JP2013026042A - Nonaqueous electrolyte, nonaqueous electrolyte battery, battery pack using nonaqueous electrolyte battery, electronic device, electrically-operated vehicle, condenser, and electric power system - Google Patents
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Abstract
Description
本技術は、非水電解質およびそれを用いた非水電解質電池に関し、特に、電気化学的な反応による充電終止電圧抑制と、それによる放電容量の均一化が可能な非水電解質およびそれを用いた非水電解質電池に関する。また、このような非水電解質電池を用いた電池パック、電子機器、電動車両、蓄電装置および電力システムに関する。 The present technology relates to a non-aqueous electrolyte and a non-aqueous electrolyte battery using the non-aqueous electrolyte, and in particular, a non-aqueous electrolyte capable of suppressing an end-of-charge voltage by an electrochemical reaction and thereby uniforming a discharge capacity, and the same. The present invention relates to a non-aqueous electrolyte battery. In addition, the present invention relates to a battery pack, an electronic device, an electric vehicle, a power storage device, and a power system using such a nonaqueous electrolyte battery.
近年、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、携帯電話またはノートパソコン等のポータブル電子機器が広く普及しており、その小型化、軽量化および長寿命化が強く求められている。これに伴い、電源として、電池、特に小型かつ軽量で高エネルギー密度を得ることが可能な二次電池の開発が進められている。 In recent years, portable electronic devices such as a video camera, a digital still camera, a mobile phone, or a laptop computer have been widely used, and there is a strong demand for miniaturization, weight reduction, and long life. Accordingly, as a power source, development of a battery, in particular, a secondary battery that is small and lightweight and capable of obtaining a high energy density is in progress.
中でも、充放電反応にリチウムイオンの吸蔵および放出を利用するリチウムイオン二次電池や、リチウム金属の析出および溶解を利用するリチウム金属二次電池等は、大いに期待されている。鉛電池やニッケルカドミウム電池よりも高いエネルギー密度が得られるからである。 In particular, lithium ion secondary batteries that use the insertion and extraction of lithium ions for charge / discharge reactions, lithium metal secondary batteries that use precipitation and dissolution of lithium metal, and the like are highly expected. This is because an energy density higher than that of a lead battery or a nickel cadmium battery can be obtained.
ところで、リチウムイオン二次電池、あるいは、リチウム金属二次電池は、単位体積あたりのエネルギー密度が非常に高く、また、非水電解質として可燃性の有機溶媒を使用している。有機溶媒を使用した非水電解質二次電池において、安全性確保は最も重要な課題のひとつであり、中でも過充電保護は重要である。例えば、ニッケル−カドミウム電池においては、過充電の際に充電電圧が上昇すると、電解液に含まれる水の化学反応による充電エネルギーの消費により過充電防止機構が働く。それに対し、非水系であるリチウム二次電池においては、水の化学反応による充電エネルギーの消費がないため、それに代わる別の機構が必要となる。 By the way, the lithium ion secondary battery or the lithium metal secondary battery has a very high energy density per unit volume, and uses a flammable organic solvent as a non-aqueous electrolyte. In a nonaqueous electrolyte secondary battery using an organic solvent, ensuring safety is one of the most important issues, and overcharge protection is particularly important. For example, in a nickel-cadmium battery, when the charging voltage rises during overcharging, an overcharge prevention mechanism works due to the consumption of charging energy due to the chemical reaction of water contained in the electrolyte. On the other hand, a non-aqueous lithium secondary battery does not consume charging energy due to a chemical reaction of water, and requires another mechanism instead.
非水電解質電池における過充電防止機構としては、化学反応を利用する方法と電子回路を利用する方法とが提案されており、実用的には後者が主に採用されている。しかしながら、電子回路による方法では、コスト高になるばかりか、商品設計上種々の制約が生ずることになる。 As an overcharge prevention mechanism in a nonaqueous electrolyte battery, a method using a chemical reaction and a method using an electronic circuit have been proposed, and the latter is mainly used practically. However, the method using an electronic circuit not only increases the cost, but also causes various restrictions on product design.
そこで、非水電解質電池においては、化学反応を利用して過充電を防止する技術の開発が進められている。その中でも化学的過充電保護手段の一つとして、適当な酸化還元試薬を電解液に添加する方法が試みられている。この方法によれば、酸化還元試薬の反応の可逆性がよい場合には、電池内には、正負極間を往復して過充電電流を消費する保護機構が成立する。 In view of this, in non-aqueous electrolyte batteries, development of technology for preventing overcharge using a chemical reaction is underway. Among them, as one of chemical overcharge protection means, a method of adding an appropriate redox reagent to the electrolytic solution has been attempted. According to this method, when the reversibility of the oxidation-reduction reagent is good, a protection mechanism is established in the battery that reciprocates between the positive and negative electrodes and consumes an overcharge current.
このような酸化還元試薬を用いた例としては、例えば下記の特許文献1が挙げられる。特許文献1にはフッ素エステル/エーテルとシリル基を有する芳香族化合物とを用いることが記載されている。特許文献2にはニトロキシド化合物を用いることが記載されている。特許文献3にはトリフェニルアミン化合物を用いることが記載されている。特許文献4には炭酸ビニレンやスルトンとアニソール系化合物とを組み合わせて用いることが記載されている。特許文献5にはN−オキシド化合物を用いることが記載されている。特許文献6には芳香族化合物を含む循環可能な化合物を用いることが記載されている。特許文献7には酸化還元試薬を含む電解質を各々含む複数の直列接続された再充電可能なリチウムイオン電池を含むバッテリーが記載されている。 As an example using such a redox reagent, for example, the following Patent Document 1 can be cited. Patent Document 1 describes the use of a fluorine ester / ether and an aromatic compound having a silyl group. Patent Document 2 describes the use of a nitroxide compound. Patent Document 3 describes the use of a triphenylamine compound. Patent Document 4 describes using vinylene carbonate or sultone in combination with anisole compounds. Patent Document 5 describes the use of an N-oxide compound. Patent Document 6 describes the use of cyclable compounds including aromatic compounds. Patent Document 7 describes a battery including a plurality of series-connected rechargeable lithium ion batteries each including an electrolyte containing a redox reagent.
しかしながら、本発明者が上述の特許文献に記載された様な酸化還元試薬を実際のリチウムイオン電池に適用したところ、電気化学的な反応による充電終止電圧抑制と、それによる放電容量の均一化の効果が不十分であることがわかった。 However, when the present inventor applied an oxidation-reduction reagent as described in the above-mentioned patent document to an actual lithium ion battery, the end-of-charge voltage was suppressed by an electrochemical reaction, and the discharge capacity was thereby made uniform. It was found that the effect was insufficient.
本技術は、上述の問題点を解消し、電気化学的な反応による充電終止電圧抑制と、放電容量の均一化の双方を実現可能な非水電解質および非水電解質電池、ならびに非水電解質電池を用いた電池パック、電子機器、電動車両、蓄電装置および電力システムを提供することを目的とする。 The present technology provides a non-aqueous electrolyte, a non-aqueous electrolyte battery, and a non-aqueous electrolyte battery that are capable of solving the above-described problems and realizing both suppression of an end-of-charge voltage by electrochemical reaction and uniform discharge capacity. It is an object of the present invention to provide a used battery pack, electronic device, electric vehicle, power storage device, and electric power system.
上述の問題を解決するために、本技術の非水電解質は、非水溶媒と、電解質塩と、所定の電位で酸化還元反応を生じる過充電制御剤と、下記の添加化合物(1)〜添加化合物(4)から選択される少なくとも一種とを含む。
また、本技術の非水電解質電池は、正極および負極を含む電極群と、上記非水電解質とを備える。 Moreover, the nonaqueous electrolyte battery of this technique is equipped with the electrode group containing a positive electrode and a negative electrode, and the said nonaqueous electrolyte.
本技術のように、添加化合物(1)〜添加化合物(4)の少なくとも1種と、所定の電位で生じる酸化還元反応により充電時の電圧上昇を電気化学的に抑制する過充電制御剤とがともに含有された非水電解質を用いることにより、過充電時に電圧上昇を電気化学的に抑制する化合物の電極間における移動度を確保することができる。このため、充電時の電流密度に対して、化合物の反応電流を充分に大きくすることができる。 As in the present technology, there are at least one additive compound (1) to additive compound (4) and an overcharge control agent that electrochemically suppresses a voltage increase during charging by an oxidation-reduction reaction that occurs at a predetermined potential. By using the nonaqueous electrolyte contained together, the mobility between the electrodes of the compound that electrochemically suppresses the voltage increase during overcharge can be ensured. For this reason, the reaction current of the compound can be sufficiently increased with respect to the current density during charging.
さらに、本技術の電池パック、電子機器、電動車両、蓄電装置および電力システムは、上述の非水電解質電池を備えることを特徴とする。 Furthermore, the battery pack, the electronic device, the electric vehicle, the power storage device, and the power system of the present technology include the above-described nonaqueous electrolyte battery.
本技術の非水電解質は、非水電解質電池に適用することで、所定の電位で酸化還元反応を生じる化合物の電気化学的な反応による充電終止電圧抑制効果と、放電容量の均一化の双方を実現することができる。 By applying the nonaqueous electrolyte of the present technology to a nonaqueous electrolyte battery, both the effect of suppressing the end-of-charge voltage due to an electrochemical reaction of a compound that causes a redox reaction at a predetermined potential and the uniform discharge capacity are achieved. Can be realized.
以下、本技術の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、説明は、以下の順序で行う。
1.第1の実施の形態(本技術の非水電解質の例)
2.第2の実施の形態(本技術の非水電解質を用いた円筒型非水電解質電池の例)
3.第3の実施の形態(本技術の非水電解質を用いたラミネートフィルム型非水電解質電池の例)
4.第4の実施の形態(本技術の非水電解質電池を用いた電池パックの例)
5.第5の実施の形態(本技術の非水電解質電池を用いた蓄電システム等の例)
Hereinafter, embodiments of the present technology will be described with reference to the drawings. The description will be given in the following order.
1. 1st Embodiment (example of nonaqueous electrolyte of this technique)
2. Second Embodiment (Example of a cylindrical nonaqueous electrolyte battery using the nonaqueous electrolyte of the present technology)
3. Third Embodiment (Example of Laminated Film Type Nonaqueous Electrolyte Battery Using Nonaqueous Electrolyte of the Present Technology)
4). Fourth embodiment (example of battery pack using non-aqueous electrolyte battery of the present technology)
5. Fifth embodiment (an example of a power storage system using the nonaqueous electrolyte battery of the present technology)
1.第1の実施の形態
第1の実施の形態では、非水電解液およびゲル状の非水電解質(以下、ゲル電解質と適宜称する)の構成および製造方法について説明する。
1. 1st Embodiment In 1st Embodiment, the structure and manufacturing method of a nonaqueous electrolyte and a gel-like nonaqueous electrolyte (henceforth a gel electrolyte suitably) are demonstrated.
(1−1)非水電解液
第1の実施の形態は、非水電解質電池に用いる非水電解液である。非水電解液は、液体状の非水電解質である。
(1-1) Nonaqueous Electrolytic Solution The first embodiment is a nonaqueous electrolytic solution used for a nonaqueous electrolyte battery. The nonaqueous electrolytic solution is a liquid nonaqueous electrolyte.
本技術の非水電解液は、非水溶媒および電解質塩とともに、過充電時の電圧上昇を電気化学的に抑制する化合物(以下、過充電制御剤と適宜称する)を含む。また、本技術の非水電解液は、過充電制御剤の電気化学的反応による充電終止電圧の均一効果およびそれによる放電容量の均一効果を得るために、さらに本技術の化合物(以下、添加化合物と適宜称する)を含んでいる。 The nonaqueous electrolytic solution of the present technology includes a compound (hereinafter appropriately referred to as an overcharge control agent) that electrochemically suppresses a voltage increase during overcharge, together with a nonaqueous solvent and an electrolyte salt. In addition, the non-aqueous electrolyte of the present technology further includes a compound of the present technology (hereinafter referred to as an additive compound) in order to obtain a uniform effect on the end-of-charge voltage due to an electrochemical reaction of the overcharge control agent and a uniform effect on the discharge capacity. As appropriate).
[過充電制御剤]
本技術の非水電解液は、充電時の電圧上昇を電気化学的に抑制するために、過充電制御剤を必須の成分として含む。以下、過充電制御剤について説明する。
[Overcharge control agent]
The non-aqueous electrolyte of the present technology includes an overcharge control agent as an essential component in order to electrochemically suppress a voltage increase during charging. Hereinafter, the overcharge control agent will be described.
過充電制御剤は、例えば、非水電解質電池の満充電時における正極電位よりもやや高い電位で酸化還元反応を生じる材料からなる。なお、過充電制御剤の酸化還元反応が生じる電位は上記電位に限ったものではなく、過充電制御剤として満充電時における正極電位よりも低い電位で酸化還元反応を生じる材料を用いてもよい。非水電解質電池の満充電状態とは、電池電圧が充電終止電圧として設定した電圧となった状態をいう。すなわち、過充電制御剤を含有する非水電解質電池は、所定の電位を超えて過充電された場合に、正極表面の酸化活性によって過充電制御剤が酸化還元反応を生じて、非水電解質電池の電圧(正極の電位)上昇を抑制することができる。過充電制御剤は、具体的には、所定の正極電位となった場合に酸化されて負極側に拡散されるとともに、負極側で還元されて正極側に再度拡散されることを繰り返すことにより、正極と負極との間で電荷を繰り返して輸送することができる酸化可能かつ還元可能な材料である。 The overcharge control agent is made of, for example, a material that causes a redox reaction at a potential slightly higher than the positive electrode potential when the nonaqueous electrolyte battery is fully charged. Note that the potential at which the oxidation-reduction reaction of the overcharge control agent occurs is not limited to the above potential, and a material that causes the oxidation-reduction reaction at a potential lower than the positive electrode potential at the time of full charge may be used as the overcharge control agent. . The fully charged state of the nonaqueous electrolyte battery refers to a state in which the battery voltage becomes the voltage set as the end-of-charge voltage. That is, when a non-aqueous electrolyte battery containing an overcharge control agent is overcharged beyond a predetermined potential, the overcharge control agent causes an oxidation-reduction reaction due to the oxidation activity of the positive electrode surface, and the non-aqueous electrolyte battery Increase in the voltage (positive electrode potential) can be suppressed. Specifically, the overcharge control agent is oxidized and diffused to the negative electrode side when it reaches a predetermined positive electrode potential, and is repeatedly reduced and diffused to the positive electrode side on the negative electrode side, It is an oxidizable and reducible material that can repeatedly transport charges between the positive and negative electrodes.
このような過充電制御剤を用いることにより、非水電解質電池の過充電に起因する放電容量のばらつきを抑制することができる。また、過充電によって正極電位が高くなりすぎることに起因する非水電解液の分解等が抑制されるため、電池内部でのガス発生を抑制できる。 By using such an overcharge control agent, it is possible to suppress variations in discharge capacity due to overcharge of the nonaqueous electrolyte battery. Moreover, since decomposition | disassembly etc. of the non-aqueous electrolyte resulting from overcharge becoming a positive electrode potential too high are suppressed, the gas generation inside a battery can be suppressed.
過充電制御剤としては、例えば下記の過充電制御剤(1)〜過充電制御剤(12)を用いることができる。過充電制御剤は、過充電制御剤(1)〜過充電制御剤(12)で示される化合物のうちの一種もしくは二種以上を混合したものである。 As the overcharge control agent, for example, the following overcharge control agent (1) to overcharge control agent (12) can be used. The overcharge control agent is a mixture of one or more of the compounds represented by the overcharge control agent (1) to the overcharge control agent (12).
過充電制御剤(1)の化合物としては、例えば、以下の過充電制御剤(1−1)〜過充電制御剤(1−81)が挙げられる。また、同様に、過充電制御剤(2)〜過充電制御剤(12)の化合物としては、例えば、過充電制御剤(2−1)〜過充電制御剤(2−2)、過充電制御剤(3−1)〜過充電制御剤(3−7)、過充電制御剤(4−1)〜過充電制御剤(4−75)、過充電制御剤(5−1)〜過充電制御剤(5−6)、過充電制御剤(6−1)〜過充電制御剤(6−13)、過充電制御剤(7−1)〜過充電制御剤(7−2)、過充電制御剤(8−1)〜過充電制御剤(8−5)、過充電制御剤(9−1)〜過充電制御剤(9−12)、過充電制御剤(10−1)〜過充電制御剤(10−7)、過充電制御剤(11−1)〜過充電制御剤(11−6)および過充電制御剤(12−1)〜過充電制御剤(12−2)のそれぞれが挙げられる。ただし、一般式(1)〜一般式(12)に示したいずれかの構造を有していれば、他の化合物でもよい。 Examples of the compound of the overcharge control agent (1) include the following overcharge control agents (1-1) to overcharge control agents (1-81). Similarly, as the compound of the overcharge control agent (2) to the overcharge control agent (12), for example, the overcharge control agent (2-1) to the overcharge control agent (2-2), the overcharge control Agent (3-1) to Overcharge Control Agent (3-7), Overcharge Control Agent (4-1) to Overcharge Control Agent (4-75), Overcharge Control Agent (5-1) to Overcharge Control Agent (5-6), overcharge control agent (6-1) to overcharge control agent (6-13), overcharge control agent (7-1) to overcharge control agent (7-2), overcharge control Agent (8-1) to Overcharge Control Agent (8-5), Overcharge Control Agent (9-1) to Overcharge Control Agent (9-12), Overcharge Control Agent (10-1) to Overcharge Control Agents (10-7), overcharge control agents (11-1) to overcharge control agents (11-6), and overcharge control agents (12-1) to overcharge control agents (12-2). It is done. However, as long as it has any structure shown in General Formula (1) to General Formula (12), other compounds may be used.
非水電解液中における過充電制御剤の含有量は、0.1質量%以上30質量%以下であることが好ましく、0.5質量%以上10質量%以下がより好ましい。充電時の電圧上昇抑制効果が充分に発揮されるからである。なお、上記した含有量は非水電解液が過充電制御剤を一種もしくは二種以上を含む場合のいずれについても適用される。 The content of the overcharge control agent in the non-aqueous electrolyte is preferably 0.1% by mass or more and 30% by mass or less, and more preferably 0.5% by mass or more and 10% by mass or less. This is because the effect of suppressing the voltage rise during charging is sufficiently exhibited. In addition, above-described content is applied also in any case where a non-aqueous electrolyte contains 1 type, or 2 or more types of overcharge control agents.
[添加化合物]
添加化合物は、非水電解液に添加することで、過充電制御剤の電気化学的反応による充電終止電圧の均一効果およびそれによる放電容量の均一効果を得ることができる。以下、添加化合物について説明する。
[Additive compounds]
By adding the additive compound to the non-aqueous electrolyte, it is possible to obtain a uniform effect on the end-of-charge voltage due to the electrochemical reaction of the overcharge control agent and a uniform effect on the discharge capacity. Hereinafter, the additive compound will be described.
添加化合物としては、例えば下記の添加化合物(1)〜添加化合物(4)を用いることができる。添加化合物は、添加化合物(1)〜添加化合物(4)で示される化合物のうちの一種もしくは二種以上を混合して用いても良い。 As the additive compound, for example, the following additive compound (1) to additive compound (4) can be used. As the additive compound, one or two or more of the compounds represented by additive compound (1) to additive compound (4) may be mixed and used.
このような添加化合物を用いることにより、上述の過充電制御剤を非水電解液に添加することにより得られる効果をより高めることができる。すなわち、過充電制御剤を単体で非水電解液中に添加する場合に比べて、本技術の過充電制御剤と添加化合物とを併用した非水電解液では、過充電制御剤の電極間における移動度をより高くすることができる。このため、充電時の電流密度に対して化合物の反応電流を充分に大きくすることができ、正負極間を往復して過充電電流を消費する保護機構がより働きやすくなるため、過充電制御剤の過充電時における電圧上昇抑制効果が得られやすくなる。したがって、本技術の過充電制御剤と添加化合物とを併用することにより、放電容量のばらつきおよび非水電解液の分解等に起因するガス発生を抑制することができる。 By using such an additive compound, the effect obtained by adding the above-described overcharge control agent to the non-aqueous electrolyte can be further enhanced. That is, compared with the case where the overcharge control agent is added alone to the non-aqueous electrolyte, the non-aqueous electrolyte using the overcharge control agent and the additive compound of the present technology in combination between the electrodes of the overcharge control agent. The mobility can be made higher. For this reason, the reaction current of the compound can be sufficiently increased with respect to the current density at the time of charging, and the protection mechanism that consumes the overcharge current by reciprocating between the positive and negative electrodes becomes easier to work. It becomes easy to obtain the effect of suppressing voltage rise during overcharging. Therefore, the combined use of the overcharge control agent of the present technology and the additive compound can suppress gas generation due to variations in discharge capacity, decomposition of the non-aqueous electrolyte, and the like.
添加化合物の含有量は、非水電解液中の過充電制御剤の含有量に対して0質量%超20質量%未満であることが好ましい。含有量が上記範囲外に少ない場合には、充電終止電圧の均一効果およびそれによる放電容量の均一効果が小さくなってしまう。含有量が上記範囲外に多い場合には、溶媒の粘性が上昇し、充分なイオン伝導度が実現できないからである。 The content of the additive compound is preferably more than 0% by mass and less than 20% by mass with respect to the content of the overcharge control agent in the nonaqueous electrolytic solution. When the content is small outside the above range, the uniform effect of the end-of-charge voltage and the resulting uniform effect of the discharge capacity are reduced. This is because when the content is larger than the above range, the viscosity of the solvent increases and sufficient ionic conductivity cannot be realized.
なお、添加化合物(1)および添加化合物(2)の化合物の少なくとも一方を用いる場合には、添加化合物の含有量が非水電解液中の過充電制御剤の含有量に対して0質量%超6.0質量%未満であることが好ましい。また、添加化合物(3)および添加化合物(4)の化合物の少なくとも一方を用いる場合には、添加化合物の含有量が非水電解液中の過充電制御剤の含有量に対して0.001質量%以上3.0質量%以下であることが好ましい。添加化合物(1)および添加化合物(2)の化合物の少なくとも一方と添加化合物(3)および添加化合物(4)の化合物の少なくとも一方とを混合して用いる場合には、0.001質量%以上6.0質量%以下であることが好ましい。 When at least one of the additive compound (1) and the additive compound (2) is used, the content of the additive compound exceeds 0% by mass with respect to the content of the overcharge control agent in the non-aqueous electrolyte. It is preferable that it is less than 6.0 mass%. Further, when at least one of the additive compound (3) and the additive compound (4) is used, the content of the additive compound is 0.001 mass relative to the content of the overcharge control agent in the non-aqueous electrolyte. % Or more and 3.0% by mass or less is preferable. When at least one of the compound of additive compound (1) and additive compound (2) and at least one of compound of additive compound (3) and additive compound (4) are mixed and used, 0.001% by mass or more 6 It is preferable that it is 0.0 mass% or less.
添加化合物(1)のR21およびR23のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n(ノルマル)−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基またはイソブチル基、sec(セカンダリ)−ブチル基、tert(ターシャリ)−ブチル基、n−ペンチル基、2−メチルブチル基、3−メチルブチル基、2,2−ジメチルプロピル基またはn−ヘキシル基が挙げられる Examples of the alkyl group of R21 and R23 of the additive compound (1) include a methyl group, an ethyl group, an n (normal) -propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group or an isobutyl group, a sec (secondary) -butyl group, Examples include tert-butyl group, n-pentyl group, 2-methylbutyl group, 3-methylbutyl group, 2,2-dimethylpropyl group, and n-hexyl group.
添加化合物(1)のR21およびR23のアルケニル基としては、例えば、n−ヘプチル基、ビニル基、2−メチルビニル基、2,2−ジメチルビニル基、ブテン−2,4−ジイル基またはアリル基が挙げられる。 Examples of the alkenyl group of R21 and R23 of the additive compound (1) include an n-heptyl group, vinyl group, 2-methylvinyl group, 2,2-dimethylvinyl group, butene-2,4-diyl group or allyl group. Is mentioned.
添加化合物(1)のR21およびR23のアルキニル基としては、例えば、エチニル基が挙げられる。 Examples of the alkynyl group of R21 and R23 of the additive compound (1) include an ethynyl group.
上述のアルキル基、アルケニル基またはアルキニル基等の炭素数は特に限定されないが、中でも、1〜20が好ましく、1〜7がより好ましく、1〜4がさらに好ましい。優れた溶解性および相溶性が得られるからである。 Although carbon number, such as the above-mentioned alkyl group, an alkenyl group, or an alkynyl group, is not specifically limited, 1-20 are preferable especially, 1-7 are more preferable, and 1-4 are more preferable. This is because excellent solubility and compatibility can be obtained.
添加化合物(1)のR21およびR23のアリール基としては、例えば、フェニル基が挙げられる。 Examples of the aryl group of R21 and R23 of the additive compound (1) include a phenyl group.
添加化合物(1)のR21およびR23の芳香族炭化水素基または脂環式炭化水素基により置換されたアルキル基等について、芳香族炭化水素基としては、例えば、フェニル基が挙げられる。また、脂環式炭化水素基としては、例えば、シクロヘキシル基が挙げられる。このうち、フェニル基により置換されたアルキル基(アラルキル基)としては、例えば、ベンジル基または2−フェニルエチル基(フェネチル基)が挙げられる。 Regarding the alkyl group substituted by the aromatic hydrocarbon group or alicyclic hydrocarbon group of R21 and R23 of the additive compound (1), examples of the aromatic hydrocarbon group include a phenyl group. Moreover, as an alicyclic hydrocarbon group, a cyclohexyl group is mentioned, for example. Among these, examples of the alkyl group (aralkyl group) substituted with a phenyl group include a benzyl group and a 2-phenylethyl group (phenethyl group).
添加化合物(1)のR21およびR23のハロゲン化されたアルキル基等について、そのハロゲンの種類は特に限定されないが、中でも、フッ素(F)、塩素(Cl)または臭素(Br)が好ましく、フッ素がより好ましい。ハロゲン化されたアルキル基としては、例えば、フッ素化アルキル基等が挙げられる。このフッ素化アルキル基は、例えば、フルオロメチル基、ジフルオロメチル基、トリフルオロメチル基、2,2,2−トリフルオロエチル基またはペンタフルオロエチル基が挙げられる。なお、「ハロゲン化された基」とは、アルキル基等の一部、もしくはすべての水素基(−H)がハロゲン基(−F等)により置換された基である。 The halogenated alkyl group of R21 and R23 of the additive compound (1) is not particularly limited, and among these, fluorine (F), chlorine (Cl) or bromine (Br) is preferable, and fluorine is More preferred. Examples of the halogenated alkyl group include a fluorinated alkyl group. Examples of the fluorinated alkyl group include a fluoromethyl group, a difluoromethyl group, a trifluoromethyl group, a 2,2,2-trifluoroethyl group, and a pentafluoroethyl group. The “halogenated group” is a group in which a part or all of hydrogen groups (—H) such as alkyl groups are substituted with halogen groups (—F, etc.).
中でも、ハロゲン化された基よりも、芳香族炭化水素基または脂環式炭化水素基により置換されている基が好ましく、芳香族炭化水素基または脂環式炭化水素基により置換されていない基がより好ましい。芳香族炭化水素基または脂環式炭化水素基により置換されている基において、その炭素数は特に限定されない。この炭素数としては、芳香族炭化水素基または脂環式炭化水素基の炭素数とアルキル基等の炭素数とを合計して20以下が好ましく、7以下がより好ましい。 Among them, a group substituted with an aromatic hydrocarbon group or an alicyclic hydrocarbon group is preferable to a halogenated group, and a group not substituted with an aromatic hydrocarbon group or an alicyclic hydrocarbon group is preferred. More preferred. In the group substituted by the aromatic hydrocarbon group or the alicyclic hydrocarbon group, the number of carbon atoms is not particularly limited. The total number of carbon atoms of the aromatic hydrocarbon group or alicyclic hydrocarbon group and the carbon number of the alkyl group is preferably 20 or less, and more preferably 7 or less.
なお、R21およびR23は、上記したアルキル基等の誘導体でもよい。この誘導体とは、アルキル基等に1または2以上の置換基が導入された基であり、その置換基は、炭化水素基でもよいし、それ以外の基でもよい。 R21 and R23 may be derivatives such as the above-described alkyl groups. This derivative is a group in which one or more substituents are introduced into an alkyl group or the like, and the substituent may be a hydrocarbon group or other group.
添加化合物(1)のR22を構成する、直鎖状または分岐状のアルキレン基等の基の炭素数は特に限定されないが、中でも、2〜10が好ましく、2〜6がより好ましく、2〜4がさらに好ましい。優れた溶解性および相溶性が得られるからである。なお、アリーレン基とアルキレン基とを含む2価の基は、1つのアリーレン基と1つのアルキレン基とが連結された基でもよいし、2つのアルキレン基がアリーレン基を介して連結された基(アラルキレン基)でもよい。 The number of carbon atoms of a group such as a linear or branched alkylene group constituting R22 of the additive compound (1) is not particularly limited, but is preferably 2 to 10, more preferably 2 to 6, and 2 to 4 Is more preferable. This is because excellent solubility and compatibility can be obtained. The divalent group containing an arylene group and an alkylene group may be a group in which one arylene group and one alkylene group are linked, or a group in which two alkylene groups are linked via an arylene group ( An aralkylene group).
このようなR22としては、添加化合物(R22−1)〜添加化合物(R22−7)で表される直鎖状のアルキレン基、または添加化合物(R22−8)〜添加化合物(R22−16)で表される分岐状のアルキレン基、添加化合物(R22−17)〜添加化合物(R22−19)で表されるアリーレン基、または添加化合物(R22−20)〜添加化合物(R22−22)で表されるアリーレン基とアルキレン基とを含む2価の基(ベンジリデン基)が挙げられる。 Such R22 includes a linear alkylene group represented by additive compound (R22-1) to additive compound (R22-7), or additive compound (R22-8) to additive compound (R22-16). It is represented by a branched alkylene group, an arylene group represented by an additive compound (R22-17) to an additive compound (R22-19), or an additive compound (R22-20) to an additive compound (R22-22). And a divalent group (benzylidene group) containing an arylene group and an alkylene group.
また、エーテル結合とアルキレン基とを含む炭素数=2〜12の2価の基としては、少なくとも2つのアルキレン基がエーテル結合を介して連結されていると共に両末端が炭素原子である基が好ましい。このような基の炭素数としては、4〜12が好ましい。優れた溶解性および相溶性が得られるからである。エーテル結合の数、ならびにエーテル結合およびアルキレン基の連結順等は、任意である。 The divalent group having 2 to 12 carbon atoms including an ether bond and an alkylene group is preferably a group in which at least two alkylene groups are connected via an ether bond and both ends are carbon atoms. . The number of carbon atoms in such a group is preferably 4-12. This is because excellent solubility and compatibility can be obtained. The number of ether bonds and the connecting order of ether bonds and alkylene groups are arbitrary.
このようなR2としては、例えば、添加化合物(R22−23)〜添加化合物(R22−25)で表される基等が挙げられる。また、添加化合物(R22−23)〜添加化合物(R22−25)に示した2価の基がフッ素化された場合には、例えば、添加化合物(R22−26)〜添加化合物(R22−28)で表される基等が挙げられる。中でも、添加化合物(R22−24)に示した基の炭素数m=1〜3の構成が好ましい。 Examples of R2 include groups represented by additive compound (R22-23) to additive compound (R22-25). In addition, when the divalent group shown in additive compound (R22-23) to additive compound (R22-25) is fluorinated, for example, additive compound (R22-26) to additive compound (R22-28) The group etc. which are represented by these are mentioned. Especially, the structure of carbon number m = 1-3 of the group shown to the additional compound (R22-24) is preferable.
なお、R22は、R21およびR23について説明した場合と同様に、上述したアルキレン基等の誘導体でもよい。 R22 may be a derivative such as the above-described alkylene group, as described for R21 and R23.
過充電制御剤(1)の分子量は、特に限定されないが、中でも、200〜800が好ましく、200〜600がより好ましく、200〜450がさらに好ましい。優れた溶解性および相溶性が得られるからである。 The molecular weight of the overcharge control agent (1) is not particularly limited, but 200 to 800 is preferable, 200 to 600 is more preferable, and 200 to 450 is more preferable. This is because excellent solubility and compatibility can be obtained.
過充電制御剤(1)の具体例としては、過充電制御剤(1−1)〜過充電制御剤(1−12)で表される化合物等が挙げられる。十分な溶解性および相溶性が得られると共に、電解液の化学的安定性が十分に向上するからである。ただし、過充電制御剤(1−1)〜過充電制御剤(1−12)に示した化合物以外の化合物でもよい。 Specific examples of the overcharge control agent (1) include compounds represented by the overcharge control agent (1-1) to the overcharge control agent (1-12). This is because sufficient solubility and compatibility are obtained, and the chemical stability of the electrolytic solution is sufficiently improved. However, compounds other than the compounds shown in the overcharge control agent (1-1) to the overcharge control agent (1-12) may be used.
