JP2015153491A - Nonaqueous electrolyte secondary battery, and power storage device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、非水電解液二次電池、特に、非水電解液に特徴を有する非水電解液二次電池に関する。 The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery, and more particularly to a non-aqueous electrolyte secondary battery characterized by a non-aqueous electrolyte.
リチウム二次電池に代表される非水電解液二次電池は、ノートパソコンや携帯電話などのモバイル機器の電源として用いられてきたが、近年、電気自動車(EV)、ハイブリッド自動車(HEV)、プラグインハイブリッド自動車(PHEV)などの自動車用電源としても用いられている。 Non-aqueous electrolyte secondary batteries represented by lithium secondary batteries have been used as power sources for mobile devices such as notebook computers and mobile phones, but in recent years, electric vehicles (EV), hybrid vehicles (HEV), plugs, etc. It is also used as a power source for vehicles such as in-hybrid vehicles (PHEV).
非水電解液二次電池は、一般に、正極活物質を含む正極と、負極活物質を含む負極と、セパレータと、非水溶媒及びリチウム塩を含有する非水電解液とを備えている。
非水電解液二次電池を構成する正極活物質としてはリチウム含有遷移金属酸化物が、負極活物質としてはグラファイトに代表される炭素材料が、非水電解液としては、エチレンカーボネート等の環状カーボネートとジエチルカーボネート等の鎖状カーボネートを主構成成分とする非水溶媒に六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)等の電解質を溶解したものが広く知られている。
A non-aqueous electrolyte secondary battery generally includes a positive electrode containing a positive electrode active material, a negative electrode containing a negative electrode active material, a separator, and a non-aqueous electrolyte containing a non-aqueous solvent and a lithium salt.
A lithium-containing transition metal oxide is used as the positive electrode active material constituting the non-aqueous electrolyte secondary battery, a carbon material typified by graphite is used as the negative electrode active material, and a cyclic carbonate such as ethylene carbonate is used as the non-aqueous electrolyte. In addition, a solution in which an electrolyte such as lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) is dissolved in a non-aqueous solvent containing a chain carbonate such as diethyl carbonate as a main constituent is widely known.
そして、種々の目的で、上記のような非水電解液(非水電解質)にモリブデン化合物などの添加剤を添加する発明も知られている(特許文献1〜4参照)。 And the invention which adds additives, such as a molybdenum compound, to the above non-aqueous electrolytes (non-aqueous electrolyte) for the various objectives is also known (refer patent documents 1-4).
特許文献1には、特に高温状況下における非水電解質電池のサイクル特性を向上させることを目的(段落[0003]、[0005])として、非水電解質にケイモリブデン酸などのなどのヘテロポリ酸を添加する発明(請求項8参照)が開示されている。これによれば、上記化合物を添加することにより、70℃、1Cにおいて上限電圧4.2V、下限電圧3.0Vとする充放電サイクル試験での400サイクル後の1C容量維持率が、未添加の場合では65%であったのに対して84%に向上したことが示されている(段落[0223]、[0227])。
In
特許文献2には、充放電効率を維持しつつ高温環境下における電池の膨張を抑制することのできる電解液およびそれを用いた電池を提供することを課題(段落[0007])として、非水電解液に二酸化二塩化モリブデンなどの周期律表第4族〜14族から選ばれる元素に酸素およびハロゲンが配位した化合物を添加する発明(請求項1)が開示されている。これによれば、上記化合物を添加することにより、4.2Vの充電状態の非水電解液二次電池における90℃で4時間放置した後の電池膨張率(電池厚みの増加率)が、未添加の場合では44%であったのに対して21%まで抑制されたことが示されている(段落、[0061]、[0069])。
In
特許文献3には、充放電効率を維持しつつ高温保存時における膨張を抑制することのできる電池を提供することを目的(段落[0005])として、非水電解液に塩化モリブデンなどのハロゲン化物を添加する発明(請求項1、5)が開示されている。これによれば、上記化合物を添加することにより、4.2Vの充電状態の非水電解液二次電池における90℃で4時間放置した後の電池膨張率(電池厚みの増加率)が、未添加の場合では33%であったのに対して11%まで抑制されたことが示されている(段落、[0048]、[0052])。
In
特許文献4には、高エネルギー密度を維持しつつ、正極活物質の熱暴走時の発熱挙動を抑制することにより、安全性を高めた非水系二次電池を提供することを目的(段落[0009])として、非水電解液に酸化モリブデンやモリブデン酸ジリチウムなどのモリブデン化合物を添加する発明(請求項1、段落[0036])が開示されている。これによれば、上記化合物を添加することにより、約250℃における正極活物質と電解液の発熱量を低減できことが示されている(図2、段落[0041])。
上記の特許文献1〜3の発明においては、非水電解液に添加したモリブデン化合物が高電圧作動下での充放電サイクル試験の寿命の改善に効果があるかどうかは確認されていない。上記の特許文献4の発明においては、非水電解液に添加した酸化モリブデンやモリブデン酸ジリチウムなどが、充放電サイクル試験の寿命の改善に効果があるかどうかは確認されていない。また、既知のモリブデン化合物である酸化モリブデンやモリブデン酸ジリチウムの添加では、特に高電圧における充放電サイクル特性の改善と電池厚みの増加抑制が不十分であった。
そこで、本発明は、上記の課題に鑑みなされたものであって、充放電サイクル特性が改善でき、又は、これに加えて電池厚みの増加が抑制できる非水電解液二次電池を提供することを課題とする。
In the inventions of the
Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and provides a non-aqueous electrolyte secondary battery that can improve charge / discharge cycle characteristics or can suppress an increase in battery thickness in addition to this. Is an issue.
