JP5076280B2 - Non-aqueous secondary battery electrolyte and non-aqueous secondary battery - Google Patents
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Description
本発明は、炭酸エステルのフッ化物を含む非水二次電池用電解液およびそれを用いた非水二次電池に関する。 The present invention relates to a nonaqueous secondary battery using the electrolyte and for a non-aqueous secondary battery comprising a fluoride carbonate.
近年、カメラ一体型VTR(ビデオテープレコーダ),デジタルスチルカメラ,携帯電話,携帯情報端末あるいはノート型コンピュータなどのポータブル電子機器が多く登場し、その軽量小型化が図られている。それに伴い、電子機器のポータブル電源として、電池、特に二次電池について、エネルギー密度を向上させるための研究開発が活発に進められている。中でも、負極に炭素材料を用い、正極にリチウムと遷移金属との複合材料を用い、電解液に炭酸エステルを用いたリチウムイオン二次電池は、従来の鉛電池およびニッケルカドミウム電池と比較して大きなエネルギー密度が得られるため広く実用化されている。 In recent years, many portable electronic devices such as a camera-integrated VTR (video tape recorder), a digital still camera, a mobile phone, a portable information terminal, or a notebook computer have appeared, and their weight and size have been reduced. Accordingly, as a portable power source for electronic devices, research and development for improving the energy density of batteries, particularly secondary batteries, are being actively promoted. Among these, lithium ion secondary batteries using a carbon material for the negative electrode, a composite material of lithium and a transition metal for the positive electrode, and a carbonate ester for the electrolytic solution are larger than conventional lead batteries and nickel cadmium batteries. Since energy density can be obtained, it is widely used.
また、最近では、携帯用電子機器の高性能化に伴い、更なる容量の向上が求められており、負極活物質として炭素材料に代えてスズ(Sn)あるいはケイ素(Si)などを用いることが検討されている(例えば、特許文献1参照)。スズの理論容量は994mAh/g、ケイ素の理論容量は4199mAh/gと、黒鉛の理論容量の372mAh/gに比べて格段に大きく、容量の向上を期待できるからである。
しかしながら、リチウム(Li)を吸蔵したスズ合金あるいはケイ素合金は活性が高いので、電解液に従来より用いられている炭酸エステルなどを用いると、これらが分解されてしまい、しかもリチウムが不活性化されてしまうという問題があった。そこで、電解液に炭酸エステルのフッ化物を用いることにより、充放電効率の低下を抑制し、サイクル特性を向上させることが検討されている。しかし、これによりサイクル特性の向上は図れるものの、高温保存後における特性の低下は依然として大きく、高温保存特性を向上させることが望まれていた。 However, since tin alloys or silicon alloys that occlude lithium (Li) are highly active, the use of carbonates or the like that have been used in the electrolyte solution will cause them to be decomposed, and lithium is inactivated. There was a problem that. Therefore, it has been studied to use a carbonate ester fluoride in the electrolytic solution to suppress a decrease in charge and discharge efficiency and improve cycle characteristics. However, although the cycle characteristics can be improved by this, the deterioration of the characteristics after high temperature storage is still large, and it has been desired to improve the high temperature storage characteristics.
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、高温保存特性を向上させることができる非水二次電池用電解液および非水二次電池を提供することにある。 This invention is made | formed in view of this problem, The objective is to provide the electrolyte solution for non-aqueous secondary batteries which can improve a high temperature storage characteristic, and a non-aqueous secondary battery.
本発明による非水二次電池用電解液は、炭酸エステルのフッ化物と、炭酸エステルの塩化物とを含有する溶媒を含む非水二次電池用電解液であって、電解液における炭酸エステルの塩化物の含有量は、5質量ppm以上8000質量ppm以下の範囲内であり、炭酸エステルのフッ化物の溶媒における含有量は、20質量%以上70質量%以下の範囲内のものである。 Non-aqueous liquid electrolyte for a secondary battery according to the present invention includes a fluoride charcoal ester, an electrolyte for non-aqueous secondary battery comprising a solvent containing a chloride of carbonic acid ester, carbonic acid ester in the electrolytic solution The content of the chloride in the range of 5 ppm to 8000 ppm by mass, and the content of the carbonate ester fluoride in the solvent is in the range of 20% to 70% by mass.
本発明による非水二次電池は、正極および負極と共に電解液を備えたものであって、電解液は、溶媒として、炭酸エステルのフッ化物と、炭酸エステルの塩化物とを含有し、電解液における炭酸エステルの塩化物の含有量は、5質量ppm以上8000質量ppm以下)の範囲内であり、溶媒における炭酸エステルのフッ化物の含有量は、20質量%以上70質量%以下の範囲内のものである。 A non-aqueous secondary battery according to the present invention is provided with an electrolyte solution together with a positive electrode and a negative electrode, and the electrolyte solution contains a carbonate ester fluoride and a carbonate ester chloride as a solvent. the content of chloride of carbonic esters in the Ri range der 5 mass ppm or 8000 ppm by mass or less), the content of fluoride carbonate in the solvent is 20 wt% to 70 wt% within the range of belongs to.
本発明の非水二次電池用電解液によれば、炭酸エステルのフッ化物と、微量の炭酸エステルの塩化物とを含有するようにしたので、高温においても化学的安定性を向上させることができる。よって、この非水二次電池用電解液を用いた本発明の非水二次電池に用いれば、高温保存特性などの電池特性を向上させることができる。 According to the electrolyte for a non-aqueous secondary battery of the present invention, since it contains carbonate fluoride and a small amount of carbonate chloride, chemical stability can be improved even at high temperatures. it can. Therefore, if it uses for the non-aqueous secondary battery of this invention using this electrolyte solution for non-aqueous secondary batteries, battery characteristics, such as a high temperature storage characteristic, can be improved.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
本発明の一実施の形態に係る電解液は、例えば、溶媒と、この溶媒に溶解された電解質塩とを含んでいる。 The electrolytic solution according to an embodiment of the present invention includes, for example, a solvent and an electrolyte salt dissolved in the solvent.
溶媒は、炭酸エステルのフッ化物と、炭酸エステルの塩化物とを含有している。このうち炭酸エステルの塩化物の電解液における含有量)は、5質量ppm以上8000質量ppm以下の範囲内であり、30質量ppm以上5000質量ppm以下の範囲内であればより好ましい。これにより、常温のみならず高温においても耐還元性を向上させることができ、高温においても電解液の分解を抑制することができるからである。 The solvent contains a carbonate ester fluoride and a carbonate ester chloride. Among these, the content of carbonate ester chloride in the electrolyte solution is in the range of 5 ppm to 8000 ppm by mass, and more preferably in the range of 30 ppm to 5000 ppm by mass. Thereby, reduction resistance can be improved not only at normal temperature but also at high temperature, and decomposition of the electrolytic solution can be suppressed even at high temperature.
炭酸エステルのフッ化物としては、環式炭酸エステルのフッ化物が好ましく、例えば、化1に示した1,3−ジオキソラン−2−オンを基本骨格として有するものが好ましい。このようなものとしては、例えば、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,4−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,4,5−トリフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,4,5,5−テトラフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−フルオロメチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−ジフルオロメチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、あるいは4−トリフルオロメチル−1,3−ジオキソラン−2−オンが挙げられ、中でも、化2に示した4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンが好ましい。より高い効果を得ることができるからである。炭酸エステルのフッ化物は、1種を単独で用いてもよいが、2種以上を混合して用いてもよい。 As the fluoride of carbonate ester, a fluoride of cyclic carbonate ester is preferable, and for example, one having 1,3-dioxolan-2-one shown in Chemical Formula 1 as a basic skeleton is preferable. Examples of such a compound include 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one, 4,4-difluoro-1,3-dioxolan-2-one, and 4,5-difluoro-1,3-dioxolane. -2-one, 4,4,5-trifluoro-1,3-dioxolan-2-one, 4,4,5,5-tetrafluoro-1,3-dioxolan-2-one, 4-fluoromethyl- 1,3-dioxolan-2-one, 4-difluoromethyl-1,3-dioxolan-2-one, or 4-trifluoromethyl-1,3-dioxolan-2-one, among which The indicated 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one is preferred. This is because a higher effect can be obtained. Carbonate ester fluorides may be used alone or in combination of two or more.
炭酸エステルの塩化物としては、環式炭酸エステルの塩化物が好ましく、フッ化物と同様に、化1に示した1,3−ジオキソラン−2−オンを基本骨格として有するものが好ましい。このようなものとしては、例えば、4−クロロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,4−ジクロロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,5−ジクロロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,4,5−トリクロロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,4,5,5−テトラクロロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−クロロメチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−ジクロロメチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、あるいは4−トリクロロメチル−1,3−ジオキソラン−2−オンが挙げられ、中でも、化3に示した4−クロロ−1,3−ジオキソラン−2−オンが好ましい。より高い効果を得ることができるからである。炭酸エステルの塩化物は、1種を単独で用いてもよいが、2種以上を混合して用いてもよい。 As the carbonate of the carbonate ester, a chloride of the cyclic carbonate ester is preferable. Like the fluoride, the one having 1,3-dioxolan-2-one shown in Chemical Formula 1 as a basic skeleton is preferable. Examples of such include 4-chloro-1,3-dioxolan-2-one, 4,4-dichloro-1,3-dioxolan-2-one, and 4,5-dichloro-1,3-dioxolane. -2-one, 4,4,5-trichloro-1,3-dioxolan-2-one, 4,4,5,5-tetrachloro-1,3-dioxolan-2-one, 4-chloromethyl-1 , 3-dioxolan-2-one, 4-dichloromethyl-1,3-dioxolan-2-one, or 4-trichloromethyl-1,3-dioxolan-2-one, among which 4-Chloro-1,3-dioxolan-2-one is preferred. This is because a higher effect can be obtained. Carbonate ester chlorides may be used alone or in combination of two or more.