過充電制御剤(2)に示した化合物について、過充電制御剤(1)同様の基を有している。過充電制御剤の分子量は特に限定されないが、中でも、162〜1000が好ましく、162〜500がより好ましく、162〜300がさらに好ましい。優れた溶解および相溶性が得られるからである。 About the compound shown to the overcharge control agent (2), it has the group similar to an overcharge control agent (1). The molecular weight of the overcharge control agent is not particularly limited, but is preferably 162 to 1000, more preferably 162 to 500, and still more preferably 162 to 300. This is because excellent dissolution and compatibility can be obtained.
過充電制御剤(2)に示した化合物の具体例としては、過充電制御剤(2−1)〜過充電制御剤(2−17)で表される化合物等が挙げられる。十分な溶解性および相溶性が得られると共に、電解液の化学的安定性が十分に向上するからである。ただし、過充電制御剤(2−1)〜過充電制御剤(2−17)に示した化合物以外の化合物でもよい。 Specific examples of the compound shown in the overcharge control agent (2) include compounds represented by the overcharge control agent (2-1) to the overcharge control agent (2-17). This is because sufficient solubility and compatibility are obtained, and the chemical stability of the electrolytic solution is sufficiently improved. However, compounds other than the compounds shown in the overcharge control agent (2-1) to the overcharge control agent (2-17) may be used.
[非水溶媒]
非水溶媒は、以下で説明する有機溶媒のうち少なくとも一種を含んでいる。なお、上述した添加化合物のうち添加化合物(1)および添加化合物(2)で示す材料は、以下で説明する非水溶媒から除かれることとする。
[Nonaqueous solvent]
The nonaqueous solvent contains at least one organic solvent described below. In addition, suppose that the material shown with additive compound (1) and additive compound (2) among the additive compounds mentioned above is removed from the nonaqueous solvent demonstrated below.
非水溶媒としては、以下の化合物等が挙げられる。炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ブチレン、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸エチルメチル、炭酸メチルプロピル、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、1,2−ジメトキシエタンまたはテトラヒドロフランである。2−メチルテトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソラン、1,3−ジオキサンまたは1,4−ジオキサンである。酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、酪酸メチル、イソ酪酸メチル、トリメチル酢酸メチルまたはトリメチル酢酸エチルである。N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリドンまたはN−メチルオキサゾリジノンである。N,N’−ジメチルイミダゾリジノン、ニトロメタン、ニトロエタン、スルホラン、燐酸トリメチルまたはジメチルスルホキシドである。非水電解液を用いた非水電解質電池において、優れた電池容量、サイクル特性および保存特性等が得られるからである。 Examples of the non-aqueous solvent include the following compounds. Ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, methyl propyl carbonate, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, 1,2-dimethoxyethane or tetrahydrofuran. 2-methyltetrahydrofuran, tetrahydropyran, 1,3-dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxolane, 1,3-dioxane or 1,4-dioxane. Methyl acetate, ethyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, methyl butyrate, methyl isobutyrate, methyl trimethylacetate or ethyl trimethylacetate. N, N-dimethylformamide, N-methylpyrrolidone or N-methyloxazolidinone. N, N'-dimethylimidazolidinone, nitromethane, nitroethane, sulfolane, trimethyl phosphate or dimethyl sulfoxide. This is because in a nonaqueous electrolyte battery using a nonaqueous electrolyte, excellent battery capacity, cycle characteristics, storage characteristics, and the like can be obtained.
中でも、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ジメチル、炭酸ジエチルおよび炭酸エチルメチルのうちの少なくとも一種が好ましい。優れた電池容量、サイクル特性および保存特性等が得られるからである。この場合には、炭酸エチレンまたは炭酸プロピレン等の高粘度(高誘電率)溶媒(例えば比誘電率ε≧30)と、炭酸ジメチル、炭酸エチルメチルまたは炭酸ジエチル等の低粘度溶媒(例えば粘度≦1mPa・s)との組み合わせがより好ましい。電解質塩の解離性およびイオンの移動度が向上するからである。 Among these, at least one of ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate is preferable. This is because excellent battery capacity, cycle characteristics, storage characteristics, and the like can be obtained. In this case, a high viscosity (high dielectric constant) solvent such as ethylene carbonate or propylene carbonate (for example, a relative dielectric constant ε ≧ 30) and a low viscosity solvent such as dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate or diethyl carbonate (for example, viscosity ≦ 1 mPas). -A combination with s) is more preferred. This is because the dissociation property of the electrolyte salt and the ion mobility are improved.
特に、非水溶媒は、式(1)〜式(3)で表される不飽和炭素結合環状炭酸エステルのうちの少なくとも一種を含んでいることが好ましい。非水電解質電池の充放電時において電極の表面に安定な保護膜が形成されるため、非水電解液の分解反応が抑制されるからである。この不飽和炭素結合環状炭酸エステルとは、1または2以上の不飽和炭素結合を有する環状炭酸エステルである。R31およびR32は、同じ種類の基でもよいし、異なる種類の基でもよい。このことは、R33〜R36についても同様である。非水溶媒中における不飽和炭素結合環状炭酸エステルの含有量は、例えば、0.01質量%以上10質量%以下である。ただし、不飽和炭素結合環状炭酸エステルは、下記で説明する化合物に限られず、他の化合物でもよい。 In particular, the non-aqueous solvent preferably contains at least one of unsaturated carbon-bonded cyclic carbonates represented by formulas (1) to (3). This is because a stable protective film is formed on the surface of the electrode at the time of charge / discharge of the nonaqueous electrolyte battery, so that the decomposition reaction of the nonaqueous electrolyte is suppressed. This unsaturated carbon bond cyclic carbonate is a cyclic carbonate having one or more unsaturated carbon bonds. R31 and R32 may be the same type of group or different types of groups. The same applies to R33 to R36. The content of the unsaturated carbon bond cyclic carbonate in the non-aqueous solvent is, for example, 0.01% by mass or more and 10% by mass or less. However, the unsaturated carbon bond cyclic carbonate is not limited to the compounds described below, and may be other compounds.
式(1)に示した不飽和炭素結合環状炭酸エステルは、炭酸ビニレン系化合物である。この炭酸ビニレン系化合物の一例としては、以下の化合物等が挙げられる。炭酸ビニレン、炭酸メチルビニレンまたは炭酸エチルビニレンである。4,5−ジメチル−1,3−ジオキソール−2−オン、4,5−ジエチル−1,3−ジオキソール−2−オン、4−フルオロ−1,3−ジオキソール−2−オンまたは4−トリフルオロメチル−1,3−ジオキソール−2−オンである。中でも、炭酸ビニレンが好ましい。容易に入手できると共に、高い効果が得られるからである。 The unsaturated carbon bond cyclic ester carbonate represented by the formula (1) is a vinylene carbonate compound. Examples of this vinylene carbonate compound include the following compounds. Vinylene carbonate, methyl vinylene carbonate or ethyl vinylene carbonate. 4,5-dimethyl-1,3-dioxol-2-one, 4,5-diethyl-1,3-dioxol-2-one, 4-fluoro-1,3-dioxol-2-one or 4-trifluoro Methyl-1,3-dioxol-2-one. Among these, vinylene carbonate is preferable. This is because it can be easily obtained and a high effect can be obtained.
式(2)に示した不飽和炭素結合環状炭酸エステルは、炭酸ビニルエチレン系化合物である。この炭酸ビニルエチレン系化合物の一例としては、以下の化合物等が挙げられる。炭酸ビニルエチレン、4−メチル−4−ビニル−1,3−ジオキソラン−2−オンまたは4−エチル−4−ビニル−1,3−ジオキソラン−2−オンである。4−n−プロピル−4−ビニル−1,3−ジオキソラン−2−オン、5−メチル−4−ビニル−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,4−ジビニル−1,3−ジオキソラン−2−オンまたは4,5−ジビニル−1,3−ジオキソラン−2−オンである。中でも、炭酸ビニルエチレンが好ましい。容易に入手できると共に、高い効果が得られるからである。もちろん、R33〜R36としては、全てがビニル基でもよいし、全てがアリル基でもよいし、ビニル基とアリル基とが混在してもよい。 The unsaturated carbon-bonded cyclic ester carbonate represented by the formula (2) is a vinyl ethylene carbonate compound. The following compounds etc. are mentioned as an example of this vinyl carbonate-type compound. Vinylethylene carbonate, 4-methyl-4-vinyl-1,3-dioxolan-2-one or 4-ethyl-4-vinyl-1,3-dioxolan-2-one. 4-n-propyl-4-vinyl-1,3-dioxolan-2-one, 5-methyl-4-vinyl-1,3-dioxolan-2-one, 4,4-divinyl-1,3-dioxolane- 2-one or 4,5-divinyl-1,3-dioxolan-2-one. Of these, vinyl ethylene carbonate is preferred. This is because it can be easily obtained and a high effect can be obtained. Of course, as R33 to R36, all may be vinyl groups, all may be allyl groups, or vinyl groups and allyl groups may be mixed.
式(3)に示した不飽和炭素結合環状炭酸エステルは、炭酸メチレンエチレン系化合物である。この炭酸メチレンエチレン系化合物の一例としては、以下の化合物等が挙げられる。4−メチレン−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,4−ジメチル−5−メチレン−1,3−ジオキソラン−2−オンまたは4,4−ジエチル−5−メチレン−1,3−ジオキソラン−2−オンである。この炭酸メチレンエチレン系化合物としては、式(3)に示したように1つのメチレン基を有する化合物の他、2つのメチレン基を有する化合物でもよい。 The unsaturated carbon bond cyclic carbonate represented by the formula (3) is a methylene ethylene carbonate compound. The following compounds etc. are mentioned as an example of this methylene ethylene carbonate type compound. 4-methylene-1,3-dioxolan-2-one, 4,4-dimethyl-5-methylene-1,3-dioxolan-2-one or 4,4-diethyl-5-methylene-1,3-dioxolane- 2-one. The methylene ethylene carbonate compound may be a compound having one methylene group as shown in the formula (3) or a compound having two methylene groups.
なお、不飽和炭素結合環状炭酸エステルは、式(1)〜式(3)に示した化合物の他、ベンゼン環を有する炭酸カテコール(カテコールカーボネート)でもよい。 The unsaturated carbon-bonded cyclic ester carbonate may be catechol carbonate having a benzene ring in addition to the compounds represented by the formulas (1) to (3).
また、非水溶媒は、式(4)で表されるハロゲン化鎖状炭酸エステルおよび式(5)で表されるハロゲン化環状炭酸エステルのうちの少なくとも一種を含んでいることが好ましい。非水電解質電池の充放電時において電極の表面に安定な保護膜が形成されるため、非水電解液の分解反応が抑制されるからである。このハロゲン化鎖状炭酸エステルとは、ハロゲンを構成元素として含む鎖状炭酸エステルであり、ハロゲン化環状炭酸エステルとは、ハロゲンを構成元素として含む環状炭酸エステルである。なお、式(4)中のR41〜R46は、同じ種類の基でもよいし、異なる種類の基でもよい。このことは、式(5)中のR47〜R50についても、同様である。非水溶媒中におけるハロゲン化鎖状炭酸エステルおよびハロゲン化環状炭酸エステルの含有量は、例えば、0.01質量%以上50質量%以下である。ただし、ハロゲン化鎖状炭酸エステルまたはハロゲン化環状炭酸エステルは、下記で説明する化合物に限られず、他の化合物でもよい。 The nonaqueous solvent preferably contains at least one of a halogenated chain carbonate represented by the formula (4) and a halogenated cyclic carbonate represented by the formula (5). This is because a stable protective film is formed on the surface of the electrode at the time of charge / discharge of the nonaqueous electrolyte battery, so that the decomposition reaction of the nonaqueous electrolyte is suppressed. The halogenated chain carbonate ester is a chain carbonate ester containing halogen as a constituent element, and the halogenated cyclic carbonate ester is a cyclic carbonate ester containing halogen as a constituent element. In addition, R41-R46 in Formula (4) may be the same type of group, or may be a different type of group. The same applies to R47 to R50 in the formula (5). The content of the halogenated chain carbonate and the halogenated cyclic carbonate in the non-aqueous solvent is, for example, 0.01% by mass or more and 50% by mass or less. However, the halogenated chain carbonic acid ester or the halogenated cyclic carbonic acid ester is not limited to the compounds described below, and may be other compounds.
ハロゲンの種類は、特に限定されないが、中でも、フッ素、塩素または臭素が好ましく、フッ素がより好ましい。他のハロゲンよりも高い効果が得られるからである。ただし、ハロゲンの数は、1つよりも2つが好ましく、さらに3つ以上でもよい。非水電解液を非水電解質電池に用いた場合に、電極反応時において、電極の表面に保護膜を形成する能力が高くなり、より強固で安定な保護膜が形成されるため、非水電解液の分解反応がより抑制されるからである。 The kind of halogen is not particularly limited, but among them, fluorine, chlorine or bromine is preferable, and fluorine is more preferable. This is because an effect higher than that of other halogens can be obtained. However, the number of halogens is preferably two rather than one, and may be three or more. When a non-aqueous electrolyte is used in a non-aqueous electrolyte battery, the ability to form a protective film on the surface of the electrode during the electrode reaction increases, and a stronger and more stable protective film is formed. This is because the decomposition reaction of the liquid is further suppressed.
ハロゲン化鎖状炭酸エステルとしては、例えば、炭酸フルオロメチルメチル、炭酸ビス(フルオロメチル)または炭酸ジフルオロメチルメチル等が挙げられる。 Examples of the halogenated chain carbonate ester include fluoromethyl methyl carbonate, bis (fluoromethyl) carbonate, difluoromethyl methyl carbonate, and the like.
ハロゲン化環状炭酸エステルの一例としては、式(5−1)〜式(5−21)で表される化合物等が挙げられる。すなわち、式(5−1)の4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、式(5−2)の4−クロロ−1,3−ジオキソラン−2−オンまたは式(5−3)の4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンである。式(5−4)のテトラフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、式(5−5)の4−クロロ−5−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンまたは式(5−6)の4,5−ジクロロ−1,3−ジオキソラン−2−オンである。式(5−7)のテトラクロロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、式(5−8)の4,5−ビストリフルオロメチル−1,3−ジオキソラン−2−オンまたは式(5−9)の4−トリフルオロメチル−1,3−ジオキソラン−2−オンである。式(5−10)の4,5−ジフルオロ−4,5−ジメチル−1,3−ジオキソラン−2−オンまたは式(5−11)の4,4−ジフルオロ−5−メチル−1,3−ジオキソラン−2−オンである。式(5−12)の4−エチル−5,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、式(5−13)の4−フルオロ−5−トリフルオロメチル−1,3−ジオキソラン−2−オンまたは式(5−14)の4−メチル−5−トリフルオロメチル−1,3−ジオキソラン−2−オンである。式(5−15)の4−フルオロ−4,5−ジメチル−1,3−ジオキソラン−2−オンまたは式(5−16)の5−(1,1−ジフルオロエチル)−4,4−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンである。式(5−17)の4,5−ジクロロ−4,5−ジメチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、式(5−18)の4−エチル−5−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンまたは式(5−19)の4−エチル−4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンである。式(5−20)の4−エチル−4,5,5−トリフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンまたは式(5−21)の4−フルオロ−4−メチル−1,3−ジオキソラン−2−オンである。 Examples of the halogenated cyclic carbonate include compounds represented by formula (5-1) to formula (5-21). That is, 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one of formula (5-1), 4-chloro-1,3-dioxolan-2-one of formula (5-2), or formula (5-3) 4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one. Tetrafluoro-1,3-dioxolan-2-one of formula (5-4), 4-chloro-5-fluoro-1,3-dioxolan-2-one of formula (5-5) or formula (5-6) ) Of 4,5-dichloro-1,3-dioxolan-2-one. Tetrachloro-1,3-dioxolan-2-one of formula (5-7), 4,5-bistrifluoromethyl-1,3-dioxolan-2-one of formula (5-8) or formula (5-9) ) 4-trifluoromethyl-1,3-dioxolan-2-one. 4,5-difluoro-4,5-dimethyl-1,3-dioxolan-2-one of formula (5-10) or 4,4-difluoro-5-methyl-1,3- of formula (5-11) Dioxolan-2-one. 4-ethyl-5,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one of formula (5-12), 4-fluoro-5-trifluoromethyl-1,3-dioxolane of formula (5-13) 2-one or 4-methyl-5-trifluoromethyl-1,3-dioxolan-2-one of formula (5-14). 4-fluoro-4,5-dimethyl-1,3-dioxolan-2-one of formula (5-15) or 5- (1,1-difluoroethyl) -4,4-difluoro of formula (5-16) -1,3-dioxolan-2-one. 4,5-dichloro-4,5-dimethyl-1,3-dioxolan-2-one of formula (5-17), 4-ethyl-5-fluoro-1,3-dioxolane- of formula (5-18) 2-one or 4-ethyl-4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one of formula (5-19). 4-ethyl-4,5,5-trifluoro-1,3-dioxolan-2-one of formula (5-20) or 4-fluoro-4-methyl-1,3-dioxolane of formula (5-21) -2-one.
このハロゲン化環状炭酸エステルには、幾何異性体も含まれる。中でも、式(5−1)に示した4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンまたは式(5−3)に示した4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンが好ましく、後者がより好ましい。特に、4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンでは、シス異性体よりもトランス異性体が好ましい。容易に入手できると共に、高い効果が得られるからである。 This halogenated cyclic carbonate includes geometric isomers. Among them, 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one represented by the formula (5-1) or 4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one represented by the formula (5-3) is preferred. The latter is preferred and the latter is more preferred. In particular, in 4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one, the trans isomer is preferable to the cis isomer. This is because it can be easily obtained and a high effect can be obtained.
また、非水溶媒は、スルトン(環状スルホン酸エステル)を含んでいることが好ましい。非水電解液の化学的安定性がより向上するからである。このスルトンとしては、例えば、プロパンスルトンまたはプロペンスルトン等が挙げられる。非水溶媒中におけるスルトンの含有量は、例えば、0.5質量%以上5質量%以下である。ただし、スルトンは、上述した化合物に限られず、他の化合物でもよい。 The non-aqueous solvent preferably contains sultone (cyclic sulfonic acid ester). This is because the chemical stability of the non-aqueous electrolyte is further improved. Examples of the sultone include propane sultone and propene sultone. The content of sultone in the non-aqueous solvent is, for example, 0.5% by mass or more and 5% by mass or less. However, the sultone is not limited to the compounds described above, and may be other compounds.
さらに、非水溶媒は、酸無水物を含んでいることが好ましい。非水電解液の化学的安定性がより向上するからである。この酸無水物としては、例えば、カルボン酸無水物、ジスルホン酸無水物、またはカルボン酸とスルホン酸との無水物等が挙げられる。カルボン酸無水物は、例えば、無水コハク酸、無水グルタル酸または無水マレイン酸等である。ジスルホン酸無水物は、例えば、無水エタンジスルホン酸または無水プロパンジスルホン酸等である。カルボン酸とスルホン酸との無水物は、例えば、無水スルホ安息香酸、無水スルホプロピオン酸または無水スルホ酪酸等である。非水溶媒中における酸無水物の含有量は、例えば、0.5質量%以上5質量%以下である。ただし、酸無水物は、上述した化合物に限られず、他の化合物でもよい。 Further, the non-aqueous solvent preferably contains an acid anhydride. This is because the chemical stability of the non-aqueous electrolyte is further improved. Examples of the acid anhydride include a carboxylic acid anhydride, a disulfonic acid anhydride, and an anhydride of a carboxylic acid and a sulfonic acid. Examples of the carboxylic acid anhydride include succinic anhydride, glutaric anhydride, and maleic anhydride. Examples of the disulfonic anhydride include ethane disulfonic anhydride and propane disulfonic anhydride. Examples of the anhydride of carboxylic acid and sulfonic acid include anhydrous sulfobenzoic acid, anhydrous sulfopropionic acid, and anhydrous sulfobutyric acid. The content of the acid anhydride in the non-aqueous solvent is, for example, 0.5% by mass or more and 5% by mass or less. However, the acid anhydride is not limited to the compounds described above, and may be other compounds.
同様に、非水溶媒は、ニトリル化合物を含んでいることが好ましい。非水電解液の化学的安定性がより向上するからである。このニトリル化合物としては、例えば、スクシノニトリル、アセトニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、メトキシアセトニトリル、3−メトキシプロピオニトリルが挙げられる。非水溶媒中におけるニトリル化合物の含有量は、例えば、0.5質量%以上5質量%以下である。ただし、ニトリル化合物は、上述した化合物に限られず、他の化合物でもよい。 Similarly, the non-aqueous solvent preferably contains a nitrile compound. This is because the chemical stability of the non-aqueous electrolyte is further improved. Examples of the nitrile compound include succinonitrile, acetonitrile, glutaronitrile, adiponitrile, methoxyacetonitrile, and 3-methoxypropionitrile. The content of the nitrile compound in the non-aqueous solvent is, for example, 0.5% by mass or more and 5% by mass or less. However, the nitrile compound is not limited to the above-described compounds, and may be other compounds.
[電解質塩]
電解質塩は、例えば、以下で説明するリチウム塩のいずれか少なくとも一種を含んでいる。ただし、電解質塩は、例えば、リチウム塩以外の他の塩(例えばリチウム塩以外の軽金属塩)を含んでいてもよい。
[Electrolyte salt]
The electrolyte salt includes, for example, at least one of lithium salts described below. However, the electrolyte salt may contain, for example, a salt other than the lithium salt (for example, a light metal salt other than the lithium salt).
リチウム塩としては、例えば、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)、四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4)、過塩素酸リチウム(LiClO4)または六フッ化ヒ酸リチウム(LiAsF6)である。テトラフェニルホウ酸リチウム(LiB(C6H5)4)、メタンスルホン酸リチウム(LiCH3SO3)、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(LiCF3SO3)またはテトラクロロアルミン酸リチウム(LiAlCl4)である。六フッ化ケイ酸二リチウム(Li2SiF6)、塩化リチウム(LiCl)または臭化リチウム(LiBr)が挙げられる。電解液を用いた非水電解質電池において、優れた電池容量、サイクル特性および保存特性等が得られるからである。ただし、リチウム塩は、上記した化合物に限られず、他の化合物でもよい。 Examples of the lithium salt include lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium perchlorate (LiClO 4 ), and lithium hexafluoroarsenate (LiAsF 6 ). . Lithium tetraphenylborate (LiB (C 6 H 5 ) 4 ), lithium methanesulfonate (LiCH 3 SO 3 ), lithium trifluoromethanesulfonate (LiCF 3 SO 3 ) or lithium tetrachloroaluminate (LiAlCl 4 ) . Examples thereof include dilithium hexafluorosilicate (Li 2 SiF 6 ), lithium chloride (LiCl), and lithium bromide (LiBr). This is because in a nonaqueous electrolyte battery using an electrolytic solution, excellent battery capacity, cycle characteristics, storage characteristics, and the like can be obtained. However, the lithium salt is not limited to the above-described compounds, and may be other compounds.
中でも、六フッ化リン酸リチウム、四フッ化ホウ酸リチウム、過塩素酸リチウムおよび六フッ化ヒ酸リチウムのうちの少なくとも一種が好ましく、六フッ化リン酸リチウムがより好ましい。内部抵抗が低下し、より高い電池特性向上効果が得られるからである。 Among these, at least one of lithium hexafluorophosphate, lithium tetrafluoroborate, lithium perchlorate, and lithium hexafluoroarsenate is preferable, and lithium hexafluorophosphate is more preferable. This is because the internal resistance is lowered and a higher effect of improving battery characteristics can be obtained.
特に、電解質塩は、式(6)〜式(11)で表される化合物のうちの少なくとも一種を含んでいることが好ましい。より高い効果が得られるからである。なお、式(6)中のR61は、同一でもよいし、異なってもよい。このことは、式(7)中のR71〜R73および式(8)中のR81およびR82についても同様である。ただし、式(6)〜式(11)に示した化合物は、下記で説明する化合物に限られず、他の化合物でもよい。 In particular, the electrolyte salt preferably contains at least one of the compounds represented by the formulas (6) to (11). This is because a higher effect can be obtained. In addition, R61 in Formula (6) may be the same or different. The same applies to R71 to R73 in formula (7) and R81 and R82 in formula (8). However, the compounds shown in Formula (6) to Formula (11) are not limited to the compounds described below, and may be other compounds.
なお、長周期型周期表における1族元素とは、水素(H)、リチウム(Li)ナトリウム(Na)、カリウム(K)、ルビジウム(Rb)、セシウム(Cs)およびフランシウム(Fr)である。2族元素とは、ベリリウム(Be)、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、バリウム(Ba)およびラジウム(Ra)である。13族元素とは、ホウ素、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)およびタリウム(Tl)である。14族元素とは、炭素、ケイ素、ゲルマニウム(Ge)、スズ(Sn)および鉛(Pb)である。15族元素とは、窒素、リン、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)およびビスマス(Bi)である。
Note that group 1 elements in the long-period periodic table are hydrogen (H), lithium (Li) sodium (Na), potassium (K), rubidium (Rb), cesium (Cs), and francium (Fr). Group 2 elements are beryllium (Be), magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), barium (Ba), and radium (Ra). Group 13 elements are boron, aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In), and thallium (Tl). The
式(6)に示した化合物としては、例えば、式(6−1)〜式(6−6)で表される化合物等が挙げられる。式(7)に示した化合物としては、例えば、式(7−1)〜式(7−8)で表される化合物等が挙げられる。式(8)に示した化合物としては、例えば、式(8−1)で表される化合物等が挙げられる。 As a compound shown in Formula (6), the compound etc. which are represented by Formula (6-1)-Formula (6-6) are mentioned, for example. Examples of the compound represented by the formula (7) include compounds represented by the formula (7-1) to the formula (7-8). As a compound shown to Formula (8), the compound etc. which are represented by Formula (8-1) are mentioned, for example.
また、電解質塩は、式(9)〜式(11)で表される化合物のうちの少なくとも一種を含んでいることがより好ましい。より高い効果が得られるからである。 Moreover, it is more preferable that the electrolyte salt contains at least one of the compounds represented by the formulas (9) to (11). This is because a higher effect can be obtained.
LiN(CmF2m+1SO2)(CnF2n+1SO2) …式(9)
(式中、mおよびnは、それぞれ独立して1以上の整数である。)
LiN (C m F 2m + 1 SO 2) (C n F 2n + 1 SO 2) ... (9)
(In the formula, m and n are each independently an integer of 1 or more.)
LiC(CpF2p+1SO2)(CqF2q+1SO2)(CrF2r+1SO2) …式(11)
(式中、p、qおよびrは、それぞれ独立して1以上の整数である。)
LiC (C p F 2p + 1 SO 2 ) (C q F 2q + 1 SO 2 ) (C r F 2r + 1 SO 2 ) (11)
(In the formula, p, q and r are each independently an integer of 1 or more.)
式(9)に示した化合物は、鎖状のイミド化合物である。この化合物としては、例えば、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウム(LiN(CF3SO2)2:LITFSI)、ビス(ペンタフルオロエタンスルホニル)イミドリチウム(LiN(C2F5SO2)2)、(トリフルオロメタンスルホニル)(ペンタフルオロエタンスルホニル)イミドリチウム(LiN(CF3SO2)(C2F5SO2))、(トリフルオロメタンスルホニル)(ヘプタフルオロプロパンスルホニル)イミドリチウム(LiN(CF3SO2)(C3F7SO2))、(トリフルオロメタンスルホニル)(ノナフルオロブタンスルホニル)イミドリチウム(LiN(CF3SO2)(C4F9SO2))が挙げられる。 The compound shown in Formula (9) is a chain imide compound. Examples of the compound include bis (trifluoromethanesulfonyl) imide lithium (LiN (CF 3 SO 2 ) 2 : LITFSI), bis (pentafluoroethanesulfonyl) imide lithium (LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 ), (Trifluoromethanesulfonyl) (pentafluoroethanesulfonyl) imide lithium (LiN (CF 3 SO 2 ) (C 2 F 5 SO 2 )), (trifluoromethanesulfonyl) (heptafluoropropanesulfonyl) imide lithium (LiN (CF 3 SO 2) (C 3 F 7 SO 2)), it includes (trifluoromethanesulfonyl) (nonafluorobutanesulfonyl) imide (LiN (CF 3 SO 2) (C 4 F 9 SO 2)).
式(10)に示した化合物は、環状のイミド化合物である。この化合物としては、例えば、式(10−1)〜式(10−4)で表される化合物等が挙げられる。すなわち、式(10−1)の1,2−パーフルオロエタンジスルホニルイミドリチウム、式(10−2)の1,3−パーフルオロプロパンジスルホニルイミドリチウム、式(10−3)の1,3−パーフルオロブタンジスルホニルイミドリチウムまたは式(10−4)の1,4−パーフルオロブタンジスルホニルイミドリチウムである。 The compound shown in Formula (10) is a cyclic imide compound. Examples of this compound include compounds represented by formula (10-1) to formula (10-4). That is, 1,2-perfluoroethanedisulfonylimide lithium of formula (10-1), 1,3-perfluoropropane disulfonylimide lithium of formula (10-2), 1,3 of formula (10-3) -Perfluorobutanedisulfonylimide lithium or 1,4-perfluorobutanedisulfonylimide lithium of the formula (10-4).
式(11)に示した化合物は、鎖状のメチド化合物である。この化合物としては、例えば、リチウムトリス(トリフルオロメタンスルホニル)メチド(LiC(CF3SO2)3)等が挙げられる。 The compound represented by the formula (11) is a chain methide compound. Examples of this compound include lithium tris (trifluoromethanesulfonyl) methide (LiC (CF 3 SO 2 ) 3 ).
電解質塩の含有量は、非水溶媒に対して0.3mol/kg〜3.0mol/kgであることが好ましい。高いイオン伝導性が得られるからである。 The content of the electrolyte salt is preferably 0.3 mol / kg to 3.0 mol / kg with respect to the non-aqueous solvent. This is because high ionic conductivity is obtained.
(1−2)ゲル電解質
他の構成として、上述の非水電解液を高分子化合物で保持させてゲル状としたゲル電解質とすることもできる。
(1-2) Gel electrolyte As another configuration, a gel electrolyte in which the above-described nonaqueous electrolytic solution is held in a polymer compound to form a gel can be used.
[高分子化合物]
高分子化合物は、溶媒を吸収してゲル化するものであればよく、例えば、ポリフッ化ビニリデンあるいはビニリデンフルオライドとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体などのフッ素系高分子化合物、ポリエチレンオキサイドあるいはポリエチレンオキサイドを含む架橋体などのエーテル系高分子化合物、ポリアクリロニトリル、ポリプロピレンオキサイドあるいはポリメチルメタクリレートを繰返し単位として含むものなどが挙げられる。高分子化合物には、いずれか1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
[Polymer compound]
The polymer compound may be any one that gels upon absorption of a solvent. For example, a fluorine-based polymer compound such as polyvinylidene fluoride or a copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropropylene, polyethylene oxide or polyethylene oxide. And ether-based polymer compounds such as crosslinked products containing polyacrylonitrile, polypropylene oxide, or polymethyl methacrylate as repeating units. Any one of these polymer compounds may be used alone, or two or more thereof may be mixed and used.
特に、酸化還元安定性の点からは、フッ素系高分子化合物が望ましく、中でも、ビニリデンフルオライドとヘキサフルオロプロピレンとを成分として含む共重合体が好ましい。さらに、この共重合体は、モノメチルマレイン酸エステルなどの不飽和二塩基酸のモノエステル、三フッ化塩化エチレンなどのハロゲン化エチレン、炭酸ビニレンなどの不飽和化合物の環状炭酸エステル、またはエポキシ基含有アクリルビニルモノマーなどを成分として含んでいてもよい。より高い特性を得ることができるからである。 In particular, from the viewpoint of redox stability, a fluorine-based polymer compound is desirable, and among them, a copolymer containing vinylidene fluoride and hexafluoropropylene as components is preferable. Furthermore, this copolymer contains monoesters of unsaturated dibasic acids such as monomethylmaleic acid ester, halogenated ethylenes such as ethylene trifluorochloride, cyclic carbonates of unsaturated compounds such as vinylene carbonate, or epoxy group-containing compounds. An acrylic vinyl monomer may be included as a component. This is because higher characteristics can be obtained.
なお、ゲル状の電解質層の形成方法については、後述する。 The method for forming the gel electrolyte layer will be described later.
