JP5777982B2 - Non-aqueous electrolyte battery - Google Patents
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Description
本発明は、非水電解液電池に係り、特に、正極活物質を含む正極板と、負極活物質を含む負極板とがエチレンカーボネートを含む非水電解液に浸潤された非水電解液電池に関する。 The present invention relates to a non-aqueous electrolyte battery, and more particularly, to a non-aqueous electrolyte battery in which a positive electrode plate containing a positive electrode active material and a negative electrode plate containing a negative electrode active material are infiltrated with a non-aqueous electrolyte solution containing ethylene carbonate. .
従来、密閉型電池は家電製品に汎用されており、近年では、密閉型電池の中でも特にリチウム二次電池が数多く用いられるに至っている。また、リチウム二次電池は、高エネルギー密度であることから、電気自動車(EV)やハイブリッド車(HEV)の車載電源としても開発が進められ、一部が実用化されている。 Conventionally, sealed batteries have been widely used in household electrical appliances, and in recent years, lithium secondary batteries have been used in particular, among sealed batteries. Further, since lithium secondary batteries have a high energy density, they are being developed as in-vehicle power sources for electric vehicles (EV) and hybrid vehicles (HEV), and some of them are put into practical use.
通常、リチウム二次電池では、正極活物質、負極活物質がそれぞれ金属箔に塗着された帯状の正極板、負極板がセパレータを介して直接接触しないように捲回された捲回群を備えている。この捲回群が電解液に浸潤されて電池容器に収容されている。電気自動車の車載電源等では、高容量の電池が要求されており、電池性能の向上を図るため、電解液として可燃性を有する有機溶媒を用いた非水電解液タイプの密閉型リチウム二次電池が使用されている。 Usually, a lithium secondary battery includes a strip-like positive electrode plate in which a positive electrode active material and a negative electrode active material are respectively applied to a metal foil, and a winding group wound so that the negative electrode plate is not in direct contact via a separator. ing. The wound group is infiltrated with the electrolytic solution and accommodated in the battery container. High-capacity batteries are required for in-vehicle power supplies of electric vehicles, and non-aqueous electrolyte type sealed lithium secondary batteries using flammable organic solvents as electrolytes to improve battery performance Is used.
ところが、密閉型リチウム二次電池では、例えば、異常な高温環境下にさらされたときや充電装置の故障等により過充電状態に達したときの電池異常時に、温度上昇により非水電解液の分解や気化が生じて電池内圧が上昇し電池容器の破損に到る場合がある。これを回避するため、一般に、リチウム二次電池では、電池内圧の上昇に応じて作動する電流遮断機構(一種の切断スイッチ)や、内圧を解放する内圧解放機構(安全弁)が採用されている。 However, in a sealed lithium secondary battery, for example, when the battery is abnormal when exposed to an abnormally high temperature environment or when it reaches an overcharged state due to a failure of the charging device, the nonaqueous electrolyte is decomposed due to a temperature rise. Vaporization may occur and the battery internal pressure may increase, leading to damage to the battery container. In order to avoid this, in general, a lithium secondary battery employs a current interrupt mechanism (a kind of disconnect switch) that operates in response to an increase in battery internal pressure and an internal pressure release mechanism (safety valve) that releases internal pressure.
また、電池容器が破損した場合には、電池から噴出したガスや漏液した非水電解液が内部短絡や外部火点により容易に引火し燃焼してしまう可能性もある。これを回避するために、非水電解液にホスファゼン系難燃化剤を混合することで、安全性を向上させる技術が開示されている(例えば、特許文献1参照)。この技術では、非水電解液に難燃性ないし自己消火性が付与されるため、電池異常時に噴出したガスや漏液した非水電解液に引火した場合でも消火することが可能となる。一方、有機溶媒を用いた非水電解液に代えて、イオン液体を用いる技術が開示されている(例えば、特許文献2参照)。イオン液体は、分子性の溶媒が含まれておらずイオンで構成される液体であり、イオン自体の熱分解温度以下での蒸気圧が無視できるほど低いため、難燃性を有している。 In addition, when the battery container is damaged, there is a possibility that the gas ejected from the battery or the leaked non-aqueous electrolyte is easily ignited and burned by an internal short circuit or an external fire point. In order to avoid this, a technique for improving safety by mixing a phosphazene flame retardant with a nonaqueous electrolytic solution is disclosed (for example, see Patent Document 1). In this technique, since the non-aqueous electrolyte is provided with flame retardancy or self-extinguishing properties, it is possible to extinguish even when the gas discharged when the battery is abnormal or the leaked non-aqueous electrolyte is ignited. On the other hand, a technique using an ionic liquid instead of a nonaqueous electrolytic solution using an organic solvent is disclosed (for example, see Patent Document 2). An ionic liquid is a liquid composed of ions that does not contain a molecular solvent, and has a flame resistance because the vapor pressure below the thermal decomposition temperature of the ions themselves is negligible.
しかしながら、特許文献1の技術では、一度は消火されたとしても、高温(異常)状態がさらに続いた場合には、残存した非水電解液が再び発火するおそれがあり、また、熱暴走反応を招き、非水電解液の爆発的な燃焼を引き起こすこともある。非水電解液の爆発的な燃焼を抑制するためには、ホスファゼン系難燃化剤の混合割合を大きくする必要がある。ところが、ホスファゼン系難燃化剤では、粘性が非水電解液の粘性より高いため、混合割合を大きくすると非水電解液全体の粘性も高くなる。結果として、非水電解液中でのイオン伝導性を低下させ、放電特性や低温特性の低下を招くこととなる。また、特許文献2の技術では、イオン液体がイオン伝導性に優れるものの、粘性が有機溶媒を用いた非水電解液の粘性より高く、リチウムイオンの解離を生じさせにくいため、高率放電特性や低温特性を低下させることとなる。従って、上述した車載電源等に使用されるような高容量化、高性能化が求められている密閉型リチウム二次電池では、電池異常時の安全性を確保することはもちろん、放電特性や低温特性、とりわけ高率での放電特性の低下を抑制することが重要となる。
However, in the technique of
本発明は上記事案に鑑み、電池異常時の安全性を確保し高率放電特性の低下を抑制することができる非水電解液電池を提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide a non-aqueous electrolyte battery capable of ensuring safety when a battery is abnormal and suppressing a decrease in high-rate discharge characteristics.
