of the negative electrode 12 adjacent to the positive electrode 11. The negative electrode composite material layer 12</b>B and the negative electrode composite material layer 12</b>B facing each other with the separator 13 interposed therebetween.
リチウム二次電池前駆体1の外装体30の内部には、本実施形態の非水電解液(不図示)が注入されている。本実施形態の非水電解液は、正極合材層11B、セパレータ13、及び負極合材層12Bに含浸されている。
リチウム二次電池前駆体1では、隣接する正極合材層11B、セパレータ13及び負極合材層12Bによって、1つの単電池層14が形成されている。
なお、正極及び負極は、各集電体の片面上に各活物質層が形成されているものであってもよい。
A non-aqueous electrolyte (not shown) of this embodiment is injected into the exterior body 30 of the lithium secondary battery precursor 1. The non-aqueous electrolyte of this embodiment is impregnated into the positive electrode mixture layer 11B, the separator 13, and the negative electrode mixture layer 12B.
In the lithium secondary battery precursor 1, one single cell layer 14 is formed by the adjacent positive electrode composite material layer 11B, separator 13, and negative electrode composite material layer 12B.
Note that the positive electrode and the negative electrode may each have an active material layer formed on one side of each current collector.
なお、以下で説明する本開示の実施形態に係るリチウム二次電池の一例としては、リチウム二次電池前駆体1における正極合材層11B及び負極合材層12Bの各々の表面に、リチウム二次電池前駆体1に対する充電及び放電によって被膜が形成されている態様のリチウム二次電池が挙げられる。 Note that, as an example of a lithium secondary battery according to an embodiment of the present disclosure described below, lithium secondary Examples include lithium secondary batteries in which a film is formed by charging and discharging the battery precursor 1.
〔リチウム二次電池の製造方法〕
本開示の実施形態に係るリチウム二次電池の製造方法(以下、「本実施形態の電池の製造方法」ともいう)は、
本実施形態の電池前駆体を準備する工程(以下、「準備工程」ともいう)と、
電池前駆体に対してエージング処理を施すことにより、リチウム二次電池を得る工程(以下、「エージング工程」ともいう)と、
を含み、
エージング処理は、電池前駆体に対し、30℃~70℃の環境下で、充電及び放電を施すことを含むリチウム二次電池の製造方法である。
[Method for manufacturing lithium secondary battery]
The method for manufacturing a lithium secondary battery according to the embodiment of the present disclosure (hereinafter also referred to as "the method for manufacturing a battery according to the present embodiment") includes:
A step of preparing the battery precursor of this embodiment (hereinafter also referred to as "preparation step"),
A step of obtaining a lithium secondary battery by subjecting a battery precursor to an aging treatment (hereinafter also referred to as "aging step");
including;
Aging treatment is a method for manufacturing a lithium secondary battery that includes charging and discharging a battery precursor in an environment of 30° C. to 70° C.
エージング工程におけるエージング処理は、好ましくは、
電池前駆体を30℃~70℃(好ましくは、30℃~60℃)の環境下で保持する初期保持フェーズと、
初期保持フェーズ後の電池前駆体を、30℃~70℃(好ましくは、30℃~60℃)の環境下で充電する初期充電フェーズと、
初期充電フェーズ後の電池前駆体を、30℃~70℃(好ましくは、30℃~60℃)の環境下で保持する第2保持フェーズと、
第2保持フェーズ後の電池前駆体に対し、30℃~70℃(好ましくは、30℃~60℃)の環境下で、充電及び放電の組み合わせを1回以上施す充放電フェーズと、
を含む。
The aging treatment in the aging step preferably includes:
an initial holding phase in which the battery precursor is held in an environment of 30°C to 70°C (preferably 30°C to 60°C);
an initial charging phase in which the battery precursor after the initial holding phase is charged in an environment of 30° C. to 70° C. (preferably 30° C. to 60° C.);
a second holding phase in which the battery precursor after the initial charging phase is held in an environment of 30°C to 70°C (preferably 30°C to 60°C);
A charging/discharging phase in which the battery precursor after the second holding phase is subjected to a combination of charging and discharging one or more times in an environment of 30° C. to 70° C. (preferably 30° C. to 60° C.);
including.
上記好ましい態様によれば、リチウム二次電池の高温環境下における、電池抵抗及びガス膨れを抑制の効果がより効果的に発揮される。 According to the above preferred embodiment, the effect of suppressing battery resistance and gas expansion in a high temperature environment of a lithium secondary battery is more effectively exhibited.
〔リチウム二次電池〕
本開示の一実施形態に係るリチウム二次電池(以下、「本実施形態の電池」ともいう)は、
ケースと、
ケースに収容された、正極、負極、セパレータ、及び電解液と、
を備え、
正極が、リチウムイオンを吸蔵及び放出可能な正極であり、
負極が、リチウムイオンを吸蔵及び放出可能な負極であり、
電解液が、フッ素を含むリチウム塩である電解質と非水溶媒とを含有する非水電解液であり、
前記負極の表面の少なくとも一部に、下記式(I)で表される繰り返し構造を含むリン酸ホウ素リチウム化合物及び前記電解質に由来する成分を含有する負極被膜が形成されており、前記正極の表面の少なくとも一部に、下記式(I)で表される繰り返し構造を含むリン酸ホウ素リチウム化合物及び前記電解質に由来する成分を含有する正極被膜が形成されているリチウム二次電池である。
[Lithium secondary battery]
A lithium secondary battery according to an embodiment of the present disclosure (hereinafter also referred to as "battery of this embodiment") includes:
case and
A positive electrode, a negative electrode, a separator, and an electrolyte contained in a case,
Equipped with
The positive electrode is a positive electrode capable of intercalating and deintercalating lithium ions,
The negative electrode is a negative electrode capable of intercalating and deintercalating lithium ions,
The electrolyte is a nonaqueous electrolyte containing an electrolyte that is a lithium salt containing fluorine and a nonaqueous solvent,
A negative electrode film containing a lithium boron phosphate compound containing a repeating structure represented by the following formula (I) and a component derived from the electrolyte is formed on at least a part of the surface of the negative electrode, and the surface of the positive electrode This is a lithium secondary battery in which a positive electrode coating containing a lithium boron phosphate compound containing a repeating structure represented by the following formula (I) and a component derived from the electrolyte is formed on at least a portion of the lithium secondary battery.
〔式(I)中、nは1以上の整数を示す。〕
[In formula (I), n represents an integer of 1 or more. ]
ここで、式(I)で表される繰り返し構造を含むリン酸ホウ素リチウム化合物及び前記電解質に由来する成分とは、例えば、式(I)で表される繰り返し構造を含むリン酸ホウ素リチウム化合物の分解物、式(I)で表される繰り返し構造を含むリン酸ホウ素リチウム化合物と電解質との反応物、及び当該反応物の分解物から選択される少なくとも1つを含む成分のことをいう。 Here, the component derived from the lithium boron phosphate compound containing the repeating structure represented by formula (I) and the electrolyte refers to, for example, the lithium boron phosphate compound containing the repeating structure represented by formula (I). It refers to a component containing at least one selected from a decomposition product, a reaction product of a lithium boron phosphate compound containing a repeating structure represented by formula (I) and an electrolyte, and a decomposition product of the reaction product.
