JPWO2020116578A1 - Electrolytes and electrochemical devices - Google Patents
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Abstract
本発明の一側面は、下記式(1)で表される化合物と、炭素−炭素二重結合を有する環状カーボネートと、を含有する電解液を提供する。
【化1】
[式(1)中、R1〜R3は、それぞれ独立に、アルキル基又はフッ素原子を示し、R4はアルキレン基を示し、R5は、窒素原子又は硫黄原子を含む有機基を示す。]
One aspect of the present invention provides an electrolytic solution containing a compound represented by the following formula (1) and a cyclic carbonate having a carbon-carbon double bond.
[Chemical 1]
[In the formula (1), R 1 to R 3 independently represent an alkyl group or a fluorine atom, R 4 represents an alkylene group, and R 5 represents an organic group containing a nitrogen atom or a sulfur atom. ]
Description
本発明は、電解液及び電気化学デバイスに関する。 The present invention relates to electrolytes and electrochemical devices.
近年、携帯型電子機器、電気自動車等の普及により、リチウムイオン二次電池に代表される非水電解液二次電池、キャパシタ等の高性能な電気化学デバイスが必要とされている。電気化学デバイスの性能を向上させる手段としては、例えば、電解液に所定の添加剤を添加する方法が検討されている。特許文献1には、サイクル特性及び内部抵抗特性を改善するために、特定のシロキサン化合物を含有させた非水電解液電池用電解液が開示されている。
In recent years, with the spread of portable electronic devices, electric vehicles and the like, high-performance electrochemical devices such as non-aqueous electrolyte secondary batteries typified by lithium ion secondary batteries and capacitors have been required. As a means for improving the performance of the electrochemical device, for example, a method of adding a predetermined additive to the electrolytic solution has been studied.
本発明は、電気化学デバイスの性能を向上させることが可能な電解液を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an electrolytic solution capable of improving the performance of an electrochemical device.
本発明の一側面は、下記式(1)で表される化合物と、炭素−炭素二重結合を有する環状カーボネートと、を含有する電解液である。
この電解液によれば、一側面において、電気化学デバイスの性能として、サイクル特性を向上させることができる。また、この電解液によれば、他の一側面において、電気化学デバイスの放電時の直流抵抗(放電DCR)を低減させることができる。また、この電解液によれば、他の一側面において、電気化学デバイスを高温下で保存した後の容量維持率を向上させることができる。また、この電解液によれば、他の一側面において、電気化学デバイスを高温下で保存した後の体積増加を抑制することができる。 According to this electrolytic solution, in one aspect, the cycle characteristics can be improved as the performance of the electrochemical device. Further, according to this electrolytic solution, it is possible to reduce the DC resistance (discharge DCR) at the time of discharging the electrochemical device in another aspect. Further, according to this electrolytic solution, in another aspect, it is possible to improve the capacity retention rate after the electrochemical device is stored at a high temperature. Further, according to this electrolytic solution, in another aspect, it is possible to suppress an increase in volume of the electrochemical device after it is stored at a high temperature.
R1〜R3の少なくとも1つは、フッ素原子であってよい。At least one of R 1 to R 3 may be a fluorine atom.
式(1)で表される化合物1分子中のケイ素原子の数は、1個であってよい。 The number of silicon atoms in one molecule of the compound represented by the formula (1) may be one.
R5は、窒素原子を含む有機基であってよい。R5は、下記式(2)で表される基であってよい。
R5は、硫黄原子を含む有機基であってよい。R5は、下記式(3)、式(4)又は式(5)のいずれかで表される基であってよい。
環状カーボネートは、ビニレンカーボネートであってよい。 The cyclic carbonate may be vinylene carbonate.
式(1)で表される化合物の含有量及び環状カーボネートの含有量の合計は、電解液全量を基準として10質量%以下であってよい。 The total content of the compound represented by the formula (1) and the content of the cyclic carbonate may be 10% by mass or less based on the total amount of the electrolytic solution.
本発明の他の一側面は、正極と、負極と、上記電解液と、を備える電気化学デバイスである。 Another aspect of the present invention is an electrochemical device including a positive electrode, a negative electrode, and the electrolytic solution.
負極は、炭素材料を含有してよい。炭素材料は黒鉛を含有してよい。負極は、ケイ素及びスズからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を含む材料を更に含有してよい。 The negative electrode may contain a carbon material. The carbon material may contain graphite. The negative electrode may further contain a material containing at least one element selected from the group consisting of silicon and tin.
電気化学デバイスは、非水電解液二次電池又はキャパシタであってよい。 The electrochemical device may be a non-aqueous electrolyte secondary battery or a capacitor.
本発明によれば、電気化学デバイスの性能を向上させることが可能な電解液を提供する According to the present invention, there is provided an electrolytic solution capable of improving the performance of an electrochemical device.
以下、図面を適宜参照しながら、本発明の実施形態について説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings as appropriate. However, the present invention is not limited to the following embodiments.
図1は、一実施形態に係る電気化学デバイスを示す斜視図である。本実施形態において、電気化学デバイスは非水電解液二次電池である。図1に示すように、非水電解液二次電池1は、正極、負極及びセパレータから構成される電極群2と、電極群2を収容する袋状の電池外装体3とを備えている。正極及び負極には、それぞれ正極集電タブ4及び負極集電タブ5が設けられている。正極集電タブ4及び負極集電タブ5は、それぞれ正極及び負極が非水電解液二次電池1の外部と電気的に接続可能なように、電池外装体3の内部から外部へ突き出している。電池外装体3内には、電解液(図示せず)が充填されている。非水電解液二次電池1は、上述したようないわゆる「ラミネート型」以外の形状の電池(コイン型、円筒型、積層型等)であってもよい。
FIG. 1 is a perspective view showing an electrochemical device according to an embodiment. In this embodiment, the electrochemical device is a non-aqueous electrolyte secondary battery. As shown in FIG. 1, the non-aqueous electrolytic solution
電池外装体3は、例えばラミネートフィルムで形成された容器であってよい。ラミネートフィルムは、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム等の樹脂フィルムと、アルミニウム、銅、ステンレス鋼等の金属箔と、ポリプロピレン等のシーラント層とがこの順で積層された積層フィルムであってよい。
The
図2は、図1に示した非水電解液二次電池1における電極群2の一実施形態を示す分解斜視図である。図2に示すように、電極群2は、正極6と、セパレータ7と、負極8とをこの順に備えている。正極6及び負極8は、正極合剤層10側及び負極合剤層12側の面がそれぞれセパレータ7と対向するように配置されている。
FIG. 2 is an exploded perspective view showing an embodiment of the electrode group 2 in the non-aqueous electrolyte
正極6は、正極集電体9と、正極集電体9上に設けられた正極合剤層10とを備えている。正極集電体9には、正極集電タブ4が設けられている。
The
正極集電体9は、例えば、アルミニウム、チタン、ステンレス、ニッケル、焼成炭素、導電性高分子、導電性ガラス等で形成されている。正極集電体9は、接着性、導電性及び耐酸化性向上の目的で、アルミニウム、銅等の表面にカーボン、ニッケル、チタン、銀等で処理が施されたものであってもよい。正極集電体9の厚さは、電極強度及びエネルギー密度の点から、例えば1〜50μmである。 The positive electrode current collector 9 is made of, for example, aluminum, titanium, stainless steel, nickel, calcined carbon, a conductive polymer, conductive glass, or the like. The positive electrode current collector 9 may have a surface of aluminum, copper or the like treated with carbon, nickel, titanium, silver or the like for the purpose of improving adhesiveness, conductivity and oxidation resistance. The thickness of the positive electrode current collector 9 is, for example, 1 to 50 μm in terms of electrode strength and energy density.
