JP5066807B2 - Lithium secondary battery electrolyte and lithium secondary battery - Google Patents
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Description
本発明は、溶媒を含むリチウム二次電池用電解質およびそれを用いたリチウム二次電池に関する。 The present invention relates to a lithium secondary battery using the same electrolyte and a lithium secondary battery containing a solvent.
近年、カメラ一体型VTR(Videotape Recorder;ビデオテープレコーダ),デジタルスチルカメラ,携帯電話,携帯情報端末あるいはノート型パソコンなどのポータブル電子機器が多く登場し、その小型軽量化が図られている。それに伴い、これらの電子機器の電源として、軽量で高エネルギー密度を得ることができる二次電池の開発が進められている。中でも、リチウム二次電池は、従来の鉛電池およびニッケルカドミウム電池と比べて、大きなエネルギー密度を得ることができるので広く実用化されている。 In recent years, many portable electronic devices such as a camera-integrated VTR (Videotape Recorder), a digital still camera, a mobile phone, a portable information terminal, or a notebook personal computer have appeared, and the size and weight of the portable electronic device have been reduced. Accordingly, development of secondary batteries that are lightweight and can obtain a high energy density as a power source for these electronic devices is underway. Among them, lithium secondary batteries are widely put into practical use because they can obtain a larger energy density than conventional lead batteries and nickel cadmium batteries.
このようなリチウム二次電池では、炭酸プロピレンあるいは炭酸ジエチルなどの炭酸エステル系非水溶媒に、電解質塩としてLiPF6 を溶解した電解質が、導電率が高く、電位的にも安定であるので広く用いられている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、携帯型電子機器の利用が多くなるに従い、最近では、輸送時あるいは使用時などに高温状況下に置かれることが多くなり、それによる電池特性の低下が問題となってきた。よって、室温における特性のみならず、高温においても優れた特性を得ることができる電解質あるいは電池の開発が望まれていた。 However, as portable electronic devices are increasingly used, recently, they are often placed under high temperature conditions during transportation or use, resulting in a problem of deterioration of battery characteristics. Therefore, there has been a demand for the development of an electrolyte or a battery that can obtain not only characteristics at room temperature but also excellent characteristics at high temperatures.
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、高温特性を向上させることができるリチウム二次電池用電解質およびそれを用いたリチウム二次電池を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide an electrolyte for a lithium secondary battery capable of improving high-temperature characteristics and a lithium secondary battery using the same.
本発明のリチウム二次電池用電解質は、化1に示したスルタムを含む溶媒を含有するものである。 The electrolyte for a lithium secondary battery of the present invention contains a solvent containing sultam shown in Chemical Formula 1.
本発明のリチウム二次電池は、正極および負極と共に電解質を備え、電解質は、化2に示したスルタムを含む溶媒を含有するものである。 The lithium secondary battery of the present invention includes an electrolyte together with a positive electrode and a negative electrode, and the electrolyte contains a solvent containing sultam shown in Chemical Formula 2.
本発明のリチウム二次電池用電解質によれば、化1に示したスルタムを含むようにしたので、高温においても化学的安定性を向上させることができる。よって、この電解質を用いた本発明のリチウム二次電池によれば、高温においても、電解質の分解反応を抑制することができ、高温状況下に放置しても、優れた特性を得ることができる。 According to the lithium secondary battery electrolyte of the present invention, since the sultam shown in Chemical Formula 1 is included, chemical stability can be improved even at high temperatures. Therefore, according to the lithium secondary battery of the present invention using this electrolyte, the decomposition reaction of the electrolyte can be suppressed even at high temperatures, and excellent characteristics can be obtained even when left under high temperature conditions. .
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の一実施の形態に係る二次電池の断面構成を表すものである。この二次電池は、電極反応物質としてリチウムを用い、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である。この二次電池は、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、帯状の正極21と負極22とがセパレータ23を介して積層し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(Ni)のめっきがされた鉄(Fe)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。
(First embodiment)
FIG. 1 shows a cross-sectional configuration of a secondary battery according to an embodiment of the present invention. This secondary battery is a so-called lithium ion secondary battery in which lithium is used as an electrode reactant and the capacity of the negative electrode is represented by a capacity component due to insertion and extraction of lithium. This secondary battery is a so-called cylindrical type, and is a wound electrode in which a 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など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(Al)などよりなる正極リード25が接続されており、負極22にはニッケルなど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。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と、正極集電体21Aの両面あるいは片面に設けられた正極活物質層21Bとを有している。正極集電体21Aは、例えば、アルミニウム,ニッケルあるいはステンレスなどの金属材料により構成されている。正極活物質層21Bは、例えば、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を含んで構成されている。
FIG. 2 shows an enlarged part of the spirally
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、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、あるいはこれらを含む固溶体(Li(Nix Coy Mnz )O2 ))(x,yおよびzの値は0<x<1,0<y<1,0<z<1,x+y+z=1である。)、あるいはマンガンスピネル(LiMn2 O4 )などのリチウム複合酸化物、またはリン酸鉄リチウム(LiFePO4 )などのオリビン構造を有するリン酸化合物が好ましい。高いエネルギー密度を得ることができるからである。また、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、酸化チタン,酸化バナジウムあるいは二酸化マンガンなどの酸化物、二硫化鉄,二硫化チタンあるいは硫化モリブデンなどの二硫化物、ポリアニリンあるいはポリチオフェンなどの導電性高分子も挙げられる。正極材料は1種を単独で用いてもよいが、2種以上を混合して用いてもよい。 As a cathode material capable of inserting and extracting lithium, for example, lithium cobalt oxide, a solid solution containing lithium nickelate, or these (Li (Ni x Co y Mn z) O 2)) (x, y and z Of 0 <x <1, 0 <y <1, 0 <z <1, x + y + z = 1), or lithium composite oxide such as manganese spinel (LiMn 2 O 4 ), or lithium iron phosphate A phosphate compound having an olivine structure such as (LiFePO 4 ) is preferred. This is because a high energy density can be obtained. Examples of positive electrode materials capable of inserting and extracting lithium include oxides such as titanium oxide, vanadium oxide and manganese dioxide, disulfides such as iron disulfide, titanium disulfide and molybdenum sulfide, polyaniline or Examples also include conductive polymers such as polythiophene. As the positive electrode material, one kind may be used alone, or two or more kinds may be mixed and used.
正極活物質層21Bは、また、例えば導電材を含んでおり、必要に応じて更に結着材を含んでいてもよい。導電材としては、例えば、黒鉛,カーボンブラックあるいはケッチェンブラックなどの炭素材料が挙げられ、そのうちの1種または2種以上が混合して用いられる。また、炭素材料の他にも、導電性を有する材料であれば金属材料あるいは導電性高分子材料などを用いるようにしてもよい。結着材としては、例えば、スチレンブタジエン系ゴム,フッ素系ゴムあるいはエチレンプロピレンジエンゴムなどの合成ゴム、またはポリフッ化ビニリデンなどの高分子材料が挙げられ、そのうちの1種または2種以上が混合して用いられる。例えば、図1に示したように正極21および負極22が巻回されている場合には、結着材として柔軟性に富むスチレンブタジエン系ゴムあるいはフッ素系ゴムなどを用いることが好ましい。
The positive electrode
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と、負極集電体22Aの両面あるいは片面に設けられた負極活物質層22Bとを有している。
The
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。負極集電体22Aは、例えば、銅(Cu),ニッケルあるいはステンレスなどの金属材料により構成されている。
The
負極活物質層22Bは、例えば、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種以上を含んでいる。 The negative electrode active material layer 22B includes, for example, any one or more of negative electrode materials capable of inserting and extracting lithium as a negative electrode active material.
なお、この二次電池では、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充電容量が、正極21の充電容量よりも大きくなっており、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 secondary battery, the charge capacity of the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium is larger than the charge capacity of the
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、スズまたはケイ素を構成元素として含む材料が挙げられる。スズおよびケイ素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。 Examples of the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium include a material containing tin or silicon as a constituent element. This is because tin and silicon have a large ability to occlude and release lithium, and a high energy density can be obtained.
このような負極材料としては、具体的には、スズの単体,合金,あるいは化合物、またはケイ素の単体,合金,あるいは化合物、またはこれらの1種あるいは2種以上の相を少なくとも一部に有する材料が挙げられる。なお、本発明において、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。 As such a negative electrode material, specifically, a simple substance, an alloy, or a compound of tin, a simple substance, an alloy, or a compound of silicon, or a material having one or more phases thereof at least in part. Is mentioned. In the present invention, alloys include those containing one or more metal elements and one or more metalloid elements in addition to those composed of two or more metal elements. Moreover, the nonmetallic element may be included. There are structures in which a solid solution, a eutectic (eutectic mixture), an intermetallic compound, or two or more of them coexist.
スズの合金としては、例えば、スズ以外の第2の構成元素として、ケイ素,ニッケル,銅,鉄,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。ケイ素の合金としては、例えば、ケイ素以外の第2の構成元素として、スズ,ニッケル,銅,鉄,コバルト,マンガン,亜鉛,インジウム,銀,チタン,ゲルマニウム,ビスマス,アンチモンおよびクロム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, for example, as the second constituent element other than tin, silicon, nickel, copper, iron, cobalt (Co), manganese (Mn), zinc (Zn), indium (In), silver (Ag) , Titanium (Ti), germanium (Ge), bismuth (Bi), antimony (Sb), and chromium (Cr). As an alloy of silicon, for example, as a second constituent element other than silicon, among the group consisting of tin, nickel, copper, iron, cobalt, manganese, zinc, indium, silver, titanium, germanium, bismuth, antimony and chromium The thing containing at least 1 sort (s) of these is mentioned.
スズの化合物あるいはケイ素の化合物としては、例えば、酸素あるいは炭素を含むものが挙げられ、スズまたはケイ素に加えて、上述した第2の構成元素を含んでいてもよい。 Examples of the tin compound or silicon compound include those containing oxygen or carbon, and may contain the second constituent element described above in addition to tin or silicon.
中でも、この負極材料としては、スズと、コバルトと、炭素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、かつスズとコバルトとの合計に対するコバルトの割合Co/(Sn+Co)が30質量%以上70質量%以下であるCoSnC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, cobalt, and carbon are included as constituent elements, the carbon content is 9.9 mass% or more and 29.7 mass% or less, and the total of tin and cobalt is A CoSnC-containing material having a cobalt ratio Co / (Sn + Co) of 30% by mass to 70% by mass 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CoSnC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,鉄,ニッケル,クロム,インジウム,ニオブ(Nb),ゲルマニウム,チタン,モリブデン(Mo),アルミニウム,リン(P),ガリウム(Ga)またはビスマスが好ましく、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 CoSnC-containing material may further contain other constituent elements as necessary. As other constituent elements, for example, silicon, iron, nickel, chromium, indium, niobium (Nb), germanium, titanium, molybdenum (Mo), aluminum, phosphorus (P), gallium (Ga) or bismuth is preferable. It may contain more than seeds. This is because the capacity or cycle characteristics can be further improved.
なお、このCoSnC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CoSnC含有材料では、構成元素であ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ことが好ましい。サイクル特性の低下はスズなど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 CoSnC-containing material has a phase containing tin, cobalt, and carbon, and this phase preferably has a low crystallinity or an amorphous structure. In this CoSnC-containing material, it is preferable that at least a part of carbon as a constituent element is bonded to a metal element or a semimetal element as another constituent element. The decrease in cycle characteristics is thought to be due to the aggregation or crystallization of tin or the like, but this is because such aggregation or crystallization can be suppressed by combining carbon with other elements. .
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(X-ray Photoelectron Spectroscopy;XPS)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、CoSnC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、CoSnC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 CoSnC-containing material appears in a region lower than 284.5 eV, at least a part of the carbon contained in the CoSnC-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CoSnC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、CoSnC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 CoSnC-containing material. For example, by analyzing using a commercially available software, the surface contamination The carbon peak and the carbon peak in the CoSnC-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).
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、また例えば、リチウムと合金を形成可能な他の金属元素または他の半金属元素を構成元素として含む材料を用いることもできる。このような金属元素あるいは半金属元素としては、マグネシウム(Mg),ホウ素(B),アルミニウム,ガリウム,インジウム,ゲルマニウム,鉛(Pb),ビスマス,カドミウム(Cd),銀,亜鉛,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。 As a negative electrode material capable of inserting and extracting lithium, for example, a material containing another metal element or other metalloid element capable of forming an alloy with lithium as a constituent element can also be used. Such metal elements or metalloid elements include magnesium (Mg), boron (B), aluminum, gallium, indium, germanium, lead (Pb), bismuth, cadmium (Cd), silver, zinc, hafnium (Hf). , Zirconium (Zr), yttrium (Y), palladium (Pd), or platinum (Pt).
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、また更に、例えば、リチウムを吸蔵および放出することが可能な炭素材料も挙げられる。このような炭素材料としては、難黒鉛化炭素,易黒鉛化炭素,黒鉛,熱分解炭素類,コークス類,グラファイト類,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などがある。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などがあり、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などの高分子化合物を適当な温度で焼成して炭素化したものをいう。また、このような炭素材料は、リチウムの吸蔵および放出に伴う結晶構造の変化が非常に少なく、上述した負極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、更に導電材としても機能するので好ましい。 Examples of the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium also include a carbon material capable of inserting and extracting lithium. Examples of such carbon materials include non-graphitizable carbon, graphitizable carbon, graphite, pyrolytic carbons, cokes, graphites, glassy carbons, organic polymer compound fired bodies, carbon fibers, and activated carbon. . Among these, cokes include pitch coke, needle coke, and petroleum coke. Organic polymer compound fired bodies are carbonized by firing polymer compounds such as phenol resin and furan resin at an appropriate temperature. What you did. In addition, such a carbon material has very little change in crystal structure due to insertion and extraction of lithium, and when used with the negative electrode material described above, a high energy density can be obtained and excellent cycle characteristics can be obtained. This is preferable because it also functions as a conductive material.
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、更にまた、例えば、リチウムを吸蔵および放出することが可能な金属酸化物あるいは高分子化合物が挙げられる。金属酸化物としては、例えば、酸化鉄,酸化ルテニウムあるいは酸化モリブデンが挙げられ、高分子化合物としては、例えば、ポリアセチレンあるいはポリピロールが挙げられる。 Examples of the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium further include metal oxides or polymer compounds capable of inserting and extracting lithium. Examples of the metal oxide include iron oxide, ruthenium oxide, and molybdenum oxide, and examples of the polymer compound include polyacetylene and polypyrrole.
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などの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。中でも、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。特に、ポリエチレンは、100℃以上160℃以下の範囲内においてシャットダウン効果を得ることができ、かつ電気化学的安定性にも優れているので、セパレータ23を構成する材料として好ましい。また、ポリプロピレンも好ましく、他にも化学的安定性を備えた樹脂であればポリエチレンあるいはポリプロピレンと共重合させたり、またはブレンド化することで用いることができる。
The
セパレータ23には、例えば液状の電解質である電解液が含浸されている。電解液は、例えば、溶媒と、溶媒に溶解された電解質塩とを含んでいる。
For example, the
溶媒は、化3に示したスルタムを含んでいる。これにより、高温においても、電解質の化学的安定性を向上させることができ、電解質の分解反応を抑制することができるようになっている。よって、高温状況下に放置しても、優れた特性を得ることができる。スルタムには1種を単独で用いてもよいし、複数種を混合して用いてもよい。 The solvent contains the sultam shown in Chemical formula 3. Thereby, the chemical stability of the electrolyte can be improved even at high temperatures, and the decomposition reaction of the electrolyte can be suppressed. Therefore, excellent characteristics can be obtained even when left under high temperature conditions. One kind of sultam may be used alone, or a plurality of kinds may be mixed and used.
このようなスルタムについて具体的に例を挙げれば、化4に示した化合物などがある。 Specific examples of such sultams include compounds shown in Chemical Formula 4 below.
