JP7411475B2 - Complex compound and its manufacturing method, additive for lithium ion secondary batteries, non-aqueous electrolyte for lithium ion secondary batteries, and lithium ion secondary batteries - Google Patents
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Description
本開示は、錯化合物及びその製造方法、リチウムイオン二次電池用添加剤、リチウムイオン二次電池用非水電解液、並びに、リチウムイオン二次電池に関する。 The present disclosure relates to a complex compound and a method for producing the same, an additive for a lithium ion secondary battery, a nonaqueous electrolyte for a lithium ion secondary battery, and a lithium ion secondary battery.
従来より、リチウムイオン二次電池の非水電解液用の添加剤として、ジフルオロリン酸リチウムが知られている。
例えば、特許文献1には、リチウムイオン二次電池を保存する場合に自己放電を抑制し、充電後の保存特性を向上させる優れた非水系電解液として、有機溶媒と溶質とを含有する電解液が開示されている。この電解液は、有機溶媒が、モノフルオロリン酸リチウム及びジフルオロリン酸リチウムからなる群から選ばれた少なくとも1種の添加剤を含有している。
Lithium difluorophosphate has been known as an additive for nonaqueous electrolytes of lithium ion secondary batteries.
For example, Patent Document 1 describes an electrolytic solution containing an organic solvent and a solute as an excellent nonaqueous electrolytic solution that suppresses self-discharge and improves storage characteristics after charging when storing a lithium ion secondary battery. is disclosed. In this electrolytic solution, the organic solvent contains at least one additive selected from the group consisting of lithium monofluorophosphate and lithium difluorophosphate.
しかしながら、ジフルオロリン酸リチウムを添加した非水電解液を用いる上記従来のリチウムイオン二次電池について、初期及び充放電サイクル後の電池抵抗の低減に関し、更なる改善の余地があった。 However, with respect to the above-mentioned conventional lithium ion secondary battery using a non-aqueous electrolyte containing lithium difluorophosphate, there is room for further improvement in terms of reducing battery resistance at the initial stage and after charge/discharge cycles.
本開示の一態様の目的は、リチウムイオン二次電池の初期及び充放電サイクル後の電池抵抗を低減させることができるリチウムイオン二次電池用添加剤及びリチウムイオン二次電池用非水電解液、初期及び充放電サイクル後の電池抵抗が低減されるリチウムイオン二次電池、並びに、上記リチウムイオン二次電池用添加剤の有効成分として有用な錯化合物及びその製造方法を提供することである。 An object of one aspect of the present disclosure is to provide an additive for a lithium ion secondary battery and a non-aqueous electrolyte for a lithium ion secondary battery that can reduce the battery resistance of the lithium ion secondary battery at an initial stage and after a charge/discharge cycle. It is an object of the present invention to provide a lithium ion secondary battery in which battery resistance is reduced at the initial stage and after a charge/discharge cycle, a complex compound useful as an active ingredient of the additive for the lithium ion secondary battery, and a method for producing the same.
上記課題を解決するための手段には、以下の態様が含まれる。
<1> リチウムイオンと、
ヘキサフルオロリン酸イオンと、
ジフルオロリン酸イオンと、
エチレンカーボネート分子と、
を含み、
示差走査熱量測定において、単位質量当たりの熱流量の極大値を示す発熱ピークAが190℃~210℃の温度範囲内に発現し、かつ、単位質量当たりの熱流量の極大値を示す発熱ピークBが280℃~300℃の温度範囲内に発現する、
錯化合物。
<2> 前記ジフルオロリン酸イオンに対する前記ヘキサフルオロリン酸イオンのモル比が、0.95~1.05であり、
前記ジフルオロリン酸イオンに対する前記エチレンカーボネート分子のモル比が、10~50であり、
前記ジフルオロリン酸イオンに対する前記リチウムイオンのモル比が、1.95~2.05である、
<1>に記載の錯化合物。
<3> リチウムイオンと、ヘキサフルオロリン酸イオンと、ジフルオロリン酸イオンと、エチレンカーボネート分子と、を含む錯化合物を製造する方法であって、
ヘキサフルオロリン酸リチウムと、ジフルオロリン酸リチウムと、エチレンカーボネートと、沸点150℃以下の有機溶剤Aと、を混合し、前記錯化合物及び前記有機溶剤Aを含む混合物を得る工程と、
前記混合物から前記有機溶剤Aを除去して前記錯化合物を得る工程と、
を含み、
混合物を得る工程において、
前記ジフルオロリン酸リチウムに対する前記ヘキサフルオロリン酸リチウムの仕込みモル比が、0.95~1.05であり、
前記ジフルオロリン酸リチウムに対する前記エチレンカーボネートの仕込みモル比が、10~50である、
錯化合物の製造方法。
<4> 混合物を得る工程において、前記エチレンカーボネートに対する前記有機溶剤Aの仕込みモル比が、0.2~1.5である、<3>に記載の錯化合物の製造方法。
<5> 前記有機溶剤Aが、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、及びエチルメチルカーボネートからなる群から選択される少なくとも1種を含む、<3>又は<4>に記載の錯化合物の製造方法。
<6> リチウムイオン二次電池の非水電解液用の添加剤であって、
<1>又は<2>に記載の錯化合物を含む、リチウムイオン二次電池用添加剤。
<7> <1>又は<2>に記載の錯化合物を含む、リチウムイオン二次電池用非水電解液。
<8> 正極と、
負極と、
前記正極と前記負極との間に配置されたセパレータと、
<7>に記載のリチウムイオン二次電池用非水電解液と、
を備えるリチウムイオン二次電池。
Means for solving the above problems include the following aspects.
<1> Lithium ion and
hexafluorophosphate ion,
difluorophosphate ion,
ethylene carbonate molecule,
including;
In differential scanning calorimetry, exothermic peak A, which indicates the maximum value of heat flow per unit mass, occurs within the temperature range of 190°C to 210°C, and exothermic peak B, which indicates the maximum value of heat flow per unit mass. is expressed within a temperature range of 280°C to 300°C,
complex compound.
<2> The molar ratio of the hexafluorophosphate ion to the difluorophosphate ion is 0.95 to 1.05,
The molar ratio of the ethylene carbonate molecules to the difluorophosphate ions is from 10 to 50,
The molar ratio of the lithium ion to the difluorophosphate ion is 1.95 to 2.05,
The complex compound described in <1>.
<3> A method for producing a complex compound containing a lithium ion, a hexafluorophosphate ion, a difluorophosphate ion, and an ethylene carbonate molecule, the method comprising:
A step of mixing lithium hexafluorophosphate, lithium difluorophosphate, ethylene carbonate, and an organic solvent A having a boiling point of 150° C. or lower to obtain a mixture containing the complex compound and the organic solvent A;
removing the organic solvent A from the mixture to obtain the complex compound;
including;
In the step of obtaining the mixture,
The charging molar ratio of the lithium hexafluorophosphate to the lithium difluorophosphate is 0.95 to 1.05,
The molar ratio of the ethylene carbonate to the lithium difluorophosphate is 10 to 50.
Method for producing complex compounds.
<4> The method for producing a complex compound according to <3>, wherein in the step of obtaining the mixture, the molar ratio of the organic solvent A to the ethylene carbonate is 0.2 to 1.5.
<5> The method for producing a complex compound according to <3> or <4>, wherein the organic solvent A contains at least one selected from the group consisting of dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and ethylmethyl carbonate.
<6> An additive for a non-aqueous electrolyte of a lithium ion secondary battery,
An additive for lithium ion secondary batteries, comprising the complex compound according to <1> or <2>.
<7> A non-aqueous electrolyte for a lithium ion secondary battery, comprising the complex compound according to <1> or <2>.
<8> Positive electrode and
a negative electrode;
a separator disposed between the positive electrode and the negative electrode;
The non-aqueous electrolyte for lithium ion secondary batteries according to <7>,
A lithium-ion secondary battery equipped with.
本開示の一態様によれば、リチウムイオン二次電池の初期及び充放電サイクル後の電池抵抗を低減させることができるリチウムイオン二次電池用添加剤及びリチウムイオン二次電池用非水電解液、初期及び充放電サイクル後の電池抵抗が低減されるリチウムイオン二次電池、並びに、リチウムイオン二次電池用添加剤の有効成分として有用な錯化合物及びその製造方法が提供される。 According to one aspect of the present disclosure, an additive for a lithium ion secondary battery and a nonaqueous electrolyte for a lithium ion secondary battery that can reduce the battery resistance of the lithium ion secondary battery at an initial stage and after a charge/discharge cycle; A lithium ion secondary battery in which battery resistance is reduced at the initial stage and after a charge/discharge cycle, a complex compound useful as an active ingredient of an additive for a lithium ion secondary battery, and a method for producing the same are provided.
本開示において、「~」を用いて表される数値範囲は、「~」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
本開示において、組成物中の各成分の量は、組成物中に各成分に該当する物質が複数存在する場合は、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数の物質の合計量を意味する。
本開示において、「工程」との用語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の目的が達成されれば、本用語に含まれる。
In the present disclosure, a numerical range expressed using "~" means a range that includes the numerical values written before and after "~" as lower and upper limits.
In the present disclosure, if there are multiple substances corresponding to each component in the composition, unless otherwise specified, the amount of each component in the composition refers to the total amount of the multiple substances present in the composition. means.
In this disclosure, the term "step" is used not only to refer to an independent process, but also to include a process that is not clearly distinguishable from other processes as long as the intended purpose of the process is achieved. .
〔錯化合物〕
本開示の錯化合物は、
リチウムイオン(即ち、Li+)と、
ヘキサフルオロリン酸イオン(即ち、PF6
-)と、
ジフルオロリン酸イオン(即ち、PF2O2
-)と、
エチレンカーボネート分子(以下、「EC」ともいう)と、
を含み、
示差走査熱量測定において、単位質量当たりの熱流量の極大値を示す発熱ピークAが190℃~210℃の範囲内で発現し、かつ、単位質量当たりの熱流量の極大値を示す発熱ピークBが280℃~300℃の範囲内で発現する。
[Complex compound]
The complex compound of the present disclosure includes:
Lithium ions (i.e., Li + );
hexafluorophosphate ion (i.e., PF 6 − );
difluorophosphate ion (i.e., PF 2 O 2 - ),
Ethylene carbonate molecule (hereinafter also referred to as "EC"),
including;
In differential scanning calorimetry, exothermic peak A indicating the maximum value of heat flow per unit mass occurs within the range of 190 ° C. to 210 ° C., and exothermic peak B indicating the maximum value of heat flow per unit mass occurs. Expresses within the range of 280°C to 300°C.
本開示の錯化合物は、リチウムイオン二次電池用非水電解液(以下、単に「非水電解液」ともいう)に添加された場合に、この非水電解液を用いたリチウムイオン二次電池の初期及び充放電サイクル後の電池抵抗を低減させることができる。
より詳細には、PF2O2
-を含む本開示の錯化合物を非水電解液に添加した場合には、公知の添加剤である単体のジフルオロリン酸リチウムを添加した場合(即ち、単体のPF2O2
-を添加した場合)と比較して、初期及び充放電サイクル後の電池抵抗を低減させる効果に優れる(例えば、後述の実施例参照)。
かかる効果が奏される理由は明らかではないが、PF2O2
-を含む本開示の錯化合物を非水電解液に添加した場合には、かかる本開示の錯化合物の構造が非水電解液中においても安定的に維持され、この本開示の錯化合物が、リチウムイオン二次電池の初期及び充放電サイクル後の電池抵抗の低減に寄与するためと考えられる。
本開示の錯化合物は、リチウムイオン二次電池の初期及び充放電サイクル後の電池抵抗を低減させる効果を有するので、リチウムイオン二次電池のレート特性及びサイクル特性を向上させる効果を有することも期待される。
The complex compound of the present disclosure, when added to a non-aqueous electrolyte for lithium ion secondary batteries (hereinafter also simply referred to as "non-aqueous electrolyte"), can be used in lithium ion secondary batteries using this non-aqueous electrolyte. The battery resistance at the initial stage and after the charge/discharge cycle can be reduced.
More specifically, when the complex compound of the present disclosure containing PF 2 O 2 - is added to a nonaqueous electrolyte, when a known additive, simple lithium difluorophosphate, is added (i.e., simple lithium difluorophosphate) The effect of reducing the battery resistance at the initial stage and after the charge/discharge cycle is excellent compared to the case where PF 2 O 2 - is added (for example, see Examples below).
The reason why such an effect is produced is not clear, but when the complex compound of the present disclosure containing PF 2 O 2 - is added to a non-aqueous electrolyte, the structure of the complex compound of the present disclosure is different from that of a non-aqueous electrolyte. It is believed that this is because the complex compound of the present disclosure contributes to reducing the battery resistance of the lithium ion secondary battery at the initial stage and after charge/discharge cycles.
Since the complex compound of the present disclosure has the effect of reducing the battery resistance of a lithium ion secondary battery at the initial stage and after charge/discharge cycles, it is also expected to have the effect of improving the rate characteristics and cycle characteristics of a lithium ion secondary battery. be done.
このように、本開示の錯化合物は、リチウムイオン二次電池用添加剤(即ち、リチウムイオン二次電池の非水電解液用の添加剤)中の有効成分として有用である。
本開示の錯化合物をリチウムイオン二次電池の非水電解液用の添加剤として使用する場合、リチウムイオン二次電池に充填する前の非水電解液に対して添加することができるのは勿論であるが、リチウムイオン二次電池の製造後、製造されたリチウムイオン二次電池に充填されている非水電解液に対して添加することもできる。
As described above, the complex compound of the present disclosure is useful as an active ingredient in an additive for a lithium ion secondary battery (ie, an additive for a nonaqueous electrolyte of a lithium ion secondary battery).
