JP7822892B2 - Secondary battery, battery pack and vehicle - Google Patents
Secondary battery, battery pack and vehicleInfo
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Description
実施形態は、二次電池、電池パック及び車両に関する。 Embodiments relate to secondary batteries, battery packs, and vehicles.
ニオブチタン酸化物を負極活物質として含む電極を二次電池に用いることが検討されている。この二次電池は、寿命性能に課題がある。その理由として、ガス発生、抵抗上昇などが挙げられる。 The use of electrodes containing niobium titanium oxide as the negative electrode active material in secondary batteries is being considered. However, these secondary batteries have issues with their lifespan performance. The reasons for this include gas generation and increased resistance.
実施形態は、ガス発生及び抵抗上昇を抑制することが可能な二次電池、該二次電池を含む電池パック、並びに、該電池パックを含む車両を提供することを目的とする。 The present embodiments aim to provide a secondary battery that can suppress gas generation and resistance increases, a battery pack including the secondary battery, and a vehicle including the battery pack.
実施形態によれば、正極と、負極と、非水電解質とを含む二次電池が提供される。正極は、正極活物質含有層と、正極活物質含有層の少なくとも一部に形成される硫黄含有層とを含む。非水電解質は、硫黄含有イミド化合物及びスルトン化合物のうちの少なくとも1種からなる硫黄含有化合物を含む。負極は、負極活物質含有層と、負極活物質含有層の少なくとも一部に形成される硫黄含有層とを含む。負極活物質含有層は、一般式Li x Ti 1-y M1 y Nb 2-z M2 z O 7+δ で表されるニオブチタン複合酸化物、及び、一般式Li x Ti 1-y M3 y+z Nb 2-z O 7-δ で表されるニオブチタン複合酸化物からなる群より選択される少なくとも1種を含む。前記M1は、Zr,Si,及びSnからなる群より選択される少なくとも1つであり、前記M2は、V,Ta,及びBiからなる群より選択される少なくとも1つであり、前記M3は、Mg,Fe,Ni,Co,W,Ta,及びMoからなる群より選択される少なくとも1つである。前記xは0≦x≦5を満たし、前記yは0≦y<1を満たし、前記zは0≦z<2を満たし、前記δは-0.3≦δ≦0.3を満たす。また、二次電池は、下記(1)式及び(2)式を満たす。 According to an embodiment, a secondary battery is provided that includes a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte. The positive electrode includes a positive electrode active material-containing layer and a sulfur-containing layer formed on at least a portion of the positive electrode active material-containing layer. The non-aqueous electrolyte includes a sulfur-containing compound consisting of at least one of a sulfur- containing imide compound and a sultone compound. The negative electrode includes a negative electrode active material-containing layer and a sulfur-containing layer formed on at least a portion of the negative electrode active material-containing layer. The negative electrode active material-containing layer includes at least one selected from the group consisting of niobium titanium composite oxides represented by the general formula LixTi1 - yM1yNb2 - zM2zO7 + δ and niobium titanium composite oxides represented by the general formula LixTi1 -yM3y + zNb2 - zO7-δ . The M1 is at least one selected from the group consisting of Zr, Si, and Sn, the M2 is at least one selected from the group consisting of V, Ta, and Bi, and the M3 is at least one selected from the group consisting of Mg, Fe, Ni, Co, W, Ta, and Mo. The x satisfies 0≦x≦5, the y satisfies 0≦y<1, the z satisfies 0≦z<2, and the δ satisfies −0.3≦δ≦0.3. The secondary battery also satisfies the following formulas (1) and (2) :
1×10-6≦E/A≦9×10-4 (1)
(1)式において、Aは誘導結合プラズマ発光分析法に基づく正極の硫黄含有層の単位体積あたりの硫黄原子の質量(g/m3)で、0(g/m
3
)より大きく3500(g/m
3
)以下の範囲にあり、Eは誘導結合プラズマ発光分析法に基づく非水電解質中の硫黄含有化合物の濃度(mol/L)。
2×10
-6
≦E/D≦3×10
-4
(2)
(2)式において、Dは誘導結合プラズマ発光分析法に基づく負極の硫黄含有層の単位体積あたりの硫黄原子の質量(g/m
3
)で、Eは誘導結合プラズマ発光分析法に基づく非水電解質中の硫黄含有化合物の濃度(mol/L)。
1×10 −6 ≦E/A≦9×10 −4 (1)
In formula (1), A is the mass (g/ m3 ) of sulfur atoms per unit volume of the sulfur-containing layer of the positive electrode as determined by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry , and is in the range of greater than 0 (g / m3 ) and less than or equal to 3500 (g/m3 ) , and E is the concentration (mol/L) of the sulfur-containing compound in the non-aqueous electrolyte as determined by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry .
2×10 −6 ≦E/D≦3×10 −4 (2)
In equation (2), D is the mass of sulfur atoms per unit volume of the sulfur-containing layer of the negative electrode (g/m3) determined by inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy , and E is the concentration of the sulfur-containing compound in the non-aqueous electrolyte (mol/L) determined by inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy .
他の実施形態によれば、実施形態の二次電池を含む電池パックが提供される。 According to another embodiment, a battery pack including the secondary battery of the embodiment is provided.
他の実施形態によれば、実施形態の電池パックを含む車両が提供される。 According to another embodiment, a vehicle is provided that includes a battery pack of the embodiment.
(第1の実施形態)
第1の実施形態によれば、正極と、負極と、非水電解質とを含む二次電池が提供される。正極は、正極活物質含有層と、正極活物質含有層の少なくとも一部に形成される硫黄含有層とを含む。非水電解質は、硫黄含有イミド化合物及びスルトン化合物のうちの少なくとも1種からなるか、あるいは硫黄含有イミド化合物、スルトン化合物及びプロパンスルホン酸エステルのうちの少なくとも1種からなる硫黄含有化合物を含む。また、二次電池は下記(1)式を満たす。
(First embodiment)
According to a first embodiment, a secondary battery is provided that includes a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte. The positive electrode includes a positive electrode active material-containing layer and a sulfur-containing layer formed on at least a portion of the positive electrode active material-containing layer. The non-aqueous electrolyte includes at least one of a sulfur-containing imide compound and a sultone compound, or a sulfur-containing compound including at least one of a sulfur-containing imide compound, a sultone compound, and a propane sulfonate ester. The secondary battery also satisfies the following formula (1):
1×10-6≦E/A≦9×10-4 (1)
(1)式において、Aは正極の硫黄含有層の単位体積あたりの硫黄原子の質量(g/m3)で、Eは非水電解質中の硫黄含有化合物の濃度(mol/L)である。
本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、非水電解質中に硫黄含有イミド化合物及びスルトン化合物のうちの少なくとも1種からなるか、あるいは硫黄含有イミド化合物、スルトン化合物及びプロパンスルホン酸エステルのうちの少なくとも1種からなる硫黄含有化合物(以下、硫黄含有化合物と称す)が存在していると、二次電池の寿命性能が改善されることを見出した。このメカニズムは以下の通りと推測される。高温時、特に高温でSOC(state of charge)が高い条件下では、非水電解質と正極との反応が進み、非水電解質の酸化分解が生じてガスが発生する。非水電解質中に硫黄含有化合物が存在すると、硫黄含有化合物が正極と反応して分解するため、非水電解質中の硫黄含有化合物以外の成分(例えば非水溶媒)と正極との反応を抑制することができる。また、正極活物質含有層の少なくとも一部に硫黄含有層が存在すると、正極と非水電解質との反応を抑制することができる。E/Aは、非水電解質中の硫黄含有化合物量と、正極活物質含有層における硫黄含有層量とのバランスを表している。例えば、Eが小さい又はAが大きいと、E/Aが小さくなる。また、Eが大きいあるいはAが小さいと、E/Aが大きくなる。それぞれの場合、非水電解質中の硫黄含有化合物と正極との反応よりも、非水電解質の硫黄含有化合物以外の成分と正極との反応が進むため、ガス発生または抵抗上昇が生じる。E/Aが(1)式の範囲を満たすことにより、高温かつ高SOC条件下での非水電解質中の硫黄含有化合物と正極との反応が進むため、高温かつ高SOC条件下での非水電解質の硫黄含有化合物以外の成分と正極との反応を抑えることができると共に、硫黄含有層による正極の保護機能を高めることができる。そのため、高温かつ高SOC条件下でのガス発生を抑制することができ、電池の抵抗上昇を抑えることができる。これにより、二次電池の寿命性能を向上することができる。
1×10 −6 ≦E/A≦9×10 −4 (1)
In formula (1), A is the mass of sulfur atoms per unit volume of the sulfur-containing layer of the positive electrode (g/m 3 ), and E is the concentration of the sulfur-containing compound in the non-aqueous electrolyte (mol/L).
As a result of extensive research, the present inventors have found that the presence of a sulfur-containing compound (hereinafter referred to as "sulfur-containing compound") in a non-aqueous electrolyte, which is composed of at least one of a sulfur-containing imide compound and a sultone compound, or at least one of a sulfur-containing imide compound, a sultone compound, and a propanesulfonic acid ester, improves the life performance of a secondary battery. The mechanism behind this is presumed to be as follows. At high temperatures, particularly under high SOC (state of charge) conditions, a reaction between the non-aqueous electrolyte and the positive electrode proceeds, resulting in oxidative decomposition of the non-aqueous electrolyte and the generation of gas. The presence of a sulfur-containing compound in the non-aqueous electrolyte causes the sulfur-containing compound to react with the positive electrode and decompose, thereby suppressing the reaction between the positive electrode and components other than the sulfur-containing compound (e.g., non-aqueous solvent) in the non-aqueous electrolyte. Furthermore, the presence of a sulfur-containing layer in at least a portion of the positive electrode active material-containing layer can suppress the reaction between the positive electrode and the non-aqueous electrolyte. E/A represents the balance between the amount of sulfur-containing compound in the non-aqueous electrolyte and the amount of sulfur-containing layer in the positive electrode active material-containing layer. For example, when E is small or A is large, E/A becomes small. Furthermore, when E is large or A is small, E/A becomes large. In each case, the reaction between the positive electrode and components other than the sulfur-containing compound in the non-aqueous electrolyte proceeds more rapidly than the reaction between the sulfur-containing compound in the non-aqueous electrolyte and the positive electrode, resulting in gas generation or an increase in resistance. When E/A satisfies the range of formula (1), the reaction between the sulfur-containing compound in the non-aqueous electrolyte and the positive electrode proceeds under high temperature and high SOC conditions, thereby suppressing the reaction between the positive electrode and components other than the sulfur-containing compound in the non-aqueous electrolyte under high temperature and high SOC conditions, and enhancing the protective function of the positive electrode by the sulfur-containing layer. Therefore, gas generation under high temperature and high SOC conditions can be suppressed, and an increase in battery resistance can be suppressed. This can improve the life performance of the secondary battery.
また、実施形態の二次電池において、負極が、負極活物質含有層と、負極活物質含有層の少なくとも一部に形成される硫黄含有層とを含み得る。この二次電池が下記(2)式を満たすことが望ましい。 Furthermore, in the secondary battery of the embodiment, the negative electrode may include a negative electrode active material-containing layer and a sulfur-containing layer formed on at least a portion of the negative electrode active material-containing layer. It is desirable that this secondary battery satisfy the following formula (2):
2×10-6≦E/D≦3×10-4 (2)
(2)式において、Dは負極の硫黄含有層の単位体積あたりの硫黄原子の質量(g/m3)で、Eは非水電解質中の硫黄含有化合物の濃度(mol/L)。
2×10 −6 ≦E/D≦3×10 −4 (2)
In formula (2), D is the mass of sulfur atoms per unit volume of the sulfur-containing layer of the negative electrode (g/m 3 ), and E is the concentration of the sulfur-containing compound in the non-aqueous electrolyte (mol/L).
(2)式を満たすことにより、二次電池の寿命性能をさらに向上することができる。このメカニズムは以下の通りと推測される。高温環境下では、正極と非水電解質との反応に加え、負極と非水電解質との反応も生じ得る。(2)式を満たすことにより、非水電解質中の硫黄含有化合物と負極との反応を促すことができるため、高温条件下での非水電解質の硫黄含有化合物以外の成分と負極との反応を抑えることができると共に、硫黄含有層による負極の保護機能を高めることができるため、高温条件下でのガス発生を抑制することができ、電池の抵抗上昇を抑えることができる。これにより、二次電池の寿命性能を向上することができる。 Satisfying formula (2) can further improve the life performance of secondary batteries. The mechanism behind this is presumed to be as follows: In high-temperature environments, in addition to reactions between the positive electrode and non-aqueous electrolyte, reactions can also occur between the negative electrode and non-aqueous electrolyte. Satisfying formula (2) can promote the reaction between the sulfur-containing compound in the non-aqueous electrolyte and the negative electrode, thereby suppressing reactions between components other than the sulfur-containing compound in the non-aqueous electrolyte and the negative electrode under high-temperature conditions. Furthermore, the sulfur-containing layer's protective function for the negative electrode can be enhanced, thereby suppressing gas generation under high-temperature conditions and suppressing increases in battery resistance. This can improve the life performance of secondary batteries.
以下、正極、負極、硫黄含有層、及び非水電解質について説明する。また、実施形態の二次電池は、これらの部材に加え、セパレータと外装部材を備えていても良い。これらの構成についても以下に説明する。
1)正極
正極は、正極集電体と、正極活物質含有層とを含むことができる。正極活物質含有層は、正極集電体の片面又は両面に形成され得る。正極活物質含有層は、正極活物質と、任意に導電剤及び結着剤を含むことができる。
The positive electrode, negative electrode, sulfur-containing layer, and nonaqueous electrolyte will be described below. The secondary battery of the embodiment may further include a separator and an exterior member in addition to these components. The configurations of these components will also be described below.
1) Positive Electrode The positive electrode may include a positive electrode current collector and a positive electrode active material-containing layer. The positive electrode active material-containing layer may be formed on one or both sides of the positive electrode current collector. The positive electrode active material-containing layer may include a positive electrode active material and, optionally, a conductive agent and a binder.
正極活物質としては、例えば、酸化物又は硫化物を用いることができる。正極は、正極活物質として、1種類の化合物を単独で含んでいてもよく、或いは2種類以上の化合物を組み合わせて含んでいてもよい。酸化物及び硫化物の例には、Li又はLiイオンを挿入及び脱離させることができる化合物を挙げることができる。 For example, oxides or sulfides can be used as the positive electrode active material. The positive electrode may contain one type of compound alone as the positive electrode active material, or may contain a combination of two or more types of compounds. Examples of oxides and sulfides include compounds that can insert and extract Li or Li ions.
このような化合物としては、例えば、二酸化マンガン(MnO2)、酸化鉄、酸化銅、酸化ニッケル、リチウムマンガン複合酸化物(例えばLixMn2O4又はLixMnO2;0<x≦1)、リチウムニッケル複合酸化物(例えばLixNiO2;0<x≦1)、リチウムコバルト複合酸化物(例えばLixCoO2;0<x≦1)、リチウムニッケルコバルト複合酸化物(例えばLixNi1-yCoyO2;0<x≦1、0<y<1)、リチウムマンガンコバルト複合酸化物(例えばLixMnyCo1-yO2;0<x≦1、0<y<1)、スピネル構造を有するリチウムマンガンニッケル複合酸化物(例えばLixMn2-yNiyO4;0<x≦1、0<y<2)、オリビン構造を有するリチウムリン酸化物(例えばLixFePO4;0<x≦1、LixFe1-yMnyPO4;0<x≦1、0<y≦1、LixCoPO4;0<x≦1)、硫酸鉄(Fe2(SO4)3)、バナジウム酸化物(例えばV2O5)、LiNixCoyMzO2(x+y+z=1、x≧0.8、MはMnおよびAlからなる)、及び、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物(LixNi1-y-zCoyMnzO2;0<x≦1、0<y<1、0<z<1、y+z<1)が含まれる。 Examples of such compounds include manganese dioxide (MnO 2 ), iron oxide, copper oxide, nickel oxide, lithium manganese composite oxides (e.g., Li x Mn 2 O 4 or Li x MnO 2 ; 0<x≦1), lithium nickel composite oxides (e.g., Li x NiO 2 ; 0<x≦1), lithium cobalt composite oxides (e.g., Li x CoO 2 ; 0<x≦1), lithium nickel cobalt composite oxides (e.g., Li x Ni 1-y Co y O 2 ; 0<x≦1, 0<y<1), lithium manganese cobalt composite oxides (e.g., Li x Mn y Co 1-y O 2 ; 0<x≦1, 0<y<1), and lithium manganese nickel composite oxides having a spinel structure (e.g., Li x Mn 2-y Ni y O 4 ; 0<x≦1, 0<y<2), lithium phosphate oxides having an olivine structure (e.g., LixFePO4 ; 0<x≦1, LixFe1 - yMnyPO4 ; 0<x≦1, 0<y≦ 1 , LixCoPO4 ; 0<x≦1), iron sulfate ( Fe2 ( SO4 ) 3 ), vanadium oxides (e.g. , V2O5 ), LiNixCoyMzO2 (x+ y + z = 1 , x≧0.8, M consists of Mn and Al), and lithium nickel cobalt manganese composite oxides ( LixNi1 -yzCoyMnzO2 ; 0<x≦1 , 0<y<1, 0<z<1, y+z<1).
上記のうち、正極活物質としてより好ましい化合物の例には、スピネル構造を有するリチウムマンガン複合酸化物(例えばLixMn2O4;0<x≦1)、スピネル構造を有するリチウムマンガンニッケル複合酸化物(LixMn2-yNiyO4;0<x≦1、0<y<2)、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物(LixNi1-y-zCoyMnzO2;0<x≦1、0<y<1、0<z<1、y+z<1)、オリビン構造を有するリチウムリン酸化物(例えばLixFePO4;0<x≦1、LixFe1-yMnyPO4;0<x≦1、0<y≦1、LixCoPO4;0<x≦1)が含まれる。これらの化合物を正極活物質に用いると、電池電圧を高めることができる。LixNi1-y-zCoyMnzO2で表されるリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物において、y及びzが0<y+z≦0.2であるものは、高いエネルギー密度を実現することができる。 Among the above, examples of more preferred compounds as the positive electrode active material include lithium manganese composite oxides having a spinel structure (e.g., LixMn2O4 ; 0<x≦ 1 ), lithium manganese nickel composite oxides having a spinel structure ( LixMn2 - yNiyO4 ; 0<x≦1, 0 <y< 2 ), lithium nickel cobalt manganese composite oxides ( LixNi1 -yzCoyMnzO2 ; 0<x≦1 , 0<y<1, 0<z<1, y+z<1), and lithium phosphate oxides having an olivine structure (e.g., LixFePO4 ; 0<x≦ 1 , LixFe1 - yMnyPO4 ; 0<x≦1, 0<y≦ 1 , LixCoPO4 ; 0<x≦1). The use of these compounds as the positive electrode active material can increase battery voltage. In the lithium nickel cobalt manganese composite oxide represented by LixNi1 - yzCoyMnzO2 , when y and z are in the range of 0<y+z≦0.2, a high energy density can be realized.
正極活物質の一次粒径は、100nm以上1μm以下であることが好ましい。一次粒径が100nm以上の正極活物質は、工業生産上の取り扱いが容易である。一次粒径が1μm以下の正極活物質は、リチウムイオンの固体内拡散をスムーズに進行させることが可能である。 The primary particle size of the positive electrode active material is preferably 100 nm or more and 1 μm or less. Positive electrode active materials with a primary particle size of 100 nm or more are easy to handle in industrial production. Positive electrode active materials with a primary particle size of 1 μm or less allow lithium ions to diffuse smoothly within the solid.
正極活物質の比表面積は、0.1m2/g以上10m2/g以下であることが好ましい。0.1m2/g以上の比表面積を有する正極活物質は、Liイオンの吸蔵・放出サイトを十分に確保できる。10m2/g以下の比表面積を有する正極活物質は、工業生産の上で取り扱い易く、かつ良好な充放電サイクル性能を確保できる。 The specific surface area of the positive electrode active material is preferably 0.1 m /g or more and 10 m /g or less. A positive electrode active material having a specific surface area of 0.1 m /g or more can ensure sufficient sites for occlusion and desorption of Li ions. A positive electrode active material having a specific surface area of 10 m /g or less is easy to handle in industrial production and can ensure good charge-discharge cycle performance.
結着剤は、分散された正極活物質の間隙を埋め、また、正極活物質と正極集電体とを結着させるために配合される。結着剤の例には、ポリテトラフルオロエチレン(polytetrafluoro ethylene;PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(polyvinylidene fluoride;PVdF)、フッ素系ゴム、ポリアクリル酸化合物、イミド化合物、カルボキシメチルセルロース(CMC)、及びCMCの塩が含まれる。これらの1つを結着剤として用いてもよく、或いは、2つ以上を組み合わせて結着剤として用いてもよい。 The binder is blended to fill the gaps between the dispersed positive electrode active material and to bind the positive electrode active material to the positive electrode current collector. Examples of binders include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), fluorine-based rubber, polyacrylic acid compounds, imide compounds, carboxymethyl cellulose (CMC), and CMC salts. One of these may be used as the binder, or two or more may be used in combination as binders.
導電剤は、集電性能を高め、且つ、正極活物質と正極集電体との接触抵抗を抑えるために配合される。導電剤の例には、気相成長カーボン繊維(Vapor Grown Carbon Fiber;VGCF)、アセチレンブラックなどのカーボンブラック及び黒鉛のような炭素質物が含まれる。これらの1つを導電剤として用いてもよく、或いは、2つ以上を組み合わせて導電剤として用いてもよい。また、導電剤を省略することもできる。 Conductive agents are added to improve current collection performance and reduce contact resistance between the positive electrode active material and the positive electrode current collector. Examples of conductive agents include vapor-grown carbon fiber (VGCF), carbon black such as acetylene black, and carbonaceous materials such as graphite. One of these may be used as the conductive agent, or two or more may be used in combination. The conductive agent may also be omitted.
正極活物質含有層において、正極活物質及び結着剤は、それぞれ、80質量%以上98質量%以下、及び2質量%以上20質量%以下の割合で配合することが好ましい。 In the positive electrode active material-containing layer, the positive electrode active material and binder are preferably blended in proportions of 80% by mass or more and 98% by mass or less, and 2% by mass or more and 20% by mass or less, respectively.
