JP2015225689A - Additive agent for battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は電池用添加剤、該電池用添加剤を含有する電極および電解液、ならびに該電極および該電解液のうち少なくとも一方を有する電池に関する。 The present invention relates to a battery additive, an electrode and an electrolytic solution containing the battery additive, and a battery having at least one of the electrode and the electrolytic solution.
リチウムイオン電池などの非水電解液二次電池は、高電圧、高エネルギー密度という特徴を持つことから、携帯情報機器分野などにおいて広く利用され、携帯電話、ノート型パソコンを始めとする携帯端末用標準電池としての地位が確立されている。その用途は拡大する一方で、従来用途に加えてハイブリット自動車や電気自動車などへの適用も検討されており一部では既に実用化されている。これらの更なる普及のためにも二次電池の高性能化・高容量化が求められており様々な技術の適用が試みられている。 Non-aqueous electrolyte secondary batteries such as lithium-ion batteries are characterized by high voltage and high energy density, so they are widely used in the field of portable information devices and are used for mobile terminals such as mobile phones and notebook computers. The position as a standard battery has been established. While its uses are expanding, application to hybrid vehicles and electric vehicles in addition to conventional uses is also being studied, and some have already been put into practical use. In order to further spread these, there is a demand for higher performance and higher capacity of secondary batteries, and various techniques have been applied.
リチウムイオン電池の容量を改善する一つの手法として、従来から用いられている黒鉛系活物質にかえてシリコンやスズなどを用いる手法が検討されている。これらの元素はリチウムと合金を形成するため黒鉛に比べて非常に高い理論容量を有する(黒鉛:372mAh/g、シリコン:4200mAh/g、スズ:994mAh/g)。しかし、これらの合金形成型活物質は充放電に伴う体積変化が大きいため、サイクル特性が黒鉛系活物質に比べて大きく劣るという問題点があった。 As one method for improving the capacity of a lithium ion battery, a method using silicon, tin, or the like in place of the conventionally used graphite-based active material has been studied. Since these elements form an alloy with lithium, they have a very high theoretical capacity compared to graphite (graphite: 372 mAh / g, silicon: 4200 mAh / g, tin: 994 mAh / g). However, these alloy-forming active materials have a problem that the cycle characteristics are greatly inferior to those of the graphite-based active materials because the volume change accompanying charging / discharging is large.
シリコン系活物質のサイクル特性悪化という課題にたいして、例えば特許文献1ではフルオロエチレンカーボネートを用いる技術が開示されている。また、特許文献2ではイソシアン酸トリアリルを用いる技術が開示されている。特許文献3ではスピロアンモニウム塩を電解液に添加する技術が開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses a technique using fluoroethylene carbonate to solve the problem of deterioration of cycle characteristics of a silicon-based active material. Patent Document 2 discloses a technique using triallyl isocyanate. Patent Document 3 discloses a technique of adding a spiro ammonium salt to an electrolytic solution.
しかし、これらの技術によっても未だ満足できるサイクル特性を発現することはできていない。
本発明は、充放電サイクルに優れたリチウムイオン電池用の電極または電解液を提供することを目的とする。
However, even with these techniques, satisfactory cycle characteristics cannot be expressed yet.
An object of this invention is to provide the electrode or electrolyte solution for lithium ion batteries excellent in the charge / discharge cycle.
本発明者らは上記目的を達成するために鋭意検討を行った結果、本発明に到達した。すなわち本発明は、ウレタン結合(a)および炭化水素基の少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換されたフッ素化炭化水素基(b)を有し、重合性不飽和結合を有さない化合物(A)を含有する電池用添加剤(B);該電池用添加剤(B)を含有する電極;該電池用添加剤(B)を含有する電解液;該電極および該電解液のうち少なくとも一方を有する電池である。 As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have reached the present invention. That is, the present invention relates to a compound having a urethane bond (a) and a fluorinated hydrocarbon group (b) in which at least one hydrogen atom of the hydrocarbon group is substituted with a fluorine atom, and having no polymerizable unsaturated bond ( Battery additive (B) containing A); Electrode containing the battery additive (B); Electrolytic solution containing the battery additive (B); At least one of the electrode and the electrolytic solution It is a battery which has.
本発明の電池用添加剤(B)を含有する電極または電解液を使用することで、電池のサイクル特性および出力特性を改善することができる。 By using the electrode or electrolytic solution containing the battery additive (B) of the present invention, the cycle characteristics and output characteristics of the battery can be improved.
本発明の電池用添加剤(B)はウレタン結合(a)および炭化水素基の少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換されたフッ素化炭化水素基(b)を有し、重合性不飽和結合を有さない化合物(A)を含有する。 The battery additive (B) of the present invention has a urethane bond (a) and a fluorinated hydrocarbon group (b) in which at least one hydrogen atom of the hydrocarbon group is substituted with a fluorine atom, and a polymerizable unsaturated bond The compound (A) which does not have is contained.
本発明の電池用添加剤(B)に用いられる化合物(A)は重合性不飽和結合を有しない。重合性不飽和結合を含有すると電極上においてSEI(Solid Electrolyte Interface、固体電解質界面)を形成しやすくなるが、SEIの膜厚が増加するため電極抵抗が上昇するという問題点があるため出力特性の観点からは重合性不飽和結合を有しないほうが好ましい。
本発明における重合性不飽和結合とは炭素−炭素二重結合および炭素−炭素三重結合を意味する。重合性不飽和結合を有する官能基の具体例としてはアリル基、メチルアリル基、ジメチルアリル基、アクリロイル基、メタクリロイル基およびスチリル基などがあげられる。
The compound (A) used for the battery additive (B) of the present invention does not have a polymerizable unsaturated bond. When a polymerizable unsaturated bond is contained, it becomes easy to form a SEI (Solid Electrolyte Interface, solid electrolyte interface) on the electrode. However, since the film thickness of the SEI increases, there is a problem that the electrode resistance increases, so that the output characteristics are increased. From the viewpoint, it is preferable not to have a polymerizable unsaturated bond.
The polymerizable unsaturated bond in the present invention means a carbon-carbon double bond and a carbon-carbon triple bond. Specific examples of the functional group having a polymerizable unsaturated bond include allyl group, methylallyl group, dimethylallyl group, acryloyl group, methacryloyl group and styryl group.
本発明で用いられる化合物(A)が有する炭化水素基の少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換されたフッ素化炭化水素基(b)の具体例としては炭素数2〜20のフッ素化アルキル基または炭素数2〜20のフッ素化アルキレン基があげられる。
炭素数2〜20のフッ素化アルキル基の具体例としては2−フルオロエチル基、2,2−ジフルオロエチル基、2,2,2−トリフルオロエチル基、2,2,3,3−テトラフルオロプロピル基、2,2,3,3,4,4,5,5−オクタフルオロペンチル、1H,1H,7H−ドデカフルオロヘプチル基、1H,1H,2H,2H−ヘプタデカフルオロデシルおよびパーフルオロシクロヘキシルメチル基などがあげられる。これらのうち電池特性の観点から2,2,2−トリフルオロエチル基が好ましく用いられる。
炭素数2〜20のフッ素化アルキレン基の具体例としては2,2,3,3−テトラフルオロブチレン基、2,2,3,3,4,4,5,5−オクタフルオロヘキサメチレン基およびパーフルオロデカメチレン基などがあげられる。これらのうち電池特性の観点から2,2,3,3−テトラフルオロブチレン基が好ましく用いられる。
Specific examples of the fluorinated hydrocarbon group (b) in which at least one hydrogen atom of the hydrocarbon group of the compound (A) used in the present invention is substituted with a fluorine atom include a fluorinated alkyl group having 2 to 20 carbon atoms. Or a C2-C20 fluorinated alkylene group is mention | raise | lifted.
