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JP6661934B2 - Positive electrode for power storage device and power storage device - Google Patents
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JP6661934B2 - Positive electrode for power storage device and power storage device - Google Patents

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JP6661934B2 JP2015187899A JP2015187899A JP6661934B2 JP 6661934 B2 JP6661934 B2 JP 6661934B2 JP 2015187899 A JP2015187899 A JP 2015187899A JP 2015187899 A JP2015187899 A JP 2015187899A JP 6661934 B2 JP6661934 B2 JP 6661934B2
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Description

本発明は、リチウムイオン二次電池、リチウムイオンキャパシタ等に代表される蓄電装置、および当該蓄電装置に使用される正極に関する。   The present invention relates to a power storage device represented by a lithium ion secondary battery, a lithium ion capacitor, and the like, and a positive electrode used for the power storage device.

リチウムイオン二次電池に代表される一般的な蓄電装置として、負極、正極および電解液を備えるものが知られている。このうち電解液は、一般に、有機溶媒に金属塩(つまり電解質塩)としてのリチウム塩が溶解されてなる。   BACKGROUND ART As a general power storage device represented by a lithium ion secondary battery, a device including a negative electrode, a positive electrode, and an electrolyte is known. Of these, the electrolytic solution is generally formed by dissolving a lithium salt as a metal salt (that is, an electrolyte salt) in an organic solvent.

蓄電装置の性能向上を目的とし、各種の取り組みがなされている。その一つとして、負極活物質層および/または正極活物質層に上記したリチウム塩を直接添加することが提案されている(例えば、特許文献1および特許文献2参照)。以下、必要に応じて、正極活物質層と負極活物質層とを総称して電極活物質層という場合がある。また、正極と負極とを総称して電極という場合がある。
特許文献1ではリチウム塩としてリチウムビスフルオロスルホニルイミドが用いられ、特許文献2ではリチウム塩としてLiPFおよび/またはLiBFが用いられている。
Various efforts have been made to improve the performance of power storage devices. As one of them, it has been proposed to directly add the above-mentioned lithium salt to the negative electrode active material layer and / or the positive electrode active material layer (for example, see Patent Documents 1 and 2). Hereinafter, as occasion demands, the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer may be collectively referred to as an electrode active material layer. Also, the positive electrode and the negative electrode may be collectively referred to as electrodes.
Patent Literature 1 uses lithium bisfluorosulfonylimide as a lithium salt, and Patent Literature 2 uses LiPF 6 and / or LiBF 4 as a lithium salt.

リチウム塩は充放電により分解等して、電極活物質層の表面に形成される被膜の材料となり得ると考えられている。電極活物質層に直接添加したリチウム塩は、リチウムイオン二次電池等の蓄電装置内で電解液中に徐々に溶け出すなどして電極活物質層の表面近傍に供給されると考えられる。このため、電極活物質層にリチウム塩を直接添加することで、上記した被膜の材料を積極的かつ継続的に電極活物質層の表面に供給できる等の利点があると考えられる。或いは、電解液中に溶出し当該被膜の材料とならなかったリチウム塩は、当該電解液の金属塩となり得る。   It is considered that the lithium salt can be decomposed by charge and discharge and become a material of a film formed on the surface of the electrode active material layer. It is considered that the lithium salt directly added to the electrode active material layer is supplied to the vicinity of the surface of the electrode active material layer, for example, by gradually dissolving into the electrolytic solution in a power storage device such as a lithium ion secondary battery. For this reason, it is considered that by directly adding a lithium salt to the electrode active material layer, there is an advantage that the material of the coating can be positively and continuously supplied to the surface of the electrode active material layer. Alternatively, the lithium salt eluted into the electrolyte and not used as the material of the coating may be a metal salt of the electrolyte.

ところで、特許文献1、2で用いられているリチウム塩は何れも、S、PまたはBと直接結合するフルオロ基を有する。そして、これらのリチウム塩は、空気中に含まれる水分を吸着し易く、更に水分子等と反応してフッ化水素を生じる場合がある。電極製造時に生じたフッ化水素は製造設備を劣化させてしまうだけでなく、電極材料を劣化させ、蓄電装置の容量低下等の原因となり得る。この課題に対し、例えば特許文献2では、水分の吸着を低減する製造方法として、露点−20℃以下、好ましくは露点−40℃以下となる環境で電極を製造することを提案している。   By the way, each of the lithium salts used in Patent Documents 1 and 2 has a fluoro group directly bonded to S, P or B. These lithium salts easily absorb moisture contained in the air, and may further react with water molecules to generate hydrogen fluoride. Hydrogen fluoride generated during the production of the electrode not only deteriorates the production equipment, but also degrades the electrode material and may cause a reduction in the capacity of the power storage device. To address this problem, for example, Patent Literature 2 proposes manufacturing an electrode in an environment having a dew point of −20 ° C. or lower, and preferably a dew point of −40 ° C. or lower, as a manufacturing method for reducing moisture adsorption.

しかし、品質を担保するためには製造工程においてフッ化水素が生じていないことを監視する必要があり、製造工程が複雑化しコストが増大する。
そこで、製造時におけるフッ化水素の発生を抑制しつつ蓄電装置の性能の更なる向上を図り得る技術が望まれている。
However, in order to ensure quality, it is necessary to monitor that hydrogen fluoride is not generated in the manufacturing process, which complicates the manufacturing process and increases costs.
Therefore, a technology that can further improve the performance of the power storage device while suppressing generation of hydrogen fluoride during manufacturing is desired.

特開2014−086354号公報JP 2014-086354 A 特開2011−192561号公報JP 2011-192561 A

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、蓄電装置の性能の更なる向上を図り得る技術を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to provide a technology capable of further improving the performance of a power storage device.

上記課題を解決する本発明の蓄電装置用正極は、
下記一般式(1)で表される金属塩を含む正極活物質層を有する、正極である。
(RSO)(RSO)NLi………一般式(1)
(RおよびRはそれぞれ独立してフルオロアルキル基またはアルキル基である。
また、RおよびRは、互いに結合して環を形成しても良い。)
The positive electrode for a power storage device of the present invention that solves the above problems,
A positive electrode having a positive electrode active material layer containing a metal salt represented by the following general formula (1).
(R 1 SO 2 ) (R 2 SO 2 ) NLi General formula (1)
(R 1 and R 2 are each independently a fluoroalkyl group or an alkyl group.
Further, R 1 and R 2 may combine with each other to form a ring. )

本発明の蓄電装置用正極は電池性能の向上したものである。   The positive electrode for a power storage device of the present invention has improved battery performance.

以下に、本発明を実施するための形態を説明する。なお、特に断らない限り、本明細書に記載された数値範囲「a〜b」は、下限aおよび上限bをその範囲に含む。そして、これらの上限値および下限値、ならびに実施例中に列記した数値も含めてそれらを任意に組み合わせることで数値範囲を構成し得る。さらに数値範囲内から任意に選択した数値を上限、下限の数値とすることができる。   Hereinafter, embodiments for implementing the present invention will be described. Unless otherwise specified, the numerical range “ab” described in this specification includes the lower limit a and the upper limit b. A numerical range can be formed by arbitrarily combining these upper and lower limits and the numerical values listed in the examples. Further, numerical values arbitrarily selected from within the numerical value range can be set as upper and lower limit numerical values.

本発明の蓄電装置正極は、
下記一般式(1)で表される金属塩を含む正極活物質層を有する、正極である。
(RSO)(RSO)NLi………一般式(1)
(RおよびRはそれぞれ独立してフルオロアルキル基またはアルキル基である。
また、RおよびRは、互いに結合して環を形成しても良い。)
Power storage device positive electrode of the present invention,
A positive electrode having a positive electrode active material layer containing a metal salt represented by the following general formula (1).
(R 1 SO 2 ) (R 2 SO 2 ) NLi General formula (1)
(R 1 and R 2 are each independently a fluoroalkyl group or an alkyl group.
Further, R 1 and R 2 may combine with each other to form a ring. )

また、本発明の蓄電装置は、正極、負極および電解液を有するものであり、正極に含まれる正極活物質層は、上記一般式(1)で表される金属塩を含む。   Further, the power storage device of the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, and an electrolytic solution, and the positive electrode active material layer included in the positive electrode includes the metal salt represented by the general formula (1).

(電極用金属塩)
本発明の蓄電装置用正極および蓄電装置においては、電解液とは別に、電極活物質層たる正極活物質層にリチウム元素を有する金属塩を含む。以下、必要に応じて、正極活物質層に配合される金属塩を「電極用金属塩」と呼び、電解液に含まれる金属塩つまり支持塩と区別する。
本発明の蓄電装置用正極および蓄電装置においては、既述の従来技術と同様に、電極用金属塩を正極活物質層に予め配合することに由来する種々の効果を期待できる。
(Metal salts for electrodes)
The positive electrode for a power storage device and the power storage device of the present invention include a metal salt having a lithium element in a positive electrode active material layer, which is an electrode active material layer, separately from the electrolytic solution. Hereinafter, the metal salt mixed in the positive electrode active material layer as necessary is referred to as “metal salt for electrode” and is distinguished from the metal salt contained in the electrolytic solution, that is, the supporting salt.
In the positive electrode for a power storage device and the power storage device according to the present invention, various effects derived from previously mixing the metal salt for an electrode into the positive electrode active material layer can be expected as in the above-described conventional technology.

また、上記一般式(1)で表される金属塩においてSに直接結合するRおよびRは、フルオロ基ではなくフルオロアルキル基またはアルキル基であるため、当該金属塩が分解された場合にも直ちにはフッ素が遊離し難い。したがって、本発明の蓄電装置用正極および蓄電装置によると少なくとも製造時におけるフッ化水素の発生を抑制し得ると考えられる。
このため本発明の蓄電装置用正極は、製造時におけるフッ化水素の発生を抑制しつつ、蓄電装置に優れた電池特性を付与できる。また、本発明の蓄電装置は、製造時におけるフッ化水素の発生が抑制されかつ電池特性に優れたものである。以下、本発明の蓄電装置用正極および蓄電装置を総称して、本発明の蓄電装置と呼ぶ場合がある。
Further, in the metal salt represented by the general formula (1), R 1 and R 2 directly bonded to S are not a fluoro group but a fluoroalkyl group or an alkyl group, so that when the metal salt is decomposed, However, it is difficult to release fluorine immediately. Therefore, it is considered that the positive electrode for a power storage device and the power storage device of the present invention can suppress generation of hydrogen fluoride at least during manufacturing.
Therefore, the positive electrode for a power storage device of the present invention can impart excellent battery characteristics to the power storage device while suppressing generation of hydrogen fluoride during manufacturing. In addition, the power storage device of the present invention is one in which generation of hydrogen fluoride during production is suppressed and battery characteristics are excellent. Hereinafter, the positive electrode for a power storage device and the power storage device of the present invention may be collectively referred to as a power storage device of the present invention.

電極用金属塩はカチオンとしてリチウムを含むイミド塩であり、電極用金属塩に含まれるリチウムはリチウムイオン二次電池等に代表される蓄電装置の電荷担体の少なくとも一部として機能し得る。つまり、電極用金属塩は、電解液と電極活物質との界面におけるLi伝導体として、および、本発明の蓄電装置における支持塩として機能し得る。このような電極用金属塩は、電解液に含まれる金属塩と同じものであっても良いし、異なっていても良い。   The metal salt for an electrode is an imide salt containing lithium as a cation, and lithium contained in the metal salt for an electrode can function as at least a part of a charge carrier of a power storage device represented by a lithium ion secondary battery or the like. That is, the metal salt for an electrode can function as a Li conductor at the interface between the electrolytic solution and the electrode active material, and as a supporting salt in the power storage device of the present invention. Such a metal salt for an electrode may be the same as or different from the metal salt contained in the electrolytic solution.

上記一般式(1)におけるRおよびRは、フルオロアルキル基および/またはアルキル基であれば良く、その炭素数や鎖長等は特に限定しない。RおよびRは、各々直鎖状であっても良いし分岐していても良い。また、RとRとは、互いに結合して環を形成しても良い。 R 1 and R 2 in the general formula (1) may be a fluoroalkyl group and / or an alkyl group, and the number of carbon atoms and the chain length are not particularly limited. R 1 and R 2 may each be linear or branched. Further, R 1 and R 2 may combine with each other to form a ring.

、Rは、それぞれ独立に、C(nは1以上の整数、a、bは0以上の整数であり、2n+1=a+bを満たす。)であるのが好ましい。nは1〜6の整数が好ましく、1〜4の整数がより好ましく、1〜2の整数が特に好ましい。bは1以上の整数であるのが好ましく、aは0が好ましい。 R 1, R 2 are each independently, C n H a F b ( n is an integer of 1 or more, a, b is an integer of 0 or more, satisfying the 2n + 1 = a + b. ) A is preferably. n is preferably an integer of 1 to 6, more preferably an integer of 1 to 4, and particularly preferably an integer of 1 to 2. b is preferably an integer of 1 or more, and a is preferably 0.

およびRが互いに結合して環を形成している場合には、C(nは1以上の整数、a、bは0以上の整数であり、2n=a+bを満たす。)であるのが好ましい。nは1〜5の整数が好ましく、2〜4の整数がより好ましく、2〜3の整数が特に好ましい。bは1以上の整数であるのが好ましく、aは0が好ましい。 When R 1 and R 2 are bonded to each other to form a ring, C n H a F b (n is an integer of 1 or more, a and b are integers of 0 or more, and satisfy 2n = a + b .). n is preferably an integer of 1 to 5, more preferably an integer of 2 to 4, and particularly preferably an integer of 2 to 3. b is preferably an integer of 1 or more, and a is preferably 0.

およびRは、両方ともフルオロアルキル基であるのが好ましい。また、フルオロアルキル基に含まれるフッ素の数は多い方が良い。後述するように、電極表面には特殊なSEI被膜、つまりS及びO含有被膜が形成される場合があるが、Fもまた当該特殊なSEI被膜の構成成分たり得ると推測される。したがって、RおよびRが両方ともフルオロアルキル基であったり、フルオロアルキル基に含まれるフッ素の数が多い場合には、電極表面に当該特殊なSEI被膜が形成され易くなると考えられ、当該SEI被膜に由来する効果が大きくなると考えられる。 Preferably, R 1 and R 2 are both fluoroalkyl groups. Further, the number of fluorine contained in the fluoroalkyl group is preferably large. As described later, a special SEI film, that is, a film containing S and O may be formed on the electrode surface, but it is presumed that F may also be a component of the special SEI film. Therefore, when both R 1 and R 2 are fluoroalkyl groups or when the number of fluorines contained in the fluoroalkyl group is large, it is considered that the special SEI coating is easily formed on the electrode surface, It is considered that the effect derived from the coating increases.

具体的には、電極用金属塩は、(CFSONLi、(CSONLi、(SOCFCFSO)NLi、(SOCFCFCFSO)NLi、(CSONLi、および、(CHSONLiの何れかを単独で、或いは複数種併用するのが好ましい。 Specifically, the metal salt for an electrode is (CF 3 SO 2 ) 2 NLi, (C 2 F 5 SO 2 ) 2 NLi, (SO 2 CF 2 CF 2 SO 2 ) NLi, (SO 2 CF 2 CF 2 It is preferable to use one of CF 2 SO 2 ) NLi, (C 2 H 5 SO 2 ) 2 NLi, and (CH 3 SO 2 ) 2 NLi alone or in combination of two or more.

より好ましくは、電極用金属塩は、(CFSONLi、(CSONLi、(SOCFCFSO)NLi、および、(SOCFCFCFSO)NLiから選ばれる少なくとも1種であるのが良い。 More preferably, the metal salt for an electrode is (CF 3 SO 2 ) 2 NLi, (C 2 F 5 SO 2 ) 2 NLi, (SO 2 CF 2 CF 2 SO 2 ) NLi, and (SO 2 CF 2 CF) 2 CF 2 SO 2 ) NLi.

電極用金属塩は、正極活物質層に配合されれば良く、その方法は特に問わない。一例を挙げると、正極活物質層の製造時に、正極活物質層の材料たる正極合材に電極用金属塩を直接混ぜ込んでも良い。或いは、例えば負極活物質層を複数の層で構成し、そのうちの一層に、同様に電極用金属塩を直接混ぜ込んでも良い。   The metal salt for an electrode may be blended in the positive electrode active material layer, and its method is not particularly limited. As an example, a metal salt for an electrode may be directly mixed into a positive electrode mixture as a material of the positive electrode active material layer when the positive electrode active material layer is manufactured. Alternatively, for example, the negative electrode active material layer may be composed of a plurality of layers, and a metal salt for an electrode may be directly mixed into one of the layers.

また、本発明の蓄電装置においては、正極活物質層における電極用金属塩の分布は特に問わないが、少なくとも正極活物質層における表面、つまり正極活物質層のなかで電解液との界面となる部分に電極用金属塩が分布しているのが好ましい。
つまり、電極用金属塩は、正極活物質層の全体に分布しても良いし、正極活物質層の表面に分布しても良い。但し、何れの場合にも、電極用金属塩は、正極活物質層が少なくとも電解液に接触する前の段階においては、正極活物質層の表面に存在するのが好ましい。こうすることで、電極用金属塩が電解液に接触し易くなり、電解液に溶出し易くなる。このため、正極活物質層に電極用金属塩を配合した効果、例えば、上記したように電解液と正極活物質との界面におけるLi伝導体としての効果や、SEI被膜の一部としての効果が発揮され易くなると考えられる。なお、電極用金属塩は当該表面において正極活物質の表面付近に分布していることがより好ましい。正極活物質の表面には上述したSEI被膜が形成されるため、電極用金属塩がこのように分布することで電極用金属塩およびその分解物がSEI被膜に供給され易くなる。また、上記したLi伝導体としての効果についても同様に、少なくとも電解液に接触する前の段階において電極用金属塩が正極活物質の表面付近に分布している方が、効果が発揮され易いと考えられる。
In the power storage device of the present invention, the distribution of the metal salt for an electrode in the positive electrode active material layer is not particularly limited, but at least the surface of the positive electrode active material layer, that is, the interface with the electrolytic solution in the positive electrode active material layer. It is preferable that the metal salt for an electrode is distributed in the portion.
That is, the metal salt for an electrode may be distributed over the entire positive electrode active material layer, or may be distributed on the surface of the positive electrode active material layer. However, in any case, the metal salt for an electrode is preferably present on the surface of the positive electrode active material layer at least before the positive electrode active material layer comes into contact with the electrolytic solution. This makes it easier for the metal salt for an electrode to come into contact with the electrolytic solution and to be easily eluted into the electrolytic solution. Therefore, the effect of blending the electrode metal salt in the positive electrode active material layer, such as the effect as a Li conductor at the interface between the electrolyte and the positive electrode active material as described above, and the effect as a part of the SEI film, are obtained. It is thought that it will be easier to demonstrate. It is more preferable that the metal salt for an electrode is distributed near the surface of the positive electrode active material on the surface. Since the above-mentioned SEI film is formed on the surface of the positive electrode active material, the metal salt for an electrode is distributed in this manner, so that the metal salt for an electrode and its decomposition product are easily supplied to the SEI film. Similarly, regarding the effect as the Li conductor described above, at least in the stage before contact with the electrolytic solution, the metal salt for an electrode is distributed near the surface of the positive electrode active material, and the effect is easily exerted. Conceivable.

