JP2009302021A - Nonaqueous electrolyte composition and nonaqueous electrolyte secondary battery using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、初回充電時および高温保存時の膨張を抑制し得る、非水電解質組成物及びそれを用いた非水電解液二次電池に関する。 The present invention relates to a nonaqueous electrolyte composition and a nonaqueous electrolyte secondary battery using the same, which can suppress expansion during initial charge and storage at high temperature.
近年、カメラ一体型VTR、デジタルスチルカメラ、携帯電話、携帯情報端末、ノート型コンピュータ等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。そしてこれらの電子機器のポータブル電源として、電池、特に二次電池について、エネルギー密度を向上させるための研究開発が活発に進められている。中でも、負極活物質に炭素、正極活物質にリチウム−遷移金属複合酸化物、電解液に炭酸エステル混合物を使用するリチウムイオン二次電池は、従来の非水系電解液二次電池である鉛電池、ニッケルカドミウム電池と比較して大きなエネルギー密度が得られるため、広く実用化されている。特に外装にアルミニウムラミネートフィルムを使用するラミネート電池は軽量なためエネルギー密度が大きい。ラミネート電池に於いては、電解液をポリマーに膨潤させるとラミネート電池の変形を抑制する事ができるため、ラミネートポリマー電池も広く使用されている。
リチウムイオン二次電池は携帯機器に使用される事が多いため、冬の屋外のように低温環境下でも十分な放電容量を有する必要がある。
特許文献1には、有機溶媒として少なくとも一種類の炭化水素のハロゲン置換誘導体、例えば、四塩化炭素、ジクロロエタンと、エチレンカーボネート、またはプロピレンカーボネートを含む溶媒を用いた非水電解液二次電池が記載され、充放電サイクル特性や保存特性を向上させることが記載されている。
特許文献2には、非水電解液の溶媒がフッ素化カーボネートと鎖状カーボネートを主成分とし、その体積比率(フッ素化カーボネート:鎖状カーボネート)が5:95から90:10の範囲であることを特徴とする二次電池が記載され、電池の破壊試験に対しての安全性の向上したリチウムイオン二次電池を得る旨の記載がある。
特許文献3には、フルオロエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート及びエチレンカーボネートを含む電解質により、容量損失の低下及び電解質分解を最小にする望ましい特性を保持しつつ、塩素化電解質溶媒を含む二次電池によって達成される電池効率を向上させる旨の記載がある。
特許文献4には、二つのアルキル基が独立的に1ないし2個の炭素を有する、トランス−4,5−ジアルキル−1,3−ジオキソラン−2−オン;およびリチウム塩よりなる電気化学的システム用非水溶性電解質であって、低温で高い伝導性を有し広範囲なグラファイト炭素アノードに対して少ない非可逆性を示す旨の記載がある。
電解液溶媒の主成分が、エチレンカーボネートである電解液は融点が37℃と高いため、低温では導電率が低下して放電容量が低下する問題があった。電解液溶媒は環状カーボネートのエチレンカーボネートの他に、融点が−43℃のジエチルカーボネート等の鎖状カーボネートも含有されているが、環状カーボネートと鎖状カーボネートは誘電率が大きく異なるために混ざりにくいため、低温時放電容量の低下は免れなかった。
これに対し、融点が−49℃と低い溶媒であるプロピレンカーボネートは環状カーボネートであるため、エチレンカーボネートと混合しやすく、低温時放電容量を向上させる事ができる。しかしプロピレンカーボネートを混合すると、負極活物質に黒鉛を使用する電池では初回充放電効率が低下する問題があった。これは、リチウムイオンに配位したプロピレンカーボネート分子がリチウムイオンと共に黒鉛の層間に挿入され、黒鉛内で分解するため、黒鉛の結晶構造が破壊されるためと考えられている。プロピレンカーボネートの該挿入は、黒鉛負極にCVDによりアモルファスカーボンを施すことにより防止できるが、容量を犠牲にしなければならないならないという問題があった。
また、ラミネート電池に於いては、電解液をポリマーに膨潤させるとラミネート電池の変形を抑制する事ができるため、ラミネートポリマー電池も広く使用されている。ところが、ラミネート電池は外装が軟らかいため、高温保存時に電池内部で発生する気体により電池が膨れやすい問題もあった。
In recent years, many portable electronic devices such as a camera-integrated VTR, a digital still camera, a mobile phone, a personal digital assistant, and a notebook computer have appeared, and their size and weight have been reduced. As portable power sources for these electronic devices, research and development for improving the energy density of batteries, particularly secondary batteries, are being actively promoted. Among them, a lithium ion secondary battery that uses carbon as a negative electrode active material, a lithium-transition metal composite oxide as a positive electrode active material, and a carbonate ester mixture as an electrolyte is a lead battery that is a conventional non-aqueous electrolyte secondary battery, Since a large energy density can be obtained compared to a nickel cadmium battery, it is widely put into practical use. In particular, a laminated battery using an aluminum laminated film for the exterior has a high energy density because it is lightweight. In the laminate battery, since the deformation of the laminate battery can be suppressed by swelling the electrolyte in the polymer, the laminate polymer battery is also widely used.
Since lithium ion secondary batteries are often used in portable devices, it is necessary to have a sufficient discharge capacity even in a low temperature environment such as outdoors in winter.
Patent Document 1 describes a non-aqueous electrolyte secondary battery using a solvent containing a halogen-substituted derivative of at least one hydrocarbon as an organic solvent, for example, carbon tetrachloride, dichloroethane, and ethylene carbonate or propylene carbonate. It is described that charge / discharge cycle characteristics and storage characteristics are improved.
In Patent Document 2, the solvent of the non-aqueous electrolyte is mainly composed of fluorinated carbonate and chain carbonate, and the volume ratio (fluorinated carbonate: chain carbonate) is in the range of 5:95 to 90:10. And a lithium-ion secondary battery with improved safety against battery destructive testing.
In Patent Document 3, an electrolyte including fluoroethylene carbonate, propylene carbonate, and ethylene carbonate is achieved by a secondary battery including a chlorinated electrolyte solvent while maintaining desirable characteristics that minimize capacity loss and electrolyte decomposition by an electrolyte including fluoroethylene carbonate, propylene carbonate, and ethylene carbonate. There is a description of improving the battery efficiency.
Patent Document 4 discloses an electrochemical system comprising trans-4,5-dialkyl-1,3-dioxolan-2-one; and a lithium salt, in which two alkyl groups independently have 1 to 2 carbons. There is a description that it is a non-aqueous electrolyte for use and has high conductivity at low temperatures and exhibits low irreversibility over a wide range of graphite carbon anodes.
Since the electrolytic solution whose main component of the electrolytic solution solvent is ethylene carbonate has a high melting point of 37 ° C., there is a problem that the electrical conductivity is lowered and the discharge capacity is lowered at a low temperature. In addition to ethylene carbonate, which is a cyclic carbonate, the electrolyte solvent also contains chain carbonates such as diethyl carbonate having a melting point of -43 ° C. The decrease in discharge capacity at low temperatures was inevitable.
