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JP5672464B2 - Secondary battery and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description

本発明は、リチウムイオン電池やナトリウムイオン電池、電気二重層キャパシター、リチウムイオンキャパシター等に用いることのできる、耐食性に優れた集電体を含む二次電池及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a secondary battery including a current collector that has excellent corrosion resistance and can be used for a lithium ion battery, a sodium ion battery, an electric double layer capacitor, a lithium ion capacitor, and the like, and a method for manufacturing the same .

電池等の電気化学セルと外部との電子の出し入れを行なうために、導電性を有する集電体が電極に接触するようにして用いられている。例えば、リチウムイオン電池では、正極材料に接触する集電体としてアルミニウムからなる集電体、負極材料に接触する集電体としてニッケル等が用いられており、これらの集電体を介して充電や放電が行なわれる。また、高分子電解質燃料電池においては、金属からなるセパレータが集電体として機能し、外部へ電流を取り出している。   In order to take in and out electrons between an electrochemical cell such as a battery and the outside, a conductive current collector is used in contact with the electrode. For example, in a lithium ion battery, a current collector made of aluminum is used as a current collector in contact with a positive electrode material, and nickel or the like is used as a current collector in contact with a negative electrode material. Discharging occurs. In a polymer electrolyte fuel cell, a separator made of metal functions as a current collector and takes out current to the outside.

集電体は、過酷な腐食環境下に置かれることが多く(特に電気化学的な酸化反応が生じる正極(カソード)側の集電体においては厳しい腐食環境となる)、耐食性を有することが要求される。こうした集電体の耐食性の要求に応えるため、金属からなる集電体の表面に導電性を有する耐食性皮膜を形成することが行なわれている。例えば特許文献1では、アルミニウムからなる基板に導電性グラファイトからなる皮膜をスパッタリングで形成することによって導電性を有しつつ耐食性を高め、これを燃料電池用のセパレータとして用いることが提案されている。   Current collectors are often placed in harsh corrosive environments (especially the current collector on the positive electrode (cathode) side where an electrochemical oxidation reaction takes place), and must have corrosion resistance. Is done. In order to meet the corrosion resistance requirement of the current collector, a corrosion-resistant film having conductivity is formed on the surface of the current collector made of metal. For example, Patent Document 1 proposes that a coating made of conductive graphite is formed on a substrate made of aluminum by sputtering to improve the corrosion resistance while having conductivity, and this is used as a separator for a fuel cell.

特開2004−235091号公報JP 2004-235091 A 特開2007−265852号公報JP 2007-265852 A 特開2008−270092号公報JP 2008-270092 A 特開2003−109582号公報JP 2003-109582 A 特開2009−134988号公報JP 2009-134988 A 特開平11−111333号公報JP-A-11-111333 特開2004−179146号公報JP 2004-179146 A 特開平8−321312号公報JP-A-8-321312

表面技術 Vol.58,No.6, p337-341 (2007)Surface Technology Vol.58, No.6, p337-341 (2007)

しかし、電池には様々な電極活物質(例えばリチウムイオン電池におけるLiNiPOF、LiNiPO、LiCoPO、LiCoPOF等の正極活物質)が開発されており、電池の起電力がさらに大きくされている。このため、電池の充電時には、各電極に大きな分極電圧が印加されることとなり、電解質塩がLiTFSIやLiBETIなど、容易にフッ素化合物もしくフッ素と酸素の複合化合物を形成しない塩の場合は、集電材料のアルミニウム上でLiの充放電とは関係のない腐食電流が流れてしまうという問題が生じていた。 However, various electrode active materials (for example, positive electrode active materials such as Li 2 NiPO 4 F, LiNiPO 4 , LiCoPO 4 , and Li 2 CoPO 4 F in lithium ion batteries) have been developed for the battery, and the electromotive force of the battery is It is even bigger. Therefore, when the battery is charged, a large polarization voltage is applied to each electrode. If the electrolyte salt is a salt that does not easily form a fluorine compound or a complex compound of fluorine and oxygen, such as LiTFSI or LiBETI, There has been a problem that a corrosion current unrelated to charging / discharging of Li flows on aluminum as an electric material.

一方、電解質塩がLiBFやLiPFなど、容易にフッ素化合物もしくはAlOx/23−xで示されるフッ素と酸素の複合化合物を形成するような塩の場合は(非特許文献1参照)、電位の増加に応じてアルミニウムへの電子抵抗の大きい不動態皮膜の厚さが増加することになる。その結果、電子パスを形成している基板−導電助剤との接触域より不動態化が進み、電子パスが狭くなるため、オーミック過電圧が増加し、高出力化の妨げになる可能性が大きくなると懸念されている。 On the other hand, when the electrolyte salt is a salt that easily forms a fluorine compound or a compound compound of fluorine and oxygen represented by AlO x / 2 F 3-x , such as LiBF 4 or LiPF 6 (see Non-Patent Document 1). As the potential increases, the thickness of the passive film having a large electronic resistance to aluminum increases. As a result, the passivation progresses more than the contact area between the substrate and the conductive additive forming the electron path, and the electron path becomes narrow, so that there is a large possibility that the ohmic overvoltage increases and hinders high output. There are concerns.

本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであり、厳しい腐食環境下においても導電性を有し、かつ、優れた耐食性を示す集電体及び高電位で充電が行われる正極活物質を用いた電池であっても優れた耐食性を示す電池を提供することを解決すべき課題としている。   The present invention has been made in view of the above-described conventional circumstances, and has a current collector that exhibits conductivity and has excellent corrosion resistance even under severe corrosive environments, and a positive electrode active material that is charged at a high potential. It is a problem to be solved to provide a battery that exhibits excellent corrosion resistance even with a battery using the above.

第1発明の電池は、アルミニウム、ニッケル若しくはチタンを主要構成成分とする集電体基材又はオーステナイト系ステンレスからなる集電体基材の表面に、導電性ダイヤモンドライクカーボン、グラッシーカーボン、金及び白金のうちの一種又は二種以上からなる導電性の耐食性皮膜が形成された集電体と、
有機溶媒と、を備えた電池であって、
前記有機溶媒には、鎖式飽和炭化水素化合物の両末端にニトリル基が結合した鎖式飽和炭化水素ジニトリル化合物、鎖式エーテル化合物の末端の少なくとも一つにニトリル基が結合した鎖式エーテルニトリル化合物及びシアノ酢酸エステルのうち少なくとも一つのニトリル化合物と、環状カーボネート、環状エステル及び鎖状カーボネートのうち少なくとも一つと、が含まれていることを特徴とする。
The battery of the first invention has conductive diamond-like carbon, glassy carbon, gold and platinum on the surface of a current collector base material comprising aluminum, nickel or titanium as a main constituent or a current collector base material made of austenitic stainless steel. A current collector on which a conductive corrosion-resistant film made of one or more of these is formed;
A battery comprising an organic solvent,
The organic solvent includes a chain saturated hydrocarbon dinitrile compound in which a nitrile group is bonded to both ends of a chain saturated hydrocarbon compound, and a chain ether nitrile compound in which a nitrile group is bonded to at least one terminal of a chain ether compound. And at least one nitrile compound of cyanoacetate and at least one of cyclic carbonate, cyclic ester and chain carbonate.

第1発明の電池では、アルミニウム、ニッケル若しくはチタンを主要構成成分とする集電体基材又はオーステナイト系ステンレスからなる集電体基材の表面に、導電性ダイヤモンドライクカーボン、グラッシーカーボン、金及び白金のうちの一種又は二種以上からなる導電性の耐食性皮膜が形成された集電体を用いているため、集電体が優れた耐食性を示す。
また、電解液は、鎖式飽和炭化水素化合物の両末端にニトリル基が結合した鎖式飽和炭化水素ジニトリル化合物、鎖式エーテル化合物の末端の少なくとも一つにニトリル基が結合した鎖式エーテルニトリル化合物及びシアノ酢酸エステルのうち少なくとも一つのニトリル化合物と、環状カーボネート、環状エステル及び鎖状カーボネートのうち少なくとも一つと、が含まれている有機溶媒を含んでいる。このため、電極上や集電体上にニトリルを起源とする優れた耐食性皮膜が形成され、電解液に対して、さらに優れた耐食性を有する電池となる。
In the battery of the first invention, conductive diamond-like carbon, glassy carbon, gold and platinum are formed on the surface of a current collector base material mainly composed of aluminum, nickel or titanium or a current collector base material made of austenitic stainless steel. Since the current collector on which a conductive corrosion-resistant film made of one or more of them is formed is used, the current collector exhibits excellent corrosion resistance.
The electrolytic solution is a chain saturated hydrocarbon dinitrile compound in which a nitrile group is bonded to both ends of a chain saturated hydrocarbon compound, or a chain ether nitrile compound in which a nitrile group is bonded to at least one terminal of a chain ether compound. And an organic solvent containing at least one nitrile compound of cyanoacetate and at least one of cyclic carbonate, cyclic ester and chain carbonate. For this reason, the excellent corrosion-resistant film | membrane originating in a nitrile is formed on an electrode or an electrical power collector, and it becomes a battery which has the further outstanding corrosion resistance with respect to electrolyte solution.

本発明の集電体は、アルミニウム、ニッケル若しくはチタンを主要構成成分とする集電体基材又はオーステナイト系ステンレスからなる集電体基材の表面に、導電性ダイヤモンドライクカーボン、グラッシーカーボン、金及び白金のうちの一種又は二種以上からなる導電性の耐食性皮膜が形成された集電体であって、
前記該耐食性皮膜は欠陥が存在しており、該欠陥から露出する前記集電体基材の表面は、該集電体基材のフッ素化合物、酸素化合物、窒素化合物、炭素化合物、リン化合物、ホウ素化合物のうちの一種又は二種以上からなる不動態皮膜で覆われていることを特徴とする。
The current collector of the present invention has conductive diamond-like carbon, glassy carbon, gold and the like on the surface of a current collector base material comprising aluminum, nickel or titanium as a main constituent or a current collector base material made of austenitic stainless steel. A current collector on which a conductive corrosion-resistant film made of one or more of platinum is formed,
The corrosion-resistant film has defects, and the surface of the current collector substrate exposed from the defects is a fluorine compound, oxygen compound, nitrogen compound, carbon compound, phosphorus compound, boron of the current collector substrate. It is characterized by being covered with a passive film composed of one or more of the compounds.

本発明の集電体では、アルミニウム、ニッケル若しくはチタンを主要構成成分とする集電体基材又はオーステナイト系ステンレスからなる集電体基材が用いられている。ここで「アルミニウム、ニッケル若しくはチタンを主要構成成分とする」とはアルミニウム、ニッケル又はチタンが90質量%以上含まれている金属をいう。そして、集電体基材の表面には導電性ダイヤモンドライクカーボン、グラッシーカーボン、金及び白金のうちの一種又は二種以上からなる導電性の耐食性皮膜が形成されているため、電解質塩がLiTFSIやLiBETIなど、容易に耐食性を有するフッ素化合物もしくフッ素と酸素の複合化合物を形成しない塩の場合であっても、アルミニウムやニッケルやチタンやオーステナイト系ステンレスが剥き出しとなった集電体よりも、はるかに高い電子伝導性を有し、かつ、耐食性に優れた広い電位窓を有する集電体となる。   In the current collector of the present invention, a current collector base material mainly composed of aluminum, nickel or titanium or a current collector base material made of austenitic stainless steel is used. Here, “having aluminum, nickel, or titanium as a main constituent” refers to a metal containing 90% by mass or more of aluminum, nickel, or titanium. And since the electroconductive corrosion-resistant film which consists of 1 type or 2 types or more of electroconductive diamond-like carbon, glassy carbon, gold | metal | money, and platinum is formed in the surface of a collector base material, electrolyte salt is LiTFSI, Even in the case of a salt that does not easily form a complex compound of fluorine and oxygen, such as LiBETI, which is easily corrosion-resistant, it is far more than the current collector in which aluminum, nickel, titanium, or austenitic stainless steel is exposed. Therefore, the current collector has a wide potential window with high electron conductivity and excellent corrosion resistance.

また、耐食性皮膜に存在するに欠陥にから露出する集電体基材の表面が、該集電体基材のフッ素化合物、酸素化合物、窒素化合物、炭素化合物、リン化合物、ホウ素化合物のうちの一種又は二種以上からなる不動態皮膜で覆われているので、耐食性皮膜に存在する欠陥からの腐食の進行が、この不動態皮膜によって防止される。このため、導電性の耐食性皮膜に欠陥がない場合と同様に、単にアルミニウムやニッケルやチタンやオーステナイト系ステンレスからなる集電体よりも、はるかに高い導電性を有し、かつ、耐食性が優れた集電体となる。   In addition, the surface of the current collector base material that is exposed to a defect in the corrosion-resistant film is one of the fluorine compound, oxygen compound, nitrogen compound, carbon compound, phosphorus compound, and boron compound of the current collector base material. Or since it is covered with the passive film which consists of 2 or more types, the progress of the corrosion from the defect which exists in a corrosion-resistant film | membrane is prevented by this passive film. For this reason, it has much higher conductivity and excellent corrosion resistance than a current collector made of aluminum, nickel, titanium, or austenitic stainless steel, as in the case where there is no defect in the conductive corrosion-resistant film. It becomes a current collector.

オーステナイト系ステンレスとしては、日本工業規格で規定するSUS304、SUS316及びSUS306Lのうちの一種又は二種以上を用いることができる。   As the austenitic stainless steel, one or more of SUS304, SUS316 and SUS306L defined by Japanese Industrial Standards can be used.

一方、電解質塩がLiBFやLiPFなど、容易にフッ化物を形成するような塩の場合は、電位の増加に応じて、アルミニウム等に形成される電子抵抗の大きいフッ素化合物もしくフッ素と酸素の複合化合物からなる不動態皮膜の厚さが、増加することで、10V以上の高電位でも耐蝕性が確保できる。その背反としてフッ素化合物もしくフッ素と酸素の複合化合物からなる不動態皮膜部分の電子伝導性は低下するが、本発明の集電体では、集電体基材のほとんどの部分が導電性を有するダイヤモンドライクカーボン、グラッシーカーボン、金及び白金のうちの一種又は二種以上で覆われているため、集電体基材の不動態皮膜による電子伝導性の低下は、欠陥部分の極わずかな面積でのみ発生するだけである。従って、高電圧化しても電子伝導性の低下は無視できる程度となり、懸念されている高電圧化による出力低下は防ぐことが可能となる。 On the other hand, in the case where the electrolyte salt is a salt that easily forms a fluoride, such as LiBF 4 or LiPF 6 , a fluorine compound with high electronic resistance or fluorine and oxygen formed on aluminum or the like as the potential increases. By increasing the thickness of the passive film made of the composite compound, corrosion resistance can be secured even at a high potential of 10 V or higher. On the contrary, the electronic conductivity of the passive film portion made of a fluorine compound or a composite compound of fluorine and oxygen is lowered, but in the current collector of the present invention, most of the current collector base material has conductivity. Since it is covered with one or more of diamond-like carbon, glassy carbon, gold, and platinum, the decrease in electron conductivity due to the passive film on the current collector substrate is caused by a very small area of the defective portion. Only occurs. Therefore, even if the voltage is increased, the decrease in electron conductivity is negligible, and it is possible to prevent the decrease in output caused by the increased voltage.

本発明において導電性ダイヤモンドライクカーボンとは、ダイヤモンド結合(炭素同士のSP混成軌道結合)とグラファイト結合(炭素同士のSP混成軌道結合)の両方の結合が混在しているアモルファス構造をとるカーボンのうち、導電性が1000Ωcm以下のものをいう。ただし、アモルファス構造以外に、部分的にグラファイト構造からなる結晶構造(すなわちSP混成軌道結合からなる六方晶系結晶構造)からなる相を有し、これにより導電性が発揮されるものも含まれる。グラファイトとダイヤモンドの中間の性質を有するダイヤモンドライクカーボンは、成膜時にダイヤモンドライクカーボンを構成する炭素原子のSP混成軌道結合とSP混成軌道結合の比率を調整することで、導電性を調節することができる。また、カーボン以外の異種元素を微量元素置換することで、導電性と耐食性を調整することができる。異種元素の種類としては、Ti,Cr,Al,Fe,Ni,Cu,Ag,Mo,W,B、Si等が挙げられる。 In the present invention, the conductive diamond-like carbon is a carbon having an amorphous structure in which both diamond bonds (SP 3 hybrid orbital bonds between carbons) and graphite bonds (SP 2 hybrid orbital bonds between carbons) are mixed. Among them, the one whose conductivity is 1000 Ωcm or less. However, in addition to the amorphous structure, those having a phase composed of a crystal structure partially composed of a graphite structure (that is, a hexagonal crystal structure composed of SP 2 hybrid orbital bonds) and thereby exhibiting conductivity are also included. . Diamond-like carbon having properties intermediate between graphite and diamond adjusts the conductivity by adjusting the ratio of SP 2 hybrid orbital bonds and SP 3 hybrid orbital bonds of the carbon atoms constituting diamond-like carbon during film formation. be able to. In addition, the conductivity and corrosion resistance can be adjusted by substituting trace elements for different elements other than carbon. Examples of the different elements include Ti, Cr, Al, Fe, Ni, Cu, Ag, Mo, W, B, and Si.

上記のごとく、本発明の集電体は極めて耐食性に優れ、広い電位窓を有するため、充電電圧の高いリチウムイオン電池やナトリウムイオン電池等、電気二重層キャパシター、リチウムイオンキャパシター各種蓄電体の集電体として好適に用いることができる。   As described above, since the current collector of the present invention is extremely excellent in corrosion resistance and has a wide potential window, the current collectors of various electric storage devices such as lithium ion batteries and sodium ion batteries with high charging voltage, such as electric double layer capacitors and lithium ion capacitors. It can be suitably used as a body.

本発明の第2発明の電池は、アルミニウム、ニッケル若しくはチタンを主要構成成分とする集電体基材又はオーステナイト系ステンレスからなる集電体基材の表面に、導電性ダイヤモンドライクカーボン、グラッシーカーボン、金及び白金のうちの一種又は二種以上からなる導電性の耐食性皮膜が形成された集電体と、BFアニオンとPFアニオンとの少なくとも一方を有する電解質を含む電解液と、を備えたことを特徴とする。 The battery of the second invention of the present invention has a surface of a current collector base material comprising aluminum, nickel or titanium as a main component or a current collector base material made of austenitic stainless steel, conductive diamond-like carbon, glassy carbon, A current collector on which a conductive corrosion-resistant film made of one or more of gold and platinum is formed, and an electrolyte solution containing an electrolyte having at least one of BF 4 anion and PF 6 anion It is characterized by that.

本発明の第2発明の電池では、アルミニウム、ニッケル若しくはチタンを主要構成成分とする集電体基材又はオーステナイト系ステンレスからなる集電体基材の表面に、導電性ダイヤモンドライクカーボン、グラッシーカーボン、金及び白金のうちの一種又は二種以上からなる導電性の耐食性皮膜が形成された集電体を用いているため、集電体が優れた耐食性を示す。
さらには、電解質にBFアニオンとPFアニオンとの少なくとも一方を有するため、フッ素等を含む優れた耐食性皮膜が形成される。
In the battery according to the second aspect of the present invention, conductive diamond-like carbon, glassy carbon, Since the current collector on which a conductive corrosion-resistant film made of one or more of gold and platinum is formed is used, the current collector exhibits excellent corrosion resistance.
Furthermore, since the electrolyte has at least one of BF 4 anion and PF 6 anion, an excellent corrosion-resistant film containing fluorine or the like is formed.

本発明の第2発明の電池において、前記電解液は、鎖式飽和炭化水素化合物の両末端にニトリル基が結合した鎖式飽和炭化水素ジニトリル化合物、鎖式エーテル化合物の末端の少なくとも一つにニトリル基が結合した鎖式エーテルニトリル化合物及びシアノ酢酸エステルのうち少なくとも一つのニトリル化合物と、環状カーボネート、環状エステル及び鎖状カーボネートのうち少なくとも一つと、が含まれている有機溶媒を含んでもよい。こうであれば、電極上や集電体上にニトリルを起源とする優れた耐食性皮膜が形成され、電解液に対して、さらに優れた耐食性を有する電池となる。   In the battery of the second invention of the present invention, the electrolytic solution contains a chain saturated hydrocarbon dinitrile compound in which a nitrile group is bonded to both ends of the chain saturated hydrocarbon compound, and a nitrile at at least one terminal of the chain ether compound. An organic solvent containing at least one nitrile compound among a chain ether nitrile compound and a cyanoacetate group to which a group is bonded and at least one of a cyclic carbonate, a cyclic ester, and a chain carbonate may be included. If it is like this, the outstanding corrosion-resistant film | membrane originating in a nitrile will be formed on an electrode or an electrical power collector, and it will become a battery which has the further outstanding corrosion resistance with respect to electrolyte solution.

