JP5002952B2 - battery - Google Patents
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Description
本発明は、構成元素としてケイ素(Si)を含む負極活物質を用いた電池に関する。 The present invention relates to a battery using a negative electrode active material containing silicon (Si) as a constituent element.
近年、カメラ一体型VTR(Videotape Recorder;ビデオテープレコーダ),デジタルスチルカメラ,携帯電話,携帯情報端末あるいはノート型パソコンなどのポータブル電子機器が多く登場し、その小型軽量化が図られている。それに伴い、これらの電子機器の電源として、軽量で高エネルギー密度を得ることができる二次電池の開発が進められている。中でも、負極に炭素材料を用い、正極にリチウム(Li)と遷移金属との複合材料を用い、電解液に炭酸エステルを用いたリチウムイオン二次電池は、従来の鉛電池およびニッケルカドミウム電池と比べて、大きなエネルギー密度を得ることができるので広く実用化されている。 In recent years, many portable electronic devices such as a camera-integrated VTR (Videotape Recorder), a digital still camera, a mobile phone, a portable information terminal, or a notebook personal computer have appeared, and the size and weight of the portable electronic device have been reduced. Accordingly, development of secondary batteries that are lightweight and can obtain a high energy density as a power source for these electronic devices is underway. Among them, lithium ion secondary batteries using a carbon material for the negative electrode, a composite material of lithium (Li) and a transition metal for the positive electrode, and a carbonate ester for the electrolyte are compared with conventional lead batteries and nickel cadmium batteries. Since a large energy density can be obtained, it is widely used.
また最近では、携帯用電子機器の高性能化に伴い、更なる容量の向上が求められており、負極活物質として炭素材料に代えてケイ素などを用いることが検討されている。ケイ素の理論容量は4199mAh/gと、黒鉛の理論容量の372mAh/gに比べて格段に大きく、容量の向上を期待できるからである。特に、ケイ素の薄膜を集電体上に形成した負極は、リチウム(Li)の吸蔵および放出によっても、負極活物質が微粉化することなく、比較的大きな放電容量を保持できることが報告されている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、携帯型電子機器の利用が多くなるに従い、最近では、輸送時あるいは使用時などに高温状況下に置かれることが多くなり、それによる電池特性の低下が問題となってきた。よって、室温における特性のみならず、高温においても優れた特性を得ることができる電池の開発が望まれていた。 However, as portable electronic devices are increasingly used, recently, they are often placed under high temperature conditions during transportation or use, resulting in a problem of deterioration of battery characteristics. Accordingly, it has been desired to develop a battery capable of obtaining excellent characteristics not only at room temperature but also at high temperatures.
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、高温特性を向上させることができる電池を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a battery capable of improving high temperature characteristics.
本発明の電池は、正極および負極と共に電解質を備えたものであって、負極は、構成元素としてケイ素を含む負極活物質を含有し、電解質は、化1に示したカチオンと、N- (CF3 SO2 ) 2 とよりなる常温溶融塩を含むものである。 The battery of the present invention includes an electrolyte together with a positive electrode and a negative electrode, the negative electrode contains a negative electrode active material containing silicon as a constituent element, and the electrolyte includes a cation shown in Chemical Formula 1, N − (CF 3 SO 2 ) 2 and a room temperature molten salt.
本発明の電池によれば、電解質に、化1に示したカチオンとN- (CF3 SO2 ) 2 とよりなる常温溶融塩を含むようにしたので、高温においても、電解質の分解反応を抑制することができ、高温状況下に放置しても、高温状況下で使用しても、優れた特性を得ることができる。 According to the battery of the present invention, since the electrolyte contains a room temperature molten salt composed of the cation shown in Chemical Formula 1 and N − (CF 3 SO 2 ) 2 , the decomposition reaction of the electrolyte is suppressed even at a high temperature. Even if left under a high temperature condition or used under a high temperature condition, excellent characteristics can be obtained.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の一実施の形態に係る二次電池の断面構造を表すものである。この二次電池は、いわゆる円筒型といわれるものであり、ほぼ中空円柱状の電池缶11の内部に、帯状の正極21と負極22とがセパレータ23を介して積層し巻回された巻回電極体20を有している。電池缶11は、例えばニッケル(Ni)のめっきがされた鉄(Fe)により構成されており、一端部が閉鎖され他端部が開放されている。電池缶11の内部には、巻回電極体20を挟むように巻回周面に対して垂直に一対の絶縁板12,13がそれぞれ配置されている。
(First embodiment)
FIG. 1 shows a cross-sectional structure of a secondary battery according to an embodiment of the present invention. This secondary battery is a so-called cylindrical type, and is a wound electrode in which a strip-like
電池缶11の開放端部には、電池蓋14と、この電池蓋14の内側に設けられた安全弁機構15および熱感抵抗素子(Positive Temperature Coefficient;PTC素子)16とが、ガスケット17を介してかしめられることにより取り付けられており、電池缶11の内部は密閉されている。電池蓋14は、例えば、電池缶11と同様の材料により構成されている。安全弁機構15は、熱感抵抗素子16を介して電池蓋14と電気的に接続されており、内部短絡あるいは外部からの加熱などにより電池の内圧が一定以上となった場合にディスク板15Aが反転して電池蓋14と巻回電極体20との電気的接続を切断するようになっている。熱感抵抗素子16は、温度が上昇すると抵抗値の増大により電流を制限し、大電流による異常な発熱を防止するものである。ガスケット17は、例えば、絶縁材料により構成されており、表面にはアスファルトが塗布されている。
At the open end of the battery can 11, a
巻回電極体20の中心には、例えば、センターピン24が挿入されている。巻回電極体20の正極21にはアルミニウム(Al)などよりなる正極リード25が接続されており、負極22にはニッケルなどよりなる負極リード26が接続されている。正極リード25は安全弁機構15に溶接されることにより電池蓋14と電気的に接続されており、負極リード26は電池缶11に溶接され電気的に接続されている。
For example, a center pin 24 is inserted in the center of the
図2は、図1に示した巻回電極体20の一部を拡大して表すものである。正極21は、例えば、対向する一対の面を有する正極集電体21Aと、正極集電体21Aの両面あるいは片面に設けられた正極活物質層21Bとを有している。正極集電体21Aは、例えば、アルミニウム箔,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。正極活物質層21Bは、例えば、正極活物質として、電極反応物質であるリチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料を含んで構成されている。
FIG. 2 shows an enlarged part of the spirally
リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料としては、例えば、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、あるいはこれらを含む固溶体(Li(Nix Coy Mnz )O2 ))(x,yおよびzの値は0<x<1,0<y<1,0<z<1,x+y+z=1である。)、あるいはマンガンスピネル(LiMn2 O4 )などのリチウム複合酸化物、またはリン酸鉄リチウム(LiFePO4 )などのオリビン構造を有するリン酸化合物が好ましい。高いエネルギー密度を得ることができるからである。また、リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料としては、例えば、酸化チタン,酸化バナジウムあるいは二酸化マンガンなどの酸化物、二硫化鉄,二硫化チタンあるいは硫化モリブデンなどの二硫化物、ポリアニリンあるいはポリチオフェンなどの導電性高分子も挙げられる。正極材料は1種を単独で用いてもよいし、複数種を混合して用いてもよい。 As a cathode material capable of inserting and extracting lithium, for example, lithium cobalt oxide, a solid solution containing lithium nickelate, or these (Li (Ni x Co y Mn z) O 2)) (x, y and z Of 0 <x <1, 0 <y <1, 0 <z <1, x + y + z = 1), or lithium composite oxide such as manganese spinel (LiMn 2 O 4 ), or lithium iron phosphate A phosphate compound having an olivine structure such as (LiFePO 4 ) is preferred. This is because a high energy density can be obtained. Examples of positive electrode materials capable of inserting and extracting lithium include oxides such as titanium oxide, vanadium oxide and manganese dioxide, disulfides such as iron disulfide, titanium disulfide and molybdenum sulfide, polyaniline or Examples also include conductive polymers such as polythiophene. One positive electrode material may be used alone, or a plurality of positive electrode materials may be mixed and used.
正極活物質層21Bは、また、例えば導電材を含んでおり、必要に応じて更に結着材を含んでいてもよい。導電材としては、例えば、黒鉛,カーボンブラックあるいはケッチェンブラックなどの炭素材料が挙げられ、そのうちの1種または2種以上が混合して用いられる。また、炭素材料の他にも、導電性を有する材料であれば金属材料あるいは導電性高分子材料などを用いるようにしてもよい。結着材としては、例えば、スチレンブタジエン系ゴム,フッ素系ゴムあるいはエチレンプロピレンジエンゴムなどの合成ゴム、またはポリフッ化ビニリデンなどの高分子材料が挙げられ、そのうちの1種または2種以上が混合して用いられる。例えば、図1に示したように正極21および負極22が巻回されている場合には、結着材として柔軟性に富むスチレンブタジエン系ゴムあるいはフッ素系ゴムなどを用いることが好ましい。
The positive electrode
負極22は、例えば、対向する一対の面を有する負極集電体22Aと、負極集電体22Aの両面あるいは片面に設けられた負極活物質層22Bとを有している。
The
負極集電体22Aは、リチウムと金属間化合物を形成しない金属元素の少なくとも1種を含む金属材料により構成されていることが好ましい。リチウムと金属間化合物を形成すると、充放電に伴い膨張および収縮し、構造破壊が起こって、集電性が低下する他、負極活物質層22Bを支える能力が小さくなるからである。リチウムと金属間化合物を形成しない金属元素としては、例えば、銅(Cu),ニッケル,チタン(Ti),鉄あるいはクロム(Cr)が挙げられる。 The anode current collector 22A is preferably made of a metal material containing at least one metal element that does not form an intermetallic compound with lithium. This is because when lithium and an intermetallic compound are formed, they expand and contract with charge / discharge, structural breakdown occurs, current collection performance decreases, and the ability to support the negative electrode active material layer 22B decreases. Examples of the metal element that does not form an intermetallic compound with lithium include copper (Cu), nickel, titanium (Ti), iron, and chromium (Cr).