正極活物質層が電解液に接触する前の段階において、電極用金属塩は正極活物質の表面を均一または略均一に被覆しているのが好ましい。上記した電極用金属塩による各種の効果を充分に発揮する為である。また、当然乍ら、正極活物質層が電解液に接触した後においても、電極用金属塩の少なくとも一部が正極活物質の表面に留まっているのがより好ましい。   Before the positive electrode active material layer comes into contact with the electrolytic solution, the metal salt for an electrode preferably covers the surface of the positive electrode active material uniformly or substantially uniformly. This is because various effects of the above-described metal salt for electrodes are sufficiently exhibited. In addition, it is more preferable that at least a part of the metal salt for an electrode remains on the surface of the positive electrode active material even after the positive electrode active material layer comes into contact with the electrolytic solution.

なお、正極活物質層に配合された電極用金属塩は、上記したようにSEI被膜の一部を構成するだけでなく、他の形態をとることも考えられる。例えば、電極用金属塩の一部が電解液に溶出せず正極活物質表面に電極用金属塩のままで存在することも考えられるし、電極用金属塩の他の一部が電解液に溶出して支持塩として機能することも考えられる。電解液に溶出せず正極活物質表面に存在する電極用金属塩もまた、SEI被膜のようにLi伝導体としての機能や電子絶縁体としての機能を有すると推測される。 Note that the metal salt for an electrode mixed in the positive electrode active material layer may not only constitute a part of the SEI coating as described above, but also take other forms. For example, it is conceivable that a part of the metal salt for the electrode does not elute in the electrolyte solution but remains on the surface of the positive electrode active material as it is, and another part of the metal salt for the electrode elutes in the electrolyte solution. It is also conceivable to function as a supporting salt. It is presumed that the metal salt for an electrode which is not eluted in the electrolytic solution and exists on the surface of the positive electrode active material also has a function as a Li conductor and a function as an electronic insulator like the SEI coating.

本発明の正極および蓄電装置は正極活物質層に電極用金属塩を含めば良く、正極活物質層に含まれる電極用金属塩は少量でもその効果を発揮する。したがって、本発明においては電極用金属塩の配合量は特に限定しないが、正極活物質層中の電極用金属塩の濃度は0質量%を超え15質量%以下であるのが好ましく、0.1質量%以上10質量%以下であるのがより好ましく、0.3質量%以上8質量%以下であるのがより好ましく、0.5質量%以上5質量%以下であるのがさらに好ましい。   The positive electrode and the power storage device of the present invention may include the metal salt for an electrode in the positive electrode active material layer, and even if the amount of the metal salt for the electrode contained in the positive electrode active material layer is small, the effect is exhibited. Therefore, in the present invention, the amount of the metal salt for an electrode is not particularly limited, but the concentration of the metal salt for an electrode in the positive electrode active material layer is preferably more than 0% by mass and 15% by mass or less, and 0.1% by mass or less. The content is more preferably from 10% by mass to 10% by mass, more preferably from 0.3% by mass to 8% by mass, and still more preferably from 0.5% by mass to 5% by mass.

(蓄電装置用正極)
本発明の蓄電装置用正極は、正極活物質層を有する。正極活物質層は、正極活物質を含み、集電体上に設けられる。
(Positive electrode for power storage device)
The positive electrode for a power storage device of the present invention has a positive electrode active material layer. The positive electrode active material layer includes the positive electrode active material and is provided on the current collector.

正極活物質としては、電荷担体を吸蔵および放出できるものを使用できる。例えば本発明の蓄電装置における電荷担体がリチウムイオンであれば、正極活物質は、リチウムイオンを吸蔵および放出可能であれば良い。
正極活物質層は正極活物質、並びに必要に応じて結着剤および/または導電助剤を含む。
As the positive electrode active material, those capable of inserting and extracting charge carriers can be used. For example, if the charge carrier in the power storage device of the present invention is lithium ions, the positive electrode active material only needs to be able to occlude and release lithium ions.
The positive electrode active material layer contains a positive electrode active material and, if necessary, a binder and / or a conductive auxiliary.

正極活物質としては、層状化合物のLiNiCoMn(0.2≦a≦1.2、b+c+d+e=1、0≦e<1、DはLi、Fe、Cr、Cu、Zn、Ca、Mg、S、Si、Na、K、Al、Zr、Ti、P、Ga、Ge、V、Mo、Nb、W、Laから選ばれる少なくとも1の元素、1.7≦f≦2.1)、LiMnOを挙げることができる。また、正極活物質として、LiMn等のスピネル構造の金属酸化物、及びスピネル構造の金属酸化物と層状化合物の混合物で構成される固溶体、LiMPO、LiMVO又はLiMSiO(式中のMはCo、Ni、Mn、Feのうちの少なくとも一種から選択される)などで表されるポリアニオン系化合物を挙げることができる。さらに、正極活物質として、LiFePOFなどのLiMPOF(Mは遷移金属)で表されるタボライト系化合物、LiFeBOなどのLiMBO(Mは遷移金属)で表されるボレート系化合物を挙げることができる。正極活物質として用いられるいずれの金属酸化物も上記の組成式を基本組成とすればよく、基本組成に含まれる金属元素を他の金属元素で置換したものも使用可能である。また、正極活物質として、電荷担体(例えば充放電に寄与するリチウムイオン)を含まないものを用いても良い。例えば、硫黄単体(S)、硫黄と炭素を複合化した化合物、TiSなどの金属硫化物、V、MnOなどの酸化物、ポリアニリン及びアントラキノン並びにこれら芳香族を化学構造に含む化合物、共役二酢酸系有機物などの共役系材料、その他公知の材料を用いることもできる。さらに、ニトロキシド、ニトロニルニトロキシド、ガルビノキシル、フェノキシルなどの安定なラジカルを有する化合物を正極活物質として採用してもよい。リチウム等の電荷担体を含まない正極活物質材料を用いる場合には、正極および/または負極に、公知の方法により、予め電荷担体を添加しておく必要がある。電荷担体は、イオンの状態で添加しても良いし、金属等の非イオンの状態で添加しても良い。例えば、電荷担体がリチウムである場合には、リチウム箔を正極および/または負極に貼り付けるなどして一体化しても良い。 As the positive electrode active material, a layered compound Li a Ni b Co c Mn d D e O f (0.2 ≦ a ≦ 1.2, b + c + d + e = 1,0 ≦ e <1, D is Li, Fe, Cr, At least one element selected from Cu, Zn, Ca, Mg, S, Si, Na, K, Al, Zr, Ti, P, Ga, Ge, V, Mo, Nb, W and La, 1.7 ≦ f ≦ 2.1), and Li 2 MnO 3 . As the positive electrode active material, a metal oxide having a spinel structure such as LiMn 2 O 4 or a solid solution composed of a mixture of a metal oxide having a spinel structure and a layered compound, LiMPO 4 , LiMVO 4, or Li 2 MSiO 4 (formula Wherein M is selected from at least one of Co, Ni, Mn, and Fe). Furthermore, as the positive electrode active material, tavorite compound (the M a transition metal) LiMPO 4 F, such as LiFePO 4 F represented by, Limbo 3 such LiFeBO 3 (M is a transition metal) include borate-based compound represented by be able to. Any of the metal oxides used as the positive electrode active material may have the above composition formula as the basic composition, and those obtained by replacing the metal element contained in the basic composition with another metal element can also be used. In addition, as the positive electrode active material, a material that does not include a charge carrier (for example, lithium ions that contribute to charge and discharge) may be used. For example, elemental sulfur (S), a compound obtained by combining sulfur and carbon, metal sulfides such as TiS 2 , oxides such as V 2 O 5 and MnO 2 , polyaniline and anthraquinone, and compounds containing these aromatics in the chemical structure Conjugated materials such as conjugated diacetate-based organic substances and other known materials can also be used. Further, a compound having a stable radical such as nitroxide, nitronyl nitroxide, galvinoxyl, and phenoxyl may be employed as the positive electrode active material. When a positive electrode active material containing no charge carrier such as lithium is used, it is necessary to add the charge carrier to the positive electrode and / or the negative electrode in advance by a known method. The charge carrier may be added in an ionic state or in a non-ionic state such as a metal. For example, when the charge carrier is lithium, the lithium foil may be integrated by attaching a lithium foil to the positive electrode and / or the negative electrode.

具体的な正極活物質として、層状岩塩構造をもつLiNi0.5Co0.3Mn0.2、LiNi0.5Co0.2Mn0.3、LiNi1/3Co1/3Mn1/3、LiNi0.5Mn0.5、LiNi0.75Co0.1Mn0.15、LiMnO、LiNiO、及びLiCoOを例示できる。他の具体的な正極活物質として、LiMnO−LiCoOを例示できる。 Specific examples of the positive electrode active material include LiNi 0.5 Co 0.3 Mn 0.2 O 2 , LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 , and LiNi 1/3 Co 1 having a layered rock salt structure. 3 Mn 1/3 O 2, LiNi 0.5 Mn 0.5 O 2, LiNi 0.75 Co 0.1 Mn 0.15 O 2, LiMnO 2, LiNiO 2, and LiCoO 2 can be exemplified. As another specific positive electrode active material can be exemplified by Li 2 MnO 3 -LiCoO 2.

具体的な正極活物質として、スピネル構造のLiMn2−y(Aは、Ca、Mg、S、Si、Na、K、Al、P、Ga、Geから選ばれる少なくとも1の元素、及び遷移金属元素から選ばれる少なくとも1種の金属元素、0<x≦2.2、0≦y≦1)を例示することもできる。より具体的には、LiMn、LiNi0.5Mn1.5を例示できる。 Specific positive electrode active material, Li x A y Mn 2- y O 4 (A spinel structure, Ca, Mg, S, Si , Na, K, Al, P, Ga, at least one selected from Ge Element and at least one metal element selected from transition metal elements, 0 <x ≦ 2.2, 0 ≦ y ≦ 1). More specifically, LiMn 2 O 4 and LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 can be exemplified.

具体的なその他の正極活物質として、LiFePO、LiFeSiO、LiCoPO、LiCoPO、LiMnPO、LiMnSiO、LiCoPOFを例示できる。 Specific other positive electrode active materials include LiFePO 4 , Li 2 FeSiO 4 , LiCoPO 4 , Li 2 CoPO 4 , Li 2 MnPO 4 , Li 2 MnSiO 4 , and Li 2 CoPO 4 F.

特に、所謂3V級、4V級、5V級と呼ばれる、上限電位3V以上6V未満で使用可能な正極活物質は、電極用金属塩を配合した正極活物質層と後述する選択電解液とを組み合わせた場合に、特に好ましく使用できる。なお、ここで言う「上限電位3V以上6V未満」とは、リチウム電位に対して上限電位3V以上6V未満の電位でリチウムイオンが挿入・脱離することを指す。本発明の蓄電装置は、特に高電位とされる上限電位4V中盤〜5V級の正極活物質と組み合わせるのに好ましいと考えられる。   In particular, a positive electrode active material that can be used in a so-called 3V class, 4V class, and 5V class, which can be used at an upper limit potential of 3 V or more and less than 6 V, is obtained by combining a positive electrode active material layer containing a metal salt for an electrode and a selective electrolytic solution described later. In this case, it can be particularly preferably used. Here, “upper limit electric potential of 3 V or more and less than 6 V” means that lithium ions are inserted and desorbed at a potential of 3 V or more and less than 6 V with respect to the lithium electric potential. It is considered that the power storage device of the present invention is preferable to be combined with a positive electrode active material having an upper potential of 4 V, which is regarded as a high potential, in the middle to 5 V class.

3V級〜5V級の正極活物質としては、具体的には、層状岩塩構造の正極活物質として挙げたLiNi0.5Co0.3Mn0.2、LiNi0.5Co0.2Mn0.3、LiNi1/3Co1/3Mn1/3、LiNi0.5Mn0.5、LiNi0.75Co0.1Mn0.15、LiMnO、LiNiO、LiCoOおよびLiMnO−LiCoO、スピネル構造の正極活物質として挙げたLiMnおよびLiNi0.5Mn1.5、その他の正極活物質として挙げたLiFePOおよびLiMnSiOが挙げられる。高電位正極活物質としては、上記したスピネル構造のものを用いるのが好ましく、特に、LiMn、LiNi0.5Mn1.5が挙げられる。 As the positive electrode active materials of 3V class to 5V class, specifically, LiNi 0.5 Co 0.3 Mn 0.2 O 2 and LiNi 0.5 Co 0.2 listed as the positive electrode active materials of the layered rock salt structure Mn 0.3 O 2 , LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 , LiNi 0.5 Mn 0.5 O 2 , LiNi 0.75 Co 0.1 Mn 0.15 O 2 , LiMnO 2 , LiNiO 2 , LiCoO 2 and Li 2 MnO 3 —LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 and LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 listed as positive electrode active materials having a spinel structure, and LiFePO 4 listed as other positive electrode active materials And Li 2 MnSiO 4 . As the high-potential positive electrode active material, those having the above-described spinel structure are preferably used, and in particular, LiMn 2 O 4 and LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 are mentioned.

本発明の蓄電装置が高電位でも使用可能な理由としては、以下の理由が推測される。
正極活物質層に電極用金属塩を添加することで、正極活物質近傍の塩濃度が高まったり、正極にSEIが形成されたりすると考えられる。これらの場合には、正極の耐酸化性が向上し、ひいては正極の寿命が向上すると考えられるため、正極活物質層に電極用金属塩を添加した本発明の正極は、上記の高電位正極活物質を含む高電位正極としての使用に耐えると考えられる。
The following reason is presumed as the reason that the power storage device of the present invention can be used even at a high potential.
It is considered that by adding the metal salt for the electrode to the positive electrode active material layer, the salt concentration near the positive electrode active material increases or SEI is formed on the positive electrode. In these cases, it is considered that the oxidation resistance of the positive electrode is improved and, consequently, the life of the positive electrode is improved. Therefore, the positive electrode of the present invention in which the metal salt for an electrode is added to the positive electrode active material layer has the above-described high potential positive electrode active property. It is considered to withstand use as a high potential positive electrode containing a substance.

なお、SEI被膜は正極活物質へのLiの出入りを妨げ、反応抵抗の要因となり得る。しかし、S、Oに代表される電極用金属塩由来の成分が当該SEI被膜に含まれることによって、SEI被膜に由来する上記の反応抵抗が低下して蓄電装置の入出力特性が向上すると推測される。   Note that the SEI coating prevents Li from entering and exiting the positive electrode active material, and may be a factor of reaction resistance. However, it is presumed that when the components derived from the metal salt for electrodes typified by S and O are included in the SEI coating, the above-described reaction resistance derived from the SEI coating is reduced and the input / output characteristics of the power storage device are improved. You.

正極活物質層は、既述したように正極活物質以外にも、必要に応じて結着剤及び/又は導電助剤を含む。   As described above, the positive electrode active material layer contains a binder and / or a conductive additive as necessary, in addition to the positive electrode active material.

結着剤は正極活物質及び必要に応じて導電助剤を後述する集電体の表面に繋ぎ止める役割を果たすものである。   The binder serves to anchor the positive electrode active material and, if necessary, the conductive auxiliary agent to the surface of a current collector described later.

結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素ゴム等の含フッ素樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂、カルボキシメチルセルロース、ポリアクリル酸等の水性結着剤、ポリイミド、ポリアミドイミド等のイミド系樹脂、アルコキシシリル基含有樹脂、スチレンブタジエンゴムなどの公知のものを採用すればよい。   Examples of the binder include polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, fluororesins such as fluororubber, thermoplastic resins such as polypropylene and polyethylene, aqueous binders such as carboxymethylcellulose and polyacrylic acid, polyimide, polyamideimide and the like. Any known resin such as an imide-based resin, an alkoxysilyl group-containing resin, and styrene-butadiene rubber may be used.

正極活物質層中の結着剤の配合割合は、質量比で、正極活物質:結着剤=1:0.005〜1:0.3であるのが好ましい。結着剤が少なすぎると電極の成形性が低下し、また、結着剤が多すぎると電極のエネルギー密度が低くなるためである。   The compounding ratio of the binder in the positive electrode active material layer is preferably from 1: 0.005 to 1: 0.3 by mass ratio, that is, positive electrode active material: binder. If the amount of the binder is too small, the moldability of the electrode is reduced, and if the amount of the binder is too large, the energy density of the electrode is reduced.

導電助剤は、電極の導電性を高めるために添加される。そのため、導電助剤は、電極の導電性が不足する場合に任意に加えればよく、電極の導電性が十分に優れている場合には加えなくても良い。導電助剤としては化学的に不活性な電子高伝導体であれば良く、炭素質微粒子であるカーボンブラック、黒鉛、アセチレンブラック、ケッチェンブラック(登録商標)、気相法炭素繊維(Vapor Grown Carbon Fiber:VGCF)、及び各種金属粒子などが例示される。これらの導電助剤を単独または二種以上組み合わせて活物質層に添加することができる。正極活物質層中の導電助剤の配合割合は、質量比で、正極活物質:導電助剤=1:0.01〜1:0.5であるのが好ましい。導電助剤が少なすぎると効率のよい導電パスを形成できず、また、導電助剤が多すぎると正極活物質層の成形性が悪くなるとともに電極のエネルギー密度が低くなるためである。   The conductive additive is added to increase the conductivity of the electrode. Therefore, the conductive assistant may be arbitrarily added when the conductivity of the electrode is insufficient, and may not be added when the conductivity of the electrode is sufficiently excellent. The conductive assistant may be any chemically inert electronic high conductor, and may be carbon fine particles such as carbon black, graphite, acetylene black, Ketjen Black (registered trademark), and vapor grown carbon fiber (Vapor Carbon Carbon). Fiber: VGCF) and various metal particles. These conductive assistants can be used alone or in combination of two or more. It is preferable that the mixing ratio of the conductive auxiliary in the positive electrode active material layer is positive electrode active material: conductive auxiliary = 1: 0.01 to 1: 0.5 by mass ratio. If the amount of the conductive auxiliary agent is too small, an efficient conductive path cannot be formed, and if the amount of the conductive auxiliary agent is too large, the moldability of the positive electrode active material layer deteriorates and the energy density of the electrode decreases.

正極活物質層は、集電体上に設けられる。
集電体は、蓄電装置が放電又は充電する間、電極に電流を流し続けるための化学的に不活性な電子高伝導体をいう。集電体としては、銀、銅、金、アルミニウム、タングステン、コバルト、亜鉛、ニッケル、鉄、白金、錫、インジウム、チタン、ルテニウム、タンタル、クロム、モリブデンから選ばれる少なくとも一種、並びにステンレス鋼などの金属材料を例示することができる。集電体は公知の保護層で被覆されていても良い。集電体の表面を公知の方法で処理したものを集電体として用いても良い。
The positive electrode active material layer is provided on the current collector.
The current collector refers to a chemically inert high-electron conductor for continuously supplying current to the electrodes while the power storage device is discharging or charging. As the current collector, at least one selected from silver, copper, gold, aluminum, tungsten, cobalt, zinc, nickel, iron, platinum, tin, indium, titanium, ruthenium, tantalum, chromium, molybdenum, and stainless steel A metal material can be exemplified. The current collector may be covered with a known protective layer. A current collector whose surface is treated by a known method may be used as the current collector.

なお、特に正極を高電位で用いる場合、例えば、正極の電位をリチウム基準で4V以上とする場合には、集電体として高電位に耐え得るアルミニウムを採用するのが好ましい。   In particular, when the positive electrode is used at a high potential, for example, when the potential of the positive electrode is set to 4 V or more on the basis of lithium, it is preferable to use aluminum capable of withstanding the high potential as the current collector.