On the other hand, since propylene carbonate which is a solvent having a low melting point of −49 ° C. is a cyclic carbonate, it can be easily mixed with ethylene carbonate and the discharge capacity at low temperature can be improved. However, when propylene carbonate is mixed, there is a problem that the initial charge and discharge efficiency is lowered in the battery using graphite as the negative electrode active material. This is thought to be because the propylene carbonate molecules coordinated to the lithium ions are inserted together with the lithium ions between the graphite layers and decompose in the graphite, thereby destroying the crystal structure of the graphite. The insertion of propylene carbonate can be prevented by applying amorphous carbon to the graphite negative electrode by CVD, but there is a problem that the capacity must be sacrificed.
In laminated batteries, laminated polymer batteries are also widely used because the deformation of the laminated battery can be suppressed by swelling the electrolyte in the polymer. However, since the laminate battery has a soft exterior, there is also a problem that the battery tends to swell due to gas generated inside the battery during high temperature storage.
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、低温放電容量の向上と、初回充放電効率の維持を両立でき、かつ高温保存時の電池の膨れ抑制に有効な非水電解質組成物及びそれを用いた非水電解液二次電池を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and the purpose thereof is a non-aqueous electrolyte that can achieve both improvement in low-temperature discharge capacity and maintenance of initial charge / discharge efficiency and is effective in suppressing battery swelling during high-temperature storage. The object is to provide a composition and a non-aqueous electrolyte secondary battery using the composition.
本発明では、電解液中に、特定の化合物を2種同時に添加する事により、初低温放電容量の向上と、初回充放電効率の維持を両立でき、かつ高温保存時の電池の膨れ抑制に有効であることを見出した。
すなわち本発明は下記の非水電解質組成物及びそれを用いた非水電解液二次電池を提供する。
[1]電解質塩と、下記式(1)で表される環状カーボネートと、下記式(2)、(3)及び(4)から選択される少なくとも1種で表されるハロゲン化環状カーボネートとを含む電解液を含有する非水電解質組成物。
In the present invention, by adding two kinds of specific compounds to the electrolyte simultaneously, it is possible to achieve both improvement in initial low temperature discharge capacity and maintenance of initial charge / discharge efficiency, and also effective in suppressing battery swelling during high temperature storage. I found out.
That is, the present invention provides the following non-aqueous electrolyte composition and a non-aqueous electrolyte secondary battery using the same.
[1] An electrolyte salt, a cyclic carbonate represented by the following formula (1), and a halogenated cyclic carbonate represented by at least one selected from the following formulas (2), (3) and (4) A non-aqueous electrolyte composition containing an electrolyte solution.
[式(1)において、R1は、CwH2w+1(0≦w≦4)、R2はCxH2x+1(0≦x≦4)、R3は、CyH2y+1(0≦y≦4)、R4はCzH2z+1(0≦z≦4)、であり、2≦w+x+y+z≦6である。
式(2)、(3)、及び(4)において、R5〜R22はそれぞれ独立して水素原子、ハロゲン原子、またはアルキル基であり、式(2)、(3)、又は(4)で表される化合物は、少なくとも前記ハロゲン原子を1個有する。]
[2]正極と負極と共に、上記[1]に記載の非水電解質組成物を含む非水電解液二次電池。
[In the formula (1), R1 is, C w H 2w + 1 ( 0 ≦ w ≦ 4), R2 is C x H 2x + 1 (0 ≦ x ≦ 4), R3 is, C y H 2y + 1 ( 0 ≦ y ≦ 4) , R4 is C z H 2z + 1 (0 ≦ z ≦ 4), and 2 ≦ w + x + y + z ≦ 6.
In formulas (2), (3), and (4), R5 to R22 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, or an alkyl group, and are represented by formula (2), (3), or (4). The compound obtained has at least one halogen atom. ]
[2] A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising the non-aqueous electrolyte composition according to [1] together with a positive electrode and a negative electrode.
本発明の二次電池によれば、電解液に式(1)で表される環状カーボネート(以下、環状カーボネート(1)とも記す。ハロゲン化環状カーボネートについて同様である)と、式(2)〜(4)で表されるハロゲン化環状カーボネートを含む電解液を含有する非水電解質組成物を用いることにより、低温放電容量の向上と、初回充放電効率の維持を両立でき、かつ高温保存時の膨れ抑制に有効な二次電池を提供することができる。 According to the secondary battery of the present invention, the cyclic carbonate represented by the formula (1) (hereinafter also referred to as cyclic carbonate (1). The same applies to the halogenated cyclic carbonate) and the formulas (2) to (2) By using the non-aqueous electrolyte composition containing the electrolytic solution containing the halogenated cyclic carbonate represented by (4), it is possible to achieve both improvement in low-temperature discharge capacity and maintenance of initial charge / discharge efficiency, and during high-temperature storage. A secondary battery effective in suppressing swelling can be provided.
以下、本発明の非水電解質組成物について詳述する。なお、本願明細書において、「%」は特記しない限り、質量%を意味する。
本発明の非水電解質組成物は、水を含まないか、実質的に水を含まない。この非水電解質組成物は、電解質塩と、環状カーボネート(1)と、ハロゲン化環状カーボネート(2)〜(4)とを含む電解液を含有する。
環状カーボネート(1)は、プロピレンカーボネートより分子が大きいため、プロピレンカーボネートより黒鉛に挿入されにくく、分解しにくいため、初回充放電効率が低下しないと考えられる。また、環状カーボネート(1)の融点は、例えばブチレンカーボネートが−55℃とエチレンカーボネートより十分に低く、低温時放電容量が向上すると考えられる。更に、環状カーボネート(1)はエチレンカーボネートより高温保存時の膨れが小さい利点もある。
Hereinafter, the nonaqueous electrolyte composition of the present invention will be described in detail. In the present specification, “%” means mass% unless otherwise specified.
The non-aqueous electrolyte composition of the present invention does not contain water or is substantially free of water. This non-aqueous electrolyte composition contains an electrolytic solution containing an electrolyte salt, a cyclic carbonate (1), and halogenated cyclic carbonates (2) to (4).
Since cyclic carbonate (1) has a larger molecule than propylene carbonate, it is less likely to be inserted into graphite and more difficult to decompose than propylene carbonate. Further, the melting point of the cyclic carbonate (1) is considered to be that, for example, butylene carbonate is -55 ° C. and sufficiently lower than ethylene carbonate, and the discharge capacity at low temperature is improved. Furthermore, the cyclic carbonate (1) has an advantage that the swelling during high temperature storage is smaller than that of ethylene carbonate.
式(1)において、R1は、CwH2w+1(0≦w≦4)、R2はCxH2x+1(0≦x≦4)、R3は、CyH2y+1(0≦y≦4)、R4はCzH2z+1(0≦z≦4)、であり、2≦w+x+y+z≦6である。
環状カーボネート(1)の具体例としては、下記構造のブチレンカーボネート[式(1−1)]、4,5−ジメチル−1,3−ジオキソラン−2−オン[式(1−2)]、tert−ブチルエチレンカーボネート[式(1−3)]が挙げられるが、本発明は上記化合物に限定されず、プロピルエチレンカーボネート等も使用可能である。
In the formula (1), R1 is C w H 2w + 1 (0 ≦ w ≦ 4), R2 is C x H 2x + 1 (0 ≦ x ≦ 4), R3 is C y H 2y + 1 (0 ≦ y ≦ 4), R4 is C z H 2z + 1 (0 ≦ z ≦ 4), and 2 ≦ w + x + y + z ≦ 6.
