JP4701595B2 - Lithium ion secondary battery - Google Patents
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Description
本発明は、正極および負極と共に電解質を備えたリチウムイオン二次電池に係り、特に、負極が、リチウム(Li)を吸蔵および放出することが可能な金属元素または半金属元素の単体,合金および化合物からなる群のうちの少なくとも1種を含む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 provided with an electrolyte together with a positive electrode and a negative electrode, and in particular, a simple substance, an alloy, and a compound of a metal element or a metalloid element in which the negative electrode can occlude and release lithium (Li). The present invention relates to a lithium ion secondary battery including at least one member selected from the group consisting of :
電子機器の小型化に伴い、高エネルギー密度を有する電池の開発が要求されている。この要求に応える電池として、リチウム二次電池がある。しかし、リチウム二次電池では充電時に負極上にリチウムがデンドライト析出し不活性化するため、サイクル寿命が短いという問題ある。 With the miniaturization of electronic devices, development of batteries having high energy density is required. As a battery that meets this requirement, there is a lithium secondary battery. However, the lithium secondary battery has a problem that the cycle life is short because lithium dendrites on the negative electrode during charging and becomes inactive.
このサイクル寿命を改善したものとしては、リチウムイオン二次電池が製品化されている。リチウムイオン二次電池の負極には、黒鉛層間へのリチウムのインターカレーション反応を利用した黒鉛材料、あるいは細孔中へのリチウムの吸蔵・放出作用を応用した炭素質材料などの負極活物質が用いられている。そのため、リチウムイオン二次電池では、リチウムがデンドライト析出せず、サイクル寿命が長い。また、黒鉛材料あるいは炭素質材料は空気中で安定であるので、工業的に生産する上でもメリットが大きい。 As a battery with improved cycle life, a lithium ion secondary battery has been commercialized. The negative electrode of a lithium ion secondary battery has a negative electrode active material such as a graphite material using lithium intercalation reaction between graphite layers, or a carbonaceous material applying lithium occlusion / release action into pores. It is used. Therefore, in a lithium ion secondary battery, lithium does not deposit dendrites and the cycle life is long. In addition, since the graphite material or the carbonaceous material is stable in the air, there is a great merit in industrial production.
しかし、インターカレーションによる負極容量は第1ステージ黒鉛層間化合物の組成C6 Liに規定されるように上限が存在する。また、炭素質材料の微小な細孔構造を制御することは工業的に困難であると共に炭素質材料の比重の低下をもたらし、単位体積当たりの負極容量ひいては単位体積当たりの電池容量向上の有効な手段とはなり得ない。ある種の低温焼成炭素質材料では1000mAh/gを越える負極放電容量を示すことが知られているが、対リチウム金属において0.8V以上の貴な電位で大きな容量を有するため金属酸化物等を正極に用い電池を構成した場合に放電電圧が低下する等の問題があった。 However, the negative electrode capacity due to intercalation has an upper limit as defined by the composition C 6 Li of the first stage graphite intercalation compound. In addition, it is industrially difficult to control the fine pore structure of the carbonaceous material and causes a decrease in the specific gravity of the carbonaceous material, which is effective in improving the negative electrode capacity per unit volume and thus the battery capacity per unit volume. It cannot be a means. Certain low-temperature calcined carbonaceous materials are known to exhibit negative electrode discharge capacities exceeding 1000 mAh / g. However, since they have a large capacity at a noble potential of 0.8 V or more with respect to lithium metal, metal oxides or the like are used. When a battery is configured for use as the positive electrode, there are problems such as a decrease in discharge voltage.
このような理由から、現状の炭素質材料では、今後の更なる電子機器の使用時間の長時間化、電源の高エネルギー密度化に対応することが困難と考えられ、よりいっそうリチウムの吸蔵・放出能力の大きい負極活物質が望まれている。 For these reasons, it is considered difficult for the current carbonaceous materials to cope with longer use time of electronic devices and higher energy density of the power source in the future. A negative electrode active material having a large capacity is desired.
一方、より高容量を実現可能な負極活物質としては、ある種のリチウム合金が電気化学的かつ可逆的に生成および分解することを応用した材料が広く研究されてきた。例えば、Li−Al合金が広く研究され、特許文献1にはSi合金が報告されている。しかし、これらの合金は、電池の負極に用いた場合、サイクル特性を劣化させてしまうという問題があった。その原因の1つとしては、これらの合金は、充放電に伴い膨張収縮し、充放電を繰り返す度に微粉化することが挙げられる。 On the other hand, as negative electrode active materials capable of realizing higher capacities, materials that apply the electrochemical and reversible generation and decomposition of certain lithium alloys have been widely studied. For example, a Li—Al alloy has been widely studied, and Patent Document 1 reports a Si alloy. However, when these alloys are used for the negative electrode of a battery, there is a problem that the cycle characteristics are deteriorated. One of the causes is that these alloys expand and contract with charging / discharging and are pulverized every time charging / discharging is repeated.
そこで、このような合金の微粉化を抑制するために、例えば、リチウムの吸蔵および放出に伴う膨張収縮に関与しない元素で一部を置換することが検討されてきた。例えば、LiSia Ob (0≦a、0<b<2)(特許文献2参照)、Lic Si1-d Md Oe (Mはアルカリ金属を除く金属元素もしくはケイ素を除く半金属元素を表し、0≦c、0<d<1、0<e<2である)(特許文献3参照)、Li−Ag−Te系合金(特許文献4参照)などが提案されている。また、1種以上の非金属元素と、長周期型周期表における14族の金属元素または半金属元素とを含む化合物(特許文献5参照)も提案されている。
しかしながら、これらの負極活物質を用いても、膨張収縮に由来するサイクル特性の劣化が大きく、高容量という特徴を活かしきれていないのが実状である。 However, even if these negative electrode active materials are used, the deterioration of cycle characteristics due to expansion and contraction is large, and the fact that the characteristics of high capacity cannot be fully utilized.
本発明はかかる問題に鑑みてなされたもので、その目的は、サイクル特性を向上させることができるリチウムイオン二次電池を提供することにある。 This invention is made | formed in view of this problem, The objective is to provide the lithium ion secondary battery which can improve cycling characteristics.
本発明によるリチウムイオン二次電池は、正極および負極と共に電解質を備え、負極は、リチウム(Li)を吸蔵および放出することが可能な金属元素または半金属元素の単体,合金および化合物からなる群のうちの少なくとも1種を含み、電解質は、化1の(1)〜(5)で表されるリチウム塩のうちの少なくとも1種よりなる第1のリチウム塩と、LiPF6 ,LiBF4 ,LiN(CF3 SO2 )2 ,LiN(C2 F5 SO2 )2 ,LiClO4 およびLiAsF6 のうちの少なくとも1種よりなる第2のリチウム塩とを含む電解液を含有し、電解液における第1のリチウム塩の濃度は、0.01mol/dm 3 以上0.5mol/dm 3 未満である。 Lithium-ion secondary battery according to the present invention, e Bei a cathode, an anode, negative electrode, a single metal element or a metalloid element capable of lithium (Li) occluding and releasing the group consisting of alloys and compounds The electrolyte includes a first lithium salt composed of at least one of lithium salts represented by chemical formulas (1) to (5) , and LiPF 6 , LiBF 4 , LiN. An electrolytic solution containing (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiClO 4 and a second lithium salt made of at least one of LiAsF 6 , The concentration of 1 lithium salt is 0.01 mol / dm 3 or more and less than 0.5 mol / dm 3 .
