Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP6864033B2 - Dual ion battery - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP6864033B2 - Dual ion battery - Google Patents

Dual ion battery Download PDF

Info

Publication number
JP6864033B2
JP6864033B2 JP2019089335A JP2019089335A JP6864033B2 JP 6864033 B2 JP6864033 B2 JP 6864033B2 JP 2019089335 A JP2019089335 A JP 2019089335A JP 2019089335 A JP2019089335 A JP 2019089335A JP 6864033 B2 JP6864033 B2 JP 6864033B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ion battery
positive electrode
negative electrode
active material
dual
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Active
Application number
JP2019089335A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2020187826A (en
Inventor
直哉 小林
直哉 小林
小山 俊洋
俊洋 小山
敏広 浅田
敏広 浅田
亮太 石井
亮太 石井
和位 副田
和位 副田
卓矢 高橋
卓矢 高橋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IELECTROLYTE CO., LTD.
TPR Co Ltd
Original Assignee
IELECTROLYTE CO., LTD.
TPR Co Ltd
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 IELECTROLYTE CO., LTD., TPR Co Ltd filed Critical IELECTROLYTE CO., LTD.
Priority to JP2019089335A priority Critical patent/JP6864033B2/en
Publication of JP2020187826A publication Critical patent/JP2020187826A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6864033B2 publication Critical patent/JP6864033B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Description

本発明は、デュアルイオンバッテリに関する。 The present invention relates to a dual ion battery.

従来、電気エネルギーを貯蔵する蓄電デバイスとして、電気二重層キャパシタ(EDLC:Electric double−layer capacitor)やリチウムイオン二次電池(LIB:lithium−ion battery)が知られている。電気二重層キャパシタは、リチウムイオン二次電池と比較して、サイクル寿命が長く、充電速度が速く、出力密度が高いなどの点で優れている。一方、リチウムイオン二次電池は、電気二重層キャパシタと比較して、エネルギー密度(体積エネルギー密度)が高いという利点がある。 Conventionally, electric double layer capacitors (EDLC: Electric double-layer capacitors) and lithium ion secondary batteries (LIB: lithium-ion battery) are known as storage devices for storing electric energy. The electric double layer capacitor is superior to the lithium ion secondary battery in that it has a long cycle life, a high charging speed, and a high output density. On the other hand, the lithium ion secondary battery has an advantage that the energy density (volume energy density) is higher than that of the electric double layer capacitor.

また、最近では、電解液として、電解質塩を含む非水溶媒を用い、正極活物質として、電解質塩のアニオンを吸蔵及び放出可能な物質を用い、負極活物質として、電解質塩のカチオンを吸蔵及び放出可能な物質を用いた蓄電デバイスが検討されている。この蓄電デバイスは、電解質塩のアニオンとカチオンの2つのイオンをそれぞれ正極活物質と負極活物質に吸蔵及び放出させて充放電を行うことからデュアルイオンバッテリと呼ばれている。デュアルイオンバッテリは、サイクル寿命、充電速度、出力密度などの特性は電気二重層キャパシタと同様に優れ、かつエネルギー密度はリチウムイオン二次電池と同様に高いことから、注目されている。 Recently, a non-aqueous solvent containing an electrolyte salt is used as an electrolytic solution, a substance capable of occluding and releasing anions of an electrolyte salt is used as a positive electrode active material, and a cation of an electrolyte salt is occluded and released as a negative electrode active material. A power storage device using a releaseable substance is being studied. This power storage device is called a dual ion battery because it occludes and discharges two ions, an anion and a cation of an electrolyte salt, into a positive electrode active material and a negative electrode active material, respectively, to charge and discharge the battery. Dual-ion batteries are attracting attention because they have excellent characteristics such as cycle life, charging speed, and output density as well as electric double layer capacitors, and their energy density is as high as that of lithium-ion secondary batteries.

特許文献1には、非水溶媒として、エチルメチルカーボネートと環状カーボネートを含む混合溶媒を用いたデュアルイオンバッテリが開示されている。この特許文献1の実施例には、正極活物質として黒鉛を用い、負極活物質としてチタン酸リチウムを用い、電解液として、LiPFを1.8モル/L、LiBFを0.2モル/Lの割合で含む混合溶媒を用いたデュアルイオンバッテリが記載されている。 Patent Document 1 discloses a dual ion battery using a mixed solvent containing ethyl methyl carbonate and cyclic carbonate as a non-aqueous solvent. In the examples of Patent Document 1, graphite is used as the positive electrode active material, lithium titanate is used as the negative electrode active material, and LiPF 6 is 1.8 mol / L and LiBF 4 is 0.2 mol / L as the electrolytic solution. Dual ion batteries using a mixed solvent containing in a proportion of L are described.

特開2018−41636号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2018-41636

ところで、蓄電デバイスは、一般に充放電容量が高く、サイクル寿命が長いことが要求される。また、自動車用の蓄電デバイスなど屋外で利用されている蓄電デバイスでは、環境温度による充放電容量やサイクル寿命の変動が小さいことが要求される。
しかしながら、従来のデュアルイオンバッテリでは、夏場の高温環境下では、電解液や電解質塩が分解しやすく、サイクル寿命が短くなるおそれがあった。一方、冬場の低温環境下では、アニオンやカチオンのイオン伝導度が低下して、充放電容量が低くなるおそれがあった。
By the way, the power storage device is generally required to have a high charge / discharge capacity and a long cycle life. Further, in a power storage device used outdoors such as a power storage device for an automobile, it is required that the charge / discharge capacity and the cycle life fluctuate little depending on the environmental temperature.
However, in the conventional dual ion battery, the electrolyte solution and the electrolyte salt are easily decomposed in a high temperature environment in summer, and the cycle life may be shortened. On the other hand, in a low temperature environment in winter, the ionic conductivity of anions and cations may decrease, resulting in a decrease in charge / discharge capacity.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、充放電容量が高く、サイクル寿命が長いデュアルイオンバッテリ、特に高温環境下でのサイクル寿命が長く、低温環境下での充放電容量の低下が抑制されたデュアルイオンバッテリを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and a dual ion battery having a high charge / discharge capacity and a long cycle life, particularly a dual ion battery having a long cycle life in a high temperature environment and a decrease in the charge / discharge capacity in a low temperature environment. It is an object of the present invention to provide a suppressed dual ion battery.

本発明の発明者は、正極活物質として黒鉛を、負極活物質として、一般式がLiTi12で表されるスピネル型リチウムチタン酸化物を用いたデュアルイオンバッテリにおいて、電解液として、六フッ化リン酸リチウムと四フッ化ホウ酸塩とを所定の割合で含む非水溶媒を用いると、高温環境下でのサイクル寿命が長くなり、低温環境下での充放電容量の低下が抑制されることを見出して、本発明を完成させた。 The inventor of the present invention uses graphite as a positive electrode active material and spinel-type lithium titanium oxide having a general formula represented by Li 4 Ti 5 O 12 as a negative electrode active material as an electrolytic solution in a dual ion battery. When a non-aqueous solvent containing lithium hexafluoride phosphate and borate tetrafluoride in a predetermined ratio is used, the cycle life in a high temperature environment is extended, and the decrease in charge / discharge capacity in a low temperature environment is suppressed. The present invention was completed by finding that it was done.

従って、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。
[1]非水溶媒及び前記非水溶媒に溶解された電解質塩を含む電解液と、前記電解質塩のアニオンを吸蔵及び放出可能な正極活物質を含む正極と、前記電解質塩のカチオンを吸蔵及び放出可能な負極活物質を含む負極とを備えるデュアルイオンバッテリであって、前記正極活物質は、黒鉛を含み、前記負極活物質は、一般式がLiTi12で表されるスピネル型リチウムチタン酸化物を含み、前記電解質塩は、六フッ化リン酸リチウムと四フッ化ホウ酸塩とを含み、前記四フッ化ホウ酸塩の含有量が、前記六フッ化リン酸リチウム1モルに対して0.15モル以上0.60モル以下の範囲内にあることを特徴とするデュアルイオンバッテリ。
Therefore, in order to solve the above problems, the following means are provided.
[1] An electrolytic solution containing a non-aqueous solvent and an electrolyte salt dissolved in the non-aqueous solvent, a positive electrode containing a positive electrode active material capable of storing and releasing anions of the electrolyte salt, and a cation of the electrolyte salt are stored and stored. A dual ion battery including a negative electrode containing a dischargeable negative electrode active material, wherein the positive electrode active material contains graphite, and the negative electrode active material is a spinel type represented by a general formula of Li 4 Ti 5 O 12. The electrolyte salt contains lithium titanium oxide, the electrolyte salt contains lithium hexafluorophosphate and borate tetrafluoride, and the content of the borate tetrafluoride is 1 mol of the lithium hexafluoride phosphate. A dual ion battery characterized in that it is in the range of 0.15 mol or more and 0.60 mol or less.

[2]前記四フッ化ホウ酸塩が、四フッ化ホウ酸リチウム、四フッ化ホウ酸テトラエチルアンモニウム、四フッ化ホウ酸トリエチルメチルアンモニウム、四フッ化ホウ酸スピロビピロリジニウム及び四フッ化ホウ酸1−エチル−3−メチルイミダゾリウムからなる群より選択される少なくとも1種の化合物を含む[1]に記載のデュアルイオンバッテリ。
[3]前記電解質塩が、さらに、ビスオキサラトホウ酸塩及びジフルオロオキサラトホウ酸塩の少なくとも一方を含む[1]または[2]に記載のデュアルイオンバッテリ。
[2] The tetrafluoroborate is lithium borate tetrafluorate, tetraethylammonium borate tetrafluoride, triethylmethylammonium borate tetrafluorate, spirobipyrrolidinium tetrafluoride, and tetrafluoride. The dual ion battery according to [1], which comprises at least one compound selected from the group consisting of 1-ethyl borate-3-methylimidazolium borate.
[3] The dual ion battery according to [1] or [2], wherein the electrolyte salt further contains at least one of bisoxalatoborate and difluorooxalatoborate.

[4]前記非水溶媒が、環状カーボネート及び鎖状カーボネートからなる群より選択される少なくとも1種の化合物を含む[1]〜[3]のいずれか1つに記載のデュアルイオンバッテリ。
[5]前記環状カーボネートが、プロピレンカーボネート及びエチレンカーボネートからなる群から選択される少なくとも1種の化合物を含む[4]に記載のデュアルイオンバッテリ。
[6]前記鎖状カーボネートが、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート及びエチルメチルカーボネートからなる群から選択される少なくとも1種の化合物を含む[4]に記載のデュアルイオンバッテリ。
[4] The dual ion battery according to any one of [1] to [3], wherein the non-aqueous solvent contains at least one compound selected from the group consisting of cyclic carbonate and chain carbonate.
[5] The dual ion battery according to [4], wherein the cyclic carbonate contains at least one compound selected from the group consisting of propylene carbonate and ethylene carbonate.
[6] The dual ion battery according to [4], wherein the chain carbonate contains at least one compound selected from the group consisting of dimethyl carbonate, diethyl carbonate and ethyl methyl carbonate.