When using the complex compound of the present disclosure as an additive for the non-aqueous electrolyte of a lithium ion secondary battery, it is of course possible to add it to the non-aqueous electrolyte before filling it into the lithium ion secondary battery. However, after manufacturing the lithium ion secondary battery, it can also be added to the nonaqueous electrolyte filled in the manufactured lithium ion secondary battery.
<発熱ピークA及び発熱ピークB>
本開示の錯化合物について示差走査熱量(DSC)測定を実施すると、
単位質量当たりの熱流量の極大値を示す発熱ピークAが190℃~210℃の範囲内で発現し、かつ、
単位質量当たりの熱流量の極大値を示す発熱ピークBが280℃~300℃の範囲内で発現する。
<Exothermic peak A and exothermic peak B>
When performing differential scanning calorimetry (DSC) measurement on the complex compound of the present disclosure,
An exothermic peak A indicating the maximum value of heat flow per unit mass occurs within the range of 190 ° C. to 210 ° C., and
Exothermic peak B, which indicates the maximum value of heat flow per unit mass, appears within the range of 280°C to 300°C.
本開示におけるDSC測定は、熱流速型の示差走査熱量計(例えば、日立ハイテクサイエンス社製の示差走査熱量計「DSC7000X」)を用い、昇温速度5℃/分、測定温度範囲40℃~340℃の条件で行う示差走査熱量測定を意味する。
発熱ピークAの半値全幅(Full Width Half Maximum;FWHM)は、測定の分解能にもよるが、例えば30℃以下である。
発熱ピークBのFWHMは、分解能にもよるが、例えば50℃以下であり、好ましくは45℃以下である。
The DSC measurement in the present disclosure uses a heat flux type differential scanning calorimeter (for example, the differential scanning calorimeter “DSC7000X” manufactured by Hitachi High-Tech Science), with a heating rate of 5°C/min, and a measurement temperature range of 40°C to 340°C. Means differential scanning calorimetry performed under conditions of °C.
The full width half maximum (FWHM) of the exothermic peak A is, for example, 30° C. or less, although it depends on the measurement resolution.
The FWHM of the exothermic peak B is, for example, 50° C. or lower, and preferably 45° C. or lower, although it depends on the resolution.
発熱ピークAは、主にLiPF6部位の熱分解に起因しており、発熱ピークBはLiDFP部位及びEC分子の熱分解に起因していると考えられる。
即ち、発熱ピークA及び発熱ピークBの双方が発現する現象は、LiPF6部位とLiDFP部位とEC分子とを含む錯化合物に特有の現象である。
ここで、発熱ピークAは、LiPF6部位及びEC分子のみからなる錯化合物においては発現せず、また、LiDFP部位及びEC分子のみからなる錯化合物においても発現しない(例えば、後述の図2参照)。
It is considered that exothermic peak A is mainly caused by the thermal decomposition of the LiPF 6 site, and exothermic peak B is due to the thermal decomposition of the LiDFP site and the EC molecule.
That is, the phenomenon in which both the exothermic peak A and the exothermic peak B appear is a phenomenon peculiar to a complex compound containing the LiPF 6 site, the LiDFP site, and the EC molecule.
Here, the exothermic peak A is not expressed in a complex compound consisting only of LiPF 6 sites and EC molecules, nor is it expressed in a complex compound consisting only of LiDFP sites and EC molecules (for example, see Figure 2 described below). .
<モル比〔PF6
-/PF2O2
-〕>
本開示の錯化合物において、モル比〔PF6
-/PF2O2
-〕(即ち、ジフルオロリン酸イオンに対するヘキサフルオロリン酸イオンのモル比)は、錯化合物の安定性の観点から、好ましくは0.95~1.05である。
<Molar ratio [PF 6 - /PF 2 O 2 - ]>
In the complex compound of the present disclosure, the molar ratio [PF 6 − /PF 2 O 2 − ] (i.e., the molar ratio of hexafluorophosphate ion to difluorophosphate ion) is preferably set from the viewpoint of stability of the complex compound. It is 0.95 to 1.05.
<モル比〔EC/PF2O2
-〕>
本開示の錯化合物において、モル比〔EC/PF2O2
-〕(即ち、ジフルオロリン酸イオンに対するエチレンカーボネート分子のモル比)は、錯化合物の安定性の観点から、好ましくは10~50であり、より好ましくは18~50であり、更に好ましくは20~40であり、更に好ましくは25~35である。
モル比〔EC/PF2O2
-〕が10以上である場合には、調製された非水電解液において、錯化合物の安定性がより向上し、その結果、リチウムイオン二次電池の初期及び充放電サイクル後の電池抵抗を低減させる効果がより効果的に発現される。
モル比〔EC/PF2O2
-〕が50以下である場合には、錯化合物から非水電解液に持ち込まれるEC量がある程度制限されるので、非水電解液中の溶媒組成の制約がより少なくなる。
<Molar ratio [EC/PF 2 O 2 - ]>
In the complex compound of the present disclosure, the molar ratio [EC/PF 2 O 2 − ] (that is, the molar ratio of ethylene carbonate molecules to difluorophosphate ions) is preferably 10 to 50 from the viewpoint of stability of the complex compound. It is more preferably 18 to 50, still more preferably 20 to 40, even more preferably 25 to 35.
When the molar ratio [EC/PF 2 O 2 - ] is 10 or more, the stability of the complex compound is further improved in the prepared non-aqueous electrolyte, and as a result, the initial stage and The effect of reducing battery resistance after charge/discharge cycles is more effectively expressed.
When the molar ratio [EC/PF 2 O 2 - ] is 50 or less, the amount of EC brought into the non-aqueous electrolyte from the complex compound is limited to some extent, so the solvent composition in the non-aqueous electrolyte is restricted. less.
<モル比〔Li+/PF2O2
-〕>
本開示の錯化合物において、モル比〔Li+/PF2O2
-〕(即ち、ジフルオロリン酸イオンに対するリチウムイオンのモル比)は、錯化合物の安定性の観点から、好ましくは1.95~2.05である。
<Molar ratio [Li + /PF 2 O 2 − ]>
In the complex compound of the present disclosure, the molar ratio [Li + /PF 2 O 2 − ] (that is, the molar ratio of lithium ions to difluorophosphate ions) is preferably 1.95 to 1.95 from the viewpoint of stability of the complex compound. It is 2.05.
以上で説明した本開示の錯化合物を製造する方法には特に制限はないが、後述する製法Aが好適である。 Although there are no particular limitations on the method for producing the complex compound of the present disclosure described above, production method A described below is preferred.
〔錯化合物の製造方法の一例(製法A)〕
次に、リチウムイオン(Li+)と、ヘキサフルオロリン酸イオン(PF6
-)と、ジフルオロリン酸イオン(PF2O2
-)と、エチレンカーボネート分子(EC分子)と、を含む錯化合物(以下、「錯化合物A」とする)の製造方法の一例(以下、「製法A」とする)について説明する。
錯化合物Aは、Li+と、PF6
-と、PF2O2
-と、EC分子と、を含むこと以外に特に限定はない。
かかる錯化合物Aの範囲には、前述した本開示の錯化合物(即ち、DSC測定において、発熱ピークAが190℃~210℃の範囲内で発現し、かつ、発熱ピークBが280℃~300℃の範囲内で発現する錯化合物)も包含される。但し、錯化合物Aは、前述した本開示の錯化合物であることには限定されない(即ち、発熱ピークA及び発熱ピークBを発現することには限定されない)。
[An example of a method for producing a complex compound (Production method A)]
Next , a complex compound ( An example of the manufacturing method (hereinafter referred to as "manufacturing method A") of "complex compound A" will be described below.
Complex compound A is not particularly limited other than that it contains Li + , PF 6 - , PF 2 O 2 - , and EC molecules.
The range of such complex compound A includes the above-mentioned complex compound of the present disclosure (i.e., in DSC measurement, exothermic peak A occurs within the range of 190°C to 210°C, and exothermic peak B occurs within the range of 280°C to 300°C). (complex compounds expressed within the range) are also included. However, complex compound A is not limited to being the complex compound of the present disclosure described above (that is, it is not limited to expressing exothermic peak A and exothermic peak B).
製法Aは、ヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6)と、ジフルオロリン酸リチウム(LiDFP)と、エチレンカーボネート(EC)と、沸点150℃以下の有機溶剤Aと、を混合し、錯化合物A及び有機溶剤Aを含む混合物を得る工程と、
混合物から有機溶剤Aを除去して錯化合物Aを得る工程と、
を含む。
製法Aは、必要に応じ、その他の工程を含んでいてもよい。
Production method A is to mix lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium difluorophosphate (LiDFP), ethylene carbonate (EC), and organic solvent A with a boiling point of 150°C or lower, and then combine complex compound A and organic obtaining a mixture containing solvent A;
a step of removing organic solvent A from the mixture to obtain complex compound A;
including.
Manufacturing method A may include other steps as necessary.
<混合物を得る工程>
混合物を得る工程は、LiPF6と、LiDFPと、ECと、沸点150℃以下の有機溶剤Aと、を混合し、錯化合物A(即ち、Li+と、PF6
-と、PF2O2
-と、EC分子と、を含む錯化合物A)及び有機溶剤Aを含む混合物を得る工程である。
<Step of obtaining mixture>
The step of obtaining a mixture is to mix LiPF 6 , LiDFP, EC, and an organic solvent A having a boiling point of 150° C. or less to form a complex compound A (i.e., Li + , PF 6 − , PF 2 O 2 − This is a step of obtaining a mixture containing a complex compound A) containing an EC molecule and an organic solvent A.
混合物を得る工程において、
LiDFPに対するLiPF6の仕込みモル比(即ち、仕込みモル比〔LiPF6/LiDFP〕)は、0.95~1.05であり、
LiDFPに対するに対するECの仕込みモル比(即ち、仕込みモル比〔EC/LiDFP〕)は、10~50である。
In the step of obtaining the mixture,
The charging molar ratio of LiPF 6 to LiDFP (i.e., charging molar ratio [LiPF 6 /LiDFP]) is 0.95 to 1.05,
The charging molar ratio of EC to LiDFP (ie, charging molar ratio [EC/LiDFP]) is 10 to 50.
仕込みモル比〔LiPF6/LiDFP〕が0.95~1.05であることにより、安定性に優れた錯化合物Aが形成される。 When the charging molar ratio [LiPF 6 /LiDFP] is 0.95 to 1.05, complex compound A with excellent stability is formed.
仕込みモル比〔EC/LiDFP〕が10~50であることにより、安定性に優れた錯化合物Aが得られ、かつ、非水電解液の溶媒組成の制約がより少なくなる。
仕込みモル比〔EC/LiDFP〕は、好ましくは18~50であり、より好ましくは20~40であり、更に好ましくは25~35である。
When the charging molar ratio [EC/LiDFP] is 10 to 50, complex compound A with excellent stability can be obtained, and there are fewer restrictions on the solvent composition of the nonaqueous electrolyte.
The charging molar ratio [EC/LiDFP] is preferably 18-50, more preferably 20-40, even more preferably 25-35.
有機溶剤Aとしては、沸点150℃以下の有機溶剤であれば特に制限はないが、好ましくはカーボネートであり、より好ましくは鎖状カーボネートである。 The organic solvent A is not particularly limited as long as it has a boiling point of 150° C. or less, but carbonate is preferred, and chain carbonate is more preferred.
有機溶剤Aは、更に好ましくは、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、及びエチルメチルカーボネート(EMC)からなる群から選択される少なくとも1種を含む。
この場合、有機溶剤Aの全量中に占める、DMC、DEC及びEMCの合計量の割合は、好ましくは50質量%~100質量%であり、より好ましくは60質量%~100質量%であり、更に好ましくは80質量%~100質量%である。
Organic solvent A more preferably contains at least one selected from the group consisting of dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), and ethylmethyl carbonate (EMC).
In this case, the proportion of the total amount of DMC, DEC, and EMC in the total amount of organic solvent A is preferably 50% by mass to 100% by mass, more preferably 60% by mass to 100% by mass, and Preferably it is 80% by mass to 100% by mass.
混合物を得る工程において、エチレンカーボネートに対する有機溶剤Aの仕込みモル比(以下、「仕込みモル比〔有機溶剤A/EC〕」ともいう)は、好ましくは0.2~1.5である。
仕込みモル比〔有機溶剤A/EC〕が0.2以上である場合には、ECがより溶解しやすくなり、その結果、錯化合物Aの形成性がより向上する。
仕込みモル比〔有機溶剤A/EC〕が1.5以下である場合には、後述の錯化合物Aを得る工程において、有機溶剤Aをより除去しやすく、その結果、錯化合物A中に有機溶剤Aが不純物として残存することがより抑制される。
In the step of obtaining the mixture, the charged molar ratio of organic solvent A to ethylene carbonate (hereinafter also referred to as "charged molar ratio [organic solvent A/EC]") is preferably 0.2 to 1.5.
When the charging molar ratio [organic solvent A/EC] is 0.2 or more, EC becomes easier to dissolve, and as a result, the formation property of complex compound A is further improved.
When the charging molar ratio [organic solvent A/EC] is 1.5 or less, organic solvent A can be more easily removed in the process of obtaining complex compound A described later, and as a result, organic solvent is present in complex compound A. Remaining of A as an impurity is further suppressed.
<錯化合物Aを得る工程>
錯化合物Aを得る工程は、上記混合物から有機溶剤Aを除去して錯化合物Aを得る工程である。
上記混合物から有機溶剤Aを除去する方法としては、特に限定されるものではなく、乾燥(凍結乾燥、自然乾燥、加熱乾燥、等)、ろ過、デカンテーションなどの公知の方法を例示できる。この中でも、錯化合物を速やかに且つ安定的に取り出す観点からは凍結乾燥が好ましい。
<Step of obtaining complex compound A>
The step of obtaining complex compound A is a step of removing organic solvent A from the above mixture to obtain complex compound A.
