KR20210096213A - Electrolytes and Electrochemical Devices - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 측면은, 하기 식 (1)로 나타나는 화합물과, 규소 원자를 갖지 않고, 황 원자를 포함하는 환을 갖는 환상 화합물을 함유하는 전해액이다.
[화학식 1]
식 (1) 중, R1~R3은, 각각 독립적으로, 알킬기 또는 불소 원자를 나타내고, R4는 알킬렌기를 나타내며, R5는, 황 원자를 포함하는 유기기를 나타낸다.One aspect of the present invention is an electrolyte solution containing a compound represented by the following formula (1) and a cyclic compound having a ring containing a sulfur atom without having a silicon atom.
[Formula 1]
In formula (1), R 1 to R 3 each independently represent an alkyl group or a fluorine atom, R 4 represents an alkylene group, and R 5 represents an organic group containing a sulfur atom.
Description
본 발명은, 전해액 및 전기 화학 디바이스에 관한 것이다.The present invention relates to an electrolytic solution and an electrochemical device.
최근, 휴대형 전자 기기, 전기 자동차 등의 보급에 의하여, 리튬 이온 이차 전지로 대표되는 비수 전해액 이차 전지, 커패시터 등의 고성능인 전기 화학 디바이스가 필요하게 되었다. 전기 화학 디바이스의 성능을 향상시키는 수단으로서는, 예를 들면, 전해액에 소정의 첨가제를 첨가하는 방법이 검토되고 있다. 특허문헌 1에는, 사이클 특성 및 내부 저항 특성을 개선하기 위하여, 특정의 실록세인 화합물을 함유시킨 비수 전해액 전지용 전해액이 개시되어 있다.In recent years, with the spread of portable electronic devices and electric vehicles, high-performance electrochemical devices such as non-aqueous electrolyte secondary batteries and capacitors typified by lithium ion secondary batteries are required. As a means of improving the performance of an electrochemical device, the method of adding a predetermined|prescribed additive to electrolyte solution is examined, for example.
본 발명은, 전기 화학 디바이스의 성능을 향상시키는 것이 가능한 전해액을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide an electrolytic solution capable of improving the performance of an electrochemical device.
본 발명의 일 측면은, 하기 식 (1)로 나타나는 화합물과, 규소 원자를 갖지 않고, 황 원자를 포함하는 환을 갖는 환상 화합물을 함유하는 전해액이다.One aspect of the present invention is an electrolyte solution containing a compound represented by the following formula (1) and a cyclic compound having a ring containing a sulfur atom without having a silicon atom.
[화학식 1][Formula 1]
식 (1) 중, R1~R3은, 각각 독립적으로, 알킬기 또는 불소 원자를 나타내고, R4는 알킬렌기를 나타내며, R5는, 황 원자를 포함하는 유기기를 나타낸다.In formula (1), R 1 to R 3 each independently represent an alkyl group or a fluorine atom, R 4 represents an alkylene group, and R 5 represents an organic group containing a sulfur atom.
이 전해액에 의하면, 일 측면에 있어서, 전기 화학 디바이스의 성능으로서, 전기 화학 디바이스를 고온하에서 보존한 후의 체적 증가를 억제할 수 있다. 또, 이 전해액에 의하면, 다른 일 측면에 있어서, 전기 화학 디바이스의 사이클 특성의 향상(특히, 사이클 시험 후의 용량 유지율의 향상, 및, 사이클 시험 후의 방전 DCR의 상승의 억제)이 도모된다. 또, 이 전해액에 의하면, 다른 일 측면에 있어서, 전기 화학 디바이스를 고온하에서 보존한 후의 방전 DCR을 저감시킬 수 있다.According to this electrolytic solution, in one aspect, as the performance of the electrochemical device, it is possible to suppress an increase in volume after the electrochemical device is stored at a high temperature. Moreover, according to this electrolyte solution, in another aspect, improvement of the cycle characteristics of an electrochemical device (in particular, improvement of the capacity retention rate after a cycle test, and suppression of a raise of discharge DCR after a cycle test) is achieved. Moreover, according to this electrolyte solution, another one side WHEREIN: The discharge DCR after storing an electrochemical device under high temperature can be reduced.
R1~R3 중 적어도 하나는, 불소 원자여도 된다. 식 (1)로 나타나는 화합물 1분자 중의 규소 원자의 수는, 1개여도 된다.At least one of R 1 to R 3 may be a fluorine atom. The number of silicon atoms in 1 molecule of the compound represented by Formula (1) may be one.
R5는, 하기 식 (3), 식 (4) 또는 식 (5) 중 어느 하나로 나타나는 기여도 된다.R 5 may also be a contribution represented by any of the following formulas (3), (4), or (5).
[화학식 2][Formula 2]
식 (3) 중, R8은 알킬기를 나타내고, *는 결합손을 나타낸다.In Formula (3), R<8> represents an alkyl group, and * represents a bond.
[화학식 3][Formula 3]
식 (4) 중, R9는 알킬기를 나타내고, *는 결합손을 나타낸다.In formula (4), R 9 represents an alkyl group, and * represents a bond.
[화학식 4][Formula 4]
식 (5) 중, R10은 알킬기를 나타내고, *는 결합손을 나타낸다.In formula (5), R 10 represents an alkyl group, and * represents a bond.
환상 화합물은, 환상 설폰산 에스터 화합물을 포함해도 된다. 환상 설폰산 에스터 화합물은, 하기 식 (X)로 나타나는 화합물을 포함해도 된다.The cyclic compound may also contain a cyclic sulfonic acid ester compound. The cyclic sulfonic acid ester compound may also contain the compound represented by following formula (X).
[화학식 5][Formula 5]
식 (X) 중, A1은, 탄소수 3~5의 알킬렌기 또는 탄소수 3~5의 알켄일렌기를 포함하는 기를 나타내고, 상기 알킬렌기 및 상기 알켄일렌기에 있어서의 수소 원자는, 알킬기, 사이클로알킬기, 아릴기, 또는 플루오로기로 치환되어 있어도 된다.In formula (X), A 1 represents a group containing an alkylene group having 3 to 5 carbon atoms or an alkenylene group having 3 to 5 carbon atoms, and the hydrogen atom in the alkylene group and the alkenylene group is an alkyl group, a cycloalkyl group, It may be substituted with an aryl group or a fluoro group.
식 (X)로 나타나는 화합물은, 1,3-프로페인설톤 및 1-프로펜-1,3-설톤으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함해도 된다.The compound represented by Formula (X) may also contain at least 1 sort(s) chosen from the group which consists of 1, 3- propane sultone and 1-propene-1, 3- sultone.
환상 화합물은, 식 (Y)로 나타나는 화합물 및 식 (Z)로 나타나는 화합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함해도 된다.A cyclic compound may also contain at least 1 sort(s) chosen from the group which consists of the compound represented by Formula (Y), and the compound represented by Formula (Z).
[화학식 6][Formula 6]
식 (Y) 중, A2는, 탄소수 3~5의 알킬렌기 또는 탄소수 3~5의 알켄일렌기를 나타내고, 상기 알킬렌기 및 상기 알켄일렌기에 있어서의 수소 원자는, 알킬기, 사이클로알킬기 또는 아릴기로 치환되어 있어도 된다.In the formula (Y), A 2 represents an alkylene group having 3 to 5 carbon atoms or an alkenylene group having 3 to 5 carbon atoms, and a hydrogen atom in the alkylene group and the alkenylene group is substituted with an alkyl group, a cycloalkyl group or an aryl group it may be
[화학식 7][Formula 7]
식 (Z) 중, A3은, 탄소수 3~5의 알킬렌기 또는 탄소수 3~5의 알켄일렌기를 나타내고, 상기 알킬렌기 및 상기 알켄일렌기에 있어서의 수소 원자는, 알킬기, 사이클로알킬기 또는 아릴기로 치환되어 있어도 된다.In the formula (Z), A 3 represents an alkylene group having 3 to 5 carbon atoms or an alkenylene group having 3 to 5 carbon atoms, and a hydrogen atom in the alkylene group and the alkenylene group is substituted with an alkyl group, a cycloalkyl group or an aryl group it may be
식 (1)로 나타나는 화합물의 함유량 및 환상 설폰산 에스터 화합물의 함유량의 합계는, 전해액 전체량을 기준으로 하여 10질량% 이하여도 된다.10 mass % or less may be sufficient as the sum total of content of the compound represented by Formula (1), and content of a cyclic sulfonic acid ester compound on the basis of electrolyte solution whole quantity.
본 발명의 다른 일 측면은, 정극과, 부극과, 상기 전해액을 구비하는 전기 화학 디바이스이다.Another aspect of the present invention is an electrochemical device including a positive electrode, a negative electrode, and the electrolyte solution.
부극은, 탄소 재료를 함유해도 된다. 탄소 재료는 흑연을 함유해도 된다. 부극은, 규소 및 주석으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 포함하는 재료를 더 함유해도 된다.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.
전기 화학 디바이스는, 비수 전해액 이차 전지 또는 커패시터여도 된다.The electrochemical device may be a non-aqueous electrolyte secondary battery or a capacitor.
본 발명에 의하면, 전기 화학 디바이스의 성능을 향상시키는 것이 가능한 전해액을 제공할 수 있다.ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the electrolyte solution which can improve the performance of an electrochemical device can be provided.
도 1은 일 실시형태에 관한 전기 화학 디바이스로서의 비수 전해액 이차 전지를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 이차 전지의 전극군을 나타내는 분해 사시도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a perspective view which shows the nonaqueous electrolyte solution secondary battery as an electrochemical device which concerns on one Embodiment.
FIG. 2 is an exploded perspective view illustrating an electrode group of the secondary battery shown in FIG. 1 .
이하, 도면을 적절히 참조하면서, 본 발명의 실시형태에 대하여 설명한다. 단, 본 발명은 이하의 실시형태에 한정되는 것은 아니다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, embodiment of this invention is described, referring drawings suitably. However, this invention is not limited to the following embodiment.
