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JP7322684B2 - lithium ion secondary battery - Google Patents
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Description

本発明は、リチウムイオン二次電池に関する。 The present invention relates to lithium ion secondary batteries.

リチウムイオン二次電池は、携帯電話、ノートパソコン等のモバイル機器やハイブリットカー等の動力源としても広く用いられている。これらの分野の発展と共に、リチウムイオン二次電池は、より高い性能が求められている。 Lithium ion secondary batteries are also widely used as power sources for mobile devices such as mobile phones and laptop computers, and hybrid cars. With the development of these fields, lithium ion secondary batteries are required to have higher performance.

その性能の一つが、リチウムイオン二次電池の高容量化である。負極活物質として代表的な黒鉛の容量は、理論値でも360mAh/g程度である。近年、黒鉛に替わる材料としてシリコンや酸化シリコン等の合金系の負極活物質に注目が集まっている。シリコンの容量は理論値で3600mAh/g程度と言われ、黒鉛の十倍近い容量が期待されている。 One of the performances is to increase the capacity of the lithium-ion secondary battery. The theoretical capacity of graphite, which is a typical negative electrode active material, is about 360 mAh/g. In recent years, attention has been focused on alloy-based negative electrode active materials such as silicon and silicon oxide as materials that can replace graphite. The theoretical capacity of silicon is said to be about 3600 mAh/g, which is expected to be nearly ten times that of graphite.

しかしながら、シリコンや酸化シリコン等の合金系の負極活物質を用いても、リチウムイオン二次電池は理論値に近い十分な容量を得ることが難しい。この原因の一つとして、初回の充電時に負極活物質層の表面にリチウム含有層が形成されることが挙げられる。リチウム含有層の形成は不可逆反応であり、リチウム含有層にトラップされたリチウムは、以後の充放電に寄与することができない。 However, even if an alloy-based negative electrode active material such as silicon or silicon oxide is used, it is difficult for a lithium ion secondary battery to obtain a sufficient capacity close to the theoretical value. One of the reasons for this is that a lithium-containing layer is formed on the surface of the negative electrode active material layer during the initial charge. Formation of the lithium-containing layer is an irreversible reaction, and lithium trapped in the lithium-containing layer cannot contribute to subsequent charging and discharging.

近年、このリチウム含有層を形成する分のリチウムを予めプレドープしておく、技術が提唱されている。例えば、特許文献1には、リチウム粒子を負極活物質層中に含有させることで、プレドープを行う技術が開示されている。また例えば、特許文献2には、初回充電容量と不可逆容量の大きな正極材料をプレドープ材として用いることが記載されている。また非特許文献1には、LiCoをプレドープ材として用いると、初回充電容量と不可逆容量が大きくなることが記載されている。 In recent years, a technique has been proposed in which lithium is pre-doped to form the lithium-containing layer. For example, Patent Literature 1 discloses a technique of pre-doping by including lithium particles in a negative electrode active material layer. Further, for example, Patent Document 2 describes that a positive electrode material having a large initial charge capacity and an irreversible capacity is used as a pre-dope material. Non-Patent Document 1 also describes that the use of Li 2 Co 3 as a pre-dopant increases the initial charge capacity and the irreversible capacity.

特開2008-98151号公報JP 2008-98151 A 特開2016-12620号公報JP 2016-12620 A

Lijuan Fan et al., Nano Research 2016, 9(12):3903-3913.Lijuan Fan et al., Nano Research 2016, 9(12):3903-3913.

合金系負極にプレドープ材を用いる技術は、まだ十分確立していない。合金系負極を用いたリチウムイオン二次電池にプレドープ材を用いた場合に、十分な初期効率を得ることができない。 The technique of using a pre-dopant for alloy-based negative electrodes has not yet been fully established. When a pre-doping material is used in a lithium ion secondary battery using an alloy negative electrode, sufficient initial efficiency cannot be obtained.

本開示は上記問題に鑑みてなされたものであり、合金系負極の初期効率を改善できるリチウムイオン二次電池を提供することを目的とする。 The present disclosure has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a lithium-ion secondary battery capable of improving the initial efficiency of the alloy-based negative electrode.

上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。 In order to solve the above problems, the following means are provided.

(1)第1の態様にかかるリチウムイオン二次電池は、正極と、負極と、前記正極と前記負極との間に挟まれたセパレータと、電解液と、を有し、前記正極は、プレドープ材を含み、前記プレドープ材は、4.5V(vsLi/Li)以上の電圧で分解するリチウム化合物と炭素材料とが複合化した複合体を含み、前記負極は、シリコン又は酸化シリコンを含み、前記電解液は、フルオロエチレンカーボネートとビニレンカーボネートとを含み、前記電解液における前記フルオロエチレンカーボネートの割合Xと、前記電解液における前記ビニレンカーボネートの割合Yとが、0.001≦Y/X≦0.01を満たす。 (1) A lithium ion secondary battery according to a first aspect has a positive electrode, a negative electrode, a separator sandwiched between the positive electrode and the negative electrode, and an electrolyte solution, and the positive electrode is pre-doped material, the pre-doping material includes a composite of a lithium compound that decomposes at a voltage of 4.5 V (vs Li/Li + ) or higher and a carbon material, and the negative electrode includes silicon or silicon oxide, The electrolytic solution contains fluoroethylene carbonate and vinylene carbonate, and the ratio X of the fluoroethylene carbonate in the electrolytic solution and the ratio Y of the vinylene carbonate in the electrolytic solution are 0.001≦Y/X≦0. .01.

(2)上記態様にかかるリチウムイオン二次電池において、前記リチウム化合物は、炭酸リチウムであってもよい。 (2) In the lithium ion secondary battery according to the above aspect, the lithium compound may be lithium carbonate.

上記態様に係るリチウムイオン二次電池は、初期効率が向上する。 The lithium-ion secondary battery according to the aspect described above has improved initial efficiency.

第1実施形態に係るリチウムイオン二次電池の模式図である。1 is a schematic diagram of a lithium ion secondary battery according to a first embodiment; FIG.

以下、実施形態について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率等は実際とは異なっていることがある。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, embodiments will be described in detail with appropriate reference to the drawings. In the drawings used in the following description, characteristic portions may be enlarged for convenience in order to make the characteristics easier to understand, and the dimensional ratios and the like of each component may differ from the actual. The materials, dimensions, and the like exemplified in the following description are examples, and the present invention is not limited to them, and can be implemented with appropriate modifications without changing the gist of the invention.

「リチウムイオン二次電池」
図1は、第1実施形態にかかるリチウムイオン二次電池の模式図である。図1に示すリチウムイオン二次電池100は、発電素子40と外装体50と電解液(図示略)とを備える。外装体50は、発電素子40の周囲を被覆する。発電素子40は、接続された一対の端子60、62によって外部と接続される。電解液は、外装体50内に収容され、発電素子40内に含浸している。
"Lithium-ion secondary battery"
FIG. 1 is a schematic diagram of a lithium ion secondary battery according to a first embodiment. A lithium-ion secondary battery 100 shown in FIG. 1 includes a power generation element 40, an exterior body 50, and an electrolytic solution (not shown). The exterior body 50 covers the periphery of the power generation element 40 . The power generation element 40 is connected to the outside by a pair of connected terminals 60 and 62 . The electrolytic solution is contained in the exterior body 50 and impregnates the power generation element 40 .