上記課題を解決するために、本発明は、正極活物質を主成分とする正極板と、負極活物質を主成分とする負極板と、前記正極板および負極板を浸潤しリチウム塩がエチレンカーボネートを含む有機溶媒に溶解された非水電解液と、を備え、前記非水電解液には、ホスファゼン系難燃化剤と、アニオン成分がビス(フルオロスルホニル)イミドアニオンであり、カチオン成分が1−エチル−3−メチルイミダゾリウムカチオンであるイオン液体とが混合されており、前記非水電解液は、該非水電解液の体積に対する前記ホスファゼン系難燃化剤の体積比をx、前記イオン液体の体積比をyとしたときに、前記体積比xおよび体積比yが、0<x≦0.2、0<y≦0.5、および、y≧0.35x 2 −0.45x+0.15の関係を満たすことを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention provides a positive electrode plate having a positive electrode active material as a main component, a negative electrode plate having a negative electrode active material as a main component, and the lithium salt infiltrating the positive electrode plate and the negative electrode plate into ethylene carbonate. A non-aqueous electrolyte dissolved in an organic solvent containing phosphazene-based flame retardant, the anion component is a bis (fluorosulfonyl) imide anion, and the cation component is 1 An ionic liquid which is ethyl-3-methylimidazolium cation, and the non-aqueous electrolyte has a volume ratio of the phosphazene flame retardant to the volume of the non-aqueous electrolyte x, and the ionic liquid Where the volume ratio x and the volume ratio y are 0 <x ≦ 0.2, 0 <y ≦ 0.5, and y ≧ 0.35x 2 −0.45x + 0.15. this to satisfy the relationship The features.
この場合において、ホスファゼン系難燃化剤が、液体状で、非水電解液に少なくとも5体積%の割合で含有されていてもよい。非水電解液にはリチウム塩として6フッ化リン酸リチウムが含まれていてもよい。また、正極活物質をスピネル結晶構造を有するリチウムマンガン複酸化物とすることができる。負極活物質を黒鉛系炭素材とすることができる。 In this case, e Sufazen flame retardant is, in liquid form, the non-aqueous electrolyte solution may be contained in a proportion of at least 5% by volume. The nonaqueous electrolytic solution may contain lithium hexafluorophosphate as a lithium salt. Also it is a lithium-manganese composite oxide of the positive electrode active material having a spinel crystal structure. The negative electrode active material can be a graphite-based carbon material.
本発明によれば、非水電解液にホスファゼン系難燃化剤が混合されたことで、電池異常により温度上昇したときに電池の燃焼が抑制されるため、電池挙動を穏やかにし安全性を確保することができ、非水電解液に含まれたエチレンカーボネートによりリチウムイオンの解離性が向上し、アニオン成分がビス(フルオロスルホニル)イミドアニオンであり、カチオン成分が1−エチル−3−メチルイミダゾリウムカチオンであるイオン液体により非水電解液中でのイオン伝導性が確保されるため、ホスファゼン系難燃化剤の混合に伴う高率放電特性の低下を抑制することができ、非水電解液の体積に対するホスファゼン系難燃化剤の体積比をx、イオン液体の体積比をyとしたときに、体積比xおよび体積比yが、0<x≦0.2、0<y≦0.5、および、y≧0.35x 2 −0.45x+0.15の関係を満たすことで、ホスファゼン系難燃化剤とイオン液体との混合量が適正化されるので、安全性を確保しつつ電池性能の低下を抑制することができる、という効果を得ることができる。 According to the present invention, the phosphazene-based flame retardant is mixed with the non-aqueous electrolyte, so that the combustion of the battery is suppressed when the temperature rises due to battery abnormality, so the battery behavior is moderated and the safety is ensured. The ethylene carbonate contained in the non-aqueous electrolyte improves the dissociation property of lithium ions, the anion component is a bis (fluorosulfonyl) imide anion, and the cation component is 1-ethyl-3-methylimidazolium. Since the ion conductivity in the non-aqueous electrolyte is ensured by the ionic liquid that is a cation, it is possible to suppress the deterioration of the high rate discharge characteristics due to the mixing of the phosphazene flame retardant , and the non-aqueous electrolyte When the volume ratio of the phosphazene flame retardant to the volume is x and the volume ratio of the ionic liquid is y, the volume ratio x and the volume ratio y are 0 <x ≦ 0.2 and 0 <y ≦ 0. 5, and, by satisfying the relationship of y ≧ 0.35x 2 -0.45x + 0.15, since the mixing amount of the phosphazene flame retardant and an ionic liquid is optimized, while ensuring the safety cell The effect that the fall of performance can be suppressed can be acquired.
以下、図面を参照して、本発明を適用した円柱型リチウムイオン二次電池の実施の形態について説明する。 Embodiments of a cylindrical lithium ion secondary battery to which the present invention is applied will be described below with reference to the drawings.
(構成)
本実施形態の円柱型リチウムイオン二次電池20は、図1に示すように、ニッケルメッキが施されたスチール製で有底円筒状の電池容器7を有している。電池容器7には、帯状の正極板W1および負極板W3がセパレータW5を介して断面渦巻状に捲回された電極群6が収容されている。
(Constitution)
As shown in FIG. 1, the columnar lithium ion
電極群6の捲回中心には、ポリプロピレン樹脂製で中空円筒状の軸芯1が使用されている。電極群6の上側には、軸芯1のほぼ延長線上に正極板W1からの電位を集電するための円環状導体の正極集電リング4が配置されている。正極集電リング4は、軸芯1の上端部に固定されている。正極集電リング4の周囲から一体に張り出している鍔部周縁には、正極板W1から導出された正極リード片2の端部が超音波溶接で接合されている。正極集電リング4の上方には、安全弁を内蔵し正極外部端子となる円盤状の電池蓋11が配置されている。正極集電リング4の上部には正極リードの一端が固定されており、正極リードの他端が電池蓋11の下面に溶接されている。正極リードは、複数枚のリボン状導体を重ね合わせて構成した2本のリードの端部同士が溶接で接合され形成されている。
A hollow
一方、電極群6の下側には負極板W3からの電位を集電するための円環状導体の負極集電リング5が配置されている。負極集電リング5の内周面には軸芯1の下端部外周面が固定されている。負極集電リング5の外周縁には、負極板W3から導出された負極リード片3の端部が超音波溶接で接合されている。負極集電リング5の下部には電気的導通のための負極リード板が溶接されており、負極リード板は電池容器7の内底部に抵抗溶接で接合されている。電池容器7は、本例では、外径40mm、内径39mmに設定されている。
On the other hand, an annular conductor negative electrode current collecting
電池蓋11は、絶縁性および耐熱性のEPDM樹脂製ガスケット10を介して電池容器7の上部にカシメ固定されている。このため、正極リードは電池容器7内に折りたたむようにして収容されており、リチウムイオン二次電池20は密封されている。なお、リチウムイオン二次電池20は、所定電圧および電流で初充電を行うことで、電池機能が付与される。
The
(非水電解液)