The method for removing organic solvent A from the above mixture is not particularly limited, and examples thereof include known methods such as drying (freeze drying, natural drying, heat drying, etc.), filtration, and decantation. Among these, freeze-drying is preferred from the viewpoint of quickly and stably removing the complex compound.
〔リチウムイオン二次電池用添加剤〕
本開示のリチウムイオン二次電池用添加剤は、リチウムイオン二次電池の非水電解液用の添加剤であって、上述した本開示の錯化合物を含む。
本開示のリチウムイオン二次電池用添加剤は、非水電解液(即ち、リチウムイオン二次電池用非水電解液)に添加された場合に、この非水電解液を用いたリチウムイオン二次電池の初期及び充放電サイクル後の電池抵抗を低減させることができる。
[Additive for lithium ion secondary batteries]
The additive for a lithium ion secondary battery of the present disclosure is an additive for a nonaqueous electrolyte of a lithium ion secondary battery, and includes the complex compound of the present disclosure described above.
When the additive for lithium ion secondary batteries of the present disclosure is added to a nonaqueous electrolyte (i.e., a nonaqueous electrolyte for lithium ion secondary batteries), the additive for lithium ion secondary batteries using this nonaqueous electrolyte The battery resistance at the initial stage of the battery and after the charge/discharge cycle can be reduced.
本開示のリチウムイオン二次電池用添加剤は、リチウムイオン二次電池に充填される前の非水電解液に添加してもよいし、リチウムイオン二次電池に充填されている非水電解液に添加してもよい。 The additive for lithium ion secondary batteries of the present disclosure may be added to a nonaqueous electrolyte before being filled into a lithium ion secondary battery, or may be added to a nonaqueous electrolyte that is filled in a lithium ion secondary battery. May be added to.
〔リチウムイオン二次電池用非水電解液〕
本開示のリチウムイオン二次電池用非水電解液(以下、「本開示の非水電解液」ともいう)は、前述した本開示の錯化合物を含む。
本開示の非水電解液によれば、リチウムイオン二次電池の初期及び充放電サイクル後の電池抵抗を低減させることができる。
[Nonaqueous electrolyte for lithium ion secondary batteries]
The non-aqueous electrolyte for a lithium ion secondary battery of the present disclosure (hereinafter also referred to as "the non-aqueous electrolyte of the present disclosure") includes the complex compound of the present disclosure described above.
According to the non-aqueous electrolyte of the present disclosure, it is possible to reduce the battery resistance of a lithium ion secondary battery at the initial stage and after a charge/discharge cycle.
本開示の非水電解液中における本開示の錯化合物の含有量は、適宜調整できる。
本開示の非水電解液が上記一例に係る錯化合物を含む場合、一例に係る錯化合物中のLiDFP部位の含有量(即ち、LiDFP量に換算された錯化合物の含有量)は、非水電解液の全量に対し、好ましくは0.1質量%~2質量%であり、より好ましくは0.1質量%~1質量%である。
The content of the complex compound of the present disclosure in the nonaqueous electrolyte of the present disclosure can be adjusted as appropriate.
When the nonaqueous electrolyte of the present disclosure includes the complex compound according to the above example, the content of the LiDFP site in the complex compound according to the example (i.e., the content of the complex compound converted to the amount of LiDFP) is The amount is preferably 0.1% by mass to 2% by mass, more preferably 0.1% by mass to 1% by mass, based on the total amount of the liquid.
本開示の非水電解液は、本開示の錯化合物以外の成分として、電解質及び非水溶媒を含み得る。本開示の非水電解液は、更に、本開示の錯化合物以外の添加剤(例えば、公知の非水電解液用添加剤)を含んでもよい。 The nonaqueous electrolyte of the present disclosure may include an electrolyte and a nonaqueous solvent as components other than the complex compound of the present disclosure. The non-aqueous electrolyte of the present disclosure may further contain additives other than the complex compound of the present disclosure (for example, known additives for non-aqueous electrolytes).
<電解質>
電解質としてはリチウム塩が好ましい。
リチウム塩としては、例えば;
ヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6)、テトラフルオロホウ酸リチウム(LiBF4)、過塩素酸リチウム(LiClO4)、ヘキサフルオロヒ酸リチウム(LiAsF6)、ヘキサフルオロタンタル酸リチウム(LiTaF6)、四塩化アルミニウム酸リチウム(LiAlCl4)、リチウムデカクロロデカホウ素酸(Li2B10Cl10)等の無機酸陰イオン塩;
トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(LiCF3SO3)、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(Li(CF3SO2)2N)、リチウムビス(ペンタフルオロエタンスルホニル)イミド(Li(C2F5SO2)2N)等の有機酸陰イオン塩;
等が挙げられる。
中でも、ヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6)が好ましい。
本開示の非水電解液は、リチウム塩を1種のみ含んでいてもよいし、2種以上含んでいてもよい。
<Electrolyte>
Lithium salts are preferred as the electrolyte.
Examples of lithium salts include;
Lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium hexafluoroarsenate (LiAsF 6 ), lithium hexafluorotantalate (LiTaF 6 ), Inorganic acid anion salts such as lithium aluminate chloride (LiAlCl 4 ) and lithium decachlorodecaborate (Li 2 B 10 Cl 10 );
Lithium trifluoromethanesulfonate (LiCF 3 SO 3 ), lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (Li(CF 3 SO 2 ) 2 N), lithium bis(pentafluoroethanesulfonyl)imide (Li(C 2 F 5 SO 2 ) ) 2 N) and other organic acid anion salts;
etc.
Among these, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) is preferred.
The nonaqueous electrolyte of the present disclosure may contain only one type of lithium salt, or may contain two or more types of lithium salt.
本開示の非水電解液における電解質の濃度は、0.1mol/L~3mol/Lが好ましく、0.5mol/L~2mol/Lがより好ましい。
また、本開示の非水電解液におけるLiPF6の濃度は、0.1mol/L~3mol/Lが好ましく、0.5mol/L~2mol/Lがより好ましい。
電解質の濃度が0.1mol/L以上である場合には、電池の性能及び寿命特性がより向上する。
電解質の濃度が3mol/L以下である場合には、低温下での電池の性能がより向上する。
The concentration of electrolyte in the non-aqueous electrolyte of the present disclosure is preferably 0.1 mol/L to 3 mol/L, more preferably 0.5 mol/L to 2 mol/L.
Further, the concentration of LiPF 6 in the non-aqueous electrolyte of the present disclosure is preferably 0.1 mol/L to 3 mol/L, more preferably 0.5 mol/L to 2 mol/L.
When the concentration of the electrolyte is 0.1 mol/L or more, the performance and life characteristics of the battery are further improved.
When the electrolyte concentration is 3 mol/L or less, the performance of the battery at low temperatures is further improved.
<非水溶媒>
非水溶媒としては、例えば、環状カーボネート類、含フッ素環状カーボネート類、鎖状カーボネート類、含フッ素鎖状カーボネート類、脂肪族カルボン酸エステル類、含フッ素脂肪族カルボン酸エステル類、γ-ラクトン類、含フッ素γ-ラクトン類、環状エーテル類、含フッ素環状エーテル類、鎖状エーテル類及び含フッ素鎖状エーテル類からなる群より選ばれる少なくとも1種の非水溶媒を用いることができる。
<Non-aqueous solvent>
Examples of the nonaqueous solvent include cyclic carbonates, fluorine-containing cyclic carbonates, chain carbonates, fluorine-containing chain carbonates, aliphatic carboxylic acid esters, fluorine-containing aliphatic carboxylic acid esters, and γ-lactones. At least one nonaqueous solvent selected from the group consisting of , fluorine-containing γ-lactones, cyclic ethers, fluorine-containing cyclic ethers, chain ethers, and fluorine-containing chain ethers can be used.
環状カーボネート類としては、例えば、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)、ブチレンカーボネート(BC)等が挙げられる。
含フッ素環状カーボネート類としては、例えば、フルオロエチレンカーボネート(FEC)等が挙げられる。
鎖状カーボネート類としては、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、メチルプロピルカーボネート(MPC)、エチルプロピルカーボネート(EPC)、ジプロピルカーボネート(DPC)等も挙げられる。
脂肪族カルボン酸エステル類としては、例えば、ギ酸メチル、酢酸メチル、プロピオン酸エチル等が挙げられる。
γ-ラクトン類としては、例えば、γ-ブチロラクトンが挙げられる。
環状エーテル類としては、例えば、テトラヒドロフラン、2-メチルテトラヒドロフラン、1,4-ジオキサンが挙げられる。
鎖状エーテル類としては、例えば、1,2-エトキシエタン(DEE)、エトキシメトキシエタン(EME)、ジエチルエーテル、1,2-ジメトキシエタン、1,2-ジブトキシエタンが挙げられる。
その他にも、アセトニトリル等のニトリル類、ジメチルホルムアミド等のアミド類が挙げられる。
これらの溶剤種は、1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
Examples of the cyclic carbonates include propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), and butylene carbonate (BC).
Examples of the fluorine-containing cyclic carbonates include fluoroethylene carbonate (FEC).
Examples of chain carbonates include dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethylmethyl carbonate (EMC), methylpropyl carbonate (MPC), ethylpropyl carbonate (EPC), dipropyl carbonate (DPC), and the like. .
Examples of aliphatic carboxylic acid esters include methyl formate, methyl acetate, and ethyl propionate.
Examples of γ-lactones include γ-butyrolactone.
Examples of the cyclic ethers include tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, and 1,4-dioxane.
Examples of chain ethers include 1,2-ethoxyethane (DEE), ethoxymethoxyethane (EME), diethyl ether, 1,2-dimethoxyethane, and 1,2-dibutoxyethane.
Other examples include nitriles such as acetonitrile, and amides such as dimethylformamide.
These solvent types can be used alone or in combination of two or more types.
非水溶媒中に占める、環状カーボネート類及び鎖状カーボネート類の割合は、好ましくは80質量%以上であり、より好ましくは90質量%以上であり、更に好ましくは95質量%以上である。
非水溶媒中に占める、環状カーボネート類及び鎖状カーボネート類の割合は、100質量%であってもよい。
The proportion of cyclic carbonates and chain carbonates in the nonaqueous solvent is preferably 80% by mass or more, more preferably 90% by mass or more, and still more preferably 95% by mass or more.
The proportion of cyclic carbonates and chain carbonates in the nonaqueous solvent may be 100% by mass.
本開示の非水電解液中に占める非水溶媒の割合は、好ましくは60質量%以上であり、より好ましくは70質量%以上である。
本開示の非水電解液中に占める非水溶媒の割合の上限は、他の成分(電解質、添加剤等)の含有量にもよるが、上限は、例えば99質量%であり、好ましくは97質量%であり、更に好ましくは90質量%である。
The proportion of the nonaqueous solvent in the nonaqueous electrolyte of the present disclosure is preferably 60% by mass or more, more preferably 70% by mass or more.
The upper limit of the proportion of the nonaqueous solvent in the nonaqueous electrolyte of the present disclosure depends on the content of other components (electrolytes, additives, etc.), but the upper limit is, for example, 99% by mass, preferably 97% by mass. It is mass %, more preferably 90 mass %.
上述した本開示の非水電解液は、特に、リチウムニッケルコバルトマンガン系酸化物(NCM)である正極活物質を含む正極を備えるリチウムイオン二次電池における非水電解液として、好適に用いることができる。
リチウムニッケルコバルトマンガン系酸化物(NCM)については後述する。
リチウムニッケルコバルトマンガン系酸化物(NCM)である正極活物質を含むリチウムイオン二次電池では、EC等を含む非水電解液の分解に起因してNiが非水電解液中に溶出しやすい。Niの溶出により、正極活物質の結晶構造が変化し、Liの挿入脱離が高抵抗化し、その結果、初期及び充放電サイクル後の電池抵抗が増加しやすい。
かかるリチウムイオン二次電池の非水電解液として、本開示の非水電解液を用いた場合には、上記正極活物質の表面に、上記錯化合物によって良質なSEI(Solid Electrolyte Interface)膜が形成され、その結果、上述した問題(初期及び充放電サイクル後の電池抵抗の増加)が改善される。
The above-mentioned non-aqueous electrolyte of the present disclosure can be suitably used as a non-aqueous electrolyte in a lithium ion secondary battery including a positive electrode containing a positive electrode active material that is lithium nickel cobalt manganese oxide (NCM). can.
The lithium nickel cobalt manganese oxide (NCM) will be described later.
In a lithium ion secondary battery including a positive electrode active material that is lithium nickel cobalt manganese oxide (NCM), Ni is likely to be eluted into the nonaqueous electrolyte due to decomposition of the nonaqueous electrolyte containing EC and the like. Due to the elution of Ni, the crystal structure of the positive electrode active material changes, and the resistance to intercalation and desorption of Li becomes high, and as a result, the battery resistance tends to increase at the initial stage and after charge/discharge cycles.
When the nonaqueous electrolyte of the present disclosure is used as the nonaqueous electrolyte of such a lithium ion secondary battery, a high-quality SEI (Solid Electrolyte Interface) film is formed on the surface of the positive electrode active material by the complex compound. As a result, the above-mentioned problem (increase in battery resistance both initially and after charge/discharge cycles) is improved.