本発明の構成及び作用効果について、技術思想を交えて説明する。但し、作用機構については推定を含んでおり、その正否は、本発明を制限するものではない。なお、本発明は、その精神又は主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、後述の実施の形態若しくは実施例は、あらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、すべて本発明の範囲内のものである。 The configuration and operational effects of the present invention will be described with the technical idea. However, the action mechanism includes estimation, and the correctness does not limit the present invention. It should be noted that the present invention can be implemented in various other forms without departing from the spirit or main features thereof. For this reason, the following embodiments or examples are merely examples in all respects, and should not be interpreted in a limited manner. Further, all modifications and changes belonging to the equivalent scope of the claims are within the scope of the present invention.
本発明においては、上記課題を解決するために、以下の手段を採用する。
(1)正極、負極、セパレータ及び非水電解液を備えた非水電解液二次電池であって、前記非水電解液は、モリブデン化合物が溶解しており、かつ、LSV測定又は定電流充電を行ったときに正極電位4.2〜4.4V(vs.Li/Li+)の範囲に酸化反応電流が観察されることを特徴とする非水電解液二次電池。
(2)正極、負極、セパレータ及び非水電解液を備えた非水電解液二次電池であって、前記非水電解液は、ヘキサカルボニルモリブデン又はビス(アセチルアセトナト)モリブデンジオキシドが溶解していることを特徴とする非水電解液二次電池。
(3)前記(1)又は(2)の非水電解液二次電池を複数個備えた蓄電装置。
In the present invention, in order to solve the above problems, the following means are adopted.
(1) A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte, wherein the non-aqueous electrolyte has a molybdenum compound dissolved therein, and LSV measurement or constant current charging A non-aqueous electrolyte secondary battery characterized in that an oxidation reaction current is observed in a range of positive electrode potential 4.2 to 4.4 V (vs. Li / Li + ) when
(2) A non-aqueous electrolyte secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte, wherein the non-aqueous electrolyte has hexacarbonyl molybdenum or bis (acetylacetonato) molybdenum dioxide dissolved therein. A nonaqueous electrolyte secondary battery.
(3) A power storage device comprising a plurality of the nonaqueous electrolyte secondary batteries of (1) or (2).
本発明によれば、充放電サイクル特性、特に高電圧作動下での充放電サイクル特性の改善が可能となる。 According to the present invention, charge / discharge cycle characteristics, particularly charge / discharge cycle characteristics under high voltage operation can be improved.
図1に、本発明に係る非水電解液二次電池の一実施形態である矩形状の非水電解液二次電池1の外観斜視図を示す。なお、同図は、容器内部を透視した図としている。図1に示す非水電解液二次電池1は、電極群2が電池容器3に収納されている。電極群2は、正極活物質を備える正極と、負極活物質を備える負極とが、セパレータを介して捲回されることにより形成されている。正極は、正極リード4’を介して正極端子4と電気的に接続され、負極は、負極リード5’を介して負極端子5と電気的に接続されている。
FIG. 1 shows an external perspective view of a rectangular nonaqueous electrolyte
ここで、セパレータに保持されている非水電解液は、非水溶媒と当該非水溶媒に溶解した電解質塩とを含むものであるが、本発明においては、さらに、特定のモリブデン化合物を含む点に特徴を有する。 Here, the non-aqueous electrolyte solution retained in the separator includes a non-aqueous solvent and an electrolyte salt dissolved in the non-aqueous solvent. In the present invention, the non-aqueous electrolyte further includes a specific molybdenum compound. Have
本発明者らは、特許文献4に示されているような従来の無機モリブデン化合物は、非水電解液に添加するとその多くが溶け残ってしまうのに対し、特定の有機モリブデン化合物は、非水電解液に添加した場合、完全に溶解し、この非水電解液存在下で、正極を作用極として定電流充電を行ったときに正極電位4.2〜4.3V(vs.Li/Li+)付近に正極活物質への充電反応以外の酸化反応電流が観察されること(これは、正極を作用極としてLSV測定を行ったときに正極電位4.2〜4.3V(vs.Li/Li+)付近に正極活物質への充電反応以外の酸化反応電流が観察されることも意味する)、及び、この非水電解液を備えた非水電解液二次電池は、高電圧作動下での充放電サイクル特性が改善されることを知見して、本発明を完成するに至った。この作用機構については確定的ではないが、4.3V(vs.Li/Li+)を超える正極電位としたときに、添加した有機モリブデン化合物により、正極表面に非水電解液の劣化を防止する被膜が形成されるものと推察している。
The present inventors have found that conventional inorganic molybdenum compounds as shown in
ここで、「LSV測定」(Linear Sweep Voltammetry)とは、作用極に正極を用い、対極にLi金属を用いた非水電解液二次電池を、電流が検知されない自然電位から正極の電位を線形的に高電位へ掃引したときに副反応の進行が検知できる電位掃引速度の条件で電極間に流れる電流を測定することを意味し、「定電流充電」とは、作用極に正極を、対極にLi金属を用いた非水電解液二次電池を、副反応の進行が検知できる一定電流の条件で充電して、電池電圧の変化を測定することを意味する。 Here, “LSV measurement” (Linear Sweep Voltammetry) is a non-aqueous electrolyte secondary battery that uses a positive electrode as a working electrode and Li metal as a counter electrode, and linearizes the potential of the positive electrode from a natural potential where no current is detected. This means that the current flowing between the electrodes is measured under the condition of a potential sweep rate at which the progress of the side reaction can be detected when the potential is swept to a high potential. This means that a non-aqueous electrolyte secondary battery using Li metal is charged under a constant current condition in which the progress of a side reaction can be detected, and the change in battery voltage is measured.