実施形態の集電体の作製方法を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the preparation methods of the electrical power collector of embodiment. 実施例1及び比較例1〜4の電極における電位と電流の関係を示すグラフである。なお、図面簡素化のため導電性ダイヤモンドライクカーボンを図中DLCと表記している。 It is a graph which shows the relationship between the electric potential in the electrode of Example 1 and Comparative Examples 1-4. For simplification of the drawing, the conductive diamond-like carbon is indicated as DLC in the figure. 実施例3及び比較例1,5、8の電極の電位走査後のXPSによる表面分析の結果を示すグラフである。なお、図面簡素化のため導電性ダイヤモンドライクカーボンを図中DLCと表記している。 It is a graph which shows the result of the surface analysis by XPS after the potential scan of the electrode of Example 3 and Comparative Examples 1, 5, and 8. For simplification of the drawing, the conductive diamond-like carbon is indicated as DLC in the figure. 実施例2及び比較例5〜7の電極における電位と電流の関係を示すグラフである。なお、図面簡素化のため導電性ダイヤモンドライクカーボンを図中DLCと表記している。 It is a graph which shows the relationship between the electric potential in the electrode of Example 2 and Comparative Examples 5-7, and an electric current. For simplification of the drawing, the conductive diamond-like carbon is indicated as DLC in the figure. 実施例3及び比較例8の電極における電位と電流の関係を示すグラフである。なお、図面簡素化のため導電性ダイヤモンドライクカーボンを図中DLCと表記している。 It is a graph which shows the relationship between the electric potential in the electrode of Example 3 and Comparative Example 8, and an electric current. For simplification of the drawing, the conductive diamond-like carbon is indicated as DLC in the figure. 実施例4及び比較例9の電極における電位と電流の関係を示すグラフである。なお、図面簡素化のため導電性ダイヤモンドライクカーボンを図中DLCと表記している。 It is a graph which shows the electric potential in the electrode of Example 4 and Comparative Example 9, and the relationship of an electric current. For simplification of the drawing, the conductive diamond-like carbon is indicated as DLC in the figure. 実施例5及び比較例10の電極における電位と電流の関係を示すグラフである。なお、図面簡素化のため導電性ダイヤモンドライクカーボンを図中DLCと表記している。 It is a graph which shows the relationship between the electric potential in the electrode of Example 5 and Comparative Example 10, and an electric current. For simplification of the drawing, the conductive diamond-like carbon is indicated as DLC in the figure. 実施例6及び比較例11の電極における電位と電流の関係を示すグラフである。なお、図面簡素化のため導電性ダイヤモンドライクカーボンを図中DLCと表記している。 It is a graph which shows the relationship between the electric potential in the electrode of Example 6 and Comparative Example 11, and an electric current. For simplification of the drawing, the conductive diamond-like carbon is indicated as DLC in the figure. 実施例7の電極における電位と電流の関係を示すグラフである。10 is a graph showing the relationship between potential and current in an electrode of Example 7. 実施例8及び比較例12〜20の電極における電位と電流の関係を示すグラフである。なお、図面簡素化のため導電性ダイヤモンドライクカーボンを図中DLCと表記している。 It is a graph which shows the relationship between the electric potential in the electrode of Example 8 and Comparative Examples 12-20, and an electric current. For simplification of the drawing, the conductive diamond-like carbon is indicated as DLC in the figure. 実施例9及び比較例21〜22の電極における電位と電流の関係を示すグラフである。なお、図面簡素化のため導電性ダイヤモンドライクカーボンを図中DLCと表記している。 It is a graph which shows the relationship between the electric potential in the electrode of Example 9 and Comparative Examples 21-22, and an electric current. For simplification of the drawing, the conductive diamond-like carbon is indicated as DLC in the figure. 実施例9の電極における電位と電流の関係を示すグラフである。10 is a graph showing the relationship between potential and current in an electrode of Example 9. 実施形態の集電体を用いたリチウムイオン電池の模式断面図である。It is a schematic cross section of a lithium ion battery using the current collector of the embodiment. 実施例1及び比較例1の電位−電流曲線である。2 is a potential-current curve of Example 1 and Comparative Example 1. FIG. 実施例2〜9及び比較例1の電位−電流曲線である。It is the electric potential-current curve of Examples 2-9 and Comparative Example 1. 比較例1の電位−電流曲線である。6 is a potential-current curve of Comparative Example 1. 実施例10〜17及び比較例2の電位−電流曲線である。It is an electric potential-current curve of Examples 10-17 and Comparative Example 2. 実施例18〜25及び比較例3の電位−電流曲線である。It is an electric potential-current curve of Examples 18-25 and Comparative Example 3. 実施例26〜31及び比較例4の電位−電流曲線である。It is an electric potential-current curve of Examples 26-31 and Comparative Example 4. 実施例32、33及び比較例5の電位−電流曲線である。It is an electric potential-current curve of Examples 32 and 33 and Comparative Example 5. 実施例34〜36及び比較例6の電位−電流曲線である。It is an electric potential-current curve of Examples 34-36 and Comparative Example 6. 実施例37〜39及び比較例7の電位−電流曲線である。It is an electric potential-current curve of Examples 37-39 and Comparative Example 7. 実施例41〜45及び比較例1の電位−電流曲線である。4 is a potential-current curve of Examples 41 to 45 and Comparative Example 1. FIG. 実施例45及び比較例8の電位−電流曲線である。10 is a potential-current curve of Example 45 and Comparative Example 8. FIG. 実施例46及び比較例8の電位−電流曲線である。It is an electric potential-current curve of Example 46 and Comparative Example 8. 実施例47及び比較例1の電位−電流曲線である。It is an electric potential-current curve of Example 47 and Comparative Example 1. エチレンカーボネート:ジメチルカーボネート=1:1とし、さらにセバコニトリルを所定量添加した混合溶媒における電位−電流曲線である。It is a potential-current curve in a mixed solvent in which ethylene carbonate: dimethyl carbonate = 1: 1 and a predetermined amount of sebacononitrile was added. 実施例41のリチウムイオン電池用電解液を用いたリチウム吸蔵放出の電位−電流曲線である。42 is a potential-current curve of lithium occlusion / release using the lithium ion battery electrolyte of Example 41. FIG.

(実施形態1)
図1に示すように、アルミニウムやニッケルやチタンやオーステナイト系ステンレス(例えばSUS304、SUS316、SUS306L等)からなる基材1を用意し、これに導電性ダイヤモンドライクカーボンからなる耐食性皮膜2を形成する。
(Embodiment 1)
As shown in FIG. 1, a base material 1 made of aluminum, nickel, titanium, or austenitic stainless steel (for example, SUS304, SUS316, SUS306L, etc.) is prepared, and a corrosion-resistant film 2 made of conductive diamond-like carbon is formed thereon.

導電性ダイヤモンドライクカーボン皮膜の形成方法としては特に限定はなく、例えば、CVD法、熱CVD、プラズマCVD(高周波、マイクロ波、直流等)、PVD法、真空蒸着法、イオンプレーティング(直流励起、高周波励起)法、スパッタ法(2極スパッタ、マグネトロンスパッタ、ECRスパッタ)、レーザーアブレーション法、イオンビームデポジション、イオン注入法等の手法を用いて形成することができる。 The method for forming the conductive diamond-like carbon film is not particularly limited. For example, CVD method, thermal CVD, plasma CVD (high frequency, microwave, direct current, etc.), PVD method, vacuum deposition method, ion plating (direct current excitation, It can be formed using techniques such as high frequency excitation), sputtering (bipolar sputtering, magnetron sputtering, ECR sputtering), laser ablation, ion beam deposition, and ion implantation.

プラズマCVD法及びPVD法について、さらに具体的な手法を示せば、次のようになる。
(1)プラズマCVD法による導電性ダイヤモンドライクカーボン膜の形成法
チャンバー内に集電体基材を置き、アセチレンなどの炭化水素ガスをチャンバー内に導入し、電磁誘導によりプラズマ化して、気相合成した炭化水素を集電体基材表面に蒸着する。この方法による導電性ダイヤモンドライクカーボン膜は、原料に水素が含まれるため、必ず水素が含まれる。この製法は集電体基材の温度をそれほど高くしなくてもよく、電極の配置により複雑形状でも均一に成膜しやすいこと、処理時間が比較的短いことなど工業的な利点が多い。
(2)PVD法による導電性ダイヤモンドライクカーボン膜の形成法
PVD法の一種であるスパッタリング法やイオンプレーティング法を用いることが好ましい。この方法は、黒鉛を真空中でイオンビームやアーク放電やグロー放電等にさらし、スパッタ現象によって飛び出した炭素原子を集電体基材に付着させる方法である。
A more specific method for the plasma CVD method and the PVD method is as follows.
(1) Method of forming a conductive diamond-like carbon film by plasma CVD method A current collector base is placed in a chamber, a hydrocarbon gas such as acetylene is introduced into the chamber, and plasma is generated by electromagnetic induction to generate a gas phase. The deposited hydrocarbon is deposited on the surface of the current collector substrate. The conductive diamond-like carbon film produced by this method always contains hydrogen because it contains hydrogen. This manufacturing method has many industrial advantages such as that the temperature of the current collector base material does not need to be so high, and it is easy to form a uniform film even in a complicated shape by the arrangement of electrodes, and the processing time is relatively short.
(2) Method of forming conductive diamond-like carbon film by PVD method It is preferable to use a sputtering method or an ion plating method which is a kind of PVD method. This method is a method in which graphite is exposed to an ion beam, an arc discharge, a glow discharge, or the like in a vacuum, and carbon atoms ejected by a sputtering phenomenon are attached to a current collector substrate.

そしてさらに、導電性の耐食性皮膜2に存在する欠陥3から露出する集電体基材1の表面をフッ素化合物、酸素化合物、窒素化合物、炭素化合物及びリン化合物のうちの一種又は二種以上からなる不動態皮膜4で覆う。例えば、リチウムイオン電池の電解液中でアルミニウムを高電位で処理すると、不動態皮膜が形成されることが知られており(2000年電気化学会. 秋季大会講演要旨集,p.17(2000))、表面技術Vol.58,No.6, p337-341(2007))、この現象を利用すれば、耐食性皮膜の欠陥に不動態皮膜4を形成させることができる。すなわち、導電性の耐食性皮膜2が形成された集電体基材1を、リチウムイオン電池の電解質として用いられているLiPFやLiBFやLiClOの環状カーボネート及び/又は鎖状カーボネート溶液に浸し、充電に必要な電位(より望ましくは、参照電極(Li/Li)に対して6V〜7V程度の電位)にすればよい。アルミニウムの場合は導電性の耐食性皮膜2に存在する欠陥3で酸化され、塩がLiPFやLiBFの場合は、フッ素化合物もしくフッ素と酸素の複合化合物からなる不動態皮膜4が形成され、塩がLiClOの場合は、酸素化合物が形成される。こうして、本発明の集電体が得られる。 Further, the surface of the current collector substrate 1 exposed from the defects 3 present in the conductive corrosion-resistant film 2 is made of one or more of fluorine compounds, oxygen compounds, nitrogen compounds, carbon compounds and phosphorus compounds. Cover with passive film 4. For example, it is known that a passive film is formed when aluminum is treated at high potential in the electrolyte of a lithium ion battery (2000 Electrochemical Society. Abstracts of Autumn Meeting, p.17 (2000) ), Surface technology Vol.58, No.6, p337-341 (2007)), this phenomenon can be used to form the passive film 4 on the defects of the corrosion-resistant film. That is, the current collector base material 1 on which the conductive corrosion-resistant film 2 is formed is immersed in a cyclic carbonate and / or chain carbonate solution of LiPF 6 , LiBF 4, or LiClO 4 used as an electrolyte of a lithium ion battery. And a potential required for charging (more desirably, a potential of about 6 V to 7 V with respect to the reference electrode (Li / Li + )). In the case of aluminum, it is oxidized by defects 3 present in the conductive corrosion-resistant film 2, and when the salt is LiPF 6 or LiBF 4, a passive film 4 made of a fluorine compound or a composite compound of fluorine and oxygen is formed. When the salt is LiClO 4 , an oxygen compound is formed. Thus, the current collector of the present invention is obtained.

(実施形態2)
実施形態1における導電性ダイヤモンドライクカーボンからなる耐食性皮膜の替わりに、グラッシーカーボンからなる導電性の耐食性皮膜を用いることもできる。このような耐食性皮膜は、例えば特開平11−4377号公報に記載の方法によって形成することができる。すなわち、チタン等の金属からなる集電体基材をメタン、エタン、プロパンなどの炭化水素系ガスを含有する0.1〜30torr、400〜1100℃の雰囲気内でプラズマ熱処理する。これにより、集電体基材表面にガラス状カーボン皮膜が形成される。
(Embodiment 2)
Instead of the corrosion-resistant film made of conductive diamond-like carbon in Embodiment 1, a conductive corrosion-resistant film made of glassy carbon can also be used. Such a corrosion-resistant film can be formed, for example, by the method described in JP-A-11-4377. That is, the current collector base material made of a metal such as titanium is subjected to plasma heat treatment in an atmosphere of 0.1 to 30 torr and 400 to 1100 ° C. containing a hydrocarbon gas such as methane, ethane, or propane. Thereby, a glassy carbon film is formed on the surface of the current collector substrate.

(実施形態3)
実施形態1における導電性ダイヤモンドライクカーボンからなる耐食性皮膜の替わりに、金や白金からなる導電性の耐食性皮膜を用いることもできる。この場合には、PVD装置にターゲット電極として金や白金を設け、チャンバー内に集電体基材を置いて装置内を排気した後、イオン源となるガスを僅かに導入し、集電体基材に高負電圧を付与しつつ、放電を行う。これにより、イオン化した導入ガスは電圧により加速されてターゲット電極に衝突し、スパッタリング現象が生ずる。こうしてスパッタされた金や白金の粒子が集電体基材の表面に付着し、導電性の耐食性皮膜を形成することができる。
(Embodiment 3)
Instead of the corrosion-resistant film made of conductive diamond-like carbon in Embodiment 1, a conductive corrosion-resistant film made of gold or platinum can also be used. In this case, the PVD apparatus is provided with gold or platinum as a target electrode, a current collector base is placed in the chamber and the apparatus is evacuated. Discharge is performed while applying a high negative voltage to the material. As a result, the ionized introduced gas is accelerated by the voltage and collides with the target electrode, causing a sputtering phenomenon. The sputtered gold or platinum particles adhere to the surface of the current collector substrate, and a conductive corrosion-resistant film can be formed.

以下本発明の集電体の発明の実施例について比較例と比較しつつ述べる。
(実施例1)
実施例1では、プラズマCVD法によってアルミニウム電極の表面に導電性のダイヤモンドライクカーボン皮膜を形成した電極を作製し、リチウムイオン電池用電解液中で電位走査し、電位−電流曲線を測定した。電解液は次のように調製した。すなわち、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとセバコニトリルとを質量比で25:25:50となるように混合液を調製し、さらにLiPFを1mol/Lとなるように溶解した溶液を電解液とし、三極式電解セル容器に入れた。
Examples of the current collector of the present invention will be described below in comparison with comparative examples.
Example 1
In Example 1, an electrode in which a conductive diamond-like carbon film was formed on the surface of an aluminum electrode by plasma CVD was prepared, and the potential was scanned in an electrolyte for a lithium ion battery, and a potential-current curve was measured. The electrolytic solution was prepared as follows. That is, a mixed solution was prepared so that ethylene carbonate, dimethyl carbonate, and sebaconitrile were in a mass ratio of 25:25:50, and a solution in which LiPF 6 was dissolved so as to be 1 mol / L was used as an electrolytic solution. Placed in an electrolytic cell container.

電気化学的測定は、作用極として電極(面積0.5cm)、対極として白金網、参照電極としてLi金属を用いた。測定は、参照極に対し3V〜8Vの間を3回スキャンさせ、電位−電流曲線を測定した。掃引速度は5mV/secとした。 In the electrochemical measurement, an electrode (area 0.5 cm 2 ) was used as a working electrode, a platinum mesh was used as a counter electrode, and Li metal was used as a reference electrode. The measurement was performed by scanning the reference electrode three times between 3V and 8V, and measuring the potential-current curve. The sweep speed was 5 mV / sec.

(比較例1)
比較例1では、アルミニウム基板に対して、実施例1と同様にリチウムイオン電池用電解液中で電位走査し、電位−電流曲線を測定した。さらには、電位走査を終えたアルミニウム電極について、XPSによる表面分析を行った。
(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, the aluminum substrate was subjected to potential scanning in the electrolytic solution for lithium ion batteries in the same manner as in Example 1, and a potential-current curve was measured. Furthermore, the surface analysis by XPS was performed about the aluminum electrode which finished the potential scan.

(比較例2)
比較例では、金電極に対して、実施例1と同様にリチウムイオン電池用電解液中で電位走査して電位−電流曲線を測定した。
(Comparative Example 2)
In Comparative Example 2 , a potential-current curve was measured by scanning the potential of the gold electrode in the electrolyte for a lithium ion battery in the same manner as in Example 1.

(比較例3)
比較例3では、白金電極に対して、実施例1と同様にリチウムイオン電池用電解液中で電位走査して電位−電流曲線を測定した。
(Comparative Example 3)
In Comparative Example 3, a potential-current curve was measured by scanning the potential of the platinum electrode in the electrolyte for a lithium ion battery in the same manner as in Example 1.

(比較例4)
比較例4では、グラッシーカーボン電極に対して、実施例1と同様にリチウムイオン電池用電解液中で電位走査して電位−電流曲線を測定した。
(Comparative Example 4)
In Comparative Example 4, the potential-current curve was measured by scanning the potential of the glassy carbon electrode in the lithium ion battery electrolyte as in Example 1.

<評 価>
結果を図2に示す。比較例1の電極(アルミニウム電極)の第1回目の掃引では4V位から酸化電流が流れ始め、電位が高くなるにつれて大きな酸化電流が流れたが、第2回目の掃引では、酸化電流はほとんど流れなかった。また、XPSの測定では、図3(c)に示すように、アルミニウムの表面にフッ素化合物、酸素化合物、窒素化合物、炭素化合物及びリン化合物が存在しており、比較例1の電極(アルミニウム電極)では、第1回目の掃引でこれらの化合物からなる不動態皮膜が形成されることが分かった。
<Evaluation>
The results are shown in FIG. In the first sweep of the electrode (aluminum electrode) of Comparative Example 1, an oxidation current began to flow from about 4 V, and a large oxidation current flowed as the potential increased. However, in the second sweep, the oxidation current almost flowed. There wasn't. In XPS measurement, as shown in FIG. 3C, a fluorine compound, an oxygen compound, a nitrogen compound, a carbon compound, and a phosphorus compound are present on the surface of aluminum, and the electrode of Comparative Example 1 (aluminum electrode). Then, it turned out that the passive film which consists of these compounds is formed by the 1st sweep.

これに対して、アルミニウム電極に導電性ダイヤモンドライクカーボンからなる皮膜を形成した実施例1の電極では、最初のスキャンにおいても6.4V位まではほとんど電流が流れず、7.2Vにおいても50μA程度と小さく、2回目以降も同様に優れた耐食性を示すことが分かった。また、比較例2(金電極)、比較例3(白金電極)及び比較例4(グラッシーカーボン)の電位−電流曲線との比較から、実施例1の電極は、金や白金よりも耐食性に優れ、グラッシーカーボンと同程度の耐食性を示すことが分かった。   On the other hand, in the electrode of Example 1 in which the film made of conductive diamond-like carbon was formed on the aluminum electrode, almost no current flows up to about 6.4 V even in the first scan, and about 50 μA even at 7.2 V. It was found that the corrosion resistance was also excellent after the second time. Moreover, from the comparison with the potential-current curve of Comparative Example 2 (gold electrode), Comparative Example 3 (platinum electrode), and Comparative Example 4 (glassy carbon), the electrode of Example 1 has better corrosion resistance than gold or platinum. It has been found that the glass has the same corrosion resistance as that of glassy carbon.

また、さらに比較例1の電極(アルミニウム電極)における電位走査後のXPSの測定結果と実施例1の電極の電位−電流曲線とから、以下のことが明らかとなった。
すなわち、実施例1の電極では、上記リチウムイオン電池用電解液中で電位スキャンをさせれば、導電性ダイヤモンドライクカーボンからなる皮膜の欠陥から露出するアルミニウムにフッ素化合物や酸素化合物や窒素化合物や炭素化合物やリン化合物からなる不動態皮膜が覆うことで耐食性が確保され、さらには、導電性ダイヤモンドライクカーボンからなる皮膜で、電子伝導性も確保できる構造となる。
Further, from the XPS measurement results after potential scanning at the electrode (aluminum electrode) of Comparative Example 1 and the potential-current curve of the electrode of Example 1, the following became clear.
That is, in the electrode of Example 1, if a potential scan is performed in the above electrolyte solution for lithium ion batteries, fluorine compound, oxygen compound, nitrogen compound or carbon is exposed to aluminum exposed from defects in the film made of conductive diamond-like carbon. Corrosion resistance is ensured by covering with a passive film made of a compound or a phosphorus compound, and furthermore, a film made of conductive diamond-like carbon has a structure that can secure electron conductivity.

(実施例2)
実施例2では、作用極側の電極基材として、プラズマCVD法によってニッケル板の表面に導電性ダイヤモンドライクカーボン皮膜を形成した電極を用い、電解質はLiBFを用いた。その他の測定条件については実験例1と同様であり、詳細な説明を省略する。
(Example 2)
In Example 2, an electrode in which a conductive diamond-like carbon film was formed on the surface of a nickel plate by plasma CVD was used as the electrode base on the working electrode side, and LiBF 4 was used as the electrolyte. The other measurement conditions are the same as in Experimental Example 1, and detailed description thereof is omitted.

(比較例5)
比較例5では、ニッケル基板に対して、実施例2と同様にリチウムイオン電池用電解液中で電位走査して電位−電流曲線を測定した。さらには、掃引を終えたニッケル電極について、XPSによる表面分析を行った。
(Comparative Example 5)
In Comparative Example 5, the potential-current curve was measured by scanning the potential of the nickel substrate in the electrolyte for a lithium ion battery in the same manner as in Example 2. Furthermore, the surface analysis by XPS was performed about the nickel electrode which finished sweeping.

(比較例6)
比較例6では、白金電極に対して、実施例2と同様にリチウムイオン電池用電解液中で電位走査して電位−電流曲線を測定した。
(Comparative Example 6)
In Comparative Example 6, the potential-current curve was measured by scanning the potential of the platinum electrode in the electrolyte for a lithium ion battery in the same manner as in Example 2.

(比較例7)
比較例7では、グラッシーカーボン電極に対して、実施例2と同様にリチウムイオン電池用電解液中で電位走査して電位−電流曲線を測定した。
(Comparative Example 7)
In Comparative Example 7, the potential-current curve was measured by scanning the potential of the glassy carbon electrode in the lithium ion battery electrolyte in the same manner as in Example 2.

<評 価>
その結果、図4に示すように、比較例5の電極(ニッケル電極)の第1回目の掃引では4.6V位から酸化電流が流れ始め、電位が高くなるにつれて大きな酸化電流が流れたが、第2回目の掃引では、6V位までは酸化電流はほとんど流れなかった。また、XPSの測定から、図3(a)に示すように、ニッケルの表面に酸素化合物、窒素化合物、炭素化合物及びリン化合物が存在しており、第1回目の掃引でこれらの化合物からなる不動態皮膜が形成されることが分かった。
<Evaluation>
As a result, as shown in FIG. 4, in the first sweep of the electrode of Comparative Example 5 (nickel electrode), an oxidation current began to flow from about 4.6 V, and a large oxidation current flowed as the potential increased. In the second sweep, the oxidation current hardly flowed up to about 6V. Further, from XPS measurement, as shown in FIG. 3 (a), oxygen compound, nitrogen compound, carbon compound and phosphorus compound are present on the surface of nickel. It was found that a dynamic film was formed.