도 1은, 일 실시형태에 관한 전기 화학 디바이스를 나타내는 사시도이다. 본 실시형태에 있어서, 전기 화학 디바이스는 비수 전해액 이차 전지이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 비수 전해액 이차 전지(1)는, 정극, 부극 및 세퍼레이터로 구성되는 전극군(2)과, 전극군(2)을 수용하는 자루 형상의 전지 외장체(3)를 구비하고 있다. 정극 및 부극에는, 각각 정극 집전 탭(4) 및 부극 집전 탭(5)이 마련되어 있다. 정극 집전 탭(4) 및 부극 집전 탭(5)은, 각각 정극 및 부극이 비수 전해액 이차 전지(1)의 외부와 전기적으로 접속 가능하도록, 전지 외장체(3)의 내부로부터 외부로 돌출되어 있다. 전지 외장체(3) 내에는, 전해액(도시하지 않음)이 충전되어 있다. 비수 전해액 이차 전지(1)는, 상술한 바와 같은 이른바 "래미네이트형" 이외의 형상의 전지(코인형, 원통형, 적층형 등)여도 된다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a perspective view which shows the electrochemical device which concerns on one Embodiment. In the present embodiment, the electrochemical device is a non-aqueous electrolyte secondary battery. As shown in FIG. 1 , the non-aqueous electrolyte
전지 외장체(3)는, 예를 들면 래미네이트 필름으로 형성된 용기여도 된다. 래미네이트 필름은, 예를 들면, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름 등의 수지 필름과, 알루미늄, 구리, 스테인리스강 등의 금속박과, 폴리프로필렌 등의 실런트층이 이 순서로 적층된 적층 필름이어도 된다.The battery exterior body 3 may be, for example, a container formed of a laminate film. The laminate film may be, for example, a laminate film in which a resin film such as a polyethylene terephthalate (PET) film, a metal foil such as aluminum, copper, or stainless steel, and a sealant layer such as polypropylene are laminated in this order.
도 2는, 도 1에 나타낸 비수 전해액 이차 전지(1)에 있어서의 전극군(2)의 일 실시형태를 나타내는 분해 사시도이다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 전극군(2)은, 정극(6)과, 세퍼레이터(7)와, 부극(8)을 이 순서로 구비하고 있다. 정극(6) 및 부극(8)은, 정극 합제층(10) 측 및 부극 합제층(12) 측의 면이 각각 세퍼레이터(7)와 대향하도록 배치되어 있다.FIG. 2 is an exploded perspective view showing an embodiment of the
정극(6)은, 정극 집전체(9)와, 정극 집전체(9) 상에 마련된 정극 합제층(10)을 구비하고 있다. 정극 집전체(9)에는, 정극 집전 탭(4)이 마련되어 있다.The
정극 집전체(9)는, 예를 들면, 알루미늄, 타이타늄, 스테인리스, 니켈, 소성 탄소, 도전성 고분자, 도전성 유리 등으로 형성되어 있다. 정극 집전체(9)는, 접착성, 도전성 및 내(耐)산화성 향상의 목적으로, 알루미늄, 구리 등의 표면에 카본, 니켈, 타이타늄, 은 등으로 처리가 실시된 것이어도 된다. 정극 집전체(9)의 두께는, 전극 강도 및 에너지 밀도의 점에서, 예를 들면 1~50μm이다.The positive electrode
정극 합제층(10)은, 일 실시형태에 있어서, 정극 활물질과, 도전제와, 결착제를 함유한다. 정극 합제층(10)의 두께는, 예를 들면 20~200μm이다.The
정극 활물질은, 예를 들면 리튬 산화물이어도 된다. 리튬 산화물로서는, 예를 들면, LixCoO2, LixNiO2, LixMnO2, LixCoyNi1-yO2, LixCoyM1-yOz, LixNi1-yMyOz, LixMn2O4 및 LixMn2-yMyO4(각 식 중, M은, Na, Mg, Sc, Y, Mn, Fe, Co, Cu, Zn, Al, Cr, Pb, Sb, V 및 B로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 나타낸다(단, M은, 각 식 중의 다른 원소와 다른 원소이다). x=0~1.2, y=0~0.9, z=2.0~2.3이다.)를 들 수 있다. LixNi1-yMyOz로 나타나는 리튬 산화물은, LixNi1-(y1+y2)Coy1Mny2Oz(단, x 및 z는 상술한 것과 동일하고, y1=0~0.9, y2=0~0.9이며, 또한, y1+y2=0~0.9이다.)여도 되고, 예를 들면 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2, LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2, LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2, LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2여도 된다. LixNi1-yMyOz로 나타나는 리튬 산화물은, LixNi1-(y3+y4)Coy3Aly4Oz(단, x 및 z는 상술한 것과 동일하고, y3=0~0.9, y4=0~0.9이며, 또한, y3+y4=0~0.9이다.)여도 되고, 예를 들면 LiNi0.8Co0.15Al0.05O2여도 된다.The positive electrode active material may be, for example, lithium oxide. Examples of the lithium oxide include 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 O 4 and Li x Mn 2-y M y O 4 (wherein M is, Na, Mg, Sc, Y, Mn, Fe, Co, Cu, Zn, Al , Cr, Pb, Sb, V and at least one element selected from the group consisting of B (however, M is an element different from other elements in each formula) x = 0 to 1.2, y = 0 to 0.9, z = 2.0 to 2.3). Lithium oxide represented by Li x Ni 1-y M y O z is Li x Ni 1-(y1+y2) Co y1 Mn y2 O z (where x and z are the same as described above, and y1=0 to 0.9) , y2=0 to 0.9, and y1+y2=0 to 0.9) may be used, for example, LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 , LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 , LiNi 0.6 Co 0.2 Mn 0.2 O 2 , LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 may be sufficient. Lithium oxide represented by Li x Ni 1-y M y O z is Li x Ni 1-(y3+y4) Co y3 Al y4 O z (provided that x and z are the same as described above, and y3=0-0.9 , y4=0 to 0.9, and y3+y4=0 to 0.9) may be sufficient, for example, LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 .
정극 활물질은, 예를 들면 리튬의 인산염이어도 된다. 리튬의 인산염으로서는, 예를 들면, 인산 망가니즈리튬(LiMnPO4), 인산 철 리튬(LiFePO4), 인산 코발트리튬(LiCoPO4) 및 인산 바나듐리튬(Li3V2(PO4)3)을 들 수 있다.The positive electrode active material may be, for example, a phosphate of lithium. Examples of lithium phosphate salts include lithium manganese phosphate (LiMnPO 4 ), lithium iron phosphate (LiFePO 4 ), tritium cobalt phosphate (LiCoPO 4 ), and lithium vanadium phosphate (Li 3 V 2 (PO 4 ) 3 ). can
정극 활물질의 함유량은, 정극 합제층 전체량을 기준으로 하여, 80질량% 이상, 또는 85질량% 이상이어도 되고, 99질량% 이하여도 된다.The content of the positive electrode active material may be 80% by mass or more, or 85% by mass or more, or 99% by mass or less, based on the total amount of the positive electrode material layer.
도전제는, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙 등의 카본 블랙, 흑연, 그래핀, 카본 나노 튜브 등의 탄소 재료여도 된다. 도전제의 함유량은, 정극 합제층 전체량을 기준으로 하여, 예를 들면, 0.01질량% 이상, 0.1질량% 이상, 또는 1질량% 이상이어도 되고, 50질량% 이하, 30질량% 이하, 또는 15질량% 이하여도 된다.The conductive agent may be a carbon material such as carbon black such as acetylene black or Ketjen black, 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, 50% by mass or less, 30% by mass or less, or 15% by mass based on the total amount of the positive electrode mixture layer. The mass % or less may be sufficient.
결착제는, 예를 들면, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리이미드, 방향족 폴리아마이드, 셀룰로스, 나이트로셀룰로스 등의 수지; SBR(스타이렌-뷰타다이엔 고무), NBR(아크릴로나이트릴-뷰타다이엔 고무), 불소 고무, 아이소프렌 고무, 뷰타다이엔 고무, 에틸렌-프로필렌 고무 등의 고무; 스타이렌·뷰타다이엔·스타이렌 블록 공중합체 또는 그 수소 첨가물, EPDM(에틸렌·프로필렌·다이엔 삼원 공중합체), 스타이렌·에틸렌·뷰타다이엔·에틸렌 공중합체, 스타이렌·아이소프렌·스타이렌 블록 공중합체 또는 그 수소 첨가물 등의 열가소성 엘라스토머; 신다이오택틱-1,2-폴리뷰타다이엔, 폴리아세트산 바이닐, 에틸렌·아세트산 바이닐 공중합체, 프로필렌·α-올레핀 공중합체 등의 연질 수지; 폴리 불화 바이닐리덴(PVDF), 폴리테트라플루오로에틸렌, 불소화 폴리 불화 바이닐리덴, 폴리테트라플루오로에틸렌·에틸렌 공중합체, 폴리테트라플루오로에틸렌·불화 바이닐리덴 공중합체 등의 불소 함유 수지; 나이트릴기 함유 모노머를 모노머 단위로서 갖는 수지; 알칼리 금속 이온(예를 들면 리튬 이온)의 이온 전도성을 갖는 고분자 조성물 등을 들 수 있다.Examples of the binder include resins such as polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polymethyl methacrylate, polyimide, aromatic polyamide, cellulose, and nitrocellulose; rubbers such as SBR (styrene-butadiene rubber), NBR (acrylonitrile-butadiene rubber), fluororubber, isoprene rubber, butadiene rubber, and ethylene-propylene rubber; Styrene butadiene styrene block copolymer or its hydrogenated substance, EPDM (ethylene propylene diene terpolymer), styrene ethylene butadiene ethylene copolymer, styrene isoprene styrene Thermoplastic elastomers, such as a ren block copolymer or its hydrogenated substance; soft resins such as syndiotactic-1,2-polybutadiene, polyvinyl acetate, ethylene/vinyl acetate copolymer, and propylene/α-olefin copolymer; fluorine-containing resins such as polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene/ethylene copolymer, and polytetrafluoroethylene/vinylidene fluoride copolymer; resin having a nitrile group-containing monomer as a monomer unit; and polymer compositions having ion conductivity of alkali metal ions (eg lithium ions).
결착제의 함유량은, 정극 합제층 전체량을 기준으로 하여, 예를 들면, 0.1질량% 이상, 1질량% 이상, 또는 1.5질량% 이상이어도 되고, 30질량% 이하, 20질량% 이하, 또는 10질량% 이하여도 된다.The content of the binder may be, for example, 0.1 mass% or more, 1 mass% or more, or 1.5 mass% or more, based on the total amount of the positive mix layer, 30 mass% or less, 20 mass% or less, or 10 The mass % or less may be sufficient.