負極活物質層22Bは、例えば、負極活物質として、電極反応物質であるリチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料を含んで構成されている。 The negative electrode active material layer 22B includes, for example, a negative electrode material capable of inserting and extracting lithium as an electrode reactant as a negative electrode active material.
リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料は、ケイ素を構成元素として含む材料を含有している。高いエネルギー密度を得ることができるからである。この負極材料はケイ素の単体でも合金でも化合物でもよく、またこれらの1種または2種以上の相を少なくとも一部に有するようなものでもよい。なお、本発明において、合金には2種以上の金属元素からなるものに加えて、1種以上の金属元素と1種以上の半金属元素とを含むものも含める。また、非金属元素を含んでいてもよい。その組織には固溶体,共晶(共融混合物),金属間化合物あるいはそれらのうちの2種以上が共存するものがある。 A negative electrode material capable of inserting and extracting lithium contains a material containing silicon as a constituent element. This is because a high energy density can be obtained. The negative electrode material may be a simple substance of silicon, an alloy, or a compound, or may have one or more of these phases in at least a part thereof. In the present invention, alloys include those containing one or more metal elements and one or more metalloid elements in addition to those composed of two or more metal elements. Moreover, the nonmetallic element may be included. There are structures in which a solid solution, a eutectic (eutectic mixture), an intermetallic compound, or two or more of them coexist.
ケイ素の合金としては、例えば、ケイ素以外の第2の構成元素として、スズ(Sn),ニッケル,銅,鉄,コバルト(Co),マンガン(Mn),亜鉛(Zn),インジウム(In),銀(Ag),チタン,ゲルマニウム(Ge),ビスマス(Bi),アンチモン(Sb)およびクロムからなる群のうちの少なくとも1種を含むものが挙げられる。ケイ素の化合物としては、例えば、酸素(O)あるいは炭素(C)を含むものが挙げられ、ケイ素に加えて、上述した第2の構成元素を含んでいてもよい。 Examples of the silicon alloy include tin (Sn), nickel, copper, iron, cobalt (Co), manganese (Mn), zinc (Zn), indium (In), silver as the second constituent element other than silicon. Examples include those containing at least one member selected from the group consisting of (Ag), titanium, germanium (Ge), bismuth (Bi), antimony (Sb), and chromium. Examples of the silicon compound include those containing oxygen (O) or carbon (C), and may contain the second constituent element described above in addition to silicon.
この負極活物質層22Bは、気相法,液相法あるいは焼成法により形成されたものでも、塗布により形成されたものでもよい。気相法としては、例えば、物理堆積法あるいは化学堆積法が挙げられ、具体的には、真空蒸着法,スパッタ法,イオンプレーティング法,レーザーアブレーション法,あるいはCVD(Chemical Vapor Deposition ;化学気相成長)法などが挙げられる。液相法としては例えば電解鍍金あるいは無電解鍍金が挙げられる。焼成法というのは、粒子状の負極活物質を必要に応じて結着材あるいは溶剤と混合して成形したのち、例えば、結着材などの融点よりも高い温度で熱処理する方法である。このうち気相法,液相法あるいは焼成法による場合には、負極活物質層22Bと負極集電体22Aとが界面の少なくとも一部において合金化していることが好ましい。具体的には、界面において負極集電体22Aの構成元素が負極活物質層22Bに、または負極活物質の構成元素が負極集電体22Aに、またはそれらが互いに拡散していることが好ましい。充放電に伴う負極活物質層22Bの膨張・収縮による破壊を抑制することができると共に、負極活物質層22Bと負極集電体22Aとの間の電子伝導性を向上させることができるからである。 The negative electrode active material layer 22B may be formed by a vapor phase method, a liquid phase method, or a baking method, or may be formed by coating. Examples of the vapor phase method include a physical deposition method or a chemical deposition method. Specifically, a vacuum deposition method, a sputtering method, an ion plating method, a laser ablation method, or a CVD (Chemical Vapor Deposition; chemical vapor phase). (Growth) method. Examples of the liquid phase method include electrolytic plating or electroless plating. The firing method is a method in which, for example, a particulate negative electrode active material is mixed with a binder or a solvent as necessary, and then heat-treated at a temperature higher than the melting point of the binder. Among these, in the case of the vapor phase method, the liquid phase method, or the firing method, the negative electrode active material layer 22B and the negative electrode current collector 22A are preferably alloyed at least at a part of the interface. Specifically, it is preferable that the constituent element of the negative electrode current collector 22A is diffused in the negative electrode active material layer 22B, the constituent element of the negative electrode active material is diffused in the negative electrode current collector 22A, or they are mutually diffused at the interface. This is because breakage due to expansion / contraction of the negative electrode active material layer 22B due to charging / discharging can be suppressed, and electronic conductivity between the negative electrode active material layer 22B and the negative electrode current collector 22A can be improved. .
また、塗布による場合には、負極活物質に加えて、ポリフッ化ビニリデンなどの結着材および導電材などの他の材料を含んでいてもよい。焼成法による場合も同様である。 In the case of coating, in addition to the negative electrode active material, other materials such as a binder and a conductive material such as polyvinylidene fluoride may be included. The same applies to the case of the firing method.
なお、負極材料としては、ケイ素を構成元素として含む材料に加えて、リチウムを吸蔵および放出することが可能な炭素材料を混合して用いてよい。炭素材料は、充放電時に生じる結晶構造の変化が非常に少なく、上述したケイ素を構成元素として含む材料と共に用いるようにすればようにすれば、高エネルギー密度を得ることができると共に、優れたサイクル特性を得ることができ、更に導電材としても機能するので好ましい。 As the negative electrode material, in addition to a material containing silicon as a constituent element, a carbon material capable of inserting and extracting lithium may be mixed and used. The carbon material has very little change in crystal structure that occurs during charging and discharging, and if used together with the above-described material containing silicon as a constituent element, a high energy density can be obtained and an excellent cycle can be obtained. It is preferable because characteristics can be obtained and it also functions as a conductive material.
このような炭素材料としては、難黒鉛化炭素,易黒鉛化炭素,黒鉛,熱分解炭素類,コークス類,ガラス状炭素類,有機高分子化合物焼成体,活性炭およびカーボンブラックなどの炭素材料のいずれか1種または2種以上を用いることができる。このうち、コークス類には、ピッチコークス,ニードルコークスあるいは石油コークスなどがあり、有機高分子化合物焼成体というのは、フェノール樹脂やフラン樹脂などの高分子化合物を適当な温度で焼成して炭素化したものをいう。 Examples of such carbon materials include non-graphitizable carbon, graphitizable carbon, graphite, pyrolytic carbons, cokes, glassy carbons, organic polymer compound fired bodies, activated carbon, and carbon black. 1 type (s) or 2 or more types can be used. Among these, cokes include pitch coke, needle coke, and petroleum coke. Organic polymer compound fired bodies are carbonized by firing polymer compounds such as phenol resin and furan resin at an appropriate temperature. What you did.
また、負極材料としては、ケイ素を構成元素として含む材料に加えて、他の半金属元素および金属元素のうちの少なくとも1種を構成元素として含む材料を混合して用いてもよい。他の半金属元素および金属元素としては、例えば、リチウムと合金を形成可能なスズ,マグネシウム(Mg),ホウ素(B),アルミニウム,ガリウム(Ga),インジウム,ゲルマニウム,鉛(Pb),ビスマス,カドミウム(Cd),銀,亜鉛,ハフニウム(Hf),ジルコニウム(Zr),イットリウム(Y),パラジウム(Pd)あるいは白金(Pt)が挙げられる。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。 Further, as the negative electrode material, in addition to a material containing silicon as a constituent element, a material containing at least one of other metalloid elements and metal elements as a constituent element may be mixed and used. Examples of other metalloid elements and metal elements include tin, magnesium (Mg), boron (B), aluminum, gallium (Ga), indium, germanium, lead (Pb), bismuth, which can form an alloy with lithium. Examples thereof include cadmium (Cd), silver, zinc, hafnium (Hf), zirconium (Zr), yttrium (Y), palladium (Pd), and platinum (Pt). These may be crystalline or amorphous.
セパレータ23は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン,ポリプロピレンあるいはポリエチレンなどの合成樹脂製の多孔質膜、またはセラミック製の多孔質膜により構成されており、これら2種以上の多孔質膜を積層した構造とされていてもよい。中でも、ポリオレフィン製の多孔質膜はショート防止効果に優れ、かつシャットダウン効果による電池の安全性向上を図ることができるので好ましい。特に、ポリエチレンは、100℃以上160℃以下の範囲内においてシャットダウン効果を得ることができ、かつ電気化学的安定性にも優れているので、セパレータ23を構成する材料として好ましい。また、ポリプロピレンも好ましく、他にも化学的安定性を備えた樹脂であればポリエチレンあるいはポリプロピレンと共重合させたり、またはブレンド化することで用いることができる。
The
セパレータ23には、例えば液状の電解質である電解液が含浸されている。電解液は、例えば、溶媒と、溶媒に溶解された電解質塩とを含んでいる。
For example, the
溶媒は、化2に示したカチオンと、N- (CF3 SO2 )2 、CF3 SO3 - 、N- (C2 F5 SO2 )2 、BF4 - 、BF3 (CF3 )- 、BF3 (C2 F5 )- 、BF3 (C3 F7 )- およびPF6 - からなる群のうちの1種のアニオンとよりなる常温溶融塩を含んでいる。高温においても、電解液の分解反応を抑制することができ、高温状況下に放置しても、高温状況下で使用しても、優れた特性を得ることができるからである。常温溶融塩は1種を単独で用いてもよく、複数種を混合して用いてもよい。 The solvent is selected from the cation shown in Chemical Formula 2 , N − (CF 3 SO 2 ) 2 , CF 3 SO 3 − , N − (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , BF 4 − and BF 3 (CF 3 ) −. , BF 3 (C 2 F 5 ) − , BF 3 (C 3 F 7 ) − and PF 6 − . This is because the decomposition reaction of the electrolytic solution can be suppressed even at high temperatures, and excellent characteristics can be obtained even when left under high temperature conditions or when used under high temperature conditions. A room temperature molten salt may be used alone or in combination of two or more.
