JP2020077575A - Lithium ion secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、リチウムイオン二次電池に関する。 The present invention relates to a lithium ion secondary battery.
近年、リチウムイオン二次電池は、携帯電話やノート型パソコンなどの電子機器、或いは電気自動車や電力貯蔵用の電源として広く使用されている。特に最近では、ハイブリッド自動車や電気自動車に搭載可能な、高容量で高出力かつエネルギー密度の高い電池の要望が急拡大している。このリチウムイオン二次電池は、使用される有機溶媒を含む電解液によって、その反応性が大きく異なり、電池特性に影響を及ぼすことがしられている。そこで、特許文献1では、電解液としての混合有機溶媒に添加剤としてメタンジスルホニルジフルオリド(以下、スルホン化合物と記載する。)を添加し、二次電池のサイクル特性や保存特性の改善を図っている。
2. Description of the Related Art In recent years, lithium ion secondary batteries have been widely used as electronic devices such as mobile phones and notebook computers, electric vehicles, and power sources for power storage. In particular, recently, a demand for a battery having a high capacity, a high output and a high energy density, which can be mounted on a hybrid vehicle or an electric vehicle, is rapidly expanding. It is known that this lithium-ion secondary battery has a great difference in reactivity depending on the electrolytic solution containing an organic solvent used, and affects battery characteristics. Therefore, in
しかしながら、発明者が鋭意検討した結果、上記添加剤を混合有機溶媒に添加する際に、正極の抵抗値の減少に着目することで、電池性能の更なる改善が見込めることを見出した。特に、近年は、単にサイクル特性だけでなく、高出力化や大容量化の要求が拡大しており、その点からも電池の抵抗を低くすることは極めて重要である。 However, as a result of diligent studies by the inventor, it was found that further improvement in battery performance can be expected by paying attention to the decrease in the resistance value of the positive electrode when the additive is added to the mixed organic solvent. In particular, in recent years, not only the cycle characteristics but also the demands for higher output and larger capacity are expanding, and from that point as well, it is extremely important to reduce the resistance of the battery.
本発明は、電解液にスルホン化合物を添加するにあたり、負極表面の状態に加え、正極表面の状態をも改善することで、電池性能の更なる改善を図ることを目的とする。 It is an object of the present invention to further improve the battery performance by adding not only the state of the negative electrode surface but also the state of the positive electrode surface when the sulfone compound is added to the electrolytic solution.
本発明のリチウムイオン二次電池では、リチウムイオンを吸蔵及び放出可能な正極及び負極と、セパレータと、電解液と、これら電池要素群を収容するケースと、を有するリチウムイオン二次電池であって、ケースへの収容前電解液中にヘキサフルオロリン酸リチウムとスルホン化合物とを有し、収容前電解液へのスルホン化合物の添加量が0.5wt%以上であり、かつ、ケース内に電池要素群を収容し所定期間保存後のリチウムイオン二次電池の交流抵抗のうち10Hzにおける抵抗値が、スルホン化合物を添加しない場合に比べて15%以上低いことを特徴とする。 The lithium ion secondary battery of the present invention is a lithium ion secondary battery having a positive electrode and a negative electrode capable of inserting and extracting lithium ions, a separator, an electrolytic solution, and a case accommodating these battery element groups. A lithium hexafluorophosphate and a sulfone compound are contained in the electrolytic solution before being housed in the case, the addition amount of the sulfone compound to the electrolytic solution before being housed is 0.5 wt% or more, and the battery element is provided in the case. The lithium ion secondary battery after accommodating the group and storing it for a predetermined period has a resistance value of 10% or less in the AC resistance at 10 Hz as compared with the case where no sulfone compound is added.
本発明のリチウムイオン二次電池は、電池の内部抵抗を低減し、特に正極抵抗を抑制することで、電池性能の改善を図ることができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The lithium-ion secondary battery of the present invention can improve the battery performance by reducing the internal resistance of the battery and particularly suppressing the positive electrode resistance.
以下、本発明の好適な実施形態を説明する。本発明は負極集電体の少なくとも片面に負極合材層が塗布された負極と、正極と、セパレータと、リチウムイオンと、電解液と、を備える各種のリチウムイオン二次電池に広く適用され得る。以下、主として、電解液、およびこの電解液を備えるリチウムイオン二次電池を例として本発明をより詳しく説明するが、本発明の適用対象をかかる電解液または電池に限定する意図ではない。
[リチウムイオン二次電池の全体構成]
最初に、本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池の全体構成について図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池を示す概略断面図である。このようなリチウムイオン二次電池は、積層型リチウムイオン二次電池と呼ばれる。なお、図1には積層型セルの構成を示すが、本発明のリチウムイオン二次電池は、正極・負極・セパレータを重ねて層状に巻いた捲回型であってもよい。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be widely applied to various lithium ion secondary batteries including a negative electrode in which a negative electrode mixture layer is applied to at least one surface of a negative electrode current collector, a positive electrode, a separator, lithium ions, and an electrolytic solution. .. Hereinafter, the present invention will be described in more detail mainly with reference to an electrolytic solution and a lithium ion secondary battery including the electrolytic solution, but the present invention is not intended to be limited to the electrolytic solution or the battery.
[Overall configuration of lithium-ion secondary battery]
First, the overall configuration of a lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic sectional view showing a lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention. Such a lithium ion secondary battery is called a stacked lithium ion secondary battery. Although the structure of the laminated cell is shown in FIG. 1, the lithium-ion secondary battery of the present invention may be a wound type in which a positive electrode, a negative electrode, and a separator are stacked and wound in layers.