(発電素子)
発電素子40は、正極20と負極30とセパレータ10とを備える。
(power generation element)
The power generation element 40 includes a positive electrode 20 , a negative electrode 30 and a separator 10 .

<セパレータ>
セパレータ10は、正極20と負極30とに挟まれる。セパレータ10は、正極20と負極30とを隔離し、正極20と負極30との短絡を防ぐ。リチウムイオンは、セパレータ10を通過できる。
<Separator>
Separator 10 is sandwiched between positive electrode 20 and negative electrode 30 . The separator 10 separates the positive electrode 20 and the negative electrode 30 and prevents short circuit between the positive electrode 20 and the negative electrode 30 . Lithium ions can pass through the separator 10 .

セパレータ10は、例えば、電気絶縁性の多孔質構造を有する。セパレータ10は、例えば、ポリエチレン又はポリプロピレン等のポリオレフィンからなるフィルムの単層体、積層体や上記樹脂の混合物の延伸膜、或いはセルロース、ポリエステル、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、ポリエチレン及びポリプロピレンからなる群より選択される少なくとも1種の構成材料からなる繊維不織布が挙げられる。 The separator 10 has, for example, an electrically insulating porous structure. The separator 10 is, for example, a monolayer of a film made of polyolefin such as polyethylene or polypropylene, a stretched film of a laminate or a mixture of the above resins, or selected from the group consisting of cellulose, polyester, polyacrylonitrile, polyamide, polyethylene and polypropylene. A fibrous nonwoven fabric made of at least one constituent material can be mentioned.

セパレータ10は、例えば、固体電解質であってもよい。固体電解質は、例えば、高分子固体電解質、酸化物系固体電解質、硫化物系固体電解質である。高分子固体電解質は、例えば、ポリエチレンオキサイド系高分子にアルカリ金属塩を溶解させたものである。酸化物系固体電解質は、例えば、Li1.3Al0.3Ti1.7(PO(ナシコン型)、Li1.07Al0.69Ti1.46(PO(ガラスセラミックス)、Li0.34La0.51TiO2.94(ペロブスカイト型)、LiLaZr12(ガーネット型)、Li2.9PO3.30.46(アモルファス、LIPON)、50LiSiO・50LiBO(ガラス)、90LiBO・10LiSO(ガラスセラミックス)である。硫化物系固体電解質は、例えば、Li3.25Ge0.250.75(結晶)、Li10GeP12(結晶、LGPS)、LiPSCl(結晶、アルジロダイト型)、Li9.54Si1.741.4411.7Cl0.3(結晶)、Li3.250.95(ガラスセラミックス)、Li11(ガラスセラミックス)、70LiS・30P(ガラス)、30LiS・26B・44LiI(ガラス)、50LiS・17P・33LiBH(ガラス)、63LiS・36SiS・LiPO(ガラス)、57LiS・38SiS・5LiSiO(ガラス)である。 Separator 10 may be, for example, a solid electrolyte. Solid electrolytes are polymer solid electrolytes, oxide-based solid electrolytes, and sulfide-based solid electrolytes, for example. The polymer solid electrolyte is, for example, a polyethylene oxide polymer dissolved in an alkali metal salt. Examples of oxide-based solid electrolytes include Li 1.3 Al 0.3 Ti 1.7 (PO 4 ) 3 (Nasicon type), Li 1.07 Al 0.69 Ti 1.46 (PO 4 ) 3 (glass ceramics ) , Li0.34La0.51TiO2.94 ( perovskite type ) , Li7La3Zr2O12 (garnet type), Li2.9PO3.3N0.46 ( amorphous , LIPON) , 50Li 4 SiO 4 .50Li 2 BO 3 (glass), and 90Li 3 BO 3 .10Li 2 SO 4 (glass ceramics). Sulfide-based solid electrolytes include, for example, Li 3.25 Ge 0.25 P 0.75 S 4 (crystal), Li 10 GeP 2 S 12 (crystal, LGPS), Li 6 PS 5 Cl (crystal, aldirodite type) , Li 9.54 Si 1.74 P 1.44 S 11.7 Cl 0.3 (crystal), Li 3.25 P 0.95 S 4 (glass ceramics), Li 7 P 3 S 11 (glass ceramics) , 70Li 2 S.30P 2 S 5 (glass), 30Li 2 S.26B 2 S 3.44LiI (glass), 50Li 2 S.17P 2 S 5.33LiBH 4 (glass), 63Li 2 S.36SiS 2.Li 3PO4 ( glass), 57Li2S.38SiS2.5Li4SiO4 ( glass ) .

<正極>
正極20は、正極集電体22と正極活物質層24とを有する。正極活物質層24は、正極集電体22の少なくとも一面に形成されている。正極活物質層24は、正極集電体22の両面に形成されていてもよい。
<Positive electrode>
The positive electrode 20 has a positive electrode current collector 22 and a positive electrode active material layer 24 . The positive electrode active material layer 24 is formed on at least one surface of the positive electrode current collector 22 . The positive electrode active material layer 24 may be formed on both sides of the positive electrode current collector 22 .

[正極集電体]
正極集電体22は、例えば、導電性の板材である。正極集電体22は、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル、チタン、ステンレス等の金属薄板である。
[Positive collector]
The positive electrode current collector 22 is, for example, a conductive plate. The positive electrode current collector 22 is, for example, a metal thin plate made of aluminum, copper, nickel, titanium, stainless steel, or the like.

[正極活物質層]
正極活物質層24は、例えば、正極活物質と導電助材とプレドープ材とバインダーとを有する。
[Positive electrode active material layer]
The positive electrode active material layer 24 has, for example, a positive electrode active material, a conductive aid, a pre-dopant, and a binder.

正極活物質は、リチウムイオンの吸蔵及び放出、リチウムイオンの脱離及び挿入(インターカレーション)、又は、リチウムイオンとカウンターアニオンのドープ及び脱ドープを可逆的に進行させる。 The positive electrode active material causes reversible absorption and release of lithium ions, desorption and insertion (intercalation) of lithium ions, or doping and dedoping of lithium ions and counter anions.

正極活物質は、例えば、コバルト酸リチウム(LiCoO)、ニッケル酸リチウム(LiNiO)、マンガン酸リチウム(LiMnO)、リチウムマンガンスピネル(LiMn)、及び、一般式:LiNiCoMna2(x+y+z+a=1、0≦x<1、0≦y<1、0≦z<1、0≦a<1、MはAl、Mg、Nb、Ti、Cu、Zn、Crより選ばれる1種類以上の元素)で表される複合金属酸化物、リチウムバナジウム化合物(LiV)、オリビン型LiMPO(ただし、Mは、Co、Ni、Mn、Fe、Mg、Nb、Ti、Al、Zrより選ばれる1種類以上の元素又はVOを示す)、チタン酸リチウム(LiTi12)、LiNiCoAl(0.9<x+y+z<1.1)等の複合金属酸化物、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセンなどである。また正極活物質は、これらを混合したものでもよい。 Examples of positive electrode active materials include lithium cobaltate (LiCoO 2 ), lithium nickelate (LiNiO 2 ), lithium manganate (LiMnO 2 ), lithium manganese spinel (LiMn 2 O 4 ), and general formula: LiNi x Co y Mn z M a2 (x+y+z+a=1, 0≤x<1, 0≤y<1, 0≤z<1, 0≤a<1, M is selected from Al, Mg, Nb, Ti, Cu, Zn, Cr one or more elements), lithium vanadium compound (LiV 2 O 5 ), olivine-type LiMPO 4 (where M is Co, Ni, Mn, Fe, Mg, Nb, Ti, one or more elements selected from Al and Zr , or VO), lithium titanate ( Li4Ti5O12 ) , LiNixCoyAlzO2 (0.9<x+y+z<1.1), etc. Examples include composite metal oxides, polyacetylene, polyaniline, polypyrrole, polythiophene, and polyacene. Moreover, what mixed these may be sufficient as a positive electrode active material.