このようなカチオンとしては、N,N−ジメチルピロリジニウム、N−メチル−N−エチルピロリジニウム、N−メチル−N−ブチルピロリジニウム、N−メチル−N−アリールピロリジニウム、N−メチル−N−ベンジルピロリジニウム、N−メチル−N−ヘキシルピロリジニウム、N−メチル−N−ビニルピロリジニウム、N−メチル−N−メトキシエチルピロリジニウム、N−メチル−N−メトキシメチルピロリジニウム、N−メチル−N−ペンタメチルフェニルピロリジニウム、N−メチル−N−エチルピペリジニウム、N−メチル−N−ブチルピペリジニウム、N,N−ジメチルピペリジニウム、N−メチル−N−プロピルピペリジニウム、N−メチル−N−アリールピペリジニウム、N−メチル−N−ベンジルピペリジニウム、N−メチル−N−ヘキシルピペリジニウム、N−メチル−N−ビニルピペリジニウム、N−メチル−N−メトキシエチルピペリジニウム、N−メチル−N−メトキシメチルピペリジニウム、N−メチル−N−ペンタメチルフェニルピペリジニウム、N, N−ジメチルアジピニウム、N−メチル−N−エチルアジピニウム、N−メチル−N−ブチルアジピニウム、N−メチル−N−アリールアジピニウム、N−メチル−N−ベンジルアジピニウム、N−メチル−N−ヘキシルアジピニウム、N−メチル−N−ビニルアジピニウム、N−メチル−N−メトキシメチルアジピニウム、N−メチル−N−メトキシエチルアジピニウムあるいはN−メチル−N−ペンタメチルフェニルアジピニウムのカチオンなどがある。 Examples of such cations include N, N-dimethylpyrrolidinium, N-methyl-N-ethylpyrrolidinium, N-methyl-N-butylpyrrolidinium, N-methyl-N-arylpyrrolidinium, N -Methyl-N-benzylpyrrolidinium, N-methyl-N-hexylpyrrolidinium, N-methyl-N-vinylpyrrolidinium, N-methyl-N-methoxyethylpyrrolidinium, N-methyl-N- Methoxymethylpyrrolidinium, N-methyl-N-pentamethylphenylpyrrolidinium, N-methyl-N-ethylpiperidinium, N-methyl-N-butylpiperidinium, N, N-dimethylpiperidinium, N-methyl-N-propylpiperidinium, N-methyl-N-arylpiperidinium, N-methyl-N-benzylpiperidinium, -Methyl-N-hexylpiperidinium, N-methyl-N-vinylpiperidinium, N-methyl-N-methoxyethylpiperidinium, N-methyl-N-methoxymethylpiperidinium, N-methyl-N -Pentamethylphenylpiperidinium, N, N-dimethyladipinium, N-methyl-N-ethyladipinium, N-methyl-N-butyladipinium, N-methyl-N-aryladipinium, N-methyl-N-benzyladipinium, N-methyl-N-hexyladipinium, N-methyl-N-vinyladipinium, N-methyl-N-methoxymethyladipinium, N-methyl-N There are cations of -methoxyethyl adipium or N-methyl-N-pentamethylphenyladipium.
常温溶融塩の含有量は、1体積%以上40体積%以下の範囲内であることが好ましい。含有量が少ないと、高温における電解液の分解反応を抑制する効果が十分ではなく、含有量が多いと、電解液の粘度が上昇してしまい、電池特性が低下してしまうからである。 The content of the room temperature molten salt is preferably in the range of 1% by volume to 40% by volume. This is because if the content is small, the effect of suppressing the decomposition reaction of the electrolytic solution at high temperature is not sufficient, and if the content is large, the viscosity of the electrolytic solution increases and the battery characteristics deteriorate.
溶媒としては、これらの常温溶融塩に加えて、ハロゲン原子を有する環式炭酸エステル誘導体を含むことが好ましく、中でも、化3に示した環式炭酸エステル誘導体が望ましい。負極22における電解液の分解反応を抑制することができ、サイクル特性などの電池特性を向上させることができるからである。環式炭酸エステル誘導体は、1種を単独で用いてよく、複数種を混合して用いてもよい。
The solvent preferably contains a cyclic carbonate derivative having a halogen atom in addition to these room temperature molten salts, and among them, the cyclic carbonate derivative shown in Chemical Formula 3 is desirable. This is because the decomposition reaction of the electrolytic solution in the
化3に示した環式炭酸エステル誘導体について具体的に例を挙げれば、化4の(1−1)〜(1−14),化5の(1−15)〜(1−23)に示した化合物などがある。中でも、化4の(1−1)に示した4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンが好ましい。より高い効果を得ることができるからである。 Specific examples of the cyclic carbonate derivative shown in Chemical formula 3 are shown in Chemical formulas (1-1) to (1-14) and Chemical formula 5 (1-15) to (1-23). Compounds. Of these, 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one shown in (1-1) of Chemical Formula 4 is preferable. This is because a higher effect can be obtained.
溶媒における環式炭酸エステル誘導体の含有量は、50体積%以下であることが好ましい。より高い効果が得られるからである。 The content of the cyclic carbonate derivative in the solvent is preferably 50% by volume or less. This is because a higher effect can be obtained.
溶媒は、これらの他にも、従来より使用されている種々の溶媒が挙げられ、例えば、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ブチレン、炭酸ビニレン、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、1,2−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソラン、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、炭酸ジメチル、炭酸エチルメチル、炭酸ジエチル、アセトニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、メトキシアセトニトリル、3−メトキシプロピオニトリル、N,N−ジメチルフォルムアミド、N−メチルピロリジノン、N−メチルオキサゾリジノン、N,N’−ジメチルイミダゾリジノン、ニトロメタン、ニトロエタン、スルホラン、ジメチルスルフォキシド、燐酸トリメチルが挙げられる。中でも、優れた充放電容量特性および充放電サイクル特性を実現するためには、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ビニレン、炭酸ジメチルおよび炭酸エチルメチルからなる群のうちの少なくとも1種を用いることが好ましい。これらの溶媒は、1種を単独で混合してもよく、複数種を混合して用いてもよい。 In addition to these, various conventionally used solvents can be mentioned, for example, ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, 1,2-dimethoxy. Ethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxolane, methyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, diethyl carbonate, acetonitrile, glutaro Nitrile, adiponitrile, methoxyacetonitrile, 3-methoxypropionitrile, N, N-dimethylformamide, N-methylpyrrolidinone, N-methyloxazolidinone, N, N′-dimethylimidazolidinone, nitromethane, nitroethane, sulfolane, Examples thereof include dimethyl sulfoxide and trimethyl phosphate. Among these, in order to realize excellent charge / discharge capacity characteristics and charge / discharge cycle characteristics, it is preferable to use at least one selected from the group consisting of ethylene carbonate, propylene carbonate, vinylene carbonate, dimethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate. These solvents may be used alone or in combination of two or more.
電解質塩としては、化6に示した軽金属塩を含むことが好ましい。この軽金属塩は、負極22の表面に安定な被膜を形成し、溶媒の分解反応を抑制することができ、サイクル特性などの電池特性を向上させることができるからである。化6に示した軽金属塩は、1種を単独で用いてもよく、複数種を混合して用いてもよい。
The electrolyte salt preferably contains a light metal salt shown in Chemical formula 6. This is because this light metal salt can form a stable film on the surface of the
化6に示した軽金属塩としては、例えば、化10に示した化合物が好ましい。 As the light metal salt shown in Chemical formula 6, for example, the compound shown in Chemical formula 10 is preferable.
具体的には、化14に示したジフルオロ[オキソラト−O,O’]ホウ酸リチウム、化15に示したテトラフルオロ[オキソラト−O,O’]リン酸リチウム、化16に示したジフルオロビス[オキソラト−O,O’]リン酸リチウム、化17に示したジフルオロ[3,3,3−トリフルオロ−2−オキシド−2−トリフルオロメチルプロピオナト(2−)−O,O’]ホウ酸リチウム、化18に示したビス[3,3,3−トリフルオロ−2−オキシド−2−トリフルオロメチルプロピオナト(2−)−O,O’]ホウ酸リチウム、および化19に示したビス[オキソラト−O,O’]ホウ酸リチウムなどがある。
Specifically, lithium difluoro [oxolato-O, O ′] lithium borate shown in
電解質塩としては、また、LiPF6 、LiBF4 、LiClO4 、LiAsF6 、またはLiN(CF3 SO2 )2 、LiN(C2 F5 SO2 )2 あるいはLiN(C4 F9 SO2 )(CF3 SO2 )などの化20に示したリチウム塩、またはLiC(CF3 SO2 )3 などの化21に示したリチウム塩、または化22に示した環状のイミド塩、または化23に示した環状のイミド塩も好ましい。
Examples of the electrolyte salt include LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2, or LiN (C 4 F 9 SO 2 ) ( A lithium salt represented by
化22に示した環状のイミド塩および化23に示した環状のイミド塩としては、例えば、化24(1)に示した1,2−パーフルオロエタンジスルホニルイミドリチウム、化24(2)に示した1,3−パーフルオロプロパンジスルホニルイミドリチウム、化24(3)に示した1,3−パーフルオロブタンジスルホニルイミドリチウム、化24(4)に示した1,4−パーフルオロブタンジスルホニルイミドリチウム、あるいは化24(5)に示したパーフルオロヘプタンニ酸イミドリチウムが挙げられる。
Examples of the cyclic imide salt represented by
特に、LiPF6 と、化6に示した軽金属塩、LiBF4 、LiClO4 、LiAsF6 、化20に示したリチウム塩、化21に示したリチウム塩、化22に示した環状のイミド塩、および化23に示した環状のイミド塩からなる群のうちの少なくとも1種とを混合して用いることが好ましい。イオン伝導性を向上させることができると共に、電解液の分解反応をより抑制することができ、サイクル特性などの電池特性を向上させることができるからである。
In particular, LiPF 6 , a light metal salt represented by Chemical Formula 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , a lithium salt represented by
電解質塩としては、これらの他にも、LiB(C6 H5 )4 、LiCH3 SO3 、LiCF3 SO3 、LiAlCl4 、LiSiF6 、LiCl、あるいはLiBrなどが挙げられ、1種を単独で用いてもよく、複数種を混合して用いてもよい。 In addition to these, electrolyte salts include LiB (C 6 H 5 ) 4 , LiCH 3 SO 3 , LiCF 3 SO 3 , LiAlCl 4 , LiSiF 6 , LiCl, or LiBr. You may use, and may mix and use multiple types.