具体的には、正極用集電体として、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなるものを用いるのが好ましい。ここでアルミニウムは、純アルミニウムを指し、純度99.0%以上のアルミニウムを純アルミニウムと称する。純アルミニウムに種々の元素を添加して合金としたものをアルミニウム合金と称する。アルミニウム合金としては、Al−Cu系、Al−Mn系、Al−Fe系、Al−Si系、Al−Mg系、AL−Mg−Si系、Al−Zn−Mg系が挙げられる。   Specifically, it is preferable to use a collector made of aluminum or an aluminum alloy as the positive electrode current collector. Here, aluminum refers to pure aluminum, and aluminum having a purity of 99.0% or more is referred to as pure aluminum. An alloy obtained by adding various elements to pure aluminum is referred to as an aluminum alloy. Examples of the aluminum alloy include Al-Cu, Al-Mn, Al-Fe, Al-Si, Al-Mg, AL-Mg-Si, and Al-Zn-Mg.

また、アルミニウムまたはアルミニウム合金として、具体的には、例えばJIS A1085、A1N30等のA1000系合金(純アルミニウム系)、JIS A3003、A3004等のA3000系合金(Al−Mn系)、JIS A8079、A8021等のA8000系合金(Al−Fe系)が挙げられる。   Specific examples of the aluminum or aluminum alloy include, for example, A1000-based alloys (pure aluminum-based) such as JIS A1085 and A1N30, A3000-based alloys (Al-Mn-based) such as JIS A3003 and A3004, and JIS A8079, A8021 and the like. A8000-based alloy (Al-Fe-based).

集電体は公知の保護層で被覆されていても良い。集電体の表面を公知の方法で処理したものを集電体として用いても良い。   The current collector may be covered with a known protective layer. A current collector whose surface is treated by a known method may be used as the current collector.

集電体は箔、シート、フィルム、線状、棒状、メッシュなどの形態をとることができる。そのため、集電体として、例えば、銅箔、ニッケル箔、アルミニウム箔、ステンレス箔などの金属箔を好適に用いることができる。集電体が箔、シート、フィルム形態の場合は、その厚みが1μm〜100μmの範囲内であることが好ましい。   The current collector may be in the form of a foil, a sheet, a film, a line, a bar, a mesh, or the like. Therefore, for example, a metal foil such as a copper foil, a nickel foil, an aluminum foil, and a stainless steel foil can be suitably used as the current collector. When the current collector is in the form of a foil, sheet, or film, the thickness is preferably in the range of 1 μm to 100 μm.

集電体の表面に活物質層を形成させるには、ロールコート法、ダイコート法、ディップコート法、ドクターブレード法、スプレーコート法、カーテンコート法などの従来から公知の方法を用いて、集電体の表面に活物質を塗布すればよい。具体的には、活物質、並びに必要に応じて結着剤及び導電助剤を含む活物質層形成用組成物を調製し、この組成物に適当な溶剤を加えてペースト状にしてから、集電体の表面に塗布後、乾燥する。溶剤としては、N−メチル−2−ピロリドン、メタノール、メチルイソブチルケトン、水を例示できる。電極密度を高めるべく、乾燥後のものを圧縮しても良い。   In order to form an active material layer on the surface of the current collector, current collection is performed by using a conventionally known method such as a roll coating method, a die coating method, a dip coating method, a doctor blade method, a spray coating method, and a curtain coating method. The active material may be applied to the surface of the body. Specifically, a composition for forming an active material layer containing an active material and, if necessary, a binder and a conductive auxiliary is prepared, and an appropriate solvent is added to the composition to form a paste, and then the composition is collected. After coating on the surface of the conductor, it is dried. Examples of the solvent include N-methyl-2-pyrrolidone, methanol, methyl isobutyl ketone, and water. The dried product may be compressed to increase the electrode density.

(負極)
本発明の蓄電装置は、上記した正極以外に負極を含む。負極は、負極活物質層を有する。負極活物質層は、負極活物質を含み、正極活物質層と同様に集電体上に設けられる。
(Negative electrode)
The power storage device of the present invention includes a negative electrode in addition to the above-described positive electrode. The negative electrode has a negative electrode active material layer. The negative electrode active material layer contains the negative electrode active material and is provided on the current collector similarly to the positive electrode active material layer.

負極活物質としては、リチウムイオン等の電荷担体を吸蔵及び放出し得る材料が使用可能であり、電荷担体を吸蔵及び放出可能である単体、合金または化合物であれば特に限定はない。
例えば電荷担体がリチウムイオンであれば、負極活物質としてLiや、炭素、ケイ素、ゲルマニウム、錫などの14族元素、アルミニウム、インジウムなどの13族元素、亜鉛、カドミウムなどの12族元素、アンチモン、ビスマスなどの15族元素、マグネシウム、カルシウムなどのアルカリ土類金属、銀、金などの11族元素をそれぞれ単体で採用すればよい。ケイ素などを負極活物質に採用すると、ケイ素1原子が複数のリチウムと反応するため、高容量の活物質となるが、リチウムの吸蔵及び放出に伴う体積の膨張及び収縮が顕著となるとの問題が生じる恐れがあるため、当該恐れの軽減のために、ケイ素などの単体に遷移金属などの他の元素を組み合わせた合金又は化合物を負極活物質として採用するのも好適である。合金又は化合物の具体例としては、Ag−Sn合金、Cu−Sn合金、Co−Sn合金等の錫系材料、各種黒鉛などの炭素系材料、ケイ素単体と二酸化ケイ素に不均化するSiO(0.3≦x≦1.6)などのケイ素系材料、ケイ素単体若しくはケイ素系材料と炭素系材料を組み合わせた複合体が挙げられる。また、負極活物質として、Nb、TiO、LiTi12、WO、MoO、Fe等の酸化物、又は、Li3−xN(M=Co、Ni、Cu)で表される窒化物を採用しても良い。負極活物質として、これらのものの一種以上を使用することができる。このうちケイ素系材料および/または炭素系材料は、特に好ましく使用される。
As the negative electrode active material, a material capable of occluding and releasing charge carriers such as lithium ions can be used, and there is no particular limitation as long as it is a simple substance, an alloy or a compound capable of occluding and releasing charge carriers.
For example, if the charge carrier is lithium ion, as the negative electrode active material, Li, carbon, silicon, germanium, a group 14 element such as tin, aluminum, a group 13 element such as indium, zinc, a group 12 element such as cadmium, antimony, Group 15 elements such as bismuth, alkaline earth metals such as magnesium and calcium, and group 11 elements such as silver and gold may be used alone. When silicon or the like is used for the negative electrode active material, one atom of silicon reacts with a plurality of lithium atoms, resulting in a high-capacity active material. However, there is a problem that the expansion and contraction of the volume accompanying the occlusion and release of lithium become remarkable. In order to reduce such a risk, it is also preferable to employ an alloy or compound in which a simple substance such as silicon is combined with another element such as a transition metal as the negative electrode active material. Examples of alloys or compounds, Ag-Sn alloy, Cu-Sn alloy, Co-Sn tin based materials such as alloys, carbon-based materials such as various graphite, SiO x to disproportionation to silicon simple substance and silicon dioxide ( 0.3.ltoreq.x.ltoreq.1.6), a simple substance of silicon, or a composite of a combination of a silicon-based material and a carbon-based material. As the negative electrode active material, an oxide such as Nb 2 O 5 , TiO 2 , Li 4 Ti 5 O 12 , WO 2 , MoO 2 , Fe 2 O 3 , or Li 3-x M x N (M = Co , Ni, Cu) may be used. One or more of these materials can be used as the negative electrode active material. Among them, silicon-based materials and / or carbon-based materials are particularly preferably used.

具体的なケイ素系材料としては、Si相とケイ素酸化物相との2相に不均化されたSiO(0.3≦x≦1.6)を例示できる。SiOにおけるSi相は、リチウムイオンを吸蔵および放出でき、二次電池の充放電に伴って体積変化する。ケイ素酸化物相はSi相に比べて充放電に伴う体積変化が少ない。つまり、負極活物質としてのSiOは、Si相により高容量を実現するとともに、ケイ素酸化物相を有することにより負極活物質全体の体積変化を抑制する。なお、xが下限値未満であると、Siの比率が過大になるため、充放電時の体積変化が大きくなりすぎて二次電池のサイクル特性が低下する。一方、xが上限値を超えると、Si比率が過小になってエネルギー密度が低下する。xの範囲は0.5≦x≦1.5であるのがより好ましく、0.7≦x≦1.2であるのがさらに好ましい。
なお、上記したSiOにおいては、リチウムイオン二次電池の充放電時にリチウムとSi相のケイ素とによる合金化反応が生じると考えられている。そして、この合金化反応がリチウムイオン二次電池の充放電に寄与すると考えられている。
Specific examples of the silicon-based material include SiO x (0.3 ≦ x ≦ 1.6) disproportionated into two phases of a Si phase and a silicon oxide phase. The Si phase in SiO x can occlude and release lithium ions, and changes in volume as the secondary battery is charged and discharged. The silicon oxide phase has a smaller volume change due to charge and discharge than the Si phase. That is, SiO x as the negative electrode active material realizes a high capacity by the Si phase, and suppresses a volume change of the whole negative electrode active material by having the silicon oxide phase. If x is less than the lower limit, the ratio of Si becomes excessively large, so that the volume change during charging and discharging becomes too large, and the cycle characteristics of the secondary battery deteriorate. On the other hand, if x exceeds the upper limit, the Si ratio becomes too small and the energy density decreases. The range of x is more preferably 0.5 ≦ x ≦ 1.5, and even more preferably 0.7 ≦ x ≦ 1.2.
In the above-described SiO x , it is considered that an alloying reaction occurs between lithium and silicon in the Si phase during charging and discharging of the lithium ion secondary battery. And it is thought that this alloying reaction contributes to the charge and discharge of the lithium ion secondary battery.

上記したケイ素系材料は、炭素系材料と複合化して負極活物質とすることが好ましい。複合化に因り、特にケイ素系材料の構造が安定し、負極の耐久性が向上する。上記複合化は、既知の方法で行なえば良い。複合化に用いられる炭素系材料としては、黒鉛、ハードカーボン、ソフトカーボン等を採用すればよい。黒鉛は、天然黒鉛でもよく、人造黒鉛でもよい。これらの炭素系材料は、負極活物質としても使用可能である。   The above-mentioned silicon-based material is preferably combined with a carbon-based material to form a negative electrode active material. Due to the composite, the structure of the silicon-based material is particularly stabilized, and the durability of the negative electrode is improved. The compounding may be performed by a known method. As the carbon-based material used for the composite, graphite, hard carbon, soft carbon, or the like may be used. The graphite may be natural graphite or artificial graphite. These carbon-based materials can also be used as a negative electrode active material.

炭素系材料のなかでも黒鉛は、本発明の蓄電装置における負極活物質として好ましく使用される。負極活物質としての黒鉛として、具体的には、長軸/短軸の値が1〜5、好ましくは1〜3である黒鉛を例示できる。ここで、長軸とは、黒鉛の粒子の最も長い箇所の長さを意味する。短軸とは、前記長軸に対する直交方向のうち最も長い箇所の長さを意味する。当該黒鉛には、球状黒鉛やメソカーボンマイクロビーズが該当する。球状黒鉛は、人造黒鉛、天然黒鉛、易黒鉛化性炭素、難黒鉛化性炭素などの炭素材料であって、形状が球状またはほぼ球状であるものをいう。   Among the carbon-based materials, graphite is preferably used as the negative electrode active material in the power storage device of the present invention. Specific examples of graphite as a negative electrode active material include graphite having a major axis / minor axis value of 1 to 5, preferably 1 to 3. Here, the major axis means the length of the longest part of the graphite particles. The minor axis means the length of the longest part in the direction orthogonal to the major axis. Spheroidal graphite and mesocarbon microbeads correspond to the graphite. Spheroidal graphite is a carbon material such as artificial graphite, natural graphite, easily graphitizable carbon, and non-graphitizable carbon, and has a spherical or almost spherical shape.

球状黒鉛は、黒鉛を比較的破砕力の小さい衝撃式粉砕機で粉砕して薄片とし、当該薄片を圧縮球状化して得られる。衝撃式粉砕機としては、例えばハンマーミルやピンミルを例示できる。上記ミルのハンマー又はピンの外周線速度を50〜200m/秒程度として、上記作業を行うことが好ましい。上記ミルに対する黒鉛の供給や排出は、空気等の気流に同伴させて行うことが好ましい。   Spheroidal graphite is obtained by pulverizing graphite with an impact-type pulverizer having relatively small crushing power to form flakes, and compressing and spheroidizing the flakes. Examples of the impact mill include a hammer mill and a pin mill. It is preferable that the above operation is performed by setting the outer peripheral linear velocity of the hammer or the pin of the mill to about 50 to 200 m / sec. It is preferable that the supply and discharge of graphite to and from the mill be performed in association with an air current such as air.

黒鉛は、BET比表面積が0.5〜15m/gの範囲のものが好ましい。BET比表面積が大きすぎると黒鉛と電解液との副反応が加速する場合があり、BET比表面積が小さすぎると黒鉛の反応抵抗が大きくなる場合がある。 The graphite preferably has a BET specific surface area of 0.5 to 15 m 2 / g. If the BET specific surface area is too large, a side reaction between graphite and the electrolyte may be accelerated, and if the BET specific surface area is too small, the reaction resistance of the graphite may increase.

上記した各種の負極活物質のうち、ケイ素系材料および炭素系材料は、比較的低電位で使用できるため、蓄電装置用、特に、二次電池用の負極活物質として好ましい。このうち特に炭素系材料が好ましく、そのなかでも黒鉛は平均電位1V以下という低電位で使用できるため、本発明の蓄電装置用の負極活物質として特に好ましい。なお、ここで言う「平均電位1V以下」とは、リチウム電位に対して平均1.0V以下の電位でリチウムイオンが負極に吸蔵・放出されることを指す。   Among the various negative electrode active materials described above, a silicon-based material and a carbon-based material can be used at a relatively low potential, and thus are preferable as a negative electrode active material for a power storage device, particularly, a secondary battery. Among them, a carbon-based material is particularly preferable, and among them, graphite can be used at a low potential of 1 V or less in average potential, and thus is particularly preferable as a negative electrode active material for a power storage device of the present invention. Here, “the average potential is 1 V or less” means that lithium ions are occluded and released by the negative electrode at a potential of 1.0 V or less on average with respect to the lithium potential.

負極の結着剤および導電助剤は蓄電装置用正極で説明したものを同様の配合割合で採用すればよい。
また、負極の集電体は、使用する活物質に適した電圧に耐え得る金属であれば特に制限はなく、蓄電装置用正極の集電体と同様のものを使用できる。
As the binder and the conductive additive for the negative electrode, those described for the positive electrode for a power storage device may be employed in the same mixing ratio.
The current collector of the negative electrode is not particularly limited as long as it is a metal capable of withstanding a voltage suitable for the active material to be used, and the same current collector as the positive electrode of the power storage device can be used.

負極用の集電体は、蓄電装置用正極の集電体と同様に、シート状等の種々の形態をとることができる。負極用の集電体の好ましい形態や厚さもまた、既述した蓄電装置用正極の集電体と同様である。   The current collector for the negative electrode can take various forms, such as a sheet, similarly to the current collector of the positive electrode for a power storage device. The preferred form and thickness of the current collector for the negative electrode are also the same as those of the current collector of the positive electrode for a power storage device described above.

(電解液)
電解液としては、有機溶媒と、当該有機溶媒に溶解した金属塩とを含むものを使用すれば良い。電解液における金属塩は、支持塩あるいは支持電解質とも呼ばれるものであり、既述したように、電極用金属塩と同じものであっても良いし異なっていても良い。
(Electrolyte)
As the electrolytic solution, a solution containing an organic solvent and a metal salt dissolved in the organic solvent may be used. The metal salt in the electrolytic solution is also called a supporting salt or a supporting electrolyte, and as described above, may be the same as or different from the electrode metal salt.

有機溶媒は、非水溶媒とも呼ばれる。電解液用の有機溶媒としては、環状エステル類、鎖状エステル類、エーテル類等が使用できる。環状エステル類としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ガンマブチロラクトン、ビニレンカーボネート、2−メチル−ガンマブチロラクトン、アセチル−ガンマブチロラクトン、ガンマバレロラクトンを例示できる。鎖状エステル類としては、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジブチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、エチルメチルカーボネート、プロピオン酸アルキルエステル、マロン酸ジアルキルエステル、酢酸アルキルエステル等を例示できる。エーテル類としては、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、1,2−ジブトキシエタンを例示できる。非水溶媒としては、上記具体的な溶媒の化学構造のうち一部又は全部の水素がフッ素に置換した化合物を採用しても良い。   Organic solvents are also called non-aqueous solvents. As the organic solvent for the electrolytic solution, cyclic esters, chain esters, ethers and the like can be used. Examples of the cyclic esters include ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, gamma-butyrolactone, vinylene carbonate, 2-methyl-gamma-butyrolactone, acetyl-gamma-butyrolactone, and gamma-valerolactone. Examples of the chain esters include dimethyl carbonate, diethyl carbonate, dibutyl carbonate, dipropyl carbonate, ethyl methyl carbonate, alkyl propionate, dialkyl malonate, and alkyl acetate. Examples of the ethers include tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4-dioxane, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, and 1,2-dibutoxyethane. As the non-aqueous solvent, a compound in which part or all of the hydrogen in the specific chemical structure of the solvent is substituted with fluorine may be used.

金属塩は、本発明の蓄電装置が例えばリチウムイオン二次電池であれば、LiClO、LiAsF、LiPF、LiBF、LiCFSO、LiN(CFSO等のリチウム塩を例示できる。
電解液としては、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、プロピレンカーボネート、ジエチルカーボネートなどの非水溶媒に、LiClO、LiPF、LiBF、LiCFSOなどのリチウム塩を0.5mol/Lから1.7mol/L程度の濃度で溶解させた溶液を例示できる。
When the power storage device of the present invention is, for example, a lithium ion secondary battery, a lithium salt such as LiClO 4 , LiAsF 6 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , and LiN (CF 3 SO 2 ) 2 is used as the metal salt. Can be illustrated.
As the electrolytic solution, a nonaqueous solvent such as ethylene carbonate, dimethyl carbonate, propylene carbonate, and diethyl carbonate, and a lithium salt such as LiClO 4 , LiPF 6 , LiBF 4 , and LiCF 3 SO 3 in a proportion of 0.5 mol / L to 1.7 mol. / L can be exemplified.

ところで、蓄電装置用の電解液には、適切な電解質が適切な濃度範囲で添加されている。例えば、上記したように、リチウムイオン二次電池の電解液には、LiClO、LiAsF、LiPF、LiBF、CFSOLi、(CFSONLi等のリチウム塩が電解質として添加されるのが一般的であり、ここで、電解液におけるリチウム塩の濃度は、概ね1mol/Lとされるのが一般的である。 By the way, an appropriate electrolyte is added to an electrolyte solution for a power storage device in an appropriate concentration range. For example, as described above, the electrolyte of the lithium ion secondary battery includes a lithium salt such as LiClO 4 , LiAsF 6 , LiPF 6 , LiBF 4 , CF 3 SO 3 Li, (CF 3 SO 2 ) 2 NLi, or the like. , And the concentration of the lithium salt in the electrolyte is generally about 1 mol / L.