本実施形態の電池は、上述した本実施形態の電池の製造方法によって好適に製造することができる。
本実施形態の電池は、上記負極被膜及び上記正極被膜を含むので、本実施形態の電池の製造方法によって製造された電池と同様の効果が奏される。
The battery of this embodiment can be suitably manufactured by the method for manufacturing the battery of this embodiment described above.
Since the battery of this embodiment includes the negative electrode coating and the positive electrode coating, the same effects as those of the battery manufactured by the battery manufacturing method of this embodiment are achieved.
本実施形態の電池における、ケース、正極、負極、及びセパレータの好ましい態様は、前述した、本実施形態の電池前駆体における、ケース、正極、負極、及びセパレータの好ましい態様と同様である。 Preferred aspects of the case, positive electrode, negative electrode, and separator in the battery of this embodiment are the same as those of the case, positive electrode, negative electrode, and separator in the battery precursor of this embodiment described above.
本実施形態の電池における非水電解液の好ましい態様は、リン酸ホウ素リチウム化合物(X)が含有されていることには限定されないこと以外は、本実施形態の非水電解液の好ましい態様と同様である。
本実施形態の電池における非水電解液は、リン酸ホウ素リチウム化合物(X)を含有していても構わない。
例えば、本実施形態の電池の製造方法によって本実施形態の電池を製造した場合、エージング処理により、リン酸ホウ素リチウム化合物(X)が完全に消費されていてもよいし、リン酸ホウ素リチウム化合物(X)の一部が残存していてもよい。
A preferred embodiment of the non-aqueous electrolyte in the battery of this embodiment is the same as the preferred embodiment of the non-aqueous electrolyte of this embodiment, except that it is not limited to containing the lithium boron phosphate compound (X). It is.
The non-aqueous electrolyte in the battery of this embodiment may contain a lithium boron phosphate compound (X).
For example, when the battery of this embodiment is manufactured by the battery manufacturing method of this embodiment, the lithium boron phosphate compound (X) may be completely consumed by the aging treatment, or the lithium boron phosphate compound (X) may be completely consumed by the aging treatment. A part of X) may remain.
以上で説明した、本開示のリチウム二次電池用添加剤、本開示のリチウム二次電池用非水電解液、本開示のリチウム二次電池前駆体、本開示のリチウム二次電池の製造方法、及び本開示のリチウム二次電池は、例えば、携帯電話、ノート型パソコンなどの電子機器;電気自動車;ハイブリッド自動車;電力貯蔵用の電源;等の用途に適用可能である。
本開示のリチウム二次電池用添加剤、本開示のリチウム二次電池用非水電解液、本開示のリチウム二次電池前駆体、本開示のリチウム二次電池の製造方法、及び本開示のリチウム二次電池は、特に、ハイブリッド自動車又は電気自動車に対して特に好適に用いられるものである。
The additive for a lithium secondary battery of the present disclosure, the nonaqueous electrolyte for a lithium secondary battery of the present disclosure, the lithium secondary battery precursor of the present disclosure, the method for manufacturing a lithium secondary battery of the present disclosure, as described above, The lithium secondary battery of the present disclosure can be applied to, for example, electronic devices such as mobile phones and notebook computers; electric vehicles; hybrid vehicles; power sources for power storage; and the like.
The additive for lithium secondary batteries of the present disclosure, the non-aqueous electrolyte for lithium secondary batteries of the present disclosure, the lithium secondary battery precursor of the present disclosure, the method for manufacturing a lithium secondary battery of the present disclosure, and the lithium of the present disclosure Secondary batteries are particularly suitable for use in hybrid vehicles or electric vehicles.
以下、本開示の実施例を示すが、本開示は以下の実施例には限定されない。 Examples of the present disclosure will be shown below, but the present disclosure is not limited to the following examples.
〔実施例1〕式(I)の化合物の合成例
撹拌装置、温度計、ガス導入ライン、排気ライン、及び、ディーンシュターク管を備えた300mLのフラスコを準備した。ディーンシュターク管には、生成した水の除去用にトルエンを満たした。
上記300mLのフラスコを乾燥窒素ガスでパージした後、ここに、濃度87.5%のリン酸33.6g(0.30mol)と、炭酸リチウム11.08g(0.15mol)と、水60gとを入れ、攪拌混合して均一溶液を得た。攪拌をしながらここにトルエン100gを加え、30分後に加熱を開始し、85~110℃の温度でトルエンが還流する状態とした。加熱、攪拌、及びトルエン還流を継続し、留出する水をディーンシュターク管内でトルエンと分液して除去し続けた。還流するトルエンに水の同伴留出が無くなった段階で加熱を止め、反応液を室温(25℃)まで冷却した。上記によって得られた反応液は、固体が析出したスラリーであった。
[Example 1] Synthesis example of compound of formula (I) A 300 mL flask equipped with a stirring device, a thermometer, a gas introduction line, an exhaust line, and a Dean-Stark tube was prepared. The Deanstark tube was filled with toluene for removal of produced water.
After purging the above 300 mL flask with dry nitrogen gas, 33.6 g (0.30 mol) of phosphoric acid with a concentration of 87.5%, 11.08 g (0.15 mol) of lithium carbonate, and 60 g of water were added thereto. and stirred and mixed to obtain a homogeneous solution. 100 g of toluene was added thereto while stirring, and heating was started 30 minutes later to bring the toluene into a state of reflux at a temperature of 85 to 110°C. Heating, stirring, and toluene reflux were continued, and distilled water was separated from toluene in the Deanstark tube to be removed. When no water was distilled out from the refluxing toluene, heating was stopped, and the reaction solution was cooled to room temperature (25° C.). The reaction solution obtained above was a slurry in which solids were precipitated.
このスラリーを濾過して固形分を取り、窒素雰囲気下、150℃で6時間加熱し乾燥させた。これにより白色結晶の中間体A25.77g(0.30mol)を得た。次いでこの中間体Aを元の反応フラスコにジメチルカーボネート200gと共に入れ、攪拌混合して均質なスラリーを得た。攪拌をしながらここに三フッ化ホウ素ジエチルエーテル錯体42.58g(0.30mol)を入れ、その後90℃に加熱し、溶媒還流状態で2時間撹拌した(反応工程)。この2時間の攪拌の過程で、スラリーは均一な溶液へと変化した。この反応溶液を室温まで冷却し、次いで10kPa以下及び30℃の条件で乾燥させることにより、殆ど流動性の無い高粘度液状の生成物46.10gを得た。 This slurry was filtered to remove solid content, and the slurry was heated and dried at 150° C. for 6 hours in a nitrogen atmosphere. This yielded 25.77 g (0.30 mol) of Intermediate A as white crystals. This intermediate A was then added to the original reaction flask along with 200 g of dimethyl carbonate and mixed with stirring to obtain a homogeneous slurry. 42.58 g (0.30 mol) of boron trifluoride diethyl ether complex was added thereto while stirring, and then heated to 90° C. and stirred for 2 hours under solvent reflux (reaction step). During this 2 hour stirring process, the slurry turned into a homogeneous solution. This reaction solution was cooled to room temperature and then dried under conditions of 10 kPa or less and 30° C. to obtain 46.10 g of a highly viscous liquid product with almost no fluidity.