Specific examples of the fluorinated alkyl group having 2 to 20 carbon atoms include 2-fluoroethyl group, 2,2-difluoroethyl group, 2,2,2-trifluoroethyl group, 2,2,3,3-tetrafluoro. Propyl group, 2,2,3,3,4,4,5,5-octafluoropentyl, 1H, 1H, 7H-dodecafluoroheptyl group, 1H, 1H, 2H, 2H-heptadecafluorodecyl and perfluorocyclohexyl Examples thereof include a methyl group. Of these, 2,2,2-trifluoroethyl group is preferably used from the viewpoint of battery characteristics.
Specific examples of the fluorinated alkylene group having 2 to 20 carbon atoms include 2,2,3,3-tetrafluorobutylene group, 2,2,3,3,4,4,5,5-octafluorohexamethylene group and Examples include perfluorodecamethylene group. Of these, 2,2,3,3-tetrafluorobutylene groups are preferably used from the viewpoint of battery characteristics.
フッ素化炭化水素基(b)の炭素骨格に結合したフッ素原子は(b)における水素原子およびフッ素原子の全量を基準にして20モル%以上であることが好ましく、より好ましくは40%以上である。 The fluorine atom bonded to the carbon skeleton of the fluorinated hydrocarbon group (b) is preferably 20 mol% or more, more preferably 40% or more, based on the total amount of hydrogen atoms and fluorine atoms in (b). .
本発明で用いられる化合物(A)は下記一般式(1)または(2)で表される化合物が好ましく用いられる。 As the compound (A) used in the present invention, a compound represented by the following general formula (1) or (2) is preferably used.
式(1)中のR1は炭素数2〜20のフッ素化アルキル基である。炭素数2〜20のフッ素化アルキル基の具体例としては2−フルオロエチル基、2,2−ジフルオロエチル基、2,2,2−トリフルオロエチル基、2,2,3,3−テトラフルオロプロピル基、2,2,3,3,4,4,5,5−オクタフルオロペンチル、1H,1H,7H−ドデカフルオロヘプチル基、1H,1H,2H,2H−ヘプタデカフルオロデシルおよびパーフルオロシクロヘキシルメチル基などがあげられる。これらのうち電池特性の観点から2,2,2−トリフルオロエチル基が好ましく用いられる。 R 1 in Formula (1) is a fluorinated alkyl group having 2 to 20 carbon atoms. Specific examples of the fluorinated alkyl group having 2 to 20 carbon atoms include 2-fluoroethyl group, 2,2-difluoroethyl group, 2,2,2-trifluoroethyl group, 2,2,3,3-tetrafluoro. Propyl group, 2,2,3,3,4,4,5,5-octafluoropentyl, 1H, 1H, 7H-dodecafluoroheptyl group, 1H, 1H, 2H, 2H-heptadecafluorodecyl and perfluorocyclohexyl Examples thereof include a methyl group. Of these, 2,2,2-trifluoroethyl group is preferably used from the viewpoint of battery characteristics.
式(1)中のR2はポリイソシアネート化合物からイソシアネート基を除いた(m+n)価の残基である。mは1〜4の整数であり、nは0〜3の整数である。ポリイソシアネート化合物の具体例としては炭素数2〜20のモノイソシアネート化合物(例えばエチルイソシアネート、ブチルイソシアネート、オクチルイソシアネート、ドデシルイソシアネートなど)、炭素数4〜20のジイソシアネート化合物(例えばヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、トリレンジイソシアネートなど)、炭素数6〜30のトリイソシアネート化合物(例えばヘキサメチレンジイソシアネートのビウレット変性物、ヘキサメチレンジイソシアネートのイソシアヌレート変性物など)があげられる。 R 2 in the formula (1) is a (m + n) -valent residue obtained by removing an isocyanate group from a polyisocyanate compound. m is an integer of 1 to 4, and n is an integer of 0 to 3. Specific examples of the polyisocyanate compound include monoisocyanate compounds having 2 to 20 carbon atoms (for example, ethyl isocyanate, butyl isocyanate, octyl isocyanate, dodecyl isocyanate, etc.), diisocyanate compounds having 4 to 20 carbon atoms (for example, hexamethylene diisocyanate, isophorone diisocyanate, And dicyclohexylmethane diisocyanate, diphenylmethane diisocyanate, xylylene diisocyanate, tolylene diisocyanate, and the like, and triisocyanate compounds having 6 to 30 carbon atoms (for example, bimuret modification of hexamethylene diisocyanate, isocyanurate modification of hexamethylene diisocyanate).
式(1)中のR3は炭素数1〜20の1価の有機基であり重合性不飽和結合を有さない。炭素数1〜20の有機基の具体例としては炭素数1〜20の脂肪族炭化水素基(例えばメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、オクチル基、ドデシル基およびオクタデシル基など)、カルボキシル基またはスルホ基のアルカリ金属塩の基で置換された炭素数1〜20の脂肪族炭化水素基(たとえばグリコール酸リチウムから水酸基を除いた残基、乳酸リチウムから水酸基を除いた残基およびイセチオン酸リチウムから水酸基を除いた残基など)およびポリアルキレングリコール鎖から水酸基を一つ除いた残基(たとえばエチレングリコールから一つの水酸基を除いた残基、ジエチレングリコールから一つの水酸基を除いた残基、テトラエチレングリコールから一つの水酸基を除いた残基およびこれらのモノアルキルエーテル化物またはアセチル化物)などがあげられる。これらのうち炭素数1〜20の脂肪族炭化水素基が好ましく用いられる。 R 3 in the formula (1) is a monovalent organic group having 1 to 20 carbon atoms and does not have a polymerizable unsaturated bond. Specific examples of the organic group having 1 to 20 carbon atoms include aliphatic hydrocarbon groups having 1 to 20 carbon atoms (for example, methyl group, ethyl group, propyl group, butyl group, octyl group, dodecyl group, and octadecyl group), carboxyl Or a C1-C20 aliphatic hydrocarbon group substituted with an alkali metal salt group of a sulfo group (for example, a residue obtained by removing a hydroxyl group from lithium glycolate, a residue obtained by removing a hydroxyl group from lithium lactate, and isethionic acid A residue obtained by removing one hydroxyl group from a polyalkylene glycol chain (for example, a residue obtained by removing one hydroxyl group from ethylene glycol, a residue obtained by removing one hydroxyl group from diethylene glycol, tetra A residue obtained by removing one hydroxyl group from ethylene glycol and a monoalkyl etherified product thereof or Such as cetyl product), and the like. Of these, an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms is preferably used.
