WO2020027003A1 - 電解液及び電気化学デバイス - Google Patents
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Abstract
Description
[正極の作製]
正極活物質としてのコバルト酸リチウム(95質量%)に、導電剤としての繊維状の黒鉛(1質量%)及びアセチレンブラック(AB)(1質量%)と、結着剤(3質量%)とを順次添加し、混合した。得られた混合物に対し、分散媒としてのNMPを添加し、混練することによりスラリー状の正極合剤を調製した。この正極合剤を正極集電体としての厚さ20μmのアルミニウム箔に均等かつ均質に所定量塗布した。その後、分散媒を揮発させてから、プレスすることにより密度3.6g/cm3まで圧密化して、正極を得た。
負極活物質としての黒鉛に、結着剤と、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロースとを添加した。これらの質量比については、負極活物質:結着剤:増粘剤=98:1:1とした。得られた混合物に対し、分散媒としての水を添加し、混練することによりスラリー状の負極合剤を調製した。この負極合剤を負極集電体としての厚さ10μmの圧延銅箔に均等かつ均質に所定量塗布した。その後、分散媒を揮発させてから、プレスすることにより密度1.6g/cm3まで圧密化して、負極を得た。
13.5cm2の四角形に切断した正極電極を、セパレータであるポリエチレン製多孔質シート(商品名:ハイポア(登録商標)、旭化成株式会社製、厚さ30μm)で挟み、更に14.3cm2の四角形に切断した負極を重ね合わせて電極群を作製した。この電極群を、アルミニウム製のラミネートフィルム(商品名:アルミラミネートフィルム、大日本印刷株式会社製)で形成された容器(電池外装体)に収容した。次いで、容器の中に電解液を1mL添加し、容器を熱溶着させ、評価用のリチウムイオン二次電池を作製した。電解液としては、1mol/LのLiPF6を含むエチレンカーボネート、ジメチルカーボネート及びジエチルカーボネートの混合溶液に、混合溶液全量に対してビニレンカーボネート(VC)を1質量%と、下記式(5)で表される化合物Aを0.5質量%及び4-フルオロ-1,3-ジオキソラン-2-オン(フルオロエチレンカーボネート;FEC)を0.5質量%(電解液全量基準)添加したものを使用した。
実施例1において、化合物Aを0.8質量%及びFECを0.2質量%(電解液全量基準)添加した以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
実施例1において、化合物Aを0.2質量%及びFECを0.8質量%(電解液全量基準)添加した以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
実施例1において、化合物A及びFECを使用しなかった以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
実施例1において、化合物Aを使用せず、FECを1.0質量%添加した以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
実施例1において、FECを使用せず、化合物Aを1.0質量%添加した以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
作製したリチウムイオン電池について、以下に示す方法で初回充放電を実施した。まず、25℃の環境下において0.1Cの電流値で定電流充電を上限電圧4.45Vまで行い、続いて4.45Vで定電圧充電を行った。充電終止条件は、電流値0.01Cとした。その後、0.1Cの電流値で終止電圧2.5Vの定電流放電を行った。この充放電サイクルを3回繰り返した(電流値の単位として用いた「C」とは、「電流値(A)/電池容量(Ah)」を意味する。)。3サイクル目の放電容量をこの電池の容量Q1とした。
実施例1~5、比較例1~2、参考例1の各二次電池を、25℃の環境下において0.1Cの電流値で定電流充電を上限電圧4.45Vまで行い、続いて4.45Vで定電圧充電を行った。充電終止条件は、電流値0.01Cとした。その後、それらの二次電池を80℃の恒温槽中で4時間保管した。
実施例1~5、比較例1~2、参考例1の各二次電池の体積をアルキメデス法に基づく比重計(電子比重計MDS-300、アルファミラージュ社製)により測定した。高温保存試験前の体積(V1)及び高温保存試験後25℃の環境下に30分間保持した二次電池の体積(V2)から、体積増加率を下記の式により算出した。結果を図3に示す。
体積増加率=V2/V1
80℃の恒温槽中で4時間保管した実施例1~5、及び比較例1~2の各二次電池を恒温槽から取り出し、25℃の環境下に30分間保持した後、0.1Cの電流値で終止電圧2.5Vの定電流放電を行った。この時の放電容量をQ2とした。上記Q1、Q2を用いて、容量維持率を下記の式を用いて算出した。結果を図4に示す。
容量維持率(%)=Q2/Q1×100
高温保存試験後の二次電池について、放電時の直流抵抗(放電DCR)を、以下のように測定した。
まず、0.2Cの定電流充電を上限電圧4.45Vまで行い、続いて4.45Vで定電圧充電を行った。充電終止条件は、電流値0.02Cとした。その後、0.2Cの電流値で終止電圧2.5Vの定電流放電を行い、このときの電流値をI0.2C、放電開始10秒後の電圧変化をΔV0.2Cとした。次に、0.2Cの定電流充電を上限電圧4.45Vまで行い、続いて4.45Vで定電圧充電を行った後(充電終止条件は、電流値0.02Cとした。)、0.5Cの電流値で終止電圧2.5Vの定電流放電を行い、このときの電流値をI0.5C、放電開始10秒後の電圧変化をΔV0.5Cとした。同様の充放電から1Cの電流値をI1C、放電開始10秒後の電圧変化ΔV1Cを評価した。その電流値-電圧変化の3点のプロット(I0.2C、ΔV0.2C)、(I0.5C、ΔV0.5C)、(I1C、ΔV1C)に最小二乗法を用いて一次近似直線を引き、その傾きを放電DCRの値とした。結果を図5に示す。
Claims (11)
- 前記式(1)で表される化合物1分子中のケイ素原子の数は1個である、請求項1に記載の電解液。
- 前記R1~R3の少なくとも1つはフッ素原子である、請求項1~3のいずれか一項に記載の電解液。
- 前記フッ素含有環状カーボネートは、4-フルオロ-1,3-ジオキソラン-2-オンである、請求項1~4のいずれか一項に記載の電解液。
- 前記式(1)で表される化合物の含有量及び前記フッ素含有環状カーボネートの含有量の合計は、前記電解液全量を基準として10質量%以下である、請求項1~5のいずれか一項に記載の電解液。
- 正極と、負極と、請求項1~6のいずれか一項に記載の電解液と、を備える電気化学デバイス。
- 前記負極は炭素材料を含有する、請求項7に記載の電気化学デバイス。
- 前記炭素材料は黒鉛を含有する、請求項8に記載の電気化学デバイス。
- 前記負極は、ケイ素及びスズからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を含む材料を更に含有する、請求項8又は9に記載の電気化学デバイス。
- 前記電気化学デバイスは、非水電解液二次電池又はキャパシタである、請求項7~10のいずれか一項に記載の電気化学デバイス。
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