JP7706243B2 - Nonaqueous electrolyte, lithium secondary battery precursor, lithium secondary battery, and method for manufacturing lithium secondary battery - Google Patents
Nonaqueous electrolyte, lithium secondary battery precursor, lithium secondary battery, and method for manufacturing lithium secondary battery Download PDFInfo
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Description
本開示は、非水電解液、リチウム二次電池前駆体、リチウム二次電池、及びリチウム二次電池の製造方法に関する。 The present disclosure relates to a non-aqueous electrolyte, a lithium secondary battery precursor, a lithium secondary battery, and a method for manufacturing a lithium secondary battery.
従来より、電池の性能を向上させる観点から、非水電解液に様々な添加剤を含有させる検討がなされている。
例えば、特許文献1には、保存後の電池抵抗を低減できる非水電解液として、LiPF6及び特定の化合物(1)(例えばリチウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド)を含む電解質と、特定の化合物(A)(例えばビニレンカーボネート)である添加剤Aと、モノフルオロリン酸リチウム及び/又はジフルオロリン酸リチウムである添加剤Bと、特定の化合物(C1)(例えば1,3-プロペンスルトン)及び/又は特定の化合物(C2)(即ち、特定の環状硫酸エステル)である添加剤Cと、を含有する非水電解液が開示されている。
また、特許文献2には、低温放電特性に優れ、且つサイクル特性にも優れた二次電池を実現し得る非水系電解液として、モノフルオロリン酸塩及び/又はジフルオロリン酸塩を含有し、更に、特定の一般式(1)で表される化合物(例えば1,3-プロペンスルトン)を含有する非水系電解液が開示されている。
Conventionally, from the viewpoint of improving the performance of a battery, the inclusion of various additives in a non-aqueous electrolyte has been investigated.
For example, Patent Document 1 discloses a nonaqueous electrolyte capable of reducing the battery resistance after storage, which contains an electrolyte containing LiPF6 and a specific compound (1) (e.g., lithium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide), an additive A which is a specific compound (A) (e.g., vinylene carbonate), an additive B which is lithium monofluorophosphate and/or lithium difluorophosphate, and an additive C which is a specific compound (C1) (e.g., 1,3-propene sultone) and/or a specific compound (C2) (i.e., a specific cyclic sulfate).
Furthermore, Patent Document 2 discloses a nonaqueous electrolyte solution that contains a monofluorophosphate and/or a difluorophosphate and further contains a compound represented by a specific general formula (1) (for example, 1,3-propene sultone), as a nonaqueous electrolyte solution that can realize a secondary battery that is excellent in both low-temperature discharge characteristics and cycle characteristics.
しかしながら、電池の非水電解液として、電池の保存後の容量維持率を高く保持でき、電池の保存後の抵抗を低減し、電池の保存時の抵抗上昇率を低減することができる非水電解液が求められる場合がある。
本開示の一態様の目的は、電池用の非水電解液として用いた場合に、電池の保存後の容量維持率を高く保持でき、電池の保存後の抵抗を低減し、電池の保存時の抵抗上昇率を低減することができる非水電解液、並びに、この非水電解液を用いた、リチウム二次電池前駆体、リチウム二次電池、及び、リチウム二次電池の製造方法を提供することである。
However, there is a demand for a nonaqueous electrolyte for a battery that can maintain a high capacity retention rate after storage of the battery, reduce the resistance of the battery after storage, and reduce the rate of increase in resistance during storage of the battery.
An object of one aspect of the present disclosure is to provide a nonaqueous electrolyte solution that, when used as a nonaqueous electrolyte solution for a battery, can maintain a high capacity retention rate after storage of the battery, reduce the resistance of the battery after storage, and reduce the rate of increase in resistance during storage of the battery, as well as a lithium secondary battery precursor, a lithium secondary battery, and a method for producing a lithium secondary battery that use the nonaqueous electrolyte solution.
上記課題を解決するための手段には、以下の態様が含まれる。
<1> モノフルオロリン酸リチウム及びジフルオロリン酸リチウムからなる群から選択される少なくとも1種である化合物(A)と、
下記式(B)で表される化合物からなる群から選択される少なくとも1種である化合物(B)と、
下記式(C)で表される化合物からなる群から選択される少なくとも1種である化合物(C)と、
を含有する非水電解液。
Means for solving the above problems include the following aspects.
<1> At least one compound (A) selected from the group consisting of lithium monofluorophosphate and lithium difluorophosphate;
At least one compound (B) selected from the group consisting of compounds represented by the following formula (B):
At least one compound (C) selected from the group consisting of compounds represented by the following formula (C):
A non-aqueous electrolyte solution containing
式(B)中、Rb1~Rb4は、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子、炭素数1~6の炭化水素基、又は炭素数1~6のフッ化炭化水素基を表す。
式(C)中、Rc1~Rc4は、それぞれ独立に、水素原子、炭素数1~6の炭化水素基、式(a)で表される基、又は式(b)で表される基を表す。式(a)及び式(b)において、*は、結合位置を表す。
In formula (B), R b1 to R b4 each independently represent a hydrogen atom, a fluorine atom, a hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms, or a fluorohydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms.
In formula (C), R c1 to R c4 each independently represent a hydrogen atom, a hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms, a group represented by formula (a), or a group represented by formula (b). In formulas (a) and (b), * represents a bonding position.
<2> 前記化合物(B)が、下記化合物(B-1)である、<1>に記載の非水電解液。 <2> The nonaqueous electrolyte solution according to <1>, wherein the compound (B) is the following compound (B-1):
<3> 前記化合物(C)が、下記化合物(C-1)である、<1>又は<2>に記載の非水電解液。 <3> The nonaqueous electrolyte solution according to <1> or <2>, wherein the compound (C) is the following compound (C-1):
<4> 前記化合物(A)の含有量が、非水電解液の全量に対し、0.001質量%~10質量%である<1>~<3>のいずれか1つに記載の非水電解液。
<5> 前記化合物(B)の含有量が、非水電解液の全量に対し、0.001質量%~10質量%である<1>~<4>のいずれか1つに記載の非水電解液。
<6> 前記化合物(B)の含有量が、非水電解液の全量に対し、0.001質量%~10質量%である<1>~<5>のいずれか1つに記載の非水電解液。
<7> 正極と、
リチウムイオンの吸蔵及び放出が可能な負極活物質を含む負極と、
<1>~<6>のいずれか1つに記載の非水電解液と、
を含むリチウム二次電池前駆体。
<8> <7>に記載のリチウム二次電池前駆体に対して、充電及び放電を施して得られたリチウム二次電池。
<9> <7>に記載のリチウム二次電池前駆体を準備する工程と、
前記リチウム二次電池前駆体に対して、充電及び放電を施す工程と、
を含む、リチウム二次電池の製造方法。
<4> The nonaqueous electrolyte solution according to any one of <1> to <3>, wherein the content of the compound (A) is 0.001% by mass to 10% by mass based on the total amount of the nonaqueous electrolyte solution.
<5> The nonaqueous electrolyte solution according to any one of <1> to <4>, wherein the content of the compound (B) is 0.001% by mass to 10% by mass with respect to the total amount of the nonaqueous electrolyte solution.
<6> The nonaqueous electrolyte solution according to any one of <1> to <5>, wherein the content of the compound (B) is 0.001% by mass to 10% by mass based on the total amount of the nonaqueous electrolyte solution.
<7> A positive electrode,
a negative electrode including a negative electrode active material capable of absorbing and releasing lithium ions;
<1> to <6>, and a nonaqueous electrolyte solution according to any one of <1> to <6>.
A lithium secondary battery precursor comprising:
<8> A lithium secondary battery obtained by charging and discharging the lithium secondary battery precursor according to <7>.
<9> A step of preparing a lithium secondary battery precursor according to <7>;
Charging and discharging the lithium secondary battery precursor;
A method for producing a lithium secondary battery, comprising:
本開示の一態様によれば、電池用の非水電解液として用いた場合に、電池の保存後の容量維持率を高く保持でき、電池の保存後の抵抗を低減し、電池の保存時の抵抗上昇率を低減することができる非水電解液、並びに、この非水電解液を用いた、リチウム二次電池前駆体、リチウム二次電池、及び、リチウム二次電池の製造方法が提供される。 According to one aspect of the present disclosure, there is provided a nonaqueous electrolyte that, when used as a nonaqueous electrolyte for a battery, can maintain a high capacity retention rate after storage of the battery, reduce the resistance of the battery after storage, and reduce the rate of increase in resistance during storage of the battery, as well as a lithium secondary battery precursor, a lithium secondary battery, and a method for producing a lithium secondary battery that use the nonaqueous electrolyte.
本明細書において、「~」を用いて表される数値範囲は、「~」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
本明細書において、組成物中の各成分の量は、組成物中に各成分に該当する物質が複数存在する場合は、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数の物質の合計量を意味する。
In this specification, a numerical range expressed using "to" means a range that includes the numerical values before and after "to" as the lower and upper limits.
In this specification, the amount of each component in a composition means, when a plurality of substances corresponding to each component are present in the composition, the total amount of the plurality of substances present in the composition, unless otherwise specified.
〔非水電解液〕
本開示の非水電解液は、
モノフルオロリン酸リチウム及びジフルオロリン酸リチウムからなる群から選択される少なくとも1種である化合物(A)と、
下記式(B)で表される化合物からなる群から選択される少なくとも1種である化合物(B)と、
下記式(C)で表される化合物からなる群から選択される少なくとも1種である化合物(C)と、
を含有する。
[Non-aqueous electrolyte]
The nonaqueous electrolyte of the present disclosure is
Compound (A) which is at least one selected from the group consisting of lithium monofluorophosphate and lithium difluorophosphate;
At least one compound (B) selected from the group consisting of compounds represented by the following formula (B):
At least one compound (C) selected from the group consisting of compounds represented by the following formula (C):
Contains:
式(B)中、Rb1~Rb4は、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子、炭素数1~6の炭化水素基、又は炭素数1~6のフッ化炭化水素基を表す。
式(C)中、Rc1~Rc4は、それぞれ独立に、水素原子、炭素数1~6の炭化水素基、式(a)で表される基、又は式(b)で表される基を表す。式(a)及び式(b)において、*は、結合位置を表す。
In formula (B), R b1 to R b4 each independently represent a hydrogen atom, a fluorine atom, a hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms, or a fluorohydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms.
In formula (C), R c1 to R c4 each independently represent a hydrogen atom, a hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms, a group represented by formula (a), or a group represented by formula (b). In formulas (a) and (b), * represents a bonding position.