式(2)中のR4およびR8は炭素数2〜20のフッ素化アルキル基または炭素数1〜20の有機基である。これらの具体例としては上記式(1)中で好ましいものと同じものがあげられる。
R5およびR7はジイソシアネート化合物からイソシアネートを除いた残基である。ジイソシアネート化合物の具体例としては、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネートおよびトリレンジイソシアネートがあげられる。
R 4 and R 8 in the formula (2) are a fluorinated alkyl group having 2 to 20 carbon atoms or an organic group having 1 to 20 carbon atoms. Specific examples thereof are the same as those preferred in the above formula (1).
R 5 and R 7 are residues obtained by removing isocyanate from a diisocyanate compound. Specific examples of the diisocyanate compound include hexamethylene diisocyanate, isophorone diisocyanate, dicyclohexylmethane diisocyanate, diphenylmethane diisocyanate, xylylene diisocyanate, and tolylene diisocyanate.
式(2)中のR6は炭素数2〜20のフッ素化アルキレン基である。この具体例としては炭素数2〜20のフッ素化アルキレン基の具体例としては2,2,3,3−テトラフルオロブチレン基、2,2,3,3,4,4,5,5−オクタフルオロヘキサメチレン基およびパーフルオロデカメチレン基があげられる。 R 6 in the formula (2) is a fluorinated alkylene group having 2 to 20 carbon atoms. Specific examples of the fluorinated alkylene group having 2 to 20 carbon atoms include 2,2,3,3-tetrafluorobutylene group, 2,2,3,3,4,4,5,5-octa. Examples thereof include a fluorohexamethylene group and a perfluorodecamethylene group.
化合物(A)を製造する方法としては対応するポリイソシアネート化合物(c1)と対応するアルコール化合物(c2)を反応させる方法があげられる。反応は公知のウレタン化の手法により行うことが出来る。
(c2)は少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換された炭化水素基を有するアルコール(c21)とその他のアルコール(c22)とに分けられ、(c21)は必須成分として反応に用いられる。
Examples of the method for producing the compound (A) include a method of reacting the corresponding polyisocyanate compound (c1) with the corresponding alcohol compound (c2). The reaction can be carried out by a known urethanization technique.
(C2) is divided into alcohol (c21) having a hydrocarbon group in which at least one hydrogen atom is substituted with a fluorine atom and other alcohol (c22), and (c21) is used in the reaction as an essential component.
ポリイソシアネート化合物(c1)の具体例としては炭素数2〜20のモノイソシアネート化合物(例えばエチルイソシアネート、ブチルイソシアネート、オクチルイソシアネート、ドデシルイソシアネートなど)、炭素数4〜20のジイソシアネート化合物(例えばヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、トリレンジイソシアネートなど)、炭素数6〜30のトリイソシアネート化合物(例えばヘキサメチレンジイソシアネートのビウレット変性物、ヘキサメチレンジイソシアネートのイソシアヌレート変性物など)があげられる。 Specific examples of the polyisocyanate compound (c1) include monoisocyanate compounds having 2 to 20 carbon atoms (for example, ethyl isocyanate, butyl isocyanate, octyl isocyanate, dodecyl isocyanate, etc.), diisocyanate compounds having 4 to 20 carbon atoms (for example, hexamethylene diisocyanate, Isophorone diisocyanate, dicyclohexylmethane diisocyanate, diphenylmethane diisocyanate, xylylene diisocyanate, tolylene diisocyanate, etc.), triisocyanate compounds having 6 to 30 carbon atoms (for example, biuret-modified products of hexamethylene diisocyanate, isocyanurate-modified products of hexamethylene diisocyanate) can give.
(c21)の具体例としては2−フルオロエタノール、2,2−ジフルオロエタノール、2,2,2−トリフルオロエタノール、2,2,3,3−テトラフルオロプロパノール、2,2,3,3,4,4,5,5−オクタフルオロペンタノール、1H,1H,7H−ドデカフルオロヘプタノール、1H,1H,2H,2H−ヘプタデカフルオロ−1−デカノールおよびパーフルオロシクロヘキシルメタノール、2,2,3,3−テトラフルオロ−1,4−ブタンジオール、2,2,3,3,4,4,5,5−オクタフルオロ−1,6−ヘキサンジオールおよびパーフルオロ−1,10−デカンジオールなどがあげられる。
(c22)の具体例としては炭素数1〜20の脂肪族アルコール(例えばメタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、オクタノール、ドデカノールおよびオクタデカノール、など)、炭素数6〜20の芳香族アルコール基(たとえばベンジルアルコールおよびシンナミルアルコールなど)、カルボキシル基またはスルホ基のアルカリ金属塩の基で置換された炭素数1〜20の脂肪族アルコール(たとえばグリコール酸リチウム、乳酸リチウムおよびイセチオン酸リチウムなど)およびポリアルキレングリコール(たとえばエチレングリコール、ジエチレングリコール、テトラエチレングリコールおよびこれらのモノアルキルエーテル化物またはアセチル化物)などがあげられる。
Specific examples of (c21) include 2-fluoroethanol, 2,2-difluoroethanol, 2,2,2-trifluoroethanol, 2,2,3,3-tetrafluoropropanol, 2,2,3,3, 4,4,5,5-octafluoropentanol, 1H, 1H, 7H-dodecafluoroheptanol, 1H, 1H, 2H, 2H-heptadecafluoro-1-decanol and perfluorocyclohexylmethanol, 2,2,3 , 3-tetrafluoro-1,4-butanediol, 2,2,3,3,4,4,5,5-octafluoro-1,6-hexanediol and perfluoro-1,10-decanediol can give.
Specific examples of (c22) include aliphatic alcohols having 1 to 20 carbon atoms (for example, methanol, ethanol, propanol, butanol, octanol, dodecanol and octadecanol), and aromatic alcohol groups having 6 to 20 carbon atoms (for example, Benzyl alcohol and cinnamyl alcohol), aliphatic alcohols having 1 to 20 carbon atoms (eg, lithium glycolate, lithium lactate and lithium isethionate) and polyalkylenes substituted with carboxyl group or alkali metal group of sulfo group Examples thereof include glycols (for example, ethylene glycol, diethylene glycol, tetraethylene glycol and monoalkyl etherified products or acetylated products thereof).
一般式(1)で表される化合物は(c1)と(c2)のうちモノアルコール化合物を反応させることで合成することが出来る。
一般式(2)で表される化合物は(c1)のうちジイソシアネート化合物と(c2)のうちジアルコール化合物を反応させ、残ったイソシアネート基を(c2)のうちモノアルコールを反応させることで得ることができる。
The compound represented by the general formula (1) can be synthesized by reacting a monoalcohol compound among (c1) and (c2).
The compound represented by the general formula (2) is obtained by reacting the diisocyanate compound in (c1) with the dialcohol compound in (c2) and reacting the remaining isocyanate group with the monoalcohol in (c2). Can do.