導電助材は、正極活物質層24内に点在している。導電助材は、正極活物質層24における正極活物質の間の導電性を高める。導電助材は、例えば、カーボンブラック類等のカーボン粉末、カーボンナノチューブ、炭素材料、銅、ニッケル、ステンレス、鉄等の金属微粉、炭素材料及び金属微粉の混合物、ITO等の導電性酸化物である。導電助材は、カーボンブラック等の炭素材料が好ましい。活物質のみで十分な導電性を確保できる場合は、正極活物質層24は導電助材を含まなくてもよい。 The conductive aids are scattered in the positive electrode active material layer 24 . The conductive aid enhances the conductivity between the positive electrode active materials in the positive electrode active material layer 24 . Examples of conductive aids include carbon powders such as carbon blacks, carbon nanotubes, carbon materials, metal fine powders such as copper, nickel, stainless steel and iron, mixtures of carbon materials and metal fine powders, and conductive oxides such as ITO. . A carbon material such as carbon black is preferable as the conductive aid. If the active material alone can ensure sufficient conductivity, the positive electrode active material layer 24 does not need to contain a conductive aid.

プレドープ材は、充電時に分解し、リチウムイオンを生じる。プレドープ材は、負極にトラップされ、可逆的に利用できなくなった分のリチウムイオンを補う。プレドープ材は、正極活物質層24内に点在している。 The pre-dopant decomposes during charging to produce lithium ions. The pre-dopant supplements lithium ions that are trapped in the negative electrode and cannot be used reversibly. The pre-dopant is scattered in the positive electrode active material layer 24 .

プレドープ材は、初回充放電前の段階で、リチウム化合物と炭素材料とが複合化した複合体である。リチウム化合物は、4.5V(vsLi/Li)以上の電圧で分解するものである。 The pre-dopant is a composite in which a lithium compound and a carbon material are combined before the initial charge/discharge. A lithium compound decomposes at a voltage of 4.5 V (vs Li/Li + ) or more.

vsLi/LiはLiの平衡電位を基準とすることを示す。また「分解する」とは、完全に分解が完了しきることに限られず、少なくとも一部の分解が始まればよい。また「複合化」とは、物理的にくっついて、一体化した状態である。例えば、リチウム化合物と炭素材料とが互いに絡み合い分離できない状態は、複合化された状態の一例である。4.5V(vsLi/Li)以上の電圧で分解するリチウム化合物は、例えば、LiCo、LiO、CHCOLi、LiOOCCOOLi、LiIである。 vsLi/Li + indicates that the equilibrium potential of Li is used as a reference. Also, "decompose" is not limited to the complete completion of decomposition, and may be at least partially decomposed. Also, "composite" means a state of being physically attached and integrated. For example, a state in which a lithium compound and a carbon material are entangled with each other and cannot be separated is an example of a composite state. Examples of lithium compounds that decompose at a voltage of 4.5 V (vs Li/Li + ) or higher are Li 2 Co 3 , Li 2 O, CH 3 CO 2 Li, LiOOCCOOLi, and LiI.

プレドープ材は、初回充放電後の段階で、2つ状態となる。第1の状態は、リチウム化合物が分解することで、炭素材料のみが残った状態である。第1の状態は、プレドープ材からリチウム化合物が除かれ、炭素材料による骨格のみが残った状態である。例えば、炭素材料による骨格の中に空隙が内包された状態である。炭素材料による骨格は、例えば、籠状、卵の外殻状等の形状となる。第2の状態は、リチウム化合物の少なくとも一部が分解せず残存し、リチウム化合物と炭素材料とが複合化された複合体の状態である。リチウム化合物の全てが分解すると第2の状態にはならないが、リチウム化合物の一部は残存するため、複合体も残存する。すなわち、充放電後のリチウムイオン二次電池からもリチウム化合物は検出される。 The pre-dopant is in two states after the initial charge/discharge. The first state is a state in which only the carbon material remains after the lithium compound is decomposed. The first state is a state in which the lithium compound is removed from the pre-dopant, leaving only the skeleton of the carbon material. For example, it is a state in which voids are included in a skeleton made of a carbon material. The skeleton made of the carbon material has, for example, a cage shape, an egg shell shape, or the like. The second state is a composite state in which at least part of the lithium compound remains without being decomposed, and the lithium compound and the carbon material are composited. When all of the lithium compound decomposes, the second state is not reached, but some of the lithium compound remains, so the complex also remains. That is, the lithium compound is detected even from the lithium ion secondary battery after charging and discharging.

バインダーは、正極活物質層24における正極活物質25同士を結合する。バインダーは、公知のものを用いることができる。バインダーは、例えば、フッ素樹脂である。フッ素樹脂は、例えば、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)、テトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレン-パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、エチレン-テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、エチレン-クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)、ポリフッ化ビニル(PVF)等である。 The binder binds together the positive electrode active materials 25 in the positive electrode active material layer 24 . A known binder can be used. The binder is, for example, fluororesin. Fluororesins include, for example, polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), ethylene-tetrafluoroethylene copolymer (ETFE), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), ethylene-chlorotrifluoroethylene copolymer (ECTFE), polyvinyl fluoride (PVF), and the like.

上記の他に、バインダーは、例えば、ビニリデンフルオライド-ヘキサフルオロプロピレン系フッ素ゴム(VDF-HFP系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド-ヘキサフルオロプロピレン-テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF-HFP-TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド-ペンタフルオロプロピレン系フッ素ゴム(VDF-PFP系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド-ペンタフルオロプロピレン-テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF-PFP-TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド-パーフルオロメチルビニルエーテル-テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF-PFMVE-TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド-クロロトリフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF-CTFE系フッ素ゴム)等のビニリデンフルオライド系フッ素ゴムでもよい。 In addition to the above, binders include, for example, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-based fluororubber (VDF-HFP-based fluororubber), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene-based fluororubber (VDF-HFP-TFE-based fluororubber), vinylidene fluoride-pentafluoropropylene fluororubber (VDF-PFP fluororubber), vinylidene fluoride-pentafluoropropylene-tetrafluoroethylene fluororubber (VDF-PFP-TFE fluororubber), vinylidene fluoride Vinylidene fluoride-based fluorine such as Ride-perfluoromethyl vinyl ether-tetrafluoroethylene-based fluororubber (VDF-PFMVE-TFE-based fluororubber), vinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene-based fluororubber (VDF-CTFE-based fluororubber) Rubber may be used.

