JP6915955B2 - Non-aqueous electrolyte solution and non-aqueous electrolyte solution secondary battery using it - Google Patents
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Description
本発明は、非水系電解液、及びそれを用いた非水系電解液二次電池に関するものである。 The present invention relates to a non-aqueous electrolyte solution and a non-aqueous electrolyte solution secondary battery using the same.
電子機器の急速な進歩に伴い、二次電池に対する高容量化への要求が高くなっており、エネルギー密度の高いリチウムイオン二次電池等の非水系電解液電池が広く使用され、また活発に研究されている。 With the rapid progress of electronic devices, the demand for higher capacity for secondary batteries is increasing, and non-aqueous electrolyte batteries such as lithium-ion secondary batteries with high energy density are widely used and actively researched. Has been done.
非水系電解液電池に用いる電解液は、一般に、主として電解質と非水溶媒とから構成されている。リチウムイオン二次電池の電解液としては、LiPF6、LiBF4、LiN(CF3SO2)2等の電解質を、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等の高誘電率溶媒と、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート等の低粘度溶媒との混合溶媒に溶解させた非水系電解液が用いられている。 The electrolyte used in a non-aqueous electrolyte battery is generally composed mainly of an electrolyte and a non-aqueous solvent. As the electrolytic solution of the lithium ion secondary battery, an electrolyte such as LiPF 6 , LiBF 4 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 is used, a high dielectric constant solvent such as ethylene carbonate or propylene carbonate, and dimethyl carbonate, diethyl carbonate, or ethyl. A non-aqueous electrolyte solution dissolved in a mixed solvent with a low-viscosity solvent such as methyl carbonate is used.
リチウムイオン二次電池は、充放電を繰り返すと、電解質が電極上で分解したり、電池を構成する材料の劣化などが起き、電池の容量が低下する。また、場合によっては電池の膨れや発火、爆発などに対する安全性が低下する可能性もある。 When a lithium ion secondary battery is repeatedly charged and discharged, the electrolyte decomposes on the electrodes and the materials constituting the battery deteriorate, resulting in a decrease in the capacity of the battery. In some cases, the safety against swelling, ignition, explosion, etc. of the battery may be reduced.
これまでに、特定の添加剤を非水電解液中に含有させることで、リチウムイオン二次電池の電池特性を改善する方法が提案されている。例えば、特許文献1では電解液にイソシアヌル酸誘導体を含有させることで、初回充放電効率の向上や、漏れ電流の抑制や、高温保存後の負荷特性の向上といった効果が報告されている。また、特許文献2及び3では、電解液に電気化学的に分解された時に電解液に難溶性になる化合物を含有させることで、漏れ電流の抑制や、高温保存後の容量残存率の向上といった効果が報告されている。 So far, a method of improving the battery characteristics of a lithium ion secondary battery by incorporating a specific additive in a non-aqueous electrolytic solution has been proposed. For example, Patent Document 1 reports effects such as improvement of initial charge / discharge efficiency, suppression of leakage current, and improvement of load characteristics after high-temperature storage by containing an isocyanuric acid derivative in the electrolytic solution. Further, in Patent Documents 2 and 3, by containing a compound that becomes poorly soluble in the electrolytic solution when it is electrochemically decomposed in the electrolytic solution, leakage current is suppressed and the capacity residual rate after high temperature storage is improved. The effect has been reported.
本発明は、非水系電解液二次電池において、ガス発生が少なく、サイクル特性に優れた電池を製造できる非水系電解質を用いた非水系電解液と、それ用いた非水系電解液二次電池を提供することを課題とする。 In the present invention, in a non-aqueous electrolyte secondary battery, a non-aqueous electrolyte using a non-aqueous electrolyte capable of producing a battery with low gas generation and excellent cycle characteristics, and a non-aqueous electrolyte secondary battery using the non-aqueous electrolyte can be used. The challenge is to provide.
特許文献1〜3は確かに諸特性の向上に寄与するが、特に電池の安全性に重要であるガス発生については、何ら解決しておらず、さらに電池特性において重要であるサイクル特性が向上することは実証されていなかった。 Patent Documents 1 to 3 certainly contribute to the improvement of various characteristics, but gas generation, which is particularly important for battery safety, has not been solved at all, and the cycle characteristics, which are important for battery characteristics, are further improved. That was not proven.
本発明者は上記課題を解決するために種々の検討を重ねた結果、特定構造の化合物(式1の化合物)と特定の溶媒組成または特性の化合物を組み合わせた時に、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させるに至った。 As a result of various studies to solve the above problems, the present inventor has found that the above problems can be solved when a compound having a specific structure (compound of formula 1) and a compound having a specific solvent composition or characteristics are combined. , The present invention has been completed.