また、電池容器7内には、図示しない非水電解液が注液されている。非水電解液には、エチレンカーボネート(EC)およびジメチルカーボネート(DMC)を含む混合溶媒にリチウム塩(電解質)として4フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4)や6フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を溶解させたものを用いることができる。本例では、ECとDMCとが体積比1:2で混合された混合溶媒中に、リチウム塩の6フッ化リン酸リチウムが0.8〜1.0モル/リットル(M)の範囲の割合で溶解されている。この非水電解液には、難燃化剤としてホスファゼン系難燃化剤と、アニオン成分およびカチオン成分を含むイオン液体とが混合されている。
(Nonaqueous electrolyte)
Further, a non-aqueous electrolyte (not shown) is injected into the
ホスファゼン系難燃化剤は、リンおよび窒素を主体とし、一般式(NPR2)3または(NPR2)4で表される環状化合物である。一般式中のRは、フッ素や塩素等のハロゲン元素または一価の置換基を示している。一価の置換基としては、メトキシ基やエトキシ基等のアルコキシ基、フェノキシ基やメチルフェノキシ基等のアリールオキシ基、メチル基やエチル基等のアルキル基、フェニル基やトリル基等のアリール基、メチルアミノ基等の置換型アミノ基を含むアミノ基、メチルチオ基やエチルチオ基等のアルキルチオ基、および、フェニルチオ基等のアリールチオ基を挙げることができる。このようなホスファゼン系難燃化剤は、電池異常時等の高温環境下で、発火防止作用や消火作用を発揮する。また、ホスファゼン系難燃化剤は、置換基Rの種類により固体状または液体状となるが、非水電解液には液体状のホスファゼン系難燃化剤を混合することができる。 The phosphazene flame retardant is a cyclic compound mainly composed of phosphorus and nitrogen and represented by the general formula (NPR 2 ) 3 or (NPR 2 ) 4 . R in the general formula represents a halogen element such as fluorine or chlorine or a monovalent substituent. As monovalent substituents, alkoxy groups such as methoxy group and ethoxy group, aryloxy groups such as phenoxy group and methylphenoxy group, alkyl groups such as methyl group and ethyl group, aryl groups such as phenyl group and tolyl group, Examples thereof include an amino group containing a substituted amino group such as a methylamino group, an alkylthio group such as a methylthio group and an ethylthio group, and an arylthio group such as a phenylthio group. Such a phosphazene flame retardant exhibits a fire prevention effect and a fire extinguishing action under a high temperature environment such as when a battery is abnormal. The phosphazene flame retardant becomes solid or liquid depending on the type of the substituent R, but a liquid phosphazene flame retardant can be mixed in the non-aqueous electrolyte.
一方、イオン液体は、分子性の溶媒を含まずイオンのみから構成される液体であり、アニオン成分とカチオン成分とが含まれている。アニオン成分としては、イミドアニオン類、ホスフェートアニオン類およびボレートアニオン類から選択される少なくとも1成分が含まれている。カチオン成分としては、イミダゾリウムカチオン類、ピリジニウムカチオン類、第四級アンモニウムカチオン類および第四級ホスホニウムカチオン類から選択される少なくとも1成分が含まれている。 On the other hand, an ionic liquid is a liquid that contains only ions and does not contain a molecular solvent, and contains an anionic component and a cationic component. The anion component includes at least one component selected from imide anions, phosphate anions and borate anions. The cation component includes at least one component selected from imidazolium cations, pyridinium cations, quaternary ammonium cations, and quaternary phosphonium cations.
アニオン成分のイミドアニオン類としては、例えば、ビス(フルオロスルホニル)イミドアニオン、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドアニオン、(フルオロスルホニル)(トリフルオロメタンスルホニル)イミドアニオン、(トリフルオロアセチル)(トリフルオロメタンスルホニル)イミドアニオン等を挙げることができる。また、ホスフェートアニオン類としては、ヘキサフルオロホスフェートアニオン等を挙げることができる。ボレートアニオン類としては、テトラフルオロボレートアニオン等を挙げることができる。 Examples of the anion component imide anions include bis (fluorosulfonyl) imide anion, bis (trifluoromethanesulfonyl) imide anion, (fluorosulfonyl) (trifluoromethanesulfonyl) imide anion, and (trifluoroacetyl) (trifluoromethanesulfonyl). An imide anion etc. can be mentioned. Examples of phosphate anions include hexafluorophosphate anions. Examples of the borate anions include tetrafluoroborate anions.
カチオン成分のイミダゾリウムカチオン類としては、例えば、1,3−ジメチルイミダゾリウムカチオン、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムカチオン、1−メチル−3−プロピルイミダゾリウムカチオン、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムカチオン等のジアルキルイミダゾリウムカチオン、3−エチル−1,2−ジメチル−イミダゾリウムカチオン、1,2−ジメチル−3−プロピルイミダゾリウムカチオン、1−ブチル−2,3−ジメチルイミダゾリウムカチオン等のトリアルキルイミダゾリウムカチオン等を挙げることができる。また、ピリジニウムカチオン類としては、例えば、N−メチルピリジニウム、N−エチルピリジニウム、N−ブチルピリジニウム、N−プロピルピリジニウム等の炭素数1〜16のアルキル基により置換されたピリジニウムカチオン等を挙げることができる。第四級アンモニウムカチオン類としては、例えば、N,N,N,N−テトラメチルアンモニウムカチオン、N,N,N−トリメチルエチルアンモニウムカチオン、N,N,N−トリメチルプロピルアンモニウムカチオン、N−エチル−N,N−ジメチルプロピルアンモニウムカチオン、2−メトキシ−N,N,N−トリメチルエチルアンモニウムカチオン、2−エトキシ−N,N,N−トリメチルエチルアンモニウムカチオン等を挙げることができる。また、第四級ホスホニウムカチオン類としては、例えば、テトラメチルホスホニウムカチオン、テトラエチルホスホニウムカチオン、テトラブチルホスホニウムカチオン等を挙げることができる。 Examples of the imidazolium cation of the cation component include 1,3-dimethylimidazolium cation, 1-ethyl-3-methylimidazolium cation, 1-methyl-3-propylimidazolium cation, and 1-butyl-3-methyl. Dialkylimidazolium cations such as imidazolium cation, 3-ethyl-1,2-dimethyl-imidazolium cation, 1,2-dimethyl-3-propylimidazolium cation, 1-butyl-2,3-dimethylimidazolium cation, etc. And trialkylimidazolium cations. Examples of pyridinium cations include pyridinium cations substituted with an alkyl group having 1 to 16 carbon atoms such as N-methylpyridinium, N-ethylpyridinium, N-butylpyridinium, and N-propylpyridinium. it can. Examples of quaternary ammonium cations include N, N, N, N-tetramethylammonium cation, N, N, N-trimethylethylammonium cation, N, N, N-trimethylpropylammonium cation, and N-ethyl- Examples thereof include N, N-dimethylpropylammonium cation, 2-methoxy-N, N, N-trimethylethylammonium cation, 2-ethoxy-N, N, N-trimethylethylammonium cation, and the like. Further, examples of the quaternary phosphonium cation include a tetramethylphosphonium cation, a tetraethylphosphonium cation, and a tetrabutylphosphonium cation.
