WO2011070816A1 - 非水電解液二次電池用材料及びこれを用いた非水電解液二次電池 - Google Patents

非水電解液二次電池用材料及びこれを用いた非水電解液二次電池 Download PDF

Info

Publication number
WO2011070816A1
WO2011070816A1 PCT/JP2010/062593 JP2010062593W WO2011070816A1 WO 2011070816 A1 WO2011070816 A1 WO 2011070816A1 JP 2010062593 W JP2010062593 W JP 2010062593W WO 2011070816 A1 WO2011070816 A1 WO 2011070816A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
secondary battery
electrolyte secondary
lithium ion
ion battery
aqueous electrolyte
Prior art date
Application number
PCT/JP2010/062593
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
稔 八木
Original Assignee
栗田工業株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 栗田工業株式会社 filed Critical 栗田工業株式会社
Priority to JP2011545103A priority Critical patent/JPWO2011070816A1/ja
Publication of WO2011070816A1 publication Critical patent/WO2011070816A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0566—Liquid materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
    • H01M50/392—Arrangements for facilitating escape of gases with means for neutralising or absorbing electrolyte; with means for preventing leakage of electrolyte through vent holes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a material for a non-aqueous electrolyte secondary battery such as a lithium ion battery used in electronic devices and automobiles, and a non-aqueous electrolyte secondary battery using this material, particularly at a high temperature due to an electrical abnormality.
  • Nonaqueous electrolyte secondary battery material capable of preventing discharge and leakage associated with gasification of electrolyte, and injection of electrolyte due to increase in internal pressure due to gas generated by electrolysis, etc. and nonaqueous using this material
  • the present invention relates to an electrolyte secondary battery.
  • Lithium ion batteries which are representative non-aqueous electrolyte secondary batteries, are scheduled to be used in hybrid cars and electric cars in the future, and their attention is increasing.
  • a typical configuration of this lithium ion battery is such that carbon is used for the negative electrode, a lithium transition metal oxide such as lithium cobaltate is used for the positive electrode, and lithium hexafluorophosphate (LiPF) is used as an electrolytic solution in an organic solvent such as ethylene carbonate or diethyl carbonate.
  • LiPF lithium hexafluorophosphate
  • a compound containing a lithium salt is used, but in general, each material of the negative electrode, the positive electrode, and the electrolyte only needs to move lithium ions and be chargeable / dischargeable by charge transfer. The embodiment can be adopted.
  • cyclic carbonate-based high dielectric constant / high boiling point solvents such as ethylene carbonate and propylene carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, diethyl carbonate
  • a mixture of a low-viscosity solvent such as a lower chain carbonic acid ester or the like may be used, or a lower fatty acid ester may be used in part.
  • Patent Document 2 a structure as shown in Patent Document 2 has been proposed.
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 are both for discharging the electrolyte solution for the purpose of preventing an increase in internal pressure in the nonaqueous electrolyte secondary battery. There has been no effective means for quickly immobilizing and retaining the discharged electrolyte. When the discharged electrolyte solution adheres to the substrate or other electronic components, there is a problem that an electrical abnormality such as a short circuit or tracking is caused. Also, some electrolytes are flammable, and it is desirable that the electrolyte does not leak to the outside environment.
  • the present invention provides a non-aqueous solution that prevents discharge and leakage associated with gasification of an electrolyte at a high temperature due to an electrical abnormality, or ejection of an electrolyte associated with an increase in internal pressure due to gas generated by electrolysis or the like. It aims at providing the material for electrolyte secondary batteries.
  • the present invention also provides a non-aqueous electrolyte solution that prevents discharge and leakage associated with gasification of an electrolyte solution at a high temperature due to an electrical abnormality, or injection of an electrolyte solution associated with an increase in internal pressure due to gas generated by electrolysis or the like.
  • An object is to provide a secondary battery.
  • the present invention is disposed outside the opening means of a non-aqueous electrolyte secondary battery body provided with opening means for suppressing an increase in internal pressure due to gas generated by electrolysis or the like.
  • a non-aqueous electrolyte secondary battery material comprising: an absorbent that forms a molecular compound with the electrolyte solution of the non-aqueous electrolyte secondary battery.
  • invention 1 by disposing an absorbent that forms an electrolyte solution and a molecular compound outside the opening means of the nonaqueous electrolyte secondary battery body, the electrolyte solution at a high temperature due to an electrical abnormality can be obtained. Immediately immobilize the electrolyte leaked from the non-aqueous electrolyte secondary battery body due to discharge and leakage associated with gasification and the ejection of electrolyte from the opening means due to the increase in internal pressure due to gas generated by electrolysis etc. It is possible to effectively suppress the release of the electrolytic solution to the external environment and hold it in a stable state.
  • the absorbent is preferably an organic, inorganic, or organic / inorganic composite material (Invention 2).
  • the present invention provides a nonaqueous electrolyte secondary battery body outside the opening means of a nonaqueous electrolyte secondary battery body provided with an opening means for suppressing an increase in internal pressure due to gas generated by electrolysis or the like.
  • a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising an absorbent material that absorbs the electrolyte solution is provided (Invention 3).