本発明において、充放電サイクル特性を改善するために、非水電解液に添加する有機モリブデン化合物は、ヘキサカルボニルモリブデン、又はビス(アセチルアセトナト)モリブデンジオキシドが好ましい。なかでも、ヘキサカルボニルモリブデンを添加することにより、上記の充放電サイクル特性の改善に加えて、非水電解液二次電池の電池厚みの増加抑制が可能となる。 In the present invention, in order to improve charge / discharge cycle characteristics, the organic molybdenum compound added to the non-aqueous electrolyte is preferably hexacarbonylmolybdenum or bis (acetylacetonato) molybdenum dioxide. In particular, by adding hexacarbonylmolybdenum, it is possible to suppress the increase in battery thickness of the non-aqueous electrolyte secondary battery in addition to the improvement of the charge / discharge cycle characteristics.
非水電解液中における有機モリブデン化合物の含有量は、充放電サイクル特性を改善するために、0.1〜5.0wt%が好ましく、0.5〜2.0wt%がより好ましい。 The content of the organomolybdenum compound in the non-aqueous electrolyte is preferably 0.1 to 5.0 wt%, more preferably 0.5 to 2.0 wt% in order to improve charge / discharge cycle characteristics.
本発明において、非水電解液を構成する非水溶媒は、限定されるものではなく、一般に非水電解液二次電池の非水電解液に使用される非水溶媒が使用できる。例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、クロロエチレンカーボネート、スチレンカーボネート、カテコールカーボネート、1−フェニルビニレンカーボネート、1,2−ジフェニルビニレンカーボネート、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート、ジフルオロエチレンカーボネート、トリフルオロプロピレンカーボネート等の環状カーボネート、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、プロピオラクトン等の環状カルボン酸エステル、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、ジフェニルカーボネート等の鎖状カーボネート、酢酸メチル、酪酸メチル等の鎖状カルボン酸エステル、テトラヒドロフラン若しくはその誘導体、1,3−ジオキサン、ジメトキシエタン、ジエトキシエタン、メトキシエトキシエタン、メチルジグライム等のエーテル類、アセトニトリル、ベンゾニトリル等のニトリル類、ジオキサラン若しくはその誘導体等の単独又はそれら2種以上の混合物等を挙げることができる。特に、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート等の環状カーボネート及び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等の鎖状カーボネートを含有するものが好ましい。また、これらの非水溶媒は、任意の割合で混合して用いることができる。 In the present invention, the non-aqueous solvent constituting the non-aqueous electrolyte is not limited, and a non-aqueous solvent generally used for a non-aqueous electrolyte of a non-aqueous electrolyte secondary battery can be used. For example, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, chloroethylene carbonate, styrene carbonate, catechol carbonate, 1-phenyl vinylene carbonate, 1,2-diphenyl vinylene carbonate, vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, fluoroethylene carbonate, difluoroethylene carbonate, Cyclic carbonates such as trifluoropropylene carbonate, cyclic carboxylic acid esters such as γ-butyrolactone, γ-valerolactone, propiolactone, chain carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, diphenyl carbonate, methyl acetate, butyric acid Chain carboxylic acid ester such as methyl, tetrahydrofuran or Derivatives of 1,3-dioxane, dimethoxyethane, diethoxyethane, methoxyethoxyethane, methyl diglyme and other ethers, acetonitrile, benzonitrile and other nitriles, dioxalane or derivatives thereof alone or in combination of two or more thereof A mixture etc. can be mentioned. In particular, those containing cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate and fluoroethylene carbonate and chain carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate and ethyl methyl carbonate are preferred. Moreover, these non-aqueous solvents can be used by mixing at an arbitrary ratio.
本発明の非水電解液を構成する電解質塩(リチウム塩)は、限定されるものではなく、一般に非水電解液二次電池に使用される広電位領域において安定であるリチウム塩が使用できる。例えば、LiBF4、LiPF6、LiClO4、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2、LiN(CF3SO2)(C4F9SO2)、LiC(CF3SO2)3、LiC(C2F5SO2)3等が挙げられる。これらは単独で用いてもよく、2種以上混合して用いてもよい。 The electrolyte salt (lithium salt) constituting the non-aqueous electrolyte of the present invention is not limited, and lithium salts that are stable in a wide potential region generally used for non-aqueous electrolyte secondary batteries can be used. For example, LiBF 4 , LiPF 6 , LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) (C 4 F 9 SO 2 ), LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiC (C 2 F 5 SO 2 ) 3 and the like. These may be used alone or in combination of two or more.
非水電解液における電解質塩の濃度としては、優れた高率放電特性を有する非水電解液二次電池を確実に得るために、0.1mol/l〜5.0mol/lが好ましく、1.0mol/l〜2.0mol/lがより好ましい。 The concentration of the electrolyte salt in the non-aqueous electrolyte is preferably 0.1 mol / l to 5.0 mol / l in order to reliably obtain a non-aqueous electrolyte secondary battery having excellent high rate discharge characteristics. 0 mol / l to 2.0 mol / l is more preferable.