本発明の電池用添加剤(B)は化合物(A)を必須成分として含有し、他の化合物を含有することができる。(B)が含有していてもよい化合物としてはビニレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート、クロロエチレンカーボネート、エチレンサルファイト、プロピレンサルファイト、プロパンスルトンおよびα−ブロモ−γ−ブチロラクトンなどがあげられる。これらのうち電池特性の観点からフルオロエチレンカーボネートが好ましく用いられる。
(B)中における(A)の含有量は、(B)の重量を基準として、1〜100重量%であることが好ましく、更に好ましくは10〜100重量%であり、特に好ましいのは30〜100重量%である。
The battery additive (B) of the present invention contains the compound (A) as an essential component and can contain other compounds. Examples of the compound that (B) may contain include vinylene carbonate, fluoroethylene carbonate, chloroethylene carbonate, ethylene sulfite, propylene sulfite, propane sultone, and α-bromo-γ-butyrolactone. Of these, fluoroethylene carbonate is preferably used from the viewpoint of battery characteristics.
The content of (A) in (B) is preferably 1 to 100% by weight based on the weight of (B), more preferably 10 to 100% by weight, and particularly preferably 30 to 100% by weight.
本発明において、電池とはリチウムイオン電池、リチウムイオンキャパシタ、電気二重層キャパシタ、鉛蓄電池、ニッケル−カドミウム電池およびニッケル水素電池などの電気化学デバイスを含むものとする。 In the present invention, the battery includes an electrochemical device such as a lithium ion battery, a lithium ion capacitor, an electric double layer capacitor, a lead storage battery, a nickel-cadmium battery, and a nickel metal hydride battery.
本発明の電極は電池用添加剤(B)、活物質(D)、結着剤(E)を含有する。必要に応じて導電助剤(F)を含有していても良い。
本発明の電極は(B)、(D)、(E)および必要に応じて(F)を溶媒に分散させてスラリーを得、該スラリーを集電体上に塗工して有機溶媒を乾燥させることでえることができる。
The electrode of the present invention contains a battery additive (B), an active material (D), and a binder (E). You may contain the conductive support agent (F) as needed.
The electrode of the present invention is obtained by dispersing (B), (D), (E) and, if necessary, (F) in a solvent to obtain a slurry, coating the slurry on a current collector, and drying the organic solvent You can get it.
活物質(D)としては負極活物質(D1)を用いることによりリチウムイオン電池用の負極が得られ、(D1)にリチウムをドーピングすることによりリチウムイオンキャパシタ用負極が得られる。また、正極用の(D)としてはリチウムイオン電池用正極活物質(D2)およびリチウムイオンキャパシタ用正極活物質(D3)が挙げられる。
(D1)としては、黒鉛、アモルファス炭素、高分子化合物焼成体(例えばフェノール樹脂およびフラン樹脂等を焼成し炭素化したもの)、コークス類(例えばピッチコークス、ニードルコークスおよび石油コークス)、炭素繊維、導電性高分子(例えばポリアセチレンおよびポリピロール)、スズ、シリコン、および金属合金(例えばリチウム−スズ合金、リチウム−シリコン合金、リチウム−アルミニウム合金およびリチウム−アルミニウム−マンガン合金等)等が挙げられる。
本発明のリチウムイオン電池は電池容量の観点から(D1)としてシリコンを含有していることが好ましい。(D1)中のシリコン含有量は電池容量およびその他の電池特性の観点から0.5〜100重量%であることが好ましく、より好ましくは5〜50重量%である。
(D2)としてはリチウムと遷移金属との複合酸化物(例えばLiCoO2、LiNiO2、LiMnO2およびLiMn2O4)、遷移金属酸化物(例えばMnO2およびV2O5)、遷移金属硫化物(例えばMoS2およびTiS2)、および導電性高分子(例えばポリアニリン、ポリフッ化ビニリデン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリ−p−フェニレンおよびポリカルバゾール)等が挙げられる。
(D3)としては活性炭、炭素繊維および導電性高分子(例えばポリアセチレンおよびポリピロール)等が挙げられる。
A negative electrode for a lithium ion battery can be obtained by using the negative electrode active material (D1) as the active material (D), and a negative electrode for a lithium ion capacitor can be obtained by doping lithium into (D1). Examples of the positive electrode (D) include a positive electrode active material (D2) for a lithium ion battery and a positive electrode active material (D3) for a lithium ion capacitor.
Examples of (D1) include graphite, amorphous carbon, polymer compound fired bodies (for example, those obtained by firing and carbonizing phenol resin and furan resin), cokes (for example, pitch coke, needle coke, and petroleum coke), carbon fibers, Examples thereof include conductive polymers (for example, polyacetylene and polypyrrole), tin, silicon, and metal alloys (for example, lithium-tin alloy, lithium-silicon alloy, lithium-aluminum alloy, and lithium-aluminum-manganese alloy).
The lithium ion battery of the present invention preferably contains silicon as (D1) from the viewpoint of battery capacity. The silicon content in (D1) is preferably 0.5 to 100% by weight, more preferably 5 to 50% by weight from the viewpoint of battery capacity and other battery characteristics.
(D2) includes lithium and transition metal composite oxides (eg LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2 and LiMn 2 O 4 ), transition metal oxides (eg MnO 2 and V 2 O 5 ), transition metal sulfides (For example, MoS 2 and TiS 2 ), and conductive polymers (for example, polyaniline, polyvinylidene fluoride, polypyrrole, polythiophene, polyacetylene, poly-p-phenylene, and polycarbazole).
Examples of (D3) include activated carbon, carbon fiber, and conductive polymer (for example, polyacetylene and polypyrrole).
結着剤(E)としてはデンプン、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルピロリドン、テトラフルオロエチレン、ポリエチレンおよびポリプロピレン等の高分子化合物が挙げられる。 Examples of the binder (E) include high molecular compounds such as starch, polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose, polyvinyl pyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, and polypropylene.
本発明の電極が任意成分として含有する導電助剤(F)としてはカーボンブラック類(例えばカーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック及びサーマルブラック)及び金属粉末(例えばアルミニウム粉及びニッケル粉)、導電性金属酸化物(例えば酸化亜鉛及び酸化チタン)等が挙げられる。 The conductive auxiliary agent (F) contained in the electrode of the present invention as an optional component includes carbon blacks (for example, carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black and thermal black) and metal powder (for example Aluminum powder and nickel powder), conductive metal oxides (for example, zinc oxide and titanium oxide), and the like.
本発明の電極を調製する際に用いる溶媒としては水、N−メチルピロリドン、アセトンおよびトルエンなどがあげられる。 Examples of the solvent used in preparing the electrode of the present invention include water, N-methylpyrrolidone, acetone and toluene.
本発明の電極における活物質(D)、結着剤(E)、電池用添加剤(B)の合計重量に基づく(D)、(E)、(B)、(F)のそれぞれの好ましい含有量は以下の通りである。 Preferred contents of each of (D), (E), (B), and (F) based on the total weight of the active material (D), binder (E), and battery additive (B) in the electrode of the present invention. The amounts are as follows.