세퍼레이터(7)는, 정극(6) 및 부극(8) 간을 전자적으로는 절연하는 한편 이온을 투과시키고, 또한, 정극(6) 측에 있어서의 산화성 및 부극(8) 측에 있어서의 환원성에 대한 내성을 구비하는 것이면, 특별히 제한되지 않는다. 이와 같은 세퍼레이터(7)의 재료(재질)로서는, 수지, 무기물 등을 들 수 있다.The
수지로서는, 올레핀계 폴리머, 불소계 폴리머, 셀룰로스계 폴리머, 폴리이미드, 나일론 등을 들 수 있다. 세퍼레이터(7)는, 전해액에 대하여 안정적이며, 보액성(保液性)이 우수한 관점에서, 바람직하게는, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀으로 형성된 다공질 시트 또는 부직포이다.Examples of the resin include an olefin-based polymer, a fluorine-based polymer, a cellulosic polymer, a polyimide, and nylon. The
무기물로서는, 알루미나, 이산화 규소 등의 산화물, 질화 알루미늄, 질화 규소 등의 질화물, 황산 바륨, 황산 칼슘 등의 황산염을 들 수 있다. 세퍼레이터(7)는, 예를 들면, 부직포, 직포, 미다공성 필름 등의 박막상 기재(基材)에, 섬유상 또는 입자상의 무기물을 부착시킨 세퍼레이터여도 된다.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
부극(8)은, 부극 집전체(11)와, 부극 집전체(11) 상에 마련된 부극 합제층(12)을 구비하고 있다. 부극 집전체(11)에는, 부극 집전 탭(5)이 마련되어 있다.The
부극 집전체(11)는, 구리, 스테인리스, 니켈, 알루미늄, 타이타늄, 소성 탄소, 도전성 고분자, 도전성 유리, 알루미늄-카드뮴 합금 등으로 형성되어 있다. 부극 집전체(11)는, 접착성, 도전성, 내환원성 향상의 목적으로, 구리, 알루미늄 등의 표면에 카본, 니켈, 타이타늄, 은 등으로 처리가 실시된 것이어도 된다. 부극 집전체(11)의 두께는, 전극 강도 및 에너지 밀도의 점에서, 예를 들면 1~50μm이다.The negative electrode
부극 합제층(12)은, 예를 들면, 부극 활물질과, 결착제를 함유한다.The negative
부극 활물질은, 리튬 이온을 흡장(吸藏) 및 방출 가능한 물질이면 특별히 제한되지 않는다. 부극 활물질로서는, 예를 들면, 탄소 재료, 금속 복합 산화물, 주석, 저마늄, 규소 등의 제4족 원소의 산화물 또는 질화물, 리튬의 단체(單體), 리튬알루미늄 합금 등의 리튬 합금, Sn, Si 등의 리튬과 합금을 형성 가능한 금속 등을 들 수 있다. 부극 활물질은, 안전성의 관점에서는, 바람직하게는 탄소 재료 및 금속 복합 산화물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종이다. 부극 활물질은 이들의 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이어도 된다. 부극 활물질의 형상은, 예를 들면, 입자상이어도 된다.The negative electrode active material is not particularly limited as long as it is a material capable of occluding and releasing lithium ions. Examples of the negative electrode active material include a carbon material, a metal composite oxide, an oxide or nitride of a
탄소 재료로서는, 비정질 탄소 재료, 천연 흑연, 천연 흑연에 비정질 탄소 재료의 피막을 형성한 복합 탄소 재료, 인조 흑연(에폭시 수지, 페놀 수지 등의 수지 원료, 또는, 석유, 석탄 등으로부터 얻어지는 피치계 원료를 소성하여 얻어지는 것) 등을 들 수 있다. 금속 복합 산화물은, 고전류 밀도 충방전 특성의 관점에서는, 바람직하게는 타이타늄 및 리튬 중 어느 일방 또는 양방을 함유하고, 보다 바람직하게는 리튬을 함유한다.As the carbon material, an amorphous carbon material, natural graphite, a composite carbon material in which a film of an amorphous carbon material is formed on natural graphite, artificial graphite (a resin raw material such as an epoxy resin or a phenol resin, or a pitch-based raw material obtained from petroleum, coal, etc.) obtained by calcining) and the like. From the viewpoint of high current density charge/discharge characteristics, the metal composite oxide preferably contains either or both of titanium and lithium, and more preferably contains lithium.
부극 활물질 중에서도 탄소 재료는, 도전성이 높고, 저온 특성 및 사이클 안정성이 특히 우수하다. 탄소 재료 중에서도 고용량화의 관점에서는, 흑연이 바람직하다. 흑연에 있어서는, 바람직하게는 X선 광각 회절법에 있어서의 탄소 망면(網面) 층간(d002)이 0.34nm 미만이며, 보다 바람직하게는 0.3354nm 이상 0.337nm 이하이다. 이와 같은 조건을 충족시키는 탄소 재료를, 의사(擬似) 이방성 탄소라고 칭하는 경우가 있다.Among the negative electrode active materials, the carbon material has high conductivity and is particularly excellent in low-temperature characteristics and cycle stability. Among carbon materials, graphite is preferable from the viewpoint of increasing the capacity. In graphite, Preferably, the carbon reticulum interlayer (d002) in X-ray wide-angle diffraction method is less than 0.34 nm, More preferably, they are 0.3354 nm or more and 0.337 nm or less. The carbon material which satisfies such a condition may be called pseudo-anisotropic carbon.
부극 활물질에는, 규소 및 주석으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 포함하는 재료가 더 포함되어 있어도 된다. 규소 및 주석으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 포함하는 재료는, 규소 또는 주석의 단체, 규소 및 주석으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 포함하는 화합물이어도 된다. 당해 화합물은, 규소 및 주석으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 포함하는 합금이어도 되고, 예를 들면, 규소 및 주석 외에, 니켈, 구리, 철, 코발트, 망가니즈, 아연, 인듐, 은, 타이타늄, 저마늄, 비스무트, 안티모니 및 크로뮴으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 합금이다. 규소 및 주석으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 포함하는 화합물은, 산화물, 질화물, 또는 탄화물이어도 되고, 구체적으로는, 예를 들면, SiO, SiO2, LiSiO 등의 규소 산화물, Si3N4, Si2N2O 등의 규소 질화물, SiC 등의 규소 탄화물, SnO, SnO2, LiSnO 등의 주석 산화물 등이어도 된다.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 compound containing at least one element selected from the group consisting of silicon or tin, and 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, nickel, copper, iron, cobalt, manganese, zinc, indium, silver in addition to silicon and tin. , titanium, germanium, bismuth, antimony, and an alloy containing at least one selected from the group consisting of chromium. The compound containing at least one element selected from the group consisting of silicon and tin may be an oxide, nitride, or carbide, specifically, for example, silicon oxide such as SiO, SiO 2 , LiSiO, Si 3 N 4, or may be such as tin oxide, such as silicon carbide, SnO, SnO 2, LiSnO of silicon nitride, SiC, etc., such as Si 2 N 2 O.
부극(8)은, 저온 입력 특성 등의 전기 화학 디바이스의 성능을 더 향상시키는 관점에서, 부극 활물질로서, 바람직하게는 탄소 재료를 포함하고, 보다 바람직하게는 흑연을 포함하며, 더 바람직하게는, 탄소 재료와, 규소 및 주석으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 포함하는 재료의 혼합물을 포함하고, 특히 바람직하게는, 흑연과 규소 산화물의 혼합물을 포함한다. 당해 혼합물에 있어서의 규소 및 주석으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 포함하는 재료(규소 산화물)에 대한 탄소 재료(흑연)의 함유량은, 당해 혼합물 전체량을 기준으로 하여, 1질량% 이상, 또는 3질량% 이상이어도 되고, 30질량% 이하여도 된다.From the viewpoint of further improving the performance of the electrochemical device such as low-temperature input characteristics, the
부극 활물질의 함유량은, 부극 합제층 전체량을 기준으로 하여, 80질량% 이상, 또는 85질량% 이상이어도 되고, 99질량% 이하여도 된다.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.
결착제 및 그 함유량은, 상술한 정극 합제층에 있어서의 결착제 및 그 함유량과 동일해도 된다.A binder and its content may be the same as the binder and its content in the positive mix layer mentioned above.
부극 합제층(12)은, 점도를 조절하기 위하여 증점제를 함유해도 된다. 증점제는, 특별히 제한되지 않지만, 카복시메틸셀룰로스, 메틸셀룰로스, 하이드록시메틸셀룰로스, 에틸셀룰로스, 폴리바이닐알코올, 산화 전분, 인산화 전분, 카세인, 이들의 염 등이어도 된다. 증점제는, 이들의 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이어도 된다.The
부극 합제층(12)이 증점제를 포함하는 경우, 그 함유량은 특별히 제한되지 않는다. 증점제의 함유량은, 부극 합제층의 도포성의 관점에서는, 부극 합제층 전체량을 기준으로 하여, 0.1질량% 이상이어도 되고, 바람직하게는 0.2질량% 이상이며, 보다 바람직하게는 0.5질량% 이상이다. 증점제의 함유량은, 전지 용량의 저하 또는 부극 활물질 간의 저항의 상승을 억제하는 관점에서는, 부극 합제층 전체량을 기준으로 하여, 5질량% 이하여도 되고, 바람직하게는 3질량% 이하이며, 보다 바람직하게는 2질량% 이하이다.When the
전해액은, 일 실시형태에 있어서, 하기 식 (1)로 나타나는 화합물과, 규소 원자를 갖지 않고, 황 원자를 포함하는 환을 갖는 환상 화합물(이하, 간단히 "환상 화합물"이라고도 한다)과, 전해질염과, 비수 용매를 함유한다.In one embodiment, the electrolytic solution includes a compound represented by the following formula (1), a cyclic compound having a ring containing a sulfur atom without a silicon atom (hereinafter, simply referred to as a “cyclic compound”), and an electrolyte salt and a non-aqueous solvent.
[화학식 8][Formula 8]
식 (1) 중, R1~R3은, 각각 독립적으로, 알킬기 또는 불소 원자를 나타내고, R4는 알킬렌기를 나타내며, R5는, 황 원자를 포함하는 유기기를 나타낸다.In formula (1), R 1 to R 3 each independently represent an alkyl group or a fluorine atom, R 4 represents an alkylene group, and R 5 represents an organic group containing a sulfur atom.
R1~R3으로 나타나는 알킬기의 탄소수는, 1 이상이어도 되고, 3 이하여도 된다. R1~R3은, 메틸기, 에틸기, 또는 프로필기여도 되고, 직쇄상이어도 되며 분기상이어도 된다. R1~R3 중 적어도 하나는, 바람직하게는 불소 원자이다. R1~R3 중 어느 1개가 불소 원자여도 되고, R1~R3 중 어느 2개가 불소 원자여도 되며, R1~R3 모두가 불소 원자여도 된다.The number of carbon atoms of the alkyl group represented by R 1 ~ R 3 is may be either greater than or equal to 1, 3 or less is even. 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. R 1 ~ R any one of the three and even a fluorine atom, R 1 ~ R which two are fluorine atoms, and even triple, both R 1 ~ R 3 is or may be a fluorine atom.
R4로 나타나는 알킬렌기의 탄소수는, 1 이상 또는 2 이상이어도 되고, 5 이하 또는 4 이하여도 된다. R4로 나타나는 알킬렌기는, 메틸렌기, 에틸렌기, 프로필렌기, 뷰틸렌기, 또는 펜틸렌기여도 되고, 직쇄상이어도 되며 분기상이어도 된다.1 or more or 2 or more may be sufficient as carbon number of the alkylene group represented by R<4>, and 5 or less or 4 or less may be sufficient as it. 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.
