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JP2000223368A - Secondary power supply - Google Patents

Secondary power supply

Info

Publication number
JP2000223368A
JP2000223368A JP11023434A JP2343499A JP2000223368A JP 2000223368 A JP2000223368 A JP 2000223368A JP 11023434 A JP11023434 A JP 11023434A JP 2343499 A JP2343499 A JP 2343499A JP 2000223368 A JP2000223368 A JP 2000223368A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
negative electrode
secondary power
positive electrode
carbon material
power supply
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP11023434A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshio Fuchigami
寿雄 淵上
Isamu Kuruma
勇 車
Takeshi Morimoto
剛 森本
Manabu Tsushima
学 對馬
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AGC Inc
Original Assignee
Asahi Glass Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Asahi Glass Co Ltd filed Critical Asahi Glass Co Ltd
Priority to JP11023434A priority Critical patent/JP2000223368A/en
Publication of JP2000223368A publication Critical patent/JP2000223368A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a high withstanding voltage, a high capacity and a superior charging-discharging cycle reliability by comprising a positive electrode, a negative electrode contg. a C material capable of occluding and desorbing Li ions, and an org. electrolyte contg. a Li salt and a specified fluorinated alkylene carbonate. SOLUTION: This secondary power source has a positive electrode contg. active C, a negative electrode contg. a C material capable of occluding and desorbing Li ions, and an org. electrolyte contg. a Li salt and fluorinated alkylene carbonate represented by formula I (m=0, 1, 2, l=0, 1, 2 where m and l will not be 0 at the same time) or II (m'=0, 1, 2, l'=0, 1, 2 where m' and l' will not be 0 at the same time) as a solvent. The concn. of the fluorinated alkylene carbonate in the used solvent of the electrolyte is set at 0.5-80 wt.% and the thickness of the negative electrode facing via the separator is 7-70% of that of the positive electrode.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、耐電圧及び放電容
量が高く、充放電サイクル信頼性に優れる二次電源に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a secondary power supply having high withstand voltage and discharge capacity and having excellent charge / discharge cycle reliability.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の電気二重層キャパシタの電極に
は、正極、負極ともに活性炭を主体とする分極性電極が
使用されている。電気二重層キャパシタの耐電圧は、水
系電解液を使用すると1.2V、有機系電解液を使用す
ると2.5〜3.3Vである。電気二重層キャパシタの
エネルギは耐電圧の2乗に比例するので、耐電圧の高い
有機電解液の方が水系電解液より高エネルギである。し
かしながら、有機電解液を使用し、正極と負極がともに
活性炭を主体とする分極性電極である電気二重層キャパ
シタでは、そのエネルギ密度は鉛蓄電池等の二次電池の
1/10以下であり、さらなるエネルギ密度の向上が必
要とされている。
2. Description of the Related Art Polarizable electrodes mainly composed of activated carbon are used for both positive and negative electrodes of conventional electric double layer capacitors. The withstand voltage of the electric double layer capacitor is 1.2 V when an aqueous electrolyte is used, and 2.5 to 3.3 V when an organic electrolyte is used. Since the energy of the electric double layer capacitor is proportional to the square of the withstand voltage, the organic electrolyte having a higher withstand voltage has higher energy than the aqueous electrolyte. However, in an electric double layer capacitor that uses an organic electrolyte and in which both the positive electrode and the negative electrode are polarizable electrodes mainly composed of activated carbon, the energy density is 1/10 or less of a secondary battery such as a lead storage battery. There is a need for improved energy density.

【0003】これに対し、特開昭64−14882号に
は、活性炭を主体とする電極を正極とし、X線回折によ
る[002]面の面間隔が0.338〜0.356nm
である炭素材料にあらかじめリチウムイオンを吸蔵させ
た電極を負極とする上限電圧3Vの二次電源が提案され
ている。また、特開平8−107048号には、リチウ
ムイオンを吸蔵、脱離しうる炭素材料にあらかじめ化学
的方法又は電気化学的方法でリチウムイオンを吸蔵させ
た炭素材料を負極に用いる二次電源が提案されている。
さらに特開平9−55342号には、リチウムイオンを
吸蔵、脱離しうる炭素材料をリチウムと合金を形成しな
い多孔質金属の集電体に担持させる負極を有する、上限
電圧4Vの二次電源が提案されている。
On the other hand, Japanese Patent Application Laid-Open No. 64-14882 discloses that an electrode mainly composed of activated carbon is used as a positive electrode and the [002] plane is 0.338 to 0.356 nm by X-ray diffraction.
There has been proposed a secondary power supply having an upper limit voltage of 3 V using an electrode in which lithium ions are previously stored in a carbon material as a negative electrode. Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 8-107048 proposes a secondary power source in which a carbon material which can occlude and desorb lithium ions in advance by using a carbon material in which lithium ions are occluded by a chemical method or an electrochemical method is used for a negative electrode. ing.
Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-55342 proposes a secondary power supply having an upper limit voltage of 4 V, having a negative electrode in which a carbon material capable of absorbing and desorbing lithium ions is supported on a porous metal current collector that does not form an alloy with lithium. Have been.

【0004】正極に活性炭を用い、負極にリチウムイオ
ンを吸蔵、脱離しうる炭素材料を用いた二次電源は、従
来の正極、負極ともに活性炭を用いた電気二重層キャパ
シタに比較してより高電圧かつ高容量とすることができ
る。特に、この二次電源において負極にリチウムイオン
吸蔵脱離電位の卑な黒鉛系の炭素材料を用いると、より
高容量にすることができる。
A secondary power supply using activated carbon for the positive electrode and a carbon material capable of occluding and releasing lithium ions for the negative electrode has a higher voltage than conventional electric double layer capacitors using activated carbon for both the positive electrode and the negative electrode. In addition, the capacity can be increased. In particular, when a graphite-based carbon material having a low lithium ion occlusion / desorption potential is used for the negative electrode in the secondary power supply, the capacity can be further increased.

【0005】ところが、負極に用いる黒鉛系の炭素材料
の場合、1,3−ジオキソラン−2−オン(エチレンカ
ーボネート)を主溶媒とする電解液でなければリチウム
イオンを吸蔵、脱離できないのに対し、この1,3−ジ
オキソラン−2−オンを溶媒とする電解液は活性炭を用
いた正極に対しては高温における安定性が不充分である
と云う問題がある。
[0005] However, in the case of a graphite-based carbon material used for the negative electrode, lithium ions cannot be inserted or extracted unless an electrolyte containing 1,3-dioxolan-2-one (ethylene carbonate) as a main solvent is used. However, the electrolyte using 1,3-dioxolan-2-one as a solvent has a problem that the stability at a high temperature is insufficient for a positive electrode using activated carbon.