活物質(D)の含有量は、電池容量の観点から好ましくは70〜98重量%であり、更に好ましくは90〜98重量%である。
結着剤(E)の含有量は、電池容量の観点から好ましくは0.5〜29重量%であり、更に好ましくは1〜10重量%である。
(B)の含有量は、充放電サイクル特性、電池容量および高温貯蔵特性の観点から、好ましくは0.01〜10重量%、更に好ましくは0.05〜1重量%である。
導電助剤(F)の含有量は、電池出力の観点から、好ましくは0〜29重量%であり、更に好ましくは1〜10重量%である。
The content of the active material (D) is preferably 70 to 98% by weight, more preferably 90 to 98% by weight from the viewpoint of battery capacity.
The content of the binder (E) is preferably 0.5 to 29% by weight, more preferably 1 to 10% by weight from the viewpoint of battery capacity.
The content of (B) is preferably 0.01 to 10% by weight, more preferably 0.05 to 1% by weight, from the viewpoints of charge / discharge cycle characteristics, battery capacity, and high-temperature storage characteristics.
The content of the conductive auxiliary agent (F) is preferably 0 to 29% by weight, more preferably 1 to 10% by weight, from the viewpoint of battery output.
本発明の電解液は電池用添加剤(B)、電解質(G)及び非水溶媒(H)を含有する。
本発明の電解液は(B)および(G)を(H)に溶解させることによりえることができる。
The electrolytic solution of the present invention contains a battery additive (B), an electrolyte (G), and a non-aqueous solvent (H).
The electrolytic solution of the present invention can be obtained by dissolving (B) and (G) in (H).
電解質(G)としては、通常の電解液に用いられているもの等が使用でき、例えば、LiPF6、LiBF4、LiSbF6、LiAsF6及びLiClO4等の無機酸のリチウム塩、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2及びLiC(CF3SO2)3等の有機酸のリチウム塩が挙げられる。これらの内、電池出力及び充放電サイクル特性の観点から好ましいのはLiPF6である。 The electrolyte (G), normal is can be used such as those used in the electrolytic solution, for example, LiPF 6, LiBF 4, LiSbF 6, LiAsF 6 , and lithium salts of inorganic acids LiClO 4, etc., LiN (CF 3 Examples include lithium salts of organic acids such as SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2, and LiC (CF 3 SO 2 ) 3 . Among these, LiPF 6 is preferable from the viewpoint of battery output and charge / discharge cycle characteristics.
非水溶媒(H)としては、通常の電解液に用いられているもの等が使用でき、例えば、ラクトン化合物、環状又は鎖状炭酸エステル、鎖状カルボン酸エステル、環状又は鎖状エーテル、リン酸エステル、ニトリル化合物、アミド化合物、スルホン、スルホラン等及びこれらの混合物を用いることができる。 As the non-aqueous solvent (H), those used in ordinary electrolytes can be used, for example, lactone compounds, cyclic or chain carbonates, chain carboxylates, cyclic or chain ethers, phosphoric acid Esters, nitrile compounds, amide compounds, sulfones, sulfolanes, and the like and mixtures thereof can be used.
非水溶媒(H)の内、電池出力及び充放電サイクル特性の観点から好ましいのは環状又は鎖状炭酸エステルである。
環状炭酸エステルの具体例としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート及びブチレンカーボネート等が挙げられる。
鎖状炭酸エステルの具体例としては、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチル−n−プロピルカーボネート、エチル−n−プロピルカーボネート及びジ−n−プロピルカーボネート等が挙げられる。
Of the non-aqueous solvents (H), cyclic or chain carbonates are preferred from the viewpoint of battery output and charge / discharge cycle characteristics.
Specific examples of the cyclic carbonate include propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, and the like.
Specific examples of the chain carbonate include dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl-n-propyl carbonate, ethyl-n-propyl carbonate, and di-n-propyl carbonate.
本発明の電解液における電池用添加剤(B)、電解質(G)および非水溶媒(H)の合計重量に基づく電池用添加剤(B)、電解質(G)および非水溶媒(H)のそれぞれ好ましい含有量は以下の通りである。 Battery additive (B), electrolyte (G) and non-aqueous solvent (H) based on the total weight of battery additive (B), electrolyte (G) and non-aqueous solvent (H) in the electrolytic solution of the present invention Each preferable content is as follows.
(B)の含有量は、充放電サイクル特性、電池容量及び高温貯蔵特性の観点から、好ましくは0.01〜10重量%、更に好ましくは0.05〜1重量%である。
電解液中の電解質(G)の含有量は、電池出力及び充放電サイクル特性の観点から好ましくは0.1〜30重量%であり、更に好ましくは0.5〜20重量%である。
非水溶媒(H)の含有量は、電池出力及び充放電サイクル特性の観点から好ましくは60〜99重量%であり、更に好ましくは85〜95重量%である。
The content of (B) is preferably 0.01 to 10% by weight, more preferably 0.05 to 1% by weight, from the viewpoints of charge / discharge cycle characteristics, battery capacity, and high-temperature storage characteristics.
The content of the electrolyte (G) in the electrolytic solution is preferably 0.1 to 30% by weight, and more preferably 0.5 to 20% by weight from the viewpoint of battery output and charge / discharge cycle characteristics.
The content of the non-aqueous solvent (H) is preferably 60 to 99% by weight and more preferably 85 to 95% by weight from the viewpoint of battery output and charge / discharge cycle characteristics.
本発明の電解液は、更に過充電防止剤、脱水剤及び容量安定化剤等の添加剤を含有してもよい。以下の添加剤各成分の含有量は、電池用添加剤(B)、電解質(G)および非水溶媒(H)の合計重量に基づくものである。
過充電防止剤としては、ビフェニル、アルキルビフェニル、ターフェニル、ターフェニルの部分水素化体、シクロヘキシルベンゼン、t−ブチルベンゼン及びt−アミルベンゼン等の芳香族化合物等が挙げられる。過充電防止剤の使用量は、通常0〜5重量%、好ましくは0.5〜3重量%である。
The electrolytic solution of the present invention may further contain additives such as an overcharge inhibitor, a dehydrating agent and a capacity stabilizer. The content of each component of the following additives is based on the total weight of the battery additive (B), the electrolyte (G), and the nonaqueous solvent (H).
Examples of the overcharge inhibitor include biphenyl, alkylbiphenyl, terphenyl, partially hydrogenated terphenyl, aromatic compounds such as cyclohexylbenzene, t-butylbenzene, and t-amylbenzene. The usage-amount of an overcharge inhibiting agent is 0-5 weight% normally, Preferably it is 0.5-3 weight%.
脱水剤としては、ゼオライト、シリカゲル及び酸化カルシウム等が挙げられる。脱水剤の使用量は、電解液の全重量に基づいて、通常0〜5重量%、好ましくは0.5〜3重量%である。 Examples of the dehydrating agent include zeolite, silica gel and calcium oxide. The usage-amount of a dehydrating agent is 0-5 weight% normally based on the total weight of electrolyte solution, Preferably it is 0.5-3 weight%.