これに対して、上記ニッケル電極に導電性ダイヤモンドライクカーボンからなる皮膜を形成した実施例2の電極では、図4に示すように、最初のスキャンにおいても6.4V位まではほとんど電流が流れず、2回目のスキャンでは、さらに電位窓が0.2V程度高電位側へ広がった。また、比較例6(白金電極)の電位−電流曲線との比較により、実施例2の電極は、白金よりも優れた耐食性を示すことが分かった。   On the other hand, in the electrode of Example 2 in which a film made of conductive diamond-like carbon is formed on the nickel electrode, as shown in FIG. 4, almost no current flows up to about 6.4 V even in the first scan. In the second scan, the potential window further spreads to the high potential side by about 0.2V. Moreover, it turned out that the electrode of Example 2 shows the corrosion resistance superior to platinum by the comparison with the electric potential-current curve of the comparative example 6 (platinum electrode).

また、比較例1の電極(アルミニウム電極)における電位走査後のXPSの測定結果と実施例1の電極の電位−電流曲線とから、以下のことが明らかとなった。
すなわち、ニッケル電極に導電性ダイヤモンドライクカーボンからなる皮膜を形成した電極を上記リチウムイオン電池用電解液中で電位スキャンをさせれば、導電性ダイヤモンドライクカーボンからなる皮膜の欠陥から露出するニッケルの表面に酸素化合物、窒素化合物、炭素化合物及びリン化合物からなる不動態皮膜が覆い、耐食性を飛躍的に高めることができる。
Further, from the XPS measurement results after potential scanning at the electrode (aluminum electrode) of Comparative Example 1 and the potential-current curve of the electrode of Example 1, the following became clear.
That is, the surface of nickel exposed from defects in the film made of conductive diamond-like carbon can be obtained by performing a potential scan in the electrolyte solution for lithium ion batteries on an electrode in which a film made of conductive diamond-like carbon is formed on a nickel electrode. Further, a passive film made of an oxygen compound, a nitrogen compound, a carbon compound, and a phosphorus compound covers it, and the corrosion resistance can be drastically improved.

(実施例3)
実施例3では、作用極側の電極基材としてプラズマCVD法によってチタン板の表面に導電性ダイヤモンドライクカーボン皮膜を形成した電極を用いた。その他の測定条件については実施例1と同様であり、詳細な説明を省略する。
Example 3
In Example 3, an electrode in which a conductive diamond-like carbon film was formed on the surface of a titanium plate by a plasma CVD method was used as the electrode base on the working electrode side. The other measurement conditions are the same as in Example 1, and detailed description thereof is omitted.

(比較例8)
比較例8では、チタン基板に対して、実施例1と同様にリチウムイオン電池用電解液中で電位走査して電位−電流曲線を測定した。さらには、掃引を終えたニッケル電極について、XPSによる表面分析を行った。
(Comparative Example 8)
In Comparative Example 8, the potential-current curve was measured by scanning the potential of the titanium substrate in the electrolyte for a lithium ion battery in the same manner as in Example 1. Furthermore, the surface analysis by XPS was performed about the nickel electrode which finished sweeping.

<評 価>
その結果、図5に示すように、比較例8の電極(チタン電極)の第1回目の掃引では4.6V位から酸化電流が流れ始め、電位が高くなるにつれて大きな酸化電流が流れたが、第2回目以降の掃引では、4.6Vを超えても電流の上昇は極めて小さく、7V以上においては、グラッシーカーボンよりも優れていた。
また、XPSの測定から、図3(b)に示すように、チタンの表面に酸素化合物、窒素化合物、炭素化合物及びリン化合物が存在しており、第1回目の掃引で、チタン上にこれらの化合物からなる不動態皮膜が形成されることが分かった。
<Evaluation>
As a result, as shown in FIG. 5, in the first sweep of the electrode of Comparative Example 8 (titanium electrode), an oxidation current began to flow from about 4.6 V, and a large oxidation current flowed as the potential increased. In the second and subsequent sweeps, the increase in current was extremely small even when it exceeded 4.6 V, and it was superior to that of glassy carbon at 7 V or more.
Further, from the XPS measurement, as shown in FIG. 3B, oxygen compounds, nitrogen compounds, carbon compounds, and phosphorus compounds are present on the surface of titanium. It was found that a passive film composed of the compound was formed.

これに対して、上記チタン電極に導電性ダイヤモンドライクカーボンからなる皮膜を形成した実施例3の電極では、図5に示すように、最初のスキャンにおいても7V位まではほとんど電流が流れず、2回目のスキャンでも、同程度の優れた耐食性を示すことが分かった。   On the other hand, in the electrode of Example 3 in which a film made of conductive diamond-like carbon is formed on the titanium electrode, as shown in FIG. In the second scan, it was found that the same level of corrosion resistance was exhibited.

また、比較例8の電極(チタン電極)における電位走査後のXPSの測定結果と実施例3の電極の電位−電流曲線とから、以下のことが明らかとなった。
すなわち、チタン電極に導電性ダイヤモンドライクカーボンからなる皮膜を形成した電極を上記リチウムイオン電池用電解液中で電位スキャンをさせても、導電性ダイヤモンドライクカーボンからなる皮膜の欠陥から露出するチタンに酸素化合物、窒素化合物、炭素化合物及びリン化合物からなる不動態皮膜が覆い、耐食性を飛躍的に高めることができる。
Further, from the XPS measurement results after potential scanning at the electrode (titanium electrode) of Comparative Example 8 and the potential-current curve of the electrode of Example 3, the following became clear.
That is, even if an electrode having a film made of conductive diamond-like carbon formed on a titanium electrode is subjected to a potential scan in the lithium ion battery electrolyte, oxygen exposed to titanium exposed from defects in the film made of conductive diamond-like carbon. A passive film composed of a compound, a nitrogen compound, a carbon compound, and a phosphorus compound covers and can drastically enhance the corrosion resistance.

(実施例4〜6)
実施例4〜6では、作用極側の電極基材として、プラズマCVD法によってオーステナイト系ステンレス(実施例4はSUS304、実施例5はSUS316、実施例6ではSUS316L)の表面に導電性ダイヤモンドライクカーボン皮膜を形成した電極を用いた。その他の測定条件については実施例1と同様であり、詳細な説明を省略する。
(Examples 4 to 6)
In Examples 4 to 6, conductive diamond-like carbon was formed on the surface of austenitic stainless steel (SUS304 in Example 4, SUS316 in Example 5 and SUS316L in Example 6) by plasma CVD as an electrode base on the working electrode side. An electrode on which a film was formed was used. The other measurement conditions are the same as in Example 1, and detailed description thereof is omitted.

(比較例9〜11)
比較例9〜11では、オーステナイト系ステンレス(比較例9はSUS304、比較例10はSUS316、比較例11はSUS316L)に対して、実施例1と同様にリチウムイオン電池用電解液中で電位走査して電位−電流曲線を測定した。
(Comparative Examples 9-11)
In Comparative Examples 9 to 11, the austenitic stainless steel (Comparative Example 9 is SUS304, Comparative Example 10 is SUS316, and Comparative Example 11 is SUS316L). The potential-current curve was measured.

その結果、図6に示すように、比較例9の電極(SUS304電極)の第1回目の掃引では5.6V位から酸化電流が僅かに流れ、その後もほぼ一定の電流が継続して流れたが、第2回目以降の掃引では、電流は小さくなった。
これに対して、SUS304電極に導電性ダイヤモンドライクカーボンからなる皮膜を形成した実施例4の電極では、最初のスキャンにおいても7V位まではほとんど電流が流れず、2回目のスキャンでも、同程度の優れた耐食性を示すことが分かった。
As a result, as shown in FIG. 6, in the first sweep of the electrode of Comparative Example 9 (SUS304 electrode), an oxidation current slightly flowed from about 5.6 V, and a substantially constant current continued thereafter. However, the current decreased in the second and subsequent sweeps.
On the other hand, in the electrode of Example 4 in which a film made of conductive diamond-like carbon was formed on the SUS304 electrode, almost no current flows up to about 7 V even in the first scan, and the same level is obtained in the second scan. It was found that it exhibits excellent corrosion resistance.

また、比較例10の電極(SUS316電極)及び比較例11の電極(SUS316L電極)についても、図7及び図8に示すように、第1回目の掃引では酸化電流が僅かに流れ、その後もほぼ一定の電流が継続して流れたが、第2回目以降の掃引では、電流は小さくなった。
これに対して、SUS316電極に導電性ダイヤモンドライクカーボンからなる皮膜を形成した実施例5の電極、及びSUS316L電極に導電性ダイヤモンドライクカーボンからなる皮膜を形成した実施例6の電極では、最初のスキャンにおいても7V位まではほとんど電流が流れず、2回目のスキャンでも、同程度の優れた耐食性を示すことが分かった。
As for the electrode of Comparative Example 10 (SUS316 electrode) and the electrode of Comparative Example 11 (SUS316L electrode), as shown in FIG. 7 and FIG. A constant current continued to flow, but the current decreased in the second and subsequent sweeps.
On the other hand, in the electrode of Example 5 in which the film made of conductive diamond-like carbon was formed on the SUS316 electrode and the electrode of Example 6 in which the film made of conductive diamond-like carbon was formed on the SUS316L electrode, the first scan was performed. However, almost no current flows up to about 7V, and it was found that the second scan also showed the same excellent corrosion resistance.

(実施例7)
実施例7では、実施例1と同様にしてアルミニウム基板上に導電性ダイヤモンドライクカーボンの皮膜を形成した後、表面をダイヤモンド製のガラス切りで意図的に傷をつけた電極を用いた。そして、この電極について、実施例1における電位−電流曲線の測定の場合と同様、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとセバコニトリルとを質量比で25:25:50となるように混合液を調製し、さらにLiPFを1mol/Lとなるように溶解した溶液を電解液として電位−電流曲線の測定を行った。
(Example 7)
In Example 7, a conductive diamond-like carbon film was formed on an aluminum substrate in the same manner as in Example 1, and then an electrode whose surface was intentionally scratched by cutting glass made of diamond was used. For this electrode, as in the case of the measurement of the potential-current curve in Example 1, a mixed solution was prepared so that ethylene carbonate, dimethyl carbonate, and sebaconitrile were in a mass ratio of 25:25:50, and further LiPF. A potential-current curve was measured using a solution in which 6 was dissolved at 1 mol / L as an electrolytic solution.

その結果、図9に示すように、1回目の掃引では、2.3V(vs Li/Li+)位から酸化電流が流れはじめ、3.3V(vs Li/Li+)では50μAを超える電流が流れたのに対し、2回目の掃引では、5V(vs Li/Li+)までほとんど電流は流れなかった。これは、1回目の掃引では、導電性ダイヤモンドライクカーボン皮膜の欠陥にある集電体基材のアルミニウムが電解液と反応して反応電流が流れて不動態皮膜が形成されるが、2回目の掃引では、欠陥部分が不動態で覆われるため、導電性ダイヤモンドライクカーボン上で反応する電流付近までアルミニウムとの反応電流はほとんど流れないことによると考えられる。このため、2回目の掃引では、アルミニウム基材の表面の多くが導電性ダイヤモンドライクカーボンで覆われているため、実施例1の電極のように、欠陥のない導電性ダイヤモンドライクカーボン皮膜が形成された電極の場合と同様の広い電位窓を有する電極となる。 As a result, as shown in FIG. 9, in the first sweep, 2.3V (vs Li / Li +) of the beginning oxidation current flows from, 3.3V current of more than (vs Li / Li +) at 50μA On the other hand, in the second sweep, almost no current flowed up to 5 V (vs Li / Li + ). In the first sweep, the current collector base aluminum, which is defective in the conductive diamond-like carbon film, reacts with the electrolytic solution and a reaction current flows to form a passive film. In the sweep, the defect portion is covered with a passive state, so that it is considered that almost no reaction current with aluminum flows near the current that reacts on the conductive diamond-like carbon. For this reason, in the second sweep, since most of the surface of the aluminum base material is covered with conductive diamond-like carbon, a conductive diamond-like carbon film having no defects is formed as in the electrode of Example 1. The electrode has a wide potential window as in the case of the electrode.

(実施例8)
実施例8の電極は、実施例3と同様にしてチタン基板上に欠陥のない導電性ダイヤモンドライクカーボンの皮膜を形成した電極である。
(Example 8)
The electrode of Example 8 was an electrode in which a conductive diamond-like carbon film having no defect was formed on a titanium substrate in the same manner as in Example 3.

(比較例12〜20)
無処理のチタン電極を比較例12、無処理のアルミニウム電極を比較例13、無処理のニッケル電極を比較例14、無処理のSUS304電極を比較例15、無処理のSUS316電極を比較例16、無処理のSUS316L電極を比較例17、無処理のグラッシーカーボン電極を比較例18、無処理の白金電極を比較例19、無処理の金電極を比較例20とした。
(Comparative Examples 12 to 20)
Comparative Example 12 for an untreated titanium electrode, Comparative Example 13 for an untreated aluminum electrode, Comparative Example 14 for an untreated nickel electrode, Comparative Example 15 for an untreated SUS304 electrode, Comparative Example 16 for an untreated SUS316 electrode, The untreated SUS316L electrode was designated as Comparative Example 17, the untreated glassy carbon electrode as Comparative Example 18, the untreated platinum electrode as Comparative Example 19, and the untreated gold electrode as Comparative Example 20.

<評 価>
上記実施例8の電極及び比較例12〜20の電極について、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとセバコニトリルとを質量比で25:25:50となるように混合液を調製し、さらにLiTFSIを1mol/Lとなるように溶解した溶液を電解液として電位−電流曲線の測定を行った。
電位−電流曲線の測定を行った。
<Evaluation>
About the electrode of the said Example 8 and the electrodes of Comparative Examples 12-20, a liquid mixture is prepared so that ethylene carbonate, a dimethyl carbonate, and a sebaconitrile may be set to 25:25:50 by mass ratio, and also LiTFSI is 1 mol / L. The potential-current curve was measured using the solution so dissolved as an electrolyte.
A potential-current curve was measured.

その結果、図10に示すように、電解質としてLiTFSIを用いたこの測定においては、比較例12(チタン)、比較例13(アルミニウム)、比較例14(ニッケル)及び比較例15〜17(オーステナイト系ステンレス)の電極は5V(vs Li/Li+)以下の電位において大きな電流が流れ、電位窓は狭かった。
これに対して、チタン上に欠陥のない導電性ダイヤモンドライクカーボン膜を形成した実施例8の電極では、電位窓は比較的広く、電位窓が6.5V(vs Li/Li+)程度になった。
以上の結果から、電位窓の狭いチタン、アルミニウム、ニッケル、オーステナイト系ステンレス基材はもちろんのこと、前記電位窓の狭い基材に限らずどのような基材でも導電性ダイヤモンドライクカーボンを欠陥がない状態で成膜すれば6.5V(vs Li/Li+)の広い電位窓を確保できることが容易に推察できる。
As a result, as shown in FIG. 10, in this measurement using LiTFSI as the electrolyte, Comparative Example 12 (titanium), Comparative Example 13 (aluminum), Comparative Example 14 (nickel), and Comparative Examples 15 to 17 (austenitic series) A large current flowed through the electrode of stainless steel at a potential of 5 V (vs Li / Li + ) or less, and the potential window was narrow.
On the other hand, in the electrode of Example 8 in which a conductive diamond-like carbon film having no defect is formed on titanium, the potential window is relatively wide and the potential window is about 6.5 V (vs Li / Li + ). It was.
From the above results, there is no defect in conductive diamond-like carbon in any base material, not limited to the base material with a narrow potential window, as well as a titanium, aluminum, nickel, and austenitic stainless steel base material with a narrow potential window. It can be easily assumed that a wide potential window of 6.5 V (vs Li / Li + ) can be secured if the film is formed in this state.

また、比較例18(グラッシーカーボン)、比較例19(白金)、比較例20(金)の電極の電位窓は、比較例12(チタン)、比較例13(アルミニウム)、比較例14(ニッケル)及び比較例15〜17(オーステナイト系ステンレス)よりも電位窓が広く、比較例18(グラッシーカーボン)で6.3V(vs Li/Li+)程度、比較例19(白金)では5.9V(vs Li/Li+)程度、比較例20(金)では5.8V(vs Li/Li+)程度となった。
以上の結果から、電位窓の狭いチタン、アルミニウム、ニッケル及びオーステナイト系ステンレス等、電位窓の狭い電極であっても、導電性ダイヤモンドライクカーボンと同様、グラッシーカーボンや白金や金を、欠陥がない状態で皮膜形成させれば、広い電位窓を確保できることが容易に推察できる。
なお、成膜する導電性ダイヤモンドライクカーボン、グラッシーカーボン、白金および金と基材となる電極との密着性が不足する場合には、基材温度を上げて成膜したり、中間層をいれたりしてもよい。例えば導電性ダイヤモンドライクカーボンの中間層としては、Ti,Si,SiC、TiC,CrやNbが挙げられる(DLCハンドブック、(株)NTS発行,p598)。また、Au皮膜形成の場合は、Niを中間層として用いることにより、密着性が向上することがよく知られている。
Further, the potential windows of the electrodes of Comparative Example 18 (Glassy Carbon), Comparative Example 19 (Platinum), and Comparative Example 20 (Gold) are Comparative Example 12 (Titanium), Comparative Example 13 (Aluminum), and Comparative Example 14 (Nickel). And Comparative Examples 15 to 17 (austenitic stainless steel) have a wider potential window, about 6.3 V (vs Li / Li + ) in comparative example 18 (glassy carbon), and 5.9 V (vs in comparative example 19 (platinum)). Li / Li +) or so, it was the Comparative example 20 (gold) 5.8V (vs Li / Li + ) degree.
From the above results, even with electrodes with narrow potential windows such as titanium, aluminum, nickel, and austenitic stainless steel with narrow potential windows, glassy carbon, platinum, and gold are in a state of no defects as with conductive diamond-like carbon. It can be easily inferred that a wide potential window can be secured if a film is formed by (1).
If the adhesion between the conductive diamond-like carbon, glassy carbon, platinum and gold to be deposited and the electrode serving as the substrate is insufficient, the substrate temperature may be raised, and an intermediate layer may be inserted. May be. For example, the intermediate layer of conductive diamond-like carbon includes Ti, Si, SiC, TiC, Cr and Nb (DLC Handbook, published by NTS, p598). In the case of Au film formation, it is well known that adhesion is improved by using Ni as an intermediate layer.

(比較例21及び比較例22)
比較例21の電極は、実施例1と同様にしてアルミニウム基板上に導電性ダイヤモンドライクカーボンの皮膜を形成した後、表面をダイヤモンド製のガラス切りで意図的に傷をつけた電極である。
また、比較例22の電極は、実施例2と同様にしてニッケル基板上にダイヤモンドライクカーボンの皮膜を形成した後、表面をダイヤモンド製のガラス切りで意図的に傷をつけた電極である。
(Comparative Example 21 and Comparative Example 22)
The electrode of Comparative Example 21 is an electrode in which a conductive diamond-like carbon film was formed on an aluminum substrate in the same manner as in Example 1, and then the surface was intentionally damaged by cutting glass made of diamond.
The electrode of Comparative Example 22 is an electrode in which a diamond-like carbon film was formed on a nickel substrate in the same manner as in Example 2, and then the surface was intentionally damaged by cutting glass made of diamond.

上記のようにして作成した比較例21及び比較例22の電極について、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとセバコニトリルとを質量比で25:25:50となるように混合液を調製し、さらにLiTFSIを1mol/Lとなるように溶解した溶液を電解液として電位−電流曲線の測定を行った。
また、比較のため実施例8(チタン基板上に欠陥の無い導電性ダイヤモンドライクカーボンの皮膜を形成した電極)並びにAl、Ti及びNiからなる電極についても、同様にして電位−電流曲線の測定を行った。
For the electrodes of Comparative Example 21 and Comparative Example 22 prepared as described above, a mixed solution was prepared so that ethylene carbonate, dimethyl carbonate and sebaconitrile were in a mass ratio of 25:25:50, and further LiTFSI was 1 mol / mol. The potential-current curve was measured using the solution dissolved so as to be L as the electrolytic solution.
For comparison, the potential-current curve was measured in the same manner for Example 8 (electrode formed with a conductive diamond-like carbon film having no defect on a titanium substrate) and an electrode made of Al, Ti, and Ni. went.

その結果、図11に示すように、欠陥のない実施例8(チタン基板上に欠陥の無い導電性ダイヤモンドライクカーボンの皮膜を形成した電極)では、6V(vs Li/Li+)位まではほとんど電流は流れないのに対し、比較例21の電極(すなわち、アルミニウム基板上に導電性ダイヤモンドライクカーボンの皮膜を形成した後、傷をつけた電極)では、アルミニウム電極と同様、4.1V(vs Li/Li+)付近より急激な微量の腐食電流が流れ始め(比較例21)。そして、最終的には導電性ダイヤモンドライクカーボン上で反応電流が流れ始める6.3V(vs Li/Li+)付近から急激に大きな電流が流れた。
また、比較例22の電極(すなわち、ニッケル基板上に導電性ダイヤモンドライクカーボンの皮膜を形成した後、傷をつけた電極)においても、ニッケル電極と同じ5V(vs Li/Li+)付近より腐食電流が流れ始めた。
以上の結果から、導電性ダイヤモンドライクカーボン膜に欠陥があり、その欠陥において基材が電解液と触れる場合は、基材の腐食が発生する電位と同じ電位付近で腐食電流が流れ始めることが分かった。また、グラッシーカーボンや白金や金の皮膜が形成されていても、その皮膜に欠陥がある場合には、比較例21や比較例22の電極と同様に、基材の腐食が発生する電位付近で腐食電流が流れ始めることが容易に推察できる。
As a result, as shown in FIG. 11, in Example 8 (electrode having a film of conductive diamond-like carbon having no defect formed on the titanium substrate) having no defect, it is almost up to 6V (vs Li / Li + ). While no current flows, the electrode of Comparative Example 21 (that is, the electrode that was damaged after forming a conductive diamond-like carbon film on the aluminum substrate) was 4.1 V (vs. A small amount of corrosion current starts to flow from the vicinity of (Li / Li + ) (Comparative Example 21). Finally, a large current suddenly flowed from around 6.3 V (vs Li / Li + ) where the reaction current began to flow on the conductive diamond-like carbon.
Further, the electrode of Comparative Example 22 (that is, the electrode that was damaged after forming a conductive diamond-like carbon film on the nickel substrate) was corroded from around 5 V (vs Li / Li + ), the same as the nickel electrode. Current began to flow.
From the above results, it can be seen that when the conductive diamond-like carbon film has a defect and the substrate touches the electrolyte at that defect, the corrosion current starts to flow around the same potential as the potential for corrosion of the substrate. It was. Further, even if a glassy carbon, platinum, or gold film is formed, if the film is defective, similar to the electrodes of Comparative Examples 21 and 22, near the potential at which corrosion of the substrate occurs. It can be easily guessed that the corrosion current starts to flow.