正極合剤層10は、一実施形態において、正極活物質と、導電剤と、結着剤とを含有する。正極合剤層10の厚さは、例えば20〜200μmである。
In one embodiment, the positive
正極活物質は、例えばリチウム酸化物であってよい。リチウム酸化物としては、例えば、LixCoO2、LixNiO2、LixMnO2、LixCoyNi1−yO2、LixCoyM1−yOz、LixNi1−yMyOz、LixMn2O4及びLixMn2−yMyO4(各式中、Mは、Na、Mg、Sc、Y、Mn、Fe、Co、Cu、Zn、Al、Cr、Pb、Sb、V及びBからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を示す(ただし、Mは、各式中の他の元素と異なる元素である)。x=0〜1.2、y=0〜0.9、z=2.0〜2.3である。)が挙げられる。LixNi1−yMyOzで表されるリチウム酸化物は、LixNi1−(y1+y2)Coy1Mny2Oz(ただし、x及びzは上述したものと同様であり、y1=0〜0.9、y2=0〜0.9であり、かつ、y1+y2=0〜0.9である。)であってよく、例えばLiNi1/3Co1/3Mn1/3O2、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2であってよい。LixNi1−yMyOzで表されるリチウム酸化物は、LixNi1−(y3+y4)Coy3Aly4Oz(ただし、x及びzは上述したものと同様であり、y3=0〜0.9、y4=0〜0.9であり、かつ、y3+y4=0〜0.9である。)であってよく、例えばLiNi0.8Co0.15Al0.05O2であってもよい。The positive electrode active material may be, for example, a lithium oxide. The lithium oxide, for example, Li x CoO 2, Li x NiO 2, Li x MnO 2, Li x Co y Ni 1-y O 2, Li x Co y M 1-y O z, Li x Ni 1- y M y O z, Li x Mn 2
正極活物質は、例えばリチウムのリン酸塩であってもよい。リチウムのリン酸塩としては、例えば、リン酸マンガンリチウム(LiMnPO4)、リン酸鉄リチウム(LiFePO4)、リン酸コバルトリチウム(LiCoPO4)及びリン酸バナジウムリチウム(Li3V2(PO4)3)が挙げられる。The positive electrode active material may be, for example, a phosphate of lithium. Examples of the phosphate of lithium include lithium manganese phosphate (LiMnPO 4 ), lithium iron phosphate (LiFePO 4 ), lithium cobalt phosphate (LiCoPO 4 ) and lithium vanadium phosphate (Li 3 V 2 (PO 4 )). 3 ) can be mentioned.
正極活物質の含有量は、正極合剤層全量を基準として、80質量%以上、又は85質量%以上であってよく、99質量%以下であってよい。 The content of the positive electrode active material may be 80% by mass or more, 85% by mass or more, or 99% by mass or less, based on the total amount of the positive electrode mixture layer.
導電剤は、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等のカーボンブラック、黒鉛、グラフェン、カーボンナノチューブなどの炭素材料であってよい。導電剤の含有量は、正極合剤層全量を基準として、例えば、0.01質量%以上、0.1質量%以上、又は1質量%以上であってよく、50質量%以下、30質量%以下、又は15質量%以下であってよい。 The conductive agent may be carbon black such as acetylene black or Ketjen black, or a carbon material such as graphite, graphene or carbon nanotube. The content of the conductive agent may be, for example, 0.01% by mass or more, 0.1% by mass or more, or 1% by mass or more, and is 50% by mass or less and 30% by mass, based on the total amount of the positive electrode mixture layer. It may be less than or equal to 15% by mass or less.
結着剤は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリメチルメタクリレート、ポリイミド、芳香族ポリアミド、セルロース、ニトロセルロース等の樹脂;SBR(スチレン−ブタジエンゴム)、NBR(アクリロニトリル−ブタジエンゴム)、フッ素ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、エチレン−プロピレンゴム等のゴム;スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体又はその水素添加物、EPDM(エチレン・プロピレン・ジエン三元共重合体)、スチレン・エチレン・ブタジエン・エチレン共重合体、スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体又はその水素添加物等の熱可塑性エラストマー;シンジオタクチック−1、2−ポリブタジエン、ポリ酢酸ビニル、エチレン・酢酸ビニル共重合体、プロピレン・α−オレフィン共重合体等の軟質樹脂;ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素化ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン・エチレン共重合体、ポリテトラフルオロエチレン・フッ化ビニリデン共重合体等のフッ素含有樹脂;ニトリル基含有モノマーをモノマー単位として有する樹脂;アルカリ金属イオン(例えばリチウムイオン)のイオン伝導性を有する高分子組成物などが挙げられる。 The binder is, for example, a resin such as polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polymethylmethacrylate, polyimide, aromatic polyamide, cellulose, nitrocellulose; SBR (styrene-butadiene rubber), NBR (acrylonitrile-butadiene rubber), fluororubber. , Isoprene rubber, butadiene rubber, ethylene-propylene rubber and other rubbers; styrene-butadiene-styrene block copolymer or its hydrogen additive, EPDM (ethylene-propylene-diene ternary copolymer), styrene-ethylene-butadiene- Thermoplastic elastomers such as ethylene copolymers, styrene / isoprene / styrene block copolymers or hydrogenated products thereof; syndiotactic-1,2-polybutadiene, polyvinyl acetate, ethylene / vinyl acetate copolymers, propylene / α -Soft resins such as olefin copolymers; polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene, fluorinated polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene / ethylene copolymer, polytetrafluoroethylene / vinylidene fluoride copolymer, etc. Fluorine-containing resin; a resin having a nitrile group-containing monomer as a monomer unit; a polymer composition having ionic conductivity of an alkali metal ion (for example, lithium ion) and the like.
結着剤の含有量は、正極合剤層全量を基準として、例えば、0.1質量%以上、1質量%以上、又は1.5質量%以上であってよく、30質量%以下、20質量%以下、又は10質量%以下であってよい。 The content of the binder may be, for example, 0.1% by mass or more, 1% by mass or more, or 1.5% by mass or more, and is 30% by mass or less and 20% by mass, based on the total amount of the positive electrode mixture layer. % Or less, or 10% by mass or less.
セパレータ7は、正極6及び負極8間を電子的には絶縁する一方でイオンを透過させ、かつ、正極6側における酸化性及び負極8側における還元性に対する耐性を備えるものであれば、特に制限されない。このようなセパレータ7の材料(材質)としては、樹脂、無機物等が挙げられる。
The separator 7 is particularly limited as long as it electronically insulates between the
樹脂としては、オレフィン系ポリマー、フッ素系ポリマー、セルロース系ポリマー、ポリイミド、ナイロン等が挙げられる。セパレータ7は、電解液に対して安定で、保液性に優れる観点から、好ましくは、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンで形成された多孔質シート又は不織布である。 Examples of the resin include olefin polymers, fluoropolymers, cellulosic polymers, polyimides, nylons and the like. The separator 7 is preferably a porous sheet or a non-woven fabric made of a polyolefin such as polyethylene or polypropylene from the viewpoint of being stable to the electrolytic solution and having excellent liquid retention.