Specific examples of the cyclic carbonate (1) include butylene carbonate [Formula (1-1)], 4,5-dimethyl-1,3-dioxolan-2-one [Formula (1-2)] having the following structure, tert -Butylethylene carbonate [Formula (1-3)] is mentioned, but the present invention is not limited to the above compound, and propylethylene carbonate and the like can also be used.
式(2)、(3)、(4)において、R5〜R22はそれぞれ独立して水素原子、ハロゲン原子、またはアルキル基であり、式(2)、(3)、(4)で表される化合物は、少なくとも前記ハロゲン原子を1個有する。式(2)、(3)、(4)において、式(2)が好ましく、R5−R8はそれぞれ独立して水素原子、ハロゲン原子(好ましくは塩素、フッ素等)、またはアルキル基(好ましくはメチル基等)であり、式(2)で表される化合物は、少なくとも前記ハロゲン原子を1個、好ましくは1〜2個有する。
ハロゲン化環状カーボネート(2)としては、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン(フルオロエチレンカーボネート)[式(2−1)]、4,5−ジフルオロ−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン(ジフルオロエチレンカーボネート)[式(2−2)]などのフッ素化環状カーボネート、4−クロロ−1,3−ジオキソラン−2−オン(クロロエチレンカーボネート)[式(2−3)]などの塩素化環状カーボネート等が挙げられる。中でも、フルオロエチレンカーボネートが好ましい。
In formulas (2), (3), and (4), R5 to R22 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, or an alkyl group, and are represented by formulas (2), (3), and (4). The compound has at least one halogen atom. In the formulas (2), (3), and (4), the formula (2) is preferable, and R5-R8 each independently represents a hydrogen atom, a halogen atom (preferably chlorine, fluorine, etc.), or an alkyl group (preferably methyl). The compound represented by the formula (2) has at least one halogen atom, preferably 1 to 2 halogen atoms.
As the halogenated cyclic carbonate (2), 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one (fluoroethylene carbonate) [formula (2-1)], 4,5-difluoro-fluoro-1,3-dioxolane Fluorinated cyclic carbonates such as 2-one (difluoroethylene carbonate) [formula (2-2)], 4-chloro-1,3-dioxolan-2-one (chloroethylene carbonate) [formula (2-3)] And chlorinated cyclic carbonates. Of these, fluoroethylene carbonate is preferred.
電解液中における環状カーボネート(1)の含有量は、電解液基準で、好ましくは2〜10%であり、より好ましくは3〜8%であり、電解液中におけるハロゲン化環状カーボネート(2)〜(4)の含有量は、電解液基準で、好ましくは0.5〜3%であり、より好ましくは0.7〜1.5%である。
環状カーボネート(1)、ハロゲン化環状カーボネート(2)〜(4)は、各々単独で用いてもよいし、複数種を混合して用いてもよい。
上記範囲内であれば本発明の前記2者の効果の発揮に有効であるため好ましい。
The content of the cyclic carbonate (1) in the electrolytic solution is preferably 2 to 10%, more preferably 3 to 8% on the basis of the electrolytic solution, and the halogenated cyclic carbonate (2) to 2% in the electrolytic solution. The content of (4) is preferably 0.5 to 3%, more preferably 0.7 to 1.5%, based on the electrolyte solution.
The cyclic carbonate (1) and the halogenated cyclic carbonates (2) to (4) may be used alone or in combination of two or more.
If it is in the said range, since it is effective for the said two effects of this invention to be exhibited, it is preferable.
本発明における非水電解質組成物はさらに、上記以外の溶媒と、電解質塩とを含んでいる。 The nonaqueous electrolyte composition in the present invention further contains a solvent other than the above and an electrolyte salt.
(上記以外の溶媒)
電解液に用いる上記以外の溶媒(以下、溶媒ともいう)は、比誘電率が30以上の高誘電率溶媒であることが好ましい。これによりリチウムイオンの数を増加させることができるからである。
(Solvents other than the above)
The solvent other than the above used in the electrolytic solution (hereinafter also referred to as a solvent) is preferably a high dielectric constant solvent having a relative dielectric constant of 30 or more. This is because the number of lithium ions can be increased.
高誘電率溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートなどの環状カーボネート、γ−ブチロラクトンおよびγ−バレロラクトンなどのラクトン、N−メチル−2−ピロリドンなどのラクタム、N−メチル−2−オキサゾリジノンなどの環式カルバミン酸エステル、並びにテトラメチレンスルホンなどのスルホン化合物が挙げられる。なかでも環状カーボネートが好ましく、エチレンカーボネートが特に好ましい。電解液中における上記高誘電率溶媒の含有量は、15%以上50%以下の範囲内とすることが好ましい。また、上記高誘電率溶媒は、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。 Examples of the high dielectric constant solvent include cyclic carbonates such as ethylene carbonate and propylene carbonate, lactones such as γ-butyrolactone and γ-valerolactone, lactams such as N-methyl-2-pyrrolidone, and N-methyl-2-oxazolidinone. And a sulfone compound such as tetramethylene sulfone. Of these, cyclic carbonates are preferable, and ethylene carbonate is particularly preferable. The content of the high dielectric constant solvent in the electrolytic solution is preferably in the range of 15% to 50%. Moreover, the said high dielectric constant solvent may be used individually by 1 type, and may mix and use multiple types.
電解液に用いる溶媒は、上記高誘電率溶媒に、粘度が1mPa・s以下の低粘度溶媒を混合して用いることが好ましい。これにより高いイオン伝導性を得ることができるからである。高誘電率溶媒に対する低粘度溶媒の比率(質量比)は、高誘電率溶媒:低粘度溶媒=2:8〜5:5の範囲内とすることが好ましい。この範囲内とすることでより高い効果が得られるからである。 The solvent used for the electrolytic solution is preferably used by mixing a low-viscosity solvent having a viscosity of 1 mPa · s or less with the high dielectric constant solvent. This is because high ion conductivity can be obtained. The ratio (mass ratio) of the low-viscosity solvent to the high-dielectric-constant solvent is preferably in the range of high-dielectric-constant solvent: low-viscosity solvent = 2: 8 to 5: 5. It is because a higher effect can be obtained by setting it within this range.
低粘度溶媒としては、例えば、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネートおよびメチルプロピルカーボネートなどの鎖状炭酸エステル、酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、酪酸メチル、イソ酪酸メチル、トリメチル酢酸メチルおよびトリメチル酢酸エチルなどの鎖状カルボン酸エステル、N,N−ジメチルアセトアミドなどの鎖状アミド、N,N−ジエチルカルバミン酸メチルおよびN,N−ジエチルカルバミン酸エチルなどの鎖状カルバミン酸エステル、ならびに1,2−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピランおよび1,3−ジオキソランなどのエーテルが挙げられる。これらの低粘度溶媒は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。 Examples of the low viscosity solvent include chain carbonate esters such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, and methyl propyl carbonate, methyl acetate, ethyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, methyl butyrate, methyl isobutyrate, and trimethyl. Chain carboxylic acid esters such as methyl acetate and ethyl trimethylacetate, chain amides such as N, N-dimethylacetamide, chain carbamic acid esters such as methyl N, N-diethylcarbamate and ethyl N, N-diethylcarbamate And ethers such as 1,2-dimethoxyethane, tetrahydrofuran, tetrahydropyran and 1,3-dioxolane. These low-viscosity solvents may be used alone or in combination of two or more.