図1に示すように、本実施形態のリチウムイオン二次電池1は、正極リード21及び負極リード22が取り付けられた電池素子10がラミネートフィルムで形成された外装体30(ケースに相当)の内部に封入された構成を有している。そして、本実施形態においては、正極リード21及び負極リード22が、外装体30の内部から外部に向かって、反対方向に導出されている。なお、図示しないが、正極リード及び負極リードが、外装体の内部から外部に向かって、同一方向に導出されていてもよい。また、このような正極リード及び負極リードは、例えば超音波溶接や抵抗溶接などにより後述する正極集電体及び負極集電体に取り付けることができる。
As shown in FIG. 1, the lithium-ion
図1に示すように、電池素子10は、正極集電体11Aの両方の主面上に正極合材層11Bが形成された正極11と、セパレータ13と、負極集電体12Aの両方の主面上に負極活物質層12Bが形成された負極12とを複数積層した構成を有している。このとき、一の正極11の正極集電体11Aの片方の主面上に形成された正極合材層11Bと該一の正極11に隣接する負極12の負極集電体12Aの片方の主面上に形成された負極活物質層12Bとがセパレータ13を介して向き合う。このようにして、正極、セパレータ、負極の順に複数積層されている。
As shown in FIG. 1, the
これに電解液を注液することより、隣接する正極合材層11B、セパレータ13及び負極活物質層12Bは、1つの単電池層14を構成する。従って、本実施形態のリチウムイオン二次電池1は、単電池層14が複数積層されることにより、電気的に並列接続された構成を有するものとなる。なお、正極及び負極は、各集電体の片面上に各活物質層が形成されているものであってもよい。
[リチウムイオン二次電池用負極]
負極12は、負極集電体12Aの片面に負極合材層12Bが設けられた構成を有する。ここで、負極合材層12Bは、負極活物質、導電助材、水分散性バインダを含む。負極合材層12B内でのこれらの物質は、電池内に注入された電解液と接触している。
By pouring the electrolyte solution into this, the adjacent positive
[Negative electrode for lithium-ion secondary battery]
The
本実施形態における負極合材層12Bは、負極集電体12Aの表面に所定の厚みで膜状に形成されている。負極集電体12Aは、各種のものを使用することができるが、通常は金属や合金が用いられる。具体的には、正極用の導電基材としては、アルミニウムやニッケル、SUS等が挙げられ、負極用の導電基材としては、銅やニッケル、SUS等が挙げられる。その中でも導電性の高さとコストのバランスからアルミニウム、銅が好ましい。なお、アルミニウムは、アルミニウム及びアルミニウム合金を意味し、銅は純銅および銅合金を意味する。本実施形態において、アルミニウム箔は二次電池正極側、二次電池負極側、銅箔は二次電池負極側に用いることができる。アルミニウム箔としては、特に限定されないが、純アルミ系であるA1085材や、A3003材など種々のものが使用できる。また、銅箔としても同様であり、特に限定されないが、圧延銅箔や電解銅箔が好んで用いられる。
The negative
本実施形態の負極合材層の厚みは、例えば5μm以上であることが好ましく、より好ましくは10μm以上である。また200μm以下とすることが好ましく、より好ましくは100μm以下、さらに好ましくは75μm以下である。負極合材層の厚みが上記範囲であると、高い充放電レートでの充放電に対し、十分なリチウムの吸蔵・放出の機能が得られやすい。以下、負極合材層12Bを構成する負極活物質、導電助材、水分散性バインダ、について順に説明する。
(負極活物質)
負極活物質としては、金属リチウム、リチウム含有合金、リチウムとの合金化が可能な金属もしくは合金、リチウムイオンのドープ・脱ドープが可能な酸化物、リチウムイオンのドープ・脱ドープが可能な遷移金属窒素化物、および、リチウムイオンのドープ・脱ドープが可能な炭素材料からなる群から選ばれた少なくとも1種(単独で用いてもよいし、これらの2種以上を含む混合物を用いてもよい)を用いることができる。これらの中でもリチウムイオンをドープ・脱ドープすることが可能な炭素材料が好ましい。このような炭素材料としては、カーボンブラック、活性炭、黒鉛材料(人造黒鉛、天然黒鉛)、非晶質炭素材料、等が挙げられる。前記炭素材料の形態は、繊維状、球状、ポテト状、フレーク状いずれの形態であってもよい。また、その粒径も特に限定されないが、通常5〜50μm、好ましくは20〜30μm程度である。
The thickness of the negative electrode mixture layer of the present embodiment is preferably, for example, 5 μm or more, more preferably 10 μm or more. The thickness is preferably 200 μm or less, more preferably 100 μm or less, still more preferably 75 μm or less. When the thickness of the negative electrode mixture layer is in the above range, it is easy to obtain a sufficient lithium occlusion / release function for charge / discharge at a high charge / discharge rate. Hereinafter, the negative electrode active material, the conductive auxiliary material, and the water-dispersible binder constituting the negative
(Negative electrode active material)
As the negative electrode active material, metallic lithium, a lithium-containing alloy, a metal or an alloy capable of alloying with lithium, an oxide capable of doping / dedoping lithium ions, a transition metal capable of doping / dedoping lithium ions At least one selected from the group consisting of nitrides and carbon materials capable of doping / dedoping lithium ions (may be used alone, or may be used as a mixture containing two or more thereof). Can be used. Among these, carbon materials capable of doping / dedoping lithium ions are preferable. Examples of such carbon materials include carbon black, activated carbon, graphite materials (artificial graphite, natural graphite), amorphous carbon materials, and the like. The form of the carbon material may be any of fibrous, spherical, potato-like and flake-like forms. The particle size is not particularly limited, but is usually 5 to 50 μm, preferably about 20 to 30 μm.
前記非晶質炭素材料として具体的には、ハードカーボン、コークス、1500℃以下に焼成したメソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、メソフェーズピッチカーボンファイバー(MCF)などが例示される。 Specific examples of the amorphous carbon material include hard carbon, coke, mesocarbon microbeads (MCMB) fired at 1500 ° C. or lower, and mesophase pitch carbon fiber (MCF).
前記黒鉛材料としては、天然黒鉛、人造黒鉛が挙げられる。人造黒鉛としては、黒鉛化MCMB、黒鉛化MCFなどが用いられる。また、黒鉛材料としては、ホウ素を含有するものなども用いることができる。また、黒鉛材料としては、金、白金、銀、銅、スズなどの金属で被覆したもの、非晶質炭素で被覆したもの、非晶質炭素と黒鉛を混合したものも使用することができる。
これらの炭素材料は、1種類で使用してもよく、2種類以上混合して使用してもよい。
Examples of the graphite material include natural graphite and artificial graphite. As the artificial graphite, graphitized MCMB, graphitized MCF or the like is used. Further, as the graphite material, a material containing boron can be used. Further, as the graphite material, a material coated with a metal such as gold, platinum, silver, copper, tin, a material coated with amorphous carbon, or a material mixed with amorphous carbon and graphite can be used.
These carbon materials may be used alone or in combination of two or more.
(導電助材)
負極合材層は、導電助材を含むことが好ましい。本発明で用いる導電助材としては、公知の導電助材を使用することができる。公知の導電助材としては、導電性を有する炭素材料であれば特に限定されるものではないが、グラファイト、カーボンブラック、導電性炭素繊維(カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンファイバー)、フラーレン等を単独で、もしくは2種類以上を併せて使用することができる。市販のカーボンブラックとしては、例えば、トーカブラック#4300、#4400、#4500、#5500等(東海カーボン社製、ファーネスブラック)、プリンテックスL等(デグサ社製、ファーネスブラック)、Raven7000、5750、5250、5000ULTRAIII、5000ULTRA等、Conductex SC ULTRA、Conductex 975ULTRA等、PUER BLACK100、115、205等(コロンビヤン社製、ファーネスブラック)、#2350、#2400B、#2600B、#30050B、#3030B、#3230B、#3350B、#3400B、#5400B等(三菱化学社製、ファーネスブラック)、MONARCH1400、1300、900、VulcanXC−72R、BlackPearls2000、LITX−50、LITX−200等(キャボット社製、ファーネスブラック)、Ensaco250G、Ensaco260G、Ensaco350G、SuperP−Li(TIMCAL社製)、ケッチェンブラックEC−300J、EC−600JD(アクゾ社製)、デンカブラック、デンカブラックHS−100、FX−35(電気化学工業社製、アセチレンブラック)等、グラファイトとしては例えば人造黒鉛や燐片状黒鉛、塊状黒鉛、土状黒鉛などの天然黒鉛が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
(Conduction aid)
The negative electrode mixture layer preferably contains a conductive auxiliary material. As the conductive auxiliary material used in the present invention, a known conductive auxiliary material can be used. The known conductive aid is not particularly limited as long as it is a carbon material having conductivity, but graphite, carbon black, conductive carbon fibers (carbon nanotube, carbon nanofiber, carbon fiber), fullerene, etc. They can be used alone or in combination of two or more. Examples of commercially available carbon blacks include Toka Black # 4300, # 4400, # 4500 and # 5500 (manufactured by Tokai Carbon Co., furnace black), Printex L, etc. (manufactured by Degussa, furnace black), Raven 7000, 5750, 5250, 5000 ULTRA III, 5000 ULTRA, etc., Conducttex SC ULTRA, Conductex 975 ULTRA, etc.,
(水分散性バインダ)
上記水分散性バインダとして、スチレンブタジエンゴム(SBR)、アクリロニトリル-ブタジエンゴム、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレンゴム、カルボキシメチルセルロース(CMC)、およびヒドロキシプロピルメチルセルロース、ポリビニルアルコール、ヒドロキシプロピルセルロース、ジアセチルセルロースから選ばれる1種もしくは2種以上を組み合わせて用いることができる。特に、上記負極バインダとしてスチレンブタジエンゴムおよびカルボキシメチルセルロースを適宜混合したものを用いることが望ましい。
(Water dispersible binder)
The water-dispersible binder is selected from styrene butadiene rubber (SBR), acrylonitrile-butadiene rubber, acrylonitrile-butadiene-styrene rubber, carboxymethyl cellulose (CMC), and hydroxypropyl methyl cellulose, polyvinyl alcohol, hydroxypropyl cellulose,
上記水分散性バインダは、負極合材層の物性(電解液浸透性・剥離強度)と電池性能との両立を図るため、負極合材層に対し0.1〜4wt%を使用することが望ましい。0.1wt%未満であると、活物質の接着力が弱くなり、これにより充放電過程で活物質の脱離が起こる恐れがある。4wt%を超えると、活物質の量が低減するので、電池容量の面で望ましくない。 The above water-dispersible binder is preferably used in an amount of 0.1 to 4 wt% with respect to the negative electrode mixture layer in order to achieve both physical properties (electrolyte permeability and peel strength) of the negative electrode mixture layer and battery performance. .. If it is less than 0.1 wt%, the adhesive force of the active material is weakened, which may cause desorption of the active material during the charging / discharging process. If it exceeds 4% by weight, the amount of the active material decreases, which is not desirable in terms of battery capacity.