本発明の非水電解液二次電池を構成する正極に使用する正極活物質は、電気化学的にリチウムイオンを挿入・脱離可能なものであれば、特に制限はなく、一般に非水電解液二次電池の正極活物質に使用される正極活物質が使用できる。例えば、遷移金属酸化物、遷移金属硫化物、リチウム遷移金属複合酸化物、リチウム含有ポリアニオン金属複合化合物等が挙げられる。遷移金属酸化物としては、マンガン酸化物、鉄酸化物、銅酸化物、ニッケル酸化物、バナジウム酸化物、遷移金属硫化物としては、モリブデン硫化物、チタン硫化物等が挙げられる。リチウム遷移金属複合酸化物としては、リチウムマンガン複合酸化物、リチウムニッケル複合酸化物、リチウムコバルト複合酸化物、リチウムニッケルコバルト複合酸化物、リチウムニッケルマンガン複合酸化物、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物等が挙げられる。リチウム含有ポリアニオン金属複合化合物としては、リン酸鉄リチウム、リン酸コバルトリチウム等が挙げられる。さらに、ジスルフィド、ポリピロール、ポリアニリン、ポリパラスチレン、ポリアセチレン、ポリアセン系材料等の導電性高分子化合物、擬グラファイト構造炭素質材料等が挙げられる。中でもリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物が高容量の点から好ましい。 The positive electrode active material used for the positive electrode constituting the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is not particularly limited as long as it can electrochemically insert and desorb lithium ions, and is generally non-aqueous electrolyte. The positive electrode active material used for the positive electrode active material of a secondary battery can be used. Examples include transition metal oxides, transition metal sulfides, lithium transition metal composite oxides, lithium-containing polyanion metal composite compounds, and the like. Examples of the transition metal oxide include manganese oxide, iron oxide, copper oxide, nickel oxide, vanadium oxide, and examples of the transition metal sulfide include molybdenum sulfide and titanium sulfide. Examples of the lithium transition metal composite oxide include lithium manganese composite oxide, lithium nickel composite oxide, lithium cobalt composite oxide, lithium nickel cobalt composite oxide, lithium nickel manganese composite oxide, and lithium nickel cobalt manganese composite oxide. Can be mentioned. Examples of the lithium-containing polyanion metal composite compound include lithium iron phosphate and lithium cobalt phosphate. Further, conductive polymer compounds such as disulfide, polypyrrole, polyaniline, polyparastyrene, polyacetylene, and polyacene materials, pseudographite-structured carbonaceous materials, and the like can be given. Among these, lithium nickel cobalt manganese composite oxide is preferable from the viewpoint of high capacity.
正極集電体の材質としては特に制限は無く、公知のものを任意に用いることができる。具体例としては、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケルメッキ、チタン、タンタル等の金属材料、カーボンクロス、カーボンペーパー等の炭素質材料が挙げられる。中でも金属材料、特にアルミニウムが好ましい。 There is no restriction | limiting in particular as a material of a positive electrode electrical power collector, A well-known thing can be used arbitrarily. Specific examples include metal materials such as aluminum, stainless steel, nickel plating, titanium, and tantalum, and carbonaceous materials such as carbon cloth and carbon paper. Of these, metal materials, particularly aluminum, are preferred.
本発明の非水電解液二次電池を構成する負極に使用する負極活物質は、電気化学的にリチウムイオンを挿入・脱離可能なものであれば、特に制限はなく、炭素質材料、酸化錫や酸化ケイ素等の金属酸化物、金属複合酸化物、リチウム単体やリチウムアルミニウム合金等のリチウム合金、SnやSi等のリチウムと合金形成可能な金属等が挙げられる。炭素質材料としては、天然グラファイト、人造グラファイト、コークス類、難黒鉛化性炭素、低温焼成易黒鉛化性炭素、フラーレン、カーボンナノチューブ、カーボンブラック、活性炭等が挙げられる。これらは、1種を単独で用いても、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。中でも炭素質材料が安全性の点から好ましい。 The negative electrode active material used for the negative electrode constituting the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is not particularly limited as long as it can electrochemically insert and desorb lithium ions. Examples thereof include metal oxides such as tin and silicon oxide, metal composite oxides, lithium alloys such as lithium alone and lithium aluminum alloys, and metals that can form alloys with lithium such as Sn and Si. Examples of the carbonaceous material include natural graphite, artificial graphite, coke, non-graphitizable carbon, low-temperature calcinable graphitizable carbon, fullerene, carbon nanotube, carbon black, activated carbon and the like. These may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio. Among these, carbonaceous materials are preferable from the viewpoint of safety.
負極集電体としては、公知のものを任意に用いることができる。例えば、銅、ニッケル、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼等の金属材料が挙げられ、中でも銅が加工し易さとコストの点から好ましい。 Any known negative electrode current collector can be used. For example, metal materials such as copper, nickel, stainless steel, nickel-plated steel and the like can be mentioned. Among them, copper is preferable from the viewpoint of ease of processing and cost.
セパレータとしては、微多孔性膜や不織布等を、単独あるいは併用することが好ましい。セパレータを構成する材料としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン等に代表されるポリオレフィン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等に代表されるポリエステル系樹脂、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−パーフルオロビニルエーテル共重合体、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−フルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロアセトン共重合体、フッ化ビニリデン−エチレン共重合体、フッ化ビニリデン−プロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−トリフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−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、フッ化ビニリデン−エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体等を挙げることができる。中でもポリエチレン、ポリプロピレン等に代表されるポリオレフィン系樹脂を主成分とする微多孔性膜であることが好ましい。 As the separator, it is preferable to use a microporous membrane or a nonwoven fabric alone or in combination. Examples of the material constituting the separator include polyolefin resins typified by polyethylene and polypropylene, polyester resins typified by polyethylene terephthalate and polybutylene terephthalate, polyvinylidene fluoride, and vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer. , Vinylidene fluoride-perfluorovinyl ether copolymer, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-trifluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-fluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-hexafluoro Acetone copolymer, vinylidene fluoride-ethylene copolymer, vinylidene fluoride-propylene copolymer, vinylidene fluoride-trifluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-tetrafluoro Ethylene - hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride - ethylene - can be mentioned tetrafluoroethylene copolymer. Among these, a microporous film mainly composed of a polyolefin resin typified by polyethylene, polypropylene and the like is preferable.