電解質塩の含有量(濃度)は、溶媒に対して、0.3mol/kg以上3.0mol/kg以下の範囲内であることが好ましい。この範囲外ではイオン伝導度の極端な低下により十分な電池特性が得られなくなる虞があるからである。そのうち、化6に示した軽金属塩の含有量は、溶媒に対して0.01mol/kg以上2.0mol/kg以下の範囲内であることが好ましい。この範囲内においてより高い効果を得ることができるからである。 The content (concentration) of the electrolyte salt is preferably in the range of 0.3 mol / kg or more and 3.0 mol / kg or less with respect to the solvent. Outside this range, there is a risk that sufficient battery characteristics may not be obtained due to an extreme decrease in ionic conductivity. Among them, the content of the light metal salt shown in Chemical Formula 6 is preferably in the range of 0.01 mol / kg to 2.0 mol / kg with respect to the solvent. This is because a higher effect can be obtained within this range.
この二次電池は、例えば、次のようにして製造することができる。 For example, the secondary battery can be manufactured as follows.
まず、例えば、正極集電体21Aに正極活物質層21Bを形成し正極21を作製する。正極活物質層21Bは、例えば、正極活物質の粉末と導電材と結着材とを混合して正極合剤を調製したのち、この正極合剤をN−メチル−2−ピロリドンなどの溶剤に分散させてペースト状の正極合剤スラリーとし、この正極合剤スラリーを正極集電体21Aに塗布し乾燥させ、圧縮成型することにより形成する。また、例えば、正極21と同様にして、負極集電体22Aに負極活物質層22Bを形成し負極22を作製する。
First, for example, the positive electrode active material layer 21B is formed on the positive electrode current collector 21A to produce the
次いで、正極集電体21Aに正極リード25を溶接などにより取り付けると共に、負極集電体22Aに負極リード26を溶接などにより取り付ける。続いて、正極21と負極22とをセパレータ23を介して巻回し、正極リード25の先端部を安全弁機構15に溶接すると共に、負極リード26の先端部を電池缶11に溶接して、巻回した正極21および負極22を一対の絶縁板12,13で挟み電池缶11の内部に収納する。正極21および負極22を電池缶11の内部に収納したのち、電解液を電池缶11の内部に注入し、セパレータ23に含浸させる。そののち、電池缶11の開口端部に電池蓋14,安全弁機構15および熱感抵抗素子16をガスケット17を介してかしめることにより固定する。これにより、図1,2に示した二次電池が完成する。
Next, the positive electrode lead 25 is attached to the positive electrode current collector 21A by welding or the like, and the
この二次電池では、充電を行うと、例えば、正極21からリチウムイオンが放出され、電解液を介して負極22に吸蔵される。放電を行うと、例えば、負極22からリチウムイオンが放出され、電解液を介して正極21に吸蔵される。その際、電解液には上述した常温溶融塩が含まれているので、高温においても、電解液の分解反応が抑制される。
In the secondary battery, when charged, for example, lithium ions are extracted from the
このように本実施の形態によれば、化2に示したカチオンとN- (CF3 SO2 )2 、CF3 SO3 - 、N- (C2 F5 SO2 )2 、BF4 - 、BF3 (CF3 )- 、BF3 (C2 F5 )- 、BF3 (C3 F7 )- およびPF6 - からなる群のうちの1種のアニオンとよりなる常温溶融塩を含むようにしたので、高温においても、電解質の分解反応を抑制することができ、高温状況下に放置しても、高温状況下で使用しても、優れた特性を得ることができる。 As described above, according to the present embodiment, the cation shown in Chemical Formula 2 , N − (CF 3 SO 2 ) 2 , CF 3 SO 3 − , N − (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , BF 4 − , A room temperature molten salt comprising one anion of the group consisting of BF 3 (CF 3 ) − , BF 3 (C 2 F 5 ) − , BF 3 (C 3 F 7 ) − and PF 6 − As a result, the decomposition reaction of the electrolyte can be suppressed even at a high temperature, and excellent characteristics can be obtained even when left under a high temperature condition or used under a high temperature condition.
(第2の実施の形態)
図3は、第2の実施の形態に係る二次電池の構成を表すものである。この二次電池は、いわゆるラミネートフィルム型といわれるものであり、正極リード31および負極リード32が取り付けられた巻回電極体30をフィルム状の外装部材40の内部に収容したものである。
(Second Embodiment)
FIG. 3 illustrates the configuration of the secondary battery according to the second embodiment. This secondary battery is a so-called laminate film type, and has a
正極リード31および負極リード32は、それぞれ、外装部材40の内部から外部に向かい例えば同一方向に導出されている。正極リード31および負極リード32は、例えば、アルミニウム,銅,ニッケルあるいはステンレスなどの金属材料によりそれぞれ構成されており、それぞれ薄板状または網目状とされている。
The
外装部材40は、例えば、ナイロンフィルム,アルミニウム箔およびポリエチレンフィルムをこの順に貼り合わせた矩形状のアルミラミネートフィルムにより構成されている。外装部材40は、例えば、ポリエチレンフィルム側と巻回電極体30とが対向するように配設されており、各外縁部が融着あるいは接着剤により互いに密着されている。外装部材40と正極リード31および負極リード32との間には、外気の侵入を防止するための密着フィルム41が挿入されている。密着フィルム41は、正極リード31および負極リード32に対して密着性を有する材料、例えば、ポリエチレン,ポリプロピレン,変性ポリエチレンあるいは変性ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂により構成されている。
The
なお、外装部材40は、上述したアルミラミネートフィルムに代えて、他の構造を有するラミネートフィルム,ポリプロピレンなどの高分子フィルムあるいは金属フィルムにより構成するようにしてもよい。
The
図4は、図3に示した巻回電極体30のI−I線に沿った断面構造を表すものである。電極巻回体30は、正極33と負極34とをセパレータ35および電解質層36を介して積層し、巻回したものであり、最外周部は保護テープ37により保護されている。
FIG. 4 shows a cross-sectional structure taken along line II of the spirally
正極33は、正極集電体33Aの両面に正極活物質層33Bが設けられた構造を有している。負極34は、負極集電体34Aの両面に負極活物質層34Bが設けられた構造を有しており、負極活物質層34Bと正極活物質層33Bとが対向するように配置されている。正極集電体33A,正極活物質層33B,負極集電体34A,負極活物質層34Bおよびセパレータ35の構成は、上述した第1の実施の形態における正極集電体21A,正極活物質層21B,負極集電体22A,負極活物質層22Bおよびセパレータ23と同様である。
The
電解質層36は、電解液と、この電解液を保持する保持体となる高分子化合物とを含み、いわゆるゲル状となっている。ゲル状の電解質は高いイオン伝導率を得ることができると共に、電池の漏液を防止することができるので好ましい。電解液の構成は、第1の実施の形態と同様である。高分子化合物としては、例えば、ポリエチレンオキサイドあるいはポリエチレンオキサイドを含む架橋体などのエーテル系高分子化合物、ポリメタクリレートなどのエステル系高分子化合物あるいはアクリレート系高分子化合物、またはポリフッ化ビニリデンあるいはフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体などのフッ化ビニリデンの重合体が挙げられ、これらのうちのいずれか1種または2種以上が混合して用いられる。特に、酸化還元安定性の観点からは、フッ化ビニリデンの重合体などのフッ素系高分子化合物を用いることが望ましい。
The
この二次電池は、例えば、次のようにして製造することができる。 For example, the secondary battery can be manufactured as follows.