無機物としては、アルミナ、二酸化珪素等の酸化物、窒化アルミニウム、窒化珪素等の窒化物、硫酸バリウム、硫酸カルシウム等の硫酸塩が挙げられる。セパレータ7は、例えば、不織布、織布、微多孔性フィルム等の薄膜状基材に、繊維状又は粒子状の無機物を付着させたセパレータであってよい。 Examples of the inorganic substance include oxides such as alumina and silicon dioxide, nitrides such as aluminum nitride and silicon nitride, and sulfates such as barium sulfate and calcium sulfate. The separator 7 may be, for example, a separator in which a fibrous or particulate inorganic substance is attached to a thin film-like base material such as a non-woven fabric, a woven fabric, or a microporous film.
負極8は、負極集電体11と、負極集電体11上に設けられた負極合剤層12とを備えている。負極集電体11には、負極集電タブ5が設けられている。
The
負極集電体11は、銅、ステンレス、ニッケル、アルミニウム、チタン、焼成炭素、導電性高分子、導電性ガラス、アルミニウム−カドミウム合金等で形成されている。負極集電体11は、接着性、導電性、耐還元性向上の目的で、銅、アルミニウム等の表面にカーボン、ニッケル、チタン、銀等で処理が施されたものであってもよい。負極集電体11の厚さは、電極強度及びエネルギー密度の点から、例えば1〜50μmである。
The negative electrode
負極合剤層12は、例えば、負極活物質と、結着剤とを含有する。
The negative
負極活物質は、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されない。負極活物質としては、例えば、炭素材料、金属複合酸化物、錫、ゲルマニウム、ケイ素等の第四族元素の酸化物又は窒化物、リチウムの単体、リチウムアルミニウム合金等のリチウム合金、Sn、Si等のリチウムと合金を形成可能な金属などが挙げられる。負極活物質は、安全性の観点からは、好ましくは炭素材料及び金属複合酸化物からなる群より選択される少なくとも1種である。負極活物質はこれらの1種単独又は2種以上の混合物であってよい。負極活物質の形状は、例えば、粒子状であってよい。
The negative electrode active material is not particularly limited as long as it is a substance that can occlude and release lithium ions. Examples of the negative electrode active material include carbon materials, metal composite oxides, oxides or nitrides of
炭素材料としては、非晶質炭素材料、天然黒鉛、天然黒鉛に非晶質炭素材料の被膜を形成した複合炭素材料、人造黒鉛(エポキシ樹脂、フェノール樹脂等の樹脂原料、又は、石油、石炭等から得られるピッチ系原料を焼成して得られるもの)などが挙げられる。金属複合酸化物は、高電流密度充放電特性の観点からは、好ましくはチタン及びリチウムのいずれか一方又は両方を含有し、より好ましくはリチウムを含有する。 Examples of the carbon material include amorphous carbon material, natural graphite, composite carbon material in which a film of amorphous carbon material is formed on natural graphite, artificial graphite (resin raw material such as epoxy resin and phenol resin, petroleum, coal, etc.). It is obtained by firing a pitch-based raw material obtained from the above). From the viewpoint of high current density charge / discharge characteristics, the metal composite oxide preferably contains either one or both of titanium and lithium, and more preferably lithium.
負極活物質の中でも炭素材料は、導電性が高く、低温特性及びサイクル安定性に特に優れている。炭素材料の中でも高容量化の観点からは、黒鉛が好ましい。黒鉛においては、好ましくはX線広角回折法における炭素網面層間(d002)が0.34nm未満であり、より好ましくは0.3354nm以上0.337nm以下である。このような条件を満たす炭素材料を、擬似異方性炭素と称する場合がある。 Among the negative electrode active materials, the carbon material has high conductivity, and is particularly excellent in low temperature characteristics and cycle stability. Among the carbon materials, graphite is preferable from the viewpoint of increasing the capacity. In graphite, the carbon network layer (d002) in the X-ray wide-angle diffraction method is preferably less than 0.34 nm, and more preferably 0.3354 nm or more and 0.337 nm or less. A carbon material satisfying such conditions may be referred to as pseudoanisotropic carbon.
負極活物質には、ケイ素及びスズからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を含む材料が更に含まれていてもよい。ケイ素及びスズからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を含む材料は、ケイ素又はスズの単体、ケイ素及びスズからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を含む化合物であってよい。当該化合物は、ケイ素及びスズからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を含む合金であってよく、例えば、ケイ素及びスズの他に、ニッケル、銅、鉄、コバルト、マンガン、亜鉛、インジウム、銀、チタン、ゲルマニウム、ビスマス、アンチモン及びクロムからなる群より選ばれる少なくとも1種を含む合金である。ケイ素及びスズからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を含む化合物は、酸化物、窒化物、又は炭化物であってもよく、具体的には、例えば、SiO、SiO2、LiSiO等のケイ素酸化物、Si3N4、Si2N2O等のケイ素窒化物、SiC等のケイ素炭化物、SnO、SnO2、LiSnO等のスズ酸化物などであってよい。The negative electrode active material may further contain a material containing at least one element selected from the group consisting of silicon and tin. The material containing at least one element selected from the group consisting of silicon and tin may be a simple substance of silicon or tin, or a compound containing at least one element selected from the group consisting of silicon and tin. The compound may be an alloy containing at least one element selected from the group consisting of silicon and tin, for example, in addition to silicon and tin, nickel, copper, iron, cobalt, manganese, zinc, indium and silver. , Titanium, germanium, bismuth, antimony and chromium. The compound containing at least one element selected from the group consisting of silicon and tin may be an oxide, a nitride, or a carbide, and specifically, for example, silicon oxidation of SiO, SiO 2 , LiSiO, etc. It may be a compound, a silicon nitride such as Si 3 N 4 , Si 2 N 2 O, a silicon carbide such as SiC , a tin oxide such as SnO, SnO 2 , LiSnO, or the like.
負極8は、低温入力特性等の電気化学デバイスの性能を更に向上させる観点から、負極活物質として、好ましくは炭素材料を含み、より好ましくは黒鉛を含み、更に好ましくは、炭素材料と、ケイ素及びスズからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を含む材料との混合物を含み、特に好ましくは、黒鉛とケイ素酸化物との混合物を含む。当該混合物におけるケイ素及びスズからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を含む材料(ケイ素酸化物)に対する炭素材料(黒鉛)の含有量は、当該混合物全量を基準として、1質量%以上、又は3質量%以上であってよく、30質量%以下であってよい。
From the viewpoint of further improving the performance of the electrochemical device such as low temperature input characteristics, the
負極活物質の含有量は、負極合剤層全量を基準として、80質量%以上、又は85質量%以上であってよく、99質量%以下であってよい。 The content of the negative electrode active material may be 80% by mass or more, 85% by mass or more, or 99% by mass or less, based on the total amount of the negative electrode mixture layer.
結着剤及びその含有量は、上述した正極合剤層における結着剤及びその含有量と同様であってよい。 The binder and its content may be the same as the binder and its content in the positive electrode mixture layer described above.