化3に示したスルタムの含有量は、溶媒において、0.01質量%以上15質量%以下であることが好ましく、0.01質量%以上10質量%以下であればより好ましい。この範囲内であれば、高温状況下に放置しても、より優れた特性を得ることができ、特に10質量%以下とすれば、高温状況下で使用しても、優れた特性を得ることができるからである。 The content of sultam shown in Chemical Formula 3 is preferably 0.01% by mass or more and 15% by mass or less, and more preferably 0.01% by mass or more and 10% by mass or less in the solvent. If it is within this range, it is possible to obtain more excellent characteristics even when left under high temperature conditions. In particular, if it is 10% by mass or less, excellent characteristics can be obtained even when used under high temperature conditions. Because you can.
溶媒としては、これらのスルタムに加えて、ハロゲン原子を有する環式炭酸エステル誘導体を含むことが好ましく、中でも、化5に示した環式炭酸エステル誘導体が望ましい。高温においても、電解液の分解反応を抑制することができ、電池特性をより向上させることができるからである。環式炭酸エステル誘導体は、1種を単独で用いてよく、複数種を混合して用いてもよい。 In addition to these sultams, the solvent preferably contains a cyclic carbonate derivative having a halogen atom, and among them, the cyclic carbonate derivative shown in Chemical Formula 5 is desirable. This is because the decomposition reaction of the electrolytic solution can be suppressed even at high temperatures, and the battery characteristics can be further improved. A cyclic carbonate derivative may be used individually by 1 type, and may mix and use multiple types.
化5に示した環式炭酸エステル誘導体について具体的に例を挙げれば、化6の(1−1)〜(1−14),化7の(1−15)〜(1−23)に示した化合物などがある。中でも、化7の(1−1)に示した4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンが好ましい。より高い効果を得ることができるからである。 Specific examples of the cyclic carbonate derivative shown in Chemical formula 5 are shown in Chemical formulas (1-1) to (1-14) and Chemical formula 7 (1-15) to (1-23). Compounds. Among these, 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one shown in (1-1) of Chemical Formula 7 is preferable. This is because a higher effect can be obtained.
溶媒としては、また、不飽和化合物の環状の炭酸エステルも好ましい。高温における電池特性をより向上させることができるからである。不飽和化合物の環状の炭酸エステルについて具体的に例を挙げれば、1,3−ジオキソール−2−オン,あるいは4−ビニル−1,3−ジオキソラン−2−オンなどがある。不飽和化合物の環状の炭酸エステルは、1種を単独で用いてよく、複数種を混合して用いてもよい。 As the solvent, a cyclic carbonate of an unsaturated compound is also preferable. This is because the battery characteristics at a high temperature can be further improved. Specific examples of the unsaturated carbonate cyclic ester include 1,3-dioxol-2-one and 4-vinyl-1,3-dioxolan-2-one. The cyclic ester carbonate of an unsaturated compound may be used alone or in combination of two or more.
溶媒は、これらの他にも、従来より使用されている種々の溶媒が挙げられ、例えば、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ブチレン、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、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソラン、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、炭酸ジメチル、炭酸エチルメチル、炭酸ジエチル、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、N,N−ジメチルフォルムアミド、N−メチルピロリジノン、N−メチルオキサゾリジノン、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、ジメチルスルフォキシド、燐酸トリメチルが挙げられる。中でも、優れた充放電容量特性および充放電サイクル特性を実現するためには、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ジメチルおよび炭酸エチルメチルからなる群のうちの少なくとも1種を用いることが好ましい。他の溶媒は、1種を単独で混合してもよく、複数種を混合して用いてもよい。 In addition to these, the solvent includes various conventionally used solvents such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydrofuran. 2-methyltetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxolane, methyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, diethyl carbonate, acetonitrile, glutaronitrile, adiponitrile , Methoxyacetonitrile, 3-methoxypropionitrile, N, N-dimethylformamide, N-methylpyrrolidinone, N-methyloxazolidinone, N, N'-dimethylimidazolidinone, nitromethane, nitroethane, sulfolane, dimethylsulfur Examples include oxide and trimethyl phosphate. Among these, in order to realize excellent charge / discharge capacity characteristics and charge / discharge cycle characteristics, it is preferable to use at least one selected from the group consisting of ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate. Other solvents may be used alone or in combination of two or more.
電解質塩としては、LiPF6 、LiBF4 、LiClO4 、LiAsF6 、またはLiN(CF3 SO2 )2 、LiN(C2 F5 SO2 )2 あるいはLiN(C4 F9 SO2 )(CF3 SO2 )などの化8に示したリチウム塩、またはLiC(CF3 SO2 )3 などの化9に示したリチウム塩、化10に示した環状のイミド塩、化11に示した環状のイミド塩、あるいは化12に示した軽金属塩が好ましく挙げ、特に、LiPF6 と、LiBF4 、LiClO4 、LiAsF6 、化8に示したリチウム塩、化9に示したリチウム塩、化10に示した環状のイミド塩、化11に示した環状のイミド塩および化12に示した軽金属塩からなる群のうちの少なくとも1種とを混合して用いることが好ましい。イオン伝導率を向上させることができると共に、高温においても、電解液の分解反応をより抑制することができ、電池特性を更に向上させることができるからである。 Examples of the electrolyte salt include LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2, or LiN (C 4 F 9 SO 2 ) (CF 3 Lithium salt shown in Chemical formula 8 such as SO 2 ), or Lithium salt shown in Chemical formula 9 such as LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , Cyclic imide salt shown in Chemical formula 10, Cyclic imide shown in Chemical formula 11 Preferable examples include salts or light metal salts shown in Chemical formula 12, particularly LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , lithium salt shown in Chemical formula 8, lithium salt shown in Chemical formula 9 , and chemical formula 10 It is preferable to use a mixture of at least one member selected from the group consisting of a cyclic imide salt, a cyclic imide salt shown in Chemical Formula 11 and a light metal salt shown in Chemical Formula 12. This is because the ion conductivity can be improved, the decomposition reaction of the electrolytic solution can be further suppressed even at a high temperature, and the battery characteristics can be further improved.
化10に示した環状のイミド塩および化11に示した環状のイミド塩としては、例えば、化16(1)に示した1,2−パーフルオロエタンジスルホニルイミドリチウム、化16(2)に示した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、化16(3)に示した1,3−パーフルオロブタンジスルホニルイミドリチウム、化16(4)に示した1,4−パーフルオロブタンジスルホニルイミドリチウム、あるいは化16(5)に示したパーフルオロヘプタンニ酸イミドリチウムが挙げられる。 Examples of the cyclic imide salt shown in Chemical formula 10 and the cyclic imide salt shown in Chemical formula 11 include 1,2-perfluoroethanedisulfonylimide lithium shown in Chemical formula 16 (1), and Chemical formula 16 (2). 1,3-perfluoropropanedisulfonylimide lithium shown, 1,3-perfluorobutanedisulfonylimide lithium shown in Chemical formula 16 (3), 1,4-perfluorobutanedi shown in Chemical formula 16 (4) Examples thereof include sulfonylimidolithium and lithium perfluoroheptanenidate shown in Chemical formula 16 (5).
化12に示した軽金属塩としては、例えば、化17に示した化合物が好ましい。 As the light metal salt shown in Chemical formula 12, for example, the compound shown in Chemical formula 17 is preferable.
具体的には、化21に示したジフルオロ[オキソラト−O,O’]ホウ酸リチウム、化22に示したテトラフルオロ[オキソラト−O,O’]リン酸リチウム、化23に示したジフルオロビス[オキソラト−O,O’]リン酸リチウム、化24に示したジフルオロ[3,3,3−トリフルオロ−2−オキシド−2−トリフルオロメチルプロピオナト(2−)−O,O’]ホウ酸リチウム、化25に示したビス[3,3,3−トリフルオロ−2−オキシド−2−トリフルオロメチルプロピオナト(2−)−O,O’]ホウ酸リチウム、および化26に示したビス[オキソラト−O,O’]ホウ酸リチウムなどがある。
Specifically, difluoro [oxolato-O, O ′] lithium borate shown in
電解質塩としては、これらの他にも、LiB(C6 H5 )4 、LiCH3 SO3 、LiCF3 SO3 、LiAlCl4 、LiSiF6 、LiCl、あるいはLiBrなどが挙げられる。 Besides these, electrolyte salts include LiB (C 6 H 5 ) 4 , LiCH 3 SO 3 , LiCF 3 SO 3 , LiAlCl 4 , LiSiF 6 , LiCl, or LiBr.
電解質塩の含有量(濃度)は、溶媒に対して、0.3mol/kg以上3.0mol/kg以下の範囲内であることが好ましい。この範囲外ではイオン伝導度の極端な低下により十分な電池特性が得られなくなる虞があるからである。そのうち、化12に示した軽金属塩の含有量は、溶媒に対して0.01mol/kg以上2.0mol/kg以下の範囲内であることが好ましい。この範囲内においてより高い効果を得ることができるからである。 The content (concentration) of the electrolyte salt is preferably in the range of 0.3 mol / kg or more and 3.0 mol / kg or less with respect to the solvent. Outside this range, there is a risk that sufficient battery characteristics may not be obtained due to an extreme decrease in ionic conductivity. Among them, the content of the light metal salt shown in Chemical formula 12 is preferably in the range of 0.01 mol / kg to 2.0 mol / kg with respect to the solvent. This is because a higher effect can be obtained within this range.
この二次電池は、例えば、次のようにして製造することができる。 For example, the secondary battery can be manufactured as follows.
まず、例えば、正極集電体21Aに正極活物質層21Bを形成し正極21を作製する。正極活物質層21Bは、例えば、正極活物質の粉末と導電材と結着材とを混合して正極合剤を調製したのち、この正極合剤をN−メチル−2−ピロリドンなどの溶剤に分散させてペースト状の正極合剤スラリーとし、この正極合剤スラリーを正極集電体21Aに塗布し乾燥させ、圧縮成型することにより形成する。また、例えば、正極21と同様にして、負極集電体22Aに負極活物質層22Bを形成し負極22を作製する。
First, for example, the positive electrode active material layer 21B is formed on the positive electrode current collector 21A to produce the
次いで、正極集電体21Aに正極リード25を溶接などにより取り付けると共に、負極集電体22Aに負極リード26を溶接などにより取り付ける。続いて、正極21と負極22とをセパレータ23を介して巻回し、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に溶接して、巻回した正極21および負極22を一対の絶縁板12,13で挟み電池缶11の内部に収納する。正極21および負極22を電池缶11の内部に収納したのち、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1,2に示した二次電池が完成する。
Next, the positive electrode lead 25 is attached to the positive electrode current collector 21A by welding or the like, and the
この二次電池では、充電を行うと、例えば、正極21からリチウムイオンが放出され、電解液を介して負極22に吸蔵される。放電を行うと、例えば、負極22からリチウムイオンが放出され、電解液を介して正極21に吸蔵される。その際、電解液には化3に示したスルタムが含まれているので、高温においても、電解液の分解反応が抑制される。
In the secondary battery, when charged, for example, lithium ions are extracted from the
このように本実施の形態によれば、電解液に化3に示したスルタムを含むようにしたので、高温においても電解液の化学的安定性を向上させることができる。よって、この電解液を用いた本実施の形態に係る二次電池によれば、高温状況下に放置しても、優れた特性を得ることができる。 Thus, according to the present embodiment, since the sultam shown in Chemical Formula 3 is included in the electrolytic solution, the chemical stability of the electrolytic solution can be improved even at high temperatures. Therefore, according to the secondary battery according to the present embodiment using this electrolytic solution, excellent characteristics can be obtained even when left under high temperature conditions.
また、溶媒における化3に示したスルタムの含有量を0.01質量%以上15質量%以下とするようにすれば、あるいは電解液にハロゲン原子を有する環式炭酸エステル誘導体を含むようにすれば、あるいは不飽和化合物の環状の炭酸エステルを含むようにすれば、あるいはLiPF6 、LiBF4 、LiClO4 、LiAsF6 、化8に示したリチウム塩、化9に示したリチウム塩、化10に示した環状のイミド塩、化11に示した環状のイミド塩、あるいは化12に示した軽金属塩を含むようにすれば、高温における電池特性をより向上させることができる。 Further, if the content of sultam shown in Chemical Formula 3 in the solvent is 0.01% by mass or more and 15% by mass or less, or if the electrolytic solution contains a cyclic carbonate derivative having a halogen atom. Alternatively, if a cyclic carbonate of an unsaturated compound is included, or LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , a lithium salt shown in Chemical Formula 8, a lithium salt shown in Chemical Formula 9, or a chemical formula shown in Chemical Formula 10 If the cyclic imide salt, the cyclic imide salt shown in Chemical Formula 11 or the light metal salt shown in Chemical Formula 12 is included, battery characteristics at high temperatures can be further improved.
(第2の実施の形態)
本発明の第2の実施の形態に係る二次電池は、負極の構成が異なることを除き、他は第1の実施の形態に係る二次電池と同様の構成および作用を有しており、同様にして製造することができる。よって、図1および図2を参照し、対応する構成要素には同一の符号を付して同一の部分の説明は省略する。
(Second Embodiment)
The secondary battery according to the second embodiment of the present invention has the same configuration and operation as the secondary battery according to the first embodiment, except that the configuration of the negative electrode is different. It can be manufactured in the same manner. Therefore, with reference to FIG. 1 and FIG. 2, the same code | symbol is attached | subjected to a corresponding component and description of the same part is abbreviate | omitted.
負極22は、第1の実施の形態に係る二次電池と同様に、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。負極活物質層22Bは、例えば、負極活物質としてスズまたはケイ素を構成元素として含む材料を含有している。具体的には、例えば、スズの単体,合金,あるいは化合物、またはケイ素の単体,合金,あるいは化合物を含有しており、それらの2種以上を含有していてもよい。
The
また、負極活物質層22Bは、例えば、気相法,液相法,溶射法あるいは焼成法、またはそれらの2以上の方法を用いて形成されたものであり、負極活物質層22Bと負極集電体22Aとが界面の少なくとも一部において合金化していることが好ましい。具体的には、界面において負極集電体22Aの構成元素が負極活物質層22Bに、または負極活物質の構成元素が負極集電体22Aに、またはそれらが互いに拡散していることが好ましい。充放電に伴う負極活物質層22Bの膨張・収縮による破壊を抑制することができると共に、負極活物質層22Bと負極集電体22Aとの間の電子伝導性を向上させることができるからである。 The negative electrode active material layer 22B is formed by using, for example, a vapor phase method, a liquid phase method, a thermal spraying method, a firing method, or two or more of these methods. The electrical conductor 22A is preferably alloyed at least at a part of the interface. Specifically, it is preferable that the constituent element of the negative electrode current collector 22A is diffused in the negative electrode active material layer 22B, the constituent element of the negative electrode active material is diffused in the negative electrode current collector 22A, or they are mutually diffused at the interface. This is because breakage due to expansion / contraction of the negative electrode active material layer 22B due to charging / discharging can be suppressed, and electronic conductivity between the negative electrode active material layer 22B and the negative electrode current collector 22A can be improved. .
なお、気相法としては、例えば、物理堆積法あるいは化学堆積法を用いることができ、具体的には、真空蒸着法,スパッタ法,イオンプレーティング法,レーザーアブレーション法,熱化学気相成長(CVD;Chemical Vapor Deposition )法,プラズマ化学気相成長法などが挙げられる。液相法としては、電気鍍金あるいは無電解鍍金などの公知の手法を用いることができる。焼成法というのは、例えば、粒子状の負極活物質を結着材などと混合して溶剤に分散させ、塗布したのち、結着材などの融点よりも高い温度で熱処理する方法である。焼成法に関しても公知の手法が利用可能であり、例えば、雰囲気焼成法,反応焼成法あるいはホットプレス焼成法が挙げられる。 As the vapor phase method, for example, a physical deposition method or a chemical deposition method can be used. Specifically, a vacuum deposition method, a sputtering method, an ion plating method, a laser ablation method, a thermal chemical vapor deposition ( Examples include CVD (Chemical Vapor Deposition) and plasma enhanced chemical vapor deposition. As the liquid phase method, a known method such as electroplating or electroless plating can be used. The firing method is, for example, a method in which a particulate negative electrode active material is mixed with a binder, dispersed in a solvent, applied, and then heat-treated at a temperature higher than the melting point of the binder. A known method can also be used for the firing method, for example, an atmospheric firing method, a reactive firing method, or a hot press firing method.