また、電解液に用いられる有機溶媒には、電解質を好適に溶解させるために、エチレンカーボネートやプロピレンカーボネート等の比誘電率及び双極子モーメントの高い有機溶媒を約30体積%以上で混合して用いるのが一般的である。   The organic solvent used for the electrolyte is mixed with an organic solvent having a high relative dielectric constant and a high dipole moment such as ethylene carbonate or propylene carbonate at about 30% by volume or more in order to dissolve the electrolyte suitably. It is common.

実際に、特開2013−149477号公報には、エチレンカーボネートを33体積%含む混合有機溶媒を用い、かつ、LiPFを1mol/Lの濃度で含む電解液を用いたリチウムイオン二次電池が開示されている。また、特開2013−134922号公報には、エチレンカーボネート及びプロピレンカーボネートを66体積%含む混合有機溶媒を用い、かつ、(CFSONLiを1mol/Lの濃度で含む電解液を用いたリチウムイオン二次電池が開示されている。 Actually, JP-A-2013-149777 discloses a lithium ion secondary battery using a mixed organic solvent containing 33% by volume of ethylene carbonate and using an electrolytic solution containing LiPF 6 at a concentration of 1 mol / L. Have been. In JP 2013-134922 A, a mixed organic solvent containing 66 vol% of ethylene carbonate and propylene carbonate is used, and an electrolytic solution containing (CF 3 SO 2 ) 2 NLi at a concentration of 1 mol / L is used. Lithium ion secondary batteries have been disclosed.

また、二次電池の性能を向上させる目的で、リチウム塩を含む電解液に種々の添加剤を加える研究が盛んに行われている。   In addition, for the purpose of improving the performance of the secondary battery, studies on adding various additives to an electrolyte solution containing a lithium salt have been actively conducted.

例えば、特開2013−145724号公報には、エチレンカーボネートを30体積%含む混合有機溶媒を用い、かつ、LiPFを1mol/Lの濃度で含む電解液に対し、特定の添加剤を少量加えた電解液が記載されており、この電解液を用いたリチウムイオン二次電池が開示されている。また、特開2013−137873号公報にも、エチレンカーボネートを30体積%含む混合有機溶媒を用い、かつ、LiPFを1mol/Lの濃度で含む電解液に対し、フェニルグリシジルエーテルを少量加えた電解液が記載されており、この電解液を用いたリチウムイオン二次電池が開示されている。
特開2013−149477号公報、特開2013−134922号公報、特開2013−145724号公報、特開2013−137873号公報等に記載されているように、従来、リチウムイオン二次電池に用いられる電解液においては、エチレンカーボネートやプロピレンカーボネート等の比誘電率及び双極子モーメントの高い有機溶媒を約30体積%以上で含有する混合有機溶媒を用い、かつ、リチウム塩を概ね1mol/Lの濃度で含むことが技術常識となっていた。そして、これらの文献に記載のとおり、電解液の改善検討においては、リチウム塩とは別個の添加剤に着目して行われるのが一般的であった。
本発明の蓄電装置においては、電解液として、特定の電解質からなる金属塩と、専ら比誘電率および/または双極子モーメントの低い有機溶媒を含むヘテロ元素含有有機溶媒とを組み合わせて使用することができる。また、有機溶媒と金属塩とのモル比に着目し、当該モル比を特定の範囲とすることができる。このような電解液は従来ない新規な電解液であり、本発明の蓄電装置にこのような新規の電解液を併用する場合には、蓄電装置の更なる性能向上を望み得る。以下、必要に応じて、上記の「特定の電解質からなる金属塩と、専ら比誘電率および/または双極子モーメントの低い有機溶媒を含むヘテロ元素含有有機溶媒とを組み合わせ」た新規の電解液を「選択電解液」と称して一般的な電解液と区別する。
For example, JP-A-2013-145724 discloses a method in which a mixed organic solvent containing 30% by volume of ethylene carbonate is used, and a specific additive is added in a small amount to an electrolyte solution containing LiPF 6 at a concentration of 1 mol / L. An electrolyte is described, and a lithium ion secondary battery using the electrolyte is disclosed. JP 2013-137873 A also discloses an electrolysis in which a mixed organic solvent containing 30% by volume of ethylene carbonate is used, and a small amount of phenylglycidyl ether is added to an electrolyte containing LiPF 6 at a concentration of 1 mol / L. And a lithium ion secondary battery using this electrolyte.
As described in JP-A-2013-149777, JP-A-2013-134922, JP-A-2013-145724, JP-A-2013-137873, etc., conventionally used in lithium ion secondary batteries. In the electrolytic solution, a mixed organic solvent containing at least about 30% by volume of an organic solvent having a high relative dielectric constant and a high dipole moment such as ethylene carbonate and propylene carbonate, and a lithium salt in a concentration of about 1 mol / L are used. Inclusion was a common technical knowledge. And, as described in these documents, it is general that attention is paid to an additive that is separate from the lithium salt in the study of improvement of the electrolytic solution.
In the power storage device of the present invention, a metal salt composed of a specific electrolyte and a hetero element-containing organic solvent including an organic solvent having a low relative dielectric constant and / or a low dipole moment may be used in combination as an electrolytic solution. it can. Further, focusing on the molar ratio between the organic solvent and the metal salt, the molar ratio can be set to a specific range. Such an electrolytic solution is a novel electrolytic solution that has never existed before, and when such a novel electrolytic solution is used in combination with the power storage device of the present invention, further improvement in the performance of the power storage device may be expected. Hereinafter, if necessary, a new electrolytic solution combining the above-mentioned "metal salt composed of a specific electrolyte and a hetero element-containing organic solvent containing only an organic solvent having a low dielectric constant and / or a low dipole moment" is used. It is called "selective electrolyte" to distinguish it from general electrolytes.

選択電解液としては、例えば、
比誘電率が10以下及び/若しくは双極子モーメントが5D以下の特定有機溶媒、又は前記特定有機溶媒を含むヘテロ元素含有有機溶媒と、
アルカリ金属、アルカリ土類金属又はアルミニウムをカチオンとし、下記一般式(2)で表される化学構造をアニオンとする金属塩と、を含有するものを選択できる。
(R)(RSO)N………一般式(2)
(Rは、水素、ハロゲン、置換基で置換されていても良いアルキル基、置換基で置換されていても良いシクロアルキル基、置換基で置換されていても良い不飽和アルキル基、置換基で置換されていても良い不飽和シクロアルキル基、置換基で置換されていても良い芳香族基、置換基で置換されていても良い複素環基、置換基で置換されていても良いアルコキシ基、置換基で置換されていても良い不飽和アルコキシ基、置換基で置換されていても良いチオアルコキシ基、置換基で置換されていても良い不飽和チオアルコキシ基、CN、SCN、OCNから選択される。
は、水素、ハロゲン、置換基で置換されていても良いアルキル基、置換基で置換されていても良いシクロアルキル基、置換基で置換されていても良い不飽和アルキル基、置換基で置換されていても良い不飽和シクロアルキル基、置換基で置換されていても良い芳香族基、置換基で置換されていても良い複素環基、置換基で置換されていても良いアルコキシ基、置換基で置換されていても良い不飽和アルコキシ基、置換基で置換されていても良いチオアルコキシ基、置換基で置換されていても良い不飽和チオアルコキシ基、CN、SCN、OCNから選択される。
また、RとRは、互いに結合して環を形成しても良い。
は、SO、C=O、C=S、RP=O、RP=S、S=O、Si=Oから選択される。
、Rは、それぞれ独立に、水素、ハロゲン、置換基で置換されていても良いアルキル基、置換基で置換されていても良いシクロアルキル基、置換基で置換されていても良い不飽和アルキル基、置換基で置換されていても良い不飽和シクロアルキル基、置換基で置換されていても良い芳香族基、置換基で置換されていても良い複素環基、置換基で置換されていても良いアルコキシ基、置換基で置換されていても良い不飽和アルコキシ基、置換基で置換されていても良いチオアルコキシ基、置換基で置換されていても良い不飽和チオアルコキシ基、OH、SH、CN、SCN、OCNから選択される。
また、R、Rは、R又はRと結合して環を形成しても良い。)
As the selective electrolyte, for example,
A specific organic solvent having a relative dielectric constant of 10 or less and / or a dipole moment of 5 D or less, or a hetero element-containing organic solvent containing the specific organic solvent,
A metal salt containing an alkali metal, an alkaline earth metal or aluminum as a cation and an anion having a chemical structure represented by the following general formula (2) can be selected.
(R 3 X 1 ) (R 4 SO 2 ) N: General formula (2)
(R 3 is hydrogen, halogen, an alkyl group optionally substituted with a substituent, a cycloalkyl group optionally substituted with a substituent, an unsaturated alkyl group optionally substituted with a substituent, An unsaturated cycloalkyl group which may be substituted with a substituent, an aromatic group which may be substituted with a substituent, a heterocyclic group which may be substituted with a substituent, and an alkoxy group which may be substituted with a substituent Selected from an unsaturated alkoxy group optionally substituted with a substituent, a thioalkoxy group optionally substituted with a substituent, an unsaturated thioalkoxy group optionally substituted with a substituent, CN, SCN, and OCN. Is done.
R 4 is hydrogen, halogen, an alkyl group optionally substituted with a substituent, a cycloalkyl group optionally substituted with a substituent, an unsaturated alkyl group optionally substituted with a substituent, or a substituent. An unsaturated cycloalkyl group which may be substituted, an aromatic group which may be substituted with a substituent, a heterocyclic group which may be substituted with a substituent, an alkoxy group which may be substituted with a substituent, Selected from an unsaturated alkoxy group optionally substituted with a substituent, a thioalkoxy group optionally substituted with a substituent, an unsaturated thioalkoxy group optionally substituted with a substituent, CN, SCN, and OCN. You.
Further, R 3 and R 4 may combine with each other to form a ring.
X 1 is selected from SO 2 , C = O, C = S, R a P = O, R b P = S, S = O, and Si = O.
R a and R b are each independently hydrogen, halogen, an alkyl group optionally substituted with a substituent, a cycloalkyl group optionally substituted with a substituent, or a non-alkyl group optionally substituted with a substituent. Saturated alkyl group, unsaturated cycloalkyl group optionally substituted with a substituent, aromatic group optionally substituted with a substituent, heterocyclic group optionally substituted with a substituent, substituted with a substituent An optionally substituted alkoxy group, an unsaturated alkoxy group optionally substituted with a substituent, a thioalkoxy group optionally substituted with a substituent, an unsaturated thioalkoxy group optionally substituted with a substituent, OH , SH, CN, SCN, OCN.
In addition, R a and R b may combine with R 3 or R 4 to form a ring. )

金属塩のカチオンとしては、リチウム、ナトリウム、カリウムなどのアルカリ金属、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウムなどのアルカリ土類金属、及びアルミニウムを挙げることができる。金属塩のカチオンは、電解液を使用する電池の電荷担体と同一の金属イオンであるのが好ましい。ところで、本発明の蓄電装置においては、電極活物質層に電極用金属塩が含まれる。この電極用金属塩に由来するリチウムは、電荷担体として機能し得る。したがって、電解液の金属塩のカチオンとしてもリチウムを選択するのが好ましい。   Examples of the cation of the metal salt include alkali metals such as lithium, sodium, and potassium; alkaline earth metals such as beryllium, magnesium, calcium, strontium, and barium; and aluminum. The cation of the metal salt is preferably the same metal ion as the charge carrier of the battery using the electrolyte. By the way, in the power storage device of the present invention, the electrode active material layer contains a metal salt for an electrode. Lithium derived from the metal salt for an electrode can function as a charge carrier. Therefore, it is preferable to select lithium as the cation of the metal salt of the electrolytic solution.

上記一般式(2)で表される化学構造における、「置換基で置換されていても良い」との文言について説明する。例えば「置換基で置換されていても良いアルキル基」であれば、アルキル基の水素の一つ若しくは複数が置換基で置換されているアルキル基、又は、特段の置換基を有さないアルキル基を意味する。   The wording "may be substituted with a substituent" in the chemical structure represented by the general formula (2) will be described. For example, if "an alkyl group optionally substituted with a substituent", an alkyl group in which one or more of the hydrogens of the alkyl group is substituted with a substituent, or an alkyl group having no particular substituent Means

「置換基で置換されていても良い」との文言における置換基としては、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、シクロアルキル基、不飽和シクロアルキル基、芳香族基、複素環基、ハロゲン、OH、SH、CN、SCN、OCN、ニトロ基、アルコキシ基、不飽和アルコキシ基、アミノ基、アルキルアミノ基、ジアルキルアミノ基、アリールオキシ基、アシル基、アルコキシカルボニル基、アシルオキシ基、アリールオキシカルボニル基、アシルアミノ基、アルコキシカルボニルアミノ基、アリールオキシカルボニルアミノ基、スルホニルアミノ基、スルファモイル基、カルバモイル基、アルキルチオ基、アリールチオ基、スルホニル基、スルフィニル基、ウレイド基、リン酸アミド基、スルホ基、カルボキシル基、ヒドロキサム酸基、スルフィノ基、ヒドラジノ基、イミノ基、シリル基等が挙げられる。これらの置換基はさらに置換されてもよい。また置換基が2つ以上ある場合、置換基は同一でも異なっていてもよい。   Examples of the substituent in the phrase "may be substituted with a substituent" include an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, a cycloalkyl group, an unsaturated cycloalkyl group, an aromatic group, a heterocyclic group, halogen, OH , SH, CN, SCN, OCN, nitro group, alkoxy group, unsaturated alkoxy group, amino group, alkylamino group, dialkylamino group, aryloxy group, acyl group, alkoxycarbonyl group, acyloxy group, aryloxycarbonyl group, Acylamino group, alkoxycarbonylamino group, aryloxycarbonylamino group, sulfonylamino group, sulfamoyl group, carbamoyl group, alkylthio group, arylthio group, sulfonyl group, sulfinyl group, ureido group, phosphoric amide group, sulfo group, carboxyl group, Hydroxamic acid group, Rufino group, a hydrazino group, an imino group, and a silyl group. These substituents may be further substituted. When there are two or more substituents, the substituents may be the same or different.

前記金属塩のアニオンの化学構造は、下記一般式(2−1)で表される化学構造が好ましい。   The chemical structure of the anion of the metal salt is preferably a chemical structure represented by the following general formula (2-1).

(R31)(R41SO)N………一般式(2−1)
(R31、R41は、それぞれ独立に、CClBr(CN)(SCN)(OCN)である。
n、a、b、c、d、e、f、g、hはそれぞれ独立に0以上の整数であり、2n+1=a+b+c+d+e+f+g+hを満たす。
また、R31とR41は、互いに結合して環を形成しても良く、その場合は、2n=a+b+c+d+e+f+g+hを満たす。
は、SO、C=O、C=S、RP=O、RP=S、S=O、Si=Oから選択される。
、Rは、それぞれ独立に、水素、ハロゲン、置換基で置換されていても良いアルキル基、置換基で置換されていても良いシクロアルキル基、置換基で置換されていても良い不飽和アルキル基、置換基で置換されていても良い不飽和シクロアルキル基、置換基で置換されていても良い芳香族基、置換基で置換されていても良い複素環基、置換基で置換されていても良いアルコキシ基、置換基で置換されていても良い不飽和アルコキシ基、置換基で置換されていても良いチオアルコキシ基、置換基で置換されていても良い不飽和チオアルコキシ基、OH、SH、CN、SCN、OCNから選択される。
また、R、Rは、R31又はR41と結合して環を形成しても良い。)
(R 31 X 2 ) (R 41 SO 2 ) N General formula (2-1)
(R 31, R 41 are each independently C n H a F b Cl c Br d I e (CN) f (SCN) g (OCN) h.
n, a, b, c, d, e, f, g, and h are each independently an integer of 0 or more and satisfy 2n + 1 = a + b + c + d + e + f + g + h.
R 31 and R 41 may be bonded to each other to form a ring, and in this case, 2n = a + b + c + d + e + f + g + h is satisfied.
X 2 is, SO 2, C = O, C = S, R c P = O, R d P = S, S = O, is selected from Si = O.
R c and R d each independently represent hydrogen, halogen, an alkyl group optionally substituted with a substituent, a cycloalkyl group optionally substituted with a substituent, or a cycloalkyl group optionally substituted with a substituent. Saturated alkyl group, unsaturated cycloalkyl group optionally substituted with a substituent, aromatic group optionally substituted with a substituent, heterocyclic group optionally substituted with a substituent, substituted with a substituent An optionally substituted alkoxy group, an unsaturated alkoxy group optionally substituted with a substituent, a thioalkoxy group optionally substituted with a substituent, an unsaturated thioalkoxy group optionally substituted with a substituent, OH , SH, CN, SCN, OCN.
R c and R d may combine with R 31 or R 41 to form a ring. )

上記一般式(2−1)で表される化学構造における、「置換基で置換されていても良い」との文言の意味は、上記一般式(2)で説明したのと同義である。   In the chemical structure represented by the general formula (2-1), the meaning of the phrase “may be substituted with a substituent” has the same meaning as that described in the general formula (2).

上記一般式(2−1)で表される化学構造において、nは0〜6の整数が好ましく、0〜4の整数がより好ましく、0〜2の整数が特に好ましい。なお、上記一般式(2−1)で表される化学構造の、R31とR41が結合して環を形成している場合には、nは1〜8の整数が好ましく、1〜7の整数がより好ましく、1〜3の整数が特に好ましい。 In the chemical structure represented by the general formula (2-1), n is preferably an integer of 0 to 6, more preferably an integer of 0 to 4, and particularly preferably an integer of 0 to 2. In the case where R 31 and R 41 in the chemical structure represented by the general formula (2-1) form a ring by bonding, n is preferably an integer of 1 to 8, and 1 to 7 Is more preferable, and an integer of 1 to 3 is particularly preferable.

前記金属塩のアニオンの化学構造は、下記一般式(2−2)で表されるものがさらに好ましい。   The chemical structure of the metal salt anion is more preferably represented by the following general formula (2-2).

(R32SO)(R42SO)N………一般式(2−2)
(R32、R42は、それぞれ独立に、CClBrである。
n、a、b、c、d、eはそれぞれ独立に0以上の整数であり、2n+1=a+b+c+d+eを満たす。
また、R32とR42は、互いに結合して環を形成しても良く、その場合は、2n=a+b+c+d+eを満たす。)
(R 32 SO 2) (R 42 SO 2) N ......... formula (2-2)
(R 32, R 42 are each independently C n H a F b Cl c Br d I e.
n, a, b, c, d, and e are each independently an integer of 0 or more, and satisfy 2n + 1 = a + b + c + d + e.
R 32 and R 42 may be bonded to each other to form a ring, and in this case, 2n = a + b + c + d + e is satisfied. )

上記一般式(2−2)で表される化学構造において、nは0〜6の整数が好ましく、0〜4の整数がより好ましく、0〜2の整数が特に好ましい。なお、上記一般式(2−2)で表される化学構造の、R32とR42が結合して環を形成している場合には、nは1〜8の整数が好ましく、1〜7の整数がより好ましく、1〜3の整数が特に好ましい。 In the chemical structure represented by the general formula (2-2), n is preferably an integer of 0 to 6, more preferably an integer of 0 to 4, and particularly preferably an integer of 0 to 2. Incidentally, the chemical structure represented by the general formula (2-2), when R 32 and R 42 combine together to form a ring, n is preferably an integer of 1 to 8, 1 to 7 Is more preferable, and an integer of 1 to 3 is particularly preferable.