本開示の非水電解液は、電池用の非水電解液として用いた場合に、電池の保存後の容量維持率を高く保持でき、電池の保存後の抵抗を低減し、電池の保存時の抵抗上昇率を低減することができる非水電解液である。
即ち、本開示の非水電解液によれば、上述した電池の性能(詳細には、保存後の容量維持率、保存後の抵抗、及び保存時の抵抗上昇率)のバランスを向上させることができる。
The nonaqueous electrolyte of the present disclosure is a nonaqueous electrolyte that, when used as a nonaqueous electrolyte for a battery, can maintain a high capacity retention rate after storage of the battery, reduce the resistance of the battery after storage, and reduce the rate of increase in resistance during storage of the battery.
That is, the nonaqueous electrolyte solution of the present disclosure can improve the balance of the above-mentioned battery performance (specifically, the capacity retention rate after storage, the resistance after storage, and the rate of increase in resistance during storage).
以下、本開示の非水電解液に含有され得る各成分について説明する。 Below, we will explain each component that may be contained in the nonaqueous electrolyte of this disclosure.
<化合物(A)>
本開示の非水電解液は、モノフルオロリン酸リチウム及びジフルオロリン酸リチウムからなる群から選択される少なくとも1種である化合物(A)を含有する。
化合物(A)は、モノフルオロリン酸リチウム及びジフルオロリン酸リチウムのいずれか一方又は両方である。
化合物(A)は、ジフルオロリン酸リチウムを含むことが好ましい。
<Compound (A)>
The nonaqueous electrolyte solution of the present disclosure contains compound (A), which is at least one type selected from the group consisting of lithium monofluorophosphate and lithium difluorophosphate.
Compound (A) is either or both of lithium monofluorophosphate and lithium difluorophosphate.
The compound (A) preferably contains lithium difluorophosphate.
<化合物(B)>
本開示の非水電解液は、下記式(B)で表される化合物からなる群から選択される少なくとも1種である化合物(B)を含有する。
<Compound (B)>
The nonaqueous electrolyte solution of the present disclosure contains at least one compound (B) selected from the group consisting of compounds represented by the following formula (B):
式(B)中、Rb1~Rb4は、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子、炭素数1~6の炭化水素基、又は炭素数1~6のフッ化炭化水素基を表す。 In formula (B), R b1 to R b4 each independently represent a hydrogen atom, a fluorine atom, a hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms, or a fluorohydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms.
Rb1~Rb4で表される炭素数1~6の炭化水素基としては、アルキル基、アルケニル基、又はアルキニル基が好ましく、アルキル基又はアルケニル基がより好ましく、アルキル基が特に好ましい。
Rb1~Rb4で表される炭素数1~6の炭化水素基の炭素数としては、1~3が好ましく、1又は2がより好ましく、1が特に好ましい。
The hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms represented by R b1 to R b4 is preferably an alkyl group, an alkenyl group, or an alkynyl group, more preferably an alkyl group or an alkenyl group, and particularly preferably an alkyl group.
The hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms, represented by R b1 to R b4 , preferably has 1 to 3 carbon atoms, more preferably 1 or 2 carbon atoms, and particularly preferably 1 carbon atom.
Rb1~Rb4で表される炭素数1~6のフッ化炭化水素基としては、フッ化アルキル基、フッ化アルケニル基、又はフッ化アルキニル基が好ましく、フッ化アルキル基又はフッ化アルケニル基がより好ましく、フッ化アルキル基が特に好ましい。
Rb1~Rb4で表される炭素数1~6のフッ化炭化水素基の炭素数としては、1~3が好ましく、1又は2がより好ましく、1が特に好ましい。
The fluorinated hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms represented by R b1 to R b4 is preferably a fluorinated alkyl group, a fluorinated alkenyl group, or a fluorinated alkynyl group, more preferably a fluorinated alkyl group or a fluorinated alkenyl group, and particularly preferably a fluorinated alkyl group.
The fluorohydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms represented by R b1 to R b4 preferably has 1 to 3 carbon atoms, more preferably 1 or 2 carbon atoms, and particularly preferably 1 carbon atom.
本開示において、
フッ化炭化水素基とは、炭化水素基に含まれる水素原子のうちの少なくとも1つを、フッ素原子に置き換えた基を意味し、
フッ化アルキル基とは、アルキル基に含まれる水素原子のうちの少なくとも1つを、フッ素原子に置き換えた基を意味し、
フッ化アルケニル基とは、アルケニル基に含まれる水素原子のうちの少なくとも1つを、フッ素原子に置き換えた基を意味し、
フッ化アルキニル基とは、アルキニル基に含まれる水素原子のうちの少なくとも1つを、フッ素原子に置き換えた基を意味する。
In the present disclosure,
The term "fluorohydrocarbon group" refers to a group in which at least one hydrogen atom contained in a hydrocarbon group is replaced with a fluorine atom.
The term "fluorinated alkyl group" refers to a group in which at least one hydrogen atom contained in an alkyl group is replaced with a fluorine atom.
The term "fluorinated alkenyl group" refers to a group in which at least one hydrogen atom contained in an alkenyl group is replaced with a fluorine atom.
The term "fluorinated alkynyl group" refers to an alkynyl group in which at least one hydrogen atom has been replaced with a fluorine atom.
Rb1~Rb4は、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子、メチル基、エチル基、トリフルオロメチル基、又はペンタフルオロエチル基が好ましく、水素原子又はメチル基がより好ましく、水素原子が特に好ましい。 R b1 to R b4 are each independently preferably a hydrogen atom, a fluorine atom, a methyl group, an ethyl group, a trifluoromethyl group, or a pentafluoroethyl group, more preferably a hydrogen atom or a methyl group, and particularly preferably a hydrogen atom.
化合物(B)の具体例としては、下記化合物(B-1)~化合物(B-21)が挙げられるが、化合物(B)は、これらの具体例には限定されない。
これらのうち、化合物(B-1)が特に好ましい。
Specific examples of the compound (B) include the following compounds (B-1) to (B-21), but the compound (B) is not limited to these specific examples.
Of these, the compound (B-1) is particularly preferred.
<化合物(C)>
本開示の非水電解液は、下記式(C)で表される化合物からなる群から選択される少なくとも1種である化合物(C)を含有する。
<Compound (C)>
The nonaqueous electrolyte solution of the present disclosure contains at least one compound (C) selected from the group consisting of compounds represented by the following formula (C):
式(C)中、Rc1~Rc4は、それぞれ独立に、水素原子、炭素数1~6の炭化水素基、式(a)で表される基、又は式(b)で表される基を表す。式(a)及び式(b)において、*は、結合位置を表す。 In formula (C), R c1 to R c4 each independently represent a hydrogen atom, a hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms, a group represented by formula (a), or a group represented by formula (b). In formulas (a) and (b), * represents a bonding position.
化合物(C)中、Rc1~Rc4で表される炭素数1~6の炭化水素基の具体例及び好ましい態様は、化合物(B)中のRb1~Rb3で表される炭素数1~6の炭化水素基の具体例及び好ましい態様と同様である。 In compound (C), specific examples and preferred embodiments of the hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms represented by R c1 to R c4 are the same as the specific examples and preferred embodiments of the hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms represented by R b1 to R b3 in compound (B).
以下、化合物(C)の具体例を示すが、化合物(C)は、以下の具体例には限定されない。
これらのうち、化合物(C-1)~化合物(C-3)が好ましく、化合物(C-1)又は化合物(C-2)がより好ましく、化合物(C-1)が特に好ましい。
Specific examples of the compound (C) are shown below, but the compound (C) is not limited to the following specific examples.
Among these, compounds (C-1) to (C-3) are preferred, compounds (C-1) and (C-2) are more preferred, and compound (C-1) is particularly preferred.
<化合物の好ましい含有量>
化合物(A)の含有量は、非水電解液の全量に対し、0.001質量%~10質量%が好ましく、0.003質量%~5質量%がより好ましく、0.03質量%~3質量%であることが更に好ましく、0.1質量%~3質量%であることが更に好ましく、0.2質量%~3質量%であることが更に好ましく、0.3質量%~2質量%であることが更に好ましい。
<Preferable Content of Compound>
The content of compound (A) is preferably 0.001% by mass to 10% by mass, more preferably 0.003% by mass to 5% by mass, even more preferably 0.03% by mass to 3% by mass, even more preferably 0.1% by mass to 3% by mass, even more preferably 0.2% by mass to 3% by mass, and even more preferably 0.3% by mass to 2% by mass, based on the total amount of the nonaqueous electrolyte.
化合物(B)の含有量は、非水電解液の全量に対し、0.001質量%~10質量%が好ましく、0.003質量%~5質量%がより好ましく、0.003質量%~3質量%であることが更に好ましく、0.03質量%~3質量%であることが更に好ましく、0.1質量%~3質量%であることが更に好ましく、0.1質量%~2質量%であることが更に好ましい。 The content of compound (B) is preferably 0.001% by mass to 10% by mass, more preferably 0.003% by mass to 5% by mass, even more preferably 0.003% by mass to 3% by mass, even more preferably 0.03% by mass to 3% by mass, even more preferably 0.1% by mass to 3% by mass, and even more preferably 0.1% by mass to 2% by mass, based on the total amount of the nonaqueous electrolyte.
化合物(C)の含有量は、非水電解液の全量に対し、0.001質量%~10質量%が好ましく、0.003質量%~5質量%がより好ましく、0.003質量%~3質量%であることが更に好ましく、0.03質量%~3質量%であることが更に好ましく、0.1質量%~3質量%であることが更に好ましく、0.1質量%~2質量%であることが更に好ましい。 The content of compound (C) is preferably 0.001% by mass to 10% by mass, more preferably 0.003% by mass to 5% by mass, even more preferably 0.003% by mass to 3% by mass, even more preferably 0.03% by mass to 3% by mass, even more preferably 0.1% by mass to 3% by mass, and even more preferably 0.1% by mass to 2% by mass, based on the total amount of the nonaqueous electrolyte.
本開示の非水電解液において、電池の性能(詳細には、保存後の容量維持率、保存後の抵抗、及び保存時の抵抗上昇率)のバランスをより向上させる観点から、化合物(A)~化合物(C)の合計含有量に対する化合物(A)の含有量の比は、好ましくは0.3以上であり、より好ましくは0.5以上であり、更に好ましくは0.6以上である。
化合物(A)~化合物(C)の合計含有量に対する化合物(A)の含有量の比は、1.0未満であればよいが、好ましくは0.9以下であり、より好ましくは0.8以下である。
In the nonaqueous electrolyte solution of the present disclosure, from the viewpoint of further improving the balance of battery performance (specifically, capacity retention rate after storage, resistance after storage, and rate of increase in resistance during storage), the ratio of the content of compound (A) to the total content of compounds (A) to (C) is preferably 0.3 or more, more preferably 0.5 or more, and even more preferably 0.6 or more.
The ratio of the content of compound (A) to the total content of compounds (A) to (C) may be less than 1.0, but is preferably 0.9 or less, and more preferably 0.8 or less.