(第3の実施の形態)
本発明の第3の実施の形態に係る二次電池は、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である。
(Third embodiment)
The secondary battery according to the third embodiment of the present invention is a so-called lithium metal secondary battery in which the capacity of the negative electrode is represented by a capacity component due to deposition and dissolution of lithium.
この二次電池は、負極活物質層22Bの構成が異なることを除き、他は第1あるいは第2の実施の形態に係る二次電池と同様の構成および効果を有している。したがって、図1および図2を参照し、対応する構成要素には同一の符号を付して同一の部分の説明は省略する。 This secondary battery has the same configuration and effects as the secondary battery according to the first or second embodiment except that the configuration of the negative electrode active material layer 22B is different. Therefore, with reference to FIG. 1 and FIG. 2, the same code | symbol is attached | subjected to a corresponding component and description of the same part is abbreviate | omitted.
負極活物質層22Bは、負極活物質であるリチウム金属により形成されており、高いエネルギー密度を得ることができるようになっている。この負極活物質層22Bは、組み立て時から既に有するように構成してもよいが、組み立て時には存在せず、充電時に析出したリチウム金属により構成するようにしてもよい。また、この負極活物質層22Bを集電体としても利用し、負極集電体22Aを削除するようにしてもよい。 The negative electrode active material layer 22B is made of lithium metal that is a negative electrode active material, and can obtain a high energy density. The negative electrode active material layer 22B may be configured to be already provided from the time of assembly, but may be configured by lithium metal which is not present at the time of assembly and is deposited during charging. The negative electrode active material layer 22B may also be used as a current collector, and the negative electrode current collector 22A may be deleted.
この二次電池は、負極22を負極集電体22Aのみ、またはリチウム金属のみ、または負極集電体22Aにリチウム金属箔を貼り付けて負極活物質層22Bを形成したものとしたことを除き、他は第1の実施の形態に係る二次電池と同様にして製造することができる。
In this secondary battery, except that the
この二次電池では、充電を行うと、例えば、正極21からリチウムイオンが放出され、電解液を介して、負極集電体22Aの表面にリチウム金属となって析出し、図2に示したように、負極活物質層22Bを形成する。放電を行うと、例えば、負極活物質層22Bからリチウム金属がリチウムイオンとなって溶出し、電解液を介して正極21に吸蔵される。その際、電解液には化3に示したスルタムが含まれているので、高温においても、電解液の分解反応が抑制される。
In this secondary battery, when charged, for example, lithium ions are released from the
このように第3の実施の形態の二次電池においても、電解液に化3に示したスルタムを含むようにしたので、高温状況下に放置しても、優れた特性を得ることができる。 Thus, also in the secondary battery of the third embodiment, since the sultam shown in Chemical Formula 3 is included in the electrolytic solution, excellent characteristics can be obtained even when left under high temperature conditions.
(第4の実施の形態)
図3は、第4の実施の形態に係る二次電池の構成を表すものである。この二次電池は、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。
(Fourth embodiment)
FIG. 3 shows the configuration of the secondary battery according to the fourth embodiment. This secondary battery is a so-called laminate film type, and has 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など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、ナイロンフィルム,アルミニウム箔およびポリエチレンフィルムをこの順に貼り合わせた矩形状のアルミラミネートフィルムにより構成されている。外装部材40は、例えば、ポリエチレンフィルム側と巻回電極体30とが対向するように配設されており、各外縁部が融着あるいは接着剤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、外気の侵入を防止するための密着フィルム41が挿入されている。密着フィルム41は、正極リード31および負極リード32に対して密着性を有する材料、例えば、ポリエチレン,ポリプロピレン,変性ポリエチレンあるいは変性ポリプロピレンなど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、上述した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,ポリプロピレンなど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および電解質36を介して積層し、巻回したものであり、最外周部は保護テープ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33は、正極集電体33Aの両面に正極活物質層33Bが設けられた構造を有している。負極34は、負極集電体34Aの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。正極集電体33A,正極活物質層33B,負極集電体34A,負極活物質層34Bおよびセパレータ35の構成は、上述した第1ないし第3の実施の形態における正極集電体21A,正極活物質層21B,負極集電体22A,負極活物質層22Bおよびセパレータ23と同様である。
The
電解質36は、第1の実施の形態で説明した電解液と、この電解液を保持する保持体となる高分子化合物とを含み、いわゆるゲル状となっている。ゲル状の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。高分子化合物としては、例えば、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、ポリメタクリレートなどのエステル系高分子化合物あるいはアクリレート系高分子化合物、またはポリフッ化ビニリデンあるいはフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体などのフッ化ビニリデンの重合体が挙げられ、これらのうちのいずれか1種または2種以上が混合して用いられる。特に、酸化還元安定性の観点からは、フッ化ビニリデンの重合体などのフッ素系高分子化合物を用いることが望ましい。
The
なお、電解質36には、電解液を高分子化合物に保持させるのではなく、液状の電解質としてそのまま用いてもよい。この場合、電解液はセパレータ35に含浸されている。
The
この二次電池は、例えば、次のようにして製造することができる。 For example, the secondary battery can be manufactured as follows.
まず、正極33および負極34のそれぞれに、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36を形成する。次いで、正極集電体33Aに正極リード31を取り付けると共に、負極集電体34Aに負極リード32を取り付ける。続いて、電解質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。そののち、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など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3,4に示した二次電池が完成する。
First, a precursor solution containing an electrolytic solution, a polymer compound, and a mixed solvent is applied to each of the
また、この二次電池は、次のようにして作製してもよい。まず、上述したようにして正極33および負極34を作製し、正極33および負極34に正極リード31および負極リード32を取り付けたのち、正極33と負極34とをセパレータ35を介して積層して巻回し、最外周部に保護テープ37を接着して、巻回電極体30の前駆体である巻回体を形成する。次いで、この巻回体を外装部材40に挟み、一辺を除く外周縁部を熱融着して袋状とし、外装部材40の内部に収納する。続いて、電解液と、高分子化合物の原料であるモノマーと、必要に応じて重合開始剤あるいは重合禁止剤など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の開口部を熱融着して密封する。そののち、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36を形成し、図3,4に示した二次電池を組み立てる。
Further, this secondary battery may be manufactured as follows. First, the
この二次電池は、第1ないし第3の実施の形態に係る二次電池と同様に作用し、同様の効果を得ることができる。 The secondary battery operates in the same manner as the secondary batteries according to the first to third embodiments, and can obtain the same effects.
更に、本発明の具体的な実施例について詳細に説明する。 Further, specific embodiments of the present invention will be described in detail.
(実験例1−1〜1−14)
図3,4に示したラミネートフィルム型の二次電池を作製した。その際、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を作製した。まず、炭酸リチウム(Li2 CO3 )と炭酸コバルト(CoCO3 )とを、Li2 CO3 :CoCO3 =0.5:1(モル比)の割合で混合し、空気中において900℃で5時間焼成して、正極活物質としてのリチウム・コバルト複合酸化物(LiCoO2 )を得た。次いで、このリチウム・コバルト複合酸化物91質量部と、導電材としてグラファイト6質量部と、結着材としてポリフッ化ビニリデン3質量部とを混合して正極合剤を調製したのち、溶剤としてのN−メチル−2−ピロリドンに分散させて正極合剤スラリーとした。続いて、この正極合剤スラリーを厚み12μmの帯状アルミニウム箔よりなる正極集電体33Aに均一に塗布して乾燥させたのち圧縮成型して正極活物質層33Bを形成した。そののち、正極集電体33Aの一端にアルミニウム製の正極リード31を取り付けた。
( Experimental Examples 1-1 to 1-14)
The laminate film type secondary battery shown in FIGS. At that time, a so-called lithium ion secondary battery in which the capacity of the negative electrode was expressed by a capacity component due to insertion and extraction of lithium was produced. First, lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) and cobalt carbonate (CoCO 3 ) are mixed at a ratio of Li 2 CO 3 : CoCO 3 = 0.5: 1 (molar ratio), and 5 ° C. at 900 ° C. in the air. After firing for a time, lithium-cobalt composite oxide (LiCoO 2 ) as a positive electrode active material was obtained. Next, 91 parts by mass of this lithium-cobalt composite oxide, 6 parts by mass of graphite as a conductive material, and 3 parts by mass of polyvinylidene fluoride as a binder were prepared to prepare a positive electrode mixture, and then N as a solvent. -Dispersed in methyl-2-pyrrolidone to obtain a positive electrode mixture slurry. Subsequently, the positive electrode mixture slurry was uniformly applied to a positive electrode current collector 33A made of a strip-shaped aluminum foil having a thickness of 12 μm, dried, and then compression molded to form a positive electrode
また、負極活物質として人造黒鉛粉末を用意し、この人造黒鉛粉末90質量部と、結着材としてポリフッ化ビニリデン10質量部とを混合して負極合剤を調製したのち、溶剤としての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。続いて、この負極合剤スラリーを厚み15μmの帯状銅箔よりなる負極集電体34Aに均一に塗布して乾燥させたのち圧縮成型して負極活物質層34Bを形成した。そののち、負極集電体34Aの一端にニッケル製の負極リード32を取り付けた。
Further, an artificial graphite powder was prepared as a negative electrode active material, and 90 parts by mass of the artificial graphite powder and 10 parts by mass of polyvinylidene fluoride as a binder were prepared, and then a negative electrode mixture was prepared. A negative electrode mixture slurry was prepared by dispersing in methyl-2-pyrrolidone. Subsequently, this negative electrode mixture slurry was uniformly applied to a negative electrode
そののち、正極33と負極34とを、正極活物質層33Bと負極活物質層34Bとが対向するようにセパレータ35を介して積層し、巻回して巻回電極体30の前駆体である巻回体を形成した。
After that, the
得られた巻回体を、ラミネートフィルムよりなる外装部材40に挟み、一辺を除く外周縁部を熱融着して袋状とし、外装部材40の内部に収納し、電解液を外装部材40の内部に注入した。ラミネートフィルムは、外側からナイロン−アルミニウム−無延伸ポリプロピレンよりなるものを用い、それらの厚みは、それぞれ、30μm、40μm、30μmとし、合計で100μmとした。
The obtained wound body is sandwiched between
電解液は、実験例1−1〜1−7では、溶媒として炭酸エチレン(EC)と炭酸ジエチル(DEC)と化3に示したスルタムとを混合し、更に電解質塩としてLiPF6 を1.0mol/kgとなるように溶解したものとした。その際、炭酸エチレンと炭酸ジエチルとの質量比による割合(炭酸エチレン:炭酸ジエチル)は2:3とした。化3に示したスルタムは、実験例1−1では化4(3)に示した2−メチル−[1,2]−イソチアゾリジン1,1−ジオキサシドとし、実験例1−2では化4(4)に示した2−エチル−[1,2]−イソチアゾリジン1,1−ジオキサシドとし、実験例1−3では化4(22)に示した3−メチル−[1,2]−チアジナン1,1−ジオキシドとし、実験例1−4では化4(8)に示した3−メチル−[1,2,3]−オキサチアゾリジン2,2−ジオキシドとし、実験例1−5では化4(9)に示した3−エチル−[1,2,3]−オキサチアゾリジン−2,2−ジオキシドとし、実験例1−6では化4(13)に示した2−メチル−2,3−ジハイドロ−イソチアゾール1,1−ジオキシドとし、実験例1−7では化4(6)に示した2−ビニル−2,3−ジハイドロ−イソチアゾール1,1−ジオキシドとし、溶媒における含有量はそれぞれ5質量%とした。 Electrolyte, in Examples 1-1 to 1-7, were mixed ethylene carbonate (EC) and as a solvent and a sultam shown in diethyl carbonate (DEC) and of 3, further 1.0mol LiPF 6 as an electrolyte salt / Kg was dissolved. At that time, the ratio by mass ratio of ethylene carbonate and diethyl carbonate (ethylene carbonate: diethyl carbonate) was set to 2: 3. The sultam shown in Chemical formula 3, shown in the Experiment 1-1 of 4 (3) 2-Methyl - [1,2] - and isothiazolidine 1,1 Jiokisashido, in Examples 1-2 of 4 ( 4-ethyl- [1,2] -isothiazolidine 1,1-dioxaside shown in 4), and in Experimental Example 1-3, 3-methyl- [1,2] -thiazinane 1 shown in Chemical Formula 4 (22) , 1-dioxide, and in Experimental Example 1-4, 3-methyl- [1,2,3] -oxathiazolidine 2,2-dioxide shown in Chemical Formula 4 (8) was used. In Experimental Example 1-5, Chemical Formula 4 ( 9) 3-ethyl- [1,2,3] -oxathiazolidine-2,2-dioxide shown in Experimental Example 1-6, 2-methyl-2,3-dihydro shown in Chemical formula 4 (13) - and isothiazole 1,1-dioxide, shown in examples 1-7 of 4 (6) 2-vinyl-2,3-dihydro - and isothiazole 1,1-dioxide, the amount contained in the solvent was 5 wt%, respectively.
また、実験例1−8〜1−14では、溶媒としてハロゲン原子を有する環式エステル誘導体である化6(1−1)に示した4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン(FEC)と炭酸ジエチルと化3に示したスルタムとを混合し、更に電解質塩としてLiPF6 を1.0mol/kgとなるように溶解したものとした。その際、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンと炭酸ジエチルとの質量比による割合(4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン:炭酸ジエチル)は2:3とした。化3に示したスルタムは、実験例1−8では化4(3)に示した2−メチル−[1,2]−イソチアゾリジン1,1−ジオキサシドとし、実験例1−9では化4(4)に示した2−エチル−[1,2]−イソチアゾリジン1,1−ジオキサシドとし、実験例1−10では化4(22)に示した3−メチル−[1,2]−チアジナン1,1−ジオキシドとし、実験例1−11では化4(8)に示した3−メチル−[1,2,3]−オキサチアゾリジン2,2−ジオキシドとし、実験例1−12では化4(9)に示した3−エチル−[1,2,3]−オキサチアゾリジン−2,2−ジオキシドとし、実験例1−13では化4(13)に示した2−メチル−2,3−ジハイドロ−イソチアゾール1,1−ジオキシドとし、実験例1−14では化4(6)に示した2−ビニル−2,3−ジハイドロ−イソチアゾール1,1−ジオキシドとし、溶媒における含有量はそれぞれ5質量%とした。 In Experimental Examples 1-8 to 1-14, 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one (FEC) shown in Chemical Formula 6 (1-1), which is a cyclic ester derivative having a halogen atom as a solvent, is used. ), Diethyl carbonate and sultam shown in Chemical Formula 3 were mixed, and LiPF 6 was dissolved as an electrolyte salt to a concentration of 1.0 mol / kg. At that time, the ratio (4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one: diethyl carbonate) based on the mass ratio of 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one and diethyl carbonate was 2: 3. The sultam shown in Chemical formula 3, shown in the Experiment 1-8 of 4 (3) 2-Methyl - [1,2] - and isothiazolidine 1,1 Jiokisashido, in Examples 1-9 of 4 ( 4) 2-ethyl shown in - [1,2] - and isothiazolidine 1,1 Jiokisashido, 3-methyl shown in experimental examples 1-10 in Chemical formula 4 (22) - [1,2] - thiazinane 1 , 1-dioxide, and in Experimental Example 1-11, 3-methyl- [1,2,3] -oxathiazolidine 2,2-dioxide shown in Chemical Formula 4 (8) was used. In Experimental Example 1-12, Chemical Formula 4 ( 9) 3-ethyl- [1,2,3] -oxathiazolidine-2,2-dioxide shown in Experimental Example 1-13, 2-methyl-2,3-dihydro shown in Chemical Formula 4 (13) - and isothiazole 1,1-dioxide, in examples 1-14 of 4 ( ) The indicated 2-vinyl-2,3-dihydro - and isothiazole 1,1-dioxide, the amount contained in the solvent was 5 wt%, respectively.