(その他の成分)
本実施形態に係る負極合材層には、上記各成分に加えて、その他の適当な成分が含まれていてもよい。例えば、負極合材層が合剤スラリーから形成される場合、負極合材層には、その合剤スラリー由来の各種配合成分が含まれることがある。そのような合剤スラリー由来の各種配合成分の例として、増粘剤、並びに、界面活性剤、分散剤、濡れ剤、消泡剤などその他の添加剤が挙げられる。
(負極合材層の形成方法)
本実施形態のリチウムイオン二次電池用負極が備える合材層は、上述した負極活物質、導電助材、水分散性バインダを含む負極合材スラリーを集電体の表面に塗布して、乾燥することによって製造することができる。合材スラリーに含まれる溶媒は水を使用することが好ましいが、必要に応じて、例えば、集電体への塗工性向上のために、水と相溶する液状媒体を使用しても良い。水と相溶する液状媒体としては、アルコール類、グリコール類、セロソルブ類、アミノアルコール類、アミン類、ケトン類、カルボン酸アミド類、リン酸アミド類、スルホキシド類、カルボン酸エステル類、リン酸エステル類、エーテル類、ニトリル類等が挙げられ、水と相溶する範囲で使用しても良い。
(Other ingredients)
The negative electrode mixture layer according to the present embodiment may contain other appropriate components in addition to the above components. For example, when the negative electrode mixture layer is formed from the mixture slurry, the negative electrode mixture layer may contain various compounding components derived from the mixture slurry. Examples of various compounding ingredients derived from such a mixture slurry include a thickener and other additives such as a surfactant, a dispersant, a wetting agent, and a defoaming agent.
(Method of forming negative electrode mixture layer)
The composite material layer included in the negative electrode for the lithium-ion secondary battery of the present embodiment is applied to the surface of the current collector with the negative electrode active material, the conductive auxiliary material, and the negative electrode composite material slurry containing the water-dispersible binder, and dried. Can be manufactured. It is preferable to use water as the solvent contained in the mixture slurry, but if necessary, for example, a liquid medium compatible with water may be used in order to improve coatability on the current collector. .. The liquid medium compatible with water includes alcohols, glycols, cellosolves, amino alcohols, amines, ketones, carboxylic acid amides, phosphoric acid amides, sulfoxides, carboxylic acid esters, and phosphoric acid esters. Examples thereof include ethers, ethers, nitriles, etc., and may be used in a range compatible with water.
集電体へ合剤スラリーを塗布・乾燥する上で、塗布・乾燥方法は特に限定されない。例えば、スロット・ダイコーティング、スライドコーティング、カーテンコーティング、又はグラビアコーティングなどの方法が挙げられる。乾燥方法としては、温風、熱風、低湿風による乾燥、真空乾燥、(遠)赤外線などの乾燥法が挙げられる。乾燥時間や乾燥温度については、特に限定されないが、乾燥時間は通常1分〜30分であり、乾燥温度は通常40℃〜80℃である。
合材層の製造方法においては、集電体上に上記合剤スラリーを塗布乾燥後、金型プレスやロールプレスなどを用い、加圧処理により活物質層の空隙率を低くする工程を有することが好ましい。
There is no particular limitation on the coating / drying method for coating / drying the mixture slurry on the current collector. Examples include methods such as slot / die coating, slide coating, curtain coating, or gravure coating. Examples of the drying method include drying with warm air, hot air, low humidity air, vacuum drying, and (far) infrared rays. The drying time and the drying temperature are not particularly limited, but the drying time is usually 1 minute to 30 minutes and the drying temperature is usually 40 ° C to 80 ° C.
The method for producing the composite material layer has a step of lowering the porosity of the active material layer by applying a pressure treatment after applying and drying the mixture slurry on the current collector, using a die press or a roll press. Is preferred.
(正極活物質)
正極活物質は、リチウムの吸蔵放出が可能な材料であれば特に限定されず、リチウムイオン二次電池に通常用いられる正極活物質でありうる。具体的には、リチウム(Li)とニッケル(Ni)とを構成金属元素とする酸化物のほか、リチウム及びニッケル以外に他の少なくとも一種の金属元素(すなわち、LiとNi以外の遷移金属元素及び/又は典型金属元素)を、原子数換算でニッケルと同程度またはニッケルよりも少ない割合で構成金属元素として含む酸化物をも包含する意味である。上記LiおよびNi以外の金属元素は、例えば、Co,Mn,Al,Cr,Fe,V,Mg,Ca,Na,Ti,Zr,Nb,Mo,W,Cu,Zn,Ga,In,Sn,LaおよびCeからなる群から選択される一種または二種以上の金属元素であり得る。これらの正極活物質は、単独で用いても複数を混合して用いてもよい。
(Cathode active material)
The positive electrode active material is not particularly limited as long as it is a material capable of inserting and extracting lithium, and may be a positive electrode active material commonly used in lithium ion secondary batteries. Specifically, in addition to an oxide containing lithium (Li) and nickel (Ni) as constituent metal elements, at least one metal element other than lithium and nickel (that is, a transition metal element other than Li and Ni, and / Or a typical metal element) is also meant to include an oxide containing as a constituent metal element in the same or smaller proportion as nickel in terms of the number of atoms. Examples of metal elements other than Li and Ni include Co, Mn, Al, Cr, Fe, V, Mg, Ca, Na, Ti, Zr, Nb, Mo, W, Cu, Zn, Ga, In, Sn, It may be one or more metal elements selected from the group consisting of La and Ce. These positive electrode active materials may be used alone or in combination of two or more.
好ましい実施形態において、上記正極活物質は、例えば、一般式(1):LitNi1−x−yCoxAlyO2(但し、式中において、0.95≦t≦1.15、0≦x≦0.3、0.1≦y≦0.2、x+y<0.5を満たす。)で表されるリチウムニッケルコバルトアルミニウム系酸化物(NCA)が挙げられる。NCAの具体例としては、LiNi0.8Co0.15Al0.05O2があげられる。 In a preferred embodiment, the positive electrode active material, for example, the general formula (1): Li t Ni 1 -x-y Co x Al y O 2 ( where, in the formula, 0.95 ≦ t ≦ 1.15, A lithium nickel cobalt aluminum oxide (NCA) represented by 0 ≦ x ≦ 0.3, 0.1 ≦ y ≦ 0.2, and x + y <0.5 is satisfied. A specific example of NCA is LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 .