得られた生成物を重ジメチルスルホキシド溶媒に溶解し、11B-NMR分析、19F-NMR分析、及び31P-NMR分析を行った。各NMR分析によって得られたスペクトルのケミカルシフト〔ppm〕は、それぞれ以下の通りであった。 The obtained product was dissolved in a heavy dimethyl sulfoxide solvent and subjected to 11 B-NMR analysis, 19 F-NMR analysis, and 31 P-NMR analysis. The chemical shifts [ppm] of the spectra obtained by each NMR analysis were as follows.
11B-NMR:-2.2ppm。
19F-NMR:-148.3ppm。
31P-NMR:0.2ppm。
11B -NMR: -2.2 ppm.
19F -NMR: -148.3ppm.
31P -NMR: 0.2 ppm.
得られた生成物は、11B-NMRと19F-NMRのスペクトルパターンから、トリフルオロボレート骨格を有することが確認され、尚且つ31P-NMRから、リン酸化合物であることが確認された。 The obtained product was confirmed to have a trifluoroborate skeleton from the spectral patterns of 11 B-NMR and 19 F-NMR, and was confirmed to be a phosphoric acid compound from 31 P-NMR. .
また、得られた生成物をジメチルホルムアミド溶媒に溶解し、GPC測定によって重量平均分子量(Mw)および数平均分子量(Mn)を求めた。GPC測定は、カラム:TSKgel Super AWM-H 9μm(6.0φ×150mm)2本直列、溶媒:10mM LiBr/ジメチルホルムアミド、カラム温度:40℃、で行った。Mw値、Mn値はポリスチレン換算値である。 Further, the obtained product was dissolved in a dimethylformamide solvent, and the weight average molecular weight (Mw) and number average molecular weight (Mn) were determined by GPC measurement. The GPC measurement was performed using two TSKgel Super AWM-H 9 μm (6.0φ×150 mm) columns in series, solvent: 10 mM LiBr/dimethylformamide, and column temperature: 40°C. The Mw value and Mn value are polystyrene equivalent values.
GPC測定の結果、Mw=1,700、Mn=1,500であり、Mw/Mn≒1.13であった。
Mw及びMnの測定結果から、nは8~11と考えられる。
As a result of GPC measurement, Mw=1,700, Mn=1,500, and Mw/Mn≈1.13.
From the measurement results of Mw and Mn, n is considered to be 8 to 11.
以上のように、本実施例1の合成によって得られた生成物は、一種のリン酸ホウ素リチウム化合物、即ち繰り返し構造(I)を含むリン酸ホウ素リチウム化合物であることが確認された。従って、本実施例1の結果により、下記反応スキームで繰り返し構造(I)を含む化合物(nは1以上)が得られたことが示された。 As described above, it was confirmed that the product obtained by the synthesis of Example 1 was a type of lithium boron phosphate compound, that is, a lithium boron phosphate compound containing the repeating structure (I). Therefore, the results of Example 1 showed that a compound (n is 1 or more) containing the repeating structure (I) was obtained using the following reaction scheme.
〔実施例101~104、比較例101~102〕
<非水電解液(試料0~試料5)の作製>
(試料0)
エチレンカーボネート(以下、EC)とジメチルカーボネート(以下、DMC)とメチルエチルカーボネート(EMC)とを、EC:DMC:EMC=30:35:35(体積比)で混合することにより、非水溶媒としての混合溶媒を作製した。
混合溶媒に対し、電解質としてのLiPF6を、最終的に得られる非水電解液中の濃度が1モル/リットルとなるように溶解させた。
以上により、試料0を得た。
試料0は、比較例101の電池に使用する非水電解液である。
[Examples 101-104, Comparative Examples 101-102]
<Preparation of non-aqueous electrolyte (sample 0 to sample 5)>
(Sample 0)
By mixing ethylene carbonate (hereinafter referred to as EC), dimethyl carbonate (hereinafter referred to as DMC), and methyl ethyl carbonate (EMC) at a ratio of EC:DMC:EMC=30:35:35 (volume ratio), a non-aqueous solvent can be obtained. A mixed solvent was prepared.
LiPF 6 as an electrolyte was dissolved in the mixed solvent so that the concentration in the finally obtained non-aqueous electrolyte was 1 mol/liter.
Through the above steps, sample 0 was obtained.
Sample 0 is a non-aqueous electrolyte used in the battery of Comparative Example 101.
(試料1~2)
更に、リン酸ホウ素リチウム化合物(X)の一例として、実施例1で得られた化合物(以下、「化合物(I)」ともいう。)を、最終的に得られる非水電解液の全量に対する含有量が、表1に示す含有量(質量%)となるように添加したこと以外は試料0と同様にして、試料1~試料2を得た。
試料1~試料2は、それぞれ、実施例101~実施例102の電池に使用する非水電解液である。
(Samples 1-2)
Furthermore, as an example of the lithium boron phosphate compound (X), the compound obtained in Example 1 (hereinafter also referred to as "compound (I)") was added to the total amount of the non-aqueous electrolyte finally obtained. Samples 1 to 2 were obtained in the same manner as Sample 0, except that the amounts were added so that the contents (mass%) were as shown in Table 1.
Samples 1 to 2 are non-aqueous electrolytes used in the batteries of Examples 101 to 102, respectively.
(試料3)
更に、ビニレンカーボネート(VC)を、最終的に得られる非水電解液の全量に対する含有量が、表2に示す含有量(質量%)となるように添加したこと以外は試料0と同様について、試料3を得た。
試料3は、比較例102の電池に使用する非水電解液である。
(Sample 3)
Furthermore, the same as sample 0 except that vinylene carbonate (VC) was added so that the content based on the total amount of the non-aqueous electrolyte finally obtained was the content (mass%) shown in Table 2. Sample 3 was obtained.
Sample 3 is a non-aqueous electrolyte used in the battery of Comparative Example 102.
(試料4~5)
更に、ビニレンカーボネート(VC)を、最終的に得られる非水電解液の全量に対する含有量が、表2に示す含有量(質量%)となるように添加したこと以外は試料1~試料2の各々と同様にして、試料4~5をそれぞれ得た。
試料4~5は、それぞれ、実施例103~実施例104の電池に使用する非水電解液である。
(Samples 4-5)
Furthermore, Samples 1 and 2 were the same, except that vinylene carbonate (VC) was added so that the content (mass%) based on the total amount of the non-aqueous electrolyte finally obtained was as shown in Table 2. Samples 4 and 5 were obtained in the same manner as each sample.
Samples 4 to 5 are non-aqueous electrolytes used in the batteries of Examples 103 to 104, respectively.
<リチウム二次電池の作製>
以下のようにして、リチウム二次電池としての捲回型電池(設計容量1Ah)(以下、単に「電池」ともいう)を作製した。
<Production of lithium secondary battery>
A wound type battery (designed capacity 1 Ah) (hereinafter also simply referred to as "battery") as a lithium secondary battery was produced in the following manner.