(電解質塩)
電解質塩としては、例えば、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)、四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4)、六フッ化ヒ酸リチウム(LiAsF6)、六フッ化アンチモン酸リチウム(LiSbF6)、過塩素酸リチウム(LiClO4)および四塩化アルミニウム酸リチウム(LiAlCl4)などの無機リチウム塩、並びにトリフルオロメタンスルホン酸リチウム(CF3SO3Li)、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホン)イミド[(CF3SO2)2NLi]、リチウムビス(ペンタフルオロエタンスルホン)イミド[(C2F5SO2)2NLi]およびリチウムトリス(トリフルオロメタンスルホン)メチド[(CF3SO2)3CLi]などのパーフルオロアルカンスルホン酸誘導体のリチウム塩が挙げられる。電解質塩は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。
(Electrolyte salt)
As the electrolyte salt, e.g., lithium hexafluorophosphate (LiPF 6), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4), lithium hexafluoroarsenate (LiAsF 6), lithium hexafluoro antimonate (LiSbF 6) , Inorganic lithium salts such as lithium perchlorate (LiClO 4 ) and lithium tetrachloroaluminate (LiAlCl 4 ), and lithium trifluoromethanesulfonate (CF 3 SO 3 Li), lithium bis (trifluoromethanesulfone) imide [(CF 3 SO 2 ) 2 NLi], lithium bis (pentafluoroethanesulfone) imide [(C 2 F 5 SO 2 ) 2 NLi] and lithium tris (trifluoromethanesulfone) methide [(CF 3 SO 2 ) 3 CLi] Of perfluoroalkanesulfonic acid derivatives Lithium salts. One electrolyte salt may be used alone, or a plurality of electrolyte salts may be mixed and used.
(高分子化合物)
本発明の非水電解質組成物は、電解液により膨潤して電解液を保持する保持体となる高分子化合物を含むことができる。これにより、電解液は、高分子化合物に保持され、電解液と高分子化合物とが一体となってゲル状の電解質を形成する。本発明の非水電解液二次電池における非水電解質組成物は、ゲル状の電解質を形成させた場合は、高温保存時の更なる膨れ抑制を図ることができる。
(Polymer compound)
The non-aqueous electrolyte composition of the present invention can contain a polymer compound that swells with an electrolytic solution and serves as a holding body that holds the electrolytic solution. Thereby, the electrolytic solution is held in the polymer compound, and the electrolytic solution and the polymer compound are integrated to form a gel electrolyte. The non-aqueous electrolyte composition in the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention can further suppress swelling when stored at a high temperature when a gel electrolyte is formed.
本発明の非水電解質組成物において、電解液に高分子化合物を添加して用いる場合、電解液における高分子化合物の含有量は、電解液に対して0.1質量%以上10質量%以下の範囲内とすることが好ましい。上記範囲であれば、上記効果が得られるからである。また、セパレータの両面に高分子化合物を塗布して用いる場合は、電解液と高分子化合物の質量比を50:1〜10:1の範囲内とすることが好ましい。この範囲内とすることにより、より高い上記効果が得られるからである。 In the nonaqueous electrolyte composition of the present invention, when a polymer compound is added to the electrolyte solution, the content of the polymer compound in the electrolyte solution is 0.1% by mass or more and 10% by mass or less with respect to the electrolyte solution. It is preferable to be within the range. It is because the said effect will be acquired if it is the said range. Moreover, when apply | coating and using a high molecular compound on both surfaces of a separator, it is preferable to make mass ratio of electrolyte solution and a high molecular compound into the range of 50: 1-10: 1. It is because the higher said effect is acquired by setting it as this range.
高分子化合物としては、下記式(5)で表されるポリフッ化ビニリデンやその共重合体を用いることができる。ポリフッ化ビニリデンの共重合体は、フッ化ビニリデンと他の単量体との共重合体であり、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、クロロトリフルオロエチレンとの共重合体等が挙げられる。 As the polymer compound, polyvinylidene fluoride represented by the following formula (5) or a copolymer thereof can be used. The copolymer of polyvinylidene fluoride is a copolymer of vinylidene fluoride and other monomers, such as a copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropropylene, a copolymer of chlorotrifluoroethylene, etc. Can be mentioned.
前記式(5)において、uは100〜10000の整数である。 In said Formula (5), u is an integer of 100-10000.
前記高分子化合物としては、上記ポリフッ化ビニリデンやその共重合体の他、例えば、下式(6)に示すポリビニルホルマール、ポリエチレンオキサイド並びに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、下式(7)に示すポリメタクリレートなどのエステル系高分子化合物、アクリレート系高分子化合物が挙げられる。高分子化合物は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。 Examples of the polymer compound include the above-mentioned polyvinylidene fluoride and copolymers thereof, and ether-based polymer compounds such as polyvinyl formal, polyethylene oxide, and a crosslinked product containing polyethylene oxide represented by the following formula (6), Examples thereof include ester polymer compounds such as polymethacrylate and acrylate polymer compounds shown in (7). A high molecular compound may be used individually by 1 type, and multiple types may be mixed and used for it.
前記式(6)〜(7)において、s、tはそれぞれ100〜10000の整数であり、RはCxH2x+1Oy(xは1〜8、yは0〜4。なお、Oが存在する場合は、Rはエーテル構造を有する)で示される。
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明するが、本発明は以下の形態に限定されるものではない。
In the above formulas (6) to (7), s and t are each an integer of 100 to 10000, R is C x H 2x + 1 O y (x is 1 to 8, y is 0 to 4. O is present. In this case, R has an ether structure).
Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the following mode.