まず、正極33および負極34のそれぞれに、電解液と、高分子化合物と、混合溶剤とを含む前駆溶液を塗布し、混合溶剤を揮発させて電解質層36を形成する。次いで、正極集電体33Aに正極リード31を取り付けると共に、負極集電体34Aに負極リード32を取り付ける。続いて、電解質層36が形成された正極33と負極34とをセパレータ35を介して積層し積層体としたのち、この積層体をその長手方向に巻回して、最外周部に保護テープ37を接着して巻回電極体30を形成する。そののち、例えば、外装部材40の間に巻回電極体30を挟み込み、外装部材40の外縁部同士を熱融着などにより密着させて封入する。その際、正極リード31および負極リード32と外装部材40との間には密着フィルム41を挿入する。これにより、図3,4に示した二次電池が完成する。
First, a precursor solution containing an electrolytic solution, a polymer compound, and a mixed solvent is applied to each of the
また、この二次電池は、次のようにして作製してもよい。まず、上述したようにして正極33および負極34を作製し、正極33および負極34に正極リード31および負極リード32を取り付けたのち、正極33と負極34とをセパレータ35を介して積層して巻回し、最外周部に保護テープ37を接着して、巻回電極体30の前駆体である巻回体を形成する。次いで、この巻回体を外装部材40に挟み、一辺を除く外周縁部を熱融着して袋状とし、外装部材40の内部に収納する。続いて、電解液と、高分子化合物の原料であるモノマーと、必要に応じて重合開始剤あるいは重合禁止剤などの他の材料とを含む電解質用組成物を用意し、外装部材40の内部に注入したのち、外装部材40の開口部を熱融着して密封する。そののち、必要に応じて熱を加えてモノマーを重合させて高分子化合物とすることによりゲル状の電解質層36を形成し、図3,4に示した二次電池を組み立てる。
Further, this secondary battery may be manufactured as follows. First, the
この二次電池は、第1の実施の形態に係る二次電池と同様に作用し、同様の効果を得ることができる。 This secondary battery acts in the same manner as the secondary battery according to the first embodiment, and can obtain the same effect.
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.
(実施例1−1〜1−14)
図1に示した円筒型の二次電池を作製した。まず、正極活物質としてリチウム・コバルト複合酸化物(LiCoO2 )94質量部と、導電材としてグラファイト3質量部と、結着材としてポリフッ化ビニリデン3質量部とを混合して正極合剤を調製したのち、溶剤であるN−メチル−2−ピロリドンに分散させて正極合剤スラリーとした。続いて、この正極合剤スラリーを厚み20μmのアルミニウム箔よりなる正極集電体21Aに均一に塗布して乾燥させたのち圧縮成型して正極活物質層21Bを形成した。そののち、正極集電体21Aの一端にアルミニウム製の正極リード25を取り付けた。
(Examples 1-1 to 1-14)
The cylindrical secondary battery shown in FIG. 1 was produced. First, 94 parts by mass of lithium-cobalt composite oxide (LiCoO 2 ) as a positive electrode active material, 3 parts by mass of graphite as a conductive material, and 3 parts by mass of polyvinylidene fluoride as a binder were prepared to prepare a positive electrode mixture. After that, it was dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent to obtain a positive electrode mixture slurry. Subsequently, the positive electrode mixture slurry was uniformly applied to a positive electrode current collector 21A made of an aluminum foil having a thickness of 20 μm, dried, and then compression molded to form a positive electrode active material layer 21B. After that, an aluminum positive electrode lead 25 was attached to one end of the positive electrode current collector 21A.
また、負極活物質としてケイ素を用い、厚み15μmの銅箔よりなる負極集電体22Aの上に、電子ビーム蒸着法によりケイ素よりなる負極活物質層22Bを形成して負極22を作製した。そののち、負極集電体22Aの一端にニッケル製の負極リード26を取り付けた。
Also, silicon was used as the negative electrode active material, and the negative electrode active material layer 22B made of silicon was formed on the negative electrode current collector 22A made of a copper foil having a thickness of 15 μm by an electron beam vapor deposition method to produce the
正極21および負極22をそれぞれ作製したのち、厚み25μmの微孔性ポリプロピレンフィルムよりなるセパレータ23を用意し、負極22,セパレータ23,正極21,セパレータ23の順に積層してこの積層体を渦巻状に多数回巻回し、巻回電極体20を作製した。
After preparing the
巻回電極体20を作製したのち、巻回電極体20を一対の絶縁板12,13で挟み、負極リード26を電池缶11に溶接すると共に、正極リード25を安全弁機構15に溶接して、巻回電極体20をニッケルめっきした鉄製の電池缶11の内部に収納した。そののち、電池缶11の内部に電解液を減圧方式により注入した。
After producing the
電解液は、実施例1−1〜1−7では、炭酸エチレン(EC)と、炭酸ジエチル(DEC)と、常温溶融塩とを、炭酸エチレン:炭酸ジエチル:常温溶融塩=35:60:5の体積比で混合した溶媒に、電解質塩としてLiPF6 を1.0mol/kgの濃度で溶解させたものを用いた。また、実施例1−8〜1−14では、ハロゲン原子を有する環式炭酸エステル誘導体である4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン(FEC)と、炭酸ジエチルと、常温溶融塩とを、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン:炭酸ジエチル:常温溶融塩=35:60:5の体積比で混合した溶媒に、電解質塩としてLiPF6 を1.0mol/kgの濃度で溶解させたものを用いた。常温溶融塩には、化2に示したカチオンと、N- (CF3 SO2 )2 よりなるアニオンとからなる化25から化31に示した化合物とした。
In Examples 1-1 to 1-7, the electrolytic solution was ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), and room temperature molten salt, ethylene carbonate: diethyl carbonate: room temperature molten salt = 35: 60: 5. A solution in which LiPF 6 was dissolved as an electrolyte salt at a concentration of 1.0 mol / kg was used in a solvent mixed at a volume ratio of In Examples 1-8 to 1-14, 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one (FEC), which is a cyclic carbonate derivative having a halogen atom, diethyl carbonate, room temperature molten salt, Was mixed with 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one: diethyl carbonate: room temperature molten salt = 35: 60: 5 in a volume ratio of LiPF 6 as an electrolyte salt at a concentration of 1.0 mol / kg. What was dissolved in was used. The room temperature molten salt was a compound shown in Chemical Formula 25 to
電池缶11の内部に電解液を注入したのち、ガスケット17を介して電池蓋14を電池缶11にかしめることにより円筒型二次電池を得た。
After injecting the electrolyte into the battery can 11, the
実施例1−1〜1−14に対する比較例1−1,1−2として、常温溶融塩を用いなかったことを除き、他は実施例1−1〜1−7,1−8〜1−14と同様にして二次電池を作製した。その際、溶媒は、比較例1−1では、炭酸エチレンと炭酸ジエチルとを、炭酸エチレン:炭酸ジエチル=40:60の体積比で混合したものとし、比較例1−2では、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンと、炭酸ジエチルとを、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン:炭酸ジエチル=40:60の体積比で混合したものとした。 As Comparative Examples 1-1 and 1-2 for Examples 1-1 to 1-14, except that no room temperature molten salt was used, other examples 1-1 to 1-7 and 1-8 to 1- In the same manner as in Example 14, a secondary battery was produced. At that time, in Comparative Example 1-1, the solvent is a mixture of ethylene carbonate and diethyl carbonate in a volume ratio of ethylene carbonate: diethyl carbonate = 40: 60. In Comparative Example 1-2, 4-fluoro- 1,3-dioxolan-2-one and diethyl carbonate were mixed at a volume ratio of 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one: diethyl carbonate = 40: 60.
また、比較例1−3〜1−6として、負極活物質として炭素材料を用いたことを除き、他は実施例1−1〜1−14と同様にして二次電池を作製した。その際、負極は、炭素材料と、結着材としてポリフッ化ビニリデンとを混合し、溶剤であるN−メチル−2−ピロリドンを添加して帯状銅箔よりなる負極集電体に均一に塗布して乾燥させ、ロールプレス機で圧縮成型して負極活物質層を形成することにより作製した。また、電解液は、実施例1−2,1−9または比較例1−1,1−2と同様にした。 In addition, as Comparative Examples 1-3 to 1-6, secondary batteries were fabricated in the same manner as in Examples 1-1 to 1-14, except that a carbon material was used as the negative electrode active material. At that time, the negative electrode is mixed with a carbon material and polyvinylidene fluoride as a binder, and N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent is added and uniformly applied to a negative electrode current collector made of a strip-shaped copper foil. It was prepared by drying and compression molding with a roll press to form a negative electrode active material layer. The electrolytic solution was the same as in Examples 1-2 and 1-9 or Comparative Examples 1-1 and 1-2.
作製した実施例1−1〜1−14および比較例1−1〜1−6の二次電池について、高温保存特性および高温サイクル特性を次にようにして調べた。 For the fabricated secondary batteries of Examples 1-1 to 1-14 and Comparative examples 1-1 to 1-6, the high-temperature storage characteristics and the high-temperature cycle characteristics were examined as follows.
まず、23℃において、充放電を2サイクル行い、2サイクル目の放電容量(保存前の放電容量)を求めた。続いて、再度充電を行い、80℃の恒温槽において10日間保存したのち、23℃において、放電を行い、保存後の放電容量を求めた。その際、充電は、0.2Cの定電流定電圧充電を、上限電圧4.20Vまで行い、放電は、0.2Cの定電流放電を終止電圧2.50Vまで行った。高温保存特性は、保存前の放電容量に対する保存後の放電容量の割合、すなわち、(保存後の放電容量/保存前の放電容量)×100(%)から求めた。結果を表1および表2に示す。なお、0.2Cは、理論容量を5時間で放電しきる電流値である。 First, at 23 ° C., two cycles of charge / discharge were performed, and the discharge capacity at the second cycle (discharge capacity before storage) was determined. Subsequently, the battery was charged again and stored for 10 days in a constant temperature bath at 80 ° C., and then discharged at 23 ° C. to determine the discharge capacity after storage. At that time, the charge was 0.2 C constant current and constant voltage charge up to the upper limit voltage of 4.20 V, and the discharge was 0.2 C constant current discharge to the end voltage of 2.50 V. The high-temperature storage characteristics were determined from the ratio of the discharge capacity after storage to the discharge capacity before storage, that is, (discharge capacity after storage / discharge capacity before storage) × 100 (%). The results are shown in Tables 1 and 2. 0.2 C is a current value at which the theoretical capacity can be discharged in 5 hours.