負極合剤層12は、粘度を調節するために増粘剤を含有してもよい。増粘剤は、特に制限されないが、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、エチルセルロース、ポリビニルアルコール、酸化スターチ、リン酸化スターチ、カゼイン、これらの塩等であってよい。増粘剤は、これらの1種単独又は2種以上の混合物であってよい。
The negative
負極合剤層12が増粘剤を含む場合、その含有量は特に制限されない。増粘剤の含有量は、負極合剤層の塗布性の観点からは、負極合剤層全量を基準として、0.1質量%以上であってよく、好ましくは0.2質量%以上であり、より好ましくは0.5質量%以上である。増粘剤の含有量は、電池容量の低下又は負極活物質間の抵抗の上昇を抑制する観点からは、負極合剤層全量を基準として、5質量%以下であってよく、好ましくは3質量%以下であり、より好ましくは2質量%以下である。
When the negative
電解液は、一実施形態において、下記式(1)で表される化合物と、炭素−炭素二重結合を有する環状カーボネート(以下、単に「環状カーボネート」ともいう)と、電解質塩と、非水溶媒とを含有する。
R1〜R3で表されるアルキル基の炭素数は、1以上であってよく、3以下であってよい。R1〜R3は、メチル基、エチル基、又はプロピル基であってよく、直鎖状でも分岐状でもよい。R1〜R3の少なくとも1つは、好ましくはフッ素原子である。R1〜R3のいずれか1つがフッ素原子であってよく、R1〜R3のいずれか2つがフッ素原子であってよく、R1〜R3のすべてがフッ素原子であってよい。The number of carbon atoms of the alkyl group represented by R 1 to R 3 may be 1 or more, and may be 3 or less. R 1 to R 3 may be a methyl group, an ethyl group, or a propyl group, and may be linear or branched. At least one of R 1 to R 3 is preferably a fluorine atom. May be any one of fluorine atom of R 1 to R 3, it may be any two of a fluorine atom of
R4で表されるアルキレン基の炭素数は、1以上又は2以上であってよく、5以下又は4以下であってよい。R4で表されるアルキレン基は、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、又はペンチレン基であってよく、直鎖状でも分岐状でもよい。The carbon number of the alkylene group represented by R 4 may be 1 or more or 2 or more, and may be 5 or less or 4 or less. The alkylene group represented by R 4 may be a methylene group, an ethylene group, a propylene group, a butylene group, or a pentylene group, and may be linear or branched.
一実施形態において、式(1)で表される化合物1分子中のケイ素原子の数は、1個である。すなわち、一実施形態において、R5で表される有機基は、ケイ素原子を含まない。In one embodiment, the number of silicon atoms in one molecule of the compound represented by the formula (1) is one. That is, in one embodiment, the organic group represented by R 5 does not contain silicon atoms.
R5は、一実施形態において、窒素原子を含む有機基であり、電気化学デバイスの性能を更に向上させることができる観点から、好ましくは、下記式(2)で表される基である。
R5は、他の一実施形態において、硫黄原子を含む有機基であり、電気化学デバイスの性能を更に向上させることができる観点から、好ましくは、下記式(3)、式(4)又は式(5)のいずれかで表される基であってよい。
式(1)で表される化合物の含有量は、電気化学デバイスの性能を更に向上させることができる観点から、電解液全量を基準として、好ましくは、0.001質量%以上、0.005質量%以上、0.01質量%以上、0.05質量%以上、又は0.1質量%以上であり、8質量%以下、5質量%以下、3質量%以下、2質量%以下、又は1質量%以下である。 The content of the compound represented by the formula (1) is preferably 0.001% by mass or more and 0.005% by mass based on the total amount of the electrolytic solution from the viewpoint of further improving the performance of the electrochemical device. % Or more, 0.01% by mass or more, 0.05% by mass or more, or 0.1% by mass or more, 8% by mass or less, 5% by mass or less, 3% by mass or less, 2% by mass or less, or 1% by mass. % Or less.
炭素−炭素二重結合を有する環状カーボネートは、炭素−炭素二重結合を有する環状炭酸エステルである。一実施形態では、環状カーボネートにおいて、環を構成する二つの炭素が二重結合を形成していてよい。環状カーボネートは、例えば、ビニレンカーボネート、メチルビニレンカーボネート、ジメチルビニレンカーボネート(4,5−ジメチルビニレンカーボネート)、エチルビニレンカーボネート(4,5−ジエチルビニレンカーボネート)、ジエチルビニレンカーボネート等であってよく、電気化学デバイスの性能を更に向上させることができる観点から、好ましくは、ビニレンカーボネートである。 A cyclic carbonate having a carbon-carbon double bond is a cyclic carbonate having a carbon-carbon double bond. In one embodiment, in the cyclic carbonate, the two carbons constituting the ring may form a double bond. The cyclic carbonate may be, for example, vinylene carbonate, methylvinylene carbonate, dimethylvinylene carbonate (4,5-dimethylvinylene carbonate), ethylvinylene carbonate (4,5-diethylvinylene carbonate), diethylvinylene carbonate and the like, and may be electrochemical. From the viewpoint of further improving the performance of the device, vinylene carbonate is preferable.
環状カーボネートの含有量は、電気化学デバイスの性能を更に向上させることができる観点から、電解液全量を基準として、好ましくは、0.001質量%以上、0.005質量%以上、0.01質量%以上、0.05質量%以上、又は0.1質量%以上であり、好ましくは、5質量%以下、3質量%以下、又は2質量%以下である。 The content of the cyclic carbonate is preferably 0.001% by mass or more, 0.005% by mass or more, and 0.01% by mass based on the total amount of the electrolytic solution from the viewpoint of further improving the performance of the electrochemical device. % Or more, 0.05% by mass or more, or 0.1% by mass or more, preferably 5% by mass or less, 3% by mass or less, or 2% by mass or less.
式(1)で表される化合物の含有量及び環状カーボネートの含有量の合計は、電気化学デバイスの性能を更に向上させることができる観点から、電解液全量を基準として、好ましくは、0.001質量%以上、0.005質量%以上、0.01質量%以上、0.1質量%以上、0.5質量%以上、又は1質量%以上であり、好ましくは、10質量%以下、7質量%以下、5質量%以下、3質量%以下、又は2質量%以下である。 The total content of the compound represented by the formula (1) and the content of the cyclic carbonate is preferably 0.001 based on the total amount of the electrolytic solution from the viewpoint of further improving the performance of the electrochemical device. Mass% or more, 0.005 mass% or more, 0.01 mass% or more, 0.1 mass% or more, 0.5 mass% or more, or 1 mass% or more, preferably 10 mass% or less, 7 mass% or more. % Or less, 5% by mass or less, 3% by mass or less, or 2% by mass or less.
環状カーボネートの含有量に対する式(1)で表される化合物の含有量の質量比(式(1)で表される化合物の含有量/環状カーボネートの含有量)は、電気化学デバイスの性能を更に向上させることができる観点から、好ましくは、0.01以上、0.05以上、0.1以上、0.2以上、又は0.25以上であり、また、好ましくは、500以下、100以下、50以下、20以下、10以下、5以下、3以下、又は1以下である。 The mass ratio of the content of the compound represented by the formula (1) to the content of the cyclic carbonate (content of the compound represented by the formula (1) / content of the cyclic carbonate) further enhances the performance of the electrochemical device. From the viewpoint of being able to improve, it is preferably 0.01 or more, 0.05 or more, 0.1 or more, 0.2 or more, or 0.25 or more, and preferably 500 or less, 100 or less. 50 or less, 20 or less, 10 or less, 5 or less, 3 or less, or 1 or less.