(実施例9)
実施例9の電極は、実施例7の電極(すなわち、実施例1と同様にしてアルミニウム基板上に導電性ダイヤモンドライクカーボンの皮膜を形成した後、表面をダイヤモンド製のガラス切りで意図的に傷をつけた電極)について、さらにエチレンカーボネートとジメチルカーボネートとセバコニトリルとを質量比で25:25:50となるように混合液を調製し、さらにLiPFを1mol/Lとなるように溶解した溶液を電解液として、電位−電流曲線の測定を行った電位掃引後の電極である。
Example 9
The electrode of Example 9 was prepared by forming a conductive diamond-like carbon film on an aluminum substrate in the same manner as in Example 1 and then intentionally scratching the surface with diamond glass. In addition, a mixed solution of ethylene carbonate, dimethyl carbonate, and sebaconitrile is prepared at a mass ratio of 25:25:50, and a solution in which LiPF 6 is dissolved to 1 mol / L is prepared. It is an electrode after the potential sweep in which a potential-current curve was measured as an electrolytic solution.

こうして得られた実施例9の電極について、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとセバコニトリルとを質量比で25:25:50となるように混合液を調製し、さらにLiTFSIを1mol/Lとなるように溶解した溶液を電解液として、電位−電流曲線の測定を行った。また、比較のために何らの表面処理も行っていないアルミニウム電極についても、同様に電位−電流曲線の測定を行った。   For the electrode of Example 9 obtained in this way, a mixed solution was prepared so that ethylene carbonate, dimethyl carbonate, and sebaconitrile were in a mass ratio of 25:25:50, and further LiTFSI was dissolved to be 1 mol / L. The potential-current curve was measured using the solution as an electrolytic solution. For comparison, a potential-current curve was similarly measured for an aluminum electrode that had not been subjected to any surface treatment.

その結果、図12に示すように、実施例9の電極では、チタン基板上に欠陥のない導電性ダイヤモンドライクカーボン皮膜を形成した実施例8の電極と同等のレベルの電位窓となった。これに対して、何らの表面処理も行っていないアルミニウム電極では、4.1V(vs Li/Li+)付近から、急激に腐食電流が流れ出した。
以上の結果は、次のように説明できる。すなわち、実施例9の電極のように、導電性ダイヤモンドライクカーボン上に皮膜に欠陥があったとしても、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとセバコニトリルとを質量比で25:25:50となるように混合液を調製し、さらにLiPFを1mol/Lとなるように溶解した溶液を電解液として、電位掃引を行うことにより、その欠陥部分に優れた耐食性を示す不動態皮膜を形成することができる。また、欠陥以外の部分は導電性ダイヤモンドライクカーボンからなる皮膜で覆われているため、電極反応が可能な部分は、実質的に導電性ダイヤモンドライクカーボン膜部分だけになる。このため、実施例9の電極においても、実施例8(すなわちアルミニウムに欠陥のない導電性ダイヤモンドライクカーボンの皮膜を形成した電極)と同様、優れた耐食性に優れ、広い電位窓を有する電極となるのである。
また、前記の実施例9における欠陥を有する導電性ダイヤモンドライクの代わりに、成膜物質として、グラッシーカーボン、白金もしくは金を使用した場合も、、成膜物質であるグラッシーカーボンや白金や金と同程度の電位窓とすることができる。
As a result, as shown in FIG. 12, the electrode of Example 9 had a potential window at a level equivalent to that of the electrode of Example 8 in which a conductive diamond-like carbon film having no defect was formed on the titanium substrate. On the other hand, in the aluminum electrode not subjected to any surface treatment, a corrosion current suddenly flowed out from around 4.1 V (vs Li / Li + ).
The above results can be explained as follows. That is, as in the electrode of Example 9, even when the film was defective on the conductive diamond-like carbon, the mixed liquid was such that ethylene carbonate, dimethyl carbonate, and sebaconitrile were in a mass ratio of 25:25:50. In addition, by performing potential sweep using a solution in which LiPF 6 is dissolved to 1 mol / L as an electrolytic solution, a passive film exhibiting excellent corrosion resistance can be formed on the defective portion. Further, since the portion other than the defect is covered with a film made of conductive diamond-like carbon, the portion capable of electrode reaction is substantially only the conductive diamond-like carbon film portion. For this reason, the electrode of Example 9 also has excellent corrosion resistance and an electrode having a wide potential window, similar to Example 8 (that is, an electrode formed with a conductive diamond-like carbon film having no defects in aluminum). It is.
Further, when glassy carbon, platinum, or gold is used as a film forming material instead of the conductive diamond-like material having defects in the ninth embodiment, the same film forming material as glassy carbon, platinum, or gold is used. A potential window of the order of magnitude.

以上の結果から、2次電池の電解質としてLiPFやLiBFを用いる場合、電極基材がアルミニウムの場合は、不動態皮膜が形成され、優れた耐食性を示すことが分かる。
また、2次電池の電解質としてLiTFSIを用いた場合であり、アルミニウム基材上の皮膜(例えば導電性ダイヤモンドライクカーボン皮膜やグラッシーカーボンや白金皮膜や金皮膜)に欠陥があったとしても、その電極を電解質としてLiPFやLiBFを含む電解液で予め電位掃引しておけば、欠陥部分のアルミにウムに不動態皮膜が形成され、欠陥からの腐食の進行を食い止めることができ、皮膜素材と同等の優れた耐食性を有する電極となる。
From the above results, it can be seen that when LiPF 6 or LiBF 4 is used as the electrolyte of the secondary battery, when the electrode base material is aluminum, a passive film is formed and exhibits excellent corrosion resistance.
In addition, when LiTFSI is used as an electrolyte of a secondary battery, even if a film (for example, a conductive diamond-like carbon film, a glassy carbon, a platinum film, or a gold film) on an aluminum substrate has a defect, the electrode If the potential is swept in advance with an electrolyte containing LiPF 6 or LiBF 4 as an electrolyte, a passive film is formed on the aluminum in the defective portion, and the progress of corrosion from the defect can be stopped. The electrode has the same excellent corrosion resistance.

<リチウムイオン電池の作製>
上述した実施形態の集電体を用いてリチウムイオン電池を作製することができる。すなわち、図13に示すように、ステンレス等からなる電池容器5にセパレータ6を挟んで両側に正極活物質を含む正極7と、カーボン等からなる負極8とを配設させる。そして、さらに正極7にアルミニウムを基材とする集電体9を接触させ、その一端を電池容器5から外に突出させる。また、負極8にニッケルあるいはチタンを基材とする集電体10を接触させ、その一端を電池容器5から外に突出させる。そして、内部にリチウムイオン電池用の電解液を入れる。集電体9及び10は、基材に導電性ダイヤモンドライクカーボン皮膜が形成されており、さらにその導電性ダイヤモンドライクカーボンやグラッシーカーボンやPtやAuからなる皮膜の欠陥にはアルミニウムやニッケルあるいはチタンのフッ素化合物からなる不動態皮膜で覆われているため、導電性を有し、かつ、耐食性に極めて優れたものとなる。不動態皮膜は、用いる電解質や溶媒により異なるが、フッ素化合物、酸素化合物、窒素化合物、炭素化合物やリン化合物のうち一種もしくはその複合物で形成されている。
<Production of lithium ion battery>
A lithium ion battery can be manufactured using the current collector of the embodiment described above. That is, as shown in FIG. 13, a positive electrode 7 containing a positive electrode active material and a negative electrode 8 made of carbon or the like are disposed on both sides with a separator 6 sandwiched between battery containers 5 made of stainless steel or the like. Further, a current collector 9 made of aluminum as a base material is brought into contact with the positive electrode 7, and one end thereof is protruded from the battery container 5. Further, a current collector 10 made of nickel or titanium as a base material is brought into contact with the negative electrode 8, and one end of the current collector 10 protrudes from the battery container 5. And the electrolyte solution for lithium ion batteries is put in an inside. The current collectors 9 and 10 have a conductive diamond-like carbon film formed on the base material, and defects in the film made of conductive diamond-like carbon, glassy carbon, Pt, and Au are made of aluminum, nickel, or titanium. Since it is covered with a passive film made of a fluorine compound, it has conductivity and is extremely excellent in corrosion resistance. The passive film differs depending on the electrolyte and solvent used, but is formed of one or a composite of fluorine compounds, oxygen compounds, nitrogen compounds, carbon compounds and phosphorus compounds.

上記リチウムイオン電池では、ニトリルを含有する電池用電解液を用いることにより、充電のための電位が5.2V(対Li/Li+)を超える領域に存在するような高電位酸化還元正極活物質を正極活物質として利用することができ、このため、電池の起電力及びエネルギー密度を極めて高くすることができる。このような高電位酸化還元正極活物質としては、例えば、LiCoPOF,LiNiPOF,LiCoPO,LiNiPO等が挙げられる。これらの正極活物質はエネルギー密度が高く、容量の大きなリチウムイオン電池とすることができる。例えば、LiCoPOFは正極活物質としてのエネルギー密度がLiCoOに対して理論値で2倍以上あることが予測されており、十分にポテンシャルを発揮できれば、容量の大きなリチウムイオン電池を作ることができる。また、LiCoPOFが酸化される電位は高い電位領域にまで及ぶため、起電力の大きい電池とすることができる。さらに、LiCoPOFは熱安定性に優れ、400°Cという高温になっても、発熱反応は示さないことが、熱分析結果から分かっており、電池温度の上昇を防ぐことができる。 In the lithium ion battery, a high-potential redox positive electrode active material in which the potential for charging exists in a region exceeding 5.2 V (vs. Li / Li + ) by using a battery electrolyte containing nitrile. Can be used as the positive electrode active material, and therefore, the electromotive force and energy density of the battery can be extremely increased. Such high potential redox positive electrode active material, for example, Li 2 CoPO 4 F, Li 2 NiPO 4 F, LiCoPO 4, LiNiPO 4 , and the like. These positive electrode active materials have high energy density and can be a lithium ion battery having a large capacity. For example, Li 2 CoPO 4 F is predicted to have a theoretical energy density that is at least twice that of LiCoO 2 as a positive electrode active material. If the potential density can be sufficiently exhibited, a lithium-ion battery having a large capacity can be produced. be able to. In addition, since the potential at which Li 2 CoPO 4 F is oxidized extends to a high potential region, a battery with high electromotive force can be obtained. Furthermore, Li 2 CoPO 4 F is excellent in thermal stability, and it is known from the thermal analysis results that it does not show an exothermic reaction even at a high temperature of 400 ° C., and it is possible to prevent the battery temperature from rising.

以下ニトリルを含有するリチウムイオン電池用電解液を具体化した実施例についてさらに詳細に述べる。   Hereinafter, examples embodying the electrolytic solution for lithium ion batteries containing nitrile will be described in more detail.

(実施例1)
実施例1では、有機溶媒としてアジポニトリルと、エチレンカーボネート(EC)と、ジメチルカーボネート(DMC)とを容量比で50:25:25の割合で混合した溶媒を用い、これにリチウム塩としてLiPF6(六フッ化リン酸リチウム)を0.05mol/Lとなるように溶解させてリチウムイオン電池用電解液とした。
Example 1
In Example 1, a solvent in which adiponitrile, ethylene carbonate (EC), and dimethyl carbonate (DMC) were mixed at a volume ratio of 50:25:25 was used as the organic solvent, and LiPF 6 ( Lithium hexafluorophosphate) was dissolved at 0.05 mol / L to obtain an electrolyte for a lithium ion battery.

(比較例1)
比較例1では、有機溶媒としてエチレンカーボネート50体積%、ジメチルカーボネート50体積%の混合溶媒を用い、これにリチウム塩としてLiPF6を1mol/Lとなるように溶解させてリチウムイオン電池用電解液とした。
(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, a mixed solvent of 50% by volume of ethylene carbonate and 50% by volume of dimethyl carbonate was used as the organic solvent, and LiPF 6 as a lithium salt was dissolved to 1 mol / L to obtain an electrolyte for a lithium ion battery. did.

(実施例2〜9)
実施例2〜9では溶媒を、各種ニトリル:エチレンカーボネート:ジメチルカーボネート=50:25:25(容量比)とし、この混合溶媒に電解質をLiPF6(六フッ化リン酸リチウム)を1mol/Lとなるように溶解させたものをリチウムイオン電池用電解液とした(ただし、ニトリル化合物をオキシジプロピオニトリルにした実施例6は、LiPF6を0.5mol/Lとした)。
各実施例に用いたニトリルの種類は以下のとおりである。
実施例1 アジポニトリルNC(CHCN
実施例2 スクシノニトリルNC(CHCN
実施例3 セバコニトリルNC(CHCN
実施例4 ドデカンジニトリルNC(CH10CN
実施例5 2−メチルグルタロニトリルNCCH(CH)CHCHCN
実施例6 オキシジプロピオニトリルNCCHCH-O-CHCHCN
実施例7 3−メトキシプロピオニトリルCH-O-CHCHCN
実施例8 シアノ酢酸メチルNCCHCOOCH
実施例9 シアノ酢酸ブチルNCCHCOO(CHCH
(Examples 2-9)
In Examples 2 to 9, the solvent was various nitrile: ethylene carbonate: dimethyl carbonate = 50: 25: 25 (volume ratio), and the electrolyte was LiPF 6 (lithium hexafluorophosphate) at 1 mol / L in this mixed solvent. The so-dissolved solution was used as an electrolyte solution for a lithium ion battery (however, in Example 6 in which the nitrile compound was oxydipropionitrile, LiPF 6 was 0.5 mol / L).
The types of nitriles used in each example are as follows.
Example 1 Adiponitrile NC (CH 2 ) 4 CN
Example 2 Succinonitrile NC (CH 2 ) 2 CN
Example 3 Sevacononitrile NC (CH 2 ) 8 CN
Example 4 Dodecanedinitrile NC (CH 2 ) 10 CN
Example 5 2-Methylglutaronitrile NCCH (CH 3 ) CH 2 CH 2 CN
Example 6-oxy dipropionate nitrile NCCH 2 CH 2 -O-CH 2 CH 2 CN
EXAMPLE 7 3-methoxy propionitrile CH 3 -O-CH 2 CH 2 CN
Example 8 Methyl cyanoacetate NCCH 2 COOCH 3
Example 9 cyanoacetate butyl NCCH 2 COO (CH 2) 3 CH 3

−評価−
(電位−電流曲線の測定)
以上のようにして調製した実施例1〜9及び比較例1のリチウムイオン電池用電解液について、電位−電流曲線を測定した。測定にはポテンシオガルバノスタットを用い、作用極にはグラッシーカーボンを用い、対極には白金線を用いた。また、参照電極は(Ag/Ag+)または(Li/Li+)を用いた。測定にあたっては、正側及び負側に数回スキャンさせた後、自然電位から正方向、あるいは負方向に5mV/秒の速度で電位の掃引を行い、電位−電流曲線を測定した。結果を図14、図15及び図16に示す。
-Evaluation-
(Measurement of potential-current curve)
With respect to the electrolyte solutions for lithium ion batteries of Examples 1 to 9 and Comparative Example 1 prepared as described above, potential-current curves were measured. A potentiogalvanostat was used for measurement, glassy carbon was used for the working electrode, and a platinum wire was used for the counter electrode. As the reference electrode, (Ag / Ag +) or (Li / Li +) was used. In the measurement, after scanning several times on the positive side and the negative side, the potential was swept from the natural potential in the positive direction or in the negative direction at a speed of 5 mV / sec, and the potential-current curve was measured. The results are shown in FIG. 14, FIG. 15 and FIG.

その結果、図14に示すように、実施例1の電解液の電位窓は、Li電位(Li/Li+)に対し6.9V(電位窓の判断基準は50μA/cmとした。以下同様)となった。これに対して、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートの混合溶媒を用いた比較例1の電位窓は、図16に示すように5.2Vであり、実施例1の電解液の電位窓は、比較例1の電解液に比べて、正側に大きく広がっていることが分かった。この結果から、実施例1の電解液を用いれば、充電のための電位が5.2Vを超えた領域に存在するような高電位酸化還元正極活物質をリチウムイオン電池の正極活物質として利用できることとなり、起電力及びエネルギー密度が高く、容量の大きなリチウムイオン電池とすることができる。例えば、比較例1の電解液では、LiCoPOFやLiNiPOFの酸化還元電位でも有機溶媒が電気分解を起こし、これらの正極酸化物質を利用することができないのに対し、実施例1の電解液を用いれば、LiCoPOFやLiNiPOFを正極活物質として利用できるだけでなく、例えば、LiCoPO,LiNiPO等も利用することができる。 As a result, as shown in FIG. 14, the potential window of the electrolytic solution of Example 1 was 6.9 V with respect to the Li potential (Li / Li + ) (the judgment criterion of the potential window was 50 μA / cm 2, and so on). It became. On the other hand, the potential window of Comparative Example 1 using a mixed solvent of ethylene carbonate and dimethyl carbonate is 5.2 V as shown in FIG. 16, and the potential window of the electrolytic solution of Example 1 is Comparative Example 1. Compared to the electrolyte solution of, it was found that it spreads greatly on the positive side. From this result, when the electrolytic solution of Example 1 is used, a high potential redox positive electrode active material that exists in a region where the potential for charging exceeds 5.2 V can be used as the positive electrode active material of the lithium ion battery. Thus, a lithium ion battery having high electromotive force and energy density and large capacity can be obtained. For example, in the electrolytic solution of Comparative Example 1, the organic solvent undergoes electrolysis even at the redox potential of Li 2 CoPO 4 F or Li 2 NiPO 4 F, and these positive electrode oxidizing substances cannot be used. If the electrolytic solution of Example 1 is used, not only Li 2 CoPO 4 F or Li 2 NiPO 4 F can be used as the positive electrode active material, but also LiCoPO 4 , LiNiPO 4, etc. can be used.

また、図15に示すように、実施例2〜9の電解液においても、実施例1と同様、いずれも比較例1の電解液と比較して、電位窓が正方向に広がることが分かった。これらの結果から、エチレンカーボネート及びジメチルカーボネートに、さらに鎖式飽和炭化水素化合物の両末端にニトリル基が結合した鎖式飽和炭化水素ジニトリル化合物(実施例1〜5)、鎖式エーテル化合物の末端の少なくとも一つにニトリル基が結合した鎖式エーテルニトリル化合物(実施例6,7)及びシアノ酢酸エステルのうち少なくとも一つのニトリル化合物(実施例8,9)を加えることによって、溶媒が高い電位まで分解することなく安定に存在できることが分かった。特に電位窓が大きく広がったのは、ニトリル化合物として鎖式飽和炭化水素化合物の両末端にニトリル基が結合した鎖式飽和炭化水素ジニトリル化合物を用いた実施例1〜5であり、分枝を有する実施例5においても大きく電位窓が正方向に広がることが分かった。また、オキシジプロピオニトリルNCCHCH-O-CHCHCNを用いた実施例6においても、大きく電位窓が正方向に広がることが分かった。 Further, as shown in FIG. 15, in the electrolyte solutions of Examples 2 to 9 as well, as in Example 1, all of the potential windows spread in the positive direction as compared with the electrolyte solution of Comparative Example 1. . From these results, the chain saturated hydrocarbon dinitrile compound (Examples 1 to 5) in which nitrile groups were bonded to both ends of the chain saturated hydrocarbon compound, ethylene carbonate and dimethyl carbonate, the end of the chain ether compound By adding a chain ether nitrile compound (Examples 6 and 7) having at least one nitrile group bonded thereto and at least one nitrile compound (Examples 8 and 9) among cyanoacetic acid esters, the solvent is decomposed to a high potential. It was found that it can exist stably without doing. In particular, the potential window greatly widened in Examples 1 to 5 using a chain saturated hydrocarbon dinitrile compound in which a nitrile group was bonded to both ends of a chain saturated hydrocarbon compound as a nitrile compound, which has branches. Also in Example 5, it was found that the potential window greatly spreads in the positive direction. Also, in Example 6 using oxydipropionitrile NCCH 2 CH 2 —O—CH 2 CH 2 CN, it was found that the potential window greatly expanded in the positive direction.

(実施例10〜17)
実施例10〜17では溶媒を、各種ニトリル:エチレンカーボネート:ジエチルカーボネート=50:25:25(容量比)とし、この混合溶媒に電解質をLiPF6(六フッ化リン酸リチウム)を1mol/Lとなるように溶解させたものをリチウムイオン電池用電解液とした(ただし、ニトリル化合物をグルタロニトリルにした実施例10では、LiPF6(六フッ化リン酸リチウム)を0.5mol/Lとした)。
各実施例に用いたニトリルの種類は以下のとおりである。
実施例10 グルタロニトリルNC(CHCN
実施例11 セバコニトリルNC(CHCN
実施例12 ドデカンジニトリルNC(CH10CN
実施例13 2−メチルグルタロニトリルNCCH(CH)CHCHCN
実施例14 オキシジプロピオニトリルNCCHCH-O-CHCHCN
実施例15 3−メトキシプロピオニトリルCH-O-CHCHCN
実施例16 シアノ酢酸メチルNCCHCOOCH
実施例17 シアノ酢酸ブチルNCCHCOO(CHCH
(Examples 10 to 17)
In Examples 10 to 17, the solvent was various nitrile: ethylene carbonate: diethyl carbonate = 50: 25: 25 (volume ratio), and the electrolyte was LiPF 6 (lithium hexafluorophosphate) at 1 mol / L in this mixed solvent. What was dissolved in this way was used as the electrolyte solution for lithium ion batteries (however, in Example 10 in which the nitrile compound was glutaronitrile, LiPF 6 (lithium hexafluorophosphate) was 0.5 mol / L. ).
The types of nitriles used in each example are as follows.
Example 10 Glutaronitrile NC (CH 2 ) 3 CN
Example 11 sebaconitrile NC (CH 2) 8 CN
Example 12 Dodecanedinitrile NC (CH 2 ) 10 CN
Example 13 2-methylglutaronitrile NCCH (CH 3) CH 2 CH 2 CN
Example 14 oxy dipropionate nitrile NCCH 2 CH 2 -O-CH 2 CH 2 CN
Example 15 3-Methoxy-propionitrile CH 3 -O-CH 2 CH 2 CN
Example 16 methyl cyanoacetate NCCH 2 COOCH 3
Example 17 cyanoacetate butyl NCCH 2 COO (CH 2) 3 CH 3

(比較例2)
比較例2では、有機溶媒としてエチレンカーボネート:ジエチルカーボネート=50:50(容量比)の混合溶媒を用い、これにリチウム塩としてLiPF6を1mol/Lとなるように溶解させてリチウムイオン電池用電解液とした。
(Comparative Example 2)
In Comparative Example 2, a mixed solvent of ethylene carbonate: diethyl carbonate = 50: 50 (capacity ratio) was used as the organic solvent, and LiPF 6 was dissolved as a lithium salt to 1 mol / L so as to electrolyze the lithium ion battery. A liquid was used.