  • the absorbent material is disposed in a casing provided outside the opening means (Invention 4).
  • the absorbent material forms a molecular compound with the electrolytic solution (Invention 5).
  • the absorbent material is preferably an organic, inorganic, or organic / inorganic composite material (Invention 6).
  • the absorbent that absorbs the electrolyte is disposed outside the safety valve that prevents the increase in internal pressure due to the gas generated by high temperature, electrolysis or the like. Even if released, it can be quickly absorbed and retained by the absorbent material, and the outflow to the external environment can be greatly reduced.
  • a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention can be suitably used for various electric devices and electronic devices without polluting the circuit board.
  • the material for a non-aqueous electrolyte secondary battery in the present embodiment is composed of an absorbent material that forms a molecular compound with the electrolyte of the non-aqueous electrolyte secondary battery.
  • a molecular compound two or more kinds of compounds that can exist stably alone are bonded by a relatively weak interaction other than a covalent bond, such as a hydrogen bond or van der Waals force.
  • Such a molecular compound can be formed by a contact reaction between a compound that forms the molecular compound and an electrolytic solution, and the electrolytic solution can be changed to a solid compound.
  • Examples of the molecular compound as described above include an inclusion compound formed by inclusion of an electrolytic solution with a host compound by a contact reaction between the host compound and the electrolytic solution.
  • the host compound that forms the clathrate compound that clathrates the electrolyte is known to be composed of an organic compound, an inorganic compound, and an organic / inorganic composite compound.
  • Systems, multimolecular systems, polymer hosts and the like are known.
  • Examples of monomolecular hosts include cyclodextrins, crown ethers, cryptands, cyclophanes, azacyclophanes, calixarenes, cyclotriveratrilens, spherands, and cyclic oligopeptides.
  • Multimolecular hosts include ureas, thioureas, deoxycholic acids, cholic acids, perhydrotriphenylenes, tri-o-thymotides, bianthrils, spirobifluorenes, cyclophosphazenes, mono Alcohols, diols, hydroxybenzophenones, acetylene alcohols, phenols, bisphenols, trisphenols, tetrakisphenols, polyphenols, naphthols, bisnaphthols, diphenylmethanols, carboxylic acid amides, thioamides, Examples include bixanthenes, carboxylic acids, imidazoles, hydroquinones, and organic ammonium salts.
  • polymeric hosts chitins, chitosans, polyethylene glycol arm type polymers having 1,1,2,2-tetrakisphenylethane as a core, ⁇ , ⁇ , ⁇ ′, ⁇ ′-tetrakisphenylxylene And polyethylene glycol arm-type polymers having a core.
  • organic phosphorus compounds can also be used.
  • Inorganic host compounds include titanium oxide, graphite, alumina, transition metal dicargogenite, lanthanum fluoride, clay mineral (montmorillonite, etc.), silver salt, silicate, phosphate, zeolite, magnesium oxide, silica, porous glass
  • inorganic porous materials that are porous are effective, such as silica, calcium silicate, magnesium aluminate metasilicate, alumina, zeolite, magnesium oxide, magnesium silicate, aluminum silicate, etc.
  • the porous material is preferable.
  • organometallic compounds exhibit properties as host compounds, such as organoaluminum compounds, organotitanium compounds, organoboron compounds, organozinc compounds, organoindium compounds, organogallium compounds, organotellurium compounds, organotins. Examples thereof include compounds, organic zirconium compounds, and organic magnesium compounds. Further, it is possible to use a metal salt of an organic carboxylic acid, an organic metal complex, or the like, but it is not particularly limited as long as it is an organic metal compound.
  • These host compounds may be used alone as an absorbent material, or may be used in combination of two or more, and are not particularly limited as long as they can absorb an electrolytic solution. Materials and inorganic porous materials are particularly effective.
  • cyclic carbonate high dielectric constant / high boiling point solvent such as ethylene carbonate / propylene carbonate, low viscosity solvent dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, diethyl carbonate, etc.
  • lower chain carbonates are used and some lower fatty acid esters are used.
  • absorbent materials in which one absorbent material can enclose a plurality of solvents, as an absorbent material as a non-aqueous electrolyte secondary battery material.
  • the material is particularly effective.
  • cyclodextrins such as ⁇ -cyclodextrin and ⁇ -cyclodextrin, calixarenes, urea, deoxycholic acid, cholic acid, 1,1,6,6-tetraphenylhexa-2,4-diyne-1, Acetylene alcohols such as 6-diol, bisphenols such as 1,1-bis (4-hydroxyphenyl) cyclohexane, tetrakisphenols such as 1,1,2,2-tetrakis (4-hydroxyphenyl) ethane, bis- naphthols such as ⁇ -naphthol, carboxylic acid amides such as diphenic acid bis (dicyclohexylamide), hydroquinones such as 2,5-di-t-butylhydroquinone, chitin, chitosan, silica, calcium silicate, metasilicate aluminum Magnesium oxide, alumina, zeolite, magnesium oxide, Magn
  • FIG. 1 is a schematic view showing a lithium ion battery as a nonaqueous electrolyte secondary battery according to this embodiment.
  • a lithium ion battery 1 accommodates a lithium ion battery main body 2 having a positive electrode terminal 2A and a negative electrode terminal 2B projecting and having a safety valve (not shown) as an opening means, and the lithium ion battery main body 2.
  • the absorbent material 4 is filled.
  • the casing 3 is sealed with the sealing material 5, and the positive electrode terminal 2A and the negative electrode terminal 2B are electrically connected to the connection electrode terminal 6A and the connection electrode terminal 6B, respectively.
  • the lithium ion battery main body 2 in this embodiment exhibits the function to supply electric power, and is normally used alone as a lithium ion battery.