なお、溶媒は、炭酸エステルのフッ化物と塩化物とにより構成するようにしてもよいが、他の1種または2種以上の溶媒を混合して用いてもよい。イオン伝導性などの各種特性を向上させることができるからである。 In addition, although a solvent may be comprised with the fluoride and chloride of carbonate ester, you may mix and use another 1 type, or 2 or more types of solvent. This is because various properties such as ion conductivity can be improved.
他の溶媒としては、例えば、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ブチレン、あるいは1,3−ジオキソール−2−オンなどの環式炭酸エステル、γ−ブチロラクトンあるいはγ−バレロラクトンなどのラクトン、2−メチル−1−ピロリドンなどのラクタム、3−メチル−2−オキサゾリジノンなどの環式カルバミン酸エステル、テトラメチレンスルホンなどの環式スルホン、炭酸ジエチル、炭酸ジメチル、炭酸エチルメチル、あるいは炭酸メチルプロピルなどの鎖式炭酸エステル、酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、イソ酪酸メチル、あるいはトリメチル酢酸メチルなどの鎖式カルボン酸エステル、ピナコリンなどのケトン、1,2−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、1,3−ジオキソラン、1,3−ジオキサン、あるいは1,4−ジオキサンなどのエーテル、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミドなどの鎖式アミド、または、N,N−ジメチルカルバミン酸メチル、N,N−ジエチルカルバミン酸メチルなどの鎖式カルバミン酸エステルが挙げられる。 Other solvents include, for example, cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, or 1,3-dioxol-2-one, lactones such as γ-butyrolactone or γ-valerolactone, 2-methyl- Lactams such as 1-pyrrolidone, cyclic carbamates such as 3-methyl-2-oxazolidinone, cyclic sulfones such as tetramethylene sulfone, chain carbonates such as diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, or methylpropyl carbonate Ester, methyl acetate, ethyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, methyl isobutyrate, methyl trimethylacetate, etc., ketones such as pinacholine, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydrofuran, tetrahydropyran, 1 , Ethers such as 3-dioxolane, 1,3-dioxane, or 1,4-dioxane, chain amides such as N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, or methyl N, N-dimethylcarbamate, And chain carbamates such as methyl N, N-diethylcarbamate.
中でも、炭酸エステルのフッ化物および塩化物として上述した環式化合物を用いる場合には、粘度が1mPa・s以下の低粘度溶媒と混合することが好ましい。環式炭酸エステルは、比誘電率が30以上の高誘電率溶媒であるので、1種以上の低粘度溶媒と混合することによりイオン伝導性をより向上させることができるからである。低粘度溶媒としては、上述した溶媒のうち鎖式炭酸エステル、鎖式カルボン酸エステル、ケトン、エーテル、鎖式アミド、または鎖式カルバミン酸エステルが挙げられる。 Especially, when using the cyclic compound mentioned above as the fluoride and chloride of carbonate, it is preferable to mix with the low viscosity solvent whose viscosity is 1 mPa * s or less. This is because the cyclic carbonate is a high dielectric constant solvent having a relative dielectric constant of 30 or more, so that ion conductivity can be further improved by mixing with one or more low viscosity solvents. Examples of the low-viscosity solvent include a chain carbonate ester, a chain carboxylate ester, a ketone, an ether, a chain amide, or a chain carbamate ester among the solvents described above.
電解質塩としては、例えば、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6 )、四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4 )、六フッ化ヒ酸リチウム(LiAsF6 )、過塩素酸リチウム(LiClO4 )、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(LiCF3 SO3 )などのパーフルオロアルカンスルホン酸リチウム、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(LiN(CF3 SO2 )2 )、リチウムビス(ペンタフルオロエタンスルホニル)イミド(LiN(C2 F5 SO2 )2 )、リチウムトリス(トリフルオロメタンスルホニル)メチド(LiC(CF3 SO2 )3 )、あるいはリチウムビスオキサレートボレート(LiB(C2 O4 )2 )などのリチウム塩が挙げられる。電解質塩は、いずれか1種を単独で用いてもよいが、2種以上を混合して用いてもよい。 Examples of the electrolyte salt include lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium hexafluoroarsenate (LiAsF 6 ), lithium perchlorate (LiClO 4 ), trifluoro. Lithium perfluoroalkanesulfonates such as lithium methanesulfonate (LiCF 3 SO 3 ), lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (LiN (CF 3 SO 2 ) 2 ), lithium bis (pentafluoroethanesulfonyl) imide (LiN ( Lithium salts such as C 2 F 5 SO 2 ) 2 ), lithium tris (trifluoromethanesulfonyl) methide (LiC (CF 3 SO 2 ) 3 ), or lithium bisoxalate borate (LiB (C 2 O 4 ) 2 ) Can be mentioned. Any one electrolyte salt may be used alone, or two or more electrolyte salts may be mixed and used.
この電解液は、例えば、次のようにして二次電池に用いられる。 This electrolytic solution is used for a secondary battery as follows, for example.
(第1の二次電池)
図1は、本実施の形態に係る電解液を用いた第1の二次電池の断面構成を表すものである。この二次電池は、負極の容量が、電極反応物質であるリチウムの吸蔵および放出による容量成分により表されるいわゆるリチウムイオン二次電池である。この二次電池は、いわゆる円筒型といわれるものであり、ほぼ中空円柱状の電池缶11の内部に、帯状の正極21と負極22とがセパレータ23を介して巻回された巻回電極体20を有している。電池缶11は、例えばニッケル(Ni)のめっきがされた鉄(Fe)により構成されており、一端部が閉鎖され他端部が開放されている。電池缶11の内部には、巻回電極体20を挟むように巻回周面に対して垂直に一対の絶縁板12, 13がそれぞれ配置されている。
(First secondary battery)
FIG. 1 shows a cross-sectional configuration of a first secondary battery using the electrolytic solution according to the present embodiment. This secondary battery is a so-called lithium ion secondary battery in which the capacity of the negative electrode is represented by a capacity component due to insertion and extraction of lithium as an electrode reactant. This secondary battery is a so-called cylindrical type, and a
電池缶11の開放端部には、電池蓋14と、この電池蓋14の内側に設けられた安全弁機構15および熱感抵抗素子(Positive Temperature Coefficient;PTC素子)16とが、ガスケット17を介してかしめられることにより取り付けられており、電池缶11の内部は密閉されている。電池蓋14は、例えば、電池缶11と同様の材料により構成されている。安全弁機構15は、熱感抵抗素子16を介して電池蓋14と電気的に接続されており、内部短絡あるいは外部からの加熱などにより電池の内圧が一定以上となった場合にディスク板15Aが反転して電池蓋14と巻回電極体20との電気的接続を切断するようになっている。熱感抵抗素子16は、温度が上昇すると抵抗値の増大により電流を制限し、大電流による異常な発熱を防止するものである。ガスケット17は、例えば、絶縁材料により構成されており、表面にはアスファルトが塗布されている。
At the open end of the battery can 11, a
巻回電極体20の中心には例えばセンターピン24が挿入されている。巻回電極体20の正極21にはアルミニウム(Al)などよりなる正極リード25が接続されており、負極22にはニッケルなどよりなる負極リード26が接続されている。正極リード25は安全弁機構15に溶接されることにより電池蓋14と電気的に接続されており、負極リード26は電池缶11に溶接され電気的に接続されている。
For example, a center pin 24 is inserted in the center of the
図2は図1に示した巻回電極体20の一部を拡大して表すものである。正極21は、例えば、対向する一対の面を有する正極集電体21Aの両面に正極活物質層21Bが設けられた構造を有している。正極集電体21Aは、例えば、アルミニウム箔,ニッケル箔あるいはステンレス箔などの金属箔により構成されている。
FIG. 2 shows an enlarged part of the spirally
正極活物質層21Bは、例えば、正極活物質として、リチウムを吸蔵および放出可能な正極材料のいずれか1種または2種以上を含んでおり、必要に応じて炭素材料などの導電材およびポリフッ化ビニリデンなどの結着剤を含んでいてもよい。リチウムを吸蔵および放出可能な正極材料としては、例えば、硫化チタン(TiS2 ),硫化モリブデン(MoS2 ),セレン化ニオブ(NbSe2 )あるいは酸化バナジウム(V2 O5 )などのリチウムを含有しないカルコゲン化物、またはリチウムを含有するリチウム含有化合物が挙げられる。
The positive electrode
中でも、リチウム含有化合物は、高電圧および高エネルギー密度を得ることができるものがあるので好ましい。このようなリチウム含有化合物としては、例えば、リチウムと遷移金属元素とを含む複合酸化物、またはリチウムと遷移金属元素とを含むリン酸化合物が挙げられ、特にコバルト(Co),ニッケルおよびマンガン(Mn)のうちの少なくとも1種を含むものが好ましい。より高い電圧を得ることができるからである。その化学式は、例えば、Lix MIO2 あるいはLiy MIIPO4 で表される。式中、MIおよびMIIは1種類以上の遷移金属元素を表す。xおよびyの値は電池の充放電状態によって異なり、通常、0.05≦x≦1.10、0.05≦y≦1.10である。 Among these, lithium-containing compounds are preferable because some compounds can obtain a high voltage and a high energy density. Examples of such a lithium-containing compound include a composite oxide containing lithium and a transition metal element, or a phosphate compound containing lithium and a transition metal element. In particular, cobalt (Co), nickel and manganese (Mn Among these, those containing at least one of them are preferred. This is because a higher voltage can be obtained. The chemical formula is represented by, for example, Li x MIO 2 or Li y MIIPO 4 . In the formula, MI and MII represent one or more transition metal elements. The values of x and y vary depending on the charge / discharge state of the battery, and are generally 0.05 ≦ x ≦ 1.10 and 0.05 ≦ y ≦ 1.10.