일 실시형태에 있어서, 식 (1)로 나타나는 화합물 1분자 중의 규소 원자의 수는, 1개이다. 즉, 일 실시형태에 있어서, R5로 나타나는 유기기는, 규소 원자를 포함하지 않는다.In one embodiment, the number of silicon atoms in one molecule of the compound represented by Formula (1) is one. That is, in one embodiment , the organic group represented by R 5 does not contain a silicon atom.
R5는, 전기 화학 디바이스의 성능을 더 향상시킬 수 있는 관점에서, 바람직하게는, 하기 식 (3), 식 (4) 또는 식 (5) 중 어느 하나로 나타나는 기여도 된다.From the viewpoint of further improving the performance of the electrochemical device, R 5 may preferably be a contribution represented by any one of the following formulas (3), (4) or (5).
[화학식 9][Formula 9]
식 (3) 중, R8은 알킬기를 나타낸다. 알킬기는, 상술한 R1~R3으로 나타나는 알킬기와 동일해도 된다. *는 결합손을 나타낸다.In Formula (3), R<8> represents an alkyl group. The alkyl group may be the same as the alkyl group represented by R 1 to R 3 described above. * indicates a bond.
[화학식 10][Formula 10]
식 (4) 중, R9는 알킬기를 나타낸다. 알킬기는, 상술한 R1~R3으로 나타나는 알킬기와 동일해도 된다. *는 결합손을 나타낸다.In formula (4), R 9 represents an alkyl group. The alkyl group may be the same as the alkyl group represented by R 1 to R 3 described above. * indicates a bond.
[화학식 11][Formula 11]
식 (5) 중, R10은 알킬기를 나타낸다. 알킬기는, 상술한 R1~R3으로 나타나는 알킬기와 동일해도 된다. *는 결합손을 나타낸다.In formula (5), R 10 represents an alkyl group. The alkyl group may be the same as the alkyl group represented by R 1 to R 3 described above. * indicates a bond.
식 (1)로 나타나는 화합물의 함유량은, 전기 화학 디바이스의 성능을 더 향상시킬 수 있는 관점에서, 전해액 전체량을 기준으로 하여, 바람직하게는, 0.001질량% 이상, 0.005질량% 이상, 0.01질량% 이상, 0.05질량% 이상, 또는 0.1질량% 이상이며, 8질량% 이하, 5질량% 이하, 3질량% 이하, 2질량% 이하, 또는 1질량% 이하이다.Content of the compound represented by Formula (1) is preferably 0.001 mass % or more, 0.005 mass % or more, 0.01 mass % on the basis of electrolyte solution whole quantity from a viewpoint which can further improve the performance of an electrochemical device. or more, 0.05 mass % or more, or 0.1 mass % or more, and is 8 mass % or less, 5 mass % or less, 3 mass % or less, 2 mass % or less, or 1 mass % or less.
환상 화합물은, 황 원자를 포함하는 환(복소환)을 갖는 화합물이다. 또한, 환상 화합물은, 상기 식 (1)로 나타나는 화합물 이외의 화합물이다. 바꾸어 말하면, 환상 화합물은, 규소 원자를 갖지 않는 화합물이다.A cyclic compound is a compound which has a ring (heterocyclic) containing a sulfur atom. In addition, a cyclic compound is a compound other than the compound represented by the said Formula (1). In other words, a cyclic compound is a compound which does not have a silicon atom.
환상 화합물은, 예를 들면, 환상 설폰산 에스터 화합물(설톤 화합물이라고도 불린다)의 적어도 1종을 포함하고 있어도 된다. 환상 설폰산 에스터 화합물은, -OSO2-기를 포함하는 환을 갖는 화합물이다. 환상 설폰산 에스터 화합물은, -OSO2-기를 1개 또는 2개 포함하는 환을 갖고 있다.The cyclic compound may contain at least 1 type of a cyclic sulfonic acid ester compound (it is also called a sultone compound), for example. Cyclic sulfonic acid ester compounds, -OSO 2 - is a compound having a ring containing groups. The cyclic sulfonic acid ester compound has a ring containing one or two -OSO 2 - groups.
-OSO2-기를 1개 포함하는 환을 갖는 환상 설폰산 에스터 화합물은, 예를 들면 하기 식 (X)로 나타나는 화합물이어도 된다.-OSO 2 - cyclic sulfonic acid ester compounds having a ring containing one group, for may be a compound represented by the following formula (X), for example.
[화학식 12][Formula 12]
식 (X) 중, A1은, 탄소수 3~5의 알킬렌기 또는 탄소수 3~5의 알켄일렌기를 나타내고, 그 알킬렌기 및 그 알켄일렌기에 있어서의 수소 원자는, 알킬기, 사이클로알킬기, 아릴기, 또는 플루오로기로 치환되어 있어도 된다.In the formula (X), A 1 represents an alkylene group having 3 to 5 carbon atoms or an alkenylene group having 3 to 5 carbon atoms, and the hydrogen atom in the alkylene group and the alkenylene group is an alkyl group, a cycloalkyl group, an aryl group, Alternatively, it may be substituted with a fluoro group.
상기 알킬기의 탄소수는, 예를 들면 1~12여도 된다. 상기 사이클로알킬기의 탄소수는, 예를 들면 3~6이어도 된다. 상기 아릴기의 탄소수는, 예를 들면 6~12여도 된다.1-12 may be sufficient as carbon number of the said alkyl group, for example. The carbon number of the said cycloalkyl group may be 3-6, for example. 6-12 may be sufficient as carbon number of the said aryl group, for example.
A1은, 바람직하게는, 탄소수 3의 알킬렌기 또는 탄소수 3의 알켄일렌기이다. 즉, 환상 설폰산 에스터 화합물은, 바람직하게는, 하기 식 (X-1) 또는 식 (X-2)로 나타나는 화합물이다.A 1 is preferably an alkylene group having 3 carbon atoms or an alkenylene group having 3 carbon atoms. That is, the cyclic sulfonic acid ester compound is preferably a compound represented by the following formula (X-1) or (X-2).
[화학식 13][Formula 13]
식 중, R11~R20은, 각각 독립적으로, 수소 원자, 알킬기, 사이클로알킬기, 아릴기, 또는 플루오로기를 나타낸다. R11~R20으로 나타나는 알킬기, 사이클로알킬기 및 아릴기의 탄소수는, 식 (X)에 대하여 설명한 알킬기, 사이클로알킬기 및 아릴기의 탄소수와 각각 동일하다. R11~R20은, 바람직하게는 수소 원자이다.In the formula, R 11 to R 20 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group, a cycloalkyl group, an aryl group, or a fluoro group. The number of carbon atoms of the alkyl group, the cycloalkyl group and the aryl group represented by R 11 to R 20 is the same as the number of carbon atoms of the alkyl group, the cycloalkyl group and the aryl group described for the formula (X), respectively. R 11 to R 20 are preferably a hydrogen atom.
식 (X)로 나타나는 환상 설폰산 에스터 화합물로서는, 예를 들면, 1,3-프로페인설톤, 1,4-뷰테인설톤, 2,4-뷰테인설톤, 1,3-프로펜설톤, 1,4-뷰텐설톤, 1-메틸-1,3-프로페인설톤, 3-메틸-1,3-프로페인설톤, 1-플루오로-1,3-프로페인설톤, 3-플루오로-1,3-프로페인설톤 등의 모노설폰산 에스터 등을 들 수 있다. 이들 중, 전기 화학 디바이스의 성능을 더 향상시킬 수 있는 관점에서, 1,3-프로페인설톤(식 (X-1)에 있어서, R11~R16 모두가 수소 원자인 화합물) 또는 1-프로펜-1,3-설톤(식 (X-2)에 있어서, R17~R20 모두가 수소 원자인 화합물)이 바람직하다.Examples of the cyclic sulfonic acid ester compound represented by the formula (X) include 1,3-propanesultone, 1,4-butanesultone, 2,4-butanesultone, 1,3-propensultone, 1 ,4-butenesultone, 1-methyl-1,3-propanesultone, 3-methyl-1,3-propanesultone, 1-fluoro-1,3-propanesultone, 3-fluoro-1, Monosulfonic acid esters, such as 3-propane sultone, etc. are mentioned. Among these, from the viewpoint of further improving the performance of the electrochemical device, 1,3-propanesultone (a compound in which R 11 to R 16 are all hydrogen atoms in the formula (X-1)) or 1-propane Phen-1,3-sultone (a compound in which R 17 to R 20 are all hydrogen atoms in the formula (X-2)) is preferred.
-OSO2-기를 2개 포함하는 환을 갖는 환상 설폰산 에스터 화합물은, 예를 들면 하기 식 (X-3)으로 나타나는 화합물이어도 된다.-OSO 2 - group may be a cyclic sulfonic acid ester compounds are, for compounds represented by the following formula (X-3) having such a ring containing two or more.
[화학식 14][Formula 14]
식 중, B1 및 B2는, 각각 독립적으로, 탄소수 1~5의 알킬렌기 또는 탄소수 1~5의 알켄일렌기를 나타내고, 그 알킬렌기 및 그 알켄일렌기에 있어서의 수소 원자는, 알킬기, 사이클로알킬기, 아릴기, 또는 플루오로기로 치환되어 있어도 된다.In the formula, B 1 and B 2 each independently represent an alkylene group having 1 to 5 carbon atoms or an alkenylene group having 1 to 5 carbon atoms, and the hydrogen atom in the alkylene group and the alkenylene group is an alkyl group or a cycloalkyl group , an aryl group, or a fluoro group may be substituted.
B1 및 B2는, 바람직하게는, 탄소수 1 또는 2의 무치환의 알킬렌기이다. 이와 같은 환상 설폰산 에스터 화합물은, 메틸렌메테인다이설폰산 에스터, 에틸렌메테인다이설폰산 에스터 등의 다이설폰산 에스터여도 된다.B 1 and B 2 are preferably an unsubstituted alkylene group having 1 or 2 carbon atoms. The cyclic sulfonic acid ester compound may be a disulfonic acid ester such as methylenemethanedisulfonic acid ester or ethylenemethanedisulfonic acid ester.
환상 화합물은, 예를 들면, 식 (Y)로 나타나는 화합물 및 식 (Z)로 나타나는 화합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하고 있어도 된다.The cyclic compound may contain at least 1 sort(s) chosen from the group which consists of a compound represented by Formula (Y), and a compound represented by Formula (Z), for example.