容量安定化剤としては、フルオロエチレンカーボネート、無水コハク酸、1−メチル−2−ピペリドン、ヘプタン及びフルオロベンゼン等が挙げられる。容量安定化剤の使用量は、電解液の全重量に基づいて、通常0〜5重量%、好ましくは0.5〜3重量%である。 Examples of the capacity stabilizer include fluoroethylene carbonate, succinic anhydride, 1-methyl-2-piperidone, heptane, and fluorobenzene. The usage-amount of a capacity | capacitance stabilizer is 0-5 weight% normally based on the total weight of electrolyte solution, Preferably it is 0.5-3 weight%.
本発明のリチウムイオン電池は、正極、負極及びセパレータを収納した電池缶内に電解液を注入して電池缶を密封する際に、正極または負極として本発明の電極を用いるか、電解液に本発明の電解液を用いるか、又はこれらの併用により得られる。 The lithium ion battery of the present invention uses the electrode of the present invention as the positive electrode or the negative electrode when the electrolytic solution is injected into the battery can containing the positive electrode, the negative electrode, and the separator to seal the battery can. It can be obtained by using the electrolytic solution of the invention or a combination thereof.
リチウムイオン電池におけるセパレータとしては、ポリエチレン又はポリプロピレン製フィルムの微多孔膜、多孔性のポリエチレンフィルムとポリプロピレンとの多層フィルム、ポリエステル繊維、アラミド繊維及びガラス繊維等からなる不織布並びにこれらの表面にシリカ、アルミナ及びチタニア等のセラミック微粒子を付着させたものが挙げられる。 As a separator in a lithium ion battery, a microporous film made of polyethylene or polypropylene film, a multilayer film of porous polyethylene film and polypropylene, a nonwoven fabric made of polyester fiber, aramid fiber, glass fiber, etc., and silica, alumina on the surface thereof And those having ceramic fine particles such as titania attached thereto.
リチウムイオン電池における電池缶としては、ステンレススチール、鉄、アルミニウム及びニッケルメッキスチール等の金属材料を用いることができるが、電池用途に応じてプラスチック材料を用いることもできる。また電池缶は、用途に応じて円筒型、コイン型、角型又はその他任意の形状にすることができる。 As the battery can in the lithium ion battery, metal materials such as stainless steel, iron, aluminum and nickel-plated steel can be used, but plastic materials can also be used depending on the battery application. Further, the battery can can be formed into a cylindrical shape, a coin shape, a square shape, or any other shape depending on the application.
以下、実施例により本発明を更に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。以下、特に定めない限り、%は重量%、部は重量部を示す。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further, this invention is not limited to these. Hereinafter, unless otherwise specified, “%” represents “% by weight” and “parts” represents “parts by weight”.
<実施例1>
化合物(A−1)の合成
撹拌機、温度計及び冷却管を取り付けたフラスコに、2,2,2−トリフルオロエタノール6.1部、ブチルイソシアネート5.8部、トルエン100部およびトリス(2−エチルヘキサン酸)ビスマス0.1部仕込み80℃で8時間加熱した。トルエンを減圧(1.3kPa)下に除去し、下記化学式(3)で示される(A−1)11.0部を得た。(A−1)を電池用添加剤(B−1)とした。
Synthesis of Compound (A-1) In a flask equipped with a stirrer, a thermometer and a condenser tube, 6.1 parts of 2,2,2-trifluoroethanol, 5.8 parts of butyl isocyanate, 100 parts of toluene and Tris (2 -Ethylhexanoic acid) 0.1 parts of bismuth was charged and heated at 80 ° C for 8 hours. Toluene was removed under reduced pressure (1.3 kPa) to obtain 11.0 parts of (A-1) represented by the following chemical formula (3). (A-1) was designated as battery additive (B-1).
<実施例2>
化合物(A−2)の合成
ブチルイソシアネート5.8部のかわりにヘキサメチレンジイソシアネート4.9部を用いた以外は実施例1と同様にして行い下記化学式(4)で示される(A−2)10.2部を得た。(A−2)を電池用添加剤(B−2)とした。
Synthesis of Compound (A-2) This was performed in the same manner as in Example 1 except that 4.9 parts of hexamethylene diisocyanate was used instead of 5.8 parts of butyl isocyanate, and represented by the following chemical formula (4) (A-2) 10.2 parts were obtained. (A-2) was designated as battery additive (B-2).
<実施例3>
化合物(A−3)の合成
ブチルイソシアネート5.8部のかわりにヘキサメチレンジイソシアネートのビウレット変性物9.7部を用いた以外は実施例1と同様にして行い下記化学式(5)で示される(A−3)16.8部を得た。(A−3)を電池用添加剤(B−3)とした。
Synthesis of Compound (A-3) This was carried out in the same manner as in Example 1 except that 9.7 parts of a biuret-modified product of hexamethylene diisocyanate was used instead of 5.8 parts of butyl isocyanate, and represented by the following chemical formula (5) ( A-3) 16.8 parts were obtained. (A-3) was designated as battery additive (B-3).
<実施例4>
化合物(A−4)の合成
2,2,2−トリフルオロエタノール6.1部のかわりに2−フルオロエタノール3.9部を用いた以外は実施例2と同様にして行い下記化学式(6)で示される化合物(A−4)8.1部を得た。(A−4)を電池用添加剤(B−4)とした。
Synthesis of Compound (A-4) The reaction was performed in the same manner as in Example 2 except that 3.9 parts of 2-fluoroethanol was used instead of 6.1 parts of 2,2,2-trifluoroethanol, and the following chemical formula (6) 8.1 parts of a compound (A-4) represented by (A-4) was designated as battery additive (B-4).
<実施例5>
化合物(A−5)の合成
2,2,2−トリフルオロエタノール6.1部のかわりに2,2,3,3,4,4,5,5−オクタフルオロペンタノール14.2部を用いた以外は実施例2と同様にして行い下記化学式(7)で示される化合物(A−5)17.5部を得た。(A−5)を電池用添加剤(B−5)とした。
Synthesis of Compound (A-5) Instead of 6.1 parts of 2,2,2-trifluoroethanol, 14.2 parts of 2,2,3,3,4,4,5,5-octafluoropentanol was used. 17.5 parts of the compound (A-5) represented by the following chemical formula (7) was obtained in the same manner as in Example 2 except that. (A-5) was designated as battery additive (B-5).
<実施例6>
化合物(A−6)の合成
2,2,2−トリフルオロエタノール6.1部のかわりに2,2,2−トリフルオロエタノール2.9部、メタノールを1.9部用いた以外は実施例2と同様にして行い下記化学式(8)で示される化合物(A−6)9.3部を得た。(A−6)を電池用添加剤(B−6)とした。
Synthesis of Compound (A-6) Example except that 2.9 parts of 2,2,2-trifluoroethanol and 1.9 parts of methanol were used instead of 6.1 parts of 2,2,2-trifluoroethanol 9.3 parts of a compound (A-6) represented by the following chemical formula (8) was obtained. (A-6) was designated as battery additive (B-6).