本発明によるリチウムイオン二次電池では、電解質に第1のリチウム塩が含まれていることから負極に安定な被膜が生成され、負極と電解質との間に生じる不可逆反応が抑制される。また、第1のリチウム塩は非水溶媒に溶解しにくく、電解質の導電率を低下させてしまう虞があるが、導電率の高い第2のリチウム塩が含まれているので、その導電率の低下が抑制される。 In the lithium ion secondary battery according to the present invention, since the electrolyte contains the first lithium salt, a stable film is generated on the negative electrode, and the irreversible reaction generated between the negative electrode and the electrolyte is suppressed. In addition, the first lithium salt is difficult to dissolve in a non-aqueous solvent and may reduce the conductivity of the electrolyte. However, since the second lithium salt having a high conductivity is included, the conductivity of the first lithium salt is low. Reduction is suppressed.
本発明のリチウムイオン二次電池によれば、電解質が、所定量の第1のリチウム塩と、第2のリチウム塩とを含む電解液を含有するようにしたので、高い導電率を保持しつつ、負極に安定な被膜を生成することができ、サイクル特性を向上させることができる。 According to the lithium ion secondary battery of the present invention, the electrolyte contains an electrolyte containing a predetermined amount of the first lithium salt and the second lithium salt, so that high conductivity is maintained. A stable film can be formed on the negative electrode, and cycle characteristics can be improved.
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.
図1は、本発明の一実施の形態に係る二次電池の断面構造を表すものである。この二次電池はいわゆるコイン型といわれるものであり、外装缶11内に収容された円板状の正極12と外装カップ13内に収容された円板状の負極14とがセパレータ15を介して積層されたものである。外装缶11および外装カップ13の周縁部は絶縁性のガスケット16を介してかしめることにより密閉されている。外装缶11および外装カップ13は、例えば、ステンレスあるいはアルミニウム(Al)などの金属によりそれぞれ構成されている。
FIG. 1 shows a cross-sectional structure of a secondary battery according to an embodiment of the present invention. This secondary battery is a so-called coin-type battery. A disc-shaped
正極12は、例えば、対向する一対の面を有する正極集電体12Aと、正極集電体12Aに設けられた正極活物質層12Bとを有している。正極集電体12Aは、例えば、アルミニウム箔,ニッケル(Ni)箔あるいはステンレス箔などの金属箔により構成されている。正極活物質層12B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のいずれか1種または2種以上を含んでおり、必要に応じて導電剤および結着剤を含んでいてもよい。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、硫化チタン(TiS2 ),硫化モリブデン(MoS2 ),セレン化ニオブ(NbSe2 )あるいは酸化バナジウム(V2 O5 )などのリチウムを含有しない金属硫化物あるいは金属酸化物など、またはリチウムを含有するリチウム含有化合物が挙げられる。
The
中でも、リチウム含有化合物は、高電圧および高エネルギー密度を得ることができるものがあるので好ましい。このようなリチウム含有化合物としては、例えば、化学式Lix MIO2 あるいはLiy MIIPO4 で表されるものが挙げられる。式中、MIおよびMIIは1種類以上の遷移金属を表し、特にコバルト(Co),ニッケル(Ni)およびマンガン(Mn)のうちの少なくとも1種を含むことが好ましい。より高い電圧を得ることができるからである。中でも、ニッケルを含むことがより好ましい。ニッケルを含むリチウム含有化合物は、リチウムイオンの拡散速度が速いので、導電率が低い電解液を用いても、内部抵抗が増大することを抑制することができるからである。なお、式中、xおよびyの値は電池の充放電状態によって異なり、通常、0.05≦x≦1.10、0.05≦y≦1.10である。化学式Lix MIO2 で表されるリチウム含有化合物の具体例としては、リチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2 )、リチウムニッケル複合酸化物(LiNiO2 )、リチウムニッケルコバルト複合酸化物(Liz Niv Co1-v O2 (式中、zおよびvは電池の充放電状態によって異なり、通常0<z<1、0.7<v<1.02である))、あるいはスピネル型構造を有するリチウムマンガン複合酸化物(LiMn2 O4 )などが挙げられる。 Among these, lithium-containing compounds are preferable because some compounds can obtain a high voltage and a high energy density. Examples of such lithium-containing compounds include those represented by the chemical formula Li x MIO 2 or Li y MIIPO 4 . In the formula, MI and MII represent one or more transition metals, and preferably contain at least one of cobalt (Co), nickel (Ni) and manganese (Mn). This is because a higher voltage can be obtained. Among these, it is more preferable that nickel is included. This is because the lithium-containing compound containing nickel has a high diffusion rate of lithium ions, and thus it is possible to suppress an increase in internal resistance even when an electrolytic solution having a low conductivity is used. In the formula, the values of x and y vary depending on the charge / discharge state of the battery, and are generally 0.05 ≦ x ≦ 1.10 and 0.05 ≦ y ≦ 1.10. Specific examples of the lithium-containing compound represented by the chemical formula Li x MIO 2 include lithium cobalt composite oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel composite oxide (LiNiO 2 ), and lithium nickel cobalt composite oxide (Li z Ni v Co). 1-v O 2 (wherein z and v vary depending on the charge / discharge state of the battery, and usually 0 <z <1, 0.7 <v <1.02)) or lithium manganese having a spinel structure Examples include composite oxide (LiMn 2 O 4 ).
負極14は、例えば、対向する一対の面を有する負極集電体14Aと、負極集電体14Aに設けられた負極活物質層14Bとを有している。負極集電体14Aは、例えば、銅(Cu)箔,ニッケル箔あるいはステンレス箔などの金属箔により構成されている。負極活物質層14B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金属元素または半金属元素の単体、合金および化合物のいずれか1種または2種以上を含んでいる。これにより、この二次電池では高容量を得ることができるようになっている。なお、本明細書において、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からなるものも含める。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。
The
リチウムを吸蔵および放出することが可能な金属元素あるいは半金属元素としては、例えば、マグネシウム(Mg),ホウ素(B),アルミニウム(Al),ガリウム(Ga),インジウム(In),ケイ素(Si),ゲルマニウム(Ge),スズ(Sn),鉛(Pb),アンチモン(Sb),ビスマス(Bi),カドミウム(Cd),銀(Ag),亜鉛(Zn),ハフニウム(Hf),ジルコニウム(Zr)あるいはイットリウム(Y)が挙げられる。これらの合金あるいは化合物としては、例えば化学式Mas Mbt で表されるものが挙げられる。この化学式において、Maはリチウムを吸蔵および放出することが可能な金属元素および半金属元素のうちの少なくとも1種を表し、MbはMa以外の元素のうちの少なくとも1種を表す。sおよびtの値はそれぞれs>0、t≧0である。 Examples of metal elements or metalloid elements capable of inserting and extracting lithium include magnesium (Mg), boron (B), aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In), and silicon (Si). , Germanium (Ge), tin (Sn), lead (Pb), antimony (Sb), bismuth (Bi), cadmium (Cd), silver (Ag), zinc (Zn), hafnium (Hf), zirconium (Zr) Or yttrium (Y) is mentioned. These alloys or compounds, such as those represented by the chemical formula Ma s Mb t. In this chemical formula, Ma represents at least one of a metal element and a metalloid element capable of inserting and extracting lithium, and Mb represents at least one of elements other than Ma. The values of s and t are s> 0 and t ≧ 0, respectively.