結着剤の量を2質量%以上にすることにより、十分な電極強度が得られる。また、結着剤は、絶縁体として機能し得る。そのため、結着剤の量を20質量%以下にすると、電極に含まれる絶縁体の量が減るため、内部抵抗を減少できる。 By using a binder amount of 2% by mass or more, sufficient electrode strength can be achieved. The binder can also function as an insulator. Therefore, by using a binder amount of 20% by mass or less, the amount of insulator contained in the electrode is reduced, thereby reducing internal resistance.
導電剤を加える場合には、正極活物質、結着剤及び導電剤は、それぞれ、77質量%以上95質量%以下、2質量%以上20質量%以下、及び3質量%以上15質量%以下の割合で配合することが好ましい。 When a conductive agent is added, the positive electrode active material, binder, and conductive agent are preferably blended in proportions of 77% by mass or more and 95% by mass or less, 2% by mass or more and 20% by mass or less, and 3% by mass or more and 15% by mass or less, respectively.
導電剤の量を3質量%以上にすることにより、上述した効果を発揮することができる。また、導電剤の量を15質量%以下にすることにより、電解質と接触する導電剤の割合を低くすることができる。この割合が低いと、高温保存下において、電解質の分解を低減することができる。 By setting the amount of conductive agent to 3% by mass or more, the above-mentioned effects can be achieved. Furthermore, by setting the amount of conductive agent to 15% by mass or less, the proportion of conductive agent that comes into contact with the electrolyte can be reduced. This low proportion can reduce electrolyte decomposition during high-temperature storage.
正極集電体は、アルミニウム箔、又は、Mg、Ti、Zn、Ni、Cr、Mn、Fe、Cu及びSiから選択される一以上の元素を含むアルミニウム合金箔であることが好ましい。 The positive electrode current collector is preferably aluminum foil or aluminum alloy foil containing one or more elements selected from Mg, Ti, Zn, Ni, Cr, Mn, Fe, Cu, and Si.
アルミニウム箔又はアルミニウム合金箔の厚さは、5μm以上20μm以下であることが好ましく、15μm以下であることがより好ましい。アルミニウム箔の純度は99質量%以上であることが好ましい。アルミニウム箔又はアルミニウム合金箔に含まれる鉄、銅、ニッケル、及びクロムなどの遷移金属の含有量は、1質量%以下であることが好ましい。 The thickness of the aluminum foil or aluminum alloy foil is preferably 5 μm or more and 20 μm or less, and more preferably 15 μm or less. The purity of the aluminum foil is preferably 99% by mass or more. The content of transition metals such as iron, copper, nickel, and chromium contained in the aluminum foil or aluminum alloy foil is preferably 1% by mass or less.
また、正極集電体は、その表面に正極活物質含有層が形成されていない部分を含むことができる。この部分は、正極集電タブとして働くことができる。 The positive electrode current collector may also include a portion on its surface where the positive electrode active material-containing layer is not formed. This portion can function as a positive electrode current collecting tab.
正極は、例えば、正極活物質、導電剤及び結着剤を溶媒に懸濁してスラリーを調製する。このスラリーを、集電体の片面又は両面に塗布する。次いで、塗布したスラリーを乾燥させて、活物質含有層と集電体との積層体を得る。その後、この積層体にプレスを施す。このようにして、正極を作製する。或いは、正極は、次の方法により作製してもよい。まず、活物質、導電剤及び結着剤を混合して、混合物を得る。次いで、この混合物をペレット状に成形する。次いで、これらのペレットを集電体上に配置することにより、正極を得ることができる。
2)負極
負極は、集電体と負極活物質含有層とを含むことができる。負極活物質含有層は、集電体の片面又は両面に形成され得る。負極活物質含有層は、負極活物質と、任意に導電剤及び結着剤とを含むことができる。
For example, a positive electrode is prepared by suspending a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder in a solvent to prepare a slurry. This slurry is then applied to one or both sides of a current collector. The applied slurry is then dried to obtain a laminate of an active material-containing layer and a current collector. This laminate is then pressed. In this manner, a positive electrode is produced. Alternatively, the positive electrode may be produced by the following method. First, the active material, the conductive agent, and the binder are mixed to obtain a mixture. Next, this mixture is formed into pellets. Next, these pellets are placed on a current collector to obtain a positive electrode.
2) Negative Electrode The negative electrode may include a current collector and a negative electrode active material-containing layer. The negative electrode active material-containing layer may be formed on one or both sides of the current collector. The negative electrode active material-containing layer may include a negative electrode active material, and optionally a conductive agent and a binder.
負極活物質は、リチウムまたはリチウムイオンを吸蔵放出できるものであれば特に限定されない。使用する負極活物質の種類も1種類または2種類以上にすることができる。負極活物質の例には、チタン含有酸化物及び炭素材料が挙げられる。チタン含有酸化物の例として、ラムスデライト構造を有するチタン酸リチウム(例えばLi2+yTi3O7、0≦y≦3)、スピネル構造を有するチタン酸リチウム(例えば、Li4+xTi5O12、0≦x≦3)、単斜晶型二酸化チタン(TiO2)、アナターゼ型二酸化チタン、ルチル型二酸化チタン、ホランダイト型チタン複合酸化物、直方晶型(orthorhombic)チタン複合酸化物、ニオブチタン複合酸化物が挙げられる。チタン含有酸化物のリチウムイオンの吸蔵放出電位は0.4V(vs.Li/Li+)以上である。 The negative electrode active material is not particularly limited as long as it can absorb and release lithium or lithium ions. The type of negative electrode active material used can be one or more types. Examples of negative electrode active materials include titanium-containing oxides and carbon materials. Examples of titanium-containing oxides include lithium titanate having a ramsdellite structure (e.g., Li 2+y Ti 3 O 7 , 0≦y≦3), lithium titanate having a spinel structure (e.g., Li 4+x Ti 5 O 12 , 0≦x≦3), monoclinic titanium dioxide (TiO 2 ), anatase titanium dioxide, rutile titanium dioxide, hollandite titanium composite oxide, orthorhombic titanium composite oxide, and niobium titanium composite oxide. The lithium ion absorption and desorption potential of the titanium-containing oxide is 0.4 V (vs. Li/Li + ) or higher.
上記直方晶型チタン含有複合酸化物の例として、Li2+aM(I)2-bTi6-cM(II)dO14+σで表される化合物が挙げられる。ここで、M(I)は、Sr,Ba,Ca,Mg,Na,Cs,Rb及びKからなる群より選択される少なくとも1つである。M(II)はZr,Sn,V,Nb,Ta,Mo,W,Y,Fe,Co,Cr,Mn,Ni,及びAlからなる群より選択される少なくとも1つである。組成式中のそれぞれの添字は、0≦a≦6、0≦b<2、0≦c<6、0≦d<6、-0.5≦σ≦0.5である。直方晶型チタン含有複合酸化物の具体例として、Li2+aNa2Ti6O14(0≦a≦6)が挙げられる。 An example of the orthorhombic titanium-containing composite oxide is a compound represented by Li2 +aM (I) 2- bTi6 -cM (II) dO14 +σ . Here, M(I) is at least one selected from the group consisting of Sr, Ba, Ca, Mg, Na, Cs, Rb, and K. M(II) is at least one selected from the group consisting of Zr, Sn, V, Nb, Ta, Mo, W, Y, Fe, Co, Cr, Mn, Ni, and Al. The subscripts in the composition formula are 0≦a≦6, 0≦b<2 , 0≦c<6, 0≦d<6, and -0.5≦σ≦0.5. A specific example of the orthorhombic titanium-containing composite oxide is Li2 + aNa2Ti6O14 (0≦a≦ 6 ).
上記ニオブチタン複合酸化物の例として、単斜晶型ニオブチタン複合酸化物が挙げられる。単斜晶型ニオブチタン複合酸化物の例として、LixTi1-yM1yNb2-zM2zO7+δで表される化合物が挙げられる。ここで、M1は、Zr,Si,及びSnからなる群より選択される少なくとも1つである。M2は、V,Ta,及びBiからなる群より選択される少なくとも1つである。組成式中のそれぞれの添字は、0≦x≦5、0≦y<1、0≦z<2、-0.3≦δ≦0.3である。単斜晶型ニオブチタン複合酸化物の具体例として、LixNb2TiO7(0≦x≦5)が挙げられる。 An example of the niobium titanium composite oxide is a monoclinic niobium titanium composite oxide. An example of the monoclinic niobium titanium composite oxide is a compound represented by Li x Ti 1-y M1 y Nb 2-z M2 z O 7+δ . Here, M1 is at least one selected from the group consisting of Zr, Si, and Sn. M2 is at least one selected from the group consisting of V, Ta, and Bi. The subscripts in the composition formula are 0≦x≦5, 0≦y<1, 0≦z<2, and −0.3≦δ≦0.3. A specific example of the monoclinic niobium titanium composite oxide is Li x Nb 2 TiO 7 (0≦x≦5).
単斜晶型ニオブチタン複合酸化物の他の例として、LixTi1-yM3y+zNb2-zO7-δで表される化合物が挙げられる。ここで、M3は、Mg,Fe,Ni,Co,W,Ta,及びMoより選択される少なくとも1つである。組成式中のそれぞれの添字は、0≦x≦5、0≦y<1、0≦z<2、-0.3≦δ≦0.3である。 Another example of a monoclinic niobium titanium composite oxide is a compound represented by Li x Ti 1-y M3 y+z Nb 2-z O 7-δ , where M3 is at least one selected from Mg, Fe, Ni, Co, W, Ta, and Mo. The subscripts in the composition formula are 0≦x≦5, 0≦y<1, 0≦z<2, and −0.3≦δ≦0.3.
炭素材料の例として、黒鉛、ハードカーボンなどを挙げることができる。負極に炭素材料を用いるとき、負極集電体に銅箔が用いられる。 Examples of carbon materials include graphite and hard carbon. When a carbon material is used for the negative electrode, copper foil is used for the negative electrode current collector.
負極活物質のうち、単斜晶型ニオブチタン複合酸化物は、リチウムイオンの吸蔵放出電位が1.0V(vs.Li/Li+)付近であるため、硫黄含有化合物との分解反応を適度に生じさせることができる。なお、チタン酸リチウムのリチウムイオンの吸蔵放出電位は1.4V(vs.Li/Li+)付近であり、炭素材料のリチウムイオンの吸蔵放出電位は0V(vs.Li/Li+)付近である。 Among negative electrode active materials, monoclinic niobium titanium composite oxide has a lithium ion absorption/desorption potential of approximately 1.0 V (vs. Li/Li + ), which allows for a moderate decomposition reaction with the sulfur-containing compound. Note that the lithium ion absorption/desorption potential of lithium titanate is approximately 1.4 V (vs. Li/ Li + ), and the lithium ion absorption/desorption potential of carbon materials is approximately 0 V (vs. Li/Li + ).
導電剤は、集電性能を高め、且つ、活物質と集電体との接触抵抗を抑えるために配合される。導電剤の例には、気相成長カーボン繊維(Vapor Grown Carbon Fiber;VGCF)、カーボンナノチューブ、アセチレンブラックなどのカーボンブラック及び黒鉛のような炭素質物が含まれる。これらの1つを導電剤として用いてもよく、或いは、2つ以上を組み合わせて導電剤として用いてもよい。あるいは、導電剤を用いる代わりに、活物質粒子の表面に、炭素コートや電子導電性無機材料コートを施してもよい。 Conductive agents are added to improve current collection performance and reduce contact resistance between the active material and the current collector. Examples of conductive agents include vapor-grown carbon fiber (VGCF), carbon nanotubes, carbon black such as acetylene black, and carbonaceous materials such as graphite. One of these may be used as the conductive agent, or two or more may be used in combination. Alternatively, instead of using a conductive agent, the surface of the active material particles may be coated with carbon or an electronically conductive inorganic material.
結着剤は、分散された活物質の間隙を埋め、また、活物質と集電体を結着させるために配合される。結着剤の例には、ポリテトラフルオロエチレン(polytetrafluoro ethylene;PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(polyvinylidene fluoride;PVdF)、フッ素系ゴム、スチレンブタジェンゴム、ポリアクリル酸化合物、イミド化合物、カルボキシメチルセルロース(carboxymethyl cellulose;CMC)、及びCMCの塩が含まれる。これらの1つを結着剤として用いてもよく、或いは、2つ以上を組み合わせて結着剤として用いてもよい。 Binders are added to fill the gaps between the dispersed active material and to bind the active material and current collector together. Examples of binders include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), fluorine-based rubber, styrene-butadiene rubber, polyacrylic acid compounds, imide compounds, carboxymethyl cellulose (CMC), and CMC salts. These may be used alone or in combination.
活物質含有層中の活物質、導電剤及び結着剤の配合割合は、一例として、負極活物質、導電剤及び結着剤を、それぞれ、68質量%以上96質量%以下、2質量%以上30質量%以下及び2質量%以上30質量%以下の割合で配合することが好ましい。導電剤の量を2質量%以上とすることにより、活物質含有層の集電性能を向上させることができる。また、結着剤の量を2質量%以上とすることにより、活物質含有層と集電体との結着性が十分となり、優れたサイクル性能を期待できる。一方、導電剤及び結着剤はそれぞれ30質量%以下にすることが高容量化を図る上で好ましい。 As an example, the active material, conductive agent, and binder in the active material-containing layer preferably have a negative electrode active material, conductive agent, and binder content of 68% by mass or more and 96% by mass or less, 2% by mass or more and 30% by mass or less, and 2% by mass or more and 30% by mass or less, respectively. By using a conductive agent content of 2% by mass or more, the current collection performance of the active material-containing layer can be improved. Furthermore, by using a binder content of 2% by mass or more, sufficient adhesion between the active material-containing layer and the current collector can be achieved, and excellent cycle performance can be expected. On the other hand, it is preferable to use a conductive agent and binder content of 30% by mass or less each in order to achieve high capacity.
集電体は、活物質にリチウム(Li)が挿入及び脱離される電位において電気化学的に安定である材料が用いられる。負極活物質にリチウムイオンの吸蔵放出電位が0.4V(vs.Li/Li+)以上のものを用いる場合の集電体の一例は、銅、ニッケル、ステンレス又はアルミニウム、或いは、Mg、Ti、Zn、Mn、Fe、Cu、及びSiから選択される一以上の元素を含むアルミニウム合金である。集電体の厚さは、5μm以上20μm以下であることが好ましい。このような厚さを有する集電体は、電極の強度と軽量化のバランスをとることができる。 The current collector is made of a material that is electrochemically stable at the potential at which lithium (Li) is inserted and extracted from the active material. When a negative electrode active material having a lithium ion insertion/extraction potential of 0.4 V (vs. Li/Li + ) or higher is used, examples of the current collector include copper, nickel, stainless steel, aluminum, or an aluminum alloy containing one or more elements selected from Mg, Ti, Zn, Mn, Fe, Cu, and Si. The thickness of the current collector is preferably 5 μm or more and 20 μm or less. A current collector having such a thickness can balance the strength and weight of the electrode.
また、集電体は、その表面に負極活物質含有層が形成されていない部分を含むことができる。この部分は、負極集電タブとして働くことができる。 The current collector may also include a portion on its surface where the negative electrode active material-containing layer is not formed. This portion can function as a negative electrode current collecting tab.
負極は、例えば次の方法により作製することができる。まず、活物質、導電剤及び結着剤を溶媒に懸濁してスラリーを調製する。このスラリーを、集電体の片面又は両面に塗布する。次いで、塗布したスラリーを乾燥させて、活物質含有層と集電体との積層体を得る。その後、この積層体にプレスを施す。このようにして、負極を作製する。或いは、負極は、次の方法により作製してもよい。まず、活物質、導電剤及び結着剤を混合して、混合物を得る。次いで、この混合物をペレット状に成形する。次いで、これらのペレットを集電体上に配置することにより、負極を得ることができる。
3)硫黄含有層
硫黄含有層は、正極活物質含有層の表面の少なくとも一部に存在する。硫黄含有層は、負極活物質含有層の表面の少なくとも一部に存在していても良い。
The negative electrode can be produced, for example, by the following method. First, an active material, a conductive agent, and a binder are suspended in a solvent to prepare a slurry. This slurry is applied to one or both sides of a current collector. Next, the applied slurry is dried to obtain a laminate of an active material-containing layer and a current collector. Then, this laminate is pressed. In this manner, the negative electrode is produced. Alternatively, the negative electrode may be produced by the following method. First, the active material, the conductive agent, and the binder are mixed to obtain a mixture. Next, this mixture is formed into pellets. Next, these pellets are placed on a current collector to obtain a negative electrode.
3) Sulfur-Containing Layer The sulfur-containing layer is present on at least a portion of the surface of the positive electrode active material-containing layer. The sulfur-containing layer may be present on at least a portion of the surface of the negative electrode active material-containing layer.
硫黄含有層は、硫黄含有イミド化合物、及び、スルトン化合物のうちの少なくとも1種からなるか、硫黄含有イミド化合物、スルトン化合物及びプロパンスルホン酸エステルのうちの少なくとも1種からなる硫黄含有化合物が、正極活物質含有層又は負極活物質含有層において分解することにより形成される。 The sulfur-containing layer is formed by decomposing a sulfur-containing compound, which is composed of at least one of a sulfur-containing imide compound and a sultone compound, or at least one of a sulfur-containing imide compound, a sultone compound, and a propanesulfonic acid ester, in the positive electrode active material-containing layer or the negative electrode active material-containing layer.
硫黄含有イミド化合物の例として、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(LiTFSI)、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiFSI)、リチウムビス(フルオロメタンスルホニル)アミド(LiFSA)、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)アミド(LiTFSA)が挙げられる。硫黄含有化合物は、これらの化合物からなる群より選択される1種を含んでいてもよく、2種以上を混合して含んでいてもよい。 Examples of sulfur-containing imide compounds include lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (LiTFSI), lithium bis(fluorosulfonyl)imide (LiFSI), lithium bis(fluoromethanesulfonyl)amide (LiFSA), and lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)amide (LiTFSA). The sulfur-containing compound may contain one compound selected from the group consisting of these compounds, or may contain a mixture of two or more compounds.
スルトン化合物の例として、1,3-プロパンスルトン(PS)、1,4-ブタンスルトン、1,3-プロペンスルトン、2,4-ブタンスルトンなどが挙げられる。硫黄含有化合物は、これらの化合物からなる群より選択される1種を含んでいてもよく、2種以上を混合して含んでいてもよい。 Examples of sultone compounds include 1,3-propane sultone (PS), 1,4-butane sultone, 1,3-propene sultone, and 2,4-butane sultone. The sulfur-containing compound may contain one compound selected from the group consisting of these compounds, or may contain a mixture of two or more compounds.
硫黄含有化合物のうち好ましいのは、スルトン化合物である。電解質が分解反応をするよりも前に硫黄含有化合物が分解反応を起こし、ガス発生抑制になるが、その分解電位はスルトン化合物が適切であるからである。 Among sulfur-containing compounds, sultone compounds are preferred. Sulfur-containing compounds undergo decomposition reactions before the electrolyte decomposes, suppressing gas generation, and the decomposition potential of sultone compounds is appropriate.
硫黄含有層は、硫黄原子(S)に加え、他の種類の原子を含んでいても良い。他の種類の原子の例として、酸素原子(O)、炭素原子(C)などが挙げられる。 The sulfur-containing layer may contain other types of atoms in addition to sulfur atoms (S). Examples of other types of atoms include oxygen atoms (O) and carbon atoms (C).
硫黄含有層が正極活物質含有層の少なくとも一部に形成される場合、硫黄含有層の単位体積あたりの硫黄原子の質量(g/m3)Aは、0(g/m3)より大きく3500(g/m3)以下の範囲にすることができる。Aを上記範囲にすることにより、正極によるリチウムイオンの吸蔵放出を硫黄含有層が阻害することなく、正極抵抗の上昇を抑制することができる。Aの上限値の好ましい値は3260(g/m3)である。硫黄含有層による正極の保護機能を十分にするため、Aの下限値は430(g/m3)にすることが望ましい。 When the sulfur-containing layer is formed on at least a portion of the positive electrode active material-containing layer, the mass (g/m 3 ) A of sulfur atoms per unit volume of the sulfur-containing layer can be set to a range of more than 0 (g/m 3 ) and not more than 3500 (g/m 3 ). By setting A in the above range, the sulfur-containing layer does not inhibit the absorption and release of lithium ions by the positive electrode, and an increase in positive electrode resistance can be suppressed. The preferred upper limit of A is 3260 (g/m 3 ). In order to ensure sufficient protection of the positive electrode by the sulfur-containing layer, the lower limit of A is desirably 430 (g/m 3 ).
硫黄含有層が負極活物質含有層の少なくとも一部に形成される場合、硫黄含有層の単位体積あたりの硫黄原子の質量(g/m3)Dは、0(g/m3)より大きく6600(g/m3)以下の範囲にすることができる。Dを上記範囲にすることにより、負極によるリチウムイオンの吸蔵放出を硫黄含有層が阻害することなく、負極抵抗の上昇を抑制することができる。Dの上限値の好ましい値は4720(g/m3)である。硫黄含有層による負極の保護機能を十分にするため、Dの下限値は700(g/m3)にすることが望ましい。
4)非水電解質
非水電解質は、硫黄含有イミド化合物及びスルトン化合物のうちの少なくとも1種からなるか、硫黄含有イミド化合物、スルトン化合物及びプロパンスルホン酸エステルのうちの少なくとも1種からなる硫黄含有化合物を含む。
When the sulfur-containing layer is formed on at least a portion of the negative electrode active material-containing layer, the mass (g/m 3 ) D of sulfur atoms per unit volume of the sulfur-containing layer can be set to a range of more than 0 (g/m 3 ) and not more than 6600 (g/m 3 ). By setting D in the above range, the sulfur-containing layer does not inhibit the absorption and release of lithium ions by the negative electrode, and an increase in negative electrode resistance can be suppressed. The preferred upper limit of D is 4720 (g/m 3 ). In order to ensure sufficient protection of the negative electrode by the sulfur-containing layer, the lower limit of D is desirably 700 (g/m 3 ).
4) Nonaqueous Electrolyte The nonaqueous electrolyte contains a sulfur-containing compound consisting of at least one of a sulfur-containing imide compound and a sultone compound, or at least one of a sulfur-containing imide compound, a sultone compound, and a propanesulfonic acid ester.