〔効果〕
第1の実施の形態の非水電解質は、非水電解質電池に適用することにより、その非水電解質電池の充電時における電気化学的な反応に起因する充電終止電圧抑制と、放電容量の均一化の双方について高い効果を得ることができる。
〔effect〕
When the nonaqueous electrolyte of the first embodiment is applied to a nonaqueous electrolyte battery, the end-of-charge voltage is suppressed and the discharge capacity is uniformized due to an electrochemical reaction during charging of the nonaqueous electrolyte battery. High effects can be obtained for both.
2.第2の実施の形態
第2の実施の形態では、第1の実施の形態における非水電解液もしくはゲル電解質を用いた円筒型非水電解質電池について説明する。
2. Second Embodiment In a second embodiment, a cylindrical non-aqueous electrolyte battery using the non-aqueous electrolyte or gel electrolyte in the first embodiment will be described.
(2−1)非水電解質電池の構成
図1は、第2の実施の形態にかかる非水電解質電池の断面構造を表すものである。この非水電解質電池は例えばリチウムイオン二次電池である。
(2-1) Configuration of Nonaqueous Electrolyte Battery FIG. 1 shows a cross-sectional structure of a nonaqueous electrolyte battery according to the second embodiment. This nonaqueous electrolyte battery is, for example, a lithium ion secondary battery.
この非水電解質電池は、いわゆる円筒型といわれるものであり、ほぼ中空円柱状の電池缶11の内部に、一対の帯状の正極21と帯状の負極22とがセパレータ23を介して巻回された巻回電極体20を有している。電池缶11は、例えばニッケルのめっきがされた鉄により構成されており、一端部が閉鎖され他端部が開放されている。電池缶11の内部には、巻回電極体20を挟むように巻回周面に対して垂直に一対の絶縁板12,13がそれぞれ配置されている。
This non-aqueous electrolyte battery is a so-called cylindrical type, and a pair of strip-like
電池缶11の開放端部には、電池蓋14と、この電池蓋14の内側に設けられた安全弁機構15および熱感抵抗素子(Positive Temperature Coefficient;PTC素子)16とが、ガスケット17を介してかしめられることにより取り付けられており、電池缶11の内部は密閉されている。電池蓋14は、例えば、電池缶11と同様の材料により構成されている。安全弁機構15は、熱感抵抗素子16を介して電池蓋14と電気的に接続されており、内部短絡あるいは外部からの加熱等により電池の内圧が一定以上となった場合にディスク板15Aが反転して電池蓋14と巻回電極体20との電気的接続を切断するようになっている。熱感抵抗素子16は、温度が上昇すると抵抗値の増大により電流を制限し、大電流による異常な発熱を防止するものである。ガスケット17は、例えば、絶縁材料により構成されており、表面にはアスファルトが塗布されている。
At the open end of the battery can 11, a
巻回電極体20の中心には例えばセンターピン24が挿入されている。巻回電極体20の正極21にはアルミニウム等よりなる正極リード25が接続されており、負極22にはニッケル等よりなる負極リード26が接続されている。正極リード25は安全弁機構15に溶接されることにより電池蓋14と電気的に接続されており、負極リード26は電池缶11に溶接され電気的に接続されている。
For example, a center pin 24 is inserted in the center of the
図2は図1に示した巻回電極体20の一部を拡大して表すものである。第2の実施の形態において、正極活物質は、第1の実施の形態の正極活物質を用いることができる。以下、正極21、負極22、セパレータ23について、詳細に説明する。
FIG. 2 shows an enlarged part of the spirally
[正極]
正極21は、例えば、対向する一対の面を有する正極集電体21Aの両面に正極活物質層21Bが設けられた構造を有している。なお、図示はしないが、正極集電体21Aの片面のみに正極活物質層21Bを設けるようにしてもよい。正極集電体21Aは、例えば、アルミニウム箔等の金属箔により構成されている。
[Positive electrode]
The
正極活物質層21Bは、例えば正極活物質と、導電剤と、結着剤とを含有して構成されている。正極活物質としては、正極活物質として、リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料のいずれか1種または2種以上を含んでおり、必要に応じて、結着剤や導電剤などの他の材料を含んでいてもよい。 The positive electrode active material layer 21B includes, for example, a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder. The positive electrode active material includes any one or more positive electrode materials capable of inserting and extracting lithium as the positive electrode active material. Other materials may be included.
リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料としては、例えば、リチウム酸化物、リチウムリン酸化物、リチウム硫化物またはリチウムを含む層間化合物などのリチウム含有化合物が適当であり、これらの2種以上を混合して用いてもよい。エネルギー密度を高くするには、リチウムと遷移金属元素と酸素(O)とを含むリチウム含有化合物が好ましい。このようなリチウム含有化合物としては、例えば、(化I)に示した層状岩塩型の構造を有するリチウム複合酸化物、(化II)に示したオリビン型の構造を有するリチウム複合リン酸塩などが挙げられる。リチウム含有化合物としては、遷移金属元素として、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、マンガン(Mn)および鉄(Fe)からなる群のうちの少なくとも1種を含むものであればより好ましい。このようなリチウム含有化合物としては、例えば、(化III)、(化IV)もしくは(化V)に示した層状岩塩型の構造を有するリチウム複合酸化物、(化VI)に示したスピネル型の構造を有するリチウム複合酸化物、または(化VII)に示したオリビン型の構造を有するリチウム複合リン酸塩などが挙げられ、具体的には、LiNi0.50Co0.20Mn0.30O2、LiaCoO2(a≒1)、LibNiO2(b≒1)、Lic1Nic2Co1-c2O2(c1≒1,0<c2<1)、LidMn2O4(d≒1)またはLieFePO4(e≒1)などがある。 As the positive electrode material capable of inserting and extracting lithium, for example, lithium-containing compounds such as lithium oxide, lithium phosphorus oxide, lithium sulfide, or an intercalation compound containing lithium are suitable, and two or more of these are used. May be used in combination. In order to increase the energy density, a lithium-containing compound containing lithium, a transition metal element, and oxygen (O) is preferable. Examples of such lithium-containing compounds include lithium composite oxides having a layered rock salt structure shown in (Chemical Formula I), lithium composite phosphates having an olivine type structure shown in (Chemical Formula II), and the like. Can be mentioned. It is more preferable that the lithium-containing compound includes at least one member selected from the group consisting of cobalt (Co), nickel (Ni), manganese (Mn), and iron (Fe) as a transition metal element. Examples of such lithium-containing compounds include lithium composite oxides having a layered rock salt type structure shown in (Chemical III), (Chemical IV) or (Chemical V), and spinel type compounds shown in (Chemical VI). Examples thereof include a lithium composite oxide having a structure, or a lithium composite phosphate having an olivine type structure shown in (Chemical Formula VII). Specifically, LiNi 0.50 Co 0.20 Mn 0.30 O 2 , Li a CoO 2 (A≈1), Li b NiO 2 (b≈1), Li c1 Ni c2 Co 1-c2 O 2 (c1≈1, 0 <c2 <1), Li d Mn 2 O 4 (d≈1) or Li e FePO 4 (e≈1).
(化I)
LipNi(1-q-r)MnqM1rO(2-y)Xz
(式中、M1は、ニッケル(Ni)、マンガン(Mn)を除く2族〜15族から選ばれる元素のうち少なくとも一種を示す。Xは、酸素(O)以外の16族元素および17族元素のうち少なくとも1種を示す。p、q、y、zは、0≦p≦1.5、0≦q≦1.0、0≦r≦1.0、−0.10≦y≦0.20、0≦z≦0.2の範囲内の値である。)
(Chemical I)
Li p Ni (1-qr) Mn q M1 r O (2-y) X z
(In the formula, M1 represents at least one element selected from Group 2 to Group 15 excluding nickel (Ni) and manganese (Mn). X represents Group 16 element and Group 17 element other than oxygen (O). P, q, y, and z are 0 ≦ p ≦ 1.5, 0 ≦ q ≦ 1.0, 0 ≦ r ≦ 1.0, −0.10 ≦ y ≦ 0. (20, 0 ≦ z ≦ 0.2)
(化II)
LiaM2bPO4
(式中、M2は、2族〜15族から選ばれる元素のうち少なくとも一種を示す。a、bは、0≦a≦2.0、0.5≦b≦2.0の範囲内の値である。)
(Chemical II)
Li a M2 b PO 4
(In the formula, M2 represents at least one element selected from Groups 2 to 15. a and b are values in the range of 0 ≦ a ≦ 2.0 and 0.5 ≦ b ≦ 2.0. .)
(化III)
LifMn(1-g-h)NigM3hO(2-j)Fk
(式中、M3は、コバルト(Co)、マグネシウム(Mg)、アルミニウム(Al)、ホウ素(B)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、鉄(Fe)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ジルコニウム(Zr)、モリブデン(Mo)、スズ(Sn)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)およびタングステン(W)からなる群のうちの少なくとも1種を表す。f、g、h、jおよびkは、0.8≦f≦1.2、0<g<0.5、0≦h≦0.5、g+h<1、−0.1≦j≦0.2、0≦k≦0.1の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、fの値は完全放電状態における値を表している。)
(Chemical III)
Li f Mn (1-gh) Ni g M3 h O (2-j) F k
(In the formula, M3 is cobalt (Co), magnesium (Mg), aluminum (Al), boron (B), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), iron (Fe), copper (Cu ), Zinc (Zn), zirconium (Zr), molybdenum (Mo), tin (Sn), calcium (Ca), strontium (Sr), and tungsten (W). g, h, j and k are 0.8 ≦ f ≦ 1.2, 0 <g <0.5, 0 ≦ h ≦ 0.5, g + h <1, −0.1 ≦ j ≦ 0.2, (The value is in the range of 0 ≦ k ≦ 0.1. Note that the composition of lithium varies depending on the state of charge and discharge, and the value of f represents a value in a fully discharged state.)
(化IV)
LimNi(1-n)M4nO(2-p)Fq
(式中、M4は、コバルト(Co)、マンガン(Mn)、マグネシウム(Mg)、アルミニウム(Al)、ホウ素(B)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、鉄(Fe)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、モリブデン(Mo)、スズ(Sn)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)およびタングステン(W)からなる群のうちの少なくとも1種を表す。m、n、pおよびqは、0.8≦m≦1.2、0.005≦n≦0.5、−0.1≦p≦0.2、0≦q≦0.1の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、mの値は完全放電状態における値を表している。)
(Chemical IV)
Li m Ni (1-n) M4 n O (2-p) F q
(Wherein M4 is cobalt (Co), manganese (Mn), magnesium (Mg), aluminum (Al), boron (B), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), iron (Fe ), Copper (Cu), zinc (Zn), molybdenum (Mo), tin (Sn), calcium (Ca), strontium (Sr), and tungsten (W), at least one selected from the group consisting of m, n, p and q are values within the range of 0.8 ≦ m ≦ 1.2, 0.005 ≦ n ≦ 0.5, −0.1 ≦ p ≦ 0.2, 0 ≦ q ≦ 0.1. Note that the composition of lithium varies depending on the state of charge and discharge, and the value of m represents a value in a fully discharged state.)
(化V)
LirCo(1-s)M5sO(2-t)Fu
(式中、M5は、ニッケル(Ni)、マンガン(Mn)、マグネシウム(Mg)、アルミニウム(Al)、ホウ素(B)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、鉄(Fe)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、モリブデン(Mo)、スズ(Sn)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)およびタングステン(W)からなる群のうちの少なくとも1種を表す。r、s、tおよびuは、0.8≦r≦1.2、0≦s<0.5、−0.1≦t≦0.2、0≦u≦0.1の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、rの値は完全放電状態における値を表している。)
(Chemical V)
Li r Co (1-s) M5 s O (2-t) Fu
(In the formula, M5 is nickel (Ni), manganese (Mn), magnesium (Mg), aluminum (Al), boron (B), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), iron (Fe ), Copper (Cu), zinc (Zn), molybdenum (Mo), tin (Sn), calcium (Ca), strontium (Sr), and tungsten (W), at least one kind. s, t, and u are values within the ranges of 0.8 ≦ r ≦ 1.2, 0 ≦ s <0.5, −0.1 ≦ t ≦ 0.2, and 0 ≦ u ≦ 0.1. (Note that the composition of lithium varies depending on the state of charge and discharge, and the value of r represents the value in a fully discharged state.)
(化VI)
LivMn(2-w)M6wOxFy
(式中、M6は、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、マグネシウム(Mg)、アルミニウム(Al)、ホウ素(B)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、鉄(Fe)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、モリブデン(Mo)、スズ(Sn)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)およびタングステン(W)からなる群のうちの少なくとも1種を表す。v、w、xおよびyは、0.9≦v≦1.1、0≦w≦0.6、3.7≦x≦4.1、0≦y≦0.1の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、vの値は完全放電状態における値を表している。)
(Chemical VI)
Li v Mn (2-w) M6 w O x F y
(In the formula, M6 represents cobalt (Co), nickel (Ni), magnesium (Mg), aluminum (Al), boron (B), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), iron (Fe ), Copper (Cu), zinc (Zn), molybdenum (Mo), tin (Sn), calcium (Ca), strontium (Sr) and tungsten (W), at least one selected from the group consisting of v, w, x, and y are values within the range of 0.9 ≦ v ≦ 1.1, 0 ≦ w ≦ 0.6, 3.7 ≦ x ≦ 4.1, and 0 ≦ y ≦ 0.1. Note that the composition of lithium varies depending on the state of charge and discharge, and the value of v represents the value in a fully discharged state.)
(化VII)
LizM7PO4
(式中、M7は、コバルト(Co)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、マグネシウム(Mg)、アルミニウム(Al)、ホウ素(B)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、ニオブ(Nb)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、モリブデン(Mo)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、タングステン(W)およびジルコニウム(Zr)からなる群のうちの少なくとも1種を表す。zは、0.9≦z≦1.1の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、zの値は完全放電状態における値を表している。)
(Chemical VII)
Li z M7PO 4
(Wherein M7 is cobalt (Co), manganese (Mn), iron (Fe), nickel (Ni), magnesium (Mg), aluminum (Al), boron (B), titanium (Ti), vanadium (V ), Niobium (Nb), copper (Cu), zinc (Zn), molybdenum (Mo), calcium (Ca), strontium (Sr), tungsten (W) and zirconium (Zr) Z is a value in a range of 0.9 ≦ z ≦ 1.1, wherein the composition of lithium varies depending on the state of charge and discharge, and the value of z represents a value in a complete discharge state. )
更にまた、より高い電極充填性とサイクル特性が得られるという観点から、上記リチウム含有化合物のいずれかより成る芯粒子の表面を、他のリチウム含有化合物のいずれかより成る微粒子で被覆した複合粒子としてもよい。 Furthermore, as a composite particle in which the surface of the core particle made of any of the above lithium-containing compounds is coated with fine particles made of any of the other lithium-containing compounds, from the viewpoint that higher electrode filling properties and cycle characteristics can be obtained. Also good.
この他、リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料としては、例えば、酸化物、二硫化物、カルコゲン化物または導電性高分子などが挙げられる。酸化物は、例えば、酸化バナジウム(V2O5)、二酸化チタン(TiO2)または二酸化マンガン(MnO2)などである。二硫化物は、例えば、二硫化鉄(FeS2)、二硫化チタン(TiS2)または二硫化モリブデン(MoS2)などである。カルコゲン化物は、特に層状化合物やスピネル型化合物が好ましく、例えば、セレン化ニオブ(NbSe2)などである。導電性高分子は、例えば、硫黄、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリアセチレンあるいはポリピロールなどである。もちろん、正極材料は、上記以外のものであってもよい。また、上記した一連の正極材料は、任意の組み合わせで2種以上混合されてもよい。 In addition, examples of the positive electrode material capable of inserting and extracting lithium include oxides, disulfides, chalcogenides, and conductive polymers. Examples of the oxide include vanadium oxide (V 2 O 5 ), titanium dioxide (TiO 2 ), and manganese dioxide (MnO 2 ). Examples of the disulfide include iron disulfide (FeS 2 ), titanium disulfide (TiS 2 ), and molybdenum disulfide (MoS 2 ). The chalcogenide is particularly preferably a layered compound or a spinel compound, such as niobium selenide (NbSe 2 ). Examples of the conductive polymer include sulfur, polyaniline, polythiophene, polyacetylene, and polypyrrole. Of course, the positive electrode material may be other than the above. Further, two or more kinds of the series of positive electrode materials described above may be mixed in any combination.
また、導電剤としては、例えばカーボンブラックあるいはグラファイトなどの炭素材料等が用いられる。結着剤としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリアクリロニトリル(PAN)、スチレンブタジエンゴム(SBR)およびカルボキシメチルセルロース(CMC)等の樹脂材料、ならびにこれら樹脂材料を主体とする共重合体等から選択される少なくとも1種が用いられる。 As the conductive agent, for example, a carbon material such as carbon black or graphite is used. Examples of the binder include resin materials such as polyvinylidene fluoride (PVdF), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyacrylonitrile (PAN), styrene butadiene rubber (SBR), and carboxymethyl cellulose (CMC), and these resin materials. At least one selected from a copolymer or the like mainly composed of is used.
[負極]
負極22は、例えば、対向する一対の面を有する負極集電体22Aの両面に負極活物質層22Bが設けられた構造を有している。なお、図示はしないが、負極集電体22Aの片面のみに負極活物質層22Bを設けるようにしてもよい。
[Negative electrode]
The
負極集電体22Aは、例えば、銅(Cu)箔、ニッケル(Ni)箔またはステンレス(SUS)等の金属箔により構成されている。この負極集電体22Aの表面は、粗面化されていることが好ましい。いわゆるアンカー効果により、負極集電体22Aと負極活物質層22Bとの間の密着性が向上するからである。この場合には、少なくとも負極活物質層22Bと対向する領域において、負極集電体22Aの表面が粗面化されていればよい。粗面化の方法としては、例えば、電解処理により微粒子を形成する方法などが挙げられる。この電解処理とは、電解槽中において電解法により負極集電体22Aの表面に微粒子を形成して凹凸を設ける方法である。電解法により作製された銅箔は、一般に「電解銅箔」と呼ばれている。なお、負極集電体22Aの表面粗さは、任意に設定可能である。
The negative electrode
負極活物質層22Bは、負極活物質として、リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料のいずれか1種または2種以上を含んで構成されており、必要に応じて正極活物質層21Bと同様の導電剤および結着剤を含んで構成されている。 The negative electrode active material layer 22B includes one or more negative electrode materials capable of inserting and extracting lithium as the negative electrode active material, and the positive electrode active material layer 21B as necessary. It is comprised including the same electrically conductive agent and binder.
なお、この非水電解質電池では、リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料の電気化学当量が、正極21の電気化学当量よりも大きくなっており、理論上、充電の途中において負極22にリチウム金属が析出しないようになっている。
In this non-aqueous electrolyte battery, the electrochemical equivalent of the negative electrode material capable of occluding and releasing lithium is larger than the electrochemical equivalent of the
また、この非水電解質電池は、完全充電状態における開回路電圧(すなわち電池電圧)が、例えば4.20V以上6.00V以下の範囲内になるように設計されている。また、例えば、満充電状態における開回路電圧が4.25V以上6.00V以下とされることが好ましい。満充電状態における開回路電圧が4.25V以上とされる場合は、4.20Vの電池と比較して、同じ正極活物質であっても単位質量当たりのリチウムの放出量が多くなるため、それに応じて正極活物質と負極活物質との量が調整される。これにより、高いエネルギー密度が得られるようになっている。 In addition, this nonaqueous electrolyte battery is designed such that an open circuit voltage (that is, a battery voltage) in a fully charged state is in a range of, for example, 4.20V or more and 6.00V or less. For example, it is preferable that the open circuit voltage in the fully charged state is 4.25 V or more and 6.00 V or less. When the open circuit voltage in the fully charged state is 4.25 V or higher, the amount of lithium released per unit mass is increased even with the same positive electrode active material as compared to the 4.20 V battery. Accordingly, the amounts of the positive electrode active material and the negative electrode active material are adjusted. Thereby, a high energy density can be obtained.
リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料としては、例えば、難黒鉛化性炭素、易黒鉛化性炭素、黒鉛、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物焼成体、炭素繊維あるいは活性炭等の炭素材料が挙げられる。このうち、コークス類には、ピッチコークス、ニードルコークスあるいは石油コークス等がある。有機高分子化合物焼成体というのは、フェノール樹脂やフラン樹脂等の高分子材料を適当な温度で焼成して炭素化したものをいい、一部には難黒鉛化性炭素または易黒鉛化性炭素に分類されるものもある。これら炭素材料は、充放電時に生じる結晶構造の変化が非常に少なく、高い充放電容量を得ることができると共に、良好なサイクル特性を得ることができるので好ましい。特に黒鉛は、電気化学当量が大きく、高いエネルギー密度を得ることができ好ましい。また、難黒鉛化性炭素は、優れたサイクル特性が得られるので好ましい。更にまた、充放電電位が低いもの、具体的には充放電電位がリチウム金属に近いものが、電池の高エネルギー密度化を容易に実現することができるので好ましい。 Examples of the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium include non-graphitizable carbon, graphitizable carbon, graphite, pyrolytic carbons, cokes, glassy carbons, and fired organic polymer compounds And carbon materials such as carbon fiber and activated carbon. Of these, examples of coke include pitch coke, needle coke, and petroleum coke. An organic polymer compound fired body is a carbonized material obtained by firing a polymer material such as a phenol resin or a furan resin at an appropriate temperature, and part of it is non-graphitizable carbon or graphitizable carbon. Some are classified as: These carbon materials are preferable because the change in crystal structure that occurs during charge and discharge is very small, a high charge and discharge capacity can be obtained, and good cycle characteristics can be obtained. In particular, graphite is preferable because it has a high electrochemical equivalent and can provide a high energy density. Further, non-graphitizable carbon is preferable because excellent cycle characteristics can be obtained. Furthermore, those having a low charge / discharge potential, specifically, those having a charge / discharge potential close to that of lithium metal are preferable because a high energy density of the battery can be easily realized.
リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料としては、また、リチウムを吸蔵および放出することが可能であり、金属元素および半金属元素のうちの少なくとも1種を構成元素として含む材料も挙げられる。このような材料を用いれば、高いエネルギー密度を得ることができるからである。特に、炭素材料と共に用いるようにすれば、高エネルギー密度を得ることができると共に、優れたサイクル特性を得ることができるのでより好ましい。この負極材料は金属元素あるいは半金属元素の単体でも合金でも化合物でもよく、またこれらの1種または2種以上の相を少なくとも一部に有するようなものでもよい。なお、本技術において、合金には2種以上の金属元素からなるものに加えて、1種以上の金属元素と1種以上の半金属元素とを含むものも含める。また、非金属元素を含んでいてもよい。その組織には固溶体、共晶(共融混合物)、金属間化合物あるいはそれらのうちの2種以上が共存するものがある。 Examples of the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium include materials capable of inserting and extracting lithium and containing at least one of a metal element and a metalloid element as a constituent element. . This is because a high energy density can be obtained by using such a material. In particular, the use with a carbon material is more preferable because a high energy density can be obtained and excellent cycle characteristics can be obtained. The negative electrode material may be a single element, alloy or compound of a metal element or metalloid element, or may have at least a part of one or more of these phases. In the present technology, the alloy includes an alloy including one or more metal elements and one or more metalloid elements in addition to an alloy composed of two or more metal elements. Moreover, the nonmetallic element may be included. Some of the structures include a solid solution, a eutectic (eutectic mixture), an intermetallic compound, or two or more of them.
この負極材料を構成する金属元素あるいは半金属元素としては、例えば、マグネシウム(Mg)、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、ケイ素(Si)、ゲルマニウム(Ge)、スズ(Sn)、鉛(Pb)、ビスマス(Bi)、カドミウム(Cd)、銀(Ag)、亜鉛(Zn)、ハフニウム(Hf)、ジルコニウム(Zr)、イットリウム(Y)、パラジウム(Pd)あるいは白金(Pt)が挙げられる。これらは結晶質のものでもアモルファスのものでもよい。 Examples of metal elements or metalloid elements constituting the negative electrode material include magnesium (Mg), boron (B), aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In), silicon (Si), and germanium (Ge). ), Tin (Sn), lead (Pb), bismuth (Bi), cadmium (Cd), silver (Ag), zinc (Zn), hafnium (Hf), zirconium (Zr), yttrium (Y), palladium (Pd) ) Or platinum (Pt). These may be crystalline or amorphous.
中でも、この負極材料としては、短周期型周期表における4B族の金属元素あるいは半金属元素を構成元素として含むものが好ましく、特に好ましいのはケイ素(Si)およびスズ(Sn)の少なくとも一方を構成元素として含むものである。ケイ素(Si)およびスズ(Sn)は、リチウムを吸蔵および放出する能力が大きく、高いエネルギー密度を得ることができるからである。 Among these, as the negative electrode material, a material containing a 4B group metal element or a semimetal element in the short-period type periodic table as a constituent element is preferable, and at least one of silicon (Si) and tin (Sn) is particularly preferable. It is included as an element. This is because silicon (Si) and tin (Sn) have a large ability to occlude and release lithium, and a high energy density can be obtained.
スズ(Sn)の合金としては、例えば、スズ(Sn)以外の第2の構成元素として、ケイ素(Si)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、マンガン(Mn)、亜鉛(Zn)、インジウム(In)、銀(Ag)、チタン(Ti)、ゲルマニウム(Ge)、ビスマス(Bi)、アンチモン(Sb)、およびクロム(Cr)からなる群のうちの少なくとも1種を含むものが挙げられる。ケイ素(Si)の合金としては、例えば、ケイ素(Si)以外の第2の構成元素として、スズ(Sn)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、マンガン(Mn)、亜鉛(Zn)、インジウム(In)、銀(Ag)、チタン(Ti)、ゲルマニウム(Ge)、ビスマス(Bi)、アンチモン(Sb)、およびクロム(Cr)からなる群のうちの少なくとも1種を含むものが挙げられる。 As an alloy of tin (Sn), for example, as a second constituent element other than tin (Sn), silicon (Si), nickel (Ni), copper (Cu), iron (Fe), cobalt (Co), manganese (Mn), zinc (Zn), indium (In), silver (Ag), titanium (Ti), germanium (Ge), bismuth (Bi), antimony (Sb), and chromium (Cr) The thing containing at least 1 sort is mentioned. As an alloy of silicon (Si), for example, as a second constituent element other than silicon (Si), tin (Sn), nickel (Ni), copper (Cu), iron (Fe), cobalt (Co), manganese (Mn), zinc (Zn), indium (In), silver (Ag), titanium (Ti), germanium (Ge), bismuth (Bi), antimony (Sb), and chromium (Cr) The thing containing at least 1 sort is mentioned.
スズ(Sn)の化合物あるいはケイ素(Si)の化合物としては、例えば、酸素(O)あるいは炭素(C)を含むものが挙げられ、スズ(Sn)またはケイ素(Si)に加えて、上述した第2の構成元素を含んでいてもよい。 Examples of the tin (Sn) compound or silicon (Si) compound include those containing oxygen (O) or carbon (C). In addition to tin (Sn) or silicon (Si), the above-described compounds are used. Two constituent elements may be included.
中でも、この負極材料としては、スズ(Sn)と、コバルト(Co)と、炭素(C)とを構成元素として含み、炭素の含有量が9.9質量%以上29.7質量%以下であり、かつスズ(Sn)とコバルト(Co)との合計に対するコバルト(Co)の割合が30質量%以上70質量%以下であるSnCoC含有材料が好ましい。このような組成範囲において高いエネルギー密度を得ることができると共に、優れたサイクル特性を得ることができるからである。 Among these, as this negative electrode material, tin (Sn), cobalt (Co), and carbon (C) are included as constituent elements, and the carbon content is 9.9 mass% or more and 29.7 mass% or less. And the SnCoC containing material whose ratio of cobalt (Co) with respect to the sum total of tin (Sn) and cobalt (Co) is 30 mass% or more and 70 mass% or less is preferable. This is because a high energy density can be obtained in such a composition range, and excellent cycle characteristics can be obtained.
このSnCoC含有材料は、必要に応じて更に他の構成元素を含んでいてもよい。他の構成元素としては、例えば、ケイ素(Si)、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、クロム(Cr)、インジウム(In)、ニオブ(Nb)、ゲルマニウム(Ge)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、アルミニウム(Al)、リン(P)、ガリウム(Ga)またはビスマス(Bi)が好ましく、2種以上を含んでいてもよい。容量またはサイクル特性を更に向上させることができるからである。 This SnCoC-containing material may further contain other constituent elements as necessary. Examples of other constituent elements include silicon (Si), iron (Fe), nickel (Ni), chromium (Cr), indium (In), niobium (Nb), germanium (Ge), titanium (Ti), and molybdenum. (Mo), aluminum (Al), phosphorus (P), gallium (Ga) or bismuth (Bi) are preferable and may contain two or more. This is because the capacity or cycle characteristics can be further improved.
なお、このSnCoC含有材料は、スズと、コバルトと、炭素とを含む相を有しており、この相は結晶性の低いまたは非晶質な構造を有していることが好ましい。また、このSnCoC含有材料では、構成元素である炭素(C)の少なくとも一部が、他の構成元素である金属元素または半金属元素と結合していることが好ましい。サイクル特性の低下はスズ(Sn)等が凝集あるいは結晶化することによるものであると考えられるが、炭素(C)が他の元素と結合することにより、そのような凝集あるいは結晶化を抑制することができるからである。 This SnCoC-containing material has a phase containing tin, cobalt, and carbon, and this phase preferably has a low crystallinity or an amorphous structure. In this SnCoC-containing material, it is preferable that at least a part of carbon (C) as a constituent element is bonded to a metal element or a metalloid element as another constituent element. The decrease in cycle characteristics is considered to be due to aggregation or crystallization of tin (Sn) or the like. However, the combination of carbon (C) with other elements suppresses such aggregation or crystallization. Because it can.
元素の結合状態を調べる測定方法としては、例えばX線光電子分光法(XPS;X-ray Photoelectron Spectroscopy)が挙げられる。XPSでは、炭素の1s軌道(C1s)のピークは、グラファイトであれば、金原子の4f軌道(Au4f)のピークが84.0eVに得られるようにエネルギー較正された装置において、284.5eVに現れる。また、表面汚染炭素であれば、284.8eVに現れる。これに対して、炭素元素の電荷密度が高くなる場合、例えば炭素が金属元素または半金属元素と結合している場合には、C1sのピークは、284.5eVよりも低い領域に現れる。すなわち、SnCoC含有材料について得られるC1sの合成波のピークが284.5eVよりも低い領域に現れる場合には、SnCoC含有材料に含まれる炭素の少なくとも一部が他の構成元素である金属元素または半金属元素と結合している。 As a measuring method for examining the bonding state of elements, for example, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) can be cited. In XPS, the peak of the carbon 1s orbital (C1s) appears at 284.5 eV in an energy calibrated apparatus so that the peak of the gold atom 4f orbital (Au4f) is obtained at 84.0 eV if it is graphite. . Moreover, if it is surface contamination carbon, it will appear at 284.8 eV. On the other hand, when the charge density of the carbon element increases, for example, when carbon is bonded to a metal element or a metalloid element, the C1s peak appears in a region lower than 284.5 eV. That is, when the peak of the synthetic wave of C1s obtained for the SnCoC-containing material appears in a region lower than 284.5 eV, at least a part of the carbon contained in the SnCoC-containing material is a metal element or a half of other constituent elements. Combined with metal elements.
なお、XPS測定では、スペクトルのエネルギー軸の補正に、例えばC1sのピークを用いる。通常、表面には表面汚染炭素が存在しているので、表面汚染炭素のC1sのピークを284.8eVとし、これをエネルギー基準とする。XPS測定では、C1sのピークの波形は、表面汚染炭素のピークとSnCoC含有材料中の炭素のピークとを含んだ形として得られるので、例えば市販のソフトウエアを用いて解析することにより、表面汚染炭素のピークと、SnCoC含有材料中の炭素のピークとを分離する。波形の解析では、最低束縛エネルギー側に存在する主ピークの位置をエネルギー基準(284.8eV)とする。 In XPS measurement, for example, the C1s peak is used to correct the energy axis of the spectrum. Usually, since surface-contaminated carbon exists on the surface, the C1s peak of the surface-contaminated carbon is set to 284.8 eV, which is used as an energy standard. In the XPS measurement, the waveform of the C1s peak is obtained as a shape including the surface contamination carbon peak and the carbon peak in the SnCoC-containing material. Therefore, by analyzing using, for example, commercially available software, the surface contamination The carbon peak and the carbon peak in the SnCoC-containing material are separated. In the waveform analysis, the position of the main peak existing on the lowest bound energy side is used as the energy reference (284.8 eV).