本開示の非水電解液において、電池の性能(詳細には、保存後の容量維持率、保存後の抵抗、及び保存時の抵抗上昇率)のバランスをより向上させる観点から、化合物(B)及び化合物(C)の合計含有量に対する化合物(B)の含有量の比は、好ましくは0.1~0.9であり、より好ましくは0.2~0.8であり、更に好ましくは0.3~0.7であり、更に好ましくは0.4~0.6である。 In the nonaqueous electrolyte of the present disclosure, from the viewpoint of further improving the balance of battery performance (specifically, the capacity retention rate after storage, the resistance after storage, and the rate of increase in resistance during storage), the ratio of the content of compound (B) to the total content of compound (B) and compound (C) is preferably 0.1 to 0.9, more preferably 0.2 to 0.8, even more preferably 0.3 to 0.7, and even more preferably 0.4 to 0.6.
次に、非水電解液の他の成分について説明する。非水電解液は、一般的に、電解質と非水溶媒とを含有する。 Next, we will explain the other components of the non-aqueous electrolyte. A non-aqueous electrolyte generally contains an electrolyte and a non-aqueous solvent.
<電解質>
本開示の非水電解液における電解質は、リチウム塩を含むことが好ましく、LiPF6を含むことがより好ましい。
LiPF6は、分子量が比較的小さく解離性に優れ、非水電解液の抵抗増加を抑制でき、酸化安定性が高く、分解しにくいという利点を有する。
電解質がLiPF6を含む場合、電解質中に占めるLiPF6の比率は、好ましくは10質量%~100質量%、より好ましくは50質量%~100質量%、さらに好ましくは70質量%~100質量%であり、更に好ましくは90質量%~100質量%であり、更に好ましくは95質量%~100質量%である。
<Electrolyte>
The electrolyte in the nonaqueous electrolyte of the present disclosure preferably contains a lithium salt, and more preferably contains LiPF6 .
LiPF6 has the advantages of being relatively small in molecular weight and excellent in dissociation property, capable of suppressing an increase in the resistance of the non-aqueous electrolyte, having high oxidation stability, and being difficult to decompose.
When the electrolyte contains LiPF 6 , the ratio of LiPF 6 in the electrolyte is preferably 10% by mass to 100% by mass, more preferably 50% by mass to 100% by mass, even more preferably 70% by mass to 100% by mass, even more preferably 90% by mass to 100% by mass, and even more preferably 95% by mass to 100% by mass.
本開示の非水電解液における電解質の濃度は、0.1mol/L~3mol/Lが好ましく、0.5mol/L~2mol/Lがより好ましい。
また、本開示の非水電解液におけるLiPF6の濃度は、0.1mol/L~3mol/Lが好ましく、0.5mol/L~2mol/Lがより好ましい。
The concentration of the electrolyte in the nonaqueous electrolyte solution of the present disclosure is preferably 0.1 mol/L to 3 mol/L, and more preferably 0.5 mol/L to 2 mol/L.
The concentration of LiPF 6 in the nonaqueous electrolyte of the present disclosure is preferably 0.1 mol/L to 3 mol/L, and more preferably 0.5 mol/L to 2 mol/L.
電解質がLiPF6を含む場合、電解質は、LiPF6以外の化合物を含んでいてもよい。
LiPF6以外の化合物としては;
(C2H5)4NPF6、(C2H5)4NBF4、(C2H5)4NClO4、(C2H5)4NAsF6、(C2H5)4N2SiF6、(C2H5)4NOSO2CkF(2k+1)(k=1~8の整数)、(C2H5)4NPFn[CkF(2k+1)](6-n)(n=1~5の整数、k=1~8の整数)などのテトラアルキルアンモニウム塩;
LiBF4、LiClO4、LiAsF6、Li2SiF6、LiOSO2CkF(2k+1)(k=1~8の整数)、LiPFn[CkF(2k+1)](6-n)(n=1~5の整数、k=1~8の整数)、LiC(SO2R7)(SO2R8)(SO2R9)、LiN(SO2OR10)(SO2OR11)、LiN(SO2R12)(SO2R13)(ここでR7~R13は互いに同一でも異なっていてもよく、フッ素原子又は炭素数1~8のパーフルオロアルキル基(より好ましくはフッ素原子又は炭素数3~8のパーフルオロアルキル基)である)等のリチウム塩(即ち、LiPF6以外のリチウム塩);
等が挙げられる。
When the electrolyte contains LiPF 6 , the electrolyte may contain compounds other than LiPF 6 .
Compounds other than LiPF6 include:
tetraalkylammonium salts such as (C 2 H 5 ) 4 NPF 6 , (C 2 H 5 ) 4 NBF 4 , (C 2 H 5 ) 4 NClO 4 , (C 2 H 5 ) 4 NAsF 6 , (C 2 H 5 ) 4 N 2 SiF 6 , (C 2 H 5 ) 4 NOSO 2 C k F (2k+1) (k = an integer from 1 to 8), (C 2 H 5 ) 4 NPF n [C k F (2k+1) ] (6-n) (n = an integer from 1 to 5, k = an integer from 1 to 8);
LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , Li 2 SiF 6 , LiOSO 2 C k F (2k+1) (k=integer from 1 to 8), LiPF n [C k F (2k+1) ] (6-n) (n = integer from 1 to 5, k = integer from 1 to 8), LiC (SO 2 R 7 ) (SO 2 R 8 ) (SO 2 R 9 ), LiN (SO 2 OR 10 ) (SO 2 OR 11 ), LiN (SO 2 R 12 ) (SO 2 R 13 ) (where R 7 ~R 13 may be the same or different and is a fluorine atom or a perfluoroalkyl group having 1 to 8 carbon atoms (more preferably a fluorine atom or a perfluoroalkyl group having 3 to 8 carbon atoms)) or other lithium salts (i.e., lithium salts other than LiPF6 );
etc.
<非水溶媒>
本開示の非水電解液における非水溶媒は、1種のみであってもよいし、2種以上であってもよい。
非水溶媒としては、種々公知のものを適宜選択することができる。
非水溶媒としては、例えば、特開2017-45723号公報の段落0069~0087に記載の非水溶媒を用いることができる。
<Non-aqueous solvent>
The nonaqueous solvent in the nonaqueous electrolyte solution of the present disclosure may be of only one type, or of two or more types.
As the non-aqueous solvent, various known ones can be appropriately selected.
As the non-aqueous solvent, for example, the non-aqueous solvents described in paragraphs 0069 to 0087 of JP-A-2017-45723 can be used.
非水溶媒は、環状カーボネート化合物及び鎖状カーボネート化合物を含むことが好ましい。
この場合、非水溶媒に含まれる環状カーボネート化合物及び鎖状カーボネート化合物は、それぞれ、1種のみであってもよいし2種以上であってもよい。
The non-aqueous solvent preferably contains a cyclic carbonate compound and a chain carbonate compound.
In this case, the non-aqueous solvent may contain only one type of cyclic carbonate compound and two or more types of chain carbonate compounds.
環状カーボネート化合物としては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、1,2-ブチレンカーボネート、2,3-ブチレンカーボネート、1,2-ペンチレンカーボネート、2,3-ペンチレンカーボネート等が挙げられる。
これらのうち、誘電率が高い、エチレンカーボネート及びプロピレンカーボネートが好適である。黒鉛を含む負極活物質を使用した電池の場合は、非水溶媒は、エチレンカーボネートを含むことがより好ましい。
Examples of the cyclic carbonate compound include ethylene carbonate, propylene carbonate, 1,2-butylene carbonate, 2,3-butylene carbonate, 1,2-pentylene carbonate, and 2,3-pentylene carbonate.
Among these, ethylene carbonate and propylene carbonate, which have a high dielectric constant, are preferred. In the case of a battery using a negative electrode active material containing graphite, it is more preferred that the non-aqueous solvent contains ethylene carbonate.
鎖状カーボネート化合物としては、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、メチルイソプロピルカーボネート、エチルプロピルカーボネート、ジプロピルカーボネート、メチルブチルカーボネート、エチルブチルカーボネート、ジブチルカーボネート、メチルペンチルカーボネート、エチルペンチルカーボネート、ジペンチルカーボネート、メチルヘプチルカーボネート、エチルヘプチルカーボネート、ジヘプチルカーボネート、メチルヘキシルカーボネート、エチルヘキシルカーボネート、ジヘキシルカーボネート、メチルオクチルカーボネート、エチルオクチルカーボネート、ジオクチルカーボネート、等が挙げられる。 Examples of chain carbonate compounds include dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl propyl carbonate, methyl isopropyl carbonate, ethyl propyl carbonate, dipropyl carbonate, methyl butyl carbonate, ethyl butyl carbonate, dibutyl carbonate, methyl pentyl carbonate, ethyl pentyl carbonate, dipentyl carbonate, methyl heptyl carbonate, ethyl heptyl carbonate, diheptyl carbonate, methyl hexyl carbonate, ethyl hexyl carbonate, dihexyl carbonate, methyl octyl carbonate, ethyl octyl carbonate, dioctyl carbonate, etc.
環状カーボネートと鎖状カーボネートの組み合わせとして、具体的には、エチレンカーボネートとジメチルカーボネート、エチレンカーボネートとメチルエチルカーボネート、エチレンカーボネートとジエチルカーボネート、プロピレンカーボネートとジメチルカーボネート、プロピレンカーボネートとメチルエチルカーボネート、プロピレンカーボネートとジエチルカーボネート、エチレンカーボネートとプロピレンカーボネートとメチルエチルカーボネート、エチレンカーボネートとプロピレンカーボネートとジエチルカーボネート、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとメチルエチルカーボネート、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとジエチルカーボネート、エチレンカーボネートとメチルエチルカーボネートとジエチルカーボネート、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとメチルエチルカーボネートとジエチルカーボネート、エチレンカーボネートとプロピレンカーボネートとジメチルカーボネートとメチルエチルカーボネート、エチレンカーボネートとプロピレンカーボネートとジメチルカーボネートとジエチルカーボネート、エチレンカーボネートとプロピレンカーボネートとメチルエチルカーボネートとジエチルカーボネート、エチレンカーボネートとプロピレンカーボネートとジメチルカーボネートとメチルエチルカーボネートとジエチルカーボネートなどが挙げられる。 Specific examples of combinations of cyclic carbonates and chain carbonates include ethylene carbonate and dimethyl carbonate, ethylene carbonate and methyl ethyl carbonate, ethylene carbonate and diethyl carbonate, propylene carbonate and dimethyl carbonate, propylene carbonate and methyl ethyl carbonate, propylene carbonate and diethyl carbonate, ethylene carbonate, propylene carbonate and methyl ethyl carbonate, ethylene carbonate, propylene carbonate and diethyl carbonate, ethylene carbonate, dimethyl carbonate and methyl ethyl carbonate, and ethylene carbonate and dimethyl carbonate. and diethyl carbonate, ethylene carbonate, methyl ethyl carbonate, and diethyl carbonate, ethylene carbonate, dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, and diethyl carbonate, ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, and methyl ethyl carbonate, ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, and diethyl carbonate, ethylene carbonate, propylene carbonate, methyl ethyl carbonate, and diethyl carbonate, ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, and diethyl carbonate, and ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, and diethyl carbonate.