(正極の作製)
1.正極合材スラリー調製
正極合材スラリーの調製には、5Lのプラネタリーディスパを用いた。
正極活物質としてのNCM523(即ち、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2)920g、導電助材としてのSuper-P(TIMCAL社製導電性カーボン)20g、及び導電助材としてのKS-6(TIMREX社製鱗片状黒鉛)20gを10分間混合した後、ここにN-メチルピロリドン(NMP)を100g加え、更に20分間混合した。
(Preparation of positive electrode)
1. Preparation of positive electrode composite slurry A 5L planetary disperser was used to prepare the positive electrode composite slurry.
920 g of NCM523 (i.e., LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 ) as a positive electrode active material, 20 g of Super-P (conductive carbon manufactured by TIMCAL) as a conductive additive, and After 20 g of KS-6 (scaly graphite manufactured by TIMREX) was mixed for 10 minutes, 100 g of N-methylpyrrolidone (NMP) was added thereto and further mixed for 20 minutes.
次いで、8%-PVDF溶液(クレハ製PVDFW#7200をNMPに溶解)150gを加えて30分間混練し、次いでここに、上記8%-PVDF溶液200gを加えて30分間混練した。次いでここに、上記8%-PVDF溶液を80g加えて30分間混練した。その後、粘度調整のためNMP27gを加えて30分間混合した後、真空脱泡を30分間行った。
以上により、固形分濃度60%の正極合材スラリーを得た。
Next, 150 g of an 8% PVDF solution (PVDFW #7200 manufactured by Kureha dissolved in NMP) was added and kneaded for 30 minutes, and then 200 g of the above 8% PVDF solution was added and kneaded for 30 minutes. Next, 80 g of the above 8%-PVDF solution was added thereto and kneaded for 30 minutes. Thereafter, 27 g of NMP was added to adjust the viscosity and mixed for 30 minutes, followed by vacuum defoaming for 30 minutes.
Through the above steps, a positive electrode composite slurry having a solid content concentration of 60% was obtained.
2.塗工・乾燥・プレス
正極合材スラリーの塗工にはダイコーターを用いた。
上記正極合材スラリーを、乾燥後の塗布質量が19.0mg/cm2になるように、正極集電体としてのアルミニウム箔(厚み20μm、幅200mm)の片面の一部に塗布し乾燥させた。次いで、このアルミニウム箔の反対面(未塗工面)の一部に、同様に塗布質量が19.0mg/cm2になるように、上記正極合材スラリーを塗布し乾燥させた。
こうして得た両面塗工(38.0mg/cm2)されたアルミニウム箔を、真空乾燥オーブンにて、130℃で12時間乾燥させ、次いで、35トンプレス機を用い、プレス密度が2.9g/cm3となるように圧縮することにより、正極原反を得た。
この正極原反は、正極集電体としてのアルミニウム箔と、このアルミニウム箔の両面に設けられた正極合材層と、を含む。アルミニウム箔の両面は、それぞれ、正極合材層が形成された領域と、正極合材層が形成されていない領域(即ち、余白)と、を含む。
2. Coating, Drying, and Pressing A die coater was used to apply the positive electrode composite slurry.
The above positive electrode composite slurry was applied to a part of one side of an aluminum foil (thickness 20 μm, width 200 mm) as a positive electrode current collector so that the applied mass after drying was 19.0 mg/cm 2 and dried. . Next, the positive electrode composite slurry was applied to a part of the opposite side (uncoated side) of the aluminum foil so that the applied mass was 19.0 mg/cm 2 and dried.
The thus obtained double-sided coated aluminum foil (38.0 mg/cm 2 ) was dried in a vacuum drying oven at 130°C for 12 hours, and then, using a 35-ton press machine, the pressed density was 2.9 g/cm 2 . A positive electrode original fabric was obtained by compressing it to a size of cm 3 .
This positive electrode original fabric includes an aluminum foil as a positive electrode current collector, and positive electrode composite material layers provided on both sides of this aluminum foil. Both sides of the aluminum foil each include a region where the positive electrode composite material layer is formed and a region (i.e., a blank space) where the positive electrode composite material layer is not formed.
3.スリット
上記正極原反をスリットすることにより、おもて面側に、56mm×334mmの正極合材層と、タブ溶接用余白と、を含み、裏面側に、56mm×408mmの正極合材層と、タブ溶接用余白と、を含む、正極C-1を得た。
3. Slit By slitting the above positive electrode material, the front side includes a positive electrode composite material layer of 56 mm x 334 mm and a margin for tab welding, and the back side includes a positive electrode composite material layer of 56 mm x 408 mm. , and a tab welding margin, a positive electrode C-1 was obtained.
(負極の作製)
1.負極合材スラリーの調製
負極合材スラリーの調製には、5Lのプラネタリーディスパを用いた。
負極活物質としての天然黒鉛960g及び導電助材としてのSuper-P(導電性カーボン、BET比表面積62m2/g)10gに対し、1%-CMC水溶液(即ち、カルボキシメチルセルロース(CMC)の1質量%水溶液)を450g加え、30分間混合した。
得られた混合物に対し、1%-CMC水溶液300gを加えて30分間混練した後、更に、1%-CMC水溶液250gを加えて30分間混練した。
得られた混練物に対し、スチレンブタジエンゴム(SBR)(40%乳化液)50gを加えて30分間混合した後、真空脱泡を30分間行った。
以上により、固形分濃度45%の負極合材スラリーを調製した。
(Preparation of negative electrode)
1. Preparation of negative electrode composite material slurry A 5L planetary disperser was used to prepare the negative electrode composite material slurry.
1%-CMC aqueous solution (i.e., 1 mass of carboxymethyl cellulose (CMC)) per 960 g of natural graphite as a negative electrode active material and 10 g of Super-P (conductive carbon, BET specific surface area 62 m 2 /g) as a conductive additive. % aqueous solution) was added and mixed for 30 minutes.
To the resulting mixture, 300 g of a 1% CMC aqueous solution was added and kneaded for 30 minutes, and then 250 g of a 1% CMC aqueous solution was added and kneaded for 30 minutes.
To the obtained kneaded material, 50 g of styrene butadiene rubber (SBR) (40% emulsion) was added and mixed for 30 minutes, followed by vacuum defoaming for 30 minutes.
As described above, a negative electrode composite slurry having a solid content concentration of 45% was prepared.
2.塗工・乾燥・プレス
負極合材スラリーの塗工には、ダイコーターを用いた。
上記負極合材スラリーを、乾燥後の塗布質量が11.0mg/cm2になるように、負極集電体としての銅箔(厚み10μm)の片面の一部に塗布し乾燥させた。次いで、この銅箔の反対面(未塗工面)の一部に、上記負極合材スラリーを、塗布質量が11.0mg/cm2になるように塗布し、乾燥させた。
こうして得た両面塗工(22.0mg/cm2)された銅箔を、真空乾燥オーブンにて、120℃で12時間乾燥させ、次いで、小型プレス機を用い、プレス密度が1.45g/cm3となるように圧縮することにより、負極原反を得た。
この負極原反は、負極集電体としての銅箔と、銅箔の両面に設けられた負極合材層と、を含む。銅箔の両面は、それぞれ、負極合材層が形成された領域と、負極合材層が形成されていない領域(即ち、余白)と、を含む。
2. Coating, drying, and pressing A die coater was used to apply the negative electrode composite slurry.
The negative electrode composite slurry was applied to a part of one side of a copper foil (thickness: 10 μm) as a negative electrode current collector so that the applied mass after drying was 11.0 mg/cm 2 and dried. Next, the negative electrode composite slurry was applied to a part of the opposite side (uncoated side) of this copper foil so that the applied mass was 11.0 mg/cm 2 and dried.