非水電解質としては、例えば液状非水電解質又はゲル状非水電解質を用いることができる。液状非水電解質は、電解質塩と、電解質塩を溶解可能な有機溶媒と、硫黄含有化合物とを含む。電解質塩の濃度は、0.5mol/L以上2.5mol/L以下であることが好ましい。硫黄含有化合物は、電解質塩または有機溶媒を兼ねていても良い。 The nonaqueous electrolyte may be, for example, a liquid nonaqueous electrolyte or a gel nonaqueous electrolyte. The liquid nonaqueous electrolyte contains an electrolyte salt, an organic solvent capable of dissolving the electrolyte salt, and a sulfur-containing compound. The concentration of the electrolyte salt is preferably 0.5 mol/L or more and 2.5 mol/L or less. The sulfur-containing compound may also serve as the electrolyte salt or the organic solvent.
硫黄含有イミド化合物、スルトン化合物は、それぞれ、電解質塩または有機溶媒としての機能を備えるものでも、備えていないものでもよい。硫黄含有イミド化合物、及び、スルトン化合物の例は、硫黄含有層において述べた通りである。 The sulfur-containing imide compound and sultone compound may or may not function as an electrolyte salt or an organic solvent. Examples of sulfur-containing imide compounds and sultone compounds are as described in the sulfur-containing layer.
非水電解質中の硫黄含有化合物の濃度(mol/L)Eは、0(mol/L)より大きく4.5×10-1(mol/L)以下の範囲にすることができる。Eを上記範囲にすることにより、非水電解質のイオン伝導性を適切な範囲に収めることができる。Eの上限値の好ましい値は、1.6×10-1(mol/L)である。ガス発生と抵抗上昇を抑制する効果を高めるため、Eの下限値は8.2×10-2(mol/L)にすることが望ましい。 The concentration (mol/L) E of the sulfur-containing compound in the nonaqueous electrolyte can be set to a range greater than 0 (mol/L) and not greater than 4.5×10 −1 (mol/L). By setting E in this range, the ionic conductivity of the nonaqueous electrolyte can be kept within an appropriate range. A preferred upper limit value for E is 1.6×10 −1 (mol/L). In order to enhance the effect of suppressing gas generation and resistance increase, it is desirable to set the lower limit value for E to 8.2×10 −2 (mol/L).
電解質塩の例には、過塩素酸リチウム(LiClO4)、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)、四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4)、六フッ化砒素リチウム(LiAsF6)、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(LiCF3SO3)、LiTFSI、及びLiFSIのようなリチウム塩、及び、これらの混合物が含まれる。電解質塩は、高電位でも酸化し難いものであることが好ましく、LiPF6が最も好ましい。 Examples of electrolyte salts include lithium salts such as lithium perchlorate ( LiClO4 ), lithium hexafluorophosphate ( LiPF6 ), lithium tetrafluoroborate ( LiBF4 ), lithium hexafluoride ( LiAsF6 ), lithium trifluoromethanesulfonate ( LiCF3SO3 ), LiTFSI, and LiFSI, and mixtures thereof. The electrolyte salt is preferably one that is difficult to oxidize even at high potentials, and LiPF6 is most preferred.
有機溶媒の例には、プロピレンカーボネート(propylene carbonate;PC)、エチレンカーボネート(ethylene carbonate;EC)、ビニレンカーボネート(vinylene carbonate;VC)のような環状カーボネート;ジエチルカーボネート(diethyl carbonate;DEC)、ジメチルカーボネート(dimethyl carbonate;DMC)、メチルエチルカーボネート(methyl ethyl carbonate;MEC)、プロピオンメチルカーボネート(propione methyl carbonate;PMC)のような鎖状カーボネート;テトラヒドロフラン(tetrahydrofuran;THF)、2メチルテトラヒドロフラン(2-methyl tetrahydrofuran;2MeTHF)、ジオキソラン(dioxolane;DOX)のような環状エーテル;ジメトキシエタン(dimethoxy ethane;DME)、ジエトキシエタン(diethoxy ethane;DEE)のような鎖状エーテル;γ-ブチロラクトン(γ-butyrolactone;GBL)、アセトニトリル(acetonitrile;AN)、及びスルホラン(sulfolane;SL)、プロピオン酸エチル(ethyl propionate;EP)が含まれる。これらの有機溶媒は、単独で、又は混合溶媒として用いることができる。 Examples of organic solvents include cyclic carbonates such as propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), and vinylene carbonate (VC); chain carbonates such as diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), methyl ethyl carbonate (MEC), and propione methyl carbonate (PMC); cyclic ethers such as tetrahydrofuran (THF), 2-methyl tetrahydrofuran (2MeTHF), and dioxolane (DOX); dimethoxyethane (DME), and diethoxyethane (diethoxyethane); These organic solvents include chain ethers such as diethyl ether (DEE), gamma-butyrolactone (GBL), acetonitrile (AN), sulfolane (SL), and ethyl propionate (EP). These organic solvents can be used alone or in combination.
ゲル状非水電解質は、液状非水電解質と高分子材料とを複合化することにより調製される。高分子材料の例には、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリアクリロニトリル(polyacrylonitrile;PAN)、ポリエチレンオキサイド(polyethylene oxide;PEO)、又はこれらの混合物が含まれる。 Gel-type non-aqueous electrolytes are prepared by combining a liquid non-aqueous electrolyte with a polymer material. Examples of polymer materials include polyvinylidene fluoride (PVdF), polyacrylonitrile (PAN), polyethylene oxide (PEO), or mixtures thereof.
或いは、非水電解質としては、液状非水電解質及びゲル状非水電解質の他に、リチウムイオンを含有した常温溶融塩(イオン性融体)、高分子固体電解質、及び無機固体電解質等を用いてもよい。 Alternatively, in addition to liquid nonaqueous electrolytes and gel nonaqueous electrolytes, room-temperature molten salts containing lithium ions (ionic melts), polymer solid electrolytes, inorganic solid electrolytes, etc. may also be used as nonaqueous electrolytes.
実施形態の二次電池に含まれる非水電解質は、プロパンスルホン酸エステルをさらに含んでいても良い。これにより、高温貯蔵時、高温でSOCが高い条件でのガス発生を抑制する効果を高めることができるため、電池の抵抗上昇をさらに抑えることができる。その結果、二次電池の寿命性能をさらに向上することができる。プロパンスルホン酸エステルの例に、プロパンスルホン酸メチル、プロパンスルホン酸エチル及びプロパンスルホン酸プロピルよりなる群から選択される少なくとも1種が含まれる。 The nonaqueous electrolyte contained in the secondary battery of the embodiment may further contain a propanesulfonic acid ester. This can enhance the effect of suppressing gas generation during high-temperature storage, especially under conditions of high temperature and high SOC, thereby further suppressing increases in battery resistance. As a result, the life performance of the secondary battery can be further improved. Examples of propanesulfonic acid esters include at least one selected from the group consisting of methyl propanesulfonate, ethyl propanesulfonate, and propyl propanesulfonate.
非水電解質は、硫黄含有化合物としてスルトン化合物とプロパンスルホン酸エステルを含有していても良い。非水電解質のガスクロマトグラフィー-重量分析(GC-MS:gas chromatograph-mass spectrometry)によるトータルイオンクロマトグラムにおいて、スルトン化合物のピーク面積値Aを10とした際に、プロパンスルホン酸エステルのピーク面積値Bが0.01以上40以下であることが望ましい。ピーク面積値Bを0.01以上40以下にすることにより、二次電池の抵抗値を低い値に抑えつつ、二次電池を高温下、高温でSOCが高い条件で使用した際のガス発生量を抑制することができる。ピーク面積値Bのより好ましい範囲は0.2以上20以下である。ガスクロマトグラフィー-重量分析の方法は、後述する。 The non-aqueous electrolyte may contain a sultone compound and a propanesulfonate ester as sulfur-containing compounds. In a total ion chromatogram obtained by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) of the non-aqueous electrolyte, when the peak area value A of the sultone compound is set to 10, the peak area value B of the propanesulfonate ester is preferably 0.01 to 40. By setting the peak area value B to 0.01 to 40, the resistance value of the secondary battery can be kept low while suppressing the amount of gas generation when the secondary battery is used at high temperatures and under conditions of high temperature and high SOC. A more preferable range for the peak area value B is 0.2 to 20. The method of gas chromatography-gravimetric analysis is described below.
5)セパレータ
セパレータは、例えば、ポリエチレン(polyethylene;PE)、ポリプロピレン(polypropylene;PP)、セルロース、若しくはポリフッ化ビニリデン(PVdF)を含む多孔質フィルム、又は合成樹脂製不織布から形成される。安全性の観点からは、ポリエチレン又はポリプロピレンから形成された多孔質フィルムを用いることが好ましい。これらの多孔質フィルムは、一定温度において溶融し、電流を遮断することが可能なためである。
5) Separator The separator is formed from, for example, a porous film containing polyethylene (PE), polypropylene (PP), cellulose, or polyvinylidene fluoride (PVdF), or a synthetic resin nonwoven fabric. From the viewpoint of safety, it is preferable to use a porous film formed from polyethylene or polypropylene. This is because these porous films melt at a certain temperature and are capable of interrupting current.
セパレータとして、無機固体電解質を含む電解質層を用いても良い。リチウムイオン伝導性無機固体電解質としては、例えば、リチウムイオン伝導性の酸化物系固体電解質、リチウムイオン伝導性の硫化物系固体電解質を挙げることができる。リチウムイオン伝導性の酸化物系固体電解質としては、NASICON型構造のリチウムリン酸固体電解質、アモルファス状のLIPON(Li2.9PO3.3N0.46)、又は、ガーネット型構造のLLZ(Li7La3Zr2O12)などを挙げることができる。
6)外装部材
外装部材としては、例えば、ラミネートフィルムからなる容器、又は金属製容器を用いることができる。
An electrolyte layer containing an inorganic solid electrolyte may be used as the separator. Examples of the lithium ion conductive inorganic solid electrolyte include a lithium ion conductive oxide-based solid electrolyte and a lithium ion conductive sulfide-based solid electrolyte. Examples of the lithium ion conductive oxide-based solid electrolyte include a lithium phosphate solid electrolyte with a NASICON structure, amorphous LIPON ( Li2.9PO3.3N0.46 ) , or LLZ ( Li7La3Zr2O12 ) with a garnet structure.
6) Exterior Member As the exterior member, for example, a container made of a laminate film or a metal container can be used.
ラミネートフィルムの厚さは、例えば、0.5mm以下であり、好ましくは、0.2mm以下である。 The thickness of the laminate film is, for example, 0.5 mm or less, and preferably 0.2 mm or less.
ラミネートフィルムとしては、複数の樹脂層とこれらの樹脂層間に介在した金属層とを含む多層フィルムが用いられる。樹脂層は、例えば、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、ナイロン、及びポリエチレンテレフタレート(polyethylene terephthalate;PET)等の高分子材料を含んでいる。金属層は、軽量化のためにアルミニウム箔又はアルミニウム合金箔からなることが好ましい。ラミネートフィルムは、熱融着によりシールを行うことにより、外装部材の形状に成形され得る。 The laminate film used is a multilayer film containing multiple resin layers and metal layers sandwiched between these resin layers. The resin layers contain polymeric materials such as polypropylene (PP), polyethylene (PE), nylon, and polyethylene terephthalate (PET). The metal layers are preferably made of aluminum foil or aluminum alloy foil to reduce weight. The laminate film can be molded into the shape of the exterior component by sealing it with heat.
金属製容器の壁の厚さは、例えば、1mm以下であり、より好ましくは0.5mm以下であり、更に好ましくは、0.2mm以下である。 The wall thickness of the metal container is, for example, 1 mm or less, more preferably 0.5 mm or less, and even more preferably 0.2 mm or less.
金属製容器は、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金等から作られる。アルミニウム合金は、マグネシウム、亜鉛、及びケイ素等の元素を含むことが好ましい。アルミニウム合金は、鉄、銅、ニッケル、及びクロム等の遷移金属を含む場合、その含有量は100質量ppm以下であることが好ましい。 The metal container is made of, for example, aluminum or an aluminum alloy. The aluminum alloy preferably contains elements such as magnesium, zinc, and silicon. If the aluminum alloy contains transition metals such as iron, copper, nickel, and chromium, the content thereof is preferably 100 ppm by mass or less.
外装部材の形状は、特に限定されない。外装部材の形状は、例えば、扁平型(薄型)、角型、円筒型、コイン型、又はボタン型等であってもよい。外装部材は、電池寸法や電池の用途に応じて適宜選択することができる。 The shape of the exterior member is not particularly limited. The shape of the exterior member may be, for example, flat (thin), rectangular, cylindrical, coin-shaped, or button-shaped. The exterior member can be selected appropriately depending on the battery dimensions and intended use.
硫黄含有層の単位体積あたりの硫黄原子の質量(g/m3)、非水電解質中の硫黄含有化合物の濃度(mol/L)の測定方法を以下に説明する。
充電状態(SOC:State of Charge)が50%の二次電池の外装部材を開封して電極群を取り出す。電極群を一つに束ねている治具(テープなど)を外し、最外層がセパレータの場合にはセパレータをめくって1層目の電極(例えば負極)を取り出す。さらにセパレータをめくり1層目の電極(例えば正極)を取り出す。セパレータをめくって電極を取り出す操作を繰り返し、電極群を構成している全ての正極と負極を取り出す。取り出した電極及びセパレータを遠心分離器にかけて非水電解質を抽出する。非水電解質中の硫黄含有化合物の濃度は、ICP(誘導結合プラズマ;Inductively Coupled Plasma)発光分析で測定される。
一方、硫黄含有層の単位体積あたりの硫黄原子質量を測定する場合には、上記遠心分離器にかけた正極及び負極それぞれをメチルエチルカーボネート(MEC)で洗浄し、真空乾燥する。各電極を一定面積(2×2cm2)に打ち抜き、一定量の純水(10cc)を添加して超音波照射を30min以上行う。その抽出液をICPで分析して抽出液中のS量を測定することで、各電極の硫黄含有層の単位体積あたりの硫黄原子質量を得る。
The method for measuring the mass of sulfur atoms per unit volume (g/m 3 ) of the sulfur-containing layer and the concentration (mol/L) of the sulfur-containing compound in the non-aqueous electrolyte will be described below.
The exterior packaging of a secondary battery with a state of charge (SOC) of 50% is opened and the electrode group is removed. The jig (such as tape) holding the electrode group together is removed, and if the outermost layer is a separator, the separator is peeled back to remove the first layer of electrode (e.g., negative electrode). The separator is then peeled back to remove the first layer of electrode (e.g., positive electrode). The process of peeling back the separator and removing the electrodes is repeated until all positive and negative electrodes constituting the electrode group are removed. The removed electrodes and separator are centrifuged to extract the non-aqueous electrolyte. The concentration of sulfur-containing compounds in the non-aqueous electrolyte is measured by ICP (Inductively Coupled Plasma) optical emission spectrometry.
On the other hand, when measuring the sulfur atomic mass per unit volume of the sulfur-containing layer, the positive and negative electrodes placed in the centrifuge are washed with methyl ethyl carbonate (MEC) and vacuum dried. Each electrode is punched out to a fixed area (2 × 2 cm 2 ), a fixed amount of pure water (10 cc) is added, and ultrasonic irradiation is performed for 30 minutes or more. The extracted solution is analyzed by ICP to measure the amount of sulfur in the extracted solution, thereby obtaining the sulfur atomic mass per unit volume of the sulfur-containing layer of each electrode.
非水電解質のガスクロマトグラフィー-重量分析(gas chromatograph-mass spectrometry:GC-MS)について説明する。 This article explains gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) of non-aqueous electrolytes.
上述の方法で抽出した非水電解質をアセトニトリルで20倍の体積に希釈し、測定試料とする。測定試料に対し、下記表1Aに示す条件でGCMS測定を行う。 The non-aqueous electrolyte extracted using the method described above is diluted with acetonitrile to a volume of 20 times to prepare the measurement sample. GCMS measurement is performed on the measurement sample under the conditions shown in Table 1A below.
測定試料の質量スペクトルから、測定試料に含まれている成分を同定することができる。例えば、質量スペクトルにおいて、m/zが122.65と58の位置に表れるピークは、プロパンスルトンに由来する。また、質量スペクトルにおいて、m/zが124、111及び83の位置に表れるピークは、プロパンスルホン酸エチルに由来する。 The components contained in a measured sample can be identified from its mass spectrum. For example, peaks appearing at m/z 122.65 and 58 in the mass spectrum are due to propane sultone. Furthermore, peaks appearing at m/z 124, 111, and 83 in the mass spectrum are due to ethyl propanesulfonate.
質量スペクトルの結果に基づき、測定試料のトータルイオンクロマトグラム(total ion chromatogram:TIC)において、プロパンスルトンのようなスルトン化合物のピーク面積値Aと、プロパンスルホン酸エチルのようなプロパンスルホン酸エステルのピーク面積値Bを求める。ピーク面積値Aを10とした場合のピーク面積値Bを算出する。 Based on the mass spectrum results, the peak area value A of a sultone compound such as propane sultone and the peak area value B of a propanesulfonate ester such as ethyl propanesulfonate are determined in the total ion chromatogram (TIC) of the measurement sample. The peak area value B is calculated when the peak area value A is set to 10.
実施形態の二次電池の例を図1~図4を参照して説明する。 An example of a secondary battery according to an embodiment will be described with reference to Figures 1 to 4.
図1及び図2に、ラミネートフィルム製外装部材を用いた二次電池の一例を示す。 Figures 1 and 2 show an example of a secondary battery using an exterior member made of laminate film.
図1及び図2に示すように、扁平状の捲回電極群1は、2枚の樹脂フィルムの間に金属層を介在したラミネートフィルムからなる袋状外装部材12内に収納されている。扁平状の捲回電極群1は、外側から負極4、セパレータ5、正極3、セパレータ5の順で積層した積層物を短辺方向に平行な軸を中心にして渦巻状に捲回し、この積層物をプレス成型することにより形成される。最外層の負極4は、図2に示すように負極集電体4aの内面側の片面に負極活物質を含む負極層(負極活物質含有層)4bを形成した構成を有し、その他の負極4は、負極集電体4aの両面に負極層4bを形成して構成されている。正極3は、正極集電体3aの両面に正極層(正極活物質含有層)3bを形成して構成されている。 As shown in Figures 1 and 2, the flat wound electrode group 1 is housed in a bag-shaped exterior member 12 made of a laminate film with a metal layer sandwiched between two resin films. The flat wound electrode group 1 is formed by spirally winding a laminate consisting of, from the outside, a negative electrode 4, a separator 5, a positive electrode 3, and a separator 5, in that order, around an axis parallel to the short side direction, and then press-molding the laminate. The outermost negative electrode 4, as shown in Figure 2, has a negative electrode layer (negative electrode active material-containing layer) 4b containing a negative electrode active material formed on one side of the inner surface of the negative electrode current collector 4a. The other negative electrodes 4 have negative electrode layers 4b formed on both sides of the negative electrode current collector 4a. The positive electrode 3 has a positive electrode layer (positive electrode active material-containing layer) 3b formed on both sides of the positive electrode current collector 3a.
捲回電極群1の外周端近傍において、負極端子13は最外層の負極4の負極集電体4aに接続され、正極端子14は内側の正極3の正極集電体3aに接続されている。これらの負極端子13および正極端子14は、袋状外装部材12の開口部から外部に延出されている。袋状外装部材12の開口部をヒートシールすることにより捲回電極群1を密封している。ヒートシールする際、負極端子13および正極端子14は、この開口部にて袋状外装部材12により挟まれる。なお、硫黄含有層15は、正極活物質含有層3bの表面の一部に形成され、セパレータ5と接している。 Near the outer periphery of the wound electrode group 1, the negative electrode terminal 13 is connected to the negative electrode current collector 4a of the outermost negative electrode 4, and the positive electrode terminal 14 is connected to the positive electrode current collector 3a of the innermost positive electrode 3. These negative electrode terminals 13 and positive electrode terminals 14 extend outward from the opening of the bag-shaped exterior member 12. The opening of the bag-shaped exterior member 12 is heat-sealed to hermetically seal the wound electrode group 1. When heat-sealing, the negative electrode terminal 13 and positive electrode terminal 14 are sandwiched between the bag-shaped exterior member 12 at this opening. The sulfur-containing layer 15 is formed on part of the surface of the positive electrode active material-containing layer 3b and is in contact with the separator 5.
図3及び図4に、金属製容器を用いた二次電池の一例を示す。 Figures 3 and 4 show an example of a secondary battery using a metal container.
電極群1は、矩形筒状の金属製容器2内に収納されている。電極群1は、例えば、正極3及び負極4がこれらの間にセパレータ5を介在させつつ、これらの短辺方向に平行な軸を中心にして偏平型の渦巻き状に捲回されることにより形成される。硫黄含有層は、図示を省略するが、正極活物質含有層3bの表面の一部に形成され、セパレータ5と接している。図4に示すように、電極の積層方向と交差する電極群1の端面に位置する正極3の端部の複数個所それぞれに帯状の正極リード6が電気的に接続されている。また、この端面に位置する負極4の端部の複数個所それぞれに帯状の負極リード7が電気的に接続されている。この複数ある正極リード6は、一つに束ねられた状態で正極集電タブ8と電気的に接続されている。正極リード6と正極集電タブ8から正極端子が構成されている。また、負極リード7は、一つに束ねられた状態で負極集電タブ9と接続されている。負極リード7と負極集電タブ9から負極端子が構成されている。金属製の封口板10は、金属製容器2の開口部に溶接等により固定されている。正極集電タブ8及び負極集電タブ9は、それぞれ、封口板10に設けられた取出穴から外部に引き出されている。封口板10の各取出穴の内周面は、正極集電タブ8及び負極集電タブ9との接触による短絡を回避するために、絶縁部材11で被覆されている。実施形態の二次電池の製造方法を図5を参照して説明する。図5は、ラミネートフィルムからなる袋状外装部材を用いた二次電池の製造方法の概略を示す模式図である。 The electrode group 1 is housed in a rectangular cylindrical metal container 2. The electrode group 1 is formed, for example, by winding a positive electrode 3 and a negative electrode 4, with a separator 5 interposed between them, into a flat spiral around an axis parallel to the short side direction. Although not shown, the sulfur-containing layer is formed on a portion of the surface of the positive electrode active material-containing layer 3b and is in contact with the separator 5. As shown in Figure 4, strip-shaped positive electrode leads 6 are electrically connected to multiple locations on the end of the positive electrode 3 located on the end face of the electrode group 1 that intersects the electrode stacking direction. Similarly, strip-shaped negative electrode leads 7 are electrically connected to multiple locations on the end of the negative electrode 4 located on this end face. These multiple positive electrode leads 6 are bundled together and electrically connected to a positive electrode current collector tab 8. The positive electrode leads 6 and the positive electrode current collector tab 8 form a positive electrode terminal. Similarly, the negative electrode leads 7 are bundled together and connected to a negative electrode current collector tab 9. The negative electrode terminal is composed of the negative electrode lead 7 and the negative electrode current collector tab 9. A metal sealing plate 10 is fixed to the opening of the metal container 2 by welding or the like. The positive electrode current collector tab 8 and the negative electrode current collector tab 9 are each pulled out to the outside through an extraction hole provided in the sealing plate 10. The inner surface of each extraction hole in the sealing plate 10 is covered with an insulating member 11 to prevent short circuits due to contact with the positive electrode current collector tab 8 and the negative electrode current collector tab 9. A method for manufacturing a secondary battery according to this embodiment will be described with reference to Figure 5. Figure 5 is a schematic diagram showing an outline of a method for manufacturing a secondary battery using a bag-shaped exterior member made of laminate film.