その他の電池の構成要素としては、端子、絶縁板、電池ケース等があるが、これらの部品は従来用いられてきたものをそのまま用いて差し支えない。 Other battery components include a terminal, an insulating plate, a battery case, and the like, but these components may be used as they are.
本発明に係る非水電解液二次電池の形状については特に限定されるものではなく、円筒型電池、角型電池(矩形状の電池)、扁平型電池等が一例として挙げられる。本発明は、上記の非水電解液二次電池を複数備える蓄電装置としても実現することができる。蓄電装置の一実施形態を図2に示す。図2において、蓄電装置30は、複数の蓄電ユニット20を備えている。それぞれの蓄電ユニット20は、複数の非水電解液二次電池1を備えている。前記蓄電装置30は、電気自動車(EV)、ハイブリッド自動車(HEV)、プラグインハイブリッド自動車(PHEV)等の自動車用電源として搭載することができる。
The shape of the nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention is not particularly limited, and examples thereof include a cylindrical battery, a square battery (rectangular battery), a flat battery, and the like. The present invention can also be realized as a power storage device including a plurality of the above nonaqueous electrolyte secondary batteries. One embodiment of a power storage device is shown in FIG. In FIG. 2, the
以下、実施例及び比較例を用いて本発明を具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、これらの実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated concretely using an Example and a comparative example, this invention is not limited to these Examples, unless the summary is exceeded.
(実施例1)
1mol/LのLiPF6を含有するエチレンカーボネート(EC):エチルメチルカーボネート(EMC)がvol%で30:70の混合溶媒に、ヘキサカルボニルモリブデンを0.1wt%添加して、実施例1に係る非水電解液を作製した。ヘキサカルボニルモリブデンが完全に溶解した無色の溶液が得られた。
Example 1
Example 1 According to Example 1, 0.1 wt% of hexacarbonylmolybdenum was added to a mixed solvent of ethylene carbonate (EC): ethyl methyl carbonate (EMC) containing 1 mol / L LiPF 6 at a vol% of 30:70. A non-aqueous electrolyte was prepared. A colorless solution in which hexacarbonylmolybdenum was completely dissolved was obtained.
(実施例2)
1mol/LのLiPF6を含有するエチレンカーボネート(EC):エチルメチルカーボネート(EMC)がvol%で30:70の混合溶媒に、ヘキサカルボニルモリブデンを0.5wt%添加して、実施例2に係る非水電解液を作製した。ヘキサカルボニルモリブデンが完全に溶解した無色の溶液が得られた。
(Example 2)
Example 2 relates to Example 2 by adding 0.5 wt% of hexacarbonylmolybdenum to a mixed solvent of ethylene carbonate (EC): ethyl methyl carbonate (EMC) containing 1 mol / L LiPF 6 at a vol% of 30:70. A non-aqueous electrolyte was prepared. A colorless solution in which hexacarbonylmolybdenum was completely dissolved was obtained.
(実施例3)
1mol/LのLiPF6を含有するエチレンカーボネート(EC):エチルメチルカーボネート(EMC)がvol%で30:70の混合溶媒に、ヘキサカルボニルモリブデンを1.0wt%添加して、実施例3に係る非水電解液を作製した。ヘキサカルボニルモリブデンが完全に溶解した無色の溶液が得られた。
(Example 3)
Example 3 involves adding 1.0 wt% of hexacarbonylmolybdenum to a mixed solvent of ethylene carbonate (EC): ethyl methyl carbonate (EMC) containing 1 mol / L LiPF 6 at a vol% of 30:70. A non-aqueous electrolyte was prepared. A colorless solution in which hexacarbonylmolybdenum was completely dissolved was obtained.
(実施例4)
1mol/LのLiPF6を含有するエチレンカーボネート(EC):エチルメチルカーボネート(EMC)がvol%で30:70の混合溶媒に、ヘキサカルボニルモリブデンを2.0wt%添加して、実施例4に係る非水電解液を作製した。ヘキサカルボニルモリブデンがわずかに溶け残った無色の溶液が得られた。
Example 4
According to Example 4, ethylene carbonate (EC) containing 1 mol / L of LiPF 6 : ethyl methyl carbonate (EMC) is added in a mixed solvent of vol% 30:70 and 2.0 wt% of hexacarbonylmolybdenum. A non-aqueous electrolyte was prepared. A colorless solution was obtained in which the hexacarbonylmolybdenum remained slightly dissolved.
(実施例5)
1mol/LのLiPF6を含有するEC:EMCがvol%で30:70の混合溶媒に、ビス(アセチルアセトナト)モリブデンジオキシドを0.1wt%添加して、実施例5に係る非水電解液を作製した。ビス(アセチルアセトナト)モリブデンジオキシドが完全に溶解した黄色透明の溶液が得られた。
(Example 5)
Non-aqueous electrolyte according to Example 5 by adding 0.1 wt% of bis (acetylacetonato) molybdenum dioxide to a mixed solvent of EC: EMC containing 1 mol / L LiPF 6 and vol% of 30:70 Was made. A clear yellow solution in which bis (acetylacetonato) molybdenum dioxide was completely dissolved was obtained.