[화학식 15][Formula 15]
[화학식 16][Formula 16]
식 (Y), (Z) 중, A2 및 A3은, 각각 독립적으로, 탄소수 3~5의 알킬렌기 또는 탄소수 3~5의 알켄일렌기를 나타내고, 그 알킬렌기 및 그 알켄일렌기에 있어서의 수소 원자는, 알킬기, 사이클로알킬기 또는 아릴기로 치환되어 있어도 된다.In formulas (Y) and (Z), A 2 and A 3 each independently represent an alkylene group having 3 to 5 carbon atoms or an alkenylene group having 3 to 5 carbon atoms, and hydrogen in the alkylene group and the alkenylene group The atom may be substituted with an alkyl group, a cycloalkyl group, or an aryl group.
A2 및 A3에 있어서의 알킬기, 사이클로알킬기 및 아릴기의 탄소수는, 식 (X)에 대하여 설명한 알킬기, 사이클로알킬기 및 아릴기의 탄소수와 각각 동일하다.The number of carbon atoms of the alkyl group, the cycloalkyl group, and the aryl group in A 2 and A 3 is the same as the number of carbon atoms of the alkyl group, the cycloalkyl group, and the aryl group described for the formula (X), respectively.
식 (Y)로 나타나는 화합물로서는, 예를 들면, 설포레인, 2-메틸설포레인, 3-메틸설포레인, 2-에틸설포레인, 3-에틸설포레인, 2,4-다이메틸설포레인, 2-페닐설포레인, 3-페닐설포레인, 설포렌, 3-메틸설포렌 등을 들 수 있다. 식 (Y)로 나타나는 화합물은, 전기 화학 디바이스의 성능을 더 향상시킬 수 있는 관점에서, 바람직하게는 설포레인이다.As a compound represented by Formula (Y), for example, sulfolane, 2-methylsulfolane, 3-methylsulfolane, 2-ethylsulfolane, 3-ethylsulfolane, 2,4-di Methylsulfolane, 2-phenylsulfolane, 3-phenylsulfolane, sulfolene, 3-methylsulfolene, etc. are mentioned. The compound represented by Formula (Y) is a viewpoint which can further improve the performance of an electrochemical device, Preferably it is sulfolane.
식 (Z)로 나타나는 화합물로서는, 예를 들면, 에틸렌설파이트, 프로필렌설파이트, 뷰틸렌설파이트, 바이닐렌설파이트, 페닐에틸렌설파이트 등을 들 수 있다. 식 (Z)로 나타나는 화합물은, 전기 화학 디바이스의 성능을 더 향상시킬 수 있는 관점에서, 바람직하게는 에틸렌설파이트이다.As a compound represented by Formula (Z), ethylene sulfite, propylene sulfite, butylene sulfite, vinylene sulfite, phenylethylene sulfite, etc. are mentioned, for example. The compound represented by Formula (Z) is from a viewpoint which can further improve the performance of an electrochemical device, Preferably it is ethylene sulfite.
환상 화합물은, 환상 설폰산 에스터 화합물, 식 (Y)로 나타나는 화합물 및 식 (Z)로 나타나는 화합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함해도 되고, 식 (X)로 나타나는 화합물, 식 (Y)로 나타나는 화합물 및 식 (Z)로 나타나는 화합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함해도 되며, 식 (X)로 나타나는 화합물 및 식 (Z)로 나타나는 화합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함해도 된다.A cyclic compound may contain at least 1 sort(s) chosen from the group which consists of a cyclic sulfonic acid ester compound, the compound represented by Formula (Y), and the compound represented by Formula (Z), The compound represented by Formula (X), Formula (Y ) may contain at least one selected from the group consisting of the compound represented by the compound and the formula (Z), and at least one selected from the group consisting of the compound represented by the formula (X) and the compound represented by the formula (Z). may include
환상 화합물의 함유량은, 전기 화학 디바이스의 성능을 더 향상시킬 수 있는 관점에서, 전해액 전체량을 기준으로 하여, 바람직하게는, 0.001질량% 이상, 0.005질량% 이상, 0.01질량% 이상, 0.05질량% 이상, 또는 0.1질량% 이상이며, 5질량% 이하, 3질량% 이하, 2질량% 이하, 또는 1질량% 이하이다.The content of the cyclic compound is preferably 0.001 mass % or more, 0.005 mass % or more, 0.01 mass % or more, 0.05 mass % based on the total amount of the electrolyte from the viewpoint of further improving the performance of the electrochemical device. or more, or 0.1 mass % or more, 5 mass % or less, 3 mass % or less, 2 mass % or less, or 1 mass % or less.
식 (1)로 나타나는 화합물의 함유량 및 환상 화합물의 함유량의 합계는, 전기 화학 디바이스의 성능을 더 향상시킬 수 있는 관점에서, 전해액 전체량을 기준으로 하여, 바람직하게는, 0.001질량% 이상, 0.005질량% 이상, 0.01질량% 이상, 0.1질량% 이상, 또는 0.5질량% 이상이며, 바람직하게는, 10질량% 이하, 7질량% 이하, 5질량% 이하, 3질량% 이하, 또는 2질량% 이하이다.From the viewpoint of further improving the performance of the electrochemical device, the total of the content of the compound represented by the formula (1) and the content of the cyclic compound is preferably 0.001% by mass or more, 0.005 based on the total amount of the electrolytic solution. It is mass % or more, 0.01 mass % or more, 0.1 mass % or more, or 0.5 mass % or more, Preferably, it is 10 mass % or less, 7 mass % or less, 5 mass % or less, 3 mass % or less, or 2 mass % or less. am.
환상 화합물의 함유량에 대한 식 (1)로 나타나는 화합물의 함유량의 질량비(식 (1)로 나타나는 화합물의 함유량/환상 화합물의 함유량)는, 전기 화학 디바이스의 성능을 더 향상시킬 수 있는 관점에서, 바람직하게는, 0.01 이상, 0.05 이상, 0.1 이상, 0.2 이상, 또는 0.25 이상이며, 또, 바람직하게는, 500 이하, 100 이하, 50 이하, 20 이하, 10 이하, 5 이하, 또는 4 이하이다.The mass ratio of the content of the compound represented by Formula (1) to the content of the cyclic compound (content of the compound represented by Formula (1)/content of the cyclic compound) is preferable from the viewpoint of further improving the performance of the electrochemical device. Preferably, they are 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, or 4 or less.
전해질염은, 예를 들면 리튬염이어도 된다. 리튬염은, 예를 들면, LiPF6, LiBF4, LiClO4, LiB(C6H5)4, LiCH3SO3, CF3SO2OLi, LiN(SO2F)2(Li[FSI], 리튬비스플루오로설폰일이미드), LiN(SO2CF3)2(Li[TFSI], 리튬비스트라이플루오로메테인설폰일이미드), 및 LiN(SO2CF2CF3)2로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종이어도 된다. 리튬염은, 용매에 대한 용해성, 이차 전지의 충방전 특성, 출력 특성, 사이클 특성 등이 더 우수한 관점에서, 바람직하게는 LiPF6을 포함한다.The electrolyte salt may be, for example, a lithium salt. Lithium salts are, 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], lithiumbisfluorosulfonylimide), LiN(SO 2 CF 3 ) 2 (Li[TFSI], lithium bistrifluoromethanesulfonylimide), and LiN(SO 2 CF 2 CF 3 ) 2 At least 1 type selected from may be sufficient. The lithium salt preferably contains LiPF 6 from the viewpoint of more excellent solubility in a solvent, charge/discharge characteristics of a secondary battery, output characteristics, cycle characteristics, and the like.
전해질염의 농도는, 충방전 특성이 우수한 관점에서, 비수 용매 전체량을 기준으로 하여, 바람직하게는 0.5mol/L 이상, 보다 바람직하게는 0.7mol/L 이상, 더 바람직하게는 0.8mol/L 이상이며, 또, 바람직하게는 1.5mol/L 이하, 보다 바람직하게는 1.3mol/L 이하, 더 바람직하게는 1.2mol/L 이하이다.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 and discharge characteristics. and, preferably 1.5 mol/L or less, more preferably 1.3 mol/L or less, and still more preferably 1.2 mol/L or less.
비수 용매는, 예를 들면, 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트, 다이메틸카보네이트, 다이에틸카보네이트, 메틸에틸카보네이트, γ-뷰티로락톤, 아세토나이트릴, 1,2-다이메톡시에테인, 다이메톡시메테인, 테트라하이드로퓨란, 다이옥솔레인, 염화 메틸렌, 아세트산 메틸 등이어도 된다. 비수 용매는, 이들의 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이어도 되고, 바람직하게는 2종 이상의 혼합물이다.The non-aqueous solvent is, for example, ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, γ-butyrolactone, acetonitrile, 1,2-dimethoxyethane, dimethoxymethane , tetrahydrofuran, dioxolane, methylene chloride, methyl acetate, or the like may be used. The non-aqueous solvent may be used alone or as a mixture of two or more thereof, and is preferably a mixture of two or more thereof.
전해액은, 식 (1)로 나타나는 화합물, 환상 화합물, 전해질염 및 비수 용매 이외의 그 외의 재료를 더 함유해도 된다. 그 외의 재료는, 예를 들면, 불소 함유 환상 카보네이트, 탄소-탄소 이중 결합을 갖는 환상 카보네이트 등의 환상 카보네이트, 질소 원자를 갖는 화합물, 식 (1)로 나타나는 화합물 및 환상 화합물 이외의 황 원자를 갖는 화합물, 환상 카복실산 에스터 등이어도 된다.The electrolyte solution may further contain other materials other than the compound represented by Formula (1), a cyclic compound, an electrolyte salt, and a non-aqueous solvent. Other materials include, for example, cyclic carbonates such as fluorine-containing cyclic carbonates and cyclic carbonates having a carbon-carbon double bond, compounds having nitrogen atoms, compounds represented by formula (1) and sulfur atoms other than cyclic compounds. A compound, a cyclic carboxylic acid ester, etc. may be sufficient.
불소 함유 환상 카보네이트는, 예를 들면, 4-플루오로-1,3-다이옥솔란-2-온(플루오로에틸렌카보네이트; FEC), 1,2-다이플루오로에틸렌카보네이트, 1,1-다이플루오로에틸렌카보네이트, 1,1,2-트라이플루오로에틸렌카보네이트, 1,1,2,2-테트라플루오로에틸렌카보네이트 등이어도 되고, 바람직하게는, 4-플루오로-1,3-다이옥솔란-2-온(플루오로에틸렌카보네이트; FEC)이다. 탄소-탄소 이중 결합을 갖는 환상 카보네이트는, 예를 들면 바이닐렌카보네이트여도 된다. 질소 원자를 함유하는 화합물은, 예를 들면 석시노나이트릴 등의 나이트릴 화합물이어도 된다.The fluorine-containing cyclic carbonate is, for example, 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one (fluoroethylene carbonate; FEC), 1,2-difluoroethylene carbonate, 1,1-difluoro Roethylene carbonate, 1,1,2-trifluoroethylene carbonate, 1,1,2,2-tetrafluoroethylene carbonate, etc. may be used, Preferably 4-fluoro-1,3-dioxolane-2 -one (fluoroethylene carbonate; FEC). The cyclic carbonate having a carbon-carbon double bond may be, for example, vinylene carbonate. Nitrile compounds, such as succinonitrile, may be sufficient as the compound containing a nitrogen atom, for example.