また、上記一般式(2−2)で表される化学構造において、a、c、d、eが0のものが好ましい。   In the chemical structure represented by the general formula (2-2), those in which a, c, d, and e are 0 are preferable.

金属塩は、(CFSONLi(以下、「LiTFSA」ということがある。)、(FSONLi(以下、「LiFSA」ということがある。)、(CSONLi、FSO(CFSO)NLi、(SOCFCFSO)NLi、(SOCFCFCFSO)NLi、FSO(CHSO)NLi、FSO(CSO)NLi、又はFSO(CSO)NLiが特に好ましい。 The metal salts include (CF 3 SO 2 ) 2 NLi (hereinafter sometimes referred to as “LiTFSA”), (FSO 2 ) 2 NLi (hereinafter sometimes referred to as “LiFSA”), and (C 2 F 5 SO). 2 ) 2 NLi, FSO 2 (CF 3 SO 2 ) NLi, (SO 2 CF 2 CF 2 SO 2 ) NLi, (SO 2 CF 2 CF 2 CF 2 SO 2 ) NLi, FSO 2 (CH 3 SO 2 ) NLi , FSO 2 (C 2 F 5 SO 2) NLi, or FSO 2 (C 2 H 5 SO 2) NLi are particularly preferred.

選択電解液における金属塩は、以上で説明したカチオンとアニオンをそれぞれ適切な数で組み合わせたものを採用すれば良い。選択電解液における金属塩は1種類を採用しても良いし、複数種を併用しても良い。   As the metal salt in the selective electrolytic solution, a combination of an appropriate number of the cations and anions described above may be used. One type of metal salt in the selective electrolyte may be used, or a plurality of types may be used in combination.

選択電解液には、上記金属塩以外に、蓄電装置の電解液に使用可能である他の電解質が含まれていてもよい。選択電解液には、選択電解液に含まれる全電解質に対し、上記金属塩が50質量%以上で含まれるのが好ましく、70質量%以上で含まれるのがより好ましく、90質量%以上で含まれるのがさらに好ましい。   In addition to the above-mentioned metal salts, other electrolytes that can be used for the electrolyte of the power storage device may be included in the selective electrolyte. The selective electrolytic solution preferably contains the metal salt in an amount of 50% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, and preferably 90% by mass or more, based on the total electrolyte contained in the selective electrolytic solution. More preferably, it is performed.

選択電解液はヘテロ元素含有有機溶媒を含み、そして、前記ヘテロ元素含有有機溶媒は比誘電率が10以下及び/又は双極子モーメントが5D以下の特定有機溶媒を含む。ヘテロ元素含有有機溶媒としては、蓄電装置の電解液に使用可能である有機溶媒のうち、ヘテロ元素を含有しているものであればよい。特定有機溶媒としては、比誘電率が10以下及び/又は双極子モーメントが5D以下のヘテロ元素含有有機溶媒であればよい。   The selective electrolyte includes a hetero element-containing organic solvent, and the hetero element-containing organic solvent includes a specific organic solvent having a relative dielectric constant of 10 or less and / or a dipole moment of 5 D or less. The organic solvent containing a hetero element may be any organic solvent that can be used for an electrolyte of a power storage device as long as it contains a hetero element. The specific organic solvent may be a hetero element-containing organic solvent having a relative dielectric constant of 10 or less and / or a dipole moment of 5 D or less.

ヘテロ元素含有有機溶媒又は特定有機溶媒はヘテロ元素を有するため、上記金属塩を一定程度の濃度で好適に溶解できる。他方、ヘテロ元素を有さない炭化水素からなる有機溶媒では、上記金属塩を好適に溶解できない。   Since the hetero element-containing organic solvent or the specific organic solvent has a hetero element, the metal salt can be suitably dissolved at a certain concentration. On the other hand, an organic solvent composed of a hydrocarbon having no hetero element cannot dissolve the metal salt suitably.

ヘテロ元素含有有機溶媒又は特定有機溶媒としては、ヘテロ元素が窒素、酸素、硫黄、ハロゲンから選択される少なくとも1つである有機溶媒が好ましく、ヘテロ元素が酸素である有機溶媒がより好ましい。また、ヘテロ元素含有有機溶媒又は特定有機溶媒としては、NH基、NH基、OH基、SH基などのプロトン供与基を有さない、非プロトン性溶媒が好ましい。 As the hetero element-containing organic solvent or the specific organic solvent, an organic solvent in which the hetero element is at least one selected from nitrogen, oxygen, sulfur, and halogen is preferable, and an organic solvent in which the hetero element is oxygen is more preferable. In addition, as the hetero element-containing organic solvent or the specific organic solvent, an aprotic solvent having no proton donating group such as an NH group, an NH 2 group, an OH group, and an SH group is preferable.

ヘテロ元素含有有機溶媒を具体的に例示すると、アセトニトリル、プロピオニトリル、アクリロニトリル、マロノニトリル等のニトリル類、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、1,2−ジオキサン、1,3−ジオキサン、1,4−ジオキサン、2,2−ジメチル−1,3−ジオキソラン、2−メチルテトラヒドロピラン、2−メチルテトラヒドロフラン、クラウンエーテル等のエーテル類、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート等のカーボネート類、ホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン等のアミド類、イソプロピルイソシアネート、n−プロピルイソシアネート、クロロメチルイソシアネート等のイソシアネート類、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、プロピオン酸メチル、蟻酸メチル、蟻酸エチル、酢酸ビニル、メチルアクリレート、メチルメタクリレート等のエステル類、グリシジルメチルエーテル、エポキシブタン、2−エチルオキシラン等のエポキシ類、オキサゾール、2−エチルオキサゾール、オキサゾリン、2−メチル−2−オキサゾリン等のオキサゾール類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類、無水酢酸、無水プロピオン酸等の酸無水物、ジメチルスルホン、スルホラン等のスルホン類、ジメチルスルホキシド等のスルホキシド類、1−ニトロプロパン、2−ニトロプロパン等のニトロ類、フラン、フルフラール等のフラン類、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、δ−バレロラクトン等の環状エステル類、チオフェン、ピリジン等の芳香族複素環類、テトラヒドロ−4−ピロン、1−メチルピロリジン、N−メチルモルフォリン等の複素環類、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル等のリン酸エステル類を挙げることができる。   Specific examples of the hetero element-containing organic solvent include nitriles such as acetonitrile, propionitrile, acrylonitrile, malononitrile, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, tetrahydrofuran, 1,2-dioxane, 1,3-dioxane, 1,4-dioxane, 2,2-dimethyl-1,3-dioxolan, 2-methyltetrahydropyran, 2-methyltetrahydrofuran, ethers such as crown ether, ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, Carbonates such as diethyl carbonate and ethyl methyl carbonate; amides such as formamide, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide and N-methylpyrrolidone; isopropyl isocyanate; Isocyanates such as pyrisocyanate and chloromethyl isocyanate, methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, methyl propionate, methyl formate, ethyl formate, vinyl acetate, esters such as methyl acrylate and methyl methacrylate, glycidyl methyl ether, epoxy butane, Epoxys such as 2-ethyloxirane, oxazoles such as oxazole, 2-ethyloxazole, oxazoline and 2-methyl-2-oxazoline; ketones such as acetone, methyl ethyl ketone and methyl isobutyl ketone; acetic anhydride and propionic anhydride; Acid anhydrides, sulfones such as dimethyl sulfone and sulfolane, sulfoxides such as dimethyl sulfoxide, nitros such as 1-nitropropane and 2-nitropropane, and furans such as furan and furfural. , Cyclic esters such as γ-butyrolactone, γ-valerolactone, δ-valerolactone, aromatic heterocycles such as thiophene and pyridine, tetrahydro-4-pyrone, 1-methylpyrrolidine, N-methylmorpholine and the like And phosphoric esters such as trimethyl phosphate and triethyl phosphate.

特定有機溶媒は、特定有機溶媒以外の比誘電率が10を超える及び/又は双極子モーメントが5Dを超えるヘテロ元素含有有機溶媒(以下、「他のヘテロ有機溶媒」という場合がある。)と比較して、極性が低い。それゆえに、特定有機溶媒と金属イオンとの親和性は、他のヘテロ有機溶媒と金属イオンとの親和性と比較して、劣ると考えられる。そうすると、選択電解液が二次電池の電解液として用いられた際には、二次電池の電極を構成するアルミニウムや遷移金属は、選択電解液にイオンとして溶解するのが困難であるといえる。   The specific organic solvent is compared with a hetero element-containing organic solvent having a relative dielectric constant of more than 10 and / or a dipole moment of more than 5D (hereinafter, may be referred to as “other hetero organic solvent”) other than the specific organic solvent. And the polarity is low. Therefore, it is considered that the affinity between the specific organic solvent and the metal ion is inferior to the affinity between the other hetero organic solvent and the metal ion. Then, when the selective electrolyte is used as the electrolyte of the secondary battery, it can be said that it is difficult to dissolve the aluminum and the transition metal constituting the electrode of the secondary battery as ions in the selective electrolyte.

ここで、一般的な電解液を用いた二次電池においては、正極を構成するアルミニウムや遷移金属は、特に高電圧充電環境下において高酸化状態となり、陽イオンである金属イオンとして電解液に溶解し(アノード溶出)、そして、電解液中に溶出した金属イオンは静電気的引力に因り電子リッチな負極に引き寄せられて、負極上で電子と結合することで還元され、金属として析出する場合があることが知られている。このような反応が起こると、正極の容量低下や負極上での電解液分解などが生じ得るため、電池性能が低下することが知られている。しかし、選択電解液には前段落に記載の特徴があるため、本発明の蓄電装置に選択電解液を用いることで、正極からの金属イオン溶出および負極上の金属析出が抑制し得る。つまり、選択電解液を用いた本発明の蓄電装置によると、電池特性が更に向上する。   Here, in a secondary battery using a general electrolytic solution, aluminum and a transition metal constituting the positive electrode are in a highly oxidized state particularly under a high-voltage charging environment, and are dissolved in the electrolytic solution as metal ions as cations. The metal ions eluted into the electrolyte are attracted to the electron-rich negative electrode due to electrostatic attraction, and are reduced by being combined with electrons on the negative electrode, and may be precipitated as a metal. It is known. It is known that when such a reaction occurs, the capacity of the positive electrode may decrease, the decomposition of the electrolyte on the negative electrode may occur, and the battery performance may decrease. However, since the selective electrolyte has the features described in the preceding paragraph, the use of the selective electrolyte in the power storage device of the present invention can suppress the elution of metal ions from the positive electrode and the deposition of metal on the negative electrode. That is, according to the power storage device of the present invention using the selective electrolyte, the battery characteristics are further improved.

特定有機溶媒の比誘電率は10以下であれば好ましいが、7以下がより好ましく、5以下がさらに好ましい。特定有機溶媒の比誘電率の下限は特に限定されないが、敢えて述べると、1以上、2以上、2.5以上を例示できる。   The relative dielectric constant of the specific organic solvent is preferably 10 or less, more preferably 7 or less, and still more preferably 5 or less. Although the lower limit of the relative dielectric constant of the specific organic solvent is not particularly limited, dare to say, one or more, two or more, and 2.5 or more can be exemplified.

また、特定有機溶媒の双極子モーメントは5D以下であれば好ましいが、2.5D以下がより好ましく、1D以下がさらに好ましい。特定有機溶媒の双極子モーメントの下限は特に限定されないが、敢えて述べると、0.05D以上、0.1D以上、0.2D以上を例示できる。   Further, the dipole moment of the specific organic solvent is preferably 5D or less, more preferably 2.5D or less, further preferably 1D or less. The lower limit of the dipole moment of the specific organic solvent is not particularly limited, but if it dares to be described, it can be 0.05 D or more, 0.1 D or more, 0.2 D or more.

特定有機溶媒はカーボネートを化学構造に含むものが好ましい。より好ましい特定有機溶媒として、下記一般式(3)で示される鎖状カーボネートを挙げることができる。   The specific organic solvent preferably contains carbonate in its chemical structure. More preferred specific organic solvents include chain carbonates represented by the following general formula (3).

OCOOR………一般式(3)
(R、Rは、それぞれ独立に、鎖状アルキルであるCClBr、又は、環状アルキルを化学構造に含むCClBrのいずれかから選択される。nは1以上の整数、mは3以上の整数、a、b、c、d、e、f、g、h、i、jはそれぞれ独立に0以上の整数であり、2n+1=a+b+c+d+e、2m=f+g+h+i+jを満たす。)
R 5 OCOOR 6 General formula (3)
(R 5, R 6 are each independently a linear alkyl C n H a F b Cl c Br d I e, or, C m H f F g Cl h Br i contains a cyclic alkyl in the chemical structure j is selected from any of the following: n is an integer of 1 or more, m is an integer of 3 or more, a, b, c, d, e, f, g, h, i, and j are each independently an integer of 0 or more. 2n + 1 = a + b + c + d + e, and 2m = f + g + h + i + j.)

上記一般式(3)で表される鎖状カーボネートにおいて、nは1〜6の整数が好ましく、1〜4の整数がより好ましく、1〜2の整数が特に好ましい。mは3〜8の整数が好ましく、4〜7の整数がより好ましく、5〜6の整数が特に好ましい。   In the chain carbonate represented by the general formula (3), n is preferably an integer of 1 to 6, more preferably an integer of 1 to 4, and particularly preferably an integer of 1 to 2. m is preferably an integer of 3 to 8, more preferably an integer of 4 to 7, and particularly preferably an integer of 5 to 6.

上記一般式(3)で表される鎖状カーボネートのうち、下記一般式(3−1)で表されるものが特に好ましい。   Among the chain carbonates represented by the general formula (3), those represented by the following general formula (3-1) are particularly preferable.

51OCOOR61………一般式(3−1)
(R51、R61は、それぞれ独立に、鎖状アルキルであるC、又は、環状アルキルを化学構造に含むCのいずれかから選択される。nは1以上の整数、mは3以上の整数、a、b、f、gはそれぞれ独立に0以上の整数であり、2n+1=a+b、2m=f+gを満たす。)
R 51 OCOOR 61 General formula (3-1)
(R 51, R 61 are each independently a linear alkyl C n H a F b, or, .n are selected from any of C m H f F g including cyclic alkyl chemical structure 1 The above integer, m is an integer of 3 or more, a, b, f, and g are each independently an integer of 0 or more, satisfying 2n + 1 = a + b and 2m = f + g.)

上記一般式(3−1)で表される鎖状カーボネートにおいて、nは1〜6の整数が好ましく、1〜4の整数がより好ましく、1〜2の整数が特に好ましい。mは3〜8の整数が好ましく、4〜7の整数がより好ましく、5〜6の整数が特に好ましい。   In the chain carbonate represented by the general formula (3-1), n is preferably an integer of 1 to 6, more preferably an integer of 1 to 4, and particularly preferably an integer of 1 to 2. m is preferably an integer of 3 to 8, more preferably an integer of 4 to 7, and particularly preferably an integer of 5 to 6.

上記一般式(3−1)で表される鎖状カーボネートのうち、ジメチルカーボネート(以下、「DMC」ということがある。)、ジエチルカーボネート(以下、「DEC」ということがある。)、エチルメチルカーボネート(以下、「EMC」ということがある。)、フルオロメチルメチルカーボネート、ジフルオロメチルメチルカーボネート、トリフルオロメチルメチルカーボネート、ビス(フルオロメチル)カーボネート、ビス(ジフルオロ)メチルカーボネート、ビス(トリフルオロメチル)カーボネート、フルオロメチルジフルオロメチルカーボネート、2,2,2−トリフルオロエチルメチルカーボネート、ペンタフルオロエチルメチルカーボネート、エチルトリフルオロメチルカーボネート、ビス(2,2,2−トリフルオロエチル)カーボネートが特に好ましい。   Among the chain carbonates represented by the general formula (3-1), dimethyl carbonate (hereinafter may be referred to as “DMC”), diethyl carbonate (hereinafter may be referred to as “DEC”), and ethyl methyl. Carbonate (hereinafter may be referred to as "EMC"), fluoromethylmethyl carbonate, difluoromethylmethyl carbonate, trifluoromethylmethyl carbonate, bis (fluoromethyl) carbonate, bis (difluoro) methylcarbonate, bis (trifluoromethyl) Carbonate, fluoromethyldifluoromethylcarbonate, 2,2,2-trifluoroethylmethylcarbonate, pentafluoroethylmethylcarbonate, ethyltrifluoromethylcarbonate, bis (2,2,2-trifluoroethyl ) Carbonate is particularly preferred.

また、本明細書の開示から、上記一般式(3)で表される鎖状カーボネートを含むヘテロ元素含有有機溶媒が、アルカリ金属、アルカリ土類金属又はアルミニウムをカチオンとし、上記一般式(2)で表される化学構造をアニオンとする金属塩に対し、モル比3〜5で含まれる選択電解液を把握することができる。   Further, from the disclosure of the present specification, the hetero element-containing organic solvent containing a chain carbonate represented by the above general formula (3) can be obtained by using an alkali metal, an alkaline earth metal or aluminum as a cation, The selective electrolyte contained in the molar ratio of 3 to 5 with respect to the metal salt having the chemical structure represented by the formula as an anion can be grasped.

好適な特定有機溶媒を用いた選択電解液においては、好適なイオン伝導度を示す金属塩の濃度が比較的高濃度となる。さらに、特定有機溶媒として上記一般式(3)で表される鎖状カーボネートを用いた選択電解液においては、多少の金属塩濃度の変動に対してイオン伝導度の変動が小さい、すなわち、堅牢性に優れるとの利点を有する。しかも、上記一般式(3)で表される鎖状カーボネートは、酸化及び還元に対する安定性に優れている。加えて、上記一般式(3)で表される鎖状カーボネートは、自由回転可能な結合が多く存在し、柔軟な化学構造であるため、当該鎖状カーボネートを用いた選択電解液が高濃度の金属塩を含む場合であっても、その粘度の著しい上昇は抑えられ、高いイオン伝導度を得ることができる。   In a selective electrolytic solution using a suitable specific organic solvent, the concentration of a metal salt exhibiting suitable ionic conductivity becomes relatively high. Furthermore, in the selective electrolytic solution using the chain carbonate represented by the above general formula (3) as the specific organic solvent, the ionic conductivity has little change with respect to a slight change in the metal salt concentration. It has the advantage of being excellent. Moreover, the chain carbonate represented by the general formula (3) has excellent stability against oxidation and reduction. In addition, the chain carbonate represented by the general formula (3) has many free rotatable bonds and a flexible chemical structure. Therefore, the selective electrolyte using the chain carbonate has a high concentration. Even when a metal salt is included, a remarkable increase in the viscosity is suppressed, and high ionic conductivity can be obtained.

以上で説明した特定有機溶媒は単独で電解液に用いても良いし、複数を併用しても良い。   The specific organic solvent described above may be used alone for the electrolytic solution, or a plurality of them may be used in combination.

参考までに、各種の有機溶媒の比誘電率及び双極子モーメントを表1に列挙する。   For reference, Table 1 lists the relative dielectric constants and dipole moments of various organic solvents.