中でも長周期型周期表における14族の金属元素あるいは半金属元素の単体、合金または化合物が好ましく、特に好ましいのはケイ素あるいはスズ、またはこれらの合金あるいは化合物である。より高い容量を得ることができるからである。なお、これらは結晶質のものでもアモルファスのものでもよい。
Among these, a single element, alloy or compound of a
このような合金あるいは化合物について具体的に例を挙げれば、SiB4 .SiB6 ,Mg2 Si,Mg2 Sn,Ni2 Si,TiSi2 ,MoSi2 ,CoSi2 ,NiSi2 ,CaSi2 ,CrSi2 ,Cu5 Si,FeSi2 ,MnSi2 ,NbSi2 ,TaSi2 ,VSi2 ,WSi2 あるいはZnSi2 などのMcMdu (Mcはケイ素またはスズを表し、Mdは1種以上の金属元素を表し、u≧0である)で表される合金あるいは化合物、またはSiC,Si3 N4 ,Si2 N2 O,Ge2 N2 O,SiOv (0<V≦2),SnOw (0<W≦2),LiSiOあるいはLiSnOなどがある。 Specific examples of such alloys or compounds include SiB 4 . SiB 6, Mg 2 Si, Mg 2 Sn, Ni 2 Si, TiSi 2, MoSi 2, CoSi 2, NiSi 2, CaSi 2, CrSi 2, Cu 5 Si, FeSi 2, MnSi 2, NbSi 2, TaSi 2, VSi 2 , an alloy or compound represented by McMd u such as WSi 2 or ZnSi 2 (Mc represents silicon or tin, Md represents one or more metal elements, and u ≧ 0), or SiC, Si 3 N 4 , Si 2 N 2 O, Ge 2 N 2 O, SiO v (0 <V ≦ 2), SnO w (0 <W ≦ 2), LiSiO, or LiSnO.
なお、他の合金あるいは化合物としては、例えば、LiAl合金,LiAlMe合金(Meは長周期型周期表における2〜11族の元素および14族の元素からなる群のうちの少なくとも1種を表す),AlSb合金あるいはCuMgSb合金が挙げられる。
In addition, as other alloys or compounds, for example, LiAl alloy, LiAlMe alloy (Me represents at least one of the group consisting of group 2-11 elements and
このような合金あるいは化合物は、例えば、メカニカルアロイング法、または原料を混合して不活性雰囲気下あるいは還元性雰囲気下で加熱処理する方法により得られる。 Such an alloy or compound can be obtained, for example, by a mechanical alloying method or a method in which raw materials are mixed and heat-treated in an inert atmosphere or a reducing atmosphere.
負極活物質層14Bは、また、他の負極活物質,結着剤,導電剤あるいは充電に寄与しない他の材料を含んでいてもよい。他の負極活物質としては、リチウムを吸蔵および放出することが可能な炭素材料が挙げられる。この炭素材料は、サイクル特性に優れており、上記リチウムを吸蔵および放出することが可能な金属元素あるいは半金属元素の単体,合金および化合物のいずれか1種または2種以上と共に用いるようにすれば、高容量を得ることができると共に、サイクル特性を向上させることができるので好ましい。また、導電剤の役割を果たすこともできるので好ましい。炭素材料としては、例えば、難黒鉛化性炭素,易黒鉛化性炭素,黒鉛,カーボンブラック,繊維状炭素あるいは熱分解性炭素等が挙げられる。 The negative electrode active material layer 14B may also include other negative electrode active materials, binders, conductive agents, or other materials that do not contribute to charging. Examples of other negative electrode active materials include carbon materials capable of inserting and extracting lithium. This carbon material is excellent in cycle characteristics, and can be used together with one or more of simple substances, alloys and compounds of metal elements or metalloid elements capable of occluding and releasing lithium. It is preferable because a high capacity can be obtained and cycle characteristics can be improved. Moreover, since it can also play the role of a electrically conductive agent, it is preferable. Examples of the carbon material include non-graphitizable carbon, graphitizable carbon, graphite, carbon black, fibrous carbon, and pyrolytic carbon.
セパレータ15は、正極12と負極14とを隔離し、両極の接触による電流の短絡を防止しつつ、リチウムイオンを通過させるものである。このセパレータ15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よりなる合成樹脂製の多孔質膜、またはセラミック製の不織布などの無機材料よりなる多孔質膜により構成されており、これらの2種以上の多孔質膜を積層した構造とされていてもよい。
The
セパレータ15には、液状の電解質である電解液が含浸されている。電解液は、有機溶媒などの溶媒と、電解質塩とを含んでいる。有機溶媒としては、電解質塩を溶解し解離可能なものであればいずれを用いてもよく、1種を単独で用いても、2種以上を混合して用いてもよい。例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、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、ジエチルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、プロピオニトリル、アニソール、酢酸エステル、酪酸エステル、プロピオン酸エステルあるいはフルオロベンゼンが挙げられる。
The
電解質塩は、化学式LiB(Cx H2(x-2)O4 )(Cy H2(y-2)O4 )(xおよびyはそれぞれ2以上の整数である)で表されるリチウム塩の少なくとも1種よりなる第1のリチウム塩と、LiPF6 ,LiBF4 ,LiN(CF3 SO2 )2 ,LiN(C2 F5 SO2 )2 ,LiClO4 およびLiAsF6 のうちの少なくとも1種よりなる第2のリチウム塩とを含んでいる。サイクル特性を向上させることができるからである。その原因は明らかでないが、次のように推察される。第1のリチウム塩を含むことにより、負極14に安定な被膜が生成され、負極14と電解液との間に生じる不可逆反応が抑制される。しかし、第1のリチウム塩だけでは、電解液の導電率が低下してしまう。そこで、導電率を高くすることが可能な第2のリチウム塩を共に含むことにより、導電率を高く保持しつつ、不可逆反応を抑制することができるものと考えられる。
Lithium electrolyte salt represented by the chemical formula LiB (C x H 2 (x -2) O 4) (C y H 2 (y-2) O 4) (x and y is an integer of 2 or more, respectively) A first lithium salt comprising at least one of the salts, and at least one of LiPF 6 , LiBF 4 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiClO 4, and LiAsF 6. And a second lithium salt made of seeds. This is because the cycle characteristics can be improved. The cause is not clear, but it is presumed as follows. By including the first lithium salt, a stable film is generated on the
化学式LiB(Cx H2(x-2)O4 )(Cy H2(y-2)O4 )で表されるリチウム塩としては、xおよびyがそれぞれ7以下の整数であるものが好ましく、6以下の整数のものであればより好ましい。これ以上の分子量のものを用いると、電解液の粘度が高くなり、導電率が低下してしまう虞があるからである。中でも、LiB(C2 O4 )2 がより好ましい。 Examples of the lithium salt represented by the chemical formula LiB (C x H 2 (x -2) O 4) (C y H 2 (y-2) O 4), those x and y is 7 or less each integer Preferably, an integer of 6 or less is more preferable. This is because if a molecular weight higher than this is used, the viscosity of the electrolytic solution increases and the electrical conductivity may decrease. Among these, LiB (C 2 O 4 ) 2 is more preferable.