リチウムと遷移金属元素とを含む複合酸化物の具体例としては、リチウムコバルト複合酸化物(Lix CoO2 )、リチウムニッケル複合酸化物(Lix NiO2 )、リチウムニッケルコバルト複合酸化物(Lix Ni1-z Coz O2 (z<1))、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物(Lix Ni1-v-w Cov Mnw O2 (v+w<1))、あるいはスピネル型構造を有するリチウムマンガン複合酸化物(LiMn2 O4 )などが挙げられる。中でも、ニッケルを含む複合酸化物が好ましい。高い容量を得ることができると共に、優れたサイクル特性も得ることができるからである。リチウムと遷移金属元素とを含むリン酸化合物の具体例としては、例えばリチウム鉄リン酸化合物(LiFePO4 )あるいはリチウム鉄マンガンリン酸化合物(LiFe1-u Mnu PO4 (u<1))が挙げられる。 Specific examples of the composite oxide containing lithium and a transition metal element include lithium cobalt composite oxide (Li x CoO 2 ), lithium nickel composite oxide (Li x NiO 2 ), and lithium nickel cobalt composite oxide (Li x Ni 1-z Co z O 2 (z <1)), lithium nickel cobalt manganese composite oxide (Li x Ni 1-vw Co v Mn w O 2 (v + w <1)), or lithium manganese having a spinel structure Examples include composite oxide (LiMn 2 O 4 ). Among these, a composite oxide containing nickel is preferable. This is because a high capacity can be obtained and excellent cycle characteristics can also be obtained. Specific examples of the phosphate compound containing lithium and a transition metal element include, for example, a lithium iron phosphate compound (LiFePO 4 ) or a lithium iron manganese phosphate compound (LiFe 1-u Mn u PO 4 (u <1)). Can be mentioned.
負極22は、例えば、対向する一対の面を有する負極集電体22Aの両面に負極活物質層22Bが設けられた構造を有している。負極集電体22Aは、例えば、銅(Cu)箔,ニッケル箔あるいはステンレス箔などの金属箔により構成されている。
The
負極活物質層22Bは、例えば、負極活物質として、リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料のいずれか1種または2種以上を含んでいる。リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料としては、例えば、スズまたはケイ素を構成元素として含む材料が挙げられる。スズおよびケイ素はリチウムを吸蔵および放出する能力が大きく、高いエネルギー密度を得ることができるからである。 The negative electrode active material layer 22B includes, for example, any one or more of negative electrode materials capable of inserting and extracting lithium as a negative electrode active material. Examples of the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium include a material containing tin or silicon as a constituent element. This is because tin and silicon have a large ability to occlude and release lithium, and a high energy density can be obtained.
このような負極材料としては、具体的には、スズの単体,合金,あるいは化合物、またはケイ素の単体,合金,あるいは化合物、またはこれらの1種あるいは2種以上の相を少なくとも一部に有する材料が挙げられる。なお、本発明において、合金には2種以上の金属元素からなるものに加えて、1種以上の金属元素と1種以上の半金属元素とを含むものも含める。また、非金属元素を含んでいてもよい。その組織には固溶体,共晶(共融混合物),金属間化合物あるいはそれらのうちの2種以上が共存するものがある。 As such a negative electrode material, specifically, a simple substance, an alloy, or a compound of tin, a simple substance, an alloy, or a compound of silicon, or a material having one or more phases thereof at least in part. Is mentioned. In the present invention, alloys include those containing one or more metal elements and one or more metalloid elements in addition to those composed of two or more metal elements. Moreover, the nonmetallic element may be included. There are structures in which a solid solution, a eutectic (eutectic mixture), an intermetallic compound, or two or more of them coexist.
スズの合金としては、例えば、スズ以外の第2の構成元素として、ケイ素,ニッケル,銅,鉄,コバルト,マンガン,亜鉛(Zn),インジウム(In),銀(Ag),チタン(Ti),ゲルマニウム(Ge),ビスマス(Bi),アンチモン(Sb)およびクロム(Cr)からなる群のうちの少なくとも1種を含むものが挙げられる。ケイ素の合金としては、例えば、ケイ素以外の第2の構成元素として、スズ,ニッケル,銅,鉄,コバルト,マンガン,亜鉛,インジウム,銀,チタン,ゲルマニウム,ビスマス,アンチモンおよびクロムからなる群のうちの少なくとも1種を含むものが挙げられる。 As an alloy of tin, for example, as a second constituent element other than tin, silicon, nickel, copper, iron, cobalt, manganese, zinc (Zn), indium (In), silver (Ag), titanium (Ti), Examples include those containing at least one selected from the group consisting of germanium (Ge), bismuth (Bi), antimony (Sb), and chromium (Cr). As an alloy of silicon, for example, as a second constituent element other than silicon, among the group consisting of tin, nickel, copper, iron, cobalt, manganese, zinc, indium, silver, titanium, germanium, bismuth, antimony and chromium The thing containing at least 1 sort (s) of these is mentioned.
スズの化合物あるいはケイ素の化合物としては、例えば、酸素(O)あるいは炭素(C)を含むものが挙げられ、スズまたはケイ素に加えて、上述した第2の構成元素を含んでいてもよい。 Examples of the tin compound or silicon compound include those containing oxygen (O) or carbon (C), and may contain the second constituent element described above in addition to tin or silicon.
中でも、この負極材料としては、スズと、コバルトと、炭素とを構成元素として含み、炭素の含有量が9.9質量%以上29.7質量%以下であり、かつスズとコバルトとの合計に対するコバルトの割合Co/(Sn+Co)が30質量%以上70質量%以下であるCoSnC含有材料が好ましい。このような組成範囲において高いエネルギー密度を得ることができると共に、優れたサイクル特性を得ることができるからである。 Among these, as this negative electrode material, tin, cobalt, and carbon are included as constituent elements, the carbon content is 9.9 mass% or more and 29.7 mass% or less, and the total of tin and cobalt is A CoSnC-containing material having a cobalt ratio Co / (Sn + Co) of 30% by mass to 70% by mass is preferable. This is because a high energy density can be obtained in such a composition range, and excellent cycle characteristics can be obtained.
このCoSnC含有材料は、必要に応じて更に他の構成元素を含んでいてもよい。他の構成元素としては、例えば、ケイ素,鉄,ニッケル,クロム,インジウム,ニオブ(Nb),ゲルマニウム,チタン,モリブデン(Mo),アルミニウム,リン(P),ガリウム(Ga)またはビスマスが好ましく、2種以上を含んでいてもよい。容量またはサイクル特性を更に向上させることができるからである。 This CoSnC-containing material may further contain other constituent elements as necessary. As other constituent elements, for example, silicon, iron, nickel, chromium, indium, niobium (Nb), germanium, titanium, molybdenum (Mo), aluminum, phosphorus (P), gallium (Ga) or bismuth is preferable. It may contain more than seeds. This is because the capacity or cycle characteristics can be further improved.
なお、このCoSnC含有材料は、スズと、コバルトと、炭素とを含む相を有しており、この相は結晶性の低いまたは非晶質な構造を有していることが好ましい。また、このCoSnC含有材料では、構成元素である炭素の少なくとも一部が、他の構成元素である金属元素または半金属元素と結合していることが好ましい。サイクル特性の低下はスズなどが凝集あるいは結晶化することによるものであると考えられるが、炭素が他の元素と結合することにより、そのような凝集あるいは結晶化を抑制することができるからである。 This CoSnC-containing material has a phase containing tin, cobalt, and carbon, and this phase preferably has a low crystallinity or an amorphous structure. In this CoSnC-containing material, it is preferable that at least a part of carbon as a constituent element is bonded to a metal element or a semimetal element as another constituent element. The decrease in cycle characteristics is thought to be due to the aggregation or crystallization of tin or the like, but this is because such aggregation or crystallization can be suppressed by combining carbon with other elements. .
元素の結合状態を調べる測定方法としては、例えばX線光電子分光法(X-ray Photoelectron Spectroscopy;XPS)が挙げられる。XPSでは、炭素の1s軌道(C1s)のピークは、グラファイトであれば、金原子の4f軌道(Au4f)のピークが84.0eVに得られるようにエネルギー較正された装置において、284.5eVに現れる。また、表面汚染炭素であれば、284.8eVに現れる。これに対して、炭素元素の電荷密度が高くなる場合、例えば炭素が金属元素または半金属元素と結合している場合には、C1sのピークは、284.5eVよりも低い領域に現れる。すなわち、CoSnC含有材料について得られるC1sの合成波のピークが284.5eVよりも低い領域に現れる場合には、CoSnC含有材料に含まれる炭素の少なくとも一部が他の構成元素である金属元素または半金属元素と結合している。 As a measuring method for examining the bonding state of elements, for example, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) can be cited. In XPS, the peak of the carbon 1s orbital (C1s) appears at 284.5 eV in an energy calibrated apparatus so that the peak of the gold atom 4f orbital (Au4f) is obtained at 84.0 eV if it is graphite. . Moreover, if it is surface contamination carbon, it will appear at 284.8 eV. On the other hand, when the charge density of the carbon element increases, for example, when carbon is bonded to a metal element or a metalloid element, the C1s peak appears in a region lower than 284.5 eV. That is, when the peak of the synthetic wave of C1s obtained for the CoSnC-containing material appears in a region lower than 284.5 eV, at least a part of the carbon contained in the CoSnC-containing material is a metal element or a half of other constituent elements. Combined with metal elements.
なお、XPS測定では、スペクトルのエネルギー軸の補正に、例えばC1sのピークを用いる。通常、表面には表面汚染炭素が存在しているので、表面汚染炭素のC1sのピークを284.8eVとし、これをエネルギー基準とする。XPS測定では、C1sのピークの波形は、表面汚染炭素のピークとCoSnC含有材料中の炭素のピークとを含んだ形として得られるので、例えば市販のソフトウエアを用いて解析することにより、表面汚染炭素のピークと、CoSnC含有材料中の炭素のピークとを分離する。波形の解析では、最低束縛エネルギー側に存在する主ピークの位置をエネルギー基準(284.8eV)とする。 In XPS measurement, for example, the C1s peak is used to correct the energy axis of the spectrum. Usually, since surface-contaminated carbon exists on the surface, the C1s peak of the surface-contaminated carbon is set to 284.8 eV, which is used as an energy standard. In the XPS measurement, the waveform of the C1s peak is obtained as a shape including the surface contamination carbon peak and the carbon peak in the CoSnC-containing material. For example, by analyzing using a commercially available software, the surface contamination The carbon peak and the carbon peak in the CoSnC-containing material are separated. In the waveform analysis, the position of the main peak existing on the lowest bound energy side is used as the energy reference (284.8 eV).
リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料としては、また例えば、リチウムと合金を形成可能な他の金属元素または他の半金属元素を構成元素として含む材料を用いることもできる。このような金属元素あるいは半金属元素としては、マグネシウム(Mg),ホウ素(B),アルミニウム,ガリウム,インジウム,ゲルマニウム,鉛(Pb),ビスマス,カドミウム(Cd),銀,亜鉛,ハフニウム(Hf),ジルコニウム(Zr),イットリウム(Y),パラジウム(Pd)あるいは白金(Pt)が挙げられる。 As a negative electrode material capable of inserting and extracting lithium, for example, a material containing another metal element or other metalloid element capable of forming an alloy with lithium as a constituent element can also be used. Such metal elements or metalloid elements include magnesium (Mg), boron (B), aluminum, gallium, indium, germanium, lead (Pb), bismuth, cadmium (Cd), silver, zinc, hafnium (Hf). , Zirconium (Zr), yttrium (Y), palladium (Pd), or platinum (Pt).
リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料としては、また例えば、黒鉛,難黒鉛化性炭素あるいは易黒鉛化性炭素などの炭素材料を用いてもよく、また、これらの炭素材料と、上述した負極材料とを共に用いるようにしてもよい。炭素材料は、リチウムの吸蔵および放出に伴う結晶構造の変化が非常に少なく、例えば上述した負極材料と共に用いるようにすれば、高エネルギー密度を得ることができると共に、優れたサイクル特性を得ることができ、更に導電剤としても機能するので好ましい。 As a negative electrode material capable of inserting and extracting lithium, for example, a carbon material such as graphite, non-graphitizable carbon, or graphitizable carbon may be used. The negative electrode material may be used together. The carbon material has very little change in crystal structure due to insertion and extraction of lithium. For example, when used together with the negative electrode material described above, a high energy density and excellent cycle characteristics can be obtained. It is also preferable because it functions as a conductive agent.
負極活物質層22Bは、また、導電剤,結着剤あるいは粘度調整剤などの充電に寄与しない他の材料を含んでいてもよい。導電剤としては、黒鉛繊維,金属繊維あるいは金属粉末などが挙げられる。結着剤としては、ポリフッ化ビニリデンなどのフッ素系高分子化合物、またはスチレンブタジエンゴムあるいはエチレンプロピレンジエンゴムなどの合成ゴムなどが挙げられる。粘度調整剤としては、カルボキシメチルセルロースなどが挙げられる。 The negative electrode active material layer 22B may also include other materials that do not contribute to charging, such as a conductive agent, a binder, or a viscosity modifier. Examples of the conductive agent include graphite fiber, metal fiber, and metal powder. Examples of the binder include a fluorine-based polymer compound such as polyvinylidene fluoride, or a synthetic rubber such as styrene butadiene rubber or ethylene propylene diene rubber. Examples of the viscosity modifier include carboxymethylcellulose.
なお、本実施の形態では、正極活物質とリチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料との量を調整することにより、正極活物質による充電容量よりも、リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料による充電容量の方が大きくなるようにし、完全充電時においても負極22にリチウム金属が析出しないようになっている。
Note that in this embodiment, by adjusting the amount of the positive electrode active material and the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium, lithium can be stored and released rather than the charge capacity of the positive electrode active material. possible as towards the charge capacity due to the anode material increases, lithium metal is not a precipitated on the
セパレータ23は、正極21と負極22とを隔離し、両極の接触による電流の短絡を防止しつつ、リチウムイオンを通過させるものである。このセパレータ23は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレンあるいはポリエチレンなどよりなる合成樹脂製の多孔質膜、またはセラミック製の多硬質膜により構成されており、これらの2種以上の多孔質膜を積層した構造とされていてもよい。
The
セパレータ23には、本実施の形態に係る電解液が含浸されている。
The
この二次電池は、例えば、次のようにして製造することができる。 For example, the secondary battery can be manufactured as follows.
まず、例えば、正極集電体21Aに正極活物質層21Bを形成し正極21を作製する。正極活物質層21Bは、例えば、正極活物質の粉末と導電剤と結着剤とを混合して正極合剤を調製したのち、この正極合剤をN−メチル−2−ピロリドンなどの溶剤に分散させてペースト状の正極合剤スラリーとし、この正極合剤スラリーを正極集電体21Aに塗布し乾燥させ、圧縮成型することにより形成する。また、例えば、正極21と同様にして、負極集電体22Aに負極活物質層22Bを形成し負極22を作製する。
First, for example, the positive electrode
次いで、正極集電体21Aに正極リード25を溶接などにより取り付けると共に、負極集電体22Aに負極リード26を溶接などにより取り付ける。続いて、正極21と負極22とをセパレータ23を介して巻回し、正極リード25の先端部を安全弁機構15に溶接すると共に、負極リード26の先端部を電池缶11に溶接して、巻回した正極21および負極22を一対の絶縁板12,13で挟み電池缶11の内部に収納する。正極21および負極22を電池缶11の内部に収納したのち、電解液を電池缶11の内部に注入し、セパレータ23に含浸させる。そののち、電池缶11の開口端部に電池蓋14,安全弁機構15および熱感抵抗素子16をガスケット17を介してかしめることにより固定する。これにより、図1,2に示した二次電池が完成する。
Next, the
この二次電池では、充電を行うと、例えば、正極21からリチウムイオンが放出され、電解液を介して負極22に吸蔵される。一方、放電を行うと、例えば、負極22からリチウムイオンが放出され、電解液を介して正極21に吸蔵される。その際、電解液には炭酸エステルのフッ化物と、微量の炭酸エステルの塩化物とが含まれているので、高温においても電解液の分解反応が抑制される。
In the secondary battery, when charged, for example, lithium ions are extracted from the
このように本実施の形態によれば、電解液に炭酸エステルのフッ化物と、微量の炭酸エステルの塩化物とを含むようにしたので、高温における化学的安定性を向上させることができ、高温保存特性を向上させることができる。 As described above, according to the present embodiment, since the electrolyte solution contains the carbonate ester fluoride and a small amount of carbonate chloride, the chemical stability at high temperature can be improved, Storage characteristics can be improved.
(第2の二次電池)
第2の二次電池は、負極の構成が異なることを除き、他は第1の二次電池と同様の構成および作用を有しており、同様にして製造することができる。よって、図1および図2を参照し、対応する構成要素には同一の符号を付して同一の部分の説明は省略する。
(Secondary secondary battery)
The second secondary battery has the same configuration and operation as the first secondary battery except that the configuration of the negative electrode is different, and can be manufactured in the same manner. Therefore, with reference to FIG. 1 and FIG. 2, the same code | symbol is attached | subjected to a corresponding component and description of the same part is abbreviate | omitted.
負極22は、第1の二次電池と同様に、負極集電体22Aの両面に負極活物質層22Bが設けられた構造を有している。負極活物質層22Bは、例えば、スズまたはケイ素を構成元素として含む負極活物質を含有している。具体的には、例えば、スズの単体,合金,あるいは化合物、またはケイ素の単体,合金,あるいは化合物を含有しており、それらの2種以上を含有していてもよい。
Similar to the first secondary battery, the
また、負極活物質層22Bは、例えば、気相法,液相法あるいは焼成法、またはそれらの2以上の方法を用いて形成されたものであり、負極活物質層22Bと負極集電体22Aとが界面の少なくとも一部において合金化していることが好ましい。具体的には、界面において負極集電体22Aの構成元素が負極活物質層22Bに、または負極活物質の構成元素が負極集電体22Aに、またはそれらが互いに拡散していることが好ましい。充放電に伴う負極活物質層22Bの膨張・収縮による破壊を抑制することができると共に、負極活物質層22Bと負極集電体22Aとの間の電子伝導性を向上させることができるからである。
The negative electrode active material layer 22B is formed using, for example, a vapor phase method, a liquid phase method, a firing method, or two or more of these methods. The negative electrode active material layer 22B and the negative electrode
なお、気相法としては、例えば、物理堆積法あるいは化学堆積法を用いることができ、具体的には、真空蒸着法,スパッタ法,イオンプレーティング法,レーザーアブレーション法,熱化学気相成長(CVD;Chemical Vapor Deposition )法,プラズマ化学気相成長法あるいは溶射法などが挙げられる。液相法としては、電気鍍金あるいは無電解鍍金などの公知の手法を用いることができる。焼成法というのは、例えば、粒子状の負極活物質を結着材などと混合して溶剤に分散させ、塗布したのち、結着材などの融点よりも高い温度で熱処理する方法である。焼成法に関しても公知の手法が利用可能であり、例えば、雰囲気焼成法,反応焼成法あるいはホットプレス焼成法が挙げられる。 As the vapor phase method, for example, a physical deposition method or a chemical deposition method can be used. Specifically, a vacuum deposition method, a sputtering method, an ion plating method, a laser ablation method, a thermal chemical vapor deposition ( Examples include CVD (Chemical Vapor Deposition), plasma chemical vapor deposition, and thermal spraying. As the liquid phase method, a known method such as electroplating or electroless plating can be used. The firing method is, for example, a method in which a particulate negative electrode active material is mixed with a binder, dispersed in a solvent, applied, and then heat-treated at a temperature higher than the melting point of the binder. For firing method, a known technique are available, for example, an atmosphere firing method, have in reactive firing method include hot-press firing method.