即ち、本発明の要旨は、
(a) 金属イオンを吸蔵・放出しうる正極活物質を有する正極と、金属イオンを吸蔵・放出しうる負極活物質を有する負極とを備える非水系電解液二次電池に用いられる非水系電解液であって、
下記一般式(1)で表される化合物を含有し、
非水溶媒はエチレンカーボネート及びプロピレンカーボネートの両方を含有し、エチレンカーボネートの体積%をX、プロピレンカーボネートの体積%をYとしたとき、0<X/Y<1.5であることを特徴とする非水系電解液。
(R1、R2、R3は、それぞれ独立に有機基を表し、R1、R2、R3の少なくとも1つは不飽和結合を有する有機基を表す。)
(b) 前記(a)において
0.1<X/Y<1.0であることを特徴とする非水系電解液。
(c) 前記(a)〜(b)において
0.15<X/Y<0.6であることを特徴とする非水系電解液。
(d) 前記(a)〜(c)において
10<X+Y<40であることを特徴とする非水系電解液。
(e) 前記(a)〜(d)において
15<X+Y<35であることを特徴とする非水系電解液。
(f) 前記(a)〜(e)において
フッ素化環状カーボネート、S=O結合を有する環状化合物またはニトリル化合物の少なくとも1種をさらに含有することを特徴とする非水系電解液。
(g) 金属イオンを吸蔵・放出しうる正極活物質を有する正極と、金属イオンを吸蔵・放出しうる負極活物質を有する負極とを備える非水系電解液二次電池に用いられる非水系電解液であって、
下記一般式(1)で表される化合物を含有し、
さらにフッ素化環状カーボネート、S=O結合を有する環状化合物またはニトリル化合物の少なくとも1種をさらに含有することを特徴とする非水系電解液。
(R1、R2、R3は、それぞれ独立に有機基を表し、R1、R2、R3の少なくとも1つは不飽和結合を有する有機基を表す。)
(h) 前記(f)〜(g)に記載のフッ素化環状カーボネートがフルオロエチレンカーボネートであり、S=O結合を有する環状化合物が1,3−プロパンスルトン、1,4−ブタンスルトン、1,3−プロペンスルトン、硫酸エチレンのうち少なくとも1種であり、ニトリル化合物がブチロニトリル、ラウロニトリル、クロトノニトリル、スクシノニトリル、アジポニトリル、ピメロニトリル、セバコニトリルのうち少なくとも1種であることを特徴とする非水系電解液。
(i) 前記(a)〜(h)において、(1)式で表される化合物が、いかに示す化合物であることを特徴とする、非水系電解液。
(j) 金属イオンを吸蔵・放出しうる正極活物質を有する正極と、金属イオンを吸蔵・放出しうる負極活物質を有する負極とを備える非水系電解液二次電池であって、
前記(a)〜(i)のいずれかに記載の非水系電解液を用いることを特徴とする非水系電解液二次電池。
That is, the gist of the present invention is
(A) Non-aqueous electrolyte solution having a positive electrode having a positive electrode active material capable of storing and releasing metal ions and a negative electrode having a negative electrode active material capable of storing and releasing metal ions Non-aqueous electrolyte solution used in a secondary battery And
Contains the compound represented by the following general formula (1),
The non-aqueous solvent contains both ethylene carbonate and propylene carbonate, and is characterized by 0 <X / Y <1.5 when the volume% of ethylene carbonate is X and the volume % of propylene carbonate is Y. Non-aqueous electrolyte.
(R 1 , R 2 , and R 3 each independently represent an organic group, and at least one of R 1 , R 2 , and R 3 represents an organic group having an unsaturated bond.)
(B) A non-aqueous electrolyte solution having 0.1 <X / Y <1.0 in (a) above.
(C) A non-aqueous electrolyte solution having 0.15 <X / Y <0.6 in the above (a) to (b).
(D) A non-aqueous electrolyte solution having 10 <X + Y <40 in the above (a) to (c).
(E) A non-aqueous electrolyte solution having 15 <X + Y <35 in the above (a) to (d).
(F) A non-aqueous electrolytic solution further containing at least one of the fluorinated cyclic carbonate, the cyclic compound having an S = O bond, or the nitrile compound in the above (a) to (e).
(G) Non-aqueous electrolyte solution having a positive electrode having a positive electrode active material capable of storing and releasing metal ions and a negative electrode having a negative electrode active material capable of storing and releasing metal ions Non-aqueous electrolyte solution used for a secondary battery And
Contains the compound represented by the following general formula (1),
A non-aqueous electrolyte solution further containing at least one of a fluorinated cyclic carbonate, a cyclic compound having an S = O bond, or a nitrile compound.