The thus obtained double-sided coated copper foil (22.0 mg/cm 2 ) was dried in a vacuum drying oven at 120°C for 12 hours, and then, using a small press machine, the pressed density was 1.45 g/cm. A negative electrode original fabric was obtained by compressing it so that it became 3 .
This negative electrode original fabric includes a copper foil as a negative electrode current collector, and negative electrode composite material layers provided on both sides of the copper foil. Both sides of the copper foil each include a region where the negative electrode composite material layer is formed and a region (ie, a blank space) where the negative electrode composite material layer is not formed.
3.スリット
上記負極原反をスリットすることにより、おもて面側に、58mm×372mmの負極合材層と、タブ溶接用余白と、を含み、裏面側に、58mm×431mmの負極合材層と、タブ溶接用余白と、を含む、負極A-1を得た。
3. Slit By slitting the above negative electrode original fabric, the front side includes a negative electrode composite material layer of 58 mm x 372 mm and a margin for tab welding, and the back side includes a negative electrode composite material layer of 58 mm x 431 mm. , and a tab welding margin, a negative electrode A-1 was obtained.
(電池前駆体の作製)
セパレータとして、多孔性樹脂シート(空隙率45%、厚み25μmのポリエチレン製多孔質膜)(60.5mm×450mm)を準備した。
負極A-1とセパレータと正極C-1とを、負極A-1の裏面がセパレータに接し、かつ、正極C-1の裏面がセパレータに接する向きで重ねて積層体を得た。得られた積層体を捲回し、捲回体を得た。得られた捲回体をプレス成型し、成型体を得た。
次いで、上記成型体における正極C-1の余白部分にアルミニウム製の正極タブを超音波接合機で接合し、上記成型体における負極A-1の余白部分にニッケル製の負極タブを超音波接合機で接合した。正極タブ及び負極タブが接合された成型体を、一対のラミネートシートで挟み込み、次いで三辺を加熱シールし、ラミネート体を得た。この際、ラミネート体における残りの一辺(加熱シールされていない一辺)から正極タブ及び負極タブがはみ出すようにした。
(Preparation of battery precursor)
As a separator, a porous resin sheet (porous polyethylene membrane with a porosity of 45% and a thickness of 25 μm) (60.5 mm×450 mm) was prepared.
A laminate was obtained by stacking the negative electrode A-1, the separator, and the positive electrode C-1 in such a direction that the back surface of the negative electrode A-1 was in contact with the separator and the back surface of the positive electrode C-1 was in contact with the separator. The obtained laminate was wound to obtain a wound body. The obtained wound body was press-molded to obtain a molded body.
Next, an aluminum positive electrode tab is bonded to the blank space of the positive electrode C-1 in the molded body using an ultrasonic bonding machine, and a nickel negative electrode tab is bonded to the blank space of the negative electrode A-1 in the molded body using an ultrasonic bonding machine. It was joined with The molded body in which the positive electrode tab and the negative electrode tab were joined was sandwiched between a pair of laminate sheets, and then three sides were heat-sealed to obtain a laminate body. At this time, the positive electrode tab and negative electrode tab were made to protrude from the remaining side of the laminate (the side that was not heat-sealed).
次に、真空乾燥機を用い、真空引きを行いながら、上記ラミネート体を、70℃で12時間減圧乾燥させた。次に、真空引きを継続しながら、上記ラミネート体の内部に、上記残りの一辺から、非水電解液(試料0~試料5のいずれか1つ)を注入し、次いで上記残りの一辺を加熱シールした。電解液の注入量は、4.7gとした。
以上により、各実施例及び各比較例の電池前駆体(即ち、リチウム二次電池前駆体)をそれぞれ得た。
Next, the laminate was dried under reduced pressure at 70° C. for 12 hours using a vacuum dryer while drawing a vacuum. Next, while continuing to vacuum, a non-aqueous electrolyte (any one of samples 0 to 5) is injected into the laminate from the remaining side, and then the remaining side is heated. I sealed it. The amount of electrolyte injected was 4.7 g.
As described above, battery precursors (that is, lithium secondary battery precursors) of each Example and each Comparative Example were obtained.
(電池の作製(エージング処理))
各実施例及び各比較例の電池前駆体に対し、それぞれ、以下に示すエージング処理を施すことにより、各実施例及び各比較例の電池(即ち、リチウム二次電池)を得た。以下、詳細を示す。
(Battery production (aging treatment))
The batteries (ie, lithium secondary batteries) of each Example and each Comparative Example were obtained by subjecting the battery precursors of each Example and each Comparative Example to the aging treatment shown below. Details are shown below.
電池前駆体を、40℃の雰囲気温度下で12時間保持した。
次に、40℃の雰囲気温度下で、電池前駆体を、充電レート0.05Cにて3.0Vまで定電流充電し、次いで充電レート0.1Cにて3.4Vまで定電流充電し、次いで充電レート0.2Cにて3.7Vまで定電流充電した。
次に、40℃の雰囲気温度下で、電池前駆体を24時間休止させた。
次に、40℃の雰囲気温度下で、電池前駆体を、充電レート0.5Cにて4.2V(SOC(State Of Charge)100%)まで定電流定電圧充電(0.5C-CCCV)し、次いで30分間休止させ、次いで放電レート0.5Cにて2.5Vまで定電流放電(0.5C-CC)させた。次に、電池前駆体を、0.5C-CCCVにて4.2Vまで充電し、次いで0.5C-CCにて2.5Vまで放電させた。
以上により、試験用電池を得た。
The battery precursor was held at an ambient temperature of 40° C. for 12 hours.
Next, under an ambient temperature of 40°C, the battery precursor was charged at a constant current of 0.05C to 3.0V, then charged to 3.4V at a charge rate of 0.1C, and then Constant current charging was performed to 3.7V at a charging rate of 0.2C.
Next, the battery precursor was allowed to rest for 24 hours at an ambient temperature of 40°C.
Next, the battery precursor was charged at a constant current and constant voltage (0.5C-CCCV) at a charging rate of 0.5C to 4.2V (SOC (State of Charge) 100%) at an ambient temperature of 40°C. , then rested for 30 minutes, and then subjected to constant current discharge (0.5C-CC) to 2.5V at a discharge rate of 0.5C. Next, the battery precursor was charged to 4.2V at 0.5C-CCCV and then discharged to 2.5V at 0.5C-CC.
Through the above steps, a test battery was obtained.