−評価−
(電位−電流曲線の測定)
実施例10〜17及び比較例2の電解液について、前述の方法と同様にして電位−電流曲線を測定した。結果を図17に示す。
この図から、実施例10〜17の電解液では、比較例2の電解液と比較して、電位窓が正方向に広がることが分かった。この結果から、エチレンカーボネート及びジエチルカーボネートを溶媒として用いた場合においても、エチレンカーボネート及びジメチルカーボネートを溶媒として用いた場合(すなわち実施例1〜9の場合)と同様、鎖式飽和炭化水素化合物の両末端にニトリル基が結合した鎖式飽和炭化水素ジニトリル化合物、鎖式エーテル化合物の末端の少なくとも一つにニトリル基が結合した鎖式エーテルニトリル化合物及びシアノ酢酸エステルのうち少なくとも一つのニトリル化合物を加えることによって、溶媒が高い電位まで安定に存在することが分かった。特に電位窓が大きく広がったのは、ニトリル化合物として鎖式飽和炭化水素化合物の両末端にニトリル基が結合した鎖式飽和炭化水素ジニトリル化合物を用いた実施例10〜13であり、分枝を有する実施例13においても大きく電位窓が正方向に広がることが分かった。また、鎖式エーテル化合物の末端の少なくとも一つにニトリル基が結合した鎖式エーテルニトリル化合物を用いた実施例14及び実施例15においても、大きく電位窓が正方向に広がることが分かった。
-Evaluation-
(Measurement of potential-current curve)
About the electrolyte solution of Examples 10-17 and the comparative example 2, it carried out similarly to the above-mentioned method, and measured the electric potential-current curve. The results are shown in FIG.
From this figure, it was found that in the electrolytic solutions of Examples 10 to 17, the potential window spreads in the positive direction as compared with the electrolytic solution of Comparative Example 2. From this result, even when ethylene carbonate and diethyl carbonate were used as solvents, both of the chain saturated hydrocarbon compounds were the same as when ethylene carbonate and dimethyl carbonate were used as solvents (that is, in the case of Examples 1 to 9). Add at least one nitrile compound among a chain saturated hydrocarbon dinitrile compound having a nitrile group bonded to the terminal, a chain ether nitrile compound having a nitrile group bonded to at least one terminal of the chain ether compound, and a cyanoacetate ester. It was found that the solvent exists stably up to a high potential. In particular, the potential window greatly widened in Examples 10 to 13 using a chain saturated hydrocarbon dinitrile compound in which a nitrile group was bonded to both ends of a chain saturated hydrocarbon compound as a nitrile compound, which has branches. Also in Example 13, it was found that the potential window greatly expanded in the positive direction. Also, in Example 14 and Example 15 using a chain ether nitrile compound in which a nitrile group was bonded to at least one end of the chain ether compound, it was found that the potential window greatly expanded in the positive direction.

(実施例18〜25)
実施例18〜25では溶媒を、各種ニトリル:γ−ブチロラクトン:ジメチルカーボネート=50:25:25(容量比)とし、この混合溶媒に電解質をLiPF6(六フッ化リン酸リチウム)を1mol/Lとなるように溶解させたものをリチウムイオン電池用電解液とした。また、ニトリルとしてアジポニトリルを用いた実施例では、LiPF6を0.5mol/Lとした。
各実施例に用いたニトリルの種類は以下のとおりである。
実施例18 グルタロニトリルNC(CHCN
実施例19 アジポニトリルNC(CHCN
実施例20 セバコニトリルNC(CHCN
実施例21 ドデカンジニトリルNC(CH10CN
実施例22 2−メチルグルタロニトリルNCCH(CH)CHCHCN
実施例23 オキシジプロピオニトリルNCCHCH-O-CHCHCN
実施例24 シアノ酢酸メチルNCCHCOOCH
実施例25 シアノ酢酸ブチルNCCHCOO(CHCH
(Examples 18 to 25)
In Examples 18 to 25, the solvent was various nitrile: γ-butyrolactone: dimethyl carbonate = 50: 25: 25 (volume ratio), and the electrolyte was LiPF 6 (lithium hexafluorophosphate) at 1 mol / L in this mixed solvent. What was melt | dissolved so that it might become was used as the electrolyte solution for lithium ion batteries. In the example using adiponitrile as the nitrile, LiPF 6 was 0.5 mol / L.
The types of nitriles used in each example are as follows.
Example 18 Glutaronitrile NC (CH 2 ) 3 CN
Example 19 adiponitrile NC (CH 2) 4 CN
Example 20 sebaconitrile NC (CH 2) 8 CN
Example 21 dodecane dinitrile NC (CH 2) 10 CN
Example 22 2-methylglutaronitrile NCCH (CH 3) CH 2 CH 2 CN
Example 23 oxy dipropionate nitrile NCCH 2 CH 2 -O-CH 2 CH 2 CN
Example 24 methyl cyanoacetate NCCH 2 COOCH 3
Example 25 cyanoacetate butyl NCCH 2 COO (CH 2) 3 CH 3

(比較例3)
比較例3では、有機溶媒としてγ−ブチロラクトン:ジメチルカーボネート=50:50(容量比)の混合溶媒を用い、これにリチウム塩としてLiPF6を1mol/Lとなるように溶解させてリチウムイオン電池用電解液とした。
(Comparative Example 3)
In Comparative Example 3, a mixed solvent of γ-butyrolactone: dimethyl carbonate = 50: 50 (volume ratio) was used as the organic solvent, and LiPF 6 was dissolved as a lithium salt at 1 mol / L so as to be used for a lithium ion battery. An electrolyte was used.

−評価−
(電位−電流曲線の測定)
実施例18〜25及び比較例3の電解液について、前述の方法と同様にして電位−電流曲線を測定した。結果を図18に示す。
この図から、実施例18〜25の電解液においても、比較例3の電解液と比較して、電位窓が正方向に大きく広がることが分かった。この結果から、環状カーボネートであるエチレンカーボネートに替えて、ジメチルカーボネート及び環状エステルであるγ−ブチロラクトンを溶媒として用いた場合においても、鎖式飽和炭化水素化合物の両末端にニトリル基が結合した鎖式飽和炭化水素ジニトリル化合物を加えることによって、溶媒が高い電位まで安定に存在することが分かった。また、鎖式飽和炭化水素ジニトリル化合物のうち、直鎖分子である実施例18〜21のみならず、分枝を有する実施例22においても大きく電位窓が正方向に広がることが分かった。さらに、鎖式エーテル化合物の両末端にニトリル基が結合した鎖式エーテルニトリル化合物を用いた実施例23や、シアノ酢酸エステルを用いた実施例24,25においても、大きく電位窓が正方向に広がることが分かった。
-Evaluation-
(Measurement of potential-current curve)
For the electrolytic solutions of Examples 18 to 25 and Comparative Example 3, potential-current curves were measured in the same manner as described above. The results are shown in FIG.
From this figure, it was found that also in the electrolyte solutions of Examples 18 to 25, the potential window greatly expanded in the positive direction as compared with the electrolyte solution of Comparative Example 3. From this result, even when dimethyl carbonate and cyclic ester γ-butyrolactone are used as a solvent instead of cyclic carbonate ethylene carbonate, a chain formula in which nitrile groups are bonded to both ends of the chain saturated hydrocarbon compound. It was found that by adding the saturated hydrocarbon dinitrile compound, the solvent exists stably to a high potential. Moreover, it turned out that a potential window spreads in the positive direction greatly not only in Examples 18 to 21 which are linear molecules among chain-type saturated hydrocarbon dinitrile compounds but also in Example 22 having branches. Further, in Example 23 using a chain ether nitrile compound in which a nitrile group is bonded to both ends of the chain ether compound, and in Examples 24 and 25 using cyanoacetate, the potential window is greatly widened in the positive direction. I understood that.

(実施例26〜31)
実施例26〜31では溶媒を、各種ニトリル:ジメチルカーボネート=50:50(容量比)とし、この混合溶媒に電解質をLiPF6(六フッ化リン酸リチウム)を1mol/L(実施例30、31では0.1mol/L)となるように溶解させたものをリチウムイオン電池用電解液とした。各実施例に用いたニトリルの種類は以下のとおりである。
実施例26 グルタロニトリルNC(CHCN
実施例27 セバコニトリルNC(CHCN
実施例28 ドデカンジニトリルNC(CH10CN
実施例29 2−メチルグルタロニトリルNCCH(CH)CHCHCN
実施例30 オキシジプロピオニトリルNCCHCH-O-CHCHCN
実施例31 シアノ酢酸メチルNCCHCOOCH
(Examples 26 to 31)
In Examples 26 to 31, the solvent was various nitriles: dimethyl carbonate = 50: 50 (volume ratio), and the electrolyte was LiPF 6 (lithium hexafluorophosphate) 1 mol / L (Examples 30 and 31). In this case, an electrolyte solution for a lithium ion battery was dissolved so as to be 0.1 mol / L. The types of nitriles used in each example are as follows.
Example 26 glutaronitrile NC (CH 2) 3 CN
Example 27 sebaconitrile NC (CH 2) 8 CN
Example 28 Dodecanedinitrile NC (CH 2 ) 10 CN
Example 29 2-methylglutaronitrile NCCH (CH 3) CH 2 CH 2 CN
Example 30 oxy dipropionate nitrile NCCH 2 CH 2 -O-CH 2 CH 2 CN
Example 31 methyl cyanoacetate NCCH 2 COOCH 3

(比較例4)
比較例4では、有機溶媒としてジメチルカーボネートにリチウム塩としてLiPF6を1mol/Lとなるように溶解させてリチウムイオン電池用電解液とした。
(Comparative Example 4)
In Comparative Example 4, LiPF 6 as a lithium salt was dissolved in dimethyl carbonate as an organic solvent so as to be 1 mol / L to obtain an electrolytic solution for a lithium ion battery.

−評価−
(電位−電流曲線の測定)
実施例26〜31及び比較例4の電解液について、前述の方法と同様にして電位−電流曲線を測定した。結果を図19に示す。
この図から、溶媒としてニトリル化合物以外にジメチルカーボネートを単独で加えた実施例26〜31の電解液では、ジメチルカーボネートを単独溶媒とした比較例3の電解液と比較して、電位窓が正方向に広がることが分かった。また、鎖式飽和炭化水素化合物の両末端にニトリル基が結合した鎖式飽和炭化水素ジニトリル化合物を加えることによって(実施例26〜29)、溶媒が高い電位まで安定に存在することが分かった。さらには、鎖式飽和炭化水素ジニトリル化合物のうち、直鎖分子である実施例26〜28のみならず、分枝を有する実施例29においても大きく電位窓が正方向に広がることが分かった。さらに、鎖式エーテル化合物の両末端にニトリル基が結合した鎖式エーテルニトリル化合物を用いた実施例30でも電位窓が大きく広がり、シアノ酢酸エステルを用いた実施例31では、電位窓が広がった。
-Evaluation-
(Measurement of potential-current curve)
About the electrolyte solution of Examples 26-31 and the comparative example 4, the electric potential-current curve was measured like the above-mentioned method. The results are shown in FIG.
From this figure, in the electrolytic solutions of Examples 26 to 31 in which dimethyl carbonate alone was added in addition to the nitrile compound as a solvent, the potential window was positive in comparison with the electrolytic solution of Comparative Example 3 in which dimethyl carbonate was the sole solvent. I understood that it spreads. It was also found that the solvent was stably present up to a high potential by adding a chain saturated hydrocarbon dinitrile compound having nitrile groups bonded to both ends of the chain saturated hydrocarbon compound (Examples 26 to 29). Furthermore, it was found that, among the chain saturated hydrocarbon dinitrile compounds, not only in Examples 26 to 28 which are linear molecules, but also in Example 29 having branches, the potential window greatly spreads in the positive direction. Furthermore, in Example 30 using a chain ether nitrile compound in which a nitrile group was bonded to both ends of the chain ether compound, the potential window was greatly expanded, and in Example 31 using cyanoacetate, the potential window was expanded.

(実施例32,33)
実施例32,33では溶媒を、各種ニトリル:プロピレンカーボネート=50:50(容量比)とし、この混合溶媒に電解質をLiPF6(六フッ化リン酸リチウム)を1mol/Lとなるように溶解させたものをリチウムイオン電池用電解液とした。各実施例に用いたニトリルの種類は以下のとおりである。
実施例32 セバコニトリルNC(CHCN
実施例33 ドデカンジニトリルNC(CH10CN
(Examples 32 and 33)
In Examples 32 and 33, the solvent was various nitrile: propylene carbonate = 50: 50 (volume ratio), and the electrolyte was dissolved in this mixed solvent so that LiPF 6 (lithium hexafluorophosphate) was 1 mol / L. This was used as an electrolyte for lithium ion batteries. The types of nitriles used in each example are as follows.
Example 32 sebaconitrile NC (CH 2) 8 CN
Example 33 dodecane dinitrile NC (CH 2) 10 CN

(比較例5)
比較例5では、有機溶媒としてプロピレンカーボネートにリチウム塩としてLiPF6を1mol/Lとなるように溶解させてリチウムイオン電池用電解液とした。
(Comparative Example 5)
In Comparative Example 5, an electrolyte solution for a lithium ion battery was prepared by dissolving LiPF 6 as a lithium salt in propylene carbonate as an organic solvent so as to be 1 mol / L.

−評価−
(電位−電流曲線の測定)
実施例32,33及び比較例5の電解液について、前述の方法と同様にして電位−電流曲線を測定した。結果を図20に示す。
この図から、溶媒としてニトリル化合物以外にプロピレンカーボネートを単独で加えた実施例32,33の電解液では、プロピレンカーボネートを単独溶媒とした比較例5の電解液と比較して、電位窓が正方向に大きく広がることが分かった。また、鎖式飽和炭化水素化合物の両末端にニトリル基が結合した鎖式飽和炭化水素ジニトリル化合物を加えることによって、溶媒が高い電位まで安定に存在することが分かった。
-Evaluation-
(Measurement of potential-current curve)
With respect to the electrolytic solutions of Examples 32 and 33 and Comparative Example 5, potential-current curves were measured in the same manner as described above. The results are shown in FIG.
From this figure, in the electrolytic solutions of Examples 32 and 33 in which propylene carbonate alone was added in addition to the nitrile compound as the solvent, the potential window was positive in comparison with the electrolytic solution of Comparative Example 5 in which propylene carbonate was the sole solvent. It was found that it spreads greatly. It was also found that the solvent was stably present up to a high potential by adding a chain saturated hydrocarbon dinitrile compound having nitrile groups bonded to both ends of the chain saturated hydrocarbon compound.

(実施例34〜36)
実施例34〜36では溶媒を、各種ニトリル:γ−ブチロラクトン=50:50(容量比)とし、この混合溶媒に電解質をLiPF6(六フッ化リン酸リチウム)を1mol/Lとなるように溶解させたものをリチウムイオン電池用電解液とした。各実施例に用いたニトリルの種類は以下のとおりである。
実施例34 グルタロニトリルNC(CHCN
実施例35 セバコニトリルNC(CHCN
実施例36 ドデカンジニトリルNC(CH10CN
(Examples 34 to 36)
In Examples 34 to 36, the solvent was various nitriles: γ-butyrolactone = 50: 50 (volume ratio), and the electrolyte was dissolved in this mixed solvent so that LiPF 6 (lithium hexafluorophosphate) was 1 mol / L. This was used as an electrolyte for a lithium ion battery. The types of nitriles used in each example are as follows.
Example 34 glutaronitrile NC (CH 2) 3 CN
Example 35 sebaconitrile NC (CH 2) 8 CN
Example 36 dodecane dinitrile NC (CH 2) 10 CN

(比較例6)
比較例6では、有機溶媒としてγ−ブチロラクトンにリチウム塩としてLiPF6を0.1mol/Lとなるように溶解させてリチウムイオン電池用電解液とした。
(Comparative Example 6)
In Comparative Example 6, an electrolyte solution for a lithium ion battery was prepared by dissolving LiPF 6 as a lithium salt in γ-butyrolactone as an organic solvent so as to be 0.1 mol / L.

−評価−
(電位−電流曲線の測定)
実施例34〜36及び比較例6の電解液について、前述の方法と同様にして電位−電流曲線を測定した。結果を図21に示す。
この図から、溶媒としてニトリル化合物以外にγ−ブチロラクトンを単独で加えた実施例34〜36の電解液では、γ−ブチロラクトンを単独溶媒とした比較例5の電解液と比較して、電位窓が正方向に大きく広がることが分かった。また、鎖式飽和炭化水素化合物の両末端にニトリル基が結合した鎖式飽和炭化水素ジニトリル化合物を加えることによって、溶媒が高い電位まで安定に存在することが分かった。
-Evaluation-
(Measurement of potential-current curve)
For the electrolytic solutions of Examples 34 to 36 and Comparative Example 6, potential-current curves were measured in the same manner as described above. The results are shown in FIG.
From this figure, in the electrolytic solutions of Examples 34 to 36 in which γ-butyrolactone was added alone as a solvent in addition to the nitrile compound, the potential window was larger than that of the electrolytic solution of Comparative Example 5 in which γ-butyrolactone was the sole solvent. It turns out that it spreads greatly in the positive direction. It was also found that the solvent was stably present up to a high potential by adding a chain saturated hydrocarbon dinitrile compound having nitrile groups bonded to both ends of the chain saturated hydrocarbon compound.

(実施例37〜39)
実施例37〜39では溶媒を、各種ニトリル:エチレンカーボネート:γ−ブチロラクトン=50:25:25(容量比)とし、この混合溶媒に電解質をLiPF6(六フッ化リン酸リチウム)を1mol/Lとなるように溶解させたものをリチウムイオン電池用電解液とした。各実施例に用いたニトリルの種類は以下のとおりである。
実施例37 セバコニトリルNC(CHCN
実施例38 2−メチルグルタロニトリルNCCH(CH)CHCHCN
実施例39 オキシジプロピオニトリルNCCHCH-O-CHCHCN
(Examples 37 to 39)
In Examples 37 to 39, the solvent is various nitrile: ethylene carbonate: γ-butyrolactone = 50: 25: 25 (volume ratio), and the electrolyte is LiPF 6 (lithium hexafluorophosphate) at 1 mol / L in this mixed solvent. What was melt | dissolved so that it might become was used as the electrolyte solution for lithium ion batteries. The types of nitriles used in each example are as follows.
Example 37 sebaconitrile NC (CH 2) 8 CN
Example 38 2-methylglutaronitrile NCCH (CH 3) CH 2 CH 2 CN
Example 39 oxy dipropionate nitrile NCCH 2 CH 2 -O-CH 2 CH 2 CN

(比較例7)
比較例7では、有機溶媒としてエチレンカーボネート:γ−ブチロラクトン=50:50(容量比)にリチウム塩としてLiPF6を1mol/Lとなるように溶解させてリチウムイオン電池用電解液とした。
(Comparative Example 7)
In Comparative Example 7, an electrolyte solution for a lithium ion battery was prepared by dissolving LiPF 6 as a lithium salt in ethylene carbonate: γ-butyrolactone = 50: 50 (volume ratio) as an organic solvent so as to be 1 mol / L.

−評価−
(電位−電流曲線の測定)
実施例37〜39及び比較例7の電解液について、前述の方法と同様にして電位−電流曲線を測定した。結果を図22に示す。
この図から、溶媒としてニトリル化合物以外に環状カーボネートであるエチレンカーボネートと、環状エステルであるγ−ブチロラクトンとを溶媒として加えた実施例37〜39の電解液では、ニトリル化合物を入れない比較例7の電解液と比較して、電位窓が正方向及び負方向に大きく広がることが分かった。また、鎖式飽和炭化水素化合物の両末端にニトリル基が結合した鎖式飽和炭化水素ジニトリル化合物を加えることによって、溶媒が高い電位まで安定に存在することが分かった。さらには、鎖式飽和炭化水素ジニトリル化合物のうち、直鎖分子である実施例37のみならず、分枝を有する実施例38においても大きく電位窓が正方向及び負方向に広がることが分かった。さらに、鎖式エーテル化合物の両末端にニトリル基が結合した鎖式エーテルニトリル化合物を用いた実施例39でも電位窓が大きく正負方向に広がった。
-Evaluation-
(Measurement of potential-current curve)
About the electrolyte solution of Examples 37-39 and the comparative example 7, the electric potential-current curve was measured like the above-mentioned method. The results are shown in FIG.
From this figure, in the electrolytic solutions of Examples 37 to 39 in which ethylene carbonate, which is a cyclic carbonate, and γ-butyrolactone, which is a cyclic ester, were added as solvents in addition to the nitrile compound, the nitrile compound was not added. It was found that the potential window spreads greatly in the positive and negative directions as compared with the electrolyte. It was also found that the solvent was stably present up to a high potential by adding a chain saturated hydrocarbon dinitrile compound having nitrile groups bonded to both ends of the chain saturated hydrocarbon compound. Furthermore, it was found that, among the chain-type saturated hydrocarbon dinitrile compounds, not only in Example 37, which is a linear molecule, but also in Example 38 having branches, the potential window greatly spreads in the positive and negative directions. Further, in Example 39 using a chain ether nitrile compound in which a nitrile group was bonded to both ends of the chain ether compound, the potential window was greatly widened in the positive and negative directions.

(実施例40〜44)
実施例40〜44では溶媒を、セバコニトリル(実施例42ではアジポニトリル):エチレンカーボネート:ジメチルカーボネート=50:25:25(容量比)とし、この混合溶媒に各種電解質を1mol/Lとなるように溶解させたものをリチウムイオン電池用電解液とした。各実施例に用いた電解質の種類は以下のとおりである。
実施例40 LiPF6
実施例41 LiTFSI
実施例42 LiTFSI
実施例43 LiBF
実施例44 LiBETI
(Examples 40 to 44)
In Examples 40 to 44, the solvent was sebacononitrile (adiponitrile in Example 42): ethylene carbonate: dimethyl carbonate = 50: 25: 25 (volume ratio), and various electrolytes were dissolved in this mixed solvent so as to be 1 mol / L. This was used as an electrolyte for a lithium ion battery. The types of electrolyte used in each example are as follows.
Example 40 LiPF 6
Example 41 LiTFSI
Example 42 LiTFSI
Example 43 LiBF 4
Example 44 LiBETI

(実施例45)
実施例45では、有機溶媒としてセバコニトリルと、エチレンカーボネート(EC)と、ジメチルカーボネート(DMC)とを容量比で50:25:25の割合で混合した溶媒を用い、これにリチウム塩としてLiPF6(六フッ化リン酸リチウム)を0.05mol/L、LiTFSI(リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド)を1.0mol/Lとなるように溶解させてリチウムイオン電池用電解液とした。
(Example 45)
In Example 45, a solvent in which sebacononitrile, ethylene carbonate (EC), and dimethyl carbonate (DMC) were mixed at a volume ratio of 50:25:25 was used as the organic solvent, and LiPF 6 ( Lithium hexafluorophosphate) was dissolved at 0.05 mol / L and LiTFSI (lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide) was dissolved at 1.0 mol / L to obtain an electrolyte for a lithium ion battery.