【0006】なお、大電流の充放電可能な二次電源に
は、電気二重層キャパシタや二次電源以外に、リチウム
イオン二次電池があり、リチウムイオン二次電池は電気
二重層キャパシタに比べて高電圧かつ高容量という性質
を有するが、抵抗が高く、急速充放電サイクルによる寿
命が電気二重層キャパシタに比べ著しく短いという問題
があった。
A secondary power supply capable of charging and discharging a large current includes a lithium ion secondary battery in addition to an electric double layer capacitor and a secondary power supply. Although it has the properties of high voltage and high capacity, it has a problem that the resistance is high and the life due to the rapid charge / discharge cycle is significantly shorter than that of the electric double layer capacitor.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、例えば正極
の活性炭に対しても、負極のリチウムイオンを吸蔵、離
脱できる炭素材料に対しても、電気化学的に安定な溶媒
を含む電解液を有することにより、急速充放電が可能
で、高耐電圧かつ高容量でエネルギ密度が高く、充放電
サイクル信頼性の高い二次電源を提供することを目的と
する。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides an electrolytic solution containing an electrochemically stable solvent, for example, with respect to activated carbon of a positive electrode and a carbon material capable of inserting and extracting lithium ions of an anode. It is an object of the present invention to provide a secondary power supply capable of rapid charge and discharge, high withstand voltage, high capacity, high energy density, and high charge / discharge cycle reliability.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明に従えば、正極
と、リチウムイオンを吸蔵、脱離しうる炭素材料を含む
負極と、リチウム塩及び式 (1) 〔化6〕または式
(2) 〔化7〕で表わされるフッ素化アルキレンカーボ
ネートを含む有機電解液と、を有することを特徴とする
二次電源、が提供される。
According to the present invention, a positive electrode, a negative electrode containing a carbon material capable of occluding and releasing lithium ions, a lithium salt and a compound represented by the formula (1)
(2) An organic electrolytic solution containing a fluorinated alkylene carbonate represented by the following formula (7):

【0009】[0009]

【化6】 Embedded image

【0010】[0010]

【化7】 Embedded image

【0011】また、本発明に従えば、リチウム塩及び式
(1) 〔化8〕または式 (2) 〔化9〕で表わされるフ
ッ素化アルキレンカーボネートを含んでなり、正極と、
リチウムイオンを吸蔵、脱離しうる炭素材料を含む負極
とを備えた二次電源に好適に使用される有機電解液、が
提供される。
Further, according to the present invention, a lithium salt and a compound represented by the formula
(1) comprising a fluorinated alkylene carbonate represented by the following formula (2) or (2):
Provided is an organic electrolyte suitably used for a secondary power supply, comprising: a negative electrode containing a carbon material capable of inserting and extracting lithium ions.

【0012】[0012]

【化8】 Embedded image

【0013】[0013]

【化9】 Embedded image

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】本発明においては、リチウムイオ
ンを吸蔵、離脱しうる炭素材料を主体とする負極と集電
体とを接合して一体化させたものを負極体と定義する。
負極体は非分極性電極を形成する。一方、正極体は分極
性電極を形成するものであって、好ましくは活性炭を含
む正極に同様に集電体を接合して一体化したものであ
る。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In the present invention, a negative electrode body is defined by joining and integrating a negative electrode mainly composed of a carbon material capable of occluding and releasing lithium ions and a current collector.
The negative electrode body forms a non-polarizable electrode. On the other hand, the positive electrode body forms a polarizable electrode, and is preferably formed by bonding a current collector to a positive electrode containing activated carbon similarly.

【0015】なお、広義には二次電池も電気二重層キャ
バシタも二次電源の一種であるが、本発明においては、
正極に好ましくは活性炭を含み、負極にリチウムイオン
を吸蔵、脱離しうる炭素材料を含む特定の構成の二次電
源を単に二次電源と称することにする。
In a broad sense, both the secondary battery and the electric double layer capacitor are a kind of secondary power supply.
A secondary power supply having a specific configuration in which the positive electrode preferably contains activated carbon and the negative electrode contains a carbon material capable of inserting and extracting lithium ions will be simply referred to as a secondary power supply.

【0016】本発明は、基本的に、好ましくは活性炭を
含む正極と、リチウムイオンを吸蔵、脱離しうる炭素材
料を含む負極と、リチウム塩を含む有機電解液と、を有
する二次電源であって、式 (1) または式 (2) であら
わされる分解電圧の高いフッ素化アルキレンカーボネー
トを有機電解液の溶媒として含有することを特徴とす
る。
The present invention basically relates to a secondary power supply having a positive electrode preferably containing activated carbon, a negative electrode containing a carbon material capable of absorbing and desorbing lithium ions, and an organic electrolyte containing a lithium salt. And a fluorinated alkylene carbonate having a high decomposition voltage represented by the formula (1) or (2) is contained as a solvent for the organic electrolytic solution.

【0017】このようなフッ素化アルキレンカーボネー
トとしては、4−フロロ−1,3−ジオキソラン−2−
オン、4,4−ジフロロ−1,3−ジオキソラン−2−
オン、4,4,5−トリフロロ−1,3−ジオキソラン
−2−オン、4,4,5,5−テトラフロロ−1,3−
ジオキソラン−2−オン等のフッ素化エチレンカーボネ
ート;4−メチル−4−フロロ−1,3−ジオキソラン
−2−オン、4−メチル−4,5ジフロロ−1,3−ジ
オキソラン−2−オン、4−メチル−5−フロロ−1,
3−ジオキソラン−2−オン、4−メチル−5,5−ジ
フロロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−メチル
−4,5,5−トリフロロ−1,3−ジオキソラン−2
−オン等のフッ素化プロピレンカーボネートが挙げられ
る。この中で最も好ましいものはモノフッ素化エチレン
カーボネートである4−フロロ−1,3−ジオキソラン
−2−オンである。なお、4位のメチル基の1〜3個が
さらにフッ素されていてもよい。
Such fluorinated alkylene carbonates include 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-
ON, 4,4-difluoro-1,3-dioxolan-2-
On, 4,4,5-trifluoro-1,3-dioxolan-2-one, 4,4,5,5-tetrafluoro-1,3-
Fluorinated ethylene carbonates such as dioxolan-2-one; 4-methyl-4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one, 4-methyl-4,5 difluoro-1,3-dioxolan-2-one, -Methyl-5-fluoro-1,
3-dioxolan-2-one, 4-methyl-5,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one, 4-methyl-4,5,5-trifluoro-1,3-dioxolan-2
And fluorinated propylene carbonate such as -one. Most preferred among these is 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one, which is a monofluorinated ethylene carbonate. In addition, 1 to 3 methyl groups at the 4-position may be further fluorinated.