電解液における第1のリチウム塩の濃度は、0.01mol/dm3 以上0.5mol/dm3 未満であることが好ましく、0.05mol/dm3 以上0.45mol/dm3 以下であればより好ましい。リチウム塩が少なすぎると、所望の厚みを有する被膜が生成されない虞があり、逆に、多すぎると、負極14の表面に形成される被膜の厚みが厚くなりすぎて、充放電に際し、負極14におけるリチウムの吸蔵および放出が妨げられる虞があるからである。
Concentration of the first lithium salt in the electrolytic solution is preferably less than 0.01 mol / dm 3 or more 0.5 mol / dm 3, more if 0.05 mol / dm 3 or more 0.45 mol / dm 3 or less preferable. If the lithium salt is too small, a film having a desired thickness may not be formed. Conversely, if the lithium salt is too large, the film formed on the surface of the
電解質塩は、また、第1のリチウム塩および第2のリチウム塩に加えて、これら以外の他のリチウム塩のいずれか1種または2種以上を含んでいてもよい。他のリチウム塩としては、例えば、LiB(C6 H5 )4 ,CH3 SO3 Li,CF3 SO3 Li,LiClあるいはLiBrが挙げられる。 In addition to the first lithium salt and the second lithium salt, the electrolyte salt may contain any one or more of other lithium salts other than these. Examples of other lithium salts include LiB (C 6 H 5 ) 4 , CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, LiCl, or LiBr.
なお、電解液に代えて、ゲル状電解質を用いてもよい。ゲル状電解質は、例えば、高分子化合物に電解液を保持させたものである。電解液(すなわち、溶媒および電解質塩等)については、上述のとおりである。高分子化合物としては、例えば、電解液を吸収してゲル化するものであればよく、そのような高分子化合物としては、例えば、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素系高分子化合物、ポリエチレンオキサイドあるいはポリエチレンオキサイドを含む架橋体などのエーテル系高分子化合物、またはポリアクリロニトリルなどが挙げられる。特に、酸化還元安定性の点からは、フッ素系高分子化合物が望ましい。このゲル状電解質における第1のリチウム塩の濃度は、電解液と同様である。すなわち、第1のリチウム塩の濃度はゲル電解質中の電解液において、0.01mol/dm3 以上0.5mol/dm3 未満であることが好ましく、0.05mol/dm3 以上0.45mol/dm3 以下であればより好ましい。 A gel electrolyte may be used in place of the electrolytic solution. The gel electrolyte is obtained, for example, by holding an electrolytic solution in a polymer compound. The electrolytic solution (that is, the solvent, the electrolyte salt, etc.) is as described above. As the polymer compound, for example, any polymer that absorbs an electrolytic solution and gelates can be used. Examples of such a polymer compound include polyvinylidene fluoride or a copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropropylene. And a fluorine-based polymer compound such as polyethylene oxide or an ether-based polymer compound such as a crosslinked product containing polyethylene oxide, or polyacrylonitrile. In particular, a fluorine-based polymer compound is desirable from the viewpoint of redox stability. The concentration of the first lithium salt in this gel electrolyte is the same as that of the electrolytic solution. That is, the concentration of the first lithium salt in the electrolytic solution in the gel electrolyte is preferably less than 0.01 mol / dm 3 or more 0.5mol / dm 3, 0.05mol / dm 3 or more 0.45 mol / dm It is more preferable if it is 3 or less.
この二次電池では、充電を行うと、例えば、正極活物質層12Bからリチウムイオンが放出され、電解質を介して負極活物質層14Bに吸蔵される。放電を行うと、例えば、負極活物質層14Bからリチウムイオンが放出され、電解質を介して正極活物質層12Bに吸蔵される。その際、負極14に第1のリチウム塩に基づく安定な被膜が生成され、負極14と電解質との間に生じる不可逆反応が抑制される。
In the secondary battery, when charged, for example, lithium ions are released from the positive electrode
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、正極活物質と、必要に応じて導電剤と結着剤とを混合して正極合剤を調製し、この正極合剤をN−メチル−2−ピロリドンなどの溶剤に分散させて正極合剤スラリーとする。次いで、正極合剤スラリーを正極集電体12Aに塗布し乾燥させたのち、圧縮成型して正極活物質層12Bを形成し、正極12を作製する。
First, for example, a positive electrode active material, and optionally a conductive agent and a binder are mixed to prepare a positive electrode mixture, and this positive electrode mixture is dispersed in a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone. A positive electrode mixture slurry is obtained. Next, the positive electrode mixture slurry is applied to the positive electrode
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元素あるいは半金属元素の単体,合金および化合物のいずれか1種または2種以上と、必要に応じて結着剤とを混合して負極合剤を調製し、この負極合剤をN−メチル−2−ピロリドンなどの溶剤に分散させて負極合剤スラリーとする。次いで、負極合剤スラリーを負極集電体14Aに塗布し乾燥させたのち、圧縮成型して負極活物質層14Bを形成し、負極14を作製する。
In addition, for example, any one or more of a single element, alloy, or compound of a metal element or a metalloid element capable of inserting and extracting lithium, and a binder as necessary may be mixed to form a negative electrode A mixture is prepared, and this negative electrode mixture is dispersed in a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone to obtain a negative electrode mixture slurry. Next, the negative electrode mixture slurry is applied to the negative electrode current collector 14A and dried, and then compression-molded to form the negative electrode active material layer 14B, whereby the
そののち、例えば、負極14、電解質が含浸されたセパレータ15および正極12を積層して、外装カップ13と外装缶11との中に入れ、それらをかしめる。これにより、図1に示した二次電池が完成する。
After that, for example, the
このように本実施の形態では、電解質が、第1のリチウム塩と、第2のリチウム塩とを含むようにしたので、高い導電率を保持しつつ、負極14に安定な被膜を生成することができ、サイクル特性を向上させることができる。
As described above, in the present embodiment, since the electrolyte contains the first lithium salt and the second lithium salt, a stable coating film is generated on the
特に、電解液における第1のリチウム塩の濃度を、0.01mol/dm3 以上0.5mol/dm3 未満とするようにすれば、より高い効果を得ることができる。 In particular, if the concentration of the first lithium salt in the electrolytic solution is 0.01 mol / dm 3 or more and less than 0.5 mol / dm 3 , a higher effect can be obtained.