(実施例46)
実施例46では、有機溶媒としてシアノ酢酸ブチルと、エチレンカーボネート(EC)と、ジメチルカーボネート(DMC)とを容量比で50:25:25の割合で混合した溶媒を用い、これにリチウム塩としてLiTFSI(リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド)を1.0mol/Lとなるように溶解させてリチウムイオン電池用電解液とした。
(Example 46)
In Example 46, a solvent in which butyl cyanoacetate, ethylene carbonate (EC), and dimethyl carbonate (DMC) were mixed at a volume ratio of 50:25:25 as an organic solvent, and LiTFSI as a lithium salt was used. (Lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide) was dissolved at 1.0 mol / L to obtain an electrolytic solution for a lithium ion battery.

(実施例47)
実施例47では、有機溶媒としてシアノ酢酸ブチルと、エチレンカーボネート(EC)と、ジメチルカーボネート(DMC)とを容量比で50:25:25の割合で混合した溶媒を用い、これにリチウム塩としてLiBF(四フッ化ホウ酸リチウム)を1.0mol/Lとなるように溶解させてリチウムイオン電池用電解液とした。
(Example 47)
In Example 47, a solvent obtained by mixing butyl cyanoacetate, ethylene carbonate (EC), and dimethyl carbonate (DMC) in a volume ratio of 50:25:25 as an organic solvent, and LiBF as a lithium salt was used. 4 (lithium tetrafluoroborate) was dissolved at 1.0 mol / L to obtain an electrolyte for a lithium ion battery.

(比較例8〜10)
比較例8〜10では、比較例1におけるリチウム塩であるLiPF6の替わりに、各種リチウム塩を添加した。すなわち、有機溶媒としてエチレンカーボネート:ジメチルカーボネート=50:50(容量比)に各種リチウム塩(比較例8ではLiTFSI、比較例9ではLiBF、比較例10ではLiBETI)を1mol/Lとなるように溶解させてリチウムイオン電池用電解液とした。
(Comparative Examples 8 to 10)
In Comparative Examples 8 to 10, various lithium salts were added instead of LiPF 6 which is the lithium salt in Comparative Example 1. That is, various lithium salts (LiTFSI in Comparative Example 8, LiBF 4 in Comparative Example 9, LiBETI in Comparative Example 10) at 1 mol / L as an organic solvent, ethylene carbonate: dimethyl carbonate = 50: 50 (volume ratio). It was made to melt | dissolve and it was set as the electrolyte solution for lithium ion batteries.

−評価−
(電位−電流曲線の測定)
実施例40〜44、比較例1及び比較例8〜10の電解液について、前述の方法と同様にして電位−電流曲線を測定した。結果を図23に示す。またこの図から求めた、電流密度が50μA/cmとなるときの電位の値を表1に示す。
この図23及び表1から、溶媒としてニトリル化合物以外に環状カーボネートであるエチレンカーボネートと鎖状カーボネートであるジメチルカーボネートとを溶媒として加えた実施例40〜44の電解液では、電解質の種類によらず、ニトリル化合物を入れない比較例1及び比較例8〜10の電解液と比較して、電位窓が正方向に大きく広がることが分かった。
また、実施例45の電解液の電位窓は6.6V(図24参照)、実施例46の電解液の電位窓は5.4V(図25参照)、実施例47の電解液の電位窓は6.1V(図26参照)となり、いずれも正側に広がっていることが分かった。
-Evaluation-
(Measurement of potential-current curve)
With respect to the electrolytic solutions of Examples 40 to 44, Comparative Example 1 and Comparative Examples 8 to 10, potential-current curves were measured in the same manner as described above. The results are shown in FIG. In addition, Table 1 shows the value of the potential obtained from this figure when the current density is 50 μA / cm 2 .
From FIG. 23 and Table 1, in the electrolytic solutions of Examples 40 to 44 in which ethylene carbonate, which is a cyclic carbonate, and dimethyl carbonate, which is a chain carbonate, are added as solvents in addition to the nitrile compound, regardless of the type of electrolyte. It was found that the potential window greatly expanded in the positive direction as compared with the electrolytic solutions of Comparative Example 1 and Comparative Examples 8 to 10 in which no nitrile compound was added.
The potential window of the electrolytic solution of Example 45 is 6.6 V (see FIG. 24), the potential window of the electrolytic solution of Example 46 is 5.4 V (see FIG. 25), and the potential window of the electrolytic solution of Example 47 is It became 6.1V (refer FIG. 26), and it turned out that all have spread to the positive side.

Figure 0005672464
Figure 0005672464

同様に、リチウム塩をLiPFとした、他の実施例及び比較例の電解液について、電位−電流曲線から求めた、所定の電流密度となるときの電極電位を表2に示す。この表から、鎖式飽和炭化水素化合物の両末端にニトリル基が結合した鎖式飽和炭化水素ジニトリル化合物、鎖式エーテル化合物の末端の少なくとも一つにニトリル基が結合した鎖式エーテルニトリル化合物及びシアノ酢酸エステルのうち少なくとも一つのニトリル化合物と、環状カーボネート、環状エステル及び鎖状カーボネートのうち少なくとも一つとが含まれている場合に、正方向に電位窓が広がることが分かる。 Similarly, the lithium salt and LiPF 6, the electrolyte of the other examples and comparative examples, the potential - was determined from current curve, shown in Table 2 an electrode potential when a predetermined current density. From this table, a chain saturated hydrocarbon dinitrile compound having a nitrile group bonded to both ends of the chain saturated hydrocarbon compound, a chain ether nitrile compound having a nitrile group bonded to at least one of the ends of the chain ether compound, and cyano It can be seen that the potential window widens in the positive direction when at least one nitrile compound of the acetic ester and at least one of cyclic carbonate, cyclic ester and chain carbonate are contained.

Figure 0005672464
Figure 0005672464

<ニトリル添加量の影響>
本発明の電解液におけるニトリルの添加量の影響を調べるため、エチレンカーボネート:ジメチルカーボネート=1:1(容量比)の混合溶媒に、所定量のセバコニトリルを添加し、電位電流曲線を測定した。なお、電解質はLiPFを1Mとなるように加えた(ただし、セバコニトリル100容量%の場合には、1Mの溶解は困難であったため0.1Mとした)。結果を図27に示す。この図から、セバコニトリルの添加量は、1容量%でも電位窓を広げる効果があり、添加量が増すほど電位窓は高電位方向に広がることが分かった。ただし、セバコニトリル100容量%では、電解質であるLiPFの溶解度が低くなるとともに、粘度も高くなることから、伝導度が低くなり、ひいては電池の内部抵抗が高くなるという問題が生ずる。このため、リチウム電池用の電解液としては好ましいセバコニトリルの添加量は、1容量%以上100容量%未満であり、より好ましくは5容量%以上90容量%未満、最も好ましくは30容量%以上70容量%未満である。
<Influence of nitrile addition amount>
In order to investigate the influence of the addition amount of nitrile in the electrolytic solution of the present invention, a predetermined amount of sebacononitrile was added to a mixed solvent of ethylene carbonate: dimethyl carbonate = 1: 1 (volume ratio), and a potential-current curve was measured. Incidentally, the electrolyte was added LiPF 6 as a 1M (However, in the case of sebaconitrile 100% by volume, it was 0.1M for dissolution of 1M was difficult). The results are shown in FIG. From this figure, it was found that the amount of sebacononitrile added had the effect of expanding the potential window even at 1% by volume, and the potential window expanded in the higher potential direction as the amount added increased. However, when 100% by volume of sebacononitrile is used, the solubility of LiPF 6 that is an electrolyte is lowered and the viscosity is also increased. Therefore, there is a problem that the conductivity is lowered and the internal resistance of the battery is increased. For this reason, the preferable amount of sebacononitrile added as an electrolyte for a lithium battery is 1% by volume or more and less than 100% by volume, more preferably 5% by volume or more and less than 90% by volume, and most preferably 30% by volume or more and 70% by volume. %.

以上のように、実施例の電解液についての電位−電流曲線では、有機溶媒にニトリル化合物を加えることにより、電位窓が正の方向に大きく広がることが分かった。上記実施例の電位−電流曲線の測定においては、前述したように、正側及び負側に数回スキャンさせた後、自然電位から正方向、あるいは負方向に5mV/秒の速度で電位の掃引を行い、電位−電流曲線を測定している。この測定前の数回の電位のスキャンにおいては、2回以降において電位窓が広がっており、このことから、本発明の電解液中で正方向に電位掃引することにより、電位窓の広い電極を製造できることが分かる。   As described above, in the potential-current curve for the electrolytic solution of the example, it was found that the potential window greatly expanded in the positive direction by adding the nitrile compound to the organic solvent. In the measurement of the potential-current curve of the above example, as described above, after scanning several times on the positive side and the negative side, the potential is swept at a rate of 5 mV / sec from the natural potential in the positive direction or the negative direction. And the potential-current curve is measured. In the potential scan several times before this measurement, the potential window spreads after the second time. Therefore, by sweeping the potential in the positive direction in the electrolytic solution of the present invention, an electrode having a wide potential window is formed. It can be seen that it can be manufactured.

以上より、下記の事項を開示する。
(1) ニトリル化合物を含む有機溶媒中に電極を浸漬する浸漬工程と、
前記浸漬工程後、前記電極を前記ニトリル化合物を含まない前記有機溶媒のみの液中に浸漬したときに印加可能な電位よりも高い電位を付与する正電圧付与工程と、を含むことを特徴とする電極の処理方法。
(2) 前記高い電位は(Li/Li+)参照電極に対して5.2Vを超える、好ましくは6.0V以上であることを特徴とする(1)の電極の処理方法。
(3) 前記ニトリル化合物は鎖式飽和炭化水素化合物の両末端にニトリル基が結合した鎖式飽和炭化水素ジニトリル化合物、鎖式エーテル化合物の末端の少なくとも一つにニトリル基が結合した鎖式エーテルニトリル化合物及びシアノ酢酸エステルのうち少なくとも一つであり、
前記電極はカーボンからなる、ことを特徴とする(2)に記載の電極の処理方法。
(4) 鎖式飽和炭化水素化合物の両末端にニトリル基が結合した鎖式飽和炭化水素ジニトリル化合物、鎖式エーテル化合物の末端の少なくとも一つにニトリル基が結合した鎖式エーテルニトリル化合物及びシアノ酢酸エステルのうち少なくとも一つであるニトリル化合物を含む有機溶媒中に電極を浸漬する浸漬工程と、
前記浸漬工程後、前記電極に正電圧を付与する正電圧付与工程と、を含むことを特徴とする電極の処理方法。
From the above, the following matters are disclosed.
(1) an immersion step of immersing the electrode in an organic solvent containing a nitrile compound;
And a positive voltage applying step for applying a potential higher than the potential that can be applied when the electrode is immersed in a liquid containing only the organic solvent that does not contain the nitrile compound after the immersion step. Electrode processing method.
(2) The method for treating an electrode according to (1), wherein the high potential is more than 5.2 V, preferably 6.0 V or more with respect to the (Li / Li + ) reference electrode.
(3) The nitrile compound is a chain saturated hydrocarbon dinitrile compound in which a nitrile group is bonded to both ends of a chain saturated hydrocarbon compound, or a chain ether nitrile in which a nitrile group is bonded to at least one end of a chain ether compound. At least one of a compound and a cyanoacetic acid ester,
The electrode processing method according to (2), wherein the electrode is made of carbon.
(4) A chain saturated hydrocarbon dinitrile compound having a nitrile group bonded to both ends of a chain saturated hydrocarbon compound, a chain ether nitrile compound having a nitrile group bonded to at least one terminal of the chain ether compound, and cyanoacetic acid An immersion step of immersing the electrode in an organic solvent containing a nitrile compound that is at least one of the esters;
And a positive voltage applying step of applying a positive voltage to the electrode after the immersion step.

<電池特性の測定>
本発明のリチウムイオン電池用電解液の電池としての性能を評価するため、リチウム電池用陰極及びリチウム電池用正極を用いた電位−電流曲線を測定した。
すなわち、上記実施例41のリチウムイオン電池用電解液(すなわち、容量比でEC:DMC:セバコニトリル=25:25:50,リチウム塩としてLiTFSI(リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド)を1.0mol/L)を用い、作用極にリチウム電池用陰極及びリチウム電池用陽極を用いて、リチウム吸蔵放出の電位−電流曲線を測定した。リチウム電池用陰極としてはLiTiO1を用い、リチウム電池用正極としてはLiCoO及びLiCoPOを用いた。測定にはポテンシオガルバノスタットを用いた。また、参照電極は(Ag/Ag+)を用いた。測定にあたっては、正側及び負側に数回スキャンさせた後、自然電位から正方向、あるいは負方向に0.5mV/秒の速度で電位の掃引を行い、電位−電流曲線を測定した。
<Measurement of battery characteristics>
In order to evaluate the performance of the electrolyte solution for lithium ion batteries of the present invention as a battery, a potential-current curve was measured using a cathode for a lithium battery and a cathode for a lithium battery.
That is, the electrolyte solution for lithium ion battery of Example 41 (that is, EC: DMC: sebacononitrile = 25: 25: 50 by volume ratio, LiTFSI (lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide) as a lithium salt was 1.0 mol / L), and a lithium battery cathode and a lithium battery anode were used as working electrodes, and a potential-current curve of lithium occlusion / release was measured. The cathode for a lithium battery using Li 4 Ti 5 O1 2, as a positive electrode for a lithium battery using LiCoO 2 and LiCoPO 4. A potentiogalvanostat was used for the measurement. Further, (Ag / Ag + ) was used as the reference electrode. In the measurement, after scanning several times on the positive side and the negative side, the potential was swept from the natural potential in the positive direction or in the negative direction at a speed of 0.5 mV / sec, and the potential-current curve was measured.

その結果、図28に示すように、リチウム電池用陰極としてのLiTi12、リチウム電池用正極としてのLiCoO及びLiCoPOのいずれの電極においても、リチウム(0)とリチウムイオンとの間での酸化還元に伴うほぼ可逆的な電流が観測された。この結果から、実施例4のリチウムイオン電池用電解液を用いることにより、リチウム(0)−リチウムイオン間の円滑な充放電が可能であることが分かった。 As a result, as shown in FIG. 28, Li 4 Ti 5 O 12 as the cathode for the lithium battery, LiCoO 2 and LiCoPO 4 as the cathode for the lithium battery, both lithium (0) and lithium ions A nearly reversible current associated with redox was observed. From this result, it was found that by using the lithium ion battery electrolyte of Example 4, smooth charge / discharge between lithium (0) and lithium ions was possible.

<ナトリウムイオン電池の作製>
上記リチウムイオン電池に替えて、ナトリウムイオン電池用の正極、負極及び電解液を用いることにより、耐食性に極めて優れたナトリウムイオン電池とすることができる。
<Production of sodium ion battery>
By using a positive electrode, a negative electrode, and an electrolytic solution for a sodium ion battery instead of the lithium ion battery, a sodium ion battery having extremely excellent corrosion resistance can be obtained.

本発明の集電体は、上述したように、リチウムイオン電池やナトリウムイオン電池に適用することができる。これらのイオン電池は、電解液、正極、負極、セパレータ及びケースを備えてなる。   As described above, the current collector of the present invention can be applied to lithium ion batteries and sodium ion batteries. These ion batteries include an electrolytic solution, a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a case.

<リチウムイオン電池>
(電解液)
リチウムイオン電池の電解液はLi塩(電解質)と有機溶媒とを含んでいる。
Li塩には、Liイオン電池用の一般的なLi塩を用いることができる。例えば、LiPF6(六フッ化リン酸リチウム)、LiBF(四フッ化ホウ酸リチウム)、LiTFSI(リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド)、LiTFS(トリフルオロメタンスルホン酸リチウム)、LiBETI(リチウムビス(ペンタフルオロエタンスルホニル)イミド)又はこれらの2種以上を用いることができる。
なかでも、正極の酸化還元電位が4.5V以上のものについては、LiPF、及び/又はLiBFを使用することが好ましい。また、LiTFSIやLiTFSやLiBETIを用いる場合、LiPF又はLiBFを添加することが好ましい。
<Lithium ion battery>
(Electrolyte)
The electrolyte solution of a lithium ion battery contains Li salt (electrolyte) and an organic solvent.
As the Li salt, a general Li salt for a Li ion battery can be used. For example, LiPF 6 (lithium hexafluorophosphate), LiBF 4 (lithium tetrafluoroborate), LiTFSI (lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide), LiTFS (lithium trifluoromethanesulfonate), LiBETI (lithium bis ( Pentafluoroethanesulfonyl) imide) or two or more thereof can be used.
Among them, for those redox potential of the positive electrode is more than 4.5V, it is preferable to use LiPF 6, and / or LiBF 4. In the case of using a LiTFSI and LiTFS and LiBETI, it is preferable to add LiPF 6 or LiBF 4.

有機溶媒もLiイオン電池に用いられる一般的なものを採用できる。かかる有機溶媒としては環状炭酸エステル、環状カルボン酸エステル及び鎖状炭酸エステルの中から選ばれる1種、又は2種以上が好ましい。更に好ましくは、環状炭酸エステルと鎖状炭酸エステルとを併用する。具体的には、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとを併用することが特に好ましい。両者の配合割合は特に限定されない。環状カルボン酸エステルとしてはγ−ブチロラクトンを用いることができる。
更にはニトリル化合物を有機溶媒として用いることができる。ここで、ニトリル化合物としては、鎖式飽和炭化水素化合物の両末端にニトリル基が結合した鎖式飽和炭化水素ジニトリル化合物、鎖式エーテル化合物の末端の少なくとも一つにニトリル基が結合した鎖式エーテルニトリル化合物及びシアノ酢酸エステルのうち少なくとも一つのニトリル化合物を挙げることができる。
As the organic solvent, a general solvent used for a Li ion battery can be adopted. Such an organic solvent is preferably one or more selected from cyclic carbonates, cyclic carboxylic acid esters and chain carbonates. More preferably, a cyclic carbonate and a chain carbonate are used in combination. Specifically, it is particularly preferable to use ethylene carbonate and dimethyl carbonate in combination. The blending ratio of both is not particularly limited. As the cyclic carboxylic acid ester, γ-butyrolactone can be used.
Furthermore, a nitrile compound can be used as an organic solvent. Here, as the nitrile compound, a chain saturated hydrocarbon dinitrile compound in which a nitrile group is bonded to both ends of a chain saturated hydrocarbon compound, a chain ether in which a nitrile group is bonded to at least one terminal of a chain ether compound. Mention may be made of at least one nitrile compound among nitrile compounds and cyanoacetic acid esters.

鎖式飽和炭化水素化合物の両末端にニトリル基が結合した鎖式飽和炭化水素ジニトリル化合物としては、例えば、スクシノニトリルNC(CHCN、グルタロニトリルNC(CHCN、アジポニトリルNC(CHCN、セバコニトリルNC(CHCN、ドデカンジニトリルNC(CH10CNなどのような直鎖状のジニトリル化合物の他、2−メチルグルタロニトリルNCCH(CH)CHCHCN等のように分枝を有していても良い。これらの鎖式飽和炭化水素ジニトリル化合物は、炭素数は特に限定されないが20以下であることが好ましい。更に好ましくは7〜12である。 Examples of the chain saturated hydrocarbon dinitrile compound in which nitrile groups are bonded to both ends of the chain saturated hydrocarbon compound include succinonitrile NC (CH 2 ) 2 CN, glutaronitrile NC (CH 2 ) 3 CN, adiponitrile In addition to linear dinitrile compounds such as NC (CH 2 ) 4 CN, sebaconitrile NC (CH 2 ) 8 CN, dodecanedinitrile NC (CH 2 ) 10 CN, 2-methylglutaronitrile NCCH (CH 3 ) CH 2 CH 2 CN may have a branched as such. These chain saturated hydrocarbon dinitrile compounds are not particularly limited in carbon number, but are preferably 20 or less. More preferably, it is 7-12.

鎖式エーテル化合物の末端の少なくとも一つにニトリル基が結合した鎖式エーテルニトリル化合物としては、オキシジプロピオニトリルNCCHCH−O−CHCHCNや、3−メトキシプロピオニトリルCH−O−CHCHCN等が挙げられる。これらの鎖式エーテルニトリル化合物は、炭素数は特に限定されないが、20以下であることが好ましい。
シアノ酢酸エステルとしてはシアノ酢酸メチル、シアノ酢酸エチル、シアノ酢酸プロピル、シアノ酢酸ブチル等が挙げられる。これらのシアノ酢酸エステルは、炭素数は特に限定されないが、20以下であることが好ましい。
Examples of the chain ether nitrile compound in which a nitrile group is bonded to at least one end of the chain ether compound include oxydipropionitrile NCCH 2 CH 2 —O—CH 2 CH 2 CN and 3-methoxypropionitrile CH 3. -O-CH 2 CH 2 CN, and the like. These chain ether nitrile compounds are not particularly limited in carbon number, but are preferably 20 or less.
Examples of cyanoacetic acid esters include methyl cyanoacetate, ethyl cyanoacetate, propyl cyanoacetate, and butyl cyanoacetate. These cyanoacetic acid esters are not particularly limited in carbon number, but are preferably 20 or less.