(第3の二次電池)
第3の二次電池は、負極22の容量が電極反応物質であるリチウムの析出および溶解による容量成分により表される、いわゆるリチウム金属二次電池である。この二次電池は、負極活物質層22Bをリチウム金属により構成したことを除き、他は第1の二次電池と同様の構成を有しており、同様にして製造することができる。従って、図1および図2を参照し、対応する構成要素には同一の符号を付して同一の部分の説明は省略する。
(Third secondary battery)
The third secondary battery is a so-called lithium metal secondary battery in which the capacity of the
すなわち、この二次電池は、負極活物質としてリチウム金属を用いており、これにより高いエネルギー密度を得ることができるようになっている。負極活物質層22Bは、組み立て時から既に有するように構成してもよいが、組み立て時には存在せず、充電時に析出したリチウム金属により構成するようにしてもよい。また、負極活物質層22Bを集電体としても利用し、負極集電体22Aを削除するようにしてもよい。
That is, this secondary battery uses lithium metal as a negative electrode active material, and thereby can obtain a high energy density. The negative electrode active material layer 22B may be configured to be already provided from the time of assembly, but may be configured by lithium metal which is not present at the time of assembly and is deposited during charging. Alternatively, the negative electrode active material layer 22B may be used as a current collector, and the negative electrode
この二次電池では、充電を行うと、例えば、正極21からリチウムイオンが放出され、電解液を介して、負極集電体22Aの表面にリチウム金属となって析出する。放電を行うと、例えば、負極活物質層22Bからリチウム金属がリチウムイオンとなって溶出し、電解液を介して正極21に吸蔵される。このようにこの二次電池では、負極22においてリチウム金属の析出および溶解が繰り返されるので、負極22の活性が非常に高くなっているが、本実施の形態では高温においても電解液が高い化学的安定性を有しているので、優れた高温保存特性が得られる。
In the secondary battery, when charged, for example, lithium ions are extracted from the
(第4の二次電池)
第4の二次電池は、負極の容量が電極反応物質であるリチウムの吸蔵および放出による容量成分と、リチウムの析出および溶解による容量成分とを含み、かつその和により表されるものである。この二次電池は、負極活物質層22Bの構成が異なることを除き、他は第1の二次電池と同様の構成を有しており、同様にして製造することができる。従って、図1および図2を参照し、対応する構成要素には同一の符号を付して同一の部分の説明は省略する。
(Fourth secondary battery)
In the fourth secondary battery, the capacity of the negative electrode includes a capacity component due to insertion and extraction of lithium as an electrode reactant, and a capacity component due to precipitation and dissolution of lithium, and is represented by the sum thereof. This secondary battery has the same configuration as that of the first secondary battery except that the configuration of the negative electrode active material layer 22B is different, and can be manufactured in the same manner. Therefore, with reference to FIG. 1 and FIG. 2, the same code | symbol is attached | subjected to a corresponding component and description of the same part is abbreviate | omitted.
負極活物質層22Bは、負極活物質として、リチウムを吸蔵および放出することが可能な1種または2種以上の負極材料を含んでおり、必要に応じて結着剤を含んでいてもよい。このような負極材料としては、例えば、第1の二次電池でも説明した炭素材料や、または、リチウムと合金を形成可能な金属元素あるいは半金属元素を構成元素として含む材料が挙げられる。中でも、炭素材料を用いるようにすれば、優れたサイクル特性を得ることができるので好ましい。 The negative electrode active material layer 22B includes one or more negative electrode materials capable of inserting and extracting lithium as a negative electrode active material, and may include a binder as necessary. As such a negative electrode material, for example, a carbon material described in the first secondary battery, or a material containing a metal element or a metalloid element capable of forming an alloy with lithium as a constituent element can be given. Among these, it is preferable to use a carbon material because excellent cycle characteristics can be obtained.
このリチウムを吸蔵および放出可能な負極材料の量は、この負極材料による充電容量が正極21の充電容量よりも小さくなるように調節されている。これにより、この二次電池では、充電の過程において、開回路電圧(すなわち電池電圧)が過充電電圧よりも低い時点で負極22にリチウム金属が析出し始めるようになっている。
The amount of the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium is adjusted so that the charge capacity of the negative electrode material is smaller than the charge capacity of the
なお、過充電電圧というのは、電池が過充電状態になった時の開回路電圧を指し、例えば、日本蓄電池工業会(電池工業会)の定めた指針の一つである「リチウム二次電池安全性評価基準ガイドライン」(SBA G1101)に記載され定義される「完全充電」された電池の開回路電圧よりも高い電圧を指す。また換言すれば、各電池の公称容量を求める際に用いた充電方法、標準充電方法、もしくは推奨充電方法を用いて充電した後の開回路電圧よりも高い電圧を指す。例えば、開回路電圧が4.2Vの時に完全充電となる場合には、開回路電圧が0V以上4.2V以下の範囲内の一部においてリチウムを吸蔵および放出可能な負極材料の表面にリチウム金属が析出している。従って、この二次電池では、リチウムを吸蔵および放出可能な負極材料とリチウム金属との両方が負極活物質として機能し、リチウムを吸蔵および放出可能な負極材料はリチウム金属が析出する際の基材となっている。これによりこの二次電池では、いわゆるリチウムイオン二次電池と、いわゆるリチウム金属二次電池との両方の特性を得ることができるようになっている。すなわち、高いエネルギー密度を得ることができると共に、サイクル特性および急速充電特性を向上させることができるようになっている。 The overcharge voltage refers to the open circuit voltage when the battery is overcharged. For example, the “lithium secondary battery” is one of the guidelines established by the Japan Storage Battery Industry Association (Battery Industry Association). Refers to a voltage that is higher than the open circuit voltage of a “fully charged” battery as defined and defined in the “Safety Evaluation Criteria Guidelines” (SBA G1101). In other words, it refers to a voltage higher than the open circuit voltage after charging using the charging method, standard charging method, or recommended charging method used when determining the nominal capacity of each battery. For example, when full charge occurs when the open circuit voltage is 4.2 V, lithium metal is formed on the surface of the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium in a part of the open circuit voltage in the range of 0 V to 4.2 V. Is deposited. Therefore, in this secondary battery, both the negative electrode material capable of occluding and releasing lithium and lithium metal function as the negative electrode active material, and the negative electrode material capable of occluding and releasing lithium is a base material on which the lithium metal is deposited. It has become. Thereby, in this secondary battery, the characteristics of both a so-called lithium ion secondary battery and a so-called lithium metal secondary battery can be obtained. That is, high energy density can be obtained, and cycle characteristics and quick charge characteristics can be improved.
この二次電池では、充電を行うと、正極21からリチウムイオンが放出され、電解液を介して、まず、負極22に含まれるリチウムを吸蔵および放出可能な負極材料に吸蔵される。更に充電を続けると、開回路電圧が過充電電圧よりも低い状態において、リチウムを吸蔵および放出可能な負極材料の表面にリチウム金属が析出し始める。そののち、充電を終了するまで負極22にはリチウム金属が析出し続ける。次いで、放電を行うと、まず、負極22に析出したリチウム金属がイオンとなって溶出し、電解液を介して、正極21に吸蔵される。更に放電を続けると、負極22中のリチウムを吸蔵および放出可能な負極材料からリチウムイオンが放出され、電解液を介して正極21に吸蔵される。このようにこの二次電池でも、負極22においてリチウム金属の析出および溶解が繰り返されるので、負極22の活性が非常に高くなっているが、本実施の形態では高温においても電解液が高い化学的安定性を有しているので、優れた高温保存特性が得られる。
In the secondary battery, when charged, lithium ions are released from the
(第5の二次電池)
図3は、第5の二次電池の構成を表すものである。この二次電池は、いわゆるラミネートフィルム型といわれるものであり、正極リード31および負極リード32が取り付けられた巻回電極体30をフィルム状の外装部材40の内部に収容したものである。
(Fifth secondary battery)
FIG. 3 shows the configuration of the fifth secondary battery. This secondary battery is a so-called laminate film type, and has a
正極リード31および負極リード32は、それぞれ、外装部材40の内部から外部に向かい例えば同一方向に導出されている。正極リード31および負極リード32は、例えば、アルミニウム,銅,ニッケルあるいはステンレスなどの金属材料によりそれぞれ構成されており、それぞれ薄板状または網目状とされている。
The
外装部材40は、例えば、ナイロンフィルム,アルミニウム箔およびポリエチレンフィルムをこの順に貼り合わせた矩形状のアルミラミネートフィルムにより構成されている。外装部材40は、例えば、ポリエチレンフィルム側と巻回電極体30とが対向するように配設されており、各外縁部が融着あるいは接着剤により互いに密着されている。外装部材40と正極リード31および負極リード32との間には、外気の侵入を防止するための密着フィルム41が挿入されている。密着フィルム41は、正極リード31および負極リード32に対して密着性を有する材料、例えば、ポリエチレン,ポリプロピレン,変性ポリエチレンあるいは変性ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂により構成されている。
The
なお、外装部材40は、上述したアルミラミネートフィルムに代えて、他の構造を有するラミネートフィルム,ポリプロピレンなどの高分子フィルムあるいは金属フィルムにより構成するようにしてもよい。
The
図4は、図3に示した巻回電極体30のI−I線に沿った断面構造を表すものである。電極巻回体30は、正極33と負極34とをセパレータ35および電解質層36を介して積層し、巻回したものであり、最外周部は保護テープ37により保護されている。
FIG. 4 shows a cross-sectional structure taken along line II of the spirally
正極33は、正極集電体33Aの両面に正極活物質層33Bが設けられた構造を有している。負極34は、負極集電体34Aの両面に負極活物質層34Bが設けられた構造を有しており、負極活物質層34Bと正極活物質層33Bとが対向するように配置されている。正極集電体33A,正極活物質層33B,負極集電体34A,負極活物質層34Bおよびセパレータ35の構成は、上述した第1ないし第4の二次電池における正極集電体21A,正極活物質層21B,負極集電体22A,負極活物質層22Bおよびセパレータ23と同様である。
The
電解質層36は、本実施の形態に係る電解液と、この電解液を保持する保持体となる高分子化合物とを含み、いわゆるゲル状となっている。ゲル状の電解質は高いイオン伝導率を得ることができると共に、電池の漏液を防止することができるので好ましい。高分子化合物としては、例えば、ポリエチレンオキサイドあるいはポリエチレンオキサイドを含む架橋体などのエーテル系高分子化合物、ポリメタクリレートなどのエステル系高分子化合物あるいはアクリレート系高分子化合物、またはポリフッ化ビニリデンあるいはフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体などのフッ化ビニリデンの重合体が挙げられ、これらのうちのいずれか1種または2種以上が混合して用いられる。特に、酸化還元安定性の観点からは、フッ化ビニリデンの重合体などのフッ素系高分子化合物を用いることが望ましい。
The
この二次電池は、例えば、次のようにして製造することができる。 For example, the secondary battery can be manufactured as follows.