[セパレータ]
セパレータ23は、正極21と負極22とを隔離し、両極の接触による電流の短絡を防止しつつ、リチウムイオンを通過させるものである。このセパレータ23は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレンあるいはポリエチレン等よりなる合成樹脂製の多孔質膜、またはセラミック製の多孔質膜により構成されており、これらの2種以上の多孔質膜を積層した構造とされていてもよい。
[Separator]
The separator 23 separates the
セパレータ23には、液状の非水電解質である非水電解液が含浸されている。この非水電解液は、非水溶媒と、この非水溶媒に溶解された電解質塩とを含んでいる。 The separator 23 is impregnated with a non-aqueous electrolyte that is a liquid non-aqueous electrolyte. This nonaqueous electrolytic solution includes a nonaqueous solvent and an electrolyte salt dissolved in the nonaqueous solvent.
セパレータ23は、ポリエチレン以外にポリプロピレン(PP)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)およびポリテトラフルオロエチレン(PTFE)のいずれかを含むようにてもよい。また、セラミック製の多孔質膜により構成されており、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)のうち数種を混合して多孔質膜としてもよい。さらに、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)の多孔質膜の表面に、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)ならびにアルミナ(Al2O3)、シリカ(SiO2)等のセラミックスを塗布してもよい。また、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)の2種以上の多孔質膜を積層した構造とされていてもよい。ポリオレフィン製の多孔質膜はショート防止効果に優れ、かつシャットダウン効果による電池の安全性向上を図ることができるので好ましい。 The separator 23 may include any of polypropylene (PP), polyvinylidene fluoride (PVdF), and polytetrafluoroethylene (PTFE) in addition to polyethylene. Moreover, it is comprised with the porous film made from a ceramic, and it is good also as a porous film by mixing several types out of polyethylene (PE), polypropylene (PP), and polytetrafluoroethylene (PTFE). Further, ceramics such as polyvinylidene fluoride (PVdF), alumina (Al 2 O 3 ), and silica (SiO 2 ) are formed on the surface of a porous film of polyethylene (PE), polypropylene (PP), and polytetrafluoroethylene (PTFE). May be applied. Further, a structure in which two or more porous films of polyethylene (PE), polypropylene (PP), and polytetrafluoroethylene (PTFE) are laminated may be employed. A porous membrane made of polyolefin is preferable because it is excellent in short-circuit prevention effect and can improve battery safety by a shutdown effect.
[非水電解液またはゲル電解質]
非水電解液は、第1の実施の形態の非水電解液を用いることができる。また、非水電解液をマトリクスポリマに保持させたゲル電解質を用いても良い。
[Nonaqueous electrolyte or gel electrolyte]
As the non-aqueous electrolyte, the non-aqueous electrolyte of the first embodiment can be used. Moreover, you may use the gel electrolyte which hold | maintained the non-aqueous electrolyte in the matrix polymer.
(2−2)非水電解質電池の製造方法
[正極の製造方法]
正極活物質と、導電剤と、結着剤とを混合して正極合剤を調製し、この正極合剤をN−メチル−2−ピロリドン等の溶剤に分散させてペースト状の正極合剤スラリーを作製する。次に、この正極合剤スラリーを正極集電体21Aに塗布し溶剤を乾燥させ、ロールプレス機等により圧縮成型することにより正極活物質層21Bを形成し、正極21を作製する。
(2-2) Manufacturing method of nonaqueous electrolyte battery [Manufacturing method of positive electrode]
A positive electrode active material, a conductive agent, and a binder are mixed to prepare a positive electrode mixture, and the positive electrode mixture is dispersed in a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone to obtain a paste-like positive electrode mixture slurry Is made. Next, the positive electrode mixture slurry is applied to the positive electrode
[負極の製造方法]
負極活物質と、結着剤とを混合して負極合剤を調製し、この負極合剤をN−メチル−2−ピロリドン等の溶剤に分散させてペースト状の負極合剤スラリーを作製する。次に、この負極合剤スラリーを負極集電体22Aに塗布し溶剤を乾燥させ、ロールプレス機等により圧縮成型することにより負極活物質層22Bを形成し、負極22を作製する。
[Production method of negative electrode]
A negative electrode active material and a binder are mixed to prepare a negative electrode mixture, and the negative electrode mixture is dispersed in a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone to prepare a paste-like negative electrode mixture slurry. Next, the negative electrode mixture slurry is applied to the negative electrode
[非水電解液の調製]
非水電解液は、非水溶媒に対して電解質塩を溶解させて調製する。
[Preparation of non-aqueous electrolyte]
The nonaqueous electrolytic solution is prepared by dissolving an electrolyte salt in a nonaqueous solvent.
[非水電解質電池の組み立て]
正極集電体21Aに正極リード25を溶接等により取り付けると共に、負極集電体22Aに負極リード26を溶接等により取り付ける。その後、正極21と負極22とをセパレータ23を介して巻回し巻回電極体20とする。正極リード25の先端部を安全弁機構15に溶接すると共に、負極リード26の先端部を電池缶11に溶接する。この後、巻回電極体20の巻回面を一対の絶縁板12,13で挟み、電池缶11の内部に収納する。巻回電極体20を電池缶11の内部に収納したのち、非水電解液を電池缶11の内部に注入し、セパレータ23に含浸させる。そののち、電池缶11の開口端部に電池蓋14、安全弁機構15および熱感抵抗素子16をガスケット17を介してかしめることにより固定する。これにより、図1に示した非水電解質電池が形成される。
[Assembly of non-aqueous electrolyte battery]
The positive electrode lead 25 is attached to the positive electrode
この非水電解質電池では、充電を行うと、例えば、正極活物質層21Bからリチウムイオンが放出され、非水電解液を介して負極活物質層22Bに吸蔵される。また、放電を行うと、例えば、負極活物質層22Bからリチウムイオンが放出され、非水電解液を介して正極活物質層21Bに吸蔵される。 In this non-aqueous electrolyte battery, when charged, for example, lithium ions are released from the positive electrode active material layer 21B and inserted into the negative electrode active material layer 22B through the non-aqueous electrolyte. Further, when discharging is performed, for example, lithium ions are released from the negative electrode active material layer 22B and inserted into the positive electrode active material layer 21B through the nonaqueous electrolytic solution.
〔効果〕
第2の実施の形態の非水電解質電池は、非水電解質電池の充電時における電気化学的な反応に起因する充電終止電圧抑制と、放電容量の均一化の双方について高い効果を得ることができる。
〔effect〕
The nonaqueous electrolyte battery according to the second embodiment can obtain a high effect in terms of both the end-of-charge voltage suppression caused by the electrochemical reaction during the charging of the nonaqueous electrolyte battery and the uniform discharge capacity. .
3.第3の実施の形態
第3の実施の形態では、第1の実施の形態における非水電解質を用いたラミネートフィルム型非水電解質電池について説明する。第3の実施の形態では、ゲル電解質を用いた例について説明する。
3. Third Embodiment In the third embodiment, a laminated film type nonaqueous electrolyte battery using the nonaqueous electrolyte in the first embodiment will be described. In the third embodiment, an example using a gel electrolyte will be described.
(3−1)非水電解質電池の構成
図3は、第3の実施の形態にかかる非水電解質電池の構成を表すものである。この非水電解質電池は、いわゆるラミネートフィルム型といわれるものであり、正極リード31および負極リード32が取り付けられた巻回電極体30をフィルム状の外装部材40の内部に収容したものである。
(3-1) Configuration of Nonaqueous Electrolyte Battery FIG. 3 shows the configuration of the nonaqueous electrolyte battery according to the third embodiment. This non-aqueous electrolyte battery is a so-called laminate film type, in which a
正極リード31および負極リード32は、それぞれ、外装部材40の内部から外部に向かい例えば同一方向に導出されている。正極リード31および負極リード32は、例えば、アルミニウム、銅、ニッケルあるいはステンレス等の金属材料によりそれぞれ構成されており、それぞれ薄板状または網目状とされている。
The
外装部材40は、例えば、金属層の両面に樹脂層が形成されたラミネートフィルムからなる。ラミネートフィルムは、金属層のうち電池外側に露出する面に外側樹脂層が形成され、巻回電極体30等の発電要素に対向する電池内側面に内側樹脂層が形成される。
The
金属層は、水分、酸素、光の進入を防ぎ内容物を守る最も重要な役割を担っており、軽さ、伸び性、価格、加工のしやすさからアルミニウム(Al)が最もよく使われる。外側樹脂層は、外観の美しさや強靱さ、柔軟性等を有し、ナイロンまたはポリエチレンテレフタレート(PET)等の樹脂材料が用いられる。内側樹脂層は、熱や超音波で溶け、互いに融着する部分であるため、ポリオレフィンが適切であり、無延伸ポリプロピレン(CPP)が多用される。金属層と外側樹脂層および内側樹脂層との間には、必要に応じて接着剤層を設けてもよい。 The metal layer plays the most important role in protecting the contents by preventing the ingress of moisture, oxygen and light, and aluminum (Al) is most often used because of its lightness, extensibility, price and ease of processing. The outer resin layer has a beautiful appearance, toughness, flexibility, and the like, and a resin material such as nylon or polyethylene terephthalate (PET) is used. Since the inner resin layer is a portion that melts and fuses with heat or ultrasonic waves, polyolefin is suitable, and unstretched polypropylene (CPP) is often used. An adhesive layer may be provided between the metal layer, the outer resin layer, and the inner resin layer as necessary.
外装部材40は、例えば深絞りにより内側樹脂層側から外側樹脂層の方向に向けて形成された、巻回電極体30を収容する凹部が設けられており、内側樹脂層が巻回電極体30と対向するように配設されている。外装部材40の対向する内側樹脂層同士は、凹部の外縁部において融着等により互いに密着されている。外装部材40と正極リード31および負極リード32との間には、外装部材40の内側樹脂層と、金属材料からなる正極リード31および負極リード32との接着性を向上させるための密着フィルム41が配置されている。密着フィルム41は、金属材料との接着性の高い樹脂材料からなり、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンや、これら材料が変性された変性ポリエチレンあるいは変性ポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂により構成されている。
The
なお、外装部材40は、金属層がアルミニウム(Al)からなるアルミラミネートフィルムに代えて、他の構造を有するラミネートフィルム、ポリプロピレン等の高分子フィルムあるいは金属フィルムにより構成するようにしてもよい。
The
図4は、図3に示した巻回電極体30のI−I線に沿った断面構造を表すものである。巻回電極体30は、正極33と負極34とをセパレータ35およびゲル電解質からなる電解質層36を介して積層し、巻回したものであり、最外周部は必要に応じて保護テープ37により保護されている。
FIG. 4 shows a cross-sectional structure taken along line II of the spirally
[正極]
正極33は、正極集電体33Aの片面あるいは両面に正極活物質層33Bが設けられた構造を有している。正極集電体33A、正極活物質層33Bの構成は、第2の実施の形態における正極集電体21Aおよび正極活物質層21Bと同様である。
[Positive electrode]
The
[負極]
負極34は、負極集電体34Aの片面あるいは両面に負極活物質層34Bが設けられた構造を有しており、負極活物質層34Bと正極活物質層33Bとが対向するように配置されている。負極集電体34A、負極活物質層34Bの構成は、第2の実施の形態における負極集電体22Aおよび負極活物質層22Bと同様である。
[Negative electrode]
The
[セパレータ]
セパレータ35は、第2の実施の形態におけるセパレータ23と同様である。
[Separator]
The
[非水電解質]
電解質層36は、第1の実施の形態に記載されたゲル電解質である。ゲル電解質は高いイオン伝導率を得ることができると共に、電池の漏液を防止することができるので好ましい。また、第2の実施の形態に記載されたように、非水電解液を用いても良い。
[Nonaqueous electrolyte]
The
(3−2)非水電解質電池の製造方法
この非水電解質電池は、例えば、次のようにして製造することができる。
(3-2) Manufacturing Method of Nonaqueous Electrolyte Battery This nonaqueous electrolyte battery can be manufactured as follows, for example.
[正極および負極の製造方法]
正極33および負極34は、第2の実施の形態と同様の方法により作製することができる。
[Method for producing positive electrode and negative electrode]
The
[非水電解質電池の組み立て]
正極33および負極34のそれぞれに、非水電解液と、高分子化合物と、混合溶剤とを含む前駆溶液を塗布し、混合溶剤を揮発させて電解質層36を形成する。そののち、正極集電体33Aの端部に正極リード31を溶接により取り付けると共に、負極集電体34Aの端部に負極リード32を溶接により取り付ける。
[Assembly of non-aqueous electrolyte battery]
A precursor solution containing a nonaqueous electrolytic solution, a polymer compound, and a mixed solvent is applied to each of the
次に、電解質層36が形成された正極33と負極34とをセパレータ35を介して積層し積層体としたのち、この積層体をその長手方向に巻回して、最外周部に保護テープ37を接着して巻回電極体30を形成する。最後に、例えば、外装部材40の間に巻回電極体30を挟み込み、外装部材40の外縁部同士を熱融着等により密着させて封入する。その際、正極リード31および負極リード32と外装部材40との間には密着フィルム41を挿入する。これにより、図3および図4に示した非水電解質電池が完成する。
Next, the
この非水電解質電池は、次のような方法で作製しても良い。非水電解液と、高分子化合物の原料であるモノマーと、重合開始剤と、必要に応じて重合禁止剤等の他の材料とを含む電解質用組成物を用意し、外装部材40の内部に注入したのち、外装部材40の開口部を真空雰囲気下で熱融着して密封する。次に、熱を加えてモノマーを重合させて高分子化合物とすることによりゲル状の電解質層36を形成する。
This nonaqueous electrolyte battery may be manufactured by the following method. Prepare an electrolyte composition containing a non-aqueous electrolyte, a monomer that is a raw material for the polymer compound, a polymerization initiator, and, if necessary, other materials such as a polymerization inhibitor. After the injection, the opening of the
また、次のような方法で作製しても良い。セパレータ35の表面に高分子化合物を保持させ、外装部材40の内部に非水電解液を注入したのち、外装部材40の開口部を真空雰囲気下で熱融着して密封する。次に、熱を加えて高分子化合物に非水電解液を保持させることにより、ゲル状の電解質層36を形成する。
Moreover, you may produce by the following methods. After the polymer compound is held on the surface of the
〔効果〕
第3の実施の形態は、第2の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
〔effect〕
The third embodiment can obtain the same effects as those of the second embodiment.
4.第4の実施の形態
第4の実施の形態では、第2の実施の形態および第3の実施の形態における非水電解質電池を用いた非水電解質電池が備えられた電池パックについて説明する。
4). Fourth Embodiment In a fourth embodiment, a battery pack provided with a nonaqueous electrolyte battery using the nonaqueous electrolyte battery in the second embodiment and the third embodiment will be described.
図5は、本技術の非水電解質電池を電池パックに適用した場合の回路構成例を示すブロック図である。電池パックは、組電池301、外装、充電制御スイッチ302aと、放電制御スイッチ303aとを備えるスイッチ部304、電流検出抵抗307、温度検出素子308、制御部310を備えている。
FIG. 5 is a block diagram showing a circuit configuration example when the nonaqueous electrolyte battery of the present technology is applied to a battery pack. The battery pack includes a
また、電池パックは、正極端子321および負極端子322を備え、充電時には正極端子321および負極端子322がそれぞれ充電器の正極端子、負極端子に接続され、充電が行われる。また、電子機器使用時には、正極端子321および負極端子322がそれぞれ電子機器の正極端子、負極端子に接続され、放電が行われる。
In addition, the battery pack includes a
組電池301は、複数の非水電解質電池301aを直列および/または並列に接続してなる。この非水電解質電池301aは本技術の非水電解質電池である。なお、図5では、6つの非水電解質電池301aが、2並列3直列(2P3S)に接続された場合が例として示されているが、その他、n並列m直列(n,mは整数)のように、どのような接続方法でもよい。
The assembled
スイッチ部304は、充電制御スイッチ302aおよびダイオード302b、ならびに放電制御スイッチ303aおよびダイオード303bを備え、制御部310によって制御される。ダイオード302bは、正極端子321から組電池301の方向に流れる充電電流に対して逆方向で、負極端子322から組電池301の方向に流れる放電電流に対して順方向の極性を有する。ダイオード303bは、充電電流に対して順方向で、放電電流に対して逆方向の極性を有する。なお、例では+側にスイッチ部を設けているが、−側に設けてもよい。
The
充電制御スイッチ302aは、電池電圧が過充電検出電圧となった場合にOFFされて、組電池301の電流経路に充電電流が流れないように充放電制御部によって制御される。充電制御スイッチのOFF後は、ダイオード302bを介することによって放電のみが可能となる。また、充電時に大電流が流れた場合にOFFされて、組電池301の電流経路に流れる充電電流を遮断するように、制御部310によって制御される。
The
放電制御スイッチ303aは、電池電圧が過放電検出電圧となった場合にOFFされて、組電池301の電流経路に放電電流が流れないように制御部310によって制御される。放電制御スイッチ303aのOFF後は、ダイオード303bを介することによって充電のみが可能となる。また、放電時に大電流が流れた場合にOFFされて、組電池301の電流経路に流れる放電電流を遮断するように、制御部310によって制御される。
The
温度検出素子308は例えばサーミスタであり、組電池301の近傍に設けられ、組電池301の温度を測定して測定温度を制御部310に供給する。電圧検出部311は、組電池301およびそれを構成する各非水電解質電池301aの電圧を測定し、この測定電圧をA/D変換して、制御部310に供給する。電流測定部313は、電流検出抵抗307を用いて電流を測定し、この測定電流を制御部310に供給する。
The
スイッチ制御部314は、電圧検出部311および電流測定部313から入力された電圧および電流を基に、スイッチ部304の充電制御スイッチ302aおよび放電制御スイッチ303aを制御する。スイッチ制御部314は、非水電解質電池301aのいずれかの電圧が過充電検出電圧もしくは過放電検出電圧以下になったとき、また、大電流が急激に流れたときに、スイッチ部304に制御信号を送ることにより、過充電および過放電、過電流充放電を防止する。
The
ここで、例えば、非水電解質電池がリチウムイオン二次電池の場合、過充電検出電圧が例えば4.20V±0.05Vと定められ、過放電検出電圧が例えば2.4V±0.1Vと定められる。 Here, for example, when the nonaqueous electrolyte battery is a lithium ion secondary battery, the overcharge detection voltage is determined to be, for example, 4.20V ± 0.05V, and the overdischarge detection voltage is determined to be, for example, 2.4V ± 0.1V. It is done.
充放電スイッチは、例えばMOSFET等の半導体スイッチを使用できる。この場合MOSFETの寄生ダイオードがダイオード302bおよび303bとして機能する。充放電スイッチとして、Pチャンネル型FETを使用した場合は、スイッチ制御部314は、充電制御スイッチ302aおよび放電制御スイッチ303aのそれぞれのゲートに対して、制御信号DOおよびCOをそれぞれ供給する。充電制御スイッチ302aおよび放電制御スイッチ303aはPチャンネル型である場合、ソース電位より所定値以上低いゲート電位によってONする。すなわち、通常の充電および放電動作では、制御信号COおよびDOをローレベルとし、充電制御スイッチ302aおよび放電制御スイッチ303aをON状態とする。
As the charge / discharge switch, for example, a semiconductor switch such as a MOSFET can be used. In this case, the parasitic diode of the MOSFET functions as the
そして、例えば過充電もしくは過放電の際には、制御信号COおよびDOをハイレベルとし、充電制御スイッチ302aおよび放電制御スイッチ303aをOFF状態とする。
For example, during overcharge or overdischarge, the control signals CO and DO are set to a high level, and the
メモリ317は、RAMやROMからなり例えば不揮発性メモリであるEPROM(Erasable Programmable Read Only Memory)等からなる。メモリ317では、制御部310で演算された数値や 、製造工程の段階で測定された各非水電解質電池301aの初期状態における電池の内部抵抗値等が予め記憶され、また適宜、書き換えも可能である。 (また、非水電解質電池301aの満充電容量を記憶させておくことで、制御部310とともに例えば残容量を算出することができる。
The
温度検出部318では、温度検出素子308を用いて温度を測定し、異常発熱時に充放電制御を行ったり、残容量の算出における補正を行う。
The
5.第5の実施の形態
第5の実施の形態では、第2および第3の実施の形態にかかる非水電解質電池および第4の実施の形態にかかる電池パックを搭載した電子機器、電動車両および蓄電装置等の機器について説明する。第2〜第4の実施の形態で説明した非水電解質電池および電池パックは、電子機器や電動車両、蓄電装置等の機器に電力を供給するために使用することができる。
5. Fifth Embodiment In the fifth embodiment, an electronic device, an electric vehicle, and a power storage equipped with the nonaqueous electrolyte battery according to the second and third embodiments and the battery pack according to the fourth embodiment. A device such as an apparatus will be described. The nonaqueous electrolyte batteries and battery packs described in the second to fourth embodiments can be used to supply power to devices such as electronic devices, electric vehicles, and power storage devices.
電子機器として、例えばノート型パソコン、PDA(携帯情報端末)、携帯電話、コードレスフォン子機、ビデオムービー、デジタルスチルカメラ、電子書籍、電子辞書、音楽プレイヤー、ラジオ、ヘッドホン、ゲーム機、ナビゲーションシステム、メモリーカード、ペースメーカー、補聴器、電動工具、電気シェーバー、冷蔵庫、 エアコン、テレビ、ステレオ、温水器、電子レンジ、食器洗い器、洗濯機、乾燥器、照明機器、玩具、医療機器、ロボット、ロードコンディショナー、信号機等が挙げられる。 Examples of electronic devices include notebook computers, PDAs (personal digital assistants), mobile phones, cordless phones, video movies, digital still cameras, electronic books, electronic dictionaries, music players, radios, headphones, game consoles, navigation systems, Memory cards, pacemakers, hearing aids, power tools, electric shavers, refrigerators, air conditioners, TVs, stereos, water heaters, microwave ovens, dishwashers, washing machines, dryers, lighting equipment, toys, medical equipment, robots, road conditioners, traffic lights Etc.
また、電動車両としては鉄道車両、ゴルフカート、電動カート、電気自動車(ハイブリッド自動車を含む)等が挙げられ、これらの駆動用電源または補助用電源として用いられる。 Further, examples of the electric vehicle include a railway vehicle, a golf cart, an electric cart, an electric vehicle (including a hybrid vehicle), and the like, and these are used as a driving power source or an auxiliary power source.
蓄電装置としては、住宅をはじめとする建築物用または発電設備用の電力貯蔵用電源等が挙げられる。 Examples of the power storage device include a power storage power source for buildings such as houses or power generation facilities.
以下では、上述した適用例のうち、本技術の非水電解質電池を適用した蓄電装置を用いた蓄電システムの具体例を説明する。 Below, the specific example of the electrical storage system using the electrical storage apparatus to which the nonaqueous electrolyte battery of this technique is applied among the application examples mentioned above is demonstrated.
この蓄電システムは、例えば下記の様な構成が挙げられる。第1の蓄電システムは、再生可能エネルギーから発電を行う発電装置によって蓄電装置が充電される蓄電システムである。第2の蓄電システムは、蓄電装置を有し、蓄電装置に接続される電子機器に電力を供給する蓄電システムである。第3の蓄電システムは、蓄電装置から、電力の供給を受ける電子機器である。これらの蓄電システムは、外部の電力供給網と協働して電力の効率的な供給を図るシステムとして実施される。 This power storage system has the following configuration, for example. The first power storage system is a power storage system in which a power storage device is charged by a power generation device that generates power from renewable energy. The second power storage system is a power storage system that includes a power storage device and supplies power to an electronic device connected to the power storage device. The third power storage system is an electronic device that receives power supply from the power storage device. These power storage systems are implemented as a system for efficiently supplying power in cooperation with an external power supply network.
さらに、第4の蓄電システムは、蓄電装置から電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置と、蓄電装置に関する情報に基いて車両制御に関する情報処理を行なう制御装置とを有する電動車両である。第5の蓄電システムは、他の機器とネットワークを介して信号を送受信する電力情報送受信部とを備え、送受信部が受信した情報に基づき、上述した蓄電装置の充放電制御を行う電力システムである。第6の蓄電システムは、上述した蓄電装置から、電力の供給を受け、または発電装置または電力網から蓄電装置に電力を供給する電力システムである。以下、蓄電システムについて説明する。 Furthermore, the fourth power storage system includes an electric vehicle having a conversion device that receives power supplied from the power storage device and converts the power into a driving force of the vehicle, and a control device that performs information processing related to vehicle control based on information about the power storage device. It is. The fifth power storage system is a power system that includes a power information transmission / reception unit that transmits / receives signals to / from other devices via a network, and performs charge / discharge control of the power storage device described above based on information received by the transmission / reception unit. . The sixth power storage system is a power system that receives power from the power storage device described above or supplies power from the power generation device or the power network to the power storage device. Hereinafter, the power storage system will be described.
(5−1)応用例としての住宅における蓄電システム
本技術の非水電解質電池を用いた蓄電装置を住宅用の蓄電システムに適用した例について、図6を参照して説明する。例えば住宅101用の蓄電システム100においては、火力発電102a、原子力発電102b、水力発電102c等の集中型電力系統102から電力網109、情報網112、スマートメータ107、パワーハブ108等を介し、電力が蓄電装置103に供給される。これと共に、家庭内発電装置104等の独立電源から電力が蓄電装置103に供給される。蓄電装置103に供給された電力が蓄電される。蓄電装置103を使用して、住宅101で使用する電力が給電される。住宅101に限らずビルに関しても同様の蓄電システムを使用できる。
(5-1) Power Storage System in Residential House as Application Example An example in which a power storage device using a nonaqueous electrolyte battery of the present technology is applied to a power storage system for a house will be described with reference to FIG. For example, in the power storage system 100 for the house 101, electric power is stored from the
住宅101には、発電装置104、電力消費装置105、蓄電装置103、各装置を制御する制御装置110、スマートメータ107、各種情報を取得するセンサ111が設けられている。各装置は、電力網109および情報網112によって接続されている。発電装置104として、太陽電池、燃料電池等が利用され、発電した電力が電力消費装置105および/または蓄電装置103に供給される。電力消費装置105は、冷蔵庫105a、空調装置105b、テレビジョン受信機105c、風呂105d等である。さらに、電力消費装置105には、電動車両106が含まれる。電動車両106は、電気自動車106a、ハイブリッドカー106b、電気バイク106cである。
The house 101 is provided with a power generation device 104, a
蓄電装置103に対して、本技術の非水電解質電池が適用される。本技術の非水電解質電池は、例えば上述したリチウムイオン二次電池によって構成されていてもよい。スマートメータ107は、商用電力の使用量を測定し、測定された使用量を、電力会社に送信する機能を備えている。電力網109は、直流給電、交流給電、非接触給電の何れか一つまたは複数を組み合わせてもよい。
The nonaqueous electrolyte battery of the present technology is applied to the
各種のセンサ111は、例えば人感センサ、照度センサ、物体検知センサ、消費電力センサ、振動センサ、接触センサ、温度センサ、赤外線センサ等である。各種のセンサ111により取得された情報は、制御装置110に送信される。センサ111からの情報によって、気象の状態、人の状態等が把握されて電力消費装置105を自動的に制御してエネルギー消費を最小とすることができる。さらに、制御装置110は、住宅101に関する情報をインターネットを介して外部の電力会社等に送信することができる。
The various sensors 111 are, for example, human sensors, illuminance sensors, object detection sensors, power consumption sensors, vibration sensors, contact sensors, temperature sensors, infrared sensors, and the like. Information acquired by various sensors 111 is transmitted to the
パワーハブ108によって、電力線の分岐、直流交流変換等の処理がなされる。制御装置110と接続される情報網112の通信方式としては、UART(Universal Asynchronous Receiver-Transceiver:非同期シリアル通信用送受信回路)等の通信インターフェースを使う方法、Bluetooth、ZigBee、Wi−Fi等の無線通信規格によるセンサーネットワークを利用する方法がある。Bluetooth方式は、マルチメディア通信に適用され、一対多接続の通信を行うことができる。ZigBeeは、IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)802.15.4の物理層を使用するものである。IEEE802.15.4は、PAN(Personal Area Network)またはW(Wireless)PANと呼ばれる短距離無線ネットワーク規格の名称である。
The
制御装置110は、外部のサーバ113と接続されている。このサーバ113は、住宅101、電力会社、サービスプロバイダーの何れかによって管理されていてもよい。サーバ113が送受信する情報は、たとえば、消費電力情報、生活パターン情報、電力料金、天気情報、天災情報、電力取引に関する情報である。これらの情報は、家庭内の電力消費装置(たとえばテレビジョン受信機)から送受信してもよいが、家庭外の装置(たとえば、携帯電話機等)から送受信してもよい。これらの情報は、表示機能を持つ機器、たとえば、テレビジョン受信機、携帯電話機、PDA(Personal Digital Assistants)等に、表示されてもよい。
The
各部を制御する制御装置110は、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)等で構成され、この例では、蓄電装置103に格納されている。制御装置110は、蓄電装置103、発電装置104、電力消費装置105、各種のセンサ111、サーバ113と情報網112により接続され、例えば、商用電力の使用量と、発電量とを調整する機能を有している。なお、その他にも、電力市場で電力取引を行う機能等を備えていてもよい。
The
以上のように、電力が火力102a、原子力102b、水力102c等の集中型電力系統102のみならず、発電装置104(太陽光発電、風力発電)の発電電力を蓄電装置103に蓄えることができる。したがって、発電装置104の発電電力が変動しても、外部に送出する電力量を一定にしたり、または、必要なだけ放電するといった制御を行うことができる。例えば、太陽光発電で得られた電力を蓄電装置103に蓄えると共に、夜間は料金が安い深夜電力を蓄電装置103に蓄え、昼間の料金が高い時間帯に蓄電装置103によって蓄電した電力を放電して利用するといった使い方もできる。
As described above, the electric power can be stored not only in the
なお、この例では、制御装置110が蓄電装置103内に格納される例を説明したが、スマートメータ107内に格納されてもよいし、単独で構成されていてもよい。さらに、蓄電システム100は、集合住宅における複数の家庭を対象として用いられてもよいし、複数の戸建て住宅を対象として用いられてもよい。
In this example, the example in which the
(5−2)応用例としての車両における蓄電システム
本技術を車両用の蓄電システムに適用した例について、図7を参照して説明する。図7に、本技術が適用されるシリーズハイブリッドシステムを採用するハイブリッド車両の構成の一例を概略的に示す。シリーズハイブリッドシステムはエンジンで動かす発電機で発電された電力、あるいはそれをバッテリーに一旦貯めておいた電力を用いて、電力駆動力変換装置で走行する車である。
(5-2) Power Storage System in Vehicle as Application Example An example in which the present technology is applied to a power storage system for a vehicle will be described with reference to FIG. FIG. 7 schematically shows an example of the configuration of a hybrid vehicle that employs a series hybrid system to which the present technology is applied. A series hybrid system is a car that runs on an electric power driving force conversion device using electric power generated by a generator driven by an engine or electric power once stored in a battery.
このハイブリッド車両200には、エンジン201、発電機202、電力駆動力変換装置203、駆動輪204a、駆動輪204b、車輪205a、車輪205b、バッテリー208、車両制御装置209、各種センサ210、充電口211が搭載されている。バッテリー208に対して、上述した本技術の非水電解質電池が適用される。
The
ハイブリッド車両200は、電力駆動力変換装置203を動力源として走行する。電力駆動力変換装置203の一例は、モータである。バッテリー208の電力によって電力駆動力変換装置203が作動し、この電力駆動力変換装置203の回転力が駆動輪204a、204bに伝達される。なお、必要な個所に直流−交流(DC−AC)あるいは逆変換(AC−DC変換)を用いることによって、電力駆動力変換装置203が交流モータでも直流モータでも適用可能である。各種センサ210は、車両制御装置209を介してエンジン回転数を制御したり、図示しないスロットルバルブの開度(スロットル開度)を制御したりする。各種センサ210には、速度センサ、加速度センサ、エンジン回転数センサ等が含まれる。
The
エンジン201の回転力は発電機202に伝えられ、その回転力によって発電機202により生成された電力をバッテリー208に蓄積することが可能である。
The rotational force of the
図示しない制動機構によりハイブリッド車両200が減速すると、その減速時の抵抗力が電力駆動力変換装置203に回転力として加わり、この回転力によって電力駆動力変換装置203により生成された回生電力がバッテリー208に蓄積される。
When the
バッテリー208は、ハイブリッド車両200の外部の電源に接続されることで、その外部電源から充電口211を入力口として電力供給を受け、受けた電力を蓄積することも可能である。
The
図示しないが、非水電解質電池に関する情報に基いて車両制御に関する情報処理を行う情報処理装置を備えていてもよい。このような情報処理装置としては、例えば、電池の残量に関する情報に基づき、電池残量表示を行う情報処理装置等がある。 Although not shown, an information processing apparatus that performs information processing related to vehicle control based on information related to the nonaqueous electrolyte battery may be provided. As such an information processing apparatus, for example, there is an information processing apparatus that displays a battery remaining amount based on information on the remaining amount of the battery.