  • connection electrode terminal 6A and the connection electrode terminal 6B of the lithium ion battery 1 By connecting the connection electrode terminal 6A and the connection electrode terminal 6B of the lithium ion battery 1 to various electric devices and the like, power is supplied from the lithium ion battery main body 2.
  • the lithium ion battery main body 2 becomes high temperature, and the internal pressure of the lithium ion battery main body 2 increases accordingly.
  • the safety valve is opened, the internal pressure of the lithium ion battery main body 2 is released, and the electrolytic solution vaporized in the lithium ion battery main body 2 is ejected. At this time, most of the evaporated electrolytic solution is quickly absorbed and fixed in the absorbent material 4.
  • the lithium ion battery main body 2 that normally functions as a lithium ion battery alone is disposed in the casing 3, so that the discharged electrolyte solution is sealed in the casing 3 to the external environment. Can be further reduced.
  • the present invention has been described above with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made.
  • the structure of the casing 3 can be variously formed if the absorbent material 4 is disposed outside the safety valve.
  • Example 1 In a 50 mL beaker, 0.2 g of propylene carbonate as an electrolytic solution and 1 g of 1,1-bis (4-hydroxyphenyl) cyclohexane (host compound 1) were put in contact with each other as they were and left for 10 minutes. As a result of measuring physical properties of the obtained substance, an inclusion compound in which the host compound 1 and propylene carbonate were 1: 1 (molar ratio) was obtained.
  • Example 2 In a 50 mL beaker, 0.2 g of propylene carbonate and 1 g of 1,1,2,2-tetrakis (4-hydroxyphenyl) ethane (host compound 2) were brought into contact as electrolytes and allowed to stand for 10 minutes. As a result of measuring physical properties of the obtained substance, an inclusion compound in which the host compound 2 and propylene carbonate were 1: 4 (molar ratio) was obtained.
  • Example 3 In a 50 mL beaker, 0.2 g of propylene carbonate and 1 g of ⁇ -cyclodextrin (host compound 3) were brought into contact as electrolytes and allowed to stand for 10 minutes. As a result of measuring physical properties of the obtained substance, an inclusion compound in which the host compound 3 and propylene carbonate were 1: 1 (molar ratio) was obtained.
  • Example 4 In a 50 mL beaker, 0.2 g of propylene carbonate and 1 g of bis- ⁇ -naphthol (host compound 4) were brought into contact as electrolytes and allowed to stand for 10 minutes. As a result of measuring the physical properties of the obtained substance, an inclusion compound in which the host compound 4 and propylene carbonate were 1: 1 (molar ratio) was obtained.
  • Example 5 In the above-described prototype lithium ion secondary battery shown in FIG. 1, 0.5 g of the aforementioned 1,1-bis (4-hydroxyphenyl) cyclohexane (host compound 1) is contained outside the safety valve, and an electrolytic solution containing propylene carbonate A repetitive test of charging / discharging of a lithium ion battery using the battery was performed. After the test, the lithium ion battery was disassembled and the physical properties of the host compound 1 were measured. As a result, it was confirmed that the host compound 1 included propylene carbonate.
  • host compound 1 included propylene carbonate.
  • the electrolyte released from the lithium ion battery can be immobilized by the host compound 1.
  • Example 6 The result of examination in the same manner as in Example 5 except that 0.5 g of 1,1,2,2-tetrakis (4-hydroxyphenyl) ethane (host compound 2) was incorporated instead of the host compound 1. It was confirmed that the host compound 2 included propylene carbonate.
  • the electrolyte released from the lithium ion battery can be immobilized by the host compound 2.
  • Example 7 In Example 5, examination was conducted in the same manner except that 0.5 g of ⁇ -cyclodextrin (host compound 3) was incorporated instead of host compound 1. As a result, host compound 3 included propylene carbonate. It was confirmed.
  • the electrolyte released from the lithium ion battery can be immobilized by the host compound 3.
  • Example 8 In Example 53, examination was made in the same manner except that 0.5 g of bis- ⁇ -naphthol (host compound 4) was included instead of host compound 1, and as a result, host compound 4 contained propylene carbonate. It was confirmed that
  • Example 9 In Example 5, examination was conducted in the same manner except that 0.5 g of porous silica was contained as a host compound instead of the host compound 1. As a result, it was confirmed that the porous silica contained propylene carbonate. It was.
  • the electrolyte discharged from the lithium ion battery can be immobilized by the porous silica.
  • Example 10 In Example 5, examination was conducted in the same manner except that 0.5 g of porous magnesium metasilicate aluminate was incorporated as a host compound instead of the host compound 1. As a result, porous magnesium aluminate metasilicate was propylene carbonate. It was confirmed that it contains.
  • the electrolyte discharged from the lithium ion battery can be immobilized by the porous magnesium aluminate metasilicate.
  • Example 11 In Example 5, examination was conducted in the same manner except that 0.5 g of porous alumina was present as the host compound instead of the host compound 1. As a result, it was confirmed that the porous alumina contained propylene carbonate. It was.
  • the electrolyte discharged from the lithium ion battery can be immobilized by the porous alumina.
  • Example 12 In Example 5, examination was conducted in the same manner except that 0.5 g of porous magnesium oxide was contained as a host compound instead of the host compound 1, and as a result, the porous magnesium oxide contained propylene carbonate. was confirmed.
  • the electrolyte discharged from the lithium ion battery can be immobilized by the porous magnesium oxide.
  • Lithium ion battery non-aqueous electrolyte secondary battery
  • Lithium ion battery body non-aqueous electrolyte secondary battery body
  • Casing 4 Absorber (non-aqueous electrolyte secondary battery material)