他の好ましい実施形態において、上記正極活物質は、例えば、一般式(2):LiNiaCobMncO2(ただし式中、0<a<1、0<b<1、0<c<1であり、a+b+c=1を満たす)で表されるリチウムニッケルコバルトマンガン系酸化物(NCM)が挙げられる。NCMは体積当たりのエネルギー密度が高く、熱安定性にも優れている。
電極合材層中の正極活物質の含有量は、通常10wt%以上、好ましくは30wt%以上、更に好ましくは50wt%以上であり、特に好ましくは70wt%以上である。また、通常99.9wt%以下、好ましくは99wt%以下である。
In another preferred embodiment, the positive electrode active material may be, for example, a compound represented by the general formula (2): LiNi a Co b Mn c O 2 (wherein 0 <a <1, 0 <b <1, 0 <c < 1 and satisfying a + b + c = 1) is a lithium nickel cobalt manganese oxide (NCM). NCM has a high energy density per volume and is excellent in thermal stability.
The content of the positive electrode active material in the electrode mixture layer is usually 10 wt% or more, preferably 30 wt% or more, more preferably 50 wt% or more, and particularly preferably 70 wt% or more. Further, it is usually 99.9 wt% or less, preferably 99 wt% or less.
なお、正極活物質層に用いてもよいバインダとしては、例えば、ポリ酢酸ビニル、ポリメチルメタクリレート、ニトロセルロース、フッ素樹脂及びゴム粒子が挙げられる。フッ素樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体等が挙げられる。ゴム粒子としては、スチレン−ブタジエンゴム粒子、アクリロニトリルゴム粒子等が挙げられる。これらの中でも、正極活物質層の耐酸化性を向上させること等を考慮すると、フッ素を含むバインダが好ましい。バインダは1種を単独で使用でき、必要に応じて2種以上を組み合わせて使用できる。 The binder that may be used in the positive electrode active material layer includes, for example, polyvinyl acetate, polymethyl methacrylate, nitrocellulose, fluororesin, and rubber particles. Examples of the fluororesin include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, and the like. Examples of the rubber particles include styrene-butadiene rubber particles and acrylonitrile rubber particles. Among these, a binder containing fluorine is preferable in consideration of improving the oxidation resistance of the positive electrode active material layer. The binder may be used alone or in combination of two or more as required.
[セパレータ]
セパレータとしては、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリエステル、セルロース、ポリアミド等の樹脂からなる微多孔膜や多孔質の平板、更には不織布を挙げることができる。好適例として、一種または二種以上のポリオレフィン樹脂を主体に構成された単層または多層構造の多孔性樹脂シートが挙げられる。セパレータの厚みは、例えば15μm〜30μmとすることができる。好ましい一態様では、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂からなる多孔性樹脂層を備えた、シャットダウン機能を有するセパレータである。この態様によれば、セパレータの温度が熱可塑性樹脂の軟化点に達すると樹脂が融解して細孔が目詰まりすることにより電流を遮断することができる。
[Separator]
Examples of the separator include a microporous film made of a resin such as polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyester, cellulose and polyamide, a porous flat plate, and a non-woven fabric. A preferred example is a porous resin sheet having a single-layer or multi-layer structure mainly composed of one or more kinds of polyolefin resins. The thickness of the separator can be, for example, 15 μm to 30 μm. In a preferred embodiment, the separator has a shut-down function and includes a porous resin layer made of a thermoplastic resin such as polyethylene. According to this aspect, when the temperature of the separator reaches the softening point of the thermoplastic resin, the resin melts and the pores are clogged, so that the current can be cut off.
[電解液]
電解液としては、例えば、通常リチウムイオン二次電池で用いられるものであることが好ましく、具体的には、有機溶媒に支持塩(リチウム塩)が溶解した形態を有する。ここで、リチウム塩として、例えば、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)、四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4)、過塩素酸リチウム(LiClO4)、六フッ化ヒ酸リチウム(LiAsF6)、六フッ化タンタル酸リチウム(LiTaF6)、四塩化アルミニウム酸リチウム(LiAlCl4)、リチウムデカクロロデカホウ素酸(Li2B10Cl10)等の無機酸陰イオン塩、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(LiCF3SO3)、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(Li(CF3SO2)2N)、リチウムビス(ペンタフルオロエタンスルホニル)イミド(Li(C2F5SO2)2N)等の有機酸陰イオン塩の中から選ばれる、少なくとも1種類のリチウム塩等を挙げることができる。その中でも、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)が好ましい。
[Electrolyte]
The electrolytic solution is preferably, for example, one that is usually used in a lithium ion secondary battery, and specifically has a form in which a supporting salt (lithium salt) is dissolved in an organic solvent. Here, as the lithium salt, for example, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium hexafluoroarsenate (LiAsF 6 ). Lithium hexafluorotantalate (LiTaF 6 ), lithium tetrachloroaluminate (LiAlCl 4 ), lithium decachlorodecaborate (Li 2 B 10 Cl 10 ), and other inorganic acid anion salts, lithium trifluoromethanesulfonate ( LiCF 3 SO 3), lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (Li (CF 3 SO 2) 2 N), lithium bis (pentafluoroethane sulfonyl) imide (Li (C 2 F 5 SO 2) 2 N) , such as At least one kind of lithium salt selected from organic acid anion salts and the like can be mentioned. Among them, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) is preferable.
また、有機溶媒としては、例えば、環状カーボネート類、含フッ素環状カーボネート類、鎖状カーボネート類、含フッ素鎖状カーボネート類、脂肪族カルボン酸エステル類、含フッ素脂肪族カルボン酸エステル類、γ−ラクトン類、含フッ素γ−ラクトン類、環状エーテル類、含フッ素環状エーテル類、鎖状エーテル類及び含フッ素鎖状エーテル類からなる群より選ばれる少なくとも1種の有機溶媒を用いることができる。 Examples of the organic solvent include cyclic carbonates, fluorine-containing cyclic carbonates, chain carbonates, fluorine-containing chain carbonates, aliphatic carboxylic acid esters, fluorine-containing aliphatic carboxylic acid esters, and γ-lactone. It is possible to use at least one organic solvent selected from the group consisting of compounds, fluorine-containing γ-lactones, cyclic ethers, fluorine-containing cyclic ethers, chain ethers, and fluorine-containing chain ethers.
環状カーボネート類としては、例えば、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)、ブチレンカーボネート(BC)を挙げることができる。また、含フッ素環状カーボネート類としては、例えば、フルオロエチレンカーボネート(FEC)を挙げることができる。更に、鎖状カーボネート類としては、例えば、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、メチルプロピルカーボネート(MPC)、エチルプロピルカーボネート(EPC)、ジプロピルカーボネート(DPC)を挙げることができる。また、脂肪族カルボン酸エステル類としては、例えば、ギ酸メチル、酢酸メチル、プロピオン酸エチルを挙げることができる。更に、γ−ラクトン類としては、例えば、γ−ブチロラクトンを挙げることができる。また、環状エーテル類としては、例えば、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサンを挙げることができる。更に、鎖状エーテル類としては、例えば、1,2−エトキシエタン(DEE)、エトキシメトキシエタン(EME)、ジエチルエーテル、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジブトキシエタンを挙げることができる。その他としては、アセトニトリル等のニトリル類、ジメチルホルムアミド等のアミド類を挙げることができる。これらは、1種を単独で、2種以上を組み合わせて用いることができる。 Examples of cyclic carbonates include propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), and butylene carbonate (BC). In addition, examples of the fluorine-containing cyclic carbonates include fluoroethylene carbonate (FEC). Furthermore, as the chain carbonates, for example, dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethylmethyl carbonate (EMC), methylpropyl carbonate (MPC), ethylpropyl carbonate (EPC), dipropyl carbonate (DPC). Can be mentioned. Examples of aliphatic carboxylic acid esters include methyl formate, methyl acetate, and ethyl propionate. Furthermore, examples of γ-lactones include γ-butyrolactone. Examples of cyclic ethers include tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, and 1,4-dioxane. Furthermore, examples of chain ethers include 1,2-ethoxyethane (DEE), ethoxymethoxyethane (EME), diethyl ether, 1,2-dimethoxyethane, and 1,2-dibutoxyethane. .. Other examples include nitriles such as acetonitrile and amides such as dimethylformamide. These may be used alone or in combination of two or more.