まず、硫黄含有層未形成の正極3と、硫黄含有層未形成の負極4の間にセパレータ5を配置して電極群1を作製する。電極群1の正極3には正極端子14を電気的に接続し、電極群1の負極4に負極端子13を電気的に接続する。 First, a separator 5 is placed between a positive electrode 3 without a sulfur-containing layer and a negative electrode 4 without a sulfur-containing layer to prepare an electrode group 1. A positive electrode terminal 14 is electrically connected to the positive electrode 3 of the electrode group 1, and a negative electrode terminal 13 is electrically connected to the negative electrode 4 of the electrode group 1.
正負極端子13,14を有する電極群1を、ラミネートフィルムからなる袋状外装部材12内に収納した後、第1端部21aを除いた他の端部21bを熱融着により封止する。次いで、袋状外装部材12内に第1端部21aから非水電解質を注入し、減圧下で第1端部21aを熱融着で封止する。これにより、第1封止がなされた二次電池30を得る。 An electrode group 1 having positive and negative electrode terminals 13, 14 is housed in a bag-shaped exterior member 12 made of laminate film, and then the other end 21b, excluding the first end 21a, is sealed by heat fusion. Next, a nonaqueous electrolyte is injected into the bag-shaped exterior member 12 through the first end 21a, and the first end 21a is sealed by heat fusion under reduced pressure. This results in a secondary battery 30 with a primary seal.
次いで、第1封止がなされた二次電池30に、室温(例えば25℃)で初回充放電を行い、その後、エージングを室温以上の温度で実施する。エージングの温度は、例えば30℃以上80℃以下の範囲にすることができる。初回充放電とエージングを経ることにより、正極活物質含有層3bの表面の少なくとも一部に、硫黄含有層15が形成される。この際、電池の充電状態(SOC:State of Charge)、負極電位、エージング温度と時間等を調整することで、負極活物質含有層4bの表面の少なくとも一部に硫黄含有層を形成することができる。
エージング後、二次電池30の温度を常温に戻した後、アルゴン雰囲気中で、第1端部21aよりも内側で未封止の切断線22に沿って袋状外装部材12を切断して開封し、袋状外装部材12内のガスを外部に放出させる。なお、袋状外装部材12から切断線22に沿って切り取った部分を符号23で示す。
Next, the secondary battery 30 after the first sealing is subjected to an initial charge/discharge at room temperature (e.g., 25°C), and then aging is performed at a temperature equal to or higher than room temperature. The aging temperature can be, for example, in the range of 30°C to 80°C. Through the initial charge/discharge and aging, a sulfur-containing layer 15 is formed on at least a portion of the surface of the positive electrode active material-containing layer 3b. At this time, by adjusting the state of charge (SOC) of the battery, the negative electrode potential, the aging temperature and time, etc., a sulfur-containing layer can be formed on at least a portion of the surface of the negative electrode active material-containing layer 4b.
After aging, the temperature of the secondary battery 30 is returned to room temperature, and then in an argon atmosphere, the bag-shaped exterior member 12 is cut along the unsealed cutting line 22 inside the first end 21a and opened to release the gas inside the bag-shaped exterior member 12 to the outside. The portion cut from the bag-shaped exterior member 12 along the cutting line 22 is indicated by the reference numeral 23.
次いで、硫黄含有化合物か、あるいは硫黄含有化合物を含む非水電解質を、袋状外装部材12内に供給し、切断線22に沿った端部24を減圧下(例えば-90kPa)で封止する第2封止を行う。硫黄含有層の形成により、非水電解質中の硫黄含有化合物が消費されるが、その後、硫黄含有化合物か、あるいは硫黄含有化合物を含む非水電解質を補充することにより、非水電解質中の硫黄含有化合物の濃度を目的範囲に設定することができる。従って、初充放電工程あるいはエージング工程での温度、時間あるいはSOCなどの条件、硫黄含有化合物の補充量、などの製造条件を調整することにより、E/Aを目的範囲内に設定することができる。これにより、実施形態の二次電池31が得られる。 Next, a sulfur-containing compound or a nonaqueous electrolyte containing a sulfur-containing compound is supplied into the bag-shaped exterior member 12, and a second sealing is performed by sealing the edge 24 along the cutting line 22 under reduced pressure (e.g., -90 kPa). The sulfur-containing compound in the nonaqueous electrolyte is consumed by the formation of the sulfur-containing layer, but the concentration of the sulfur-containing compound in the nonaqueous electrolyte can be set to the desired range by subsequently replenishing the sulfur-containing compound or the nonaqueous electrolyte containing the sulfur-containing compound. Therefore, by adjusting manufacturing conditions such as temperature, time, or SOC during the initial charge/discharge process or the aging process, and the amount of sulfur-containing compound replenished, the E/A ratio can be set to the desired range. This results in the secondary battery 31 of this embodiment.
実施形態の二次電池の非水電解質に、プロパンスルホン酸エステルを含有させる場合、上述の方法におけるエージングの温度を、95℃より高く、かつ120℃以下の範囲にすることが望ましい。これにより、プロパンスルトンのようなスルトン化合物と有機溶媒との反応を促進してプロパンスルホン酸エステルの生成を促すことができる。プロパンスルホン酸エチルは、例えば、DEC及び/又はEPを含む有機溶媒とスルトン化合物を用いることによって得ることができる。プロパンスルホン酸メチルは、例えば、MECを含む有機溶媒とスルトン化合物を用いることによって得ることができる。一方、プロパンスルホン酸プロピルは、例えば、PCを含む有機溶媒とスルトン化合物を用いることによって得ることができる。また、エージング工程で消費されたスルトン化合物を補うため、スルトン化合物か、あるいはスルトン化合物を含む非水電解質を補充することにより、非水電解質中の硫黄含有化合物の濃度を目的範囲に設定することができる。 When a propanesulfonic acid ester is contained in the non-aqueous electrolyte of the secondary battery of this embodiment, the aging temperature in the above-described method is preferably set to a range greater than 95°C and less than 120°C. This promotes the reaction between a sultone compound, such as propane sultone, and an organic solvent, facilitating the production of the propanesulfonic acid ester. Ethyl propanesulfonate can be obtained, for example, by using a sultone compound and an organic solvent containing DEC and/or EP. Methyl propanesulfonate can be obtained, for example, by using a sultone compound and an organic solvent containing MEC. Meanwhile, propyl propanesulfonate can be obtained, for example, by using a sultone compound and an organic solvent containing PC. Furthermore, by replenishing the sultone compound or a non-aqueous electrolyte containing a sultone compound to replenish the sultone compound consumed during the aging process, the concentration of the sulfur-containing compound in the non-aqueous electrolyte can be set within the desired range.
上記方法の代わりに、以下の方法によって非水電解質にプロパンスルホン酸エステルを含有させても良い。すなわち、上記方法における第1封止がなされる前の初回に注入する非水電解質にプロパンスルホン酸エステルを含有させることによって、非水電解質にプロパンスルホン酸エステルを含有させることができる。この場合、ガス放出後、スルトン化合物の補充を省略することができる。 Instead of the above method, the propanesulfonic acid ester may be incorporated into the non-aqueous electrolyte by the following method. That is, by incorporating the propanesulfonic acid ester into the non-aqueous electrolyte that is initially injected before the first sealing in the above method, the propanesulfonic acid ester can be incorporated into the non-aqueous electrolyte. In this case, it is possible to omit the need to replenish the sultone compound after gas release.
以上説明した第1の実施形態の二次電池によれば、(1)式(1×10-6≦E/A≦9×10-4 ) を満たすため、高温下でのガス発生量と抵抗上昇を抑制することができ、高温においても優れた寿命性能を実現することができる。
(第2の実施形態)
第2の実施形態に係る電池パックは、実施形態に係る二次電池(単電池)を1個又は複数個具備することができる。複数の二次電池は、電気的に直列、並列、又は直列及び並列を組み合わせて接続され、組電池を構成することもできる。実施形態に係る電池パックは、複数の組電池を含んでいてもよい。
According to the secondary battery of the first embodiment described above, the following formula (1) (1×10 −6 ≦E/A≦9×10 −4 ) is satisfied: Since these satisfy the above requirements, it is possible to suppress the amount of gas generated and the increase in resistance at high temperatures, and it is possible to achieve excellent life performance even at high temperatures.
Second Embodiment
The battery pack according to the second embodiment may include one or more secondary batteries (single cells) according to the embodiment. The secondary batteries may be electrically connected in series, in parallel, or in a combination of series and parallel to form a battery assembly. The battery pack according to the embodiment may include a plurality of battery assemblies.
実施形態に係る電池パックは、保護回路を更に具備することができる。保護回路は、二次電池の充放電を制御する機能を有する。或いは、電池パックを電源として使用する装置(例えば、電子機器、自動車等)に含まれる回路を、電池パックの保護回路として使用することもできる。 The battery pack according to the embodiment may further include a protection circuit. The protection circuit has the function of controlling the charging and discharging of the secondary battery. Alternatively, a circuit included in a device that uses the battery pack as a power source (e.g., electronic equipment, automobiles, etc.) may also be used as the protection circuit for the battery pack.
また、実施形態に係る電池パックは、通電用の外部端子を更に具備することもできる。通電用の外部端子は、二次電池からの電流を外部に出力するため、及び二次電池に電流を入力するためのものである。言い換えれば、電池パックを電源として使用する際、電流が通電用の外部端子を通して外部に供給される。また、電池パックを充電する際、充電電流(自動車等の車両の動力の回生エネルギーを含む)は通電用の外部端子を通して電池パックに供給される。 The battery pack according to the embodiment may further include external terminals for current flow. The external terminals for current flow are for outputting current from the secondary battery to the outside and inputting current to the secondary battery. In other words, when the battery pack is used as a power source, current is supplied to the outside through the external terminals for current flow. Furthermore, when the battery pack is charged, charging current (including regenerative energy from the power of a vehicle such as an automobile) is supplied to the battery pack through the external terminals for current flow.
図6及び図7に、電池パック50の一例を示す。この電池パック50は、図6に示した構造を有する扁平型電池を複数含む。図6は電池パック50の分解斜視図であり、図7は図6の電池パック50の電気回路を示すブロック図である。 Figures 6 and 7 show an example of a battery pack 50. This battery pack 50 includes multiple flat batteries having the structure shown in Figure 6. Figure 6 is an exploded perspective view of the battery pack 50, and Figure 7 is a block diagram showing the electrical circuit of the battery pack 50 shown in Figure 6.
複数の単電池51は、外部に延出した負極端子13及び正極端子14が同じ向きに揃えられるように積層され、粘着テープ52で締結することにより組電池53を構成している。これらの単電池51は、図7に示すように電気的に直列に接続されている。 Multiple cells 51 are stacked so that the negative and positive terminals 13 and 14 extending outward are aligned in the same direction, and are fastened together with adhesive tape 52 to form a battery pack 53. These cells 51 are electrically connected in series as shown in Figure 7.
プリント配線基板54は、負極端子13および正極端子14が延出する単電池51側面と対向して配置されている。プリント配線基板54には、図7に示すようにサーミスタ(Thermistor)55、保護回路(Protective circuit)56および通電用の外部端子としての外部機器への通電用の外部端子57が搭載されている。なお、プリント配線基板54が組電池53と対向する面には、組電池53の配線と不要な接続を回避するために絶縁板(図示せず)が取り付けられている。 The printed wiring board 54 is positioned opposite the side of the battery cell 51 from which the negative terminal 13 and positive terminal 14 extend. As shown in Figure 7, the printed wiring board 54 is equipped with a thermistor 55, a protective circuit 56, and an external terminal 57 for supplying power to an external device. An insulating plate (not shown) is attached to the surface of the printed wiring board 54 facing the battery pack 53 to prevent unnecessary connection with the wiring of the battery pack 53.
正極側リード58は、組電池53の最下層に位置する正極端子14に接続され、その先端はプリント配線基板54の正極側コネクタ59に挿入されて電気的に接続されている。負極側リード60は、組電池53の最上層に位置する負極端子13に接続され、その先端はプリント配線基板54の負極側コネクタ61に挿入されて電気的に接続されている。これらのコネクタ59,61は、プリント配線基板54に形成された配線62,63を通して保護回路56に接続されている。 The positive electrode lead 58 is connected to the positive electrode terminal 14 located on the bottom layer of the battery pack 53, and its tip is inserted into and electrically connected to the positive electrode connector 59 on the printed wiring board 54. The negative electrode lead 60 is connected to the negative electrode terminal 13 located on the top layer of the battery pack 53, and its tip is inserted into and electrically connected to the negative electrode connector 61 on the printed wiring board 54. These connectors 59, 61 are connected to the protection circuit 56 through wiring 62, 63 formed on the printed wiring board 54.
サーミスタ55は、単電池51の温度を検出し、その検出信号は保護回路56に送信される。保護回路56は、所定の条件で保護回路56と通電用の外部端子としての外部機器への通電用端子57との間のプラス側配線64aおよびマイナス側配線64bを遮断できる。所定の条件とは、例えばサーミスタ55の検出温度が所定温度以上になったときである。また、所定の条件とは単電池51の過充電、過放電、過電流等を検出したときである。この過充電等の検出は、個々の単電池51もしくは単電池51全体について行われる。個々の単電池51を検出する場合、電池電圧を検出してもよいし、正極電位もしくは負極電位を検出してもよい。後者の場合、個々の単電池51中に参照極として用いるリチウム電極が挿入される。図6および図7の場合、単電池51それぞれに電圧検出のための配線65を接続し、これら配線65を通して検出信号が保護回路56に送信される。 The thermistor 55 detects the temperature of the cell 51 and sends the detection signal to the protection circuit 56. Under certain conditions, the protection circuit 56 can interrupt the positive wiring 64a and negative wiring 64b between the protection circuit 56 and the external terminal 57 for supplying current to an external device. The predetermined condition is, for example, when the temperature detected by the thermistor 55 exceeds a predetermined temperature. Another predetermined condition is when an overcharge, overdischarge, overcurrent, or other condition is detected in the cell 51. This overcharge detection is performed for each cell 51 or for all cells 51. When detecting an individual cell 51, the battery voltage or the positive or negative electrode potential may be detected. In the latter case, a lithium electrode used as a reference electrode is inserted into each cell 51. In the cases shown in Figures 6 and 7, voltage detection wiring 65 is connected to each cell 51, and a detection signal is sent to the protection circuit 56 via these wirings 65.
正極端子14および負極端子13が突出する側面を除く組電池53の三側面には、ゴムもしくは樹脂からなる保護シート66がそれぞれ配置されている。 Protective sheets 66 made of rubber or resin are placed on each of the three sides of the battery pack 53, excluding the sides from which the positive and negative terminals 14 and 13 protrude.
組電池53は、各保護シート66およびプリント配線基板54と共に収納容器67内に収納される。すなわち、収納容器67の長辺方向の両方の内側面と短辺方向の内側面それぞれに保護シート66が配置され、短辺方向の反対側の内側面にプリント配線基板54が配置される。組電池53は、保護シート66およびプリント配線基板54で囲まれた空間内に位置する。蓋68は、収納容器67の上面に取り付けられている。 The battery pack 53 is housed in a storage container 67 together with the protective sheets 66 and printed wiring board 54. That is, protective sheets 66 are placed on both long-side and short-side inner surfaces of the storage container 67, and the printed wiring board 54 is placed on the inner surface opposite the short side. The battery pack 53 is located in the space surrounded by the protective sheets 66 and printed wiring board 54. A lid 68 is attached to the top of the storage container 67.
なお、組電池53の固定には粘着テープ52に代えて、熱収縮テープを用いてもよい。この場合、組電池の両側面に保護シートを配置し、熱収縮テープを周回させた後、熱収縮テープを熱収縮させて組電池を結束させる。 In addition, heat-shrink tape may be used instead of adhesive tape 52 to secure the battery pack 53. In this case, protective sheets are placed on both sides of the battery pack, heat-shrink tape is wrapped around it, and then the heat-shrink tape is thermally shrunk to bind the battery pack.
図6、図7では単電池51を直列接続した形態を示したが、電池容量を増大させるためには並列に接続してもよい。あるいは、直列接続と並列接続を組合せてもよい。組み上がった電池パックをさらに直列または並列に接続することもできる。 Figures 6 and 7 show the cells 51 connected in series, but they may also be connected in parallel to increase battery capacity. Alternatively, a combination of series and parallel connections may be used. The assembled battery pack can also be further connected in series or parallel.
また、図6及び図7に示した電池パックは組電池を一つ備えているが、実施形態に係る電池パックは複数の組電池を備えるものでもよい。複数の組電池は、直列接続、並列接続、又は直列接続と並列接続の組合せにより、電気的に接続される。 Furthermore, while the battery packs shown in Figures 6 and 7 include one battery assembly, the battery packs according to the embodiments may include multiple battery assembly connections. The multiple battery assembly connections are electrically connected in series, in parallel, or in a combination of series and parallel connections.
また、電池パックの態様は用途により適宜変更される。実施形態に係る電池パックは、大電流を取り出したときにサイクル性能が優れていることが要求される用途に好適に用いられる。具体的には、デジタルカメラの電源として、または、例えば二輪乃至四輪のハイブリッド電気自動車、二輪乃至四輪の電気自動車、アシスト自転車、あるいは鉄道用車両(例えば電車)などの車両用電池、または定置用電池として用いられる。特に、車両に搭載される車載用電池として好適に用いられる。 The battery pack configuration can be modified as appropriate depending on the application. The battery pack according to the embodiment is suitable for use in applications that require excellent cycle performance when drawing a large current. Specifically, it can be used as a power source for digital cameras, or as a vehicle battery for, for example, two- to four-wheeled hybrid electric vehicles, two- to four-wheeled electric vehicles, power-assisted bicycles, or railway vehicles (e.g., electric trains), or as a stationary battery. In particular, it is suitable for use as an on-board battery installed in a vehicle.
以上説明した第2の実施形態の電池パックは、実施形態の二次電池を備えるため、高温下でのガス発生及び電池抵抗の上昇を抑制することができ、高温においても優れた寿命性能を実現することができる。
(第3の実施形態)
第3の実施形態の車両は、実施形態の二次電池を1又は2以上含むか、あるいは実施形態の電池パックを含む。
The battery pack of the second embodiment described above includes the secondary battery of the embodiment, and therefore can suppress gas generation and an increase in battery resistance at high temperatures, thereby achieving excellent life performance even at high temperatures.
(Third embodiment)
The vehicle of the third embodiment includes one or more secondary batteries of the embodiment, or includes a battery pack of the embodiment.
第3実施形態に係る電池パックを搭載した自動車等の車両において、電池パックは、例えば、車両の動力の回生エネルギーを回収するものであると良い。また、車両は、車両の運動エネルギーを回生エネルギーに変換する機構を含んでいても良い。 In a vehicle such as an automobile equipped with a battery pack according to the third embodiment, the battery pack may, for example, recover regenerative energy from the vehicle's power. The vehicle may also include a mechanism for converting the vehicle's kinetic energy into regenerative energy.
図8に、実施形態に係る一例の電池パックを具備した自動車の一例を示す。 Figure 8 shows an example of a vehicle equipped with an example battery pack according to an embodiment.
図8に示す自動車71は、車体前方のエンジンルーム内に、実施形態に係る一例の電池パック72を搭載している。自動車における電池パックの搭載位置は、エンジンルームに限られない。例えば、電池パックは、自動車の車体後方又は座席の下に搭載することもできる。 The automobile 71 shown in Figure 8 is equipped with an example battery pack 72 according to an embodiment in the engine compartment at the front of the vehicle. The location of the battery pack in an automobile is not limited to the engine compartment. For example, the battery pack can also be equipped at the rear of the automobile or under the seat.
図9は、実施形態に係る車両の一例の構成を概略的に示した図である。図9に示した車両300は、電気自動車である。 Figure 9 is a diagram showing a schematic configuration of an example vehicle according to an embodiment. The vehicle 300 shown in Figure 9 is an electric vehicle.
図9に示す車両300は、車両用電源301と、車両用電源301の上位制御手段である車両ECU(ECU:Electric Control Unit、電気制御装置)380と、外部端子370と、インバータ340と、駆動モータ345とを備えている。 The vehicle 300 shown in Figure 9 includes a vehicle power supply 301, a vehicle ECU (Electric Control Unit) 380 which is the host control means for the vehicle power supply 301, an external terminal 370, an inverter 340, and a drive motor 345.
車両300は、車両用電源301を、例えばエンジンルーム、自動車の車体後方又は座席の下に搭載している。しかしながら、図9では、車両300への二次電池の搭載箇所は概略的に示している。 The vehicle 300 is equipped with a vehicle power supply 301, for example, in the engine compartment, at the rear of the vehicle body, or under a seat. However, Figure 9 only shows the location of the secondary battery installed in the vehicle 300 in a simplified manner.
車両用電源301は、複数(例えば3つ)の電池パック312a、312b及び312cと、電池管理装置(BMU:Battery Management Unit)311と、通信バス310と、を備えている。 The vehicle power supply 301 includes multiple (e.g., three) battery packs 312a, 312b, and 312c, a battery management unit (BMU) 311, and a communication bus 310.