また、23℃において、充放電を2サイクル行い、2サイクル目の放電容量(23℃における2サイクル目の放電容量)を求めた。続いて、60℃の恒温槽において、充放電を100サイクル行い、100サイクル目の放電容量(60℃における100サイクル目の放電容量)を求めた。その際、充電は、0.2Cの定電流定電圧充電を、上限電圧4.20Vまで行い、放電は、0.2Cの定電流放電を終止電圧2.50Vまで行った。高温サイクル特性は、23℃における2サイクル目の放電容量に対する60℃における100サイクル目の放電容量の割合、すなわち、(60℃における100サイクル目の放電容量/23℃における2サイクル目の放電容量)×100(%)から求めた。結果を表1および表2に示す。 Moreover, at 23 degreeC, charging / discharging was performed 2 cycles, and the discharge capacity of the 2nd cycle (discharge capacity of the 2nd cycle in 23 degreeC) was calculated | required. Subsequently, 100 cycles of charge / discharge were performed in a thermostat at 60 ° C., and the discharge capacity at the 100th cycle (discharge capacity at the 100th cycle at 60 ° C.) was obtained. At that time, the charge was 0.2 C constant current and constant voltage charge up to the upper limit voltage of 4.20 V, and the discharge was 0.2 C constant current discharge to the end voltage of 2.50 V. The high-temperature cycle characteristic is the ratio of the discharge capacity at the 100th cycle at 60 ° C to the discharge capacity at the second cycle at 23 ° C, that is, the discharge capacity at the 100th cycle at 60 ° C / the discharge capacity at the second cycle at 23 ° C. It calculated | required from x100 (%). The results are shown in Tables 1 and 2.
表1および表2に示したように、負極活物質としてケイ素を用い、常温溶融塩を用いた実施例1−1〜1−7,1−8〜1−14によれば、常温溶融塩を用いなかった比較例1−1,1−2よりも、それぞれ高温保存特性および高温サイクル特性が飛躍的に向上した。一方、負極活物質として炭素材料を用いた比較例1−3〜1−6では、常温溶融塩を含むことによる高温保存特性および高温サイクル特性の改善効果は観られなかった。 As shown in Table 1 and Table 2, according to Examples 1-1 to 1-7 and 1-8 to 1-14 using silicon as a negative electrode active material and using a normal temperature molten salt, The high-temperature storage characteristics and the high-temperature cycle characteristics were dramatically improved as compared with Comparative Examples 1-1 and 1-2 that were not used. On the other hand, in Comparative Examples 1-3 to 1-6 using a carbon material as the negative electrode active material, the effect of improving the high-temperature storage characteristics and the high-temperature cycle characteristics due to the inclusion of the room temperature molten salt was not observed.
更に、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンを用いた実施例1−8〜1−14によれば、これを用いなかった実施例1−1〜1−7よりも、高温保存特性および高温サイクル特性が共に向上した。 Furthermore, according to Examples 1-8 to 1-14 using 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one, it was stored at a higher temperature than Examples 1-1 to 1-7 without using it. Both characteristics and high-temperature cycle characteristics were improved.
すなわち、構成元素としてケイ素を含む負極活物質を用い、電解液に、化2に示したカチオンと、N- (CF3 SO2 )2 よりなるアニオンとからなる常温溶融塩を含むようにすれば、高温状況下に放置しても、高温状況下で使用しても、優れた特性を得ることができ、特に、電解液にハロゲン原子を有する環式炭酸エステル誘導体を含むようにすれば、好ましいことが分かった。 That is, if a negative electrode active material containing silicon as a constituent element is used, and the electrolyte solution contains a room temperature molten salt composed of a cation shown in Chemical Formula 2 and an anion composed of N − (CF 3 SO 2 ) 2. Even when left under high temperature conditions or when used under high temperature conditions, excellent characteristics can be obtained. In particular, it is preferable if the electrolyte contains a cyclic carbonate derivative having a halogen atom. I understood that.
(実施例2−1〜2−15)
実施例2−1〜2−7では、電解質塩としてLiPF6 に加えて、化6に示した軽金属塩である化14に示したジフルオロ[オキソラト−O,O’]ホウ酸リチウムを用いたことを除き、他は実施例1−1〜1−7と同様にして二次電池を作製した。その際、電解液におけるLiPF6 の濃度は0.8mol/kgとし、ジフルオロ[オキソラト−O,O’]ホウ酸リチウムの濃度は0.2mol/kgとした。
(Examples 2-1 to 2-15)
In Examples 2-1 to 2-7, in addition to LiPF 6 , lithium difluoro [oxolato-O, O ′] lithium borate shown in
また、実施例2−8〜2−14では、電解質塩としてLiPF6 に加えて、化6に示した軽金属塩である化19に示したビス[オキソラト−O,O’]ホウ酸リチウムを用いたことを除き、他は実施例1−1〜1−7と同様にして二次電池を作製した。その際、電解液におけるLiPF6 の濃度は0.8mol/kgとし、ビス[オキソラト−O,O’]ホウ酸リチウムの濃度は0.2mol/kgとした。 Further, in Examples 2-8 to 2-14, in addition to LiPF 6 as an electrolyte salt, bis [oxolato-O, O ′] lithium borate shown in Chemical formula 19 which is a light metal salt shown in Chemical formula 6 is used. Except for the above, secondary batteries were fabricated in the same manner as in Examples 1-1 to 1-7. At that time, the concentration of LiPF 6 in the electrolytic solution was 0.8 mol / kg, and the concentration of lithium bis [oxolato-O, O ′] lithium borate was 0.2 mol / kg.
更に、実施例2−15では、電解質塩としてLiPF6 に加えて、化6に示した軽金属塩である化19に示したビス[オキソラト−O,O’]ホウ酸リチウム、および環状のイミド塩である化24(2)に示した1,3−パーフルオロプロパンジスルホニルイミドリチウムを用いたことを除き、他は実施例1−2と同様にして二次電池を作製した。その際、電解液におけるLiPF6 の濃度は0.8mol/kgとし、ビス[オキソラト−O,O’]ホウ酸リチウムの濃度は0.2mol/kgとし、1,3−パーフルオロプロパンジスルホニルイミドリチウムの濃度は0.1mol/kgとした。 Further, in Example 2-15, in addition to LiPF 6 as an electrolyte salt, lithium bis [oxolato-O, O ′] lithium borate shown in Chemical formula 19 which is a light metal salt shown in Chemical formula 6, and cyclic imide salt A secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 1-2 except that 1,3-perfluoropropanedisulfonylimide lithium shown in Chemical Formula 24 (2) was used. At that time, the concentration of LiPF 6 in the electrolyte was 0.8 mol / kg, the concentration of lithium bis [oxolato-O, O ′] lithium borate was 0.2 mol / kg, and 1,3-perfluoropropanedisulfonylimide. The concentration of lithium was 0.1 mol / kg.
実施例2−1〜2−15に対する比較例2−1として、常温溶融塩を用いなかったことを除き、他は実施例2−1〜2−15と同様にして二次電池を作製した。その際、溶媒は、炭酸エチレンと炭酸ジエチルとを、炭酸エチレン:炭酸ジエチル=40:60の体積比で混合したものとし、電解質塩の種類および濃度は実施例2−1〜2−7と同様にした。 As Comparative Example 2-1 with respect to Examples 2-1 to 2-15, secondary batteries were fabricated in the same manner as in Examples 2-1 to 2-15, except that the room temperature molten salt was not used. At that time, the solvent is a mixture of ethylene carbonate and diethyl carbonate in a volume ratio of ethylene carbonate: diethyl carbonate = 40: 60, and the type and concentration of the electrolyte salt are the same as in Examples 2-1 to 2-7. I made it.
また、比較例2−2では、負極活物質として炭素材料を用い、常温溶融塩を用いなかったことを除き、他は実施例2−1〜2−15と同様にして二次電池を作製した。その際、負極は比較例1−3〜1−6と同様にして作製したものとした。また、溶媒は、炭酸エチレンと炭酸ジエチルとを、炭酸エチレン:炭酸ジエチル=40:60の体積比で混合したものとし、電解質塩の種類および濃度は実施例2−1〜2−7と同様にした。 In Comparative Example 2-2, a secondary battery was fabricated in the same manner as in Examples 2-1 to 2-15 except that a carbon material was used as the negative electrode active material and no room temperature molten salt was used. . At that time, the negative electrode was manufactured in the same manner as in Comparative Examples 1-3 to 1-6. The solvent is a mixture of ethylene carbonate and diethyl carbonate in a volume ratio of ethylene carbonate: diethyl carbonate = 40: 60, and the type and concentration of the electrolyte salt are the same as in Examples 2-1 to 2-7. did.
作製した実施例2−1〜2−15および比較例2−1,2−2の二次電池について、実施例1−1〜1−14と同様にして高温保存特性および高温サイクル特性を調べた。結果を表3および表4に示す。 For the fabricated secondary batteries of Examples 2-1 to 2-15 and Comparative Examples 2-1 and 2-2, the high-temperature storage characteristics and the high-temperature cycle characteristics were examined in the same manner as in Examples 1-1 to 1-14. . The results are shown in Table 3 and Table 4.