[7]前記正極は、正極集電体を有し、前記負極は、負極集電体を有し、前記正極集電体及び前記負極集電体は、プレーンアルミニウム材、エッチドアルミニウム材、及び非晶質炭素被膜で被覆されたアルミニウム材からなる群より選択されるアルミニウム含有部材である[1]〜[6]のいずれか1つに記載のデュアルイオンバッテリ。 [7] The positive electrode has a positive electrode current collector, the negative electrode has a negative electrode current collector, and the positive electrode current collector and the negative electrode current collector are plain aluminum material, etched aluminum material, and The dual ion battery according to any one of [1] to [6], which is an aluminum-containing member selected from the group consisting of an aluminum material coated with an amorphous carbon film.

本発明によれば、充放電容量が高く、サイクル寿命が長いデュアルイオンバッテリ、特に高温環境下でのサイクル寿命が長く、低温環境下での充放電容量の低下が抑制されたデュアルイオンバッテリを提供することが可能となる。 According to the present invention, there is provided a dual ion battery having a high charge / discharge capacity and a long cycle life, particularly a dual ion battery having a long cycle life in a high temperature environment and suppressing a decrease in the charge / discharge capacity in a low temperature environment. It becomes possible to do.

実施例1及び9〜12で作製したコイン型デュアルイオンバッテリの電解液のLiPFの濃度と相対エネルギー密度の関係を示すグラフである。 6 is a graph showing the relationship between the concentration of LiPF 6 and the relative energy density of the electrolytic solution of the coin-type dual ion battery produced in Examples 1 and 9 to 12.

以下、本発明の一実施形態に係るデュアルイオンバッテリについて説明する。なお、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。 Hereinafter, the dual ion battery according to the embodiment of the present invention will be described. The materials, dimensions, etc. exemplified in the following description are examples, and the present invention is not limited thereto, and the present invention can be appropriately modified without changing the gist thereof.

本実施形態に係るデュアルイオンバッテリは、非水溶媒及びこの非水溶媒に溶解された電解質塩を含む電解液と、電解質塩のアニオンを吸蔵及び放出可能な正極活物質を含む正極と、電解質塩のカチオンを吸蔵及び放出可能な負極活物質を含む負極とを備える。 The dual ion battery according to the present embodiment includes an electrolytic solution containing a non-aqueous solvent and an electrolyte salt dissolved in the non-aqueous solvent, a positive electrode containing a positive electrode active material capable of storing and releasing anions of the electrolyte salt, and an electrolyte salt. It is provided with a negative electrode containing a negative electrode active material capable of storing and releasing the cations of the above.

<電解液>
電解液は、非水溶媒と電解質塩を含む。本実施形態のデュアルイオンバッテリでは、充電時には、電解液中の電解質塩のアニオンが正極活物質に、電解液中の電解質塩のカチオンが負極活物質にそれぞれ吸蔵され、放電時には、正極活物質中のアニオンが電解液に、負極活物質中のカチオンが電解液にそれぞれ放出される。
<Electrolytic solution>
The electrolytic solution contains a non-aqueous solvent and an electrolyte salt. In the dual ion battery of the present embodiment, the anion of the electrolyte salt in the electrolytic solution is stored in the positive electrode active material during charging, the cation of the electrolyte salt in the electrolytic solution is stored in the negative electrode active material, and in the positive electrode active material during discharging. The anion of the above is released into the electrolytic solution, and the cation in the negative electrode active material is released into the electrolytic solution.

[非水溶媒]
非水溶媒としては、電解質塩を溶解可能な有機溶媒が用いられる。非水溶媒は、環状カーボネート及び鎖状カーボネートからなる群より選択される少なくとも1種の化合物を含むことが好ましい。環状カーボネートとしては、プロピレンカーボネート(PC)及びエチレンカーボネート(EC)を用いることができる。鎖状カーボネートとしては、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)及びエチルメチルカーボネート(EMC)を用いることができる。これらの環状カーボネート及び鎖状カーボネートは、1種を単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
[Non-aqueous solvent]
As the non-aqueous solvent, an organic solvent capable of dissolving the electrolyte salt is used. The non-aqueous solvent preferably contains at least one compound selected from the group consisting of cyclic carbonates and chain carbonates. As the cyclic carbonate, propylene carbonate (PC) and ethylene carbonate (EC) can be used. As the chain carbonate, dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC) and ethyl methyl carbonate (EMC) can be used. These cyclic carbonates and chain carbonates may be used alone or in combination of two or more.

非水溶媒は、1種もしくは2種以上の鎖状カーボネート、あるいは鎖状カーボネートと環状カーボネートとの混合物であることが好ましく、1種の鎖状カーボネートであることが特に好ましい。1種の鎖状カーボネートは、EMCであることが好ましい。鎖状カーボネートと環状カーボネートとの混合物は、質量比で70:30〜95:5(前者:後者)の範囲内にあることが好ましい。 The non-aqueous solvent is preferably one kind or two or more kinds of chain carbonates, or a mixture of chain carbonates and cyclic carbonates, and particularly preferably one kind of chain carbonates. One type of chain carbonate is preferably EMC. The mixture of the chain carbonate and the cyclic carbonate is preferably in the range of 70:30 to 95: 5 (the former: the latter) in terms of mass ratio.

[電解質塩]
本実施形態において、電解質塩は六フッ化リン酸リチウム(LiPF)と四フッ化ホウ酸塩(XBF、Xはカチオンを表す)とを含む。
六フッ化リン酸リチウムは、主として、デュアルイオンバッテリの充放電反応で利用される。すなわち、本実施形態のデュアルイオンバッテリでは、アニオンとして、六フッ化リン酸イオン(PF )が利用され、カチオンとして、リチウムイオン(Li)が利用される。しかし、本発明者の検討によると、電解質塩として、六フッ化リン酸リチウムを用いると充電時にガスが発生しやすくなる傾向がある。これは、充電時、すなわちアニオンの六フッ化リン酸イオンが正極活物質に吸蔵される際に、正極活物質内に残存する水分あるいはセパレータ、電解液、負極等に含まれる水分と六フッ化リン酸イオンとが反応してフッ化水素が発生し、その正極側で発生したフッ化水素が負極側に移動し、負極活物質上で分解して水素ガスが発生するためであると考えられる。
[Electrolyte salt]
In this embodiment, the electrolyte salt comprises lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) and borate tetrafluoride (XBF 4 , X represents a cation).
Lithium hexafluorophosphate is mainly used in the charge / discharge reaction of a dual ion battery. That is, in the dual ion battery of the present embodiment, hexafluoride phosphate ion (PF 6 ) is used as an anion, and lithium ion (Li + ) is used as a cation. However, according to the study of the present inventor, when lithium hexafluorophosphate is used as the electrolyte salt, gas tends to be easily generated during charging. This is because the water remaining in the positive electrode active material or the water contained in the separator, the electrolytic solution, the negative electrode, etc. and the hexafluoride when charging, that is, when the anionic hexafluorophosphate ion is stored in the positive electrode active material. It is considered that this is because hydrogen fluoride is generated by reacting with phosphate ions, and the hydrogen fluoride generated on the positive electrode side moves to the negative electrode side and decomposes on the negative electrode active material to generate hydrogen gas. ..

一方、四フッ化ホウ酸塩は、充電時のガスの発生を抑制する効果がある。四フッ化ホウ酸塩がガスの発生を抑制する機構は、四フッ化ホウ酸塩によって水分と六フッ化リン酸イオンとの反応が抑えられ、フッ化水素の発生量が低減するためであると考えられる。この充電時のガスの発生を抑制する効果を得るために、本実施形態では、四フッ化ホウ酸塩の含有量を、六フッ化リン酸リチウム1モルに対して0.15モル以上0.60モル以下の範囲内と設定している。この六フッ化リン酸リチウム1モルに対する四フッ化ホウ酸塩の含有量は、0.2モル以上0.50モル以下の範囲内にあることが好ましい。 On the other hand, borate tetrafluoride has the effect of suppressing the generation of gas during charging. The mechanism by which borate tetrafluoride suppresses the generation of gas is that borate tetrafluoride suppresses the reaction between water and hexafluoride phosphate ions, reducing the amount of hydrogen fluoride generated. it is conceivable that. In order to obtain the effect of suppressing the generation of gas during charging, in the present embodiment, the content of borate tetrafluoride is set to 0.15 mol or more with respect to 1 mol of lithium hexafluoride. It is set within the range of 60 mol or less. The content of borate tetrafluoride with respect to 1 mol of lithium hexafluorophosphate is preferably in the range of 0.2 mol or more and 0.50 mol or less.

四フッ化ホウ酸塩のカチオンは、1価のカチオンであることが好ましい。四フッ化ホウ酸塩のカチオンは、リチウムイオン又は第4級アンモニウムイオンであることが特に好ましい。 The cation of borate tetrafluoride is preferably a monovalent cation. The cation of borate tetrafluoride is particularly preferably lithium ion or quaternary ammonium ion.

第4級アンモニウムイオンは、下記の一般式(1)で表されるものであることが好ましい。
・・・(1)
上記の一般式(1)において、R、R、R及びRは、それぞれ独立して、炭素原子数が1〜10の炭化水素基を表す。炭化水素基は、炭素原子数が1〜6のアルキル基又は炭素原子数が7〜10のアラルキル基であることが好ましい。アルキル基は、直鎖状であってもよいし、分岐鎖状であってもよい。また、2つの炭化水素基は互いに単結合又は置換基を有していてもよい窒素原子を介して結合して環を形成していてもよい。
The quaternary ammonium ion is preferably represented by the following general formula (1).
N + R 1 R 2 R 3 R 4 ... (1)
In the above general formula (1), R 1 , R 2 , R 3 and R 4 independently represent hydrocarbon groups having 1 to 10 carbon atoms. The hydrocarbon group is preferably an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms or an aralkyl group having 7 to 10 carbon atoms. The alkyl group may be linear or branched. Further, the two hydrocarbon groups may be bonded to each other via a nitrogen atom which may have a single bond or a substituent to form a ring.

四フッ化ホウ酸塩の例としては、四フッ化ホウ酸リチウム、四フッ化ホウ酸テトラエチルアンモニウム、四フッ化ホウ酸トリエチルメチルアンモニウム、四フッ化ホウ酸スピロビピロリジニウム及び四フッ化ホウ酸1−エチル−3−メチルイミダゾリウムが挙げられる。これらの四フッ化ホウ酸塩は、1種を単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。 Examples of borate tetrafluoroate are lithium borate tetrafluorate, tetraethylammonium borate tetrafluoride, triethylmethylammonium borate tetrafluoride, spirobipyrrolidinium borate tetrafluoride, and borate tetrafluoride. Examples thereof include 1-ethyl-3-methylimidazolium acid. These tetrafluoride borates may be used alone or in combination of two or more.