【0018】本発明においては、少なくても上記フッ素
化アルキレンカーボネートの一種類を電解液の溶媒とし
て使用するが、これと共に1,3−ジオキソラン−2−
オン、4−メチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、
4−エチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,5
−ジメチル−1,3−ジオキソラン−2−オン等の環状
アルキレンカーボネート;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
アルキルカーボネート;スルホラン( テトラメチルスル
ホン )、1,2−ジメトキシエタン、ジメチルスルホキ
シド、N,N−ジメチルホルムアミド、γ−ブチロラク
トンからなる群より選択される一種または二種以上の溶
媒との混合溶媒として使用することができる。
In the present invention, at least one kind of the above fluorinated alkylene carbonate is used as a solvent for the electrolytic solution.
On, 4-methyl-1,3-dioxolan-2-one,
4-ethyl-1,3-dioxolan-2-one, 4,5
Cyclic alkylene carbonates such as -dimethyl-1,3-dioxolan-2-one; linear alkyl carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate and ethyl methyl carbonate; sulfolane (tetramethylsulfone), 1,2-dimethoxyethane, dimethylsulfoxide , N, N-dimethylformamide and γ-butyrolactone can be used as a mixed solvent with one or more solvents selected from the group consisting of:

【0019】電解液中の使用溶媒中でフッ素化アルキレ
ンカーボネートの濃度は0.5〜80重量%、好ましく
は10〜80重量%、より好ましくは20〜80重量
%、さらに好ましくは30〜80重量%以上である。
0.5重量%未満では、フッ素化アルキレンカーボネー
トを有機電解液に含ませる効果が小さく、80重量%を
超えると、使用温度が降下した場合の電解液の導電性の
低下が著しくなる。
The concentration of the fluorinated alkylene carbonate in the solvent used in the electrolytic solution is 0.5 to 80% by weight, preferably 10 to 80% by weight, more preferably 20 to 80% by weight, and further preferably 30 to 80% by weight. % Or more.
When the amount is less than 0.5% by weight, the effect of including the fluorinated alkylene carbonate in the organic electrolyte is small, and when the amount exceeds 80% by weight, the conductivity of the electrolyte decreases significantly when the use temperature decreases.

【0020】本発明における負極のリチウムイオンを吸
蔵、脱離しうる炭素材料としては、黒鉛系炭素材料、低
温焼成炭素材料、ハードカーボン等が挙げられるが、リ
チウムイオン吸蔵、脱離の電位が特に卑な黒鉛系炭素材
料が好ましい。
Examples of the carbon material capable of occluding and releasing lithium ions of the negative electrode according to the present invention include a graphite-based carbon material, a low-temperature calcined carbon material, and hard carbon, and the like. Preferred are graphite-based carbon materials.

【0021】本発明においては、式 (1) または (2)
で規定するフッ素化アルキレンカーボネートの一種類を
溶媒として使用することにより、他の特性を犠牲にする
ことなく溶媒の酸化分解電圧を上げることができ、二次
電源の酸化分解電位を高くしたものである。
In the present invention, the formula (1) or (2)
By using one kind of the fluorinated alkylene carbonate specified in the above as a solvent, the oxidative decomposition voltage of the solvent can be increased without sacrificing other characteristics, and the oxidative decomposition potential of the secondary power source is increased. is there.

【0022】この作用をより具体的に述べれば、フッ素
化アルキレンカーボネートを1,3−ジオキソラン−2
−オンに混合して使用した場合は、1,3−ジオキソラ
ン−2−オンのみの場合と比べ、活性炭を含む正極に対
しての高温における電圧印加に対する安定性が向上し、
かつ、負極の黒鉛系炭素材料にリチウムイオンを吸蔵、
脱離させるときの可逆容量を高められる。
More specifically, this effect is achieved by converting fluorinated alkylene carbonate to 1,3-dioxolane-2.
When used in combination with -on, the stability to voltage application at a high temperature to the positive electrode containing activated carbon is improved as compared with the case of using only 1,3-dioxolan-2-one,
And occlude lithium ions in the graphite-based carbon material of the negative electrode,
The reversible capacity at the time of desorption can be increased.

【0023】また、フッ素化アルキレンカーボネートを
4−メチル−1,3−ジオキソラン−2−オンに添加し
た溶媒を電解液として使用すると、負極に黒鉛系炭素材
料を使用した場合でも、負極での4−メチル−1,3−
ジオキソラン−2−オンの電気分解が抑制され、リチウ
ムイオンの吸蔵、脱離が効率よく行われる。
When a solvent obtained by adding a fluorinated alkylene carbonate to 4-methyl-1,3-dioxolan-2-one is used as an electrolytic solution, even when a graphite-based carbon material is used for the negative electrode, the amount of 4 -Methyl-1,3-
Electrolysis of dioxolan-2-one is suppressed, and occlusion and desorption of lithium ions are performed efficiently.

【0024】なお、4−フロロ−1,3−ジオキソラン
−2−オン、4,4−ジフロロ−1,3−ジオキソラン
−2−オン、4,4,5−トリフロロ−1,3−ジオキ
ソラン−2−オン、4,4,5,5−テトラフロロ−
1,3−ジオキソラン−2−オン等の所謂フッ素化エチ
レンカーボネートは活性炭を含む正極に対しても安定で
ある。
Incidentally, 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one, 4,4-difluoro-1,3-dioxolan-2-one, 4,4,5-trifluoro-1,3-dioxolan-2 -One, 4,4,5,5-tetrafluoro-
So-called fluorinated ethylene carbonate such as 1,3-dioxolan-2-one is also stable to a positive electrode containing activated carbon.

【0025】上記したように、従来、黒鉛系材料を含む
負極に対して、1,3−ジオキソラン−2−オンを主溶
媒とする電解液を使用すると、高効率でリチウムイオン
の吸蔵、脱離が可能であったが、この電解液は、活性炭
を含む正極に対しては高温での電圧印加における安定性
が不充分であった。
As described above, conventionally, when an electrolyte containing 1,3-dioxolan-2-one as a main solvent is used for a negative electrode containing a graphite-based material, lithium ions can be efficiently absorbed and desorbed. However, this electrolyte was insufficient in stability at a high temperature voltage application with respect to the positive electrode containing activated carbon.

【0026】一方、4−メチル−1,3−ジオキソラン
−2−オンは活性炭を含む正極の電圧印加に安定である
が、4−メチル−1,3−ジオキソラン−2−オンを主
溶媒とするリチウム塩を含む電解液中では、黒鉛系材料
にリチウムイオンを吸蔵させることが困難であった。こ
れは電気化学的方法で黒鉛系材料にリチウムイオンを吸
蔵させようとしても、また前記溶液を電解液として正極
を対向させ充電してリチウムイオンを吸蔵させようとし
ても、リチウム参照極に対する電位が約0.8Vの付近
で4−メチル−1,3−ジオキソラン−2−オンの電気
分解が起こるからである。
On the other hand, 4-methyl-1,3-dioxolan-2-one is stable when a voltage is applied to a positive electrode containing activated carbon, but uses 4-methyl-1,3-dioxolan-2-one as a main solvent. In an electrolyte containing a lithium salt, it has been difficult to cause the graphite-based material to occlude lithium ions. This is because the potential with respect to the lithium reference electrode is approximately equal to the case where the graphite material is made to occlude lithium ions by an electrochemical method, and the solution is made to absorb lithium ions by facing the positive electrode using the solution as an electrolytic solution and charging. This is because electrolysis of 4-methyl-1,3-dioxolan-2-one occurs around 0.8V.