본 발명자들은, 다양한 구조 및 관능기를 갖는 화합물을 검토한 결과, 상술한 식 (1)로 나타나는 화합물 및 환상 화합물을 전해액에 적용함으로써, 전기 화학 디바이스의 성능을 향상시킬 수 있는 것을 밝혔다. 본 발명자들은, 식 (1)로 나타나는 화합물 및 환상 화합물을 전해액에 이용하는 것에 의한 작용 효과를 이하와 같이 추측하고 있다. 즉, 식 (1)로 나타나는 화합물 및 환상 화합물이, 각각 리튬 이온 이차 전지 내에 있어서 가장 효과를 발현하기 쉬운 장소에 작용하며, 예를 들면, 정극 또는 부극의 안정적인 피막 형성, 또는 전해액의 안정화에 기여한다고 생각된다. 그 결과, 비수 전해액 이차 전지(1)와 같은 전기 화학 디바이스의 성능이 향상된다.MEANS TO SOLVE THE PROBLEM The present inventors discovered that the performance of an electrochemical device could be improved by applying the compound and cyclic compound represented by Formula (1) mentioned above to electrolyte solution, as a result of examining the compound which has various structures and a functional group. MEANS TO SOLVE THE PROBLEM The present inventors estimate the effect by using the compound and cyclic compound represented by Formula (1) for electrolyte solution as follows. That is, the compound and the cyclic compound represented by the formula (1) each act on the site where the effect is most likely to be expressed in the lithium ion secondary battery, and for example, it contributes to the stable film formation of the positive electrode or the negative electrode, or the stabilization of the electrolyte solution. I think to do it. As a result, the performance of the electrochemical device such as the nonaqueous electrolyte
구체적으로는, 일 실시형태의 전해액에 의하면, 전기 화학 디바이스의 성능으로서, 전기 화학 디바이스를 고온하에서 보존한 후의 체적 증가를 억제할 수 있다. 또, 일 실시형태의 전해액에 의하면, 전기 화학 디바이스의 사이클 특성의 향상(특히, 사이클 시험 후의 용량 유지율의 향상, 및, 사이클 시험 후의 방전 DCR의 상승의 억제)이 도모된다. 또, 일 실시형태의 전해액에 의하면, 전기 화학 디바이스를 고온하에서 보존한 후의 방전 DCR을 저감시킬 수 있다.Specifically, according to the electrolyte solution of one embodiment, the volume increase after storing the electrochemical device under high temperature can be suppressed as performance of an electrochemical device. Moreover, according to the electrolyte solution of one Embodiment, the improvement of the cycle characteristic of an electrochemical device (in particular, the improvement of the capacity retention rate after a cycle test, and suppression of the raise of the discharge DCR after a cycle test) is achieved. Moreover, according to the electrolyte solution of one Embodiment, the discharge DCR after storing an electrochemical device under high temperature can be reduced.
계속해서, 비수 전해액 이차 전지(1)의 제조 방법을 설명한다. 비수 전해액 이차 전지(1)의 제조 방법은, 정극(6)을 얻는 제1 공정과, 부극(8)을 얻는 제2 공정과, 전극군(2)을 전지 외장체(3)에 수용하는 제3 공정과, 전해액을 전지 외장체(3)에 주액(注液)하는 제4 공정을 구비한다.Next, the manufacturing method of the nonaqueous electrolyte
제1 공정에서는, 정극 합제층(10)에 이용하는 재료를 혼련기, 분산기 등을 이용하여 분산매에 분산시켜 슬러리상의 정극 합제를 얻은 후, 이 정극 합제를 독터 블레이드법, 디핑법, 스프레이법 등에 의하여 정극 집전체(9) 상에 도포하고, 그 후 분산매를 휘발시킴으로써 정극(6)을 얻는다. 분산매를 휘발시킨 후, 필요에 따라, 롤 프레스에 의한 압축 성형 공정이 마련되어도 된다. 정극 합제층(10)은, 상술한 정극 합제의 도포부터 분산매의 휘발까지의 공정을 복수 회 행함으로써, 다층 구조의 정극 합제층으로서 형성되어도 된다. 분산매는, 물, 1-메틸-2-피롤리돈(이하, NMP라고도 한다.) 등이어도 된다.In the first step, the material used for the positive
제2 공정은, 상술한 제1 공정과 동일해도 되고, 부극 집전체(11)에 부극 합제층(12)을 형성하는 방법은, 상술한 제1 공정과 동일한 방법이어도 된다.The second step may be the same as the first step described above, and the method of forming the negative
제3 공정에서는, 제작한 정극(6) 및 부극(8)의 사이에 세퍼레이터(7)를 끼워, 전극군(2)을 형성한다. 이어서, 이 전극군(2)을 전지 외장체(3)에 수용한다.In the third step, the
제4 공정에서는, 전해액을 전지 외장체(3)에 주입한다. 전해액은, 예를 들면, 전해질염을 처음에 용매에 용해시킨 후, 그 외의 재료를 용해시킴으로써 조제할 수 있다.In the fourth step, the electrolytic solution is injected into the battery exterior body 3 . The electrolyte solution can be prepared, for example, by first dissolving an electrolyte salt in a solvent and then dissolving other materials.
다른 실시형태로서, 전기 화학 디바이스는 커패시터여도 된다. 커패시터는, 상술한 비수 전해액 이차 전지(1)와 동일하게, 정극, 부극 및 세퍼레이터로 구성되는 전극군과, 전극군을 수용하는 자루 형상의 전지 외장체를 구비하고 있어도 된다. 커패시터에 있어서의 각 구성 요소의 상세는, 비수 전해액 이차 전지(1)와 동일해도 된다.As another embodiment, the electrochemical device may be a capacitor. The capacitor may include, similarly to the nonaqueous electrolyte
실시예Example
이하, 실시예에 의하여 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, although an Example demonstrates this invention concretely, this invention is not limited to these Examples.
(실시예 1)(Example 1)
[정극의 제작][Production of positive electrode]
정극 활물질로서의 니켈코발트망가니즈산 리튬(92질량%)에, 도전제로서 아세틸렌 블랙(AB)(4질량%)과, 결착제(4질량%)를 순차 첨가하고, 혼합했다. 얻어진 혼합물에 대하여, 분산매로서의 NMP를 첨가하고, 혼련함으로써 슬러리상의 정극 합제를 조제했다. 이 정극 합제를 정극 집전체로서의 두께 20μm의 알루미늄박에 균등하고 또한 균질하게 소정량 도포했다. 그 후, 분산매를 휘발시킨 후, 프레스함으로써 밀도 2.8g/cm3까지 압밀화(壓密化)하여, 정극을 얻었다.Acetylene black (AB) (4 mass %) as a conductive agent and a binder (4 mass %) were sequentially added to lithium nickel cobalt manganese oxide (92 mass %) as a positive electrode active material, and they were mixed. To the obtained mixture, NMP as a dispersion medium was added and kneaded to prepare a slurry-like positive electrode mixture. A predetermined amount of the positive electrode mixture was uniformly and homogeneously applied to an aluminum foil having a thickness of 20 μm as a positive electrode current collector. Then, after volatilizing a dispersion medium, it compacted to density 2.8 g/cm<3> by pressing, and obtained the positive electrode.
[부극의 제작][Production of negative electrode]
흑연 및 규소 산화물을 포함하는 부극 활물질에, 결착제와, 증점제로서의 카복시메틸셀룰로스를 첨가했다. 이들의 질량비에 대해서는, 흑연:규소 산화물:결착제:증점제=92:5:1.5:1.5로 했다. 얻어진 혼합물에 대하여, 분산매로서의 물을 첨가하고, 혼련함으로써 슬러리상의 부극 합제를 조제했다. 이 부극 합제를 부극 집전체로서의 두께 10μm의 압연 구리박에 균등하고 또한 균질하게 소정량 도포했다. 그 후, 분산매를 휘발시킨 후, 프레스함으로써 밀도 1.6g/cm3까지 압밀화하여, 부극을 얻었다.A binder and carboxymethylcellulose as a thickener were added to the negative electrode active material containing graphite and silicon oxide. About these mass ratios, graphite: silicon oxide: binder: thickener = 92:5:1.5:1.5. To the obtained mixture, water as a dispersion medium was added and kneaded to prepare a slurry-like negative electrode mixture. A predetermined amount of this negative electrode mixture was uniformly and homogeneously applied to a 10 µm-thick rolled copper foil as a negative electrode current collector. Then, after volatilizing a dispersion medium, it compacted to a density of 1.6 g/cm<3> by pressing, and the negative electrode was obtained.
[리튬 이온 이차 전지의 제작][Production of lithium ion secondary battery]
13.5cm2의 사각형으로 절단한 정극 전극을, 세퍼레이터인 폴리에틸렌제 다공질 시트(상품명: 하이포어(등록 상표), 아사히 가세이 주식회사제, 두께 30μm) 사이에 끼우고, 추가로 14.3cm2의 사각형으로 절단한 부극을 중첩하여 전극군을 제작했다. 이 전극군을, 알루미늄제의 래미네이트 필름(상품명: 알루미늄래미네이트 필름, 다이 닛폰 인사쓰 주식회사제)으로 형성된 용기(전지 외장체)에 수용했다. 이어서, 용기 중에 전해액을 1mL 첨가하고, 용기를 열용착시켜, 평가용의 리튬 이온 이차 전지를 제작했다. 전해액으로서는, 1mol/L의 LiPF6을 포함하는 에틸렌카보네이트, 다이메틸카보네이트 및 에틸메틸카보네이트의 혼합 용액에, 혼합 용액 전체량에 대하여, 바이닐렌카보네이트(VC) 1질량%, 4-플루오로-1,3-다이옥솔란-2-온(플루오로에틸렌카보네이트; FEC) 0.5질량%, 하기 식 (6)으로 나타나는 화합물 A 0.5질량%, 및 1,3-프로페인설톤 0.5질량%(전해액 전체량 기준)를 첨가한 것을 사용했다.13.5cm a positive electrode cut in the second of the rectangle, the separator polyethylene porous sheet: cutting a rectangle of 14.3cm 2 further sandwiched between (trade name: Hi-Pore (R), manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd., thickness 30μm), An electrode group was prepared by overlapping one negative electrode. This electrode group was accommodated in a container (battery exterior body) formed of a laminated film made of aluminum (trade name: aluminum laminated film, manufactured by Dai-Nippon Insatsu Co., Ltd.). Next, 1 mL of electrolyte solution was added in the container, the container was heat-sealed, and the lithium ion secondary battery for evaluation was produced. As the electrolyte solution, in a mixed solution of ethylene carbonate, dimethyl carbonate, and ethylmethyl carbonate containing 1 mol/L LiPF 6 , 1% by mass of vinylene carbonate (VC), 4-fluoro-1 based on the total amount of the mixed solution 0.5 mass % of 3-dioxolan-2-one (fluoroethylene carbonate; FEC), 0.5 mass % of compound A represented by following formula (6), and 0.5 mass % of 1,3-propane sultone (based on the total amount of electrolyte solution) ) was added.