なお、以上は、エンジンで動かす発電機で発電された電力、或いはそれをバッテリーに一旦貯めておいた電力を用いて、モータで走行するシリーズハイブリッド車を例として説明した。しかしながら、エンジンとモータの出力がいずれも駆動源とし、エンジンのみで走行、モータのみで走行、エンジンとモータ走行という3つの方式を適宜切り替えて使用するパラレルハイブリッド車に対しても本技術は有効に適用可能である。さらに、エンジンを用いず駆動モータのみによる駆動で走行する所謂、電動車両に対しても本技術は有効に適用可能である。 In addition, the above demonstrated as an example the series hybrid vehicle which drive | works with a motor using the electric power generated with the generator driven by an engine, or the electric power once stored in the battery. However, the present technology is also effective for a parallel hybrid vehicle in which the engine and motor outputs are both driving sources, and the system is switched between the three modes of driving with only the engine, driving with the motor, and engine and motor. Applicable. Furthermore, the present technology can be effectively applied to a so-called electric vehicle that travels only by a drive motor without using an engine.
以下、実施例により本技術を詳細に説明する。なお、以下の各実施例および比較例で用いる化合物は下記の通りである。 Hereinafter, the present technology will be described in detail by way of examples. The compounds used in the following examples and comparative examples are as follows.
[過充電制御剤]
なお、上記各過充電制御剤のうち、後述する安全弁作動時間の測定を行った実施例に用いた過充電制御剤について、化合物反応時における正極電位(対Li/Li+)を下記表1に示す。
<実施例1−1−1>
[正極の作製]
炭酸リチウム(Li2CO3)と炭酸コバルト(CoCO3)とを0.5:1のモル比で混合した後、900℃空気中において5時間焼成してリチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2)を得た。続いて、正極活物質としてリチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2)91質量部と、導電剤としてグラファイト6質量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVdF)3質量部とを混合して正極合剤とした。続いて、N−メチル−2−ピロリドンに正極合剤を分散させて、ペースト状の正極合剤スラリーを調製した。最後に、厚さ12μmの帯状アルミニウム箔からなる正極集電体の両面に、コーティング装置を用いて正極合剤スラリーを均一に塗布および乾燥させた後、ロールプレス機を用いて圧縮成型して正極活物質層が形成された正極を作製した。
<Example 1-1-1>
[Production of positive electrode]
Lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) and cobalt carbonate (CoCO 3 ) were mixed at a molar ratio of 0.5: 1, and then calcined in air at 900 ° C. for 5 hours to obtain lithium cobalt composite oxide (LiCoO 2 ). Obtained. Subsequently, 91 parts by mass of lithium cobalt composite oxide (LiCoO 2 ) as a positive electrode active material, 6 parts by mass of graphite as a conductive agent, and 3 parts by mass of polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder were mixed. An agent was used. Subsequently, the positive electrode mixture was dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone to prepare a paste-like positive electrode mixture slurry. Finally, the positive electrode mixture slurry was uniformly applied and dried on both surfaces of a positive electrode current collector made of a strip-shaped aluminum foil having a thickness of 12 μm using a coating apparatus, and then compression molded using a roll press machine. A positive electrode on which an active material layer was formed was produced.
[負極の作製]
負極活物質として平均粒径20μmの粒状黒鉛粉末96質量部と、結着剤としてスチレン−ブタジエン共重合体のアクリル酸変性体1.5質量部と、増粘剤としてカルボキシメチルセルロース1.5質量部と、適量の水とを攪拌し、負極合剤スラリーを調製した。次に、厚さ15μmの帯状銅箔からなる負極集電体の両面に、コーティング装置を用いて負極合剤スラリーを均一に塗布および乾燥させた後、ロールプレス機を用いて圧縮成型して負極活物質層が形成された負極を作製した。
[Production of negative electrode]
96 parts by mass of a granular graphite powder having an average particle size of 20 μm as a negative electrode active material, 1.5 parts by mass of an acrylic acid modified product of a styrene-butadiene copolymer as a binder, and 1.5 parts by mass of carboxymethyl cellulose as a thickener Then, an appropriate amount of water was stirred to prepare a negative electrode mixture slurry. Next, a negative electrode mixture slurry was uniformly applied and dried on both surfaces of a negative electrode current collector made of a strip-shaped copper foil having a thickness of 15 μm using a coating apparatus, and then compressed and molded using a roll press machine. A negative electrode on which an active material layer was formed was produced.
[非水電解液の調製]
炭酸エチレン(EC)、炭酸ジメチル(DMC)および炭酸エチルメチル(EMC)を、質量比EC:DMC:EMC=30:40:30で混合して非水溶媒とした後、非水溶媒に電解質塩として六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を1.0mol/kgの濃度で溶解させた。続いて、電解質塩が溶解された非水溶媒に対して、過充電制御剤として上述の過充電制御剤(1−10)を、添加化合物として式(1−2)に示す化合物を溶解し、非水電解液を調製した。なお、過充電制御剤(1−10)は、非水電解液の全組成中における含有量が5.0質量%となるように混合させた。また、添加化合物は、非水電解液の全組成中における含有量が0.1質量%(過充電制御剤に対して2.0質量%)となるように混合させた。
[Preparation of non-aqueous electrolyte]
Ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC) and ethyl methyl carbonate (EMC) were mixed at a mass ratio EC: DMC: EMC = 30: 40: 30 to make a non-aqueous solvent, and then an electrolyte salt was added to the non-aqueous solvent. As a solution, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) was dissolved at a concentration of 1.0 mol / kg. Subsequently, in the non-aqueous solvent in which the electrolyte salt is dissolved, the above-described overcharge control agent (1-10) is dissolved as an overcharge control agent, and the compound represented by the formula (1-2) is dissolved as an additive compound, A non-aqueous electrolyte was prepared. In addition, the overcharge control agent (1-10) was mixed so that content in the whole composition of a non-aqueous electrolyte might be 5.0 mass%. Moreover, the additive compound was mixed so that content in the whole composition of a non-aqueous electrolyte solution might be 0.1 mass% (2.0 mass% with respect to an overcharge control agent).
[円筒型非水電解質電池の組み立て]
正極集電体の一端にアルミニウム製の正極リードを溶接した。また、負極集電体の一端にニッケル製の負極リードを溶接した。続いて、セパレータを介して正極と負極とを積層した後、長手方向に巻回し、粘着テープで巻き終わり部分を固定することにより、巻回電極体を作製した。セパレータとしては、厚さ25μmの微孔性ポリプロピレンフィルムを用いた。続いて、巻回電極体の巻回中心にセンターピンを挿入した後、一対の絶縁板で巻回電極体を挟みながら、ニッケルめっきされた鉄製の電池缶の内部に収納した。この際、正極リードを安全弁機構に溶接すると共に、負極リードを電池缶に溶接した。
[Assembly of cylindrical nonaqueous electrolyte battery]
An aluminum positive electrode lead was welded to one end of the positive electrode current collector. Further, a negative electrode lead made of nickel was welded to one end of the negative electrode current collector. Then, after laminating | stacking a positive electrode and a negative electrode through a separator, it wound in the longitudinal direction and produced the winding electrode body by fixing a winding end part with an adhesive tape. As the separator, a microporous polypropylene film having a thickness of 25 μm was used. Subsequently, after inserting a center pin into the winding center of the wound electrode body, the wound electrode body was sandwiched between a pair of insulating plates and housed in a nickel-plated iron battery can. At this time, the positive electrode lead was welded to the safety valve mechanism, and the negative electrode lead was welded to the battery can.
続いて、減圧方式により電池缶の内部に非水電解液を注入してセパレータに含浸させた。最後に、ガスケットを介して電池缶の開口端部に電池蓋、安全弁機構および熱感抵抗素子をかしめて、それらを固定した。これにより、円筒型非水電解質電池(試験用電池)が完成した。なお、この試験用電池を作製する場合には、正極活物質層の厚さを調節して、満充電時において負極にリチウム金属が析出しないようにした。 Subsequently, a non-aqueous electrolyte was injected into the battery can by a reduced pressure method to impregnate the separator. Finally, a battery lid, a safety valve mechanism, and a heat sensitive resistance element were caulked to the opening end of the battery can via a gasket, and these were fixed. Thereby, the cylindrical non-aqueous electrolyte battery (test battery) was completed. When producing this test battery, the thickness of the positive electrode active material layer was adjusted so that lithium metal did not deposit on the negative electrode during full charge.
<実施例1−1−2>〜<実施例1−1−29>
非水電解液に混合する過充電制御剤を、過充電制御剤(1−10)に変えて表2に示す各過充電制御剤を用いた以外は実施例1−1−1と同様にして実施例1−1−2〜実施例1−1−29の試験用電池をそれぞれ作製した。
<Example 1-1-2> to <Example 1-1-29>
The overcharge control agent mixed in the non-aqueous electrolyte was changed to the overcharge control agent (1-10), and each overcharge control agent shown in Table 2 was used, as in Example 1-1-1. The test batteries of Example 1-1-2 to Example 1-1-29 were produced.
[電池の評価]
(a)平均放電容量
各実施例および各比較例の試験用電池を、23℃の雰囲気中で0.2Cの充電電流で電池電圧4.2Vまで定電流充電を行った後、4.2Vにて定電圧充電を行い、総充電時間が8時間となった時点で充電を終了した。その後、0.2Cの放電電流で電池電圧3.0Vまで定電流放電を行った。なお、「0.2C」とは、理論容量を5時間で放電しきる電流値である。この充放電サイクルを2サイクル行った後、3サイクル目に上限電圧を4.8Vとして定電流充電および定電圧充電を行った後、電池電圧3.0Vまで定電流放電を行ったときの放電容量を測定した。ここで、平均放電容量は、各実施例および各比較例の試験用電池を10本ずつ準備してそれぞれ放電容量を測定し、10本の試験用電池の放電容量から得た平均値とした。
[Battery evaluation]
(A) Average discharge capacity The test batteries of each example and each comparative example were charged at a constant current up to a battery voltage of 4.2 V with a charging current of 0.2 C in an atmosphere at 23 ° C. Then, constant voltage charging was performed, and the charging was terminated when the total charging time reached 8 hours. Thereafter, constant current discharge was performed to a battery voltage of 3.0 V with a discharge current of 0.2 C. “0.2C” is a current value at which the theoretical capacity can be discharged in 5 hours. After performing this charge / discharge cycle for 2 cycles, after performing constant current charge and constant voltage charge with an upper limit voltage of 4.8 V in the 3rd cycle, discharge capacity when performing constant current discharge to a battery voltage of 3.0 V Was measured. Here, the average discharge capacity was an average value obtained from the discharge capacities of 10 test batteries by preparing 10 test batteries of each example and each comparative example and measuring the discharge capacity.
(b)放電容量の標準偏差
各実施例および各比較例について、(a)で測定した10本の試験用電池それぞれの電池容量の標準偏差を求めた。
(B) Standard deviation of discharge capacity For each example and each comparative example, the standard deviation of the battery capacity of each of the ten test batteries measured in (a) was determined.
(c)安全弁作動時間
(a)と同様の充放電条件にて充放電を2サイクル行った後、3サイクル目に0.5Cの充電電流で電池電圧4.8Vまで定電流充電を行った後、4.8Vにて定電圧充電を行い、総充電時間が5時間となった時点で充電を終了した。このような充電状態の試験用電池を80℃の雰囲気中で保存し、試験用電池の安全弁が作動してガスが噴出するまでの時間を確認した。なお、安全弁作動時間の確認は、実施例1−1−1、実施例1−1−7実施例1−1−11、実施例1−1−14、実施例1−1−17、実施例1−1−19〜実施例1−1−22、実施例1−1−24〜実施例1−1−26、実施例1−1−28および実施例1−1−29についてのみ行った。
(C) Safety valve operation time After performing 2 cycles of charge / discharge under the same charge / discharge conditions as in (a), after performing a constant current charge to a battery voltage of 4.8 V with a charge current of 0.5 C in the third cycle A constant voltage charge was performed at 4.8 V, and the charge was terminated when the total charge time reached 5 hours. The test battery in such a charged state was stored in an atmosphere at 80 ° C., and the time until the gas was ejected after the safety valve of the test battery was activated was confirmed. In addition, the confirmation of the safety valve operating time is confirmed in Example 1-1-1, Example 1-1-7, Example 1-1-11, Example 1-1-14, Example 1-1-17, Example. It was carried out only for 1-1-19 to Example 1-1-22, Example 1-1-24 to Example 1-1-26, Example 1-1-28 and Example 1-1-29.
下記の表2に、評価結果を示す。なお、表2では、「質量%」を「wt%」と示す。また、以下の各表においても同様に示す。 Table 2 below shows the evaluation results. In Table 2, “mass%” is indicated as “wt%”. The same applies to the following tables.
<実施例1−2−1>〜<実施例1−2−29>
添加化合物として、式(1−2)に示す化合物に変えて式(2−1)に示す化合物を用いた以外は実施例1−1−1〜実施例1−1−29と同様にして実施例1−2−1〜実施例1−2−29の試験用電池をそれぞれ作製した。
<Example 1-2-1> to <Example 1-229>
The same procedure as in Example 1-1-1 to Example 1-1-29 was carried out, except that the compound shown in formula (2-1) was used instead of the compound shown in formula (1-2) as the additive compound. Test batteries of Example 1-2-1 to Example 1-229 were produced.
[電池の評価]
各実施例について、実施例1−1−1と同様にして(a)平均放電容量および(b)電池容量の標準偏差を求めるとともに、(c)安全弁作動時間を確認した。
[Battery evaluation]
For each example, (a) the average discharge capacity and (b) the standard deviation of the battery capacity were determined in the same manner as in Example 1-1-1, and (c) the safety valve operating time was confirmed.
下記の表3に、評価結果を示す。 Table 3 below shows the evaluation results.
<実施例1−3−1>〜<実施例1−3−29>
添加化合物として、式(1−2)に示す化合物に変えて式(3)に示す化合物を用いた以外は実施例1−1−1〜実施例1−1−29と同様にして実施例1−3−1〜実施例1−3−29の試験用電池をそれぞれ作製した。
<Example 1-3-1> to <Example 1-3-29>
Example 1 was carried out in the same manner as Example 1-1-1 to Example 1-1-29 except that the compound shown in Formula (3) was used instead of the compound shown in Formula (1-2) as the additive compound. The test batteries of 3-1 to Example 1-329 were produced.
[電池の評価]
各実施例について、実施例1−1−1と同様にして(a)平均放電容量および(b)電池容量の標準偏差を求めるとともに、(c)安全弁作動時間を確認した。
[Battery evaluation]
For each example, (a) the average discharge capacity and (b) the standard deviation of the battery capacity were determined in the same manner as in Example 1-1-1, and (c) the safety valve operating time was confirmed.
下記の表4に、評価結果を示す。 Table 4 below shows the evaluation results.
<実施例1−4−1>〜<実施例1−4−29>
添加化合物として、式(1−2)に示す化合物に変えて式(4)に示す化合物を用いた以外は実施例1−1−1〜実施例1−1−29と同様にして実施例1−4−1〜実施例1−4−29の試験用電池をそれぞれ作製した。
<Example 1-4-1> to <Example 1-4-29>
Example 1 was carried out in the same manner as in Example 1-1-1 to Example 1-1-29 except that the compound shown in Formula (4) was used instead of the compound shown in Formula (1-2) as the additive compound. Test samples of 4-1 to Example 1-429 were produced.
[電池の評価]
各実施例について、実施例1−1−1と同様にして(a)平均放電容量および(b)電池容量の標準偏差を求めるとともに、(c)安全弁作動時間を確認した。
[Battery evaluation]
For each example, (a) the average discharge capacity and (b) the standard deviation of the battery capacity were determined in the same manner as in Example 1-1-1, and (c) the safety valve operating time was confirmed.
下記の表5に、評価結果を示す。 Table 5 below shows the evaluation results.
<実施例1−5−1>〜<実施例1−5−29>
添加化合物として、式(1−2)に示す化合物(含有量0.1質量%)に加えて、式(4)に示す化合物を非水電解液の全組成中における含有量が0.1質量%となるように混合した以外は実施例1−1−1〜実施例1−1−29と同様にして実施例1−5−1〜実施例1−5−29の試験用電池をそれぞれ作製した。なお、添加化合物の合計は過充電制御剤に対して4.0質量%であった。
<Example 1-5-1> to <Example 1-5-29>
In addition to the compound represented by the formula (1-2) (content 0.1% by mass) as an additive compound, the content of the compound represented by the formula (4) in the total composition of the nonaqueous electrolytic solution is 0.1 mass. % The test batteries of Example 1-5-1 to Example 1-29 were prepared in the same manner as Example 1-1-1 to Example 1-1-29, except that they were mixed so that did. In addition, the sum total of the additive compound was 4.0 mass% with respect to the overcharge control agent.
[電池の評価]
各実施例について、実施例1−1−1と同様にして(a)平均放電容量および(b)電池容量の標準偏差を求めるとともに、(c)安全弁作動時間を確認した。
[Battery evaluation]
For each example, (a) the average discharge capacity and (b) the standard deviation of the battery capacity were determined in the same manner as in Example 1-1-1, and (c) the safety valve operating time was confirmed.
下記の表6に、評価結果を示す。 Table 6 below shows the evaluation results.
<実施例1−6−1>〜<実施例1−6−29>
添加化合物として、式(1−2)に示す化合物に変えて、式(2−1)に示す化合物と式(4)に示す化合物とを、非水電解液の全組成中における含有量がそれぞれ0.1質量%(合計0.2質量%)となるように混合した以外は実施例1−1−1〜実施例1−1−29と同様にして実施例1−6−1〜実施例1−6−29の試験用電池をそれぞれ作製した。なお、添加化合物の合計は過充電制御剤に対して4.0質量%であった。
<Example 1-6-1> to <Example 1-6-29>
Instead of the compound shown in Formula (1-2) as an additive compound, the compound shown in Formula (2-1) and the compound shown in Formula (4) are each contained in the entire composition of the nonaqueous electrolytic solution. Example 1-6-1 to Example 1 to Example 1-1-1 to Example 1-1-29, except that the amount was 0.1% by mass (total 0.2% by mass) Test batteries 1-6 to 29 were produced. In addition, the sum total of the additive compound was 4.0 mass% with respect to the overcharge control agent.
[電池の評価]
各実施例について、実施例1−1−1と同様にして(a)平均放電容量および(b)電池容量の標準偏差を求めるとともに、(c)安全弁作動時間を確認した。
[Battery evaluation]
For each example, (a) the average discharge capacity and (b) the standard deviation of the battery capacity were determined in the same manner as in Example 1-1-1, and (c) the safety valve operating time was confirmed.
下記の表7に、評価結果を示す。 Table 7 below shows the evaluation results.
<実施例1−7−1>〜<実施例1−7−29>
添加化合物として、式(1−2)に示す化合物に変えて、式(3)に示す化合物と式(4)に示す化合物を、非水電解液の全組成中における含有量がそれぞれ0.1質量%(合計0.2質量%)となるように混合した以外は実施例1−1−1〜実施例1−1−29と同様にして実施例1−7−1〜実施例1−7−29の試験用電池をそれぞれ作製した。なお、添加化合物の合計は過充電制御剤に対して4.0質量%であった。
<Example 1-7-1> to <Example 1-7-29>
In place of the compound represented by Formula (1-2) as the additive compound, the compound represented by Formula (3) and the compound represented by Formula (4) each contained 0.1% in the total composition of the nonaqueous electrolytic solution. Example 1-7-1 to Example 1-7 in the same manner as Example 1-1-1 to Example 1-129, except that mixing was performed so that the content was 5% by mass (total 0.2% by mass). -29 test batteries were prepared. In addition, the sum total of the additive compound was 4.0 mass% with respect to the overcharge control agent.
[電池の評価]
各実施例について、実施例1−1−1と同様にして(a)平均放電容量および(b)電池容量の標準偏差を求めるとともに、(c)安全弁作動時間を確認した。
[Battery evaluation]
For each example, (a) the average discharge capacity and (b) the standard deviation of the battery capacity were determined in the same manner as in Example 1-1-1, and (c) the safety valve operating time was confirmed.
下記の表8に、評価結果を示す。 Table 8 below shows the evaluation results.
<比較例1−1−1>〜<比較例1−1−29>
添加化合物を混合しない以外は実施例1−1−1〜実施例1−1−29と同様にして比較例1−7−1〜比較例1−7−29の試験用電池をそれぞれ作製した。
<Comparative Example 1-1-1> to <Comparative Example 1-1-29>
Test batteries of Comparative Example 1-7-1 to Comparative Example 1-7-29 were prepared in the same manner as Example 1-1-1 to Example 1-1-29 except that the additive compound was not mixed.
<比較例1−1−30>
過充電制御剤および添加化合物の双方を混合しない以外は実施例1−1−1と同様にして比較例1−7−30の試験用電池を作製した。
<Comparative Example 1-1-30>
A test battery of Comparative Example 1-7-30 was produced in the same manner as Example 1-1-1 except that both the overcharge control agent and the additive compound were not mixed.
[電池の評価]
各実施例について、実施例1−1−1と同様にして(a)平均放電容量および(b)電池容量の標準偏差を求めるとともに、(c)安全弁作動時間を確認した。
[Battery evaluation]
For each example, (a) the average discharge capacity and (b) the standard deviation of the battery capacity were determined in the same manner as in Example 1-1-1, and (c) the safety valve operating time was confirmed.
下記の表9に、評価結果を示す。 Table 9 below shows the evaluation results.
表9の比較例1−1−1〜比較例1−1−29と比較例1−1−30とから分かるように、過充電制御剤を添加した場合と添加しない場合では放電容量の標準偏差が小さく、放電容量のばらつきが小くなった。また、安全弁作動時間がやや長くなり、電池内部におけるガス発生を抑制できることが分かった。 As can be seen from Comparative Example 1-1-1 to Comparative Example 1-1-29 and Comparative Example 1-1-30 in Table 9, the standard deviation of the discharge capacity when the overcharge control agent is added and when it is not added. And the variation in discharge capacity was reduced. Moreover, it turned out that the operating time of a safety valve becomes a little long and can suppress the gas generation inside a battery.
一方、表2〜表5および表9から分かるように、電圧の上昇を抑制する過充電制御剤とともに、本技術の添加化合物を非水電解液に混合した実施例1−1−1〜実施例1−4−29は、過充電制御剤のみを混合し、添加化合物を混合しなかった比較例1−1−1〜比較例1−1−29よりもさらに放電容量のばらつきが生じにくくなった。 On the other hand, as can be seen from Tables 2 to 5 and Table 9, Examples 1-1-1 to Examples in which an additive compound of the present technology was mixed with a non-aqueous electrolyte together with an overcharge control agent that suppresses an increase in voltage In 1-4-29, only the overcharge control agent was mixed, and variation in discharge capacity was less likely to occur than Comparative Example 1-1-1 to Comparative Example 1-1-29 in which the additive compound was not mixed. .
これは、実施例1−1−1〜実施例1−4−29の試験用電池は、非水電解液中に過充電制御剤とともに本技術の添加化合物を含むため、本技術の添加化合物が含まれない上記比較例と比較して過充電制御剤の電極間における移動性が高くなり、過充電制御剤の添加効果をより十分に得ることができるためである。 This is because the test battery of Example 1-1-1 to Example 1-4-29 contains the additive compound of the present technology together with the overcharge control agent in the non-aqueous electrolyte solution. This is because the mobility of the overcharge control agent between the electrodes is increased as compared with the comparative example not included, and the effect of adding the overcharge control agent can be more sufficiently obtained.
また、本技術の添加化合物を混合して用いても同様の効果が得られることが分かった。すなわち、式(1−2)と式(4)の添加化合物を混合して用いた実施例1−5−2〜実施例1−5−29、式(2−1)と式(4)の添加化合物を混合して用いた実施例1−6−2〜実施例1−6−29、式(3)と式(4)の添加化合物を混合して用いた実施例1−7−2〜実施例1−7−29についても、同じ過充電制御剤を用いた実施例1−1−1〜実施例1−4−29のうちのそれぞれと同等かそれ以上効果が得られ、特に、式(1−2)もしくは式(2−1)と、式(4)とを組み合わせることで放電容量のばらつきがより小さくなった。 Moreover, it turned out that the same effect is acquired even if it mixes and uses the additive compound of this technique. That is, in Examples 1-5-2 to 1-29, Examples (2-1) and (4) in which the additive compounds of Formula (1-2) and Formula (4) are mixed and used. Examples 1-6-2 to 1-6-29 using a mixture of additive compounds, Examples 1-7-2 to Examples 1-7-2 using a mixture of additive compounds of formula (3) and formula (4) For Example 1-7-29, the same or more effects as those of Example 1-1-1 to Example 1-429 using the same overcharge control agent were obtained. By combining (1-2) or equation (2-1) with equation (4), the variation in discharge capacity was further reduced.
また、電圧上昇を抑制する過充電制御剤とともに本技術の添加化合物を用いた各実施例では、対応する比較例に比べて安全弁作動時間が長くなった。このため、電池内部におけるガス発生を抑制できることが分かった。 Moreover, in each Example using the additive compound of this technique with the overcharge control agent which suppresses a voltage rise, the safety valve operation time became long compared with the corresponding comparative example. For this reason, it turned out that gas generation inside a battery can be controlled.
以下の実施例では、過充電制御剤の添加量を変えて効果を確認した。 In the following examples, the effect was confirmed by changing the addition amount of the overcharge control agent.
<実施例1−8−1>
非水電解液の全組成中における過充電制御剤の含有量が1.0質量%(過充電制御剤に対する添加化合物の添加量が10.0質量%)となるように過充電制御剤(1−10)を混合させた非水電解液を用いた以外は実施例1−1−1と同様にして試験用電池を作製した。
<Example 1-8-1>
The overcharge control agent (1) so that the content of the overcharge control agent in the total composition of the non-aqueous electrolyte is 1.0% by mass (the addition amount of the additive compound to the overcharge control agent is 10.0% by mass). A test battery was produced in the same manner as in Example 1-1-1 except that the non-aqueous electrolyte mixed with -10) was used.
<実施例1−8−2>
非水電解液の全組成中における過充電制御剤の含有量が10.0質量%(過充電制御剤に対する添加化合物の添加量が1.0質量%)となるように過充電制御剤(1−10)を混合させた非水電解液を用いた以外は実施例1−1−1と同様にして試験用電池を作製した。
<Example 1-8-2>
The overcharge control agent (1) so that the content of the overcharge control agent in the total composition of the nonaqueous electrolyte solution is 10.0% by mass (the addition amount of the additive compound to the overcharge control agent is 1.0% by mass). A test battery was produced in the same manner as in Example 1-1-1 except that the non-aqueous electrolyte mixed with -10) was used.
<実施例1−8−3>
非水電解液の全組成中における過充電制御剤の含有量が25.0質量%(過充電制御剤に対する添加化合物の添加量が0.4質量%)となるように過充電制御剤(1−10)を混合させた非水電解液を用いた以外は実施例1−1−1と同様にして試験用電池を作製した。
<Example 1-8-3>
The overcharge control agent (1) so that the content of the overcharge control agent in the total composition of the non-aqueous electrolyte is 25.0% by mass (the addition amount of the additive compound to the overcharge control agent is 0.4% by mass). A test battery was produced in the same manner as in Example 1-1-1 except that the non-aqueous electrolyte mixed with -10) was used.
<実施例1−8−4>〜<実施例1−8−6>
過充電制御剤として過充電制御剤(1−18)を用いた以外は実施例1−8−1〜実施例1−8−3と同様にして試験用電池をそれぞれ作製した。
<Example 1-8-4> to <Example 1-8-6>
Test batteries were produced in the same manner as in Example 1-8-1 to Example 1-8-3, except that the overcharge control agent (1-18) was used as the overcharge control agent.
<実施例1−8−7>〜<実施例1−8−9>
過充電制御剤として過充電制御剤(4−71)を用いた以外は実施例1−8−1〜実施例1−8−3と同様にして試験用電池をそれぞれ作製した。
<Example 1-8-7> to <Example 1-8-9>
Test batteries were prepared in the same manner as in Example 1-8-1 to Example 1-8-3, except that the overcharge control agent (4-71) was used as the overcharge control agent.
<実施例1−8−10>〜<実施例1−8−12>
過充電制御剤として過充電制御剤(5−3)を用いた以外は実施例1−8−1〜実施例1−8−3と同様にして試験用電池をそれぞれ作製した。
<Example 1-8-10> to <Example 1-8-12>
Test batteries were prepared in the same manner as in Example 1-8-1 to Example 1-8-3, except that the overcharge control agent (5-3) was used as the overcharge control agent.
<実施例1−8−13>〜<実施例1−8−15>
過充電制御剤として過充電制御剤(6−9)を用いた以外は実施例1−8−1〜実施例1−8−3と同様にして試験用電池をそれぞれ作製した。
<Example 1-8-13> to <Example 1-8-15>
Test batteries were produced in the same manner as in Example 1-8-1 to Example 1-8-3, except that the overcharge control agent (6-9) was used as the overcharge control agent.
<実施例1−8−16>〜<実施例1−8−18>
過充電制御剤として過充電制御剤(8−4)を用いた以外は実施例1−8−1〜実施例1−8−3と同様にして試験用電池をそれぞれ作製した。
<Example 1-8-16> to <Example 1-8-18>
Test batteries were prepared in the same manner as in Example 1-8-1 to Example 1-8-3, except that the overcharge control agent (8-4) was used as the overcharge control agent.
<実施例1−8−19>〜<実施例1−8−21>
過充電制御剤として過充電制御剤(12−1)を用いた以外は実施例1−8−1〜実施例1−8−3と同様にして試験用電池をそれぞれ作製した。
<Example 1-8-19> to <Example 1-8-21>
Test batteries were produced in the same manner as in Example 1-8-1 to Example 1-8-3, except that the overcharge control agent (12-1) was used as the overcharge control agent.
<実施例1−8−22>〜<実施例1−8−24>
過充電制御剤として過充電制御剤(12−2)を用いた以外は実施例1−8−1〜実施例1−8−3と同様にして試験用電池をそれぞれ作製した。
<Example 1-8-22> to <Example 1-8-24>
Test batteries were produced in the same manner as in Example 1-8-1 to Example 1-8-3 except that the overcharge control agent (12-2) was used as the overcharge control agent.
[電池の評価]
各実施例について、実施例1−1−1と同様にして(a)平均放電容量および(b)電池容量の標準偏差を求めた。
[Battery evaluation]
About each Example, it carried out similarly to Example 1-1-1, and calculated | required the standard deviation of (a) average discharge capacity and (b) battery capacity.
下記の表10に、評価結果を示す。 Table 10 below shows the evaluation results.
表10から分かるように、過充電制御剤の添加量を変えた場合であっても、各比較例より標準偏差が顕著に小さく、放電容量ばらつき抑制効果が確認できた。また、実施例1−8−1〜実施例1−8−3および実施例1−1−1から、過充電制御剤に対する添加化合物の添加量が少ない程放電容量が小さくなるが、放電容量のばら付きが少なくなる傾向にあることが分かった。 As can be seen from Table 10, even when the addition amount of the overcharge control agent was changed, the standard deviation was remarkably smaller than that of each of the comparative examples, and the discharge capacity variation suppressing effect could be confirmed. Further, from Example 1-8-1 to Example 1-8-3 and Example 1-1-1, the smaller the amount of the additive compound added to the overcharge control agent, the smaller the discharge capacity. It turned out that there is a tendency for the variation to decrease.
以下の実施例では、非水溶媒の組成を変えて効果を確認した。 In the following examples, the effect was confirmed by changing the composition of the non-aqueous solvent.
<実施例1−9−1>
非水電解液の非水溶媒の組成を、炭酸エチレン(EC)、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン(FEC)、炭酸ジメチル(DMC)および炭酸エチルメチル(EMC)を用いて質量比EC:FEC:DMC:EMC=20:10:40:30とした以外は実施例1−1−1と同様にして試験用電池を作製した。
<Example 1-9-1>
The composition of the non-aqueous solvent of the non-aqueous electrolyte was determined using ethylene carbonate (EC), 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one (FEC), dimethyl carbonate (DMC) and ethyl methyl carbonate (EMC). A test battery was produced in the same manner as in Example 1-1-1, except that the mass ratio EC: FEC: DMC: EMC = 20: 10: 40: 30.