非水電解液に対するホスファゼン系難燃化剤およびイオン液体の混合量は、次のようにして決定される。すなわち、非水電解液の体積に対するホスファゼン系難燃化剤の体積比をx、イオン液体の体積比をyとしたときに、体積比xおよび体積比yが、下記式(1)、式(2)および式(3)の関係を満たすように決定される。 The mixing amount of the phosphazene flame retardant and the ionic liquid with respect to the non-aqueous electrolyte is determined as follows. That is, when the volume ratio of the phosphazene flame retardant to the volume of the non-aqueous electrolyte is x and the volume ratio of the ionic liquid is y, the volume ratio x and the volume ratio y are expressed by the following formulas (1) and ( 2) and the formula (3) are satisfied.
図1に示すように、電極群6は、正極板W1と負極板W3とがこれら両極板が直接接触しないように、厚さ30μmでリチウムイオンが通過可能なポリエチレン製セパレータW5を介し、軸芯1の周囲に捲回されている。正極リード片2と負極リード片3とが、それぞれ電極群6の互いに反対側の両端面に配設されている。電極群6の直径は、正極板W1、負極板W3、セパレータW5の長さを調整することで、38±0.5mmに設定されている。電極群6および正極集電リング4の鍔部周面全周には、電極群6と電池容器7との電気的接触を防止するために絶縁被覆が施されている。絶縁被覆には、ポリイミド製の基材の片面にヘキサメタアクリレートの粘着剤が塗布された粘着テープが用いられている。粘着テープは鍔部周面から電極群6外周面に亘って一重以上巻かれている。電極群6の最大径部が絶縁被覆存在部となるように巻き数が調整され、該最大径が電池容器7の内径より僅かに小さく設定されている。
As shown in FIG. 1, the
(正極板)
電極群6を構成する正極板W1は、正極集電体として厚さ20μmのアルミニウム箔を有している。アルミニウム箔の両面には、正極活物質として、スピネル結晶構造を有したリチウムマンガン複酸化物を含む正極合剤が実質的に均等かつ均質に塗着され、正極合剤層W2が形成されている。すなわち、形成された正極合剤層W2の厚さがほぼ一様であり、かつ、正極合剤層W2内では正極合剤がほぼ一様に分散されている。正極合剤には、例えば、リチウムマンガン複酸化物の100質量部に対して、導電材として鱗片状黒鉛の8質量部およびアセチレンブラックの2質量部、バインダ(結着材)としてポリフッ化ビニリデン(以下、PVDFと略記する。)の5質量部が配合されている。アルミニウム箔に正極合剤を塗着するときは、分散溶媒のN−メチル−2−ピロリドン(以下、NMPと略記する。)が用いられる。正極板W1は、乾燥後、プレス加工され、幅80mmに裁断されている。正極合剤層W2の厚さは、本例では、80μm(片面)に調整されている。アルミニウム箔の長手方向に沿う一側の側縁には、幅30mmの正極合剤の無塗着部が形成されている。無塗着部は櫛状に切り欠かれており、切り欠き残部で正極リード片2が形成されている。本例では、隣り合う正極リード片2の間隔が20mm、正極リード片2の幅が5mmに設定されている。
(Positive electrode plate)
The positive electrode plate W1 constituting the
(負極板)
一方、負極板W3は、負極集電体として厚さ10μmの圧延銅箔を有している。圧延銅箔の両面には、負極活物質としてリチウムイオンを吸蔵、放出可能な炭素粉末を含む負極合剤が実質的に均等かつ均質に塗着され、負極合剤層W4が形成されている。すなわち、形成された負極合剤層W4の厚さがほぼ一様であり、かつ、負極合剤層W4内では負極合剤がほぼ一様に分散されている。負極活物質には、非晶質炭素や黒鉛、またはこれらの混合物を用いることができるが、本例では、黒鉛を主体とする炭素材、すなわち、黒鉛系炭素材が用いられている。負極合剤には、例えば、黒鉛系炭素材の90質量部に対して、バインダとしてPVDFの10質量部が配合されている。圧延銅箔に負極合剤を塗着するときには、分散溶媒のNMPが用いられる。圧延銅箔の長手方向に沿う一側の側縁には、正極板W1と同様に幅30mmの負極合剤の無塗着部が形成されており、負極リード片3が形成されている。本例では、隣り合う負極リード片3の間隔が20mm、負極リード片3の幅が5mmに設定されている。負極板W3は、乾燥後プレス加工され、幅86mmに裁断されている。負極合剤層W4の厚さは、本例では、60μm(片面)に調整されている。なお、負極板W3の長さは、正極板W1および負極板W3を捲回したときに、捲回最内周および最外周で捲回方向に正極板W1が負極板W3からはみ出すことがないように、正極板W1の長さより120mm長く設定されている。また、負極合剤塗布部(負極合剤層W4)の幅は、捲回方向と交差する方向において正極合剤塗布部が負極合剤塗布部からはみ出すことがないように、正極合剤塗布部(正極合剤層W2)の幅より6mm長く設定されている。
(Negative electrode plate)
On the other hand, the negative electrode plate W3 has a rolled copper foil having a thickness of 10 μm as a negative electrode current collector. A negative electrode mixture containing carbon powder capable of occluding and releasing lithium ions as a negative electrode active material is applied to both surfaces of the rolled copper foil substantially uniformly and uniformly to form a negative electrode mixture layer W4. That is, the thickness of the formed negative electrode mixture layer W4 is substantially uniform, and the negative electrode mixture is substantially uniformly dispersed in the negative electrode mixture layer W4. As the negative electrode active material, amorphous carbon, graphite, or a mixture thereof can be used. In this example, a carbon material mainly composed of graphite, that is, a graphite-based carbon material is used. In the negative electrode mixture, for example, 10 parts by mass of PVDF is blended as a binder with respect to 90 parts by mass of the graphite-based carbon material. When applying the negative electrode mixture to the rolled copper foil, a dispersion solvent NMP is used. An uncoated portion of a negative electrode mixture having a width of 30 mm is formed on one side edge along the longitudinal direction of the rolled copper foil, as in the positive electrode plate W1, and a negative
次に、本実施形態に従い作製した円柱型リチウムイオン二次電池20の実施例について説明する。
Next, examples of the cylindrical lithium ion
実施例では、正極活物質として、スピネル結晶構造を有するマンガン酸リチウム(LiMn2O4)を用いた。また、ECとDMCとの体積比1:2の混合溶媒にリチウム塩のLiPF6を0.8モル/リットル(0.8M)で溶解させ、ホスファゼン系難燃化剤(株式会社ブリヂストン製、商品名ホスライト(登録商標)、液体状)およびイオン液体を混合した非水電解液を用いた。イオン液体には、カチオン成分としてイミダゾリウムカチオン類の1−エチル−3−メチルイミダゾリウムカチオン(以下、EMIと略記する。)と、アニオン成分としてイミドアニオン類のビス(フルオロスルホニル)イミドアニオン(以下、FSIと略記する。)とを用いた。EMIおよびFSIの混合割合は、電気量が等量となるように、すなわち、本例では、体積比1:1に調整した。非水電解液に対するホスファゼン系難燃化剤の混合量を0〜20vol%の範囲(体積比xでは、0〜0.20の範囲)、イオン液体の混合量を0〜100vol%の範囲(体積比yでは、0〜1.00の範囲)で変化させ、体積比x、体積比yの組み合わせの異なる複数個のリチウムイオン二次電池を作製した。 In the examples, lithium manganate (LiMn 2 O 4 ) having a spinel crystal structure was used as the positive electrode active material. Also, LiPF 6 as a lithium salt was dissolved at 0.8 mol / liter (0.8M) in a mixed solvent of EC and DMC in a volume ratio of 1: 2, and a phosphazene flame retardant (product made by Bridgestone Corporation, product) A non-aqueous electrolyte mixed with a name Phoslite (registered trademark, liquid) and an ionic liquid was used. The ionic liquid includes 1-ethyl-3-methylimidazolium cation (hereinafter abbreviated as EMI) as an imidazolium cation as a cation component, and a bis (fluorosulfonyl) imide anion (hereinafter referred to as EMI) as an anion component. , And abbreviated as FSI). The mixing ratio of EMI and FSI was adjusted to a volume ratio of 1: 1 in this example so that the amount of electricity was equal. The mixing amount of the phosphazene flame retardant with respect to the non-aqueous electrolyte is in the range of 0 to 20 vol% (in the volume ratio x, the range of 0 to 0.20), and the mixing amount of the ionic liquid is in the range of 0 to 100 vol% (volume) The ratio y was varied in the range of 0 to 1.00), and a plurality of lithium ion secondary batteries having different combinations of the volume ratio x and the volume ratio y were produced.