【0027】本発明のフッ素化アルキレンカーボネート
を含む電解液を用いることにより、これらの問題点が好
適に解決される。なお、フッ素化エチレンカーボネート
を使用する場合は、その融点はエチレンカーボネートの
融点に比較して低い〔例えば、4−フロロ−1,3−ジ
オキソラン−2−オンの融点( 17℃ )は1,3−ジオ
キソラン−2−オンの融点(39℃)に比べて20℃ほ
ど低い〕ため、低温で使用できるが、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
ト等の低粘度の鎖状アルキルカーボネート等と混合して
使用するとさらに低温で使用できるので好ましい。この
意味で、フッ素化エチレンカーボネートは、4−メチル
−1,3−ジオキソラン−2−オンと混合して使用する
ことも好ましい態様である。
These problems can be suitably solved by using the electrolytic solution containing the fluorinated alkylene carbonate of the present invention. When fluorinated ethylene carbonate is used, its melting point is lower than that of ethylene carbonate [for example, the melting point (17 ° C.) of 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one is 1,3. −20 ° C. lower than the melting point (39 ° C.) of dioxolan-2-one], but can be used at low temperatures, but mixed with a low-viscosity linear alkyl carbonate such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, etc. It is preferable to use it because it can be used at a lower temperature. In this sense, it is also a preferable embodiment to use the fluorinated ethylene carbonate in a mixture with 4-methyl-1,3-dioxolan-2-one.

【0028】本発明の二次電源は、充電により電解液中
のアニオンが正極の活性炭等に吸着し、電解液中のリチ
ウムイオンは、負極のリチウムイオンを吸蔵、脱離しう
る炭素材料へ吸蔵される。そして放電により負極からリ
チウムイオンが脱離し、正極ではアニオンが脱着する。
すなわち、本発明の二次電源では充放電に電解液の溶質
が本質的に関与している。
In the secondary power supply of the present invention, the anions in the electrolyte are adsorbed to the activated carbon or the like of the positive electrode by charging, and the lithium ions in the electrolyte are stored in a carbon material capable of absorbing and desorbing the lithium ions of the negative electrode. You. Then, lithium ions are desorbed from the negative electrode by discharge, and anions are desorbed from the positive electrode.
That is, in the secondary power supply of the present invention, the solute of the electrolytic solution is essentially involved in charge and discharge.

【0029】これに対し、リチウムイオン二次電池にお
いては、通常正極はLiCoO2 やLiMn24 等の
リチウム含有遷移金属酸化物を主体とする電極、負極は
リチウムイオンを吸蔵、脱離しうる炭素材料を主体とす
る電極である。充電によりリチウムイオンが正極活物質
であるリチウム含有遷移金属酸化物から脱離し、負極の
リチウムイオンを吸蔵、脱離しうる炭素材料へ吸蔵さ
れ、放電により負極からリチウムイオンが脱離し、正極
にリチウムイオンが吸蔵される。すなわち、正極活物質
自体にリチウムイオンが吸蔵、脱離されるので充放電サ
イクルによる正極活物質の劣化が激しい。
On the other hand, in a lithium ion secondary battery, the positive electrode is usually made of an electrode mainly composed of a lithium-containing transition metal oxide such as LiCoO 2 or LiMn 2 O 4 , and the negative electrode is made of carbon that can occlude and desorb lithium ions. It is an electrode mainly composed of a material. Lithium ions are desorbed from the lithium-containing transition metal oxide, which is a positive electrode active material, by charge, and occluded in a carbon material capable of occluding and desorbing lithium ions on the negative electrode. Is occluded. That is, since lithium ions are absorbed and desorbed into and from the positive electrode active material itself, the positive electrode active material is significantly deteriorated due to charge / discharge cycles.

【0030】このように、本発明の二次電源において
は、リチウムイオン二次電池とは充放電の機構が異なっ
ており、リチウムイオン二次電池のように、正極活物質
自体にリチウムイオンが吸蔵、脱離することがなく、リ
チウムイオンの吸蔵、脱離にともなう正極の劣化がな
い。このため、本発明の二次電源は、充放電サイクルに
よる劣化が少なく、長期的信頼性に優れていると云う作
用効果を奏する。
As described above, in the secondary power supply of the present invention, the charging / discharging mechanism is different from that of the lithium ion secondary battery, and lithium ions are occluded in the positive electrode active material itself as in the lithium ion secondary battery. And does not desorb, and there is no deterioration of the positive electrode due to occlusion and desorption of lithium ions. For this reason, the secondary power supply of the present invention has an operation and effect that the deterioration due to the charge / discharge cycle is small and the long-term reliability is excellent.

【0031】本発明においては、負極の炭素材料には、
あらかじめ化学的方法又は電気化学的方法によりリチウ
ムイオンを吸蔵させてもよい。
In the present invention, the carbon material of the negative electrode includes:
Lithium ions may be stored in advance by a chemical method or an electrochemical method.

【0032】化学的方法としては、例えば負極炭素材料
とリチウム金属を接触させた状態で電解液又はそれ以外
のリチウム塩を溶解した有機溶媒中に浸漬し、加温して
リチウムをイオン化させて負極炭素材料に吸蔵させる方
法や、粉末状のリチウム金属を、リチウムイオンをイオ
ン化した状態で吸蔵、離脱しうる炭素材料と混合してお
く方法が採用できる。一方、電気化学的方法としては、
例えば負極炭素材料とリチウム金属をセパレータを介し
て対向させ、電解液中で定電流又は定電圧で前記負極炭
素材料を充電し、炭素材料にリチウムイオンをイオン化
した状態で取り込ませる方法が採用できる。
As a chemical method, for example, while the negative electrode carbon material is in contact with lithium metal, it is immersed in an electrolytic solution or another organic solvent in which a lithium salt is dissolved, and heated to ionize lithium to form a negative electrode. A method in which the carbon material is occluded, or a method in which powdery lithium metal is mixed with a carbon material which can be occluded or released while lithium ions are ionized, can be adopted. On the other hand, electrochemical methods include
For example, a method in which a negative electrode carbon material and a lithium metal are opposed via a separator, the negative electrode carbon material is charged at a constant current or a constant voltage in an electrolytic solution, and lithium ions are incorporated into the carbon material in a state of being ionized can be adopted.

【0033】本発明の二次電源においては、正極容量と
負極容量がほぼ等しくなるように成形すれば、負極の炭
素材料に上記のようにあらかじめ化学的方法又は電気化
学的方法によりリチウムイオンを吸蔵させなくても、二
次電源の充電だけで負極の電位を充分に卑にできる。通
常、負極容量は正極容量より大きいので、炭素材料を含
む負極の厚さが、正極の厚さより薄くなるように成形す
ることにより、正極容量と負極容量をほぼ等しくなるよ
うにすることが可能である。
In the secondary power supply of the present invention, if the positive electrode capacity and the negative electrode capacity are formed so as to be substantially equal, lithium ions are previously absorbed into the carbon material of the negative electrode by the chemical method or the electrochemical method as described above. Even without this, the potential of the negative electrode can be made sufficiently low only by charging the secondary power supply. Usually, since the negative electrode capacity is larger than the positive electrode capacity, it is possible to make the positive electrode capacity and the negative electrode capacity substantially equal by molding the negative electrode containing the carbon material so that the thickness of the negative electrode is smaller than the thickness of the positive electrode. is there.