(実施例6)
1mol/LのLiPF6を含有するEC:EMCがvol%で30:70の混合溶媒に、ビス(アセチルアセトナト)モリブデンジオキシドを0.5wt%添加して、実施例6に係る非水電解液を作製した。ビス(アセチルアセトナト)モリブデンジオキシドが完全に溶解した黄色透明の溶液が得られた。
(Example 6)
Nonaqueous electrolyte according to Example 6 by adding 0.5 wt% of bis (acetylacetonato) molybdenum dioxide to a mixed solvent of EC: EMC containing 1 mol / L LiPF 6 and vol% of 30:70 Was made. A clear yellow solution in which bis (acetylacetonato) molybdenum dioxide was completely dissolved was obtained.
(実施例7)
1mol/LのLiPF6を含有するEC:EMCがvol%で30:70の混合溶媒に、ビス(アセチルアセトナト)モリブデンジオキシドを1.0wt%添加して、実施例7に係る非水電解液を作製した。ビス(アセチルアセトナト)モリブデンジオキシドが完全に溶解した黄色透明の溶液が得られた。
(Example 7)
Non-aqueous electrolyte according to Example 7 by adding 1.0 wt% of bis (acetylacetonato) molybdenum dioxide to a mixed solvent of EC: EMC containing 1 mol / L LiPF 6 and vol% of 30:70 Was made. A clear yellow solution in which bis (acetylacetonato) molybdenum dioxide was completely dissolved was obtained.
(実施例8)
1mol/LのLiPF6を含有するEC:EMCがvol%で30:70の混合溶媒に、ビス(アセチルアセトナト)モリブデンジオキシドを2.0wt%添加して、実施例8に係る非水電解液を作製した。ビス(アセチルアセトナト)モリブデンジオキシドが完全に溶解した黄色透明の溶液が得られた。
(Example 8)
Nonaqueous electrolyte according to Example 8 by adding 2.0 wt% of bis (acetylacetonato) molybdenum dioxide to a mixed solvent of EC: EMC containing 1 mol / L LiPF 6 and vol% of 30:70 Was made. A clear yellow solution in which bis (acetylacetonato) molybdenum dioxide was completely dissolved was obtained.
(比較例1)
ヘキサカルボニルモリブデンを添加していないこと以外は実施例3と同様にして、比較例1に係る非水電解液を作製した。
(Comparative Example 1)
A nonaqueous electrolytic solution according to Comparative Example 1 was produced in the same manner as in Example 3 except that hexacarbonylmolybdenum was not added.
(比較例2)
ヘキサカルボニルモリブデンの代わりに酸化モリブデンを添加したこと以外は実施例3と同様にして、比較例2に係る非水電解液を作製した。酸化モリブデンは完全には溶解しないで溶け残っていた。
(Comparative Example 2)
A nonaqueous electrolytic solution according to Comparative Example 2 was produced in the same manner as Example 3 except that molybdenum oxide was added instead of hexacarbonylmolybdenum. Molybdenum oxide was not completely dissolved but remained undissolved.
(比較例3)
ヘキサカルボニルモリブデンの代わりにモリブデン酸ジリチウムを添加したこと以外は実施例3と同様にして、比較例3に係る非水電解液を作製した。モリブデン酸ジリチウムは完全には溶解しないで溶け残っていた。
(Comparative Example 3)
A nonaqueous electrolytic solution according to Comparative Example 3 was produced in the same manner as in Example 3 except that dilithium molybdate was added instead of hexacarbonylmolybdenum. Dilithium molybdate did not completely dissolve but remained undissolved.
(比較例4)
ヘキサカルボニルモリブデンの代わりにモリブデン酸を添加したこと以外は実施例3と同様にして、比較例4に係る非水電解液を作製した。モリブデン酸は完全には溶解しないで溶け残っていた。
(Comparative Example 4)
A nonaqueous electrolytic solution according to Comparative Example 4 was produced in the same manner as in Example 3 except that molybdic acid was added instead of hexacarbonylmolybdenum. Molybdic acid was not completely dissolved but remained undissolved.
(比較例5)
ヘキサカルボニルモリブデンの代わりに2−エチルヘキサン酸モリブデンを添加したこと以外は実施例3と同様にして、比較例5に係る非水電解液を作製した。2−エチルヘキサン酸モリブデンが完全には溶解しないで溶け残った赤褐色の溶液が得られた。
(Comparative Example 5)
A nonaqueous electrolytic solution according to Comparative Example 5 was produced in the same manner as Example 3 except that molybdenum 2-ethylhexanoate was added instead of hexacarbonylmolybdenum. A reddish brown solution in which molybdenum 2-ethylhexanoate was not completely dissolved but remained undissolved was obtained.
(正極の作製)
正極活物質としてLiNi1/3Mn1/3Co1/3O2を用い、正極活物質:PVdF:AB=93:3:4(質量比)の合材を、正極活物質が単位電極面積あたり17mg/cm2含まれるようにAl箔上にコート後、プレスして正極を得た。
(Preparation of positive electrode)
LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 was used as the positive electrode active material, the positive electrode active material: PVdF: AB = 93: 3: 4 (mass ratio), and the positive electrode active material was unit electrode area After coating on an Al foil so as to contain 17 mg / cm 2 per piece, the resultant was pressed to obtain a positive electrode.
(3端子セルの作製)
上記のようにして作製した正極を作用極とし、Li金属を対極及び参照極として、作用極と対極が一定の間隔を空けて対向するように固定した。参照極は、作用極及び対極のいずれにも接触しないよう、一定の間隔を空けて固定した。次に、実施例3及び7、比較例1〜5に係る非水電解液を一定量入れたビーカー中に、作用極、対極及び参照極が完全に浸漬するように配置し、密閉することによって3端子セルを作製した。
(Production of 3-terminal cell)
The positive electrode produced as described above was used as a working electrode, Li metal was used as a counter electrode and a reference electrode, and the working electrode and the counter electrode were fixed so as to face each other with a certain interval. The reference electrode was fixed at a fixed interval so as not to contact either the working electrode or the counter electrode. Next, by placing and sealing the working electrode, the counter electrode, and the reference electrode in a beaker containing a certain amount of the non-aqueous electrolyte solution according to Examples 3 and 7 and Comparative Examples 1 to 5, and sealing it A three-terminal cell was produced.