Figure 0006661934
Figure 0006661934

選択電解液におけるヘテロ元素含有有機溶媒または特定有機溶媒と金属塩との比は特に限定しないが、以下に説明するように、ヘテロ元素含有有機溶媒または特定有機溶媒が、金属塩に対してモル比1〜8で含まれるのが好ましい。
なお、本明細書においては、「選択電解液は、ヘテロ元素含有有機溶媒と前記金属塩とをモル比1〜8で含む」などと表現することもある。本明細書でいう上記モル比とは、前者を後者で除した値、すなわち、(選択電解液に含まれるヘテロ元素含有有機溶媒のモル数)/(選択電解液に含まれる金属塩のモル数)の値を意味する。選択電解液を用いた二次電池は、電極/電解液界面で形成されるSEI被膜が従来の有機溶媒由来成分主体ではなく低抵抗なS=O構造を有する金属塩由来成分を多く含んでおり、かつ被膜中のLiイオン濃度が高い等の理由によって、反応抵抗が比較的小さい。上記モル比1〜8の範囲の意義は、二次電池の反応抵抗が比較的小さい範囲であって、かつ、電解液のイオン伝導度が好適な範囲である。モル比3〜6であれば、二次電池の反応抵抗、電解液のイオン伝導度、それらの温度特性のバランスを考慮してより好適な範囲であるといえる。本発明の電解液における、ヘテロ元素含有有機溶媒と前記金属塩とのモル比は、上記したように1〜8の範囲内であるのが好ましく、2〜6の範囲内であるのがより好ましく、3〜5.5の範囲内であるのがさらに好ましい。さらには、3.2〜5.2の範囲内がより好ましく、3.5〜5の範囲内であるのが最も好ましい。なお、従来の電解液は、ヘテロ元素含有有機溶媒と、電解質若しくは金属塩とのモル比が概ね10程度である。
The ratio between the hetero element-containing organic solvent or the specific organic solvent and the metal salt in the selective electrolytic solution is not particularly limited. However, as described below, the molar ratio of the hetero element-containing organic solvent or the specific organic solvent is relative to the metal salt. It is preferably included in 1 to 8.
In addition, in this specification, it may be expressed as "a selective electrolytic solution contains a hetero element-containing organic solvent and the metal salt in a molar ratio of 1 to 8". The molar ratio referred to in the present specification is a value obtained by dividing the former by the latter, that is, (moles of the hetero element-containing organic solvent contained in the selective electrolytic solution) / (moles of the metal salt contained in the selective electrolytic solution) ). In a secondary battery using a selective electrolyte, the SEI film formed at the electrode / electrolyte interface is not mainly composed of a conventional organic solvent-derived component but contains a large amount of a metal salt-derived component having a low-resistance S = O structure. In addition, the reaction resistance is relatively small because of the high concentration of Li ions in the coating and the like. The meaning of the range of the above molar ratio 1 to 8 is a range in which the reaction resistance of the secondary battery is relatively small and a range in which the ionic conductivity of the electrolytic solution is suitable. If the molar ratio is 3 to 6, it can be said that the range is more preferable in consideration of the balance between the reaction resistance of the secondary battery, the ionic conductivity of the electrolytic solution, and the temperature characteristics thereof. In the electrolytic solution of the present invention, the molar ratio between the hetero element-containing organic solvent and the metal salt is preferably in the range of 1 to 8 as described above, and more preferably in the range of 2 to 6. , And more preferably in the range of 3 to 5.5. Further, it is more preferably in the range of 3.2 to 5.2, and most preferably in the range of 3.5 to 5. In the conventional electrolytic solution, the molar ratio between the hetero element-containing organic solvent and the electrolyte or metal salt is approximately about 10.

選択電解液においては、前記金属塩とヘテロ元素含有有機溶媒とが相互作用を及ぼしていると推定される。微視的には、選択電解液は、金属塩とヘテロ元素含有有機溶媒のヘテロ元素とが配位結合することで形成された、金属塩とヘテロ元素含有有機溶媒からなる安定なクラスターを含有していると推定される。   In the selective electrolyte, it is presumed that the metal salt and the hetero element-containing organic solvent have an interaction. Microscopically, the selective electrolyte contains a stable cluster composed of a metal salt and a hetero element-containing organic solvent, formed by coordination bonding between the metal salt and the hetero element of the hetero element-containing organic solvent. It is estimated that

選択電解液は、従来の電解液と比較して、金属塩の存在割合が高いといえる。そうすると、選択電解液は、従来の電解液と比較して、金属塩と有機溶媒の存在環境が異なっているといえる。そのため、選択電解液を用いた蓄電装置においては、電解液中の金属イオン輸送速度の向上、電極と電解液の界面における反応速度の向上、二次電池のハイレート充放電時に起こる電解液の金属塩濃度の偏在の緩和、電極界面における電解液の保液性の向上、電極界面で電解液が不足するいわゆる液枯れ状態の抑制などが期待できる。さらに、選択電解液においては、電解液に含まれる有機溶媒の蒸気圧が低くなる。その結果として、選択電解液からの有機溶媒の揮発が低減できる。   It can be said that the selective electrolyte has a higher proportion of the metal salt than the conventional electrolyte. Then, it can be said that the selective electrolyte has a different environment in which the metal salt and the organic solvent exist as compared with the conventional electrolyte. Therefore, in a power storage device using a selective electrolyte, the improvement of the metal ion transport rate in the electrolyte, the improvement of the reaction rate at the interface between the electrode and the electrolyte, and the metal salt of the electrolyte occurring during high-rate charging and discharging of the secondary battery It can be expected that the uneven distribution of the concentration is reduced, the liquid retention of the electrolyte at the electrode interface is improved, and the so-called liquid withdrawal state where the electrolyte is insufficient at the electrode interface is suppressed. Furthermore, in the selective electrolyte, the vapor pressure of the organic solvent contained in the electrolyte decreases. As a result, volatilization of the organic solvent from the selective electrolyte can be reduced.

選択電解液の密度d(g/cm)について述べる。なお、本明細書において、密度とは20℃での密度を意味する。選択電解液の密度d(g/cm)は好ましくは1.0≦dであり、1.1≦dがより好ましい。 The density d (g / cm 3 ) of the selective electrolyte will be described. In addition, in this specification, density means the density at 20 degreeC. The density d (g / cm 3 ) of the selective electrolyte is preferably 1.0 ≦ d, more preferably 1.1 ≦ d.

参考までに、代表的なヘテロ元素含有有機溶媒の密度(g/cm)を表2に列挙する。 For reference, Table 2 lists the densities (g / cm 3 ) of typical hetero element-containing organic solvents.

Figure 0006661934
Figure 0006661934

選択電解液の粘度η(mPa・s)について述べると、3<η<50の範囲が好ましく、4<η<40の範囲がより好ましく、5<η<30の範囲がさらに好ましい。   Describing the viscosity η (mPa · s) of the selective electrolyte, the range of 3 <η <50 is preferable, the range of 4 <η <40 is more preferable, and the range of 5 <η <30 is more preferable.

また、電解液のイオン伝導度σ(mS/cm)は高ければ高いほど、電解液中でイオンが移動し易い。このため、このような電解液は優れた電池の電解液となり得る。選択電解液のイオン伝導度σ(mS/cm)について述べると、1≦σであるのが好ましい。選択電解液のイオン伝導度σ(mS/cm)につき、敢えて、上限を含めた好適な範囲を示すと、2≦σ<100の範囲が好ましく、3≦σ<50の範囲がより好ましく、4≦σ<30の範囲がさらに好ましい。   In addition, the higher the ion conductivity σ (mS / cm) of the electrolytic solution, the more easily ions move in the electrolytic solution. Therefore, such an electrolyte can be an excellent electrolyte for a battery. In terms of the ionic conductivity σ (mS / cm) of the selective electrolyte, it is preferable that 1 ≦ σ. If the ionic conductivity σ (mS / cm) of the selective electrolyte is arbitrarily set to a suitable range including the upper limit, a range of 2 ≦ σ <100 is preferable, a range of 3 ≦ σ <50 is more preferable, and a range of 4 ≦ σ <50 is more preferable. It is more preferable that ≦ σ <30.

ところで、選択電解液は金属塩のカチオンを高濃度で含有する。このため、選択電解液中において、隣り合うカチオン間の距離は極めて近い。そして、蓄電装置の充放電時にリチウムイオン等のカチオンが正極と負極との間を移動する際には、移動先の電極に直近のカチオンが先ず当該電極に供給される。そして、供給された当該カチオンがあった場所には、当該カチオンに隣り合う他のカチオンが移動する。つまり、選択電解液中においては、隣り合うカチオンが供給対象となる電極に向けて順番に一つずつ位置を変えるという、ドミノ倒し様の現象が生じていると予想される。このため、充放電時のカチオンの移動距離は短く、その分だけカチオンの移動速度が高いと考えられる。そして、このことに起因して、選択電解液を有する蓄電装置の反応速度は高いと考えられる。   By the way, the selective electrolyte contains a metal salt cation at a high concentration. For this reason, the distance between adjacent cations in the selective electrolyte is extremely short. When cations such as lithium ions move between the positive electrode and the negative electrode during charge and discharge of the power storage device, cations closest to the destination electrode are first supplied to the electrode. Then, another cation adjacent to the cation moves to the place where the supplied cation was present. That is, in the selective electrolyte solution, it is expected that a domino-destroying phenomenon occurs in which adjacent cations change positions one by one toward the electrode to be supplied in order. Therefore, it is considered that the movement distance of the cation during charging and discharging is short, and the movement speed of the cation is correspondingly high. Then, due to this, the reaction speed of the power storage device including the selective electrolyte is considered to be high.

選択電解液には、特定有機溶媒以外に、上記他のヘテロ有機溶媒やヘテロ元素を有さない炭化水素からなる有機溶媒が含まれていてもよい。選択電解液には、選択電解液に含まれる全溶媒に対し、特定有機溶媒が80体積%以上で含まれるのが好ましく、90体積%以上で含まれるのがより好ましく、95体積%以上で含まれるのがさらに好ましい。また、選択電解液には、選択電解液に含まれる全溶媒に対し、特定有機溶媒が80モル%以上で含まれるのが好ましく、90モル%以上で含まれるのがより好ましく、95モル%以上で含まれるのがさらに好ましい。   The selective electrolytic solution may contain, besides the specific organic solvent, an organic solvent composed of a hydrocarbon having no other hetero organic solvent or hetero element as described above. The selective electrolytic solution preferably contains the specific organic solvent in an amount of 80% by volume or more, more preferably 90% by volume or more, and more preferably 95% by volume or more, based on the total solvent contained in the selective electrolytic solution. More preferably, it is performed. In addition, the selective electrolytic solution preferably contains the specific organic solvent in an amount of 80 mol% or more, more preferably 90 mol% or more, and more preferably 95 mol% or more based on the total solvent contained in the selective electrolyte solution. More preferably, it is included.

選択電解液の一態様として、比誘電率が10以下及び/又は双極子モーメントが5D以下の特定有機溶媒が、アルカリ金属、アルカリ土類金属又はアルミニウムをカチオンとし上記一般式(2)で表される化学構造をアニオンとする金属塩に対し、モル比3〜5で含まれる電解液を挙げることができる。   As one embodiment of the selective electrolyte, the specific organic solvent having a relative dielectric constant of 10 or less and / or a dipole moment of 5 D or less is represented by the above general formula (2) using alkali metal, alkaline earth metal or aluminum as a cation. An electrolytic solution contained in a molar ratio of 3 to 5 with respect to a metal salt having a chemical structure as an anion.

なお、特定有機溶媒以外に他のヘテロ有機溶媒を含む選択電解液は、他のヘテロ有機溶媒を含まない選択電解液と比較して、粘度が上昇する場合や、イオン伝導度が低下する場合がある。さらに、特定有機溶媒以外に他のヘテロ有機溶媒を含む選択電解液を用いた二次電池は、その反応抵抗が増大する場合がある。   In addition, the selective electrolytic solution containing another hetero organic solvent in addition to the specific organic solvent, when compared with the selective electrolytic solution not containing other hetero organic solvent, when the viscosity increases or when the ionic conductivity decreases. is there. Further, a secondary battery using a selective electrolyte containing another hetero organic solvent in addition to the specific organic solvent may have an increased reaction resistance.

また、特定有機溶媒以外に上記炭化水素からなる有機溶媒を含む選択電解液は、その粘度が低くなるとの効果を期待できる。   In addition, a selective electrolytic solution containing an organic solvent composed of the above-mentioned hydrocarbons in addition to the specific organic solvent can be expected to have an effect of lowering the viscosity.

上記炭化水素からなる有機溶媒としては、具体的にベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、o−キシレン、m−キシレン、p−キシレン、1−メチルナフタレン、ヘキサン、ヘプタン、シクロヘキサンを例示することができる。   Specific examples of the organic solvent comprising the hydrocarbon include benzene, toluene, ethylbenzene, o-xylene, m-xylene, p-xylene, 1-methylnaphthalene, hexane, heptane, and cyclohexane.

また、選択電解液には、難燃性の溶媒を加えることができる。難燃性の溶媒を選択電解液に加えることにより、選択電解液の安全度をさらに高めることができる。難燃性の溶媒としては、四塩化炭素、テトラクロロエタン、ハイドロフルオロエーテルなどのハロゲン系溶媒、リン酸トリメチル、リン酸トリエチルなどのリン酸誘導体を例示することができる。   Further, a flame-retardant solvent can be added to the selective electrolyte. By adding a flame-retardant solvent to the selective electrolyte, the safety of the selective electrolyte can be further increased. Examples of the flame-retardant solvent include halogen solvents such as carbon tetrachloride, tetrachloroethane and hydrofluoroether, and phosphoric acid derivatives such as trimethyl phosphate and triethyl phosphate.

電解液をポリマーや無機フィラーと混合し混合物とすると、当該混合物が電解液を封じ込め、擬似固体電解質となる。擬似固体電解質を本発明の蓄電装置の電解液として用いることで、電池における電解液の液漏れを抑制することができる。この場合、電解液は上記した選択電解液であっても良いし、それ以外の電解液であっても良い。   When the electrolyte is mixed with a polymer or an inorganic filler to form a mixture, the mixture encapsulates the electrolyte and becomes a quasi-solid electrolyte. By using the quasi-solid electrolyte as the electrolyte of the power storage device of the present invention, leakage of the electrolyte in the battery can be suppressed. In this case, the electrolytic solution may be the above-described selective electrolytic solution or another electrolytic solution.

さらに、本発明の蓄電装置における電解液には、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、公知の添加剤を加えてもよい。公知の添加剤の一例として、ビニレンカーボネート(VC)、ビニルエチレンカーボネート(VEC)、メチルビニレンカーボネート(MVC)およびエチルビニレンカーボネート(EVC)に代表される不飽和結合を有する環状カーボネート、フルオロエチレンカーボネート、トリフルオロプロピレンカーボネート、フェニルエチレンカーボネートおよびエリスリタンカーボネートに代表されるカーボネート化合物、無水コハク酸、無水グルタル酸、無水マレイン酸、無水シトラコン酸、無水グルタコン酸、無水イタコン酸、無水ジグリコール酸、シクロヘキサンジカルボン酸無水物、シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物およびフェニルコハク酸無水物に代表されるカルボン酸無水物、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、γ−カプロラクトン、δ−バレロラクトン、δ−カプロラクトンおよびε−カプロラクトンに代表されるラクトン、1,4−ジオキサンに代表される環状エーテル、エチレンサルファイト、1,3−プロパンスルトン、1,4−ブタンスルトン、メタンスルホン酸メチル、ブサルファン、スルホラン、スルホレン、ジメチルスルホンおよびテトラメチルチウラムモノスルフィドに代表される含硫黄化合物、1−メチル−2−ピロリジノン、1−メチル−2−ピペリドン、3−メチル−2−オキサゾリジノン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノンおよびN−メチルスクシンイミドに代表される含窒素化合物、モノフルオロリン酸塩およびジフルオロリン酸塩に代表されるリン酸塩、ヘプタン、オクタンおよびシクロヘプタンに代表される飽和炭化水素化合物、並びに、ビフェニル、アルキルビフェニル、ターフェニル、ターフェニルの部分水素化体、シクロヘキシルベンゼン、t−ブチルベンゼン、t−アミルベンゼン、ジフェニルエーテルおよびジベンゾフランに代表される不飽和炭化水素化合物等が挙げられる。   Further, known additives may be added to the electrolytic solution in the power storage device of the present invention without departing from the spirit of the present invention. Examples of known additives include cyclic carbonates having an unsaturated bond represented by vinylene carbonate (VC), vinyl ethylene carbonate (VEC), methyl vinylene carbonate (MVC) and ethyl vinylene carbonate (EVC), fluoroethylene carbonate, Carbonate compounds such as trifluoropropylene carbonate, phenylethylene carbonate and erythritan carbonate, succinic anhydride, glutaric anhydride, maleic anhydride, citraconic anhydride, glutaconic anhydride, itaconic anhydride, diglycolic anhydride, cyclohexanedicarboxylic acid Acid anhydride, carboxylic acid anhydride represented by cyclopentanetetracarboxylic dianhydride and phenylsuccinic anhydride, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, γ- Prolactone, δ-valerolactone, lactone represented by δ-caprolactone and ε-caprolactone, cyclic ether represented by 1,4-dioxane, ethylene sulfite, 1,3-propane sultone, 1,4-butane sultone, Sulfur-containing compounds typified by methyl methanesulfonate, busulfan, sulfolane, sulfolene, dimethyl sulfone and tetramethylthiuram monosulfide, 1-methyl-2-pyrrolidinone, 1-methyl-2-piperidone, 3-methyl-2-oxazolidinone , 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone and nitrogen-containing compounds represented by N-methylsuccinimide, phosphates represented by monofluorophosphate and difluorophosphate, heptane, octane and cycloheptane Typical saturated charcoal Hydrogen compounds, and unsaturated hydrocarbon compounds represented by biphenyl, alkylbiphenyl, terphenyl, partially hydrogenated terphenyl, cyclohexylbenzene, t-butylbenzene, t-amylbenzene, diphenyl ether and dibenzofuran, and the like. .

以上説明した選択電解液は、優れたイオン伝導度を示すので蓄電装置の電解液として好適に使用される。特に、リチウムイオン二次電池の電解液として使用されるのが好ましい。   The selective electrolyte described above exhibits excellent ionic conductivity and is therefore suitably used as an electrolyte for a power storage device. In particular, it is preferably used as an electrolyte for a lithium ion secondary battery.

ところで、一般に、蓄電装置における正極および負極の表面には、被膜が生成することが知られている。当該被膜はSEI(Solid Electrolyte Interphase)とも呼ばれ、電解液の還元分解物等で構成される。例えば、特開2007−19027号公報には、SEI被膜について記載されている。   Incidentally, it is generally known that a film is formed on the surfaces of a positive electrode and a negative electrode in a power storage device. The coating is also called SEI (Solid Electrolyte Interphase), and is made of a reduced decomposition product of an electrolytic solution or the like. For example, JP-A-2007-19027 describes an SEI coating.

正極表面および負極表面のSEI被膜は、リチウムイオン等の電荷担体の通過を許容する。また、例えば負極表面のSEI被膜は、負極表面と電解液との間に存在し、電解液の更なる還元分解を抑制すると考えられている。特に黒鉛やSi系の負極活物質を用いた低電位負極には、SEI被膜の存在が必須と考えられている。   The SEI coating on the positive electrode surface and the negative electrode surface allows passage of charge carriers such as lithium ions. Further, for example, it is considered that the SEI coating on the negative electrode surface exists between the negative electrode surface and the electrolytic solution, and suppresses further reductive decomposition of the electrolytic solution. In particular, it is considered that the presence of an SEI film is essential for a low-potential negative electrode using graphite or a Si-based negative electrode active material.