電解液中の六フッ化リン酸リチウムの濃度は、1.5モル/L以上3.5モル/L以下の範囲内にあることが好ましく、2.0モル/L以上3.0モル/L以下の範囲内にあることが特に好ましい。六フッ化リン酸リチウムの濃度を上記の範囲内とすることによって充電時のガスの発生をより抑制することができる。これは、電解質塩のアニオン(PF )とカチオン(Li)が安定な溶媒和を形成することによって、フリーで存在する非水溶媒が減少し、これにより、正極側で発生したフッ化水素が負極側に移動しにくくなるためであると考えられる。また、電解液中の四フッ化ホウ酸リチウムの濃度は、0.23モル/L以上2.0モル/L以下の範囲内にあることが好ましく、0.3モル/L以上1.5モル/L以下の範囲内にあることが特に好ましい。さらに、電解液中の六フッ化リン酸リチウムと四フッ化ホウ酸リチウムの合計濃度は、1.7モル/L以上5.0モル/L以下の範囲内にあることが好ましく、2.2モル/L以上4.0モル/L以下の範囲内にあることが特に好ましい。なお、六フッ化リン酸リチウム及び四フッ化ホウ酸リチウムの濃度は、放電状態での濃度である。また、その濃度の最適値は、電解質塩を溶かす溶媒の種類によって異なる。 The concentration of lithium hexafluorophosphate in the electrolytic solution is preferably in the range of 1.5 mol / L or more and 3.5 mol / L or less, and 2.0 mol / L or more and 3.0 mol / L or less. It is particularly preferable that it is within the following range. By setting the concentration of lithium hexafluorophosphate within the above range, it is possible to further suppress the generation of gas during charging. This is because the anion (PF 6 ) of the electrolyte salt and the cation (Li + ) form a stable solvation, which reduces the amount of non-aqueous solvent that exists free of charge, which results in the fluoride generated on the positive electrode side. This is considered to be because it becomes difficult for hydrogen to move to the negative electrode side. The concentration of lithium tetrafluoroborate in the electrolytic solution is preferably in the range of 0.23 mol / L or more and 2.0 mol / L or less, and 0.3 mol / L or more and 1.5 mol. It is particularly preferable that it is within the range of / L or less. Further, the total concentration of lithium hexafluorophosphate and lithium tetrafluoroborate in the electrolytic solution is preferably in the range of 1.7 mol / L or more and 5.0 mol / L or less, 2.2. It is particularly preferable that the concentration is in the range of molar / L or more and 4.0 molar / L or less. The concentrations of lithium hexafluorophosphate and lithium tetrafluoroborate are the concentrations in the discharged state. The optimum value of the concentration depends on the type of solvent that dissolves the electrolyte salt.

電解質塩として、さらに、ビスオキサラトホウ酸塩及びジフルオロオキサラトホウ酸塩の少なくとも一方を含んでいてもよい。これらのホウ酸塩は、充電時のガスの発生をさらに抑制する効果がある。ビスオキサラトホウ酸塩及びジフルオロオキサラトホウ酸塩のカチオンは、1価のカチオンであることが好ましい。四フッ化ホウ酸塩のカチオンは、リチウムイオン又は第4級アンモニウムイオンであることが特に好ましい。第4級アンモニウムイオンの例は、四フッ化ホウ酸塩の場合と同じである。 The electrolyte salt may further contain at least one of bisoxalatoborate and difluorooxalatoborate. These borates have the effect of further suppressing the generation of gas during charging. The cations of bisoxalatoborate and difluorooxalatoborate are preferably monovalent cations. The cation of borate tetrafluoride is particularly preferably lithium ion or quaternary ammonium ion. Examples of quaternary ammonium ions are the same as for borate tetrafluoride.

ビスオキサラトホウ酸塩及びジフルオロオキサラトホウ酸塩は、1種を単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。ビスオキサラトホウ酸塩及びジフルオロオキサラトホウ酸塩の含有量は合計で、六フッ化リン酸リチウム1モルに対して0.01モル以上0.50モル以下の範囲内にあることが好ましく、0.02モル以上0.20モル以下の範囲内にあることが特に好ましい。 As the bisoxalatoborate and difluorooxalatoborate, one type may be used alone, or two or more types may be used in combination. The total content of bisoxalate borate and difluorooxalate borate is preferably in the range of 0.01 mol or more and 0.50 mol or less with respect to 1 mol of lithium hexafluorophosphate, and is 0. It is particularly preferable that the amount is in the range of 0.02 mol or more and 0.20 mol or less.

<正極>
正極は、正極集電体と、この正極集電体の表面に形成された正極活物質層とを有することが好ましい。正極活物質は正極活物質層に含有されている。
<Positive electrode>
The positive electrode preferably has a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer formed on the surface of the positive electrode current collector. The positive electrode active material is contained in the positive electrode active material layer.

[正極集電体]
正極集電体の材料としては、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、ステンレス鋼、ニッケル、チタンなどを用いることができる。また、正極集電体の形状としては、箔、シート、フィルム、メッシュなどの形状とすることができる。正極集電体の厚みは、特に限定されないが、10μm以上40μm以下の範囲内にあることが好ましい。正極集電体の厚みが10μm未満の場合、正極集電体の強度が低下する。一方、正極集電体の厚みが40μmを超えると、所定形状の電池ケースに収容するためには、正極活物質層の厚さを相対的に薄くすることが必要となり、デュアルイオンバッテリの充放電容量が低下するおそれがある。また、電池ケースに収容する場合、できるだけ電池反応に寄与する活物質を多く入れたいため、電池容量発現に寄与しない集電体の厚みは薄い方が好ましい。ただし、金属の種類によって強度が異なることから、アルミニウムやアルミニウム合金の場合は15μm以上30μm以下の範囲内にあることが好ましく、銅、銅合金、ステンレス鋼、ニッケル、チタンの場合は10μm以上20μm以下の範囲内にあることが好ましい。
[Positive current collector]
As the material of the positive electrode current collector, for example, aluminum, aluminum alloy, copper, copper alloy, stainless steel, nickel, titanium and the like can be used. The shape of the positive electrode current collector may be a foil, a sheet, a film, a mesh, or the like. The thickness of the positive electrode current collector is not particularly limited, but is preferably in the range of 10 μm or more and 40 μm or less. When the thickness of the positive electrode current collector is less than 10 μm, the strength of the positive electrode current collector decreases. On the other hand, when the thickness of the positive electrode current collector exceeds 40 μm, it is necessary to make the thickness of the positive electrode active material layer relatively thin in order to accommodate the battery in a battery case having a predetermined shape, and the dual ion battery is charged and discharged. The capacity may decrease. Further, when the current collector is housed in the battery case, it is desirable that the current collector that does not contribute to the development of battery capacity is thin because it is desired to contain as much active material as possible that contributes to the battery reaction. However, since the strength differs depending on the type of metal, it is preferably within the range of 15 μm or more and 30 μm or less in the case of aluminum or aluminum alloy, and 10 μm or more and 20 μm or less in the case of copper, copper alloy, stainless steel, nickel, or titanium. It is preferable that it is within the range of.

正極集電体は、アルミニウム又はアルミニウム合金を含むアルミニウム含有部材であることが好ましい。アルミニウム含有部材は、プレーンアルミニウム材、エッチドアルミニウム材、及び、非晶質炭素被膜で被覆されたアルミニウム材を用いることができる。 The positive electrode current collector is preferably an aluminum-containing member containing aluminum or an aluminum alloy. As the aluminum-containing member, a plain aluminum material, an etched aluminum material, and an aluminum material coated with an amorphous carbon film can be used.

プレーンアルミニウム材は、エッチングなどの処理がなされていないアルミニウム材である。プレーンアルミニウム材は表面に自然酸化膜である不動態膜が形成されていてもよい。不動態膜は、それ自体、電解液に浸食されにくいという利点がある。一方、不動態膜は、集電体の抵抗の増大につながるため、集電体の抵抗の低減の観点ではない方が好ましい。不動態膜は、例えば、アルゴンスパッタリングにより除去することができる。 The plain aluminum material is an aluminum material that has not been subjected to a treatment such as etching. A passivation film, which is a natural oxide film, may be formed on the surface of the plain aluminum material. The passivation membrane itself has the advantage of being less susceptible to erosion by the electrolyte. On the other hand, since the passivation film leads to an increase in the resistance of the current collector, it is preferable not to reduce the resistance of the current collector. The passivation membrane can be removed, for example, by argon sputtering.

エッチドアルミニウム材は、エッチングによって粗面化処理されたものである。エッチング方法としては、塩酸等の酸溶液に浸漬する方法(化学エッチング)、塩酸等の酸溶液中でアルミニウムを陽極として電解する方法(電気化学エッチング)等が用いられる。 The etched aluminum material is roughened by etching. As the etching method, a method of immersing in an acid solution such as hydrochloric acid (chemical etching), a method of electrolyzing aluminum as an anode in an acid solution such as hydrochloric acid (electrochemical etching), and the like are used.

非晶質炭素被膜で被覆されたアルミニウム材において、基材であるアルミニウム材としては、プレーンアルミニウム材及びエッチドアルミニウム材を用いることができる。基材のアルミニウム材は、アルミニウム箔であることが好ましい。 In the aluminum material coated with the amorphous carbon film, a plain aluminum material and an etched aluminum material can be used as the aluminum material as the base material. The aluminum material of the base material is preferably aluminum foil.

アルミニウム材を被覆する非晶質炭素被膜は、充放電中のアルミニウム材の腐食を防止する機能を有する。非晶質炭素被膜は、非晶質の炭素膜または水素化炭素膜であることが好ましい。非晶質炭素被膜の具体例としては、ダイヤモンドライクカーボン(DLC)膜、カーボン硬質膜、アモルファスカーボン(a−C)膜、水素化アモルファスカーボン(a−C:H)膜等を挙げることができる。非晶質炭素被膜の成膜方法としては、炭化水素系ガスを用いたプラズマCVD法、スパッタ蒸着法、イオンプレーティング法、真空アーク蒸着法等の公知の方法を用いることができる。なお、非晶質炭素被膜は、集電体として機能する程度の導電性を有することが好ましい。 The amorphous carbon film that coats the aluminum material has a function of preventing corrosion of the aluminum material during charging and discharging. The amorphous carbon film is preferably an amorphous carbon film or a hydrogenated carbon film. Specific examples of the amorphous carbon film include a diamond-like carbon (DLC) film, a carbon hard film, an amorphous carbon (a-C) film, a hydride amorphous carbon (a-C: H) film, and the like. .. As a method for forming the amorphous carbon film, a known method such as a plasma CVD method using a hydrocarbon gas, a sputtering vapor deposition method, an ion plating method, or a vacuum arc vapor deposition method can be used. The amorphous carbon film preferably has enough conductivity to function as a current collector.

DLC膜は、ダイヤモンド結合(sp)とグラファイト結合(sp)の両方が混在したアモルファス構造を有する材料であり、高い耐薬品性を有する点で好ましい。DLC膜は、導電性を高めるためにホウ素や窒素をドーピングしてもよい。 The DLC film is a material having an amorphous structure in which both a diamond bond (sp 3 ) and a graphite bond (sp 2 ) are mixed, and is preferable in that it has high chemical resistance. The DLC membrane may be doped with boron or nitrogen to increase conductivity.