<実施例1−9−2>
非水溶媒の組成を、炭酸エチレン(EC)、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン(FEC)、炭酸ジメチル(DMC)および炭酸エチルメチル(EMC)を用いて質量比EC:FEC:DMC:EMC=20:10:40:30とし、非水電解液の全組成中における過充電制御剤の含有量が10.0質量%(過充電制御剤に対する添加化合物の添加量が1.0質量%)となるように過充電制御剤(1−10)を混合させた非水電解液を用いた以外は実施例1−1−1と同様にして試験用電池を作製した。
<Example 1-9-2>
The composition of the non-aqueous solvent was changed to a mass ratio EC: FEC using ethylene carbonate (EC), 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one (FEC), dimethyl carbonate (DMC) and ethyl methyl carbonate (EMC). : DMC: EMC = 20: 10: 40: 30, and the content of the overcharge control agent in the entire composition of the non-aqueous electrolyte is 10.0% by mass (the addition amount of the additive compound to the overcharge control agent is 1. A test battery was produced in the same manner as in Example 1-1-1, except that the non-aqueous electrolyte mixed with the overcharge control agent (1-10) was used so as to be 0% by mass).
<実施例1−9−3>〜<実施例1−9−4>
過充電制御剤として過充電制御剤(1−18)を用いた以外は実施例1−9−1〜実施例1−9−2と同様にして試験用電池をそれぞれ作製した。
<Example 1-9-3> to <Example 1-9-4>
Test batteries were prepared in the same manner as in Example 1-9-1 to Example 1-9-2 except that the overcharge control agent (1-18) was used as the overcharge control agent.
<実施例1−9−5>〜<実施例1−9−6>
過充電制御剤として過充電制御剤(4−71)を用いた以外は実施例1−9−1〜実施例1−9−2と同様にして試験用電池をそれぞれ作製した。
<Example 1-9-5> to <Example 1-9-6>
Test batteries were prepared in the same manner as in Example 1-9-1 to Example 1-9-2, except that the overcharge control agent (4-71) was used as the overcharge control agent.
<実施例1−9−7>〜<実施例1−9−8>
過充電制御剤として過充電制御剤(5−3)を用いた以外は実施例1−9−1〜実施例1−9−2と同様にして試験用電池をそれぞれ作製した。
<Example 1-9-7> to <Example 1-9-8>
Test batteries were produced in the same manner as in Example 1-9-1 to Example 1-9-2 except that the overcharge control agent (5-3) was used as the overcharge control agent.
<実施例1−9−9>〜<実施例1−9−10>
過充電制御剤として過充電制御剤(6−9)を用いた以外は実施例1−9−1〜実施例1−9−2と同様にして試験用電池をそれぞれ作製した。
<Example 1-9-9> to <Example 1-9-10>
Test batteries were prepared in the same manner as in Example 1-9-1 to Example 1-9-2, except that the overcharge control agent (6-9) was used as the overcharge control agent.
<実施例1−9−11>〜<実施例1−9−12>
過充電制御剤として過充電制御剤(8−4)を用いた以外は実施例1−9−1〜実施例1−9−2と同様にして試験用電池を作製した。
<Example 1-9-11> to <Example 1-9-12>
Test batteries were produced in the same manner as in Example 1-9-1 to Example 1-9-2 except that the overcharge control agent (8-4) was used as the overcharge control agent.
<実施例1−9−13>〜<実施例1−9−14>
過充電制御剤として過充電制御剤(12−1)を用いた以外は実施例1−9−1〜実施例1−9−2と同様にして試験用電池をそれぞれ作製した。
<Example 1-9-13> to <Example 1-9-14>
Test batteries were prepared in the same manner as in Example 1-9-1 to Example 1-9-2, except that the overcharge control agent (12-1) was used as the overcharge control agent.
<実施例1−9−15>〜<実施例1−9−16>
過充電制御剤として過充電制御剤(12−2)を用いた以外は実施例1−9−1〜実施例1−9−2と同様にして試験用電池をそれぞれ作製した。
<Example 1-9-15> to <Example 1-9-16>
Test batteries were produced in the same manner as in Example 1-9-1 to Example 1-9-2 except that the overcharge control agent (12-2) was used as the overcharge control agent.
<実施例1−10−1>
非水電解液の非水溶媒の組成を、炭酸エチレン(EC)、炭酸ビニレン(VC)、炭酸ジメチル(DMC)および炭酸エチルメチル(EMC)を用いて質量比EC:VC:DMC:EMC=29:1:40:30とした以外は実施例1−1−1と同様にして試験用電池を作製した。
<Example 1-10-1>
The composition of the nonaqueous solvent of the nonaqueous electrolyte was changed to a mass ratio EC: VC: DMC: EMC = 29 using ethylene carbonate (EC), vinylene carbonate (VC), dimethyl carbonate (DMC) and ethyl methyl carbonate (EMC). A test battery was produced in the same manner as Example 1-1-1 except that the ratio was 1:40:30.
<実施例1−10−2>
非水溶媒の組成を、炭酸エチレン(EC)、炭酸ビニレン(VC)、炭酸ジメチル(DMC)および炭酸エチルメチル(EMC)を用いて質量比EC:VC:DMC:EMC=29:1:40:30とし、非水電解液の全組成中における過充電制御剤の含有量が10.0質量%(過充電制御剤に対する添加化合物の添加量が1.0質量%)となるように過充電制御剤(1−10)を混合させた非水電解液を用いた以外は実施例1−1−1と同様にして試験用電池を作製した。
<Example 1-10-2>
The composition of the non-aqueous solvent was changed to a mass ratio of EC: VC: DMC: EMC = 29: 1: 40 using ethylene carbonate (EC), vinylene carbonate (VC), dimethyl carbonate (DMC) and ethyl methyl carbonate (EMC). 30 and overcharge control so that the content of the overcharge control agent in the entire composition of the non-aqueous electrolyte is 10.0% by mass (the addition amount of the additive compound to the overcharge control agent is 1.0% by mass). A test battery was produced in the same manner as in Example 1-1-1, except that the nonaqueous electrolyte mixed with the agent (1-10) was used.
<実施例1−10−3>〜<実施例1−10−4>
過充電制御剤として過充電制御剤(1−18)を用いた以外は実施例1−10−1〜実施例1−10−2と同様にして試験用電池をそれぞれ作製した。
<Example 1-10-3> to <Example 1-10-4>
Test batteries were prepared in the same manner as in Example 1-10-1 to Example 1-10-2, except that the overcharge control agent (1-18) was used as the overcharge control agent.
<実施例1−10−5>〜<実施例1−10−6>
過充電制御剤として過充電制御剤(4−71)を用いた以外は実施例1−10−1〜実施例1−10−2と同様にして試験用電池をそれぞれ作製した。
<Example 1-10-5> to <Example 1-10-6>
Test batteries were prepared in the same manner as in Example 1-10-1 to Example 1-10-2 except that the overcharge control agent (4-71) was used as the overcharge control agent.
<実施例1−10−7>〜<実施例1−10−8>
過充電制御剤として過充電制御剤(5−3)を用いた以外は実施例1−10−1〜実施例1−10−2と同様にして試験用電池をそれぞれ作製した。
<Example 1-10-7> to <Example 1-10-8>
Test batteries were produced in the same manner as in Example 1-10-1 to Example 1-10-2 except that the overcharge control agent (5-3) was used as the overcharge control agent.
<実施例1−10−9>〜<実施例1−10−10>
過充電制御剤として過充電制御剤(6−9)を用いた以外は実施例1−10−1〜実施例1−10−2と同様にして試験用電池をそれぞれ作製した。
<Example 1-10-9> to <Example 1-10-10>
Test batteries were prepared in the same manner as in Example 1-10-1 to Example 1-10-2, except that the overcharge control agent (6-9) was used as the overcharge control agent.
<実施例1−10−11>〜<実施例1−10−12>
過充電制御剤として過充電制御剤(8−4)を用いた以外は実施例1−10−1〜実施例1−10−2と同様にして試験用電池をそれぞれ作製した。
<Example 1-10-11> to <Example 1-10-12>
Test batteries were prepared in the same manner as in Example 1-10-1 to Example 1-10-2, except that the overcharge control agent (8-4) was used as the overcharge control agent.
<実施例1−10−13>〜<実施例1−10−14>
過充電制御剤として過充電制御剤(12−1)を用いた以外は実施例1−10−1〜実施例1−10−2と同様にして試験用電池をそれぞれ作製した。
<Example 1-10-13> to <Example 1-10-14>
Test batteries were prepared in the same manner as in Example 1-10-1 to Example 1-10-2 except that the overcharge control agent (12-1) was used as the overcharge control agent.
<実施例1−10−15>〜<実施例1−10−16>
過充電制御剤として過充電制御剤(12−2)を用いた以外は実施例1−10−1〜実施例1−10−2と同様にして試験用電池をそれぞれ作製した。
<Example 1-10-15> to <Example 1-10-16>
Test batteries were prepared in the same manner as in Example 1-10-1 to Example 1-10-2 except that the overcharge control agent (12-2) was used as the overcharge control agent.
[電池の評価]
各実施例について、実施例1−1−1と同様にして(a)平均放電容量および(b)電池容量の標準偏差を求めた。
[Battery evaluation]
About each Example, it carried out similarly to Example 1-1-1, and calculated | required the standard deviation of (a) average discharge capacity and (b) battery capacity.
下記の表11および表12に、評価結果を示す。 Tables 11 and 12 below show the evaluation results.
表11および表12から分かるように、非水溶媒としてハロゲン化環状炭酸エステルであるFECを含む実施例1−9−1および実施例1−9−2は、過充電制御剤の添加条件が同じであり、FECを含まない実施例1−1−1および実施例1−8−2と比較して標準偏差が低く、全体的に放電容量のばらつきが小さくなる傾向にあることが分かった。また、他の過充電制御剤を用いた場合にも同様に、過充電制御剤の添加条件が同じであり、FECを含まない実施例と比較して標準偏差が同等もしくは低く、全体的に放電容量のばらつきが小さくなる傾向にあることが分かった。 As can be seen from Tables 11 and 12, Example 1-9-1 and Example 1-9-2 containing FEC which is a halogenated cyclic carbonate as a non-aqueous solvent have the same addition conditions for the overcharge control agent. It was found that the standard deviation is lower than those of Examples 1-1-1 and 1-8-2 which do not include FEC, and the variation in discharge capacity tends to be reduced as a whole. Similarly, when other overcharge control agents are used, the addition conditions of the overcharge control agents are the same, and the standard deviation is the same as or lower than that of the embodiment not including FEC. It was found that the variation in capacity tends to be small.
また、非水溶媒として不飽和炭素結合環状炭酸エステルであるVCを含む場合も同様であった。 The same was true when VC, which is an unsaturated carbon-bonded cyclic ester carbonate, was included as the non-aqueous solvent.
以下の実施例では、非水電解液に対してさらに添加物を添加して効果を確認した。 In the following examples, an additive was further added to the nonaqueous electrolytic solution to confirm the effect.
<実施例1−11−1>
非水電解液の全組成中における過充電制御剤の含有量が10.0質量%(過充電制御剤に対する添加化合物の添加量が1.0質量%)となるように過充電制御剤(1−10)を混合させるとともに、さらに環状炭酸エステルであるトランス−4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン(DFEC)を1.0質量%の濃度で添加した非水電解液を用いた以外は実施例1−1−1と同様にして試験用電池を作製した。
<Example 1-11-1>
The overcharge control agent (1) so that the content of the overcharge control agent in the total composition of the nonaqueous electrolyte solution is 10.0% by mass (the addition amount of the additive compound to the overcharge control agent is 1.0% by mass). -10) and a non-aqueous electrolyte solution to which trans-4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one (DFEC), which is a cyclic carbonate, was added at a concentration of 1.0% by mass. A test battery was produced in the same manner as Example 1-1-1 except that it was used.
<実施例1−11−2>〜<実施例1−11−8>
過充電制御剤(1−10)の変わりに、過充電制御剤(1−18)、過充電制御剤(4−71)、過充電制御剤(5−3)、過充電制御剤(6−9)、過充電制御剤(8−4)、過充電制御剤(12−1)および過充電制御剤(12−2)をそれぞれ用いた以外は実施例1−11−1と同様にして試験用電池をそれぞれ作製した。
<Example 1-11-2> to <Example 1-1-11-8>
Instead of overcharge control agent (1-10), overcharge control agent (1-18), overcharge control agent (4-71), overcharge control agent (5-3), overcharge control agent (6- 9) Tested in the same manner as in Example 1-11-1 except that the overcharge control agent (8-4), the overcharge control agent (12-1), and the overcharge control agent (12-2) were used. Each battery was prepared.
<実施例1−11−9>〜<実施例1−11−16>
DFECの代わりに、ジニトリル化合物であるスクシノニトリルを添加した非水電解液を用いた以外は実施例1−11−1〜実施例1−11−8と同様にして試験用電池をそれぞれ作製した。
<Example 1-1-11-9> to <Example 1-1-11-16>
Test batteries were prepared in the same manner as in Examples 1-11-1 to 1-1-1-8, except that a non-aqueous electrolyte to which succinonitrile, a dinitrile compound was added, was used instead of DFEC. .
<実施例1−11−17>〜<実施例1−11−24>
DFECの代わりに、酸無水物である無水コハク酸を添加した非水電解液を用いた以外は実施例1−11−1〜実施例1−11−8と同様にして試験用電池をそれぞれ作製した。
<Example 1-1-11-17> to <Example 1-1-11-24>
Test batteries were prepared in the same manner as in Examples 1-11-1 to 1-1-1-8, except that a nonaqueous electrolytic solution to which succinic anhydride as an acid anhydride was added was used instead of DFEC. did.
<実施例1−11−25>〜<実施例1−11−32>
DFECの代わりに、酸無水物である無水プロパンジスルホン酸を添加した非水電解液を用いた以外は実施例1−11−1〜実施例1−11−8と同様にして試験用電池をそれぞれ作製した。
<Example 1-1-1-25> to <Example 1-1-11-32>
A test battery was prepared in the same manner as in Example 1-11-1 to Example 1-11-8, except that a nonaqueous electrolytic solution to which propanedisulfonic anhydride as an acid anhydride was added was used instead of DFEC. Produced.
<実施例1−11−33>〜<実施例1−11−40>
DFECの代わりに、環状スルホン酸エステルであるプロペンスルトンを添加した非水電解液を用いた以外は実施例1−11−1〜実施例1−11−8と同様にして試験用電池をそれぞれ作製した。
<Example 1-1-11-33> to <Example 1-1-11-40>
Test batteries were prepared in the same manner as in Example 1-11-1 to Example 1-1-11-8, except that a non-aqueous electrolyte to which propene sultone, which is a cyclic sulfonate ester, was added instead of DFEC. did.
[電池の評価]
各実施例について、実施例1−1−1と同様にして(a)平均放電容量および(b)電池容量の標準偏差を求めるとともに、(c)安全弁作動時間を確認した。
[Battery evaluation]
For each example, (a) the average discharge capacity and (b) the standard deviation of the battery capacity were determined in the same manner as in Example 1-1-1, and (c) the safety valve operating time was confirmed.
下記の表13および表14に、評価結果を示す。なお、表中、トランス−4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンについては単にDFECと示す。 The evaluation results are shown in Table 13 and Table 14 below. In the table, trans-4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one is simply indicated as DFEC.
10.0質量%の過充電制御剤(1−10)が混合され、上述のDFEC等のさらなる添加物が混合されていない実施例1−8−2と、10.0質量%の過充電制御剤(1−10)と1.0質量%のDFECが混合された実施例1−11−1とを比較すると、実施例1−11−1は平均放電容量が大きく、また標準偏差が小さいことから放電容量のばらつきが少なかった。 Example 1-8-2 in which 10.0% by mass of the overcharge control agent (1-10) is mixed and no further additive such as DFEC is mixed, and 10.0% by mass of the overcharge control When the agent (1-10) and Example 1-11-1 mixed with 1.0% by mass of DFEC were compared, Example 1-11-1 had a large average discharge capacity and a small standard deviation. Therefore, there was little variation in discharge capacity.
また、過充電制御剤(1−10)の代わりに過充電制御剤(1−18)、過充電制御剤(4−71)、過充電制御剤(5−3)、過充電制御剤(6−9)、過充電制御剤(8−4)、過充電制御剤(12−1)および過充電制御剤(12−2)を用いた実施例1−11−2〜実施例1−11−8についても同様により高い効果が得られた。 Further, instead of the overcharge control agent (1-10), the overcharge control agent (1-18), the overcharge control agent (4-71), the overcharge control agent (5-3), the overcharge control agent (6 -9), Example 1-11-2 to Example 1-11, using the overcharge control agent (8-4), the overcharge control agent (12-1), and the overcharge control agent (12-2). A higher effect was obtained for 8 as well.
同様に、スクシノニトリル、無水コハク酸、無水プロパンジスルホン酸およびプロペンスルトンを添加した実施例1−11−9〜実施例1−11−16、実施例1−11−17〜実施例1−11−24、実施例1−11−25〜実施例1−11−32および実施例1−11−33〜実施例1−11−40のそれぞれも、実施例1−8−2より平均放電容量が大きく、また標準偏差が小さいことから放電容量のばらつきが少なかった。 Similarly, Example 1-11-9 to Example 1-11-16, Example 1-11-17 to Example 1-11 to which succinonitrile, succinic anhydride, propanedisulfonic anhydride and propene sultone were added were added. -24, Examples 1-11-25 to Examples 1-11-32 and Examples 1-11-33 to Examples 1-11-40 each have an average discharge capacity higher than that of Example 1-8-2. Due to the large and small standard deviation, there was little variation in the discharge capacity.
これは、非水電解液に環状炭酸エステル、ニトリル化合物、酸無水物および環状スルホン酸エステルを含むことにより、非水電解液の化学的安定性がより向上し、本技術の添加化合物の効果が得られやすくなったためであると考えられる。 This is because the chemical stability of the non-aqueous electrolyte is further improved by including the cyclic carbonate, nitrile compound, acid anhydride, and cyclic sulfonate in the non-aqueous electrolyte, and the effect of the additive compound of the present technology is improved. This is thought to be because it became easier to obtain.
また、各実施例において安全弁作動時間が長くなった。このため、電池内部におけるガス発生を抑制できることが分かった。 Moreover, in each Example, the safety valve operation time became long. For this reason, it turned out that gas generation inside a battery can be controlled.
以下の実施例では、非水電解液に対して六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)とともにその他の電解質塩を添加して効果を確認した。 In the following examples, other electrolyte salts were added together with lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) to the nonaqueous electrolytic solution to confirm the effect.
<実施例1−12−1>
非水電解液の全組成中における過充電制御剤の含有量が10.0質量%(過充電制御剤に対する添加化合物の添加量が1.0質量%)となるように過充電制御剤(1−10)を混合させるとともに、さらに電解質塩として六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を0.9mol/kgと、四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4)0.1mol/kgを溶解させた非水電解液を用いた以外は実施例1−1−1と同様にして試験用電池を作製した。
<Example 1-12-1>
The overcharge control agent (1) so that the content of the overcharge control agent in the total composition of the nonaqueous electrolyte solution is 10.0% by mass (the addition amount of the additive compound to the overcharge control agent is 1.0% by mass). -10) and 0.9 mol / kg of lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) and 0.1 mol / kg of lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ) as an electrolyte salt were further dissolved. A test battery was produced in the same manner as in Example 1-1-1 except that the water electrolyte was used.
<実施例1−12−2>〜<実施例1−12−8>
過充電制御剤(1−10)の変わりに、過充電制御剤(1−18)、過充電制御剤(4−71)、過充電制御剤(5−3)、過充電制御剤(6−9)、過充電制御剤(8−4)、過充電制御剤(12−1)および過充電制御剤(12−2)をそれぞれ用いた以外は実施例1−12−1と同様にして試験用電池をそれぞれ作製した。
<Example 1-12-2> to <Example 1-12-8>
Instead of overcharge control agent (1-10), overcharge control agent (1-18), overcharge control agent (4-71), overcharge control agent (5-3), overcharge control agent (6- 9) Tested in the same manner as in Example 1-12-1 except that the overcharge control agent (8-4), the overcharge control agent (12-1), and the overcharge control agent (12-2) were used. Each battery was prepared.
<実施例1−12−9>〜<実施例1−12−16>
四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4)の代わりに、リチウムビストリフルオロメタンスルホニルイミド(LiTFSI)を添加した非水電解液を用いた以外は実施例1−12−1〜実施例1−12−8と同様にして試験用電池をそれぞれ作製した。
<Example 1-12-9> to <Example 1-12-16>
Example 1-12-1 to Example 1-12-8 except that a non-aqueous electrolyte to which lithium bistrifluoromethanesulfonylimide (LiTFSI) was added instead of lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ) Test batteries were prepared in the same manner as described above.
<実施例1−12−17>〜<実施例1−12−24>
四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4)の代わりに、式(14−6)に示すリチウムビスオキサレートボレート(LiBOB)を添加した非水電解液を用いた以外は実施例1−12−1〜実施例1−12−8と同様にして試験用電池をそれぞれ作製した。
<Example 1-12-17> to <Example 1-12-24>
Example 1-12-1 to Example 1-12-1 except that a nonaqueous electrolytic solution to which lithium bisoxalate borate (LiBOB) represented by the formula (14-6) was added instead of lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ) was used. Test batteries were prepared in the same manner as in Example 1-12-8.
[電池の評価]
各実施例について、実施例1−1−1と同様にして(a)平均放電容量および(b)電池容量の標準偏差を求めた。
[Battery evaluation]
About each Example, it carried out similarly to Example 1-1-1, and calculated | required the standard deviation of (a) average discharge capacity and (b) battery capacity.
下記の表15に、評価結果を示す。 Table 15 below shows the evaluation results.
10.0質量%の過充電制御剤(1−10)が混合され、電解質塩として六フッ化リン酸リチウムのみを使用した実施例1−8−2と、10.0質量%の過充電制御剤(1−10)が混合され、電解質塩として六フッ化リン酸リチウムの一部を四フッ化ホウ酸リチウムに置き換えた実施例1−12−1とを比較すると、実施例1−12−1は平均放電容量が大きく、また標準偏差が小さいことから放電容量のばらつきが少なかった。また、過充電制御剤(1−10)の代わりに過充電制御剤(1−18)、過充電制御剤(4−71)、過充電制御剤(5−3)、過充電制御剤(6−9)、過充電制御剤(8−4)、過充電制御剤(12−1)および過充電制御剤(12−2)を用いた実施例1−12−2〜実施例1−12−8についても場合も同様により高い効果が得られた。 Example 1-8-2 in which 10.0% by mass of overcharge control agent (1-10) was mixed and only lithium hexafluorophosphate was used as an electrolyte salt, and 10.0% by mass of overcharge control In comparison with Example 1-12-1 in which the agent (1-10) was mixed and a part of lithium hexafluorophosphate was replaced with lithium tetrafluoroborate as an electrolyte salt, Example 1-12- No. 1 had a large average discharge capacity and a small standard deviation, so there was little variation in the discharge capacity. Further, instead of the overcharge control agent (1-10), the overcharge control agent (1-18), the overcharge control agent (4-71), the overcharge control agent (5-3), the overcharge control agent (6 -9), Example 1-12-2 to Example 1-12- using the overcharge control agent (8-4), the overcharge control agent (12-1), and the overcharge control agent (12-2) In the case of 8 as well, a higher effect was obtained.
同様に、四フッ化ホウ酸リチウムの代わりにリチウムビストリフルオロメタンスルホニルイミド(LiTFSI)またはリチウムビスオキサレートボレート(LiBOB)を用いた実施例1−12−9〜実施例1−12−16および実施例1−12−17〜実施例1−12−24のそれぞれについても、本技術の添加化合物を混合することによる高い効果が得られた。 Similarly, Examples 1-12-9 to 1-12-16 and implementations using lithium bistrifluoromethanesulfonylimide (LiTFSI) or lithium bisoxalate borate (LiBOB) instead of lithium tetrafluoroborate For each of Examples 1-12-17 to Examples 1-12-24, a high effect was obtained by mixing the additive compound of the present technology.
以下の実施例では、負極活物質をスズ(Sn)とコバルト(Co)と炭素(C)とを構成元素として含むSnCoC含有材料に変えて効果を確認した。 In the following examples, the effect was confirmed by changing the negative electrode active material to a SnCoC-containing material containing tin (Sn), cobalt (Co), and carbon (C) as constituent elements.
<実施例2−1−1>〜<実施例2−1−29>
負極活物質として、粒状黒鉛粉末の代わりにスズ(Sn)とコバルト(Co)と炭素(C)とを構成元素として含むSnCoC含有材料を用いた。SnCoC含有材料の組成を分析したところ、スズの含有量は49.5質量%、コバルトの含有量は29.7質量%、炭素の含有量は19.8質量%、スズおよびコバルトの割合(Co/(Sn+Co))は37.5質量%であった。この際、スズおよびコバルトの含有量については誘導結合プラズマ(Inductively Coupled Plasma:ICP)発光分析で測定し、炭素の含有量については炭素・硫黄分析装置で測定した。また、X線回折法によりSnCoC含有材料を分析したところ、2θ=20°〜50°の範囲に半値幅を有する回折ピークが観察された。さらに、XPSでSnCoC含有材料を分析したところ、図8に示すようにピークP1が得られた。このピークP1を解析すると、284.8eVに現れた表面汚染炭素のピークP2とともに、それよりも低エネルギー側の領域(284.5eVよりも低い領域)にSnCoC含有材料中におけるC1sのピークP3が得られた。この結果から、SnCoC含有材料中の炭素は他の元素と結合していることが確認された。
<Example 2-1-1> to <Example 2-1-29>
As the negative electrode active material, an SnCoC-containing material containing tin (Sn), cobalt (Co), and carbon (C) as constituent elements was used instead of the granular graphite powder. When the composition of the SnCoC-containing material was analyzed, the content of tin was 49.5% by mass, the content of cobalt was 29.7% by mass, the content of carbon was 19.8% by mass, and the ratio of tin and cobalt (Co / (Sn + Co)) was 37.5% by mass. At this time, the tin and cobalt contents were measured by inductively coupled plasma (ICP) emission analysis, and the carbon content was measured by a carbon / sulfur analyzer. Further, when the SnCoC-containing material was analyzed by the X-ray diffraction method, a diffraction peak having a half width in the range of 2θ = 20 ° to 50 ° was observed. Further, when the SnCoC-containing material was analyzed by XPS, a peak P1 was obtained as shown in FIG. When this peak P1 is analyzed, a peak P3 of C1s in the SnCoC-containing material is obtained in a region on the lower energy side (region lower than 284.5 eV) together with the peak P2 of the surface contamination carbon appearing at 284.8 eV. It was. From this result, it was confirmed that carbon in the SnCoC-containing material was bonded to other elements.
次に、負極活物質として、上述のSnCoC含有材料粉末80質量部と、導電剤として黒鉛12質量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン8質量部とを混合し、溶剤であるN−メチル−2−ピロリドンに分散させて負極合剤スラリーとした。最後に、厚さ15μmの帯状銅箔からなる負極集電体の両面に、コーティング装置を用いて負極合剤スラリーを均一に塗布および乾燥させた後、ロールプレス機を用いて圧縮成型して負極活物質層が形成された負極を作製した。これ以外は実施例1−1−1〜実施例1−1−29と同様にして試験用電池を作製した。 Next, 80 parts by mass of the aforementioned SnCoC-containing material powder as a negative electrode active material, 12 parts by mass of graphite as a conductive agent, and 8 parts by mass of polyvinylidene fluoride as a binder are mixed, and N-methyl- which is a solvent is mixed. It was made to disperse | distribute to 2-pyrrolidone and it was set as the negative mix slurry. Finally, the negative electrode mixture slurry was uniformly applied and dried using a coating device on both sides of a negative electrode current collector made of a strip-shaped copper foil having a thickness of 15 μm, and then subjected to compression molding using a roll press. A negative electrode on which an active material layer was formed was produced. Other than this, test batteries were fabricated in the same manner as in Example 1-1-1 to Example 1-1-29.
[電池の評価]
各実施例について、放電終止電圧を2.5Vとした以外は実施例1−1−1と同様にして(a)平均放電容量および(b)電池容量の標準偏差を求めるとともに、(c)安全弁作動時間を確認した。
[Battery evaluation]
For each example, (a) the average discharge capacity and (b) the standard deviation of the battery capacity were obtained in the same manner as in Example 1-1-1, except that the final discharge voltage was 2.5 V, and (c) the safety valve The operating time was confirmed.
下記の表16に、評価結果を示す。 Table 16 below shows the evaluation results.
<実施例2−2−1>〜<実施例2−2−29>
負極活物質として、粒状黒鉛粉末の代わりに実施例2−1−1と同様のSnCoC含有材料を用いた以外は実施例1−2−1〜実施例1−2−29と同様にして試験用電池をそれぞれ作製した。
<Example 2-2-1> to <Example 2-229>
As a negative electrode active material, for the test in the same manner as in Example 1-2-1 to Example 1-229, except that the same SnCoC-containing material as in Example 2-1-1 was used instead of the granular graphite powder. Each battery was produced.
[電池の評価]
各実施例について、実施例2−1−1と同様にして(a)平均放電容量および(b)電池容量の標準偏差を求めるとともに、(c)安全弁作動時間を確認した。
[Battery evaluation]
For each example, (a) the average discharge capacity and (b) the standard deviation of the battery capacity were determined in the same manner as in Example 2-1-1, and (c) the safety valve operating time was confirmed.
下記の表17に、評価結果を示す。 Table 17 below shows the evaluation results.
<実施例2−3−1>〜<実施例2−3−29>
負極活物質として粒状黒鉛粉末の代わりに、実施例2−1−1と同様のSnCoC含有材料を用いた以外は実施例1−3−1〜実施例1−3−29と同様にして試験用電池を作製した。
<Example 2-3-1> to <Example 2-3-29>
For the test in the same manner as in Example 1-3-1 to Example 1-329, except that the same SnCoC-containing material as in Example 2-1-1 was used as the negative electrode active material instead of granular graphite powder. A battery was produced.
[電池の評価]
各実施例について、実施例2−1−1と同様にして(a)平均放電容量および(b)電池容量の標準偏差を求めるとともに、(c)安全弁作動時間を確認した。
[Battery evaluation]
For each example, (a) the average discharge capacity and (b) the standard deviation of the battery capacity were determined in the same manner as in Example 2-1-1, and (c) the safety valve operating time was confirmed.
下記の表18に、評価結果を示す。 Table 18 below shows the evaluation results.
<実施例2−4−1>〜<実施例2−4−29>
負極活物質として粒状黒鉛粉末の代わりに、実施例2−1−1と同様のSnCoC含有材料を用いた以外は実施例1−4−1〜実施例1−4−29と同様にして試験用電池を作製した。
<Example 2-4-1> to <Example 2-4-29>
For testing in the same manner as in Example 1-4-1 to Example 1-429, except that the same SnCoC-containing material as in Example 2-1-1 was used as the negative electrode active material instead of granular graphite powder. A battery was produced.
[電池の評価]
各実施例について、実施例2−1−1と同様にして(a)平均放電容量および(b)電池容量の標準偏差を求めるとともに、(c)安全弁作動時間を確認した。
[Battery evaluation]
For each example, (a) the average discharge capacity and (b) the standard deviation of the battery capacity were determined in the same manner as in Example 2-1-1, and (c) the safety valve operating time was confirmed.
下記の表19に、評価結果を示す。 Table 19 below shows the evaluation results.
<実施例2−5−1>〜<実施例2−5−29>
負極活物質として粒状黒鉛粉末の代わりに、実施例2−1−1と同様のSnCoC含有材料を用いた以外は実施例1−5−1〜実施例1−5−29と同様にして試験用電池を作製した。
<Example 2-5-1> to <Example 2-5-29>
For the test in the same manner as in Example 1-5-1 to Example 1-5-29, except that the same SnCoC-containing material as in Example 2-1-1 was used as the negative electrode active material instead of granular graphite powder. A battery was produced.
[電池の評価]
各実施例について、実施例2−1−1と同様にして(a)平均放電容量および(b)電池容量の標準偏差を求めるとともに、(c)安全弁作動時間を確認した。
[Battery evaluation]
For each example, (a) the average discharge capacity and (b) the standard deviation of the battery capacity were determined in the same manner as in Example 2-1-1, and (c) the safety valve operating time was confirmed.
下記の表20に、評価結果を示す。 Table 20 below shows the evaluation results.
<実施例2−6−1>〜<実施例2−6−29>
負極活物質として粒状黒鉛粉末の代わりに、実施例2−1−1と同様のSnCoC含有材料を用いた以外は実施例1−6−1〜実施例1−6−29と同様にして試験用電池を作製した。
<Example 2-6-1> to <Example 2-6-29>
For the test in the same manner as in Example 1-6-1 to Example 1-6-29 except that the same SnCoC-containing material as in Example 2-1-1 was used as the negative electrode active material instead of granular graphite powder. A battery was produced.