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ことにより、図3および図4に示したラミネートフィルム型の二次電池を作製した。
After injecting the electrolytic solution, the opening of the
実験例1−1〜1−7,1−8〜1−14に対する比較例1−1として、化3に示したスルタムを用いなかったことを除き、他は実験例1−1〜1−7と同様にして二次電池を作製した。また、実験例1−8〜1−14に対する比較例1−2として、化3に示したスルタムを用いなかったことを除き、他は実験例1−8〜1−14と同様にして二次電池を作製した。 As Comparative Example 1-1 with respect to Experimental Examples 1-1 to 1-7 and 1-8 to 1-14, except that the sultam shown in Chemical Formula 3 was not used, the others were Experimental Examples 1-1 to 1-7. A secondary battery was fabricated in the same manner as described above. Further, as Comparative Example 1-2 with respect to Experimental Examples 1-8 to 1-14, except that the sultam shown in Chemical Formula 3 was not used, the others were the same as in Experimental Examples 1-8 to 1-14. A battery was produced.
作製した実験例1−1〜1−14および比較例1−1,1−2の二次電池について、高温保存特性および高温サイクル特性を次にようにして調べた。 Regarding the fabricated secondary batteries of Experimental Examples 1-1 to 1-14 and Comparative Examples 1-1 and 1-2, the high-temperature storage characteristics and the high-temperature cycle characteristics were examined as follows.
まず、23℃において、充放電を2サイクル行い、2サイクル目の放電容量(保存前の放電容量)を求めた。続いて、再度充電を行い、80℃の恒温槽において10日間保存したのち、23℃において、放電を行い、保存後の放電容量を求めた。その際、充電は、0.2Cの定電流定電圧充電を、上限電圧4.20Vまで行い、放電は、0.2Cの定電流放電を終止電圧2.50Vまで行った。高温保存特性は、保存前の放電容量に対する保存後の放電容量の割合、すなわち、(保存後の放電容量/保存前の放電容量)×100(%)から求めた。結果を表1に示す。なお、0.2Cは、理論容量を5時間で放電しきる電流値である。 First, at 23 ° C., two cycles of charge / discharge were performed, and the discharge capacity at the second cycle (discharge capacity before storage) was determined. Subsequently, the battery was charged again and stored for 10 days in a constant temperature bath at 80 ° C., and then discharged at 23 ° C. to determine the discharge capacity after storage. At that time, the charge was 0.2 C constant current and constant voltage charge up to the upper limit voltage of 4.20 V, and the discharge was 0.2 C constant current discharge to the end voltage of 2.50 V. The high-temperature storage characteristics were determined from the ratio of the discharge capacity after storage to the discharge capacity before storage, that is, (discharge capacity after storage / discharge capacity before storage) × 100 (%). The results are shown in Table 1. 0.2 C is a current value at which the theoretical capacity can be discharged in 5 hours.
また、23℃において、充放電を2サイクル行い、2サイクル目の放電容量(23℃における2サイクル目の放電容量)を求めた。続いて、60℃の恒温槽において、充放電を50サイクル行い、50サイクル目の放電容量(60℃における50サイクル目の放電容量)を求めた。その際、充電は、0.2Cの定電流定電圧充電を、上限電圧4.20Vまで行い、放電は、0.2Cの定電流放電を終止電圧2.50Vまで行った。高温サイクル特性は、23℃における2サイクル目の放電容量に対する60℃における50サイクル目の放電容量の割合、すなわち、(60℃における50サイクル目の放電容量/23℃における2サイクル目の放電容量)×100(%)から求めた。結果を表1に示す。 Moreover, at 23 degreeC, charging / discharging was performed 2 cycles, and the discharge capacity of the 2nd cycle (discharge capacity of the 2nd cycle in 23 degreeC) was calculated | required. Subsequently, 50 cycles of charge and discharge were performed in a 60 ° C. thermostat, and the discharge capacity at the 50th cycle (discharge capacity at the 50th cycle at 60 ° C.) was obtained. At that time, the charge was 0.2 C constant current and constant voltage charge up to the upper limit voltage of 4.20 V, and the discharge was 0.2 C constant current discharge to the end voltage of 2.50 V. The high-temperature cycle characteristic is the ratio of the discharge capacity at the 50th cycle at 60 ° C to the discharge capacity at the second cycle at 23 ° C, ie, (the discharge capacity at the 50th cycle at 60 ° C / the discharge capacity at the second cycle at 23 ° C). It calculated | required from x100 (%). The results are shown in Table 1.
表1に示したように、化3に示したスルタムを用いた実験例1−1〜1−7,1−8〜1−14によれば、これを用いなかった比較例1−1,1−2よりも、それぞれ高温保存特性が向上し、更に高温サイクル特性についても向上したものがあった。また、溶媒として4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンを用いた実験例1−8〜1−14によれば、これを用いなかった実験例1−1〜1−7よりも、それぞれ高温保存特性あるいは高温サイクル特性が向上した。 As shown in Table 1, according to Experimental Examples 1-1 to 1-7 and 1-8 to 1-14 using the sultam shown in Chemical Formula 3, Comparative Examples 1-1 and 1 which did not use this were used. As compared with -2, the high-temperature storage characteristics were improved, and the high-temperature cycle characteristics were also improved. Further, according to the experimental examples 1-8~1-14 using 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one as a solvent, than in Experimental Example 1-1 to 1-7 was not used this, High-temperature storage characteristics or high-temperature cycle characteristics improved respectively.
すなわち、電解液に化3に示したスルタムを含むようにすれば、高温特性を向上させることができ、特に、ハロゲン原子を有する環式炭酸エステル誘導体を含むようにすれば、高温特性をより向上させることができることが分かった。 That is, if the sultam shown in Chemical Formula 3 is included in the electrolytic solution, the high temperature characteristics can be improved, and in particular, if the cyclic carbonate derivative having a halogen atom is included, the high temperature characteristics are further improved. I found out that
(実験例2−1〜2−4)
溶媒として、更に不飽和化合物の環状の炭酸エステルである1,3−ジオキソール−2−オン(VC)または4−ビニル−1,3−ジオキソラン−2−オン(VEC)を用いたことを除き、他は実験例1−1または実験例1−8と同様にしてラミネートフィルム型の二次電池を作製した。その際、溶媒における不飽和化合物の環状の炭酸エステルの含有量は2質量%とした。
( Experimental examples 2-1 to 2-4)
Except that 1,3-dioxol-2-one (VC) or 4-vinyl-1,3-dioxolan-2-one (VEC), which is a cyclic carbonate of an unsaturated compound, was used as the solvent, Others were made in the same manner as in Experimental Example 1-1 or Experimental Example 1-8, and a laminate film type secondary battery was produced. At that time, the content of the cyclic carbonate of the unsaturated compound in the solvent was 2% by mass.
実験例2−1〜2−4に対する比較例2−1,2−2として、化3に示したスルタムを用いなかったことを除き、他は実験例2−1〜2−4と同様にして二次電池を作製した。その際、不飽和化合物の環状の炭酸エステルは、1,3−ジオキソール−2−オンとした。 As Comparative Examples 2-1 and 2-2 to Experimental Examples 2-1 to 2-4, except that the sultam shown in Chemical Formula 3 was not used, the others were the same as Experimental Examples 2-1 to 2-4. A secondary battery was produced. At that time, the cyclic carbonate of the unsaturated compound was 1,3-dioxol-2-one.
作製した実験例2−1〜2−4および比較例2−1,2−2の二次電池について、実験例1−1〜1−14と同様にして高温保存特性および高温サイクル特性を調べた。結果を表2に示す。 For the fabricated secondary batteries of Experimental Examples 2-1 to 2-4 and Comparative Examples 2-1 and 2-2, high temperature storage characteristics and high temperature cycle characteristics were examined in the same manner as in Experimental Examples 1-1 to 1-14. . The results are shown in Table 2.
表2に示したように、不飽和化合物の環状の炭酸エステルを用いた実験例2−1,2−2または実験例2−3,2−4によれば、これを用いなかった実験例1−1または実験例1−8よりも、それぞれ高温保存特性あるいは高温サイクル特性が向上した。また、化3に示したスルタムを用いた実験例2−1または実験例2−3によれば、これを用いなかった比較例2−1または比較例2−2よりも、それぞれ高温保存特性が向上した。 As shown in Table 2, according to Experimental Examples 2-1 and 2-2 or Experimental Examples 2-3 and 2-4 using cyclic carbonates of unsaturated compounds, Experimental Example 1 in which this was not used -1 or Experimental Example 1-8, the high temperature storage characteristics or the high temperature cycle characteristics were improved. Moreover, according to Experimental Example 2-1 or Experimental Example 2-3 using the sultam shown in Chemical Formula 3, the high-temperature storage characteristics were respectively higher than those of Comparative Example 2-1 or Comparative Example 2-2 that did not use this. Improved.
すなわち、電解液に、更に不飽和化合物の環状の炭酸エステルを含むようにすれば、高温特性をより向上させることができることが分かった。 That is, it was found that the high temperature characteristics can be further improved if the electrolytic solution further contains a cyclic carbonate of an unsaturated compound.
(実験例3−1〜3−6)
溶媒における化4(3)に示した2−メチル−[1,2]−イソチアゾリジン1,1−ジオキサシドの含有量を変化させたことを除き、他は実験例1−1または実験例1−8と同様にしてラミネートフィルム型の二次電池を作製した。その際、溶媒における化4(3)に示した2−メチル−[1,2]−イソチアゾリジン1,1−ジオキサシドの含有量は、実験例3−1,3−4では15質量%とし、実験例3−2,3−5では10質量%とし、実験例3−3,3−6では0.01質量%とした。
( Experimental examples 3-1 to 3-6)
Except that the content of 2-methyl- [1,2] -isothiazolidine 1,1-dioxaside shown in Chemical Formula 4 (3) in the solvent was changed, the other examples were Experimental Example 1-1 or Experimental Example 1 In the same manner as in Example 8, a laminate film type secondary battery was produced. At that time, the content of 2-methyl- [1,2] -isothiazolidine 1,1-dioxaside shown in Chemical Formula 4 (3) in the solvent was 15% by mass in Experimental Examples 3-1 and 3-4. In Experimental Examples 3-2 and 3-5, the content was 10% by mass, and in Experimental Examples 3-3 and 3-6, the content was 0.01% by mass.
作製した実験例3−1〜3−6の二次電池について、実験例1−1〜1−14と同様にして高温保存特性および高温サイクル特性を調べた。結果を表3に示す。 For the secondary batteries of Experimental Examples 3-1 to 3-6 were prepared to investigate the high-temperature storage characteristics and high-temperature cycle characteristics in the same manner as in Experimental Example 1-1 to 1-14. The results are shown in Table 3.
表3に示したように、高温保存特性は、化4(3)に示した2−メチル−[1,2]−イソチアゾリジン1,1−ジオキサシドの含有量が多くなるに伴い上昇したのち、ほぼ一定となる傾向が観られた。また、高温サイクル特性は、化4(3)に示した2−メチル−[1,2]−イソチアゾリジン1,1−ジオキサシドの含有量が多くなるに伴い上昇し、極大値を示したのち低下する傾向が観られた。更に、化4(3)に示した2−メチル−[1,2]−イソチアゾリジン1,1−ジオキサシドの含有量を0.01質量%以上10質量%以下とした実験例1−1,3−2,3−3、または実験例1−8,3−5,3−6によれば、化4(3)に示した2−メチル−[1,2]−イソチアゾリジン1,1−ジオキサシドを用いていない比較例1−1または比較例1−2よりも、それぞれ高温保存特性および高温サイクル特性が共に向上した。 As shown in Table 3, the high-temperature storage characteristics increased as the content of 2-methyl- [1,2] -isothiazolidine 1,1-dioxaside shown in Chemical Formula 4 (3) increased. A tendency to become almost constant was observed. The high-temperature cycle characteristics increase as the content of 2-methyl- [1,2] -isothiazolidine 1,1-dioxaside shown in Chemical Formula 4 (3) increases, and then decrease after showing a maximum value. The tendency to do was seen. Furthermore, Experimental Examples 1-1 and 3 in which the content of 2-methyl- [1,2] -isothiazolidine 1,1-dioxaside shown in Chemical Formula 4 (3) was 0.01% by mass to 10% by mass -2, 3-3, or Experimental Examples 1-8, 3-5, 3-6, 2-methyl- [1,2] -isothiazolidine 1,1-dioxaside shown in Chemical Formula 4 (3) Both the high-temperature storage characteristics and the high-temperature cycle characteristics were improved as compared with Comparative Example 1-1 or Comparative Example 1-2 in which no was used.
すなわち、溶媒における化3に示したスルタムの含有量を0.01質量%以上15質量%以下とすれば好ましく、0.01質量%以上10質量%以下とするようにすれば、より好ましいことが分かった。 That is, the content of sultam shown in Chemical Formula 3 in the solvent is preferably 0.01% by mass or more and 15% by mass or less, and more preferably 0.01% by mass or more and 10% by mass or less. I understood.
(実験例4−1〜4−15)
実験例4−1〜4−7では、電解質塩としてLiPF6 に加えて、化12に示した軽金属塩である化21に示したジフルオロ[オキソラト−O,O’]ホウ酸リチウムを用いたことを除き、他は実験例1−1〜1−7と同様にして二次電池を作製した。その際、電解液におけるLiPF6 の濃度は0.8mol/kgとし、ジフルオロ[オキソラト−O,O’]ホウ酸リチウムの濃度は0.2mol/kgとした。
( Experimental examples 4-1 to 4-15)
In Experimental Examples 4-1 to 4-7, in addition to LiPF 6 , lithium difluoro [oxolato-O, O ′] lithium borate shown in
また、実験例4−8〜4−14では、電解質塩としてLiPF6 に加えて、化12に示した軽金属塩である化26に示したビス[オキソラト−O,O’]ホウ酸リチウムを用いたことを除き、他は実験例1−1〜1−7と同様にして二次電池を作製した。その際、電解液におけるLiPF6 の濃度は0.8mol/kgとし、ビス[オキソラト−O,O’]ホウ酸リチウムの濃度は0.2mol/kgとした。
In Experimental Examples 4-8 to 4-14, in addition to LiPF 6 as an electrolyte salt, lithium bis [oxolato-O, O ′] lithium borate shown in
更に、実験例4−15では、電解質塩としてLiPF6 に加えて、化12に示した軽金属塩である化26に示したビス[オキソラト−O,O’]ホウ酸リチウム、および環状のイミド塩である化16(2)に示した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を用いたことを除き、他は実験例1−1と同様にして二次電池を作製した。その際、電解液におけるLiPF6 の濃度は0.8mol/kgとし、ビス[オキソラト−O,O’]ホウ酸リチウムの濃度は0.2mol/kgとし、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の濃度は0.1mol/kgとした。
Further, in Experimental Example 4-15, in addition to LiPF 6 as an electrolyte salt, lithium bis [oxolato-O, O ′] lithium borate shown in
実験例4−1〜4−15に対する比較例4−1として、化3に示したスルタムを用いなかったことを除き、他は実験例4−1〜4−15と同様にして二次電池を作製した。その際、溶媒は、炭酸エチレンと炭酸ジエチルとを、炭酸エチレン:炭酸ジエチル=2:3の質量比で混合したものとし、電解質塩の種類および濃度は実験例4−1〜4−7と同様にした。 As Comparative Example 4-1 with respect to Experimental Examples 4-1 to 4-15, a secondary battery was prepared in the same manner as Experimental Examples 4-1 to 4-15 except that the sultam shown in Chemical Formula 3 was not used. Produced. At that time, the solvent is a mixture of ethylene carbonate and diethyl carbonate in a mass ratio of ethylene carbonate: diethyl carbonate = 2: 3, and the type and concentration of the electrolyte salt are the same as in Experimental Examples 4-1 to 4-7. I made it.
作製した実験例4−1〜4−15および比較例4−1の二次電池について、実験例1−1〜1−14と同様にして高温保存特性および高温サイクル特性を調べた。結果を表4に示す。 For the secondary batteries of Experimental Examples 4-1~4-15 and Comparative Examples 4-1 were prepared to investigate the high-temperature storage characteristics and high-temperature cycle characteristics in the same manner as in Experimental Example 1-1 to 1-14. The results are shown in Table 4.