〔リチウムイオン二次電池〕
本開示のリチウムイオン二次電池は、
正極と、
負極と、
正極と負極との間に配置されたセパレータと、
上述した本開示の非水電解液と、
を備える。
[Lithium ion secondary battery]
The lithium ion secondary battery of the present disclosure includes:
a positive electrode;
a negative electrode;
a separator placed between the positive electrode and the negative electrode;
The above-mentioned non-aqueous electrolyte of the present disclosure,
Equipped with
本開示のリチウムイオン二次電池において、非水電解液中における本開示の錯化合物は、リチウムイオン二次電池を製造する前の非水電解液に予め添加(即ち、含有)されていたものであってもよい。即ち、本開示の錯化合物を含有する非水電解液を用い、本開示のリチウムイオン二次電池を製造してもよい
また、本開示のリチウムイオン二次電池において、非水電解液中における本開示の錯化合物は、リチウムイオン二次電池を製造した後、リチウムイオン二次電池中の非水電解液に対して添加されたものであってもよい。例えば、まず、本開示の錯化合物を含有しない非水電解液を用いてリチウムイオン二次電池を製造し、次いで、製造されたリチウムイオン二次電池の非水電解液中に本開示の錯化合物を添加することにより、本開示のリチウムイオン二次電池を製造してもよい。また、まず、本開示の錯化合物を含有する非水電解液を用いてリチウムイオン二次電池を製造し、次いで、製造されたリチウムイオン二次電池の非水電解液中に対し本開示の錯化合物を更に添加することにより、本開示のリチウムイオン二次電池を製造してもよい。
In the lithium ion secondary battery of the present disclosure, the complex compound of the present disclosure in the nonaqueous electrolyte is added (i.e., contained) in advance to the nonaqueous electrolyte before manufacturing the lithium ion secondary battery. There may be. That is, the lithium ion secondary battery of the present disclosure may be manufactured using a non-aqueous electrolyte containing the complex compound of the present disclosure. The disclosed complex compound may be added to the nonaqueous electrolyte in the lithium ion secondary battery after the lithium ion secondary battery is manufactured. For example, first, a lithium ion secondary battery is manufactured using a nonaqueous electrolyte that does not contain the complex compound of the present disclosure, and then the complex compound of the present disclosure is added to the nonaqueous electrolyte of the manufactured lithium ion secondary battery. The lithium ion secondary battery of the present disclosure may be manufactured by adding . Further, first, a lithium ion secondary battery is manufactured using a non-aqueous electrolyte containing the complex compound of the present disclosure, and then the complex compound of the present disclosure is added to the non-aqueous electrolyte of the manufactured lithium ion secondary battery. The lithium ion secondary battery of the present disclosure may be manufactured by further adding a compound.
以下、本開示の実施形態に係るリチウムイオン二次電池の一例について、図1を参照しながら説明するが、本開示のリチウムイオン二次電池は、以下の一例には限定されない。 An example of a lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present disclosure will be described below with reference to FIG. 1, but the lithium ion secondary battery of the present disclosure is not limited to the following example.
図1は、本開示の実施形態に係るリチウムイオン二次電池の一例である、リチウムイオン二次電池1を示す概略断面図である。
リチウムイオン二次電池1は、積層型のリチウムイオン二次電池の一例である。
本開示の実施形態に係るリチウムイオン二次電池としては、この積層型のリチウムイオン二次電池以外にも、例えば、正極、セパレータ、負極、及びセパレータをこの順の配置で重ねて層状に捲回させた構造を有する、捲回型のリチウムイオン二次電池も挙げられる。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a lithium ion secondary battery 1, which is an example of a lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present disclosure.
The lithium ion secondary battery 1 is an example of a stacked lithium ion secondary battery.
In addition to this stacked lithium ion secondary battery, the lithium ion secondary battery according to the embodiment of the present disclosure may also include, for example, a positive electrode, a separator, a negative electrode, and a separator stacked in this order and wound in a layered manner. Also included is a wound-type lithium ion secondary battery having a structure in which
図1に示すように、リチウムイオン二次電池1は、正極リード21及び負極リード22が取り付けられた電池素子10を含む。リチウムイオン二次電池1は、電池素子10がラミネートフィルムで形成された外装体30の内部に封入された構造を有している。
このリチウムイオン二次電池1において、正極リード21と負極リード22は、それぞれ外装体30の内部から外部に向かって互いに反対の方向に導出されている。
正極リード21及び負極リード22は、溶接(例えば、超音波溶接、抵抗溶接等)により、正極集電体及び負極集電体に接続され得る。
なお、図示しないが、正極リード及び負極リードが、外装体30の内部から外部に向かって、同一方向に導出されていてもよい。
As shown in FIG. 1, the lithium ion secondary battery 1 includes a battery element 10 to which a positive electrode lead 21 and a negative electrode lead 22 are attached. The lithium ion secondary battery 1 has a structure in which a battery element 10 is enclosed inside an exterior body 30 formed of a laminate film.
In this lithium ion secondary battery 1, the positive electrode lead 21 and the negative electrode lead 22 are each led out from the inside of the exterior body 30 toward the outside in opposite directions.
The positive electrode lead 21 and the negative electrode lead 22 can be connected to the positive electrode current collector and the negative electrode current collector by welding (for example, ultrasonic welding, resistance welding, etc.).
Although not shown, the positive electrode lead and the negative electrode lead may be led out in the same direction from the inside of the exterior body 30 to the outside.
本一例において、電池素子10は、薄板状の正極集電体11Aの両方の主面(即ち、おもて面及びうら面)上に正極合材層11Bが形成されてなる正極11と、セパレータ13と、薄板状の負極集電体12Aの両方の主面(即ち、おもて面及びうら面)上に負極合材層12Bが形成されてなる負極12と、が積層された構造を有している(図1参照)。
この構造において、正極11の正極集電体11Aの片方の主面上に形成された正極合材層11Bと、正極11に隣接する負極12の負極集電体12Aの片方の主面上に形成された負極合材層12Bと、がセパレータ13を介して向き合っている。
In this example, the battery element 10 includes a positive electrode 11 in which a positive electrode composite layer 11B is formed on both main surfaces (i.e., front surface and back surface) of a thin plate-shaped positive electrode current collector 11A, and a separator. 13 and a negative electrode 12 in which a negative electrode composite layer 12B is formed on both main surfaces (i.e., front surface and back surface) of a thin plate-shaped negative electrode current collector 12A. (See Figure 1).
In this structure, a positive electrode composite layer 11B is formed on one main surface of the positive electrode current collector 11A of the positive electrode 11, and a positive electrode composite layer 11B is formed on one main surface of the negative electrode current collector 12A of the negative electrode 12 adjacent to the positive electrode 11. The negative electrode composite material layer 12</b>B and the negative electrode composite material layer 12</b>B facing each other with the separator 13 interposed therebetween.
リチウムイオン二次電池1の外装体30の内部には、本開示の非水電解液(不図示)が注入されている。この非水電解液が、正極合材層11B、セパレータ13及び負極合材層12Bに含浸されて、1つの単電池層14が形成されている。
リチウムイオン二次電池1では、この単電池層14が複数積層されることにより、これら複数の単電池層14が電気的に並列接続されている。
A non-aqueous electrolyte (not shown) of the present disclosure is injected into the exterior body 30 of the lithium ion secondary battery 1. This nonaqueous electrolyte is impregnated into the positive electrode composite material layer 11B, the separator 13, and the negative electrode composite material layer 12B to form one cell layer 14.
In the lithium ion secondary battery 1, a plurality of unit cell layers 14 are stacked, so that the plurality of unit cell layers 14 are electrically connected in parallel.
以下、本開示のリチウムイオン二次電池における、非水電解液以外の各要素について説明する。 Each element other than the non-aqueous electrolyte in the lithium ion secondary battery of the present disclosure will be described below.
(負極)
本開示のリチウムイオン二次電池は、負極を備える。
負極は、負極集電体及び負極合材層を含み得る。
負極合材層は、負極集電体の片面のみに設けられていてもよいし、負極集電体の両面に設けられていてもよい。
例えば、上記一例における負極12は、負極集電体12Aの片面又は両面に、負極合材層12Bが設けられた構成を有する。
負極合材層は、負極活物質及びバインダーを含む。負極合材層は、更に、導電助剤を含むことが好ましい。
(Negative electrode)
The lithium ion secondary battery of the present disclosure includes a negative electrode.
The negative electrode may include a negative electrode current collector and a negative electrode composite material layer.
The negative electrode composite material layer may be provided on only one side of the negative electrode current collector, or may be provided on both sides of the negative electrode current collector.
For example, the negative electrode 12 in the above example has a configuration in which a negative electrode composite material layer 12B is provided on one or both sides of a negative electrode current collector 12A.
The negative electrode composite material layer contains a negative electrode active material and a binder. It is preferable that the negative electrode composite material layer further contains a conductive additive.
負極集電体としては、導電性を有すればよく、各種のものを使用することができるが、例えば、金属製又は合金製のものが用いられる。
具体的には、負極集電体として、アルミニウム、銅、ニッケル、ステンレス鋼(SUS)等が挙げられる。中でも、導電性の高さとコストとのバランスの観点から、アルミニウム又は銅が好ましい。
ここで、「アルミニウム」は、純アルミニウム及びアルミニウム合金を意味し、「銅」は、純銅又は銅合金を意味する。
負極集電体としては、銅箔が特に好ましく用いられる。銅箔としては特に限定されないが、圧延銅箔、電解銅箔、等が挙げられる。
The negative electrode current collector may be of any type as long as it has conductivity, and for example, one made of metal or an alloy may be used.
Specifically, examples of the negative electrode current collector include aluminum, copper, nickel, stainless steel (SUS), and the like. Among these, aluminum or copper is preferred from the viewpoint of balance between high conductivity and cost.
Here, "aluminum" means pure aluminum and aluminum alloys, and "copper" means pure copper or copper alloys.
Copper foil is particularly preferably used as the negative electrode current collector. The copper foil is not particularly limited, but includes rolled copper foil, electrolytic copper foil, and the like.
負極合材層の厚みは、5μm以上であることが好ましく、より好ましくは10μm以上である。
また、負極合材層の厚みは、200μm以下とすることが好ましく、より好ましくは100μm以下、さらに好ましくは75μm以下である。
負極合材層の厚みが上記範囲にすれば、高い充放電レートでの充放電に対し、リチウムの十分な吸蔵・放出機能が実現しやすい。
The thickness of the negative electrode composite material layer is preferably 5 μm or more, more preferably 10 μm or more.
Further, the thickness of the negative electrode composite material layer is preferably 200 μm or less, more preferably 100 μm or less, and still more preferably 75 μm or less.
If the thickness of the negative electrode composite layer is within the above range, sufficient lithium intercalation and desorption functions can be easily achieved for charging and discharging at high charging and discharging rates.
上述の負極合材層は、負極活物質、導電助材及びバインダーを含み得る。 The above-mentioned negative electrode composite material layer may include a negative electrode active material, a conductive additive, and a binder.
-負極活物質-
負極活物質としては、金属リチウム、リチウム含有合金、リチウムとの合金化が可能な金属もしくは合金、リチウムイオンのドープ・脱ドープが可能な酸化物、リチウムイオンのドープ・脱ドープが可能な遷移金属窒素化物、および、リチウムイオンのドープ・脱ドープが可能な炭素材料からなる群から選ばれた少なくとも1種(単独で用いてもよいし、これらの2種以上を含む混合物を用いてもよい)を用いることができる。
これらの中でもリチウムイオンをドープ・脱ドープすることが可能な炭素材料が好ましい。
-Negative electrode active material-
Examples of negative electrode active materials include metallic lithium, lithium-containing alloys, metals or alloys that can be alloyed with lithium, oxides that can dope and dedope lithium ions, and transition metals that can dope and dedope lithium ions. At least one type selected from the group consisting of nitrides and carbon materials capable of doping and dedoping with lithium ions (it may be used alone, or a mixture containing two or more of these types may be used) can be used.
Among these, carbon materials that can be doped and dedoped with lithium ions are preferred.
上記炭素材料としては、カーボンブラック、活性炭、黒鉛材料(例えば、人造黒鉛、天然黒鉛等)、非晶質炭素材料、等が挙げられる。
上記炭素材料の形態は、繊維状、球状、ポテト状、フレーク状いずれの形態であってもよい。
上記炭素材料の粒径は特に限定されないが、例えば5μm~50μm、好ましくは20μm~30μmである。
Examples of the carbon material include carbon black, activated carbon, graphite materials (eg, artificial graphite, natural graphite, etc.), amorphous carbon materials, and the like.
The carbon material may be in any of fibrous, spherical, potato-like, and flake-like forms.
The particle size of the carbon material is not particularly limited, but is, for example, 5 μm to 50 μm, preferably 20 μm to 30 μm.
非晶質炭素材料として、具体的には、ハードカーボン、コークス、1500℃以下に焼成したメソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、メソフェーズピッチカーボンファイバー(MCF)などが例示される。 Specific examples of the amorphous carbon material include hard carbon, coke, mesocarbon microbeads (MCMB) fired at 1500° C. or lower, and mesophase pitch carbon fiber (MCF).
黒鉛材料としては、天然黒鉛、人造黒鉛が挙げられる。
人造黒鉛としては、黒鉛化MCMB、黒鉛化MCFなどが用いられる。
黒鉛材料としては、ホウ素を含有するものなども用いることができる。
黒鉛材料としては、金、白金、銀、銅、及びスズなどの金属で被覆したもの、非晶質炭素で被覆したもの、非晶質炭素と黒鉛を混合したものも使用することができる。
Examples of graphite materials include natural graphite and artificial graphite.
As the artificial graphite, graphitized MCMB, graphitized MCF, etc. are used.
As the graphite material, one containing boron can also be used.
As the graphite material, those coated with metals such as gold, platinum, silver, copper, and tin, those coated with amorphous carbon, and those coated with a mixture of amorphous carbon and graphite can also be used.