非晶質炭素被膜の膜厚は100nm以上、300nm以下であることが好ましい。非晶質炭素被膜の膜厚が100nm未満であると、非晶質炭素被膜の被覆効果が十分に得られないおそれがある。非晶質炭素被膜の膜厚が300nmを超えると非晶質炭素被膜が抵抗体になってアルミニウム材と正極活物質層との間の抵抗が高くなるおそれがある。非晶質炭素被膜の厚みは120nm以上300nm以下の範囲内にあることがより好ましく、150nm以上300nm以下の範囲内にあることがさらに好ましい。 The film thickness of the amorphous carbon film is preferably 100 nm or more and 300 nm or less. If the film thickness of the amorphous carbon film is less than 100 nm, the coating effect of the amorphous carbon film may not be sufficiently obtained. If the film thickness of the amorphous carbon film exceeds 300 nm, the amorphous carbon film may become a resistor and the resistance between the aluminum material and the positive electrode active material layer may increase. The thickness of the amorphous carbon film is more preferably in the range of 120 nm or more and 300 nm or less, and further preferably in the range of 150 nm or more and 300 nm or less.

[正極活物質層]
正極活物質層は、正極活物質と、バインダーと、導電材とを含むことが好ましい。正極活物質層の正極活物質、バインダー及び導電材の含有率は、好ましくは、正極活物質が70質量%以上95質量%以下の範囲内であり、バインダーが2質量%以上25質量%以下の範囲内であり、導電材が2質量%以上25質量%以下の範囲内である。
[Positive electrode active material layer]
The positive electrode active material layer preferably contains a positive electrode active material, a binder, and a conductive material. The content of the positive electrode active material, the binder and the conductive material in the positive electrode active material layer is preferably in the range of 70% by mass or more and 95% by mass or less for the positive electrode active material, and 2% by mass or more and 25% by mass or less for the binder. It is within the range, and the conductive material is within the range of 2% by mass or more and 25% by mass or less.

本実施形態において用いる正極活物質は黒鉛を含む。
黒鉛は、天然黒鉛であってもよいし、人造黒鉛であってもよい。黒鉛は、1種を単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。天然黒鉛としては、鱗片状天然黒鉛、土状天然黒鉛を用いることができる。人造黒鉛としては、鱗片状人造黒鉛、塊状人造黒鉛、球状人造黒鉛を用いることができる。また、黒鉛は、炭素材料でコーティングされていてもよい。
The positive electrode active material used in this embodiment contains graphite.
The graphite may be natural graphite or artificial graphite. One type of graphite may be used alone, or two or more types may be used in combination. As the natural graphite, scaly natural graphite and earth-like natural graphite can be used. As the artificial graphite, scaly artificial graphite, massive artificial graphite, and spherical artificial graphite can be used. Further, graphite may be coated with a carbon material.

黒鉛の結晶構造は大きく分けて、ABABからなる層構造の六方晶と、ABCABCからなる層構造の菱面体晶とがある。本実施形態においては、六方晶を有する黒鉛と菱面体晶を有する黒鉛のいずれも用いることができる。例えば、六方晶を有する黒鉛としては、大阪ガスケミカル株式会社製のメソカーボンマイクロビーズ(MCMB)が挙げられる。また、菱面体晶を有する黒鉛としては、イメリス・ジーシー・ジャパン株式会社製のKS−6(商品名)が挙げられる。 The crystal structure of graphite is roughly divided into hexagonal crystals having a layered structure made of ABAB and rhombohedral crystals having a layered structure made of ABCABC. In this embodiment, both graphite having hexagonal crystals and graphite having rhombohedral crystals can be used. For example, as graphite having hexagonal crystals, mesocarbon microbeads (MCMB) manufactured by Osaka Gas Chemical Co., Ltd. can be mentioned. Examples of graphite having rhombohedral crystals include KS-6 (trade name) manufactured by Imerys GC Japan Co., Ltd.

バインダーとしては、例えば、フッ素樹脂、ゴム、アクリル系樹脂、オレフィン系樹脂、カルボキシメチルセルロース(CMC)系樹脂、天然高分子を用いることができる。フッ素樹脂の例としては、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)が挙げられる。ゴムの例としては、フッ素ゴム、エチレンプロピレンジエンゴム、スチレンブタジエンゴムが挙げられる。天然高分子の例としては、ゼラチン、キトサン、アルギン酸が挙げられる。これらのバインダーは、1種を単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。 As the binder, for example, fluororesin, rubber, acrylic resin, olefin resin, carboxymethyl cellulose (CMC) resin, and natural polymer can be used. Examples of the fluororesin include polyvinylidene fluoride (PVDF) and polytetrafluoroethylene (PTFE). Examples of rubber include fluororubber, ethylene propylene diene rubber, and styrene butadiene rubber. Examples of natural polymers include gelatin, chitosan and alginic acid. These binders may be used alone or in combination of two or more.

導電材としては、例えば、カーボンブラック、炭素繊維を用いることができる。炭素繊維の例としては、カーボンナノチューブ(CNT)、VGCF(登録商標)が挙げられる。カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブであってもよいし、多層カーボンナノチューブであってもよい。これらの導電材は、1種を単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。 As the conductive material, for example, carbon black or carbon fiber can be used. Examples of carbon fibers include carbon nanotubes (CNT) and VGCF®. The carbon nanotubes may be single-walled carbon nanotubes or multi-walled carbon nanotubes. These conductive materials may be used alone or in combination of two or more.

[正極の製造方法]
正極は、例えば、正極活物質とバインダーと導電材とを溶媒に分散させた正極活物質層形成用ペーストを、正極集電体の表面に塗布し、乾燥することによって製造することができる。正極活物質層形成用ペーストの溶媒としては、N−メチルピロリドン、ジメチルスルホキシドなどの有機溶媒を用いることができる。正極活物質層形成用ペーストの塗布方法としては、特に制限はなく、例えば、ドクターブレード、ダイコータ、バーコータ、ロールコータなどの塗工装置を用いて行うことができる。
[Cathode manufacturing method]
The positive electrode can be produced, for example, by applying a paste for forming a positive electrode active material layer in which a positive electrode active material, a binder, and a conductive material are dispersed in a solvent to the surface of a positive electrode current collector and drying the positive electrode. As the solvent for the paste for forming the positive electrode active material layer, an organic solvent such as N-methylpyrrolidone or dimethyl sulfoxide can be used. The method for applying the paste for forming the positive electrode active material layer is not particularly limited, and for example, it can be applied using a coating device such as a doctor blade, a die coater, a bar coater, or a roll coater.

<負極>
負極は、負極集電体と、この負極集電体の表面に形成された負極活物質層とを有することが好ましい。負極活物質は負極活物質層に含有されている。
<Negative electrode>
The negative electrode preferably has a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer formed on the surface of the negative electrode current collector. The negative electrode active material is contained in the negative electrode active material layer.

[負極集電体]
負極集電体としては、正極集電体で例示したものを用いることができる。
[Negative electrode current collector]
As the negative electrode current collector, those exemplified by the positive electrode current collector can be used.

[負極活物質層]
負極活物質層は、負極活物質と、バインダーと、導電材とを含むことが好ましい。負極活物質層の負極活物質、バインダー及び導電材の含有率は、好ましくは、負極活物質が70質量%以上95質量%以下の範囲内であり、バインダーが2質量%以上25質量%以下の範囲内であり、導電材が2質量%以上25質量%以下の範囲内である。
[Negative electrode active material layer]
The negative electrode active material layer preferably contains a negative electrode active material, a binder, and a conductive material. The content of the negative electrode active material, the binder and the conductive material in the negative electrode active material layer is preferably in the range of 70% by mass or more and 95% by mass or less for the negative electrode active material, and 2% by mass or more and 25% by mass or less for the binder. It is within the range, and the conductive material is within the range of 2% by mass or more and 25% by mass or less.

本実施形態において用いる負極活物質は、一般式がLiTi12で表されるスピネル型リチウムチタン酸化物を含む。 The negative electrode active material used in this embodiment contains a spinel-type lithium titanium oxide whose general formula is represented by Li 4 Ti 5 O 12.

バインダーとしては、例えば、フッ素樹脂、ゴム、アクリル系樹脂、オレフィン系樹脂、カルボキシメチルセルロース(CMC)系樹脂、天然高分子を用いることができる。フッ素樹脂、ゴム、天然高分子の例は、正極のバインダーの場合と同じである。 As the binder, for example, fluororesin, rubber, acrylic resin, olefin resin, carboxymethyl cellulose (CMC) resin, and natural polymer can be used. Examples of fluororesin, rubber, and natural polymer are the same as in the case of a cathode binder.

導電材としては、例えば、カーボンブラック、炭素繊維を用いることができる。炭素繊維の例は、正極の導電材の場合と同じである。 As the conductive material, for example, carbon black or carbon fiber can be used. The example of carbon fiber is the same as that of the conductive material of the positive electrode.

[負極の製造方法]
負極は、例えば、負極活物質とバインダーと導電材とを溶媒に分散させた負極活物質層形成用ペーストを、負極集電体の表面に塗布し、乾燥することによって製造することができる。負極活物質層形成用ペーストの溶媒の例は、正極活物質層形成用ペーストの場合と同じである。負極活物質層形成用ペーストの塗布方法の例は、正極活物質層形成用ペーストの場合と同じである。
[Manufacturing method of negative electrode]
The negative electrode can be manufactured, for example, by applying a paste for forming a negative electrode active material layer in which a negative electrode active material, a binder, and a conductive material are dispersed in a solvent to the surface of a negative electrode current collector and drying the negative electrode. The example of the solvent of the paste for forming the negative electrode active material layer is the same as that of the paste for forming the positive electrode active material layer. The example of the method of applying the paste for forming the negative electrode active material layer is the same as that of the paste for forming the positive electrode active material layer.

<デュアルイオンバッテリの構成>
本実施形態のデュアルイオンバッテリの構成としては特に制限はなく、コイン型、ボタン型、シート型、円筒型、角型などの蓄電デバイスの構成として採用されている公知の構成とすることができる。
<Dual-ion battery configuration>
The configuration of the dual ion battery of the present embodiment is not particularly limited, and may be a known configuration adopted as a configuration of a power storage device such as a coin type, a button type, a sheet type, a cylindrical type, or a square type.

コイン型、ボタン型、シート型のデュアルイオンバッテリは、正極と負極とを、正極活物質層と負極活物質層が互いに対向するように、セパレータを介して積層した積層体を、電解液と共に、電池ケースに収容して封止した構成のバッテリである。セパレータとしては、例えば、多孔質膜、不織布、紙を用いることができる。多孔質膜としては、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン製多孔質膜、フッ素樹脂製多孔質膜を用いることができる。不織布としては、ポリプロピレン製不織布、セルロース製不織布、ガラス繊維製不織布を用いることができる。 In the coin-type, button-type, and sheet-type dual-ion batteries, a laminate in which a positive electrode and a negative electrode are laminated with a separator so that the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer face each other is formed together with an electrolytic solution. It is a battery having a configuration in which it is housed in a battery case and sealed. As the separator, for example, a porous membrane, a non-woven fabric, or paper can be used. As the porous membrane, a porous membrane made of polyolefin such as polyethylene or polypropylene or a porous membrane made of fluororesin can be used. As the non-woven fabric, a polypropylene non-woven fabric, a cellulose non-woven fabric, or a glass fiber non-woven fabric can be used.