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1−1〜1−10)
まず、リチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2 )91重量部と導電剤であるグラファイト(ロンザ製KS−6)6重量部と結着剤であるポリフッ化ビニリデン3重量部とを混合して正極合剤を調製したのち、溶剤であるN−メチル−2−ピロリドンに分散させて正極合剤スラリーを作製した。次いで、正極合剤スラリーをアルミニウム箔よりなる正極集電体12Aに塗布し乾燥させたのち圧縮成型して正極活物質層12Bを形成した。そののち、直径15.2mmのペレットに打ち抜き、正極12を作製した。
( Experimental Examples 1-1 to 1-10)
First, 91 parts by weight of lithium cobalt composite oxide (LiCoO 2 ), 6 parts by weight of graphite (KS-6 made by Lonza) and 3 parts by weight of polyvinylidene fluoride as a binder were mixed to form a positive electrode mixture. Then, the mixture was dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent to prepare a positive electrode mixture slurry. Next, the positive electrode mixture slurry was applied to a positive electrode
また、銅粉末20gとスズ粉末80gとを混合し、この混合物を石英ボートに入れ、アルゴンガス雰囲気中において1000℃に加熱し、室温まで放冷した。これにより得られた塊を、アルゴンガス雰囲気でボールミルにて粉砕し、銅−スズ(Cu−Sn)合金粉末を得た。次いで、この銅−スズ合金粉末を負極活物質として用い、銅−スズ合金粉末80重量部と、導電剤および負極活物質であるグラファイト(ロンザ製KS−6)10重量部およびアセチレンブラック2重量部と結着剤であるポリフッ化ビニリデン8重量部とを混合して負極合剤を調製したのち、溶剤であるN−メチル−2−ピロリドンに分散させて負極合剤スラリーを作製した。次いで、銅箔よりなる負極集電体14Aに塗布し乾燥させたのち圧縮成型して負極活物質層14Bを形成した。そののち、直径15.5mmのペレットに打ち抜き、負極14を作製した。
Moreover, 20 g of copper powder and 80 g of tin powder were mixed, this mixture was put into a quartz boat, heated to 1000 ° C. in an argon gas atmosphere, and allowed to cool to room temperature. The lump thus obtained was pulverized by a ball mill in an argon gas atmosphere to obtain a copper-tin (Cu-Sn) alloy powder. Next, using this copper-tin alloy powder as a negative electrode active material, 80 parts by weight of copper-tin alloy powder, 10 parts by weight of a conductive agent and negative electrode active material graphite (KS-6 made by Lonza), and 2 parts by weight of acetylene black And 8 parts by weight of polyvinylidene fluoride as a binder were mixed to prepare a negative electrode mixture, and then dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent to prepare a negative electrode mixture slurry. Subsequently, it apply | coated to the negative electrode collector 14A which consists of copper foil, and after making it dry, it compression-molded and formed the negative electrode active material layer 14B. After that, it was punched into a pellet having a diameter of 15.5 mm to produce a
更に、エチレンカーボネート20重量%とジメチルカーボネート80重量%との混合溶媒に、第1のリチウム塩と第2のリチウム塩とを溶解させ、電解液を作製した。第1のリチウム塩には構造式が化2で表されるLiB(C2 O4 )2 を用い、第2のリチウム塩にはLiPF6 を用いた。電解液におけるLiB(C2 O4 )2 およびLiPF6 の濃度は、実験例1−1〜1−10で表1に示したように変化させた。 Further, the first lithium salt and the second lithium salt were dissolved in a mixed solvent of 20% by weight of ethylene carbonate and 80% by weight of dimethyl carbonate to prepare an electrolytic solution. LiB (C 2 O 4 ) 2 represented by the chemical formula 2 was used for the first lithium salt, and LiPF 6 was used for the second lithium salt. The concentrations of LiB (C 2 O 4 ) 2 and LiPF 6 in the electrolytic solution were changed as shown in Table 1 in Experimental Examples 1-1 to 1-10.
次いで、外装カップ13に負極14および厚み30μmの微多孔性ポリプロピレンフィルムよりなるセパレータ15をこの順で積層し、この上から電解液を注入し、正極12を入れた外装缶11を被せたのち、外装カップ13および外装缶11の周縁部をガスケット16を介してかしめることにより、直径20mm、高さ2.5mmのコイン型の二次電池を作製した。
Next, a
また、実験例1−1〜1−10に対する比較例1−1,1−2として、電解液におけるLiB(C2 O4 )2 およびLiPF6 の濃度を表1に示したように変えたことを除き、他は実験例1−1〜1−10と同様にして二次電池を作製した。また、実験例1−1〜1−10に対する比較例1−3,1−4として、銅−スズ合金およびグラファイト(ロンザ製KS−6)に代えて、グラファイト(ロンザ製KS−44)を用いると共に、LiB(C2 O4 )2 およびLiPF6 の濃度を表1に示したように変えたことを除き、他は実験例1−1〜1−10と同様にして二次電池を作製した。 Further, as Comparative Examples 1-1 and 1-2 for Experimental Examples 1-1 to 1-10, the concentrations of LiB (C 2 O 4 ) 2 and LiPF 6 in the electrolytic solution were changed as shown in Table 1. Other than the above, secondary batteries were fabricated in the same manner as in Experimental Examples 1-1 to 1-10. Further, as Comparative Examples 1-3 and 1-4 with respect to Experimental Examples 1-1 to 1-10, graphite (KS-44 made by Lonza) is used instead of copper-tin alloy and graphite (KS-6 made by Lonza). In addition, a secondary battery was fabricated in the same manner as in Experimental Examples 1-1 to 1-10 except that the concentrations of LiB (C 2 O 4 ) 2 and LiPF 6 were changed as shown in Table 1. .
作製した実験例1−1〜1−10および比較例1−1〜1−4の二次電池について、初期容量およびサイクル特性を次のようにして評価した。その結果を表1に示す。 For the fabricated secondary batteries of Experimental Examples 1-1 to 1-10 and Comparative Examples 1-1 to 1-4, the initial capacity and cycle characteristics were evaluated as follows. The results are shown in Table 1.
〈初期容量〉
25℃の環境中において、1mAの定電流定電圧充電を上限電圧4.2Vまで行ったのち、1mAの定電流放電を終止電圧2.5Vまで行い、放電容量を求めた。放電容量は、放電容量( mAh)=1 mA×放電時間( h) により求めた。
<Initial capacity>
In a 25 ° C. environment, 1 mA constant current constant voltage charging was performed up to an upper limit voltage of 4.2 V, then 1 mA constant current discharging was performed up to a final voltage of 2.5 V, and the discharge capacity was determined. The discharge capacity was determined by the following formula: discharge capacity (mAh) = 1 mA × discharge time (h).