まず、正極33および負極34のそれぞれに、電解液と、高分子化合物と、混合溶剤とを含む前駆溶液を塗布し、混合溶剤を揮発させて電解質層36を形成する。次いで、正極集電体33Aに正極リード31を取り付けると共に、負極集電体34Aに負極リード32を取り付ける。続いて、電解質層36が形成された正極33と負極34とをセパレータ35を介して積層し積層体としたのち、この積層体をその長手方向に巻回して、最外周部に保護テープ37を接着して巻回電極体30を形成する。そののち、例えば、外装部材40の間に巻回電極体30を挟み込み、外装部材40の外縁部同士を熱融着などにより密着させて封入する。その際、正極リード31および負極リード32と外装部材40との間には密着フィルム41を挿入する。これにより、図3,4に示した二次電池が完成する。
First, a precursor solution containing an electrolytic solution, a polymer compound, and a mixed solvent is applied to each of the
また、この二次電池は、次のようにして作製してもよい。まず、上述したようにして正極33および負極34を作製し、正極33および負極34に正極リード31および負極リード32を取り付けたのち、正極33と負極34とをセパレータ35を介して積層して巻回し、最外周部に保護テープ37を接着して、巻回電極体30の前駆体である巻回体を形成する。次いで、この巻回体を外装部材40に挟み、一辺を除く外周縁部を熱融着して袋状とし、外装部材40の内部に収納する。続いて、電解液と、高分子化合物の原料であるモノマーと、重合開始剤と、必要に応じて重合禁止剤などの他の材料とを含む電解質用組成物を用意し、外装部材40の内部に注入したのち、外装部材40の開口部を熱融着して密封する。そののち、熱を加えてモノマーを重合させて高分子化合物とすることによりゲル状の電解質層36を形成し、図3,4に示した二次電池を組み立てる。
Further, this secondary battery may be manufactured as follows. First, the
この二次電池の作用は、上述した第1ないし第4の二次電池と同様である。 The operation of this secondary battery is the same as that of the first to fourth secondary batteries described above.
このように本実施の形態によれば、電解液に炭酸エステルのフッ化物と、微量の炭酸エステルの塩化物とを含むようにしたので、第2ないし第5の二次電池においても、第1の二次電池と同様に、高温における化学的安定性を向上させることができ、高温保存特性を向上させることができる。 As described above, according to the present embodiment, since the electrolyte solution contains carbonate fluoride and a small amount of carbonate chloride, the second to fifth secondary batteries also include the first. Similarly to the secondary battery, chemical stability at high temperatures can be improved, and high-temperature storage characteristics can be improved.
更に、本発明の具体的な実施例について詳細に説明する。 Further, specific embodiments of the present invention will be described in detail.
(実施例1−1〜1−8)
図5に示したコイン型の二次電池を作製した。この二次電池は、正極51と、負極52とを電解液を含浸させたセパレータ53を介して積層し、外装缶54と外装カップ55との間に挟み、ガスケット56を介してかしめたものである。まず、正極活物質としてリチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2 )94質量部と、導電剤としてグラファイト3質量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン3質量部とを混合したのち、溶剤としてN−メチル−2−ピロリドンを添加し正極合剤スラリーを得た。次いで、得られた正極合剤スラリーを、厚み20μmのアルミニウム箔よりなる正極集電体51Aに均一に塗布し乾燥させて正極活物質層51Bを形成した。そののち、正極活物質層51Bが形成された正極集電体51Aを直径16mmの円形に打ち抜き、正極51を作製した。
(Examples 1-1 to 1-8)
The coin-type secondary battery shown in FIG. 5 was produced. This secondary battery is formed by laminating a
また、厚み15μmの銅箔よりなる負極集電体52Aの上にスパッタ法によりケイ素よりなる負極活物質層52Bを形成した。そののち、負極活物質層52Bが形成された負極集電体52Aを直径16mmの円形に打ち抜き、負極52を作製した。その際、正極活物質としてリチウムコバルト複合酸化物と、負極活物質であるケイ素との量を調整し、完全充電時においても負極52にリチウム金属が析出しないようにした。
A negative electrode
次いで、正極51と負極52とを厚み25μmの微多孔性ポリエチレンよりなるセパレータ53を介して積層したのち、セパレータ53に電解液0.1gを注液して、これらをステンレスよりなる外装カップ55と外装缶54との中に入れ、それらをかしめることにより、図5に示した二次電池を得た。電解液は、炭酸エステルのフッ化物である化2に示した4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンと、炭酸ジエチルとを5:5の質量比で混合したものに、LiPF6 を1mol/lの濃度で添加すると共に、炭酸エステルの塩化物である4−クロロ−1,3−ジオキソラン−2−オンを添加して調製した。その際、4−クロロ−1,3−ジオキソラン−2−オンの電解液における含有量は、実施例1−1〜1−8で、表1に示したように5質量ppmから8000質量ppmの範囲内で変化させた。
Next, after laminating the
本実施例に対する比較例1−1として、電解液に4−クロロ−1,3−ジオキソラン−2−オンを添加しなかったことを除き、他は実施例1−1〜1−8と同様にして二次電池を作製した。また、比較例1−2として、電解液における4−クロロ−1,3−ジオキソラン−2−オンの含有量を、10000質量ppm(1質量%)としたことを除き、他は実施例1−1〜1−8と同様にして二次電池を作製した。更に、比較例1−3,1−4として、電解液に4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンに代えて炭酸エチレンを用いると共に、比較例1−3では4−クロロ−1,3−ジオキソラン−2−オンを添加せず、比較例1−4では電解液における4−クロロ−1,3−ジオキソラン−2−オンの含有量を1000質量ppmとしたことを除き、他は実施例1−1〜1−8と同様にして二次電池を作製した。 As Comparative Example 1-1 with respect to the present example, except that 4-chloro-1,3-dioxolan-2-one was not added to the electrolytic solution, the rest was the same as Example 1-1 to 1-8. A secondary battery was manufactured. Moreover, as Comparative Example 1-2, except that the content of 4-chloro-1,3-dioxolan-2-one in the electrolytic solution was 10000 mass ppm (1 mass%), the others were Example 1- Secondary batteries were fabricated in the same manner as in 1 to 1-8. Furthermore, as Comparative Examples 1-3 and 1-4, ethylene carbonate was used in the electrolyte instead of 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one, and in Comparative Example 1-3, 4-chloro-1, Other than carrying out, except that 3-dioxolan-2-one was not added, and the content of 4-chloro-1,3-dioxolan-2-one in the electrolytic solution was set to 1000 mass ppm in Comparative Example 1-4 Secondary batteries were fabricated in the same manner as in Examples 1-1 to 1-8.
作製した実施例1−1〜1−8および比較例1−1〜1−4の二次電池について、1.77mAで4.2Vを上限として12時間充電し、その後10分間休止して1.77mAで2.5Vに達するまで放電するという充放電を2サイクル行い、再び4.2Vまで充電後、60℃で1ヶ月保存した後、再び同一の条件で充放電を50サイクル繰り返し、高温保存後の50サイクル目の放電容量維持率を式1により求めた。得られた結果を表1および図6に示す。
(式1)
高温保存後の50サイクル目の放電容量維持率=(高温保存後の50サイクル目の放電容量/高温保存前の2サイクル目の放電容量)×100
Regarding the fabricated secondary batteries of Examples 1-1 to 1-8 and Comparative Examples 1-1 to 1-4, the battery was charged at 1.77 mA with 4.2 V as the upper limit for 12 hours, and then rested for 10 minutes. 2 cycles of charge / discharge of discharging until reaching 2.5V at 77mA, charging again to 4.2V, storing at 60 ° C for 1 month, then repeating 50 cycles of charging / discharging again under the same conditions, after storage at high temperature The discharge capacity retention ratio at the 50th cycle was determined by Equation 1. The obtained results are shown in Table 1 and FIG.
(Formula 1)
50th cycle discharge capacity retention rate after high temperature storage = (50th cycle discharge capacity after high temperature storage / second cycle discharge capacity before high temperature storage) × 100
表1および図6から分かるように、4−クロロ−1,3−ジオキソラン−2−オンの含有量を増加させるに従い、高温保存後の放電容量維持率は向上し、極大値を示した後低下する傾向が見られた。また、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンと4−クロロ−1,3−ジオキソラン−2−オンとを共に用いた本実施例によれば、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンを用いていない比較例1−3,1−4に比べて、大幅に特性を向上させることができた。 As can be seen from Table 1 and FIG. 6, as the content of 4-chloro-1,3-dioxolan-2-one is increased, the discharge capacity retention rate after high-temperature storage is improved and decreased after showing a maximum value. The tendency to do was seen. In addition, according to this example using both 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one and 4-chloro-1,3-dioxolan-2-one, 4-fluoro-1,3-dioxolane Compared with Comparative Examples 1-3 and 1-4 that did not use 2-one, the characteristics could be greatly improved.
すなわち、電解液に炭酸エステルのフッ化物と、微量の炭酸エステルの塩化物とを含有するようにすれば、高温保存特性を向上させることができることが分かった。 That is, it was found that the high-temperature storage characteristics can be improved if the electrolytic solution contains a carbonate fluoride and a small amount of carbonate chloride.