3つの電池パック312a、312b及び312cは、電気的に直列に接続されている。電池パック312aは、組電池314aと組電池監視装置(VTM:Voltage Temperature Monitoring)313aと、を備えている。電池パック312bは、組電池314bと組電池監視装置313bと、を備えている。電池パック312cは、組電池314cと組電池監視装置313cと、を備えている。電池パック312a、312b、及び312cは、それぞれ独立して取り外すことが可能であり、別の電池パックと交換することができる。 The three battery packs 312a, 312b, and 312c are electrically connected in series. Battery pack 312a includes a battery pack 314a and a battery pack monitoring device (VTM: Voltage Temperature Monitoring) 313a. Battery pack 312b includes a battery pack 314b and a battery pack monitoring device 313b. Battery pack 312c includes a battery pack 314c and a battery pack monitoring device 313c. Battery packs 312a, 312b, and 312c can each be removed independently and replaced with a different battery pack.
組電池314a~314cのそれぞれは、直列に接続された複数の二次電池を備えている。各二次電池は、実施形態に係る二次電池である。組電池314a~314cは、それぞれ、正極端子316及び負極端子317を通じて充放電を行う。 Each of the battery packs 314a to 314c includes multiple secondary batteries connected in series. Each secondary battery is a secondary battery according to the embodiment. Each of the battery packs 314a to 314c is charged and discharged via a positive terminal 316 and a negative terminal 317.
電池管理装置311は、車両用電源301の保全に関する情報を集めるために、車両用電源301に含まれる組電池314a~314cの二次電池の電圧、温度などの情報を組電池監視装置313a~313cとの間で通信を行い収集する。 To collect information related to the maintenance of the vehicle power supply 301, the battery management device 311 communicates with the battery pack monitoring devices 313a-313c to collect information such as the voltage and temperature of the secondary batteries of the battery packs 314a-314c included in the vehicle power supply 301.
電池管理装置311と組電池監視装置313a~313cとの間には、通信バス310が接続されている。通信バス310は、1組の通信線を複数のノード(電池管理装置と1つ以上の組電池監視装置と)で共有するように構成されている。通信バス310は、例えばCAN(Control Area Network)規格に基づいて構成された通信バスである。 A communication bus 310 is connected between the battery management unit 311 and the assembled battery monitoring units 313a to 313c. The communication bus 310 is configured so that a set of communication lines is shared by multiple nodes (a battery management unit and one or more assembled battery monitoring units). The communication bus 310 is configured, for example, based on the CAN (Control Area Network) standard.
組電池監視装置313a~313cは、電池管理装置311からの通信による指令に基づいて、組電池314a~314cを構成する個々の二次電池の電圧及び温度を計測する。ただし、温度は1つの組電池につき数箇所だけで測定することができ、全ての二次電池の温度を測定しなくてもよい。 The battery pack monitoring devices 313a-313c measure the voltage and temperature of each secondary battery that makes up the battery packs 314a-314c based on commands received via communication from the battery management device 311. However, the temperature can be measured at only a few locations per battery pack, and it is not necessary to measure the temperature of all secondary batteries.
車両用電源301は、正極端子と負極端子との接続を入り切りするための電磁接触器(例えば図9に示すスイッチ装置333)を有することもできる。スイッチ装置333は、組電池314a~314cへの充電が行われるときにオンするプリチャージスイッチ(図示せず)、電池出力が負荷へ供給されるときにオンするメインスイッチ(図示せず)を含む。プリチャージスイッチおよびメインスイッチは、スイッチ素子の近傍に配置されたコイルに供給される信号によりオンおよびオフされるリレー回路(図示せず)を備える。 The vehicle power supply 301 may also have an electromagnetic contactor (for example, the switch device 333 shown in Figure 9) for connecting and disconnecting the positive and negative terminals. The switch device 333 includes a pre-charge switch (not shown) that turns on when the assembled batteries 314a-314c are being charged, and a main switch (not shown) that turns on when battery output is supplied to a load. The pre-charge switch and main switch are equipped with relay circuits (not shown) that are turned on and off by signals supplied to coils located near the switch elements.
インバータ340は、入力した直流電圧をモータ駆動用の3相の交流(AC)の高電圧に変換する。インバータ340は、後述する電池管理装置311あるいは車両全体動作を制御するための車両ECU380からの制御信号に基づいて、出力電圧が制御される。インバータ340の3相の出力端子は、駆動モータ345の各3相の入力端子に接続されている。 The inverter 340 converts the input DC voltage into a three-phase AC high voltage for driving the motor. The output voltage of the inverter 340 is controlled based on control signals from the battery management unit 311 (described below) or the vehicle ECU 380, which controls the overall operation of the vehicle. The three-phase output terminals of the inverter 340 are connected to the three-phase input terminals of the drive motor 345.
駆動モータ345は、インバータ340から供給される電力により回転し、その回転を例えば差動ギアユニットを介して車軸および駆動輪Wに伝達する。 The drive motor 345 rotates using power supplied from the inverter 340, and transmits the rotation to the axles and drive wheels W, for example, via a differential gear unit.
また、図示はしていないが、車両300は、車両300を制動した際に駆動モータ345を回転させ、運動エネルギーを電気エネルギーとしての回生エネルギーに変換する回生ブレーキ機構を備えている。回生ブレーキ機構で回収した回生エネルギーは、インバータ340に入力され、直流電流に変換される。直流電流は、車両用電源301に入力される。 In addition, although not shown, the vehicle 300 is equipped with a regenerative braking mechanism that rotates the drive motor 345 when the vehicle 300 is braked, converting kinetic energy into regenerative energy in the form of electrical energy. The regenerative energy recovered by the regenerative braking mechanism is input to the inverter 340 and converted into direct current. The direct current is input to the vehicle power supply 301.
車両用電源301の負極端子317には、接続ラインL1の一方の端子が、電池管理装置311内の電流検出部(図示せず)を介して接続されている。接続ラインL1の他方の端子は、インバータ340の負極入力端子に接続されている。 One terminal of connection line L1 is connected to the negative terminal 317 of the vehicle power supply 301 via a current detection unit (not shown) in the battery management device 311. The other terminal of connection line L1 is connected to the negative input terminal of the inverter 340.
車両用電源301の正極端子316には、接続ラインL2の一方の端子が、スイッチ装置333を介して接続されている。接続ラインL2の他方の端子は、インバータ340の正極入力端子に接続されている。 One terminal of the connection line L2 is connected to the positive terminal 316 of the vehicle power supply 301 via a switch device 333. The other terminal of the connection line L2 is connected to the positive input terminal of the inverter 340.
外部端子370は、後述する電池管理装置311に接続されている。外部端子370は、例えば、外部電源に接続することができる。 The external terminal 370 is connected to the battery management device 311, which will be described later. The external terminal 370 can be connected to, for example, an external power source.
車両ECU380は、運転者などの操作入力に応答して電池管理装置311を他の装置と協調制御して、車両全体の管理を行なう。電池管理装置311と車両ECU380との間で、通信線により、車両用電源301の残容量等の車両用電源301の保全に関するデータ転送が行われる。 The vehicle ECU 380 manages the entire vehicle by controlling the battery management unit 311 in cooperation with other devices in response to operational inputs from the driver and other personnel. Data related to the maintenance of the vehicle power supply 301, such as the remaining capacity of the vehicle power supply 301, is transferred via a communication line between the battery management unit 311 and the vehicle ECU 380.
実施形態の車両によれば、実施形態に係る二次電池を含む電池パックを含み、該電池パック(例えば312a、312b及び312cの電池パック)は、寿命性能に優れているため、充放電性能に優れ、且つ信頼性の高い車両が得られる。さらに、それぞれの電池パックは安価で安全性が高いため、車両のコストを抑え、且つ安全性を高めることができる。 The vehicle of the embodiment includes a battery pack including the secondary battery of the embodiment, and the battery pack (e.g., battery packs 312a, 312b, and 312c) has excellent life performance, resulting in a vehicle with excellent charge/discharge performance and high reliability. Furthermore, each battery pack is inexpensive and highly safe, thereby reducing vehicle costs and improving safety.
以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明するが、本発明は以下に掲載される実施例に限定されるものでない。
(実施例1)
以下の手順で、二次電池を作製した。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the embodiments listed below.
Example 1
A secondary battery was fabricated in the following manner.
<正極の作製>
正極活物質として、リチウムニッケル複合酸化物(LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2)粉末を準備した。導電剤として、アセチレンブラックを準備した。結着剤として、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)を準備した。次に、正極活物質、導電剤及び結着剤を、90重量部:10重量部:10重量部の割合で、N-メチルピロリドン(NMP)に加えて混合し、正極スラリーを調製した。この正極スラリーを、厚さが15μmであるアルミニウム箔からなる集電体の両面に塗布した。次いで、120℃の恒温槽内で塗膜を乾燥させて正極活物質含有層を形成し、正極活物質含有層をプレスし、正極を得た。
<負極の作製>
負極活物質として、ニオブチタン複合酸化物(Nb2TiO7)粉末を準備した。ニオブチタン複合酸化物の平均二次粒子径は、7.5μmであった。ニオブチタン複合酸化物の比表面積は、4.0m2/gであった。また、導電剤としてアセチレンブラックを準備し、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVdF)を準備した。次に、負極活物質、導電剤及び結着剤を、90重量部:10重量部:10重量部の割合で、N-メチルピロリドン(NMP)に加えて混合し、負極スラリーを調製した。この負極スラリーを、厚さが15μmであるアルミニウム箔からなる集電体の両面に塗布した。次いで、120℃の恒温槽内で塗膜を乾燥させて負極活物質含有層を形成し、負極活物質含有層をプレスし、負極を得た。
<電極群の作製>
セパレータとして、厚さが25μmであるポリエチレン製の2枚の不織布を準備した。次いで、正極、セパレータ、負極、セパレータをこの順で積層し、積層体を得た。次いで、この積層体を渦巻き状に捲回した。これを80℃で加熱プレスすることにより、偏平状電極群を作製した。電極群の正極に正極端子を電気的に接続した。また、電極群の負極に負極端子を電気的に接続した。
<電極群の収納>
ナイロン層/アルミニウム層/ポリエチレン層の3層構造を有し、厚さが0.1mmであるラミネートフィルムからなる容器を準備した。この容器に、先のように作製した電極群を収納した。次いで、容器の周縁部の一部を開放した状態で、容器内部を80℃で16時間、真空中で乾燥させた。
<液状非水電解質の調製>
プロピレンカーボネート(PC)及びジエチルカーボネート(DEC)の混合溶媒(体積比率1:2)に、電解質としてLiPF6を1mol/Lの濃度で溶解させた。更に、硫黄含有化合物として、1,3-プロパンスルトン(PS)を非水電解質中の濃度が0.5重量%となるように溶解させた。かくして、液状非水電解質(非水電解液)を得た。非水電解質の調製は、アルゴンボックス内で実施した。この段階での液状非水電解質の組成が、二次電池製造後の最終組成である。
<電池の作製>
電極群を収納した容器内に非水電解液を注入した。次いで、容器の周縁部の開放していた部分をヒートシールして、容器を密閉した。これにより、正負極端子(正負極タブとも称す)を含まない外形寸法が11cm×8cm×0.3cmであり、内形寸法(密封された部分の寸法)が9cm×7cm×0.25cmである電池を得た。この電池を第1封止済み電池と称する。
<初充電>
第1封止済み電池を、25℃の環境下で、以下の手順で初充電に供した。まず、第1封止済み電池を、3Vの電圧に達するまで0.2Cの定電流(CC)で充電した。次いで、第1封止済み電池を、3Vの定電圧(CV)で充電した。定電圧充電は、定電流充電と定電圧充電との合計時間が10時間に達した時点で終了した。
<初回放電>
次に、第1封止済み電池を、25℃の環境下で、電圧が1.5Vに達するまで、0.2Cの定電流(CC)で放電した。
<後処理>
次に、第1封止済み電池を、25℃の環境下で3Vの電圧に達するまで、0.2Cの定電流(CC)で充電した。次いで、第1封止済み電池を、電流値が1/20Cとなるまで3Vの定電圧(CV)で充電した。すなわち、第1封止済み電池を定電流定電圧(CCCV)充電に供した。その結果、第1封止済み電池のSOCは(100%)であった。この第1封止済み電池を80℃の恒温槽に入れ、24時間保持することでエージングを実施した。その後、アルゴンボックス中に第1封止済み電池を入れ、外装部材の封止部の1箇所を図5を参照して説明した方法で切断して外装部材内のガスを抜いた。初回充放電前と同じ濃度になるように液状非水電解質を追加し、切断により開放した端部をヒートシールで封止した。こうして、実施例1に係る二次電池を作製した。後処理で添加した液状非水電解質の組成を表5に示す。
(実施例2,3,6-20,22-24,26,27)
正極活物質の組成、負極活物質の組成、非水電解質の組成、E/A、E/D、正極の硫黄含有層の単位体積あたりの硫黄原子の質量A(g/m3)、負極の硫黄含有層の単位体積あたりの硫黄原子の質量D(g/m3)、非水電解質の硫黄含有化合物の濃度E(mol/L)、後処理で添加する非水電解質の組成を下記表1-表6に示すように設定すること以外は、実施例1と同様にして二次電池を作製した。なお、実施例で使用する正極活物質LiMn2O4はスピネル型の結晶構造を有する。一方、LiFePO4はオリビン型結晶構造を有する。
(実施例4)
正極活物質の組成、負極活物質の組成、非水電解質の組成、E/A、E/D、正極の硫黄含有層の単位体積あたりの硫黄原子の質量A(g/m3)、負極の硫黄含有層の単位体積あたりの硫黄原子の質量D(g/m3)、非水電解質の硫黄含有化合物の濃度E(mol/L)、後処理で添加する非水電解質の組成を下記表1と表3と表5に示すように設定すると共に、エージング条件を変更すること以外は、実施例1と同様にして二次電池を作製した。
実施例4のエージング条件は以下の通りである。すなわち、第1封止済み電池を、電流値が1/20Cとなるまで3.3Vの定電圧(CV)で充電した。この第1封止済み電池を80℃の恒温槽に入れ、24時間保持することでエージングを実施した。
(実施例5)
正極活物質の組成、負極活物質の組成、非水電解質の組成、E/A、E/D、正極の硫黄含有層の単位体積あたりの硫黄原子の質量A(g/m3)、負極の硫黄含有層の単位体積あたりの硫黄原子の質量D(g/m3)、非水電解質の硫黄含有化合物の濃度E(mol/L)、後処理で添加する非水電解質の組成を下記表1と表3と表5に示すように設定すると共に、エージングを実施しなかったこと以外は、実施例1と同様にして二次電池を作製した。
(実施例21)
正極活物質の組成、負極活物質の組成、非水電解質の組成、E/A、E/D、正極の硫黄含有層の単位体積あたりの硫黄原子の質量A(g/m3)、負極の硫黄含有層の単位体積あたりの硫黄原子の質量D(g/m3)、非水電解質の硫黄含有化合物の濃度E(mol/L)、後処理で添加する非水電解質の組成を下記表2と表4と表6に示すように設定すると共に、初充電から後処理までの充放電条件を下記に示すように設定すること以外は、実施例1と同様にして二次電池を作製した。
なお、実施例21で使用する正極活物質Li(Ni0.5Mn1.5)O4はスピネル型の結晶構造を有する5V系正極活物質である。
<Preparation of Positive Electrode>
A lithium nickel composite oxide ( LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 ) powder was prepared as the positive electrode active material. Acetylene black was prepared as the conductive agent. Polyvinylidene fluoride (PVdF) was prepared as the binder. Next, the positive electrode active material, conductive agent, and binder were added to N-methylpyrrolidone (NMP) in a ratio of 90 parts by weight:10 parts by weight:10 parts by weight and mixed to prepare a positive electrode slurry. This positive electrode slurry was applied to both sides of a current collector made of aluminum foil with a thickness of 15 μm. Next, the coating was dried in a thermostatic oven at 120°C to form a positive electrode active material-containing layer, and the positive electrode active material-containing layer was pressed to obtain a positive electrode.
<Preparation of negative electrode>
Niobium titanium composite oxide (Nb 2 TiO 7 ) powder was prepared as the negative electrode active material. The average secondary particle diameter of the niobium titanium composite oxide was 7.5 μm. The specific surface area of the niobium titanium composite oxide was 4.0 m 2 /g. Acetylene black was prepared as a conductive agent, and polyvinylidene fluoride (PVdF) was prepared as a binder. Next, the negative electrode active material, conductive agent, and binder were added to N-methylpyrrolidone (NMP) in a ratio of 90 parts by weight:10 parts by weight:10 parts by weight to prepare a negative electrode slurry. This negative electrode slurry was applied to both sides of a current collector made of aluminum foil with a thickness of 15 μm. Next, the coating was dried in a thermostatic oven at 120°C to form a negative electrode active material-containing layer, and the negative electrode active material-containing layer was pressed to obtain a negative electrode.
<Preparation of electrode group>
Two 25 μm thick polyethylene nonwoven fabrics were prepared as separators. Next, a positive electrode, a separator, a negative electrode, and a separator were stacked in this order to obtain a laminate. This laminate was then spirally wound. This was then hot-pressed at 80°C to produce a flat electrode assembly. A positive electrode terminal was electrically connected to the positive electrode of the electrode assembly. A negative electrode terminal was also electrically connected to the negative electrode of the electrode assembly.
<Storage of electrode group>
A container was prepared, which was made of a 0.1 mm thick laminate film having a three-layer structure of nylon, aluminum, and polyethylene. The electrode assembly prepared above was placed in this container. Next, with a portion of the periphery of the container open, the inside of the container was dried in a vacuum at 80°C for 16 hours.
<Preparation of Liquid Non-Aqueous Electrolyte>
LiPF6 was dissolved as an electrolyte at a concentration of 1 mol/L in a mixed solvent of propylene carbonate (PC) and diethyl carbonate (DEC) (volume ratio 1:2). Furthermore, 1,3-propane sultone (PS) was dissolved as a sulfur-containing compound so that its concentration in the non-aqueous electrolyte was 0.5 wt %. Thus, a liquid non-aqueous electrolyte (non-aqueous electrolyte solution) was obtained. The preparation of the non-aqueous electrolyte was carried out in an argon box. The composition of the liquid non-aqueous electrolyte at this stage is the final composition after secondary battery production.
<Battery construction>
A nonaqueous electrolyte was poured into the container containing the electrode group. The open peripheral edges of the container were then heat-sealed to hermetically seal the container. This resulted in a battery with external dimensions of 11 cm × 8 cm × 0.3 cm, excluding the positive and negative electrode terminals (also referred to as positive and negative electrode tabs), and internal dimensions (dimensions of the sealed portion) of 9 cm × 7 cm × 0.25 cm. This battery is referred to as the first sealed battery.
<First charge>
The first sealed battery was subjected to initial charging in an environment of 25° C. in the following manner. First, the first sealed battery was charged at a constant current (CC) of 0.2 C until a voltage of 3 V was reached. Next, the first sealed battery was charged at a constant voltage (CV) of 3 V. The constant voltage charging was terminated when the total time of the constant current charging and constant voltage charging reached 10 hours.
<First discharge>
Next, the first sealed battery was discharged at a constant current (CC) of 0.2 C in an environment of 25° C. until the voltage reached 1.5 V.
<Post-processing>
Next, the first sealed battery was charged at a constant current (CC) of 0.2 C in an environment of 25°C until a voltage of 3 V was reached. The first sealed battery was then charged at a constant voltage (CV) of 3 V until the current value reached 1/20 C. That is, the first sealed battery was subjected to constant current/constant voltage (CCCV) charging. As a result, the SOC of the first sealed battery was (100%). The first sealed battery was placed in a thermostatic chamber at 80°C and aged for 24 hours. The first sealed battery was then placed in an argon box, and one location on the sealed portion of the exterior member was cut using the method described with reference to FIG. 5 to release the gas inside the exterior member. Liquid nonaqueous electrolyte was added to the battery to achieve the same concentration as before the initial charge/discharge, and the end opened by the cut was heat-sealed. In this manner, a secondary battery according to Example 1 was fabricated. The composition of the liquid nonaqueous electrolyte added in the post-treatment is shown in Table 5.
(Examples 2, 3, 6-20, 22-24, 26, and 27)
Secondary batteries were fabricated in the same manner as in Example 1, except that the composition of the positive electrode active material, the composition of the negative electrode active material, the composition of the nonaqueous electrolyte, E/A, E/ D , the mass A (g/ m3 ) of sulfur atoms per unit volume of the sulfur-containing layer of the positive electrode, the mass D (g/m3) of sulfur atoms per unit volume of the sulfur-containing layer of the negative electrode, the concentration E (mol/ L ) of the sulfur-containing compound in the nonaqueous electrolyte, and the composition of the nonaqueous electrolyte added in post-treatment were set as shown in Tables 1 to 6 below. The positive electrode active material LiMn2O4 used in these examples has a spinel-type crystal structure. On the other hand, LiFePO4 has an olivine-type crystal structure.
Example 4
The composition of the positive electrode active material, the composition of the negative electrode active material, the composition of the non-aqueous electrolyte, E/A, E/D, the mass A (g/m 3 ) of sulfur atoms per unit volume of the sulfur-containing layer of the positive electrode, the mass D (g/m 3 ) of sulfur atoms per unit volume of the sulfur-containing layer of the negative electrode, the concentration E (mol/L) of the sulfur-containing compound in the non-aqueous electrolyte, and the composition of the non-aqueous electrolyte added in post-treatment were set as shown in Tables 1, 3, and 5 below, and secondary batteries were fabricated in the same manner as in Example 1, except that the aging conditions were changed.
The aging conditions for Example 4 were as follows: the first sealed battery was charged at a constant voltage (CV) of 3.3 V until the current value reached 1/20 C. The first sealed battery was placed in a thermostatic chamber at 80° C. and held there for 24 hours to perform aging.
Example 5
A secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 1, except that the composition of the positive electrode active material, the composition of the negative electrode active material, the composition of the non-aqueous electrolyte, E/A, E/D, the mass A (g/m 3 ) of sulfur atoms per unit volume of the sulfur-containing layer of the positive electrode, the mass D (g/m 3 ) of sulfur atoms per unit volume of the sulfur-containing layer of the negative electrode, the concentration E (mol/L) of the sulfur-containing compound in the non-aqueous electrolyte, and the composition of the non-aqueous electrolyte added in post-treatment were set as shown in Tables 1, 3, and 5 below, and aging was not performed.