(メタンジスルホニルジフルオリド)
ここで、実施形態において電解液には、添加剤としてメタンジスルホニルジフルオリド(以下、スルホン化合物と記載する。)が含まれる。スルホン化合物の含有量は、任意に設定可能であるが、中でも0.01重量%以上10重量%以下であるのが好ましい。電解液において高い化学的安定性が得られるからである。詳細には、0.01重量%よりも少ないと、電解液の化学的安定性が十分かつ安定に得られない可能性があり、10重量%よりも多いと、電気化学デバイスの主要な電気的性能(例えば電池における容量特性など)が十分に得られない可能性があるからである。
(Methanedisulfonyldifluoride)
Here, in the embodiment, the electrolytic solution contains methanedisulfonyldifluoride (hereinafter referred to as a sulfone compound) as an additive. The content of the sulfone compound can be set arbitrarily, but is preferably 0.01% by weight or more and 10% by weight or less. This is because high chemical stability can be obtained in the electrolytic solution. More specifically, if it is less than 0.01% by weight, the chemical stability of the electrolytic solution may not be sufficiently and stably obtained, and if it is more than 10% by weight, the main electrical conductivity of the electrochemical device may be insufficient. This is because there is a possibility that sufficient performance (for example, capacity characteristics of a battery) cannot be obtained.
スルホン化合物と共に用いる溶媒は、他の有機溶媒などの非水溶媒のいずれか1種あるいは2種以上を含有しているのが好ましい。この非水溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、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、テトラヒドロピラン、1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソラン、1,3−ジオキサン、1,4−ジオキサン、酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、酪酸メチル、イソ酪酸メチル、トリメチル酢酸メチル、トリメチル酢酸エチル、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−ジメチルホルムアミド、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、燐酸トリメチル、ジメチルスルホキシド、あるいはジメチルスルホキシド燐酸などが挙げられる。中でも、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネートおよびエチルメチルカーボネートからなる群のうちの少なくとも1種が好ましく、特に、エチレンカーボネートあるいはプロピレンカーボネートなどの高粘度(高誘電率)溶媒(例えば、比誘電率ε≧30)とジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネートあるいはジエチルカーボネートなどの低粘度溶媒(例えば、粘度≦1mPa・s)との組み合わせがより好ましい。電解質塩の解離性およびイオンの移動度が向上するからである。 The solvent used together with the sulfone compound preferably contains one or more non-aqueous solvents such as other organic solvents. Examples of the non-aqueous solvent include ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethylmethyl carbonate, methylpropyl carbonate, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydrofuran, and the like. 2-methyltetrahydrofuran, tetrahydropyran, 1,3-dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxolane, 1,3-dioxane, 1,4-dioxane, methyl acetate, ethyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, Methyl butyrate, methyl isobutyrate, methyl trimethylacetate, ethyl trimethylacetate, acetonitrile, glutaronitrile, adiponitrile, methoxyacetonitrile, 3-methoxypropionitrile, N, N-dimethylformamide, N-methylpyrrolidinone, N-methyloxazolidinone, Examples thereof include N, N′-dimethylimidazolidinone, nitromethane, nitroethane, sulfolane, trimethyl phosphate, dimethyl sulfoxide, and dimethyl sulfoxide phosphoric acid. Among them, at least one selected from the group consisting of ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate and ethyl methyl carbonate is preferable, and particularly, a high viscosity (high dielectric constant) solvent such as ethylene carbonate or propylene carbonate (for example, a ratio of A combination of a dielectric constant ε ≧ 30) and a low-viscosity solvent such as dimethyl carbonate, ethylmethyl carbonate or diethyl carbonate (for example, viscosity ≦ 1 mPa · s) is more preferable. This is because the dissociation property of the electrolyte salt and the ion mobility are improved.
また、溶媒は、不飽和結合を有する環状炭酸エステルを含有していてもよい。電解液の化学的安定性がより向上するからである。この不飽和結合を有する環状炭酸エステルとしては、例えば、ビニレンカーボネート系化合物、ビニルエチレンカーボネート系化合物、あるいはメチレンエチレンカーボネート系化合物などが挙げられる。 Further, the solvent may contain a cyclic carbonic acid ester having an unsaturated bond. This is because the chemical stability of the electrolytic solution is further improved. Examples of the cyclic carbonic acid ester having an unsaturated bond include vinylene carbonate-based compounds, vinyl ethylene carbonate-based compounds, and methylene ethylene carbonate-based compounds.
ビニレンカーボネート系化合物としては、例えば、ビニレンカーボネート(1,3−ジオキソール−2−オン)、メチルビニレンカーボネート(4−メチル−1,3−ジオキソール−2−オン)、エチルビニレンカーボネート(4−エチル−1,3−ジオキソール−2−オン)、4,5−ジメチル−1,3−ジオキソール−2−オン、4,5−ジエチル−1,3−ジオキソール−2−オン、4−フルオロ−1,3−ジオキソール−2−オンあるいは4−トリフルオロメチル−1,3−ジオキソール−2−オンなどが挙げられる。 Examples of the vinylene carbonate-based compound include vinylene carbonate (1,3-dioxole-2-one), methylvinylene carbonate (4-methyl-1,3-dioxole-2-one), ethylvinylene carbonate (4-ethyl- 1,3-dioxole-2-one), 4,5-dimethyl-1,3-dioxole-2-one, 4,5-diethyl-1,3-dioxole-2-one, 4-fluoro-1,3 -Dioxole-2-one, 4-trifluoromethyl-1,3-dioxole-2-one and the like can be mentioned.
ビニルエチレンカーボネート系化合物としては、例えば、ビニルエチレンカーボネート(4−ビニル−1,3−ジオキソラン−2−オン)、4−メチル−4−ビニル−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−エチル−4−ビニル−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−n−プロピル−4−ビニル−1,3−ジオキソラン−2−オン、5−メチル−4−ビニル−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,4−ジビニル−1,3−ジオキソラン−2−オンあるいは4,5−ジビニル−1,3−ジオキソラン−2−オンなどが挙げられる。 Examples of vinyl ethylene carbonate compounds include vinyl ethylene carbonate (4-vinyl-1,3-dioxolan-2-one), 4-methyl-4-vinyl-1,3-dioxolan-2-one, 4-ethyl. -4-Vinyl-1,3-dioxolan-2-one, 4-n-propyl-4-vinyl-1,3-dioxolan-2-one, 5-methyl-4-vinyl-1,3-dioxolane-2 -One, 4,5-divinyl-1,3-dioxolan-2-one, 4,5-divinyl-1,3-dioxolan-2-one and the like.
メチレンエチレンカーボネート系化合物としては、4−メチレン−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,4−ジメチル−5−メチレン−1,3−ジオキソラン−2−オンあるいは4,4−ジエチル−5−メチレン−1,3−ジオキソラン−2−オンなどが挙げられる。 Examples of the methylene ethylene carbonate compound include 4-methylene-1,3-dioxolan-2-one, 4,4-dimethyl-5-methylene-1,3-dioxolan-2-one and 4,4-diethyl-5-one. Examples thereof include methylene-1,3-dioxolan-2-one.
これらは単独で用いられてもよいし、複数種が混合されて用いられてもよい。中でも、ビニレンカーボネートが好ましい。高い効果が得られるからである。 These may be used alone or as a mixture of a plurality of types. Of these, vinylene carbonate is preferable. This is because a high effect can be obtained.