(実施例2−1〜2−4,3−1〜3−4)
電解液における4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンと炭酸ジエチルとの質量比を変えたことを除き、他は実施例1−1〜1−8と同様にして二次電池を作製した。その際、実施例2−1〜2−4では、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン:炭酸ジエチル=7:3とし、実施例3−1〜3−4では、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン:炭酸ジエチル=2:8とした。また、4−クロロ−1,3−ジオキソラン−2−オンの電解液における含有量は、実施例2−1〜2−4,3−1〜3−4で、表2,3に示したように30質量ppmから5000質量ppmの範囲内で変化させた。
(Examples 2-1 to 2-4, 3-1 to 3-4)
A secondary battery was fabricated in the same manner as in Examples 1-1 to 1-8, except that the mass ratio of 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one and diethyl carbonate in the electrolytic solution was changed. did. At that time, in Examples 2-1 to 2-4, 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one: diethyl carbonate = 7: 3, and in Examples 3-1 to 3-4, 4-fluoro -1,3-dioxolan-2-one: diethyl carbonate = 2: 8. The content of 4-chloro-1,3-dioxolan-2-one in the electrolytic solution was as shown in Tables 2 and 3 in Examples 2-1 to 2-4 and 3-1 to 3-4. In the range of 30 mass ppm to 5000 mass ppm.
本実施例に対する比較例2−1,3−1として、電解液に4−クロロ−1,3−ジオキソラン−2−オンを添加しなかったことを除き、他は実施例2−1〜2−4,3−1〜3−4と同様にして二次電池を作製した。また、比較例2−2,3−2として、電解液における4−クロロ−1,3−ジオキソラン−2−オンの含有量を、10000質量ppm(1質量%)としたことを除き、他は実施例2−1〜2−4,3−1〜3−4と同様にして二次電池を作製した。 As Comparative Examples 2-1 and 3-1 for the present example, except that 4-chloro-1,3-dioxolan-2-one was not added to the electrolytic solution, other examples 2-1 to 2- Secondary batteries were fabricated in the same manner as 4,3-1 to 3-4. Moreover, as Comparative Examples 2-2 and 3-2, except that the content of 4-chloro-1,3-dioxolan-2-one in the electrolytic solution was 10000 mass ppm (1 mass%), Secondary batteries were fabricated in the same manner as in Examples 2-1 to 2-4 and 3-1 to 3-4.
作製した実施例2−1〜2−4,3−1〜3−4および比較例2−1,2−2,3−1,3−2の二次電池についても、実施例1−1〜1−8と同様にして、高温保存後の50サイクル目の放電容量維持率を式1により求めた。得られた結果を表2,3および図7に示す。なお、図7には実施例1−1〜1−8の結果も合わせて示した。 Also for the fabricated secondary batteries of Examples 2-1 to 2-4, 3-1 to 3-4 and Comparative Examples 2-1, 2-2, 3-1, 3-2, Examples 1-1 to In the same manner as in 1-8, the discharge capacity retention ratio at the 50th cycle after high-temperature storage was determined by Equation 1. The obtained results are shown in Tables 2 and 3 and FIG. FIG. 7 also shows the results of Examples 1-1 to 1-8.
表2,3および図7から分かるように、本実施例においても、実施例1−1〜1−8とほぼ同様の結果が得られた。すなわち、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンを含有するようにすれば、その含有量を変化させても、同様の効果を得られることが分かった。 As can be seen from Tables 2 and 3 and FIG. 7, the same results as in Examples 1-1 to 1-8 were also obtained in this example. That is, it was found that if 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one is contained, the same effect can be obtained even if the content is changed.
(実施例4−1〜4−4,5−1〜5−4,6−1〜6−4)
負極52の構成を変えたことを除き、他は実施例1−1〜1−8と同様にして二次電池を作製した。その際、負極活物質として実施例4−1〜4−4ではCoSnC含有材料粉末を用い、実施例5−1〜5−4では人造黒鉛粉末を用い、実施例6−1〜6−4ではリチウム金属を用いて、次のようにして負極52を作製した。
(Examples 4-1 to 4-4, 5-1 to 5-4, 6-1 to 6-4)
A secondary battery was fabricated in the same manner as in Examples 1-1 to 1-8, except that the configuration of the negative electrode 52 was changed. At that time, as the negative electrode active material, CoSnC-containing material powder was used in Examples 4-1 to 4-4, artificial graphite powder was used in Examples 5-1 to 5-4, and Examples 6-1 to 6-4 were used. The negative electrode 52 was produced using lithium metal as follows.
実施例4−1〜4−4では、負極活物質であるCoSnC含有材料粉末80質量部と、導電剤であるグラファイト11質量部およびアセチレンブラック1質量部と、結着剤であるポリフッ化ビニリデン8質量部とを、溶剤であるN−メチル−2−ピロリドンに分散させたのち、厚み10μmの銅箔よりなる負極集電体52Aに均一に塗布し乾燥させて負極活物質層52Bを形成し、直径16mmの円形に打ち抜いて負極52を作製した。
In Examples 4-1 to 4-4, 80 parts by mass of the CoSnC-containing material powder as the negative electrode active material, 11 parts by mass of graphite as the conductive agent and 1 part by mass of acetylene black, and polyvinylidene fluoride as the
その際、CoSnC含有材料粉末は、コバルト・スズ合金粉末と、炭素粉末とを混合し、メカノケミカル反応を利用して合成した。得られたCoSnC含有材料について組成の分析を行ったところ、コバルトの含有量は29.3質量%、スズの含有量は49.9質量%、炭素の含有量は19.8質量%、スズとコバルトとの合計に対するコバルトの割合Co/(Sn+Co)は37質量%であった。なお、炭素の含有量は、炭素・硫黄分析装置により測定し、コバルトおよびスズの含有量は、ICP(Inductively Coupled Plasma:誘導結合プラズマ)発光分析により測定した。また、得られたCoSnC含有材料についてX線回折を行ったところ、回折角2θ=20°〜50°の間に、回折角2θが1.0°以上の広い半値幅を有する回折ピークが観察された。更に、このCoSnC含有材料についてXPSを行ったところ、図8に示したようにピークP1が得られた。ピークP1を解析すると、表面汚染炭素のピークP2と、ピークP2よりも低エネルギー側にCoSnC含有材料中におけるC1sのピークP3とが得られた。このピークP3は、284.5eVよりも低い領域に得られた。すなわち、CoSnC含有材料中の炭素が他の元素と結合していることが確認された。 At that time, the CoSnC-containing material powder was synthesized using a mechanochemical reaction by mixing cobalt-tin alloy powder and carbon powder. When the composition of the obtained CoSnC-containing material was analyzed, the content of cobalt was 29.3 mass%, the content of tin was 49.9 mass%, the content of carbon was 19.8 mass%, The ratio Co / (Sn + Co) of cobalt to the total with cobalt was 37% by mass. The carbon content was measured by a carbon / sulfur analyzer, and the cobalt and tin contents were measured by ICP (Inductively Coupled Plasma) emission analysis. Further, when X-ray diffraction was performed on the obtained CoSnC-containing material, a diffraction peak having a wide half-width with a diffraction angle 2θ of 1.0 ° or more was observed between diffraction angles 2θ = 20 ° to 50 °. It was. Further, when XPS was performed on the CoSnC-containing material, a peak P1 was obtained as shown in FIG. When the peak P1 was analyzed, a peak P2 of surface contamination carbon and a peak P3 of C1s in the CoSnC-containing material on the lower energy side than the peak P2 were obtained. This peak P3 was obtained in a region lower than 284.5 eV. That is, it was confirmed that carbon in the CoSnC-containing material was bonded to other elements.
実施例5−1〜5−4では、負極活物質である人造黒鉛粉末95質量部と、結着剤であるポリフッ化ビニリデン5質量部とを、溶剤であるN−メチル−2−ピロリドンに分散させたのち、厚み10μmの銅箔よりなる負極集電体52Aに均一に塗布し乾燥させて負極活物質層52Bを形成し、直径16mmの円形に打ち抜いて負極52を作製した。
In Examples 5-1 to 5-4, 95 parts by mass of artificial graphite powder as a negative electrode active material and 5 parts by mass of polyvinylidene fluoride as a binder were dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent. Then, it was uniformly applied to a negative electrode current collector 52A made of a copper foil having a thickness of 10 μm and dried to form a negative electrode
実施例6−1〜6−4では、厚み15μmの銅箔よりなる負極集電体52Aにリチウム金属箔を貼り付けることにより負極活物質層52Bを形成し、負極52を作製した。すなわち、実施例6−1〜6−4は、負極52の容量がリチウムの析出および溶解により表されるリチウム金属二次電池である。
In Examples 6-1 to 6-4, the negative electrode
なお、実施例4−1〜4−4,5−1〜5−4,6−1〜6−4において、4−クロロ−1,3−ジオキソラン−2−オンの電解液における含有量は、表4〜6に示したように30質量ppmから5000質量ppmの範囲内で変化させた。 In Examples 4-1 to 4-4, 5-1 to 5-4, 6-1 to 6-4, the content of 4-chloro-1,3-dioxolan-2-one in the electrolyte solution is As shown in Tables 4-6, it was changed within the range of 30 ppm to 5000 ppm by mass.
本実施例に対する比較例4−1,5−1,6−1として、電解液に4−クロロ−1,3−ジオキソラン−2−オンを添加しなかったことを除き、他は本実施例と同様にして二次電池を作製した。また、比較例4−2,5−2,6−2として、電解液における4−クロロ−1,3−ジオキソラン−2−オンの含有量を、10000質量ppm(1質量%)としたことを除き、他は本実施例と同様にして二次電池を作製した。更に、比較例4−3,4−4,5−3,5−4,6−3,6−4として、電解液に4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンに代えて炭酸エチレンを用いると共に、比較例4−3,5−3,6−3では4−クロロ−1,3−ジオキソラン−2−オンを添加せず、比較例4−4,5−4,6−4では電解液における4−クロロ−1,3−ジオキソラン−2−オンの含有量を1000質量ppmとしたことを除き、他は本実施例と同様にして二次電池を作製した。 As Comparative Examples 4-1, 5-1 and 6-1 with respect to the present example, except that 4-chloro-1,3-dioxolan-2-one was not added to the electrolyte, Similarly, a secondary battery was produced. Further, as Comparative Examples 4-2, 5-2, and 6-2, the content of 4-chloro-1,3-dioxolan-2-one in the electrolytic solution was 10000 mass ppm (1 mass%). Except for this, a secondary battery was fabricated in the same manner as in this example. Further, as Comparative Examples 4-3, 4-4, 5-3, 5-4, 6-3, 6-4, ethylene carbonate was used instead of 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one in the electrolyte. In Comparative Examples 4-3, 5-3, and 6-3, 4-chloro-1,3-dioxolan-2-one was not added. In Comparative Examples 4-4, 5-4, and 6-4, A secondary battery was fabricated in the same manner as in this example, except that the content of 4-chloro-1,3-dioxolan-2-one in the electrolytic solution was 1000 ppm by mass.