図1は、本発明の一実施の形態に係る二次電池の構成を模式的に表したものである。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21および負極リード22が取り付けられた巻回電極体20をフィルム状の外装部材30の内部に収容したものである。
FIG. 1 schematically shows a configuration of a secondary battery according to an embodiment of the present invention. This secondary battery is a so-called laminate film type, and has a
正極リード21および負極リード22は、それぞれ、外装部材30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21および負極リード22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
図2は、図1に示した巻回電極体20のI−I線に沿った断面構造を表すものである。巻回電極体20は、正極23と負極24とをセパレータ25および電解質層26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27により保護されている。
FIG. 2 shows a cross-sectional structure taken along line II of the spirally
(正極)
正極23は、正極集電体23Aの両面に正極活物質層23Bが設けられた構造を有している。正極集電体23Aは、例えば、アルミニウム、ニッケルあるいはステンレスなどの金属材料により構成されている。正極活物質層23Bは、例えば、正極活物質として、リチウムを吸蔵および放出可能な正極材料のいずれか1種または複数種を含んでおり、必要に応じて炭素材料などの導電剤およびポリフッ化ビニリデンなどの結着剤を含んでいてもよい。
(Positive electrode)
The positive electrode 23 has a structure in which a positive electrode active material layer 23B is provided on both surfaces of a positive electrode
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、およびこれらの固溶体(Lix(NiCoyMnz)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。)、マンガンスピネル(LiMn2O4)およびその固溶体(Li(Mn2−vNiv)O4)(vの値はv<2である。)などのリチウム複合酸化物、並びにリン酸鉄リチウム(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、酸化バナジウムおよび二酸化マンガンなどの酸化物、二硫化鉄、二硫化チタンおよび硫化モリブデンなどの二硫化物、硫黄、並びにポリアニリンおよびポリチオフェンなどの導電性高分子も挙げられる。 Examples of the positive electrode material capable of inserting and extracting lithium include lithium cobaltate, lithium nickelate, and solid solutions thereof (Lix (NiCo y Mn z ) O 2 )) (x, y, and z have values of 0 <x <1, 0 <y <1, 0 ≦ z <1, x + y + z = 1.), Manganese spinel (LiMn 2 O 4 ) and its solid solution (Li (Mn 2−v Ni v ) O 4 ) (The value of v is v <2.) Lithium composite oxides and the like, and phosphate compounds having an olivine structure such as lithium iron phosphate (LiFePO 4 ) are preferable. 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, sulfur, And conductive polymers such as polyaniline and polythiophene.
本発明の非水電解液二次電池において、上記正極活物質層23Bの片面あたりの厚さは好ましくは40μm以上80μm以下である。より好ましくは40μm以上60μm以下の範囲である。活物質層の厚さを40μm以上とすることで、電池の高容量化を図ることができる。また、80μm以下とすることで充放電を繰り返した時の放電容量維持率を大きくできる。また、上記正極活物質層23Bは塗布、乾燥して片面当たり14〜30mg/cm2とすることが好ましい。 In the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, the thickness of one side of the positive electrode active material layer 23B is preferably 40 μm or more and 80 μm or less. More preferably, it is the range of 40 micrometers or more and 60 micrometers or less. By setting the thickness of the active material layer to 40 μm or more, it is possible to increase the capacity of the battery. Moreover, the discharge capacity maintenance factor when charging / discharging is repeated can be enlarged by setting it as 80 micrometers or less. In addition, the positive electrode active material layer 23B is preferably applied and dried so as to be 14 to 30 mg / cm 2 per side.
(負極)
負極24は、例えば、対向する一対の面を有する負極集電体24Aの両面に負極活物質層24Bが設けられた構造を有し、負極活物質層24Bと正極活物質層23Bとが対向するように配置されている。負極集電体24Aは、例えば、銅、ニッケルおよびステンレスなどの金属材料により構成されている。
(Negative electrode)
The
負極活物質層24Bは、負極活物質として、リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料のいずれか1種または複数種を含んでいる。なお、この二次電池では、リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料の充電容量が、正極23の充電容量よりも大きくなっており、充電の途中において負極24にリチウム金属が析出しないようになっている。
The negative electrode
リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料としては、例えば、難黒鉛化性炭素、易黒鉛化性炭素、黒鉛、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、炭素繊維または活性炭などの炭素材料が挙げられる。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る。有機高分子化合物焼成体とは、フェノール樹脂やフラン樹脂等の高分子材料を適当な温度で焼成して炭素化したものをいい、一部には難黒鉛化性炭素または易黒鉛化性炭素に分類されるものもある。また、高分子材料としてはポリアセチレンあるいはポリピロールなどがある。これら炭素材料は、充放電時に生じる結晶構造の変化が非常に少なく、高い充放電容量を得ることができると共に、良好なサイクル特性を得ることができるので好ましい。特に黒鉛は、電気化学当量が大きく、高いエネルギー密度を得ることができ好ましい。また、難黒鉛化性炭素は、優れた特性が得られるので好ましい。さらにまた、充放電電位が低いもの、具体的には充放電電位がリチウム金属に近いものが、電池の高エネルギー密度化を容易に実現することができるので好ましい。 Examples of the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium include non-graphitizable carbon, graphitizable carbon, graphite, pyrolytic carbons, cokes, glassy carbons, and fired organic polymer compounds And carbon materials such as carbon fiber or activated carbon. Among these, examples of coke include pitch coke, needle coke, and petroleum coke. An organic polymer compound fired body refers to a carbonized material obtained by firing a polymer material such as phenol resin or furan resin at an appropriate temperature, and in part, it is made of non-graphitizable carbon or graphitizable carbon. Some are classified. Examples of the polymer material include polyacetylene and polypyrrole. These carbon materials are preferable because the change in the crystal structure that occurs during charge / discharge is very small, a high charge / discharge capacity can be obtained, and good cycle characteristics can be obtained. In particular, graphite is preferable because it has a high electrochemical equivalent and can provide a high energy density. Further, non-graphitizable carbon is preferable because excellent characteristics can be obtained. Furthermore, a battery having a low charge / discharge potential, specifically, a battery having a charge / discharge potential close to that of lithium metal is preferable because a high energy density of the battery can be easily realized.
また、負極材料としては、上記に示した炭素材料の他に、ケイ素、スズ、及びそれらの化合物、マグネシウム、アルミニウム、ゲルマニウム等、リチウムと合金を作る元素を含む材料を用いてもよい。更にチタンのようにリチウムと複合酸化物を形成する元素を含む材料も考えられる。 Further, as the negative electrode material, in addition to the carbon material shown above, a material containing an element that forms an alloy with lithium, such as silicon, tin, and a compound thereof, magnesium, aluminum, germanium, or the like may be used. Further, a material containing an element that forms a composite oxide with lithium, such as titanium, can be considered.
本発明の非水電解液二次電池において、上記負極活物質層24Bの片面あたりの厚さは好ましくは40μm以上80μm以下である。より好ましくは40μm以上60μm以下の範囲である。活物質層の厚さを40μm以上とすることで、電池の高容量化を図ることができる。また、80μm以下とすることで充放電を繰り返した時の放電容量維持率を大きくできる。また、上記負極活物質層24Bは塗布、乾燥して片面当たり7〜15mg/cm2とすることが好ましい。
In the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, the thickness per one side of the negative electrode
(セパレータ)
セパレータ25は、正極23と負極24とを隔離し、両極の接触による電流の短絡を防止しつつ、リチウムイオンを通過させるものである。このセパレータ25は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレンおよびポリエチレンなどよりなる合成樹脂製の多孔質膜、またはセラミック製の多孔質膜により構成されており、これらの複数種の多孔質膜を積層した構造とされていてもよい。セパレータ25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。
(Separator)
The separator 25 separates the positive electrode 23 and the
(外装部材)
外装部材30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30は、例えば、ポリエチレンフィルム側と巻回電極体20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30と正極リード21および負極リード22との間には、外気の侵入を防止するための密着フィルム31が挿入されている。密着フィルム31は、正極リード21および負極リード22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。
(Exterior material)
The
なお、外装部材30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
(製造方法)
この二次電池は、例えば、高分子化合物を用いる場合は、次のようにして製造することができる。
(Production method)
For example, when a polymer compound is used, the secondary battery can be manufactured as follows.