環状カーボネート化合物と鎖状カーボネート化合物の混合割合は、質量比で表して、環状カーボネート化合物:鎖状カーボネート化合物が、例えば5:95~80:20、好ましくは10:90~70:30、更に好ましくは15:85~55:45である。このような比率にすることによって、非水電解液の粘度上昇を抑制し、電解質の解離度を高めることができるため、電池の充放電特性に関わる非水電解液の伝導度を高めることができる。また、電解質の溶解度をさらに高めることができる。よって、常温または低温での電気伝導性に優れた非水電解液とすることができるため、常温から低温での電池の負荷特性を改善することができる。 The mixing ratio of the cyclic carbonate compound and the chain carbonate compound is, for example, 5:95 to 80:20, preferably 10:90 to 70:30, and more preferably 15:85 to 55:45, expressed as a mass ratio of the cyclic carbonate compound to the chain carbonate compound. By setting such a ratio, the increase in viscosity of the non-aqueous electrolyte can be suppressed and the degree of dissociation of the electrolyte can be increased, so that the conductivity of the non-aqueous electrolyte, which is related to the charge/discharge characteristics of the battery, can be increased. In addition, the solubility of the electrolyte can be further increased. Therefore, a non-aqueous electrolyte with excellent electrical conductivity at room temperature or low temperature can be obtained, and the load characteristics of the battery at room temperature to low temperature can be improved.
非水溶媒は、環状カーボネート化合物及び鎖状カーボネート化合物以外のその他の化合物を含んでいてもよい。
この場合、非水溶媒に含まれるその他の化合物は、1種のみであってもよいし、2種以上であってもよい。
その他の化合物としては、環状カルボン酸エステル化合物(例えばγブチロラクトン)、環状スルホン化合物、環状エーテル化合物、鎖状カルボン酸エステル化合物、鎖状エーテル化合物、鎖状リン酸エステル化合物、アミド化合物、鎖状カーバメート化合物、環状アミド化合物、環状ウレア化合物、ホウ素化合物、ポリエチレングリコール誘導体、等が挙げられる。
これらの化合物については、特開2017-45723号公報の段落0069~0087の記載を適宜参照できる。
The non-aqueous solvent may contain compounds other than the cyclic carbonate compound and the chain carbonate compound.
In this case, the other compound contained in the non-aqueous solvent may be only one type, or may be two or more types.
Other compounds include cyclic carboxylate compounds (e.g., gamma-butyrolactone), cyclic sulfone compounds, cyclic ether compounds, chain carboxylate compounds, chain ether compounds, chain phosphate compounds, amide compounds, chain carbamate compounds, cyclic amide compounds, cyclic urea compounds, boron compounds, polyethylene glycol derivatives, and the like.
For these compounds, the descriptions in paragraphs 0069 to 0087 of JP-A-2017-45723 can be appropriately referred to.
非水溶媒中に占める、環状カーボネート化合物及び鎖状カーボネート化合物の割合は、好ましくは80質量%以上であり、より好ましくは90質量%以上であり、更に好ましくは95質量%以上である。
非水溶媒中に占める、環状カーボネート化合物及び鎖状カーボネート化合物の割合は、100質量%であってもよい。
The proportion of the cyclic carbonate compound and the chain carbonate compound in the non-aqueous solvent is preferably 80% by mass or more, more preferably 90% by mass or more, and even more preferably 95% by mass or more.
The proportion of the cyclic carbonate compound and the chain carbonate compound in the non-aqueous solvent may be 100% by mass.
非水電解液中に占める非水溶媒の割合は、好ましくは60質量%以上であり、より好ましくは70質量%以上である。
非水電解液中に占める非水溶媒の割合の上限は、他の成分(電解質、添加剤等)の含有量にもよるが、上限は、例えば99質量%であり、好ましくは97質量%であり、更に好ましくは90質量%である。
The proportion of the nonaqueous solvent in the nonaqueous electrolyte is preferably 60% by mass or more, and more preferably 70% by mass or more.
The upper limit of the proportion of the nonaqueous solvent in the nonaqueous electrolyte solution varies depending on the contents of other components (electrolyte, additives, etc.), but the upper limit is, for example, 99 mass %, preferably 97 mass %, and more preferably 90 mass %.
本開示の非水電解液は、電池用の非水電解液として用いられ得るが、電池用の非水電解液の中でも、特に、リチウム二次電池用の非水電解液として好適に用いられ得る。 The nonaqueous electrolyte of the present disclosure can be used as a nonaqueous electrolyte for batteries, and is particularly suitable for use as a nonaqueous electrolyte for lithium secondary batteries.
〔リチウム二次電池前駆体、リチウム二次電池〕
本開示のリチウム二次電池前駆体は、
正極と、
リチウムイオンの吸蔵及び放出が可能な負極活物質を含む負極と、
前述した本開示の非水電解液と、
を含む。
[Lithium secondary battery precursor, lithium secondary battery]
The lithium secondary battery precursor of the present disclosure is
A positive electrode and
a negative electrode including a negative electrode active material capable of absorbing and releasing lithium ions;
The nonaqueous electrolyte solution of the present disclosure described above,
Includes.
本開示のリチウム二次電池は、本開示のリチウム二次電池前駆体に対して、充電及び放電を施して得られたリチウム二次電池である。 The lithium secondary battery of the present disclosure is a lithium secondary battery obtained by charging and discharging the lithium secondary battery precursor of the present disclosure.
本開示において、リチウム二次電池前駆体とは、製造後、充電及び放電がなされる前のリチウム二次電池を意味する。
言い換えれば、本開示において、リチウム二次電池とは、リチウム二次電池前駆体に対し、充電及び放電が施された電池を意味する。
In the present disclosure, the lithium secondary battery precursor means a lithium secondary battery after production and before charging and discharging.
In other words, in the present disclosure, a lithium secondary battery refers to a battery obtained by charging and discharging a lithium secondary battery precursor.
本開示のリチウム二次電池前駆体は、前述した本開示の非水電解液を含む。
このため、本開示のリチウム二次電池前駆体及び本開示の非水電解液によれば、前述した本開示の非水電解液による効果と同様の効果が奏される。
The lithium secondary battery precursor of the present disclosure contains the nonaqueous electrolyte solution of the present disclosure described above.
Therefore, the lithium secondary battery precursor and the nonaqueous electrolyte solution of the present disclosure provide the same effects as those provided by the nonaqueous electrolyte solution of the present disclosure described above.
以下、本開示のリチウム二次電池前駆体に含まれ得る各構成要素について説明する。
本開示のリチウム二次電池に含まれ得る各構成要素は、基本的に、本開示のリチウム二次電池前駆体に含まれ得る各構成要素と同様である。
本開示のリチウム二次電池において、正極(特に正極活物質)及び/又は負極(特に負極活物質)の表面には、好ましくは、SEI(Solid Electrolyte. Interface)膜が形成されている。SEI膜は、リチウム二次電池前駆体に充電及び放電を施すことによって形成され得る被膜である。SEI膜は、非水電解液中の成分及び又は上記成分に由来する生成物(例えば分解物)を含む。
Hereinafter, each of the components that can be included in the lithium secondary battery precursor of the present disclosure will be described.
Each component that can be included in the lithium secondary battery of the present disclosure is basically similar to each component that can be included in the lithium secondary battery precursor of the present disclosure.
In the lithium secondary battery of the present disclosure, a SEI (Solid Electrolyte Interface) film is preferably formed on the surface of the positive electrode (particularly the positive electrode active material) and/or the negative electrode (particularly the negative electrode active material). The SEI film is a coating that can be formed by charging and discharging a lithium secondary battery precursor. The SEI film contains components in the nonaqueous electrolyte and/or products (e.g., decomposition products) derived from the components.
<負極>
負極は、負極活物質及び負極集電体を含んでもよい。
負極における負極活物質としては、金属リチウム、リチウム含有合金、リチウムとの合金化が可能な金属もしくは合金、リチウムイオンのドープ・脱ドープが可能な酸化物、リチウムイオンのドープ・脱ドープが可能な遷移金属窒素化物、及び、リチウムイオンのドープ・脱ドープが可能な炭素材料からなる群から選ばれた少なくとも1種(単独で用いてもよいし、これらの2種以上を含む混合物を用いてもよい)を用いることができる。
リチウム(又はリチウムイオン)との合金化が可能な金属もしくは合金としては、シリコン、シリコン合金、スズ、スズ合金などを挙げることができる。
リチウムイオンのドープ・脱ドープが可能な酸化物としては、チタン酸リチウム、酸化シリコン(好ましくはSiOx(Xは、0.5以上1.6未満を表す)、より好ましくはSiO)などを挙げることができる。
これらの中でも、負極に対する被膜の形成性をより向上させ、初期の及び/又は保存後の電池の抵抗をより低減させる観点から、リチウムイオンをドープ・脱ドープすることが可能な炭素材料が好ましい。このような炭素材料としては、カーボンブラック、活性炭、黒鉛材料(人造黒鉛、天然黒鉛)、非晶質炭素材料、等が挙げられる。上記炭素材料の形態は、繊維状、球状、ポテト状、フレーク状のいずれの形態であってもよい。
<Negative electrode>
The negative electrode may include a negative electrode active material and a negative electrode current collector.
The negative electrode active material in the negative electrode can be at least one selected from the group consisting of metallic lithium, lithium-containing alloys, metals or alloys capable of being alloyed with lithium, oxides capable of being doped/dedoped with lithium ions, transition metal nitrides capable of being doped/dedoped with lithium ions, and carbon materials capable of being doped/dedoped with lithium ions (which may be used alone or a mixture containing two or more of these may be used).
Examples of metals or alloys that can be alloyed with lithium (or lithium ions) include silicon, silicon alloys, tin, and tin alloys.
Examples of oxides that can be doped and dedoped with lithium ions include lithium titanate and silicon oxide (preferably SiOx (X is 0.5 or more and less than 1.6), more preferably SiO).
Among these, from the viewpoint of further improving the formability of a coating on the negative electrode and further reducing the initial and/or post-storage resistance of the battery, a carbon material capable of doping and dedoping lithium ions is preferred. Examples of such carbon materials include carbon black, activated carbon, graphite materials (artificial graphite, natural graphite), amorphous carbon materials, etc. The form of the carbon material may be any of fibrous, spherical, potato-like, and flake-like forms.