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)
  • Gas Exhaust Devices For Batteries (AREA)

Abstract

　リチウムイオン電池１は、正極電極端子２Ａ及び負極電極端子２Ｂが突出形成されるとともに図示しない開放手段たる安全弁を備えたリチウムイオン電池本体２と、このリチウムイオン電池本体２を収容するケーシング３とからなる。ケーシング３内には、非水電解液二次電池用材料たる吸収材４が充填されている。リチウムイオン電池本体２の動作に異常が発生したときは、リチウムイオン電池本体２が高温になり、安全弁が開裂して、リチウムイオン電池本体２内の電解液が気化して噴出したとしても、この気化した電解液の大半は、吸収材４に迅速に吸収されて固定化される。これにより、電気的異常による高温時の電解液のガス化に伴う放出及び漏れ、並びに電気分解等によって発生するガスによる内圧上昇に伴う電解液の噴出等を防止することができる。

Description

非水電解液二次電池用材料及びこれを用いた非水電解液二次電池
　本発明は、電子機器や自動車等に使用されるリチウムイオン電池等の非水電解液二次電池用材料及びこの材料を用いた非水電解液二次電池に関し、特に電気的異常による高温時の電解液のガス化に伴う放出及び漏れ、並びに電気分解等によって発生するガスによる内圧上昇に伴う電解液の噴出等を防止可能な非水電解液二次電池用材料及びこの材料を用いた非水電解液二次電池に関する。
　代表的な非水電解液二次電池であるリチウムイオン電池は、今後ハイブリッド車や電気自動車等での使用が予定されており、その注目度が高まってきている。
　このリチウムイオン電池の代表的な構成は、負極に炭素、正極にコバルト酸リチウム等のリチウム遷移金属酸化物を用い、電解液として炭酸エチレンや炭酸ジエチル等の有機溶媒にヘキサフルオロリン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）といったリチウム塩を配合したものを用いるが、一般にはこれら負極、正極及び電解質のそれぞれの材料は、リチウムイオンを移動し、かつ電荷の授受により充放電可能であればよいので、非常に多くの態様を採りうる。
　リチウム塩としては、ＬｉＰＦ６の他、ＬｉＢＦ4等のフッ素系錯塩、ＬｉＮ(ＳＯ２Ｒｆ)２・ＬｉＣ(ＳＯ２Ｒｆ)３（Ｒｆ＝ＣＦ３又はＣ２Ｆ５）等の塩が用いられる場合もある。
　また、通常、電解液に高い導電率と安全性を与えるため、有機溶媒として、炭酸エチレン、炭酸プロピレン等の環状炭酸エステル系高誘電率・高沸点溶媒や、炭酸ジメチル、炭酸エチルメチル、炭酸ジエチル等の低級鎖状炭酸エステル等の低粘性率溶媒を混合したものを用いたり、さらには一部に低級脂肪酸エステルを用いたりする場合もある。
　しかし、このような非水電解液二次電池は、電気的異常が起こると電池が高温になり、それに伴い内部の電解液がガス化して放出したり漏洩が発生したりする。また、過充電された場合、電解液の分解が起きるが、分解された電解液の一部はガス化し、電池内の内圧を高める。その結果、電池が膨れるか安全弁が開く。電池が膨れたり安全弁が開いたりすると、電池の機能が失われてしまい、その際に、内部の電解液が噴出する場合もある（特許文献１）。
　このようなガス発生による内圧上昇を防止するために、さまざまな安全弁が開発されており、例えば特許文献２に示されるような構造のものが提案されている。
特開平９－１９９１７０号公報 特開平９－５０７９９号公報
　しかしながら、上記特許文献１及び特許文献２に開示された技術は、いずれも非水電解液二次電池内の内圧の上昇等の防止を目的として、電解液を放出させるためのものであり、この放出された電解液を迅速に固定化してこれを保持するための効果的手段は従来なかった。この放出された電解液が基板や他の電子部品に付着すると、ショートやトラッキング等の電気的異常が引き起こされるという問題点がある。また、電解液には引火性を有するものもあり、電解液の外部環境への漏洩がないのが望ましい。
　上記課題に鑑み、本発明は、電気的異常による高温時の電解液のガス化に伴う放出及び漏れ、又は電気分解等によって発生するガスによる内圧上昇に伴う電解液の噴出等を防止する非水電解液二次電池用材料を提供することを目的とする。また、本発明は、電気的異常による高温時の電解液のガス化に伴う放出及び漏れ、又は電気分解等によって発生するガスによる内圧上昇に伴う電解液の噴出等を防止する非水電解液二次電池を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、第一に本発明は、電気分解等で発生するガスによる内圧上昇を抑制する開放手段を備えた非水電解液二次電池本体の該開放手段の外側に配置される非水電解液二次電池用材料であって、前記非水電解液二次電池の電解液と分子化合物を形成する吸収材からなることを特徴とする非水電解液二次電池用材料を提供する（発明１）。
　上記発明（発明１）によれば、非水電解液二次電池本体の開放手段の外側に電解液と分子化合物を形成する吸収材を配置することにより、電気的異常による高温時の電解液のガス化に伴う放出及び漏れや、電気分解等によって発生するガスによる内圧上昇に伴う開放手段からの電解液の噴出等により非水電解液二次電池本体から漏洩した電解液を迅速に固定化することができ、外部環境への電解液の放出を効果的に抑制し、安定した状態でこれを保持することができる。
　上記発明（発明１）においては、前記吸収材が、有機系、無機系、又は有機・無機複合系素材であるのが好ましい（発明２）。
　第二に本発明は、電気分解等で発生するガスによる内圧上昇を抑制する開放手段を備えた非水電解液二次電池本体の該開放手段の外側に、前記非水電解液二次電池本体の電解液を吸収する吸収材を配置したことを特徴とする非水電解液二次電池を提供する（発明３）。
　上記発明（発明３）によれば、非水電解液二次電池本体の開放手段の外側に電解液の吸収材を配置することにより、電気的異常による高温時の電解液のガス化に伴う放出及び漏れや、電気分解等によって発生するガスによる内圧上昇に伴う開放手段からの電解液の噴出等により非水電解液二次電池本体から漏洩した電解液を固定化することができ、外部環境への電解液の放出を効果的に抑制することができる。
　上記発明（発明３）においては、前記吸収材が、前記開放手段の外側に設けられたケーシング内に配置されているのが好ましい（発明４）。
　上記発明（発明４）によれば、放出される電解液をケーシング内に封じ込めることで外部環境への流出をさらに低減することができる。
　上記発明（発明３，４）においては、前記吸収材が、前記電解液と分子化合物を形成するものであるのが好ましい（発明５）。