また、溶媒は、スルトン(環状スルホン酸エステル)や、酸無水物を含有していてもよい。電解液の化学的安定性がより向上するからである。 Further, the solvent may contain sultone (cyclic sulfonic acid ester) or acid anhydride. This is because the chemical stability of the electrolytic solution is further improved.
スルトンとしては、例えば、プロパンスルトンあるいはプロペンスルトンなどが挙げられる。これらは単独で用いられてもよいし、複数種が混合されて用いられてもよい。中でも、プロペンスルトンが好ましい。また、溶媒中におけるスルトンの含有量は、0.5重量%以上3重量%以下であるのが好ましい。いずれの場合においても、高い効果が得られるからである。 Examples of the sultone include propane sultone and propene sultone. These may be used alone or as a mixture of a plurality of types. Of these, propene sultone is preferable. The content of sultone in the solvent is preferably 0.5% by weight or more and 3% by weight or less. This is because a high effect can be obtained in any case.
酸無水物としては、例えば、無水コハク酸、無水グルタル酸あるいは無水マレイン酸などのカルボン酸無水物や、無水エタンジスルホン酸あるいは無水プロパンジスルホン酸などのジスルホン酸無水物や、無水スルホ安息香酸、無水スルホプロピオン酸あるいは無水スルホ酪酸などのカルボン酸とスルホン酸との無水物などが挙げられる。これらは単独で用いられてもよいし、複数種が混合されて用いられてもよい。中でも、無水スルホ安息香酸が好ましい。また、溶媒中における酸無水物の含有量は、0.5重量%以上3重量%以下であるのが好ましい。いずれの場合においても、高い効果が得られるからである。 Examples of the acid anhydrides include succinic anhydride, carboxylic acid anhydrides such as glutaric anhydride and maleic anhydride, and disulfonic anhydrides such as ethanedisulfonic acid and propanedisulfonic anhydride, and sulfobenzoic anhydride and anhydride. Examples thereof include anhydrides of carboxylic acids such as sulfopropionic acid or sulfobutyric anhydride, and sulfonic acids. These may be used alone or as a mixture of a plurality of types. Of these, sulfobenzoic anhydride is preferable. Further, the content of the acid anhydride in the solvent is preferably 0.5% by weight or more and 3% by weight or less. This is because a high effect can be obtained in any case.
溶媒の固有粘度は、25℃において10.0mPa・s以下であるのが好ましい。電解質塩の解離性およびイオンの移動度が向上するからである。なお、溶媒に電解質塩を溶解させた状態の固有粘度(いわゆる電解液の固有粘度)も、同様の理由により、25℃において10.0mPa・s以下であるのが好ましい。 The intrinsic viscosity of the solvent is preferably 10.0 mPa · s or less at 25 ° C. This is because the dissociation property of the electrolyte salt and the ion mobility are improved. The intrinsic viscosity in a state where the electrolyte salt is dissolved in the solvent (so-called intrinsic viscosity of the electrolytic solution) is preferably 10.0 mPa · s or less at 25 ° C for the same reason.
[実施例]
負極作製
1.スラリー調製
スラリー調製は5Lのプラネタリーディスパを用いた。
天然黒鉛960gと、Super−P(導電性カーボン、BET比表面積62m2/g)10gに、1%CMC(CMCを純水で溶解させた)を450g加え30分間混合した。次いで、1%−CMC水溶液300gを加えて30分間混練した後、更に、1%−CMC250gを加えて30分間混練した。その後、バインダとなるSBR(40%乳化液)50gを加えて30分間混合した後、真空脱泡30分間を行った。こうして固形分濃度45%のスラリーを調製した。
[Example]
Preparation of
To 960 g of natural graphite and 10 g of Super-P (conductive carbon, BET specific surface area 62 m 2 / g), 450 g of 1% CMC (CMC dissolved in pure water) was added and mixed for 30 minutes. Next, after adding 300 g of 1% -CMC aqueous solution and kneading for 30 minutes, 250 g of 1% -CMC was further added and kneading for 30 minutes. Thereafter, 50 g of SBR (40% emulsion) serving as a binder was added and mixed for 30 minutes, and then vacuum degassing was performed for 30 minutes. Thus, a slurry having a solid content concentration of 45% was prepared.
2.塗工・乾燥
スラリー塗工にはダイコーターを用いた。乾燥後の塗布重量が11.0mg/cm2になるように、上記スラリーを銅箔(厚み10μm)の片面に塗布し乾燥した。次いで、反対面(未塗工面)に、同様に塗布重量が11.0mg/cm2になるように、上記スラリーを銅箔に塗布し乾燥した。こうして得た両面塗工(22.0mg/cm2)した負極ロールを、真空乾燥オーブンで120℃、12時間乾燥し、電極を得た。
2. Coating / drying A die coater was used for slurry coating. The above slurry was applied to one side of a copper foil (
3.プレス
小型プレス機を用いた。上下ロールのギャップ(隙間)を調整し、上記負極をプレス密度が1.45±0.05g/cm3になるように圧縮した。
3. Press A small press was used. The gap between the upper and lower rolls was adjusted, and the negative electrode was compressed so that the press density was 1.45 ± 0.05 g / cm 3 .
4.スリット
電極塗布面積(表面:58mm×372mm、裏面:58mm×431mm)とタブ溶接余白が得られるように電極をスリットし、負極A−1を得た。
4. Slit The electrode was slit so that the electrode application area (front surface: 58 mm × 372 mm, back surface: 58 mm × 431 mm) and tab welding margin were obtained, and the negative electrode A-1 was obtained.
正極作製
1.スラリー調製
スラリー調製は5Lのプラネタリーディスパを用いた。NCM523(Umicore社製、組成式 LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2)920gと、Super−P(TIMCAL社製導電性カーボン)20g、KS−6(TIMREX社製鱗片状黒鉛)20gを10分間混合した後、N−メチルピロリドン(NMP)を100g加え更に20分間混合した。
Preparation of
次いで、8%−バインダ溶液150gを加えて、30分間混練した後、更に8%−バインダ溶液150gを加えて30分間混練した。その後、8%−バインダ溶液200gを加えて30分間混練した。次いで、NMPに溶解した溶液を80g加えて30分間混練した。その後、粘度調整のためNMP27gを加えて30分間混合した後、真空脱泡30分間を行った。こうして固形分濃度60%のスラリーを調製した。 Next, after adding 150 g of 8% -binder solution and kneading for 30 minutes, 150 g of 8% -binder solution was further added and kneading for 30 minutes. Then, 200 g of 8% -binder solution was added and kneaded for 30 minutes. Next, 80 g of a solution dissolved in NMP was added and kneaded for 30 minutes. After that, 27 g of NMP was added for viscosity adjustment and mixed for 30 minutes, followed by vacuum degassing for 30 minutes. Thus, a slurry having a solid content concentration of 60% was prepared.
2.塗工・乾燥
スラリー塗工にはダイコーターを用いた。乾燥後の塗布重量が19.0mg/cm2になるように、上記スラリーをアルミ箔(厚み20μm、幅200mm)の片面に塗布し乾燥した。次いで、反対面(未塗工面)に、同様に塗布重量が19.0mg/cm2になるように、上記スラリーをアルミ箔に塗布し乾燥した。
こうして得た両面塗工(38.0mg/cm2)した正極ロールを、真空乾燥オーブンで130℃、12時間乾燥した。
2. Coating / drying A die coater was used for slurry coating. The above slurry was applied to one side of an aluminum foil (thickness 20 μm, width 200 mm) and dried so that the applied weight after drying was 19.0 mg / cm 2 . Then, on the opposite surface (uncoated surface), the above-mentioned slurry was applied onto an aluminum foil so that the applied weight was 19.0 mg / cm 2 , and dried.