上記非晶質炭素材料として具体的には、ハードカーボン、コークス、1500℃以下に焼成したメソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、メソフェーズピッチカーボンファイバー(MCF)などが例示される。
上記黒鉛材料としては、天然黒鉛、人造黒鉛が挙げられる。人造黒鉛としては、黒鉛化MCMB、黒鉛化MCFなどが用いられる。また、黒鉛材料としては、ホウ素を含有するものなども用いることができる。また、黒鉛材料としては、金、白金、銀、銅、スズなどの金属で被覆したもの、非晶質炭素で被覆したもの、非晶質炭素と黒鉛を混合したものも使用することができる。
Specific examples of the amorphous carbon material include hard carbon, coke, mesocarbon microbeads (MCMB) calcined at 1500° C. or less, and mesophase pitch carbon fiber (MCF).
Examples of the graphite material include natural graphite and artificial graphite. Examples of the artificial graphite include graphitized MCMB and graphitized MCF. Examples of the graphite material that can be used include those containing boron. Examples of the graphite material that can be used include those coated with metals such as gold, platinum, silver, copper, and tin, those coated with amorphous carbon, and those mixed with amorphous carbon and graphite.
これらの炭素材料は、1種類で使用してもよく、2種類以上混合して使用してもよい。
上記炭素材料としては、特にX線解析で測定した(002)面の面間隔d(002)が0.340nm以下の炭素材料が好ましい。また、炭素材料としては、真密度が1.70g/cm3以上である黒鉛又はそれに近い性質を有する高結晶性炭素材料も好ましい。以上のような炭素材料を使用すると、電池のエネルギー密度をより高くすることができる。
These carbon materials may be used alone or in combination of two or more.
As the carbon material, a carbon material having a lattice spacing d(002) of 0.340 nm or less as measured by X-ray analysis is particularly preferred. In addition, as the carbon material, graphite having a true density of 1.70 g/ cm3 or more or a highly crystalline carbon material having properties similar thereto is also preferred. By using such a carbon material, the energy density of the battery can be further increased.
負極における負極集電体の材質には特に制限はなく、公知のものを任意に用いることができる。
負極集電体の具体例としては、銅、ニッケル、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼等の金属材料が挙げられる。中でも、加工しやすさの点から特に銅が好ましい。
There is no particular limitation on the material of the negative electrode current collector in the negative electrode, and any known material can be used.
Specific examples of the negative electrode current collector include metal materials such as copper, nickel, stainless steel, nickel-plated steel, etc. Among these, copper is particularly preferred from the viewpoint of ease of processing.
負極は、負極集電体と、負極集電体の表面の少なくとも一部に設けられた負極活物質層と、を含んでもよい。
負極活物質層は、負極活物質を少なくとも1種含む。負極活物質層における負極活物質は、上述した炭素材料を含むことが好ましい。
負極活物質層中における上記炭素材料の含有量は、負極に対する被膜の形成性をより向上させ、初期の及び/又は保存後の電池の抵抗をより低減させる観点から、負極活物質層の全量に対し、好ましくは70質量%以上であり、より好ましくは80質量%以上であり、更に好ましくは90質量%以上である。
負極活物質層は、更に、バインダーを少なくとも1種含んでいてもよい。
バインダーとしては、スチレンブタジエン(SBR)ゴム(例えば、SBRラテックス)、アクリロニトリル-ブタジエンゴム、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレンゴム、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ポリビニルアルコール、ヒドロキシプロピルセルロース、及びジアセチルセルロースからなる群から選択される少なくとも1種が好ましい。バインダーは、SBRラテックス及びカルボキシメチルセルロースを含むことが好ましい。
負極活物質層中におけるバインダーの含有量は、負極活物質層の全量に対し、好ましくは1質量%~20質量%であり、より好ましくは1質量%~10質量%であり、更に好ましくは1質量%~5質量%である。
The negative electrode may include a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer provided on at least a portion of the surface of the negative electrode current collector.
The negative electrode active material layer contains at least one negative electrode active material. The negative electrode active material in the negative electrode active material layer preferably contains the above-mentioned carbon material.
From the viewpoints of further improving the formability of a coating on the negative electrode and further reducing the initial resistance and/or resistance after storage of the battery, the content of the carbon material in the negative electrode active material layer is preferably 70 mass % or more, more preferably 80 mass % or more, and even more preferably 90 mass % or more, relative to the total amount of the negative electrode active material layer.
The negative electrode active material layer may further contain at least one binder.
The binder is preferably at least one selected from the group consisting of styrene butadiene (SBR) rubber (e.g., SBR latex), acrylonitrile-butadiene rubber, acrylonitrile-butadiene-styrene rubber, carboxymethyl cellulose (CMC), hydroxypropyl methyl cellulose, polyvinyl alcohol, hydroxypropyl cellulose, and diacetyl cellulose. The binder preferably contains SBR latex and carboxymethyl cellulose.
The content of the binder in the negative electrode active material layer is preferably 1 mass % to 20 mass %, more preferably 1 mass % to 10 mass %, and even more preferably 1 mass % to 5 mass %, based on the total amount of the negative electrode active material layer.
負極全体に対するSiの含有量は、5質量%以下であることが好ましい。
負極全体に対するSiの含有量が5質量%以下である場合には、負極に対する被膜の形成性がより向上し、初期の及び/又は保存後の電池の抵抗がより低減される。
The Si content in the entire negative electrode is preferably 5 mass % or less.
When the Si content relative to the entire negative electrode is 5 mass % or less, the formability of a coating on the negative electrode is improved, and the initial resistance and/or the resistance after storage of the battery is reduced.
<正極>
正極は、正極活物質及び正極集電体を含んでもよい。
正極における正極活物質としては、MoS2、TiS2、MnO2、V2O5などの遷移金属酸化物又は遷移金属硫化物、LiCoO2、LiMnO2、LiMn2O4、LiNiO2、LiNiXCo(1-X)O2〔0<X<1〕、α-NaFeO2型結晶構造を有するLi1+αMe1-αO2(Meは、Mn、Ni及びCoを含む遷移金属元素、1.0≦(1+α)/(1-α)≦1.6)、LiNixCoyMnzO2〔x+y+z=1、0<x<1、0<y<1、0<z<1〕(例えば、LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2等)、LiFePO4、LiMnPO4などのリチウムと遷移金属とからなる複合酸化物、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアセチレン、ポリアセン、ジメルカプトチアジアゾール、ポリアニリン複合体などの導電性高分子材料等が挙げられる。これらの中でも、特にリチウムと遷移金属とからなる複合酸化物が好ましい。負極がリチウム金属又はリチウム合金である場合は、正極として炭素材料を用いることもできる。また、正極として、リチウムと遷移金属との複合酸化物と、炭素材料と、の混合物を用いることもできる。
正極活物質は、1種類で使用してもよく、2種類以上を混合して使用してもよい。正極活物質は導電性が不充分である場合には、導電性助剤とともに使用して正極を構成することができる。導電性助剤としては、カーボンブラック、アモルファスウィスカー、グラファイトなどの炭素材料を例示することができる。
<Positive electrode>
The positive electrode may include a positive electrode active material and a positive electrode current collector.
Positive electrode active materials in the positive electrode include transition metal oxides or transition metal sulfides such as MoS 2 , TiS 2 , MnO 2 , and V 2 O 5 , LiCoO 2 , LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , LiNiO 2 , LiNi x Co (1-X) O 2 [0<x<1], Li 1+α Me 1-α O 2 (Me is a transition metal element including Mn, Ni, and Co, 1.0 ≦(1+α)/(1-α)≦1.6) having an α-NaFeO 2 type crystal structure, and LiNi x Co y Mn z O 2 [x+y+z=1, 0<x<1, 0<y<1, 0<z<1] (for example, LiNi 0.33 Examples of the conductive material include a composite oxide of lithium and a transition metal, such as LiFePO 4 and LiMnPO 4 , polyaniline , polythiophene, polypyrrole , polyacetylene, polyacene, dimercaptothiadiazole , and polyaniline composite. Among these , a composite oxide of lithium and a transition metal is particularly preferred. When the negative electrode is lithium metal or a lithium alloy, a carbon material can also be used as the positive electrode. In addition, a mixture of a composite oxide of lithium and a transition metal and a carbon material can also be used as the positive electrode.
The positive electrode active material may be used alone or in combination of two or more. When the positive electrode active material has insufficient conductivity, it may be used together with a conductive assistant to form a positive electrode. Examples of the conductive assistant include carbon materials such as carbon black, amorphous whiskers, and graphite.
正極における正極集電体の材質には特に制限はなく、公知のものを任意に用いることができる。
正極集電体の具体例としては、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼、ニッケル、チタン、タンタルなどの金属材料;カーボンクロス、カーボンペーパーなどの炭素材料;等が挙げられる。
There is no particular limitation on the material of the positive electrode current collector in the positive electrode, and any known material can be used.
Specific examples of the positive electrode current collector include metal materials such as aluminum, aluminum alloys, stainless steel, nickel, titanium, and tantalum; carbon materials such as carbon cloth and carbon paper; and the like.
正極は、正極集電体と、正極集電体の表面の少なくとも一部に設けられた正極活物質層と、を含んでもよい。
正極活物質層は、正極活物質を少なくとも1種含む。正極活物質層における負極活物質は、リチウムと遷移金属とからなる複合酸化物を含むことが好ましい。
正極活物質層中における上記複合酸化物の含有量は、正極活物質層の全量に対し、好ましくは70質量%以上であり、より好ましくは80質量%以上である。
正極活物質層は、更に、上記導電助剤を少なくとも1種含んでいてもよい。
正極活物質層は、更に、バインダーを少なくとも1種含んでいてもよい。
バインダーとしては、例えば、ポリ酢酸ビニル、ポリメチルメタクリレート、ニトロセルロース、フッ素樹脂、ゴム粒子等が挙げられる。フッ素樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、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)、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体等が挙げられる。ゴム粒子としては、スチレン-ブタジエンゴム粒子、アクリロニトリルゴム粒子等が挙げられる。これらの中でも、正極活物質層の耐酸化性を向上させる観点から、フッ素樹脂が好ましい。
正極活物質層中におけるバインダーの含有量は、正極活物質層の全量に対し、好ましくは1質量%~20質量%であり、より好ましくは1質量%~10質量%である。
The positive electrode may include a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer provided on at least a portion of the surface of the positive electrode current collector.
The positive electrode active material layer contains at least one positive electrode active material. The negative electrode active material in the positive electrode active material layer preferably contains a composite oxide containing lithium and a transition metal.
The content of the composite oxide in the positive electrode active material layer is preferably 70% by mass or more, and more preferably 80% by mass or more, based on the total amount of the positive electrode active material layer.
The positive electrode active material layer may further contain at least one of the above-mentioned conductive assistants.
The positive electrode active material layer may further contain at least one binder.