　上記発明（発明５）によれば、電解液が分子化合物を形成する反応は迅速であるので、電解液を素早く固定化して、外部環境への放出を好適に抑制することができる。
　上記発明（発明３～５）においては、前記吸収材が、有機系、無機系、又は有機・無機複合系素材であるのが好ましい（発明６）。
　本発明の非水電解液二次電池によれば、高温や電気分解等で発生するガスによる内圧上昇を防止する安全弁の外側に、電解液を吸収する吸収材を配置しているため、電解液が放出されたとしても、これを吸収材で迅速に吸収・保持することができ、外部環境への流出を大幅に低減することができる。このような本発明の非水電解液二次電池は、回路基板を汚したりすることなく、各種電気機器や電子機器に好適に用いることができる。
本発明の一実施形態に係る非水電解液二次電池を示す概略図である。
　以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
　まず、非水電解液二次電池用材料について説明する。本実施形態における非水電解液二次電池用材料は、非水電解液二次電池の電解液と分子化合物を形成する吸収材からなる。ここで、分子化合物とは、単独で安定に存在することのできる化合物の２種類以上の化合物が水素結合やファンデルワールス力等に代表される、共有結合以外の比較的弱い相互作用によって結合した化合物であり、水和物、溶媒化物、付加化合物、包接化合物等が含まれる。このような分子化合物は、分子化合物を形成する化合物と電解液との接触反応により形成することができ、電解液を固体状の化合物に変化させることができる。
　上述したような分子化合物としては、ホスト化合物と電解液との接触反応により、電解液をホスト化合物で包接してなる包接化合物が挙げられる。
　分子化合物のうち、電解液を包接した包接化合物を形成するホスト化合物としては、有機化合物、無機化合物及び有機・無機複合化合物よりなるものが知られており、また、有機化合物においては単分子系、多分子系、高分子系ホスト等が知られている。
　単分子系ホストとしては、シクロデキストリン類、クラウンエーテル類、クリプタンド類、シクロファン類、アザシクロファン類、カリックスアレン類、シクロトリベラトリレン類、スフェランド類、環状オリゴペプチド類等が挙げられる。
　また、多分子系ホストとしては、尿素類、チオ尿素類、デオキシコール酸類、コール酸類、ペルヒドロトリフェニレン類、トリ－ｏ－チモチド類、ビアンスリル類、スピロビフルオレン類、シクロフォスファゼン類、モノアルコール類、ジオール類、ヒドロキシベンゾフェノン類、アセチレンアルコール類、フェノール類、ビスフェノール類、トリスフェノール類、テトラキスフェノール類、ポリフェノール類、ナフトール類、ビスナフトール類、ジフェニルメタノール類、カルボン酸アミド類、チオアミド類、ビキサンテン類、カルボン酸類、イミダゾール類、ヒドロキノン類、有機アンモニウム塩類等が挙げられる。
　さらに、高分子系ホストとしては、キチン類、キトサン類、１，１，２，２－テトラキスフェニルエタンをコアとするポリエチレングリコールアーム型ポリマー類、α，α，α’，α’－テトラキスフェニルキシレンをコアとするポリエチレングリコールアーム型ポリマー類等が挙げられる。
　さらにまた、その他、有機りん化合物、有機ケイ素化合物等も用いることができる。
　無機系ホスト化合物としては、酸化チタン、グラファイト、アルミナ、遷移金属ジカルゴゲナイト、フッ化ランタン、粘土鉱物（モンモリロナイト等）、銀塩、ケイ酸塩、リン酸塩、ゼオライト、酸化マグネシウム、シリカ、多孔質ガラス等が挙げられるが、特に多孔質になっている無機多孔質系素材が有効であり、シリカ、ケイ酸カルシウム、メタケイ酸アルミン酸マグネシウム、アルミナ、ゼオライト、酸化マグネシウム、ケイ酸マグネシウム、ケイ酸アルミニウム等の多孔質物質が好ましい。
　さらに、有機金属化合物にもホスト化合物としての性質を示すものがあり、例えば、有機アルミニウム化合物、有機チタン化合物、有機ホウ素化合物、有機亜鉛化合物、有機インジウム化合物、有機ガリウム化合物、有機テルル化合物、有機スズ化合物、有機ジルコニウム化合物、有機マグネシウム化合物等が挙げられる。また、有機カルボン酸の金属塩や有機金属錯体等を用いることも可能であるが、有機金属化合物であれば、特にこれらに限定されるものではない。
　これらのホスト化合物は、吸収材として１種を単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよく、電解液を吸収できるものであれば特に限定されるものではないが、有機系素材及び無機系多孔質素材が特に有効である。
　具体的には、上記電解液の溶媒としては、炭酸エチレン・炭酸プロピレン等の環状炭酸エステル系高誘電率・高沸点溶媒に、低粘性率溶媒である炭酸ジメチル、炭酸エチルメチル、炭酸ジエチル等の低級鎖状炭酸エステルを用い、一部に低級脂肪酸エステルを用いる場合もある。
　そのため、非水電解液二次電池用材料としての吸収材としては、１つの吸収材が複数の溶媒を包接できる多様性のある吸収材を用いるのが好ましく、有機系素材及び無機系多孔質素材が特に有効である。
　例えば、α－シクロデキストリン、β－シクロデキストリン等のシクロデキストリン類、カリックスアレン類、尿素、デオキシコール酸、コール酸、１，１，６，６－テトラフェニルヘキサ－２，４－ジイン－１，６－ジオール等のアセチレンアルコール類、１，１－ビス（４－ヒドロキシフェニル）シクロヘキサン等のビスフェノール類、１，１，２，２－テトラキス（４－ヒドロキシフェニル）エタン等のテトラキスフェノール類、ビス－β－ナフトール等のナフトール類、ジフェン酸ビス（ジシクロヘキシルアミド）等のカルボン酸アミド類、２，５－ジ－ｔ－ブチルヒドロキノン等のヒドロキノン類、キチン、キトサン、シリカ、ケイ酸カルシウム、メタケイ酸アルミン酸マグネシウム、アルミナ、ゼオライト、酸化マグネシウム、ケイ酸マグネシウム、ケイ酸アルミニウム、有機金属化合物等が好適である。
　次に上述したような非水電解液二次電池用材料を用いた非水電解液二次電池について説明する。
　図１は、本実施形態に係る非水電解液二次電池としてのリチウムイオン電池を示す概略図である。図１において、リチウムイオン電池１は、正極電極端子２Ａ及び負極電極端子２Ｂが突出形成されるとともに、図示しない開放手段たる安全弁を備えたリチウムイオン電池本体２と、このリチウムイオン電池本体２を収容する耐溶剤性に優れた合成樹脂製又はアルミニウム等の軽合金製のケーシング３とからなり、ケーシング３内、すなわちリチウムイオン電池本体２の安全弁の外側には、非水電解液二次電池用材料たる吸収材４が充填されている。また、ケーシング３は封止材５により密閉されていて、正極電極端子２Ａ及び負極電極端子２Ｂは、それぞれ接続電極端子６Ａ及び接続電極端子６Ｂに電気的に接続されている。なお、本実施形態におけるリチウムイオン電池本体２は、電力を供給する機能を発揮するものであり、通常はそれ単独でリチウムイオン電池として利用されるものである。