これらニトリル化合物は電解液において電位窓を特に正方向に広げる作用を奏する。
電位窓を広げる作用の観点からジニトリル化合物が好ましい。中でも、セバコニトリルの採用が更に好ましい。
ただし、ニトリル化合物は粘度が高いので、上述の鎖状炭酸エステル、環状炭酸エステル及び/又は環状カルボン酸エステルと併用することが好ましい。更に好ましくはニトリル化合物と鎖状炭酸エステル及び環状炭酸エステルとを併用する。鎖状炭酸エステルとしてはジメチルカーボネートを採用することができ、環状炭酸エステルとしてはエチレンカーボネートを採用することができる。
この場合、有機溶媒全体に占めるニトリル化合物の配合割合は1〜90容量%とすることが好ましい。更に好ましくは5〜70容量%であり、更に更に好ましくは、10〜50容量%である。
These nitrile compounds have the effect of expanding the potential window particularly in the positive direction in the electrolytic solution.
A dinitrile compound is preferable from the viewpoint of the action of expanding the potential window. Of these, the use of sebacononitrile is more preferable.
However, since a nitrile compound has high viscosity, it is preferable to use together with the above-mentioned chain carbonate ester, cyclic carbonate ester, and / or cyclic carboxylic acid ester. More preferably, a nitrile compound, a chain carbonate ester and a cyclic carbonate ester are used in combination. Dimethyl carbonate can be employed as the chain carbonate, and ethylene carbonate can be employed as the cyclic carbonate.
In this case, the blending ratio of the nitrile compound in the whole organic solvent is preferably 1 to 90% by volume. More preferably, it is 5-70 volume%, More preferably, it is 10-50 volume%.

Li塩の濃度は0.01mol/L以上であって、飽和状態よりも低い濃度とする。Li塩の濃度が0.01mol/L未満であると、Liイオンによるイオン伝導が小さくなり、電解液の電気抵抗が高くなるので好ましくない。他方、飽和状態を超えると、温度等の環境変化によって溶解しているLi塩が析出するので好ましくない。   The concentration of the Li salt is 0.01 mol / L or more and is lower than the saturated state. When the concentration of the Li salt is less than 0.01 mol / L, ion conduction by Li ions is reduced, and the electric resistance of the electrolytic solution is increased, which is not preferable. On the other hand, exceeding the saturation state is not preferable because the dissolved Li salt precipitates due to environmental changes such as temperature.

(正極)
正極は正極活物質と集電体とを備える。
(正極活物質)
正極活物質とは「負極よりも高い電位で結晶構造内にリチウムが挿入/離脱され、それに伴って酸化/還元が行われる物質」をいう。
正極活物質としては(1)酸化物系、(2)オリビン型結晶構造を有するリン酸塩系、及び(3)オリビンフッ化物系を挙げることができる。
本発明の集電体は高電位での耐食性に優れているため、高い電位において充放電が行われるオリビン型結晶構造を有するリン酸塩系やオリビンフッ化物系の正極活物質を用いたリチウムイオン電池において、効果的である。
(Positive electrode)
The positive electrode includes a positive electrode active material and a current collector.
(Positive electrode active material)
The positive electrode active material refers to “a material in which lithium is inserted / extracted in the crystal structure at a higher potential than the negative electrode, and oxidation / reduction is performed accordingly”.
Examples of the positive electrode active material include (1) an oxide system, (2) a phosphate system having an olivine type crystal structure, and (3) an olivine fluoride system.
Since the current collector of the present invention is excellent in corrosion resistance at a high potential, a lithium ion battery using a phosphate-based or olivine fluoride-based positive electrode active material having an olivine-type crystal structure that is charged and discharged at a high potential Is effective.

(1)酸化物系
1−1具体的物質
酸化物系としては、Li1−xCoO(x=0〜1:層状構造)、Li1−xNiO(x=0〜1:層状構造)、Li1−xMn(x=0〜1:スピネル構造)、Li2−yMnO(y=0〜2)及びこれらの固溶体(ここで固溶体とは、上記酸化物系の正極活物質において金属原子が自由な割合で混合された物質を指す。)を挙げることができる。また、これらのうちの金属原子を他の金属原子でドープしたものも含まれる。ドーパントとしては酸化還元反応において電気化学的な特性を変化させられるものであれば特に限定されるものではない。例えば、Li、Mg、Al、Ti、V、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Nb及びMoの1種又はそれ以上を用いることができる。
1−2 特性
この正極活物質の一般的な放電電位は5V (vs Li/Li)未満である。但し、LiMn系でNiに一部置換した、LiNi0.5Mn1.5は、放電電位が4.7Vであり、急速充電をおこなう際には過電圧分を加味し、5Vを超える充電電圧を必要とする場合がある。また、LiCoMnOは放電電圧が5.2V程度から始まるため、これも充電電圧は5Vを超える。また、酸化物系は一般に300℃未満で分解し、酸素発生とともに比較的大きな発熱反応がある。このため、過充電が起こらないような制御回路が必要とされる。
(1) Oxide-based 1-1 specific substances As oxide-based materials, Li 1-x CoO 2 (x = 0 to 1: layered structure), Li 1-x NiO 2 (x = 0 to 1 : layered structure) ), Li 1-x Mn 2 O 4 (x = 0 to 1: spinel structure), Li 2−y MnO 3 (y = 0 to 2) and their solid solutions (herein, solid solutions are those of the above oxide series) A substance in which metal atoms are mixed in a free ratio in the positive electrode active material. Moreover, what doped the metal atom of these with the other metal atom is also contained. The dopant is not particularly limited as long as the electrochemical characteristics can be changed in the oxidation-reduction reaction. For example, one or more of Li, Mg, Al, Ti, V, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Nb, and Mo can be used.
1-2 Characteristics The general discharge potential of this positive electrode active material is less than 5 V (vs Li / Li + ). However, LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 partially substituted with Ni in the LiMn 2 O 4 system has a discharge potential of 4.7 V, and takes into account overvoltage when performing rapid charging, and 5 V May require a charging voltage exceeding. Further, since LiCoMnO 4 starts with a discharge voltage of about 5.2V, the charge voltage also exceeds 5V. In addition, oxide systems generally decompose at less than 300 ° C., and have a relatively large exothermic reaction as oxygen is generated. Therefore, a control circuit that does not cause overcharging is required.

(2)オリビン型結晶構造を有するリン酸塩系
2−1具体的物質
オリビン型結晶構造を有するリン酸塩系としては、Li1−xNiPO (x=0〜1)、Li1−xCoPO (x=0〜1)、Li1−xMnPO (x=0〜1)、Li1−xFePO (x=0〜1)及びこれらの固溶体(ここで固溶体とは、上記リン酸塩系の正極活物質において金属原子が自由な割合で混合された物質を指す。)を挙げることができる。また、これらのうちの金属原子を他の金属原子でドープしたものも含まれる。ドーパントとしては酸化還元反応において電気化学的な特性を変化させられるものであれば特に限定されるものではない。例えば、Mg、Al、Ti、V、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Nb及びMoの1種又は2種以上を用いることができる(特開2008−130525号参照)。
2−2 特性
この正極活物質の酸化還元電位は、上記酸化物系とは異なり300℃未満では発熱反応が小さい上、酸素は発生せず、安全性が高いことから注目されている。また、リン酸塩系のうち、LiCoPO系は放電電位が4.8V程度であり、急速充電に際しては5V以上で耐電圧を有する電解液が必要とされる。LiNiPOの放電電位は5.2V (vs Li/Li)が示唆されている。
(2) Phosphate-based 2-1 specific substance having olivine-type crystal structure As phosphate-based substances having olivine-type crystal structure, Li 1-x NiPO 4 (x = 0 to 1 ), Li 1-x CoPO 4 (x = 0 to 1 ), Li 1-x MnPO 4 (x = 0 to 1 ), Li 1-x FePO 4 (x = 0 to 1) and their solid solutions (herein the solid solution is the above-mentioned phosphorus In the acid salt positive electrode active material, it refers to a material in which metal atoms are mixed in a free ratio. Moreover, what doped the metal atom of these with the other metal atom is also contained. The dopant is not particularly limited as long as the electrochemical characteristics can be changed in the oxidation-reduction reaction. For example, one or more of Mg, Al, Ti, V, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Nb, and Mo can be used (see JP 2008-130525 A).
2-2 Characteristics The oxidation-reduction potential of this positive electrode active material is attracting attention because, unlike the above oxide system, if it is less than 300 ° C., the exothermic reaction is small, oxygen is not generated, and safety is high. Of the phosphate systems, the LiCoPO 4 system has a discharge potential of about 4.8 V, and an electrolyte having a withstand voltage of 5 V or more is required for rapid charging. It is suggested that the discharge potential of LiNiPO 4 is 5.2 V (vs Li / Li + ).

(3)オリビンフッ化物系
3−1 具体的物質
Li2−xNiPOF (x=0〜2)、Li2−xCoPOF (x=0〜2)が知られており、その他Li2−xMnPOF (x=0〜2)、Li2−xFePOF (x=0〜2)が考えられる。
また、これらの固溶体(ここで固溶体とは、上記オリビンフッ化物系の正極活物質において金属原子が自由な割合で混合された物質を指す。)も挙げることができる。さらに、これらのうちの金属原子を他の金属原子でドープしたものも含まれる。ドーパントとしては酸化還元反応において電気化学的な特性を変化させられるものであれば特に限定されるものではない。例えば、Mg、Al、Ti、V、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Nb及びMoの1種又はそれ以上を用いることができる。
3−2 特性
この正極活物質の酸化還元電位はオリビン系と同様に、上記酸化物系とは異なり、300℃未満の分解では、発熱反応が小さい上、酸素発生がないため、正極活物質由来の電池発火の影響は小さいと考えられ安全性の面で注目されている。また、電池の電気容量密度(mAh/g)を上記リン酸塩系よりも高くできる(特開2003−229126号公報参照)。しかし、例えばLiCoPOF系は、平均放電電位が4.8V程度であり、急速充電に際しては5V以上で耐電圧を有する電解液が必要とされる。また、LiNiPOF系の放電電位は5.2V(vs Li/Li)程度であり、5V以上で耐電圧を有する電解液が必要とされる。
(3) Olivine fluoride system 3-1 Specific substances Li 2-x NiPO 4 F (x = 0-2), Li 2-x CoPO 4 F (x = 0-2) are known, and other Li 2 -x MnPO 4 F (x = 0~2 ), Li 2-x FePO 4 F (x = 0~2) are considered.
Further, these solid solutions (herein, the solid solution refers to a material in which metal atoms are mixed in a free ratio in the olivine fluoride-based positive electrode active material) can also be mentioned. Furthermore, the thing which doped the metal atom of these with another metal atom is also contained. The dopant is not particularly limited as long as the electrochemical characteristics can be changed in the oxidation-reduction reaction. For example, one or more of Mg, Al, Ti, V, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Nb, and Mo can be used.
3-2 Characteristics Similar to the olivine system, the redox potential of this positive electrode active material is different from that of the above oxide system. The effect of battery ignition is considered to be small, and is attracting attention in terms of safety. Moreover, the electric capacity density (mAh / g) of a battery can be made higher than the said phosphate system (refer Unexamined-Japanese-Patent No. 2003-229126). However, for example, the Li 2 CoPO 4 F system has an average discharge potential of about 4.8 V, and an electrolytic solution having a withstand voltage of 5 V or more is required for rapid charging. Further, the discharge potential of the Li 2 NiPO 4 F system is about 5.2 V (vs Li / Li + ), and an electrolytic solution having a withstand voltage at 5 V or more is required.

(4)その他
その他、リチウム非含有のFeF、有機導電性物質を用いた共役系ポリマー、シェブレル相化合物等を用いることもできる。また、遷移金属カルコゲン化物、バナジウム酸化物およびそのリチウム塩、ニオブ酸化物およびそのリチウム塩、さらには、複数の異なった正極活物質を混合して用いることも可能である。
正極活物質粒子の平均粒径は、特に限定はされないが、10nm〜30μmであることが好ましい。
(4) Others In addition, lithium-free FeF 3 , a conjugated polymer using an organic conductive material, a chevrel phase compound, or the like can also be used. In addition, transition metal chalcogenides, vanadium oxides and lithium salts thereof, niobium oxides and lithium salts thereof, and a plurality of different positive electrode active materials may be used in combination.
The average particle diameter of the positive electrode active material particles is not particularly limited, but is preferably 10 nm to 30 μm.

(正極用集電体)
正極用集電体とは正極活物質を担持する導電性の基体である。
正極の集電体の成形材料は、充電時において安定であることが好ましい。特に、酸化還元電位の高いオリビン型結晶構造を有するリン酸塩系及びオリビンフッ化物系の正極活物質を用いるときには、耐食性に優れた素材を使用することが好ましい。
集電体の形状及び構造は、正極活物質や電池の構造に応じて、任意に設計可能である。
(Current collector for positive electrode)
The positive electrode current collector is a conductive substrate carrying a positive electrode active material.
The molding material for the current collector of the positive electrode is preferably stable during charging. In particular, when using a phosphate-based and olivine fluoride-based positive electrode active material having an olivine-type crystal structure with a high redox potential, it is preferable to use a material excellent in corrosion resistance.
The shape and structure of the current collector can be arbitrarily designed according to the structure of the positive electrode active material and the battery.

(正極の前処理)
リチウムイオン電池用正極は、リチウムイオン電池に組み込む前に、ニトリル化合物を1容量%以上含む有機溶媒中にリチウム塩が溶解した前処理用電解液中に正電極を浸漬する浸漬処理工程を行い、さらに電極に正電圧を付与する正電圧処理工程を行なう。こうして前処理された電極は、ニトリル化合物を全く含まない電解液や、ニトリル化合物の添加量の少ない電解液を用いたリチウムイオン電池に用いても、電位窓が広く、高い電位においても電解液を分解し難くなる(特願2009−180007号参照)。このような広い電位窓の電極となる理由は、電極上に窒素を成分として含む耐食性の皮膜が形成されるためであると推測される。
(Pretreatment of positive electrode)
The positive electrode for a lithium ion battery performs an immersion treatment step of immersing the positive electrode in a pretreatment electrolytic solution in which a lithium salt is dissolved in an organic solvent containing 1% by volume or more of a nitrile compound before being incorporated in the lithium ion battery, Further, a positive voltage processing step for applying a positive voltage to the electrode is performed. The electrode thus pretreated has a wide potential window even when used in an electrolyte solution containing no nitrile compound or in a lithium ion battery using an electrolyte solution with a small amount of nitrile compound added. It becomes difficult to disassemble (see Japanese Patent Application No. 2009-180007). The reason why the electrode has such a wide potential window is presumed to be that a corrosion-resistant film containing nitrogen as a component is formed on the electrode.

(負極)
負極は負極活物質と集電体とを備える。
(負極活物質)
負極活物質とは「正極よりも低い電位で結晶構造内にリチウムが挿入/離脱され、それに伴って酸化/還元が行われる物質」をいう。
負極活物質としては、例えば、人造黒鉛、天然黒鉛、ハードカーボン等の種々の炭素材料やチタン酸リチウム(LiTi12)、HTi1225、HTi13、Feなどが挙げられる。また、これらを適宜混合した複合体も挙げることができる。さらには、Si微粒子やSi薄膜、これらのSiがSi−Ni、Si−Cu、Si−Nb、Si−Zn、Si−Sn等のSi系合金となった微粒子や薄膜が挙げられる。さらには、SiO酸化物、Si−SiO複合体、Si−SiO−カーボンなどの複合体等を挙げることができる。
(Negative electrode)
The negative electrode includes a negative electrode active material and a current collector.
(Negative electrode active material)
The negative electrode active material refers to “a material in which lithium is inserted / extracted in the crystal structure at a lower potential than the positive electrode, and oxidation / reduction is performed accordingly”.
Examples of the negative electrode active material include various carbon materials such as artificial graphite, natural graphite, and hard carbon, lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12 ), H 2 Ti 12 O 25 , H 2 Ti 6 O 13 , Fe 2 O 3 etc. are mentioned. Moreover, the composite material which mixed these suitably can also be mentioned. Furthermore, there may be mentioned Si fine particles and Si thin films, and fine particles and thin films in which these Si are Si-based alloys such as Si—Ni, Si—Cu, Si—Nb, Si—Zn, Si—Sn. Further, SiO oxide, Si-SiO 2 composite, Si-SiO 2 - can be given complex, etc., such as carbon.

(負極用集電体)
負極用の集電体は汎用的な導電性金属材料、Cu、Al、Ni、Ti、オーステナイト系ステンレス等で形成することができる。
但し、電解液にニトリル化合物を用いたとき(他の有機溶剤との併用を含む)には、電解液中のLi塩に応じて適宜選択する必要がある。すなわち、電解質としてLiPF、LiBFを使用する場合、オーステナイト系ステンレス、Ni、Al、Ti等の使用が可能となる。ただし、使用する負極活物質の動作電位に応じて、適宜選択する必要がある。負極活物質としてカーボン系やSi系を使用する場合において、電解質としてLiBFを使用した場合は、Cu以外のAl、Ni、Ti、オーステナイト系ステンレス等からなる集電体を使用することができる。負極活物質としてチタン酸リチウムやFe系の化合物を用いた場合は、Cuを含む上記材料の全てが適用可能である。一方、電解質としてLiPF使用時はAl、Ni及びTiが好ましく、オーステナイト系ステンレス及びCuは好ましくない。また、電解質としてLiTFSIや、LiBETI、やLiTFSを使用する場合、Ni、Ti、Al、Cu、オーステナイト系ステンレスの何れも使用することができる。
(Current collector for negative electrode)
The current collector for the negative electrode can be formed of a general-purpose conductive metal material, Cu, Al, Ni, Ti, austenitic stainless steel, or the like.
However, when a nitrile compound is used for the electrolytic solution (including combined use with other organic solvents), it is necessary to select appropriately according to the Li salt in the electrolytic solution. That is, when LiPF 6 or LiBF 4 is used as the electrolyte, austenitic stainless steel, Ni, Al, Ti, or the like can be used. However, it is necessary to select appropriately according to the operating potential of the negative electrode active material to be used. In the case of using carbon or Si as the negative electrode active material, when LiBF 4 is used as the electrolyte, a current collector made of Al, Ni, Ti, austenitic stainless or the like other than Cu can be used. In the case where lithium titanate or a Fe 2 O 3 based compound is used as the negative electrode active material, all of the above materials containing Cu are applicable. On the other hand, when LiPF 6 is used as the electrolyte, Al, Ni and Ti are preferable, and austenitic stainless steel and Cu are not preferable. In addition, when LiTFSI, LiBETI, or LiTFS is used as the electrolyte, any of Ni, Ti, Al, Cu, and austenitic stainless steel can be used.

(正極用電子伝導部材)
正極活物質には導電性の小さいものがある。従って、正極活物質と集電体との間に導電性の電子伝導部材を介在させて、両者の間に十分な電子伝導パスを確保することが好ましい。
ここで電子伝導部材は正極活物質と集電体との間に電子伝導パスを形成できればその形態は特に限定されるものではなく、例えばアセチレンブラック等のカーボンブラック、グラファイト粉、導電性ダイヤモンドライクカーボン、グラッシーカーボン等の導電性粉体(導電助剤)を用いることができる。導電性ダイヤモンドライクカーボン及びグラッシーカーボンは、カーボンブラックやグラファイトよりもはるかに広い電位窓を有しており、高電位を付与した場合の耐食性に優れているため、好適に用いることができる。また、これらの導電助剤に金属微粒子が担持されていることも好ましい。金属微粒子としては、例えばPt、Au、Ni等が挙げられる。これらは、単独で用いても良いし、これらの合金であっても良い。
電子伝導材料として、正極活物質を被覆する導電性皮膜(導電性DLC膜等)、正極活物質を埋入させた導電性薄膜(金の薄膜等)を用いることができる。
特に、LiNiPOF系の正極活物質はそれ自身の及び/又はその表面皮膜の導電性が小さいので、これを集電体へ単に担持させてなるものではリチウムイオン電池の正極として機能しない場合がある。LiNiPOF系の正極活物質の性能評価のために、これを金等の導電薄膜へハンマー等で物理的に打ち込み、電池の正極を形成することができる。
ここにLiNiPOF系正極活物質とはLiNiPOF及びこれへ適宜ドーパントをドープしたものを指す。
(Electroconductive member for positive electrode)
Some positive electrode active materials have low electrical conductivity. Therefore, it is preferable to provide a sufficient electron conduction path between the positive electrode active material and the current collector by interposing a conductive electron conduction member.
Here, the shape of the electron conducting member is not particularly limited as long as an electron conduction path can be formed between the positive electrode active material and the current collector. For example, carbon black such as acetylene black, graphite powder, conductive diamond-like carbon Further, conductive powder (conductive aid) such as glassy carbon can be used. Conductive diamond-like carbon and glassy carbon have a much wider potential window than carbon black and graphite, and are excellent in corrosion resistance when a high potential is applied, and therefore can be suitably used. Moreover, it is also preferable that metal fine particles are supported on these conductive assistants. Examples of the metal fine particles include Pt, Au, Ni and the like. These may be used alone or an alloy thereof.
As the electron conductive material, a conductive film ( conductive DLC film or the like) covering the positive electrode active material or a conductive thin film (gold thin film or the like) in which the positive electrode active material is embedded can be used.
In particular, since the Li 2 NiPO 4 F-based positive electrode active material has low conductivity of its own and / or its surface coating, it does not function as a positive electrode of a lithium ion battery if it is simply supported on a current collector. There is a case. In order to evaluate the performance of the Li 2 NiPO 4 F-based positive electrode active material, it can be physically driven into a conductive thin film such as gold with a hammer or the like to form the positive electrode of the battery.
Here, the Li 2 NiPO 4 F-based positive electrode active material refers to Li 2 NiPO 4 F and a material appropriately doped with dopant.

(負極用電子伝導部材)
正極用電子伝導部材と同様な物を用いることができる。
(Electroconductive member for negative electrode)
The thing similar to the electron conductive member for positive electrodes can be used.

(セパレータ)
セパレータは電解液中へ浸漬され、正極と負極とを分離し両者の短絡を防ぐとともに、Liイオンの通過を許容する。
かかるセパレータには、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂から成る多孔質フィルムが挙げられる。
(Separator)
The separator is immersed in the electrolytic solution, separates the positive electrode and the negative electrode, prevents a short circuit therebetween, and allows the passage of Li ions.
Examples of such separators include porous films made of polyolefin resins such as polyethylene and polypropylene.

(ケース)
ケースは電解液に対する耐食性を有する材質で形成される。その形状は、電池の目的用途に応じて任意に設計できる。
ケースが集電体を兼ねる場合や集電体に電気的に結合される場合は、集電体として本発明の集電体を用いることができる。
(Case)
The case is formed of a material having corrosion resistance against the electrolytic solution. The shape can be arbitrarily designed according to the intended use of the battery.
When the case also serves as a current collector or is electrically coupled to the current collector, the current collector of the present invention can be used as the current collector.