Examples of the binder include polyvinyl acetate, polymethyl methacrylate, nitrocellulose, fluororesin, and rubber particles. Examples of the fluororesin include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), and vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer. Examples of the rubber particles include styrene-butadiene rubber particles and acrylonitrile rubber particles. Among these, fluororesin is preferred from the viewpoint of improving the oxidation resistance of the positive electrode active material layer.
The content of the binder in the positive electrode active material layer is preferably 1% by mass to 20% by mass, and more preferably 1% by mass to 10% by mass, based on the total amount of the positive electrode active material layer.
<セパレータ>
本開示のリチウム二次電池前駆体は、負極と正極との間にセパレータを含むことが好ましい。
セパレータは、正極と負極とを電気的に絶縁し且つリチウムイオンを透過する膜であって、多孔性膜や高分子電解質が例示される。
多孔性膜としては微多孔性高分子フィルムが好適に使用され、材質としてポリオレフィン、ポリイミド、ポリフッ化ビニリデン、ポリエステル等が例示される。
特に、多孔性ポリオレフィンが好ましく、具体的には多孔性ポリエチレンフィルム、多孔性ポリプロピレンフィルム、又は多孔性のポリエチレンフィルムとポリプロピレンフィルムとの多層フィルムを例示することができる。多孔性ポリオレフィンフィルム上には、熱安定性に優れる他の樹脂がコーティングされてもよい。
高分子電解質としては、リチウム塩を溶解した高分子や、電解液で膨潤させた高分子等が挙げられる。
本開示の非水電解液は、高分子を膨潤させて高分子電解質を得る目的で使用してもよい。
<Separator>
The lithium secondary battery precursor of the present disclosure preferably includes a separator between the negative electrode and the positive electrode.
The separator is a membrane that electrically insulates the positive electrode from the negative electrode and is permeable to lithium ions, and examples of the separator include a porous membrane and a polymer electrolyte.
As the porous membrane, a microporous polymer film is preferably used, and examples of the material include polyolefin, polyimide, polyvinylidene fluoride, polyester, and the like.
In particular, porous polyolefin is preferred, specifically, a porous polyethylene film, a porous polypropylene film, or a multi-layer film of a porous polyethylene film and a porous polypropylene film can be exemplified. The porous polyolefin film may be coated with another resin having excellent thermal stability.
Examples of the polymer electrolyte include a polymer in which a lithium salt is dissolved, and a polymer swollen with an electrolytic solution.
The nonaqueous electrolyte solution of the present disclosure may be used for the purpose of swelling a polymer to obtain a polymer electrolyte.
<リチウム二次電池前駆体の構成>
本開示のリチウム二次電池前駆体は、種々公知の形状をとることができ、円筒型、コイン型、角型、ラミネート型、フィルム型その他任意の形状に形成することができる。しかし、リチウム二次電池前駆体の基本構造は、形状によらず同じであり、目的に応じて設計変更を施すことができる。
なお、本開示のリチウム二次電池に基本構造についても、本開示のリチウム二次電池前駆体の基本構造を参照できる。
<Constitution of lithium secondary battery precursor>
The lithium secondary battery precursor of the present disclosure can have various known shapes, and can be formed into any shape such as a cylinder, a coin, a square, a laminate, a film, etc. However, the basic structure of the lithium secondary battery precursor is the same regardless of the shape, and the design can be modified according to the purpose.
With regard to the basic structure of the lithium secondary battery of the present disclosure, the basic structure of the lithium secondary battery precursor of the present disclosure can also be referred to.
本開示のリチウム二次電池前駆体又は本開示のリチウム二次電池の例として、ラミネート型電池が挙げられる。
図1は、本開示のリチウム二次電池前駆体又は本開示のリチウム二次電池の一例である、ラミネート型電池の一例を示す概略斜視図であり、図2は、図1に示すラミネート型電池に収容される積層型電極体の厚さ方向の概略断面図である。
図1に示すラミネート型電池は、内部に非水電解液(図1中では不図示)及び積層型電極体(図1中では不図示)が収納され、且つ、周縁部が封止されることにより内部が密閉されたラミネート外装体1を備える。ラミネート外装体1としては、例えばアルミニウム製のラミネート外装体が用いられる。
ラミネート外装体1に収容される積層型電極体は、図2に示されるように、正極板5と負極板6とがセパレータ7を介して交互に積層されてなる積層体と、この積層体の周囲を囲むセパレータ8と、を備える。正極板5、負極板6、セパレータ7、及びセパレータ8には、本開示の非水電解液が含浸されている。
上記積層型電極体における複数の正極板5は、いずれも正極タブを介して正極端子2と電気的に接続されており(不図示)、この正極端子2の一部が上記ラミネート外装体1の周端部から外側に突出している(図1)。ラミネート外装体1の周端部において正極端子2が突出する部分は、絶縁シール4によってシールされている。
同様に、上記積層型電極体における複数の負極板6は、いずれも負極タブを介して負極端子3と電気的に接続されており(不図示)、この負極端子3の一部が上記ラミネート外装体1の周端部から外側に突出している(図1)。ラミネート外装体1の周端部において負極端子3が突出する部分は、絶縁シール4によってシールされている。
なお、上記一例に係るラミネート型電池では、正極板5の数が5枚、負極板6の数が6枚となっており、正極板5と負極板6とがセパレータ7を介し、両側の最外層がいずれも負極板6となる配置で積層されている。しかし、ラミネート型電池における、正極板の数、負極板の数、及び配置については、この一例には限定されず、種々の変更がなされてもよいことは言うまでもない。
An example of the lithium secondary battery precursor of the present disclosure or the lithium secondary battery of the present disclosure is a laminate type battery.
FIG. 1 is a schematic perspective view showing an example of a laminated battery, which is an example of a lithium secondary battery precursor or a lithium secondary battery of the present disclosure, and FIG. 2 is a schematic cross-sectional view in the thickness direction of a stacked electrode body accommodated in the laminated battery shown in FIG.
The laminated battery shown in Fig. 1 contains a nonaqueous electrolyte (not shown in Fig. 1) and a laminated electrode assembly (not shown in Fig. 1) and includes a laminated exterior body 1 whose periphery is sealed to seal the interior. As the laminated exterior body 1, for example, an aluminum laminated exterior body is used.
2, the laminated electrode body housed in the laminate exterior body 1 includes a laminate in which positive electrode plates 5 and negative electrode plates 6 are alternately stacked with separators 7 interposed therebetween, and a separator 8 surrounding the periphery of the laminate. The positive electrode plates 5, the negative electrode plates 6, the separators 7, and the separators 8 are impregnated with the nonaqueous electrolyte solution of the present disclosure.
Each of the multiple positive electrode plates 5 in the laminated electrode body is electrically connected to a positive electrode terminal 2 via a positive electrode tab (not shown), and a part of this positive electrode terminal 2 protrudes outward from the peripheral edge of the laminated exterior body 1 ( FIG. 1 ). The portion of the peripheral edge of the laminated exterior body 1 from which the positive electrode terminal 2 protrudes is sealed with an insulating seal 4.
Similarly, each of the negative electrode plates 6 in the laminated electrode body is electrically connected to a negative electrode terminal 3 via a negative electrode tab (not shown), and a part of this negative electrode terminal 3 protrudes outward from the peripheral edge of the laminated exterior body 1 ( FIG. 1 ). The portion of the peripheral edge of the laminated exterior body 1 from which the negative electrode terminal 3 protrudes is sealed with an insulating seal 4.
In the laminated battery according to the above example, the number of positive plates 5 is five and the number of negative plates 6 is six, and the positive plates 5 and the negative plates 6 are laminated with separators 7 interposed between them in an arrangement in which the outermost layers on both sides are negative plates 6. However, it goes without saying that the number and arrangement of positive and negative plates in the laminated battery are not limited to this example, and various modifications may be made.
本開示のリチウム二次電池前駆体又は本開示のリチウム二次電池の別の一例として、コイン型電池も挙げられる。
図3は、本開示のリチウム二次電池前駆体又は本開示のリチウム二次電池の別の一例であるコイン型電池の一例を示す概略斜視図である。
図3に示すコイン型電池では、円盤状負極12、非水電解液を注入したセパレータ15、円盤状正極11、必要に応じて、ステンレス、又はアルミニウムなどのスペーサー板17、18が、この順序に積層された状態で、正極缶13(以下、「電池缶」ともいう)と封口板14(以下、「電池缶蓋」ともいう)との間に収納される。正極缶13と封口板14とはガスケット16を介してかしめ密封する。
この一例では、セパレータ15に注入される非水電解液として、本開示の非水電解液を用いる。
Another example of the lithium secondary battery precursor or the lithium secondary battery of the present disclosure includes a coin-type battery.
FIG. 3 is a schematic perspective view showing an example of a coin-type battery, which is another example of the lithium secondary battery precursor of the present disclosure or the lithium secondary battery of the present disclosure.
3, a disk-shaped negative electrode 12, a separator 15 filled with a nonaqueous electrolyte, a disk-shaped positive electrode 11, and, if necessary, spacer plates 17, 18 made of stainless steel, aluminum, or the like are stacked in this order and housed between a positive electrode can 13 (hereinafter also referred to as a "battery can") and a sealing plate 14 (hereinafter also referred to as a "battery can lid"). The positive electrode can 13 and the sealing plate 14 are crimped and sealed with a gasket 16 interposed therebetween.
In this example, the nonaqueous electrolyte of the present disclosure is used as the nonaqueous electrolyte injected into separator 15 .
本開示のリチウム二次電池前駆体又は本開示のリチウム二次電池の用途は特に限定されず、種々公知の用途に用いることができる。例えば、ノート型パソコン、モバイルパソコン、携帯電話、ヘッドホンステレオ、ビデオムービー、液晶テレビ、ハンディークリーナー、電子手帳、電卓、ラジオ、バックアップ電源用途、モーター、自動車、電気自動車、バイク、電動バイク、自転車、電動自転車、照明器具、ゲーム機、時計、電動工具、カメラ等、小型携帯機器、大型機器を問わず広く利用可能なものである。 The use of the lithium secondary battery precursor or the lithium secondary battery of the present disclosure is not particularly limited, and the battery can be used for various known uses. For example, the battery can be widely used in notebook computers, mobile computers, mobile phones, headphone stereos, video movie players, liquid crystal televisions, handy cleaners, electronic organizers, calculators, radios, backup power supplies, motors, automobiles, electric automobiles, motorcycles, electric motorcycles, bicycles, electric bicycles, lighting equipment, game consoles, watches, power tools, cameras, and other small portable devices and large devices alike.