The double-sided coated positive electrode roll (38.0 mg / cm 2 ) thus obtained was dried in a vacuum drying oven at 130 ° C. for 12 hours.
3.プレス
35トンプレス機を用いた。上下ロールのギャップ(隙間)を調整し、上記正極をプレス密度が2.9±0.05g/cm3になるように圧縮した。
3. Press A 35 ton press was used. The gap between the upper and lower rolls was adjusted and the positive electrode was compressed so that the press density was 2.9 ± 0.05 g / cm 3 .
4.スリット
電極塗布面積(表面:56mm×334mm、裏:56mm×408mm)とタブ溶接余白が得られるように電極をスリットし正極C−1を得た。
4. Slit The electrode was slit so that the electrode application area (front surface: 56 mm × 334 mm, back: 56 mm × 408 mm) and the tab welding margin were obtained to obtain a positive electrode C-1.
電池作製
捲回型電池(設計容量1Ah)
1.捲回
セパレータには、前記多孔質耐熱層付セパレータ(60.5mm×450mm)を用いた。
負極A−1(表面/裏面)とセパレータ(多孔質絶縁層が正極C−1と接するように配置)と正極C−1(裏面/表面)とセパレータ(多孔質絶縁層が正極C−1と接するように配置)を重ねて捲回した後プレス成型した。次いで、正極C−1の余白部分にアルミニウム製タブを超音波接合機で接合し、負極A−1の余白部分にニッケル製タブを超音波接合機で接合した。これをラミネートシートで挟み込み、3辺を加熱シールした。
Battery fabrication Wound type battery (design capacity 1Ah)
1. The separator with the porous heat-resistant layer (60.5 mm × 450 mm) was used as the wound separator.
Negative electrode A-1 (front surface / back surface), separator (arranged so that the porous insulating layer is in contact with positive electrode C-1), positive electrode C-1 (back surface / front surface), separator (porous insulating layer is positive electrode C-1) They were arranged so as to come into contact with each other, and were wound and press-molded. Next, an aluminum tab was joined to the margin of the positive electrode C-1 with an ultrasonic bonding machine, and a nickel tab was joined to the margin of the negative electrode A-1 with an ultrasonic bonding machine. This was sandwiched between laminate sheets and heat-sealed on three sides.
電解液作製
非水溶媒としてエチレンカーボネート(以下、EC)とジメチルカーボネート(以下、DMC)とメチルエチルカーボネート(EMC)とを混合し、混合溶媒を作成した。電解液の作製にあたっては、電解液中に含まれるLiPF6を、最終的に得られる非水電解液中における電解質濃度が1モル/リットルとなるように溶解させて作成した。比較例1の電解液として無添加の電解液を作成した。また、上記の混合溶媒にスルホン化合物を添加し、比較例2及び実施例の非水電解液を作成した。スルホン化合物の添加量(すなわち、最終的な非水電解液の全量に対する含有量)として、0.25質量%とした試料0の電解液を作成した。また、スルホン化合物の添加量として、0.5質量%とした試料1、1.0質量%とした試料2、1.5質量%とした試料3を作成した。試料1〜試料3は実施例の電解液である。また、最終的な非水電解液において、EC、DMC及びEMCの質量比は、EC:DMC:EMC=30:35:35(質量比)となるように調整した。比較例1の電池として無添加の電解液で作製した電池を電池01とし、比較例2の電池として試料0で作成した電池を電池02とし、実施例の電池として試料1〜3で作製した電池を電池1〜電池3とする。
Preparation of Electrolyte Solution Ethylene carbonate (hereinafter, EC), dimethyl carbonate (hereinafter, DMC), and methyl ethyl carbonate (EMC) were mixed as a non-aqueous solvent to prepare a mixed solvent. In producing the electrolytic solution, LiPF 6 contained in the electrolytic solution was dissolved so that the electrolyte concentration in the finally obtained non-aqueous electrolytic solution was 1 mol / liter. An electrolyte solution containing no additive was prepared as the electrolyte solution of Comparative Example 1. Further, a sulfone compound was added to the above mixed solvent to prepare nonaqueous electrolytic solutions of Comparative Example 2 and Example. An electrolyte solution of
2.電解液注液
電解液注液前に、上記を真空乾燥機にて、70℃×12h減圧乾燥した。電解液(1mol−LiPF6、EC/DEC=3/7(vol.比)、添加剤VC 1.0質量%)4.7±0.1gを注液した後、真空引きしながら加熱シールした。
3.エージング処理
電解液注液後の電池01,02,1〜3を40℃の雰囲気温度下で12h保持した。次いで、40℃雰囲気温度下で0.05Cで3.0Vまで定電流充電し、0.1Cで3.4Vまで定電流充電し、0.24Cで3.7Vまで定電流充電し、40℃雰囲気温度下で、24h休止した。その後、40℃雰囲気温度下で0.5Cで4.2Vまで定電流定電圧充電(0.5C−CCCV)し、30分間休止した後、3.0Vまで0.5Cで定電流放電(0.5C−CC)した。更に、0.5C−CCCVで4.2Vの充電と、0.5C−CCで3.7Vの放電を行い、3.7Vまで充電した。そして、40℃雰囲気温度下で7日間保存した。こうして電池01,02,1〜3を得た。
2. Electrolytic solution injection Before the electrolytic solution injection, the above was dried under reduced pressure at 70 ° C. for 12 hours in a vacuum dryer. After injecting 4.7 ± 0.1 g of an electrolytic solution (1 mol-LiPF6, EC / DEC = 3/7 (vol. Ratio), additive VC 1.0% by mass), heat sealing was performed while drawing a vacuum.
3. Aging treatment The
[電池の抵抗]
次に、電池01,02,1〜3の保存前後における直流抵抗DCIR及び交流抵抗EIS-Z"を測定した。図2は、電池01,1〜3の保存前後における直流抵抗DCIRを電池01で規格化した表、図3は、電池01,02,1〜3の保存前後における交流抵抗EIS-Z"を電池01で規格化した表である。尚、規格化とは、各電池の値を電池01の値で除し、電池01を100としたときの相対値を示す。
(直流抵抗DCIR)
直流抵抗の測定にあっては、以下の方法で充放電を行った後、25℃にて初期の電池抵抗を測定した。
まず、SOC(State of Charge)50%から放電レート0.2CでCC10s放電を行い、充電レート0.2CでCC−CV10s充電を行った。
次に、放電レート1CでCC10s放電を行い、放電レート2CでCC−CV10s充電を行った。
次に、放電レート2CでCC10s放電を行い、充電レート2CでCC−CV10s充電を行った。
次に、放電レート5CでCC10s放電を行い、充電レート5CでCC−CV10s充電を行った。こうして各電池01,02,1〜3を得た。
なお、CC10s放電とは、定電流(Constant Current)にて10秒間放電することを意味する。CC−CV10s充電とは、定電流定電圧(Constant Current - Constant Voltage)にて10秒間充電することを意味する。
各充放電休止電流と各充放電休止電圧とから直流抵抗を求め、得られた直流抵抗を、電池の初期の電池抵抗とした。また、電池を60℃で1週間保管した後、上記の方法により、保存後の電池抵抗を求め、保存前後の直流抵抗を図2のDCIR欄に示した。各電池の値は、電池01で規格化したものである。
[Battery resistance]
Next, the DC resistance DCIR and the AC resistance EIS-Z "of the batteries 01, 02, 1-3 before and after storage were measured. A standardized table, FIG. 3, is a table in which the alternating current resistance EIS-Z ″ before and after storage of the
(DC resistance DCIR)
In the measurement of DC resistance, after charging / discharging by the following method, the initial battery resistance was measured at 25 ° C.
First, CC (s) were discharged from SOC (State of Charge) 50% at a discharge rate of 0.2C, and CC-CVs were charged at a charge rate of 0.2C.