これらの炭素材料は、1種類で使用してもよく、2種類以上混合して使用してもよい。 These carbon materials may be used alone or in combination of two or more.
-導電助材-
負極合材層は、導電助材を含むことが好ましい。
導電助材としては、公知の導電助材を使用することができる。
公知の導電助材としては、導電性を有する炭素材料であれば特に限定されるものではないが、グラファイト、カーボンブラック、導電性炭素繊維(カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンファイバー)、フラーレン等を単独で、もしくは2種類以上を併せて使用することができる。
市販のカーボンブラックとしては、例えば、トーカブラック(登録商標)#4300、#4400、#4500、#5500等(東海カーボン社製、ファーネスブラック)、プリンテックス(登録商標)L等(デグサ社製、ファーネスブラック)、Raven(登録商標)7000、5750、5250、5000ULTRAIII、5000ULTRA等、Conductex(登録商標) SC ULTRA、Conductex 975ULTRA等、PUER BLACK(登録商標)100、115、205等(コロンビヤン社製、ファーネスブラック)、#2350、#2400B、#2600B、#30050B、#3030B、#3230B、#3350B、#3400B、#5400B等(三菱化学社製、ファーネスブラック)、MONARCH(商品名)1400、1300、900、Vulcan(登録商標)XC-72R、BlackPearls(登録商標)2000、LITX(登録商標)-50、LITX-200等(キャボット社製、ファーネスブラック)、Ensaco(登録商標)250G、Ensaco260G、Ensaco350G、SuperP-Li(TIMCAL社製)、ケッチェンブラック(登録商標)EC-300J、EC-600JD(アクゾ社製)、デンカブラック(登録商標)、デンカブラックHS-100、FX-35(電気化学工業社製、アセチレンブラック)等が挙げられる。
グラファイトとしては、例えば、人造黒鉛、天然黒鉛(例えば、燐片状黒鉛、塊状黒鉛、土状黒鉛等)等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
-Conductive aid-
It is preferable that the negative electrode composite material layer contains a conductive auxiliary material.
As the conductive aid, a known conductive aid can be used.
Known conductive additives are not particularly limited as long as they are conductive carbon materials, but include graphite, carbon black, conductive carbon fibers (carbon nanotubes, carbon nanofibers, carbon fibers), fullerenes, etc. They can be used alone or in combination of two or more.
Commercially available carbon blacks include, for example, Toka Black (registered trademark) #4300, #4400, #4500, #5500 (manufactured by Tokai Carbon Co., Ltd., Furnace Black), Printex (registered trademark) L, etc. (manufactured by Degussa Corporation, Furnace Black), Raven (registered trademark) 7000, 5750, 5250, 5000ULTRAIII, 5000ULTRA, etc., Conductex (registered trademark) SC ULTRA, Conductex 975ULTRA, etc., PUER BLACK (registered trademark) 100, 115, 205, etc. (Columbi Manufactured by Yan, Furnace black), #2350, #2400B, #2600B, #30050B, #3030B, #3230B, #3350B, #3400B, #5400B, etc. (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, furnace black), MONARCH (product name) 1400, 1300, 900 , Vulcan (registered trademark) -Li (manufactured by TIMCAL), Ketjen Black (registered trademark) EC-300J, EC-600JD (manufactured by Akzo), Denka Black (registered trademark), Denka Black HS-100, FX-35 (manufactured by Denki Kagaku Kogyo) , acetylene black), etc.
Examples of graphite include, but are not limited to, artificial graphite, natural graphite (for example, scaly graphite, lumpy graphite, earthy graphite, etc.).
-バインダー-
バインダーとしては、スチレンブタジエンゴム(SBR)、アクリロニトリル-ブタジエンゴム、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレンゴム、カルボキシメチルセルロース(CMC)、およびヒドロキシプロピルメチルセルロース、ポリビニルアルコール、ヒドロキシプロピルセルロース、ジアセチルセルロースから選ばれる1種もしくは2種以上を組み合わせて用いることができる。
負極合材層用のバインダーとしては、スチレンブタジエンゴムとカルボキシメチルセルロースを適宜混合したものを用いることが望ましい。
-binder-
As the binder, one or two selected from styrene-butadiene rubber (SBR), acrylonitrile-butadiene rubber, acrylonitrile-butadiene-styrene rubber, carboxymethyl cellulose (CMC), and hydroxypropyl methyl cellulose, polyvinyl alcohol, hydroxypropyl cellulose, and diacetyl cellulose. More than one species can be used in combination.
As the binder for the negative electrode composite layer, it is desirable to use an appropriate mixture of styrene-butadiene rubber and carboxymethyl cellulose.
負極合材層中におけるバインダーの含有量は、負極合材層の物性(電解液浸透性・剥離強度)と電池性能との両立の観点から、負極合材層に対し、0.1質量%~4質量%であることが好ましい。
バインダーの含有量が0.1質量%以上である場合には、負極集電体に対する負極合材層の接着性、及び、負極活物質同士の結着性がより向上する。
バインダーの含有量が4質量%以下である場合には、負極合材層中における負極活物質の量をより多くすることができるので、電池容量がより向上する。
The content of the binder in the negative electrode composite layer is from 0.1% by mass to the negative electrode composite layer, from the viewpoint of achieving both physical properties (electrolyte permeability and peel strength) of the negative electrode composite layer and battery performance. It is preferably 4% by mass.
When the content of the binder is 0.1% by mass or more, the adhesiveness of the negative electrode composite layer to the negative electrode current collector and the binding property between negative electrode active materials are further improved.
When the content of the binder is 4% by mass or less, the amount of the negative electrode active material in the negative electrode composite layer can be increased, so that the battery capacity is further improved.
-その他の成分-
負極合材層には、上記各成分に加えて、その他の成分が含まれていてもよい。
その他の成分としては、増粘剤、界面活性剤、分散剤、濡れ剤、消泡剤等が挙げられる。
-Other ingredients-
In addition to the above-mentioned components, the negative electrode composite material layer may contain other components.
Other components include thickeners, surfactants, dispersants, wetting agents, antifoaming agents, and the like.
-負極合材層の形成方法-
負極合材層は、例えば、負極活物質及びバインダーを含む負極合材スラリーを負極集電体の表面に塗布し、乾燥させることによって製造することができる。
負極合材スラリーに含まれる溶媒としては、水を使用することが好ましいが、必要に応じて、例えば、集電体への塗工性向上のために、水と相溶する液状媒体を使用してもよい。
水と相溶する液状媒体としては、アルコール類、グリコール類、セロソルブ類、アミノアルコール類、アミン類、ケトン類、カルボン酸アミド類、リン酸アミド類、スルホキシド類、カルボン酸エステル類、リン酸エステル類、エーテル類、ニトリル類等が挙げられる。
-Method for forming negative electrode composite layer-
The negative electrode composite material layer can be manufactured, for example, by applying a negative electrode composite material slurry containing a negative electrode active material and a binder onto the surface of a negative electrode current collector and drying the slurry.
It is preferable to use water as the solvent contained in the negative electrode composite material slurry, but if necessary, for example, a liquid medium that is compatible with water may be used to improve the coating properties on the current collector. You can.
Liquid media that are compatible with water include alcohols, glycols, cellosolves, amino alcohols, amines, ketones, carboxylic acid amides, phosphoric acid amides, sulfoxides, carboxylic acid esters, and phosphoric acid esters. ethers, nitriles, etc.
負極集電体への負極合剤スラリーの塗布方法及び乾燥方法は特に限定されない。
塗布方法としては、例えば、スロット・ダイコーティング、スライドコーティング、カーテンコーティング、グラビアコーティング等が挙げられる。
乾燥方法としては、温風、熱風及び低湿風による乾燥;真空乾燥;赤外線(例えば遠赤外線)照射による乾燥が挙げられる。
乾燥時間及び乾燥温度については、特に限定されないが、乾燥時間は例えば1分~30分であり、乾燥温度は例えば40℃~80℃である。
負極合材層の製造方法は、負極集電体上に負極合剤スラリーを塗布し、乾燥させた後、金型プレス、ロールプレス等を用いた加圧処理により、負極活物質層の空隙率を低くする工程を有することが好ましい。
The method of applying the negative electrode mixture slurry to the negative electrode current collector and the drying method are not particularly limited.
Examples of the coating method include slot die coating, slide coating, curtain coating, and gravure coating.
Examples of the drying method include drying with warm air, hot air, and low humidity air; vacuum drying; and drying with infrared rays (for example, far infrared rays) irradiation.
The drying time and drying temperature are not particularly limited, but the drying time is, for example, 1 minute to 30 minutes, and the drying temperature is, for example, 40°C to 80°C.
The method for producing the negative electrode composite material layer is to apply a negative electrode mixture slurry onto the negative electrode current collector, dry it, and then apply pressure treatment using a mold press, roll press, etc. to reduce the porosity of the negative electrode active material layer. It is preferable to include a step of lowering the .
(正極)
本開示のリチウムイオン二次電池は、正極を備える。
正極は、正極集電体及び正極合材層を含み得る。
正極合材層は、正極集電体の片面のみに設けられていてもよいし、正極集電体の両面に設けられていてもよい。
例えば、上記一例における正極11は、正極集電体11Aの片面又は両面に、正極合材層11Bが設けられた構成を有する。
正極合材層は、正極活物質及びバインダーを含む。正極合材層は、更に、導電助剤を含むことが好ましい。
(positive electrode)
The lithium ion secondary battery of the present disclosure includes a positive electrode.
The positive electrode may include a positive electrode current collector and a positive electrode composite material layer.
The positive electrode composite material layer may be provided on only one side of the positive electrode current collector, or may be provided on both sides of the positive electrode current collector.
For example, the positive electrode 11 in the above example has a configuration in which a positive electrode composite material layer 11B is provided on one or both sides of a positive electrode current collector 11A.
The positive electrode composite material layer includes a positive electrode active material and a binder. It is preferable that the positive electrode composite material layer further contains a conductive additive.
正極集電体としては、導電性を有する各種材料を使用することができるが、例えば、金属製又は合金製のものが用いられる。
具体的には、正極集電体として、アルミニウム(即ち、純アルミニウム又はアルミニウム合金)、ニッケル、SUS等が挙げられる。中でも、導電性の高さとコストとのバランスの観点から、アルミニウムが好ましい。
正極集電体として、特に好ましくは、アルミニウム箔である。
アルミニウム箔としては特に限定されないが、A1085材、A3003材、等が挙げられる。
As the positive electrode current collector, various conductive materials can be used, and for example, those made of metal or alloy are used.
Specifically, examples of the positive electrode current collector include aluminum (that is, pure aluminum or aluminum alloy), nickel, SUS, and the like. Among these, aluminum is preferred from the viewpoint of balance between high conductivity and cost.
Particularly preferred as the positive electrode current collector is aluminum foil.
The aluminum foil is not particularly limited, but examples include A1085 material and A3003 material.
正極合材層の厚みは、5μm以上であることが好ましく、より好ましくは10μm以上である。
また、正極合材層の厚みは、200μm以下であることが好ましく、より好ましくは100μm以下、さらに好ましくは75μm以下である。
正極合材層の厚みが上記範囲である場合には、高い充放電レートでの充放電に対し、リチウムの十分な吸蔵・放出機能が実現されやすい。
The thickness of the positive electrode composite material layer is preferably 5 μm or more, more preferably 10 μm or more.
Further, the thickness of the positive electrode composite material layer is preferably 200 μm or less, more preferably 100 μm or less, and still more preferably 75 μm or less.
When the thickness of the positive electrode composite layer is within the above range, sufficient lithium intercalation and desorption functions are likely to be achieved for charging and discharging at high charging and discharging rates.
以下、正極合材層に含有され得る、正極活物質、導電助材、及びバインダーについて説明する。 The positive electrode active material, conductive additive, and binder that may be contained in the positive electrode composite layer will be described below.
-正極活物質-
正極活物質としては、リチウムの吸蔵放出が可能な材料であれば特に限定されず、リチウムイオン二次電池に通常用いられる正極活物質を用いることができる。
正極活物質として、好ましくは、リチウム(Li)とニッケル(Ni)とを構成金属元素として含む酸化物である。
上記酸化物は、リチウム及びニッケル以外の金属元素(例えば、遷移金属元素、典型金属元素等)を少なくとも一種含んでいてもよい。この場合、リチウム及びニッケル以外の金属元素の含有割合は、原子数換算で、ニッケルと同程度またはニッケルよりも少ない割合で含むことが好ましい。
Li及びNi以外の金属元素としては、例えば、Co、Mn、Al、Cr、Fe、V、Mg、Ca、Na、Ti、Zr、Nb、Mo、W、Cu、Zn、Ga、In、Sn、La及びCeからなる群から選択される一種または二種以上の金属元素が挙げられる。
これらの正極活物質は、単独で用いても複数を混合して用いてもよい。
-Cathode active material-
The positive electrode active material is not particularly limited as long as it is a material capable of intercalating and deintercalating lithium, and any positive electrode active material commonly used in lithium ion secondary batteries can be used.
The positive electrode active material is preferably an oxide containing lithium (Li) and nickel (Ni) as constituent metal elements.
The oxide may contain at least one metal element (eg, a transition metal element, a typical metal element, etc.) other than lithium and nickel. In this case, it is preferable that the content of metal elements other than lithium and nickel is equivalent to or smaller than nickel in terms of the number of atoms.
Examples of metal elements other than Li and Ni include Co, Mn, Al, Cr, Fe, V, Mg, Ca, Na, Ti, Zr, Nb, Mo, W, Cu, Zn, Ga, In, Sn, Examples include one or more metal elements selected from the group consisting of La and Ce.
These positive electrode active materials may be used alone or in combination.