〈サイクル特性〉
25℃の環境中において、2mAの定電流定電圧充電を上限電圧4.2Vまで行ったのち、2mAの定電流放電を終止電圧2.5Vまで行い、同一の充放電条件で充放電を100サイクル行い、1サイクル目の放電容量を100とした場合の100サイクル目の放電容量維持率(%) を求めた。
<Cycle characteristics>
In a 25 ° C environment, 2 mA constant current and constant voltage charge was performed up to the upper limit voltage of 4.2 V, then 2 mA constant current discharge was performed up to a final voltage of 2.5 V, and 100 cycles of charge and discharge were performed under the same charge and discharge conditions. The discharge capacity retention rate (%) at the 100th cycle when the discharge capacity at the first cycle was set to 100 was determined.
表1から明らかなように、第1のリチウム塩と第2のリチウム塩とを混合して用いた実験例1−1〜1−10によれば、第1のリチウム塩および第2のリチウム塩のいずれか一方を用いた比較例1−1,1−2に比べて、高い容量維持率が得られた。この原因は明らかでないが、銅−スズ合金上にLiB(C2 O4 )2 に由来する被膜が生成されると共に、LiPF6 によりLiB(C2 O4 )2 に基づく電解液の導電率の低下が抑制されたためと考えられる。 As is clear from Table 1, according to Experimental Examples 1-1 to 1-10 in which the first lithium salt and the second lithium salt are mixed and used, the first lithium salt and the second lithium salt are used. As compared with Comparative Examples 1-1 and 1-2 using any one of the above, a high capacity retention rate was obtained. The cause of this is not clear, but a film derived from LiB (C 2 O 4 ) 2 is formed on the copper-tin alloy, and the conductivity of the electrolyte based on LiB (C 2 O 4 ) 2 is increased by LiPF 6 . This is probably because the decrease was suppressed.
これに対して、負極活物質にグラファイトのみを用いた比較例1−3,1−4では、第2のリチウム塩のみを用いた比較例1−3の方が、第1のリチウム塩と第2のリチウム塩とを混合して用いた比較例1−4よりも初期容量および容量維持率共に高かった。これは、合金よりも電解液との反応性が低いグラファイト上では、LiB(C2 O4 )2 に由来する被膜が生成されにくいことが大きな原因と推察される。 On the other hand, in Comparative Examples 1-3 and 1-4 using only graphite as the negative electrode active material, Comparative Example 1-3 using only the second lithium salt is different from the first lithium salt and the first lithium salt. Both the initial capacity and the capacity retention rate were higher than those of Comparative Example 1-4, which was used by mixing 2 lithium salts. This is presumably due to the fact that a film derived from LiB (C 2 O 4 ) 2 is hardly generated on graphite, which has a lower reactivity with the electrolyte than the alloy.
また、負極活物質に銅−スズ合金を用いた実験例1−1〜1−10では、初期容量が7.0mAh以上であるのに対して、グラファイトのみを用いた比較例1−3,−1−4では、5.5mAh未満であった。すなわち、負極14がスズの合金を含む場合において、電解質に第1のリチウム塩と第2のリチウム塩とを含むようにすれば、大きな容量を得ることができ、かつサイクル特性を向上させることができることが分かった。
In Experimental Examples 1-1 to 1-10 using a copper-tin alloy as the negative electrode active material, the initial capacity is 7.0 mAh or more, whereas Comparative Examples 1-3 and − using only graphite are used. In 1-4, it was less than 5.5 mAh. That is, when the
また、実験例1−1〜1−10から明らかなように、容量維持率は電解液における第1のリチウム塩の濃度が増加すると向上し、極大値を示したのち低下する傾向が見られた。すなわち、電解液における第1のリチウム塩の濃度は0.01mol/dm3 以上0.5mol/dm3 未満とすることが好ましく、0.05mol/dm3 以上0.45mol/dm3 以下とすればより好ましいことが分かった。 Further, as apparent from Experimental Examples 1-1 to 1-10, the capacity retention ratio was improved when the concentration of the first lithium salt in the electrolytic solution was increased, and a tendency to decrease after showing the maximum value was observed. . That is, the concentration of the first lithium salt in the electrolytic solution is preferably 0.01 mol / dm 3 or more and less than 0.5 mol / dm 3, and is 0.05 mol / dm 3 or more and 0.45 mol / dm 3 or less. It turned out to be more preferable.
(実験例2−1〜2−10)
第2のリチウム塩に表2に示したリチウム塩を用いると共に、電解液におけるそのリチウム塩の濃度を表2に示したように変えたことを除き、他は実験例1−1〜1−10と同様にして二次電池を作製した。実験例2−1〜2−10の二次電池についても、実験例1−1〜1−10と同様にして初期容量およびサイクル特性を評価した。その結果を実験例1−7,1−5および比較例1−1,1−2の結果と共に表2に示す。
( Experimental examples 2-1 to 2-10)
With a lithium salt shown in the second lithium salt in Table 2, except that the concentration of the lithium salt in the electrolytic solution were changed as shown in Table 2, other experimental examples 1-1 to 1-10 A secondary battery was fabricated in the same manner as described above. Regarding the secondary batteries of Experimental Examples 2-1 to 2-10 were evaluated initial capacity and cycle characteristics in the same manner as in Experimental Example 1-1 to 1-10. The results are shown in Table 2 together with the results of Experimental Examples 1-7 and 1-5 and Comparative Examples 1-1 and 1-2.
表2から明らかなように、実験例2−1〜2−10によれば、実験例1−5,1−7と同様に、比較例1−1,1−2に比べて高い容量維持率が得られた。すなわち、第2のリチウム塩に、LiBF4 ,LiN(CF3 SO2 )2 ,LiN(C2 F5 SO2 )2 ,LiClO4 またはLiAsF6 を用いても、サイクル特性を向上させることができることが分かった。 As is apparent from Table 2, according to Experimental Examples 2-1 to 2-10, the capacity retention rate is higher than Comparative Examples 1-1 and 1-2, similarly to Experimental Examples 1-5 and 1-7. was gotten. That is, even if LiBF 4 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiClO 4 or LiAsF 6 is used for the second lithium salt, cycle characteristics can be improved. I understood.