Next, CC10s discharge was performed at a discharge rate of 1C, and CC-CV10s charge was performed at a discharge rate of 2C.
Next, CC10s discharge was performed at a discharge rate of 2C, and CC-CV10s charge was performed at a charge rate of 2C.
Next, CC10s discharge was performed at a discharge rate of 5C, and CC-CV10s charge was performed at a charge rate of 5C. Thus,
In addition, CC10s discharge means discharging with a constant current (Constant Current) for 10 seconds. CC-CV10s charging means charging with a constant current constant voltage (Constant Current-Constant Voltage) for 10 seconds.
DC resistance was determined from each charge / discharge rest current and each charge / discharge rest voltage, and the obtained DC resistance was used as the initial battery resistance of the battery. After the battery was stored at 60 ° C. for 1 week, the battery resistance after storage was determined by the above method, and the DC resistance before and after storage is shown in the DCIR column in FIG. The value of each battery is standardized with the battery 01.
(交流抵抗EIS-Z")
交流抵抗の測定にあっては、電池01,02,1〜3の交流インピーダンスを以下の方法によって測定した。電池のSOCを50%に調整し、25℃におけるBode-Plotを測定した(BioLogic社、VSP-300)。
周波数を0.1Hzから6MHzまで変化させ、虚数部の抵抗値と応答周波数からBode-Plotを求めた。さらに、Bode-Plotにより、10Hzにおける抵抗値を抽出した。また、電池を60℃で1週間保管した後、上記の方法により、保存後のEISを求め、保存前後の交流抵抗を図3のEIS-Z"(10Hz)欄に示した。各電池の値は、電池01で規格化したものである。尚、EIS-Z"(10Hz)は、主に正極に由来する抵抗値として表される。
(AC resistance EIS-Z ")
In measuring the AC resistance, the AC impedance of the
The frequency was changed from 0.1 Hz to 6 MHz, and Bode-Plot was obtained from the resistance value of the imaginary part and the response frequency. Furthermore, the resistance value at 10 Hz was extracted by Bode-Plot. After storing the battery at 60 ° C for 1 week, the EIS after storage was obtained by the above method, and the AC resistance before and after storage is shown in the EIS-Z "(10Hz) column of Fig. 3. Value of each battery Is standardized with Battery 01. EIS-Z "(10 Hz) is represented mainly as a resistance value derived from the positive electrode.
図2の表に示すように、電池1〜電池3における、保存前後の直流抵抗DCIRは、スルホン化合物の添加前の電池01に比べて低い値を取っている。よって、電池全体の抵抗が低下していることが分かる。また、図3に示すように、スルホン化合物添加量が0.25wt%の電池02は、保存前後のEIS-Z"(10Hz)が、スルホン化合物添加前の電池01に比べてほとんど低下していないことが分かる。一方、電池1〜電池3における、保存前後のEIS-Z"(10Hz)は、スルホン化合物の添加前の電池01に比べて低い値を取っている。よって、特に正極に由来する抵抗が顕著に低下していることが分かる。このことから、スルホン化合物の添加量が少量のときは、スルホン化合物を負極に作用させることができるものの、正極に作用させることができず、正極に由来する抵抗を下げることができないことが分かる。一方、電池1〜3では、スルホン化合物の添加量が1.5質量%の電池3の方が、0.5質量%の電池1よりも直流抵抗及び交流抵抗共に低下量が大きいため、スルホン化合物の添加による影響が顕著であるといえる。
As shown in the table of FIG. 2, the DC resistances DCIR of the
図4は、電池01,02,1〜3の保存後のEIS-Z"(10Hz)を表すグラフである。このグラフから、スルホン化合物添加量が0.5wt%未満である電池02の抵抗値は、電池01の抵抗値に対してほとんど低下していないことが分かる。また、スルホン化合物添加量が0.5wt%〜1.0wt%の範囲では、電池0(0wt%)に対して正極における保存後の抵抗値が15%以上低下している。また、電池1(0.5wt%)と電池2(1.0wt%)との間では、大きな変化はないが、電池2(1.0wt%)と電池3(1.5wt%)との間では、正極における抵抗値が大きく低下しており、電池01に対して40%以上低下していることが分かる。 Fig. 4 is a graph showing EIS-Z "(10 Hz) after storage of batteries 01, 02, 1-3. From this graph, the resistance value of battery 02 in which the amount of sulfone compound added is less than 0.5 wt% is shown. It can be seen that there is almost no decrease with respect to the resistance value of Battery 01. In addition, when the amount of the sulfone compound added is in the range of 0.5 wt% to 1.0 wt%, the value of the battery 0 (0 wt%) after storage in the positive electrode The resistance value has dropped by 15% or more. Although there is no significant change between Battery 1 (0.5 wt%) and Battery 2 (1.0 wt%), Battery 2 (1.0 wt%) and Battery 3 ( It can be seen that the resistance value at the positive electrode is significantly reduced between the values of 1.5 wt%) and 40% or more with respect to the battery 01.
よって、正極に由来する抵抗値を低下させるには、スルホン化合物添加量として0.5wt%以上が好ましく、更に好ましくは1.5wt%以上が好ましい。 Therefore, in order to reduce the resistance value derived from the positive electrode, the added amount of the sulfone compound is preferably 0.5 wt% or more, more preferably 1.5 wt% or more.
1 リチウムイオン二次電池
10 電池素子
11 正極
12 負極
13 セパレータ
21 正極リード
22 負極リード
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記ケースへの収容前電解液中にヘキサフルオロリン酸リチウムとメタンジスルホニルジフルオリド(以下、スルホン化合物)とを有し、
前記収容前電解液への前記スルホン化合物の添加量が0.5wt%以上であり、かつ、前記ケース内に前記電池要素群を収容し所定期間保存後のリチウムイオン二次電池の交流抵抗のうち10Hzにおける抵抗値が、前記スルホン化合物を添加しない場合に比べて15%以上低いことを特徴とするリチウムイオン二次電池。 A lithium-ion secondary battery having a positive electrode and a negative electrode capable of inserting and extracting lithium ions, a separator, an electrolytic solution, and a case housing these battery element groups,
Having lithium hexafluorophosphate and methanedisulfonyldifluoride (hereinafter, sulfone compound) in the electrolytic solution before being stored in the case,
Of the AC resistance of the lithium ion secondary battery after the addition of the sulfone compound to the pre-housing electrolyte solution is 0.5 wt% or more, and the battery element group is housed in the case and stored for a predetermined period. A lithium-ion secondary battery having a resistance value at 10 Hz that is 15% or more lower than that when the sulfone compound is not added.
前記収容前電解液への前記スルホン化合物の添加量が1.5wt%以上であり、かつ、前記所定期間保存後におけるリチウムイオン二次電池の交流抵抗のうち10Hzにおける抵抗値が、前記スルホン化合物を添加しない場合に比べて40%以上低いことを特徴とするリチウムイオン二次電池。 The lithium ion secondary battery according to claim 1,
The amount of the sulfone compound added to the pre-storage electrolyte is 1.5 wt% or more, and the resistance value at 10 Hz of the AC resistance of the lithium-ion secondary battery after storage for the predetermined period is equal to that of the sulfone compound. A lithium ion secondary battery characterized by being 40% or more lower than when not added.
前記正極の正極活物質は、LiNiaCobMncO2(ただし式中、0<a<1、0<b<1、0<c<1であり、a+b+c=1を満たす)であることを特徴とするリチウムイオン二次電池。 The lithium ion secondary battery according to claim 1 or 2,
The positive electrode active material of the positive electrode is LiNiaCobMncO2 (wherein 0 <a <1, 0 <b <1, 0 <c <1, and satisfies a + b + c = 1). Next battery.
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