<負極>
負極30は、例えば、負極集電体32と負極活物質層34とを有する。負極活物質層34は、負極集電体32の少なくとも一面に形成されている。
<Negative Electrode>
The negative electrode 30 has, for example, a negative electrode current collector 32 and a negative electrode active material layer 34 . The negative electrode active material layer 34 is formed on at least one surface of the negative electrode current collector 32 .

[負極集電体]
負極集電体32は、例えば、導電性の板材である。負極集電体32は、正極集電体22と同様のものを用いることができる。
[Negative electrode current collector]
The negative electrode current collector 32 is, for example, a conductive plate. The negative electrode current collector 32 can be the same as the positive electrode current collector 22 .

[負極活物質層]
負極活物質層34は、負極活物質を含む。また必要に応じて、導電助材、バインダーを含んでもよい。
[Negative electrode active material layer]
The negative electrode active material layer 34 contains a negative electrode active material. Moreover, a conductive aid and a binder may be included as necessary.

負極活物質は、リチウムと合金反応を生じる材料である。負極活物質は、シリコン又は酸化シリコンを含む。シリコン又は酸化シリコンは、リチウムと合金化することで、リチウムイオンを吸蔵する。またこの可逆反応により、リチウムイオンを放出する。負極30はSi負極と呼ばれることがある。 A negative electrode active material is a material that causes an alloying reaction with lithium. The negative electrode active material contains silicon or silicon oxide. Silicon or silicon oxide absorbs lithium ions by being alloyed with lithium. This reversible reaction also releases lithium ions. The negative electrode 30 is sometimes called a Si negative electrode.

導電助材及びバインダーは、正極20と同様のものを用いることができる。負極30におけるバインダーは、正極20に挙げたものの他に、例えば、セルロース、スチレン・ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、アクリル樹脂等でもよい。セルロースは、例えば、カルボキシメチルセルロース(CMC)でもよい。 As the conductive aid and binder, the same materials as those used for the positive electrode 20 can be used. The binder in the negative electrode 30 may be, for example, cellulose, styrene/butadiene rubber, ethylene/propylene rubber, polyimide resin, polyamideimide resin, acrylic resin, etc., in addition to those listed for the positive electrode 20 . The cellulose may be, for example, carboxymethylcellulose (CMC).

(端子)
端子60、62は、それぞれ正極20と負極30とに接続されている。正極20に接続された端子60は正極端子であり、負極30に接続された端子62は負極端子である。端子60、62は、外部との電気的接続を担う。端子60、62は、アルミニウム、ニッケル、銅等の導電材料から形成されている。接続方法は、溶接でもネジ止めでもよい。端子60、62は短絡を防ぐために、絶縁テープで保護することが好ましい。
(Terminal)
Terminals 60 and 62 are connected to positive electrode 20 and negative electrode 30, respectively. A terminal 60 connected to the positive electrode 20 is a positive terminal, and a terminal 62 connected to the negative electrode 30 is a negative terminal. Terminals 60 and 62 are responsible for electrical connection with the outside. Terminals 60, 62 are made of a conductive material such as aluminum, nickel, or copper. The connection method may be welding or screwing. Terminals 60, 62 are preferably protected with insulating tape to prevent short circuits.

(外装体)
外装体50は、その内部に発電素子40及び電解液を密封する。外装体50は、電解液の外部への漏出や、外部からのリチウムイオン二次電池100内部への水分等の侵入等を抑止する。
(Exterior body)
The exterior body 50 seals the power generation element 40 and the electrolytic solution therein. The exterior body 50 prevents the leakage of the electrolytic solution to the outside and the intrusion of moisture into the inside of the lithium ion secondary battery 100 from the outside.

外装体50は、例えば図1に示すように、金属箔52と、金属箔52の各面に積層された樹脂層54と、を有する。外装体50は、金属箔52を高分子膜(樹脂層54)で両側からコーティングした金属ラミネートフィルムである。 The exterior body 50 has a metal foil 52 and a resin layer 54 laminated on each surface of the metal foil 52, as shown in FIG. 1, for example. The exterior body 50 is a metal laminate film in which a metal foil 52 is coated from both sides with polymer films (resin layers 54).

金属箔52としては例えばアルミ箔を用いることができる。樹脂層54には、ポリプロピレン等の高分子膜を利用できる。樹脂層54を構成する材料は、内側と外側とで異なっていてもよい。例えば、外側の材料としては融点の高い高分子、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリアミド(PA)等を用い、内側の高分子膜の材料としてはポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等を用いることができる。 For example, aluminum foil can be used as the metal foil 52 . A polymer film such as polypropylene can be used for the resin layer 54 . The material forming the resin layer 54 may be different between the inner side and the outer side. For example, a polymer with a high melting point such as polyethylene terephthalate (PET) or polyamide (PA) is used as the outer material, and polyethylene (PE) or polypropylene (PP) is used as the inner polymer film material. be able to.

(電解液)
電解液は、外装体50内に封入され、発電素子40に含浸している。電解液は、非水電解液であり、例えば、非水溶媒と電解質とを有する。電解質は、非水溶媒に溶解している。
(Electrolyte)
The electrolytic solution is enclosed in the exterior body 50 and impregnates the power generating element 40 . The electrolytic solution is a non-aqueous electrolytic solution, and has, for example, a non-aqueous solvent and an electrolyte. The electrolyte is dissolved in a non-aqueous solvent.

非水溶媒は、例えば、環状カーボネートと、鎖状カーボネートと、を含有する。環状カーボネートは、電解質を溶媒和する。環状カーボネートは、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート及びブチレンカーボネートである。鎖状カーボネートは、環状カーボネートの粘性を低下させる。鎖状カーボネートは、例えば、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネートである。非水溶媒は、その他、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、プロピオン酸プロピル、γ-ブチロラクトン、1,2-ジメトキシエタン、1,2-ジエトキシエタン等を有してもよい。 Non-aqueous solvents include, for example, cyclic carbonates and chain carbonates. Cyclic carbonates solvate electrolytes. Cyclic carbonates are, for example, ethylene carbonate, propylene carbonate and butylene carbonate. Chain carbonates reduce the viscosity of cyclic carbonates. Chain carbonates are, for example, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethylmethyl carbonate. Non-aqueous solvents may also include methyl acetate, ethyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, propyl propionate, γ-butyrolactone, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, and the like. .

非水溶媒中の環状カーボネートと鎖状カーボネートの割合は体積比にして、例えば、1:9~1:1である。 The volume ratio of the cyclic carbonate and the chain carbonate in the non-aqueous solvent is, for example, 1:9 to 1:1.

電解質は、例えば、LiPF、LiClO、LiBF、LiCFSO、LiCFCFSO、LiC(CFSO、LiN(CFSO、LiN(CFCFSO、LiN(CFSO)(CSO)、LiN(CFCFCO)、LiBOB等である。 The electrolyte is, for example , LiPF6 , LiClO4 , LiBF4 , LiCF3SO3 , LiCF3CF2SO3 , LiC( CF3SO2 ) 3 , LiN( CF3SO2 ) 2 , LiN ( CF3CF2 SO 2 ) 2 , LiN(CF 3 SO 2 )(C 4 F 9 SO 2 ), LiN(CF 3 CF 2 CO) 2 , LiBOB and the like.