表4に示したように、電解質塩としてLiPF6 に加えて、ジフルオロ[オキソラト−O,O’]ホウ酸リチウム、あるいはジフルオロ[オキソラト−O,O’]ホウ酸リチウムを用いた実験例4−1〜4−7,4−8〜4−14によれば、これらを用いていない実験例1−1〜1−7よりも、それぞれ高温保存特性あるいは高温サイクル特性が向上し、また、化3に示したスルタムを用いていない比較例4−1よりも、高温保存特性あるいは高温サイクル特性が向上した。更に、LiPF6 およびジフルオロ[オキソラト−O,O’]ホウ酸リチウムに加えて、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を用いた実験例4−15によれば、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を用いていない実験例4−1よりも、高温保存特性あるいは高温サイクル特性が向上した。 As shown in Table 4, experimental example 4 using lithium difluoro [oxolato-O, O ′] lithium borate or difluoro [oxolato-O, O ′] lithium borate in addition to LiPF 6 as an electrolyte salt 4- According to 1-4-4 and 4-8 to 4-14, the high-temperature storage characteristics or the high-temperature cycle characteristics are improved as compared with Experimental Examples 1-1 to 1-7 that do not use them. The high-temperature storage characteristics or the high-temperature cycle characteristics were improved as compared with Comparative Example 4-1, which did not use the sultam shown in 1. Furthermore, according to Experimental Example 4-15 using 1,3-perfluoropropanedisulfonylimide lithium in addition to LiPF 6 and difluoro [oxolato-O, O ′] lithium borate, 1,3-perfluoro High-temperature storage characteristics or high-temperature cycle characteristics were improved as compared with Experimental Example 4-1, which did not use propanedisulfonylimide lithium.
すなわち、LiPF6 と、LiBF4 、LiClO4 、LiAsF6 、化8に示したリチウム塩、化9に示したリチウム塩、化10に示した環状のイミド塩、化11に示した環状のイミド塩および化12に示した軽金属塩からなる群のうちの少なくとも1種とを用いるようにすれば、高温特性をより向上させることができることが分かった。 That is, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , lithium salt shown in Chemical formula 8, lithium salt shown in Chemical formula 9, cyclic imide salt shown in Chemical formula 10, cyclic imide salt shown in Chemical formula 11 It was found that the use of at least one member selected from the group consisting of light metal salts shown in Chemical formula 12 and Chemical formula 12 can further improve the high temperature characteristics.
(実験例5−1〜5−14)
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を作製した。その際、負極活物質にリチウム金属を用い、厚み15μmの帯状銅箔よりなる負極集電体34Aに、厚み30μmのリチウム金属を圧着して負極活物質層34Bを形成したことを除き、他は実験例1−1〜1−14と同様にしてラミネートフィルム型の二次電池を作製した。
( Experimental examples 5-1 to 5-14)
A so-called lithium metal secondary battery in which the capacity of the negative electrode is expressed by a capacity component due to precipitation and dissolution of lithium was produced. At that time, except that lithium metal was used for the negative electrode active material and the negative electrode
実験例5−1〜5−14に対する比較例5−1,5−2として、化3に示したスルタムを用いなかったことを除き、すなわち、比較例1−1,1−2と同様の電解液を用いたことを除き、他は実験例5−1〜5−14と同様にして二次電池を作製した。 As Comparative Examples 5-1 and 5-2 to Experimental Examples 5-1 to 5-14, except that the sultam shown in Chemical Formula 3 was not used, that is, the same electrolysis as Comparative Examples 1-1 and 1-2 A secondary battery was fabricated in the same manner as in Experimental Examples 5-1 to 5-14, except that the liquid was used.
作製した実験例5−1〜5−14および比較例5−1,5−2の二次電池について、実験例1−1〜1−14と同様にして高温保存特性および高温サイクル特性を調べた。結果を表5に示す。 For the secondary batteries of Experimental Examples 5-1~5-14 and Comparative Examples 5-1 and 5-2 were produced to investigate the high-temperature storage characteristics and high-temperature cycle characteristics in the same manner as in Experimental Example 1-1 to 1-14 . The results are shown in Table 5.
表5に示したように、実験例1−1〜1−14と同様の結果が得られた。すなわち、負極活物質としてリチウム金属を用いた場合にも、電解液に化3に示したスルタムを含むようにすれば、高温特性を向上させることができ、特に、ハロゲン原子を有する環式炭酸エステル誘導体を含むようにすれば、高温特性をより向上させることができることが分かった。 As shown in Table 5, the same results as in Experimental Examples 1-1 to 1-14 were obtained. That is, even when lithium metal is used as the negative electrode active material, the high temperature characteristics can be improved by including the sultam shown in Chemical Formula 3 in the electrolyte, and in particular, a cyclic carbonate having a halogen atom. It was found that high temperature characteristics can be further improved by including a derivative.
(実験例6−1〜6−4)
溶媒として、更に不飽和化合物の環状の炭酸エステルである1,3−ジオキソール−2−オンまたは4−ビニル−1,3−ジオキソラン−2−オンを用いたことを除き、具体的には実験例2−1〜2−4と同様の電解液を用いたことを除き、他は実験例5−1または実験例5−8と同様にしてラミネートフィルム型の二次電池を作製した。
( Experimental examples 6-1 to 6-4)
Specific experimental examples except that 1,3-dioxol-2-one or 4-vinyl-1,3-dioxolan-2-one, which is a cyclic carbonate of an unsaturated compound, was used as the solvent. A laminated film type secondary battery was fabricated in the same manner as in Experimental Example 5-1 or Experimental Example 5-8 except that the same electrolytic solution as in 2-1 to 2-4 was used.
実験例6−1〜6−4に対する比較例6−1,6−2として、化3に示したスルタムを用いなかったことを除き、具体的には、比較例2−1,2−2と同様の電解液を用いたことを除き、他は実験例6−1〜6−4と同様にして二次電池を作製した。 As Comparative Examples 6-1 and 6-2 for Experimental Examples 6-1 to 6-4, except that the sultam shown in Chemical Formula 3 was not used, specifically, Comparative Examples 2-1 and 2-2 A secondary battery was fabricated in the same manner as in Experimental Examples 6-1 to 6-4, except that the same electrolytic solution was used.
作製した実験例6−1〜6−4および比較例6−1,6−2の二次電池について、実験例1−1〜1−14と同様にして高温保存特性および高温サイクル特性を調べた。結果を表6に示す。 For the secondary batteries of Experimental Examples 6-1 to 6-4 and Comparative Examples 6-1 and 6-2 were produced to investigate the high-temperature storage characteristics and high-temperature cycle characteristics in the same manner as in Experimental Example 1-1 to 1-14 . The results are shown in Table 6.
表6に示したように、実験例2−1〜2−4と同様の結果が得られた。すなわち、負極活物質としてリチウム金属を用いた場合にも、電解液に、更に不飽和化合物の環状の炭酸エステルを含むようにすれば、高温特性をより向上させることができることが分かった。 As shown in Table 6, the same results as in Experimental Examples 2-1 to 2-4 were obtained. That is, it was found that even when lithium metal is used as the negative electrode active material, the high temperature characteristics can be further improved if the electrolyte further contains a cyclic carbonate ester of an unsaturated compound.
(実験例7−1〜7−6)
溶媒における化4(3)に示した2−メチル−[1,2]−イソチアゾリジン1,1−ジオキサシドの含有量を変化させたことを除き、具体的には、実験例3−1〜3−6と同様の電解液を用いたことを除き、他は実験例5−1または実験例5−8と同様にしてラミネートフィルム型の二次電池を作製した。
( Experimental examples 7-1 to 7-6)
Specifically, except for changing the content of 2-methyl- [1,2] -isothiazolidine 1,1-dioxaside shown in Chemical Formula 4 (3) in the solvent, Experimental Examples 3-1 to 3 A laminated film type secondary battery was produced in the same manner as in Experimental Example 5-1 or Experimental Example 5-8, except that the same electrolytic solution as in -6 was used.
作製した実験例7−1〜7−6の二次電池について、実験例1−1〜1−14と同様にして高温保存特性および高温サイクル特性を調べた。結果を表7に示す。 For the secondary batteries of Experimental Examples 7-1 to 7-6 were prepared to investigate the high-temperature storage characteristics and high-temperature cycle characteristics in the same manner as in Experimental Example 1-1 to 1-14. The results are shown in Table 7.
表7に示したように、実験例3−1〜3−6と同様の結果が得られた。すなわち、負極活物質としてリチウムを用いた場合にも、溶媒における化3に示したスルタムの含有量を0.01質量%以上15質量%以下とすれば好ましく、0.01質量%以上10質量%以下とするようにすれば、より好ましいことが分かった。 As shown in Table 7, the same results as in Experimental Examples 3-1 to 3-6 were obtained. That is, even when lithium is used as the negative electrode active material, the content of sultam shown in Chemical Formula 3 in the solvent is preferably 0.01% by mass or more and 15% by mass or less, and preferably 0.01% by mass or more and 10% by mass. It was found that the following would be more preferable.
(実験例8−1〜8−15)
実験例8−1〜8−7では、電解質塩としてLiPF6 に加えて、化12に示した軽金属塩である化21に示したジフルオロ[オキソラト−O,O’]ホウ酸リチウムを用いたことを除き、具体的には、実験例4−1〜4−7と同様の電解液を用いたことを除き、他は実験例5−1〜5−7と同様にして二次電池を作製した。
( Experimental examples 8-1 to 8-15)
In Experimental Examples 8-1 to 8-7, in addition to LiPF 6 , lithium difluoro [oxolato-O, O ′] lithium borate shown in
また、実験例8−8〜8−14では、電解質塩としてLiPF6 に加えて、化12に示した軽金属塩である化26に示したビス[オキソラト−O,O’]ホウ酸リチウムを用いたことを除き、具体的には、実験例4−8〜4−14と同様の電解液を用いたことを除き、他は実験例5−1〜5−7と同様にして二次電池を作製した。
Further, in Experimental Examples 8-8 to 8-14, in addition to LiPF 6 as an electrolyte salt, lithium bis [oxolato-O, O ′] lithium borate shown in
更に、実験例8−15では、電解質塩としてLiPF6 に加えて、化12に示した軽金属塩である化26に示したビス[オキソラト−O,O’]ホウ酸リチウム、および環状のイミド塩である化16(2)に示した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を用いたことを除き、具体的には、実験例4−15と同様の電解液を用いたことを除き、他は実験例5−1と同様にして二次電池を作製した。
Further, in Experimental Example 8-15, in addition to LiPF 6 as an electrolyte salt, lithium bis [oxolato-O, O ′] lithium borate shown in
実験例8−1〜8−15に対する比較例8−1として、化3に示したスルタムを用いなかったことを除き、具体的には、比較例4−1と同様の電解液を用いたことを除き、他は実験例5−1〜5−15と同様にして二次電池を作製した。 Specifically, as Comparative Example 8-1 for Experimental Examples 8-1 to 8-15, except that the sultam shown in Chemical Formula 3 was not used, specifically, the same electrolytic solution as Comparative Example 4-1 was used. Other than the above, secondary batteries were fabricated in the same manner as in Experimental Examples 5-1 to 5-15.
作製した実験例8−1〜8−15および比較例8−1の二次電池について、実験例1−1〜1−14と同様にして高温保存特性および高温サイクル特性を調べた。結果を表8に示す。 For the secondary batteries of Experimental Examples 8-1~8-15 and Comparative Examples 8-1 were prepared to investigate the high-temperature storage characteristics and high-temperature cycle characteristics in the same manner as in Experimental Example 1-1 to 1-14. The results are shown in Table 8.
表8に示したように、実験例4−1〜4−15と同様の結果が得られた。すなわち、負極活物質としてリチウム金属を用いた場合にも、LiPF6 と、LiBF4 、LiClO4 、LiAsF6 、化8に示したリチウム塩、化9に示したリチウム塩、化10に示した環状のイミド塩、化11に示した環状のイミド塩および化12に示した軽金属塩からなる群のうちの少なくとも1種とを用いるようにすれば、高温特性をより向上させることができることが分かった。 As shown in Table 8, the same results as in Experimental Examples 4-1 to 4-15 were obtained. That is, even when lithium metal is used as the negative electrode active material, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , the lithium salt shown in Chemical formula 8, the lithium salt shown in Chemical formula 9, and the cyclic shown in Chemical formula 10 It was found that the high temperature characteristics can be further improved by using at least one member selected from the group consisting of the imide salt of the above, the cyclic imide salt shown in Chemical Formula 11 and the light metal salt shown in Chemical Formula 12. .
(実験例9−1〜9−14)
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を作製した。その際、負極活物質としてケイ素を用い、厚み15μmの銅箔よりなる負極集電体34Aの上に、電子ビーム蒸着法によりケイ素よりなる負極活物質層34Bを形成したことを除き、他は実験例1−1〜1−14と同様にしてラミネートフィルム型の二次電池を作製した。
( Experimental examples 9-1 to 9-14)
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 was produced. At that time, except that silicon was used as the negative electrode active material and the negative electrode
実験例9−1〜9−14に対する比較例9−1,9−2として、化3に示したスルタムを用いなかったことを除き、すなわち、比較例1−1,1−2と同様の電解液を用いたことを除き、他は実験例9−1〜9−14と同様にして二次電池を作製した。 As Comparative Examples 9-1 and 9-2 for Experimental Examples 9-1 to 9-14, except that the sultam shown in Chemical Formula 3 was not used, that is, the same electrolysis as Comparative Examples 1-1 and 1-2 A secondary battery was fabricated in the same manner as in Experimental Examples 9-1 to 9-14, except that the liquid was used.
作製した実験例9−1〜9−14および比較例9−1,9−2の二次電池について、実験例1−1〜1−14と同様にして高温保存特性および高温サイクル特性を調べた。結果を表9に示す。 For the secondary batteries of Experimental Examples 9-1~9-14 and Comparative Examples 9-1 and 9-2 were produced to investigate the high-temperature storage characteristics and high-temperature cycle characteristics in the same manner as in Experimental Example 1-1 to 1-14 . The results are shown in Table 9.
表9に示したように、実験例1−1〜1−14と同様の結果が得られた。すなわち、他の負極活物質を用いた場合にも、電解液に化3に示したスルタムを含むようにすれば、高温特性を向上させることができ、特に、ハロゲン原子を有する環式炭酸エステル誘導体を含むようにすれば、高温特性をより向上させることができることが分かった。 As shown in Table 9, the same results as in Experimental Examples 1-1 to 1-14 were obtained. That is, even when other negative electrode active materials are used, if the sultam shown in Chemical Formula 3 is included in the electrolytic solution, the high temperature characteristics can be improved, and in particular, cyclic carbonate derivatives having halogen atoms. It has been found that the high temperature characteristics can be further improved by including.
(実験例10−1〜10−4)
溶媒として、更に不飽和化合物の環状の炭酸エステルである1,3−ジオキソール−2−オンまたは4−ビニル−1,3−ジオキソラン−2−オンを用いたことを除き、具体的には実験例2−1〜2−4と同様の電解液を用いたことを除き、他は実験例9−1または実験例9−8と同様にしてラミネートフィルム型の二次電池を作製した。
( Experimental examples 10-1 to 10-4)
Specific experimental examples except that 1,3-dioxol-2-one or 4-vinyl-1,3-dioxolan-2-one, which is a cyclic carbonate of an unsaturated compound, was used as the solvent. A laminated film type secondary battery was fabricated in the same manner as in Experimental Example 9-1 or Experimental Example 9-8 except that the same electrolytic solution as in 2-1 to 2-4 was used.
実験例10−1〜10−4に対する比較例10−1,10−2として、化3に示したスルタムを用いなかったことを除き、具体的には、比較例2−1,2−2と同様の電解液を用いたことを除き、他は実験例9−1〜9−4と同様にして二次電池を作製した。 As Comparative Examples 10-1 and 10-2 for Experimental Examples 10-1 to 10-4, except that the sultam shown in Chemical Formula 3 was not used, specifically, Comparative Examples 2-1 and 2-2 A secondary battery was fabricated in the same manner as in Experimental Examples 9-1 to 9-4, except that the same electrolytic solution was used.