好ましい正極活物質としては、下記式(1)で表されるリチウムニッケルコバルトアルミニウム系酸化物(NCA)が挙げられる。
LitNi1-x-yCoxAlyO2 … 式(1)
〔式(1)中、tは、0.95以上1.15以下であり、xは、0以上0.3以下であり、yは、0以上0.2以下であり、x及びyの合計は、0.5未満である。〕
NCAの具体例としては、LiNi0.8Co0.15Al0.05O2等が挙げられる。
A preferred positive electrode active material includes lithium nickel cobalt aluminum oxide (NCA) represented by the following formula (1).
Li t Ni 1-x-y Co x Al y O 2 ... Formula (1)
[In formula (1), t is 0.95 or more and 1.15 or less, x is 0 or more and 0.3 or less, y is 0 or more and 0.2 or less, and the sum of x and y is less than 0.5. ]
Specific examples of NCAs include LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 and the like.
好ましい正極活物質としては、下記式(2)で表されるリチウムニッケルコバルトマンガン系酸化物(NCM)も挙げられる。
LiNiaCobMncO2 … 式(2)
〔式(2)中、a、b及びcは、それぞれ独立に、0超1未満であり、かつ、a、b及びcの合計は、0.99~1.00である。〕
NCMは体積当たりのエネルギー密度が高く、熱安定性にも優れている。
NCMの具体例としては、LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2等が挙げられる。
A preferred positive electrode active material also includes lithium nickel cobalt manganese oxide (NCM) represented by the following formula (2).
LiNi a Co b Mn c O 2 ... Formula (2)
[In formula (2), a, b and c are each independently greater than 0 and less than 1, and the sum of a, b and c is 0.99 to 1.00. ]
NCM has a high energy density per volume and excellent thermal stability.
Specific examples of NCM include LiNi 0.33 Co 0.33 Mn 0.33 O 2 , LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 , LiNi 0.6 Co 0.2 Mn 0.2 O 2 , LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 and the like.
正極合材層中の正極活物質の含有量は、例えば10質量%以上、好ましくは30質量%以上、更に好ましくは50質量%以上であり、特に好ましくは70質量%以上である。
また、正極合材層中の正極活物質の含有量は、例えば99.9質量%以下、好ましくは99質量%以下である。
The content of the positive electrode active material in the positive electrode composite layer is, for example, 10% by mass or more, preferably 30% by mass or more, more preferably 50% by mass or more, and particularly preferably 70% by mass or more.
Further, the content of the positive electrode active material in the positive electrode composite material layer is, for example, 99.9% by mass or less, preferably 99% by mass or less.
-導電助剤-
正極合材層は、導電助材を含むことが好ましい。
導電助材としては、公知の導電助材を使用することができる。
正極合材層中に含まれ得る導電助材の具体例及び好ましい態様は、負極合材層中に含まれ得る導電助材の具体例及び好ましい態様と同様である。
-Conductivity aid-
The positive electrode composite material layer preferably contains a conductive additive.
As the conductive aid, a known conductive aid can be used.
Specific examples and preferred embodiments of the conductive additive that may be included in the positive electrode composite material layer are the same as specific examples and preferred embodiments of the conductive additive that may be included in the negative electrode composite material layer.
-バインダー-
バインダーとしては、例えば、ポリ酢酸ビニル、ポリメチルメタクリレート、ニトロセルロース、フッ素樹脂、及びゴム粒子等が挙げられる。
フッ素樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、テトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体等が挙げられる。
ゴム粒子としては、スチレン-ブタジエンゴム粒子、アクリロニトリルゴム粒子等が挙げられる。
これらの中でも、正極合材層の耐酸化性を向上させる観点から、フッ素樹脂が好ましい。
バインダーは1種を単独で使用でき、必要に応じて2種以上を組み合わせて使用できる。
-binder-
Examples of the binder include polyvinyl acetate, polymethyl methacrylate, nitrocellulose, fluororesin, and rubber particles.
Examples of the fluororesin include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, and the like.
Examples of the rubber particles include styrene-butadiene rubber particles and acrylonitrile rubber particles.
Among these, fluororesin is preferred from the viewpoint of improving the oxidation resistance of the positive electrode composite material layer.
One type of binder can be used alone, or two or more types can be used in combination as necessary.
-その他の成分-
正極合材層には、上記各成分に加えて、その他の成分が含まれていてもよい。
その他の成分としては、増粘剤、界面活性剤、分散剤、濡れ剤、および消泡剤等が挙げられる。
-Other ingredients-
In addition to the above-mentioned components, the positive electrode composite material layer may contain other components.
Other components include thickeners, surfactants, dispersants, wetting agents, antifoaming agents, and the like.
-正極合材層の形成方法-
正極合材層は、例えば、正極活物質及びバインダーを含む正極合材スラリーを正極集電体の表面に塗布し、乾燥させることによって製造することができる。
正極合材スラリーに含まれる溶媒としては、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)等の有機溶媒が好ましい。
正極合材層の形成方法の好ましい態様は、前述した、負極合材層の形成方法の好ましい態様と同様である。
-Method for forming positive electrode composite layer-
The positive electrode composite material layer can be manufactured, for example, by applying a positive electrode composite material slurry containing a positive electrode active material and a binder onto the surface of a positive electrode current collector and drying the slurry.
The solvent contained in the positive electrode material slurry is preferably an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP).
A preferred embodiment of the method for forming the positive electrode composite material layer is the same as the preferred embodiment of the method for forming the negative electrode composite material layer described above.
(セパレータ)
本開示のリチウムイオン二次電池は、セパレータを備える。
セパレータ(例えば、上記一例におけるセパレータ13)は、正極と負極との間に配置される。
セパレータとしては、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリエステル、セルロース、ポリアミド等の樹脂を含む多孔質の平板が挙げられる。また、セパレータとしては、上記樹脂を含む不織布も挙げられる。
好適例として、一種または二種以上のポリオレフィン樹脂を主体に構成された単層または多層構造の多孔性樹脂シートが挙げられる。
(Separator)
The lithium ion secondary battery of the present disclosure includes a separator.
A separator (for example, separator 13 in the above example) is arranged between the positive electrode and the negative electrode.
Examples of the separator include porous flat plates containing resin such as polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyester, cellulose, and polyamide. Moreover, as a separator, the nonwoven fabric containing the said resin is also mentioned.
A preferred example is a porous resin sheet having a single layer or multilayer structure mainly composed of one or more types of polyolefin resin.
セパレータの厚みは、例えば15μm~30μmとすることができる。
好ましい一態様として、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂からなる多孔性樹脂層を備えた、シャットダウン機能を有するセパレータが挙げられる。この態様によれば、セパレータの温度が熱可塑性樹脂の軟化点に達すると熱可塑性樹脂が融解して細孔が目詰まりすることにより電流を遮断することができる。
The thickness of the separator can be, for example, 15 μm to 30 μm.
One preferred embodiment is a separator having a shutdown function and including a porous resin layer made of a thermoplastic resin such as polyethylene. According to this aspect, when the temperature of the separator reaches the softening point of the thermoplastic resin, the thermoplastic resin melts and the pores are clogged, thereby making it possible to cut off the current.
本開示の実施形態に係るリチウムイオン二次電池は、正極活物質の表面上及び負極活物質の表面上の少なくとも一方に、本開示の錯化合物に由来するSEI被膜を含むことが好ましい。
かかるSEI被膜によって、リチウムイオン二次電池の初期又は充放電サイクル後の電池抵抗の増大を有意に抑制することができる。
The lithium ion secondary battery according to the embodiment of the present disclosure preferably includes an SEI coating derived from the complex compound of the present disclosure on at least one of the surface of the positive electrode active material and the surface of the negative electrode active material.
Such an SEI coating can significantly suppress an increase in battery resistance of a lithium ion secondary battery at the initial stage or after a charge/discharge cycle.
以下、本開示の実施例を示すが、本開示は以下の実施例には限定されない。
なお、特記しない限り、「室温」は25℃を意味し、「%」は質量%を意味する。また、「wt%」は、「質量%」と同義である。
Examples of the present disclosure will be shown below, but the present disclosure is not limited to the following examples.
In addition, unless otherwise specified, "room temperature" means 25° C., and "%" means mass %. Moreover, "wt%" is synonymous with "mass %".
〔実施例1〕
<錯化合物1(EC/LiPF6/LiDFP=1.20/0.04/0.04(モル比))の合成>
撹拌装置、温度計、ガス導入ライン、及び排気ラインを備えた300mLのフラスコを乾燥窒素ガスでパージした後、ここに、エチレンカーボネート(EC)(105.672g;1.20mol)と、有機溶剤Aとしてのジメチルカーボネート(DMC)(135.120g;1.50mol)と、を入れ、室温で攪拌することにより、ECを溶解させて溶液を得た。
得られた溶液に、ヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6)(6.076g;0.04mol)及びジフルオロリン酸リチウム(LiDFP)(4.316g;0.04mol)を添加し、次いで室温で1時間撹拌することにより、反応液(即ち、錯化合物1及びDMCを含む組成物)を得た。
得られた反応液を、-5℃で12時間凍結乾燥させて有機溶剤A(DMC)を除去することにより、ゾル状物(116.06g)として、EC/LiPF6/LiDFP=1.20/0.04/0.04(モル比)の組成を有する錯化合物1を得た。
得られたゾル状物(錯化合物1)について、日立ハイテクサイエンス社製の示差走査熱量計「DSC7000X」を用い、前述した条件にて示差走査熱量測定を行った。
結果を図2に示す。
[Example 1]
<Synthesis of complex compound 1 (EC/LiPF 6 /LiDFP=1.20/0.04/0.04 (molar ratio))>
After purging with dry nitrogen gas, a 300 mL flask equipped with a stirrer, a thermometer, a gas inlet line, and an exhaust line was charged with ethylene carbonate (EC) (105.672 g; 1.20 mol) and organic solvent A. Dimethyl carbonate (DMC) (135.120 g; 1.50 mol) was added thereto and stirred at room temperature to dissolve EC and obtain a solution.
Lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) (6.076 g; 0.04 mol) and lithium difluorophosphate (LiDFP) (4.316 g; 0.04 mol) were added to the resulting solution, followed by 1 hour at room temperature. By stirring, a reaction solution (ie, a composition containing complex compound 1 and DMC) was obtained.
The obtained reaction solution was freeze-dried at -5°C for 12 hours to remove organic solvent A (DMC), resulting in a sol (116.06 g) with EC/LiPF 6 /LiDFP=1.20/ Complex compound 1 having a composition of 0.04/0.04 (molar ratio) was obtained.
The obtained sol (complex compound 1) was subjected to differential scanning calorimetry under the conditions described above using a differential scanning calorimeter "DSC7000X" manufactured by Hitachi High-Tech Science.
The results are shown in Figure 2.
〔比較例1〕
<比較化合物1(EC/LiPF6=1.20/0.04(モル比))の合成>
ジフルオロリン酸リチウム(LiDFP)(4.316g;0.04mol)を用いなかったこと以外は錯化合物1の合成と同様の操作を行い、固体生成物(粉粒体状物)として、EC/LiPF6=1.20/0.04(モル比)の組成を有する比較化合物1を得た。
得られた固体生成物について、錯化合物1と同様にして、示差走査熱量測定を行った。
結果を図2に示す。
[Comparative example 1]
<Synthesis of comparative compound 1 (EC/LiPF 6 =1.20/0.04 (molar ratio))>
The same procedure as in the synthesis of complex compound 1 was performed except that lithium difluorophosphate (LiDFP) (4.316 g; 0.04 mol) was not used, and EC/LiPF was synthesized as a solid product (powder-like material). Comparative compound 1 having a composition of 6 = 1.20/0.04 (molar ratio) was obtained.
Differential scanning calorimetry was performed on the obtained solid product in the same manner as for Complex Compound 1.
The results are shown in Figure 2.
〔比較例2〕
<比較化合物2(EC/LiDFP=1.20/0.04(モル比))の合成>
ヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6)(6.076g;0.04mol)を用いなかったこと以外は錯化合物1の合成と同様の操作を行い、固体生成物(粉粒体状物)として、EC/LiPF6=1.20/0.04(モル比)の組成を有する比較化合物2を得た。
得られた固体生成物について、錯化合物1と同様にして、示差走査熱量測定を行った。
結果を図2に示す。
[Comparative example 2]
<Synthesis of comparative compound 2 (EC/LiDFP=1.20/0.04 (molar ratio))>
The same procedure as in the synthesis of complex compound 1 was performed except that lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) (6.076 g; 0.04 mol) was not used, and a solid product (powder-like material) was obtained by EC Comparative compound 2 having a composition of /LiPF 6 =1.20/0.04 (molar ratio) was obtained.
Differential scanning calorimetry was performed on the obtained solid product in the same manner as for Complex Compound 1.
The results are shown in Figure 2.
図2は、錯化合物1(EC/LiPF6/LiDFP=1.20/0.04/0.04(モル比))、比較化合物1(EC/LiPF6=1.20/0.04(モル比))、及び比較化合物2(EC/LiDFP=1.20/0.04(モル比))についての示差走査熱量測定結果である。 Figure 2 shows complex compound 1 (EC/LiPF 6 /LiDFP = 1.20/0.04/0.04 (mole ratio)) and comparative compound 1 (EC/LiPF 6 = 1.20/0.04 (mole ratio)). These are the differential scanning calorimetry results for Comparative Compound 2 (EC/LiDFP=1.20/0.04 (molar ratio)).