【0034】これに対し、正極と負極の厚さを同程度と
すると、負極容量が正極容量より大きいため、二次電源
の充電では負極の電位が充分に卑にならず、負極にあら
かじめリチウムイオンを吸蔵しなくては高電圧の二次電
源にならない。具体的には、正極の厚さに対して、セパ
レータを介して対向する負極の厚さが、3〜80%、特
に7〜70%、さらに10〜60%、さらには15〜4
0%であることが好ましい。正極と負極の厚さの比がこ
の範囲であれば、上記したように、正極の容量と負極の
容量のバランスがとれ、高耐電圧の二次電源を構成でき
る。
On the other hand, when the thickness of the positive electrode and the thickness of the negative electrode are substantially the same, the negative electrode capacity is larger than the positive electrode capacity. Therefore, the potential of the negative electrode does not become sufficiently low when charging the secondary power supply. It does not become a high-voltage secondary power supply without absorbing ozone. Specifically, the thickness of the negative electrode opposed to the thickness of the positive electrode via the separator is 3 to 80%, particularly 7 to 70%, further 10 to 60%, and further 15 to 4%.
It is preferably 0%. When the thickness ratio between the positive electrode and the negative electrode is in this range, the capacity of the positive electrode and the capacity of the negative electrode are balanced as described above, and a secondary power supply with high withstand voltage can be configured.

【0035】正極の厚さは80〜250μm、特に10
0〜220μmであることが好ましい。80μm未満で
は二次電源の容量を充分大きくできず、また、250μ
mを超える場合は、充放電時に抵抗が上昇するため、急
速充放電するには実用的でない。
The thickness of the positive electrode is 80 to 250 μm, particularly 10
It is preferably from 0 to 220 μm. If the thickness is less than 80 μm, the capacity of the secondary power supply cannot be sufficiently increased.
If it exceeds m, the resistance increases during charging and discharging, and is not practical for rapid charging and discharging.

【0036】一方、負極の厚さは、具体的には10〜1
50μmが好ましい。10μm未満の厚さの負極は形成
するのが困難である。特に好ましくは、正極の厚さが1
00〜200μmであり、かつ、負極の厚さが15〜5
0μmである。
On the other hand, the thickness of the negative electrode is specifically 10 to 1
50 μm is preferred. A negative electrode having a thickness of less than 10 μm is difficult to form. Particularly preferably, the thickness of the positive electrode is 1
And the thickness of the negative electrode is 15 to 5 μm.
0 μm.

【0037】本発明の二次電源においては、正極及び負
極は集電体の片面に形成しても両面に形成してもよい
が、ここでいう正極及び負極の厚さとは、集電体の両面
に形成される場合でも集電体の片面に形成されている電
極層の厚さを意味するものとする。
In the secondary power supply of the present invention, the positive electrode and the negative electrode may be formed on one side or both sides of the current collector. Even when formed on both sides, it means the thickness of the electrode layer formed on one side of the current collector.

【0038】集電体としては、電気化学的または化学的
に耐蝕性のある導電体であればよく、正極に用いる集電
体としては、ステンレススチール、アルミニウム、チタ
ン、タンタル等が挙げられ、負極の集電体としてはリチ
ウムと反応しないステンレススチール、銅、ニッケル等
が挙げられる。
The current collector may be any conductor that is electrochemically or chemically resistant to corrosion. Examples of the current collector used for the positive electrode include stainless steel, aluminum, titanium, and tantalum. Examples of the current collector include stainless steel, copper, and nickel that do not react with lithium.

【0039】本発明において、正極に含まれる活性炭
は、比表面積が800〜3000m2/gであることが
好ましい。活性炭の原料、賦活条件は限定されないが、
例えば原料としてはやしがら、フェノール樹脂、石油コ
ークス等が挙げられ、賦活方法としては水蒸気賦活法、
溶融アルカリ賦活法等が挙げられる。特にやしがら又は
フェノール樹脂を原料として水蒸気賦活して得られる活
性炭が好ましい。
In the present invention, the activated carbon contained in the positive electrode preferably has a specific surface area of 800 to 3000 m 2 / g. Activated carbon raw materials and activation conditions are not limited,
For example, as raw materials, coconut, phenolic resin, petroleum coke, and the like can be mentioned. As the activation method, a steam activation method,
A molten alkali activation method and the like can be mentioned. Activated carbon obtained by activating steam from coconut or phenolic resin is particularly preferred.

【0040】正極の抵抗を低くするために、正極中に導
電材として導電性のカーボンブラック又は黒鉛を含ませ
ておくのも好ましい態様であり、その場合、導電材は正
極中に0.1〜20重量%含まれることが好ましい。
In order to reduce the resistance of the positive electrode, it is also a preferred embodiment to include conductive carbon black or graphite as a conductive material in the positive electrode. Preferably, it is contained at 20% by weight.

【0041】正極体の作製方法としては、例えば活性炭
粉末と導電材との混合物に、バインダとしてポリテトラ
フルオロエチレンを混合し、混練した後シート状に成形
して正極とし、これを集電体に導電性接着剤を用いて固
定する方法があげられる。また、ポリフッ化ビニリデ
ン、ポリアミドイミド、ポリイミド等をバインダとし、
これを有機溶媒に溶解したワニスに活性炭粉末と導電材
粉末とを分散させ、この液をドクターブレード法等によ
って集電体上に塗工し、乾燥する方法等があり、いずれ
も好ましい。正極中に含まれるバインダの量は、正極体
の強度と容量等の特性とのバランスから1〜20重量%
であることが好ましい。
As a method for producing a positive electrode body, for example, a mixture of activated carbon powder and a conductive material is mixed with polytetrafluoroethylene as a binder, kneaded and then formed into a sheet to form a positive electrode, which is used as a current collector. There is a method of fixing using a conductive adhesive. Further, polyvinylidene fluoride, polyamide imide, polyimide and the like as a binder,
There is a method in which activated carbon powder and conductive material powder are dispersed in a varnish obtained by dissolving this in an organic solvent, and this liquid is coated on a current collector by a doctor blade method or the like, and dried. The amount of the binder contained in the positive electrode is 1 to 20% by weight based on the balance between the strength of the positive electrode body and characteristics such as capacity.
It is preferred that

【0042】本発明において、負極におけるリチウムイ
オンを吸蔵、脱離しうる炭素材料は、X線回折による
[002]面の面間隔が0.335〜0.410nmで
あることが好ましい。この範囲のものであれば、リチウ
ムイオンを吸蔵、脱離しうる炭素材料として天然黒鉛、
人造黒鉛、石油コークス、メソフェーズピッチ系炭素材
料又は気相成長炭素繊維の熱処理温度を800〜300
0℃の間で変えた材料、難黒鉛性炭素材料などが、いず
れも好適に使用できる。なかでも、二次電源に特に使用
する場合、抵抗が低い点から、[002]面の面間隔が
0.335〜0.338nmである黒鉛系炭素材料が好
ましい。面間隔が、これよりあまり大きいものは、充放
電サイクルにおいて劣化が著しいため好ましくない。
In the present invention, the carbon material capable of inserting and extracting lithium ions in the negative electrode preferably has a [002] plane spacing of 0.335 to 0.410 nm as determined by X-ray diffraction. If it is in this range, natural graphite as a carbon material capable of occluding and desorbing lithium ions,
Heat treatment temperature of artificial graphite, petroleum coke, mesophase pitch-based carbon material or vapor grown carbon fiber is 800 to 300
Any of materials changed between 0 ° C. and non-graphitizable carbon materials can be suitably used. Among them, when used particularly for a secondary power supply, a graphite-based carbon material having a [002] plane spacing of 0.335 to 0.338 nm is preferable from the viewpoint of low resistance. If the surface spacing is much larger than this, the deterioration is remarkable in the charge / discharge cycle, which is not preferable.