(実験例3−1〜3−5)
第1のリチウム塩に、LiB(C2 O4 )2 に代えて表3に示したリチウム塩を用いたことを除き、他は実験例1−5と同様にして二次電池を作製した。つまり、実験例3−1は、第1のリチウム塩に構造式が化3で表されるLiB(C2 O4 )(C4 H4 O4 )を用いたものであり、実験例3−2は構造式が化4で表されるLiB(C3 H2 O4 )(C4 H4 O4 )を用いたものであり、実験例3−3は構造式が化5で表されるLiB(C4 H4 O4 )2 を用いたものであり、実験例3−4は構造式が化6で表されるLiB(C6 H8 O4 )(C7 H10O4 )を用いたものであり、実験例3−5は構造式が化7で表されるLiB(C7 H10O4 )(C8 H12O4 )を用いたものである。実験例3−1〜3−5の二次電池についても、実験例1−5と同様にして初期容量およびサイクル特性を評価した。その結果を実験例1−5および比較例1−1,1−2の結果と共に表3に示す。
( Experimental examples 3-1 to 3-5)
A secondary battery was fabricated in the same manner as in Experimental Example 1-5, except that the lithium salt shown in Table 3 was used instead of LiB (C 2 O 4 ) 2 for the first lithium salt. That is, the experimental example 3-1, which was used LiB represented by the structural formula of 3 to the first lithium salt (C 2 O 4) (C 4 H 4 O 4), Experiment 3 2 uses LiB (C 3 H 2 O 4 ) (C 4 H 4 O 4 ) whose structural formula is represented by chemical formula 4 , and Experimental Example 3-3 has a structural formula represented by chemical formula 5. LiB (C 4 H 4 O 4 ) 2 is used, and Experimental Example 3-4 is an example in which LiB (C 6 H 8 O 4 ) (C 7 H 10 O 4 ) represented by the chemical formula 6 is Experimental Example 3-5 uses LiB (C 7 H 10 O 4 ) (C 8 H 12 O 4 ) whose structural formula is represented by Chemical Formula 7. For the secondary batteries of Experimental Examples 3-1 to 3-5, the initial capacity and the cycle characteristics were evaluated in the same manner as in Experimental Example 1-5. The results are shown in Table 3 together with the results of Experimental Example 1-5 and Comparative Examples 1-1 and 1-2.
表3から明らかなように、実験例3−1〜3−5によれば、実験例1−5と同様に、比較例1−1,1−2に比べて高い容量維持率が得られた。すなわち、第1のリチウム塩に、LiB(C2 O4 )2 以外の化学式LiB(Cx H2(x-2)O4 )(Cy H2(y-2)O4 )で表される他のリチウム塩を用いても、サイクル特性を向上させることができることが分かった。 As is clear from Table 3, according to Experimental Examples 3-1 to 3-5, a capacity retention rate higher than that of Comparative Examples 1-1 and 1-2 was obtained as in Experimental Example 1-5. . That is, the first lithium salt, represented by LiB (C 2 O 4) 2 other than formula LiB (C x H 2 (x -2) O 4) (C y H 2 (y-2) O 4) It was found that the cycle characteristics can be improved even when other lithium salts are used.
また、実験例1−5,3−1〜3−5から分かるように、化学式LiB(Cx H2(x-2)O4 )(Cy H2(y-2)O4 )において、xおよびyの値がそれぞれ大きくなると、初期容量および容量維持率が低下する傾向が見られた。すなわち、化学式LiB(Cx H2(x-2)O4 )(Cy H2(y-2)O4 )において、xおよびyはそれぞれ7以下の整数であることが好ましく、6以下の整数であればより好ましいことが分かった。 As can be seen from Experimental Examples 1-5, 3-1 to 3-5, in the chemical formula LiB (C x H 2 (x-2) O 4 ) (C y H 2 (y-2) O 4 ), As the values of x and y increased, the initial capacity and capacity retention rate tended to decrease. That is, the formula LiB (C x H 2 (x -2) O 4) in (C y H 2 (y- 2) O 4), it is preferable that x and y are each 7 an integer, of 6 or less It turned out that it is more preferable if it is an integer.
(実験例4−1,4−2)
正極活物質としてLiCoO2 に代えてLiNi0.8 Co0.2 O2 またはLiNi0.4 Mn0.3 Co0.3 O2 を用いたことを除き、他は実験例1−5と同様にして二次電池を作製した。また、実験例4−1,4−2に対する比較例4−1,4−2として、第1のリチウム塩を用いなかったことを除き、他は実験例4−1,4−2と同様にして二次電池を作製した。実験例4−1,4−2および比較例4−1,4−2の二次電池についても、実験例1−5と同様にして初期容量およびサイクル特性を評価した。その結果を実験例1−5および比較例1−1の結果と共に表4に示す。
( Experimental examples 4-1, 4-2)
A secondary battery was fabricated in the same manner as in Experimental Example 1-5, except that LiNi 0.8 Co 0.2 O 2 or LiNi 0.4 Mn 0.3 Co 0.3 O 2 was used as the positive electrode active material instead of LiCoO 2 . Further, except that as a comparative example 4-1 and 4-2 to the experimental examples 4-1 and 4-2, was not used first lithium salt and the other in the same manner as in Experimental Example 4-1 and 4-2 A secondary battery was manufactured. For the secondary batteries of Experimental Examples 4-1 and 4-2 and Comparative Examples 4-1 and 4-2, the initial capacity and cycle characteristics were evaluated in the same manner as in Experimental Example 1-5. The results are shown in Table 4 together with the results of Experimental Example 1-5 and Comparative Example 1-1.
表4から明らかなように、実験例4−1,4−2によれば、実験例1−5に比べて高い容量維持率が得られた。これは、正極活物質にリチウムの拡散速度が速いニッケルを含むリチウム含有化合物を用いているので、LiB(C2 O4 )2 を用いた導電率が低い電解液の影響を受けにくいためと考えられる。 As is apparent from Table 4, according to Experimental Examples 4-1 and 4-2, a higher capacity retention rate was obtained than in Experimental Example 1-5. This is thought to be because the positive electrode active material is made of a lithium-containing compound containing nickel, which has a high diffusion rate of lithium, and is therefore less susceptible to an electrolyte solution having low conductivity using LiB (C 2 O 4 ) 2. It is done.
これに対して、第2のリチウム塩のみを用いた比較例1−1,4−1,4−2では、ニッケルを含まないリチウム含有化合物を用いた比較例1−1とニッケルを含むリチウム含有化合物を用いた比較例4−1,4−2とで、初期容量および容量維持率の両方ともほとんど差が見られなかった。これは、LiPF6 を単独で用いた電解液は導電率が高いので、電池特性はその電解液の性質に大きく影響し、リチウム含有化合物の性質には影響を受けにくいためと考えられる。 On the other hand, in Comparative Examples 1-1, 4-1 and 4-2 using only the second lithium salt, Comparative Example 1-1 using a lithium-containing compound not containing nickel and lithium containing nickel In Comparative Examples 4-1 and 4-2 using the compound, there was almost no difference in both initial capacity and capacity retention. This is presumably because the electrolyte using LiPF 6 alone has high electrical conductivity, so that the battery characteristics greatly affect the properties of the electrolyte and are hardly affected by the properties of the lithium-containing compound.