電解液は、フルオロエチレンカーボネートとビニレンカーボネートとを含む。詳細は後述するがフルオロエチレンカーボネート及びビニレンカーボネートは、プレドープ材の表面で電解液が分解することを阻害する。 The electrolyte contains fluoroethylene carbonate and vinylene carbonate. Although the details will be described later, fluoroethylene carbonate and vinylene carbonate inhibit decomposition of the electrolytic solution on the surface of the pre-doping material.

電解液におけるフルオロエチレンカーボネートの割合と、電解液におけるビニレンカーボネートの割合とは、0.001≦Y/X≦0.01を満たす。ここで、Xは、電解液におけるフルオロエチレンカーボネートの割合であり、Yは電解液におけるビニレンカーボネートの割合である。 The ratio of fluoroethylene carbonate in the electrolytic solution and the ratio of vinylene carbonate in the electrolytic solution satisfy 0.001≦Y/X≦0.01. Here, X is the proportion of fluoroethylene carbonate in the electrolyte and Y is the proportion of vinylene carbonate in the electrolyte.

電解液におけるフルオロエチレンカーボネートの割合Xは、例えば、20wt%以下であり、5wt%以上20wt%以下であってもよい。電解液におけるビニレンカーボネートの割合Yは、例えば、0.05wt%以下であり、0.005wt%以上0.5wt%以下であってもよい。 The proportion X of fluoroethylene carbonate in the electrolytic solution is, for example, 20 wt % or less, and may be 5 wt % or more and 20 wt % or less. The proportion Y of vinylene carbonate in the electrolytic solution is, for example, 0.05 wt % or less, and may be 0.005 wt % or more and 0.5 wt % or less.

「リチウムイオン二次電池の製造方法」
まずプレドープ材を作製する。プレドープ材は、リチウム化合物と炭素材料とを複合化することで得られる。例えば、リチウム化合物と炭素材料とを機械的なエネルギーを与えながら混ぜ合わせると、リチウム化合物と炭素材料とが複合化する。機械的なエネルギーは、例えば、衝撃、圧縮、せん断、ずり応力、摩擦等である。複合化工程では、機械的なエネルギーによってリチウム化合物及び炭素材料を破砕しながら、混ぜ合わしてもよい。ボールミルを用いた混合、メカノケミカル処理は、複合化処理の一例である。メカノケミカル処理は、例えば、ホソカワミクロン株式会社製のノビルタを用いて行うことができる。
"Manufacturing method of lithium ion secondary battery"
First, a pre-dope material is produced. A pre-dope material is obtained by compounding a lithium compound and a carbon material. For example, when a lithium compound and a carbon material are mixed while applying mechanical energy, the lithium compound and the carbon material are combined. Mechanical energy is, for example, impact, compression, shear, shear stress, friction, and the like. In the compounding step, the lithium compound and the carbon material may be mixed while being pulverized by mechanical energy. Mixing using a ball mill and mechanochemical treatment are examples of compounding treatment. The mechanochemical treatment can be performed using, for example, Nobilta manufactured by Hosokawa Micron Corporation.

次いで、正極20を作製する。正極20は、正極活物質、プレドープ材、導電助剤、バインダー及び溶媒を混合して、ペースト状の正極スラリーを作製する。正極スラリーを構成するこれらの成分の混合方法は特に制限されず、混合順序もまた特に制限されない。次いで、正極スラリーを、正極集電体22に塗布する。塗布方法は、特に制限はない。例えば、スリットダイコート法、ドクターブレード法が挙げられる。 Next, the positive electrode 20 is produced. The positive electrode 20 is prepared by mixing a positive electrode active material, a pre-dopant, a conductive aid, a binder, and a solvent to prepare a pasty positive electrode slurry. The mixing method of these components constituting the positive electrode slurry is not particularly limited, and the mixing order is also not particularly limited. Next, the positive electrode slurry is applied to the positive electrode current collector 22 . The coating method is not particularly limited. For example, a slit die coating method and a doctor blade method can be used.

続いて、正極集電体22上に塗布された正極スラリー中の溶媒を除去する。除去方法は特に限定されない。例えば、正極スラリーが塗布された正極集電体22を、80℃~150℃の雰囲気下で乾燥させる。次いで、得られた塗膜をプレスして、正極活物質層24を高密度化することで、正極20が得られる。プレスの手段は、例えばロールプレス機、静水圧プレス機等を用いることができる。 Subsequently, the solvent in the positive electrode slurry applied on the positive electrode current collector 22 is removed. A removal method is not particularly limited. For example, the positive electrode current collector 22 coated with the positive electrode slurry is dried in an atmosphere of 80.degree. C. to 150.degree. Then, the positive electrode 20 is obtained by pressing the obtained coating film to increase the density of the positive electrode active material layer 24 . As a means of pressing, for example, a roll press machine, a hydrostatic press machine, or the like can be used.

次いで、負極30を作製する。負極30は、正極20と同様に作製できる。負極30は、負極活物質、バインダー及び溶媒を混合して、ペースト状の負極スラリーを作製する。負極スラリーを負極集電体32に塗布し、乾燥することで負極30が得られる。 Next, the negative electrode 30 is produced. The negative electrode 30 can be produced in the same manner as the positive electrode 20 . The negative electrode 30 is produced by mixing a negative electrode active material, a binder and a solvent to prepare a pasty negative electrode slurry. The negative electrode 30 is obtained by applying the negative electrode slurry to the negative electrode current collector 32 and drying it.

次いで、作製した正極20及び負極30の間にセパレータ10が位置するようにこれらを積層して、発電素子40を作製する。発電素子40が捲回体の場合は、正極20、負極30及びセパレータ10の一端側を軸として、これらを捲回する。 Next, the positive electrode 20 and the negative electrode 30 are laminated so that the separator 10 is positioned between them to produce the power generation element 40 . When the power generating element 40 is a wound body, the positive electrode 20, the negative electrode 30, and the separator 10 are wound around one end side of the separator.

最後に、発電素子40を外装体50に封入する。電解液は外装体50内に注入する。電解液を注入後に減圧、加熱等を行うことで、発電素子40内に電解液が含浸する。熱等を加えて外装体50を封止することで、リチウムイオン二次電池100が得られる。 Finally, the power generation element 40 is enclosed in the exterior body 50 . The electrolytic solution is injected into the exterior body 50 . After injecting the electrolytic solution, the power generation element 40 is impregnated with the electrolytic solution by depressurizing, heating, or the like. The lithium ion secondary battery 100 is obtained by applying heat or the like to seal the exterior body 50 .

そして、作製されたリチウムイオン二次電池100をエージングする。エージングは、作製されたリチウムイオン二次電池を予備充電する工程であり、不良品を除くことができる。エージングは、例えば、4.5V(vsLi/Li)以上の電圧で行う。 Then, the produced lithium ion secondary battery 100 is aged. Aging is a step of precharging the manufactured lithium ion secondary battery, and can remove defective products. Aging is performed, for example, at a voltage of 4.5 V (vs Li/Li + ) or higher.