【0043】上記黒鉛系炭素材料としては、具体的には
メソフェーズピッチ系炭素繊維、メソカーボンマイクロ
ビーズ、気相成長炭素材料を2800℃以上で熱処理し
た炭素材料、及び天然黒鉛等が挙げられる。
Specific examples of the graphite-based carbon material include mesophase pitch-based carbon fibers, mesocarbon microbeads, carbon materials obtained by heat-treating a vapor-grown carbon material at 2800 ° C. or higher, and natural graphite.

【0044】一方、本発明における負極体は、正極と同
様に、ポリテトラフルオロエチレンをバインダとして混
練してシート状に成形して負極を形成し、導電性接着剤
を用いて集電体に接着させて得ることができる。また、
ポリフッ化ビニリデン、ポリアミドイミド又はポリイミ
ド等をバインダとし、バインダとなる樹脂又はその前駆
体を有機溶媒に溶解させた溶液に前記炭素材料を分散さ
せ、集電体にドクターブレード等により塗工し、乾燥さ
せて得る方法もある。これらの方法はいずれも好まし
い。
On the other hand, similarly to the positive electrode, the negative electrode body of the present invention is kneaded with polytetrafluoroethylene as a binder, formed into a sheet, formed into a negative electrode, and adhered to the current collector using a conductive adhesive. Let me get it. Also,
Polyvinylidene fluoride, polyamide imide or polyimide and the like as a binder, the carbon material is dispersed in a solution in which a resin serving as a binder or a precursor thereof is dissolved in an organic solvent, applied to a current collector by a doctor blade or the like, and dried. There is also a way to get it. All of these methods are preferred.

【0045】集電体に前記溶液を塗工して負極体を得る
方法において、バインダとなる樹脂又はその前駆体を溶
解させる溶媒は特に限定されないが、バインダを構成す
る樹脂又はその前駆体を容易に溶解でき、入手も容易で
あることから、N−メチル−2−ピロリドン(以下、N
MPという)が好ましい。ここで、ポリフッ化ビニリデ
ンの前駆体、ポリアミドイミドの前駆体又はポリイミド
の前駆体とは、加熱することにより重合してそれぞれポ
リフッ化ビニリデン、ポリアミドイミド又はポリイミド
となるものをいう。溶媒としてはその他、ジメチルホル
ムアミド、トルエン、キシレン、メチルエチルケトン、
メチルイソブチルケトン、酢酸エチル等が使用可能であ
る。
In the method of obtaining the negative electrode body by applying the above solution to the current collector, the solvent for dissolving the resin serving as the binder or the precursor thereof is not particularly limited, but the resin constituting the binder or the precursor thereof is easily prepared. In N-methyl-2-pyrrolidone (hereinafter referred to as N-methyl-2-pyrrolidone).
MP) is preferred. Here, the precursor of polyvinylidene fluoride, the precursor of polyamideimide, or the precursor of polyimide refers to those which are polymerized by heating to be polyvinylidene fluoride, polyamideimide, or polyimide, respectively. Other solvents include dimethylformamide, toluene, xylene, methyl ethyl ketone,
Methyl isobutyl ketone, ethyl acetate and the like can be used.

【0046】上記のようにして得られるバインダは、加
熱することにより硬化し、耐薬品性、機械的性質、寸法
安定性に優れる電極体を形成することができる。熱処理
の温度は200℃以上であることが好ましい。200℃
以上であれば、ポリアミドイミドの前駆体又はポリイミ
ドの前駆体であっても通常重合して、それぞれポリアミ
ドイミド又はポリイミドとなる。熱処理する雰囲気は窒
素、アルゴン等の不活性雰囲気又は1torr以下の減
圧下が好ましい。なお、熱処理の代わりにUV照射して
硬化する技術を採用してもよい。ポリアミドイミド又は
ポリイミドは、本発明で使用される有機電解液に対する
耐性があり、また負極から水分を除去するために300
℃程度の高温加熱又は減圧下の加熱をしても充分耐性が
ある。
The binder obtained as described above is cured by heating to form an electrode body having excellent chemical resistance, mechanical properties and dimensional stability. The temperature of the heat treatment is preferably 200 ° C. or higher. 200 ° C
If it is the above, even if it is a precursor of a polyamideimide or a precursor of a polyimide, it usually polymerizes and becomes a polyamideimide or a polyimide, respectively. The atmosphere for the heat treatment is preferably an inert atmosphere such as nitrogen or argon or a reduced pressure of 1 torr or less. Instead of heat treatment, a technique of curing by irradiation with UV light may be adopted. Polyamide imide or polyimide is resistant to the organic electrolyte used in the present invention, and is used to remove water from the negative electrode.
It is sufficiently resistant to high-temperature heating of about ° C or heating under reduced pressure.

【0047】本発明において、負極と集電体を接合して
負極体とする場合、負極と集電体の間にポリアミドイミ
ド又はポリイミドからなる接着層を介在させると、負極
と集電体の接着力はより強固になる。この場合、あらか
じめ集電体にポリアミドイミド、ポリイミド又はこれら
の前駆体を溶剤に溶解させたワニスを、ドクターブレー
ド法等の塗工法で塗工し、乾燥して接着層を形成し、こ
の上に負極を形成することが好ましい。または、塗工し
た被膜が乾燥する前か半乾燥の状態で負極を積層し、こ
の状態で乾燥、重合硬化することも好ましい。
In the present invention, when the negative electrode and the current collector are joined to form a negative electrode body, if an adhesive layer made of polyamideimide or polyimide is interposed between the negative electrode and the current collector, the negative electrode and the current collector are bonded. The power becomes stronger. In this case, a varnish obtained by previously dissolving polyamideimide, polyimide or their precursors in a solvent on a current collector is applied by a coating method such as a doctor blade method, and dried to form an adhesive layer. It is preferable to form a negative electrode. Alternatively, it is also preferable that the negative electrode is laminated before the applied film is dried or in a semi-dry state, and then dried and polymerized and cured in this state.

【0048】なお、接着層を形成する場合、ワニスに銅
粉、銀粉、黒鉛粉等の導電材を分散させておくと、負極
と集電体との接触抵抗を低減できるので好ましい。この
導電材を含むワニスは、活性炭を含む層をシート状に成
形した場合において、活性炭層と集電体との間に導電性
接着剤として介在させることもできる。
When the adhesive layer is formed, it is preferable to disperse a conductive material such as copper powder, silver powder, and graphite powder in the varnish because the contact resistance between the negative electrode and the current collector can be reduced. The varnish containing the conductive material may be interposed as a conductive adhesive between the activated carbon layer and the current collector when the layer containing activated carbon is formed into a sheet.