〔リチウム二次電池の製造方法〕
本開示のリチウム二次電池の製造方法は、
前述した本開示のリチウム二次電池前駆体を準備する工程(以下、「準備工程」ともいう)と、
上記リチウム二次電池前駆体に対して、充電及び放電を施す工程と、
を含む。
[Method for manufacturing lithium secondary battery]
The method for producing a lithium secondary battery according to the present disclosure includes:
A step of preparing the lithium secondary battery precursor of the present disclosure described above (hereinafter also referred to as a "preparation step");
charging and discharging the lithium secondary battery precursor;
Includes.
準備工程は、予め製造された本開示のリチウム二次電池前駆体を充電及び放電を施す工程に供するために単に準備するだけの工程であってもよいし、本開示のリチウム二次電池前駆体を製造する工程であってもよい。
リチウム二次電池前駆体については前述のとおりである。
The preparation step may be a step of simply preparing a previously manufactured lithium secondary battery precursor of the present disclosure for a step of charging and discharging, or may be a step of manufacturing a lithium secondary battery precursor of the present disclosure.
The lithium secondary battery precursor is as described above.
充電及び放電を施す工程において、リチウム二次電池前駆体に対する充電及び放電は、公知の方法に従って行うことができる。
本工程では、リチウム二次電池前駆体に対し、充電及び放電のサイクルを、複数回繰り返してもよい。
前述のとおり、この充電及び放電により、リチウム二次電池前駆体における正極(特に正極活物質)及び/又は負極(特に負極活物質)の表面に、好ましくはSEI膜が形成される。
In the step of charging and discharging, the lithium secondary battery precursor can be charged and discharged according to a known method.
In this step, the lithium secondary battery precursor may be subjected to a cycle of charging and discharging multiple times.
As described above, by this charging and discharging, an SEI film is preferably formed on the surface of the positive electrode (particularly the positive electrode active material) and/or the negative electrode (particularly the negative electrode active material) in the lithium secondary battery precursor.
以下、本開示の実施例を示すが、本開示は以下の実施例によって制限されるものではない。
なお、以下の実施例において、「添加量」は、最終的に得られる非水電解液の全量に対する含有量を意味し、「wt%」は、質量%を意味する。
Examples of the present disclosure will be described below, but the present disclosure is not limited to the following examples.
In the following examples, "addition amount" means the content relative to the total amount of the finally obtained nonaqueous electrolyte, and "wt %" means mass %.
〔実施例1〕
<非水電解液の調製>
エチレンカーボネート(EC)とジメチルカーボネート(DMC)とメチルエチルカーボネート(EMC)とを、30:35:35(体積比)の割合で混合した。これにより、非水溶媒としての混合溶媒を得た。
得られた混合溶媒に対し、
電解質としてLiPF6を、最終的に得られる非水電解液中の濃度が1.2モル/リットルとなるように溶解させ、
更に、添加剤として、化合物(A)、化合物(B)、及び化合物(C)の各々を、最終的に得られる非水電解液中の含有量(質量%)が、それぞれ、1.0質量%、0.2質量%、及び0.2質量%となるように添加し、非水電解液を得た。
ここで、
化合物(A)としてはジフルオロリン酸リチウム(LiDFP)を用い、
化合物(B)としては下記化合物(B-1)を用い、
化合物(C)としては下記化合物(C-1)を用いた。
Example 1
<Preparation of non-aqueous electrolyte>
Ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC), and methyl ethyl carbonate (EMC) were mixed in a volume ratio of 30:35:35 to obtain a mixed solvent as a non-aqueous solvent.
The resulting mixed solvent is
As an electrolyte, LiPF6 was dissolved so that the concentration in the finally obtained non-aqueous electrolyte was 1.2 mol/L.
Furthermore, as additives, compound (A), compound (B), and compound (C) were each added so that their contents (mass%) in the finally obtained nonaqueous electrolyte solution were 1.0 mass%, 0.2 mass%, and 0.2 mass%, respectively, to obtain a nonaqueous electrolyte solution.
Where:
Lithium difluorophosphate (LiDFP) was used as compound (A),
The compound (B) used was the following compound (B-1):
As the compound (C), the following compound (C-1) was used.
<リチウム二次電池前駆体の作製>
以下の手順にて、リチウム二次電池前駆体として、図3に示す構成を有するコイン型電池を作製した。
<Preparation of Lithium Secondary Battery Precursor>
A coin-type battery having the configuration shown in FIG. 3 was fabricated as a lithium secondary battery precursor by the following procedure.
(負極の作製)
負極活物質としてのアモルファスコート天然黒鉛(98質量部)、増粘剤としての、純水中で分散したカルボキシメチルセルロースナトリウム(固形分として1質量部)、及び、結着材としての、純水中で分散したスチレン―ブタジエンゴム(SBR)(1質量部)を加えて混合し、ペースト状の負極合剤スラリーを得た。
次に、得られた負極合剤スラリーを厚さ10μmの帯状銅箔(負極集電体)に塗布し、乾燥後に、ロールプレスで圧延し、負極集電体と負極活物質層とからなるシート状の負極を得た。このときの負極活物質層の塗布密度は10mg/cm2であり、充填密度は1.5g/mLであった。
(Preparation of negative electrode)
Amorphous coated natural graphite (98 parts by mass) as a negative electrode active material, sodium carboxymethylcellulose dispersed in pure water (1 part by mass as solid content) as a thickener, and styrene-butadiene rubber (SBR) dispersed in pure water (1 part by mass) as a binder were added and mixed to obtain a paste-like negative electrode mixture slurry.
Next, the obtained negative electrode mixture slurry was applied to a strip-shaped copper foil (negative electrode current collector) having a thickness of 10 μm, dried, and then rolled with a roll press to obtain a sheet-shaped negative electrode consisting of the negative electrode current collector and the negative electrode active material layer. The coating density of the negative electrode active material layer at this time was 10 mg/ cm2 , and the filling density was 1.5 g/mL.
(正極の作製)
正極活物質としてのLiNi0.5Mn0.3Co0.2O2(90質量部)、導電助剤としてのアセチレンブラック(5質量部)、及び結着材としてのポリフッ化ビニリデン(5質量部)を混合した混合物を、溶媒としてのN-メチルピロリジノン中に分散させ、ペースト状の正極合剤スラリーを調製した。
次に、この正極合剤スラリーを厚さ20μmの帯状アルミ箔(正極集電体)に塗布し、乾燥後に、ロールプレスで圧延し、正極集電体と正極活物質層とからなるシート状の正極を得た。このときの正極活物質層の塗布密度は30mg/cm2であり、充填密度は2.5g/mLであった。
(Preparation of Positive Electrode)
A mixture of LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2 (90 parts by mass) as a positive electrode active material, acetylene black (5 parts by mass) as a conductive additive, and polyvinylidene fluoride (5 parts by mass) as a binder was dispersed in N-methylpyrrolidinone as a solvent to prepare a paste-like positive electrode mixture slurry.
Next, this positive electrode mixture slurry was applied to a strip-shaped aluminum foil (positive electrode current collector) having a thickness of 20 μm, dried, and then rolled with a roll press to obtain a sheet-shaped positive electrode consisting of the positive electrode current collector and the positive electrode active material layer. The coating density of the positive electrode active material layer at this time was 30 mg/ cm2 , and the filling density was 2.5 g/mL.
(セパレータの作製)
厚さ20μmの微多孔性ポリエチレンフィルムを直径17mmの円盤状に打ち抜き、コイン状のセパレータを得た。
(Preparation of separator)
A microporous polyethylene film having a thickness of 20 μm was punched out into a disk having a diameter of 17 mm to obtain a coin-shaped separator.
(コイン型電池の作製)
上述の負極を直径14mmで、上述の正極を直径13mmで、それぞれ円盤状に打ち抜き、コイン状の負極及びコイン状の正極をそれぞれ得た。
得られたコイン状の負極、セパレータ、及びコイン状の正極を、この順序でステンレス製の電池缶(2032サイズ)内に積層し、次いで、この電池缶内に、上述の非水電解液20μLを注入し、セパレータと正極と負極とに含漬させた。
次に、正極上にアルミニウム製の板(厚さ1.2mm、直径16mm)及びバネを乗せ、ポリプロピレン製のガスケットを介して、電池缶蓋をかしめることにより電池を密封した。
以上により、リチウム二次電池前駆体として、直径20mm、高さ3.2mmの図3で示す構成を有するコイン型電池を得た。
(Preparation of coin cell battery)
The above-mentioned negative electrode was punched out into a disk shape having a diameter of 14 mm, and the above-mentioned positive electrode was punched out into a disk shape having a diameter of 13 mm, to obtain a coin-shaped negative electrode and a coin-shaped positive electrode, respectively.
The obtained coin-shaped negative electrode, separator, and coin-shaped positive electrode were stacked in this order in a stainless steel battery can (size 2032), and then 20 μL of the above-mentioned nonaqueous electrolyte was poured into the battery can to impregnate the separator, positive electrode, and negative electrode.
Next, an aluminum plate (thickness 1.2 mm, diameter 16 mm) and a spring were placed on the positive electrode, and the battery can lid was crimped via a polypropylene gasket to seal the battery.
As a result of the above, a coin-type battery having a diameter of 20 mm and a height of 3.2 mm as shown in FIG. 3 was obtained as a lithium secondary battery precursor.
<評価>
得られたコイン型電池について、以下の評価を実施した。
評価結果を表1に示す。
表1では、各実施例における、保存後容量維持率、保存後の抵抗、及び、保存時の抵抗上昇率を、それぞれ、後述の比較例1における値を100とした場合の相対値として示す。
<Evaluation>
The obtained coin-type batteries were subjected to the following evaluations.
The evaluation results are shown in Table 1.
In Table 1, the capacity retention rate after storage, the resistance after storage, and the rate of increase in resistance during storage in each Example are shown as relative values when the value in Comparative Example 1 described below is taken as 100.
(コンディショニング)
リチウム二次電池前駆体としてのコイン型電池を、恒温槽内で25℃にて、2.5Vと4.2Vとの間で、充電及び放電のサイクルを三回繰り返し、リチウム二次電池としての第1電池を得た。
(conditioning)
The coin-type battery as the lithium secondary battery precursor was subjected to three cycles of charging and discharging between 2.5 V and 4.2 V at 25° C. in a thermostatic chamber to obtain a first battery as a lithium secondary battery.
(初期容量)
第1電池の放電容量を「初期容量」とした。
(Initial capacity)
The discharge capacity of the first battery was defined as the "initial capacity."
(初期抵抗)
第1電池のSOC(State of Charge)を50%に調整した。
SOC50%に調整された第1電池について、-20℃にて、放電レート0.2CでのCC10s放電を行い、DCIR(Direct Current Internal Resistance;直流抵抗)(Ω)を測定した。
ここで、CC10s放電とは、定電流(Constant Current)にて10秒間放電することを意味する。
また、DCIRの測定は、上記「放電レート0.2CでのCC10s放電」における電流値(即ち、放電レート0.2Cに相当する電流値)と、電圧低下量(=放電開始前の電圧-放電開始後10秒目の電圧)と、に基づいて行った。得られたDCIR(Ω)を、「初期抵抗(Ω)」とした。
以下、上記初期抵抗の測定を行った後の第1電池を、第2電池とする。
(Initial resistance)
The SOC (State of Charge) of the first battery was adjusted to 50%.