　前記構成についてその動作を説明する。リチウムイオン電池１の接続電極端子６Ａ及び接続電極端子６Ｂを各種電気機器等に接続することにより、リチウムイオン電池本体２から電力が供給される。このときリチウムイオン電池本体２の動作に異常が発生したときは、リチウムイオン電池本体２が高温になり、それに伴いリチウムイオン電池本体２の内圧が上がる。そして、所定の内圧を超えると安全弁が開裂して、リチウムイオン電池本体２の内圧が開放され、リチウムイオン電池本体２内で気化した電解液が噴出する。このとき、この気化した電解液の大半は、吸収材４に迅速に吸収されて固定化される。
　これによりリチウムイオン電池１からの電解液の漏洩を防止することができる。特に本実施形態においては、通常はそれ単独でリチウムイオン電池として機能するリチウムイオン電池本体２をケーシング３内に配置しているので、放出される電解液をケーシング３内に封じ込めることで外部環境への流出をさらに低減することが可能となっている。
　以上、本発明について添付図面を参照して説明してきたが、本発明は前記実施形態限らず種々の変形実施が可能である。例えば、ケーシング３の構造は、安全弁の外側に吸収材４が配置されれば種々に形態とすることができる。
　以下、実施例等により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は下記実施例等に何ら限定されるものではない。
〔実施例１〕
　５０ｍＬのビーカーに電解液としての炭酸プロピレン０．２ｇと、１，１－ビス（４－ヒドロキシフェニル）シクロヘキサン（ホスト化合物１）１ｇとを入れて両者をそのまま接触させ、１０分間放置した。得られた物質について物性測定を行った結果、ホスト化合物１と炭酸プロピレンとが１：１（モル比）の包接化合物が得られた。
〔実施例２〕
　５０ｍＬのビーカーに電解液として炭酸プロピレン０．２ｇと１，１，２，２－テトラキス（４－ヒドロキシフェニル）エタン（ホスト化合物２）１ｇとをそのまま接触させ、１０分間放置した。得られた物質について物性測定を行った結果、ホスト化合物２と炭酸プロピレンとが１：４（モル比）の包接化合物が得られた。
〔実施例３〕
　５０ｍＬのビーカーに電解液として炭酸プロピレン０．２ｇとβ－シクロデキストリン（ホスト化合物３）１ｇとをそのまま接触させ、１０分間放置した。得られた物質について物性測定を行った結果、ホスト化合物３と炭酸プロピレンとが１：１（モル比）の包接化合物が得られた。
〔実施例４〕
　５０ｍＬのビーカーに電解液として炭酸プロピレン０．２ｇとビス－β－ナフトール（ホスト化合物４）１ｇとをそのまま接触させ、１０分間放置した。得られた物質について物性測定を行った結果、ホスト化合物４と炭酸プロピレンとが１：１（モル比）の包接化合物が得られた。
〔実施例５〕
　前述の図１に示す試作リチウムイオン二次電池において、安全弁の外側に前述の１，１－ビス（４－ヒドロキシフェニル）シクロヘキサン（ホスト化合物１）０．５ｇを内在させ、炭酸プロピレンを含む電解液を使用したリチウムイオン電池の充放電の繰り返し試験を行った。試験後、リチウムイオン電池を分解し、ホスト化合物１について物性測定を行った結果、ホスト化合物１は炭酸プロピレンを包接していることが確認された。
　これにより、ホスト化合物１によって、リチウムイオン電池から放出される電解液を固定化できることがわかった。
〔実施例６〕
　実施例５において、ホスト化合物１の代わりに１，１，２，２－テトラキス（４－ヒドロキシフェニル）エタン（ホスト化合物２）０．５ｇを内在させた以外は、同様にして検討を行った結果、ホスト化合物２は炭酸プロピレンを包接していることが確認された。
　これにより、ホスト化合物２によって、リチウムイオン電池から放出される電解液を固定化できることがわかった。
〔実施例７〕
　実施例５において、ホスト化合物１の代わりにβ－シクロデキストリン（ホスト化合物３）０．５ｇを内在させた以外は、同様にして検討を行った結果、ホスト化合物３は炭酸プロピレンを包接していることが確認された。
　これにより、ホスト化合物３によって、リチウムイオン電池から放出される電解液を固定化できることがわかった。
〔実施例８〕
　実施例５３において、ホスト化合物１の代わりにビス－β－ナフトール（ホスト化合物４）０．５ｇを内在させた以外は、同様にして検討を行った結果、ホスト化合物４は炭酸プロピレンを包接していることが確認された。
　これにより、ホスト化合物４によって、リチウムイオン電池から放出される電解液を固定化できることがわかった。
〔実施例９〕
　実施例５において、ホスト化合物１の代わりにホスト化合物として多孔質シリカ０．５ｇを内在させた以外は、同様にして検討を行った結果、多孔質シリカは炭酸プロピレンを含んでいることが確認された。
　これにより、多孔質シリカによって、リチウムイオン電池から放出される電解液を固定化できることがわかった。
〔実施例１０〕
　実施例５において、ホスト化合物１の代わりにホスト化合物として多孔質メタケイ酸アルミン酸マグネシウム０．５ｇを内在させた以外は、同様にして検討を行った結果、多孔質メタケイ酸アルミン酸マグネシウムは炭酸プロピレンを含んでいることが確認された。
　これにより、多孔質メタケイ酸アルミン酸マグネシウムによって、リチウムイオン電池から放出される電解液を固定化できることがわかった。
〔実施例１１〕
　実施例５において、ホスト化合物１の代わりにホスト化合物として多孔質アルミナ０．５ｇを内在させた以外は、同様にして検討を行った結果、多孔質アルミナは炭酸プロピレンを含んでいることが確認された。
　これにより、多孔質アルミナによって、リチウムイオン電池から放出される電解液を固定化できることがわかった。
〔実施例１２〕
　実施例５において、ホスト化合物１の代わりにホスト化合物として多孔質酸化マグネシウム０．５ｇを内在させた以外は、同様にして検討を行った結果、多孔質酸化マグネシウム多は炭酸プロピレンを含んでいることが確認された。
　これにより、多孔質酸化マグネシウムによって、リチウムイオン電池から放出される電解液を固定化できることがわかった。
１…リチウムイオン電池（非水電解液二次電池）
２…リチウムイオン電池本体（非水電解液二次電池本体）
３…ケーシング
４…吸収材（非水電解液二次電池用材料）