(定電流充電試験)
上記のようにして作製した3端子セルを、6Vを作用極の上限電位として0.02CA(1CA=15mA)の電流を流し続けたときの電位変化を測定し、dQ/dVプロットにあらわした。定電流充電試験の結果を図3〜9に示す。
(Constant current charging test)
The three-terminal cell produced as described above was measured for potential change when a current of 0.02 CA (1 CA = 15 mA) was continuously applied with 6 V as the upper limit potential of the working electrode, and was represented in a dQ / dV plot. The results of the constant current charging test are shown in FIGS.
図3及び4に示すように、ヘキサカルボニルモリブデン及びビス(アセチルアセトナト)モリブデンジオキシドを添加した実施例3及び7の非水電解液を用いた電池では、定電流充電過程のdQ/dVプロットにおいて、正極電位4.2〜4.3V(vs.Li/Li+)付近にスケールオーバーしたピークが観察された。このプロットでピークが現れることは、定電流充電の充電曲線においてその電位付近に平坦部が現れることと対応する。また、図5に示すように、モリブデン化合物を添加しない比較例1の非水電解液を用いた電池では、定電流充電過程のdQ/dVプロットにおいて正極電位5.2〜5.3V(vs.Li/Li+)付近に同様のピークが観察される。従って、4.2〜4.3V(vs.Li/Li+)付近のピークは有機モリブデン化合物の分解によるものであり、5.2〜5.3V(vs.Li/Li+)付近のピークは非水電解液を構成する非水溶媒の分解によるものと考えられる。これに対して、図6〜9に示すように、無機モリブデン化合物や2−エチルヘキサン酸モリブデンを添加した比較例2〜5の非水電解液を用いた電池では、定電流充電過程のdQ/dVプロットにおいて正極電位4.2〜4.3V(vs.Li/Li+)付近にピークは観察されなかった。これらのデータより、実施例3及び7の非水電解液、即ち、LSV測定又は定電流充電を行ったときに正極電位4.2〜4.4V(vs.Li/Li+)の範囲に正極活物質への充電反応以外の酸化反応電流が観察される非水電解液に添加したヘキサカルボニルモリブデン及びビス(アセチルアセトナト)モリブデンジオキシド等の有機モリブデン化合物は、比較例2〜5の非水電解液に添加したモリブデン化合物と非水電解液中における挙動が異なることが推測される。 As shown in FIGS. 3 and 4, in the batteries using the non-aqueous electrolytes of Examples 3 and 7 to which hexacarbonylmolybdenum and bis (acetylacetonato) molybdenum dioxide were added, in the dQ / dV plot of the constant current charging process Further, a scale-over peak was observed in the vicinity of the positive electrode potential 4.2 to 4.3 V (vs. Li / Li + ). The appearance of a peak in this plot corresponds to the appearance of a flat portion in the vicinity of the potential in the charging curve for constant current charging. As shown in FIG. 5, in the battery using the non-aqueous electrolyte of Comparative Example 1 to which no molybdenum compound was added, the positive electrode potential was 5.2 to 5.3 V (vs. Similar peaks are observed in the vicinity of (Li / Li + ). Therefore, the peak in the vicinity of 4.2 to 4.3 V (vs. Li / Li + ) is due to the decomposition of the organomolybdenum compound, and the peak in the vicinity of 5.2 to 5.3 V (vs. Li / Li + ) is This is considered to be due to decomposition of the non-aqueous solvent constituting the non-aqueous electrolyte. On the other hand, as shown in FIGS. 6 to 9, in the battery using the non-aqueous electrolyte of Comparative Examples 2 to 5 to which an inorganic molybdenum compound or molybdenum 2-ethylhexanoate was added, the dQ / In the dV plot, no peak was observed near the positive electrode potential of 4.2 to 4.3 V (vs. Li / Li + ). From these data, the non-aqueous electrolytes of Examples 3 and 7, that is, when the positive electrode potential was in the range of positive electrode potential 4.2 to 4.4 V (vs. Li / Li +) when LSV measurement or constant current charging was performed. Organic molybdenum compounds such as hexacarbonylmolybdenum and bis (acetylacetonato) molybdenum dioxide added to the nonaqueous electrolytic solution in which an oxidation reaction current other than the charging reaction to the substance is observed are the nonaqueous electrolytic solutions of Comparative Examples 2-5 It is presumed that the behavior of the molybdenum compound added to the non-aqueous electrolyte is different.
(負極の作製)
負極活物質として黒鉛を用い、負極活物質:SBR:CMCが96.7:2.1:1.2(質量比)の合材を、負極活物質が単位電極面積あたり10mg/cm2含まれるようにCu箔上にコート後、プレスして負極を得た。
(Preparation of negative electrode)
Graphite is used as the negative electrode active material, and the negative electrode active material: SBR: CMC is a mixture of 96.7: 2.1: 1.2 (mass ratio), and the negative electrode active material is contained at 10 mg / cm 2 per unit electrode area. Thus, after coating on Cu foil, it pressed and obtained the negative electrode.