<高温保存後の電池抵抗、及び抵抗増加率の評価>
高温4週間後電池の電池抵抗、及び抵抗増加率の評価は、電池を保存する前(0週間後)、及び電池を0.2C-CCCVにて4.2Vまで充電し、60℃の環境下で、4週間保存した後(4週間保存後)の試験用電池を用いて、下記に示す操作を、25℃の条件下で行い、評価した。
<Evaluation of battery resistance and resistance increase rate after high temperature storage>
Evaluation of the battery resistance and resistance increase rate of the battery after 4 weeks at high temperature was performed before storing the battery (after 0 weeks) and after charging the battery to 4.2V at 0.2C-CCCV in an environment of 60℃. Using the test battery stored for 4 weeks (after storage for 4 weeks), the following operations were performed at 25° C. and evaluated.
既述の電池を保存する前(0週間保存後)の試験用電池について、以下の方法により、各電池の初期(即ち、保存前)のDCIR(Direct current internal resistance;直流抵抗)を測定した。 Regarding the test batteries before storing the batteries described above (after 0 week storage), the initial DCIR (Direct current internal resistance) of each battery was measured by the following method.
充電レート0.5Cにて3.7VまでCCCV充電した。
次に、電池に対し、放電レート1CにてCC10s放電を施し、次いで充電レート1CにてCC10s充電を施した。
次に、電池に対し、放電レート2CにてCC10s放電を施し、次いで充電レート1CにてCC20s充電を施した。
次に、電池に対し、放電レート3CにてCC10s放電を施し、次いで充電レート1CにてCC30s充電を施した。
次に、電池に対し、放電レート4CにてCC10s放電を行い、次いで充電レート1CにてCC40s充電を施した。
次に、電池に対し、放電レート5CにてCC10s放電を施し、次いで充電レート1CにてCC50s充電を施した。
CCCV charging was performed to 3.7V at a charging rate of 0.5C.
Next, the battery was subjected to CC10s discharge at a discharge rate of 1C, and then CC10s charge was performed at a charge rate of 1C.
Next, the battery was subjected to CC10s discharge at a discharge rate of 2C, and then CC20s charge was performed at a charge rate of 1C.
Next, the battery was subjected to CC10s discharge at a discharge rate of 3C, and then CC30s charge was performed at a charge rate of 1C.
Next, the battery was subjected to CC10s discharge at a discharge rate of 4C, and then CC40s charge was performed at a charge rate of 1C.
Next, the battery was subjected to CC10s discharge at a discharge rate of 5C, and then CC50s charge was performed at a charge rate of 1C.
なお、CCCV充電とは、定電流定電圧(Constant Current Constant Voltage)で充電することを意味し、CC10s放電とは、定電流(Constant Current)にて10秒間放電することを意味し、CC10s充電とは、定電流(Constant Current)にて10秒間充電することを意味する。 In addition, CCCV charging means charging with constant current constant voltage (Constant Current Constant Voltage), and CC10s discharge means discharging with constant current (Constant Current) for 10 seconds. means charging at a constant current for 10 seconds.
上記放電レート1C~5Cにおける「CC10s放電」による各電圧低下量(=放電開始前の電圧-放電開始後10秒目の電圧)と、各電流値(即ち、放電レート1C~5Cに相当する各電流値)と、に基づき直流抵抗(Ω)を求めた。
次に、各例における、高温4週間後電池の抵抗増加率を求めた。高温4週間後電池の抵抗増加率を算出するにあたり、増加の比較対象とする電池は、既述の電池を保存する前(保存0週間)の試験用電池である。つまり、高温4週間後電池の抵抗増加率は、既述の方法で測定した高温4週間後電池の直流抵抗値の値を、電池を保存する前(保存0週間)の試験用電池の直流抵抗値の値で除したものである。
結果を表1及び表2に示す。
なお、表1で示した高温環境下における、4週間保存後の電池抵抗、及び4週間保存後の抵抗増加率の値はそれぞれ、比較例101での4週間保存後の電池抵抗、及び4週間保存後の抵抗増加率の値を100%としたときの各例での相対値[%]である。また、表2で示した高温環境下における4週間保存後の電池抵抗、及び4週間保存後の抵抗増加率の値はそれぞれ、比較例102での4週間保存後の電池抵抗、及び4週間保存後の抵抗増加率の値を100%としたときの各例での相対値[%]である。
Each voltage drop amount due to "CC10s discharge" at the above discharge rate 1C to 5C (=voltage before discharge start - voltage 10 seconds after discharge start) and each current value (that is, each corresponding to discharge rate 1C to 5C) The DC resistance (Ω) was determined based on the current value).
Next, in each example, the rate of increase in resistance of the battery after 4 weeks at high temperature was determined. In calculating the resistance increase rate of the battery after 4 weeks at high temperature, the battery to be compared with the increase is the test battery before the battery was stored as described above (storage 0 weeks). In other words, the rate of increase in resistance of the battery after 4 weeks at high temperature is the DC resistance value of the battery after 4 weeks at high temperature measured by the method described above, and the DC resistance of the test battery before storing the battery (0 weeks of storage). It is divided by the value of the value.
The results are shown in Tables 1 and 2.
In addition, the values of the battery resistance after 4 weeks of storage and the resistance increase rate after 4 weeks of storage in a high temperature environment shown in Table 1 are the battery resistance after 4 weeks of storage in Comparative Example 101 and the values of the resistance increase rate after 4 weeks of storage, respectively. It is a relative value [%] in each example when the value of the resistance increase rate after storage is taken as 100%. In addition, the values of the battery resistance after 4 weeks of storage in a high temperature environment and the resistance increase rate after 4 weeks of storage shown in Table 2 are the battery resistance after 4 weeks of storage in Comparative Example 102 and the values of the resistance increase rate after 4 weeks of storage, respectively. It is a relative value [%] in each example when the value of the subsequent resistance increase rate is 100%.
<高温保存後のガス膨れ量>
上記試験用電池におけるガス膨れの抑制効果を、高温保存前後の試験用電池の厚みを比較することで評価した。評価手順を以下に示す。
作製した試験用電池を、アルキメデス法に基づく比重測定装置(SGM-300P、島津製作所製)により測定し、初期電池体積[cm3]とした。その後、電池の高温保存試験を終えた電池の体積を同様に測定し、これを高温保存後電池体積[cm3]として、高温保存後電池体積の差[cm3](体積増分)を求めた。この時、浸漬溶媒には純水を使用し、電池体積の算出時に用いる水の密度は、25℃での値(0.99704g cm-3)を用いた。
<Gas expansion amount after high temperature storage>
The effect of suppressing gas swelling in the test battery was evaluated by comparing the thickness of the test battery before and after high-temperature storage. The evaluation procedure is shown below.
The produced test battery was measured using a specific gravity measuring device (SGM-300P, manufactured by Shimadzu Corporation) based on the Archimedes method, and the initial battery volume was determined as [cm 3 ]. Thereafter, the volume of the battery after the battery high temperature storage test was measured in the same manner, and this was taken as the battery volume after high temperature storage [cm 3 ], and the difference in battery volume after high temperature storage [cm 3 ] (volume increment) was determined. At this time, pure water was used as the immersion solvent, and the density of water used in calculating the battery volume was the value at 25°C (0.99704 g cm-3).