エージングを行うと、リチウムイオンの一部は負極にトラップされる。負極にトラップされたリチウムイオンは、以後の反応では利用できない。負極にトラップされたリチウムイオンは、リチウムイオン二次電池100の不可逆容量の原因となる。不可逆容量は、放電容量と充電容量との差である。不可逆容量分のリチウムイオンが負極にトラップされることで、以後の充放電反応は安定化する。一方で、リチウムイオンが負極にトラップされると、充放電に寄与するリチウムイオンの量が減少する。減少した分のリチウムイオンは、プレドープ材に含まれるリチウム化合物が分解することで補充される。 During aging, some of the lithium ions are trapped in the negative electrode. Lithium ions trapped in the negative electrode cannot be used in subsequent reactions. Lithium ions trapped in the negative electrode cause irreversible capacity of the lithium ion secondary battery 100 . Irreversible capacity is the difference between discharge capacity and charge capacity. Lithium ions corresponding to the irreversible capacity are trapped in the negative electrode, thereby stabilizing the subsequent charge-discharge reaction. On the other hand, when lithium ions are trapped in the negative electrode, the amount of lithium ions that contribute to charging and discharging decreases. The reduced amount of lithium ions is replenished by decomposition of the lithium compound contained in the pre-dopant.

第1実施形態に係るリチウムイオン二次電池100は、初期効率が向上する。初期効率とは、リチウムイオン二次電池100の初回の充電に対する放電の効率である。以下、この理由について説明する。 The initial efficiency of the lithium ion secondary battery 100 according to the first embodiment is improved. The initial efficiency is the discharge efficiency of the lithium-ion secondary battery 100 with respect to the initial charge. The reason for this will be explained below.

上述のように、プレドープ材に含まれるリチウム化合物が十分に分解することで、充放電に寄与するリチウムイオンの量が確保される。一方で、プレドープ材に含まれるリチウム化合物の分解が阻害されると、充放電に寄与するリチウムイオンの量が十分確保できず、初期特性が低下する。 As described above, sufficient decomposition of the lithium compound contained in the pre-dopant ensures the amount of lithium ions that contribute to charging and discharging. On the other hand, if the decomposition of the lithium compound contained in the pre-dopant is inhibited, a sufficient amount of lithium ions that contribute to charging and discharging cannot be secured, resulting in deterioration of initial characteristics.

例えば、正極にプレドープ材を含み、電解液にフルオロエチレンカーボネート及びビニレンカーボネートを含まないリチウムイオン二次電池は、十分な初期特性を得ることができない。以下、この例を比較例と称する。発明者らは、この原因として、電解液の分解によりプレドープ材の表面に厚い被膜が形成されることにあると考えた。比較例にかかるリチウムイオン二次電池を高電圧(例えば、4.5V(vsLi/Li)以上の電圧)で充電すると、プレドープ材の表面で電解液が分解する。分解した電解液は、プレドープ材の表面に厚い被膜を形成する。厚い被膜は、リチウム化合物の分解反応を阻害する。リチウム化合物の分解が阻害されると、充放電に寄与するリチウムイオンの量が十分確保できず、初期特性が低下する。 For example, a lithium ion secondary battery in which the positive electrode contains a pre-dopant and the electrolytic solution does not contain fluoroethylene carbonate and vinylene carbonate cannot obtain sufficient initial characteristics. This example is hereinafter referred to as a comparative example. The inventors considered that the reason for this is that a thick film is formed on the surface of the pre-dope material due to the decomposition of the electrolytic solution. When the lithium ion secondary battery according to the comparative example is charged at a high voltage (for example, a voltage of 4.5 V (vs Li/Li + ) or higher), the electrolyte is decomposed on the surface of the pre-dope material. The decomposed electrolyte forms a thick film on the surface of the pre-dopant. A thick coating inhibits the decomposition reaction of lithium compounds. When the decomposition of the lithium compound is inhibited, a sufficient amount of lithium ions that contribute to charging and discharging cannot be secured, resulting in deterioration of initial characteristics.

これに対し、第1実施形態に係るリチウムイオン二次電池は、電解液にフルオロエチレンカーボネート及びビニレンカーボネートを含む。フルオロエチレンカーボネート及びビニレンカーボネートは、電解液の分解反応を阻害する。 In contrast, the lithium ion secondary battery according to the first embodiment contains fluoroethylene carbonate and vinylene carbonate in the electrolyte. Fluoroethylene carbonate and vinylene carbonate inhibit the decomposition reaction of the electrolytic solution.

フルオロエチレンカーボネートを電解液に添加すると、プレドープ材の表面にLiFと有機リチウム化合物からなる被膜が形成される。この被膜は、プレドープ材の表面における電解液の分解を阻害する。またこの被膜は、電解液の分解で生じる厚い被膜と異なり、薄く、リチウムを含む。そのため、リチウム化合物の分解反応をあまり阻害せず、リチウム化合物の分解により生じたリチウムイオンの移動も大きく阻害しない。 When fluoroethylene carbonate is added to the electrolytic solution, a film composed of LiF and an organic lithium compound is formed on the surface of the pre-dopant. This coating inhibits the decomposition of the electrolyte on the surface of the pre-dopant. This coating is also thin and contains lithium, unlike the thick coating that results from decomposition of the electrolyte. Therefore, the decomposition reaction of the lithium compound is not significantly hindered, and the movement of lithium ions generated by the decomposition of the lithium compound is not significantly hindered.

またビニレンカーボネートを電解液に添加すると、被膜に含まれる有機リチウム化合物の割合が増加する。有機リチウム化合物の割合が増加すると、被膜のカバレッジ性が高まり、被膜の厚さが薄くなる。被膜のカバレッジ性が高まると、プレドープ材の表面における電解液の分解反応がより抑制される。その結果、プレドープ材の分解反応が進み、負極へのプレドープが十分に進み、リチウムイオン二次電池100の初期効率が改善する。 Also, when vinylene carbonate is added to the electrolytic solution, the ratio of the organolithium compound contained in the film increases. As the proportion of the organolithium compound increases, the coverage of the coating increases and the thickness of the coating decreases. When the coverage of the film increases, the decomposition reaction of the electrolytic solution on the surface of the pre-dopant is further suppressed. As a result, the decomposition reaction of the pre-dopant proceeds, the pre-doping of the negative electrode proceeds sufficiently, and the initial efficiency of the lithium ion secondary battery 100 improves.

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。 As described above, the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings. , substitutions, and other modifications are possible.

「実施例1」
(正極の作製)
まずプレドープ材を作製した。80質量部のLiCoと20質量部のカーボンブラックとを準備し、ボールミルで1時間混合した。ボールミルによる混合によりLiCoとカーボンブラックとが複合化したプレドープ材が得られた。
"Example 1"
(Preparation of positive electrode)
First, a pre-dope material was produced. 80 parts by mass of Li 2 Co 3 and 20 parts by mass of carbon black were prepared and mixed in a ball mill for 1 hour. A pre-dopant in which Li 2 Co 3 and carbon black were combined was obtained by mixing with a ball mill.