表3および表4に示したように、電解質塩としてLiPF6 に加えて、ジフルオロ[オキソラト−O,O’]ホウ酸リチウム、あるいはジフルオロ[オキソラト−O,O’]ホウ酸リチウムを用いた実施例2−1〜2−7,2−8〜2−14によれば、これらを用いていない実施例1−1〜1−7よりも、それぞれ高温保存特性および高温サイクル特性が共に向上し、また、常温溶融塩を用いていない比較例2−1よりも、高温保存特性および高温サイクル特性が向上した。更に、LiPF6 およびジフルオロ[オキソラト−O,O’]ホウ酸リチウムに加えて、1,3−パーフルオロプロパンジスルホニルイミドリチウムを用いた実施例2−15によれば、1,3−パーフルオロプロパンジスルホニルイミドリチウムを用いていない実施例2−2よりも、高温保存特性および高温サイクル特性が共に向上した。加えて、負極活物質として炭素材料を用いた比較例2−2では、LiPF6 に加えて、ジフルオロ[オキソラト−O,O’]ホウ酸リチウムを用いる効果は観られたが、その効果は低かった。 As shown in Table 3 and Table 4, in addition to LiPF 6 as the electrolyte salt, implementation using lithium difluoro [oxolato-O, O ′] lithium borate or difluoro [oxolato-O, O ′] lithium borate According to Examples 2-1 to 2-7 and 2-8 to 2-14, both the high-temperature storage characteristics and the high-temperature cycle characteristics are improved as compared with Examples 1-1 to 1-7 not using these, Moreover, the high temperature storage characteristic and the high temperature cycling characteristic improved rather than the comparative example 2-1 which does not use normal temperature molten salt. Furthermore, according to Example 2-15 using 1,3-perfluoropropanedisulfonylimide lithium in addition to LiPF 6 and difluoro [oxolato-O, O ′] lithium borate, 1,3-perfluoro Both the high-temperature storage characteristics and the high-temperature cycle characteristics were improved as compared with Example 2-2 that did not use propanedisulfonylimide lithium. In addition, in Comparative Example 2-2 using a carbon material as the negative electrode active material, the effect of using lithium difluoro [oxolato-O, O ′] lithium borate in addition to LiPF 6 was observed, but the effect was low. It was.
すなわち、化6に示した軽金属塩、LiPF6 、LiBF4 、LiClO4 、LiAsF6 、化20に示したリチウム塩、化21に示したリチウム塩、化22に示した環状のイミド塩および化23に示した環状のイミド塩からなる群のうちの少なくとも1種を用いるようにすれば、好ましいことが分かった。
That is, the light metal salt shown in Chemical formula 6 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , the lithium salt shown in
(実施例3−1〜3−4)
図3, 4に示したラミネート型の二次電池を作製した。その際、ゲル状の電解質層36に代えて液状の電解液を用いた。
(Examples 3-1 to 3-4)
The laminate type secondary battery shown in FIGS. 3 and 4 was produced. At that time, a liquid electrolyte solution was used instead of the
まず、実施例1−1〜1−14と同様にして、正極33および負極34を作製し、正極リード31および負極リード32を取り付けた。その際、正極集電体33Aは、厚み12μmの帯状アルミニウム箔とした。
First, the
そののち、正極33と負極34とを、正極活物質層33Bと負極活物質層34Bとが対向するようにセパレータ35を介して積層し、巻回して巻回電極体30の前駆体である巻回体を形成した。
After that, the
得られた巻回体を、ラミネートフィルムよりなる外装部材40に挟み、一辺を除く外周縁部を熱融着して袋状とし、外装部材40の内部に収納し、電解液を外装部材40の内部に注入した。電解液には、実施例1−1,1−2,1−8,1−9と同様のものを用いた。また、ラミネートフィルムは、外側からナイロン−アルミニウム−無延伸ポリプロピレンよりなるものを用い、それらの厚みは、それぞれ、30μm、40μm、30μmとし、合計で100μmとした。
The obtained wound body is sandwiched between
電解液を注入したのち、外装部材40の開口部を真空雰囲気下で熱融着して密封することにより、ラミネートフィルム型の二次電池を作製した。
After injecting the electrolytic solution, the opening of the
実施例3−1〜3−4に対する比較例3−1,3−2として、常温溶融塩を用いなかったことを除き、他は実施例3−1〜3−4と同様にしてラミネートフィルム型の二次電池を作製した。その際、電解液は、比較例1−1,1−2と同様のものとした。 As Comparative Examples 3-1 and 3-2 with respect to Examples 3-1 to 3-4, a laminate film type was obtained in the same manner as in Examples 3-1 to 3-4 except that no room temperature molten salt was used. A secondary battery was prepared. At that time, the electrolytic solution was the same as in Comparative Examples 1-1 and 1-2.
作製した実施例3−1〜3−4および比較例3−1,3−2の二次電池について、実施例1−1〜1−14と同様にして高温保存特性および高温サイクル特性を調べた。結果を表5に示す。 For the fabricated secondary batteries of Examples 3-1 to 3-4 and Comparative examples 3-1 and 3-2, the high-temperature storage characteristics and the high-temperature cycle characteristics were examined in the same manner as in Examples 1-1 to 1-14. . The results are shown in Table 5.
表5に示したように、実施例1−1〜1−14と同様の結果が得られた。すなわち、他の形状を有する電池の場合にも、構成元素としてケイ素を含む負極活物質を用い、電解液に、化2に示したカチオンと、N- (CF3 SO2 )2 よりなるアニオンとからなる常温溶融塩を含むようにすれば、高温状況下に放置しても、高温状況下で使用しても、優れた特性を得ることができ、特に、電解液にハロゲン原子を有する環式炭酸エステル誘導体を含むようにすれば、好ましいことが分かった。 As shown in Table 5, the same results as in Examples 1-1 to 1-14 were obtained. That is, in the case of a battery having another shape, a negative electrode active material containing silicon as a constituent element is used, and the cation shown in Chemical formula 2 and an anion made of N − (CF 3 SO 2 ) 2 are used in the electrolytic solution. By including a room temperature molten salt consisting of the above, it is possible to obtain excellent characteristics even when left under high temperature conditions or when used under high temperature conditions. It has been found preferable to include a carbonate ester derivative.
(実施例4−1〜4−5)
実施例4−1,4−2では、電解質塩としてLiPF6 に加えて、化6に示した軽金属塩である化14に示したジフルオロ[オキソラト−O,O’]ホウ酸リチウムを用いたことを除き、他は実施例3−1,3−2と同様にして二次電池を作製した。その際、電解液は実施例2−1,2−2と同様のものとした。
(Examples 4-1 to 4-5)
In Examples 4-1 and 4-2, in addition to LiPF 6 , lithium difluoro [oxolato-O, O ′] lithium borate shown in
また、実施例4−3,4−4では、電解質塩としてLiPF6 に加えて、化6に示した軽金属塩である化19に示したビス[オキソラト−O,O’]ホウ酸リチウムを用いたことを除き、他は実施例3−1,3−2と同様にして二次電池を作製した。その際、電解液は、実施例2−8,2−9と同様のものとした。 Further, in Examples 4-3 and 4-4, in addition to LiPF 6 as an electrolyte salt, bis [oxolato-O, O ′] lithium borate shown in Chemical formula 19, which is a light metal salt shown in Chemical formula 6, is used. A secondary battery was fabricated in the same manner as in Examples 3-1 and 3-2 except for the above. At that time, the electrolytic solution was the same as in Examples 2-8 and 2-9.
更に、実施例4−5では、電解質塩としてLiPF6 に加えて、化6に示した軽金属塩である化19に示したビス[オキソラト−O,O’]ホウ酸リチウム、および環状のイミド塩である化24(2)に示した1,3−パーフルオロプロパンジスルホニルイミドリチウムを用いたことを除き、他は実施例3−2と同様にして二次電池を作製した。その際、電解液は実施例2−15と同様のものとした。 Further, in Example 4-5, in addition to LiPF 6 as an electrolyte salt, lithium bis [oxolato-O, O ′] lithium borate shown in Chemical formula 19 which is a light metal salt shown in Chemical formula 6, and cyclic imide salt A secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 3-2 except that 1,3-perfluoropropanedisulfonylimide lithium shown in Chemical Formula 24 (2) was used. At that time, the electrolytic solution was the same as in Example 2-15.
実施例4−1〜4−5に対する比較例4−1として、常温溶融塩を用いなかったことを除き、他は実施例4−1〜4−5と同様にして二次電池を作製した。その際、電解液は比較例2−1と同様のものとした。 As Comparative Example 4-1 for Examples 4-1 to 4-5, secondary batteries were fabricated in the same manner as in Examples 4-1 to 4-5, except that the room temperature molten salt was not used. At that time, the electrolytic solution was the same as in Comparative Example 2-1.
作製した実施例4−1〜4−5および比較例4−1の二次電池について、実施例1−1〜1−14と同様にして高温保存特性および高温サイクル特性を調べた。結果を表6に示す。 For the fabricated secondary batteries of Examples 4-1 to 4-5 and Comparative example 4-1, high temperature storage characteristics and high temperature cycle characteristics were examined in the same manner as in Examples 1-1 to 1-14. The results are shown in Table 6.
表6に示したように、実施例2−1〜2−15と同様の結果が得られた。すなわち、他の形状を有する電池の場合にも、化6に示した軽金属塩と、LiPF6 、LiBF4 、LiClO4 、LiAsF6 、化20に示したリチウム塩、化21に示したリチウム塩、化22に示した環状のイミド塩および化23に示した環状のイミド塩からなる群のうちの少なくとも1種とを用いるようにすれば、好ましいことが分かった。
As shown in Table 6, the same results as in Examples 2-1 to 2-15 were obtained. That is, even in the case of batteries having other shapes, the light metal salt shown in Chemical formula 6 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , the lithium salt shown in
(実施例5−1〜5−4)
幅30mm×高さ48mm×厚み5mmの角型容器を用いたことを除き、他は実施例1−1〜1−14と同様にして二次電池を作製した。その際、正極集電体は、厚み12μmの帯状アルミニウム箔とした。電解液には、実施例1−1,1−2,1−8,1−9と同様のものを用いた。
(Examples 5-1 to 5-4)
A secondary battery was fabricated in the same manner as in Examples 1-1 to 1-14, except that a rectangular container having a width of 30 mm, a height of 48 mm, and a thickness of 5 mm was used. At that time, the positive electrode current collector was a strip-shaped aluminum foil having a thickness of 12 μm. The same electrolyte solution as in Examples 1-1, 1-2, 1-8, 1-9 was used.