図2に示すように、錯化合物1(EC/LiPF6/LiDFP=1.20/0.04/0.04)では、単位質量あたりの熱流量(mW/g)の極大値が200℃付近に存在する発熱ピーク(即ち、発熱ピークA)と、単位質量あたりの熱流量(mW/g)の極大値が287℃付近に存在する発熱ピーク(即ち、発熱ピークB)と、が観測された。
発熱ピークAの半値全幅(FWHM)は10℃程度であり、発熱ピークBの半値全幅(FWHM)は40℃程度であった。
As shown in Figure 2, in complex compound 1 (EC/LiPF 6 /LiDFP = 1.20/0.04/0.04), the maximum value of the heat flow rate per unit mass (mW/g) is around 200 °C. An exothermic peak (i.e., exothermic peak A) existing at 287° C. and an exothermic peak (i.e., exothermic peak B) at which the maximum value of the heat flow rate per unit mass (mW/g) exists around 287°C were observed. .
The full width at half maximum (FWHM) of exothermic peak A was about 10°C, and the full width at half maximum (FWHM) of exothermic peak B was about 40°C.
発熱ピークAは、比較化合物1(EC/LiPF6=1.20/0.04)及び比較化合物2(EC/LiDFP=1.20/0.04(モル比))では観測されなかった。
発熱ピークBは、比較化合物2(EC/LiDFP=1.20/0.04)では観測されなかった。
比較化合物1では、発熱ピークBに類似する、293℃付近のピーク(FWHMは30℃程度)が観測された。この比較化合物1の293℃付近のピークと比較して、錯化合物1の発熱ピークBは、5℃程度低温側にシフトしており、かつ、よりブロードなピークであった。
Exothermic peak A was not observed in Comparative Compound 1 (EC/LiPF6=1.20/0.04) and Comparative Compound 2 (EC/LiDFP=1.20/0.04 (molar ratio)).
Exothermic peak B was not observed in comparative compound 2 (EC/LiDFP=1.20/0.04).
In Comparative Compound 1, a peak near 293°C (FWHM is about 30°C) similar to exothermic peak B was observed. Compared to the peak of Comparative Compound 1 near 293°C, the exothermic peak B of Complex Compound 1 was shifted to the lower temperature side by about 5°C and was a broader peak.
図3Aは、錯化合物1(EC/LiPF6/LiDFP=1.20/0.04/0.04)の外観写真であり、
図3Bは、比較化合物1(EC/LiPF6=1.20/0.04)の外観写真であり、
図3Cは、比較化合物2(EC/LiDFP=1.20/0.04)の外観写真である。
図3A~図3Cに示すように、比較化合物1及び比較化合物2の形態(即ち、-5℃で12時間凍結乾燥後の形態)は、いずれも乾燥した粉粒体状であったのに対し、錯化合物1の形態(即ち、-5℃で12時間凍結乾燥後の形態)は、ゾル状であった。
FIG. 3A is an external photograph of complex compound 1 (EC/LiPF6/LiDFP=1.20/0.04/0.04),
FIG. 3B is an external photograph of comparative compound 1 (EC/LiPF6=1.20/0.04),
FIG. 3C is an external photograph of Comparative Compound 2 (EC/LiDFP=1.20/0.04).
As shown in Figures 3A to 3C, the morphology of Comparative Compound 1 and Comparative Compound 2 (that is, the morphology after lyophilization at -5°C for 12 hours) was in the form of dry powder, whereas The form of complex compound 1 (ie, the form after lyophilization for 12 hours at −5° C.) was sol-like.
以上の結果から、錯化合物1(EC/LiPF6/LiDFP=1.20/0.04/0.04)は、EC部位、LiPF6部位、及びLiDFP部位からなる錯化合物であり、EC部位、LiPF6部位、及びLiDFP部位のうちの1つ又は2つからなる化合物とは異なる化学構造を有する化合物であることが確認された。 From the above results, complex compound 1 (EC/LiPF6/LiDFP=1.20/0.04/0.04) is a complex compound consisting of an EC site, a LiPF 6 site, and a LiDFP site; It was confirmed that the compound has a chemical structure different from the compound consisting of 6 sites and one or two of the LiDFP sites.
〔実施例101〕
<非水電解液の調製>
非水溶媒としてのジメチルカーボネート(DMC)に、電解質であるLiPF6を溶解させ、更に、エチレンカーボネート(EC)を溶解させた。
得られた溶液に、実施例1で得られた錯化合物1を添加し、非水電解液を得た。
ここで、非水電解液の調製に用いた各原料(即ち、DMC、LiPF6、EC、及び錯化合物1)の仕込み量は、最終的に得られる非水電解液において、
LiPF6(詳細には、単独で用いたLiPF6と錯化合物1からの持ち込まれるLiPF6との合計)の濃度が1mol/Lとなり、
錯化合物1のLiDFP含有量に換算した含有量(即ち、錯化合物1から持ち込まれるLiDFPの含有量)が非水電解液の全量に対して0.4質量%となり、
体積比〔EC/DMC〕(ここで、ECは、単独で用いたECと錯化合物1からの持ち込まれるECとの合計)が30/70となるように調整した。
[Example 101]
<Preparation of non-aqueous electrolyte>
LiPF 6 as an electrolyte was dissolved in dimethyl carbonate (DMC) as a non-aqueous solvent, and ethylene carbonate (EC) was further dissolved therein.
Complex Compound 1 obtained in Example 1 was added to the obtained solution to obtain a non-aqueous electrolyte.
Here, the amount of each raw material (i.e., DMC, LiPF 6 , EC, and complex compound 1) used for preparing the non-aqueous electrolyte is as follows in the finally obtained non-aqueous electrolyte:
The concentration of LiPF 6 (specifically, the sum of LiPF 6 used alone and LiPF 6 brought in from complex compound 1) is 1 mol/L,
The content converted to LiDFP content of complex compound 1 (i.e., the content of LiDFP brought in from complex compound 1) is 0.4% by mass with respect to the total amount of the nonaqueous electrolyte,
The volume ratio [EC/DMC] (here, EC is the sum of EC used alone and EC brought in from complex compound 1) was adjusted to be 30/70.
<電池の作製>
以下の操作により、リチウムイオン二次電池(以下、単に「電池」ともいう)を作製した。
<Preparation of battery>
A lithium ion secondary battery (hereinafter also simply referred to as "battery") was produced by the following operations.
(負極の作製)
負極活物質としての天然黒鉛960g及び導電助材としてのSuper-P(導電性カーボン、BET比表面積62m2/g)10gに対し、1%-CMC水溶液(即ち、カルボキシメチルセルロース(CMC)の1質量%水溶液)を450g加え、30分間混合した。
得られた混合物に対し、1%-CMC水溶液300gを加えて30分間混練した後、更に、1%-CMC水溶液250gを加えて30分間混練した。
得られた混練物に対し、バインダーとしてのスチレンブタジエンゴム(SBR)(40%乳化液)50gを加えて30分間混合した後、真空脱泡を30分間行った。
以上により、固形分濃度45%の負極合材スラリーを得た。
(Preparation of negative electrode)
1%-CMC aqueous solution (i.e., 1 mass of carboxymethyl cellulose (CMC)) per 960 g of natural graphite as a negative electrode active material and 10 g of Super-P (conductive carbon, BET specific surface area 62 m 2 /g) as a conductive additive. % aqueous solution) was added and mixed for 30 minutes.
To the resulting mixture, 300 g of a 1% CMC aqueous solution was added and kneaded for 30 minutes, and then 250 g of a 1% CMC aqueous solution was added and kneaded for 30 minutes.
To the obtained kneaded material, 50 g of styrene butadiene rubber (SBR) (40% emulsion) as a binder was added and mixed for 30 minutes, followed by vacuum defoaming for 30 minutes.
As a result of the above, a negative electrode composite slurry having a solid content concentration of 45% was obtained.
乾燥後の塗布質量が11.0mg/cm2になるように、上記負極合材スラリーを、負極集電体としての銅箔(厚み10μm)の片面の一部に塗布し乾燥させた。次いで、銅箔の反対面(未塗工面)の一部に、塗布質量が11.0mg/cm2になるように、上記負極合材スラリーを塗布し乾燥させた。
こうして得た両面塗工(22.0mg/cm2)された銅箔を、真空乾燥オーブンで120℃、12時間乾燥させ、次いで、小型プレス機を用い、プレス密度が1.45g/cm3となるように圧縮することにより、負極原反を得た。
この負極原反は、負極集電体としての銅箔と、銅箔の両面に設けられた負極合材層と、を含む。銅箔の両面は、それぞれ、負極合材層が形成された領域と、負極合材層が形成されていない領域(即ち、余白)と、を含む。
上記負極原反をスリットすることにより、おもて面側に、58mm×372mmの負極合材層と、タブ溶接用余白と、を含み、裏面側に、58mm×431mmの負極合材層と、タブ溶接用余白と、を含む、負極A-1を得た。
The negative electrode composite slurry was applied to a part of one side of a copper foil (thickness: 10 μm) as a negative electrode current collector and dried so that the applied mass after drying was 11.0 mg/cm 2 . Next, the negative electrode composite slurry was applied to a part of the opposite side (uncoated side) of the copper foil so that the applied mass was 11.0 mg/cm 2 and dried.
The thus obtained double-sided coated copper foil (22.0 mg/cm 2 ) was dried in a vacuum drying oven at 120°C for 12 hours, and then pressed using a small press to a pressing density of 1.45 g/cm 3 . A negative electrode original fabric was obtained by compressing it so that
This negative electrode original fabric includes a copper foil as a negative electrode current collector, and negative electrode composite material layers provided on both sides of the copper foil. Both sides of the copper foil each include a region where the negative electrode composite material layer is formed and a region (ie, a blank space) where the negative electrode composite material layer is not formed.
By slitting the negative electrode original fabric, the front side includes a 58 mm x 372 mm negative electrode composite material layer and a tab welding margin, and the back side includes a 58 mm x 431 mm negative electrode composite material layer, A negative electrode A-1 including a tab welding margin was obtained.
(正極の作製)
正極活物質としてのNCM523(即ち、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2)920g、導電助材としてのSuper-P(TIMCAL社製導電性カーボン)20g、及び導電助材としてのKS-6(TIMREX社製鱗片状黒鉛)20gを10分間混合した後、ここにN-メチルピロリドン(NMP)を100g加え、更に20分間混合した。
(Preparation of positive electrode)
920 g of NCM523 (i.e., LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 ) as a positive electrode active material, 20 g of Super-P (conductive carbon manufactured by TIMCAL) as a conductive additive, and After 20 g of KS-6 (scaly graphite manufactured by TIMREX) was mixed for 10 minutes, 100 g of N-methylpyrrolidone (NMP) was added thereto and further mixed for 20 minutes.
次いで、8%-PVDF溶液(クレハ製PVDFW#7200をNMPに溶解)150gを加えて、30分間混練した後、更に、上記8%-PVDF溶液150gを加えて30分間混練した。その後、上記8%-PVDF溶液200gを加えて30分間混練した。次いで、NMPに溶解した溶液を80g加えて30分間混練した。その後、粘度調整のためNMP27gを加えて30分間混合した後、真空脱泡30分間を行った。
以上により、固形分濃度60%の正極合材スラリーを得た。
Next, 150 g of an 8% PVDF solution (PVDFW #7200 manufactured by Kureha dissolved in NMP) was added and kneaded for 30 minutes, and then 150 g of the above 8% PVDF solution was added and kneaded for 30 minutes. Thereafter, 200 g of the above 8%-PVDF solution was added and kneaded for 30 minutes. Next, 80 g of a solution dissolved in NMP was added and kneaded for 30 minutes. Thereafter, 27 g of NMP was added to adjust the viscosity and mixed for 30 minutes, followed by vacuum defoaming for 30 minutes.
Through the above steps, a positive electrode composite slurry having a solid content concentration of 60% was obtained.
乾燥後の塗布質量が19.0mg/cm2になるように、上記正極合材スラリーを、正極集電体としてのアルミニウム箔(厚み20μm、幅200mm)の片面の一部に塗布し乾燥させた。次いで、反対面(未塗工面)の一部に、同様に塗布質量が19.0mg/cm2になるように、上記正極合材スラリーをアルミニウム箔に塗布し乾燥させた。
こうして得た両面塗工(38.0mg/cm2)されたアルミニウム箔を、真空乾燥オーブンで130℃、12時間乾燥させ、次いで、小型プレス機を用い、プレス密度が2.9g/cm3となるように圧縮することにより、正極原反を得た。
この正極原反は、正極集電体としてのアルミニウム箔と、このアルミニウム箔の両面に設けられた正極合材層と、を含む。アルミニウム箔の両面は、それぞれ、正極合材層が形成された領域と、正極合材層が形成されていない領域(即ち、余白)と、を含む。
上記正極原反をスリットすることにより、おもて面側に、56mm×334mmの正極合材層と、タブ溶接用余白と、を含み、裏面側に、56mm×408mmの正極合材層と、タブ溶接用余白と、を含む、正極C-1を得た。
The above positive electrode composite slurry was applied to a part of one side of an aluminum foil (thickness 20 μm, width 200 mm) as a positive electrode current collector and dried so that the applied mass after drying was 19.0 mg/cm 2 . . Next, on a part of the opposite side (uncoated side), the positive electrode composite slurry was similarly applied to the aluminum foil so that the applied mass was 19.0 mg/cm 2 and dried.
The thus obtained double-sided coated aluminum foil (38.0 mg/cm 2 ) was dried in a vacuum drying oven at 130°C for 12 hours, and then pressed using a small press to a pressing density of 2.9 g/cm 3 . A positive electrode original fabric was obtained by compressing it so that it became .
This positive electrode original fabric includes an aluminum foil as a positive electrode current collector, and positive electrode composite material layers provided on both sides of this aluminum foil. Both sides of the aluminum foil each include a region where the positive electrode composite material layer is formed and a region (i.e., a blank space) where the positive electrode composite material layer is not formed.