<ナトリウムイオン電池>
(電解液)
ナトリウムイオン電池の電解液はNa塩(電解質)と有機溶媒とを含んでいる。
Na塩には、従来からNaイオン電池用のNa塩として知られているものを用いることができる。例えば、例えば、NaClO、NaPF、NaBF、NaCFSO、NaN(CFSO、NaN(FSO、NaN(CSO、NaC(CFSO等が挙げられる。溶媒及び溶質の混合比は特に限定されず、目的に応じて適宜設定される。
また、各種添加剤(例えば、ビニレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート、エチレンサルファイト)を0.1−3%程度入れることも好ましい。これにより、負極側で耐食性皮膜がで形成され、耐食性が向上する。
<Sodium ion battery>
(Electrolyte)
The electrolyte of the sodium ion battery contains Na salt (electrolyte) and an organic solvent.
As the Na salt, those conventionally known as Na salts for Na ion batteries can be used. For example, for example, NaClO 4 , NaPF 6 , NaBF 4 , NaCF 3 SO 3 , NaN (CF 3 SO 2 ) 2 , NaN (FSO 2 ) 2 , NaN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , NaC (CF 3 SO 2 ) 3 etc. are mentioned. The mixing ratio of the solvent and the solute is not particularly limited and is appropriately set according to the purpose.
Moreover, it is also preferable to add about 0.1 to 3% of various additives (for example, vinylene carbonate, fluoroethylene carbonate, ethylene sulfite). Thereby, a corrosion-resistant film is formed on the negative electrode side, and the corrosion resistance is improved.

有機溶媒もNaイオン電池に用いられる一般的なものを採用できる。かかる有機溶媒とし環状炭酸エステル、環状カルボン酸エステル及び鎖状炭酸エステルの中から選ばれる1種、又は2種以上が好ましい。更に好ましくは、環状炭酸エステルと鎖状炭酸エステルとを併用する。具体的には、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとを併用することが特に好ましい。両者の配合割合は特に限定されない。環状カルボン酸エステルとしはγ−ブチロラクトンやプロピレンカーボネートを用いることができる。
鎖状カーボネートは、ジメチルカーボネートのほかに、ジエチルカーボネートやエチルメチルカーボネートを使用することができる。
更にはニトリル化合物を有機溶媒として用いることができる。ここで、ニトリル化合物としては、鎖式飽和炭化水素化合物の両末端にニトリル基が結合した鎖式飽和炭化水素ジニトリル化合物、鎖式エーテル化合物の末端の少なくとも一つにニトリル基が結合した鎖式エーテルニトリル化合物及びシアノ酢酸エステルのうち少なくとも一つのニトリル化合物を挙げることができる。
As the organic solvent, a general one used for a Na ion battery can be adopted. As such an organic solvent, one kind or two or more kinds selected from cyclic carbonates, cyclic carboxylic acid esters and chain carbonates are preferable. More preferably, a cyclic carbonate and a chain carbonate are used in combination. Specifically, it is particularly preferable to use ethylene carbonate and dimethyl carbonate in combination. The blending ratio of both is not particularly limited. As the cyclic carboxylic acid ester, γ-butyrolactone or propylene carbonate can be used.
As the chain carbonate, in addition to dimethyl carbonate, diethyl carbonate or ethyl methyl carbonate can be used.
Furthermore, a nitrile compound can be used as an organic solvent. Here, as the nitrile compound, a chain saturated hydrocarbon dinitrile compound in which a nitrile group is bonded to both ends of a chain saturated hydrocarbon compound, a chain ether in which a nitrile group is bonded to at least one terminal of a chain ether compound. Mention may be made of at least one nitrile compound among nitrile compounds and cyanoacetic acid esters.

鎖式飽和炭化水素化合物の両末端にニトリル基が結合した鎖式飽和炭化水素ジニトリル化合物としては、例えば、スクシノニトリルNC(CHCN、グルタロニトリルNC(CHCN、アジポニトリルNC(CHCN、セバコニトリルNC(CHCN、ドデカンジニトリルNC(CH10CNなどのような直鎖状のジニトリル化合物の他、2−メチルグルタロニトリルNCCH(CH)CHCHCN等のように分枝を有していても良い。これらの鎖式飽和炭化水素ジニトリル化合物は、炭素数は特に限定されないが、7〜20であることが好ましい。更に好ましくは10〜12である。 Examples of the chain saturated hydrocarbon dinitrile compound in which nitrile groups are bonded to both ends of the chain saturated hydrocarbon compound include succinonitrile NC (CH 2 ) 2 CN, glutaronitrile NC (CH 2 ) 3 CN, adiponitrile In addition to linear dinitrile compounds such as NC (CH 2 ) 4 CN, sebaconitrile NC (CH 2 ) 8 CN, dodecanedinitrile NC (CH 2 ) 10 CN, 2-methylglutaronitrile NCCH (CH 3 ) CH 2 CH 2 CN may have a branched as such. These chain saturated hydrocarbon dinitrile compounds are not particularly limited in carbon number, but are preferably 7 to 20. More preferably, it is 10-12.

鎖式エーテル化合物の末端の少なくとも一つにニトリル基が結合した鎖式エーテルニトリル化合物としては、オキシジプロピオニトリルNCCHCH−O−CHCHCNや、3−メトキシプロピオニトリルCH−O−CHCHCN等が挙げられる。これらの鎖式エーテルニトリル化合物は、炭素数は特に限定されないが、20以下であることが好ましい。
シアノ酢酸エステルとしてはシアノ酢酸メチル、シアノ酢酸エチル、シアノ酢酸プロピル、シアノ酢酸ブチル等が挙げられる。これらのシアノ酢酸エステルは、炭素数は特に限定されないが、20以下であることが好ましい。
Examples of the chain ether nitrile compound in which a nitrile group is bonded to at least one end of the chain ether compound include oxydipropionitrile NCCH 2 CH 2 —O—CH 2 CH 2 CN and 3-methoxypropionitrile CH 3. -O-CH 2 CH 2 CN, and the like. These chain ether nitrile compounds are not particularly limited in carbon number, but are preferably 20 or less.
Examples of cyanoacetic acid esters include methyl cyanoacetate, ethyl cyanoacetate, propyl cyanoacetate, and butyl cyanoacetate. These cyanoacetic acid esters are not particularly limited in carbon number, but are preferably 20 or less.

これらニトリル化合物は電解液において電位窓を特に正方向に広げる作用を奏する。
電位窓を広げる作用の観点からジニトリル化合物が好ましい。中でも、セバコニトリルの採用が更に好ましい。
ただし、ニトリル化合物は粘度が高いので、上述の鎖状炭酸エステル、環状炭酸エステル及び/又は環状カルボン酸エステルと併用することが好ましい。更に好ましくはニトリル化合物と鎖状炭酸エステル及び環状炭酸エステルとを併用する。鎖状炭酸エステルとしてはジメチルカーボネートを採用することができ、環状炭酸エステルとしてはエチレンカーボネートを採用することができる。
この場合、有機溶媒全体に占めるニトリル化合物の配合割合は1〜90容量%とすることが好ましい。更に好ましくは15〜70容量%であり、更に更に好ましくは、30〜50容量%である。
These nitrile compounds have the effect of expanding the potential window particularly in the positive direction in the electrolytic solution.
A dinitrile compound is preferable from the viewpoint of the action of expanding the potential window. Of these, the use of sebacononitrile is more preferable.
However, since a nitrile compound has high viscosity, it is preferable to use together with the above-mentioned chain carbonate ester, cyclic carbonate ester, and / or cyclic carboxylic acid ester. More preferably, a nitrile compound, a chain carbonate ester and a cyclic carbonate ester are used in combination. Dimethyl carbonate can be employed as the chain carbonate, and ethylene carbonate can be employed as the cyclic carbonate.
In this case, the blending ratio of the nitrile compound in the whole organic solvent is preferably 1 to 90% by volume. More preferably, it is 15-70 volume%, More preferably, it is 30-50 volume%.

Na塩の濃度は0.01mol/L以上であって、飽和状態よりも低い濃度とする。Na塩の濃度が0.01mol/L未満であると、Naイオンによるイオン伝導が小さくなり、電解液の電気抵抗が高くなるので好ましくない。他方、飽和状態を超えると、温度等の環境変化によって溶解しているNa塩が析出するので好ましくない。   The concentration of Na salt is 0.01 mol / L or more, which is lower than the saturated state. If the concentration of Na salt is less than 0.01 mol / L, ion conduction due to Na ions is reduced, and the electric resistance of the electrolytic solution is increased, which is not preferable. On the other hand, exceeding the saturated state is not preferable because a dissolved Na salt is precipitated due to environmental changes such as temperature.

(正極)
正極は正極活物質と集電体とを備える。
正極活物質とは「二次電池の正極として充放電によって可逆的に酸化−還元を繰り返すことのできる物質」をいう。また、ナトリウムイオン電池の正極活物質としては、ナトリウムイオンを可逆的にインターカレート−デインターカレートできる物質であることが要求される。
このような正極活物質としては、特開2009−129741号公報に記載されているNaFeO、NaNiO、NaCoO、NaMnO、NaFe1−x1 x、NaNi1−x1 x2、NaCo1−x1 x、NaMn1−x1 x(ただし、M1は3価金属からなる群より選ばれる1種以上の元素であり、0≦x<0.5である。)で示される化合物等が挙げられる。これらのなかでも、主に鉄とナトリウムとを含有する複合酸化物であって、六方晶の結晶構造からなる複合酸化物を正極活物質として用いることにより、高い放電電圧を得ることができ、エネルギー密度の高い二次電池を得ることができる。
(Positive electrode)
The positive electrode includes a positive electrode active material and a current collector.
The positive electrode active material refers to a “substance that can be reversibly oxidized and reduced by charge and discharge as a positive electrode of a secondary battery”. Further, the positive electrode active material of the sodium ion battery is required to be a material capable of reversibly intercalating and deintercalating sodium ions.
Examples of such a positive electrode active material include NaFeO 2 , NaNiO 2 , NaCoO 2 , NaMnO 2 , NaFe 1-x M 1 x O 2 , and NaNi 1-x M 1 x described in JP2009-129741A. O 2 , NaCo 1-x M 1 x O 2 , NaMn 1-x M 1 x O 2 (where M 1 is one or more elements selected from the group consisting of trivalent metals, and 0 ≦ x <0 .5)) and the like. Among these, a composite oxide mainly containing iron and sodium, and using a composite oxide having a hexagonal crystal structure as a positive electrode active material, a high discharge voltage can be obtained. A secondary battery having a high density can be obtained.

上記正極活物質として、さらに好ましくは、主に鉄とナトリウムとを含有する複合酸化物であって、六方晶の結晶構造を有し、かつ該複合酸化物のX線回折分析において、面間隔2.20オングストロームのピークの強度を面間隔5.36オングストロームのピークの強度で除した値が2以下である複合酸化物である。またナトリウム化合物と鉄化合物とを含有する金属化合物混合物を、400℃以上900℃以下の温度範囲で加熱するにあたり、温度上昇中の100℃未満の温度範囲においては雰囲気を不活性雰囲気として加熱することが好ましい。
また、これらの化合物うちの遷移金属原子を他の金属原子でドープしたものでもよい。ドーパントとしては酸化還元反応において電気化学的な特性を変化させられるものであれば特に限定されるものではない。
More preferably, the positive electrode active material is a composite oxide mainly containing iron and sodium, has a hexagonal crystal structure, and has an interplanar spacing of 2 in the X-ray diffraction analysis of the composite oxide. A complex oxide having a value obtained by dividing the intensity of a peak of 20 angstroms by the intensity of a peak of 5.36 angstroms in plane spacing is 2 or less. In heating a metal compound mixture containing a sodium compound and an iron compound in a temperature range of 400 ° C. or more and 900 ° C. or less, the atmosphere is heated as an inert atmosphere in a temperature range of less than 100 ° C. during the temperature increase. Is preferred.
Moreover, what doped the transition metal atom of these compounds with the other metal atom may be used. The dopant is not particularly limited as long as the electrochemical characteristics can be changed in the oxidation-reduction reaction.

(正極の前処理)
ナトリウムイオン電池用正極は、ナトリウムイオン電池に組み込む前に、ニトリル化合物を1容量%以上含む有機溶媒中にナトリウム塩が溶解した前処理用電解液中に正電極を浸漬する浸漬処理工程を行い、さらに電極に正電圧を付与する正電圧処理工程を行なうこともできる。こうして前処理された電極は、ニトリル化合物を全く含まない電解液や、ニトリル化合物の添加量の少ない電解液を用いたナトリウムイオン電池に用いても、電位窓が広く、高い電位においても電解液を分解し難くなる。このような広い電位窓の電極となる理由は、電極上に窒素を成分として含む耐食性の皮膜が形成されるためであると推測される。
(Pretreatment of positive electrode)
The positive electrode for a sodium ion battery is subjected to an immersion treatment step of immersing the positive electrode in a pretreatment electrolyte solution in which a sodium salt is dissolved in an organic solvent containing 1% by volume or more of a nitrile compound before being incorporated in the sodium ion battery, Furthermore, a positive voltage processing step of applying a positive voltage to the electrodes can be performed. The electrode thus pretreated has a wide potential window even when used in an electrolyte solution containing no nitrile compound or an electrolyte solution with a small amount of nitrile compound added. It becomes difficult to disassemble. The reason why the electrode has such a wide potential window is presumed to be that a corrosion-resistant film containing nitrogen as a component is formed on the electrode.

(負極)
負極は負極活物質と集電体とを備える。
負極活物質とは「二次電池の負極として充放電によってナトリウムイオンが出入りするとともに可逆的に酸化−還元を繰り返すことのできる物質」であり、例えばLiTi12を用いることができる。
(Negative electrode)
The negative electrode includes a negative electrode active material and a current collector.
The negative electrode active material is “a material capable of reversibly repeating oxidation-reduction while sodium ions enter and exit by charging and discharging as a negative electrode of a secondary battery”. For example, Li 4 Ti 5 O 12 can be used.

(正極用電子伝導部材)
正極活物質には導電性の小さいものがある。従って、正極活物質と集電体との間に導電性の電子伝導部材を介在させて、両者の間に十分な電子伝導パスを確保することが好ましい。
ここで電子伝導部材は正極活物質と集電体との間に電子伝導パスを形成できればその形態は特に限定されるものではなく、例えばアセチレンブラック等のカーボンブラック、グラファイト粉、導電性ダイヤモンドライクカーボン、グラッシーカーボン等の導電性粉体(導電助剤)を用いることができる。導電性ダイヤモンドライクカーボン及びグラッシーカーボンは、カーボンブラックやグラファイトよりもはるかに広い電位窓を有しており、高電位を付与した場合の耐食性に優れているため、好適に用いることができる。また、これらの導電助剤に電気化学反応の金属粒子が担持されていることも好ましい。金属としては、例えばPt、Ru、Rh、Pd、Ag、Ir、Au、Ni、Cu等が挙げられる。これらは、単独で用いても良いし、これらの合金であっても良い。
電子伝導材料として、正極活物質を被覆する導電性皮膜(導電性DLC膜等)、正極活物質を埋入させた導電性薄膜(金の薄膜等)を用いることができる。
特に、正極活物質それ自身の及び/又はその表面皮膜の導電性が小さいため、これを集電体へ単に担持させてなるものではナトリウムイオン電池の正極として機能しない場合には、正極活物質の性能評価のために、これを金等の導電薄膜へハンマー等で物理的に打ち込み、電池の正極を形成することができる。
(Electroconductive member for positive electrode)
Some positive electrode active materials have low electrical conductivity. Therefore, it is preferable to provide a sufficient electron conduction path between the positive electrode active material and the current collector by interposing a conductive electron conduction member.
Here, the shape of the electron conducting member is not particularly limited as long as an electron conduction path can be formed between the positive electrode active material and the current collector. For example, carbon black such as acetylene black, graphite powder, conductive diamond-like carbon Further, conductive powder (conductive aid) such as glassy carbon can be used. Conductive diamond-like carbon and glassy carbon have a much wider potential window than carbon black and graphite, and are excellent in corrosion resistance when a high potential is applied, and therefore can be suitably used. Moreover, it is also preferable that metal particles for electrochemical reaction are supported on these conductive assistants. Examples of the metal include Pt, Ru, Rh, Pd, Ag, Ir, Au, Ni, and Cu. These may be used alone or an alloy thereof.
As the electron conductive material, a conductive film ( conductive DLC film or the like) covering the positive electrode active material or a conductive thin film (gold thin film or the like) in which the positive electrode active material is embedded can be used.
In particular, since the conductivity of the positive electrode active material itself and / or its surface coating is small, if it is simply supported on the current collector and does not function as the positive electrode of a sodium ion battery, the positive electrode active material For performance evaluation, this can be physically driven into a conductive thin film such as gold with a hammer or the like to form the positive electrode of the battery.

(負極用電子伝導部材)
正極用電子伝導部材と同様な物を用いることができる。
(Electroconductive member for negative electrode)
The thing similar to the electron conductive member for positive electrodes can be used.

(セパレータ)
セパレータは電解液中へ浸漬され、正極と負極とを分離し両者の短絡を防ぐとともに、Naイオンの通過を許容する。
かかるセパレータには、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂から成る多孔質フィルムが挙げられる。
(Separator)
The separator is immersed in the electrolytic solution, separates the positive electrode and the negative electrode to prevent a short circuit therebetween, and allows the passage of Na ions.
Examples of such separators include porous films made of polyolefin resins such as polyethylene and polypropylene.

(ケース)
ケースは電解液に対する耐食性を有する材質で形成される。その形状は、電池の目的用途に応じて任意に設計できる。
ケースが集電体を兼ねる場合や集電体に電気的に結合される場合は、集電体として本発明の集電体を用いることができる。
(Case)
The case is formed of a material having corrosion resistance against the electrolytic solution. The shape can be arbitrarily designed according to the intended use of the battery.
When the case also serves as a current collector or is electrically coupled to the current collector, the current collector of the present invention can be used as the current collector.

この発明は、上記発明の実施形態の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。   The present invention is not limited to the description of the embodiment of the invention. Various modifications may be included in the present invention as long as those skilled in the art can easily conceive without departing from the description of the scope of claims.

1…集電体基材
2…耐食性皮膜
3…欠陥
4…不動態皮膜
9,10…集電体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Current collector base material 2 ... Corrosion-resistant film 3 ... Defect 4 ... Passive film 9, 10 ... Current collector

Claims (3)

アルミニウム、ニッケル若しくはチタンを主要構成成分とする集電体基材又はオーステナイト系ステンレスからなる集電体基材を有する正極と、電池用電解液と、を備え、充電電位が5V(vs Li/Li+)以上の二次電池において、
前記正極の集電体基材表面を導電性ダイヤモンドライクカーボンからなる耐食性皮膜で被覆したことを特徴とし、
前記電池用電解液はニトリルを含有する有機溶媒を含み、前記耐食性皮膜に欠陥が存在する場合は、更にBF アニオンとPF アニオンとの少なくとも一方を含み、
前記導電性ダイヤモンドライクカーボンはダイヤモンド結合(炭素同士のSP 混成軌道結合)とグラファイト結合(炭素同士のSP 混成軌道結合)の両方の結合が混在しているアモルファス構造をとるカーボンのうち、導電性が1000Ωcm以下のものであるが、前記アモルファス構造以外に、部分的にグラファイト構造からなる結晶構造(SP 混成軌道結合からなる六方晶系結晶構造)からなる相を有し、これにより導電性が発揮されるものも含む、二次電池。
A positive electrode having a current collector base material comprising aluminum, nickel, or titanium as a main component or a current collector base material made of austenitic stainless steel; and a battery electrolyte; + ) In the above secondary batteries,
The collector base material surface of the positive electrode is coated with a corrosion-resistant film made of conductive diamond-like carbon ,
The battery electrolyte contains an organic solvent containing nitrile, and when the corrosion resistant film has a defect, further contains at least one of BF 4 anion and PF 6 anion,
The conductive diamond-like carbon is conductive among carbons having an amorphous structure in which both diamond bonds (SP 3 hybrid orbital bonds between carbons) and graphite bonds (SP 2 hybrid orbital bonds between carbons ) are mixed. In addition to the amorphous structure, it has a phase partially composed of a crystal structure composed of a graphite structure ( hexagonal crystal structure composed of SP 2 hybrid orbital bonds), thereby making it electrically conductive. Secondary batteries , including those that exhibit
前記電池用電解液は電解質としてLiPF とLiBF の少なくとも一方を含む、ことを特徴とする請求項1に記載の二次電池。 The secondary battery of claim 1 wherein the battery electrolyte solution including at least one of LiPF 6 and LiBF 4 as an electrolyte, it is characterized. アルミニウム、ニッケル若しくはチタンを主要構成成分とする集電体基材又はオーステナイト系ステンレスからなる正極の集電体基材の表面に、導電性ダイヤモンドライクカーボンからなる耐食性皮膜が形成されている集電体と、
電池用電解液と、を備え、充電電位が5V(vs Li/Li+)以上の二次電池の製造方法であって、
前記電池用電解液は有機溶媒を含み、
前記導電性ダイヤモンドライクカーボンはダイヤモンド結合(炭素同士のSP 混成軌道結合)とグラファイト結合(炭素同士のSP 混成軌道結合)の両方の結合が混在しているアモルファス構造をとるカーボンのうち、導電性が1000Ωcm以下のものであるが、前記アモルファス構造以外に、部分的にグラファイト構造からなる結晶構造(SP 混成軌道結合からなる六方晶系結晶構造)からなる相を有し、これにより導電性が発揮されるものも含み、
ニトリルとBFアニオン及びPFアニオンの少なくとも一方とを含む前記電解液に前記集電体を浸漬し、該集電体に不動態皮膜を形成可能な正電位がかかるように電位掃引するステップを含む、ことを特徴とする二次電池の製造方法。
A current collector having a corrosion-resistant film made of conductive diamond-like carbon formed on the surface of a current collector base made of aluminum, nickel or titanium as a main component or a positive electrode current collector made of austenitic stainless steel When,
A secondary battery having a charging potential of 5 V (vs Li / Li + ) or more,
The battery electrolyte contains an organic solvent,
The conductive diamond-like carbon is conductive among carbons having an amorphous structure in which both diamond bonds (SP 3 hybrid orbital bonds between carbons) and graphite bonds (SP 2 hybrid orbital bonds between carbons ) are mixed. In addition to the amorphous structure, it has a phase partially composed of a crystal structure composed of a graphite structure ( hexagonal crystal structure composed of SP 2 hybrid orbital bonds), thereby making it electrically conductive. Including those where
Dipping the current collector in the electrolyte containing nitrile and at least one of BF 4 anion and PF 6 anion, and sweeping the potential so that a positive potential capable of forming a passive film is applied to the current collector. A method for producing a secondary battery, comprising:
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