円筒型、角型のデュアルイオンバッテリは、正極と負極とを、正極活物質層と負極活物質層が互いに対向するように、セパレータを介して巻回した巻回体を、電解液と共に、電池ケースに収容して封止した構成のバッテリである。セパレータとしては、多孔質膜、不織布、紙を用いることができる。 A cylindrical or square dual-ion battery is a battery in which a winding body in which a positive electrode and a negative electrode are wound with a separator so that a positive electrode active material layer and a negative electrode active material layer face each other is wound together with an electrolytic solution. It is a battery that is housed in a case and sealed. As the separator, a porous membrane, a non-woven fabric, or paper can be used.

本実施形態のデュアルイオンバッテリによれば、電解質塩として、六フッ化リン酸リチウムと四フッ化ホウ酸塩とを含み、四フッ化ホウ酸塩の含有量が、六フッ化リン酸リチウム1モルに対して0.15モル以上0.60モル以下の範囲内にあるので、充電時のガス発生が抑制される。そして、充電時のガス発生が抑制されることによって、デュアルイオンバッテリのサイクル寿命、特に高温環境下でのサイクル寿命が向上する。また、電解質塩の濃度が高く、相対的に電解液中の溶媒の比率が下がることによって、アニオンやカチオンの溶媒和の影響が小さくなる。これによって、低温下でも電解液中のアニオンやカチオンの移動がし易くなる。また、LiBFによって負極活物質(LiTi12)の表面にホウ素を含む被膜が形成され、この被膜を介することによって、負極活物質は低温下でもリチウムイオンを吸蔵及び放出しやすくなる。これにより、低温環境下での充放電容量の低下が抑制される。 According to the dual ion battery of the present embodiment, the electrolyte salt contains lithium hexafluorophosphate and borate tetrafluoride, and the content of borate tetrafluoride is lithium hexafluorophosphate 1. Since it is in the range of 0.15 mol or more and 0.60 mol or less with respect to the molar, gas generation during charging is suppressed. By suppressing the generation of gas during charging, the cycle life of the dual ion battery, particularly the cycle life in a high temperature environment, is improved. Further, since the concentration of the electrolyte salt is high and the ratio of the solvent in the electrolytic solution is relatively low, the influence of solvation of anions and cations is reduced. This facilitates the movement of anions and cations in the electrolytic solution even at low temperatures. Further, LiBF 4 forms a film containing boron on the surface of the negative electrode active material (Li 4 Ti 5 O 12 ), and the negative electrode active material easily occludes and releases lithium ions even at a low temperature through this film. .. As a result, a decrease in charge / discharge capacity in a low temperature environment is suppressed.

特に、本実施形態のデュアルイオンバッテリにおいて、電解質塩が、さらに、ビスオキサラトホウ酸塩及びジフルオロオキサラトホウ酸塩の少なくとも一方を含むことによって、充電時のガスの発生がさらに抑制される。これにより、デュアルイオンバッテリのサイクル寿命、特に高温環境下でのサイクル寿命がさらに向上する。 In particular, in the dual ion battery of the present embodiment, the electrolyte salt further contains at least one of bisoxalatoborate and difluorooxalatoborate, so that the generation of gas during charging is further suppressed. This further improves the cycle life of the dual ion battery, especially in high temperature environments.

<実施例1>
[正極の作製]
正極活物質として、黒鉛粉末(イメリス・ジーシー・ジャパン株式会社製、KS−6)を80質量部、導電材として、アセチレンブラックを10質量部、バインダーとして、ポリフッ化ビニリデンを10質量部の割合で混合した。得られた混合物を、N−メチルピロリドン280質量部に投入し、撹拌混合して正極活物質層形成用ペーストを調製した。
<Example 1>
[Cathode preparation]
80 parts by mass of graphite powder (KS-6 manufactured by Imeris GC Japan Co., Ltd.) as the positive electrode active material, 10 parts by mass of acetylene black as the conductive material, and 10 parts by mass of polyvinylidene fluoride as the binder. Mixed. The obtained mixture was put into 280 parts by mass of N-methylpyrrolidone and stirred and mixed to prepare a paste for forming a positive electrode active material layer.

正極集電体として、アルミニウム箔(厚さ:20μm、純度:99.99%)をDLC被膜(厚さ:160nm)で被覆したDLC被覆アルミニウム箔を用意した。このDLC被覆アルミニウム箔の表面に、ドクターブレードを用いて、上記の正極活物質層形成用ペーストを塗布し、乾燥して、正極集電体の表面に正極活物質層が形成された正極を作製した。得られた正極の厚さを、マイクロメーターを用いて計測したところ、62μmであった。 As the positive electrode current collector, a DLC-coated aluminum foil in which an aluminum foil (thickness: 20 μm, purity: 99.99%) was coated with a DLC film (thickness: 160 nm) was prepared. The above-mentioned paste for forming a positive electrode active material layer is applied to the surface of this DLC-coated aluminum foil using a doctor blade and dried to prepare a positive electrode having a positive electrode active material layer formed on the surface of a positive electrode current collector. did. The thickness of the obtained positive electrode was measured using a micrometer and found to be 62 μm.

[負極の作製]
負極活物質として、LiTi12(スピネル型リチウムチタン酸化物)を80質量部、導電材として、アセチレンブラックを10質量部、バインダーとして、ポリフッ化ビニリデンを10質量部の割合で混合した。得られた混合物を、N−メチルピロリドン230質量部に投入し、撹拌混合して負極活物質層形成用ペーストを調製した。なお、LiTi12は、炭酸リチウムとアナターゼ型酸化チタンとを、リチウムとチタンの化学量論比が4:5になる割合で混合し、次いで得られた混合物を、マッフル炉を用いて昇温速度10℃/分で800℃まで昇温し、この温度で5時間保持した後、室温まで自然冷却することによって合成した。
[Preparation of negative electrode]
80 parts by mass of Li 4 Ti 5 O 12 (spinel-type lithium titanium oxide) was mixed as the negative electrode active material, 10 parts by mass of acetylene black was mixed as the conductive material, and 10 parts by mass of polyvinylidene fluoride was mixed as the binder. .. The obtained mixture was put into 230 parts by mass of N-methylpyrrolidone and mixed by stirring to prepare a paste for forming a negative electrode active material layer. In Li 4 Ti 5 O 12 , lithium carbonate and anatase-type titanium oxide were mixed at a ratio of lithium and titanium in a chemical quantity theory ratio of 4: 5, and then the obtained mixture was used in a muffle furnace. The temperature was raised to 800 ° C. at a heating rate of 10 ° C./min, held at this temperature for 5 hours, and then naturally cooled to room temperature for synthesis.

負極集電体として、アルミニウム箔(厚さ:20μm、純度:99.99%)を用意した。このアルミニウム箔の表面に、ドクターブレードを用いて、上記の負極活物質層形成用ペーストを塗布し、乾燥して、負極集電体の表面に負極活物質層が形成された負極を作製した。得られた負極の厚さを、マイクロメーターを用いて計測したところ、48μmであった。 An aluminum foil (thickness: 20 μm, purity: 99.99%) was prepared as a negative electrode current collector. The above-mentioned paste for forming a negative electrode active material layer was applied to the surface of this aluminum foil using a doctor blade and dried to prepare a negative electrode having a negative electrode active material layer formed on the surface of a negative electrode current collector. The thickness of the obtained negative electrode was measured using a micrometer and found to be 48 μm.

[電解液の調製]
非水溶媒として、エチルメチルカーボネート(EMC)を用意した。このEMCに、電解質塩として、六フッ化リン酸リチウム(LIPF)と四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF)とを、LIPFの濃度が2モル/L、LiBFの濃度が1モル/Lとなるように溶解して、電解液を調製した。
[Preparation of electrolyte]
Ethyl methyl carbonate (EMC) was prepared as a non-aqueous solvent. Lithium hexafluorophosphate (LIPF 6 ) and lithium tetrafluoroboate (LiBF 4 ) are added to this EMC as electrolyte salts, the concentration of LIPF 6 is 2 mol / L, and the concentration of LiBF 4 is 1 mol / mol. An electrolytic solution was prepared by dissolving the mixture so as to be L.

[コイン型デュアルイオンバッテリの作製]
得られた正極を直径16mm、得られた負極を直径14mmの円板状に打ち抜いたものを150℃で24時間真空乾燥した。その後、アルゴングローブボックスへ移動した。乾燥後の正極と負極を、正極活物質層と負極活物質層とが対向するようにニッポン高度紙工業株式会社製の紙セパレータ(商品名:TF4425)を介して積層した。得られた積層体と上記の電解液とを、コイン型電池ケースに収容し、封止して、コイン型デュアルイオンバッテリを作製した。
[Manufacturing a coin-type dual-ion battery]
The obtained positive electrode was punched into a disk shape having a diameter of 16 mm and the obtained negative electrode having a diameter of 14 mm, and vacuum dried at 150 ° C. for 24 hours. After that, it was moved to the argon glove box. The dried positive electrode and negative electrode were laminated via a paper separator (trade name: TF4425) manufactured by Nippon Kodoshi Paper Industry Co., Ltd. so that the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer face each other. The obtained laminate and the above electrolytic solution were housed in a coin-type battery case and sealed to prepare a coin-type dual-ion battery.

[ラミネート型デュアルイオンバッテリの作製]
得られた正極及び負極を幅30mm、長さ60mmに裁断し、正極と負極のそれぞれにアルミニウム製のタブを超音波溶接で溶接した後、真空乾燥機で120℃、12時間乾燥した。乾燥後の正極と負極を、露点−45℃のドライルーム内で、ニッポン高度紙工業株式会社製の紙セパレータ(商品名:TF4425)を介して積層して、正極とセパレータと負極がこの順で積層された電極群を得た。この際、セパレータがほどけないようにカプトン(登録商標)テープでとめた。これを幅50mm、高さ80mmのラミネートフィルム製の袋状容器に入れ、電解液を1.5mL注液した。最後に、富士インパルス株式会社製シーラーT−230Kを用いて、袋状容器を封止して、ラミネート型デュアルイオンバッテリを作製した。
[Manufacturing of laminated dual-ion battery]
The obtained positive electrode and negative electrode were cut into a width of 30 mm and a length of 60 mm, and aluminum tabs were welded to each of the positive electrode and the negative electrode by ultrasonic welding, and then dried at 120 ° C. for 12 hours in a vacuum dryer. The dried positive electrode and negative electrode are laminated in a dry room with a dew point of −45 ° C. via a paper separator (trade name: TF4425) manufactured by Nippon Kodoshi Paper Industry Co., Ltd., and the positive electrode, separator and negative electrode are arranged in this order. A laminated electrode group was obtained. At this time, it was fastened with Kapton (registered trademark) tape so that the separator would not come loose. This was placed in a bag-shaped container made of a laminated film having a width of 50 mm and a height of 80 mm, and 1.5 mL of an electrolytic solution was injected. Finally, a bag-shaped container was sealed using a sealer T-230K manufactured by Fuji Impulse Co., Ltd. to prepare a laminated dual-ion battery.