(Example 21)
A secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 1, except that the composition of the positive electrode active material, the composition of the negative electrode active material, the composition of the non-aqueous electrolyte, E/A, E/D, the mass A (g/m 3 ) of sulfur atoms per unit volume of the sulfur-containing layer of the positive electrode, the mass D (g/m 3 ) of sulfur atoms per unit volume of the sulfur-containing layer of the negative electrode, the concentration E (mol/L) of the sulfur-containing compound in the non-aqueous electrolyte, and the composition of the non-aqueous electrolyte added in post-treatment were set as shown in Tables 2, 4, and 6 below, and the charge-discharge conditions from initial charging to post-treatment were set as shown below.
The positive electrode active material Li(Ni 0.5 Mn 1.5 )O 4 used in Example 21 is a 5V positive electrode active material having a spinel-type crystal structure.
実施例21の二次電池は、正極活物質にLi(Ni0.5Mn1.5)O4を用いるため、初充電から後処理までの充放電条件を以下の通りとした。 The secondary battery of Example 21 uses Li(Ni 0.5 Mn 1.5 )O 4 as the positive electrode active material, and therefore the charge/discharge conditions from the initial charge to the post-treatment were as follows.
<初充電>
第1封止済み電池を、25℃の環境下で、以下の手順で初充電に供した。まず、第1封止済み電池を、3.7Vの電圧に達するまで0.2Cの定電流(CC)で充電した。次いで、第1封止済み電池を、3.7Vの定電圧(CV)で充電した。定電圧充電は、定電流充電と定電圧充電との合計時間が10時間に達した時点で終了した。
<初回放電>
次に、第1封止済み電池を、25℃の環境下で、電圧が2.5Vに達するまで、0.2Cの定電流(CC)で放電した。
<後処理>
次に、第1封止済み電池を、25℃の環境下で3.7Vの電圧に達するまで、0.2Cの定電流(CC)で充電した。次いで、第1封止済み電池を、電流値が1/20Cとなるまで3.7Vの定電圧(CV)で充電した。すなわち、第1封止済み電池を定電流定電圧(CCCV)充電に供した。その結果、第1封止済み電池のSOCは(100%)であった。この第1封止済み電池を80℃の恒温槽に入れ、24時間保持することでエージングを実施した。その後の工程は実施例1と同様にして実施例21に係る二次電池を作製した。
(実施例25)
正極活物質の組成、負極活物質の組成、非水電解質の組成、E/A、E/D、正極の硫黄含有層の単位体積あたりの硫黄原子の質量A(g/m3)、負極の硫黄含有層の単位体積あたりの硫黄原子の質量D(g/m3)、非水電解質の硫黄含有化合物の濃度E(mol/L)、後処理で添加する非水電解質の組成を下記表2と表4と表6に示すように設定すると共に、初充電から後処理までの充放電条件を下記に示すように設定すること以外は、実施例1と同様にして二次電池を作製した。
<First charge>
The first sealed battery was subjected to initial charging in an environment of 25° C. in the following manner. First, the first sealed battery was charged at a constant current (CC) of 0.2 C until a voltage of 3.7 V was reached. Next, the first sealed battery was charged at a constant voltage (CV) of 3.7 V. The constant voltage charging was terminated when the total time of the constant current charging and constant voltage charging reached 10 hours.
<First discharge>
Next, the first sealed battery was discharged at a constant current (CC) of 0.2 C in an environment of 25° C. until the voltage reached 2.5 V.
<Post-processing>
Next, the first sealed battery was charged at a constant current (CC) of 0.2 C in an environment of 25°C until a voltage of 3.7 V was reached. The first sealed battery was then charged at a constant voltage (CV) of 3.7 V until the current value reached 1/20 C. That is, the first sealed battery was subjected to constant current constant voltage (CCCV) charging. As a result, the SOC of the first sealed battery was (100%). This first sealed battery was placed in a thermostatic chamber at 80°C and held for 24 hours for aging. The subsequent steps were the same as in Example 1, and a secondary battery according to Example 21 was fabricated.
Example 25
A secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 1, except that the composition of the positive electrode active material, the composition of the negative electrode active material, the composition of the non-aqueous electrolyte, E/A, E/D, the mass A (g/m 3 ) of sulfur atoms per unit volume of the sulfur-containing layer of the positive electrode, the mass D (g/m 3 ) of sulfur atoms per unit volume of the sulfur-containing layer of the negative electrode, the concentration E (mol/L) of the sulfur-containing compound in the non-aqueous electrolyte, and the composition of the non-aqueous electrolyte added in post-treatment were set as shown in Tables 2, 4, and 6 below, and the charge-discharge conditions from initial charging to post-treatment were set as shown below.
実施例25の黒鉛を含む負極は、以下の方法で作製された。黒鉛粉末とポリフッ化ビニリデン(PVdF)とを重量比90:10となるように混合し、得られた混合物を有機溶媒(N-メチルピロリドン)の存在下で混錬してスラリーを調製した。得られたスラリーを厚さが15μmの銅箔に塗布して乾燥し、プレスすることにより、負極を得た。また、黒鉛を含む負極を使用する場合、初充電から後処理までの工程を以下のように実施して二次電池を作製した。
<初充電>
第1封止済み電池を、25℃の環境下で、以下の手順で初充電に供した。まず、第1封止済み電池を、4.15Vの電圧に達するまで0.2Cの定電流(CC)で充電した。次いで、第1封止済み電池を、4.15Vの定電圧(CV)で充電した。定電圧充電は、定電流充電と定電圧充電との合計時間が10時間に達した時点で終了した。
<初回放電>
次に、第1封止済み電池を、25℃の環境下で、電圧が2Vに達するまで、0.2Cの定電流(CC)で放電した。
<後処理>
次に、第1封止済み電池を、25℃の環境下で4.15Vの電圧に達するまで、0.2Cの定電流(CC)で充電した。次いで、第1封止済み電池を、電流値が1/20Cとなるまで4.15Vの定電圧(CV)で充電した。すなわち、第1封止済み電池を定電流定電圧(CCCV)充電に供した。その結果、第1封止済み電池のSOCは(100%)であった。この第1封止済み電池を80℃の恒温槽に入れ、24時間保持することでエージングを実施した。その後、アルゴンボックス中に第1封止済み電池を入れ、外装部材の封止部の1箇所を図5を参照して説明した方法で切断して外装部材内のガスを抜いた。初回充放電前と同じ濃度になるように液状非水電解質を追加し、切断により開放した端部をヒートシールで封止した。こうして、実施例25に係る二次電池を作製した。
(比較例1)
正極活物質の組成、負極活物質の組成、非水電解質の組成、E/A、E/D、正極の硫黄含有層の単位体積あたりの硫黄原子の質量A(g/m3)、負極の硫黄含有層の単位体積あたりの硫黄原子の質量D(g/m3)、非水電解質の硫黄含有化合物の濃度E(mol/L)を下記表2と表4に示すように設定し、また、後処理のガス抜き後に液状非水電解質を追加せず、切断により開放した端部をヒートシールで封止すること以外は、実施例1と同様にして二次電池を作製した。
(比較例2-3)
正極活物質の組成、負極活物質の組成、非水電解質の組成、E/A、E/D、正極の硫黄含有層の単位体積あたりの硫黄原子の質量A(g/m3)、負極の硫黄含有層の単位体積あたりの硫黄原子の質量D(g/m3)、非水電解質の硫黄含有化合物の濃度E(mol/L)、後処理で添加する非水電解質の組成を下記表2と表4と表6に示すように設定すること以外は、実施例1と同様にして二次電池を作製した。
<貯蔵試験>
各二次電池に対して、以下の通り貯蔵試験を行った。
The graphite-containing negative electrode of Example 25 was prepared by the following method. Graphite powder and polyvinylidene fluoride (PVdF) were mixed in a weight ratio of 90:10, and the resulting mixture was kneaded in the presence of an organic solvent (N-methylpyrrolidone) to prepare a slurry. The resulting slurry was applied to a copper foil with a thickness of 15 μm, dried, and pressed to obtain a negative electrode. When using a graphite-containing negative electrode, a secondary battery was prepared by carrying out the steps from initial charging to post-treatment as follows.
<First charge>
The first sealed battery was subjected to initial charging in an environment of 25° C. in the following manner. First, the first sealed battery was charged at a constant current (CC) of 0.2 C until a voltage of 4.15 V was reached. Next, the first sealed battery was charged at a constant voltage (CV) of 4.15 V. The constant voltage charging was terminated when the total time of the constant current charging and constant voltage charging reached 10 hours.
<First discharge>
Next, the first sealed battery was discharged at a constant current (CC) of 0.2 C in an environment of 25° C. until the voltage reached 2 V.
<Post-processing>
Next, the first sealed battery was charged at a constant current (CC) of 0.2 C in an environment of 25°C until a voltage of 4.15 V was reached. The first sealed battery was then charged at a constant voltage (CV) of 4.15 V until the current value reached 1/20 C. That is, the first sealed battery was subjected to constant current/constant voltage (CCCV) charging. As a result, the SOC of the first sealed battery was (100%). The first sealed battery was placed in a thermostatic chamber at 80°C and aged for 24 hours. The first sealed battery was then placed in an argon box, and one location on the sealed portion of the exterior member was cut using the method described with reference to FIG. 5 to release the gas inside the exterior member. Liquid nonaqueous electrolyte was added to the battery to achieve the same concentration as before the initial charge/discharge, and the end opened by the cut was heat-sealed. In this way, a secondary battery according to Example 25 was fabricated.
(Comparative Example 1)
The composition of the positive electrode active material, the composition of the negative electrode active material, the composition of the non-aqueous electrolyte, E/A, E/D, the mass A (g/m 3 ) of sulfur atoms per unit volume of the sulfur-containing layer of the positive electrode, the mass D (g/m 3 ) of sulfur atoms per unit volume of the sulfur-containing layer of the negative electrode, and the concentration E (mol/L) of the sulfur-containing compound in the non-aqueous electrolyte were set as shown in Tables 2 and 4 below, and secondary batteries were fabricated in the same manner as in Example 1, except that no liquid non-aqueous electrolyte was added after the degassing post-treatment and the ends opened by cutting were sealed with heat sealing.
(Comparative Example 2-3)
A secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 1, except that the composition of the positive electrode active material, the composition of the negative electrode active material, the composition of the non-aqueous electrolyte, E/A, E/D, the mass A (g/m 3 ) of sulfur atoms per unit volume of the sulfur-containing layer of the positive electrode, the mass D (g/m 3 ) of sulfur atoms per unit volume of the sulfur-containing layer of the negative electrode, the concentration E (mol/L) of the sulfur-containing compound in the non-aqueous electrolyte, and the composition of the non-aqueous electrolyte added in post-treatment were set as shown in Tables 2, 4, and 6 below.
<Storage test>
A storage test was carried out on each secondary battery as follows.
実施例21と実施例25を除く電池を、3Vの電圧に達するまで、0.2Cの定電流(CC)で充電した。次いで、電池を、電流値が1/20Cとなるまで、3Vの定電圧(CV)で充電した。すなわち、電池を定電流定電圧(CCCV)充電に供して、そのSOCを100%とした。この充電状態の電池を、55℃の恒温槽内に入れた。10日毎に55℃の恒温槽から電池を取り出し、25℃に冷却した後、再び3VのCCCV充電に供して、55℃の恒温槽に入れた。これを繰り返し、恒温槽内に90日に亘り保存した電池を25℃に冷却後、体積を測定し、試験前の体積との差分をガス発生量[ml]とした。結果は、実施例1で90日後で14mLであった。ガス発生量は、高温環境における寿命特性の指標となる。 All batteries except those in Examples 21 and 25 were charged at a constant current (CC) of 0.2 C until a voltage of 3 V was reached. The batteries were then charged at a constant voltage (CV) of 3 V until the current reached 1/20 C. In other words, the batteries were subjected to constant-current, constant-voltage (CCCV) charging until their SOC reached 100%. The charged batteries were then placed in a 55°C thermostatic chamber. Every 10 days, the batteries were removed from the 55°C thermostatic chamber, cooled to 25°C, and then subjected to CCCV charging at 3 V again before being placed in the 55°C thermostatic chamber. This process was repeated until the batteries were cooled to 25°C and stored in the thermostatic chamber for 90 days. The volume was then measured, and the difference from the volume before and after the test was taken as the gas generation volume [ml]. The result for Example 1 was 14 mL after 90 days. The gas generation volume is an indicator of life characteristics in a high-temperature environment.
実施例21の電池を、3.7Vの電圧に達するまで、0.2Cの定電流(CC)で充電した。次いで、電池を、電流値が1/20Cとなるまで、3.7Vの定電圧(CV)で充電した。すなわち、電池を定電流定電圧(CCCV)充電に供して、そのSOCを100%とした。この充電状態の電池を、55℃の恒温槽内に入れた。10日毎に55℃の恒温槽から電池を取り出し、25℃に冷却した後、再び3.7VのCCCV充電に供して、55℃の恒温槽に入れた。これを繰り返し、恒温槽内に90日に亘り保存した電池を25℃に冷却後、体積を測定し、試験前の体積との差分をガス発生量[ml]とした。 The battery of Example 21 was charged at a constant current (CC) of 0.2 C until a voltage of 3.7 V was reached. The battery was then charged at a constant voltage (CV) of 3.7 V until the current value reached 1/20 C. In other words, the battery was subjected to constant current/constant voltage (CCCV) charging until its SOC reached 100%. The battery in this charged state was placed in a thermostatic chamber at 55°C. Every 10 days, the battery was removed from the 55°C thermostatic chamber, cooled to 25°C, and then subjected to CCCV charging at 3.7 V again before being placed in the 55°C thermostatic chamber. This process was repeated until the battery had been stored in the thermostatic chamber for 90 days. After cooling to 25°C, the volume was measured, and the difference from the volume before the test was taken as the amount of gas generated [ml].
実施例25の電池を、4.15Vの電圧に達するまで、0.2Cの定電流(CC)で充電した。次いで、電池を、電流値が1/20Cとなるまで、4.15Vの定電圧(CV)で充電した。すなわち、電池を定電流定電圧(CCCV)充電に供して、そのSOCを100%とした。この充電状態の電池を、55℃の恒温槽内に入れた。10日毎に55℃の恒温槽から電池を取り出し、25℃に冷却した後、再び4.15VのCCCV充電に供して、55℃の恒温槽に入れた。これを繰り返し、恒温槽内に90日に亘り保存した電池を25℃に冷却後、体積を測定し、試験前の体積との差分をガス発生量[ml]とした。
<直流(DC:Direct Current)抵抗測定>
実施例21と実施例25を除く各二次電池に対して、貯蔵試験を実施する前に以下の通りDC抵抗測定を行った。電池を、電圧が1.5Vに達するまで、0.2Cの定電流(CC)で放電した。その後、電池を、2.25Vの電圧に達するまで、0.2Cの定電流(CC)で充電した。次いで、電池を、電流値が1/20Cとなるまで、2.25Vの定電圧(CV)で充電することで、電池の充電状態をSOC50%とした。SOC50%に調整した電池を、10Cの定電流(CC)で10ms間放電し、この時の電圧値と電流値の差からDC抵抗[mΩ]を求めた。抵抗上昇率は、実施例1の場合、90日後で1.5であった。
The battery of Example 25 was charged at a constant current (CC) of 0.2 C until a voltage of 4.15 V was reached. The battery was then charged at a constant voltage (CV) of 4.15 V until the current value reached 1/20 C. That is, the battery was subjected to constant current/constant voltage (CCCV) charging to bring its SOC to 100%. The battery in this charged state was placed in a thermostatic chamber at 55°C. Every 10 days, the battery was removed from the thermostatic chamber at 55°C, cooled to 25°C, and then subjected to CCCV charging at 4.15 V again and placed in the thermostatic chamber at 55°C. This process was repeated, and the battery was stored in the thermostatic chamber for 90 days. After cooling to 25°C, the volume was measured, and the difference from the volume before the test was defined as the amount of gas generated [ml].
<Direct Current (DC) resistance measurement>
For each secondary battery except for Examples 21 and 25, DC resistance measurements were performed as follows before the storage test. The battery was discharged at a constant current (CC) of 0.2 C until the voltage reached 1.5 V. The battery was then charged at a constant current (CC) of 0.2 C until the voltage reached 2.25 V. The battery was then charged at a constant voltage (CV) of 2.25 V until the current value reached 1/20 C, thereby bringing the battery to a state of charge of 50% SOC. The battery adjusted to 50% SOC was discharged at a constant current (CC) of 10 C for 10 ms, and the DC resistance [mΩ] was calculated from the difference between the voltage and current values at this time. In the case of Example 1, the resistance increase rate was 1.5 after 90 days.
実施例21の二次電池に対して、貯蔵試験を実施する前に以下の通りDC抵抗測定を行った。電池を、電圧が2.5Vに達するまで、0.2Cの定電流(CC)で放電した。その後、電池を、3.1Vの電圧に達するまで、0.2Cの定電流(CC)で充電した。次いで、電池を、電流値が1/20Cとなるまで、3.1Vの定電圧(CV)で充電することで、電池の充電状態をSOC50%とした。SOC50%に調整した電池を、10Cの定電流(CC)で10ms間放電し、この時の電圧値と電流値の差からDC抵抗[mΩ]を求めた。 Prior to conducting a storage test, DC resistance measurements were performed on the secondary battery of Example 21 as follows. The battery was discharged at a constant current (CC) of 0.2 C until the voltage reached 2.5 V. The battery was then charged at a constant current (CC) of 0.2 C until the voltage reached 3.1 V. The battery was then charged at a constant voltage (CV) of 3.1 V until the current value reached 1/20 C, bringing the battery's state of charge to 50% SOC. The battery adjusted to 50% SOC was discharged at a constant current (CC) of 10 C for 10 ms, and the DC resistance [mΩ] was calculated from the difference between the voltage and current values at this time.
実施例25の二次電池に対して、貯蔵試験を実施する前に以下の通りDC抵抗測定を行った。電池を、電圧が2.0Vに達するまで、0.2Cの定電流(CC)で放電した。その後、電池を、3.8Vの電圧に達するまで、0.2Cの定電流(CC)で充電した。次いで、電池を、電流値が1/20Cとなるまで、3.8Vの定電圧(CV)で充電することで、電池の充電状態をSOC50%とした。SOC50%に調整した電池を、10Cの定電流(CC)で10ms間放電し、この時の電圧値と電流値の差からDC抵抗[mΩ]を求めた。 Prior to conducting a storage test, DC resistance measurements were performed on the secondary battery of Example 25 as follows. The battery was discharged at a constant current (CC) of 0.2 C until the voltage reached 2.0 V. The battery was then charged at a constant current (CC) of 0.2 C until the voltage reached 3.8 V. The battery was then charged at a constant voltage (CV) of 3.8 V until the current value reached 1/20 C, bringing the battery's state of charge to 50% SOC. The battery adjusted to 50% SOC was discharged at a constant current (CC) of 10 C for 10 ms, and the DC resistance [mΩ] was calculated from the difference between the voltage and current values at this time.
各二次電池の正極活物質の組成、負極活物質の組成、非水電解質の組成、E/A、E/D、正極の硫黄含有層の単位体積あたりの硫黄原子の質量A(g/m3)、負極の硫黄含有層の単位体積あたりの硫黄原子の質量D(g/m3)、非水電解質の硫黄含有化合物の濃度E(mol/L)、90日後のガス発生量[mL]、抵抗上昇率、後処理で添加する非水電解質の組成を、表1~表6に示す。E/A、E/D、A、D、Eそれぞれの値は、前述の方法で求めた。表3、4には、非水電解質の硫黄含有化合物の濃度E(mol/L)を、非水電解質量として6.25mLではなく、6.25*10-3Lを使用して算出した結果と、この算出結果に基づいて得たE/AとE/Dを示す。 Tables 1 to 6 show the composition of the positive electrode active material, the composition of the negative electrode active material, the composition of the nonaqueous electrolyte, E/A, E/D, the mass A (g/m 3 ) of sulfur atoms per unit volume of the sulfur-containing layer of the positive electrode, the mass D (g/m 3 ) of sulfur atoms per unit volume of the sulfur-containing layer of the negative electrode, the concentration E (mol/L) of the sulfur-containing compound in the nonaqueous electrolyte, the amount of gas generated after 90 days [mL], the rate of resistance increase, and the composition of the nonaqueous electrolyte added in post-treatment for each secondary battery. The values of E/A, E/D, A, D, and E were determined by the method described above. Tables 3 and 4 show the results of calculating the concentration E (mol/L) of the sulfur-containing compound in the nonaqueous electrolyte using 6.25*10 −3 L of nonaqueous electrolyte instead of 6.25 mL, as well as the E/A and E/D obtained based on these calculation results.
表1-表6から明らかな通り、実施例1-27によると、比較例1-3に比して、90日間貯蔵後のガス発生量が少なく、抵抗上昇率が低かった。比較例1~3は、非水電解質に硫黄含有イミド化合物及びスルトン化合物のいずれも含まない例である。 As is clear from Tables 1 to 6, Examples 1-27 showed a lower amount of gas generated and a lower rate of increase in resistance after 90 days of storage compared to Comparative Examples 1-3. Comparative Examples 1 to 3 are examples in which the nonaqueous electrolyte did not contain either a sulfur-containing imide compound or a sultone compound.
正極活物質と負極活物質の組成が同じである実施例1~14を比較すると、非水電解質にスルトン化合物を含有する実施例1-8,13,14の方が、非水電解質に硫黄含有イミド化合物を含有する実施例9-12よりもガス発生と抵抗上昇の抑制効果に優れている傾向があることがわかる。 Comparing Examples 1 to 14, which have the same composition of positive and negative electrode active materials, it can be seen that Examples 1-8, 13, and 14, which contain a sultone compound in the non-aqueous electrolyte, tend to be more effective at suppressing gas generation and resistance increase than Examples 9-12, which contain a sulfur-containing imide compound in the non-aqueous electrolyte.
また、実施例15-27に示す通り、正極活物質または負極活物質を実施例1とは異なるもの、例えば、正極活物質をスピネル構造を有するリチウムマンガン複合酸化物、オリビン構造を有するリチウムリン酸化物、リチウムコバルト複合酸化物等に変更したり、あるいは負極活物質をスピネル構造を有するチタン酸リチウム、炭素材料、直方晶型チタン複合酸化物、単斜晶型二酸化チタンなどに変更しても、ガス発生と抵抗上昇の抑制効果が得られる。 Furthermore, as shown in Examples 15-27, the effect of suppressing gas generation and resistance increase can be achieved even when the positive electrode active material or negative electrode active material is different from that used in Example 1. For example, the positive electrode active material is changed to a lithium manganese composite oxide having a spinel structure, a lithium phosphate oxide having an olivine structure, a lithium cobalt composite oxide, etc., or the negative electrode active material is changed to lithium titanate having a spinel structure, a carbon material, an orthorhombic titanium composite oxide, a monoclinic titanium dioxide, etc.