正極は、例えば次の方法で作製できる。まず、正極活物質と、導電剤と、結着剤とを混合して正極合剤を調製し、この正極合剤をN−メチル−2−ピロリドンなどの溶剤に分散させてペースト状の正極合剤スラリーとする。続いて、この正極合剤スラリーを正極集電体23Aに塗布し溶剤を乾燥させたのち、ロールプレス機などにより圧縮成型して正極活物質層23Bを形成し、正極23を作製する。この際、正極活物質層23Bの厚さは40μm以上となるようにする。
The positive electrode can be produced, for example, by the following method. First, a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder are mixed to prepare a positive electrode mixture, and the positive electrode mixture is dispersed in a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone to obtain a paste-like positive electrode mixture. A slurry is obtained. Subsequently, the positive electrode mixture slurry is applied to the positive electrode
また、負極は、例えば次の方法で作製できる。まず、構成元素としてケイ素およびスズのうちの少なくとも一方を含む負極活物質と、導電剤と、結着剤とを混合して負極合剤を調製したのち、この負極合剤をN−メチル−2−ピロリドンなどの溶剤に分散させてペースト状の負極合剤スラリーとする。次いで、この負極合剤スラリーを負極集電体24Aに塗布し乾燥させ、圧縮成型することにより、上述した負極活物質よりなる負極活物質粒子を含有する負極活物質層24Bを形成し、負極24を得る。この際、負極活物質層24Bの厚さは40μm以上となるようにする。
Moreover, a negative electrode can be produced by the following method, for example. First, after preparing a negative electrode mixture by mixing a negative electrode active material containing at least one of silicon and tin as constituent elements, a conductive agent, and a binder, the negative electrode mixture was mixed with N-methyl-2. -Disperse in a solvent such as pyrrolidone to obtain a paste-like negative electrode mixture slurry. Next, the negative electrode mixture slurry is applied to the negative electrode
つぎに、正極23および負極24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26を形成する。次いで、正極集電体23Aに正極リード21を取り付けると共に、負極集電体24Aに負極リード22を取り付ける。続いて、電解質層26が形成された正極23と負極24とをセパレータ25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27を接着して巻回電極体20を形成する。そののち、例えば、外装部材30の間に巻回電極体20を挟み込み、外装部材30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21および負極リード22と外装部材30との間には密着フィルム31を挿入する。これにより、図1、2に示した二次電池が完成する。
Next, a precursor solution containing an electrolytic solution, a polymer compound, and a mixed solvent is applied to each of the positive electrode 23 and 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23および負極24を作製し、正極23および負極24に正極リード21および負極リード22を取り付けたのち、正極23と負極24とをセパレータ25を介して積層して巻回し、最外周部に保護テープ27を接着して、巻回電極体20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30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30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30の内部に注入したのち、外装部材30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26を形成し、図1、2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 positive electrode 23 and the
この二次電池では、充電を行うと、例えば、正極23からリチウムイオンが放出され、電解液を介して負極24に吸蔵される。一方、放電を行うと、例えば、負極24からリチウムイオンが放出され、電解液を介して正極24に吸蔵される。
上記形態では、電池の形状としてラミネート電池を例示したが、本発明は上記に限定されない事は言うまでもない。すなわち、筒型電池、角型電池、等にも適用可能である。
In the secondary battery, when charged, for example, lithium ions are extracted from the positive electrode 23 and inserted in the
In the above embodiment, the laminated battery is exemplified as the shape of the battery, but it goes without saying that the present invention is not limited to the above. That is, the present invention can be applied to a cylindrical battery, a square battery, and the like.
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は実施の形態に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態では、電解質として電解液を用いる場合について説明し、更に、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 embodiment, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made. For example, in the above embodiment, the case where an electrolytic solution is used as the electrolyte is described, and further, the case where a gel electrolyte in which the electrolytic solution is held in a polymer compound is also described, but other electrolytes are used. May be. 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 electrolyte, or a mixture of another inorganic compound and an electrolyte. Or a mixture of these inorganic compounds and a gel electrolyte.
また、上記実施の形態では、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。 In the above embodiment, a battery using lithium as an electrode reactant has been described. However, another alkali metal such as sodium (Na) or potassium (K), or an alkaline earth metal such as magnesium or calcium (Ca). The present invention can also be applied to the case of using other light metals such as aluminum.
更に、上記実施の形態では、負極の容量が、リチウムの吸蔵および放出による容量成分により表されるいわゆるリチウムイオン二次電池ついて説明したが、本発明は、負極活物質にリチウム金属を用い、負極の容量が、リチウムの析出および溶解による容量成分により表されるいわゆるリチウム金属二次電池、あるいは、リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料の充電容量を正極の充電容量よりも小さくすることにより、負極の容量がリチウムの吸蔵および放出による容量成分と、リチウムの析出および溶解による容量成分とを含み、かつその和により表されるようにした二次電池についても同様に適用することができる。 Further, in the above embodiment, a so-called lithium ion secondary battery in which the capacity of the negative electrode is represented by a capacity component due to insertion and extraction of lithium has been described. However, the present invention uses a lithium metal as the negative electrode active material, The charge capacity of a so-called lithium metal secondary battery whose capacity is expressed by a capacity component due to precipitation and dissolution of lithium, or a negative electrode material capable of inserting and extracting lithium is smaller than the charge capacity of the positive electrode Thus, the present invention can be similarly applied to a secondary battery in which the capacity of the negative electrode includes a capacity component due to insertion and extraction of lithium and a capacity component due to precipitation and dissolution of lithium, and is expressed by the sum thereof. .
<実施例1>
先ず、正極活物質としてリチウム・コバルト複合酸化物(LiCoO2)を94質量部と、導電材としてグラファイトを3質量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVdF)を3質量部とを均質に混合してN−メチルピロリドンを添加し正極合剤塗液を得た。次に、得られた正極合剤塗液を、厚み20μmのアルミニウム箔上の両面に均一に塗布、乾燥して片面当たり20mg/cm2の正極合剤層を形成した。これを幅50mm、長さ300mmの形状に切断して正極を作成した。
次に、負極活物質として黒鉛97質量部、結着剤としてPVdFを3質量部とを均質に混合してN−メチルピロリドンを添加し負極合剤塗液を得た。次に、得られた負極合剤塗液を、負極集電体となる厚み15μmの銅箔上の両面に均一に塗布、乾燥して片面当たり10mg/cm2の負極合剤層を形成した。これを幅50mm、長さ300mmの形状に切断して負極を作成した。
電解液はエチレンカーボネート/環状カーボネート(1)としてブチレンカーボネート/ジエチルカーボネート/六フッ化リン酸リチウム/ハロゲン化環状カーボネート(2)としてフルオロエチレンカーボネート=30/4/51/14/1の割合(質量比)で混合して作成した。
この正極と負極を、厚さ9μmの微多孔性ポリエチレンフィルムからなるセパレータを介して積層して巻き取り、アルミニウムラミネートフィルムからなる袋に入れる。この袋に電解液を2g注液後、袋を熱融着してラミネート型電池を作成する。この電池の容量は800mAhである。
<Example 1>
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 (PVdF) as a binder are homogeneous. After mixing, N-methylpyrrolidone was added to obtain a positive electrode mixture coating solution. Next, the obtained positive electrode mixture coating liquid was uniformly applied on both surfaces of a 20 μm thick aluminum foil and dried to form a positive electrode mixture layer of 20 mg / cm 2 per side. This was cut into a shape having a width of 50 mm and a length of 300 mm to produce a positive electrode.