(非水電解液の難燃性評価)
各リチウムイオン二次電池に用いた非水電解液の難燃性を、次のようにして評価した。すなわち、長さ127mm×幅40mm×厚さ0.2mmのガラスマット(体積:1.016cm3)に、各非水電解液の2.5〜3.0gを含浸させ、10秒間接炎し、炎を離して消火させることを2回繰り返して行った。1回目、2回目でそれぞれ消火に要する時間(炎を離してからの燃焼時間)を測定した。ガラスマットに含浸させた非水電解液が燃え尽きることなく10秒未満で消火したものを難燃性ありと判定し、10秒以上燃焼したもの、または、非水電解液が燃え尽きたものを難燃性なしと判定した。
(Flame resistance evaluation of non-aqueous electrolyte)
The flame retardancy of the non-aqueous electrolyte used for each lithium ion secondary battery was evaluated as follows. That is, a glass mat (volume: 1.016 cm 3 ) 127 mm long × 40 mm wide × 0.2 mm thick was impregnated with 2.5 to 3.0 g of each non-aqueous electrolyte, and indirectly flamed for 10 seconds. The fire was released and the fire was extinguished twice. The time required for fire extinguishing (combustion time after releasing the flame) was measured for the first time and the second time. Fire extinguishing in less than 10 seconds without burning out non-aqueous electrolyte impregnated into glass mat is determined to be flame retardant, and burning after 10 seconds or non-aqueous electrolyte burned out It was determined that there was no sex.
図2に示すように、ホスファゼン系難燃化剤を混合しない場合(体積比x=0)では、イオン液体を50vol%以上混合すること(体積比y≧0.50)により難燃性を発揮することができる。また、ホスファゼン系難燃化剤を混合した場合には、その体積比xに応じて、難燃性の発揮に必要なイオン液体の体積比yを減少させることができる。なお、図2において、マル印が難燃性ありと判定されたもの、バツ印が難燃性なしと判定されたものをそれぞれ示している。 As shown in FIG. 2, when the phosphazene flame retardant is not mixed (volume ratio x = 0), it exhibits flame retardancy by mixing 50 vol% or more of ionic liquid (volume ratio y ≧ 0.50). can do. Further, when a phosphazene flame retardant is mixed, the volume ratio y of the ionic liquid necessary for exhibiting flame retardancy can be reduced according to the volume ratio x. In FIG. 2, a circle mark indicates that the flame retardancy is determined, and a cross mark indicates that the flame retardance is determined.
(電池性能評価)
各リチウムイオン二次電池について、25℃の環境下で3CA放電を行い、放電容量、すなわち、高率放電容量を測定した。非水電解液に対するイオン液体の混合量を50vol%(体積比y=0.50)、ホスファゼン系難燃化剤の混合量を0vol%(体積比x=0)としたときの放電容量を100%とした相対容量を求めた。図3に、体積比xおよび体積比yを変えて作製したリチウムイオン二次電池の相対容量について、70〜120%の範囲で同じ相対容量となるものをそれぞれ曲線でつないで示した。図3に示すように、イオン液体の体積比yを減少させることで、3CA放電容量が増大することが判った。また、イオン液体の体積比yが同じでも、ホスファゼン系難燃化剤の体積比xを増加させると、3CA放電容量が減少することが判った。これは、イオン液体およびホスファゼン系難燃化剤がいずれも難燃性を向上させるものの、両者ともに非水電解液の粘性を増大させるためと考えられる。一方、イオン液体がイオン伝導性に優れることから、ホスファゼン系難燃化剤の体積比xの増加に伴い非水電解液の粘性が増大しイオン伝導性が低下しても、イオン液体の体積比yを調整することによりイオン伝導性の低下抑制が可能となる。このことから、ホスファゼン系難燃化剤の体積比xを増加させたときに、イオン液体の体積比yを減少させることで3CA放電容量の増大が可能となることが判った。
(Battery performance evaluation)
About each lithium ion secondary battery, 3CA discharge was performed in 25 degreeC environment, and the discharge capacity, ie, a high rate discharge capacity, was measured. The discharge capacity when the mixing amount of the ionic liquid with respect to the nonaqueous electrolytic solution is 50 vol% (volume ratio y = 0.50) and the mixing amount of the phosphazene flame retardant is 0 vol% (volume ratio x = 0) is 100. % Relative capacity was determined. FIG. 3 shows the relative capacities of lithium ion secondary batteries produced by changing the volume ratio x and the volume ratio y, and the same relative capacities in the range of 70 to 120% are connected by curves. As shown in FIG. 3, it was found that the 3CA discharge capacity is increased by decreasing the volume ratio y of the ionic liquid. Further, it was found that even when the volume ratio y of the ionic liquid is the same, increasing the volume ratio x of the phosphazene flame retardant reduces the 3CA discharge capacity. This is thought to be because both the ionic liquid and the phosphazene flame retardant improve the flame retardancy, but both increase the viscosity of the non-aqueous electrolyte. On the other hand, since the ionic liquid is excellent in ionic conductivity, the volume ratio of the ionic liquid is reduced even when the viscosity of the non-aqueous electrolyte increases and the ionic conductivity decreases as the volume ratio x of the phosphazene flame retardant increases. By adjusting y, it is possible to suppress a decrease in ion conductivity. From this, it was found that when the volume ratio x of the phosphazene flame retardant is increased, the 3CA discharge capacity can be increased by decreasing the volume ratio y of the ionic liquid.