作製した実施例4−1〜4−4,5−1〜5−4,6−1〜6−4および比較例4−1〜4−4,5−1〜5−4,6−1〜6−4の二次電池についても、実施例1−1〜1−8と同様にして、高温保存後の50サイクル目の放電容量維持率を式1により求めた。得られた結果を表4〜6および図9〜11に示す。 Examples 4-1 to 4-4, 5-1 to 5-4, 6-1 to 6-4 and Comparative Examples 4-1 to 4-4, 5-1 to 5-4, 6-1 to For the secondary battery of 6-4, the discharge capacity retention ratio at the 50th cycle after high temperature storage was determined by Equation 1 in the same manner as in Examples 1-1 to 1-8. The obtained results are shown in Tables 4 to 6 and FIGS.
表4〜6および図9〜11から分かるように、本実施例においても、実施例1−1〜1−8と同様に、4−クロロ−1,3−ジオキソラン−2−オンの含有量を増加させるに従い、高温保存後の放電容量維持率は向上し、極大値を示した後低下する傾向が見られた。また、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンと4−クロロ−1,3−ジオキソラン−2−オンとを共に用いるようにすれば、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンを用いていない場合に比べて、大幅に特性を向上させることができた。すなわち、他の負極活物質を用いても、同様の効果を得られることが分かった。 As can be seen from Tables 4 to 6 and FIGS. 9 to 11, the content of 4-chloro-1,3-dioxolan-2-one in this example was also the same as in Examples 1-1 to 1-8. As the value increased, the discharge capacity retention rate after high-temperature storage improved and showed a tendency to decrease after showing the maximum value. If 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one and 4-chloro-1,3-dioxolan-2-one are used together, 4-fluoro-1,3-dioxolane-2-one can be used. Compared with the case where ON is not used, the characteristics can be greatly improved. That is, it was found that the same effect can be obtained even when other negative electrode active materials are used.
以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は実施の形態および実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態および実施例では、電解質として電解液を用いる場合について説明し、更に上記実施の形態では、電解液を高分子化合物に保持させたゲル状電解質を用いる場合についても説明したが、他の電解質を用いるようにしてもよい。他の電解質としては、例えば、イオン伝導性セラミックス,イオン伝導性ガラスあるいはイオン性結晶などのイオン伝導性無機化合物と電解液とを混合したもの、または他の無機化合物と電解液とを混合したもの、またはこれらの無機化合物とゲル状電解質とを混合したものが挙げられる。 Although the present invention has been described with reference to the embodiments and examples, the present invention is not limited to the embodiments and examples, and various modifications can be made. For example, in the above-described embodiments and examples, the case where an electrolytic solution is used as the electrolyte is described. In the above-described embodiment, the case where a gel electrolyte in which the electrolytic solution is held in a polymer compound is used is also described. Other electrolytes may be used. Other electrolytes include, for example, a mixture of an ion conductive inorganic compound such as ion conductive ceramics, ion conductive glass or ionic crystal and an electrolytic solution, or a mixture of another inorganic compound and an electrolytic solution. Or a mixture of these inorganic compounds and a gel electrolyte.
また、上記実施の形態および実施例では、電極反応物質としてリチウムを用いる電池について説明したが、ナトリウム(Na)あるいはカリウム(K)などの他のアルカリ金属、またはマグネシウムあるいはカルシウム(Ca)などのアルカリ土類金属、またはアルミニウムなどの他の軽金属を用いる場合についても、本発明を適用することができる。その際、負極には、上記実施の形態で説明した負極活物質、例えばスズまたはケイ素を構成元素として含む材料、あるいは炭素材料などを同様にして用いることができる。 In the above embodiment and examples, a battery using lithium as an electrode reactant has been described. However, other alkali metals such as sodium (Na) or potassium (K), or alkalis such as magnesium or calcium (Ca) are used. The present invention can also be applied to the case of using an earth metal or another light metal such as aluminum. At that time, the negative electrode active material described in the above embodiment, for example, a material containing tin or silicon as a constituent element, or a carbon material can be used in the same manner for the negative electrode.
更に、上記実施の形態または実施例では、円筒型,ラミネートフィルム型あるいはコイン型の二次電池を具体的に挙げて説明したが、本発明はボタン型、あるいは角型などの他の形状を有する二次電池、または積層構造などの他の構造を有する二次電池についても同様に適用することができる。また、本発明は、二次電池に限らず、一次電池などの他の電池についても同様に適用することができる。 Further, in the above-described embodiment or example, a cylindrical type, laminated film type, or coin type secondary battery has been specifically described, but the present invention has other shapes such as a button type or a square type. The present invention can be similarly applied to a secondary battery or a secondary battery having another structure such as a laminated structure. Further, the present invention is not limited to the secondary battery, and can be similarly applied to other batteries such as a primary battery.
11…電池缶、12,13…絶縁板、14…電池蓋、15…安全弁機構、15A…ディスク板、16…熱感抵抗素子、17…ガスケット、20,30…巻回電極体、21,33,51…正極、21A,33A,51A…正極集電体、21B,33B,51B…正極活物質層、22,34,52…負極、22A,34A,52A…負極集電体、22B,34B,52B…負極活物質層、23,35,53…セパレータ、24…センターピン、25,31…正極リード、26,32…負極リード、36…電解質層、37…保護テープ、40…外装部材、41…密着フィルム。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Battery can, 12, 13 ... Insulation board, 14 ... Battery cover, 15 ... Safety valve mechanism, 15A ... Disc board, 16 ... Heat sensitive resistance element, 17 ... Gasket, 20, 30 ... Winding electrode body, 21, 33 , 51 ... positive electrode, 21A, 33A, 51A ... positive electrode current collector, 21B, 33B, 51B ... positive electrode active material layer, 22, 34, 52 ... negative electrode, 22A, 34A, 52A ... negative electrode current collector, 22B, 34B, 52B ... negative electrode active material layer, 23, 35, 53 ... separator, 24 ... center pin, 25, 31 ... positive electrode lead, 26, 32 ... negative electrode lead, 36 ... electrolyte layer, 37 ... protective tape, 40 ... exterior member, 41 ... adhesion film.
Claims (8)
前記電解液における前記炭酸エステルの塩化物の含有量は、5質量ppm以上8000質量ppm以下の範囲内であり、
前記炭酸エステルのフッ化物の前記溶媒における含有量は、20質量%以上70質量%以下の範囲内である、非水二次電池用電解液。 A fluoride charcoal ester, an electrolyte for non-aqueous secondary battery comprising a solvent containing a chloride of carbonic acid ester,
The carbonate content of the carbonate in the electrolytic solution is in the range of 5 ppm to 8000 ppm by mass,
The electrolyte solution for a non-aqueous secondary battery, wherein the content of the carbonate ester fluoride in the solvent is in the range of 20% by mass to 70% by mass.
更に、粘度が1mPa・s以下の低粘度溶媒として、鎖式炭酸エステル、鎖式カルボン酸エステル、ケトン、エーテル、鎖式アミドおよび鎖式カルバミン酸エステルのうちの少なくとも1種を含有する、請求項1または請求項2に記載の非水二次電池用電解液。 As the fluoride of the carbonic acid ester contains a fluoride of cyclic carbonate, a chloride of the carbonic acid ester contains a salt product of cyclic carbonate,
Furthermore, the low-viscosity solvent having a viscosity of 1 mPa · s or less contains at least one of a chain carbonate ester, a chain carboxylate ester, a ketone, an ether, a chain amide, and a chain carbamate ester. The electrolyte solution for nonaqueous secondary batteries of Claim 1 or Claim 2.
前記電解液は、溶媒として、炭酸エステルのフッ化物と、炭酸エステルの塩化物とを含有し、
前記電解液における炭酸エステルの塩化物の含有量は、5質量ppm以上8000質量ppm以下の範囲内であり、
前記溶媒における炭酸エステルのフッ化物の含有量は、20質量%以上70質量%以下の範囲内である、非水二次電池。 An electrolyte is provided together with the positive electrode and the negative electrode,
The electrolytic solution contains, as a solvent, a carbonate ester fluoride and a carbonate ester chloride,
The carbonate ester chloride content in the electrolyte solution is in the range of 5 ppm to 8000 ppm by mass,
The non-aqueous secondary battery in which the content of the carbonate ester fluoride in the solvent is in the range of 20% by mass to 70% by mass.
前記電解液は、更に、粘度が1mPa・s以下の低粘度溶媒として、鎖式炭酸エステル、鎖式カルボン酸エステル、ケトン、エーテル、鎖式アミドおよび鎖式カルバミン酸エステルのうちの少なくとも1種を含有する、請求項5または請求項6に記載の非水二次電池。 As the fluoride of the carbonic acid ester contains a fluoride of cyclic carbonate, a chloride of the carbonic acid ester contains a salt product of cyclic carbonate,
The electrolyte further includes at least one of a chain carbonate ester, a chain carboxylate ester, a ketone, an ether, a chain amide, and a chain carbamate ester as a low viscosity solvent having a viscosity of 1 mPa · s or less. The nonaqueous secondary battery according to claim 5 or 6, which is contained.
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