[電池の評価]
各実施例について、実施例2−1−1と同様にして(a)平均放電容量および(b)電池容量の標準偏差を求めるとともに、(c)安全弁作動時間を確認した。
[Battery evaluation]
For each example, (a) the average discharge capacity and (b) the standard deviation of the battery capacity were determined in the same manner as in Example 2-1-1, and (c) the safety valve operating time was confirmed.
下記の表21に、評価結果を示す。 Table 21 below shows the evaluation results.
<実施例2−7−1>〜<実施例2−7−29>
負極活物質として粒状黒鉛粉末の代わりに、実施例2−1−1と同様のSnCoC含有材料を用いた以外は実施例1−3−1〜実施例1−3−29と同様にして試験用電池を作製した。
<Example 2-7-1> to <Example 2-7-29>
For the test in the same manner as in Example 1-3-1 to Example 1-329, except that the same SnCoC-containing material as in Example 2-1-1 was used as the negative electrode active material instead of granular graphite powder. A battery was produced.
[電池の評価]
各実施例について、実施例2−1−1と同様にして(a)平均放電容量および(b)電池容量の標準偏差を求めるとともに、(c)安全弁作動時間を確認した。
[Battery evaluation]
For each example, (a) the average discharge capacity and (b) the standard deviation of the battery capacity were determined in the same manner as in Example 2-1-1, and (c) the safety valve operating time was confirmed.
下記の表22に、評価結果を示す。 The evaluation results are shown in Table 22 below.
<比較例2−1−1>〜<比較例2−1−30>
負極活物質として粒状黒鉛粉末の代わりに、実施例2−1−1と同様のSnCoC含有材料を用いた以外は比較例1−1−1〜比較例1−1−30と同様にして試験用電池を作製した。
<Comparative Example 2-1-1> to <Comparative Example 2-1-30>
For testing in the same manner as Comparative Example 1-1-1 to Comparative Example 1-1-30, except that the same SnCoC-containing material as in Example 2-1-1 was used instead of the granular graphite powder as the negative electrode active material. A battery was produced.
[電池の評価]
各実施例について、実施例2−1−1と同様にして(a)平均放電容量および(b)電池容量の標準偏差を求めるとともに、(c)安全弁作動時間を確認した。
[Battery evaluation]
For each example, (a) the average discharge capacity and (b) the standard deviation of the battery capacity were determined in the same manner as in Example 2-1-1, and (c) the safety valve operating time was confirmed.
下記の表23に、評価結果を示す。 Table 23 below shows the evaluation results.
表16〜表22および表23から分かるように、負極活物質としてSnCoC含有材料を用いた場合であっても、電圧上昇を抑制する過充電制御剤とともに本技術の添加化合物を非水電解液に混合することにより、炭素系材料を用いた場合と同様に放電容量のばらつきを抑える効果を得ることができる。 As can be seen from Table 16 to Table 22 and Table 23, even when the SnCoC-containing material is used as the negative electrode active material, the additive compound of the present technology is added to the non-aqueous electrolyte together with the overcharge control agent that suppresses the voltage increase. By mixing, the effect of suppressing variation in discharge capacity can be obtained as in the case of using a carbon-based material.
また、電圧上昇を抑制する過充電制御剤とともに本技術の添加化合物を用いた各実施例では、対応する比較例に比べて安全弁作動時間が長くなった。このため、電池内部におけるガス発生を抑制できることが分かった。特に、SnCoC含有材料を負極活物質に用いた場合には、黒鉛を負極活物質として用いた場合と比較して電池内部におけるガス発生量が増加する。このため、SnCoC含有材料を負極活物質として用いた電池において、本技術の添加化合物を加えて安全弁作動時間を長く保つことは非常に好ましい構成である。 Moreover, in each Example using the additive compound of this technique with the overcharge control agent which suppresses a voltage rise, the safety valve operation time became long compared with the corresponding comparative example. For this reason, it turned out that gas generation inside a battery can be controlled. In particular, when the SnCoC-containing material is used as the negative electrode active material, the amount of gas generated inside the battery increases as compared with the case where graphite is used as the negative electrode active material. For this reason, in a battery using a SnCoC-containing material as a negative electrode active material, it is a very preferable configuration to keep the safety valve operating time long by adding the additive compound of the present technology.
以下の実施例では、負極活物質をSnCoC含有材料に変えるとともに、過充電制御剤の添加量を変えて効果を確認した。 In the following examples, the effect was confirmed by changing the negative electrode active material to the SnCoC-containing material and changing the addition amount of the overcharge control agent.
<実施例2−8−1>〜<実施例2−8−24>
負極活物質として、粒状黒鉛粉末の代わりに実施例2−1−1と同様のSnCoC含有材料を用いた以外は実施例1−8−1〜実施例1−8−24と同様にして試験用電池をそれぞれ作製した。
<Example 2-8-1> to <Example 2-8-24>
As a negative electrode active material, for testing in the same manner as in Example 1-8-1 to Example 1-8-24, except that the same SnCoC-containing material as in Example 2-1-1 was used instead of granular graphite powder. Each battery was produced.
[電池の評価]
各実施例について、実施例2−1−1と同様にして(a)平均放電容量および(b)電池容量の標準偏差を求めた。
[Battery evaluation]
About each Example, it carried out similarly to Example 2-1-1, and calculated | required the standard deviation of (a) average discharge capacity and (b) battery capacity.
下記の表24に、評価結果を示す。 Table 24 below shows the evaluation results.
表24から分かるように、負極活物質としてSnCoC含有材料を用いた場合であっても、過充電制御剤の添加量が一定の範囲内において各比較例より標準偏差が顕著に小さく、放電容量ばらつき抑制効果が確認できた。 As can be seen from Table 24, even when the SnCoC-containing material was used as the negative electrode active material, the standard deviation was significantly smaller than that of each of the comparative examples within a certain range of the overcharge control agent added, and the discharge capacity was varied. The inhibitory effect was confirmed.
以下の実施例では、負極活物質をSnCoC含有材料に変えるとともに、非水溶媒の組成を変えて効果を確認した。 In the following examples, the negative electrode active material was changed to a SnCoC-containing material, and the effect was confirmed by changing the composition of the nonaqueous solvent.
<実施例2−9−1>〜<実施例2−9−16>
負極活物質として、粒状黒鉛粉末の代わりに実施例2−1−1と同様のSnCoC含有材料を用いた以外は実施例1−9−1〜実施例1−9−16と同様にして試験用電池をそれぞれ作製した。
<Example 2-9-1> to <Example 2-9-16>
As a negative electrode active material, for the test in the same manner as in Example 1-9-1 to Example 1-9-16, except that the same SnCoC-containing material as in Example 2-1-1 was used instead of granular graphite powder. Each battery was produced.
<実施例2−10−1>〜<実施例2−10−16>
負極活物質として、粒状黒鉛粉末の代わりに実施例2−1−1と同様のSnCoC含有材料を用いた以外は実施例1−10−1〜実施例1−10−16と同様にして試験用電池をそれぞれ作製した。
<Example 2-10-1> to <Example 2-10-16>
As a negative electrode active material, for the test in the same manner as in Example 1-10-1 to Example 1-10-16 except that the same SnCoC-containing material as in Example 2-1-1 was used instead of the granular graphite powder. Each battery was produced.
[電池の評価]
各実施例について、実施例2−1−1と同様にして(a)平均放電容量および(b)電池容量の標準偏差を求めた。
[Battery evaluation]
About each Example, it carried out similarly to Example 2-1-1, and calculated | required the standard deviation of (a) average discharge capacity and (b) battery capacity.
下記の表25および表26に、評価結果を示す。 The evaluation results are shown in Table 25 and Table 26 below.
表25および表26から分かるように、負極活物質としてSnCoC含有材料を用いた場合であっても、非水電解液の非水溶媒にハロゲン化環状炭酸エステルである4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン(FEC)または不飽和炭素結合環状炭酸エステルである炭酸ビニレン(VC)を混合した上述の各実施例は、同条件の実施例と比較して標準偏差が同等もしくは低く、全体的に放電容量のばらつきが小さくなる傾向にあることが分かった。 As can be seen from Table 25 and Table 26, even when a SnCoC-containing material is used as the negative electrode active material, 4-fluoro-1,3-halogenated cyclic carbonate is used as the non-aqueous solvent of the non-aqueous electrolyte. Each of the above examples mixed with dioxolan-2-one (FEC) or vinylene carbonate (VC), which is an unsaturated carbon-bonded cyclic ester carbonate, has the same or lower standard deviation than the examples under the same conditions. In particular, it was found that the variation in the discharge capacity tends to be small.
以下の実施例では、負極活物質をSnCoC含有材料に変えるとともに、非水電解液に対してさらに添加物を添加して効果を確認した。 In the following examples, the negative electrode active material was changed to a SnCoC-containing material, and an additive was further added to the nonaqueous electrolytic solution to confirm the effect.
<実施例2−11−1>〜<実施例2−11−40>
負極活物質として、粒状黒鉛粉末の代わりに実施例2−1−1と同様のSnCoC含有材料を用いた以外は実施例1−11−1〜実施例1−11−40と同様にして試験用電池をそれぞれ作製した。
<Example 2-11-1> to <Example 2-11-40>
As a negative electrode active material, for the test in the same manner as Example 1-11-1 to Example 1-11-1-40, except that the same SnCoC-containing material as in Example 2-1-1 was used instead of the granular graphite powder. Each battery was produced.
[電池の評価]
各実施例について、実施例2−1−1と同様にして(a)平均放電容量および(b)電池容量の標準偏差を求めるとともに、(c)安全弁作動時間を確認した。
[Battery evaluation]
For each example, (a) the average discharge capacity and (b) the standard deviation of the battery capacity were determined in the same manner as in Example 2-1-1, and (c) the safety valve operating time was confirmed.
下記の表27および表28に、評価結果を示す。 The evaluation results are shown in Table 27 and Table 28 below.
表27から分かるように、負極活物質としてSnCoC含有材料を用いた場合であっても、非水電解液に環状炭酸エステルであるトランス−4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン(DFEC)を混合することにより、これらを含まない実施例2−8−2、実施例2−8−5、実施例2−8−8、実施例2−8−11、実施例2−8−14、実施例2−8−17、実施例2−8−20および実施例2−8−23以上に平均放電容量が大きく、また標準偏差が小さく、放電容量のばらつきが少なくなる傾向にあることが分かった。 As can be seen from Table 27, even when a SnCoC-containing material is used as the negative electrode active material, trans-4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one, which is a cyclic carbonate, is used in the non-aqueous electrolyte. By mixing (DFEC), Example 2-8-2, Example 2-8-5, Example 2-8-8, Example 2-8-11, and Example 2-8 not containing these −14, Examples 2-8-17, Examples 2-8-20 and Examples 2-8-23 More than the average discharge capacity, the standard deviation is small, and the variation in the discharge capacity tends to decrease. I understood that.
また、表27および表28から、ジニトリル化合物であるスクシノニトリル、酸無水物である無水コハク酸または無水プロパンジスルホン酸、ならびに環状スルホン酸エステルであるプロペンスルトンを混合した場合も同様に、平均放電容量が大きく、また標準偏差が小さく、放電容量のばらつきが少なくなる傾向にあることが分かった。 Further, from Tables 27 and 28, the average discharge was similarly obtained when succinonitrile as a dinitrile compound, succinic anhydride or propane disulfonic acid as an acid anhydride, and propene sultone as a cyclic sulfonate ester were mixed. It was found that the capacity is large, the standard deviation is small, and the variation in discharge capacity tends to be small.
また、電圧上昇を抑制する過充電制御剤、本技術の添加化合物とともに、環状炭酸エステルを用いた各実施例では、対応する比較例に比べて安全弁作動時間が長くなった。 Moreover, in each Example using cyclic carbonate with the overcharge control agent which suppresses a voltage rise, and the addition compound of this technique, the safety valve operation time became long compared with the corresponding comparative example.
以下の実施例では、負極活物質を金属合金系材料に変えるとともに、非水電解液に対して六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)とともにその他の電解質塩を添加して効果を確認した。 In the following examples, the negative electrode active material was changed to a metal alloy-based material, and the effect was confirmed by adding other electrolyte salt with lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) to the non-aqueous electrolyte.
<実施例2−12−1>〜<実施例2−12−24>
負極活物質として、粒状黒鉛粉末の代わりに実施例2−1−1と同様のSnCoC含有材料を用いた以外は実施例1−12−1〜実施例1−12−24と同様にして試験用電池をそれぞれ作製した。
<Example 2-12-1> to <Example 2-12-24>
As a negative electrode active material, for the test as in Example 1-12-1 to Example 1-12-24, except that the same SnCoC-containing material as in Example 2-1-1 was used instead of granular graphite powder. Each battery was produced.
[電池の評価]
各実施例について、実施例2−1−1と同様にして(a)平均放電容量および(b)電池容量の標準偏差を求めた。
[Battery evaluation]
About each Example, it carried out similarly to Example 2-1-1, and calculated | required the standard deviation of (a) average discharge capacity and (b) battery capacity.
下記の表29に、評価結果を示す。 The evaluation results are shown in Table 29 below.
表29から分かるように、負極活物質としてSnCoC含有材料を用いるとともに、電解質塩として六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)と他の化合物とを混合して用いた場合であっても、本技術の添加化合物により、平均放電容量が大きく、また標準偏差が小さいことから放電容量のばらつきがより少なくなった。 As can be seen from Table 29, even when a SnCoC-containing material is used as the negative electrode active material and lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) and another compound are mixed and used as the electrolyte salt, the present technology With the added compound, the average discharge capacity was large and the standard deviation was small, so that the variation in discharge capacity was further reduced.
以下の実施例では、負極活物質をケイ素に変えて効果を確認した。 In the following examples, the effect was confirmed by changing the negative electrode active material to silicon.
<実施例3−1−1>〜<実施例3−1−29>
負極活物質として粒状黒鉛粉末の代わりにケイ素を用いた。負極活物質として平均粒径1μmのケイ素粉末95質量部と、結着剤としてポリイミド5質量部とを混合して負極合剤とし、負極合剤とN−メチル−2−ピロリドンとを混合して負極合剤スラリーを調製した。次に、厚さ15μmの帯状銅箔からなる負極集電体の両面に、コーティング装置を用いて負極合剤スラリーを均一に塗布および乾燥させ、ロールプレス機を用いて圧縮成型した後、真空雰囲気下において400℃で12時間加熱して負極活物質層を形成し、負極を作製した。これ以外は実施例1−1−1〜実施例1−1−29と同様にして試験用電池を作製した。
<Example 3-1-1> to <Example 3-1-29>
Silicon was used in place of the granular graphite powder as the negative electrode active material. 95 parts by mass of silicon powder having an average particle diameter of 1 μm as a negative electrode active material and 5 parts by mass of polyimide as a binder were mixed to form a negative electrode mixture, and the negative electrode mixture and N-methyl-2-pyrrolidone were mixed. A negative electrode mixture slurry was prepared. Next, the negative electrode mixture slurry is uniformly applied and dried using a coating apparatus on both sides of a negative electrode current collector made of a strip-shaped copper foil having a thickness of 15 μm, and after compression molding using a roll press machine, a vacuum atmosphere Below, it heated at 400 degreeC for 12 hours, the negative electrode active material layer was formed, and the negative electrode was produced. Other than this, test batteries were fabricated in the same manner as in Example 1-1-1 to Example 1-1-29.
[電池の評価]
各実施例について、放電終止電圧を2.5Vとした以外は実施例1−1−1と同様にして(a)平均放電容量および(b)電池容量の標準偏差を求めるとともに、(c)安全弁作動時間を確認した。
[Battery evaluation]
For each example, (a) the average discharge capacity and (b) the standard deviation of the battery capacity were obtained in the same manner as in Example 1-1-1, except that the final discharge voltage was 2.5 V, and (c) the safety valve The operating time was confirmed.
下記の表30に、評価結果を示す。 The evaluation results are shown in Table 30 below.
<実施例3−2−1>〜<実施例3−2−29>
粒状黒鉛粉末の代わりに、実施例3−1−1と同様のケイ素を負極活物質として用いた負極とした以外は実施例1−2−1〜実施例1−2−29と同様にして試験用電池をそれぞれ作製した。
<Example 3-2-1> to <Example 3-2-29>
Tested in the same manner as in Example 1-2-1 to Example 1-229 except that a negative electrode using silicon similar to Example 3-1-1 as the negative electrode active material was used instead of the granular graphite powder. Each battery was prepared.
[電池の評価]
各実施例について、実施例3−1−1と同様にして(a)平均放電容量および(b)電池容量の標準偏差を求めるとともに、(c)安全弁作動時間を確認した。
[Battery evaluation]
For each example, (a) average discharge capacity and (b) standard deviation of battery capacity were determined in the same manner as in Example 3-1-1, and (c) safety valve operating time was confirmed.
下記の表31に、評価結果を示す。 Table 31 below shows the evaluation results.
<実施例3−3−1>〜<実施例3−3−29>
粒状黒鉛粉末の代わりに、実施例3−1−1と同様のケイ素を負極活物質として用いた負極とした以外は実施例1−3−1〜実施例1−3−29と同様にして試験用電池を作製した。
<Example 3-3-1> to <Example 3-329>
Tested in the same manner as in Example 1-3-1 to Example 1-329, except that the same negative electrode using silicon as the negative electrode active material instead of granular graphite powder was used. A battery was prepared.
[電池の評価]
各実施例について、実施例3−1−1と同様にして(a)平均放電容量および(b)電池容量の標準偏差を求めるとともに、(c)安全弁作動時間を確認した。
[Battery evaluation]
For each example, (a) average discharge capacity and (b) standard deviation of battery capacity were determined in the same manner as in Example 3-1-1, and (c) safety valve operating time was confirmed.
下記の表32に、評価結果を示す。 The evaluation results are shown in Table 32 below.
<実施例3−4−1>〜<実施例3−4−29>
粒状黒鉛粉末の代わりに、実施例3−1−1と同様のケイ素を負極活物質として用いた負極とした以外は実施例1−4−1〜実施例1−4−29と同様にして試験用電池を作製した。
<Example 3-4-1> to <Example 3-4-29>
Tested in the same manner as in Example 1-4-1 to Example 1-429 except that the negative electrode using silicon similar to Example 3-1-1 as the negative electrode active material was used instead of the granular graphite powder. A battery was prepared.
[電池の評価]
各実施例について、実施例3−1−1と同様にして(a)平均放電容量および(b)電池容量の標準偏差を求めるとともに、(c)安全弁作動時間を確認した。
[Battery evaluation]
For each example, (a) average discharge capacity and (b) standard deviation of battery capacity were determined in the same manner as in Example 3-1-1, and (c) safety valve operating time was confirmed.
下記の表33に、評価結果を示す。 Table 33 below shows the evaluation results.
<実施例3−5−1>〜<実施例3−5−29>
粒状黒鉛粉末の代わりに、実施例3−1−1と同様のケイ素を負極活物質として用いた負極とした以外は実施例1−5−1〜実施例1−5−29と同様にして試験用電池を作製した。
<Example 3-5-1> to <Example 3-5-29>
Tested in the same manner as in Example 1-5-1 to Example 1-5-29 except that the negative electrode using silicon as the negative electrode active material was used in place of the granular graphite powder. A battery was prepared.
[電池の評価]
各実施例について、実施例3−1−1と同様にして(a)平均放電容量および(b)電池容量の標準偏差を求めるとともに、(c)安全弁作動時間を確認した。
[Battery evaluation]
For each example, (a) average discharge capacity and (b) standard deviation of battery capacity were determined in the same manner as in Example 3-1-1, and (c) safety valve operating time was confirmed.
下記の表34に、評価結果を示す。 The evaluation results are shown in Table 34 below.
<実施例3−6−1>〜<実施例3−6−29>
粒状黒鉛粉末の代わりに、実施例3−1−1と同様のケイ素を負極活物質として用いた負極とした以外は実施例1−6−1〜実施例1−6−29と同様にして試験用電池を作製した。
<Example 3-6-1> to <Example 3-6-29>
Tested in the same manner as in Example 1-6-1 to Example 1-6-29 except that a negative electrode using silicon similar to that in Example 3-1-1 as the negative electrode active material was used instead of the granular graphite powder. A battery was prepared.
[電池の評価]
各実施例について、実施例3−1−1と同様にして(a)平均放電容量および(b)電池容量の標準偏差を求めるとともに、(c)安全弁作動時間を確認した。
[Battery evaluation]
For each example, (a) average discharge capacity and (b) standard deviation of battery capacity were determined in the same manner as in Example 3-1-1, and (c) safety valve operating time was confirmed.
下記の表35に、評価結果を示す。 Table 35 below shows the evaluation results.
<実施例3−7−1>〜<実施例3−7−29>
粒状黒鉛粉末の代わりに、実施例3−1−1と同様のケイ素を負極活物質として用いた負極とした以外は実施例1−3−1〜実施例1−3−29と同様にして試験用電池を作製した。
<Example 3-7-1> to <Example 3-7-29>
Tested in the same manner as in Example 1-3-1 to Example 1-329, except that the same negative electrode using silicon as the negative electrode active material instead of granular graphite powder was used. A battery was prepared.
[電池の評価]
各実施例について、実施例3−1−1と同様にして(a)平均放電容量および(b)電池容量の標準偏差を求めるとともに、(c)安全弁作動時間を確認した。
[Battery evaluation]
For each example, (a) average discharge capacity and (b) standard deviation of battery capacity were determined in the same manner as in Example 3-1-1, and (c) safety valve operating time was confirmed.
下記の表36に、評価結果を示す。 The evaluation results are shown in Table 36 below.
<比較例3−1−1>〜<比較例3−1−30>
粒状黒鉛粉末の代わりに、実施例3−1−1と同様のケイ素を負極活物質として用いた負極とした以外は比較例1−1−1〜比較例1−1−30と同様にして試験用電池を作製した。
<Comparative Example 3-1-1> to <Comparative Example 3-1-30>
Tested in the same manner as Comparative Example 1-1-1 to Comparative Example 1-1-30 except that the negative electrode using silicon similar to Example 3-1-1 as the negative electrode active material was used instead of the granular graphite powder. A battery was prepared.
[電池の評価]
各実施例について、実施例3−1−1と同様にして(a)平均放電容量および(b)電池容量の標準偏差を求めるとともに、(c)安全弁作動時間を確認した。
[Battery evaluation]
For each example, (a) average discharge capacity and (b) standard deviation of battery capacity were determined in the same manner as in Example 3-1-1, and (c) safety valve operating time was confirmed.
下記の表37に、評価結果を示す。 Table 37 below shows the evaluation results.
表30〜表36および表37から分かるように、負極活物質としてケイ素を用いた場合であっても、電圧上昇を抑制する過充電制御剤とともに本技術の添加化合物を非水電解液に混合することにより、炭素系材料を用いた場合と同様に放電容量のばらつきを抑える効果を得ることができる。 As can be seen from Tables 30 to 36 and Table 37, even if silicon is used as the negative electrode active material, the additive compound of the present technology is mixed with the non-aqueous electrolyte together with the overcharge control agent that suppresses the voltage increase. As a result, the effect of suppressing the variation in discharge capacity can be obtained as in the case of using a carbon-based material.
また、電圧上昇を抑制する過充電制御剤とともに本技術の添加化合物を用いた各実施例では、対応する比較例に比べて安全弁作動時間が長くなった。このため、電池内部におけるガス発生を抑制できることが分かった。 Moreover, in each Example using the additive compound of this technique with the overcharge control agent which suppresses a voltage rise, the safety valve operation time became long compared with the corresponding comparative example. For this reason, it turned out that gas generation inside a battery can be controlled.
以下の実施例では、負極活物質をケイ素に変えるとともに、過充電制御剤の添加量を変えて効果を確認した。 In the following examples, the negative electrode active material was changed to silicon, and the effect was confirmed by changing the addition amount of the overcharge control agent.
<実施例3−8−1>〜<実施例3−8−24>
粒状黒鉛粉末の代わりに、実施例3−1−1と同様のケイ素を負極活物質として用いた負極とした以外は実施例1−8−1〜実施例1−8−24と同様にして試験用電池をそれぞれ作製した。
<Example 3-8-1> to <Example 3-8-24>
Tested in the same manner as in Example 1-8-1 to Example 1-8-24, except that the negative electrode using silicon as the negative electrode active material was used instead of granular graphite powder. Each battery was prepared.
[電池の評価]
各実施例について、実施例3−1−1と同様にして(a)平均放電容量および(b)電池容量の標準偏差を求めた。
[Battery evaluation]
About each Example, it carried out similarly to Example 3-1-1, and calculated | required the standard deviation of (a) average discharge capacity and (b) battery capacity.
下記の表38に、評価結果を示す。 The evaluation results are shown in Table 38 below.
表38から分かるように、負極活物質としてケイ素を用いた場合であっても、過充電制御剤の添加量が一定の範囲内において各比較例より標準偏差が顕著に小さく、放電容量ばらつき抑制効果が確認できた。 As can be seen from Table 38, even when silicon is used as the negative electrode active material, the standard deviation is significantly smaller than that of each comparative example within a certain range of the amount of addition of the overcharge control agent, and the discharge capacity variation suppressing effect Was confirmed.
以下の実施例では、負極活物質をケイ素に変えるとともに、非水溶媒の組成を変えて効果を確認した。 In the following examples, the effect was confirmed by changing the composition of the non-aqueous solvent while changing the negative electrode active material to silicon.
<実施例3−9−1>〜<実施例3−9−16>
粒状黒鉛粉末の代わりに、実施例3−1−1と同様のケイ素を負極活物質として用いた負極とした以外は実施例1−9−1〜実施例1−9−16と同様にして試験用電池をそれぞれ作製した。
<Example 3-9-1> to <Example 3-9-16>
Tested in the same manner as in Examples 1-9-1 to 1-9-16 except that the negative electrode using silicon as the negative electrode active material was used instead of granular graphite powder. Each battery was prepared.
<実施例3−10−1>〜<実施例3−10−16>
粒状黒鉛粉末の代わりに、実施例3−1−1と同様のケイ素を負極活物質として用いた負極とした以外は実施例1−10−1〜実施例1−10−16と同様にして試験用電池をそれぞれ作製した。
<Example 3-10-1> to <Example 3-10-16>
Tested in the same manner as in Example 1-10-1 to Example 1-10-16 except that the negative electrode using silicon similar to Example 3-1-1 as the negative electrode active material was used instead of the granular graphite powder. Each battery was prepared.
[電池の評価]
各実施例について、実施例3−1−1と同様にして(a)平均放電容量および(b)電池容量の標準偏差を求めた。
[Battery evaluation]
About each Example, it carried out similarly to Example 3-1-1, and calculated | required the standard deviation of (a) average discharge capacity and (b) battery capacity.
下記の表39および表40に、評価結果を示す。 The evaluation results are shown in Table 39 and Table 40 below.
表39および表40から分かるように、負極活物質としてケイ素を用いた場合であっても、非水電解液の非水溶媒にハロゲン化環状炭酸エステルである4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン(FEC)または不飽和炭素結合環状炭酸エステルである炭酸ビニレン(VC)を混合した上述の各実施例は、これらを含まない実施例と比較して標準偏差が同等もしくは低く、全体的に放電容量のばらつきが小さくなる傾向にあることが分かった。 As can be seen from Table 39 and Table 40, even when silicon is used as the negative electrode active material, 4-fluoro-1,3-dioxolane-, which is a halogenated cyclic carbonate, is used as the non-aqueous solvent of the non-aqueous electrolyte. Each of the above examples mixed with 2-one (FEC) or vinylene carbonate (VC), which is an unsaturated carbon-bonded cyclic carbonate, has a standard deviation equal to or lower than that of the examples not containing them. It was found that the variation in discharge capacity tends to be small.
以下の実施例では、負極活物質をケイ素に変えるとともに、非水電解液に対してさらに添加物を添加して効果を確認した。 In the following examples, the negative electrode active material was changed to silicon, and an additive was further added to the nonaqueous electrolytic solution to confirm the effect.
<実施例3−11−1>〜<実施例3−11−40>
粒状黒鉛粉末の代わりに、実施例3−1−1と同様のケイ素を負極活物質として用いた負極とした以外は実施例1−11−1〜実施例1−11−40と同様にして試験用電池をそれぞれ作製した。
<Example 3-11-1> to <Example 3-11-40>
Tested in the same manner as in Example 1-11-1 to Example 1-11-1-40 except that the same negative electrode using silicon as the negative electrode active material was used instead of the granular graphite powder. Each battery was prepared.
[電池の評価]
各実施例について、実施例3−1−1と同様にして(a)平均放電容量および(b)電池容量の標準偏差を求めるとともに、(c)安全弁作動時間を確認した。
[Battery evaluation]
For each example, (a) average discharge capacity and (b) standard deviation of battery capacity were determined in the same manner as in Example 3-1-1, and (c) safety valve operating time was confirmed.
下記の表41および表42に、評価結果を示す。 Table 41 and Table 42 below show the evaluation results.
表41から分かるように、負極活物質としてケイ素を用いた場合であっても、非水電解液に環状炭酸エステルであるトランス−4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン(DFEC)、ジニトリル化合物であるスクシノニトリル、酸無水物である無水コハク酸または無水プロパンジスルホン酸、ならびに環状スルホン酸エステルであるプロペンスルトンを混合することにより、これらを含まない実施例と比較して平均放電容量が大きく、放電容量のばらつきが少なくなる傾向にあり、安全弁作動時間が長くなった。 As can be seen from Table 41, even when silicon is used as the negative electrode active material, trans-4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one (DFEC), which is a cyclic carbonate, is used in the non-aqueous electrolyte. ), Succinonitrile, which is a dinitrile compound, succinic anhydride or propane disulfonic acid, which is an acid anhydride, and propene sultone, which is a cyclic sulfonic acid ester, by mixing with an average compared to the examples not containing them The discharge capacity was large and the variation in discharge capacity tended to decrease, and the safety valve operating time was prolonged.
以下の実施例では、負極活物質をケイ素に変えるとともに、非水電解液に対して六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)とともにその他の電解質塩を添加して効果を確認した。 In the following examples, the negative electrode active material was changed to silicon, and other electrolyte salts were added together with lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) to the nonaqueous electrolytic solution to confirm the effect.
<実施例3−12−1>〜<実施例3−12−24>
粒状黒鉛粉末の代わりに、実施例3−1−1と同様のケイ素を負極活物質として用いた負極とした以外は実施例1−12−1〜実施例1−12−24と同様にして試験用電池をそれぞれ作製した。
<Example 3-12-1> to <Example 3-12-24>
Tested in the same manner as in Example 1-12-1 to Example 1-12-24 except that the negative electrode using silicon similar to Example 3-1-1 as the negative electrode active material was used instead of the granular graphite powder. Each battery was prepared.
[電池の評価]
各実施例について、実施例3−1−1と同様にして(a)平均放電容量および(b)電池容量の標準偏差を求めた。
[Battery evaluation]
About each Example, it carried out similarly to Example 3-1-1, and calculated | required the standard deviation of (a) average discharge capacity and (b) battery capacity.
下記の表43に、評価結果を示す。 The evaluation results are shown in Table 43 below.
表43から分かるように、負極活物質としてケイ素を用い、電解質塩として六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)と他の化合物とを混合して用いた場合であっても、本技術の添加化合物により、平均放電容量が大きく、また標準偏差が小さいことから放電容量のばらつきがより少なくなった。 As can be seen from Table 43, even when silicon is used as the negative electrode active material and lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) and another compound are mixed and used as the electrolyte salt, the additive compound of the present technology As a result, the average discharge capacity was large and the standard deviation was small, so that the variation in discharge capacity was reduced.
以下の実施例では、負極活物質としてチタン酸リチウムを用いるとともに、ラミネートフィルムによって外装されたラミネート型電池を試験用電池として効果を確認した。 In the following examples, lithium titanate was used as the negative electrode active material, and the effect was confirmed using a laminate type battery covered with a laminate film as a test battery.
<実施例4−1−1>
[正極の作製]
実施例1−1−1と同様にして得たリチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2)を98質量部と、導電剤としてケッチェンブラック0.8質量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVdF)1.2質量部とを混合して正極合剤とした。続いて、N−メチル−2−ピロリドンに正極合剤を分散させて、ペースト状の正極合剤スラリーを調製した。続いて、厚さ12μmの帯状アルミニウム箔からなる正極集電体の両面に、コーティング装置を用いて正極合剤スラリーを均一に塗布し、乾燥させた。最後に、乾燥させた正極合剤をロールプレス機を用いて圧縮成型して正極活物質層が形成された正極を作製した。
<Example 4-1-1>
[Production of positive electrode]
98 parts by mass of lithium cobalt composite oxide (LiCoO 2 ) obtained in the same manner as in Example 1-1-1, 0.8 parts by mass of ketjen black as a conductive agent, and polyvinylidene fluoride (PVdF as a binder) ) 1.2 parts by mass was mixed to make a positive electrode mixture. Subsequently, the positive electrode mixture was dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone to prepare a paste-like positive electrode mixture slurry. Subsequently, the positive electrode mixture slurry was uniformly applied to both surfaces of a positive electrode current collector made of a strip-shaped aluminum foil having a thickness of 12 μm using a coating apparatus and dried. Finally, the dried positive electrode mixture was compression molded using a roll press to produce a positive electrode on which a positive electrode active material layer was formed.