<実施例2>
電解液のLiBFの濃度を0.4モル/Lとしたこと以外は、実施例1と同様の方法でコイン型デュアルイオンバッテリ及びラミネート型デュアルイオンバッテリを作製した。
<実施例3>
電解液にさらに、ビスオキサラトホウ酸リチウム(LiBOB)を濃度が0.1モル/Lとなるように溶解したこと以外は、実施例1と同様の方法でコイン型デュアルイオンバッテリ及びラミネート型デュアルイオンバッテリを作製した。
<Example 2>
A coin-type dual-ion battery and a laminated-type dual-ion battery were produced in the same manner as in Example 1 except that the concentration of LiBF 4 in the electrolytic solution was 0.4 mol / L.
<Example 3>
The coin-type dual-ion battery and the laminated-type dual-ion battery were further dissolved in the electrolytic solution in the same manner as in Example 1 except that lithium bisoxalateborate (LiBOB) was further dissolved so as to have a concentration of 0.1 mol / L. A battery was made.

<実施例4>
電解液にさらに、ジフルオロオキサラトホウ酸リチウム(LiDFOB)を濃度が0.1モル/Lとなるように溶解したこと以外は、実施例1と同様の方法でコイン型デュアルイオンバッテリ及びラミネート型デュアルイオンバッテリを作製した。
<Example 4>
A coin-type dual-ion battery and a laminated-type dual were further dissolved in the electrolytic solution in the same manner as in Example 1 except that lithium difluorooxalateborate (LiDFOB) was further dissolved so as to have a concentration of 0.1 mol / L. An ion battery was manufactured.

<実施例5>
電解液の非水溶媒として、エチルメチルカーボネート(EMC)とジエチルカーボネート(DEC)とを、体積比で70:30の割合で含む混合溶媒を用いたこと以外は、実施例1と同様の方法でコイン型デュアルイオンバッテリ及びラミネート型デュアルイオンバッテリを作製した。
<Example 5>
The same method as in Example 1 was used except that a mixed solvent containing ethyl methyl carbonate (EMC) and diethyl carbonate (DEC) in a volume ratio of 70:30 was used as the non-aqueous solvent of the electrolytic solution. A coin-type dual-ion battery and a laminated-type dual-ion battery were manufactured.

<実施例6>
電解液の非水溶媒として、エチルメチルカーボネート(EMC)とプロピレンカーボネート(PC)とを、体積比で90:10の割合で含む混合溶媒を用いたこと以外は、実施例1と同様の方法でコイン型デュアルイオンバッテリ及びラミネート型デュアルイオンバッテリを作製した。
<Example 6>
The same method as in Example 1 was used except that a mixed solvent containing ethyl methyl carbonate (EMC) and propylene carbonate (PC) in a volume ratio of 90:10 was used as the non-aqueous solvent of the electrolytic solution. A coin-type dual-ion battery and a laminated-type dual-ion battery were manufactured.

<実施例7>
電解液の非水溶媒を、エチルメチルカーボネート(EMC)とエチレンカーボネート(EC)とを、体積比で90:10の割合で含む混合溶媒を用いたこと以外は、実施例1と同様の方法でコイン型デュアルイオンバッテリ及びラミネート型デュアルイオンバッテリを作製した。
<Example 7>
The same method as in Example 1 was used except that a mixed solvent containing ethyl methyl carbonate (EMC) and ethylene carbonate (EC) in a volume ratio of 90:10 was used as the non-aqueous solvent of the electrolytic solution. A coin-type dual-ion battery and a laminated-type dual-ion battery were manufactured.

<比較例1>
電解液のLIPFの濃度を3モル/Lとし、LiBFを用いなかったこと以外は、実施例1と同様の方法でコイン型デュアルイオンバッテリ及びラミネート型デュアルイオンバッテリを作製した。
<Comparative example 1>
A coin-type dual-ion battery and a laminated-type dual-ion battery were produced in the same manner as in Example 1 except that the concentration of LIPF 6 in the electrolytic solution was 3 mol / L and LiBF 4 was not used.

<比較例2>
電解液のLIPFの濃度を1.8モル/Lとし、LiBFの濃度を0.2モル/Lとしたこと以外は、実施例1と同様の方法でコイン型デュアルイオンバッテリ及びラミネート型デュアルイオンバッテリを作製した。
<Comparative example 2>
A coin-type dual ion battery and a laminated dual type dual in the same manner as in Example 1 except that the concentration of LIPF 6 of the electrolytic solution was set to 1.8 mol / L and the concentration of LiBF 4 was set to 0.2 mol / L. An ion battery was manufactured.

<評価>
実施例1〜7及び比較例1〜2で作製したコイン型デュアルイオンバッテリあるいはラミネート型デュアルイオンバッテリについて、以下の項目を評価した。その結果を、コイン型デュアルイオンバッテリの作製に使用した電解液の組成、正極活物質の種類、負極の活物質の種類と共に表1に示す。
<Evaluation>
The following items were evaluated for the coin-type dual-ion battery or the laminated-type dual-ion battery produced in Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 and 2. The results are shown in Table 1 together with the composition of the electrolytic solution used for manufacturing the coin-type dual ion battery, the type of the positive electrode active material, and the type of the negative electrode active material.

[ガス発生量]
作製したラミネート型デュアルイオンバッテリを用い、アルファミラージュ株式会社製電子比重計MDS−300を用いて体積Aを測定した。続いて、東洋システム株式会社製のTOSCAT3300を用い、電流密度1.0mA/cm、電圧3.5Vの定電流定電圧で24時間充電した後、電子比重計MDS−300を用いて体積Bを測定した。体積B−体積Aを算出し、これをガス発生量とした。
この結果を、比較例1のラミネート型デュアルイオンバッテリで発生したガス量を100とした相対値として、表1に示す。
[Gas generation amount]
Using the produced laminated dual-ion battery, the volume A was measured using an electronic hydrometer MDS-300 manufactured by Alpha Mirage Co., Ltd. Subsequently, a TOSCAT 3300 manufactured by Toyo System Co., Ltd. was used to charge the battery at a constant current constant voltage of 1.0 mA / cm 2 and a voltage of 3.5 V for 24 hours, and then the volume B was charged using the electronic specific gravity meter MDS-300. It was measured. Volume B-volume A was calculated and used as the amount of gas generated.
This result is shown in Table 1 as a relative value with the amount of gas generated by the laminated dual-ion battery of Comparative Example 1 as 100.

[25℃サイクル寿命]
作製したコイン型デュアルイオンバッテリを用い、東洋システム株式会社製のTOSCAT3300を用いて、25℃の恒温槽中で、1.0mA/cmの電流密度、3.5Vの電圧で定電流定電圧充電を行ない、その後、電流密度1.0mA/cmの放電電流値で終止電圧2.0Vまで放電を行なう充放電試験を行なった。1サイクル目の放電容量に対し放電容量が80%以下になるまで充放電を繰り返した。放電容量が80%以下になったときのサイクル数をサイクル寿命とした。
この結果を、比較例1のコイン型デュアルイオンバッテリのサイクル寿命を100とした相対値として、表1に示す。
[25 ° C cycle life]
Using the manufactured coin-type dual-ion battery, using TOSCAT3300 manufactured by Toyo System Co., Ltd., constant current and constant voltage charging with a current density of 1.0 mA / cm 2 and a voltage of 3.5 V in a constant temperature bath at 25 ° C. After that, a charge / discharge test was conducted in which a discharge current value of 1.0 mA / cm 2 was used to discharge to a final voltage of 2.0 V. Charging and discharging were repeated until the discharge capacity became 80% or less of the discharge capacity in the first cycle. The number of cycles when the discharge capacity became 80% or less was defined as the cycle life.
This result is shown in Table 1 as a relative value with the cycle life of the coin-type dual-ion battery of Comparative Example 1 as 100.

[55℃サイクル寿命]
作製したコイン型デュアルイオンバッテリを用い、東洋システム株式会社製のTOSCAT3300を用いて、55℃の恒温槽中で、1.0mA/cmの電流密度、3.5Vの電圧で定電流定電圧充電を行ない、その後、電流密度1.0mA/cmの放電電流値で終止電圧2.0Vまで放電を行なう充放電試験を行なった。1サイクル目の放電容量に対し放電容量が80%以下になるまで充放電を繰り返した。放電容量が80%以下になったときのサイクル数をサイクル寿命とした。
この結果を、比較例1のコイン型デュアルイオンバッテリのサイクル寿命を100とした相対値として、表1に示す。
[55 ° C cycle life]
Using the manufactured coin-type dual-ion battery, using TOSCAT3300 manufactured by Toyo System Co., Ltd., constant current and constant voltage charging with a current density of 1.0 mA / cm 2 and a voltage of 3.5 V in a constant temperature bath at 55 ° C. After that, a charge / discharge test was conducted in which a discharge current value of 1.0 mA / cm 2 was used to discharge to a final voltage of 2.0 V. Charging and discharging were repeated until the discharge capacity became 80% or less of the discharge capacity in the first cycle. The number of cycles when the discharge capacity became 80% or less was defined as the cycle life.
This result is shown in Table 1 as a relative value with the cycle life of the coin-type dual-ion battery of Comparative Example 1 as 100.

[−30℃/25℃容量比]
作製したコイン型デュアルイオンバッテリを用い、東洋システム株式会社製のTOSCAT3300を用いて、25℃の恒温槽中で、1.0mA/cmの電流密度、3.5Vの電圧で定電流定電圧充電を行ない、その後、電流密度1.0mA/cmの放電電流値で終止電圧2.0Vまで放電を行なって放電容量Aを算出した。次に、25℃の恒温槽中で、1.0mA/cmの電流密度、3.5Vの電圧で定電流定電圧充電を行ない、その後、恒温槽の温度を−30℃に変更して5時間静置後、電流密度1.0mA/cmの放電電流値で終止電圧2.0Vまで放電を行なって放電容量Bを算出した。放電容量Bを放電容量Aで除したものを−30℃/25℃容量比とした。
この結果を、比較例1のコイン型デュアルイオンバッテリの−30℃/25℃容量比を100とした相対値として、表1に示す。
[-30 ° C / 25 ° C volume ratio]
Using the manufactured coin-type dual-ion battery, using TOSCAT3300 manufactured by Toyo System Co., Ltd., constant current and constant voltage charging with a current density of 1.0 mA / cm 2 and a voltage of 3.5 V in a constant temperature bath at 25 ° C. After that, the discharge capacity A was calculated by discharging to a final voltage of 2.0 V with a discharge current value of a current density of 1.0 mA / cm 2. Next, constant current and constant voltage charging is performed at a current density of 1.0 mA / cm 2 and a voltage of 3.5 V in a constant temperature bath at 25 ° C., and then the temperature of the constant temperature bath is changed to −30 ° C. 5 After standing for a while, the discharge capacity B was calculated by discharging to a final voltage of 2.0 V with a discharge current value of a current density of 1.0 mA / cm 2. The discharge capacity B divided by the discharge capacity A was defined as the volume ratio of −30 ° C./25 ° C.
This result is shown in Table 1 as a relative value with the capacity ratio of −30 ° C./25 ° C. of the coin-type dual ion battery of Comparative Example 1 as 100.