実施例5−1〜5−4に対する比較例5−1,5−2として、常温溶融塩を用いなかったことを除き、他は実施例5−1〜5−4と同様にして二次電池を作製した。その際、電解液は、比較例1−1,1−2と同様のものとした。 As Comparative Examples 5-1 and 5-2 for Examples 5-1 to 5-4, secondary batteries were the same as those of Examples 5-1 to 5-4 except that no room temperature molten salt was used. Was made. At that time, the electrolytic solution was the same as in Comparative Examples 1-1 and 1-2.
作製した実施例5−1〜5−4および比較例5−1,5−2の二次電池について、実施例1−1〜1−14と同様にして高温保存特性および高温サイクル特性を調べた。結果を表7に示す。 Regarding the fabricated secondary batteries of Examples 5-1 to 5-4 and Comparative Examples 5-1 and 5-2, the high-temperature storage characteristics and the high-temperature cycle characteristics were examined in the same manner as in Examples 1-1 to 1-14. . The results are shown in Table 7.
表7に示したように、実施例1−1〜1−14と同様の結果が得られた。すなわち、他の形状を有する電池の場合にも、構成元素としてケイ素を含む負極活物質を用い、電解液に、化2に示したカチオンと、N- (CF3 SO2 )2 よりなるアニオンとからなる常温溶融塩を含むようにすれば、高温状況下に放置しても、高温状況下で使用しても、優れた特性を得ることができ、特に、電解液にハロゲン原子を有する環式炭酸エステル誘導体を含むようにすれば、好ましいことが分かった。 As shown in Table 7, the same results as in Examples 1-1 to 1-14 were obtained. That is, in the case of a battery having another shape, a negative electrode active material containing silicon as a constituent element is used, and the cation shown in Chemical formula 2 and an anion made of N − (CF 3 SO 2 ) 2 are used in the electrolytic solution. By including a room temperature molten salt consisting of the above, it is possible to obtain excellent characteristics even when left under high temperature conditions or when used under high temperature conditions. It has been found preferable to include a carbonate ester derivative.
(実施例6−1〜6−5)
実施例6−1,6−2では、電解質塩としてLiPF6 に加えて、化6に示した軽金属塩である化14に示したジフルオロ[オキソラト−O,O’]ホウ酸リチウムを用いたことを除き、他は実施例5−1,5−2と同様にして二次電池を作製した。その際、電解液は実施例2−1,2−2と同様のものとした。
(Examples 6-1 to 6-5)
In Examples 6-1 and 6-2, in addition to LiPF 6 , lithium difluoro [oxolato-O, O ′] lithium borate shown in
また、実施例6−3,6−4では、電解質塩としてLiPF6 に加えて、化6に示した軽金属塩である化19に示したビス[オキソラト−O,O’]ホウ酸リチウムを用いたことを除き、他は実施例5−1,5−2と同様にして二次電池を作製した。その際、電解液は、実施例2−8,2−9と同様のものとした。 Further, in Examples 6-3 and 6-4, in addition to LiPF 6 as an electrolyte salt, bis [oxolato-O, O ′] lithium borate shown in Chemical formula 19, which is a light metal salt shown in Chemical formula 6, is used. A secondary battery was fabricated in the same manner as in Examples 5-1 and 5-2 except for the above. At that time, the electrolytic solution was the same as in Examples 2-8 and 2-9.
更に、実施例6−5では、電解質塩としてLiPF6 に加えて、化6に示した軽金属塩である化19に示したビス[オキソラト−O,O’]ホウ酸リチウム、および環状のイミド塩である化24(2)に示した1,3−パーフルオロプロパンジスルホニルイミドリチウムを用いたことを除き、他は実施例5−2と同様にして二次電池を作製した。その際、電解液は実施例2−15と同様のものとした。 Further, in Example 6-5, in addition to LiPF 6 as an electrolyte salt, lithium bis [oxolato-O, O ′] lithium borate shown in Chemical formula 19 which is a light metal salt shown in Chemical formula 6, and cyclic imide salt A secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 5-2 except that 1,3-perfluoropropanedisulfonylimide lithium shown in Chemical Formula 24 (2) was used. At that time, the electrolytic solution was the same as in Example 2-15.
実施例6−1〜6−5に対する比較例6−1として、常温溶融塩を用いなかったことを除き、他は実施例6−1〜6−5と同様にして二次電池を作製した。その際、電解液は比較例2−1と同様のものとした。 As Comparative Example 6-1 with respect to Examples 6-1 to 6-5, secondary batteries were fabricated in the same manner as in Examples 6-1 to 6-5, except that the room temperature molten salt was not used. At that time, the electrolytic solution was the same as in Comparative Example 2-1.
作製した実施例6−1〜6−5および比較例6−1の二次電池について、実施例1−1〜1−14と同様にして高温保存特性および高温サイクル特性を調べた。結果を表8に示す。 For the fabricated secondary batteries of Examples 6-1 to 6-5 and Comparative Example 6-1, high temperature storage characteristics and high temperature cycle characteristics were examined in the same manner as in Examples 1-1 to 1-14. The results are shown in Table 8.
表8に示したように、実施例2−1〜2−15と同様の結果が得られた。すなわち、他の形状を有する電池の場合にも、化6に示した軽金属塩と、LiPF6 、LiBF4 、LiClO4 、LiAsF6 、化20に示したリチウム塩、化21に示したリチウム塩、化22に示した環状のイミド塩および化23に示した環状のイミド塩からなる群のうちの少なくとも1種とを用いるようにすれば、好ましいことが分かった。
As shown in Table 8, the same results as in Examples 2-1 to 2-15 were obtained. That is, even in the case of batteries having other shapes, the light metal salt shown in Chemical formula 6 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , the lithium salt shown in
以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は実施の形態および実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態および実施例では、電解質として電解液または電解液を高分子化合物に保持させたゲル状電解質を用いる場合についても説明したが、他の電解質を用いるようにしてもよい。他の電解質としては、例えば、イオン伝導性セラミックス,イオン伝導性ガラスあるいはイオン性結晶などのイオン伝導性無機化合物と電解液とを混合したもの、または他の無機化合物と電解液とを混合したもの、またはこれらの無機化合物とゲル状電解質とを混合したものが挙げられる。 Although the present invention has been described with reference to the embodiments and examples, the present invention is not limited to the embodiments and examples, and various modifications can be made. For example, in the above-described embodiments and examples, the case where the electrolyte solution or the gel electrolyte in which the polymer solution is held in the polymer compound is used as the electrolyte has been described, but other electrolytes may be used. Other electrolytes include, for example, a mixture of an ion conductive inorganic compound such as ion conductive ceramics, ion conductive glass or ionic crystal and an electrolytic solution, or a mixture of another inorganic compound and an electrolytic solution. Or a mixture of these inorganic compounds and a gel electrolyte.
また、上記実施の形態および実施例では、電極反応物質としてリチウムを用いる電池について説明したが、ナトリウム(Na)あるいはカリウム(K)などの他のアルカリ金属、またはマグネシウムあるいはカルシウム(Ca)などのアルカリ土類金属、またはアルミニウムなどの他の軽金属を用いる場合についても、本発明を適用することができる。その際、正極活物質などは電極反応物質に応じて適宜選択することができる。 In the above embodiment and examples, a battery using lithium as an electrode reactant has been described. However, other alkali metals such as sodium (Na) or potassium (K), or alkalis such as magnesium or calcium (Ca) are used. The present invention can also be applied to the case of using an earth metal or another light metal such as aluminum. In that case, a positive electrode active material etc. can be suitably selected according to an electrode reaction material.
更に、上記実施の形態または実施例では、円筒型,ラミネートフィルム型あるいは角型の二次電池を具体的に挙げて説明したが、本発明はボタン型、あるいはコイン型などの他の形状を有する二次電池、または積層構造などの他の構造を有する二次電池についても同様に適用することができる。また、本発明は、二次電池に限らず、一次電池などの他の電池についても同様に適用することができる。 Further, in the above embodiment or example, a cylindrical type, laminated film type or square type secondary battery has been specifically described, but the present invention has other shapes such as a button type or a coin type. The present invention can be similarly applied to a secondary battery or a secondary battery having another structure such as a laminated structure. Further, the present invention is not limited to the secondary battery, and can be similarly applied to other batteries such as a primary battery.
11…電池缶、12,13…絶縁板、14…電池蓋、15…安全弁機構、15A…ディスク板、16…熱感抵抗素子、17…ガスケット、20,30…巻回電極体、21,33…正極、21A,33A…正極集電体、21B,33B…正極活物質層、22,34…負極、22A,34A…負極集電体、22B,34B…負極活物質層、23,35…セパレータ、24…センターピン、25,31…正極リード、26,32…負極リード、36…電解質層、37…保護テープ、40…外装部材、41…密着フィルム。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Battery can, 12, 13 ... Insulation board, 14 ... Battery cover, 15 ... Safety valve mechanism, 15A ... Disc board, 16 ... Heat sensitive resistance element, 17 ... Gasket, 20, 30 ... Winding electrode body, 21, 33 ... Positive electrode, 21A, 33A ... Positive electrode current collector, 21B, 33B ... Positive electrode active material layer, 22, 34 ... Negative electrode, 22A, 34A ... Negative electrode current collector, 22B, 34B ... Negative electrode active material layer, 23, 35 ... Separator , 24 ... Center pin, 25, 31 ... Positive electrode lead, 26, 32 ... Negative electrode lead, 36 ... Electrolyte layer, 37 ... Protective tape, 40 ... Exterior member, 41 ... Adhesion film.
Claims (7)
前記負極は、構成元素としてケイ素(Si)を含む負極活物質を含有し、
前記電解質は、化1に示したカチオンと、N- (CF3 SO2 ) 2 とよりなる常温溶融塩を含む、電池。
The negative electrode contains a negative electrode active material containing silicon (Si) as a constituent element,
The electrolyte, the cation represented by Chemical Formula 1, N - containing (CF 3 SO 2) 2 and become more ambient temperature molten salt batteries.
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