[화학식 17][Formula 17]
(실시예 2)(Example 2)
실시예 1에 있어서, 화합물 A의 첨가량을 2.0질량%로 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 리튬 이온 이차 전지를 제작했다.In Example 1, except having changed the addition amount of the compound A to 2.0 mass %, it carried out similarly to Example 1, and produced the lithium ion secondary battery.
(실시예 3)(Example 3)
실시예 1에 있어서, 화합물 A 대신에, 하기 식 (7)로 나타나는 화합물 B를 0.3질량% 첨가한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 리튬 이온 이차 전지를 제작했다.In Example 1, it replaced with the compound A, and except having added 0.3 mass % of the compound B represented by following formula (7), it carried out similarly to Example 1, and produced the lithium ion secondary battery.
[화학식 18][Formula 18]
(실시예 4)(Example 4)
실시예 1에 있어서, 화합물 A 대신에, 하기 식 (8)로 나타나는 화합물 C를 0.1질량% 첨가한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 리튬 이온 이차 전지를 제작했다.In Example 1, it replaced with the compound A, and except having added 0.1 mass % of the compound C represented by following formula (8), it carried out similarly to Example 1, and produced the lithium ion secondary battery.
[화학식 19][Formula 19]
(실시예 5)(Example 5)
실시예 1에 있어서, 1,3-프로페인설톤 대신에 1,3-프로펜설톤을 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 리튬 이온 이차 전지를 제작했다.In Example 1, a lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that 1,3-propenesultone was used instead of 1,3-propenesultone.
(실시예 6)(Example 6)
실시예 1에 있어서, 1,3-프로페인설톤 대신에 메틸렌메테인다이설폰산 에스터(MMDS)를 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 리튬 이온 이차 전지를 제작했다.In Example 1, a lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that methylenemethanedisulfonic acid ester (MMDS) was used instead of 1,3-propanesultone.
(실시예 7)(Example 7)
실시예 1에 있어서, 1,3-프로페인설톤 대신에 에틸렌설파이트를 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 리튬 이온 이차 전지를 제작했다.In Example 1, except having used ethylene sulfite instead of 1, 3- propane sultone, it carried out similarly to Example 1, and produced the lithium ion secondary battery.
(비교예 1)(Comparative Example 1)
실시예 1에 있어서, 화합물 A 및 1,3-프로페인설톤을 사용하지 않았던 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 리튬 이온 이차 전지를 제작했다.In Example 1, except not using the compound A and 1, 3- propane sultone, it carried out similarly to Example 1, and produced the lithium ion secondary battery.
(비교예 2)(Comparative Example 2)
실시예 1에 있어서, 화합물 A를 사용하지 않았던 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 리튬 이온 이차 전지를 제작했다.In Example 1, except not using the compound A, it carried out similarly to Example 1, and produced the lithium ion secondary battery.
[고온 보관 특성의 평가][Evaluation of high temperature storage characteristics]
제작한 각 이차 전지를, 25℃의 환경하에 있어서 0.1C의 전륫값으로 정전류 충전을 상한 전압 4.2V까지 행하고, 계속해서 4.2V로 정전압 충전을 행했다. 충전 종지(終止) 조건은, 전륫값 0.01C로 했다. 그 후, 그들 이차 전지를 60℃의 항온조(槽) 중에서 2주간 보관했다.Each produced secondary battery was subjected to constant current charging at a voltage of 0.1 C in an environment of 25°C to an upper limit voltage of 4.2 V, followed by constant voltage charging at 4.2 V. The charging termination condition was set to a total grinding value of 0.01C. Then, these secondary batteries were stored in a 60 degreeC thermostat for 2 weeks.
상기 보관 전의 각 이차 전지의 체적 (V1), 및, 상기 보관 후에 25℃의 환경하에 30분간 정치한 각 이차 전지의 체적 (V2)를, 아르키메데스법에 근거하는 비중계(전자 비중계 MDS-300, 알파미라주사제)에 의하여 측정했다. 측정된 V1 및 V2를 이용하여, 체적 변화율(%)=V2/V1×100을 산출했다. 결과를 표 1에 나타낸다.The volume (V1) of each secondary battery before the storage, and the volume (V2) of each secondary battery left still for 30 minutes in an environment of 25° C. after the storage, were measured using a hydrometer (electron hydrometer MDS-300, alpha) based on the Archimedes method. It was measured by Mira Injection). Using the measured V1 and V2, the volume change rate (%) = V2/V1 x 100 was computed. A result is shown in Table 1.
[사이클 특성의 평가][Evaluation of cycle characteristics]
(초회(初回) 충방전)(Initial charge/discharge)
제작한 각 이차 전지에 대하여, 이하에 나타내는 방법으로 초회 충방전을 실시했다. 먼저, 25℃의 환경하에 있어서 0.1C의 전륫값으로 정전류 충전을 상한 전압 4.2V까지 행하고, 계속해서 4.2V로 정전압 충전을 행했다. 충전 종지 조건은, 전륫값 0.01C로 했다. 그 후, 0.1C의 전륫값으로 종지 전압 2.7V의 정전류 방전을 행했다. 이 충방전 사이클을 3회 반복했다. 또한, 전륫값의 단위로서 이용한 "C"란, "전륫값(A)/전지 용량(Ah)"을 의미한다(이하 동일).About each produced secondary battery, initial charging/discharging was implemented by the method shown below. First, in the environment of 25 degreeC, constant current charging was performed to the upper limit voltage 4.2V with the electric voltage of 0.1C, and then, constant voltage charging was performed at 4.2V. The charge termination conditions were set to a total grinding value of 0.01C. Thereafter, constant current discharge with a final voltage of 2.7 V was performed at a total voltage of 0.1 C. This charge/discharge cycle was repeated 3 times. In addition, "C" used as a unit of the total value means "the total value (A)/battery capacity (Ah)" (the same hereinafter).
(방전 DCR의 측정)(Measurement of discharge DCR)
초회 충방전 후의 각 이차 전지에 대하여, 방전 시의 직류 저항(방전 DCR)을, 이하와 같이 측정했다.For each secondary battery after the initial charge and discharge, the DC resistance (discharge DCR) at the time of discharge was measured as follows.
먼저, 0.2C의 정전류 충전을 상한 전압 4.2V까지 행하고, 계속해서 4.2V로 정전압 충전을 행했다. 충전 종지 조건은, 전륫값 0.02C로 했다. 그 후, 0.2C의 전륫값으로 종지 전압 2.7V의 정전류 방전을 행하고, 이때의 전륫값을 I0.2C, 방전 개시 10초 후의 전압 변화를 ΔV0.2C로 했다. 다음으로, 0.2C의 정전류 충전을 상한 전압 4.2V까지 행하고, 계속해서 4.2V로 정전압 충전을 행한 후(충전 종지 조건은, 전륫값 0.02C로 했다.), 0.5C의 전륫값으로 종지 전압 2.7V의 정전류 방전을 행하며, 이때의 전륫값을 I0.5C, 방전 개시 10초 후의 전압 변화를 ΔV0.5C로 했다. 동일한 충방전으로부터 1C의 전륫값을 I1C, 방전 개시 10초 후의 전압 변화 ΔV1C를 평가했다. 그 전륫값-전압 변화의 3점의 플롯(I0.2C, ΔV0.2C), (I0.5C, ΔV0.5C), (I1C, ΔV1C)에 최소 이승법을 이용하여 일차 근사 직선을 긋고, 그 기울기를 방전 DCR의 값 R1로 했다.First, constant current charging at 0.2 C was performed to the upper limit voltage of 4.2 V, and then constant voltage charging was performed at 4.2 V. The charge termination conditions were set to a total grinding value of 0.02C. Thereafter, constant current discharge with a final voltage of 2.7V was performed at a voltage of 0.2C, and the voltage at this time was set to I 0.2C and the
(사이클 시험)(cycle test)
초회 충방전 후의 각 이차 전지에 대하여, 이하의 충방전을 반복하는 사이클 시험을 실시했다. 충전 패턴으로서는, 45℃의 환경하에서, 이차 전지를 0.5C의 전륫값으로 정전류 충전을 상한 전압 4.2V까지 행하고, 계속해서 4.2V로 정전압 충전을 행했다. 충전 종지 조건은, 전륫값 0.05C로 했다. 방전에 대해서는, 1C로 정전류 방전을 2.7V까지 행하여, 방전 용량을 구했다. 이 일련의 충방전을 630사이클 반복했다. 1사이클째의 충방전 후의 방전 용량 Q1과, 630사이클째의 충방전 후의 방전 용량 Q2를 이용하여, 방전 용량 유지율(%)=Q1/Q2×100을 구했다. 결과를 표 1에 나타낸다.Each secondary battery after the initial charge and discharge was subjected to a cycle test in which the following charge and discharge were repeated. As a charging pattern, the secondary battery was subjected to constant current charging up to an upper limit voltage of 4.2V at a voltage of 0.5C in an environment of 45°C, followed by constant voltage charging at 4.2V. The charging termination conditions were set to a total grinding value of 0.05C. About the discharge, constant current discharge was performed to 2.7V at 1C, and the discharge capacity was calculated|required. This series of charging and discharging was repeated 630 cycles. Discharge capacity retention rate (%) = Q1/Q2 x 100 was calculated|required using the discharge capacity Q1 after charging/discharging at the 1st cycle, and the discharge capacity Q2 after charging/discharging at the 630th cycle. A result is shown in Table 1.
또, 500사이클 후의 이차 전지에 대하여, 상기와 동일하게 방전 DCR의 값 R2를 구했다. 초회 충방전 후의 방전 DCR의 값 R1과, 630사이클째의 충방전 후의 방전 DCR의 값 R2를 이용하여, 방전 DCR의 상승률(%)=R2/R1×100을 구했다. 결과를 표 1에 나타낸다.Moreover, the value R2 of discharge DCR was calculated|required similarly to the above about the secondary battery after 500 cycles. Using the value R1 of the discharge DCR after the initial charge and discharge and the value R2 of the discharge DCR after the charge and discharge of the 630th cycle, the rate of increase (%) of the discharge DCR = R2/R1×100 was calculated. A result is shown in Table 1.