Figure 0006864033
Figure 0006864033

電解質塩として、LiPFとLiBFとを本発明の範囲内で含む実施例1〜7のデュアルイオンバッテリはいずれも、電解質塩として、LiPFのみを含みLiBFを含まない比較例1のデュアルイオンバッテリと比較して、ガス発生量が低減し、25℃と55℃のサイクル寿命が長くなり、−30℃/25℃容量比が大きくなった。ガス発生量が低減したのは、充電時の水分とLiPFとの反応が抑制されたためであると考えられる。そして、ガス発生が抑制されたため、25℃と55℃のサイクル寿命が長くなったと考えられる。−30℃/25℃容量比が大きくなったのは、ホウ素含有のLiBF、LiBOB、LiDFOBによって負極活物質(LiTi12)の表面にホウ素を含む被膜が形成され、この被膜を介することによって、負極活物質が低温下でもリチウムイオンを放出しやすくなったためであると考えられる。 All of the dual ion batteries of Examples 1 to 7 containing LiPF 6 and LiBF 4 as electrolyte salts within the scope of the present invention are duals of Comparative Example 1 containing only LiPF 6 as an electrolyte salt and not LiBF 4. Compared with the ion battery, the amount of gas generated was reduced, the cycle life at 25 ° C. and 55 ° C. was extended, and the capacity ratio of −30 ° C./25 ° C. was increased. It is considered that the decrease in the amount of gas generated is due to the suppression of the reaction between the water content and LiPF 6 during charging. It is considered that the cycle life at 25 ° C. and 55 ° C. was extended because the gas generation was suppressed. The reason why the volume ratio of -30 ° C / 25 ° C became large was that a film containing boron was formed on the surface of the negative electrode active material (Li 4 Ti 5 O 12 ) by LiBF 4, LiBOB, and LiDFOB containing boron, and this film was formed. It is considered that this is because the negative electrode active material easily releases lithium ions even at a low temperature.

また、電解液の非水溶媒として、鎖状カーボネートのみを用いた実施例1〜5のデュアルイオンバッテリは、鎖状カーボネートと環状カーボネートの混合溶媒を用いた実施例6〜7のデュアルイオンバッテリと比較して、−30℃/25℃容量比がより大きくなった。これは、鎖状カーボネートは環状カーボネートと比較して粘性が低いため、鎖状カーボネートのみを用いた実施例1〜5のデュアルイオンバッテリは、鎖状カーボネートと環状カーボネートの混合溶媒を用いた実施例6〜7のデュアルイオンバッテリと比較して、低温時の電解液の電気抵抗が低くなったためと考えられる。 Further, the dual ion batteries of Examples 1 to 5 using only the chain carbonate as the non-aqueous solvent of the electrolytic solution are the dual ion batteries of Examples 6 to 7 using the mixed solvent of the chain carbonate and the cyclic carbonate. In comparison, the -30 ° C / 25 ° C volume ratio was larger. This is because the chain carbonate has a lower viscosity than the cyclic carbonate, so that the dual ion batteries of Examples 1 to 5 using only the chain carbonate use the mixed solvent of the chain carbonate and the cyclic carbonate. It is considered that the electric resistance of the electrolytic solution at low temperature was lower than that of the dual ion batteries of 6 to 7.

特に、電解液の非水溶媒として、EMCを単独で用いた実施例1〜4のデュアルイオンバッテリは、EMCとDECを用いた実施例5のデュアルイオンバッテリと比較して、ガス発生量がより低減し、25℃と55℃のサイクル寿命がより長くなった。これは、EMCはDECと比較して電導度が高いため、25℃、さらには55℃の高温にした場合に、電解液中の電解質イオンの移動度が向上した効果と、サイクルを繰り返した際の電解液の抵抗上昇が小さくなった効果によるものと考えられる。ガス発生低減効果は定かではないが、DECの安定性がEMCに比べて低いためだと考えている。なお、実施例5のデュアルイオンバッテリは、実施例1のデュアルイオンバッテリと比較すると、−30℃/25℃容量比が大きくなっている。これは、DECはEMCに比べて融点が低いという利点があり、低温での放電特性を向上させる効果があるためであると考えられる。 In particular, the dual ion batteries of Examples 1 to 4 using EMC alone as the non-aqueous solvent of the electrolytic solution generate more gas than the dual ion batteries of Example 5 using EMC and DEC. Reduced and longer cycle life at 25 ° C and 55 ° C. This is because EMC has a higher conductivity than DEC, so when the temperature is raised to 25 ° C or even 55 ° C, the mobility of electrolyte ions in the electrolyte is improved, and when the cycle is repeated. It is considered that this is due to the effect that the resistance increase of the electrolytic solution of the above is reduced. The effect of reducing gas generation is not clear, but I think it is because the stability of DEC is lower than that of EMC. The dual ion battery of Example 5 has a larger capacity ratio of −30 ° C./25 ° C. than that of the dual ion battery of Example 1. It is considered that this is because DEC has an advantage of having a lower melting point than EMC and has an effect of improving discharge characteristics at low temperatures.

さらに、電解質塩として、LiBOBを含む実施例3のバッテリとLiBFOBを含む実施例4のバッテリでは、ガス発生がさらに低減し、25℃と55℃のサイクル寿命がさらに長くなった。これは、LiBOB及びLiBFOBは、LiBFと共存することによって、水分とLiPFとの反応をより抑制する効果を有するためであると考えられる。 Further, in the battery of Example 3 containing LiBOB and the battery of Example 4 containing LiBFOB as the electrolyte salt, gas generation was further reduced and the cycle life at 25 ° C. and 55 ° C. was further extended. It is considered that this is because LiBOB and LiBFOB have an effect of further suppressing the reaction between water and LiPF 6 by coexisting with LiBF 4.

LiBFの含有量が本発明の範囲よりも少ない比較例2のバッテリは、LiBFを含まない比較例1と比較すると、ガス発生量は低減し、25℃や55℃のサイクル寿命も長く、−30℃/25℃容量比も大きくなった。しかし、電解液の溶媒として比較例2と同じEMCを用いLiBFの含有量が本発明の範囲にある実施例1、2と比較するといずれの性能も低い値であった。比較例2は、LiBFの含有量が少なく、その添加効果が十分でなかったためであると考えられる。 The battery of Comparative Example 2 having a LiBF 4 content lower than the range of the present invention has a reduced gas generation amount and a longer cycle life of 25 ° C. and 55 ° C. as compared with Comparative Example 1 containing no LiBF 4. The volume ratio of -30 ° C / 25 ° C also increased. However, when the same EMC as in Comparative Example 2 was used as the solvent for the electrolytic solution, the LiBF 4 content was lower than that in Examples 1 and 2 which are within the range of the present invention. It is considered that Comparative Example 2 is because the content of LiBF 4 was low and the effect of adding LiBF 4 was not sufficient.

<実施例8>
正極活物質として、大阪ガスケミカル株式会社製のメソカーボンマイクロビーズ(MCMB)を用いたこと以外は、実施例1と同様にしてコイン型デュアルイオンバッテリ及びラミネート型デュアルイオンバッテリを作製した。
<Example 8>
A coin-type dual-ion battery and a laminated-type dual-ion battery were produced in the same manner as in Example 1 except that mesocarbon microbeads (MCMB) manufactured by Osaka Gas Chemical Co., Ltd. were used as the positive electrode active material.

<比較例3>
電解液のLIPFの濃度を3モル/Lとし、LiBFを用いなかったこと以外は、実施例8と同様にしてコイン型デュアルイオンバッテリ及びラミネート型デュアルイオンバッテリを作製した。
<Comparative example 3>
A coin-type dual-ion battery and a laminated-type dual-ion battery were produced in the same manner as in Example 8 except that the concentration of LIPF 6 in the electrolytic solution was 3 mol / L and LiBF 4 was not used.

<評価>
実施例8及び比較例3で作製したコイン型デュアルイオンバッテリ及びラミネート型デュアルイオンバッテリについて、ガス発生量、25℃と55℃のサイクル寿命、−30℃/25℃容量比を上記の方法により測定した。この結果を、比較例3のコイン型デュアルイオンバッテリ及びラミネート型デュアルイオンバッテリについて測定した結果を100とした相対値として、表2に示す。また、表2には、コイン型デュアルイオンバッテリ及びラミネート型デュアルイオンバッテリの作製に使用した電解液の組成、正極活物質の種類、負極の活物質の種類を記載した。
<Evaluation>
For the coin-type dual-ion battery and the laminated-type dual-ion battery produced in Example 8 and Comparative Example 3, the amount of gas generated, the cycle life of 25 ° C. and 55 ° C., and the volume ratio of −30 ° C./25 ° C. were measured by the above methods. did. This result is shown in Table 2 as a relative value with the result measured for the coin-type dual-ion battery and the laminated-type dual-ion battery of Comparative Example 3 as 100. In addition, Table 2 shows the composition of the electrolytic solution used for producing the coin-type dual-ion battery and the laminated-type dual-ion battery, the type of the positive electrode active material, and the type of the negative electrode active material.

Figure 0006864033
Figure 0006864033

正極活物質として、六方晶を有するMCMBを用いた場合でも、電解質塩として、LiPFとLiBFとを本発明の範囲内で含む実施例8のデュアルイオンバッテリは、電解質塩として、LiPFのみを含みLiBFを含まない比較例3のデュアルイオンバッテリと比較して、ガス発生量が低減し、25℃と55℃のサイクル寿命が長くなり、−30℃/25℃容量比が大きくなった。 Even when MCMB having hexagonal crystals is used as the positive electrode active material, the dual ion battery of Example 8 containing LiPF 6 and LiBF 4 as the electrolyte salt within the scope of the present invention has only LiPF 6 as the electrolyte salt. Compared with the dual ion battery of Comparative Example 3 containing and not containing LiBF 4 , the amount of gas generated was reduced, the cycle life at 25 ° C. and 55 ° C. was extended, and the capacity ratio at -30 ° C./25 ° C. was increased. ..

<実施例9>
電解液のLiPFの濃度を2.5モル/Lとしたこと以外は、実施例1と同様の方法でコイン型デュアルイオンバッテリを作製した。
<Example 9>
A coin-type dual-ion battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the concentration of LiPF 6 in the electrolytic solution was 2.5 mol / L.

<実施例10>
電解液のLiPFの濃度を1.5モル/Lとしたこと以外は、実施例1と同様の方法でコイン型デュアルイオンバッテリを作製した。
<Example 10>
A coin-type dual-ion battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the concentration of LiPF 6 in the electrolytic solution was 1.5 mol / L.

<実施例11>
電解液のLiPFの濃度を1.0モル/Lとしたこと以外は、実施例1と同様の方法でコイン型デュアルイオンバッテリを作製した。
<Example 11>
A coin-type dual-ion battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the concentration of LiPF 6 in the electrolytic solution was 1.0 mol / L.

<実施例12>
電解液のLiPFの濃度を0.5モル/Lとしたこと以外は、実施例1と同様の方法でコイン型デュアルイオンバッテリを作製した。
<Example 12>
A coin-type dual-ion battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the concentration of LiPF 6 in the electrolytic solution was 0.5 mol / L.