次いで、60質量部の正極活物質と20質量部のプレドープ材と10質量部の導電助剤と10質量部のバインダーとを混合し、正極合材を作製した。正極活物質はコバルト酸リチウム(LiCoO)、導電助剤はカーボンブラック、バインダーはポリフッ化ビニリデン(PVDF)とした。この正極合剤を、N-メチル-2-ピロリドンに分散させて正極スラリーを作製した。そして、厚さ20μmのアルミニウム箔の一面に、正極活物質の塗布量が9.0mg/cmとなるように、スラリーを塗布した。塗布後に、100℃で乾燥させ、溶媒を除去して正極活物質層を形成した。 Next, 60 parts by mass of the positive electrode active material, 20 parts by mass of the pre-dopant, 10 parts by mass of the conductive aid, and 10 parts by mass of the binder were mixed to prepare a positive electrode mixture. Lithium cobaltate (LiCoO 2 ) was used as the positive electrode active material, carbon black was used as the conductive agent, and polyvinylidene fluoride (PVDF) was used as the binder. This positive electrode mixture was dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone to prepare a positive electrode slurry. Then, the slurry was applied to one surface of an aluminum foil having a thickness of 20 μm so that the amount of the positive electrode active material applied was 9.0 mg/cm 2 . After the coating, it was dried at 100° C. to remove the solvent and form a positive electrode active material layer.

(負極の作製)
負極活物質と導電材とバインダーとを混合し、負極合材を作製した。負極活物質はシリコン、導電材はカーボンブラック、バインダーはカルボキシメチルセルロース(CMC)、スチレン・ブタジエンゴム(SBR)とした。負極活物質と導電材とバインダーは質量比で90:5:5とした。この負極合剤を、蒸留水に分散させて負極スラリーを作製した。そして、厚さ10μmの銅箔の一面に、負極スラリーを塗布した。塗布後に、100℃で乾燥させ、溶媒を除去して負極活物質層を形成した。
(Preparation of negative electrode)
A negative electrode mixture was prepared by mixing a negative electrode active material, a conductive material, and a binder. Silicon was used as the negative electrode active material, carbon black was used as the conductive material, and carboxymethyl cellulose (CMC) and styrene-butadiene rubber (SBR) were used as the binder. The mass ratio of the negative electrode active material, the conductive material, and the binder was 90:5:5. This negative electrode mixture was dispersed in distilled water to prepare a negative electrode slurry. Then, the negative electrode slurry was applied to one surface of a copper foil having a thickness of 10 μm. After coating, the coating was dried at 100° C. to remove the solvent and form a negative electrode active material layer.

(セルの作製)
作製した負極と正極とを、所定の形状に打ち抜き、厚さ25μmのポリプロピレン製のセパレータを介して交互に積層し、負極9枚と正極8枚とを積層することで積層体を作製した。
(Production of cells)
The produced negative electrode and positive electrode were punched into a predetermined shape, and laminated alternately via a polypropylene separator having a thickness of 25 μm to produce a laminate by laminating 9 negative electrodes and 8 positive electrodes.

積層体を、アルミラミネートフィルムの外装体内に挿入して周囲の1箇所を除いてヒートシールすることにより開口部を形成した。外装体内には、非水電解液を注入した。非水電解液は、エチレンカーボネート(EC)とジメチルカーボネート(DEC)が等量混合された溶媒に、六フッ化リン酸リチウム(LiPF)1.0mol/Lを溶解させた。また非水電解液には、5wt%のフルオロエチレンカーボネートと、0.01wt%のビニレンカーボネートと、を添加した。電解液中におけるフルオロエチレンカーボネートとビニレンカーボネートの割合の比Y/Xは、0.002であった。そして、残りの1箇所を真空シール機によって減圧しながらヒートシールで密封し、実施例1に係るリチウムイオン二次電池を作製した。 An opening was formed by inserting the laminate into an outer package made of an aluminum laminate film and heat-sealing the laminate except for one peripheral portion. A non-aqueous electrolyte was injected into the exterior body. The non-aqueous electrolyte was obtained by dissolving 1.0 mol/L of lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) in a solvent in which equal amounts of ethylene carbonate (EC) and dimethyl carbonate (DEC) were mixed. Further, 5 wt % of fluoroethylene carbonate and 0.01 wt % of vinylene carbonate were added to the non-aqueous electrolyte. The ratio Y/X of fluoroethylene carbonate and vinylene carbonate in the electrolytic solution was 0.002. Then, the remaining one portion was heat-sealed while the pressure was reduced by a vacuum sealer, and a lithium ion secondary battery according to Example 1 was produced.

(初期効率の評価)
作製したリチウムイオン電池の初期効率を評価した。充放電試験装置(北斗電工株式会社製)を用い、25℃の恒温槽(エスペック株式会社製)内で電流密度80μA/cmの定電流充電で電池電圧が4.6Vとなるまで充電を行った後、電流密度80μA/cmの定電流放電で電池電圧が2.8Vとなるまで放電を行った。「初期効率=初回放電容量/初回充電容量×100」に従って初期効率を算出し、得られた値を表1に示す。
(Evaluation of initial efficiency)
The initial efficiency of the fabricated lithium-ion battery was evaluated. Using a charge/discharge test device (manufactured by Hokuto Denko Co., Ltd.), the battery was charged in a constant temperature bath (manufactured by Espec Co., Ltd.) at 25 ° C. by constant current charging at a current density of 80 μA / cm 2 until the battery voltage reached 4.6 V. After that, the battery was discharged at a constant current density of 80 μA/cm 2 until the battery voltage reached 2.8V. The initial efficiency was calculated according to "initial efficiency=initial discharge capacity/initial charge capacity×100", and the obtained values are shown in Table 1.

「実施例2、3」
実施例2及び実施例3は、電解液に添加するビニレンカーボネートの添加量を変えた点が実施例1と異なる。
実施例2は、電解液に添加したビニレンカーボネートの添加量を0.005wt%のとした。実施例2の電解液中におけるフルオロエチレンカーボネートとビニレンカーボネートの割合の比Y/Xは、0.001であった。
実施例3は、電解液に添加したビニレンカーボネートの添加量を0.05wt%のとした。実施例3の電解液中におけるフルオロエチレンカーボネートとビニレンカーボネートの割合の比Y/Xは、0.01であった。実施例2及び実施例3も実施例1と同様に初期効率を評価した。
"Examples 2 and 3"
Examples 2 and 3 differ from Example 1 in that the amount of vinylene carbonate added to the electrolytic solution was changed.
In Example 2, the amount of vinylene carbonate added to the electrolytic solution was 0.005 wt%. The ratio Y/X of fluoroethylene carbonate and vinylene carbonate in the electrolytic solution of Example 2 was 0.001.
In Example 3, the amount of vinylene carbonate added to the electrolytic solution was 0.05 wt %. The ratio Y/X of fluoroethylene carbonate and vinylene carbonate in the electrolytic solution of Example 3 was 0.01. Examples 2 and 3 were also evaluated for initial efficiency in the same manner as in Example 1.