これらの少なくとも一つの実施形態又は実施例の二次電池によれば、(1)式(1×10-6≦E/A≦9×10-4 ) を満たすため、高温下でのガス発生量と抵抗上昇を抑制することができ、高温においても優れた寿命性能を実現することができる。
(実施例28)
<電極群の作製>
実施例1で説明したのと同様な方法で電極群を準備した。
<電極群の収納>
実施例1で説明したのと同様な方法で行った。
<液状非水電解質の調製>
プロピレンカーボネート(PC)及びジエチルカーボネート(DEC)の混合溶媒(体積比率1:2)に、電解質としてLiPF6を1mol/Lの濃度で溶解させた。硫黄含有化合物として1,3-プロパンスルトン(PS)とプロパンスルホン酸エチルを用意した。これらをそれぞれの非水電解質中の濃度が1.5重量%となるように溶解させた。かくして、液状非水電解質(非水電解液)を得た。非水電解質の調製は、アルゴンボックス内で実施した。
<電池の作製>
実施例1で説明したのと同様な方法で行った。
<初充電>
実施例1で説明したのと同様な方法で行った。
<初回放電>
実施例1で説明したのと同様な方法で行った。
<後処理>
次に、第1封止済み電池を、25℃の環境下で3Vの電圧に達するまで、0.2Cの定電流(CC)で充電した。次いで、第1封止済み電池を、電流値が1/20Cとなるまで3Vの定電圧(CV)で充電した。すなわち、第1封止済み電池を定電流定電圧(CCCV)充電に供した。その結果、第1封止済み電池のSOCは(100%)であった。この第1封止済み電池を80℃の恒温槽に入れ、24時間保持することでエージングを実施した。その後、アルゴンボックス中に第1封止済み電池を入れ、外装部材の封止部の1箇所を図5を参照して説明した方法で切断して外装部材内のガスを抜いた。次いで、切断により開放した端部をヒートシールで封止して第2封止を行った。こうして、実施例28に係る二次電池を作製した。
(実施例29)
以下に説明する液状非水電解質を用いること以外は、実施例28と同様にして二次電池を製造した。プロピレンカーボネート(PC)及びメチルエチルカーボネート(MEC)の混合溶媒(体積比率1:2)に、電解質としてLiPF6を1mol/Lの濃度で溶解させた。硫黄含有化合物として1,3-プロパンスルトン(PS)とプロパンスルホン酸メチルを用意した。これらをそれぞれの非水電解質中の濃度が1.5重量%となるように溶解させた。かくして、液状非水電解質(非水電解液)を得た。
(実施例30)
以下に説明する液状非水電解質を用いること以外は、実施例28と同様にして二次電池を製造した。プロピレンカーボネート(PC)及びジエチルカーボネート(DEC)の混合溶媒(体積比率1:2)に、電解質としてLiPF6を1mol/Lの濃度で溶解させた。硫黄含有化合物として、1,3-プロパンスルトン(PS)とプロパンスルホン酸プロピルを用意した。これらをそれぞれの非水電解質中の濃度が1.5重量%となるように溶解させた。かくして、液状非水電解質(非水電解液)を得た。
(実施例31~33)
以下を除いて実施例1と同様にして二次電池を製造した。1回目に注液する液状非水電解質の組成を表9に示す通りに変更した。後処理におけるエージング条件を120℃の温度で24時間実施に変更した。後処理で添加する液状非水電解質の組成を表11に示す通りに変更した。
(実施例34)
正極活物質に、実施例15で用いたのと同様な種類の正極活物質を用いること以外は、実施例28と同様にして二次電池を製造した。
(実施例35)
以下を除いて実施例28と同様にして二次電池を製造した。正極活物質に、実施例16で用いたのと同様な種類の正極活物質を用いた。また、液状非水電解質の組成を表10に示す通りに変更した。
(実施例36)
正極活物質に、実施例18で用いたのと同様な種類の正極活物質を用いること以外は、実施例28と同様にして二次電池を製造した。
(実施例37)
正極活物質に、実施例19で用いたのと同様な種類の正極活物質を用いること以外は、実施例28と同様にして二次電池を製造した。
(実施例38)
正極活物質に、実施例20で用いたのと同様な種類の正極活物質を用いること以外は、実施例28と同様にして二次電池を製造した。
(実施例39)
<電極群の作製>
実施例21で説明したのと同様な方法で電極群を準備した。
<電極群の収納>
実施例21で説明したのと同様な方法で行った。
<液状非水電解質の調製>
プロピレンカーボネート(PC)及びジエチルカーボネート(DEC)の混合溶媒(体積比率1:2)に、電解質としてLiPF6を1mol/Lの濃度で溶解させた。硫黄含有化合物として、1,3-プロパンスルトン(PS)とプロパンスルホン酸エチルを用意した。これらをそれぞれの非水電解質中の濃度が1.5重量%となるように溶解させた。かくして、液状非水電解質(非水電解液)を得た。非水電解質の調製は、アルゴンボックス内で実施した。
<電池の作製>
実施例21で説明したのと同様な方法で行った。
According to at least one of these embodiments or examples of the secondary battery, the following formula (1) (1×10 −6 ≦E/A≦9×10 −4 ) is satisfied: Since these satisfy the above requirements, it is possible to suppress the amount of gas generated and the increase in resistance at high temperatures, and it is possible to achieve excellent life performance even at high temperatures.
(Example 28)
<Preparation of electrode group>
An electrode group was prepared in the same manner as described in Example 1.
<Storage of electrode group>
The procedure was the same as that described in Example 1.
<Preparation of Liquid Non-Aqueous Electrolyte>
LiPF6 was dissolved as an electrolyte at a concentration of 1 mol/L in a mixed solvent of propylene carbonate (PC) and diethyl carbonate (DEC) (volume ratio 1:2). 1,3-propane sultone (PS) and ethyl propanesulfonate were prepared as sulfur-containing compounds. These were dissolved in the nonaqueous electrolyte to a concentration of 1.5 wt %. Thus, a liquid nonaqueous electrolyte (nonaqueous electrolyte solution) was obtained. The nonaqueous electrolyte was prepared in an argon box.
<Battery construction>
The procedure was the same as that described in Example 1.
<First charge>
The procedure was the same as that described in Example 1.
<First discharge>
The procedure was the same as that described in Example 1.
<Post-processing>
Next, the first sealed battery was charged at a constant current (CC) of 0.2 C in an environment of 25°C until a voltage of 3 V was reached. The first sealed battery was then charged at a constant voltage (CV) of 3 V until the current value reached 1/20 C. That is, the first sealed battery was subjected to constant current/constant voltage (CCCV) charging. As a result, the SOC of the first sealed battery was (100%). This first sealed battery was placed in a thermostatic chamber at 80°C and aged for 24 hours. Thereafter, the first sealed battery was placed in an argon box, and one location of the sealed portion of the exterior member was cut using the method described with reference to FIG. 5 to release the gas inside the exterior member. Next, the end opened by the cut was sealed with a heat seal to perform a second sealing. In this manner, a secondary battery according to Example 28 was fabricated.
(Example 29)
A secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 28, except for using a liquid nonaqueous electrolyte described below. LiPF6 was dissolved as the electrolyte at a concentration of 1 mol/L in a mixed solvent of propylene carbonate (PC) and methyl ethyl carbonate (MEC) (volume ratio 1:2). 1,3-propane sultone (PS) and methyl propanesulfonate were prepared as sulfur-containing compounds. These were each dissolved in the nonaqueous electrolyte to a concentration of 1.5 wt %. Thus, a liquid nonaqueous electrolyte (nonaqueous electrolyte solution) was obtained.
(Example 30)
A secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 28, except for using a liquid nonaqueous electrolyte described below. LiPF6 was dissolved as the electrolyte at a concentration of 1 mol/L in a mixed solvent of propylene carbonate (PC) and diethyl carbonate (DEC) (volume ratio 1:2). 1,3-propane sultone (PS) and propyl propanesulfonate were prepared as sulfur-containing compounds. These were each dissolved in the nonaqueous electrolyte to a concentration of 1.5 wt %. Thus, a liquid nonaqueous electrolyte (nonaqueous electrolyte solution) was obtained.
(Examples 31 to 33)
Secondary batteries were manufactured in the same manner as in Example 1, with the following exceptions: The composition of the liquid nonaqueous electrolyte injected the first time was changed as shown in Table 9; the aging conditions in the post-treatment were changed to a temperature of 120°C for 24 hours; and the composition of the liquid nonaqueous electrolyte added in the post-treatment was changed as shown in Table 11.
(Example 34)
A secondary battery was produced in the same manner as in Example 28, except that the same type of positive electrode active material as used in Example 15 was used as the positive electrode active material.
(Example 35)
A secondary battery was produced in the same manner as in Example 28, with the following exceptions: The same type of positive electrode active material as used in Example 16 was used as the positive electrode active material, and the composition of the liquid nonaqueous electrolyte was changed as shown in Table 10.
(Example 36)
A secondary battery was produced in the same manner as in Example 28, except that the same type of positive electrode active material as used in Example 18 was used as the positive electrode active material.
(Example 37)
A secondary battery was produced in the same manner as in Example 28, except that the same type of positive electrode active material as used in Example 19 was used as the positive electrode active material.
(Example 38)
A secondary battery was produced in the same manner as in Example 28, except that the same type of positive electrode active material as used in Example 20 was used as the positive electrode active material.
(Example 39)
<Preparation of electrode group>
An electrode group was prepared in the same manner as described in Example 21.
<Storage of electrode group>
The procedure was the same as that described in Example 21.
<Preparation of Liquid Non-Aqueous Electrolyte>
LiPF6 was dissolved as an electrolyte at a concentration of 1 mol/L in a mixed solvent of propylene carbonate (PC) and diethyl carbonate (DEC) (volume ratio 1:2). 1,3-propane sultone (PS) and ethyl propanesulfonate were prepared as sulfur-containing compounds. These were dissolved in the nonaqueous electrolyte to a concentration of 1.5 wt %. Thus, a liquid nonaqueous electrolyte (nonaqueous electrolyte solution) was obtained. The nonaqueous electrolyte was prepared in an argon box.
<Battery construction>
The procedure was the same as that described in Example 21.
<初充電>
実施例21で説明したのと同様な方法で行った。
<初回放電>
実施例21で説明したのと同様な方法で行った。
<後処理>
次に、第1封止済み電池を、25℃の環境下で3.7Vの電圧に達するまで、0.2Cの定電流(CC)で充電した。次いで、第1封止済み電池を、電流値が1/20Cとなるまで3.7Vの定電圧(CV)で充電した。すなわち、第1封止済み電池を定電流定電圧(CCCV)充電に供した。その結果、第1封止済み電池のSOCは(100%)であった。この第1封止済み電池を80℃の恒温槽に入れ、24時間保持することでエージングを実施した。その後、アルゴンボックス中に第1封止済み電池を入れ、外装部材の封止部の1箇所を図5を参照して説明した方法で切断して外装部材内のガスを抜いた。次いで、切断により開放した端部をヒートシールで第2封止した。こうして、実施例39に係る二次電池を作製した。
(実施例40)
正極活物質に、実施例22で用いたのと同様な種類の正極活物質を用いること以外は、実施例28と同様にして二次電池を製造した。
(実施例41)
正極活物質に、実施例23で用いたのと同様な種類の正極活物質を用いること以外は、実施例28と同様にして二次電池を製造した。
(実施例42)
負極活物質に、実施例24で用いたのと同様な種類の負極活物質を用いること以外は、実施例28と同様にして二次電池を製造した。
(実施例43)
<電極群の作製>
実施例25で説明したのと同様な方法で電極群を準備した。
<電極群の収納>
実施例25で説明したのと同様な方法で行った。
<液状非水電解質の調製>
プロピレンカーボネート(PC)及びジエチルカーボネート(DEC)の混合溶媒(体積比率1:2)に、電解質としてLiPF6を1mol/Lの濃度で溶解させた。硫黄含有化合物として、1,3-プロパンスルトン(PS)とプロパンスルホン酸エチルを用意した。これらをそれぞれの非水電解質中の濃度が1.5重量%となるように溶解させた。かくして、液状非水電解質(非水電解液)を得た。非水電解質の調製は、アルゴンボックス内で実施した。
<電池の作製>
実施例25で説明したのと同様な方法で行った。
<First charge>
The procedure was the same as that described in Example 21.
<First discharge>
The procedure was the same as that described in Example 21.
<Post-processing>
Next, the first sealed battery was charged at a constant current (CC) of 0.2 C in an environment of 25°C until a voltage of 3.7 V was reached. The first sealed battery was then charged at a constant voltage (CV) of 3.7 V until the current value reached 1/20 C. That is, the first sealed battery was subjected to constant current/constant voltage (CCCV) charging. As a result, the SOC of the first sealed battery was (100%). This first sealed battery was placed in a thermostatic chamber at 80°C and aged for 24 hours. The first sealed battery was then placed in an argon box, and one location on the sealed portion of the exterior member was cut using the method described with reference to Figure 5 to release the gas inside the exterior member. Next, the end opened by the cut was secondarily sealed with heat sealing. In this manner, a secondary battery according to Example 39 was fabricated.
(Example 40)
A secondary battery was produced in the same manner as in Example 28, except that the same type of positive electrode active material as used in Example 22 was used as the positive electrode active material.
(Example 41)
A secondary battery was produced in the same manner as in Example 28, except that the same type of positive electrode active material as used in Example 23 was used as the positive electrode active material.
(Example 42)
A secondary battery was produced in the same manner as in Example 28, except that the same type of negative electrode active material as used in Example 24 was used as the negative electrode active material.
(Example 43)
<Preparation of electrode group>
An electrode group was prepared in the same manner as described in Example 25.
<Storage of electrode group>
The procedure was the same as that described in Example 25.
<Preparation of Liquid Non-Aqueous Electrolyte>
LiPF6 was dissolved as an electrolyte at a concentration of 1 mol/L in a mixed solvent of propylene carbonate (PC) and diethyl carbonate (DEC) (volume ratio 1:2). 1,3-propane sultone (PS) and ethyl propanesulfonate were prepared as sulfur-containing compounds. These were dissolved in the nonaqueous electrolyte to a concentration of 1.5 wt %. Thus, a liquid nonaqueous electrolyte (nonaqueous electrolyte solution) was obtained. The nonaqueous electrolyte was prepared in an argon box.
<Battery construction>
The procedure was the same as that described in Example 25.
<初充電>
実施例25で説明したのと同様な方法で行った。
<初回放電>
実施例25で説明したのと同様な方法で行った。
<後処理>
次に、第1封止済み電池を、25℃の環境下で4.15Vの電圧に達するまで、0.2Cの定電流(CC)で充電した。次いで、第1封止済み電池を、電流値が1/20Cとなるまで4.15Vの定電圧(CV)で充電した。すなわち、第1封止済み電池を定電流定電圧(CCCV)充電に供した。その結果、第1封止済み電池のSOCは(100%)であった。この第1封止済み電池を80℃の恒温槽に入れ、24時間保持することでエージングを実施した。その後、アルゴンボックス中に第1封止済み電池を入れ、外装部材の封止部の1箇所を図5を参照して説明した方法で切断して外装部材内のガスを抜いた。次いで、切断により開放した端部をヒートシールで第2封止した。こうして、実施例43に係る二次電池を作製した。
(実施例44)
負極活物質に、実施例26で用いたのと同様な種類の負極活物質を用いること以外は、実施例28と同様にして二次電池を製造した。
(実施例45)
負極活物質に、実施例27で用いたのと同様な種類の負極活物質を用いること以外は、実施例28と同様にして二次電池を製造した。
<First charge>
The procedure was the same as that described in Example 25.
<First discharge>
The procedure was the same as that described in Example 25.
<Post-processing>
Next, the first sealed battery was charged at a constant current (CC) of 0.2 C in an environment of 25°C until a voltage of 4.15 V was reached. The first sealed battery was then charged at a constant voltage (CV) of 4.15 V until the current value reached 1/20 C. That is, the first sealed battery was subjected to constant current/constant voltage (CCCV) charging. As a result, the SOC of the first sealed battery was (100%). This first sealed battery was placed in a thermostatic chamber at 80°C and aged for 24 hours. The first sealed battery was then placed in an argon box, and one location on the sealed portion of the exterior member was cut using the method described with reference to Figure 5 to release the gas inside the exterior member. Next, the end opened by the cut was secondarily sealed with heat sealing. In this manner, the secondary battery of Example 43 was fabricated.
(Example 44)
A secondary battery was produced in the same manner as in Example 28, except that the same type of negative electrode active material as used in Example 26 was used as the negative electrode active material.
(Example 45)
A secondary battery was produced in the same manner as in Example 28, except that the same type of negative electrode active material as used in Example 27 was used as the negative electrode active material.
実施例28~45のE/A、E/D、正極の硫黄含有層の単位体積あたりの硫黄原子の質量A(g/m3)、負極の硫黄含有層の単位体積あたりの硫黄原子の質量D(g/m3)、非水電解質の硫黄含有化合物の濃度E(mol/L)を、表11に示す。非水電解質の硫黄含有化合物の濃度E(mol/L)は、非水電解質量として6.25*10-3Lを使用して算出した結果である。
<貯蔵試験と直流(DC:Direct Current)抵抗測定>
実施例39の二次電池に対しては、実施例21で説明したのと同様な条件でこれらの測定を行った。また、実施例43の二次電池に対しては、実施例25で説明したのと同様な条件でこれらの測定を行った。
Table 11 shows the E/A, E/D, the mass A (g/m 3 ) of sulfur atoms per unit volume of the sulfur-containing layer of the positive electrode, the mass D (g/m 3 ) of sulfur atoms per unit volume of the sulfur-containing layer of the negative electrode, and the concentration E (mol/L) of the sulfur-containing compound in the non-aqueous electrolyte for Examples 28 to 45. The concentration E (mol/L) of the sulfur-containing compound in the non-aqueous electrolyte was calculated using 6.25*10 −3 L as the amount of non-aqueous electrolyte.
<Storage test and DC (Direct Current) resistance measurement>
For the secondary battery of Example 39, these measurements were performed under the same conditions as those described in Example 21. For the secondary battery of Example 43, these measurements were performed under the same conditions as those described in Example 25.
実施例39、43を除く実施例28~38、40~42、44,45に対しては、実施例21と実施例25以外の対象に対して実施したのと同様な条件でこれらの測定を行った。これらの結果を、表12に示す。
<150日後ガス発生量の測定>
実施例1~45に対し、恒温槽での保存期間を90日から150日に延長すること以外は、前述したのと同様な条件で貯蔵試験を実施し、その結果を表7、表8、表12に示す。
<面積値Bの測定>
実施例28~45の二次電池の非水電解質に対し、前述した条件でGCMS測定を行い、ピーク面積値Aを10とした場合のピーク面積値Bを求め、ピーク面積値Bを表12に示す。実施例28の非水電解質のトータルイオンクロマトグラム(TIC)を図10に示す。図11に、図10のTICにおけるピークP1付近の拡大図を示す。また、図12に、図10のTICの7~9Time/min付近の拡大図を示す。
For Examples 28 to 38, 40 to 42, 44, and 45, excluding Examples 39 and 43, these measurements were carried out under the same conditions as those carried out for the subjects other than Examples 21 and 25. These results are shown in Table 12.
<Measurement of gas generation amount after 150 days>
For Examples 1 to 45, a storage test was carried out under the same conditions as described above, except that the storage period in the thermostatic chamber was extended from 90 days to 150 days. The results are shown in Tables 7, 8, and 12.
<Measurement of area value B>
The nonaqueous electrolytes of the secondary batteries of Examples 28 to 45 were subjected to GCMS measurement under the conditions described above, and the peak area value B was determined when the peak area value A was set to 10. The peak area value B is shown in Table 12. The total ion chromatogram (TIC) of the nonaqueous electrolyte of Example 28 is shown in FIG. 10. FIG. 11 shows an enlarged view of the vicinity of peak P1 in the TIC of FIG. 10. Furthermore, FIG. 12 shows an enlarged view of the vicinity of 7 to 9 Time/min in the TIC of FIG. 10.
図10に示すTICは、縦軸がIntensity/a.u.(ピーク強度 任意単位)で、横軸がTime/min(保持時間)である。ピークP1は、プロパンスルトンに由来する。また、図12に示す、7~9Time/min付近に表れたピークP2は、プロパンスルホン酸エチルに由来する。一方、図10に示す、5~7Time/minの間に位置するピークP3は、プロピレンカーボネートに由来する。また、図10に示す、5Time/minより小さい範囲に位置するピークP4は、ジエチルカーボネートに由来する。なお、実施例31-33の非水電解質に対するGCMS測定の結果、以下のことを確認できた。実施例31はプロパンスルホン酸エチルを含有していた。実施例32はプロパンスルホン酸メチルを含有していた。実施例33はプロパンスルホン酸プロピルを含有していた。実施例31-33以外の実施例については、GCMS測定の結果、表9と表10に記載した通りの種類のプロパンスルホン酸エステルを含有していたことを確認した。 In the TIC shown in Figure 10, the vertical axis is Intensity/au (arbitrary unit of peak intensity) and the horizontal axis is Time/min (retention time). Peak P1 is derived from propane sultone. Peak P2 , which appears around 7 to 9 Time/min in Figure 12, is derived from ethyl propanesulfonate. Peak P3 , which appears between 5 and 7 Time/min in Figure 10, is derived from propylene carbonate. Peak P4 , which appears in the range less than 5 Time/min in Figure 10, is derived from diethyl carbonate. The results of GCMS measurements of the nonaqueous electrolytes of Examples 31-33 confirmed the following: Example 31 contained ethyl propanesulfonate; Example 32 contained methyl propanesulfonate; and Example 33 contained propyl propanesulfonate. As for Examples other than Examples 31 to 33, it was confirmed by GCMS measurement that the types of propanesulfonate esters listed in Tables 9 and 10 were contained.