作製した実験例10−1〜10−4および比較例10−1,10−2の二次電池について、実験例1−1〜1−14と同様にして高温保存特性および高温サイクル特性を調べた。結果を表10に示す。 For the fabricated secondary batteries of Experimental Examples 10-1 to 10-4 and Comparative Examples 10-1 and 10-2, the high temperature storage characteristics and the high temperature cycle characteristics were examined in the same manner as in Experimental Examples 1-1 to 1-14. . The results are shown in Table 10.
表10に示したように、実験例2−1〜2−4と同様の結果が得られた。すなわち、他の負極活物質を用いた場合にも、電解液に、更に不飽和化合物の環状の炭酸エステルを含むようにすれば、高温特性をより向上させることができることが分かった。 As shown in Table 10, the same results as in Experimental Examples 2-1 to 2-4 were obtained. That is, even when other negative electrode active materials were used, it was found that the high temperature characteristics could be further improved if the electrolyte solution further contained a cyclic carbonate ester of an unsaturated compound.
(実験例11−1〜11−6)
溶媒における化4(3)に示した2−メチル−[1,2]−イソチアゾリジン1,1−ジオキサシドの含有量を変化させたことを除き、具体的には、実験例3−1〜3−6と同様の電解液を用いたことを除き、他は実験例9−1または実験例9−8と同様にしてラミネートフィルム型の二次電池を作製した。
( Experimental examples 11-1 to 11-6)
Specifically, except for changing the content of 2-methyl- [1,2] -isothiazolidine 1,1-dioxaside shown in Chemical Formula 4 (3) in the solvent, Experimental Examples 3-1 to 3 A laminated film type secondary battery was produced in the same manner as in Experimental Example 9-1 or Experimental Example 9-8, except that the same electrolytic solution as in −6 was used.
作製した実験例11−1〜11−6の二次電池について、実験例1−1〜1−14と同様にして高温保存特性および高温サイクル特性を調べた。結果を表11に示す。 For the secondary batteries of Examples 11-1 to 11-6 were prepared to investigate the high-temperature storage characteristics and high-temperature cycle characteristics in the same manner as in Experimental Example 1-1 to 1-14. The results are shown in Table 11.
表11に示したように、実験例3−1〜3−6と同様の結果が得られた。すなわち、他の負極活物質を用いた場合にも、溶媒における化3に示したスルタムの含有量を0.01質量%以上15質量%以下とすれば好ましく、0.01質量%以上10質量%以下とするようにすれば、より好ましいことが分かった。 As shown in Table 11, the same results as in Experimental Examples 3-1 to 3-6 were obtained. That is, even when other negative electrode active materials are used, the content of sultam shown in Chemical formula 3 in the solvent is preferably 0.01% by mass or more and 15% by mass or less, preferably 0.01% by mass or more and 10% by mass. It was found that the following would be more preferable.
(実験例12−1〜12−15)
実験例12−1〜12−7では、電解質塩としてLiPF6 に加えて、化12に示した軽金属塩である化21に示したジフルオロ[オキソラト−O,O’]ホウ酸リチウムを用いたことを除き、具体的には、実験例4−1〜4−7と同様の電解液を用いたことを除き、他は実験例9−1〜9−7と同様にして二次電池を作製した。
( Experimental examples 12-1 to 12-15)
In Experimental Examples 12-1 to 12-7, in addition to LiPF 6 , lithium difluoro [oxolato-O, O ′] lithium borate shown in
また、実験例12−8〜12−14では、電解質塩としてLiPF6 に加えて、化12に示した軽金属塩である化26に示したビス[オキソラト−O,O’]ホウ酸リチウムを用いたことを除き、具体的には、実験例4−8〜4−14と同様の電解液を用いたことを除き、他は実験例9−1〜9−7と同様にして二次電池を作製した。
In Experimental Examples 12-8 to 12-14, in addition to LiPF 6 as the electrolyte salt, lithium bis [oxolato-O, O ′] lithium borate shown in
更に、実験例12−15では、電解質塩としてLiPF6 に加えて、化12に示した軽金属塩である化26に示したビス[オキソラト−O,O’]ホウ酸リチウム、および環状のイミド塩である化16(2)に示した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を用いたことを除き、具体的には、実験例4−15と同様の電解液を用いたことを除き、他は実験例9−1と同様にして二次電池を作製した。
Further, in Experimental Example 12-15, in addition to LiPF 6 as an electrolyte salt, lithium bis [oxolato-O, O ′] lithium borate shown in
実験例12−1〜12−15に対する比較例12−1として、化3に示したスルタムを用いなかったことを除き、具体的には、比較例4−1と同様の電解液を用いたことを除き、他は実験例9−1〜9−15と同様にして二次電池を作製した。 Specifically, as Comparative Example 12-1 for Experimental Examples 12-1 to 12-15, except that the sultam shown in Chemical Formula 3 was not used, specifically, the same electrolytic solution as Comparative Example 4-1 was used. Other than the above, secondary batteries were fabricated in the same manner as in Experimental Examples 9-1 to 9-15.
作製した実験例12−1〜12−15および比較例12−1の二次電池について、実験例1−1〜1−14と同様にして高温保存特性および高温サイクル特性を調べた。結果を表12に示す。 For the secondary batteries of Experimental Examples 12-1~12-15 and Comparative Example 12-1 were produced, were examined high-temperature storage characteristics and high-temperature cycle characteristics in the same manner as in Experimental Example 1-1 to 1-14. The results are shown in Table 12.
表12に示したように、実験例4−1〜4−15と同様の結果が得られた。すなわち、他の負極活物質を用いた場合にも、LiPF6 と、LiBF4 、LiClO4 、LiAsF6 、化8に示したリチウム塩、化9に示したリチウム塩、化10に示した環状のイミド塩、化11に示した環状のイミド塩および化12に示した軽金属塩からなる群のうちの少なくとも1種とを用いるようにすれば、高温特性をより向上させることができることが分かった。 As shown in Table 12, the same results as in Experimental Examples 4-1 to 4-15 were obtained. That is, even when other negative electrode active materials are used, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , lithium salt shown in Chemical formula 8, lithium salt shown in Chemical formula 9 and cyclic formula shown in Chemical formula 10 It was found that the use of at least one of the group consisting of an imide salt, a cyclic imide salt shown in Chemical Formula 11 and a light metal salt shown in Chemical Formula 12 can further improve the high temperature characteristics.
(実験例13−1〜13−6)
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を作製した。その際、負極活物質にCoSnC含有材料粉末を用い、このCoSnC含有材料粉末80質量部と、負極活物質であり導電材でもあるグラファイト11質量部と、アセチレンブラック1質量部と、結着材としてポリフッ化ビニリデン8質量部とを、溶剤としてのN−メチル−2−ピロリドンに分散させたのち、厚み10μmの帯状銅箔よりなる負極集電体34Aに均一に塗布し乾燥させて、一定圧力で成型して負極活物質層34Bを形成したことを除き、他は実験例1−1,1−3,1−6,1−8,1−10,1−13と同様にして二次電池を作製した。
( Experimental examples 13-1 to 13-6)
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 was produced. At that time, CoSnC-containing material powder is used for the negative electrode active material, 80 parts by mass of this CoSnC-containing material powder, 11 parts by mass of graphite which is a negative electrode active material and also a conductive material, 1 part by mass of acetylene black, and as a binder After 8 parts by mass of polyvinylidene fluoride is dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent, it is uniformly applied to a negative electrode
その際、CoSnC含有材料粉末は、スズ・コバルト・インジウム・チタン合金粉末と、炭素粉末とを混合し、メカノケミカル反応を利用して合成した。得られたCoSnC含有材料について組成の分析を行ったところ、スズの含有量は48.0質量%、コバルトの含有量は23.0質量%、炭素の含有量は20.0質量%、スズとコバルトとの合計に対するコバルトの割合Co/(Sn+Co)は32質量%であった。なお、炭素の含有量は、炭素・硫黄分析装置により測定し、スズ,コバルトの含有量は、ICP(Inductively Coupled Plasma:誘導結合プラズマ)発光分析により測定した。また、得られたCoSnC含有材料についてX線回折を行ったところ、回折角2θ=20°〜50°の間に、回折角2θが1.0°以上の広い半値幅を有する回折ピークが観察された。更に、このCoSnC含有材料についてXPSを行ったところ、図5に示したようにピークP1が得られた。ピークP1を解析すると、表面汚染炭素のピークP2と、ピークP2よりも低エネルギー側にCoSnC含有材料中におけるC1sのピークP3とが得られた。このピークP3は、284.5eVよりも低い領域に得られた。すなわち、CoSnC含有材料中の炭素が他の元素と結合していることが確認された。 At that time, the CoSnC-containing material powder was synthesized by mixing a tin / cobalt / indium / titanium alloy powder and a carbon powder and utilizing a mechanochemical reaction. When the composition of the obtained CoSnC-containing material was analyzed, the content of tin was 48.0% by mass, the content of cobalt was 23.0% by mass, the content of carbon was 20.0% by mass, The ratio Co / (Sn + Co) of cobalt to the total with cobalt was 32% by mass. The carbon content was measured by a carbon / sulfur analyzer, and the tin and cobalt contents were measured by ICP (Inductively Coupled Plasma) emission analysis. Further, when X-ray diffraction was performed on the obtained CoSnC-containing material, a diffraction peak having a wide half-width with a diffraction angle 2θ of 1.0 ° or more was observed between diffraction angles 2θ = 20 ° to 50 °. It was. Further, when XPS was performed on the CoSnC-containing material, a peak P1 was obtained as shown in FIG. When the peak P1 was analyzed, a peak P2 of surface contamination carbon and a peak P3 of C1s in the CoSnC-containing material on the lower energy side than the peak P2 were obtained. This peak P3 was obtained in a region lower than 284.5 eV. That is, it was confirmed that carbon in the CoSnC-containing material was bonded to other elements.
実験例13−1〜13−6に対する比較例13−1,13−2として、化3に示したスルタムを用いなかったことを除き、すなわち、比較例1−1,1−2と同様の電解液を用いたことを除き、他は実験例13−1〜13−6と同様にして二次電池を作製した。 As Comparative Examples 13-1 and 13-2 for Experimental Examples 13-1 to 13-6, except that the sultam shown in Chemical Formula 3 was not used, that is, the same electrolysis as Comparative Examples 1-1 and 1-2 A secondary battery was fabricated in the same manner as in Experimental Examples 13-1 to 13-6, except that the liquid was used.
作製した実験例13−1〜13−6および比較例13−1,13−2の二次電池について、実験例1−1〜1−14と同様にして高温保存特性および高温サイクル特性を調べた。結果を表13に示す。 For the secondary batteries of Experimental Examples 13-1~13-6 and Comparative Examples 13-1 and 13-2 were produced, it was examined high-temperature storage characteristics and high-temperature cycle characteristics in the same manner as in Experimental Example 1-1 to 1-14 . The results are shown in Table 13.
表13に示したように、実験例1−1〜1−14と同様の結果が得られた。すなわち、他の負極活物質を用いた場合にも、電解液に化3に示したスルタムを含むようにすれば、高温特性を向上させることができ、特に、ハロゲン原子を有する環式炭酸エステル誘導体を含むようにすれば、高温特性をより向上させることができることが分かった。 As shown in Table 13, the same results as in Experimental Examples 1-1 to 1-14 were obtained. That is, even when other negative electrode active materials are used, if the sultam shown in Chemical Formula 3 is included in the electrolytic solution, the high temperature characteristics can be improved, and in particular, cyclic carbonate derivatives having halogen atoms. It has been found that the high temperature characteristics can be further improved by including.
(実験例14−1〜14−4)
溶媒として、更に不飽和化合物の環状の炭酸エステルである1,3−ジオキソール−2−オンまたは4−ビニル−1,3−ジオキソラン−2−オンを用いたことを除き、具体的には実験例2−1〜2−4と同様の電解液を用いたことを除き、他は実験例13−1または実験例13−4と同様にしてラミネートフィルム型の二次電池を作製した。
( Experimental examples 14-1 to 14-4)
Specific experimental examples except that 1,3-dioxol-2-one or 4-vinyl-1,3-dioxolan-2-one, which is a cyclic carbonate of an unsaturated compound, was used as the solvent. A laminated film type secondary battery was fabricated in the same manner as in Experimental Example 13-1 or Experimental Example 13-4 except that the same electrolytic solution as in 2-1 to 2-4 was used.
実験例14−1〜14−4に対する比較例14−1,14−2として、化3に示したスルタムを用いなかったことを除き、具体的には、比較例2−1,2−2と同様の電解液を用いたことを除き、他は実験例14−1〜14−4と同様にして二次電池を作製した。 As Comparative Examples 14-1 and 14-2 for Experimental Examples 14-1 to 14-4, except that the sultam shown in Chemical Formula 3 was not used, specifically, Comparative Examples 2-1 and 2-2 A secondary battery was fabricated in the same manner as in Experimental Examples 14-1 to 14-4, except that the same electrolytic solution was used.
作製した実験例14−1〜14−4および比較例14−1,14−2の二次電池について、実験例1−1〜1−14と同様にして高温保存特性および高温サイクル特性を調べた。結果を表14に示す。 For the secondary batteries of Examples 14-1 to 14-4 and Comparative Examples 14-1 and 14-2 were produced, it was examined high-temperature storage characteristics and high-temperature cycle characteristics in the same manner as in Experimental Example 1-1 to 1-14 . The results are shown in Table 14.
表14に示したように、実験例2−1〜2−4と同様の結果が得られた。すなわち、他の負極活物質を用いた場合にも、電解液に、更に不飽和化合物の環状の炭酸エステルを含むようにすれば、高温特性をより向上させることができることが分かった。 As shown in Table 14, the same results as in Experimental Examples 2-1 to 2-4 were obtained. That is, even when other negative electrode active materials were used, it was found that the high temperature characteristics could be further improved if the electrolyte solution further contained a cyclic carbonate ester of an unsaturated compound.
(実験例15−1〜15−6)
溶媒における化4(3)に示した2−メチル−[1,2]−イソチアゾリジン1,1−ジオキサシドの含有量を変化させたことを除き、具体的には、実験例3−1〜3−6と同様の電解液を用いたことを除き、他は実験例13−1または実験例13−4と同様にしてラミネートフィルム型の二次電池を作製した。
( Experimental Examples 15-1 to 15-6)
Specifically, except for changing the content of 2-methyl- [1,2] -isothiazolidine 1,1-dioxaside shown in Chemical Formula 4 (3) in the solvent, Experimental Examples 3-1 to 3 A laminated film type secondary battery was produced in the same manner as in Experimental Example 13-1 or Experimental Example 13-4, except that the same electrolytic solution as in −6 was used.
作製した実験例13−1〜13−6の二次電池について、実験例1−1〜1−14と同様にして高温保存特性および高温サイクル特性を調べた。結果を表15に示す。 For the fabricated secondary batteries of Experimental Examples 13-1 to 13-6, high temperature storage characteristics and high temperature cycle characteristics were examined in the same manner as in Experimental Examples 1-1 to 1-14. The results are shown in Table 15.
表15に示したように、実験例3−1〜3−6と同様の結果が得られた。すなわち、他の負極活物質を用いた場合にも、溶媒における化3に示したスルタムの含有量を0.01質量%以上15質量%以下とすれば好ましく、0.01質量%以上10質量%以下とするようにすれば、より好ましいことが分かった。 As shown in Table 15, the same results as in Experimental Examples 3-1 to 3-6 were obtained. That is, even when other negative electrode active materials are used, the content of sultam shown in Chemical formula 3 in the solvent is preferably 0.01% by mass or more and 15% by mass or less, preferably 0.01% by mass or more and 10% by mass. It was found that the following would be more preferable.