SEI被膜が存在することで電解液の継続的な分解が抑制されれば、充放電サイクル経過後の蓄電装置の放電特性を向上させ得ると考えられる。しかし、その一方で、従来の二次電池において、正極表面および負極表面のSEI被膜は必ずしも電池特性の向上に寄与するとはいえなかった。   It is considered that if continuous decomposition of the electrolytic solution is suppressed by the presence of the SEI coating, the discharge characteristics of the power storage device after the lapse of the charge / discharge cycle can be improved. However, on the other hand, in conventional secondary batteries, the SEI coatings on the positive electrode surface and the negative electrode surface did not necessarily contribute to the improvement of battery characteristics.

本発明の蓄電装置において、上記電極用金属塩を表す上記一般式(1)の化学構造にはSOが含まれている。さらに、選択電解液においても、上記金属塩の上記一般式(2)の化学構造には、SOが含まれている。そして、本発明の蓄電装置を充放電する際には、少なくとも電極に含まれる電極用金属塩の、或いはさらに選択電解液に含まれる金属塩の一部が分解して、正極及び/又は負極の表面にS及びOを含有する特殊なSEI被膜を形成すると推定される。当該被膜はS=O構造を有すると推定される。当該被膜により電極が被覆されるため、電極及び電解液の劣化が抑制され、その結果、蓄電装置の耐久性が向上すると考えられる。さらには、本発明においては当該被膜が形成される正極活物質層自体に当該被膜の材料となり得る電極用金属塩が存在することにより、当該被膜のSおよびO濃度がさらに高められると推測される。そしてその結果、単に選択電解液を用いた場合よりもさらに電池性能が向上すると推測される。 In the power storage device of the present invention, the chemical structure of the general formula (1) representing the metal salt for an electrode contains SO 2 . Further, also in the selective electrolyte solution, SO 2 is contained in the chemical structure of the general formula (2) of the metal salt. When charging and discharging the power storage device of the present invention, at least a part of the metal salt for an electrode included in the electrode or a part of the metal salt included in the selective electrolyte is decomposed to form a positive electrode and / or a negative electrode. It is presumed that a special SEI film containing S and O is formed on the surface. The coating is presumed to have an S = O structure. Since the electrode is covered with the coating, deterioration of the electrode and the electrolytic solution is suppressed, and as a result, it is considered that the durability of the power storage device is improved. Furthermore, in the present invention, it is presumed that the presence of the metal salt for an electrode that can be a material of the coating in the positive electrode active material layer itself on which the coating is formed further increases the S and O concentrations of the coating. . As a result, it is presumed that the battery performance is further improved as compared with the case where the selective electrolyte is simply used.

また、選択電解液においては、従来の電解液に比べて、カチオンとアニオンとが近くに存在し、アニオンはカチオンからの静電的な影響を強く受けることで従来の電解液に比べ還元分解され易くなると考えられる。従来の電解液を用いた従来の蓄電装置においては、電解液に含まれるエチレンカーボネート等の環状カーボネートが還元分解されて生成する分解生成物によって、SEI被膜が構成されていた。しかし、上述したように、選択電解液においてはアニオンが還元分解されやすく、また従来の電解液に比べ高濃度に金属塩を含有するために電解液中のアニオン濃度が高い。このため、選択電解液を用いた場合に蓄電装置の電極に形成されるSEI被膜、つまり上記したS及びOを含有する被膜には、アニオンに由来するものが多く含まれると考えられる。また、選択電解液を用いた本発明の蓄電装置においては、エチレンカーボネート等の環状カーボネートを用いることなく、SEI被膜を形成することができる。以下、必要に応じて、選択電解液を用いた場合に蓄電装置の電極に形成されるSEI被膜、つまり上記したS及びOを含有する被膜を、「S及びO含有被膜」と呼ぶ場合がある。   In addition, in the selective electrolyte, cations and anions are present closer to each other than in the conventional electrolyte, and the anions are reduced and decomposed compared to the conventional electrolyte by being strongly affected by the cations electrostatically. It will be easier. In a conventional power storage device using a conventional electrolytic solution, an SEI film is formed by a decomposition product generated by reductive decomposition of a cyclic carbonate such as ethylene carbonate contained in the electrolytic solution. However, as described above, in the selective electrolyte, the anion is easily reduced and decomposed, and the concentration of the anion in the electrolyte is high because the metal salt is contained at a higher concentration than the conventional electrolyte. For this reason, it is considered that the SEI coating formed on the electrode of the power storage device when the selective electrolyte is used, that is, the coating containing S and O described above contains a large amount derived from anions. In the power storage device of the present invention using the selective electrolyte, the SEI film can be formed without using a cyclic carbonate such as ethylene carbonate. Hereinafter, as necessary, the SEI film formed on the electrode of the power storage device when the selective electrolyte is used, that is, the film containing S and O described above may be referred to as “S and O-containing film”. .

ところで、本発明の蓄電装置においては、電極用金属塩が電極活物質層に配合されている。この電極用金属塩は、上記したように、選択電解液に配合されている金属塩と同様に、SOを含有し、正極活物質層の表面には、電極用金属塩に由来する上記被膜が形成され得る。つまり、本発明の蓄電装置は上記の選択電解液を用いない場合にも、耐久性に優れると言い得る。 By the way, in the power storage device of the present invention, the metal salt for an electrode is mixed in the electrode active material layer. As described above, this metal salt for an electrode contains SO 2 , similarly to the metal salt blended in the selective electrolytic solution, and the surface of the positive electrode active material layer has the above-mentioned coating derived from the metal salt for an electrode. Can be formed. That is, the power storage device of the present invention can be said to have excellent durability even when the above-described selective electrolyte is not used.

なお、負極におけるSEI被膜は、負極活物質として黒鉛を含む炭素系活物質、および、ケイ素単体やケイ素系材料を含むケイ素系活物質を用いた場合に形成され得ることが知られている。このため、上記した電極用金属塩に由来するSEI被膜を本発明の蓄電装置における負極に形成し、当該被膜に由来する効果を本発明の蓄電装置における負極に付与するためには、負極活物質として炭素系活物質および/またはケイ素系活物質を用いるのが好ましいと考えられる。   It is known that the SEI film in the negative electrode can be formed using a carbon-based active material containing graphite and a silicon-based active material containing simple silicon or a silicon-based material as the negative electrode active material. Therefore, in order to form the SEI coating derived from the above-described electrode metal salt on the negative electrode of the power storage device of the present invention and to impart the effect derived from the coating to the negative electrode of the power storage device of the present invention, the negative electrode active material It is considered preferable to use a carbon-based active material and / or a silicon-based active material.

また、本発明の蓄電装置における電解液には、正極活物質層に含まれる電極用金属塩のカチオンが溶出し得る。そして、電極用金属塩のカチオンが溶出した場合、正極活物質層の近傍における電解液は、他の領域における電解液と比べて、当該カチオンを高濃度で含有すると考えられる。つまり、正極活物質層の近傍にある電解液においては、上記の選択電解液と同様に、カチオンの移動速度が高くなると推測される。そして、このことに起因して蓄電装置の反応速度が向上すると推測される。
さらに、当該カチオンは負極活物質の内部にも移動可能であると考えられ、負極活物質に移動した当該カチオンは充放電によって負極活物質に移動した支持塩のカチオンと同様に充放電反応に寄与できると推測される。例えば蓄電装置がリチウムイオン二次電池であれば電池容量の増加等が期待できる。また、リチウムイオンキャパシタであれば、負極活物質に移動した当該カチオンにより負極活物質にプレドープしたかの如き効果が生じると推測され、その結果、負極活物質の電位低下を期待し得る。つまり、電極用金属塩を正極活物質層に配合したことで、本発明の蓄電装置にはこれら各種の優れた電池特性が付与されると推測される。
In addition, cations of the metal salt for an electrode contained in the positive electrode active material layer can be eluted in the electrolytic solution in the power storage device of the present invention. Then, when the cation of the metal salt for an electrode is eluted, it is considered that the electrolyte in the vicinity of the positive electrode active material layer contains the cation at a higher concentration than the electrolyte in other regions. That is, in the electrolyte solution near the positive electrode active material layer, it is supposed that the movement speed of the cation is increased as in the above-described selective electrolyte solution. It is presumed that the reaction speed of the power storage device is improved due to this.
Further, it is considered that the cation can move into the inside of the negative electrode active material, and the cation transferred to the negative electrode active material contributes to the charge / discharge reaction similarly to the cation of the supporting salt transferred to the negative electrode active material by charge / discharge. It is presumed that it can be done. For example, if the power storage device is a lithium ion secondary battery, an increase in battery capacity can be expected. In addition, in the case of a lithium ion capacitor, it is estimated that the cation transferred to the negative electrode active material produces an effect as if the negative electrode active material was pre-doped, and as a result, a reduction in the potential of the negative electrode active material can be expected. That is, it is presumed that the addition of the metal salt for an electrode to the positive electrode active material layer imparts these various excellent battery characteristics to the power storage device of the present invention.

本発明の蓄電装置は、上記した正極、負極および電解液を含むものであり、正極及び負極に必要に応じてセパレータを挟装させ電極体とすれば良い。   The power storage device of the present invention includes the positive electrode, the negative electrode, and the electrolytic solution described above, and may have a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode as necessary to form an electrode body.

セパレータは、正極と負極とを隔離し、両極の接触による電流の短絡を防止しつつ、リチウムイオンを通過させるものである。セパレータとしては、公知のものを採用すればよく、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリイミド、ポリアミド、ポリアラミド(Aromatic polyamide)、ポリエステル、ポリアクリロニトリル等の合成樹脂、セルロース、アミロース等の多糖類、フィブロイン、ケラチン、リグニン、スベリン等の天然高分子、セラミックスなどの電気絶縁性材料を1種若しくは複数用いた多孔体、不織布、織布などを挙げることができる。また、セパレータは多層構造としてもよい。   The separator separates the positive electrode and the negative electrode, and prevents lithium ions from passing therethrough while preventing current short circuit due to contact between the two electrodes. Known separators may be used as the separator, and synthetic resins such as polytetrafluoroethylene, polypropylene, polyethylene, polyimide, polyamide, polyaramid (Aromatic polyamide), polyester, and polyacrylonitrile; polysaccharides such as cellulose and amylose; and fibroin. , Natural polymers such as keratin, lignin, suberin, and the like, porous bodies, nonwoven fabrics, and woven fabrics using one or more electrically insulating materials such as ceramics. Further, the separator may have a multilayer structure.

電極体は、正極、セパレータ及び負極を重ねた積層型、又は、正極、セパレータ及び負極を捲いた捲回型のいずれの型にしても良い。正極の集電体および負極の集電体から外部に通ずる正極端子及び負極端子までの間を、集電用リード等を用いて接続した後に、電極体に電解液を加えて蓄電装置とするとよい。また、本発明の蓄電装置は、電極に含まれる活物質の種類に適した電圧範囲で充放電を実行されればよい。   The electrode body may be any of a stacked type in which a positive electrode, a separator, and a negative electrode are stacked, or a wound type in which a positive electrode, a separator, and a negative electrode are wound. After connecting the current collector of the positive electrode and the current collector of the negative electrode to the positive electrode terminal and the negative electrode terminal communicating with the outside using a current collecting lead or the like, it is preferable to add an electrolytic solution to the electrode body to form a power storage device. . Further, the power storage device of the present invention only needs to perform charge and discharge in a voltage range suitable for the type of active material included in the electrode.

本発明の蓄電装置の形状は特に限定されるものでなく、円筒型、角型、コイン型、ラミネート型等、種々の形状を採用することができる。   The shape of the power storage device of the present invention is not particularly limited, and various shapes such as a cylindrical type, a square type, a coin type, and a laminate type can be adopted.

本発明の蓄電装置は、車両に搭載してもよい。車両に搭載する本発明の蓄電装置としては、特にリチウムイオン二次電池が好ましい。車両は、その動力源の全部あるいは一部にリチウムイオン二次電池による電気エネルギーを使用している車両であればよく、例えば、電気車両、ハイブリッド車両などであるとよい。車両にリチウムイオン二次電池を搭載する場合には、リチウムイオン二次電池を複数直列に接続して組電池とするとよい。蓄電装置を搭載する機器としては、車両以外にも、パーソナルコンピュータ、携帯通信機器など、電池で駆動される各種の家電製品、オフィス機器、産業機器などが挙げられる。さらに、本発明の蓄電装置は、風力発電、太陽光発電、水力発電その他電力系統の蓄電装置及び電力平滑化装置、船舶等の動力及び/又は補機類の電力供給源、航空機、宇宙船等の動力及び/又は補機類の電力供給源、電気を動力源に用いない車両の補助用電源、移動式の家庭用ロボットの電源、システムバックアップ用電源、無停電電源装置の電源、電動車両用充電ステーションなどにおいて充電に必要な電力を一時蓄える蓄電装置に用いてもよい。   The power storage device of the present invention may be mounted on a vehicle. As the power storage device of the present invention mounted on a vehicle, a lithium ion secondary battery is particularly preferable. The vehicle may be a vehicle that uses electric energy from a lithium ion secondary battery for all or a part of its power source, such as an electric vehicle or a hybrid vehicle. When a lithium ion secondary battery is mounted on a vehicle, a plurality of lithium ion secondary batteries may be connected in series to form an assembled battery. Examples of the device on which the power storage device is mounted include various home appliances, office devices, and industrial devices driven by a battery, such as a personal computer and a portable communication device, in addition to the vehicle. Further, the power storage device of the present invention is a power storage device and a power smoothing device for wind power generation, solar power generation, hydroelectric power generation and other power systems, power supply sources for motive power of ships and the like and / or auxiliary equipment, aircraft, spacecraft, and the like. Power supply for motive power and / or auxiliary equipment, auxiliary power supply for vehicles that do not use electricity as power source, power supply for mobile home robots, power supply for system backup, power supply for uninterruptible power supply, power supply for electric vehicles It may be used for a power storage device that temporarily stores power required for charging at a charging station or the like.

以上、本発明の蓄電装置の実施形態を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができる。   Although the embodiment of the power storage device of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment. The present invention can be implemented in various forms with modifications, improvements, and the like that can be made by those skilled in the art without departing from the gist of the present invention.

以下に、実施例及び比較例を示し、本発明を具体的に説明する。なお、本発明は、これらの実施例によって限定されるものではない。以下において、特に断らない限り、「部」とは質量部を意味し、「%」とは質量%を意味する。   Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to Examples and Comparative Examples. Note that the present invention is not limited by these examples. In the following, “parts” means parts by mass, and “%” means mass% unless otherwise specified.

(実施例1)
実施例1のリチウムイオン二次電池を以下のとおり製造した。
(Example 1)
The lithium ion secondary battery of Example 1 was manufactured as follows.

正極活物質であるLiNi5/10Co3/10Mn2/10で表される層状岩塩構造のリチウム含有金属酸化物90質量部、導電助剤であるアセチレンブラック8質量部、および結着剤であるポリフッ化ビニリデン2質量部を混合した。この混合物を適量のN−メチル−2−ピロリドンに分散させて、一次スラリーを作製した。この一次スラリーに、電極用金属塩としての(CFSONLiを3.09質量部添加し、再度混合して二次スラリーを得た。
正極集電体として厚み15μmのアルミニウム箔を準備した。このアルミニウム箔の表面に、ドクターブレードを用いて上記二次スラリーが膜状になるように塗布した。二次スラリーが塗布されたアルミニウム箔を80℃で20分間乾燥し、その後プレスして接合物を得た。得られた接合物を真空乾燥機で120℃、6時間加熱乾燥して、正極活物質層が形成されたアルミニウム箔を得た。これを実施例1の正極とした。
実施例1の正極における正極活物質層は、正極活物質、導電助剤、結着剤および電極用金属塩の質量の和を100質量%としたときに、電極用金属塩である(CFSONLiを3質量%含む。
90 parts by mass of a lithium-containing metal oxide having a layered rock salt structure represented by LiNi 5/10 Co 3/10 Mn 2/10 O 2 as a positive electrode active material, 8 parts by mass of acetylene black as a conductive additive, and binding 2 parts by mass of polyvinylidene fluoride as an agent were mixed. This mixture was dispersed in an appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone to prepare a primary slurry. To this primary slurry, 3.09 parts by mass of (CF 3 SO 2 ) 2 NLi as a metal salt for an electrode was added and mixed again to obtain a secondary slurry.
An aluminum foil having a thickness of 15 μm was prepared as a positive electrode current collector. The secondary slurry was applied to the surface of the aluminum foil using a doctor blade so as to form a film. The aluminum foil to which the secondary slurry was applied was dried at 80 ° C. for 20 minutes, and then pressed to obtain a bonded product. The obtained joint was dried by heating at 120 ° C. for 6 hours using a vacuum drier to obtain an aluminum foil on which a positive electrode active material layer was formed. This was used as the positive electrode of Example 1.
The positive electrode active material layer in the positive electrode of Example 1 is an electrode metal salt when the sum of the masses of the positive electrode active material, the conductive auxiliary agent, the binder, and the electrode metal salt is 100% by mass (CF 3 SO 2 ) 2 NLi in an amount of 3% by mass.

負極活物質である球状黒鉛98質量部、並びに結着剤であるスチレンブタジエンゴム(SBR)1質量部及びカルボキシメチルセルロース(CMC)1質量部を混合した。この混合物を適量のイオン交換水に分散させて、スラリーを作製した。負極用集電体として厚み10μmの銅箔を準備した。この銅箔の表面に、ドクターブレードを用いて、上記スラリーを膜状に塗布した。スラリーが塗布された銅箔を乾燥して水を除去し、その後、銅箔をプレスし、接合物を得た。得られた接合物を真空乾燥機で100℃、6時間加熱乾燥して、負極活物質層が形成された銅箔を得た。これを負極とした。   98 parts by mass of spherical graphite as a negative electrode active material, 1 part by mass of styrene butadiene rubber (SBR) as a binder and 1 part by mass of carboxymethyl cellulose (CMC) were mixed. This mixture was dispersed in an appropriate amount of ion-exchanged water to prepare a slurry. A 10-μm-thick copper foil was prepared as a negative electrode current collector. The slurry was applied to the surface of the copper foil in the form of a film using a doctor blade. The copper foil to which the slurry was applied was dried to remove water, and then the copper foil was pressed to obtain a joined product. The obtained joint was dried by heating at 100 ° C. for 6 hours using a vacuum dryer to obtain a copper foil on which a negative electrode active material layer was formed. This was used as a negative electrode.

特定有機溶媒であるジメチルカーボネートと、同じく特定有機溶媒であるエチルメチルカーボネートとを9:1のモル比で加えた有機溶媒に、支持塩としての(FSONLiを溶解させて、(FSONLiの濃度が2.6mol/Lである電解液を製造した。この電解液は選択電解液の1種であり、当該電解液は有機溶媒3.6モルに対して支持塩1モルを含む。 (FSO 2 ) 2 NLi as a supporting salt was dissolved in an organic solvent in which dimethyl carbonate, which is a specific organic solvent, and ethyl methyl carbonate, which is also a specific organic solvent, were added at a molar ratio of 9: 1. 2 ) An electrolytic solution having a concentration of 2 NLi of 2.6 mol / L was produced. This electrolytic solution is one type of a selective electrolytic solution, and the electrolytic solution contains 1 mol of a supporting salt with respect to 3.6 mol of an organic solvent.