The first battery adjusted to an SOC of 50% was subjected to CC10s discharge at a discharge rate of 0.2 C at −20° C., and the direct current internal resistance (Ω) of the first battery was measured.
Here, CC10s discharge means discharging for 10 seconds at a constant current.
The DCIR was measured based on the current value in the above "CC10s discharge at a discharge rate of 0.2C" (i.e., the current value corresponding to a discharge rate of 0.2C) and the voltage drop (=voltage before the start of discharge-voltage 10 seconds after the start of discharge). The obtained DCIR (Ω) was defined as the "initial resistance (Ω)".
Hereinafter, the first battery after the above-mentioned measurement of the initial resistance is referred to as the second battery.
(保存)
第2電池を、4.2Vまで充電し、次いで恒温槽内で、60℃で9日間保存し、第3電池を得た。
(keep)
The second battery was charged to 4.2 V and then stored in a thermostatic chamber at 60° C. for 9 days to obtain a third battery.
(保存後の容量)
第3電池に対し、2.5Vまで放電を実施した。
次に、恒温槽内で25℃にて充電レート0.2Cで4.2VまでCC-CV充電した後、2.5Vまで放電し、第4電池を得た。この時の放電容量を、「保存後の容量」とした。
ここで、CC-CV充電とは、定電流定電圧(Constant Current - Constant Voltage)にて充電することを意味する。
(Capacity after saving)
The third battery was discharged to 2.5V.
Next, the battery was CC-CV charged to 4.2 V at a charge rate of 0.2 C at 25° C. in a thermostatic chamber, and then discharged to 2.5 V to obtain a fourth battery. The discharge capacity at this time was defined as the “capacity after storage”.
Here, CC-CV charging means charging at a constant current and constant voltage.
(保存後の抵抗)
第4電池のSOCを50%に調整した。
SOC50%に調整された第4電池について、-20℃にて、前述した初期抵抗の測定と同様の方法によってDCIR(Ω)を測定し、得られた値を、「保存後の抵抗(Ω)」とした。
以下、上記保存後の抵抗の測定を行った後の第4電池を、第5電池とする。
(Resistance after storage)
The SOC of the fourth battery was adjusted to 50%.
For the fourth battery adjusted to an SOC of 50%, the DCIR (Ω) was measured at −20° C. by the same method as in the measurement of the initial resistance described above, and the obtained value was taken as the “resistance after storage (Ω)”.
Hereinafter, the fourth battery after the resistance after storage was measured is referred to as the fifth battery.
(保存後の容量維持率)
下記式により、保存後の容量維持率(%)を算出した。
保存後の容量維持率(%)=(保存後の容量/初期容量)×100
(Capacity retention rate after storage)
The capacity retention rate (%) after storage was calculated according to the following formula.
Capacity retention rate after storage (%)=(capacity after storage/initial capacity)×100
(保存時の抵抗上昇率の算出)
下記式により、保存時の抵抗上昇率(%)を算出した。
保存時の抵抗上昇率(%)=(保存後の抵抗/初期抵抗)×100
(Calculation of resistance increase rate during storage)
The resistance increase rate (%) during storage was calculated using the following formula.
Resistance increase rate during storage (%)=(resistance after storage/initial resistance)×100
〔実施例2及び比較例1~3〕
非水電解液における添加剤の種類及び含有量を、表1に示すように変更したこと以外は実施例1と同様の操作を行った。
結果を表1に示す。
表1中、「-」は、該当する成分を含有しないことを意味する。
表1中、添加剤名の下のカッコ内の数字が、その添加剤の含有量(質量%)である。
[Example 2 and Comparative Examples 1 to 3]
The same operations as in Example 1 were carried out except that the types and contents of additives in the nonaqueous electrolyte were changed as shown in Table 1.
The results are shown in Table 1.
In Table 1, "-" means that the corresponding component is not contained.
In Table 1, the number in parentheses under the name of the additive indicates the content (mass %) of that additive.
表1に示すように、実施例1及び2の電池は、保存後の容量維持率が高く、保存後の抵抗、及び保存時の抵抗上昇率が低減されており、比較例1~3の電池と比較して、電池性能のバランスに優れていた。
より詳細には、添加剤として、化合物(A)、化合物(B)、及び化合物(C)を含有する非水電解液を用いた実施例1及び2の電池は、これらのうち、化合物(C)を含有しない非水電解液を用いた比較例1の電池と比較して、保存後の容量維持率が向上し、保存時の抵抗上昇率が低減された。
また、実施例1の電池は、3種の添加剤のうち、化合物(A)を含有しない比較例2の電池と比較して、保存後の容量維持率が改善され、かつ、保存後の抵抗が低減された。
実施例2の電池は、3種の添加剤のうち、化合物(A)を含有しない比較例2の電池と比較して、保存後の容量維持率が改善され、かつ、保存後の抵抗が低減された。
更に、実施例1の電池は、3種の添加剤のうち、化合物(B)を含有しない比較例3の電池と比較して、保存後の容量維持率が改善され、かつ、保存時の抵抗上昇率が低減された。
更に、実施例2の電池は、3種の添加剤のうち、化合物(B)を含有しない比較例3の電池と比較して、保存後の容量維持率が改善され、保存後の抵抗が低減され、かつ、保存時の抵抗上昇率が低減された。
As shown in Table 1, the batteries of Examples 1 and 2 had a high capacity retention rate after storage, and the resistance after storage and the rate of increase in resistance during storage were reduced. Compared with the batteries of Comparative Examples 1 to 3, the batteries of Examples 1 and 2 had a superior balance of battery performance.
More specifically, the batteries of Examples 1 and 2 using nonaqueous electrolyte solutions containing compound (A), compound (B), and compound (C) as additives showed improved capacity retention after storage and reduced resistance increase rate during storage compared to the battery of Comparative Example 1 using a nonaqueous electrolyte solution not containing compound (C).
Moreover, the battery of Example 1 had an improved capacity retention rate after storage and a reduced resistance after storage, compared to the battery of Comparative Example 2, which did not contain compound (A) among the three additives.
The battery of Example 2 had an improved capacity retention rate after storage and a reduced resistance after storage, compared to the battery of Comparative Example 2 which did not contain compound (A) among the three additives.
Furthermore, the battery of Example 1 had an improved capacity retention rate after storage and a reduced rate of increase in resistance during storage, compared to the battery of Comparative Example 3, which did not contain compound (B) among the three additives.
Furthermore, the battery of Example 2 had an improved capacity retention rate after storage, a reduced resistance after storage, and a reduced rate of increase in resistance during storage, compared to the battery of Comparative Example 3, which did not contain compound (B) among the three additives.
1 ラミネート外装体
2 正極端子
3 負極端子
4 絶縁シール
5 正極板
6 負極板
7、8 セパレータ
11 正極
12 負極
13 正極缶
14 封口板
15 セパレータ
16 ガスケット
17、18 スペーサー板
REFERENCE SIGNS LIST 1 Laminate exterior body 2 Positive electrode terminal 3 Negative electrode terminal 4 Insulation seal 5 Positive electrode plate 6 Negative electrode plate 7, 8 Separator 11 Positive electrode 12 Negative electrode 13 Positive electrode can 14 Sealing plate 15 Separator 16 Gasket 17, 18 Spacer plate
Claims (6)
下記式(B)で表される化合物からなる群から選択される少なくとも1種である化合物(B)と、
下記式(C)で表される化合物からなる群から選択される少なくとも1種である化合物(C)と、
を含有し、
前記化合物(A)の含有量は、電池用非水電解液の全量に対し、0.1質量%~3質量%であり、
前記化合物(B)の含有量は、電池用非水電解液の全量に対し、0.03質量%~2質量%であり、
前記化合物(C)の含有量は、電池用非水電解液の全量に対し、0.03質量%~2質量%であり、
前記化合物(A)、前記化合物(B)、及び前記化合物(C)の合計含有量に対する前記化合物(A)の含有量の比は、0.5以上0.9以下であり、
前記化合物(B)及び前記化合物(C)の合計含有量に対する前記化合物(B)の含有量の比は、0.3~0.7である、
電池用非水電解液。
〔式(B)中、Rb1~Rb4は、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子、炭素数1~6の炭化水素基、又は炭素数1~6のフッ化炭化水素基を表す。
式(C)中、Rc1~Rc4は、それぞれ独立に、水素原子、炭素数1~6の炭化水素基、式(a)で表される基、又は式(b)で表される基を表す。式(a)及び式(b)において、*は、結合位置を表す。〕 Compound (A) which is at least one selected from the group consisting of lithium monofluorophosphate and lithium difluorophosphate;
At least one compound (B) selected from the group consisting of compounds represented by the following formula (B):
At least one compound (C) selected from the group consisting of compounds represented by the following formula (C):
Contains
The content of the compound (A) is 0.1% by mass to 3% by mass based on the total amount of the nonaqueous electrolyte for a battery ,
The content of the compound (B) is 0.03% by mass to 2% by mass based on the total amount of the nonaqueous electrolyte for a battery ,
The content of the compound (C) is 0.03% by mass to 2% by mass based on the total amount of the nonaqueous electrolyte for a battery ,
a ratio of the content of the compound (A) to the total content of the compound (A), the compound (B), and the compound (C) is 0.5 or more and 0.9 or less,
The ratio of the content of the compound (B) to the total content of the compound (B) and the compound (C) is 0.3 to 0.7.
Non-aqueous electrolyte for batteries .
In formula (B), R b1 to R b4 each independently represent a hydrogen atom, a fluorine atom, a hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms, or a fluorohydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms.
In formula (C), R c1 to R c4 each independently represent a hydrogen atom, a hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms, a group represented by formula (a), or a group represented by formula (b). In formulas (a) and (b), * represents a bonding position.
リチウムイオンの吸蔵及び放出が可能な負極活物質を含む負極と、
請求項1~請求項3のいずれか1項に記載の電池用非水電解液と、
を含むリチウム二次電池前駆体。 A positive electrode and
a negative electrode including a negative electrode active material capable of absorbing and releasing lithium ions;
The nonaqueous electrolyte for a battery according to any one of claims 1 to 3,
A lithium secondary battery precursor comprising:
前記リチウム二次電池前駆体に対して、充電及び放電を施す工程と、
を含む、リチウム二次電池の製造方法。 A step of preparing a lithium secondary battery precursor according to claim 4;
Charging and discharging the lithium secondary battery precursor;
A method for producing a lithium secondary battery, comprising:
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