Claims (6)

  1. 　電気分解等で発生するガスによる内圧上昇を抑制する開放手段を備えた非水電解液二次電池本体の該開放手段の外側に配置される非水電解液二次電池用材料であって、前記非水電解液二次電池の電解液と分子化合物を形成する吸収材からなることを特徴とする非水電解液二次電池用材料。
  2. 　前記吸収材が、有機系、無機系、又は有機・無機複合系素材であることを特徴とする請求項１に記載の非水電解液二次電池用材料。
  3. 　電気分解等で発生するガスによる内圧上昇を抑制する開放手段を備えた非水電解液二次電池本体の該開放手段の外側に、前記電解液を吸収する吸収材を配置したことを特徴とする非水電解液二次電池。
  4. 　前記吸収材が、前記開放手段の外側に設けられたケーシング内に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の非水電解液二次電池。
  5. 　前記吸収材が、前記電解液と分子化合物を形成するものであることを特徴とする請求項３又は４に記載の非水電解液二次電池。
  6. 　前記吸収材が、有機系、無機系、又は有機・無機複合系素材であることを特徴とする請求項３～５のいずれかに記載の非水電解液二次電池。
PCT/JP2010/062593 2009-12-11 2010-07-27 非水電解液二次電池用材料及びこれを用いた非水電解液二次電池 WO2011070816A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011545103A JPWO2011070816A1 (ja) 2009-12-11 2010-07-27 非水電解液二次電池用材料及びこれを用いた非水電解液二次電池

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009-282103 2009-12-11
JP2009282103 2009-12-11

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2011070816A1 true WO2011070816A1 (ja) 2011-06-16

Family

ID=44145370

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2010/062593 WO2011070816A1 (ja) 2009-12-11 2010-07-27 非水電解液二次電池用材料及びこれを用いた非水電解液二次電池