(非水電解液二次電池の作製)
上記のようにして作製した正極、負極を、ポリエチレンからなるセパレータを介して捲回して得た電極群2を電池容器3に挿入した。実施例1及び2、比較例1〜4に係る非水電解液を一次注液し、30分静置した後、0.2CA(1CA=800mA)の電流値で90分間予備充電し、1時間静置した。次に、二次注液した後、封口して非水電解液二次電池1を作製した。
(Preparation of non-aqueous electrolyte secondary battery)
The
(初期充放電)
上記のようにして作製した非水電解液二次電池について、温度25℃の下、以下の条件(1CA=800mA)で、2サイクルの初期充放電を行った。
1サイクル目について、充電は、電流0.2CA、電圧4.35V、終止時間8時間の定電流定電圧充電とし、放電は、電流0.2CA、終止電圧2.75Vの定電流放電とした。
2サイクル目について、充電は、電流1CA、電圧4.35V、終止時間3時間の定電流定電圧充電とし、放電は、電流1CA、終止電圧2.75Vの定電流放電とした。
(Initial charge / discharge)
About the non-aqueous-electrolyte secondary battery produced as mentioned above, initial charge / discharge of 2 cycles was performed on the following conditions (1CA = 800mA) under the temperature of 25 degreeC.
For the first cycle, the charging was a constant current and constant voltage charging with a current of 0.2 CA, a voltage of 4.35 V, and a termination time of 8 hours, and the discharging was a constant current discharging with a current of 0.2 CA and a termination voltage of 2.75 V.
For the second cycle, the charging was a constant current and constant voltage charging with a current of 1 CA, a voltage of 4.35 V, and a termination time of 3 hours, and the discharging was a constant current discharging with a current of 1 CA and a termination voltage of 2.75 V.
(充放電サイクル試験)
初期充放電後の非水電解液二次電池について、温度45℃の下、以下の条件(1CA=800mA)で、充放電サイクル試験を行った。
充電は、電流1CA、電圧4.35V、終止時間3時間の定電流定電圧充電とし、放電は、電流1CA、終止電圧2.75Vの定電流放電とした。
1サイクル目の放電容量に対するあるサイクルの放電容量の割合をそのサイクルの放電容量維持率とした。
(Charge / discharge cycle test)
The non-aqueous electrolyte secondary battery after the initial charge / discharge was subjected to a charge / discharge cycle test under the following conditions (1CA = 800 mA) at a temperature of 45 ° C.
Charging was performed at a constant current and constant voltage with a current of 1 CA and a voltage of 4.35 V, and a termination time of 3 hours, and discharging was performed at a constant current of a current of 1 CA and a termination voltage of 2.75 V.
The ratio of the discharge capacity of a certain cycle to the discharge capacity of the first cycle was defined as the discharge capacity maintenance rate of that cycle.
(電池厚みの測定)
初期充放電後の電池厚みと充放電サイクル試験100サイクル後の電池厚みをノギスを用いて測定した。
(Measurement of battery thickness)
The battery thickness after initial charge / discharge and the battery thickness after 100 charge / discharge cycle tests were measured using calipers.
充放電サイクル試験の結果を80サイクル後の放電容量維持率で比較して表1に示す。また、初期充放電後の電池厚みに対する100サイクル後の電池厚み増加率を、表2に示す。 The results of the charge / discharge cycle test are shown in Table 1 by comparing the discharge capacity retention rate after 80 cycles. Table 2 shows the battery thickness increase rate after 100 cycles with respect to the battery thickness after the initial charge / discharge.
表1より、本発明の有機モリブデン化合物を添加し、LSV測定又は定電流充電を行ったときに正極電位4.2〜4.4V(vs.Li/Li+)の範囲に正極活物質への充電反応以外の酸化反応電流が観察される非水電解液を用いた電池は、比較例に係るモリブデン化合物を添加した非水電解液を用いた電池(正極電位4.2〜4.4V(vs.Li/Li+)の範囲に正極活物質への充電反応以外の酸化反応電流が観察されない)と比較して、80サイクル後の放電容量維持率が高く、充放電サイクル特性が優れていることがわかる。
また、表2より、有機モリブデン化合物として、ヘキサカルボニルモリブデンを用いた場合には、充放電サイクル特性の改善に加えて、非水電解液二次電池の電池厚みの増加も抑制されていることがわかる。
From Table 1, when the organomolybdenum compound of the present invention was added and LSV measurement or constant current charging was performed, the positive electrode active material was within the positive electrode potential range of 4.2 to 4.4 V (vs. Li / Li + ). A battery using a non-aqueous electrolyte in which an oxidation reaction current other than the charging reaction is observed is a battery using a non-aqueous electrolyte to which a molybdenum compound according to a comparative example is added (positive electrode potential 4.2 to 4.4 V (vs. .Li / Li + ) oxidation reaction current other than the charge reaction to the positive electrode active material is not observed), and the discharge capacity retention rate after 80 cycles is high and the charge / discharge cycle characteristics are excellent. I understand.
Moreover, from Table 2, when hexacarbonylmolybdenum is used as the organic molybdenum compound, in addition to improving the charge / discharge cycle characteristics, an increase in the battery thickness of the non-aqueous electrolyte secondary battery is also suppressed. Recognize.
(符号の説明)
1 非水電解液二次電池
2 電極群
3 電池容器
4 正極端子
4’ 正極リード
5 負極端子
5’ 負極リード
20 蓄電ユニット
30 蓄電装置
(Explanation of symbols)
DESCRIPTION OF
本発明に係る非水電解液二次電池は、充放電サイクル特性が優れているので、電気自動車、ハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド自動車などの自動車用電源として有用である。 Since the non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention has excellent charge / discharge cycle characteristics, it is useful as a power source for vehicles such as electric vehicles, hybrid vehicles, and plug-in hybrid vehicles.
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