電解質塩は、例えばリチウム塩であってよい。リチウム塩は、例えば、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiB(C6H5)4、LiCH3SO3、CF3SO2OLi、LiN(SO2F)2(Li[FSI]、リチウムビスフルオロスルホニルイミド)、LiN(SO2CF3)2(Li[TFSI]、リチウムビストリフルオロメタンスルホニルイミド)、及びLiN(SO2CF2CF3)2からなる群より選ばれる少なくとも1種であってよい。リチウム塩は、溶媒に対する溶解性、二次電池の充放電特性、出力特性、サイクル特性等に更に優れる観点から、好ましくはLiPF6を含む。The electrolyte salt may be, for example, a lithium salt. Lithium salts include, for example, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiB (C 6 H 5 ) 4 , LiCH 3 SO 3 , CF 3 SO 2 OLi, LiN (SO 2 F) 2 (Li [FSI], lithium bis. At least one selected from the group consisting of fluorosulfonylimide), LiN (SO 2 CF 3 ) 2 (Li [TFSI], lithium bistrifluoromethanesulfonylimide), and LiN (SO 2 CF 2 CF 3 ) 2. good. The lithium salt preferably contains LiPF 6 from the viewpoint of further excellent solubility in a solvent, charge / discharge characteristics of a secondary battery, output characteristics, cycle characteristics, and the like.
電解質塩の濃度は、充放電特性に優れる観点から、非水溶媒全量を基準として、好ましくは0.5mol/L以上、より好ましくは0.7mol/L以上、更に好ましくは0.8mol/L以上であり、また、好ましくは1.5mol/L以下、より好ましくは1.3mol/L以下、更に好ましくは1.2mol/L以下である。 The concentration of the electrolyte salt is preferably 0.5 mol / L or more, more preferably 0.7 mol / L or more, still more preferably 0.8 mol / L or more, based on the total amount of the non-aqueous solvent, from the viewpoint of excellent charge / discharge characteristics. It is preferably 1.5 mol / L or less, more preferably 1.3 mol / L or less, and further preferably 1.2 mol / L or less.
非水溶媒は、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、γ−ブチルラクトン、アセトニトリル、1,2−ジメトキシエタン、ジメトキシメタン、テトラヒドロフラン、ジオキソラン、塩化メチレン、酢酸メチル等であってよい。非水溶媒は、これらの1種単独又は2種以上の混合物であってよく、好ましくは2種以上の混合物である。 Non-aqueous solvents include, for example, ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, γ-butyl lactone, acetonitrile, 1,2-dimethoxyethane, dimethoxymethane, tetrahydrofuran, dioxolane, methylene chloride, methyl acetate and the like. May be. The non-aqueous solvent may be one of these alone or a mixture of two or more, and is preferably a mixture of two or more.
電解液は、式(1)で表される化合物、炭素−炭素二重結合を有する環状カーボネート、電解質塩及び非水溶媒以外のその他の材料を更に含有してもよい。その他の材料は、例えば、フッ素含有環状カーボネート、式(1)で表される化合物以外の窒素原子、硫黄原子、又は窒素原子及び硫黄原子を含有する化合物、環状カルボン酸エステル等であってよい。 The electrolytic solution may further contain a compound represented by the formula (1), a cyclic carbonate having a carbon-carbon double bond, an electrolyte salt, and other materials other than a non-aqueous solvent. Other materials may be, for example, a fluorine-containing cyclic carbonate, a nitrogen atom other than the compound represented by the formula (1), a sulfur atom, a compound containing a nitrogen atom and a sulfur atom, a cyclic carboxylic acid ester, and the like.
フッ素含有環状カーボネートは、例えば、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン(フルオロエチレンカーボネート;FEC)、1,2−ジフルオロエチレンカーボネート、1,1−ジフルオロエチレンカーボネート、1,1,2−トリフルオロエチレンカーボネート、1,1,2,2−テトラフルオロエチレンカーボネート等であってよく、好ましくは、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン(フルオロエチレンカーボネート;FEC)である。式(1)で表される化合物以外の窒素原子を含有する化合物は、例えばスクシノニトリル等のニトリル化合物であってよい。式(1)で表される化合物以外の硫黄原子を含有する化合物は、例えば、1,3−プロパンスルトン、1−プロペン−1,3−スルトン等の環状スルホン酸エステル化合物であってよい。 Fluorine-containing cyclic carbonates include, for example, 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one (fluoroethylene carbonate; FEC), 1,2-difluoroethylene carbonate, 1,1-difluoroethylene carbonate, 1,1,2. -Trifluoroethylene carbonate, 1,1,2,2-tetrafluoroethylene carbonate and the like may be used, and 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one (fluoroethylene carbonate; FEC) is preferable. The compound containing a nitrogen atom other than the compound represented by the formula (1) may be a nitrile compound such as succinonitrile. The compound containing a sulfur atom other than the compound represented by the formula (1) may be, for example, a cyclic sulfonic acid ester compound such as 1,3-propane sultone or 1-propen-1,3-sultone.
本発明者らは、様々な構造及び官能基を有する化合物を検討した結果、上述した式(1)で表される化合物及び炭素−炭素二重結合を有する環状カーボネートを電解液に適用することによって、電気化学デバイスの性能を向上させることができることを明らかにした。本発明者らは、式(1)で表される化合物及び炭素−炭素二重結合を有する環状カーボネートを電解液に用いることによる作用効果を以下のように推察している。すなわち、式(1)で表される化合物及び炭素−炭素二重結合を有する環状カーボネートが、それぞれリチウムイオン二次電池内において最も効果を発現しやすい場所に作用して、例えば、正極又は負極の安定な被膜形成、又は電解液の安定化に寄与すると考えられる。その結果、非水電解液二次電池1のような電気化学デバイスの性能が向上する。例えば、この電解液を用いることにより、一側面において、電気化学デバイスのサイクル特性を向上させることができる。他の一側面においては、この電解液を用いることにより、電気化学デバイスの放電DCRを低減することができる。他の一側面においては、この電解液を用いることにより、電気化学デバイスを高温保存した後の容量維持率を向上させることができる。他の一側面においては、電気化学デバイスを高温保存した後の体積増加を抑制することができる。
As a result of examining compounds having various structures and functional groups, the present inventors have applied the compound represented by the above formula (1) and the cyclic carbonate having a carbon-carbon double bond to the electrolytic solution. , Clarified that the performance of electrochemical devices can be improved. The present inventors infer the action and effect of using the compound represented by the formula (1) and the cyclic carbonate having a carbon-carbon double bond in the electrolytic solution as follows. That is, the compound represented by the formula (1) and the cyclic carbonate having a carbon-carbon double bond each act on a place in the lithium ion secondary battery where the effect is most likely to be exhibited, and for example, a positive electrode or a negative electrode. It is considered to contribute to stable film formation or stabilization of the electrolytic solution. As a result, the performance of the electrochemical device such as the non-aqueous electrolyte
続いて、非水電解液二次電池1の製造方法を説明する。非水電解液二次電池1の製造方法は、正極6を得る第1の工程と、負極8を得る第2の工程と、電極群2を電池外装体3に収容する第3の工程と、電解液を電池外装体3に注液する第4の工程と、を備える。第1〜第4の工程の順序は任意である。
Subsequently, a method for manufacturing the non-aqueous electrolyte
第1の工程では、正極合剤層10に用いる材料を混練機、分散機等を用いて分散媒に分散させてスラリー状の正極合剤を得た後、この正極合剤をドクターブレード法、ディッピング法、スプレー法等により正極集電体9上に塗布し、その後分散媒を揮発させることにより正極6を得る。分散媒を揮発させた後、必要に応じて、ロールプレスによる圧縮成型工程が設けられてもよい。正極合剤層10は、上述した正極合剤の塗布から分散媒の揮発までの工程を複数回行うことにより、多層構造の正極合剤層として形成されてもよい。分散媒は、水、1−メチル−2−ピロリドン(以下、NMPともいう。)等であってよい。
In the first step, the material used for the positive
第2の工程は、上述した第1の工程と同様であってよく、負極集電体11に負極合剤層12を形成する方法は、上述した第1の工程と同様の方法であってよい。
The second step may be the same as the first step described above, and the method of forming the negative
第3の工程では、作製した正極6及び負極8の間にセパレータ7を挟み、電極群2を形成する。次いで、この電極群2を電池外装体3に収容する。
In the third step, the separator 7 is sandwiched between the produced
第4の工程では、電解液を電池外装体3に注入する。電解液は、例えば、電解質塩をはじめに溶媒に溶解させてから、その他の材料を溶解させることにより調製することができる。
In the fourth step, the electrolytic solution is injected into the
他の実施形態として、電気化学デバイスはキャパシタであってもよい。キャパシタは、上述した非水電解液二次電池1と同様に、正極、負極及びセパレータから構成される電極群と、電極群を収容する袋状の電池外装体とを備えていてよい。キャパシタにおける各構成要素の詳細は、非水電解液二次電池1と同様であってよい。
In another embodiment, the electrochemical device may be a capacitor. Similar to the non-aqueous electrolytic solution
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.