(実験例16−1〜16−7)
実験例16−1〜16−3では、電解質塩としてLiPF6 に加えて、化12に示した軽金属塩である化21に示したジフルオロ[オキソラト−O,O’]ホウ酸リチウムを用いたことを除き、具体的には、実験例4−1, 4−3,4−6と同様の電解液を用いたことを除き、他は実験例13−1〜13−3と同様にして二次電池を作製した。
( Experimental Examples 16-1 to 16-7)
In Experimental Examples 16-1 to 16-3, in addition to LiPF 6 , lithium difluoro [oxolato-O, O ′] lithium borate shown in
また、実験例16−4〜16−6では、電解質塩としてLiPF6 に加えて、化12に示した軽金属塩である化26に示したビス[オキソラト−O,O’]ホウ酸リチウムを用いたことを除き、具体的には、実験例4−8,4−10,4−13と同様の電解液を用いたことを除き、他は実験例13−1〜13−3と同様にして二次電池を作製した。
In Experimental Examples 16-4 to 16-6, in addition to LiPF 6 as an electrolyte salt, lithium bis [oxolato-O, O ′] lithium borate shown in
更に、実験例16−7では、電解質塩としてLiPF6 に加えて、化12に示した軽金属塩である化26に示したビス[オキソラト−O,O’]ホウ酸リチウム、および環状のイミド塩である化16(2)に示した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を用いたことを除き、具体的には、実験例4−15と同様の電解液を用いたことを除き、他は実験例13−1と同様にして二次電池を作製した。
Further, in Experimental Example 16-7, in addition to LiPF 6 as the electrolyte salt, bis [oxolato-O, O ′] lithium borate shown in
実験例16−1〜16−7に対する比較例16−1として、化3に示したスルタムを用いなかったことを除き、具体的には、比較例4−1と同様の電解液を用いたことを除き、他は実験例16−1〜16−7と同様にして二次電池を作製した。 Specifically, as Comparative Example 16-1 for Experimental Examples 16-1 to 16-7, the same electrolytic solution as Comparative Example 4-1 was used, except that the sultam shown in Chemical Formula 3 was not used. Other than the above, secondary batteries were fabricated in the same manner as in Experimental Examples 16-1 to 16-7.
作製した実験例16−1〜16−7および比較例16−1の二次電池について、実験例1−1〜1−14と同様にして高温保存特性および高温サイクル特性を調べた。結果を表16に示す。 For the secondary batteries of Experimental Examples 16-1~16-7 and Comparative Example 16-1 were produced, were examined high-temperature storage characteristics and high-temperature cycle characteristics in the same manner as in Experimental Example 1-1 to 1-14. The results are shown in Table 16.
表16に示したように、実験例4−1〜4−15と同様の結果が得られた。すなわち、他の負極活物質を用いた場合にも、LiPF6 と、LiBF4 、LiClO4 、LiAsF6 、化8に示したリチウム塩、化9に示したリチウム塩、化10に示した環状のイミド塩、化11に示した環状のイミド塩および化12に示した軽金属塩からなる群のうちの少なくとも1種とを用いるようにすれば、高温特性をより向上させることができることが分かった。 As shown in Table 16, the same results as in Experimental Examples 4-1 to 4-15 were obtained. That is, even when other negative electrode active materials are used, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , lithium salt shown in Chemical formula 8, lithium salt shown in Chemical formula 9 and cyclic formula shown in Chemical formula 10 It was found that the use of at least one of the group consisting of an imide salt, a cyclic imide salt shown in Chemical Formula 11 and a light metal salt shown in Chemical Formula 12 can further improve the high temperature characteristics.
(実験例17−1,17−2)
図1および図2に示した円筒型の二次電池を作製した。その際、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を作製した。まず、実験例1−1〜1−14と同様にして正極21および負極22を作製し、それぞれにアルミニウム製の正極リード25およびニッケル製の負極リード26と取り付けた。
( Experimental Examples 17-1 and 17-2)
The cylindrical secondary battery shown in FIGS. 1 and 2 was produced. At that time, a so-called lithium ion secondary battery in which the capacity of the negative electrode was expressed by a capacity component due to insertion and extraction of lithium was produced. First, a
正極21および負極22をそれぞれ作製したのち、厚み25μmの微孔性ポリプロピレンフィルムよりなるセパレータ23を用意し、負極22,セパレータ23,正極21,セパレータ23の順に積層してこの積層体を渦巻状に多数回巻回し、巻回電極体20を作製した。
After preparing the
巻回電極体20を作製したのち、巻回電極体20を一対の絶縁板12,13で挟み、負極リード26を電池缶11に溶接すると共に、正極リード25を安全弁機構15に溶接して、巻回電極体20をニッケルめっきした鉄製の電池缶11の内部に収納した。そののち、電池缶11の内部に電解液を減圧方式により注入した。電解液には、実験例1−1,1−8と同様のものを用いた。
After producing the
電池缶11の内部に電解液を注入したのち、ガスケット17を介して電池蓋14を電池缶11にかしめることにより円筒型二次電池を得た。
After injecting the electrolyte into the battery can 11, the
実験例17−1,17−2に対する比較例17−1,17−2として、化3に示したスルタムを用いなかったことを除き、具体的には、比較例1−1,1−2と同様の電解液を用いたことを除き、他は実験例17−1,17−2と同様にして二次電池を作製した。 As Comparative Examples 17-1 and 17-2 with respect to Experimental Examples 17-1 and 17-2, except that the sultam shown in Chemical Formula 3 was not used, specifically, Comparative Examples 1-1 and 1-2 and A secondary battery was fabricated in the same manner as in Experimental Examples 17-1 and 17-2 except that the same electrolytic solution was used.
作製した実験例17−1,17−2および比較例17−1,17−2の二次電池について、実験例1−1〜1−14と同様にして高温保存特性および高温サイクル特性を調べた。結果を表17に示す。 Regarding the fabricated secondary batteries of Experimental Examples 17-1 and 17-2 and Comparative Examples 17-1 and 17-2, the high temperature storage characteristics and the high temperature cycle characteristics were examined in the same manner as in Experimental Examples 1-1 to 1-14. . The results are shown in Table 17.
表17に示したように、実験例1−1〜1−14と同様の結果が得られた。すなわち、他の形状を有する二次電池の場合にも、電解液に化3に示したスルタムを含むようにすれば、高温特性を向上させることができ、特に、ハロゲン原子を有する環式炭酸エステル誘導体を含むようにすれば、高温特性をより向上させることができることが分かった。 As shown in Table 17, the same results as in Experimental Examples 1-1 to 1-14 were obtained. That is, even in the case of a secondary battery having another shape, if the sultam shown in Chemical Formula 3 is included in the electrolyte, the high temperature characteristics can be improved, and in particular, the cyclic carbonate having a halogen atom. It was found that high temperature characteristics can be further improved by including a derivative.
(実験例18−1〜18−3)
実験例18−1では、電解質塩としてLiPF6 に加えて、化12に示した軽金属塩である化21に示したジフルオロ[オキソラト−O,O’]ホウ酸リチウムを用いたことを除き、具体的には、実験例4−1と同様の電解液を用いたことを除き、他は実験例17−1と同様にして円筒型の二次電池を作製した。
( Experimental examples 18-1 to 18-3)
In Experimental Example 18-1, in addition to LiPF 6 as an electrolyte salt, the difluoro [oxolato-O, O ′] lithium borate shown in
また、実験例18−2では、電解質塩としてLiPF6 に加えて、化12に示した軽金属塩である化26に示したビス[オキソラト−O,O’]ホウ酸リチウムを用いたことを除き、具体的には、実験例4−8と同様の電解液を用いたことを除き、他は実験例17−1と同様にして円筒型の二次電池を作製した。
Further, in Experimental Example 18-2, in addition to LiPF 6 as the electrolyte salt, lithium bis [oxolato-O, O ′] lithium borate shown in
更に、実験例18−3では、電解質塩としてLiPF6 に加えて、化12に示した軽金属塩である化26に示したビス[オキソラト−O,O’]ホウ酸リチウム、および環状のイミド塩である化16(2)に示した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を用いたことを除き、具体的には、実験例4−15と同様の電解液を用いたことを除き、他は実験例17−1と同様にして二次電池を作製した。
Further, in Experimental Example 18-3, in addition to LiPF 6 as an electrolyte salt, lithium bis [oxolato-O, O ′] lithium borate shown in
実験例18−1〜18−3に対する比較例18−1として、化3に示したスルタムを用いなかったことを除き、具体的には、比較例4−1と同様の電解液を用いたことを除き、他は実験例18−1〜18−3と同様にして二次電池を作製した。 Specifically, as Comparative Example 18-1 for Experimental Examples 18-1 to 18-3, the same electrolytic solution as Comparative Example 4-1 was used, except that the sultam shown in Chemical Formula 3 was not used. Other than the above, secondary batteries were fabricated in the same manner as in Experimental Examples 18-1 to 18-3.
作製した実験例18−1〜18−3および比較例18−1の二次電池について、実験例1−1〜1−14と同様にして高温保存特性および高温サイクル特性を調べた。結果を表18に示す。 For the secondary batteries of Examples 18-1 to 18-3 and Comparative Example 18-1 were produced, it was examined high-temperature storage characteristics and high-temperature cycle characteristics in the same manner as in Experimental Example 1-1 to 1-14. The results are shown in Table 18.
表18に示したように、実験例4−1〜4−15と同様の結果が得られた。すなわち、他の形状を有する二次電池の場合にも、LiPF6 と、LiBF4 、LiClO4 、LiAsF6 、化8に示したリチウム塩、化9に示したリチウム塩、化10に示した環状のイミド塩、化11に示した環状のイミド塩および化12に示した軽金属塩からなる群のうちの少なくとも1種とを用いるようにすれば、高温特性をより向上させることができることが分かった。 As shown in Table 18, the same results as in Experimental Examples 4-1 to 4-15 were obtained. That is, in the case of a secondary battery having another shape, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , a lithium salt shown in Chemical Formula 8, a lithium salt shown in Chemical Formula 9 and a ring shown in Chemical Formula 10 It was found that the high temperature characteristics can be further improved by using at least one member selected from the group consisting of the imide salt of the above, the cyclic imide salt shown in Chemical Formula 11 and the light metal salt shown in Chemical Formula 12. .
(実験例19−1,19−2)
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を作製した。その際、負極活物質にリチウム金属を用い、厚み15μmの帯状銅箔よりなる負極集電体22Aに、厚み30μmのリチウム金属を圧着して負極活物質層22Bを形成したことを除き、他は実験例17−1,17−2と同様にして円筒型の二次電池を作製した。その際、電解液は、実験例1−1,1−8と同様のものとした。
( Experimental Examples 19-1 and 19-2)
A so-called lithium metal secondary battery in which the capacity of the negative electrode is expressed by a capacity component due to precipitation and dissolution of lithium was produced. At that time, except that lithium metal was used for the negative electrode active material and the negative electrode current collector 22A made of a strip-shaped copper foil having a thickness of 15 μm was pressure-bonded with 30 μm thick lithium metal to form the negative electrode active material layer 22B. Cylindrical secondary batteries were produced in the same manner as in Experimental Examples 17-1 and 17-2. At that time, the electrolytic solution was the same as in Experimental Examples 1-1 and 1-8.
実験例19−1,19−2に対する比較例19−1,19−2として、化3に示したスルタムを用いなかったことを除き、具体的には、比較例1−1,1−2と同様の電解液を用いたことを除き、他は実験例19−1,19−2と同様にして二次電池を作製した。 As Comparative Examples 19-1 and 19-2 with respect to Experimental Examples 19-1 and 19-2, except that the sultam shown in Chemical Formula 3 was not used, specifically, Comparative Examples 1-1 and 1-2 and A secondary battery was fabricated in the same manner as in Experimental Examples 19-1 and 19-2 except that the same electrolytic solution was used.
作製した実験例19−1,19−2および比較例19−1,19−2の二次電池について、実験例1−1〜1−14と同様にして高温保存特性および高温サイクル特性を調べた。結果を表19に示す。 Regarding the fabricated secondary batteries of Experimental Examples 19-1 and 19-2 and Comparative Examples 19-1 and 19-2, the high-temperature storage characteristics and the high-temperature cycle characteristics were examined in the same manner as in Experimental Examples 1-1 to 1-14. . The results are shown in Table 19.
表19に示したように、実験例1−1〜1−14と同様の結果が得られた。すなわち、他の形状を有する二次電池の場合にも、電解液に化3に示したスルタムを含むようにすれば、高温特性を向上させることができ、特に、ハロゲン原子を有する環式炭酸エステル誘導体を含むようにすれば、高温特性をより向上させることができることが分かった。 As shown in Table 19, the same results as in Experimental Examples 1-1 to 1-14 were obtained. That is, even in the case of a secondary battery having another shape, if the sultam shown in Chemical Formula 3 is included in the electrolyte, the high temperature characteristics can be improved, and in particular, the cyclic carbonate having a halogen atom. It was found that high temperature characteristics can be further improved by including a derivative.
(実験例20−1〜20−3)
実験例20−1では、電解質塩としてLiPF6 に加えて、化12に示した軽金属塩である化21に示したジフルオロ[オキソラト−O,O’]ホウ酸リチウムを用いたことを除き、具体的には、実験例4−1と同様の電解液を用いたことを除き、他は実験例19−1と同様にして円筒型の二次電池を作製した。
( Experimental examples 20-1 to 20-3)
In Experimental Example 20-1, in addition to LiPF 6 as an electrolyte salt, a dimetal [oxolato-O, O ′] lithium borate shown in
また、実験例20−2では、電解質塩としてLiPF6 に加えて、化12に示した軽金属塩である化26に示したビス[オキソラト−O,O’]ホウ酸リチウムを用いたことを除き、具体的には、実験例4−8と同様の電解液を用いたことを除き、他は実験例19−1と同様にして円筒型の二次電池を作製した。
Further, in Experimental Example 20-2, in addition to LiPF 6 as the electrolyte salt, lithium bis [oxolato-O, O ′] lithium borate shown in
更に、実験例20−3では、電解質塩としてLiPF6 に加えて、化12に示した軽金属塩である化26に示したビス[オキソラト−O,O’]ホウ酸リチウム、および環状のイミド塩である化16(2)に示した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を用いたことを除き、具体的には、実験例4−15と同様の電解液を用いたことを除き、他は実験例19−1と同様にして二次電池を作製した。
Further, in Experimental Example 20-3, in addition to LiPF 6 as an electrolyte salt, lithium bis [oxolato-O, O ′] lithium borate shown in
実験例20−1〜20−3に対する比較例20−1として、化3に示したスルタムを用いなかったことを除き、具体的には、比較例4−1と同様の電解液を用いたことを除き、他は実験例20−1〜20−3と同様にして二次電池を作製した。 Specifically, as Comparative Example 20-1 for Experimental Examples 20-1 to 20-3, the same electrolytic solution as Comparative Example 4-1 was used, except that the sultam shown in Chemical Formula 3 was not used. Other than the above, secondary batteries were fabricated in the same manner as in Experimental Examples 20-1 to 20-3.
作製した実験例20−1〜20−3および比較例20−1の二次電池について、実験例1−1〜1−14と同様にして高温保存特性および高温サイクル特性を調べた。結果を表20に示す。 For the secondary batteries of Examples 20-1 to 20-3 and Comparative Example 20-1 were produced, it was examined high-temperature storage characteristics and high-temperature cycle characteristics in the same manner as in Experimental Example 1-1 to 1-14. The results are shown in Table 20.
表20に示したように、実験例4−1〜4−15と同様の結果が得られた。すなわち、他の形状を有する二次電池の場合にも、LiPF6 と、LiBF4 、LiClO4 、LiAsF6 、化8に示したリチウム塩、化9に示したリチウム塩、化10に示した環状のイミド塩、化11に示した環状のイミド塩および化12に示した軽金属塩からなる群のうちの少なくとも1種とを用いるようにすれば、高温特性をより向上させることができることが分かった。 As shown in Table 20, the same results as in Experimental Examples 4-1 to 4-15 were obtained. That is, in the case of a secondary battery having another shape, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , a lithium salt shown in Chemical Formula 8, a lithium salt shown in Chemical Formula 9 and a ring shown in Chemical Formula 10 It was found that the high temperature characteristics can be further improved by using at least one member selected from the group consisting of the imide salt of the above, the cyclic imide salt shown in Chemical Formula 11 and the light metal salt shown in Chemical Formula 12. .