【0049】本発明において、負極におけるリチウムイ
オンを吸蔵、脱離しうる炭素材料とバインダとの重量比
は70:30〜96:4が好ましい。バインダが30重
量%より多いと、負極容量が小さくなる。一方、バイン
ダが4重量%未満であると、バインダとしての効果が弱
くなり、負極と集電体との剥離が多くなる。
In the present invention, the weight ratio of the carbon material capable of occluding and releasing lithium ions and the binder in the negative electrode is preferably 70:30 to 96: 4. When the amount of the binder is more than 30% by weight, the capacity of the negative electrode becomes small. On the other hand, if the amount of the binder is less than 4% by weight, the effect as a binder is weakened, and the separation between the negative electrode and the current collector is increased.

【0050】本発明における有機電解液に含まれるリチ
ウム塩は、LiPF6 、LiBF4、LiClO4 、L
iN(SO2 CF32 、LiB( C654 、Li
49 SO3 、LiC817SO3 、LiB( C65
4 、CF3 SO3 Li、LiC(SO2 CF3
3 、LiAsF6 及びLiSbF6 からなる群から選ば
れる1種以上が好ましい。また、電解液中のリチウム塩
の濃度は0.1〜2.5mol/L、さらには0.5〜
2mol/Lが好ましい。
The lithium salt contained in the organic electrolyte according to the present invention includes LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , L
iN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiB (C 6 H 5 ) 4 , Li
C 4 F 9 SO 3 , LiC 8 F 17 SO 3 , LiB (C 6 F 5
) 4 , CF 3 SO 3 Li, LiC (SO 2 CF 3 )
3 , one or more selected from the group consisting of LiAsF 6 and LiSbF 6 is preferred. The concentration of the lithium salt in the electrolytic solution is 0.1 to 2.5 mol / L, and more preferably 0.5 to 2.5 mol / L.
2 mol / L is preferred.

【0051】[0051]

【実施例】次に、実施例( 例1〜3) と比較例(例4〜
5)により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明
はこれらにより限定されない。なお、例1〜5のセルの
作製及び測定は、すべて露点が−60℃以下のアルゴン
グローブボックス中で行った。
EXAMPLES Next, Examples (Examples 1 to 3) and Comparative Examples (Examples 4 to 5)
The present invention will be described more specifically with reference to 5), but the present invention is not limited thereto. The production and measurement of the cells of Examples 1 to 5 were all performed in an argon glove box having a dew point of −60 ° C. or less.

【0052】〔例1〕 (1) 正極体の形成 フェノール樹脂を原料として水蒸気賦活法によって得ら
れた比表面積2000m2 /gの活性炭80重量%、導
電性カーボンブラック10重量%、及びバインダとして
ポリテトラフルオロエチレン10重量%からなる混合物
をエタノールを加えて混練し、圧延した後、200℃で
2時間真空乾燥して厚さ150μmの電極シートを得
た。この電極シートから1cm×1cmの電極を得て、
ポリアミドイミドをバインダとする導電性接着剤を用い
て集電体としてのアルミニウム箔に接合し、減圧下で3
00℃で10時間熱処理し、正極体とした。
Example 1 (1) Formation of Positive Electrode Body 80% by weight of activated carbon having a specific surface area of 2,000 m 2 / g, 10% by weight of conductive carbon black obtained by a steam activation method using a phenol resin as a raw material, and poly as a binder A mixture consisting of 10% by weight of tetrafluoroethylene was kneaded with ethanol, rolled, and then vacuum dried at 200 ° C. for 2 hours to obtain an electrode sheet having a thickness of 150 μm. An electrode of 1 cm x 1 cm was obtained from this electrode sheet,
It is bonded to an aluminum foil as a current collector using a conductive adhesive having polyamideimide as a binder.
Heat treatment was performed at 00 ° C. for 10 hours to obtain a positive electrode body.

【0053】(2) 負極体の形成 次に、リチウムイオンを吸蔵、脱離しうる炭素材料とし
て[002]面の面間隔が0.338nmの黒鉛系炭素
材料を用い、ポリアミドイミドをNMPに溶解した溶液
に分散させて、銅からなる集電体に塗布して乾燥し、集
電体上に負極を形成した。負極中のリチウムイオンを吸
蔵、脱離しうる炭素材料とポリアミドイミドとは重量比
で9:1であった。これをさらにロールプレス機でプレ
スし、負極の面積を1cm×1cm、厚さを15μmと
し、減圧下で260℃で10時間熱処理し、負極体とし
た。
(2) Formation of Negative Electrode Body Next, a graphite-based carbon material having a [002] plane spacing of 0.338 nm was used as a carbon material capable of inserting and extracting lithium ions, and polyamideimide was dissolved in NMP. The resultant was dispersed in a solution, applied to a current collector made of copper, and dried to form a negative electrode on the current collector. The weight ratio of the carbon material capable of occluding and releasing lithium ions in the negative electrode and the polyamideimide was 9: 1. This was further pressed with a roll press machine to make the area of the negative electrode 1 cm × 1 cm and the thickness 15 μm, and heat-treated at 260 ° C. for 10 hours under reduced pressure to obtain a negative electrode body.

【0054】(3) 素子の形成 上記正極体と上記負極体とを、ポリプロピレン製セパレ
ータを介してそれぞれの電極面を対向させ、挟持板で挟
持して素子を作製した。プロピレンカーボネートと4−
フロロ−1,3−ジオキソラン−2−オンとの重量比が
4:1である混合溶媒を用い、LiBF4 を1mol/
Lの濃度で溶解した溶液を電解液とし、前記素子を充分
に含浸させて、4.2Vから3Vまでの範囲で初期容量
を測定した。その後、充放電電流10mA/cm2 で、
4.0Vから2.75Vまでの範囲で充放電サイクルを
行い、2000サイクル後の容量を測定し、容量の変化
率を算出した。結果を表1に示す。
(3) Formation of Element An element was produced by sandwiching the positive electrode body and the negative electrode body with their electrode surfaces facing each other via a polypropylene separator and sandwiching them with a sandwiching plate. Propylene carbonate and 4-
Using a mixed solvent having a weight ratio of 4: 1 to fluoro-1,3-dioxolan-2-one, LiBF 4 was added at 1 mol /
A solution dissolved at a concentration of L was used as an electrolytic solution, the element was sufficiently impregnated, and the initial capacity was measured in a range from 4.2 V to 3 V. Then, at a charge / discharge current of 10 mA / cm 2 ,
The charge / discharge cycle was performed in the range of 4.0 V to 2.75 V, the capacity after 2000 cycles was measured, and the rate of change of the capacity was calculated. Table 1 shows the results.