次に、難燃性と高率放電容量とのいずれにも優れる場合について検討した。図2に示した難燃性の評価結果、および、図3に示した高率放電容量の評価結果を図4に重ねて示した。また、イオン液体の混合量が50vol%を超える範囲(体積比y>0.50)では、リチウムイオンの移動を媒介する有機溶媒であるECおよびDMCの割合が相対的に小さくなり、却って電池性能を損なうため、イオン液体の混合量を50vol%以下(体積比y≦0.50)とした。また、イオン液体の混合により非水電解液の粘性が増大することに加えて、ホスファゼン系難燃化剤の混合でも粘性が増大することから、ホスファゼン系難燃化剤の混合量を20vol%以下(体積比x≦0.20)とした。すなわち、図4に示す曲線で囲まれる範囲で、ホスファゼン系難燃化剤およびイオン液体の混合量、すなわち、体積比xおよび体積比yを設定することにより、難燃性を確保しつつ高率放電容量の低下を抑制することができることとなる。さらに、イオン液体自体が燃えにくいものの、非水電解液の全体として難燃性を確保するためには、ホスファゼン系難燃化剤の混合量を少なくとも5vol%(体積比x≧0.05)とすることが好ましい。 Next, the case where it was excellent in both a flame retardance and a high rate discharge capacity was examined. The evaluation results of the flame retardancy shown in FIG. 2 and the evaluation results of the high rate discharge capacity shown in FIG. 3 are shown superimposed on FIG. Further, in the range where the mixing amount of the ionic liquid exceeds 50 vol% (volume ratio y> 0.50), the ratio of EC and DMC, which are organic solvents that mediate the movement of lithium ions, becomes relatively small. Therefore, the mixing amount of the ionic liquid was set to 50 vol% or less (volume ratio y ≦ 0.50). In addition to the increase in viscosity of the non-aqueous electrolyte due to the mixing of the ionic liquid, the viscosity also increases with the mixing of the phosphazene flame retardant, so the mixing amount of the phosphazene flame retardant is 20 vol% or less. (Volume ratio x ≦ 0.20). That is, by setting the mixing amount of the phosphazene-based flame retardant and the ionic liquid, that is, the volume ratio x and the volume ratio y within the range surrounded by the curve shown in FIG. A decrease in discharge capacity can be suppressed. Furthermore, although the ionic liquid itself is difficult to burn, in order to ensure flame retardancy as a whole non-aqueous electrolyte, the mixing amount of the phosphazene flame retardant is at least 5 vol% (volume ratio x ≧ 0.05). It is preferable to do.
図4の好適な範囲を明確にするために、3つの曲線について近似式を求めた。この結果、図5に示すように、3つの近似式、すなわち、上述した式(1)である0<x≦0.2、式(2)である0<y≦0.5および式(3)であるy≧0.35x2−0.45x+0.15の関係を満たす範囲が得られた。従って、ホスファゼン系難燃化剤の体積比xと、イオン液体の体積比yとを、式(1)〜式(3)を満たすように設定することで、難燃性および高率放電容量に優れたリチウムイオン二次電池20を得ることができることが判明した。
In order to clarify the preferred range of FIG. 4, approximate equations were obtained for three curves. As a result, as shown in FIG. 5, three approximate expressions, namely, 0 <x ≦ 0.2 that is the above-described expression (1), 0 <y ≦ 0.5 that is the expression (2), and the expression (3 ) That satisfies the relationship y ≧ 0.35x 2 −0.45x + 0.15. Therefore, by setting the volume ratio x of the phosphazene flame retardant and the volume ratio y of the ionic liquid so as to satisfy the formulas (1) to (3), the flame retardancy and the high rate discharge capacity are achieved. It has been found that an excellent lithium ion
(作用等)
次に、本実施形態のリチウムイオン二次電池20の作用等について説明する。
(Action etc.)
Next, the operation and the like of the lithium ion
本実施形態では、非水電解液にホスファゼン系難燃化剤が混合されている。ホスファゼン系難燃化剤が電池異常時等の高温環境下で発火を防止する作用や消火作用を発揮するため、ホスファゼン系難燃化剤を混合することにより非水電解液に難燃性ないし自己消火性が付与される。これにより、過充電状態等の電池異常時や異常な高温環境下に曝されたときに非水電解液が発火しても消火されやすくなるので、電池の安全性を確保することができる。 In the present embodiment, a phosphazene flame retardant is mixed in the nonaqueous electrolytic solution. Because phosphazene flame retardants prevent fires and extinguish in high temperature environments such as when batteries are abnormal, mix phosphazene flame retardants with non-aqueous electrolytes to make them flame retardant or self Fire extinguishing properties are added. Thereby, even when the battery is abnormal, such as an overcharged state, or when exposed to an abnormally high temperature environment, the non-aqueous electrolyte is easily extinguished even if it is ignited, so that the safety of the battery can be ensured.
また、本実施形態では、非水電解液に、ホスファゼン系難燃化剤が混合されたことに加えてイオン液体が混合されている。イオン液体では、イオン液体を構成するイオン自体の熱分解温度以下での蒸気圧が無視できるほど低く、燃えにくい性質を有している。このため、イオン液体自体を用いることで安全性向上を図ることができる。また、ホスファゼン系難燃化剤が非水電解液より高い粘性を有するため、ホスファゼン系難燃化剤を混合することで非水電解液の粘性を増大させてしまう。この結果、ホスファゼン系難燃化剤のみを添加し難燃性を向上させると非水電解液の粘性増大によりイオン伝導性が低下し電池性能の低下を招くこととなる。これに対して、イオン液体がイオン伝導性に優れるため、イオン液体の混合によりイオン伝導性の低下を抑制することができる。これにより、ホスファゼン系難燃化剤による難燃性が得られるうえ、非水電解液中でのリチウムイオンの移動性が確保されるので、電池性能、とりわけ、高率放電容量の低下を抑制することができる。 Moreover, in this embodiment, the ionic liquid is mixed with the non-aqueous electrolyte in addition to the phosphazene flame retardant. In ionic liquids, the vapor pressure below the thermal decomposition temperature of ions constituting the ionic liquid is so low as to be negligible and has a property of being difficult to burn. For this reason, safety can be improved by using the ionic liquid itself. Moreover, since the phosphazene flame retardant has a higher viscosity than the non-aqueous electrolyte, mixing the phosphazene flame retardant increases the viscosity of the non-aqueous electrolyte. As a result, when only the phosphazene-based flame retardant is added to improve the flame retardancy, the ionic conductivity is lowered due to the increase in the viscosity of the non-aqueous electrolyte, leading to a decrease in battery performance. On the other hand, since the ionic liquid is excellent in ionic conductivity, a decrease in ionic conductivity can be suppressed by mixing the ionic liquid. As a result, the flame retardancy by the phosphazene flame retardant is obtained, and the mobility of lithium ions in the non-aqueous electrolyte is ensured, so that the battery performance, in particular, the reduction of the high rate discharge capacity is suppressed. be able to.