By slitting the positive electrode original fabric, the front side includes a positive electrode composite material layer of 56 mm x 334 mm and a margin for tab welding, and the back side includes a positive electrode composite material layer of 56 mm x 408 mm, A positive electrode C-1 including a tab welding margin was obtained.
(電池の組み立て)
セパレータとしては、空隙率45%、厚み25μmのポリエチレン製多孔質膜(60.5mm×450mm)を用いた。
上記の負極A-1とセパレータと上記の正極C-1とセパレータとを、この順に重ねて捲回し、捲回体を得た。得られた捲回体をプレス成型し、成型体を得た。
次いで、上記成型体における正極C-1の余白部分にアルミニウム製の正極タブを超音波接合機で接合し、上記成型体における負極A-1の余白部分にニッケル製の負極タブを超音波接合機で接合した。正極タブ及び負極タブが接合された成型体をラミネートシートで挟み込み、三辺を加熱シールし、ラミネート体を得た。この際、ラミネート体における加熱シールされた一辺から正極タブ及び負極タブがはみ出すようにした。
(Battery assembly)
As the separator, a polyethylene porous membrane (60.5 mm x 450 mm) with a porosity of 45% and a thickness of 25 μm was used.
The above negative electrode A-1 and separator, and the above positive electrode C-1 and separator were stacked and wound in this order to obtain a wound body. The obtained wound body was press-molded to obtain a molded body.
Next, an aluminum positive electrode tab is bonded to the blank space of the positive electrode C-1 in the molded body using an ultrasonic bonding machine, and a nickel negative electrode tab is bonded to the blank space of the negative electrode A-1 in the molded body using an ultrasonic bonding machine. It was joined with The molded body in which the positive electrode tab and the negative electrode tab were joined was sandwiched between laminate sheets, and three sides were heat-sealed to obtain a laminate body. At this time, the positive electrode tab and the negative electrode tab were made to protrude from one heat-sealed side of the laminate.
次に、真空乾燥機を用い、真空引きを行いながら、上記ラミネート体を、70℃で12時間減圧乾燥させた。次に、真空引きを継続しながら、上記ラミネート体の内部に、残りの一辺から、上記非水電解液を注入し、次いで上記残りの一辺を加熱シールした。電解液の注入量は、4.7gとした。
以上により、電池(即ち、リチウムイオン二次電池)を得た。
Next, the laminate was dried under reduced pressure at 70° C. for 12 hours using a vacuum dryer while drawing a vacuum. Next, while continuing to vacuum, the non-aqueous electrolyte was injected into the laminate from the remaining side, and then the remaining side was heat-sealed. The amount of electrolyte injected was 4.7 g.
Through the above steps, a battery (ie, a lithium ion secondary battery) was obtained.
(電池の活性化処理)
上記電池を、大気下、室温で24時間保持し、次いでこの電池に対し、以下の活性化処理を施した。
-活性化処理-
0.05Cで4時間定電流充電(0.05C-CC)し、次いで12時間休止した。
次に、0.1Cで4.2V(SOC100%)まで定電流定電圧充電(0.1C-CCCV)し、30分間休止した後、2.8Vまで0.1Cで定電流放電(0.1C-CC)した。
次に、充放電サイクル(即ち、0.1C-CCCVで4.2Vまでの充電、及び、0.1C-CCで2.8Vまでの放電)を5回繰り返した。
次に、4.2V(SOC100%)の満充電にした状態で、室温で5日間保存した。
(Battery activation process)
The above battery was held at room temperature under the atmosphere for 24 hours, and then the following activation treatment was performed on this battery.
-Activation processing-
Constant current charging (0.05C-CC) was performed at 0.05C for 4 hours, and then rested for 12 hours.
Next, perform constant current constant voltage charging (0.1C-CCCV) at 0.1C to 4.2V (SOC 100%), rest for 30 minutes, and then constant current discharge (0.1C -CC).
Next, a charge/discharge cycle (ie, charging to 4.2V at 0.1C-CCCV and discharging to 2.8V at 0.1C-CC) was repeated five times.
Next, the battery was fully charged at 4.2V (SOC 100%) and stored at room temperature for 5 days.
<電池の性能評価>
上記活性化処理が施された電池について、下記の通り、初期の電池抵抗値及びサイクル試験後の電池抵抗値を測定した。
結果を表1に示す。
表1では、初期の電池抵抗値及びサイクル試験後の電池抵抗値とも、比較例1の値を100とした場合の相対値で表した。
<Battery performance evaluation>
For the battery subjected to the above activation treatment, the initial battery resistance value and the battery resistance value after the cycle test were measured as described below.
The results are shown in Table 1.
In Table 1, both the initial battery resistance value and the battery resistance value after the cycle test are expressed as relative values when the value of Comparative Example 1 is taken as 100.
(初期の電池抵抗(DC-IR)の測定)
活性化処理後の電池を、室温で定電圧4.2Vまで充電し、次いで室温で0.1C定電流で放電し、放電開始から10秒間における電位低下を測定した。同様に、室温で定電圧4.2Vまで充電し、x=0.2、0.5、1.0として、xC定電流で放電し、放電開始から10秒間における電位低下を測定した。各電流レートで放電した際の電位低下から、放電初期の電池抵抗(直流抵抗;DC-IR)を算出した。
(Measurement of initial battery resistance (DC-IR))
The battery after the activation treatment was charged at room temperature to a constant voltage of 4.2V, then discharged at room temperature at a constant current of 0.1C, and the potential drop was measured for 10 seconds from the start of discharge. Similarly, the battery was charged to a constant voltage of 4.2V at room temperature, and discharged at xC constant current with x=0.2, 0.5, and 1.0, and the potential drop was measured for 10 seconds from the start of discharge. The battery resistance (direct current resistance; DC-IR) at the initial stage of discharge was calculated from the potential drop when discharging at each current rate.
(サイクル試験後の電池抵抗(DC-IR)の測定)
活性化処理後の電池に対し、充放電サイクル(詳細には、0.1C-CCCVで4.2Vまでの充電、及び、0.1C-CCで2.8Vまでの放電を1サイクルとする充放電サイクル)を100サイクル施した(サイクル試験)。
次に、4.2V(SOC100%)の満充電にした状態で、室温で5日間保存した。
保存後の電池に対し、初期の電池抵抗(DC-IR)の測定と同様にして、サイクル試験後の電池抵抗(DC-IR)の測定を行った。
(Measurement of battery resistance (DC-IR) after cycle test)
After the activation process, the battery is subjected to a charge/discharge cycle (in detail, one cycle is charging to 4.2V at 0.1C-CCCV and discharging to 2.8V at 0.1C-CC). 100 cycles (discharge cycle) were performed (cycle test).
Next, the battery was fully charged at 4.2V (SOC 100%) and stored at room temperature for 5 days.
After storage, the battery resistance (DC-IR) after the cycle test was measured in the same manner as the initial battery resistance (DC-IR) measurement.
〔比較例101〕
錯化合物1を添加せず、かつ、LiPF6の濃度が1mol/Lとなり、体積比〔EC/DMC〕が30/70となるように各原料の仕込み量を調整したこと以外は実施例101の非水電解液の調製と同様の操作を行い、比較例101の非水電解液を調製した。
比較例101の非水電解液を用いたこと以外は実施例101と同様にして、電池の作製及び性能評価を行った。
結果を表1に示す。
[Comparative example 101]
Example 101 except that complex compound 1 was not added, the concentration of LiPF 6 was 1 mol/L, and the amount of each raw material was adjusted so that the volume ratio [EC/DMC] was 30/70. A non-aqueous electrolyte of Comparative Example 101 was prepared by performing the same operation as in the preparation of the non-aqueous electrolyte.
A battery was prepared and performance evaluated in the same manner as in Example 101, except that the non-aqueous electrolyte of Comparative Example 101 was used.
The results are shown in Table 1.
〔比較例102〕
錯化合物1を単体のLiDFPに変更し、かつ、LiDFPの含有量が0.4質量%となり、LiPF6の濃度が1mol/Lとなり、体積比〔EC/DMC〕が30/70となるように各原料の仕込み量を調整したこと以外は実施例101の非水電解液の調製と同様の操作を行い、比較例101の非水電解液を調製した。
比較例101の非水電解液を用いたこと以外は実施例101と同様にして、電池の作製及び性能評価を行った。
結果を表1に示す。
[Comparative example 102]
Complex compound 1 was changed to single LiDFP, and the content of LiDFP was 0.4% by mass, the concentration of LiPF 6 was 1 mol/L, and the volume ratio [EC/DMC] was 30/70. A non-aqueous electrolyte of Comparative Example 101 was prepared by performing the same operations as in the preparation of the non-aqueous electrolyte of Example 101, except that the amounts of each raw material were adjusted.
A battery was prepared and performance evaluated in the same manner as in Example 101, except that the non-aqueous electrolyte of Comparative Example 101 was used.
The results are shown in Table 1.
表1に示したように、錯化合物1を含む非水電解液を用いた実施例101の電池は、LiDFPを含まない非水電解液を用いた比較例101の電池は勿論、錯化合物1を形成していない単体のLiDFPを含む非水電解液を用いた比較例102の電池に対しても、初期及びサイクル試験後の電池抵抗値が低減していることがわかる。 As shown in Table 1, the battery of Example 101 using a non-aqueous electrolyte containing Complex Compound 1, as well as the battery of Comparative Example 101 using a non-aqueous electrolyte containing no LiDFP, It can be seen that for the battery of Comparative Example 102 using a non-aqueous electrolyte containing unformed single LiDFP, the battery resistance values at the initial stage and after the cycle test were also reduced.
1 リチウムイオン二次電池
10 電池素子
11 正極
11A 正極集電体
11B 正極合材層
12 負極
12A 負極集電体
12B 負極合材層
13 セパレータ
14 単電池層
21 正極リード
22 負極リード
30 外装体
1 Lithium ion secondary battery 10 Battery element 11 Positive electrode 11A Positive electrode current collector 11B Positive electrode composite layer 12 Negative electrode 12A Negative electrode current collector 12B Negative electrode composite layer 13 Separator 14 Cell layer 21 Positive electrode lead 22 Negative electrode lead 30 Exterior body
Claims (7)
ヘキサフルオロリン酸イオンと、
ジフルオロリン酸イオンと、
エチレンカーボネート分子と、
を含み、
示差走査熱量測定において、単位質量当たりの熱流量の極大値を示す発熱ピークAが190℃~210℃の温度範囲内に発現し、かつ、単位質量当たりの熱流量の極大値を示す発熱ピークBが280℃~300℃の温度範囲内に発現する、
錯化合物。 lithium ion and
hexafluorophosphate ion,
difluorophosphate ion,
ethylene carbonate molecule,
including;
In differential scanning calorimetry, exothermic peak A, which indicates the maximum value of heat flow per unit mass, occurs within the temperature range of 190°C to 210°C, and exothermic peak B, which indicates the maximum value of heat flow per unit mass. is expressed within a temperature range of 280°C to 300°C,
complex compound.
前記ジフルオロリン酸イオンに対する前記エチレンカーボネート分子のモル比が、10~50であり、
前記ジフルオロリン酸イオンに対する前記リチウムイオンのモル比が、1.95~2.05である、
請求項1に記載の錯化合物。 The molar ratio of the hexafluorophosphate ion to the difluorophosphate ion is 0.95 to 1.05,
The molar ratio of the ethylene carbonate molecules to the difluorophosphate ions is from 10 to 50,
The molar ratio of the lithium ion to the difluorophosphate ion is 1.95 to 2.05,
The complex compound according to claim 1.
ヘキサフルオロリン酸リチウムと、ジフルオロリン酸リチウムと、エチレンカーボネートと、沸点150℃以下の有機溶剤Aと、を混合し、前記錯化合物及び前記有機溶剤Aを含む混合物を得る工程と、
前記混合物から前記有機溶剤Aを除去して前記錯化合物を得る工程と、
を含み、
混合物を得る工程において、
前記ジフルオロリン酸リチウムに対する前記ヘキサフルオロリン酸リチウムの仕込みモル比が、0.95~1.05であり、
前記ジフルオロリン酸リチウムに対する前記エチレンカーボネートの仕込みモル比が、10~50であり、
前記エチレンカーボネートに対する前記有機溶剤Aの仕込みモル比が、0.2~1.5である、
錯化合物の製造方法。 A method for producing a complex compound containing a lithium ion, a hexafluorophosphate ion, a difluorophosphate ion, and an ethylene carbonate molecule, the method comprising:
A step of mixing lithium hexafluorophosphate, lithium difluorophosphate, ethylene carbonate, and an organic solvent A having a boiling point of 150° C. or lower to obtain a mixture containing the complex compound and the organic solvent A;
removing the organic solvent A from the mixture to obtain the complex compound;
including;
In the step of obtaining the mixture,
The charging molar ratio of the lithium hexafluorophosphate to the lithium difluorophosphate is 0.95 to 1.05,
The charging molar ratio of the ethylene carbonate to the lithium difluorophosphate is 10 to 50,
The molar ratio of the organic solvent A to the ethylene carbonate is 0.2 to 1.5.
Method for producing complex compounds.
請求項1又は請求項2に記載の錯化合物を含む、リチウムイオン二次電池用添加剤。 An additive for a non-aqueous electrolyte of a lithium ion secondary battery,
An additive for lithium ion secondary batteries, comprising the complex compound according to claim 1 or 2.
負極と、
前記正極と前記負極との間に配置されたセパレータと、
請求項6に記載のリチウムイオン二次電池用非水電解液と、
を備えるリチウムイオン二次電池。 a positive electrode;
a negative electrode;
a separator disposed between the positive electrode and the negative electrode;
The non-aqueous electrolyte for a lithium ion secondary battery according to claim 6 ,
A lithium-ion secondary battery equipped with.
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