Next, 97 parts by mass of graphite as a negative electrode active material and 3 parts by mass of PVdF as a binder were homogeneously mixed, and N-methylpyrrolidone was added to obtain a negative electrode mixture coating solution. Next, the obtained negative electrode mixture coating solution was uniformly applied on both sides of a 15 μm thick copper foil serving as a negative electrode current collector and dried to form a negative electrode mixture layer of 10 mg / cm 2 per side. This was cut into a shape having a width of 50 mm and a length of 300 mm to prepare a negative electrode.
The electrolyte was ethylene carbonate / cyclic carbonate (1) butylene carbonate / diethyl carbonate / lithium hexafluorophosphate / halogenated cyclic carbonate (2) fluoroethylene carbonate = 30/4/51/14/1 ratio (mass Ratio).
This positive electrode and negative electrode are laminated and wound through a separator made of a microporous polyethylene film having a thickness of 9 μm, and put into a bag made of an aluminum laminate film. After injecting 2 g of the electrolyte into the bag, the bag is heat-sealed to produce a laminated battery. The capacity of this battery is 800 mAh.
<実施例2−4>
実施例1と同様にラミネート型電池を作成したが、環状カーボネート(1)として表1の化合物を使用した。この電池の容量は800mAhである。
<Example 2-4>
A laminate type battery was prepared in the same manner as in Example 1, but the compounds shown in Table 1 were used as the cyclic carbonate (1). The capacity of this battery is 800 mAh.
<実施例5、6>
実施例1と同様にラミネート型電池を作成したが、ハロゲン化環状カーボネート(2)として表1の化合物を使用した。この電池の容量は800mAhである。
<Examples 5 and 6>
A laminate type battery was prepared in the same manner as in Example 1, but the compounds shown in Table 1 were used as the halogenated cyclic carbonate (2). The capacity of this battery is 800 mAh.
<実施例7>
実施例1と同様にラミネート型電池を作成したが、環状カーボネート(1)の添加量として表1に記載の量を使用した。この電池の容量は800mAhである。
<Example 7>
A laminate type battery was prepared in the same manner as in Example 1, but the amount shown in Table 1 was used as the addition amount of the cyclic carbonate (1). The capacity of this battery is 800 mAh.
<実施例8>
実施例1と同様にラミネート型電池を作成したが、環状カーボネート(1)及び環状カーボネート(2)の添加量として表1に記載の量を使用した。この電池の容量は800mAhである。
<Example 8>
A laminate type battery was prepared in the same manner as in Example 1, but the amounts shown in Table 1 were used as the addition amounts of cyclic carbonate (1) and cyclic carbonate (2). The capacity of this battery is 800 mAh.
<比較例1>
実施例1と同様にラミネート型電池を作成したが、環状カーボネート(1)もハロゲン化環状カーボネート(2)も混合せず、その分エチレンカーボネートを増量した。この電池の容量は800mAhである。
<Comparative Example 1>
A laminate type battery was prepared in the same manner as in Example 1, but neither cyclic carbonate (1) nor halogenated cyclic carbonate (2) was mixed, and the amount of ethylene carbonate was increased accordingly. The capacity of this battery is 800 mAh.
<比較例2>
実施例1と同様にラミネート型電池を作成したが、環状カーボネート(1)を混合せず、その分エチレンカーボネートを増量した。この電池の容量は800mAhである。
<Comparative Example 2>
A laminate type battery was prepared in the same manner as in Example 1, but the cyclic carbonate (1) was not mixed and the amount of ethylene carbonate was increased accordingly. The capacity of this battery is 800 mAh.
<比較例3>
実施例1と同様にラミネート型電池を作成したがハロゲン化環状カーボネート(2)を混合せず、その分エチレンカーボネートを増量した。この電池の容量は800mAhである。
<Comparative Example 3>
A laminate type battery was prepared in the same manner as in Example 1, but the halogenated cyclic carbonate (2) was not mixed, and the amount of ethylene carbonate was increased accordingly. The capacity of this battery is 800 mAh.
<比較例4>
実施例1と同様にラミネート型電池を作成したが、環状カーボネート(1)の代わりに炭素原子数が4のプロピレンカーボネートを混合した。この電池の容量は800mAhである。
<Comparative example 4>
A laminate type battery was prepared in the same manner as in Example 1, but propylene carbonate having 4 carbon atoms was mixed in place of the cyclic carbonate (1). The capacity of this battery is 800 mAh.
<実施例9>
実施例1と同様にラミネート型電池を作成したが、セパレータの厚さを7μmとし、その両面にポリフッ化ビニリデンを2μmずつ塗布したセパレータを使用した。この電池の容量は800mAhである。
<Example 9>
A laminate type battery was prepared in the same manner as in Example 1, but a separator having a thickness of 7 μm and a coating of 2 μm of polyvinylidene fluoride on both sides was used. The capacity of this battery is 800 mAh.
<実施例10−12>
実施例9と同様にラミネート型電池を作成したが、環状カーボネート(1)として表1の化合物を使用した。この電池の容量は800mAhである。
<Example 10-12>
A laminate type battery was prepared in the same manner as in Example 9, but the compounds shown in Table 1 were used as the cyclic carbonate (1). The capacity of this battery is 800 mAh.
<実施例13、14>
実施例9と同様にラミネート型電池を作成したが、ハロゲン化環状カーボネート(2)として表1の化合物を使用した。この電池の容量は800mAhである。
<Examples 13 and 14>
A laminate type battery was prepared in the same manner as in Example 9, but the compounds shown in Table 1 were used as the halogenated cyclic carbonate (2). The capacity of this battery is 800 mAh.
<比較例5>
実施例9と同様にラミネート型電池を作成したが、環状カーボネート(1)もハロゲン化環状カーボネート(2)も混合せず、その分エチレンカーボネートを増量した。この電池の容量は800mAhである。
<Comparative Example 5>
A laminate type battery was prepared in the same manner as in Example 9, but neither cyclic carbonate (1) nor halogenated cyclic carbonate (2) was mixed, and the amount of ethylene carbonate was increased accordingly. The capacity of this battery is 800 mAh.
<比較例6>
実施例9と同様にラミネート型電池を作成したが、環状カーボネート(1)を混合せず、その分エチレンカーボネートを増量した。この電池の容量は800mAhである。
<Comparative Example 6>
A laminate type battery was prepared in the same manner as in Example 9, but the cyclic carbonate (1) was not mixed and the amount of ethylene carbonate was increased accordingly. The capacity of this battery is 800 mAh.