<実施例7>
化合物(A−7)の合成
2,2,2−トリフルオロエタノール6.1部のかわりに2,2,2−トリフルオロエタノール2.9部、イセチオン酸リチウムを3.9部用いた以外は実施例2と同様にして行い下記化学式(9)で示される化合物(A−7)11.0部を得た。(A−7)を電池用添加剤(B−7)とした。
Synthesis of compound (A-7) Instead of 6.1 parts of 2,2,2-trifluoroethanol, 2.9 parts of 2,2,2-trifluoroethanol and 3.9 parts of lithium isethionate were used. It carried out like Example 2 and obtained 11.0 parts of compounds (A-7) shown by following Chemical formula (9). (A-7) was designated as battery additive (B-7).
<実施例8>
化合物(A−8)の合成
撹拌機、温度計及び冷却管を取り付けたフラスコに、2,2,3,3−テトラフルオロ−1,4−ブタンジオール3.9部、ヘキサメチレンジイソシアネート4.9部、トルエン100部およびトリス(2−エチルヘキサン酸)ビスマス0.1部仕込み80℃で8時間加熱した。その後2,2,2−トリフルオロエタノールを3.0部加えさらに80℃で4時間加熱した。トルエンを減圧(1.3kPa)下に除去し、下記化学式(10)で示される(A−8)9.3部を得た。(A−8)を電池用添加剤(B−8)とした。
Synthesis of Compound (A-8) In a flask equipped with a stirrer, a thermometer, and a condenser tube, 3.9 parts of 2,2,3,3-tetrafluoro-1,4-butanediol, hexamethylene diisocyanate 4.9 Parts, toluene 100 parts and tris (2-ethylhexanoic acid) bismuth 0.1 parts were charged and heated at 80 ° C. for 8 hours. Thereafter, 3.0 parts of 2,2,2-trifluoroethanol was added and further heated at 80 ° C. for 4 hours. Toluene was removed under reduced pressure (1.3 kPa) to obtain 9.3 parts of (A-8) represented by the following chemical formula (10). (A-8) was designated as battery additive (B-8).
<実施例9>
化合物(A−1)とフルオロエチレンカーボネートの重量で等量混合したものを電池用添加剤(B−9)とした。
<Example 9>
A battery additive (B-9) was prepared by mixing an equal amount of compound (A-1) and fluoroethylene carbonate.
<比較例1>
2,2,2−トリフルオロエタノール6.1部のかわりにメタノール2.0部を用いた以外は実施例1と同様にして行い下記化学式(11)で示される(A’−1)5.6部を得た。(A’−1)を比較用添加剤(B’−1)とした。
(A′-1) represented by the following chemical formula (11), which was carried out in the same manner as in Example 1 except that 2.0 parts of methanol was used instead of 6.1 parts of 2,2,2-trifluoroethanol. 6 parts were obtained. (A′-1) was used as a comparative additive (B′-1).
<比較例2>
ビニレンカーボネートを(A’−2)とした。(A’−2)を比較用添加剤(B’−2)とした。
<Comparative Example 2>
Vinylene carbonate was defined as (A′-2). (A′-2) was used as a comparative additive (B′-2).
<比較例3>
フルオロエチレンカーボネートを(A’−3)とした。(A’−3)を比較用添加剤(B’−3)とした。
<Comparative Example 3>
Fluoroethylene carbonate was designated as (A′-3). (A′-3) was used as a comparative additive (B′-3).
実施例の電池用添加剤(B)および比較例の比較用添加剤(B’)を表1にまとめる。 Table 1 summarizes the battery additive (B) of the example and the comparative additive (B ') of the comparative example.
<実施例9〜26、比較例6〜16>
リチウムイオン電池、電極、電解液の評価
上記電池用添加剤(B)または比較用添加剤(B’)を表2に示した配合部数で含有するリチウムイオン電池用電極を下記の方法で作製し、該電極を使用して下記の方法でリチウムイオン電池を作製した。
以下の方法で充放電サイクル特性および低温充放電サイクル特性を評価した結果を表2に示した。
<Examples 9 to 26, Comparative Examples 6 to 16>
Evaluation of Lithium Ion Battery, Electrode and Electrolyte A lithium ion battery electrode containing the above-mentioned battery additive (B) or comparative additive (B ′) in the number of parts shown in Table 2 was prepared by the following method. Using the electrode, a lithium ion battery was produced by the following method.
The results of evaluating charge / discharge cycle characteristics and low-temperature charge / discharge cycle characteristics by the following methods are shown in Table 2.
[リチウムイオン電池用正極の作製]
LiCoO2粉末90.0部、ケチェンブラック[シグマアルドリッチ(株)製]5部、ポリフッ化ビニリデン[シグマアルドリッチ(株)製]5部および表2に示した部数の(B)または(B’)を乳鉢で充分に混合した後、1−メチル−2−ピロリドン[東京化成工業(株)製]70.0部を添加し、更に乳鉢で充分に混合してスラリーを得た。得られたスラリーを、大気中でワイヤーバーを用いて厚さ20μmのアルミニウム電解箔上の片面に塗布し、80℃で1時間乾燥させた後、更に減圧下(1.3kPa)、80℃で2時間乾燥して、15.95mmφに打ち抜き、実施例9〜26および比較例6〜16のリチウムイオン電池用正極を作製した。
[Production of positive electrode for lithium ion battery]
9 parts by weight of LiCoO 2 powder, 5 parts by Ketjen Black [manufactured by Sigma-Aldrich Co., Ltd.], 5 parts by polyvinylidene fluoride [manufactured by Sigma-Aldrich Co., Ltd.] and the number of parts shown in Table 2 (B) or (B ′) After fully mixing with a mortar, 70.0 parts of 1-methyl-2-pyrrolidone [manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.] was added, and further mixed well with a mortar to obtain a slurry. The obtained slurry was applied to one side of an aluminum electrolytic foil having a thickness of 20 μm using a wire bar in the air, dried at 80 ° C. for 1 hour, and further under reduced pressure (1.3 kPa) at 80 ° C. It was dried for 2 hours and punched out to 15.95 mmφ to produce positive electrodes for lithium ion batteries of Examples 9 to 26 and Comparative Examples 6 to 16.