(実施例1)
[正極の作製]
正極活物質としてのニッケルコバルトマンガン酸リチウム(92質量%)に、導電剤としてアセチレンブラック(AB)(4質量%)と、結着剤(4質量%)とを順次添加し、混合した。得られた混合物に対し、分散媒としてのNMPを添加し、混練することによりスラリー状の正極合剤を調製した。この正極合剤を正極集電体としての厚さ20μmのアルミニウム箔に均等且つ均質に所定量塗布した。その後、分散媒を揮発させてから、プレスすることにより密度2.8g/cm3まで圧密化して、正極を得た。(Example 1)
[Preparation of positive electrode]
To lithium nickel-cobalt manganate (92% by mass) as a positive electrode active material, acetylene black (AB) (4% by mass) as a conductive agent and a binder (4% by mass) were sequentially added and mixed. NMP as a dispersion medium was added to the obtained mixture and kneaded to prepare a slurry-like positive electrode mixture. A predetermined amount of this positive electrode mixture was evenly and uniformly applied to an aluminum foil having a thickness of 20 μm as a positive electrode current collector. Then, after the dispersion medium was volatilized, it was compacted to a density of 2.8 g / cm 3 by pressing to obtain a positive electrode.
[負極の作製]
負極活物質としての黒鉛に、結着剤と、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロースとを添加した。これらの質量比については、黒鉛:結着剤:増粘剤=98:1:1とした。得られた混合物に対し、分散媒としての水を添加し、混練することによりスラリー状の負極合剤を調製した。この負極合剤を負極集電体としての厚さ10μmの圧延銅箔に均等かつ均質に所定量塗布した。その後、分散媒を揮発させてから、プレスすることにより密度1.6g/cm3まで圧密化して、負極を得た。[Preparation of negative electrode]
A binder and carboxymethyl cellulose as a thickener were added to graphite as a negative electrode active material. The mass ratios of these were graphite: binder: thickener = 98: 1: 1. Water as a dispersion medium was added to the obtained mixture and kneaded to prepare a slurry-like negative electrode mixture. A predetermined amount of this negative electrode mixture was evenly and uniformly applied to a rolled copper foil having a thickness of 10 μm as a negative electrode current collector. Then, after the dispersion medium was volatilized, it was compacted to a density of 1.6 g / cm 3 by pressing to obtain a negative electrode.
[リチウムイオン二次電池の作製]
13.5cm2の四角形に切断した正極電極を、セパレータであるポリエチレン製多孔質シート(商品名:ハイポア(登録商標)、旭化成株式会社製、厚さ30μm)で挟み、さらに14.3cm2の四角形に切断した負極を重ね合わせて電極群を作製した。この電極群を、アルミニウム製のラミネートフィルム(商品名:アルミラミネートフィルム、大日本印刷株式会社製)で形成された容器(電池外装体)に収容した。次いで、容器の中に電解液を1mL添加し、容器を熱溶着させ、評価用のリチウムイオン二次電池を作製した。電解液としては、1mol/LのLiPF6を含むエチレンカーボネート、ジメチルカーボネート及びジエチルカーボネートの混合溶液に、下記式(6)で表される化合物Aを1質量%及びビニレンカーボネートを1質量%(いずれも電解液全量基準)添加したものを使用した。
The positive electrode cut into a 13.5 cm 2 quadrangle is sandwiched between polyethylene porous sheets (trade name: Hypore (registered trademark), manufactured by Asahi Kasei Corporation, thickness 30 μm), which is a separator, and further 14.3 cm 2 quadrangle. An electrode group was prepared by superimposing the negative electrodes cut in the above. This electrode group was housed in a container (battery outer body) formed of an aluminum laminated film (trade name: aluminum laminated film, manufactured by Dai Nippon Printing Co., Ltd.). Next, 1 mL of the electrolytic solution was added into the container, and the container was heat-welded to prepare a lithium ion secondary battery for evaluation. As the electrolytic solution, 1% by mass of compound A represented by the following formula (6) and 1% by mass of vinylene carbonate were added to a mixed solution of ethylene carbonate, dimethyl carbonate and diethyl carbonate containing 1 mol / L LiPF 6. (Based on the total amount of electrolytic solution) was added.
(実施例2)
実施例1において、化合物Aの代わりに下記式(7)で表される化合物Bを、電解液全量基準で0.3質量%添加したこと以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
In Example 1, lithium ion secondary was obtained in the same manner as in Example 1 except that Compound B represented by the following formula (7) was added in place of Compound A in an amount of 0.3% by mass based on the total amount of the electrolytic solution. A battery was manufactured.
(実施例3)
実施例1において、化合物Aの代わりに下記式(8)で表される化合物Cを、電解液全量基準で0.1質量%添加したこと以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
In Example 1, lithium ion secondary was obtained in the same manner as in Example 1 except that Compound C represented by the following formula (8) was added in place of Compound A in an amount of 0.1% by mass based on the total amount of the electrolytic solution. A battery was manufactured.
(比較例1)
実施例1において、化合物A及びビニレンカーボネートを使用しなかったこと以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。(Comparative Example 1)
A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that compound A and vinylene carbonate were not used in Example 1.
(比較例2)
実施例1において、化合物Aを使用しなかったこと以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。(Comparative Example 2)
A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that compound A was not used in Example 1.