<比較例7>
実施例9と同様にラミネート型電池を作成したがハロゲン化環状カーボネート(2)を混合せず、その分エチレンカーボネートを増量した。この電池の容量は800mAhである。
<Comparative Example 7>
A laminate type battery was prepared in the same manner as in Example 9, but the halogenated cyclic carbonate (2) was not mixed and the amount of ethylene carbonate was increased accordingly. The capacity of this battery is 800 mAh.
<比較例8>
実施例9と同様にラミネート型電池を作成したが、環状カーボネート(1)の代わりに炭素原子数が4のプロピレンカーボネートを混合した。この電池の容量は800mAhである。
<Comparative Example 8>
A laminate type battery was prepared in the same manner as in Example 9, but propylene carbonate having 4 carbon atoms was mixed in place of the cyclic carbonate (1). The capacity of this battery is 800 mAh.
<実施例15>
実施例9と同様にラミネート型電池を作成したが、環状カーボネート(1)の添加量として表1に記載の量を使用した。この電池の容量は800mAhである。
<Example 15>
A laminate type battery was prepared in the same manner as in Example 9, but the amount shown in Table 1 was used as the addition amount of the cyclic carbonate (1). The capacity of this battery is 800 mAh.
<実施例16>
実施例9と同様にラミネート型電池を作成したが、環状カーボネート(1)及び環状カーボネート(2)の添加量として表1に記載の量を使用した。この電池の容量は800mAhである。
<Example 16>
A laminate type battery was prepared in the same manner as in Example 9, but the amounts shown in Table 1 were used as the addition amounts of cyclic carbonate (1) and cyclic carbonate (2). The capacity of this battery is 800 mAh.
上記電池の性能を以下により評価した。
電池を23℃環境下800mAで4.2Vを上限として4時間充電した後、160mAで3Vを下限として定電流放電した時の初回充放電効率を表1に示す。また、23℃環境下800mAで4.2Vを上限として3時間充電した後、400mAで3Vを下限として−20℃と23℃で定電流放電した時の放電容量の比率を−20℃/23℃の維持率(%)として表1に示す。更に23℃環境下800mAで4.2Vを上限として3時間充電した後、90℃で4時間保存した時の電池厚みの変化を85℃保存時の膨れとして表1に示す。膨れ(%)は充電前の電池厚みを分母とし、保存後に増加した厚みを分子として算出した値である。
The performance of the battery was evaluated as follows.
Table 1 shows the initial charge / discharge efficiency when the battery was charged for 4 hours at 800 mA in a 23 ° C. environment with 4.2 V as the upper limit and then discharged at a constant current of 160 mA with 3 V as the lower limit. Moreover, after charging for 3 hours with 4.2 V as the upper limit at 800 mA in a 23 ° C. environment, the ratio of the discharge capacity when discharging at a constant current of −20 ° C. and 23 ° C. with 3 V as the lower limit at 400 mA is −20 ° C./23° C. It shows in Table 1 as a maintenance rate (%). Further, Table 1 shows changes in battery thickness when swollen at 85 ° C. for 4 hours after charging for 3 hours at 800 mA in a 23 ° C. environment with 4.2 V as the upper limit. The swelling (%) is a value calculated using the battery thickness before charging as the denominator and the thickness increased after storage as the numerator.
表1から以下のことが理解できる。
実施例では、本発明範囲の環状カーボネート(1)とハロゲン化環状カーボネート(2)を併用する事で、環状カーボネート(1)及びハロゲン化環状カーボネート(2)を用いない比較例1、5並びにハロゲン化環状カーボネート(2)は用いるが環状カーボネート(1)は用いない比較例2、6に比べて、−20℃/23℃の維持率が向上している。また、実施例は、比較例2、6に比べて85℃保存時の膨れ及び−20℃/23℃の維持率が向上している。また、実施例では、本発明範囲の環状カーボネート(1)とハロゲン化環状カーボネート(2)を併用する事で、環状カーボネート(1)を用いるが、ハロゲン化環状カーボネート(2)を用いない比較例3、7、並びにハロゲン化環状カーボネート(2)を用いるが、環状カーボネートを用いても本願の環状カーボネート(1)ではない、比較例4、8に比べて、初回充放電効率が向上している。
実施例において、高分子化合物を用いると、特に高温保存時の膨れが更に改善される。
From Table 1, the following can be understood.
In Examples, Comparative Examples 1 and 5 in which the cyclic carbonate (1) and the halogenated cyclic carbonate (2) are not used by using the cyclic carbonate (1) and the halogenated cyclic carbonate (2) within the scope of the present invention in combination. Compared with Comparative Examples 2 and 6 in which the cyclic carbonate (2) is used but the cyclic carbonate (1) is not used, the maintenance rate of −20 ° C./23° C. is improved. Further, in the examples, the swelling during storage at 85 ° C. and the maintenance rate of −20 ° C./23° C. are improved as compared with Comparative Examples 2 and 6. In the examples, the cyclic carbonate (1) is used in combination with the cyclic carbonate (1) within the scope of the present invention and the halogenated cyclic carbonate (2), but the comparative example does not use the halogenated cyclic carbonate (2). 3, 7 and the halogenated cyclic carbonate (2) are used, but the initial charge / discharge efficiency is improved as compared with Comparative Examples 4 and 8, which are not the cyclic carbonate (1) of the present application even if the cyclic carbonate is used. .
In the examples, when a polymer compound is used, the swelling particularly at high temperature storage is further improved.
以上、実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々変形が可能であることは言うまでもない。 While the present invention has been described with reference to the embodiments, it is needless to say that the present invention is not limited to the above embodiments and can be variously modified.
20…巻回電極体、23…正極、23A…正極集電体、23B…正極活物質層、24…負極、24A…負極集電体、24B…負極活物質層、25…セパレータ、21…正極リード、22…負極リード、26…電解質層、27…保護テープ、30…外装部材、31…密着フィルム。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
[式(1)において、R1は、CwH2w+1(0≦w≦4)、R2はCxH2x+1(0≦x≦4)、R3は、CyH2y+1(0≦y≦4)、R4はCzH2z+1(0≦z≦4)、であり、2≦w+x+y+z≦6である。
式(2)、(3)、及び(4)において、R5〜R22はそれぞれ独立して水素原子、ハロゲン原子、またはアルキル基であり、式(2)、(3)、又は(4)で表される化合物は、少なくとも前記ハロゲン原子を1個有する。] An electrolytic solution comprising an electrolyte salt, a cyclic carbonate represented by the following formula (1), and a halogenated cyclic carbonate represented by at least one selected from the following formulas (2), (3) and (4) A non-aqueous electrolyte composition comprising:
[In the formula (1), R1 is, C w H 2w + 1 ( 0 ≦ w ≦ 4), R2 is C x H 2x + 1 (0 ≦ x ≦ 4), R3 is, C y H 2y + 1 ( 0 ≦ y ≦ 4) , R4 is C z H 2z + 1 (0 ≦ z ≦ 4), and 2 ≦ w + x + y + z ≦ 6.
In formulas (2), (3), and (4), R5 to R22 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, or an alkyl group, and are represented by formula (2), (3), or (4). The compound obtained has at least one halogen atom. ]
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