後述の比較例101の試験用電池についても実施例と同様にして、初期電池体積[cm3]及び高温保存後電池体積[cm3]を測定し、比較例101の高温保存後電池体積の差[cm3]を求めた。 The initial battery volume [cm 3 ] and the battery volume after high-temperature storage [cm 3 ] were also measured for the test battery of Comparative Example 101, which will be described later, in the same manner as in the examples, and the difference in battery volume after high-temperature storage of Comparative Example 101 was determined. [cm3] was determined.
以上の結果から、下記式により、比較例101での高温保存後ガス膨れ量を100%としたときの各例での高温保存後電池体積の差の相対値[%]を、「高温保存後ガス膨れ量[相対値;%]」として求めた。
結果を表1及に示す。
From the above results, the relative value [%] of the difference in battery volume after high temperature storage in each example, when the amount of gas swelling after high temperature storage in Comparative Example 101 is taken as 100%, can be calculated using the following formula. Gas bulge amount [relative value; %]"
The results are shown in Table 1.
高温保存後ガス膨れ量[相対値;%]
=(表1に記載の各例での高温保存後の電池体積の差/比較例101での高温保存後体積の差)×100
Gas swelling amount after high temperature storage [relative value; %]
= (Difference in battery volume after high temperature storage in each example listed in Table 1/Difference in volume after high temperature storage in Comparative Example 101) x 100
実施例103~104についても同様にして、比較例102での高温保存後ガス膨れ量を100%としたときの各例での高温保存後ガス膨れ量の相対値[%]を、「高温保存後ガス膨れ量[相対値;%]」として求めた。
結果を表2に示す。
In the same manner for Examples 103 to 104, the relative value [%] of the amount of gas swelling after high temperature storage in each example, when the amount of gas swelling after high temperature storage in Comparative Example 102 was taken as 100%, was calculated as "high temperature storage". It was calculated as "post-gas swelling amount [relative value; %]".
The results are shown in Table 2.
表1に示すように、本開示のリン酸ホウ素リチウム化合物(X)を添加剤として用いている実施例では、比較例に比べて、高温環境下における、電池抵抗、電池抵抗増加率及びガス膨れが低減されていることがわかる。 As shown in Table 1, in the examples using the lithium boron phosphate compound (X) of the present disclosure as an additive, compared to the comparative examples, battery resistance, battery resistance increase rate, and gas swelling in a high-temperature environment were higher. It can be seen that this has been reduced.
表2に示すように、本開示のリン酸ホウ素リチウム化合物(X)を添加剤として、VCと併用して用いている実施例では、比較例に比べて、高温環境下における、電池抵抗、電池抵抗増加率及びガス膨れが低減されていることがわかる。 As shown in Table 2, in the examples in which the lithium boron phosphate compound (X) of the present disclosure is used as an additive in combination with VC, the battery resistance and It can be seen that the resistance increase rate and gas blistering are reduced.
<高温サイクル後の電池抵抗の評価>
各例で得られた電池(すなわち、試験用電池)について、それぞれ、高温サイクル後(すなわち、高温環境下における充放電サイクル後)の電池抵抗の評価を行った。以下、詳細を示す。
<Evaluation of battery resistance after high temperature cycle>
For the batteries obtained in each example (i.e., test batteries), battery resistance was evaluated after high-temperature cycles (i.e., after charge-discharge cycles in a high-temperature environment). Details are shown below.
以下の操作を、45℃の温度条件にて行った。
試験用電池を、充電レート0.5CにてSOC100%まで充電させた後、放電レート1Cにて放電させるサイクルを、0サイクル、及び700サイクルそれぞれ行った。
各サイクル後に得られた試験用電池について、既述の方法により電池抵抗(Ω)を測定した。
結果を表3に示す。
なお、表3で示した700サイクル後の電池抵抗の値は、比較例101での700サイクル後の電池抵抗の値を100%としたときの各例での700サイクル後の電池抵抗の値の相対値[%]である。
The following operations were performed at a temperature of 45°C.
The test battery was charged to SOC 100% at a charge rate of 0.5C, and then discharged at a discharge rate of 1C for 0 cycles and 700 cycles, respectively.
The battery resistance (Ω) of the test battery obtained after each cycle was measured by the method described above.
The results are shown in Table 3.
In addition, the value of battery resistance after 700 cycles shown in Table 3 is the value of battery resistance after 700 cycles in each example when the value of battery resistance after 700 cycles in Comparative Example 101 is taken as 100%. It is a relative value [%].
<高温サイクル後の電池抵抗増加率の評価>
高温環境下における700サイクル後の抵抗増加率の評価は、700サイクル後の電池に加え、既述の0サイクル後の試験用電池を用いて、下記に示す操作を、25℃の条件下で行い、評価した。
<Evaluation of battery resistance increase rate after high temperature cycle>
Evaluation of the resistance increase rate after 700 cycles in a high-temperature environment was performed using the test battery after 0 cycles as well as the battery after 700 cycles, and the following operations were performed at 25°C. ,evaluated.
既述の0サイクル後の試験用電池について、以下の方法により、各電池の初期(即ち、保存前)のDCIR(Direct current internal resistance;直流抵抗)を測定した。 Regarding the test batteries after the 0 cycle described above, the initial DCIR (Direct current internal resistance) of each battery (that is, before storage) was measured by the following method.
充電レート0.5Cにて3.7VまでCCCV充電した。
次に、電池に対し、放電レート1CにてCC10s放電を施し、次いで充電レート1CにてCC10s充電を施した。
次に、電池に対し、放電レート2CにてCC10s放電を施し、次いで充電レート1CにてCC20s充電を施した。
次に、電池に対し、放電レート3CにてCC10s放電を施し、次いで充電レート1CにてCC30s充電を施した。
次に、電池に対し、放電レート4CにてCC10s放電を行い、次いで充電レート1CにてCC40s充電を施した。
次に、電池に対し、放電レート5CにてCC10s放電を施し、次いで充電レート1CにてCC50s充電を施した。
CCCV charging was performed to 3.7V at a charging rate of 0.5C.
Next, the battery was subjected to CC10s discharge at a discharge rate of 1C, and then CC10s charge was performed at a charge rate of 1C.
Next, the battery was subjected to CC10s discharge at a discharge rate of 2C, and then CC20s charge was performed at a charge rate of 1C.
Next, the battery was subjected to CC10s discharge at a discharge rate of 3C, and then CC30s charge was performed at a charge rate of 1C.
Next, the battery was subjected to CC10s discharge at a discharge rate of 4C, and then CC40s charge was performed at a charge rate of 1C.
Next, the battery was subjected to CC10s discharge at a discharge rate of 5C, and then CC50s charge was performed at a charge rate of 1C.
なお、CCCV充電とは、定電流定電圧(Constant Current Constant Voltage)で充電することを意味し、CC10s放電とは、定電流(Constant Current)にて10秒間放電することを意味し、CC10s充電とは、定電流(Constant Current)にて10秒間充電することを意味する。 In addition, CCCV charging means charging with constant current constant voltage (Constant Current Constant Voltage), and CC10s discharge means discharging with constant current (Constant Current) for 10 seconds. means charging at a constant current for 10 seconds.