[初回充放電]
作製したリチウムイオン電池について、以下に示す方法で初回充放電を実施した。まず、25℃の環境下において0.1Cの電流値で定電流充電を上限電圧4.2Vまで行い、続いて4.2Vで定電圧充電を行った。充電終止条件は、電流値0.01Cとした。その後、0.1Cの電流値で終止電圧2.7Vの定電流放電を行った。この充放電サイクルを3回繰り返した(電流値の単位として用いた「C」とは、「電流値(A)/電池容量(Ah)」を意味する。)。3サイクル目の放電容量をこの電池の容量Q1とした。[First charge / discharge]
The produced lithium-ion battery was charged and discharged for the first time by the method shown below. First, in an environment of 25 ° C., constant current charging was performed at a current value of 0.1 C up to an upper limit voltage of 4.2 V, and then constant voltage charging was performed at 4.2 V. The charging termination condition was a current value of 0.01C. Then, a constant current discharge with a final voltage of 2.7 V was performed with a current value of 0.1 C. This charge / discharge cycle was repeated three times (“C” used as a unit of the current value means “current value (A) / battery capacity (Ah)”). The discharge capacity of the third cycle was defined as the capacity Q1 of this battery.
[サイクル特性の評価]
初回充放電後に、充放電を繰り返すサイクル試験によって、各二次電池のサイクル特性を評価した。充電パターンとしては、45℃の環境下で、実施例1〜3及び比較例1〜2の二次電池について、0.5Cの電流値で定電流充電を上限電圧4.2Vまで行い、続いて4.2Vで定電圧充電を行った。充電終止条件は、電流値0.05Cとした。放電については、0.5Cで定電流放電を2.7Vまで行い、放電容量を求めた。この一連の充放電を300サイクル繰り返し、充放電の度に放電容量を測定した。1サイクル目の充放電後の放電容量に対する、各サイクルでの放電容量の相対値(放電容量維持率(%))を求めた。サイクル試験の結果を、図3に示す。図3(a)、図3(b)、図3(c)には、実施例1、実施例2、及び実施例3の結果をそれぞれ示しており、比較のため、図3(a)〜図3(c)の全てのグラフにおいて、比較例1及び比較例2の結果を示す。[Evaluation of cycle characteristics]
The cycle characteristics of each secondary battery were evaluated by a cycle test in which charging and discharging were repeated after the initial charging and discharging. As a charging pattern, in an environment of 45 ° C., the secondary batteries of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2 are constantly charged with a current value of 0.5 C up to an upper limit voltage of 4.2 V, and subsequently. Constant voltage charging was performed at 4.2 V. The charging termination condition was a current value of 0.05C. Regarding the discharge, a constant current discharge was performed at 0.5 C up to 2.7 V, and the discharge capacity was determined. This series of charge / discharge was repeated for 300 cycles, and the discharge capacity was measured for each charge / discharge. The relative value (discharge capacity retention rate (%)) of the discharge capacity in each cycle was obtained with respect to the discharge capacity after the charge / discharge in the first cycle. The results of the cycle test are shown in FIG. 3 (a), 3 (b), and 3 (c) show the results of Example 1, Example 2, and Example 3, respectively, and for comparison, FIGS. 3 (a) to 3 (a). The results of Comparative Example 1 and Comparative Example 2 are shown in all the graphs of FIG. 3C.
その結果、実施例1〜3における300サイクル目の放電容量維持率はそれぞれ、90%、89%、89%であり、比較例1及び比較例2における300サイクル目の放電容量維持率(それぞれ67%、86%)よりも向上することが明らかになった。この理由として、化合物A、化合物B、又は化合物Cとビニレンカーボネートとが正極又は負極上に安定な被膜を形成し、この被膜により電解液の分解が抑制されたために、二次電池の長寿命化が達成できたと考えられる。 As a result, the discharge capacity retention rates at the 300th cycle in Examples 1 to 3 were 90%, 89%, and 89%, respectively, and the discharge capacity retention rates at the 300th cycle in Comparative Example 1 and Comparative Example 2 (67, respectively). %, 86%) was found to be better than. The reason for this is that compound A, compound B, or compound C and vinylene carbonate form a stable film on the positive electrode or negative electrode, and this film suppresses the decomposition of the electrolytic solution, thus extending the life of the secondary battery. Is considered to have been achieved.
[放電DCRの測定]
サイクル試験後の各二次電池について、放電時の直流抵抗(放電DCR)を、以下のように測定した。
まず、0.2Cの定電流充電を上限電圧4.2Vまで行い、続いて4.2Vで定電圧充電を行った。充電終止条件は、電流値0.02Cとした。その後、0.2Cの電流値で終止電圧2.7Vの定電流放電を行い、このときの電流値をI0.2C、放電開始10秒後の電圧変化をΔV0.2Cとした。次に、0.2Cの定電流充電を上限電圧4.2Vまで行い、続いて4.2Vで定電圧充電を行った(充電終止条件は、電流値0.02Cとした)。その後、0.5Cの電流値で終止電圧2.7Vの定電流放電を行い、このときの電流値をI0.5C、放電開始10秒後の電圧変化をΔV0.5Cとした。同様の充放電から1Cの電流値をI1C、放電開始10秒後の電圧変化ΔV1Cを評価した。その電流値―電圧変化の3点のプロット(I0.2C、ΔV0.2C)、(I0.5C、ΔV0.5C)、(I1C、ΔV1C)に最小二乗法を用いて一次近似直線を引き、その傾きを放電DCRの値とした。300サイクル後の放電DCRの測定結果を図4に示す。[Measurement of discharge DCR]
For each secondary battery after the cycle test, the DC resistance (discharge DCR) at the time of discharge was measured as follows.
First, constant current charging at 0.2 C was performed up to an upper limit voltage of 4.2 V, and then constant voltage charging was performed at 4.2 V. The charging termination condition was a current value of 0.02C. After that, constant current discharge with a final voltage of 2.7 V was performed with a current value of 0.2 C , the current value at this time was I 0.2 C, and the
その結果、実施例1〜3の放電DCRはそれぞれ、2.6Ω、2.5Ω、2.5Ωであり、比較例1及び比較例2の放電DCR(それぞれ4.9Ω、4.0Ω)よりも抵抗が低減することが明らかになった。この理由としては、化合物A、化合物B、又は化合物Cとビニレンカーボネートとが正極又は負極上に安定な被膜を形成し、この被膜により電解液の過剰な分解が抑制されたために、二次電池の抵抗増加が抑制できたと考えられる。 As a result, the discharge DCRs of Examples 1 to 3 were 2.6Ω, 2.5Ω, and 2.5Ω, respectively, which were higher than the discharge DCRs of Comparative Example 1 and Comparative Example 2 (4.9Ω and 4.0Ω, respectively). It was revealed that the resistance was reduced. The reason for this is that compound A, compound B, or compound C and vinylene carbonate form a stable film on the positive electrode or the negative electrode, and this film suppresses excessive decomposition of the electrolytic solution, so that the secondary battery has a secondary battery. It is considered that the increase in resistance could be suppressed.
[高温保存試験]
実施例1、比較例1〜2の各二次電池について、上述した初回充放電を行った後、25℃の環境下において0.1Cの電流値で定電流充電を上限電圧4.2Vまで行い、続いて4.2Vで定電圧充電を行った。充電終止条件は、電流値0.01Cとした。その後、それらの二次電池を60℃の恒温槽中で4週間保管した。[High temperature storage test]
After the above-mentioned initial charge and discharge of each of the secondary batteries of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2, constant current charging is performed at a current value of 0.1 C in an environment of 25 ° C. up to an upper limit voltage of 4.2 V. Then, constant voltage charging was performed at 4.2 V. The charging termination condition was a current value of 0.01C. Then, those secondary batteries were stored in a constant temperature bath at 60 ° C. for 4 weeks.