すなわち、電解質塩に第1のリチウム塩および第2のリチウム塩を用いると共に、正極12にリチウムとニッケルと酸素とを含むリチウム含有化合物を用いるようにすれば、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 first lithium salt and the second lithium salt are used for the electrolyte salt and the lithium-containing compound containing lithium, nickel, and oxygen is used for the
(実験例5−1〜5−3)
銅−スズ合金に代えて銅−ケイ素(Cu−Si)合金を用いると共に、第2のリチウム塩に表5に示したリチウム塩を用い、そのリチウムの電解液における含有量を表5に示したように変えたことを除き、他は実験例4−2と同様にして二次電池を作製した。なお、銅−ケイ素合金は、原料に銅粉末20重量%とケイ素粉末80重量%とを用いたことを除き、他は実験例1−1の銅−スズ合金と同様にして作製した。また、実験例5−1〜5−3に対する比較例5−1,5−2として、電解液におけるLiB(C2 O4 )2 およびLiPF6 の濃度を表5に示したように変えたことを除き、他は実験例5−1と同様にして二次電池を作製した。実験例5−1〜5−3および比較例5−1,5−2の二次電池についても、実験例4−2と同様にして初期容量およびサイクル特性を評価した。その結果を表5に示す。
( Experimental examples 5-1 to 5-3)
A copper-silicon (Cu-Si) alloy was used in place of the copper-tin alloy, and the lithium salt shown in Table 5 was used as the second lithium salt, and the lithium content in the electrolyte was shown in Table 5. A secondary battery was fabricated in the same manner as in Experimental Example 4-2 except for the above changes. The copper-silicon alloy was prepared in the same manner as the copper-tin alloy of Experimental Example 1-1 except that 20 wt% copper powder and 80 wt% silicon powder were used as raw materials. Further, as Comparative Examples 5-1 and 5-2 with respect to Experimental Examples 5-1 to 5-3, the concentrations of LiB (C 2 O 4 ) 2 and LiPF 6 in the electrolytic solution were changed as shown in Table 5. Other than the above, a secondary battery was fabricated in the same manner as in Experimental Example 5-1. Regarding the secondary batteries of Experimental Examples 5-1 to 5-3 and Comparative Examples 5-1 and 5-2 were evaluated for initial capacity and cycle characteristics in the same manner as in Experimental Example 4-2. The results are shown in Table 5.
表5から明らかなように、実験例5−1〜5−3によれば、第1のリチウム塩および第2のリチウム塩のいずれか一方を用いた比較例5−1,5−2に比べて高い容量維持率が得られた。すなわち、負極14がケイ素の合金を含む場合においても、電解質に第1のリチウム塩と第2のリチウム塩とを含むようにすれば、サイクル特性を向上させることができることが分かった。
As is apparent from Table 5, according to Experimental Examples 5-1 to 5-3, compared with Comparative Examples 5-1 and 5-2 using either the first lithium salt or the second lithium salt. A high capacity retention rate was obtained. That is, even when the
なお、上記実施例では、化学式LiB(Cx H2(x-2)O4 )(Cy H2(y-2)O4 )で表されるリチウム塩について具体的に例を挙げて説明したが、上記効果は、そのリチウム塩の構造に起因するものと考えられる。従って、化学式LiB(Cx H2(x-2)O4 )(Cy H2(y-2)O4 )で表される他のリチウム塩を用いても、同様の効果を得ることができる。 In the above embodiment, the chemical formula LiB (C x H 2 (x -2) O 4) (C y H 2 (y-2) O 4) lithium salt represented by by way of specific examples described However, the above effect is considered to be due to the structure of the lithium salt. Therefore, the formula LiB (C x H 2 (x -2) O 4) be used (C y H 2 (y- 2) O 4) other lithium salt represented by, is possible to obtain the same effect it can.
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、電解液または固体状の電解質の1種であるゲル状電解質を用いる場合について説明したが、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、イオン伝導性を有する高分子化合物に電解質塩を分散させた高分子固体電解質、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よりなるイオン伝導性無機化合物、またはこれらのイオン伝導性無機化合物と電解液とを混合したもの、またはこれらのイオン伝導性無機化合物とゲル状電解質あるいは高分子固体電解質とを混合したものが挙げられる。高分子固体電解質の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、アクリレート系高分子化合物を単独あるいは混合してまたは共重合させて用いることができる。また、無機固体電解質としては、窒化リチウムあるいはヨウ化リチウムなどを用いることができる。 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 of using a gel electrolyte which is one type of electrolytic solution or solid electrolyte has been described, but another electrolyte may be used. Other electrolytes include, for example, a polymer solid electrolyte in which an electrolyte salt is dispersed in a polymer compound having ion conductivity, an ion conductive inorganic compound made of ion conductive ceramics, ion conductive glass or ionic crystals, Or what mixed these ion conductive inorganic compounds and electrolyte solution, or what mixed these ion conductive inorganic compounds, gel-like electrolyte, or polymer solid electrolyte is mentioned. Examples of the polymer compound of the solid polymer electrolyte include, for example, an ether polymer compound such as polyethylene oxide or a crosslinked product containing polyethylene oxide, an ester polymer compound such as polymethacrylate, and an acrylate polymer compound. Or may be copolymerized. As the inorganic solid electrolyte, lithium nitride, lithium iodide, or the like can be used.
また、上記実施の形態および実施例では、コイン型の二次電池を具体的に挙げて説明したが、本発明は、円筒型、ボタン型、角型あるいはラミネートフィルムなどの外装部材を用いた他の形状を有する二次電池、または巻回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。 Further, in the above embodiments and examples, a coin-type secondary battery has been specifically described, but the present invention is not limited to the use of an exterior member such as a cylindrical type, a button type, a square type, or a laminate film. two have a shape battery or Ru can be similarly applied to secondary batteries having other structures, such as winding structure.
11…外装缶、12…正極、12A…正極集電体、12B…正極活物質層、13…外装カップ、14…負極、14A…負極集電体、14B…負極活物質層、15…セパレータ、16…ガスケット。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記負極は、リチウム(Li)を吸蔵および放出することが可能な金属元素または半金属元素の単体,合金および化合物からなる群のうちの少なくとも1種を含み、
前記電解質は、化1の(1)〜(5)で表されるリチウム塩のうちの少なくとも1種よりなる第1のリチウム塩と、LiPF6 ,LiBF4 ,LiN(CF3 SO2 )2 ,LiN(C2 F5 SO2 )2 ,LiClO4 およびLiAsF6 のうちの少なくとも1種よりなる第2のリチウム塩とを含む電解液を含有し、
前記電解液における前記第1のリチウム塩の濃度は、0.01mol/dm 3 以上0.5mol/dm 3 未満である
リチウムイオン二次電池。
The negative electrode includes at least one member selected from the group consisting of simple elements, alloys, and compounds of metal elements or metalloid elements capable of inserting and extracting lithium (Li),
The electrolyte includes a first lithium salt made of at least one of lithium salts represented by chemical formulas (1) to (5) , LiPF 6 , LiBF 4 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , An electrolyte solution containing LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiClO 4 and a second lithium salt made of at least one of LiAsF 6 ;
The concentration of the first lithium salt in the electrolytic solution is 0.01 mol / dm 3 or more and less than 0.5 mol / dm 3.
Lithium ion secondary battery.
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