更に、本実施形態では、非水電解液の体積に対するホスファゼン系難燃化剤の体積比x、イオン液体の体積比yが、上述した式(1)、式(2)および式(3)、すなわち、0<x≦0.2、0<y≦0.5、および、y≧0.35x2−0.45x+0.15の関係を満たすように設定されている。これにより、ホスファゼン系難燃化剤とイオン液体との混合量が適正化されるので、安全性を確保しつつ電池性能の低下を抑制することができる(図5も参照)。 Furthermore, in this embodiment, the volume ratio x of the phosphazene flame retardant with respect to the volume of the non-aqueous electrolyte and the volume ratio y of the ionic liquid are the above-described formulas (1), (2), and (3), In other words, 0 <x ≦ 0.2, 0 <y ≦ 0.5, and y ≧ 0.35x 2 −0.45x + 0.15 are set. Thereby, since the mixing amount of the phosphazene flame retardant and the ionic liquid is optimized, it is possible to suppress a decrease in battery performance while ensuring safety (see also FIG. 5).
また更に、本実施形態では、非水電解液の有機溶媒として、ECおよびDMCの混合溶媒が用いられている。ECでは、DMCと比べて、リチウム塩の解離性を高めることができるものの、融点が高く液状とすることが難しい。ECとDMCとを混合することにより、常温で液体のDMCがECを溶解させるため、リチウム塩の解離性にも優れる溶媒とすることができる。 Furthermore, in the present embodiment, a mixed solvent of EC and DMC is used as the organic solvent of the nonaqueous electrolytic solution. EC can increase the dissociation property of the lithium salt as compared with DMC, but has a high melting point and is difficult to be liquid. By mixing EC and DMC, DMC which is liquid at room temperature dissolves EC, so that it can be made a solvent having excellent lithium salt dissociability.
なお、本実施形態では、イオン液体として、カチオン成分のEMIと、アニオン成分のFSIとを体積比1:1で混合したものを例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。イオン液体としては、上述したカチオン成分から選択される少なくとも1成分およびアニオン成分から選択される少なくとも1成分が含まれていればよく、カチオン成分およびアニオン成分をそれぞれ2成分以上としてもよい。また、カチオン成分およびアニオン成分の混合割合は、カチオンとアニオンとの電気量が等量となるように混合すればよい。 In this embodiment, the ionic liquid is a mixture of cation component EMI and anion component FSI in a volume ratio of 1: 1, but the present invention is not limited to this. The ionic liquid only needs to contain at least one component selected from the above-described cation component and at least one component selected from the anion component, and each of the cation component and the anion component may have two or more components. Moreover, what is necessary is just to mix the mixing ratio of a cation component and an anion component so that the electric quantity of a cation and an anion may become equal amount.
また、本実施形態では、非水電解液の有機溶媒としてECおよびDMCが体積比1:2で混合された混合溶媒を例示したが、本発明はこれに制限されるものではない。本実施形態以外で用いることのできる有機溶媒としては、ECが含まれていればよく、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、プロピレンカーボネート、エチルメチルカーボネート、ビニレンカーボネート、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、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、プロピオニトリル等の有機溶媒が混合されていてもよい。また、これらの有機溶媒の混合配合比についても特に限定されるものではない。ECが常温で固体状であることを考慮すれば、DMCが混合されていることが好ましい。本実施形態では、有機溶媒に溶解させるリチウム塩としてLiBF4やLiPF6を0.8〜1.0Mの範囲の割合とする例を示したが、本発明はこれに制限されるものではない。リチウム塩としては、通常リチウムイオン二次電池に用いられるリチウム塩を用いることができ、その量としても通常用いられる範囲とすればよい。LiBF4とLiPF6とを比較した場合、電池特性に及ぼす効果の異なることを確認している。すなわち、LiBF4では正極活物質に用いるリチウムマンガン複酸化物からのマンガンイオンの溶出を抑制することから寿命特性の向上に効果があり、LiPF6では高率放電特性の向上に効果がある。従って、イオン液体により非水電解液中でのイオン伝導性を確保し、ホスファゼン系難燃化剤の混合に伴う高率放電特性の低下を抑制することを考慮すれば、ECおよびDMCの混合溶媒にLiPF6を0.8〜1.0Mの範囲の割合となるように溶解させた非水電解液を用いることが好ましい。 In the present embodiment, a mixed solvent in which EC and DMC are mixed at a volume ratio of 1: 2 is exemplified as the organic solvent of the nonaqueous electrolytic solution, but the present invention is not limited to this. As an organic solvent that can be used in other embodiments, EC may be contained, and dimethyl carbonate, diethyl carbonate, propylene carbonate, ethyl methyl carbonate, vinylene carbonate, 1,2-dimethoxyethane, 1,2- Organic solvents such as diethoxyethane, γ-butyrolactone, tetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxolane, diethyl ether, sulfolane, methylsulfolane, acetonitrile, propionitrile may be mixed. . Also, the mixing ratio of these organic solvents is not particularly limited. Considering that EC is solid at normal temperature, it is preferable that DMC is mixed. In the present embodiment, an example has been shown that the ratio of the range LiBF 4 and LiPF 6 of 0.8~1.0M as lithium salt to be dissolved in an organic solvent, the present invention is not limited thereto. As a lithium salt, the lithium salt normally used for a lithium ion secondary battery can be used, What is necessary is just to make it the range normally used also as the quantity. When LiBF 4 and LiPF 6 are compared, it is confirmed that the effect on the battery characteristics is different. That is, LiBF 4 is effective in improving the life characteristics because it suppresses elution of manganese ions from the lithium manganese complex oxide used as the positive electrode active material, and LiPF 6 is effective in improving the high rate discharge characteristics. Therefore, in consideration of securing ionic conductivity in a non-aqueous electrolyte with an ionic liquid and suppressing a decrease in high rate discharge characteristics due to mixing of a phosphazene flame retardant, a mixed solvent of EC and DMC It is preferable to use a nonaqueous electrolytic solution in which LiPF 6 is dissolved in a ratio in the range of 0.8 to 1.0 M.