表7~表12の結果から、以下のことがわかった。実施例28-45の二次電池は、90日間貯蔵後のガス発生量、150日間貯蔵後のガス発生量が少なく、抵抗上昇率が低かった。実施例28-45の150日間貯蔵後のガス発生量と、実施例1-27の150日間貯蔵後のガス発生量を比較すると、実施例28-45の方が低かった。実施例28-45は、非水電解質にプロパンスルホン酸エステルを含むためである。 The results in Tables 7 to 12 reveal the following: The secondary batteries of Examples 28-45 generated less gas after 90 days of storage and after 150 days of storage, and had a low rate of increase in resistance. Comparing the amount of gas generated after 150 days of storage in Examples 28-45 and in Examples 1-27, the amount of gas generated after 150 days of storage in Examples 28-45 was lower. This is because Examples 28-45 contain a propanesulfonic acid ester in the non-aqueous electrolyte.
また、実施例34-45に示す通り、正極活物質または負極活物質を実施例28とは異なるもの、例えば、正極活物質をスピネル構造を有するリチウムマンガン複合酸化物、オリビン構造を有するリチウムリン酸化物、リチウムコバルト複合酸化物等に変更したり、あるいは負極活物質をスピネル構造を有するチタン酸リチウム、炭素材料、直方晶型チタン複合酸化物、単斜晶型二酸化チタンなどに変更しても、ガス発生と抵抗上昇の抑制効果が得られる。 Furthermore, as shown in Examples 34-45, the effect of suppressing gas generation and resistance increase can be achieved even when the positive electrode active material or negative electrode active material is different from that of Example 28. For example, the positive electrode active material is changed to a lithium manganese composite oxide having a spinel structure, a lithium phosphate oxide having an olivine structure, a lithium cobalt composite oxide, etc., or the negative electrode active material is changed to lithium titanate having a spinel structure, a carbon material, an orthorhombic titanium composite oxide, a monoclinic titanium dioxide, etc.
なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 While several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments may be embodied in a variety of other forms, and various omissions, substitutions, and modifications may be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their variations are within the scope and spirit of the invention, and are also included in the scope of the invention and its equivalents as set forth in the claims.
出願当初の実施形態発明を付記する。
[1]
正極と、負極と、非水電解質とを含み、
前記正極は、正極活物質含有層と、前記正極活物質含有層の少なくとも一部に形成される硫黄含有層とを含み、
前記非水電解質は、硫黄含有イミド化合物及びスルトン化合物のうちの少なくとも1種からなる硫黄含有化合物を含み、
下記(1)式を満たす、二次電池。
The original embodiment of the invention as filed is appended below.
[1]
a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte;
the positive electrode includes a positive electrode active material-containing layer and a sulfur-containing layer formed on at least a portion of the positive electrode active material-containing layer,
the non-aqueous electrolyte contains a sulfur-containing compound consisting of at least one of a sulfur-containing imide compound and a sultone compound;
A secondary battery that satisfies the following formula (1):
1×10-9≦E/A≦9×10-7 (1)
(1)式において、Aは前記正極の前記硫黄含有層の単位体積あたりの硫黄原子の質量(g/m3)で、Eは前記非水電解質中の前記硫黄含有化合物の濃度(mol/L)。
[2]
前記Aは、0(g/m3)より大きく3500(g/m3)以下の範囲にある、[1]に記載の二次電池。
[3]
前記Eは、0(mol/L)より大きく4.5×10-4(mol/L)以下の範囲にある、[1]または[2]に記載の二次電池。
[4]
前記負極は、負極活物質含有層と、前記負極活物質含有層の少なくとも一部に形成される硫黄含有層とを含み、
下記(2)式を満たす、[1]~[3]のいずれかに記載の二次電池。
1×10 −9 ≦E/A≦9×10 −7 (1)
In formula (1), A is the mass (g/m 3 ) of sulfur atoms per unit volume of the sulfur-containing layer of the positive electrode, and E is the concentration (mol/L) of the sulfur-containing compound in the non-aqueous electrolyte.
[2]
The secondary battery according to [1], wherein A is in the range of more than 0 (g/m 3 ) and not more than 3500 (g/m 3 ).
[3]
The secondary battery according to [1] or [2], wherein E is in the range of more than 0 (mol/L) and not more than 4.5×10 −4 (mol/L).
[4]
the negative electrode includes a negative electrode active material-containing layer and a sulfur-containing layer formed on at least a portion of the negative electrode active material-containing layer,
The secondary battery according to any one of [1] to [3], which satisfies the following formula (2):
2×10-9≦E/D≦3×10-7 (2)
(2)式において、Dは前記負極の前記硫黄含有層の単位体積あたりの硫黄原子の質量(g/m3)で、Eは前記非水電解質中の前記硫黄含有化合物の濃度(mol/L)。
[5]
前記Dは、0(g/m3)より大きく6600(g/m3)以下の範囲にある、[4]に記載の二次電池。
[6]
前記負極活物質含有層は、一般式LixTi1-yM1yNb2-zM2zO7+δで表されるニオブチタン複合酸化物、及び、一般式LixTi1-yM3y+zNb2-zO7-δで表されるニオブチタン複合酸化物からなる群より選択される少なくとも1種を含み、
前記M1は、Zr,Si,及びSnからなる群より選択される少なくとも1つであり、前記M2は、V,Ta,及びBiからなる群より選択される少なくとも1つであり、前記M3は、Mg,Fe,Ni,Co,W,Ta,及びMoからなる群より選択される少なくとも1つであり、前記xは0≦x≦5を満たし、前記yは0≦y<1を満たし、前記zは0≦z<2を満たし、前記δは-0.3≦δ≦0.3を満たす、[4]~[5]の何れかに記載の二次電池。
[7]
[1]~[6]のいずれか1項に記載の二次電池を一つまたは二以上含む、電池パック。
[8]
通電用の外部端子と、
保護回路とをさらに含む[7]に記載の電池パック。
[9]
前記二次電池を二以上具備し、前記二以上の二次電池が、直列、並列、又は直列及び並列を組み合わせて電気的に接続されている、[7]または[8]に記載の電池パック。[10]
[7]~[9]のいずれか1項に記載の電池パックを搭載した車両。
[11]
前記車両の運動エネルギーを回生エネルギーに変換する機構を含む、[10]に記載の車両。
<1>
正極と、負極と、非水電解質とを含み、
前記正極は、正極活物質含有層と、前記正極活物質含有層の少なくとも一部に形成される硫黄含有層とを含み、
前記非水電解質は、硫黄含有イミド化合物及びスルトン化合物のうちの少なくとも1種からなるか、硫黄含有イミド化合物、スルトン化合物及びプロパンスルホン酸エステルのうちの少なくとも1種からなる硫黄含有化合物を含み、
下記(1)式を満たす、二次電池。
1×10
-6
≦E/A≦9×10
-4
(1)
(1)式において、Aは前記正極の前記硫黄含有層の単位体積あたりの硫黄原子の質量(g/m
3
)で、Eは前記非水電解質中の前記硫黄含有化合物の濃度(mol/L)。
<2>
前記Aは、0(g/m
3
)より大きく3500(g/m
3
)以下の範囲にある、<1>に記載の二次電池。
<3>
前記Eは、0(mol/L)より大きく4.5×10
-1
(mol/L)以下の範囲にある、<1>または<2>に記載の二次電池。
<4>
前記負極は、負極活物質含有層と、前記負極活物質含有層の少なくとも一部に形成される硫黄含有層とを含み、
下記(2)式を満たす、<1>または<2>に記載の二次電池。
2×10
-6
≦E/D≦3×10
-4
(2)
(2)式において、Dは前記負極の前記硫黄含有層の単位体積あたりの硫黄原子の質量(g/m
3
)で、Eは前記非水電解質中の前記硫黄含有化合物の濃度(mol/L)。
<5>
前記Dは、0(g/m
3
)より大きく6600(g/m
3
)以下の範囲にある、<4>に記載の二次電池。
<6>
前記負極活物質含有層は、一般式Li
x
Ti
1-y
M1
y
Nb
2-z
M2
z
O
7+δ
で表されるニオブチタン複合酸化物、及び、一般式Li
x
Ti
1-y
M3
y+z
Nb
2-z
O
7-δ
で表されるニオブチタン複合酸化物からなる群より選択される少なくとも1種を含み、
前記M1は、Zr,Si,及びSnからなる群より選択される少なくとも1つであり、前記M2は、V,Ta,及びBiからなる群より選択される少なくとも1つであり、前記M3は、Mg,Fe,Ni,Co,W,Ta,及びMoからなる群より選択される少なくとも1つであり、前記xは0≦x≦5を満たし、前記yは0≦y<1を満たし、前記zは0≦z<2を満たし、前記δは-0.3≦δ≦0.3を満たす、<4>に記載の二次電池。
<7>
前記非水電解質の前記硫黄含有化合物は、前記プロパンスルホン酸エステル及び前記スルトン化合物を含む、<1>または<2>に記載の二次電池。
<8>
前記プロパンスルホン酸エステルは、プロパンスルホン酸メチル、プロパンスルホン酸エチル及びプロパンスルホン酸プロピルよりなる群から選択される少なくとも1種である、<1>または<2>に記載の二次電池。
<9>
前記非水電解質のガスクロマトグラフィー-重量分析によるトータルイオンクロマトグラムにおいて、前記スルトン化合物のピーク面積値Aを10とした際に、前記プロパンスルホン酸エステルのピーク面積値Bが0.01以上40以下である、<7>に記載の二次電池。
<10>
<1>または<2>に記載の二次電池を一つまたは二以上含む、電池パック。
<11>
通電用の外部端子と、
保護回路とをさらに含む<10>に記載の電池パック。
<12>
前記二次電池を二以上具備し、前記二以上の二次電池が、直列、並列、又は直列及び並列を組み合わせて電気的に接続されている、<10>に記載の電池パック。
<13>
<10>に記載の電池パックを搭載した車両。
<14>
前記車両の運動エネルギーを回生エネルギーに変換する機構を含む、<13>に記載の車両。
2× 10 ≦E/D≦3× 10 (2)
In formula (2), D is the mass (g/m 3 ) of sulfur atoms per unit volume of the sulfur-containing layer of the negative electrode, and E is the concentration (mol/L) of the sulfur-containing compound in the non-aqueous electrolyte.
[5]
The secondary battery according to [4], wherein D is in the range of more than 0 (g/m 3 ) and not more than 6600 (g/m 3 ).
[6]
the negative electrode active material-containing layer contains at least one selected from the group consisting of niobium titanium composite oxides represented by the general formula Li x Ti 1 - y M1 y Nb 2-z M2 z O 7+δ and niobium titanium composite oxides represented by the general formula Li x Ti 1-y M3 y+z Nb 2-z O 7-δ ;
The secondary battery according to any one of [4] to [5], wherein M1 is at least one selected from the group consisting of Zr, Si, and Sn, M2 is at least one selected from the group consisting of V, Ta, and Bi, M3 is at least one selected from the group consisting of Mg, Fe, Ni, Co, W, Ta, and Mo, x satisfies 0≦x≦5, y satisfies 0≦y<1, z satisfies 0≦z<2, and δ satisfies −0.3≦δ≦0.3.
[7]
A battery pack including one or more secondary batteries according to any one of [1] to [6].
[8]
An external terminal for applying current;
The battery pack according to [7], further comprising a protection circuit.
[9]
The battery pack according to [7] or [8], which includes two or more of the secondary batteries, and the two or more secondary batteries are electrically connected in series, in parallel, or in a combination of series and parallel. [10]
A vehicle equipped with the battery pack according to any one of [7] to [9].
[11]
The vehicle according to [10], further comprising a mechanism for converting kinetic energy of the vehicle into regenerative energy.
<1>
a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte;
the positive electrode includes a positive electrode active material-containing layer and a sulfur-containing layer formed on at least a portion of the positive electrode active material-containing layer,
the non-aqueous electrolyte contains a sulfur-containing compound consisting of at least one of a sulfur-containing imide compound and a sultone compound, or at least one of a sulfur-containing imide compound, a sultone compound, and a propanesulfonic acid ester;
A secondary battery that satisfies the following formula (1):
1×10 −6 ≦E/A≦9×10 −4 (1)
In formula (1), A is the mass (g/m 3 ) of sulfur atoms per unit volume of the sulfur-containing layer of the positive electrode , and E is the concentration (mol/L) of the sulfur-containing compound in the non-aqueous electrolyte.
<2>
The secondary battery according to <1>, wherein A is in the range of more than 0 (g/m 3 ) and not more than 3500 (g/m 3 ).
<3>
The secondary battery according to <1> or <2>, wherein E is in the range of more than 0 (mol/L) and not more than 4.5×10 −1 (mol/L).
<4>
the negative electrode includes a negative electrode active material-containing layer and a sulfur-containing layer formed on at least a portion of the negative electrode active material-containing layer,
The secondary battery according to <1> or <2>, which satisfies the following formula (2):
2×10 −6 ≦E/D≦3×10 −4 (2)
In formula (2), D is the mass (g/m 3 ) of sulfur atoms per unit volume of the sulfur-containing layer of the negative electrode , and E is the concentration (mol/L) of the sulfur-containing compound in the non-aqueous electrolyte.
<5>
The secondary battery according to <4>, wherein D is in the range of more than 0 (g/m 3 ) and not more than 6600 (g/m 3 ).
<6>
the negative electrode active material-containing layer contains at least one selected from the group consisting of niobium titanium composite oxides represented by the general formula Li x Ti 1 - y M1 y Nb 2 -z M2 z O 7+δ and niobium titanium composite oxides represented by the general formula Li x Ti 1-y M3 y+z Nb 2-z O 7-δ ;
The secondary battery according to <4>, wherein M1 is at least one selected from the group consisting of Zr, Si, and Sn, M2 is at least one selected from the group consisting of V, Ta, and Bi, M3 is at least one selected from the group consisting of Mg, Fe, Ni, Co, W, Ta, and Mo, x satisfies 0≦x≦5, y satisfies 0≦y<1, z satisfies 0≦z<2, and δ satisfies −0.3≦δ≦0.3.
<7>
The secondary battery according to <1> or <2>, wherein the sulfur-containing compound of the non-aqueous electrolyte contains the propanesulfonic acid ester and the sultone compound.
<8>
The secondary battery according to <1> or <2>, wherein the propanesulfonate ester is at least one selected from the group consisting of methyl propanesulfonate, ethyl propanesulfonate, and propyl propanesulfonate.
<9>
<7> The secondary battery according to <7>, wherein, in a total ion chromatogram obtained by gas chromatography-gravimetric analysis of the nonaqueous electrolyte, when a peak area value A of the sultone compound is set to 10, a peak area value B of the propanesulfonate ester is 0.01 or more and 40 or less.
<10>
A battery pack including one or more secondary batteries according to <1> or <2>.
<11>
An external terminal for applying current;
The battery pack according to <10>, further comprising a protection circuit.
<12>
The battery pack according to <10>, comprising two or more of the secondary batteries, the two or more secondary batteries being electrically connected in series, in parallel, or in a combination of series and parallel.
<13>
A vehicle equipped with the battery pack described in <10>.
<14>
The vehicle according to <13>, further comprising a mechanism for converting kinetic energy of the vehicle into regenerative energy.
1…電極群、2…容器(外装部材)、3…正極、3a…正極集電体、3b…正極活物質含有層、4…負極、4a…負極集電体、4b…負極活物質含有層、5…セパレータ、6…正極リード、7…負極リード、8…正極集電タブ、9…負極集電タブ、10…封口板、11…絶縁部材、12…外装部材、13…負極端子、14…正極端子、30…第1封止がなされた二次電池、31…二次電池、50…電池パック、51…単位セル、53…組電池、54…プリント配線基板、55…サーミスタ、56…保護回路、57…通電用の外部端子、71…自動車、72…電池パック、300…車両、301…車両用電源、310…通信バス、311…電池管理装置、312a~c…電池パック、313a~c…組電池監視装置、314a~c…組電池、316…正極端子、317負極端子、340…インバータ、345…駆動モータ、370…外部端子、380…車両ECU、L1、L2…接続ライン、W…駆動輪。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1...electrode group, 2...container (exterior member), 3...positive electrode, 3a...positive electrode current collector, 3b...positive electrode active material-containing layer, 4...negative electrode, 4a...negative electrode current collector, 4b...negative electrode active material-containing layer, 5...separator, 6...positive electrode lead, 7...negative electrode lead, 8...positive electrode current collector tab, 9...negative electrode current collector tab, 10...sealing plate, 11...insulating member, 12...exterior member, 13...negative electrode terminal, 14...positive electrode terminal, 30...secondary battery with first sealing, 31...secondary battery, 50...battery pack, 51...unit cell, 53...battery assembly, 54...plate Lint wiring board, 55... thermistor, 56... protection circuit, 57... external terminal for current supply, 71... automobile, 72... battery pack, 300... vehicle, 301... vehicle power supply, 310... communication bus, 311... battery management device, 312a-c... battery packs, 313a-c... assembled battery monitoring device, 314a-c... assembled battery, 316... positive terminal, 317 negative terminal, 340... inverter, 345... drive motor, 370... external terminal, 380... vehicle ECU, L1, L2... connection line, W... drive wheel.
Claims (11)
前記正極は、正極活物質含有層と、前記正極活物質含有層の少なくとも一部に形成される硫黄含有層とを含み、
前記非水電解質は、硫黄含有イミド化合物及びスルトン化合物のうちの少なくとも1種からなる硫黄含有化合物を含み、
前記負極は、負極活物質含有層と、前記負極活物質含有層の少なくとも一部に形成される硫黄含有層とを含み、
前記負極活物質含有層は、一般式Li x Ti 1-y M1 y Nb 2-z M2 z O 7+δ で表されるニオブチタン複合酸化物、及び、一般式Li x Ti 1-y M3 y+z Nb 2-z O 7-δ で表されるニオブチタン複合酸化物からなる群より選択される少なくとも1種を含み、
前記M1は、Zr,Si,及びSnからなる群より選択される少なくとも1つであり、前記M2は、V,Ta,及びBiからなる群より選択される少なくとも1つであり、前記M3は、Mg,Fe,Ni,Co,W,Ta,及びMoからなる群より選択される少なくとも1つであり、前記xは0≦x≦5を満たし、前記yは0≦y<1を満たし、前記zは0≦z<2を満たし、前記δは-0.3≦δ≦0.3を満たし、
下記(1)式及び(2)式を満たす、二次電池。
1×10-6≦E/A≦9×10-4 (1)
(1)式において、Aは誘導結合プラズマ発光分析法に基づく前記正極の前記硫黄含有層の単位体積あたりの硫黄原子の質量(g/m3)で、かつ0(g/m 3 )より大きく3500(g/m 3 )以下の範囲にあり、Eは誘導結合プラズマ発光分析法に基づく前記非水電解質中の前記硫黄含有化合物の濃度(mol/L)、
2×10 -6 ≦E/D≦3×10 -4 (2)
(2)式において、Dは誘導結合プラズマ発光分析法に基づく前記負極の前記硫黄含有層の単位体積あたりの硫黄原子の質量(g/m 3 )で、Eは誘導結合プラズマ発光分析法に基づく前記非水電解質中の前記硫黄含有化合物の濃度(mol/L)。 a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte;
the positive electrode includes a positive electrode active material-containing layer and a sulfur-containing layer formed on at least a portion of the positive electrode active material-containing layer,
the non-aqueous electrolyte contains a sulfur-containing compound consisting of at least one of a sulfur- containing imide compound and a sultone compound;
the negative electrode includes a negative electrode active material-containing layer and a sulfur-containing layer formed on at least a portion of the negative electrode active material-containing layer,
the negative electrode active material-containing layer contains at least one selected from the group consisting of niobium titanium composite oxides represented by the general formula Li x Ti 1 - y M1 y Nb 2 -z M2 z O 7+δ and niobium titanium composite oxides represented by the general formula Li x Ti 1-y M3 y+z Nb 2-z O 7-δ ;
M1 is at least one selected from the group consisting of Zr, Si, and Sn, M2 is at least one selected from the group consisting of V, Ta, and Bi, M3 is at least one selected from the group consisting of Mg, Fe, Ni, Co, W, Ta, and Mo, x satisfies 0≦x≦5, y satisfies 0≦y<1, z satisfies 0≦z<2, and δ satisfies −0.3≦δ≦0.3,
A secondary battery that satisfies the following formulas (1) and (2) :
1×10 −6 ≦E/A≦9×10 −4 (1)
In formula (1), A is the mass (g/ m3 ) of sulfur atoms per unit volume of the sulfur-containing layer of the positive electrode as determined by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry, and is in the range of greater than 0 (g / m3 ) and not more than 3500 (g/m3 ) , E is the concentration (mol/L) of the sulfur-containing compound in the non-aqueous electrolyte as determined by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry ,
2×10 −6 ≦E/D≦3×10 −4 (2)
In formula (2), D is the mass (g/ m3 ) of sulfur atoms per unit volume of the sulfur-containing layer of the negative electrode as determined by inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy , and E is the concentration (mol/L) of the sulfur-containing compound in the non-aqueous electrolyte as determined by inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy .
保護回路とをさらに含む請求項7に記載の電池パック。 An external terminal for applying current;
The battery pack according to claim 7 , further comprising a protection circuit.
The vehicle of claim 10 , further comprising a mechanism for converting kinetic energy of the vehicle into regenerative energy.
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008270086A (en) | 2007-04-24 | 2008-11-06 | Hitachi Maxell Ltd | Nonaqueous electrolyte secondary battery |
| JP2015069702A (en) | 2013-09-26 | 2015-04-13 | 日産自動車株式会社 | Anode for non-aqueous electrolyte secondary battery, non-aqueous electrolyte secondary battery using the same, and method for producing the same |
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| JP2019106251A (en) | 2017-12-11 | 2019-06-27 | トヨタ自動車株式会社 | Nonaqueous electrolyte secondary battery |
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2022
- 2022-08-23 JP JP2022132777A patent/JP7822892B2/en active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008270086A (en) | 2007-04-24 | 2008-11-06 | Hitachi Maxell Ltd | Nonaqueous electrolyte secondary battery |
| JP2015069702A (en) | 2013-09-26 | 2015-04-13 | 日産自動車株式会社 | Anode for non-aqueous electrolyte secondary battery, non-aqueous electrolyte secondary battery using the same, and method for producing the same |
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| JP2019106251A (en) | 2017-12-11 | 2019-06-27 | トヨタ自動車株式会社 | Nonaqueous electrolyte secondary battery |
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