(実験例21−1,21−2)
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を作製した。その際、負極活物質としてケイ素を用い、実験例9−1〜9−14と同様に作製した負極22を用いたことを除き、他は実験例17−1,17−2と同様にして円筒型の二次電池を作製した。その際、電解液は、実験例1−1,1−8と同様のものとした。
( Experimental examples 21-1, 21-2)
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 was produced. At that time, except that silicon was used as the negative electrode active material and the
実験例21−1,21−2に対する比較例21−1,21−2として、化3に示したスルタムを用いなかったことを除き、具体的には、比較例1−1,1−2と同様の電解液を用いたことを除き、他は実験例21−1,21−2と同様にして二次電池を作製した。 Specifically, as Comparative Examples 21-1 and 21-2 with respect to Experimental Examples 21-1 and 21-2, except that the sultam shown in Chemical Formula 3 was not used, Comparative Examples 1-1 and 1-2 and A secondary battery was fabricated in the same manner as in Experimental Examples 21-1 and 21-2 except that the same electrolytic solution was used.
作製した実験例21−1,21−2および比較例21−1,21−2の二次電池について、実験例1−1〜1−14と同様にして高温保存特性および高温サイクル特性を調べた。結果を表21に示す。 For the fabricated secondary batteries of Experimental Examples 21-1, 21-2 and Comparative Examples 21-1, 21-2, the high temperature storage characteristics and the high temperature cycle characteristics were examined in the same manner as in Experimental Examples 1-1 to 1-14. . The results are shown in Table 21.
表21に示したように、実験例1−1〜1−14と同様の結果が得られた。すなわち、他の形状を有する二次電池の場合にも、電解液に化3に示したスルタムを含むようにすれば、高温特性を向上させることができ、特に、ハロゲン原子を有する環式炭酸エステル誘導体を含むようにすれば、高温特性をより向上させることができることが分かった。 As shown in Table 21, the same results as in Experimental Examples 1-1 to 1-14 were obtained. That is, even in the case of a secondary battery having another shape, if the sultam shown in Chemical Formula 3 is included in the electrolyte, the high temperature characteristics can be improved, and in particular, the cyclic carbonate having a halogen atom. It was found that high temperature characteristics can be further improved by including a derivative.
(実験例22−1〜22−3)
実験例22−1では、電解質塩としてLiPF6 に加えて、化12に示した軽金属塩である化21に示したジフルオロ[オキソラト−O,O’]ホウ酸リチウムを用いたことを除き、具体的には、実験例4−1と同様の電解液を用いたことを除き、他は実験例21−1と同様にして円筒型の二次電池を作製した。
( Experimental examples 22-1 to 22-3)
In Experimental Example 22-1, in addition to LiPF 6 as the electrolyte salt, the difluoro [oxolato-O, O ′] lithium borate shown in
また、実験例22−2では、電解質塩としてLiPF6 に加えて、化12に示した軽金属塩である化26に示したビス[オキソラト−O,O’]ホウ酸リチウムを用いたことを除き、具体的には、実験例4−8と同様の電解液を用いたことを除き、他は実験例21−1と同様にして円筒型の二次電池を作製した。
Further, in Experimental Example 22-2, in addition to LiPF 6 as an electrolyte salt, lithium bis [oxolato-O, O ′] lithium borate shown in
更に、実験例22−3では、電解質塩としてLiPF6 に加えて、化12に示した軽金属塩である化26に示したビス[オキソラト−O,O’]ホウ酸リチウム、および環状のイミド塩である化16(2)に示した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を用いたことを除き、具体的には、実験例4−15と同様の電解液を用いたことを除き、他は実験例21−1と同様にして二次電池を作製した。
Furthermore, in Experimental Example 22-3, in addition to LiPF 6 as an electrolyte salt, lithium bis [oxolato-O, O ′] lithium borate shown in
実験例22−1〜22−3に対する比較例22−1として、化3に示したスルタムを用いなかったことを除き、具体的には、比較例4−1と同様の電解液を用いたことを除き、他は実験例22−1〜22−3と同様にして二次電池を作製した。 Specifically, as Comparative Example 22-1 for Experimental Examples 22-1 to 22-3, the same electrolytic solution as Comparative Example 4-1 was used, except that the sultam shown in Chemical Formula 3 was not used. Other than the above, secondary batteries were fabricated in the same manner as in Experimental Examples 22-1 to 22-3.
作製した実験例22−1〜22−3および比較例22−1の二次電池について、実験例1−1〜1−14と同様にして高温保存特性および高温サイクル特性を調べた。結果を表22に示す。 Regarding the fabricated secondary batteries of Experimental Examples 22-1 to 22-3 and Comparative Example 22-1, the high temperature storage characteristics and the high temperature cycle characteristics were examined in the same manner as in Experimental Examples 1-1 to 1-14. The results are shown in Table 22.
表22に示したように、実験例4−1〜4−15と同様の結果が得られた。すなわち、他の形状を有する二次電池の場合にも、LiPF6 と、LiBF4 、LiClO4 、LiAsF6 、化8に示したリチウム塩、化9に示したリチウム塩、化10に示した環状のイミド塩、化11に示した環状のイミド塩および化12に示した軽金属塩からなる群のうちの少なくとも1種とを用いるようにすれば、高温特性をより向上させることができることが分かった。 As shown in Table 22, the same results as in Experimental Examples 4-1 to 4-15 were obtained. That is, in the case of a secondary battery having another shape, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , a lithium salt shown in Chemical Formula 8, a lithium salt shown in Chemical Formula 9 and a ring shown in Chemical Formula 10 It was found that the high temperature characteristics can be further improved by using at least one member selected from the group consisting of the imide salt of the above, the cyclic imide salt shown in Chemical Formula 11 and the light metal salt shown in Chemical Formula 12. .
(実験例23−1,23−2)
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を作製した。その際、負極活物質としてCoSnC含有材料粉末を用い、実験例13−1〜13−6と同様に作製した負極22を用いたことを除き、他は実験例17−1,17−2と同様にして円筒型の二次電池を作製した。その際、電解液は、実験例1−1,1−8と同様のものとした。
( Experimental Examples 23-1, 23-2)
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 was produced. At that time, except that CoSnC-containing material powder was used as the negative electrode active material, and the
実験例23−1,23−2に対する比較例23−1,23−2として、化3に示したスルタムを用いなかったことを除き、具体的には、比較例1−1,1−2と同様の電解液を用いたことを除き、他は実験例23−1,23−2と同様にして二次電池を作製した。 As Comparative Examples 23-1 and 23-2 with respect to Experimental Examples 23-1 and 23-2, except that the sultam shown in Chemical Formula 3 was not used, specifically, Comparative Examples 1-1 and 1-2 and A secondary battery was fabricated in the same manner as in Experimental Examples 23-1 and 23-2 except that the same electrolytic solution was used.
作製した実験例23−1,23−2および比較例23−1,23−2の二次電池について、実験例1−1〜1−14と同様にして高温保存特性および高温サイクル特性を調べた。結果を表23に示す。 Regarding the fabricated secondary batteries of Experimental Examples 23-1 and 23-2 and Comparative Examples 23-1 and 23-2, the high-temperature storage characteristics and the high-temperature cycle characteristics were examined in the same manner as in Experimental Examples 1-1 to 1-14. . The results are shown in Table 23.
表23に示したように、実験例1−1〜1−14と同様の結果が得られた。すなわち、他の形状を有する二次電池の場合にも、電解液に化3に示したスルタムを含むようにすれば、高温特性を向上させることができ、特に、ハロゲン原子を有する環式炭酸エステル誘導体を含むようにすれば、高温特性をより向上させることができることが分かった。 As shown in Table 23, the same results as in Experimental Examples 1-1 to 1-14 were obtained. That is, even in the case of a secondary battery having another shape, if the sultam shown in Chemical Formula 3 is included in the electrolyte, the high temperature characteristics can be improved, and in particular, the cyclic carbonate having a halogen atom. It was found that high temperature characteristics can be further improved by including a derivative.
(実験例24−1〜24−3)
実験例24−1では、電解質塩としてLiPF6 に加えて、化12に示した軽金属塩である化21に示したジフルオロ[オキソラト−O,O’]ホウ酸リチウムを用いたことを除き、具体的には、実験例4−1と同様の電解液を用いたことを除き、他は実験例23−1と同様にして円筒型の二次電池を作製した。
( Experimental examples 24-1 to 24-3)
In Experimental Example 24-1, in addition to LiPF 6 as the electrolyte salt, the difluoro [oxolato-O, O ′] lithium borate shown in
また、実験例24−2では、電解質塩としてLiPF6 に加えて、化12に示した軽金属塩である化26に示したビス[オキソラト−O,O’]ホウ酸リチウムを用いたことを除き、具体的には、実験例4−8と同様の電解液を用いたことを除き、他は実験例23−1と同様にして円筒型の二次電池を作製した。
In Experimental Example 24-2, in addition to LiPF 6 as the electrolyte salt, lithium bis [oxolato-O, O ′] lithium borate shown in
更に、実験例24−3では、電解質塩としてLiPF6 に加えて、化12に示した軽金属塩である化26に示したビス[オキソラト−O,O’]ホウ酸リチウム、および環状のイミド塩である化16(2)に示した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を用いたことを除き、具体的には、実験例4−15と同様の電解液を用いたことを除き、他は実験例23−1と同様にして二次電池を作製した。
Further, in Experimental Example 24-3, in addition to LiPF 6 as an electrolyte salt, lithium bis [oxolato-O, O ′] lithium borate shown in
実験例24−1〜24−3に対する比較例24−1として、化3に示したスルタムを用いなかったことを除き、具体的には、比較例4−1と同様の電解液を用いたことを除き、他は実験例24−1〜24−3と同様にして二次電池を作製した。 Specifically, as Comparative Example 24-1 with respect to Experimental Examples 24-1 to 24-3, the same electrolytic solution as Comparative Example 4-1 was used, except that the sultam shown in Chemical Formula 3 was not used. Other than the above, secondary batteries were fabricated in the same manner as in Experimental Examples 24-1 to 24-3.
作製した実験例24−1〜24−3および比較例24−1の二次電池について、実験例1−1〜1−14と同様にして高温保存特性および高温サイクル特性を調べた。結果を表24に示す。 For the secondary batteries of Examples 24-1 to 24-3 and Comparative Example 24-1 were produced, it was examined high-temperature storage characteristics and high-temperature cycle characteristics in the same manner as in Experimental Example 1-1 to 1-14. The results are shown in Table 24.
表24に示したように、実験例4−1〜4−15と同様の結果が得られた。すなわち、他の形状を有する二次電池の場合にも、LiPF6 と、LiBF4 、LiClO4 、LiAsF6 、化8に示したリチウム塩、化9に示したリチウム塩、化10に示した環状のイミド塩、化11に示した環状のイミド塩および化12に示した軽金属塩からなる群のうちの少なくとも1種とを用いるようにすれば、高温特性をより向上させることができることが分かった。 As shown in Table 24, the same results as in Experimental Examples 4-1 to 4-15 were obtained. That is, in the case of a secondary battery having another shape, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , a lithium salt shown in Chemical Formula 8, a lithium salt shown in Chemical Formula 9 and a ring shown in Chemical Formula 10 It was found that the high temperature characteristics can be further improved by using at least one member selected from the group consisting of the imide salt of the above, the cyclic imide salt shown in Chemical Formula 11 and the light metal salt shown in Chemical Formula 12. .
以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は実施の形態および実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態および実施例では、電解質として電解液または電解液を高分子化合物に保持させたゲル状電解質を用いる場合についても説明したが、他の電解質を用いるようにしてもよい。他の電解質としては、例えば、イオン伝導性セラミックス,イオン伝導性ガラスあるいはイオン性結晶などのイオン伝導性無機化合物と電解液とを混合したもの、または他の無機化合物と電解液とを混合したもの、またはこれらの無機化合物とゲル状電解質とを混合したものが挙げられる。 Although the present invention has been described with reference to the embodiments and examples, the present invention is not limited to the embodiments and examples, and various modifications can be made. For example, in the above-described embodiments and examples, the case where the electrolyte solution or the gel electrolyte in which the polymer solution is held in the polymer compound is used as the electrolyte has been described, but other electrolytes may be used. Other electrolytes include, for example, a mixture of an ion conductive inorganic compound such as ion conductive ceramics, ion conductive glass or ionic crystal and an electrolytic solution, or a mixture of another inorganic compound and an electrolytic solution. Or a mixture of these inorganic compounds and a gel electrolyte.
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)など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)などのアルカリ土類金属、またはアルミニウムなどの他の軽金属を用いる場合についても、本発明を適用することができる。その際、正極活物質などは電極反応物質に応じて適宜選択することができる。 In the above embodiment and examples, a battery using lithium as an electrode reactant has been described. However, other alkali metals such as sodium (Na) or potassium (K), or alkalis such as magnesium or calcium (Ca) are used. The present invention can also be applied to the case of using an earth metal or another light metal such as aluminum. In that case, a positive electrode active material etc. can be suitably selected according to an electrode reaction material.
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、あるいは、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について説明したが、本発明は、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, the capacity of the negative electrode is expressed by a capacity component due to insertion and extraction of lithium, or a so-called lithium ion secondary battery, or lithium metal is used for the negative electrode active material, and the capacity of the negative electrode is The so-called lithium metal secondary battery represented by the capacity component due to the precipitation and dissolution of lithium has been described, but the present invention provides a charge capacity of the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium more than the charge capacity of 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.
加えて、上記実施の形態または実施例では、円筒型あるいはラミネートフィルム型の二次電池を具体的に挙げて説明したが、本発明は角型、ボタン型、あるいはコイン型などの他の形状を有する二次電池、または積層構造などの他の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。 In addition, in the above embodiments or examples, a cylindrical or laminated film type secondary battery has been specifically described, but the present invention has other shapes such as a square shape, a button shape, or a coin shape. The present invention can be similarly applied to secondary batteries having other structures or secondary batteries having other structures such as a stacked structure .
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。
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.
Claims (18)
リチウム二次電池用電解質。
Electrolyte for lithium secondary battery .
請求項1記載のリチウム二次電池用電解質。 The content of the sultam in the solvent is 0.01% by mass or more and 15% by mass or less .
The electrolyte for a lithium secondary battery according to claim 1.
請求項1記載のリチウム二次電池用電解質。 The solvent further includes a cyclic carbonate derivative having a halogen atom ,
The electrolyte for a lithium secondary battery according to claim 1.
請求項1記載のリチウム二次電池用電解質。
The electrolyte for a lithium secondary battery according to claim 1.
請求項1記載のリチウム二次電池用電解質。 The solvent further comprises 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one ,
The electrolyte for a lithium secondary battery according to claim 1.
請求項1記載のリチウム二次電池用電解質。 The solvent further includes a cyclic carbonate of an unsaturated compound .
The electrolyte for a lithium secondary battery according to claim 1.
請求項1記載のリチウム二次電池用電解質。
The electrolyte for a lithium secondary battery according to claim 1.
請求項1記載のリチウム二次電池用電解質。
The electrolyte for a lithium secondary battery according to claim 1.
請求項1記載のリチウム二次電池用電解質。
The electrolyte for a lithium secondary battery according to claim 1.
前記電解質は、化15に示したスルタムを含む溶媒を含有する、
リチウム二次電池。
The electrolyte contains a solvent containing sultam shown in Chemical Formula 15 ,
Lithium secondary battery.
請求項10記載のリチウム二次電池。 The content of the sultam in the solvent is 0.01% by mass or more and 15% by mass or less .
The lithium secondary battery according to claim 10.
請求項10記載のリチウム二次電池。 The solvent further includes a cyclic carbonate derivative having a halogen atom ,
The lithium secondary battery according to claim 10.
請求項10記載のリチウム二次電池。
The lithium secondary battery according to claim 10.
請求項10記載のリチウム二次電池。 The solvent further comprises 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one ,
The lithium secondary battery according to claim 10.
請求項10記載のリチウム二次電池。 The solvent further includes a cyclic carbonate of an unsaturated compound .
The lithium secondary battery according to claim 10.
請求項10記載のリチウム二次電池。
The lithium secondary battery according to claim 10.
請求項10記載のリチウム二次電池。
The lithium secondary battery according to claim 10.
請求項10記載のリチウム二次電池。
The lithium secondary battery according to claim 10 .
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