セパレータとして、厚さ20μmのセルロース製不織布を準備した。
上記の正極と負極とでセパレータを挟持し、極板群とした。この極板群を二枚一組のラミネートフィルムで覆い、三辺をシールした後、袋状となったラミネートフィルムに上記の電解液を注入した。その後、残りの一辺をシールすることで、四辺が気密にシールされ、極板群および電解液が密閉されたリチウムイオン二次電池を得た。この電池を実施例1のリチウムイオン二次電池とした。
A 20 μm-thick cellulose nonwoven fabric was prepared as a separator.
A separator was sandwiched between the positive electrode and the negative electrode to form an electrode plate group. This electrode plate group was covered with a pair of laminated films, and after sealing three sides, the above-mentioned electrolyte solution was injected into the bag-shaped laminated film. Thereafter, by sealing the remaining one side, the four sides were hermetically sealed to obtain a lithium ion secondary battery in which the electrode group and the electrolyte were sealed. This battery was used as the lithium ion secondary battery of Example 1.

実施例1のリチウムイオン二次電池における電極用金属塩の配合量および電解液の組成を後述する表3に示す。後述する実施例2〜4および比較例1、2についても同様である。   The amount of the metal salt for an electrode and the composition of the electrolytic solution in the lithium ion secondary battery of Example 1 are shown in Table 3 described later. The same applies to Examples 2 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 described later.

(実施例2)
実施例2のリチウムイオン二次電池は、正極活物質層が電極用金属塩である(CFSONLiを1質量%含むこと以外は、実施例1のリチウムイオン二次電池と同じものである。
(Example 2)
The lithium ion secondary battery of Example 2 is the same as the lithium ion secondary battery of Example 1 except that the positive electrode active material layer contains 1% by mass of (CF 3 SO 2 ) 2 NLi which is a metal salt for an electrode. Things.

(実施例3)
実施例3のリチウムイオン二次電池は、電解液以外は実施例1のリチウムイオン二次電池と同じである。実施例3のリチウムイオン二次電池で用いた電解液は、以下のように製造した。
エチレンカーボネートと、エチルメチルカーボネートと、ジメチルカーボネートとを3:3:4の体積比で加えた有機溶媒に、支持塩としてのLiPFを溶解させて、LiPFの濃度が1.0mol/Lである電解液を製造した。この電解液は有機溶媒10モルに対して支持塩約1モルを含む。なお、実施例3で用いたジメチルカーボネートおよびエチルメチルカーボネートは特定有機溶媒であり、エチレンカーボネートは他のヘテロ有機溶媒である。また、実施例3で用いた電解液は選択電解液ではない。
(Example 3)
The lithium ion secondary battery of Example 3 is the same as the lithium ion secondary battery of Example 1 except for the electrolytic solution. The electrolyte used in the lithium ion secondary battery of Example 3 was manufactured as follows.
LiPF 6 as a supporting salt was dissolved in an organic solvent in which ethylene carbonate, ethyl methyl carbonate, and dimethyl carbonate were added at a volume ratio of 3: 3: 4, and the concentration of LiPF 6 was 1.0 mol / L. An electrolyte was produced. This electrolyte contains about 1 mol of the supporting salt per 10 mol of the organic solvent. Note that dimethyl carbonate and ethyl methyl carbonate used in Example 3 are specific organic solvents, and ethylene carbonate is another hetero organic solvent. The electrolyte used in Example 3 was not a selective electrolyte.

(実施例4)
実施例4のリチウムイオン二次電池は、正極活物質層が電極用金属塩である(CFSONLiを1質量%含むこと以外は、実施例3のリチウムイオン二次電池と同じものである。
(Example 4)
The lithium ion secondary battery of Example 4 is the same as the lithium ion secondary battery of Example 3 except that the positive electrode active material layer contains 1% by mass of (CF 3 SO 2 ) 2 NLi which is a metal salt for an electrode. Things.

(比較例1)
比較例1のリチウムイオン二次電池は、負極活物質層に電極用金属塩を含まないこと以外は、実施例1のリチウムイオン二次電池と同じものである。
(Comparative Example 1)
The lithium ion secondary battery of Comparative Example 1 is the same as the lithium ion secondary battery of Example 1, except that the negative electrode active material layer does not include a metal salt for an electrode.

(比較例2)
比較例2のリチウムイオン二次電池は、負極活物質層に電極用金属塩を含まないこと以外は実施例3のリチウムイオン二次電池と同じものである。
(Comparative Example 2)
The lithium ion secondary battery of Comparative Example 2 is the same as the lithium ion secondary battery of Example 3 except that the negative electrode active material layer does not contain a metal salt for an electrode.

なお、以下の表における略号の意味は以下のとおりである。
LiFSA:(FSONLi
LiTFSA:(CFSONLi
DMC:ジメチルカーボネート
EMC:エチルメチルカーボネート
EC:エチレンカーボネート
DMC:ジメチルカーボネート
The meanings of the abbreviations in the following table are as follows.
LiFSA: (FSO 2 ) 2 NLi
LiTFSA: (CF 3 SO 2 ) 2 NLi
DMC: dimethyl carbonate EMC: ethyl methyl carbonate EC: ethylene carbonate DMC: dimethyl carbonate

Figure 0006661934
Figure 0006661934

(電池の活性化)
上記した実施例1〜4および比較例1、2のリチウムイオン二次電池について、先ず、25℃、0.1Cレートの定電流で、4.1V(vs.Li基準)まで充電した後に3.0V(vs.Li基準)まで放電した。
上記した初回充放電後、25℃、1Cレートの定電流で、3.0V〜4.1Vの範囲で充放電を50回繰り返した。
(Battery activation)
The lithium ion secondary batteries of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 were first charged to 4.1 V (vs. Li reference) at 25 ° C. at a constant current of 0.1 C rate. The battery was discharged to 0 V (vs. Li reference).
After the first charge / discharge described above, charge / discharge was repeated 50 times at a constant current of 25 ° C. and a rate of 1 C in a range of 3.0 V to 4.1 V.

(抵抗評価試験)
上記した電池の活性化後、各リチウムイオン二次電池を25℃でSOC(state of charge)60%となるように充電した。なお、リチウムイオン二次電池を3Vから4.1Vまで充電する間の電流容量をSOC100%とした。その後、各リチウムイオン二次電池に対し、−10℃で交流インピーダンスを測定した。複素平面プロットにおいて周波数0.1〜1000Hzに対応するプロットが描いた円弧状の成分を反応抵抗として測定した。表4に実施例2および比較例1の正極の反応抵抗を示す。
(Resistance evaluation test)
After the activation of the above-mentioned batteries, each lithium ion secondary battery was charged at 25 ° C. so that the SOC (state of charge) became 60%. The current capacity during charging of the lithium ion secondary battery from 3 V to 4.1 V was defined as SOC 100%. Thereafter, the AC impedance of each lithium ion secondary battery was measured at -10C. The arc-shaped component drawn by the plot corresponding to the frequency of 0.1 to 1000 Hz in the complex plane plot was measured as the reaction resistance. Table 4 shows the reaction resistance of the positive electrodes of Example 2 and Comparative Example 1.

Figure 0006661934
Figure 0006661934

表4に示すように、正極に電極用金属塩を含む実施例2のリチウムイオン二次電池は、正極に電極用金属塩を含まない比較例1のリチウムイオン二次電池に比べて、正極反応抵抗が低下した。この結果から、正極活物質層に電極用金属塩を含むことで蓄電装置の正極反応抵抗が低減すること、および、正極に配合される電極用金属塩の量は1質量%であってもその効果を発揮すること、がわかる。つまり、表4に示される抵抗評価試験から、正極活物質層に電極用金属塩が微量でも配合されれば、正極反応抵抗が低減されることがわかる。つまり、正極反応抵抗を低減する観点からは、正極活物質層における電極用金属塩の配合量は0質量%を超えれば良い。電極用金属塩の配合量は0.1質量%以上であるのが好ましく、0.2質量%以上であるのがより好ましく、実施例1、4のように1質量%以上であるのが更に好ましいといえる。   As shown in Table 4, the lithium ion secondary battery of Example 2 including the metal salt for the electrode in the positive electrode had a positive electrode reaction compared to the lithium ion secondary battery of Comparative Example 1 including no metal salt for the electrode in the positive electrode. The resistance has dropped. From this result, it is found that the positive electrode active material layer contains the metal salt for an electrode, so that the positive electrode reaction resistance of the power storage device is reduced, and that even if the amount of the metal salt for an electrode mixed in the positive electrode is 1% by mass, It shows that it is effective. That is, from the resistance evaluation test shown in Table 4, it can be seen that the cathode reaction resistance is reduced when the electrode metal salt is added to the cathode active material layer even in a trace amount. That is, from the viewpoint of reducing the positive electrode reaction resistance, the amount of the metal salt for an electrode in the positive electrode active material layer may be more than 0% by mass. The amount of the metal salt for an electrode is preferably 0.1% by mass or more, more preferably 0.2% by mass or more, and further preferably 1% by mass or more as in Examples 1 and 4. It is preferable.

(サイクル特性評価試験)
上記した電池の活性化後、実施例1〜4および比較例1、2の各リチウムイオン二次電池を25℃、1Cレートの定電流で、3.0Vと4.2Vとの間の充放電を200サイクル繰り返した。そして、1サイクル目の放電容量と200サイクル目の放電容量とを基に、各リチウムイオン二次電池の容量維持率を算出した。詳しくは、容量維持率(%)は(200サイクル目の放電容量/1サイクル目の放電容量)×100により算出した。サイクル特性評価試験の結果を既出の表4に示す。
(Cycle characteristic evaluation test)
After the activation of the above-described batteries, the lithium ion secondary batteries of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 were charged and discharged between 3.0 V and 4.2 V at a constant current of 25 ° C. and 1 C rate. Was repeated for 200 cycles. Then, based on the discharge capacity at the first cycle and the discharge capacity at the 200th cycle, the capacity retention ratio of each lithium ion secondary battery was calculated. Specifically, the capacity retention ratio (%) was calculated by (discharge capacity at the 200th cycle / discharge capacity at the first cycle) × 100. Table 4 shows the results of the cycle characteristic evaluation test.

表4に示すように、正極活物質層が電極用金属塩を含むことで、電解液および電荷担体の種類ならびにその濃度を問わず、リチウムイオン二次電池の容量維持率の向上、つまり、リチウムイオン二次電池のサイクル耐久性の向上が認められることがわかる。
また、この結果から、電解液および電荷担体の種類ならびにその濃度を問わず、正極活物質層中における電極用金属塩含有量が高い程リチウムイオン二次電池の容量維持率が高く、サイクル耐久性に優れることもわかる。
さらに、実施例1、2と実施例3、4とを比較すると、選択電解液を用いた実施例1、2のリチウムイオン二次電池は、選択電解液を用いていない実施例3、4のリチウムイオン二次電池に比べて容量維持率が向上していた。この結果から、本発明の正極と選択電解液とを併用した本発明の蓄電装置は、さらに容量維持率が高く、サイクル耐久性に優れるといえる。
As shown in Table 4, when the positive electrode active material layer contains the metal salt for an electrode, regardless of the type and concentration of the electrolytic solution and the charge carrier, the improvement of the capacity retention rate of the lithium ion secondary battery, It can be seen that the cycle durability of the ion secondary battery is improved.
In addition, the results show that the higher the content of the metal salt for the electrode in the positive electrode active material layer, the higher the capacity retention ratio of the lithium ion secondary battery and the cycle durability regardless of the type of the electrolyte and the charge carrier and their concentrations. You can see that it is excellent.
Further, when comparing Examples 1 and 2 with Examples 3 and 4, the lithium ion secondary batteries of Examples 1 and 2 using the selective electrolyte are the same as those of Examples 3 and 4 using no selective electrolyte. The capacity retention rate was higher than that of the lithium ion secondary battery. From these results, it can be said that the power storage device of the present invention using the positive electrode of the present invention and the selective electrolyte solution together has a higher capacity retention ratio and excellent cycle durability.

なお、表4に示される結果を勘案すると、正極反応抵抗の低減とサイクル耐久性の向上とを両立するためには、正極活物質層中の電極用金属塩の濃度は0質量%を超え15質量%以下であるのが好ましく、0.1質量%以上10質量%以下であるのがより好ましく、0.3質量%以上8質量%以下であるのがより好ましく、0.5質量%以上5質量%以下であるのがさらに好ましいと考えられる。   In consideration of the results shown in Table 4, the concentration of the metal salt for an electrode in the positive electrode active material layer exceeds 0% by mass to achieve both a reduction in the positive electrode reaction resistance and an improvement in cycle durability. % By mass or less, more preferably 0.1% by mass or more and 10% by mass or less, more preferably 0.3% by mass or more and 8% by mass or less, and more preferably 0.5% by mass or more and 5% by mass or less. It is considered that it is more preferable that the content is not more than mass%.

(溶出評価試験)
上記サイクル特性評価試験後の実施例2および実施例4のリチウムイオン二次電池につき、電解液に溶出した電極用金属塩の濃度を測定した。
先ず、サイクル特性評価試験後つまり200サイクル経過後の実施例2および実施例4のリチウムイオン二次電池を解体し、各リチウムイオン二次電池の電解液をそれぞれ回収した。
(Dissolution evaluation test)
With respect to the lithium ion secondary batteries of Example 2 and Example 4 after the above-described cycle characteristic evaluation test, the concentration of the metal salt for an electrode eluted in the electrolytic solution was measured.
First, after the cycle characteristic evaluation test, that is, after 200 cycles, the lithium ion secondary batteries of Examples 2 and 4 were disassembled, and the electrolyte of each lithium ion secondary battery was recovered.

内部標準としてジフルオロベンゼンを用い、希釈溶媒としてプロピレンカーボネートを用いた。ジフルオロベンゼン60μlにプロピレンカーボネートを加えて5mlの内部標準混合液を得た。次いで、当該内部標準混合液を上記した電解液40μlに加えて混合し、300μlの分析サンプルを得た。
この分析サンプルをNMR分析し、フッ素の信号を取得した。電極用金属塩たるLiTFSAに由来する信号と、内部標準たるジフルオロベンゼンに由来する信号と、の強度比から、電解液中に溶出したLiTFSA濃度を算出した。結果を表5に示す。
Difluorobenzene was used as an internal standard, and propylene carbonate was used as a diluting solvent. Propylene carbonate was added to 60 μl of difluorobenzene to obtain a 5 ml internal standard mixture. Next, the internal standard mixture was added to and mixed with 40 μl of the above-mentioned electrolytic solution to obtain a 300 μl analysis sample.
This analysis sample was subjected to NMR analysis to obtain a fluorine signal. The concentration of LiTFSA eluted in the electrolytic solution was calculated from the intensity ratio of the signal derived from LiTFSA as a metal salt for an electrode and the signal derived from difluorobenzene as an internal standard. Table 5 shows the results.

Figure 0006661934
Figure 0006661934

実施例2のリチウムイオン二次電池における正極へのLiTFSA配合量は、実施例4のリチウムイオン二次電池における正極へのLiTFSA配合量と同量である。しかし、表5に示すように、電解液のLiTFSA濃度は実施例4のリチウムイオン二次電池に比べて実施例2のリチウムイオン二次電池が少なかった。つまり、実施例2のリチウムイオン二次電池においては、実施例4のリチウムイオン二次電池よりも、電解液へのLiTFSAの溶出が抑制された。
実施例2のリチウムイオン二次電池と実施例4のリチウムイオン二次電池との相違点は電解液のみであるため、上記の結果は電解液の違いによるものと考えられる。つまり、実施例2のリチウムイオン二次電池で用いた電解液は、選択電解液であり、比誘電率の低い有機溶媒を主成分とするとともに支持塩の濃度も高い。このような選択電解液を用いたことにより、電解液へのLiTFSAの溶出が抑制されたものと考えられる。つまり、選択電解液と本発明の正極とを組み合わせた本発明の蓄電装置によると、電解液へのLiTFSA等の電極用金属塩の溶出が抑制され、正極の反応抵抗低減や蓄電装置の耐久劣化抑制といった本発明の効果がより好適に得られると考えられる。
The amount of LiTFSA in the positive electrode of the lithium ion secondary battery of Example 2 was the same as the amount of LiTFSA in the positive electrode of the lithium ion secondary battery of Example 4. However, as shown in Table 5, the LiTFSA concentration of the electrolyte was lower in the lithium ion secondary battery of Example 2 than in the lithium ion secondary battery of Example 4. That is, in the lithium ion secondary battery of Example 2, elution of LiTFSA into the electrolytic solution was suppressed more than in the lithium ion secondary battery of Example 4.
The difference between the lithium ion secondary battery of Example 2 and the lithium ion secondary battery of Example 4 is only the electrolytic solution, and the above result is considered to be due to the difference in the electrolytic solution. That is, the electrolytic solution used in the lithium ion secondary battery of Example 2 is a selective electrolytic solution, which contains an organic solvent having a low relative dielectric constant as a main component and has a high concentration of a supporting salt. It is considered that the use of such a selective electrolytic solution suppressed the elution of LiTFSA into the electrolytic solution. That is, according to the power storage device of the present invention in which the selective electrolytic solution and the positive electrode of the present invention are combined, elution of the metal salt for an electrode such as LiTFSA into the electrolytic solution is suppressed, the reaction resistance of the positive electrode is reduced, and the durability of the power storage device is deteriorated. It is considered that the effect of the present invention such as suppression can be more suitably obtained.

Claims (3)

(CF SO NLi、(C SO NLi、(SO CF CF SO )NLi、および、(SO CF CF CF SO )NLiから選ばれる少なくとも1種の金属塩を含む正極活物質層を有するリチウムイオン二次電池用正極と、負極と、電解液とを有し、
前記電解液は
前記電解液に含まれる全電解質に対して90質量%以上の(FSONLiと、
ヘテロ元素を含有し比誘電率が10以下および/またはヘテロ元素を含有し双極子モーメントが5D以下の特定有機溶媒を、80体積%以上または80モル%以上で含む、ヘテロ元素含有有機溶媒と、を含有し、
前記特定有機溶媒または前記ヘテロ元素含有有機溶媒を、前記(FSO NLiに対し、モル比3〜6で含む、リチウムイオン二次電池。
(CF 3 SO 2 ) 2 NLi, (C 2 F 5 SO 2 ) 2 NLi, (SO 2 CF 2 CF 2 SO 2 ) NLi, and (SO 2 CF 2 CF 2 CF 2 SO 2 ) NLi A positive electrode for a lithium ion secondary battery having a positive electrode active material layer containing at least one metal salt , a negative electrode, and an electrolytic solution,
The electrolyte solution ,
90% by mass or more of (FSO 2 ) 2 NLi with respect to the total electrolyte contained in the electrolytic solution ;
A hetero element-containing organic solvent containing a specific organic solvent containing a hetero element and having a relative dielectric constant of 10 or less and / or containing a hetero element and having a dipole moment of 5 D or less, at 80% by volume or more or 80 mol% or more; Containing
A lithium ion secondary battery including the specific organic solvent or the hetero element-containing organic solvent in a molar ratio of 3 to 6 with respect to the (FSO 2 ) 2 NLi .
前記特定有機溶媒は、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、またはジエチルカーボネートから選ばれる少なくとも1種である請求項1に記載のリチウムイオン二次電池。 The lithium ion secondary battery according to claim 1 , wherein the specific organic solvent is at least one selected from dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, and diethyl carbonate. 前記正極活物質層は、上限電位3V以上6V未満の正極活物質を含む、請求項1または請求項2に記載のリチウムイオン二次電池。 3. The lithium ion secondary battery according to claim 1 , wherein the positive electrode active material layer includes a positive electrode active material having an upper limit potential of 3 V or more and less than 6 V. 4.
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