[体積増加率の測定]
実施例1、比較例1〜2の各二次電池の体積をアルキメデス法に基づく比重計(電子比重計MDS−300、アルファミラージュ社製)により測定した。高温保存試験前の体積(V1)及び高温保存試験後25℃の環境下に30分間保持した二次電池の体積(V2)から、体積増加率を下記の式により算出した。
体積増加率(%)=V2/V1×100[Measurement of volume increase rate]
The volumes of the secondary batteries of Examples 1 and Comparative Examples 1 and 2 were measured by a hydrometer based on the Archimedes method (electronic hydrometer MDS-300, manufactured by Alpha Mirage Co., Ltd.). The volume increase rate was calculated from the volume (V1) before the high temperature storage test and the volume (V2) of the secondary battery held in an environment of 25 ° C. for 30 minutes after the high temperature storage test by the following formula.
Volume increase rate (%) = V2 / V1 × 100
その結果、実施例1の体積増加率は105.5%、比較例1の体積増加率は107.1%、比較例2の体積増加率は108.9%であった。ビニレンカーボネートのみを含む電解液を適用した比較例2のリチウムイオン二次電池は、化合物A及びビニレンカーボネートのどちらも含まない電解液を適用した比較例1のリチウムイオン二次電池と比較して、体積増加率が増加した。これは、高温(60℃)の環境下でビニレンカーボネートが分解し、ガスが発生したためと考えられる。一方、化合物A及びビニレンカーボネートを両方含む電解液を適用した実施例1のリチウムイオン二次電池は、比較例1及び比較例2のリチウムイオン二次電池と比較して体積増加率が低減した。これは、化合物Aが、ビニレンカーボネートを含む電解液の安定化に寄与しており、ガス発生を抑制できたためであると考えられる。 As a result, the volume increase rate of Example 1 was 105.5%, the volume increase rate of Comparative Example 1 was 107.1%, and the volume increase rate of Comparative Example 2 was 108.9%. The lithium ion secondary battery of Comparative Example 2 to which the electrolytic solution containing only vinylene carbonate was applied was compared with the lithium ion secondary battery of Comparative Example 1 to which the electrolytic solution containing neither compound A nor vinylene carbonate was applied. The volume increase rate has increased. It is considered that this is because vinylene carbonate was decomposed in an environment of high temperature (60 ° C.) and gas was generated. On the other hand, the lithium ion secondary battery of Example 1 to which the electrolytic solution containing both compound A and vinylene carbonate was applied had a reduced volume increase rate as compared with the lithium ion secondary batteries of Comparative Example 1 and Comparative Example 2. It is considered that this is because the compound A contributes to the stabilization of the electrolytic solution containing vinylene carbonate and can suppress the gas generation.
[容量維持率の測定]
60℃の恒温槽中で4週間保管した実施例1、比較例1〜2の各二次電池を恒温槽から取り出し、25℃の環境下に30分間保持した後、0.1Cの電流値で終止電圧2.7Vの定電流放電を行った。この時の放電容量をQ2とした。上記Q1、Q2を用いて、容量維持率を下記の式を用いて算出した。
容量維持率(%)=Q2/Q1×100[Measurement of capacity retention rate]
The secondary batteries of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 stored in a constant temperature bath at 60 ° C. for 4 weeks were taken out from the constant temperature bath, held in an environment of 25 ° C. for 30 minutes, and then at a current value of 0.1 C. A constant current discharge with a final voltage of 2.7 V was performed. The discharge capacity at this time was set to Q2. Using the above Q1 and Q2, the capacity retention rate was calculated using the following formula.
Capacity retention rate (%) = Q2
その結果、実施例1の容量維持率は92.9%、比較例1の容量維持率は90.7%、比較例2の容量維持率は92.3%であった。ビニレンカーボネートのみを含む電解液を適用した比較例2のリチウムイオン二次電池は、化合物A及びビニレンカーボネートのどちらも含まない電解液を適用した比較例1のリチウムイオン電池と比較して、容量維持率が良好であった。これは、ビニレンカーボネートが負極上にて安定な被膜を形成し、高温(60℃)環境下での電解液の分解による容量維持率の低下が抑制されたためと考えられる。また、化合物A及びビニレンカーボネートを両方含む電解液を適用した実施例1のリチウムイオン二次電池は、ビニレンカーボネートのみを含む電解液を適用した比較例2のリチウムイオン二次電池と比較して、容量維持率が更に向上した。これは、ビニレンカーボネートが負極上にて安定な被膜を形成したことに加えて、化合物Aが電解液を安定化させたことにより、電解液の分解が更に抑制されたためと考えられる。 As a result, the capacity retention rate of Example 1 was 92.9%, the capacity retention rate of Comparative Example 1 was 90.7%, and the capacity retention rate of Comparative Example 2 was 92.3%. The lithium ion secondary battery of Comparative Example 2 to which the electrolytic solution containing only vinylene carbonate was applied maintained its capacity as compared with the lithium ion battery of Comparative Example 1 to which the electrolytic solution containing neither compound A nor vinylene carbonate was applied. The rate was good. It is considered that this is because vinylene carbonate formed a stable film on the negative electrode and the decrease in the capacity retention rate due to the decomposition of the electrolytic solution in the high temperature (60 ° C.) environment was suppressed. Further, the lithium ion secondary battery of Example 1 to which the electrolytic solution containing both compound A and vinylene carbonate was applied was compared with the lithium ion secondary battery of Comparative Example 2 to which the electrolytic solution containing only vinylene carbonate was applied. The capacity retention rate has been further improved. It is considered that this is because the vinylene carbonate formed a stable film on the negative electrode and the compound A stabilized the electrolytic solution, so that the decomposition of the electrolytic solution was further suppressed.
以上のように、化合物A又と炭素−炭素二重結合を有する環状カーボネートとを両方含む電解液を適用した実施例1〜3のリチウムイオン二次電池は、炭素−炭素二重結合を有する環状カーボネート及び化合物Aを含まない電解液を適用した比較例1のリチウムイオン二次電池、及び炭素−炭素二重結合を有する環状カーボネートを含み化合物Aを含まない電解液を適用した比較例2のリチウムイオン二次電池に比べて、優れた性能を示している。 As described above, the lithium ion secondary batteries of Examples 1 to 3 to which the electrolytic solution containing both the compound A or the cyclic carbonate having a carbon-carbon double bond are applied are cyclics having a carbon-carbon double bond. A lithium ion secondary battery of Comparative Example 1 to which an electrolytic solution containing no carbonate and compound A was applied, and lithium of Comparative Example 2 to which an electrolytic solution containing cyclic carbonate having a carbon-carbon double bond and not containing compound A was applied. It shows superior performance compared to ion secondary batteries.
1…非水電解液二次電池(電気化学デバイス)、6…正極、7…セパレータ、8…負極。 1 ... Non-aqueous electrolyte secondary battery (electrochemical device), 6 ... Positive electrode, 7 ... Separator, 8 ... Negative electrode.
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