上記放電レート1C~5Cにおける「CC10s放電」による各電圧低下量(=放電開始前の電圧-放電開始後10秒目の電圧)と、各電流値(即ち、放電レート1C~5Cに相当する各電流値)と、に基づき直流抵抗(Ω)を求めた。
次に、各例における、高温700サイクル後の電池の抵抗増加率を求めた。高温700サイクル後の電池の抵抗増加率を算出するにあたり、増加の比較対象とする電池は、既述の0サイクル後の試験用電池である。つまり、高温700サイクル後の抵抗増加率は、既述の方法で測定した高温700サイクル後の電池の直流抵抗値の値を、0サイクル後の試験用電池の直流抵抗値の値で除したものである。
結果を表3に示す。
なお、表3で示した700サイクル後の抵抗増加率の値は、比較例101での700サイクル後の電池抵抗増加率の値を100%としたときの各例での700サイクル後の電池抵抗増加率の値の相対値[%]である。
Each voltage drop amount due to "CC10s discharge" at the above discharge rate 1C to 5C (=voltage before discharge start - voltage 10 seconds after discharge start) and each current value (that is, each corresponding to discharge rate 1C to 5C) The DC resistance (Ω) was determined based on the current value).
Next, in each example, the rate of increase in resistance of the battery after 700 high temperature cycles was determined. In calculating the resistance increase rate of the battery after 700 cycles at high temperature, the battery to be compared with the increase is the test battery after 0 cycles as described above. In other words, the resistance increase rate after 700 high-temperature cycles is calculated by dividing the DC resistance value of the battery after 700 high-temperature cycles measured by the method described above by the DC resistance value of the test battery after 0 cycles. It is.
The results are shown in Table 3.
Note that the value of the resistance increase rate after 700 cycles shown in Table 3 is the battery resistance after 700 cycles in each example when the value of the battery resistance increase rate after 700 cycles in Comparative Example 101 is taken as 100%. It is the relative value [%] of the increase rate value.
表3に示すように、本開示のリン酸ホウ素リチウム化合物(X)を添加剤として、VCと併用して用いている実施例では、比較例に比べて、高温環境下における、電池抵抗、及び電池抵抗増加率が低減されていることがわかる。 As shown in Table 3, in the examples in which the lithium boron phosphate compound (X) of the present disclosure is used as an additive in combination with VC, the battery resistance and It can be seen that the rate of increase in battery resistance is reduced.
1 リチウム二次電池前駆体
10 電池素子
11 正極
11A 正極集電体
11B 正極合材層
12 負極
12A 負極集電体
12B 負極合材層
13 セパレータ
14 単電池層
21 正極リード
22 負極リード
30 外装体
1 Lithium secondary battery precursor 10 Battery element 11 Positive electrode 11A Positive electrode current collector 11B Positive electrode composite layer 12 Negative electrode 12A Negative electrode current collector 12B Negative electrode composite layer 13 Separator 14 Cell layer 21 Positive electrode lead 22 Negative electrode lead 30 Exterior body
Claims (11)
〔式(I)中、nは1以上の整数を示す。〕 A lithium boron phosphate compound containing a repeating structure represented by the following formula (I).
[In formula (I), n represents an integer of 1 or more. ]
非水溶媒と、
請求項1~請求項3のいずれか1項に記載のリン酸ホウ素リチウム化合物と、
を含有するリチウム二次電池用非水電解液。 an electrolyte that is a lithium salt containing fluorine;
a non-aqueous solvent;
The lithium boron phosphate compound according to any one of claims 1 to 3,
A non-aqueous electrolyte for lithium secondary batteries containing
前記ケースに収容された、正極、負極、セパレータ、及び電解液と、
を備え、
前記正極が、リチウムイオンを吸蔵及び放出可能な正極であり、
前記負極が、リチウムイオンを吸蔵及び放出可能な負極であり、
前記電解液が、請求項5~請求項7のいずれか1項に記載のリチウム二次電池用非水電解液であるリチウム二次電池前駆体。 case and
A positive electrode, a negative electrode, a separator, and an electrolytic solution housed in the case;
Equipped with
The positive electrode is a positive electrode capable of intercalating and deintercalating lithium ions,
The negative electrode is a negative electrode capable of intercalating and deintercalating lithium ions,
A lithium secondary battery precursor, wherein the electrolyte is the nonaqueous electrolyte for a lithium secondary battery according to any one of claims 5 to 7.
LiNiaCobMncO2 … 一般式(C1)
〔一般式(C1)中、a、b及びcは、それぞれ独立に、0超1未満であり、かつ、a、b及びcの合計は、0.99~1.00である。〕 The lithium secondary battery precursor according to claim 8, wherein the positive electrode contains a lithium-containing composite oxide represented by the following general formula (C1) as a positive electrode active material.
LiNia Co b Mn c O 2 ... General formula (C1)
[In general formula (C1), a, b and c are each independently greater than 0 and less than 1, and the sum of a, b and c is 0.99 to 1.00. ]
前記リチウム二次電池前駆体に対してエージング処理を施すことにより、リチウム二次電池を得る工程と、
を含み、
前記エージング処理は、前記リチウム二次電池前駆体に対し、30℃~70℃の環境下で、充電及び放電を施すことを含むリチウム二次電池の製造方法。 A step of preparing a lithium secondary battery precursor according to claim 8 or 9;
obtaining a lithium secondary battery by subjecting the lithium secondary battery precursor to an aging treatment;
including;
A method for producing a lithium secondary battery, wherein the aging treatment includes charging and discharging the lithium secondary battery precursor in an environment of 30°C to 70°C.
前記ケースに収容された、正極、負極、セパレータ、及び電解液と、
を備え、
前記正極が、リチウムイオンを吸蔵及び放出可能な正極であり、
前記負極が、リチウムイオンを吸蔵及び放出可能な負極であり、
前記電解液が、フッ素を含むリチウム塩である電解質と非水溶媒とを含有する非水電解液であり、
前記負極の表面の少なくとも一部に、下記式(I)で表される繰り返し構造を含むリン酸ホウ素リチウム化合物及び前記電解質に由来する成分を含有する負極被膜が形成されており、
前記正極の表面の少なくとも一部に、下記式(I)で表される繰り返し構造を含むリン酸ホウ素リチウム化合物及び前記電解質に由来する成分を含有する正極被膜が形成されているリチウム二次電池。
〔式(I)中、nは1以上の整数を示す。〕 case and
A positive electrode, a negative electrode, a separator, and an electrolytic solution housed in the case;
Equipped with
The positive electrode is a positive electrode capable of intercalating and deintercalating lithium ions,
The negative electrode is a negative electrode capable of intercalating and deintercalating lithium ions,
The electrolytic solution is a nonaqueous electrolyte containing an electrolyte that is a lithium salt containing fluorine and a nonaqueous solvent,
A negative electrode film containing a lithium boron phosphate compound containing a repeating structure represented by the following formula (I) and a component derived from the electrolyte is formed on at least a part of the surface of the negative electrode,
A lithium secondary battery, wherein a positive electrode coating containing a lithium boron phosphate compound containing a repeating structure represented by the following formula (I) and a component derived from the electrolyte is formed on at least a part of the surface of the positive electrode.
[In formula (I), n represents an integer of 1 or more. ]
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