更に、本実施形態では、正極活物質として、スピネル結晶構造を有するマンガン酸リチウムを例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、リチウムを含む遷移金属複酸化物を用いることができる。このような正極活物質としては、リチウムマンガン複酸化物やリチウムコバルト複酸化物等を挙げることができるが、低コスト化の観点からリチウムマンガン複酸化物を用いることが好ましい。また、結晶中のマンガンサイトの一部がマンガン以外の遷移金属、例えば、マグネシウム、アルミニウム、コバルト、ニッケル等で置換されていてもよい。結晶構造についても、特に制限されるものではないが、熱安定性を考慮すればスピネル結晶構造を有するリチウムマンガン複酸化物を用いることが好ましい。一方、本実施形態では、負極活物質として、黒鉛を主体とする炭素材、すなわち、黒鉛系炭素材を例示したが、本発明はこれに制限されるものではない。黒鉛系炭素材以外に、非晶質炭素を用いることも可能である。電圧特性の平坦化を考慮すれば、黒鉛を主体とする炭素材を用いることが好ましい。 Furthermore, in this embodiment, lithium manganate having a spinel crystal structure is exemplified as the positive electrode active material, but the present invention is not limited to this, and a transition metal double oxide containing lithium can be used. . Examples of such a positive electrode active material include lithium manganese complex oxide and lithium cobalt complex oxide, but it is preferable to use lithium manganese complex oxide from the viewpoint of cost reduction. Further, a part of the manganese site in the crystal may be substituted with a transition metal other than manganese, for example, magnesium, aluminum, cobalt, nickel or the like. The crystal structure is not particularly limited, but it is preferable to use a lithium manganese complex oxide having a spinel crystal structure in consideration of thermal stability. On the other hand, in the present embodiment, a carbon material mainly composed of graphite, that is, a graphite-based carbon material is exemplified as the negative electrode active material, but the present invention is not limited to this. In addition to the graphite-based carbon material, amorphous carbon can also be used. Considering the flattening of voltage characteristics, it is preferable to use a carbon material mainly composed of graphite.
また更に、本実施形態では、正極合剤として、正極活物質の100質量部に、導電材として鱗片状黒鉛の8質量部およびアセチレンブラックの2質量部、バインダとしてPVDFの5質量部が配合されている例を示したが、本発明はこれに制限されるものではない。リチウムイオン二次電池に通常使用される別の導電材を用いてもよく、導電材を用いなくてもよい。また、PVDF以外のバインダを用いてもよい。本実施形態以外で用いることのできるバインダとしては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリブタジエン、ブチルゴム、ニトリルゴム、スチレン/ブタジエンゴム、多硫化ゴム、ニトロセルロ−ス、シアノエチルセルロース、各種ラテックス、アクリロニトリル、フッ化ビニル、フッ化ビニリデン、フッ化プロピレン、フッ化クロロプレン等の重合体及びこれらの混合体等を挙げることができる。さらに、各材料の配合比率を変えてもよいことはもちろんである。 Furthermore, in this embodiment, as a positive electrode mixture, 100 parts by mass of the positive electrode active material, 8 parts by mass of flaky graphite as a conductive material, 2 parts by mass of acetylene black, and 5 parts by mass of PVDF as a binder are blended. However, the present invention is not limited to this example. Another conductive material usually used for a lithium ion secondary battery may be used, and the conductive material may not be used. A binder other than PVDF may be used. Examples of binders that can be used in other embodiments include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyethylene, polystyrene, polybutadiene, butyl rubber, nitrile rubber, styrene / butadiene rubber, polysulfide rubber, nitrocellulose, cyanoethyl cellulose, and various latexes. And polymers such as acrylonitrile, vinyl fluoride, vinylidene fluoride, propylene fluoride, chloroprene fluoride, and mixtures thereof. Furthermore, it goes without saying that the blending ratio of each material may be changed.
更にまた、本実施形態では、円柱型リチウムイオン二次電池20を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、非水電解液を使用する電池一般に適用することができる、また、電池の形状についても特に制限はなく、円柱型以外に、例えば、角型等としてもよい。また、本実施形態では、正極板W1、負極板W3を捲回した電極群6を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、矩形状の正極板、負極板を積層した電極群としてもよい。さらに、本発明の適用可能な電池としては、上述した電池容器7に電池蓋11がカシメ固定されて封口されている構造の電池以外であっても構わない。このような構造の一例として正負極外部端子が電池蓋を貫通し電池容器内で軸芯を介して押し合っている状態の電池を挙げることができる。
Furthermore, in the present embodiment, the cylindrical lithium ion
本発明は、電池異常時の安全性を確保し高率放電特性の低下を抑制することができる非水電解液電池を提供するものであるため、非水電解液電池の製造、販売に寄与するので、産業上の利用可能性を有する。 The present invention provides a non-aqueous electrolyte battery that can ensure safety in the event of battery abnormalities and suppress a decrease in high-rate discharge characteristics, and thus contributes to the manufacture and sale of non-aqueous electrolyte batteries. So it has industrial applicability.
W1 正極板
W2 正極合剤層
W3 負極板
W4 負極合剤層
W5 セパレータ
6 電極群
20 円柱型リチウムイオン二次電池(非水電解液電池)
W1 Positive electrode plate W2 Positive electrode mixture layer W3 Negative electrode plate W4 Negative electrode mixture
Claims (5)
負極活物質を主成分とする負極板と、
前記正極板および負極板を浸潤しリチウム塩がエチレンカーボネートを含む有機溶媒に溶解された非水電解液と、
を備え、
前記非水電解液には、ホスファゼン系難燃化剤と、アニオン成分がビス(フルオロスルホニル)イミドアニオンであり、カチオン成分が1−エチル−3−メチルイミダゾリウムカチオンであるイオン液体とが混合されており、
前記非水電解液は、該非水電解液の体積に対する前記ホスファゼン系難燃化剤の体積比をx、前記イオン液体の体積比をyとしたときに、前記体積比xおよび体積比yが、0<x≦0.2、0<y≦0.5、および、y≧0.35x 2 −0.45x+0.15の関係を満たすことを特徴とする非水電解液電池。 A positive electrode plate mainly composed of a positive electrode active material;
A negative electrode plate mainly composed of a negative electrode active material;
A non-aqueous electrolyte solution infiltrating the positive electrode plate and the negative electrode plate, and a lithium salt dissolved in an organic solvent containing ethylene carbonate;
With
The non-aqueous electrolyte is mixed with a phosphazene flame retardant and an ionic liquid whose anion component is a bis (fluorosulfonyl) imide anion and whose cation component is a 1-ethyl-3-methylimidazolium cation. And
When the volume ratio of the phosphazene flame retardant to the volume of the non-aqueous electrolyte is x and the volume ratio of the ionic liquid is y, the volume ratio x and volume ratio y are A nonaqueous electrolyte battery characterized by satisfying the relations of 0 <x ≦ 0.2, 0 <y ≦ 0.5, and y ≧ 0.35x 2 −0.45x + 0.15 .
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