「実施例4~6」
実施例4~6は、電解液中におけるフルオロエチレンカーボネートとビニレンカーボネートの割合の比Y/Xを一定にし、添加するフルオロエチレンカーボネート及びビニレンカーボネートの添加量を変えた点が実施例1と異なる。
実施例4は、電解液に添加したフルオロエチレンカーボネートの添加量を3wt%とし、ビニレンカーボネートの添加量を0.006wt%のとした。
実施例5は、電解液に添加したフルオロエチレンカーボネートの添加量を10wt%とし、ビニレンカーボネートの添加量を0.02wt%のとした。
実施例6は、電解液に添加したフルオロエチレンカーボネートの添加量を20wt%とし、ビニレンカーボネートの添加量を0.04wt%のとした。
実施例4~6も実施例1と同様に初期効率を評価した。
"Examples 4-6"
Examples 4 to 6 differ from Example 1 in that the ratio Y/X of the ratio of fluoroethylene carbonate to vinylene carbonate in the electrolytic solution was kept constant, and the amount of fluoroethylene carbonate and vinylene carbonate to be added was changed.
In Example 4, the amount of fluoroethylene carbonate added to the electrolytic solution was 3 wt %, and the amount of vinylene carbonate was 0.006 wt %.
In Example 5, the amount of fluoroethylene carbonate added to the electrolytic solution was 10 wt %, and the amount of vinylene carbonate added was 0.02 wt %.
In Example 6, the amount of fluoroethylene carbonate added to the electrolytic solution was 20 wt %, and the amount of vinylene carbonate added was 0.04 wt %.
Examples 4 to 6 were also evaluated for initial efficiency in the same manner as in Example 1.

「実施例7」
実施例7は、プレドープ材が含有するリチウム化合物の種類を変更した点が実施例1と異なる。
実施例7は、プレドープ材が含有するリチウム化合物をLiOとした。
実施例7も実施例1と同様に初期効率を評価した。
"Example 7"
Example 7 differs from Example 1 in that the type of lithium compound contained in the pre-dopant was changed.
In Example 7, Li 2 O was used as the lithium compound contained in the pre-dopant.
In Example 7, the initial efficiency was evaluated in the same manner as in Example 1.

「実施例8~10」
実施例8~10は、正極活物質をコバルト酸リチウム(LiCoO)と他の正極活物質との混合系とした点が実施例1と異なる。正極活物質層における正極活物質の全体の質量部は60質量部のままとし、正極活物質の内訳を40質量部のコバルト酸リチウム(LiCoO)と20質量部の他の正極活物質とした。
実施例8は、他の正極活物質としてLiNi0.80Co0.10Mn0.10(NCM)を用いた。
実施例9は、他の正極活物質としてLiNi0.80Co0.15Al0.05(NCA)を用いた。
実施例10は、他の正極活物質としてLiFePO(LFP)を用いた。
実施例8~10も実施例1と同様に初期効率を評価した。
"Examples 8-10"
Examples 8 to 10 differ from Example 1 in that the positive electrode active material is a mixed system of lithium cobaltate (LiCoO 2 ) and other positive electrode active material. The total mass of the positive electrode active material in the positive electrode active material layer was kept at 60 parts by mass, and the breakdown of the positive electrode active material was 40 parts by mass of lithium cobaltate (LiCoO 2 ) and 20 parts by mass of other positive electrode active material. .
Example 8 used LiNi 0.80 Co 0.10 Mn 0.10 O 2 (NCM) as another positive electrode active material.
Example 9 used LiNi 0.80 Co 0.15 Al 0.05 O 2 (NCA) as another positive electrode active material.
Example 10 used LiFePO 4 (LFP) as another positive electrode active material.
Examples 8 to 10 were also evaluated for initial efficiency in the same manner as in Example 1.

「比較例1」
比較例1は、電解液にフルオロエチレンカーボネート及びビニレンカーボネートを添加しなかった点が実施例1と異なる。比較例1も実施例1と同様に初期効率を評価した。
"Comparative Example 1"
Comparative Example 1 differs from Example 1 in that fluoroethylene carbonate and vinylene carbonate were not added to the electrolytic solution. Comparative Example 1 was also evaluated for initial efficiency in the same manner as in Example 1.

「比較例2」
比較例2は、電解液にフルオロエチレンカーボネートのみを添加し、ビニレンカーボネートを添加しなかった点が実施例1と異なる。比較例2は、電解液に添加したフルオロエチレンカーボネートの添加量を5wt%のとした。比較例2も実施例1と同様に初期効率を評価した。
"Comparative Example 2"
Comparative Example 2 differs from Example 1 in that only fluoroethylene carbonate was added to the electrolytic solution and vinylene carbonate was not added. In Comparative Example 2, the amount of fluoroethylene carbonate added to the electrolytic solution was 5 wt %. Comparative Example 2 was also evaluated for initial efficiency in the same manner as in Example 1.

以下の表1に実施例1~10及び比較例1、2の結果をまとめた。 The results of Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 and 2 are summarized in Table 1 below.

Figure 0007322684000001
Figure 0007322684000001

10 セパレータ
20 正極
22 正極集電体
24 正極活物質層
30 負極
32 負極集電体
34 負極活物質層
40 発電素子
50 外装体
52 金属箔
54 樹脂層
60、62 端子
100 リチウムイオン二次電池
10 Separator 20 Positive electrode 22 Positive electrode current collector 24 Positive electrode active material layer 30 Negative electrode 32 Negative electrode current collector 34 Negative electrode active material layer 40 Power generating element 50 Exterior 52 Metal foil 54 Resin layers 60, 62 Terminal 100 Lithium ion secondary battery

Claims (2)

正極と、負極と、前記正極と前記負極との間に挟まれたセパレータと、電解液と、を有し、
前記正極は、プレドープ材を含み、
前記プレドープ材は、4.5V(vsLi/Li)以上の電圧で分解するリチウム化合物と炭素材料とが複合化した複合体を含み、
前記負極は、シリコン又は酸化シリコンを含み、
前記電解液は、フルオロエチレンカーボネートとビニレンカーボネートとを含み、
前記電解液における前記フルオロエチレンカーボネートの割合Xは、5wt%以上20wt%以下であり、
前記電解液における前記ビニレンカーボネートの割合Yは、0.006wt%以上0.2wt%以下であり、
前記電解液における前記フルオロエチレンカーボネートの割合Xと、前記電解液における前記ビニレンカーボネートの割合Yとが、0.001≦Y/X≦0.01を満たす、リチウムイオン二次電池。
a positive electrode, a negative electrode, a separator sandwiched between the positive electrode and the negative electrode, and an electrolytic solution;
The positive electrode contains a pre-dopant,
The pre-dopant includes a composite of a lithium compound that decomposes at a voltage of 4.5 V (vs Li/Li + ) or higher and a carbon material,
the negative electrode comprises silicon or silicon oxide;
The electrolytic solution contains fluoroethylene carbonate and vinylene carbonate,
The proportion X of the fluoroethylene carbonate in the electrolytic solution is 5 wt% or more and 20 wt% or less,
The ratio Y of the vinylene carbonate in the electrolytic solution is 0.006 wt% or more and 0.2 wt% or less,
A lithium ion secondary battery, wherein a ratio X of the fluoroethylene carbonate in the electrolytic solution and a ratio Y of the vinylene carbonate in the electrolytic solution satisfy 0.001≦Y/X≦0.01.
前記リチウム化合物は、炭酸リチウムである、請求項1に記載のリチウムイオン二次電池。 2. The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein said lithium compound is lithium carbonate.
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