<評価>
実施例9〜12で作製したコイン型デュアルイオンバッテリについて、東洋システム株式会社製のTOSCAT3300を用いて、25℃の恒温槽中で、1.0mA/cmの電流密度、3.5Vの電圧で定電流定電圧充電を行ない、その後、電流密度1.0mA/cmの放電電流値で終止電圧2.0Vまで放電を行なって25℃の放電容量を得た。得られた放電容量を、実施例1のコイン型デュアルイオンバッテリの25℃の放電容量を100%とする相対値である相対エネルギー密度として算出した。
<Evaluation>
For the coin-type dual-ion batteries manufactured in Examples 9 to 12, a TOSCAT3300 manufactured by Toyo System Co., Ltd. was used in a constant temperature bath at 25 ° C. at a current density of 1.0 mA / cm 2 and a voltage of 3.5 V. Constant current and constant voltage charging was performed, and then discharge was performed at a discharge current value of a current density of 1.0 mA / cm 2 to a final voltage of 2.0 V to obtain a discharge capacity of 25 ° C. The obtained discharge capacity was calculated as a relative energy density which is a relative value with the discharge capacity at 25 ° C. of the coin-type dual ion battery of Example 1 as 100%.

図1は、実施例1及び9〜12で作製したコイン型デュアルイオンバッテリの電解液のLiPFの濃度と相対エネルギー密度の関係を示すグラフである。図1において、横軸は電解液のLiPFの濃度を示し、縦軸は相対エネルギー密度を示す。図1に示すように、電解液のLiPFの濃度が0.5モル/Lから2モル/Lの範囲では、エネルギー密度がLiPFの濃度の増加と共に高くなり、LiPFの濃度が2モル/L以上になると、エネルギー密度はほぼ一定になることがわかる。従って、この結果から、電解液中のLiPFの濃度は、2.0モル/L以上2.5モル/L以下の範囲内にあることが好ましいことが確認された。 FIG. 1 is a graph showing the relationship between the concentration of LiPF 6 and the relative energy density of the electrolytic solution of the coin-type dual ion battery produced in Examples 1 and 9 to 12. In FIG. 1, the horizontal axis represents the concentration of LiPF 6 in the electrolytic solution, and the vertical axis represents the relative energy density. As shown in FIG. 1, in the range of 2 mol / L concentration of LiPF 6 in the electrolytic solution is from 0.5 mol / L, the energy density becomes higher with increasing concentrations of LiPF 6, 2 molar concentration of LiPF 6 It can be seen that the energy density becomes almost constant when it becomes / L or more. Therefore, from this result, it was confirmed that the concentration of LiPF 6 in the electrolytic solution is preferably in the range of 2.0 mol / L or more and 2.5 mol / L or less.

Claims (7)

非水溶媒及び前記非水溶媒に溶解された電解質塩を含む電解液と、前記電解質塩のアニオンを吸蔵及び放出可能な正極活物質を含む正極と、前記電解質塩のカチオンを吸蔵及び放出可能な負極活物質を含む負極とを備えるデュアルイオンバッテリであって、
前記正極活物質は、黒鉛を含み、
前記負極活物質は、一般式がLiTi12で表されるスピネル型リチウムチタン酸化物を含み、
前記電解質塩は、六フッ化リン酸リチウムと四フッ化ホウ酸塩とを含み、前記四フッ化ホウ酸塩の含有量が、前記六フッ化リン酸リチウム1モルに対して0.15モル以上0.60モル以下の範囲内にあることを特徴とするデュアルイオンバッテリ。
An electrolytic solution containing a non-aqueous solvent and an electrolyte salt dissolved in the non-aqueous solvent, a positive electrode containing a positive electrode active material capable of storing and releasing anions of the electrolyte salt, and a cation of the electrolyte salt capable of storing and releasing. A dual-ion battery including a negative electrode containing a negative electrode active material.
The positive electrode active material contains graphite and contains graphite.
The negative electrode active material contains a spinel-type lithium titanium oxide whose general formula is represented by Li 4 Ti 5 O 12.
The electrolyte salt contains lithium hexafluorophosphate and borate tetrafluorophosphate, and the content of the borate tetrafluoride is 0.15 mol with respect to 1 mol of the lithium hexafluorophosphate. A dual ion battery characterized in that it is within the range of 0.60 mol or less.
前記四フッ化ホウ酸塩が、四フッ化ホウ酸リチウム、四フッ化ホウ酸テトラエチルアンモニウム、四フッ化ホウ酸トリエチルメチルアンモニウム、四フッ化ホウ酸スピロビピロリジニウム及び四フッ化ホウ酸1−エチル−3−メチルイミダゾリウムからなる群より選択される少なくとも1種の化合物を含む請求項1に記載のデュアルイオンバッテリ。 The tetrafluoroborate is lithium tetrafluoroborate, tetraethylammonium tetrafluoroborate, triethylmethylammonium borate tetrafluoride, spirobipyrrolidinium borate tetrafluorate, and boric acid tetrafluoride 1. The dual ion battery according to claim 1, which comprises at least one compound selected from the group consisting of −ethyl-3-methylimidazolium. 前記電解質塩が、さらに、ビスオキサラトホウ酸塩及びジフルオロオキサラトホウ酸塩の少なくとも一方を含む請求項1または2に記載のデュアルイオンバッテリ。 The dual ion battery according to claim 1 or 2, wherein the electrolyte salt further comprises at least one of bisoxalatoborate and difluorooxalatoborate. 前記非水溶媒が、環状カーボネート及び鎖状カーボネートからなる群より選択される少なくとも1種の化合物を含む請求項1〜3のいずれか1項に記載のデュアルイオンバッテリ。 The dual ion battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the non-aqueous solvent contains at least one compound selected from the group consisting of cyclic carbonate and chain carbonate. 前記環状カーボネートが、プロピレンカーボネート及びエチレンカーボネートからなる群から選択される少なくとも1種の化合物を含む請求項4に記載のデュアルイオンバッテリ。 The dual ion battery according to claim 4, wherein the cyclic carbonate contains at least one compound selected from the group consisting of propylene carbonate and ethylene carbonate. 前記鎖状カーボネートが、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート及びエチルメチルカーボネートからなる群から選択される少なくとも1種の化合物を含む請求項4に記載のデュアルイオンバッテリ。 The dual ion battery according to claim 4, wherein the chain carbonate contains at least one compound selected from the group consisting of dimethyl carbonate, diethyl carbonate and ethyl methyl carbonate. 前記正極は、正極集電体を有し、前記負極は、負極集電体を有し、前記正極集電体及び前記負極集電体は、プレーンアルミニウム材、エッチドアルミニウム材、及び非晶質炭素被膜で被覆されたアルミニウム材からなる群より選択されるアルミニウム含有部材である請求項1〜6のいずれか1項に記載のデュアルイオンバッテリ。 The positive electrode has a positive electrode current collector, the negative electrode has a negative electrode current collector, and the positive electrode current collector and the negative electrode current collector are plain aluminum material, etched aluminum material, and amorphous material. The dual ion battery according to any one of claims 1 to 6, which is an aluminum-containing member selected from the group consisting of an aluminum material coated with a carbon film.
JP2019089335A 2019-05-09 2019-05-09 Dual ion battery Active JP6864033B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019089335A JP6864033B2 (en) 2019-05-09 2019-05-09 Dual ion battery

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019089335A JP6864033B2 (en) 2019-05-09 2019-05-09 Dual ion battery

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2020187826A JP2020187826A (en) 2020-11-19
JP6864033B2 true JP6864033B2 (en) 2021-04-21

Family

ID=73221979

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019089335A Active JP6864033B2 (en) 2019-05-09 2019-05-09 Dual ion battery

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6864033B2 (en)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113224294B (en) * 2021-04-29 2023-03-07 深圳中科瑞能实业有限公司 Formula and application of positive electrode of double-ion battery
CN115395010A (en) * 2021-05-24 2022-11-25 新加坡国立大学 Aqueous dual ion battery
KR102831002B1 (en) * 2022-01-18 2025-07-04 삼성에스디아이 주식회사 Rechargeable lithium battery including gel polymer electrolyte
CN115882038A (en) * 2022-10-26 2023-03-31 珠海冠宇电池股份有限公司 Dual-ion battery and electronic device
JPWO2025088762A1 (en) * 2023-10-26 2025-05-01

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03119667A (en) * 1989-10-02 1991-05-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd Organic electrolyte lithium secondary battery
JP5095098B2 (en) * 2004-11-19 2012-12-12 パナソニック株式会社 Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2009224098A (en) * 2008-03-14 2009-10-01 Panasonic Corp Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP6103315B2 (en) * 2014-10-03 2017-03-29 トヨタ自動車株式会社 Non-aqueous secondary battery and method for producing the battery
JP2018041636A (en) * 2016-09-08 2018-03-15 株式会社リコー Power storage element
JP2018152158A (en) * 2017-03-09 2018-09-27 株式会社リコー Operation method of nonaqueous power storage device
JP6575891B1 (en) * 2018-11-28 2019-09-18 Tpr株式会社 Dual ion battery
JP6889751B2 (en) * 2019-05-09 2021-06-18 Tpr株式会社 Dual ion power storage device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2020187826A (en) 2020-11-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6864033B2 (en) Dual ion battery
CA3139803A1 (en) Rechargeable battery cell
JP6965745B2 (en) Lithium ion secondary battery
JP6889751B2 (en) Dual ion power storage device
US11551878B2 (en) Electricity storage device
JP5658821B2 (en) Non-aqueous secondary battery
US20180366778A1 (en) Systems and methods for preparing solid electrolyte interphases for electrochemical energy storage devices
JP2020536348A (en) Systems and Methods for Manufacturing Stabilized Lithium Electrodes for Electrochemical Energy Storage Equipment
CN103140980A (en) Lithium-ion rechargeable battery
CN105789688A (en) Electrolyte and lithium ion secondary battery
JP2012174577A (en) Negative electrode plate of lithium secondary battery, negative electrode, and lithium secondary battery
CN108878801A (en) Non-aqueous secondary batteries negative electrode active material and non-aqueous secondary batteries
JP2023547001A (en) Electrolytes, secondary batteries, battery modules, battery packs and power consumption devices
JP6575891B1 (en) Dual ion battery
JP2014007117A (en) Li BASED SECONDARY BATTERY
JP7618297B2 (en) Lithium secondary battery
JP2019129119A (en) Ion conductive separator and electrochemical device
JP4099970B2 (en) Secondary power supply
US10079116B2 (en) Aluminum-ion capacitor and uses thereof
JP2016189239A (en) Lithium ion secondary battery
JPWO2010092829A1 (en) Electrolytic solution and electrochemical capacitor using the same
JP2009130066A (en) Lithium ion capacitor
Naoi Electrochemical supercapacitors and hybrid systems
JP7181400B2 (en) CURRENT COLLECTOR FOR POWER STORAGE DEVICE ELECTRODE, METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME, AND POWER STORAGE DEVICE
JP6252353B2 (en) Non-aqueous electrolyte storage element and storage device including the same

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20191011

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20191011

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200213

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20210216

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20210302

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210401

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6864033

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250