【0055】〔例2〕プロピレンカーボネートと4−フ
ロロ−1,3−ジオキソラン−2−オン( 重量比4:
1) の混合溶媒のかわりに4−フロロ−1,3−ジオキ
ソラン−2−オンとエチルメチルカーボネートと (重量
比1:1) の混合溶媒を用いた以外は例1と同様にして
二次電源を得て、例1と同様に評価した。結果を表1に
示す。
Example 2 Propylene carbonate and 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one (weight ratio 4:
A secondary power source was prepared in the same manner as in Example 1 except that a mixed solvent of 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one and ethyl methyl carbonate (weight ratio 1: 1) was used instead of the mixed solvent of 1). Was obtained and evaluated in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the results.

【0056】〔例3〕プロピレンカーボネートと4−フ
ロロ−1,3−ジオキソラン−2−オンとの重量比が
4:1のかわりに重量比が20:1である混合溶媒を用
いた以外は例1と同様にして二次電源を得て、例1と同
様に評価した。結果を表1に示す。
[Example 3] An example except that a mixed solvent of propylene carbonate and 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one having a weight ratio of 20: 1 instead of 4: 1 was used. A secondary power source was obtained in the same manner as in Example 1 and evaluated in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the results.

【0057】〔例4〕プロピレンカーボネートと4−フ
ロロ−1,3−ジオキソラン−2−オンとの重量比4:
1のかわりにプロピレンカーボネートのみを溶媒として
用いた以外は例1と同様にして二次電源を得て、例1と
同様に評価した。結果を表1に示す。
Example 4 Weight ratio of propylene carbonate to 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one 4:
A secondary power source was obtained in the same manner as in Example 1 except that only propylene carbonate was used as the solvent instead of 1, and the evaluation was performed in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the results.

【0058】〔例5〕4−フロロ−1,3−ジオキソラ
ン−2−オンとエチルメチルカーボネートとの( 重量比
1:1) 混合溶媒のかわりにエチレンカーボネートとエ
チルメチルカーボネートと (重量比1:1) の混合溶媒
を用いた以外は例2と同様にして二次電源を得て、例1
と同様に評価した。結果を表1に示す。
[Example 5] Instead of a mixed solvent of 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one and ethyl methyl carbonate (weight ratio 1: 1), ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate (weight ratio 1: A secondary power source was obtained in the same manner as in Example 2 except that the mixed solvent of 1) was used.
Was evaluated in the same way as Table 1 shows the results.

【0059】[0059]

【表1】 [Table 1]

【0060】[0060]

【発明の効果】本発明においては、充放電サイクルにお
いて正極に対しても負極に対しても安定なフッ素化アル
キレンカーボネートを含む電解液を使用するため、耐電
圧が高く、容量が大きくかつ急速充放電サイクル信頼性
の高い二次電源を提供することが可能である。
According to the present invention, since an electrolyte containing a fluorinated alkylene carbonate that is stable for both the positive electrode and the negative electrode in the charge / discharge cycle is used, the withstand voltage is high, the capacity is large, and rapid charging is performed. It is possible to provide a secondary power supply with high discharge cycle reliability.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01M 10/40 H01G 9/00 301A (72)発明者 森本 剛 神奈川県横浜市神奈川区羽沢町1150番地 旭硝子株式会社内 (72)発明者 對馬 学 神奈川県横浜市神奈川区羽沢町1150番地 旭硝子株式会社内 Fターム(参考) 5H003 AA02 AA04 BB01 BC01 BC06 BD00 BD03 BD04 5H014 AA01 AA06 EE01 EE08 HH00 HH01 HH06 HH08 5H029 AJ03 AJ05 AK08 AL06 AL07 AM03 AM04 AM05 AM07 DJ16 DJ17 EJ11 HJ00 HJ04 HJ13──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01M 10/40 H01G 9/00 301A (72) Inventor Go Morimoto 1150 Hazawacho, Kanagawa-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Asahi Glass (72) Inventor Manabu Tsushima 1150 Hazawa-cho, Kanagawa-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture F-term in Asahi Glass Co., Ltd. (Reference) AK08 AL06 AL07 AM03 AM04 AM05 AM07 DJ16 DJ17 EJ11 HJ00 HJ04 HJ13

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 正極と、リチウムイオンを吸蔵、脱離し
うる炭素材料を含む負極と、リチウム塩及び式 (1)
〔化1〕または式 (2) 〔化2〕で表わされるフッ素化
アルキレンカーボネートを含む有機電解液と、を有する
ことを特徴とする二次電源。 【化1】 【化2】
1. A positive electrode, a negative electrode containing a carbon material capable of inserting and extracting lithium ions, a lithium salt and a compound represented by the formula (1):
A secondary power source comprising: an organic electrolyte containing a fluorinated alkylene carbonate represented by the following formula (1) or (2). Embedded image Embedded image
【請求項2】 正極が活性炭を含むものである請求項1
記載の二次電源。
2. The method according to claim 1, wherein the positive electrode contains activated carbon.
The described secondary power supply.
【請求項3】 フッ素化アルキレンカーボネートが式
(3) 〔化3〕で表わされる4−フロロ−1,3−ジオ
キソラン−2−オンである請求項1または2記載の二次
電源。 【化3】
3. The fluorinated alkylene carbonate of the formula
(3) The secondary power source according to claim 1 or 2, which is 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one represented by the following formula (3). Embedded image
【請求項4】 電解液中のフッ素化アルキレンカーボネ
ートの濃度が、0.5〜80重量%である請求項1〜3
の何れかに記載の二次電源。
4. The electrolytic solution according to claim 1, wherein the concentration of the fluorinated alkylene carbonate is 0.5 to 80% by weight.
The secondary power supply according to any one of the above.
【請求項5】 炭素材料が、[002]面の面間隔が
0.335〜0.410nmのものである請求項1〜4
の何れかに記載の二次電源。
5. The carbon material has a [002] plane spacing of 0.335 to 0.410 nm.
The secondary power supply according to any one of the above.
【請求項6】 炭素材料に、あらかじめ化学的方法又は
電気化学的方法によりリチウムイオンが吸蔵されている
請求項1〜5の何れかに記載の二次電源。
6. The secondary power source according to claim 1, wherein lithium ions are previously stored in the carbon material by a chemical method or an electrochemical method.
【請求項7】 炭素材料を含む負極の厚さが、正極の厚
さの7〜70%である請求項1〜6の何れかに記載の二
次電源。
7. The secondary power supply according to claim 1, wherein the thickness of the negative electrode containing the carbon material is 7 to 70% of the thickness of the positive electrode.
【請求項8】 リチウム塩及び式 (1) 〔化4〕または
式 (2) 〔化5〕で表わされるフッ素化アルキレンカー
ボネートを含んでなり、正極と、リチウムイオンを吸
蔵、脱離しうる炭素材料を含む負極とを備えた二次電源
に好適に使用される有機電解液。 【化4】 【化5】
8. A carbon material comprising a lithium salt and a fluorinated alkylene carbonate represented by the formula (1) or (2) or (2), capable of occluding and releasing lithium ions. An organic electrolyte suitably used for a secondary power supply having a negative electrode containing: Embedded image Embedded image
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