[負極の作製]
負極活物質としてチタン酸リチウム(Li4Ti5O12)85質量部と、導電剤として黒鉛10質量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVdF)5質量部とを混合して負極合剤とした。続いて、N−メチル−2−ピロリドンに負極合剤を分散させて、ペースト状の負極合剤スラリーを調製した。続いて、厚さ18μmの帯状銅箔からなる負極集電体の両面に、コーティング装置を用いて負極合剤スラリーを均一に塗布し、乾燥させた。最後に、乾燥させた負極合剤をロールプレス機を用いて圧縮成型して負極活物質層が形成された負極を作製した。
[Production of negative electrode]
A negative electrode mixture prepared by mixing 85 parts by mass of lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12 ) as a negative electrode active material, 10 parts by mass of graphite as a conductive agent, and 5 parts by mass of polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder. It was. Subsequently, the negative electrode mixture was dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone to prepare a paste-like negative electrode mixture slurry. Subsequently, the negative electrode mixture slurry was uniformly applied to both surfaces of a negative electrode current collector made of a strip-shaped copper foil having a thickness of 18 μm using a coating apparatus and dried. Finally, the dried negative electrode mixture was compression molded using a roll press to produce a negative electrode on which a negative electrode active material layer was formed.
[非水電解液の調製]
非水電解液は、実施例1−1−1と同様に、電亜上昇を抑制する過充電制御剤(1−10)とともに添加化合物として式(1−2)に示す化合物を溶解させたものとした。
[Preparation of non-aqueous electrolyte]
The non-aqueous electrolyte was prepared by dissolving the compound represented by the formula (1-2) as an additive compound together with the overcharge control agent (1-10) that suppresses the rise in electric sublimation, as in Example 1-1-1. It was.
[ラミネート型非水電解質電池の組み立て]
正極集電体の一端にアルミニウム製の正極リードを溶接した。また、負極集電体の一端にニッケル製の負極リードを溶接した。続いて、セパレータを介して正極と負極とを積層した後、長手方向に扁平形状に巻回し、粘着テープで巻き終わり部分を固定することにより、巻回電極体を作製した。セパレータとしては、厚さ20μmの微孔性ポリエチレンフィルムを用いた。
[Assembly of laminated nonaqueous electrolyte battery]
An aluminum positive electrode lead was welded to one end of the positive electrode current collector. Further, a negative electrode lead made of nickel was welded to one end of the negative electrode current collector. Then, after laminating | stacking a positive electrode and a negative electrode through a separator, it wound in the flat shape in the longitudinal direction, and the winding electrode body was produced by fixing a winding end part with an adhesive tape. As the separator, a microporous polyethylene film having a thickness of 20 μm was used.
続いて、巻回電極体を外装部材の間に挟み込んだのち、一辺を除いて外装部材の外縁部同士を熱融着することにより、袋状の外装部材40の内部に巻回体を収納した。外装部材としては、厚さ30μmのナイロンフィルムと、厚さ40μmのアルミニウム箔と、厚さ30μmの無延伸ポリプロピレンフィルムとが順に積層された、総厚100μmで3層構造のアルミラミネートフィルムを用いた。続いて、外装部材の開口部から非水電解液を注入し、非水電解液をセパレータに含浸させることにより、巻回電極体を作製した。最後に、真空雰囲気中において外装部材の開口部を熱融着して封止した。これにより、ラミネートフィルム型非水電解質電池(試験用電池)が完成した。なお、この試験用電池を作製する場合には、正極活物質層の厚さを調節して、満充電時において負極にリチウム金属が析出しないようにした。
Subsequently, after sandwiching the wound electrode body between the exterior members, the wound body was accommodated inside the bag-shaped
<実施例4−1−2>〜<実施例4−1−29>
非水電解液を実施例1−1−2〜実施例1−1−29と同様の構成とした以外は実施例4−1−1と同様の電池構成として実施例4−1−2〜実施例4−1−29の試験用電池をそれぞれ作製した。
<Example 4-1-2> to <Example 4-1-29>
Example 4-1-2 to Example 4-1-2 was carried out in the same battery configuration as Example 4-1-1 except that the non-aqueous electrolyte was made the same as Example 1-1-2 to Example 1-1-29. The test batteries of Examples 4-1 to 29 were produced.
[電池の評価]
(a)平均放電容量
各実施例および各比較例の試験用電池を、23℃の雰囲気中で0.2Cの充電電流で電池電圧2.8Vまで定電流充電を行った後、2.8Vにて定電圧充電を行い、総充電時間が8時間となった時点で充電を終了した。その後、0.2Cの放電電流で電池電圧1.0Vまで定電流放電を行った。この充放電サイクルを2サイクル行った後、3サイクル目に上限電圧を3.3Vとして定電流充電および定電圧充電を行った後、電池電圧1.0Vまで定電流放電を行ったときの放電容量を測定した。ここで、平均放電容量は、各実施例および各比較例の試験用電池を10本ずつ準備してそれぞれ放電容量を測定し、10本の試験用電池の放電容量から得た平均値とした。
[Battery evaluation]
(A) Average discharge capacity The test batteries of each example and each comparative example were charged at a constant current up to a battery voltage of 2.8 V with a charging current of 0.2 C in an atmosphere at 23 ° C. Then, constant voltage charging was performed, and the charging was terminated when the total charging time reached 8 hours. Thereafter, constant current discharge was performed to a battery voltage of 1.0 V with a discharge current of 0.2 C. After performing this charge / discharge cycle for two cycles, the discharge capacity when the constant current charge and constant voltage charge were performed with the upper limit voltage set to 3.3 V in the third cycle and then the constant current discharge was performed up to a battery voltage of 1.0 V Was measured. Here, the average discharge capacity was an average value obtained from the discharge capacities of 10 test batteries by preparing 10 test batteries of each example and each comparative example and measuring the discharge capacity.
(b)放電容量の標準偏差
各実施例および各比較例について、(a)で測定した10本の試験用電池それぞれの電池容量の標準偏差を求めた。
(B) Standard deviation of discharge capacity For each example and each comparative example, the standard deviation of the battery capacity of each of the ten test batteries measured in (a) was determined.
下記の表44に、評価結果を示す。 Table 44 below shows the evaluation results.
<実施例4−2−1>〜<実施例4−2−29>
非水電解液を実施例1−2−1〜実施例1−2−29と同様の構成とした以外は実施例4−1−1と同様の電池構成として実施例4−2−1〜実施例4−2−29の試験用電池をそれぞれ作製した。
<Example 4-2-1> to <Example 4-229>
Example 4-2-1 to Example 4-2-1 was implemented as a battery configuration similar to Example 4-1-1 except that the non-aqueous electrolyte was configured similarly to Example 1-2-1 to Example 1-229. The test batteries of Example 4-229 were prepared.
[電池の評価]
各実施例について、実施例4−1−1と同様にして(a)平均放電容量および(b)電池容量の標準偏差を求めた。
[Battery evaluation]
About each Example, it carried out similarly to Example 4-1-1, and calculated | required the standard deviation of (a) average discharge capacity and (b) battery capacity.
下記の表45に、評価結果を示す。 Table 45 below shows the evaluation results.
<実施例4−3−1>〜<実施例4−3−29>
非水電解液を実施例1−3−1〜実施例1−3−29と同様の構成とした以外は実施例4−1−1と同様の電池構成として実施例4−3−1〜実施例4−3−29の試験用電池をそれぞれ作製した。
<Example 4-3-1> to <Example 4-3-29>
A battery configuration similar to that of Example 4-1-1 except that the nonaqueous electrolytic solution is the same as that of Example 1-3-1 to Example 1-329. Test batteries of Example 4-3-29 were prepared.
[電池の評価]
各実施例について、実施例4−1−1と同様にして(a)平均放電容量および(b)電池容量の標準偏差を求めた。
[Battery evaluation]
About each Example, it carried out similarly to Example 4-1-1, and calculated | required the standard deviation of (a) average discharge capacity and (b) battery capacity.
下記の表46に、評価結果を示す。 Table 46 below shows the evaluation results.
<実施例4−4−1>〜<実施例4−4−29>
非水電解液を実施例1−4−1〜実施例1−4−29と同様の構成とした以外は実施例4−1−1と同様の電池構成として実施例4−4−1〜実施例4−4−29の試験用電池をそれぞれ作製した。
<Example 4-4-1> to <Example 4-4-29>
Example 4-4-1 to Example 4-4-1 was implemented as a battery configuration similar to Example 4-1-1 except that the non-aqueous electrolyte was configured similarly to Example 1-4-1 to Example 1-4-29. Test batteries of Example 4-4-29 were produced.
[電池の評価]
各実施例について、実施例4−1−1と同様にして(a)平均放電容量および(b)電池容量の標準偏差を求めた。
[Battery evaluation]
About each Example, it carried out similarly to Example 4-1-1, and calculated | required the standard deviation of (a) average discharge capacity and (b) battery capacity.
下記の表47に、評価結果を示す。 The evaluation results are shown in Table 47 below.
<実施例4−5−1>〜<実施例4−5−29>
非水電解液を実施例1−5−1〜実施例1−5−29と同様の構成とした以外は実施例4−1−1と同様の電池構成として実施例4−5−1〜実施例4−5−29の試験用電池をそれぞれ作製した。
<Example 4-5-1> to <Example 4-5-29>
A battery configuration similar to that of Example 4-1-1 except that the non-aqueous electrolyte is the same as that of Example 1-5-1 to Example 1-5-29. Test batteries of Example 4-5-29 were prepared.
[電池の評価]
各実施例について、実施例4−1−1と同様にして(a)平均放電容量および(b)電池容量の標準偏差を求めた。
[Battery evaluation]
About each Example, it carried out similarly to Example 4-1-1, and calculated | required the standard deviation of (a) average discharge capacity and (b) battery capacity.
下記の表48に、評価結果を示す。 The evaluation results are shown in Table 48 below.
<実施例4−6−1>〜<実施例4−6−29>
非水電解液を実施例1−6−1〜実施例1−6−29と同様の構成とした以外は実施例4−1−1と同様の電池構成として実施例4−6−1〜実施例4−6−29の試験用電池をそれぞれ作製した。
<Example 4-6-1> to <Example 4-6-29>
Example 4-6-1 to Example 4-6-1 was implemented as a battery configuration similar to Example 4-1-1 except that the non-aqueous electrolyte was configured similarly to Example 1-6-1 to Example 1-6-29. Test batteries of Example 4-6-29 were prepared.
[電池の評価]
各実施例について、実施例4−1−1と同様にして(a)平均放電容量および(b)電池容量の標準偏差を求めた。
[Battery evaluation]
About each Example, it carried out similarly to Example 4-1-1, and calculated | required the standard deviation of (a) average discharge capacity and (b) battery capacity.
下記の表49に、評価結果を示す。 The evaluation results are shown in Table 49 below.
<実施例4−7−1>〜<実施例4−7−29>
非水電解液を実施例1−6−1〜実施例1−6−29と同様の構成とした以外は実施例4−1−1と同様の電池構成として実施例4−6−1〜実施例4−6−29の試験用電池をそれぞれ作製した。
<Example 4-7-1> to <Example 4-7-29>
Example 4-6-1 to Example 4-6-1 was implemented as a battery configuration similar to Example 4-1-1 except that the non-aqueous electrolyte was configured similarly to Example 1-6-1 to Example 1-6-29. Test batteries of Example 4-6-29 were prepared.
[電池の評価]
各実施例について、実施例4−1−1と同様にして(a)平均放電容量および(b)電池容量の標準偏差を求めた。
[Battery evaluation]
About each Example, it carried out similarly to Example 4-1-1, and calculated | required the standard deviation of (a) average discharge capacity and (b) battery capacity.
下記の表50に、評価結果を示す。 The evaluation results are shown in Table 50 below.
<比較例4−1−1>〜<比較例4−1−30>
非水電解液を比較例1−2−1〜比較例1−2−30と同様の構成とし、添加化合物を混合しないようにした以外は実施例4−1−1と同様の電池構成として比較例4−1−1〜比較例4−1−30の試験用電池をそれぞれ作製した。
<Comparative Example 4-1-1> to <Comparative Example 4-1-30>
The non-aqueous electrolyte solution has the same configuration as that of Comparative Example 1-2-1 to Comparative Example 1-2-30, and the battery configuration is the same as that of Example 4-1-1 except that the additive compound is not mixed. Test batteries of Example 4-1 to Comparative example 4-1-30 were produced.
[電池の評価]
各実施例について、実施例4−1−1と同様にして(a)平均放電容量および(b)電池容量の標準偏差を求めた。
[Battery evaluation]
About each Example, it carried out similarly to Example 4-1-1, and calculated | required the standard deviation of (a) average discharge capacity and (b) battery capacity.
下記の表51に、評価結果を示す。 Table 51 below shows the evaluation results.
表44〜表50および表51から分かるように、負極活物質としてチタン酸リチウムを用いたラミネートフィルム型の試験用電池の場合にも、電圧上昇を抑制する過充電制御剤とともに本技術の添加化合物を非水電解液に混合することにより放電容量のばらつきを抑える効果を得ることができる。 As can be seen from Table 44 to Table 50 and Table 51, in the case of a laminate film type test battery using lithium titanate as the negative electrode active material, the additive compound of the present technology is used together with the overcharge control agent that suppresses the voltage increase. The effect of suppressing variation in discharge capacity can be obtained by mixing the non-aqueous electrolyte.
以下の実施例では、過充電制御剤の添加量を変えて効果を確認した。 In the following examples, the effect was confirmed by changing the addition amount of the overcharge control agent.
<実施例4−8−1>〜<実施例4−8−24>
非水電解液を実施例1−8−1〜実施例1−8−24と同様の構成とした以外は実施例4−1−1と同様の電池構成として実施例4−8−1〜実施例4−8−24の試験用電池をそれぞれ作製した。
<Example 4-8-1> to <Example 4-8-24>
Example 4-8-1 to Example 4-8-1 were carried out in the same battery configuration as Example 4-1-1 except that the non-aqueous electrolyte was configured the same as Example 1-8-1 to Example 1-8-24. Test batteries of Examples 4-8-24 were prepared.
[電池の評価]
各実施例について、実施例4−1−1と同様にして(a)平均放電容量および(b)電池容量の標準偏差を求めた。
[Battery evaluation]
About each Example, it carried out similarly to Example 4-1-1, and calculated | required the standard deviation of (a) average discharge capacity and (b) battery capacity.
下記の表52に、評価結果を示す。 The evaluation results are shown in Table 52 below.
表52から分かるように、負極活物質としてチタン酸リチウムを用いたラミネート型非水電解質電池の場合であっても、過充電制御剤の添加量が一定の範囲内において各比較例より標準偏差が顕著に小さく、放電容量ばらつき抑制効果が確認できた。 As can be seen from Table 52, even in the case of a laminate type non-aqueous electrolyte battery using lithium titanate as the negative electrode active material, the standard deviation is larger than that of each comparative example within a certain range of the addition amount of the overcharge control agent. It was remarkably small, and the effect of suppressing variation in discharge capacity could be confirmed.
以下の実施例では、非水溶媒の組成を変えて効果を確認した。 In the following examples, the effect was confirmed by changing the composition of the non-aqueous solvent.
<実施例4−9−1>〜<実施例4−9−16>
非水電解液を実施例1−9−1〜実施例1−9−16と同様の構成とした以外は実施例4−1−1と同様の電池構成として実施例4−9−1〜実施例4−9−16の試験用電池をそれぞれ作製した。
<Example 4-9-1> to <Example 4-9-16>
Example 4-9-1 to Example 4-9-1 were carried out in the same battery configuration as Example 4-1-1 except that the non-aqueous electrolyte was configured the same as Example 1-9-1 to Example 1-9-16. Test batteries of Examples 4-9-16 were produced.
<実施例4−10−1>〜<実施例4−10−16>
非水電解液を実施例1−10−1〜実施例1−10−16と同様の構成とした以外は実施例4−1−1と同様の電池構成として実施例4−10−1〜実施例4−10−16の試験用電池をそれぞれ作製した。
<Example 4-10-1> to <Example 4-10-16>
Example 4-10-1 to Example 4-10-1 were carried out in the same battery configuration as Example 4-1-1 except that the non-aqueous electrolyte was configured in the same manner as Example 1-10-1 to Example 1-10-16. Test batteries of Examples 4-10-16 were prepared.
[電池の評価]
各実施例について、実施例4−1−1と同様にして(a)平均放電容量および(b)電池容量の標準偏差を求めた。
[Battery evaluation]
About each Example, it carried out similarly to Example 4-1-1, and calculated | required the standard deviation of (a) average discharge capacity and (b) battery capacity.
下記の表53および表54に、評価結果を示す。 Table 53 and Table 54 below show the evaluation results.
表53および表54から分かるように、負極活物質としてチタン酸リチウムを用いたラミネート型非水電解質電池の場合であっても、非水電解液の非水溶媒にハロゲン化環状炭酸エステルである4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン(FEC)または不飽和炭素結合環状炭酸エステルである炭酸ビニレン(VC)を混合した上述の各実施例は、これらを含まない実施例と比較して標準偏差が同等もしくはより低く、全体的に放電容量のばらつきが小さくなる傾向にあることが分かった。 As can be seen from Table 53 and Table 54, even in the case of a laminate type non-aqueous electrolyte battery using lithium titanate as the negative electrode active material, a halogenated cyclic carbonate is used as the non-aqueous solvent of the non-aqueous electrolyte. Each of the above examples mixed with -fluoro-1,3-dioxolan-2-one (FEC) or vinylene carbonate (VC), which is an unsaturated carbon-bonded cyclic carbonate, is compared to examples that do not contain these. It was found that the standard deviation is equal or lower, and the variation in the discharge capacity tends to be reduced as a whole.
以下の実施例では、非水電解液に対してさらに添加物を添加して効果を確認した。 In the following examples, an additive was further added to the nonaqueous electrolytic solution to confirm the effect.
<実施例4−11−1>〜<実施例4−11−40>
非水電解液を実施例1−11−1〜実施例1−11−40と同様の構成とした以外は実施例4−1−1と同様の電池構成として実施例4−11−1〜実施例4−11−40の試験用電池をそれぞれ作製した。
<Example 4-11-1> to <Example 4-11-40>
Example 4-11-1 to Example 4-11-1 was carried out as a battery configuration similar to Example 4-1-1 except that the non-aqueous electrolyte was configured similarly to Example 1-11-1 to Example 1-11-1-40. Test batteries of Examples 4-11-40 were prepared.
[電池の評価]
各実施例について、実施例4−1−1と同様にして(a)平均放電容量および(b)電池容量の標準偏差を求めた。
[Battery evaluation]
About each Example, it carried out similarly to Example 4-1-1, and calculated | required the standard deviation of (a) average discharge capacity and (b) battery capacity.
下記の表55および表56に、評価結果を示す。 The evaluation results are shown in Table 55 and Table 56 below.
表55から分かるように、負極活物質としてチタン酸リチウムを用いたラミネート型非水電解質電池の場合であっても、非水電解液に環状炭酸エステルであるトランス−4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン(DFEC)、ジニトリル化合物であるスクシノニトリル、酸無水物である無水コハク酸または無水プロパンジスルホン酸、ならびに環状スルホン酸エステルであるプロペンスルトンを混合することにより、これらを含まない実施例と比較して平均放電容量が大きく、放電容量のばらつきが少なくなる傾向にあった。 As can be seen from Table 55, even in the case of a laminate-type nonaqueous electrolyte battery using lithium titanate as the negative electrode active material, trans-4,5-difluoro-1, which is a cyclic carbonate, is used in the nonaqueous electrolyte. By mixing 3-dioxolan-2-one (DFEC), the dinitrile compound succinonitrile, the acid anhydride succinic anhydride or propane disulfonic acid, and the cyclic sulfonate ester propene sultone. There was a tendency that the average discharge capacity was large and the variation in the discharge capacity was less than that of the Examples not included.
以下の実施例では、非水電解液に対して六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)とともにその他の電解質塩を添加して効果を確認した。 In the following examples, other electrolyte salts were added together with lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) to the nonaqueous electrolytic solution to confirm the effect.
<実施例4−12−1>〜<実施例4−12−24>
非水電解液を実施例1−12−1〜実施例1−12−24と同様の構成とした以外は実施例4−1−1と同様の電池構成として実施例4−12−1〜実施例4−12−24の試験用電池をそれぞれ作製した。
<Example 4-12-1> to <Example 4-12-24>
Example 4-12-1 to Example 4-12-1 were carried out in the same battery configuration as Example 4-1-1 except that the non-aqueous electrolyte was configured the same as Example 1-12-1 to Example 1-12-24. Test batteries of Examples 4-12-24 were prepared.
[電池の評価]
各実施例について、実施例4−1−1と同様にして(a)平均放電容量および(b)電池容量の標準偏差を求めた。
[Battery evaluation]
About each Example, it carried out similarly to Example 4-1-1, and calculated | required the standard deviation of (a) average discharge capacity and (b) battery capacity.
下記の表57に、評価結果を示す。 Table 57 below shows the evaluation results.
表57から分かるように、負極活物質としてチタン酸リチウムを用いたラミネート型非水電解質電池の場合であっても、電解質塩として六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)と他の化合物とを混合して用いることにより、平均放電容量が大きく、また標準偏差が小さいことから放電容量のばらつきがより少なくなった。 As can be seen from Table 57, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) and other compounds were mixed as the electrolyte salt even in the case of a laminated nonaqueous electrolyte battery using lithium titanate as the negative electrode active material. As a result, the average discharge capacity was large and the standard deviation was small, so that the variation in discharge capacity was further reduced.
以上、実施の形態および実施例を挙げて本技術を説明したが、本技術は上記実施の形態および実施例に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態および実施例においては、巻回構造を有する二次電池について説明したが、本技術は、正極および負極を折り畳んだり、あるいは積み重ねた構造を有する二次電池についても同様に適用することができる。加えて、いわゆるコイン型、ボタン型あるいは角型の非水電解質電池についても適用することができる。 While the present technology has been described with reference to the embodiment and examples, the present technology is not limited to the above-described embodiment and examples, and various modifications can be made. For example, in the embodiments and examples described above, the secondary battery having a winding structure has been described, but the present technology is similarly applied to a secondary battery having a structure in which the positive electrode and the negative electrode are folded or stacked. can do. In addition, it can be applied to a so-called coin-type, button-type or square-type non-aqueous electrolyte battery.
また、上記実施の形態および実施例においては、非水電解液を用いる場合について説明したが、本技術は、いかなる形態の非水電解質を用いる場合についても適用することができる。他の形態の非水電解質としては、例えば、非水溶媒と電解質塩とを高分子化合物に保持させたいわゆるゲル状の非水電解質等が挙げられる。 Moreover, in the said embodiment and Example, although the case where a non-aqueous electrolyte solution was used was demonstrated, this technique is applicable also when using any form of non-aqueous electrolyte. Examples of other forms of non-aqueous electrolytes include so-called gel-like non-aqueous electrolytes in which a non-aqueous solvent and an electrolyte salt are held in a polymer compound.
更に、上記実施の形態および実施例では、負極の容量が、リチウムの吸蔵および放出による容量成分により表されるいわゆるリチウムイオン二次電池について説明したが、本技術は、負極活物質にリチウム金属を用い、負極の容量が、リチウムの析出および溶解による容量成分により表されるいわゆるリチウム金属二次電池、または、リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料の充電容量を正極の充電容量よりも小さくすることにより、負極の容量がリチウムの吸蔵および放出による容量成分と、リチウムの析出および溶解による容量成分とを含み、かつその和により表されるようにした二次電池についても同様に適用することができる。 Furthermore, in the above embodiments and examples, a so-called lithium ion secondary battery in which the capacity of the negative electrode is represented by a capacity component due to insertion and extraction of lithium has been described. The capacity of the negative electrode used is a so-called lithium metal secondary battery whose capacity is represented by the deposition and dissolution of lithium, or the negative electrode material capable of occluding and releasing lithium is more charged than the positive electrode. The same applies to a secondary battery in which the capacity of the negative electrode includes a capacity component due to insertion and extraction of lithium and a capacity component due to precipitation and dissolution of lithium, and is expressed by the sum thereof, by reducing the capacity. be able to.
また、上記実施の形態および実施例では、電極反応物質としてリチウムを用いる電池について説明したが、ナトリウム(Na)あるいはカリウム(K)等の他のアルカリ金属、またはマグネシウムあるいはカルシウム(Ca)等のアルカリ土類金属、またはアルミニウム等の他の軽金属を用いる場合についても、本技術を適用することができる。 In the above embodiments and examples, a battery using lithium as an electrode reactant has been described. However, another alkali metal such as sodium (Na) or potassium (K), or an alkali such as magnesium or calcium (Ca) is used. The present technology can also be applied to the case of using an earth metal or another light metal such as aluminum.
11…電池缶、12,13…絶縁板、14…電池蓋、15…安全弁機構、15A…ディスク板、16…熱感抵抗素子、17…ガスケット、20,30…巻回電極体、21,33…正極、21A,33A…正極集電体、21B,33B…正極活物質層、22,34…負極、22A,34A…負極集電体、22B,34B…負極活物質層、23,35…セパレータ、24…センターピン、25,31…正極リード、26,32…負極リード、36…電解質層、37…保護テープ、40…外装部材、41…密着フィルム、100…蓄電システム、101…住宅、102a…火力発電、102b…原子力発電、102c…水力発電、102…集中型電力系統、103…蓄電装置、104…発電装置、105…電力消費装置、105a…冷蔵庫、105b…空調装置、105c…テレビジョン受信機、105d…風呂、106…電動車両、106a…電気自動車、106b…ハイブリッドカー、106c…電気バイク、107…スマートメータ、108…パワーハブ、109…電力網、110…制御装置、111…センサ、112…情報網、113…サーバ、200…ハイブリッド車両、201…エンジン、202…発電機、203…電力駆動力変換装置、204a、204b…駆動輪、205a、205b…車輪、208…バッテリー、209…車両制御装置、210…各種センサ、211…充電口、301…組電池、301a…二次電池、302a…充電制御スイッチ、302b…ダイオード、303a…放電制御スイッチ、303b…ダイオード、304…スイッチ部、307…電流検出抵抗、308…温度検出素子、310…制御部、311…電圧検出部、313…電流測定部、314…スイッチ制御部、317…メモリ、318…温度検出部、321…正極端子、322…負極端子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Battery can, 12, 13 ... Insulation board, 14 ... Battery cover, 15 ... Safety valve mechanism, 15A ... Disc board, 16 ... Heat sensitive resistance element, 17 ... Gasket, 20, 30 ... Winding electrode body, 21, 33 ... Positive electrode, 21A, 33A ... Positive electrode current collector, 21B, 33B ... Positive electrode active material layer, 22, 34 ... Negative electrode, 22A, 34A ... Negative electrode current collector, 22B, 34B ... Negative electrode active material layer, 23, 35 ... Separator , 24 ... Center pin, 25, 31 ... Positive electrode lead, 26, 32 ... Negative electrode lead, 36 ... Electrolyte layer, 37 ... Protective tape, 40 ... Exterior member, 41 ... Adhesion film, 100 ... Power storage system, 101 ... Housing, 102a ... thermal power generation, 102b ... nuclear power generation, 102c ... hydroelectric power generation, 102 ... centralized power system, 103 ... power storage device, 104 ... power generation device, 105 ... power consumption device, 105a ... refrigerator, 105 Air conditioner, 105c Television receiver, 105d Bath, 106 Electric vehicle, 106a Electric car, 106b Hybrid car, 106c Electric bike, 107 Smart meter, 108 Power hub, 109 Power grid, 110 Control device, 111 ... sensor, 112 ... information network, 113 ... server, 200 ... hybrid vehicle, 201 ... engine, 202 ... generator, 203 ... power driving force converter, 204a, 204b ... drive wheel, 205a, 205b ... wheel , 208 ... battery, 209 ... vehicle control device, 210 ... various sensors, 211 ... charging port, 301 ... assembled battery, 301a ... secondary battery, 302a ... charge control switch, 302b ... diode, 303a ... discharge control switch, 303b ... Diode, 304 ... Switch part, 307 ... Current detection Resistance, 308 ... temperature detecting element, 310 ... controller, 311 ... voltage detection unit, 313 ... current measuring unit, 314 ... switching control unit, 317 ... memory, 318 ... temperature detecting unit, 321 ... positive terminal, 322 ... negative terminal
Claims (16)
電解質塩と、
所定の電位で酸化還元反応を生じる過充電制御剤と、
下記の添加化合物(1)〜添加化合物(4)から選択される少なくとも一種
とを含む非水電解液を含む非水電解質。
Electrolyte salt,
An overcharge control agent that causes a redox reaction at a predetermined potential;
A non-aqueous electrolyte comprising a non-aqueous electrolyte solution comprising at least one selected from the following additive compound (1) to additive compound (4).
請求項1に記載の非水電解質。
請求項2に記載の非水電解質。 The nonaqueous electrolyte according to claim 2, wherein a mixing amount of the overcharge control agent is 0.1% by mass or more and 30% by mass or less with respect to the nonaqueous electrolytic solution.
請求項3に記載の非水電解質。 4. The non-mixing material according to claim 3, wherein an amount of at least one selected from the additive compound (1) to the additive compound (4) is more than 0% by mass and less than 20% by mass with respect to the overcharge control agent. Water electrolyte.
請求項4に記載の非水電解質。 The amount of at least one selected from the additive compound (1) and the additive compound (2) is more than 0% by mass and less than 6.0% by mass with respect to the overcharge control agent. Non-aqueous electrolyte.
請求項4に記載の非水電解質。 The amount of at least one selected from the additive compound (3) and the additive compound (4) is from 0.00.1% by mass to 30% by mass with respect to the overcharge control agent. The non-aqueous electrolyte described.
非水電解液を含む非水電解質と
を備え、
上記非水電解液が、
非水溶媒と、
電解質塩と、
所定の電位で酸化還元反応を生じる過充電制御剤と、
下記の添加化合物(1)〜添加化合物(4)から選択される少なくとも一種
とを含む非水電解質電池。
A non-aqueous electrolyte containing a non-aqueous electrolyte,
The non-aqueous electrolyte is
A non-aqueous solvent;
Electrolyte salt,
An overcharge control agent that causes a redox reaction at a predetermined potential;
A nonaqueous electrolyte battery comprising at least one selected from the following additive compound (1) to additive compound (4).
請求項7に記載の非水電解質電池。
請求項8に記載の非水電解質電池。 The non-aqueous electrolyte battery according to claim 8, wherein a mixing amount of the overcharge control agent is 0.1% by mass or more and 30% by mass or less.
請求項9に記載の非水電解質電池。 The non-aqueous solution according to claim 9, wherein the amount of at least one selected from the additive compound (1) to the additive compound (4) is more than 0% by mass and less than 20% by mass with respect to the overcharge control agent. Electrolyte battery.
上記非水電解質電池について制御する制御部と、
上記非水電解質電池を内包する外装を有する
電池パック。 The nonaqueous electrolyte battery according to claim 7,
A control unit for controlling the non-aqueous electrolyte battery;
A battery pack having an exterior enclosing the non-aqueous electrolyte battery.
上記非水電解質電池から電力の供給を受ける
電子機器。 The nonaqueous electrolyte battery according to claim 7,
An electronic device that receives power from the nonaqueous electrolyte battery.
上記非水電解質電池から電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置と、
上記非水電解質電池に関する情報に基づいて車両制御に関する情報処理を行う制御装置とを有する
電動車両。 The nonaqueous electrolyte battery according to claim 7,
A conversion device that receives supply of electric power from the nonaqueous electrolyte battery and converts it into driving force of a vehicle;
An electric vehicle comprising: a control device that performs information processing relating to vehicle control based on information relating to the nonaqueous electrolyte battery.
上記非水電解質電池に接続される電子機器に電力を供給する蓄電装置。 The nonaqueous electrolyte battery according to claim 7,
A power storage device that supplies electric power to an electronic device connected to the non-aqueous electrolyte battery.
上記電力情報制御装置が受信した情報に基づき、上記非水電解質電池の充放電制御を行う
請求項14に記載の蓄電装置。 The power storage device according to claim 14, further comprising: a power information control device that transmits and receives signals to and from other devices via a network, and performing charge / discharge control of the nonaqueous electrolyte battery based on information received by the power information control device.
電力システム。 The electric power system which receives supply of electric power from the nonaqueous electrolyte battery of Claim 7, or supplies electric power to the said nonaqueous electrolyte battery from an electric power generating apparatus or an electric power network.
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