[표 1][Table 1]
표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 식 (1)로 나타나는 화합물 및 환상 화합물을 함유하는 실시예 1~7의 전해액을 적용한 리튬 이온 이차 전지는, 식 (1)로 나타나는 화합물 및 환상 화합물의 일방 또는 양방을 함유하지 않는 전해액을 적용한 비교예 1~2의 리튬 이온 이차 전지와 비교하여, 고온 보관 특성이 우수하고(고온 보관 후의 체적 변화율이 작고), 사이클 특성도 우수하다(사이클 시험 후의 용량 유지율이 높아, 방전 DCR의 상승을 억제할 수 있다). 이것은, 환상 화합물이 정극 또는 부극에서 안정적인 피막을 형성했던 것에 더하여, 식 (1)로 나타나는 화합물이, 전해액의 안정화에 기여했기 때문이라고 생각된다.As Table 1 shows, the lithium ion secondary battery to which the electrolyte solution of Examples 1-7 containing the compound and cyclic compound represented by Formula (1) is applied is one of the compound represented by Formula (1) and a cyclic compound, or Compared with the lithium ion secondary batteries of Comparative Examples 1 and 2 to which an electrolyte solution containing neither side is applied, high temperature storage characteristics are excellent (volume change rate after high temperature storage is small), and cycle characteristics are also excellent (capacity retention rate after cycle test is high, it is possible to suppress the rise of the discharge DCR). It is thought that this is because the compound represented by Formula (1) contributed to stabilization of electrolyte solution in addition to the cyclic compound forming the stable film by a positive electrode or a negative electrode.
또, 실시예 1 및 비교예 1, 2의 이차 전지에 대해서는, 상기 고온 보관을 행한 후의 방전 DCR도 측정했다. 그 결과, 실시예 1의 방전 DCR은 1.70Ω, 비교예 1의 방전 DCR은 1.98Ω, 비교예 2의 방전 DCR은 1.79Ω이었다. 1,3-프로페인설톤을 포함하고 화합물 A를 포함하지 않는 전해액을 적용한 비교예 2의 리튬 이온 이차 전지는, 화합물 A 및 1,3-프로페인설톤 중 어느 것도 포함하지 않는 전해액을 적용한 비교예 1의 리튬 이온 이차 전지와 비교하여, 고온 보관 후의 방전 DCR이 저하되었다. 이것은, 1,3-프로페인설톤이 정극 또는 부극에서 안정적인 피막을 형성했기 때문이라고 생각된다. 또, 화합물 A 및 1,3-프로페인설톤을 양방 포함하는 전해액을 적용한 실시예 1의 리튬 이온 이차 전지는, 비교예 1 및 비교예 2의 리튬 이온 이차 전지와 비교하여, 고온 보관 후의 방전 DCR이 각각 약 15% 및 약 5% 양호했다. 이것은, 1,3-프로페인설톤이 정극 또는 부극에서 안정적인 피막을 형성했던 것에 더하여, 화합물 A가, 전해액의 안정화에 기여했기 때문이라고 생각된다.Moreover, about the secondary battery of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2, the discharge DCR after performing the said high temperature storage was also measured. As a result, the discharge DCR of Example 1 was 1.70 Ω, the discharge DCR of Comparative Example 1 was 1.98 Ω, and the discharge DCR of Comparative Example 2 was 1.79 Ω. The lithium ion secondary battery of Comparative Example 2 to which an electrolyte solution containing 1,3-propanesultone and not containing Compound A was applied, Comparative Example to which an electrolyte solution containing neither Compound A nor 1,3-propanesultone was applied Compared with the lithium ion secondary battery of No. 1, the discharge DCR after high temperature storage fell. This is considered to be because 1,3-propanesultone formed a stable film at the positive electrode or the negative electrode. In addition, the lithium ion secondary battery of Example 1 to which the electrolyte solution containing both Compound A and 1,3-propanesultone was applied, compared with the lithium ion secondary batteries of Comparative Examples 1 and 2, discharge DCR after high temperature storage These were about 15% and about 5% good, respectively. This is considered to be because 1,3-propanesultone formed a stable film at the positive electrode or the negative electrode, and the compound A contributed to the stabilization of the electrolyte solution.
1…비수 전해액 이차 전지(전기 화학 디바이스)
6…정극
7…세퍼레이터
8…부극One… Non-aqueous electrolyte secondary battery (electrochemical device)
6… positive pole
7… separator
8… negative electrode
Claims (14)
규소 원자를 갖지 않고, 황 원자를 포함하는 환을 갖는 환상 화합물을 함유하는 전해액.
[화학식 1]
[식 (1) 중, R1~R3은, 각각 독립적으로, 알킬기 또는 불소 원자를 나타내고, R4는 알킬렌기를 나타내며, R5는, 황 원자를 포함하는 유기기를 나타낸다.]A compound represented by the following formula (1);
An electrolytic solution containing a cyclic compound having no silicon atom and a ring containing a sulfur atom.
[Formula 1]
[In formula (1), R 1 to R 3 each independently represent an alkyl group or a fluorine atom, R 4 represents an alkylene group, and R 5 represents an organic group containing a sulfur atom.]
상기 R1~R3 중 적어도 하나는 불소 원자인, 전해액.The method according to claim 1,
At least one of R 1 to R 3 is a fluorine atom.
상기 식 (1)로 나타나는 화합물 1분자 중의 규소 원자의 수는 1개인, 전해액.The method according to claim 1 or 2,
The electrolyte solution whose number of silicon atoms in 1 molecule of the compound represented by said Formula (1) is one.
상기 R5는, 하기 식 (3), 식 (4) 또는 식 (5) 중 어느 하나로 나타나는 기인, 전해액.
[화학식 2]
[식 (3) 중, R8은 알킬기를 나타내고, *는 결합손을 나타낸다.]
[화학식 3]
[식 (4) 중, R9는 알킬기를 나타내고, *는 결합손을 나타낸다.]
[화학식 4]
[식 (5) 중, R10은 알킬기를 나타내고, *는 결합손을 나타낸다.]4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Said R<5> is group represented by any one of following formula (3), Formula (4), or Formula (5), Electrolytic solution.
[Formula 2]
[In formula (3), R 8 represents an alkyl group, and * represents a bond.]
[Formula 3]
[In formula (4), R 9 represents an alkyl group, and * represents a bond.]
[Formula 4]
[In formula (5), R 10 represents an alkyl group, and * represents a bond.]
상기 환상 화합물은, 환상 설폰산 에스터 화합물을 포함하는, 전해액.5. The method according to any one of claims 1 to 4,
The electrolytic solution wherein the cyclic compound contains a cyclic sulfonic acid ester compound.
상기 환상 설폰산 에스터 화합물은, 하기 식 (X)로 나타나는 화합물을 포함하는, 전해액.
[화학식 5]
[식 (X) 중, A1은, 탄소수 3~5의 알킬렌기 또는 탄소수 3~5의 알켄일렌기를 포함하는 기를 나타내고, 상기 알킬렌기 및 상기 알켄일렌기에 있어서의 수소 원자는, 알킬기, 사이클로알킬기, 아릴기, 또는 플루오로기로 치환되어 있어도 된다.]6. The method of claim 5,
The electrolyte solution in which the said cyclic sulfonic acid ester compound contains the compound represented by following formula (X).
[Formula 5]
[In formula (X), A 1 represents a group containing an alkylene group having 3 to 5 carbon atoms or an alkenylene group having 3 to 5 carbon atoms, and the hydrogen atom in the alkylene group and the alkenylene group is an alkyl group or a cycloalkyl group , an aryl group, or a fluoro group may be substituted.]
상기 식 (X)로 나타나는 화합물은, 1,3-프로페인설톤 및 1-프로펜-1,3-설톤으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는, 전해액.7. The method of claim 6,
The electrolyte solution in which the compound represented by the said Formula (X) contains at least 1 sort(s) chosen from the group which consists of 1, 3- propane sultone and 1-propene-1, 3- sultone.
상기 환상 화합물은, 식 (Y)로 나타나는 화합물 및 식 (Z)로 나타나는 화합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는, 전해액.
[화학식 6]
[식 (Y) 중, A2는, 탄소수 3~5의 알킬렌기 또는 탄소수 3~5의 알켄일렌기를 나타내고, 상기 알킬렌기 및 상기 알켄일렌기에 있어서의 수소 원자는, 알킬기, 사이클로알킬기 또는 아릴기로 치환되어 있어도 된다.]
[화학식 7]
[식 (Z) 중, A3은, 탄소수 3~5의 알킬렌기 또는 탄소수 3~5의 알켄일렌기를 나타내고, 상기 알킬렌기 및 상기 알켄일렌기에 있어서의 수소 원자는, 알킬기, 사이클로알킬기 또는 아릴기로 치환되어 있어도 된다.]8. The method according to any one of claims 1 to 7,
The electrolyte solution in which the said cyclic compound contains at least 1 sort(s) chosen from the group which consists of the compound represented by Formula (Y), and the compound represented by Formula (Z).
[Formula 6]
[In formula (Y), A 2 represents an alkylene group having 3 to 5 carbon atoms or an alkenylene group having 3 to 5 carbon atoms, and the hydrogen atom in the alkylene group and the alkenylene group is an alkyl group, a cycloalkyl group or an aryl group It may be substituted.]
[Formula 7]
[In formula (Z), A 3 represents an alkylene group having 3 to 5 carbon atoms or an alkenylene group having 3 to 5 carbon atoms, and the hydrogen atom in the alkylene group and the alkenylene group is an alkyl group, a cycloalkyl group or an aryl group It may be substituted.]
상기 식 (1)로 나타나는 화합물의 함유량 및 상기 환상 화합물의 함유량의 합계는, 상기 전해액 전체량을 기준으로 하여 10질량% 이하인, 전해액.9. The method according to any one of claims 1 to 8,
The electrolyte solution whose sum total of content of the compound represented by said Formula (1), and content of the said cyclic compound is 10 mass % or less on the basis of the said electrolyte solution whole quantity.
상기 부극은 탄소 재료를 함유하는, 전기 화학 디바이스.11. The method of claim 10,
The negative electrode contains a carbon material.
상기 탄소 재료는 흑연을 함유하는, 전기 화학 디바이스.12. The method of claim 11,
wherein the carbon material contains graphite.
상기 부극은, 규소 및 주석으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 포함하는 재료를 더 함유하는, 전기 화학 디바이스.13. The method according to claim 11 or 12,
The said negative electrode further contains the material containing at least 1 sort(s) of element selected from the group which consists of silicon and tin.
상기 전기 화학 디바이스는, 비수 전해액 이차 전지 또는 커패시터인, 전기 화학 디바이스.14. The method according to any one of claims 10 to 13,
The electrochemical device is a non-aqueous electrolyte secondary battery or a capacitor.
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