[リチウムイオン電池用負極(1)の作製]
平均粒子径約8〜12μmの黒鉛粉末90.0部、シリコン粉末2.5部、ポリフッ化ビニリデン7.5部、1−メチル−2−ピロリドン[東京化成工業(株)製]200部および表2に示した部数の(B)を乳鉢で充分に混合しスラリーを得た。得られたスラリーを、大気中でワイヤーバーを用いて厚さ20μmの銅箔の片面に塗布し、80℃で1時間乾燥させた後、更に減圧下(1.3kPa)、80℃で2時間乾燥して、16.15mmφに打ち抜き、プレス機で厚さ30μmにして実施例9〜26および比較例6〜16のリチウムイオン電池用負極(1)を作製した。
[Preparation of negative electrode for lithium ion battery (1)]
90.0 parts of graphite powder having an average particle size of about 8 to 12 μm, 2.5 parts of silicon powder, 7.5 parts of polyvinylidene fluoride, 200 parts of 1-methyl-2-pyrrolidone [manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.] and table 2 parts (B) shown in 2 were thoroughly mixed in a mortar to obtain a slurry. The obtained slurry was applied to one side of a 20 μm-thick copper foil in the air using a wire bar, dried at 80 ° C. for 1 hour, and further under reduced pressure (1.3 kPa) at 80 ° C. for 2 hours. Drying was performed, punching out to 16.15 mmφ, and a thickness of 30 μm with a press machine to produce negative electrodes (1) for lithium ion batteries of Examples 9 to 26 and Comparative Examples 6 to 16.
[リチウムイオン電池用負極(2)の作製]
黒鉛粉末90.0部、シリコン粉末2.5部を黒鉛粉末92.5部にかえた以外は上記(1)と同様にして行いリチウムイオン電池用負極(2)を作製した。
[Preparation of negative electrode for lithium ion battery (2)]
A negative electrode (2) for a lithium ion battery was produced in the same manner as in the above (1) except that 90.0 parts of graphite powder and 2.5 parts of silicon powder were replaced with 92.5 parts of graphite powder.
[リチウムイオン電池用負極(3)の作製]
黒鉛粉末90.0部、シリコン粉末2.5部をシリコン粉末92.5部にかえた以外は上記(1)と同様にして行いリチウムイオン電池用負極(3)を作製した。
[Preparation of negative electrode for lithium ion battery (3)]
A negative electrode (3) for a lithium ion battery was produced in the same manner as in the above (1) except that 90.0 parts of graphite powder and 2.5 parts of silicon powder were replaced with 92.5 parts of silicon powder.
[リチウムイオン電池用電解液の調製]
エチレンカーボネートとジエチルカーボネートの混合溶媒(体積比率1:1)87.5部に、表2に示した部数で(B)または(B’)を配合し、そこに12重量%となるように電解質としてのLiPF6を溶解させ、実施例9〜26および比較例6〜16の電解液を調製した。
[Preparation of electrolyte for lithium ion battery]
87.5 parts of a mixed solvent of ethylene carbonate and diethyl carbonate (volume ratio 1: 1) is blended with (B) or (B ′) in the number of parts shown in Table 2, and the electrolyte is 12% by weight. LiPF 6 was dissolved, and electrolytic solutions of Examples 9 to 26 and Comparative Examples 6 to 16 were prepared.
[リチウムイオン電池の作製]
2032型コインセル内の両端に、実施例7〜20および比較例6〜16の正極および負極をそれぞれの塗布面が向き合うように配置して、電極間にセパレータ(ポリプロピレン製不織布)を挿入し、リチウムイオン電池用セルを作製した。エチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)の混合溶媒(体積比率1:1)に、LiPF6を12重量%の割合で溶解させた電解液を作製したセルに注液密封した。以下の方法で充放電サイクル特性および低温充放電サイクル特性を評価した。
[Production of lithium-ion batteries]
The positive electrode and the negative electrode of Examples 7 to 20 and Comparative Examples 6 to 16 are arranged at both ends in the 2032 type coin cell so that the coated surfaces face each other, and a separator (polypropylene nonwoven fabric) is inserted between the electrodes, and lithium An ion battery cell was produced. The solution was poured and sealed in a cell in which an electrolytic solution was prepared by dissolving LiPF 6 in a mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) (volume ratio 1: 1) at a ratio of 12 wt%. The charge / discharge cycle characteristics and the low-temperature charge / discharge cycle characteristics were evaluated by the following methods.
<充放電サイクル特性の評価>
室温のもと、充放電測定装置「バッテリーアナライザー1470型」[東陽テクニカ(株)製]を用いて、0.1Cの電流で電圧4.3Vまで充電し、10分間の休止後、0.1Cの電流で電池電圧を3.5Vまで放電し、この充放電を繰り返した。この時の初回充電時の電池容量と30サイクル目充電時の電池容量を測定し、下記式から充放電サイクル特性を算出した。数値が大きい程、充放電サイクル特性が良好であることを示す。
充放電サイクル特性(%)=(30サイクル目充電時の電池容量/初回充電時の電池容量)×100
<Evaluation of charge / discharge cycle characteristics>
Using a charge / discharge measuring device “Battery Analyzer 1470” [manufactured by Toyo Technica Co., Ltd.] at room temperature, the battery was charged to a voltage of 4.3 V with a current of 0.1 C, and after a pause of 10 minutes, 0.1 C The battery voltage was discharged to 3.5 V with this current, and this charge / discharge was repeated. At this time, the battery capacity at the first charge and the battery capacity at the 30th cycle charge were measured, and the charge / discharge cycle characteristics were calculated from the following formula. It shows that charging / discharging cycling characteristics are so favorable that a numerical value is large.
Charging / discharging cycle characteristics (%) = (battery capacity at 30th charge / battery capacity at first charge) × 100
リチウムイオン電池用負極(1)を使用した実施例10〜29および比較例4、7〜12を比較した場合、リチウムイオン電池用負極(2)を使用した実施例30および比較例5を比較した場合、リチウムイオン電池用負極(3)を使用した実施例31および比較例6を比較した場合、いずれも本発明の電池用添加剤(B)を含有する電極および/または電解液を備えるリチウムイオン電池は充放電サイクル特性に優れていることがわかった。 これは化合物(A)が電極表面において分解し、効果的なSEIを形成したためと考えられる。フルオロエチレンカーボネートを併用した実施例20および29はさらに効果が優れているため、より有効なSEIが形成しているものと思われる。 When comparing Examples 10 to 29 and Comparative Examples 4 and 7 to 12 using the negative electrode for lithium ion battery (1), Example 30 and Comparative Example 5 using the negative electrode for lithium ion battery (2) were compared. In this case, when Example 31 and Comparative Example 6 using the negative electrode for lithium ion battery (3) were compared, lithium ion provided with an electrode and / or electrolyte containing the battery additive (B) of the present invention. The battery was found to have excellent charge / discharge cycle characteristics. This is presumably because the compound (A) decomposed on the electrode surface to form effective SEI. Since Examples 20 and 29 using fluoroethylene carbonate are more effective, it is considered that more effective SEI is formed.
本発明の電池用添加剤(B)を使用した電極および電解液は、リチウムイオン電池に有効であり、特に電気自動車用リチウムイオン電池に好適に用いることが出来る。また、本発明において開示した以外の電気化学デバイス(電気二重層キャパシタ、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、空気電池、アルカリ電池等)についても適用可能である。 The electrode and electrolyte solution using the battery additive (B) of the present invention are effective for lithium ion batteries, and can be suitably used particularly for lithium ion batteries for electric vehicles. Moreover, it is applicable also to electrochemical devices (electric double layer capacitor, nickel metal hydride battery, nickel cadmium battery, air battery, alkaline battery, etc.) other than those disclosed in the present invention.
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