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JPWO2011070816A1 (ja)
WO (1) WO2011070816A1 (ja)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012178249A (ja) * 2011-02-25 2012-09-13 Kurita Water Ind Ltd 二次電池の電解液噴出防止材、電解液噴出防止システムおよびこれを用いた二次電池システム
JP2013149459A (ja) * 2012-01-19 2013-08-01 Gs Yuasa Corp 蓄電モジュール
CN104103853A (zh) * 2013-04-08 2014-10-15 三星Sdi株式会社 可再充电电池
JPWO2014192094A1 (ja) * 2013-05-29 2017-02-23 日立オートモティブシステムズ株式会社 リチウムイオン二次電池
CN112424989A (zh) * 2019-06-04 2021-02-26 株式会社Lg化学 二次电池和包括该二次电池的电池组
WO2022116911A1 (zh) * 2020-12-04 2022-06-09 中澳储能电力科技（西安）有限公司 一种带吸附剂层的蜂窝体电池箱

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11265700A (ja) * 1998-03-18 1999-09-28 Sanyo Electric Co Ltd 非水電解液二次電池
JP2001176469A (ja) * 1999-12-17 2001-06-29 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電池パック
JP2007012485A (ja) * 2005-06-30 2007-01-18 Sanyo Electric Co Ltd キャップを有する電池と電源装置
JP2007194001A (ja) * 2006-01-18 2007-08-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電池応用機器

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11265700A (ja) * 1998-03-18 1999-09-28 Sanyo Electric Co Ltd 非水電解液二次電池
JP2001176469A (ja) * 1999-12-17 2001-06-29 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電池パック
JP2007012485A (ja) * 2005-06-30 2007-01-18 Sanyo Electric Co Ltd キャップを有する電池と電源装置
JP2007194001A (ja) * 2006-01-18 2007-08-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電池応用機器

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012178249A (ja) * 2011-02-25 2012-09-13 Kurita Water Ind Ltd 二次電池の電解液噴出防止材、電解液噴出防止システムおよびこれを用いた二次電池システム
JP2013149459A (ja) * 2012-01-19 2013-08-01 Gs Yuasa Corp 蓄電モジュール
CN104103853A (zh) * 2013-04-08 2014-10-15 三星Sdi株式会社 可再充电电池
JPWO2014192094A1 (ja) * 2013-05-29 2017-02-23 日立オートモティブシステムズ株式会社 リチウムイオン二次電池
CN112424989A (zh) * 2019-06-04 2021-02-26 株式会社Lg化学 二次电池和包括该二次电池的电池组
EP3796417A4 (en) * 2019-06-04 2021-08-18 Lg Chem, Ltd. RECHARGEABLE BATTERY AND BATTERY MODULE INCLUDING RECHARGEABLE BATTERY
JP2021530830A (ja) * 2019-06-04 2021-11-11 エルジー・ケム・リミテッド 二次電池及びその二次電池を含む電池パック
JP7090969B2 (ja) 2019-06-04 2022-06-27 エルジー エナジー ソリューション リミテッド 二次電池及びその二次電池を含む電池パック
WO2022116911A1 (zh) * 2020-12-04 2022-06-09 中澳储能电力科技（西安）有限公司 一种带吸附剂层的蜂窝体电池箱

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2011070816A1 (ja) 2013-04-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2011070816A1 (ja) 非水電解液二次電池用材料及びこれを用いた非水電解液二次電池
JP5987051B2 (ja) 電池
EP3104439B1 (en) Negative electrode material for non-aqueous electrolyte secondary battery, negative electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery, production method therefor, and non-aqueous electrolyte secondary battery
US10211451B2 (en) Negative electrode for lithium ion secondary battery comprising negative electrode active material containing two carbons and method for manufacturing lithium ion secondary battery comprising same
US9343740B2 (en) Lithium ion battery
WO2010140618A1 (ja) 金属電解コンデンサ、並びに金属電解コンデンサ用吸収材及び漏洩防止材
Sun et al. A safe, low-cost and high-efficiency presodiation strategy for pouch-type sodium-ion capacitors with high energy density
KR20210094633A (ko) 리튬 이온 배터리와 장치
JP2015106511A (ja) 非水電解質二次電池用のセパレータ及び該セパレータを備えた電池
US20170365880A1 (en) Secondary battery
TW202205725A (zh) 熱失控抑制元件與其應用
JP2011124201A (ja) 非水電解液二次電池
JP6976097B2 (ja) アルカリ金属イオンのドープ方法
JP2011124202A (ja) 非水電解液二次電池
JP2011124156A (ja) 非水電解液二次電池用材料
KR102453758B1 (ko) 비수전해질 이차 전지
JP5636637B2 (ja) 金属電解コンデンサ
JP5636640B2 (ja) 金属電解コンデンサ用吸収材
TW201530880A (zh) 負極材料、負極活性物質、負極及鹼金屬離子電池
KR20240039615A (ko) 이차 전지, 이의 제조 방법, 전지 모듈, 전지 팩 및 전기 장치
ES2913993T3 (es) Compuesto de siloxano, método de preparación del mismo, y batería secundaria, módulo de batería, paquete de baterías y dispositivo relacionados
JP2008147612A (ja) 電気二重層キャパシタ
JP6963927B2 (ja) 密封型蓄電素子の製造方法
CN103563159A (zh) 电化学单电池
JP5382327B2 (ja) 金属電解コンデンサ

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 10835738

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2011545103

Country of ref document: JP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 10835738

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1