(R 1 , R 2 , and R 3 each independently represent an organic group, and at least one of R 1 , R 2 , and R 3 represents an organic group having an unsaturated bond.)
(H) The fluorinated cyclic carbonate according to (f) to (g) above is a fluoroethylene carbonate, and the cyclic compounds having an S = O bond are 1,3-propane sultone, 1,4-butan sultone, and 1,3. -Non-aqueous electrolysis characterized in that it is at least one of propensultone and ethylene sulfate, and the nitrile compound is at least one of butyronitrile, lauronitrile, crotononitrile, succinonitrile, adiponitrile, pimeronitrile, and sebaconitrile. liquid.
(I) A non-aqueous electrolyte solution, characterized in that the compound represented by the formula (1) in the above (a) to (h) is a compound represented by the above.
(J) A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a positive electrode having a positive electrode active material capable of storing and releasing metal ions and a negative electrode having a negative electrode active material capable of storing and releasing metal ions.
A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising the non-aqueous electrolyte solution according to any one of (a) to (i).
本発明によれば、ガス発生が少なく、サイクル特性に優れた非水系電解液二次電池を得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain a non-aqueous electrolyte secondary battery that generates less gas and has excellent cycle characteristics.
以下に、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。ただし、以下に記載する説明は本発明の実施形態の一例(代表例)であり、本発明は請求項に記載の要旨を超えない限り、これらの内容に限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail. However, the description described below is an example (representative example) of the embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to these contents as long as the gist described in the claims is not exceeded.
〔1.非水系電解液〕
本発明の非水系電解液は、一般的な非水系電解液と同様に、電解質及びこれを溶解する非水溶媒を含有し、
下記一般式(1)で表される化合物を含有し、
非水溶媒はエチレンカーボネート及びプロピレンカーボネートの両方を含有し、エチレンカーボネートの体積%をX、プロピレンカーボネートの体積%をYとしたとき、0<X/Y<1.5であることを特徴とする
もしくは、
下記一般式(1)で表される化合物を含有し、
さらにフッ素化環状カーボネート、S=O結合を有する環状化合物またはニトリル化合物の少なくとも1種をさらに含有する。
(R1、R2、R3は、それぞれ独立に有機基を表し、R1、R2、R3の少なくとも1つは不飽和結合を有する有機基を表す。)
[1. Non-aqueous electrolyte solution]
The non-aqueous electrolyte solution of the present invention contains an electrolyte and a non-aqueous solvent that dissolves the electrolyte, similar to a general non-aqueous electrolyte solution.
Contains the compound represented by the following general formula (1),
The non-aqueous solvent contains both ethylene carbonate and propylene carbonate, and is characterized by 0 <X / Y <1.5 when the volume% of ethylene carbonate is X and the volume % of propylene carbonate is Y. or,
Contains the compound represented by the following general formula (1),
Further, it further contains at least one of a fluorinated cyclic carbonate, a cyclic compound having an S = O bond, or a nitrile compound.
(R 1 , R 2 , and R 3 each independently represent an organic group, and at least one of R 1 , R 2 , and R 3 represents an organic group having an unsaturated bond.)
本発明の非水系電解液は、下記一般式(1)で表される化合物を含有し、
さらにフッ素化環状カーボネート、S=O結合を有する環状化合物またはニトリル化合物の少なくとも1種をさらに含有することを特徴とする。
(R1、R2、R3は、それぞれ独立に有機基を表し、R1、R2、R3の少なくとも1つは不飽和結合を有する有機基を表す。)
The non-aqueous electrolyte solution of the present invention contains a compound represented by the following general formula (1) and contains a compound represented by the following general formula (1).
Further, it is characterized by further containing at least one of a fluorinated cyclic carbonate, a cyclic compound having an S = O bond, or a nitrile compound.
(R 1 , R 2 , and R 3 each independently represent an organic group, and at least one of R 1 , R 2 , and R 3 represents an organic group having an unsaturated bond.)
〔1−1.式(1)の化合物〕
請求項1に記載の(1)式中のR1、R2、R3は、それぞれ独立に有機基を表し、R1、R2、R3の少なくとも1つは不飽和結合を有する有機基を表す。
[1-1. Compound of formula (1)]
R 1 , R 2 , and R 3 in the formula (1) according to claim 1 each independently represent an organic group, and at least one of R 1 , R 2 , and R 3 is an organic group having an unsaturated bond. Represents.
上記、有機基の具体例としては、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基や、それらが有機官能基を有する基が挙げられる。 Specific examples of the above-mentioned organic group include an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group, and a group in which they have an organic functional group.
アルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、s−ブチル基、t−ブチル基、アミル基、t−アミル基、2−エチルヘキシル基などが挙げられる。 Specific examples of the alkyl group include methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, s-butyl group, t-butyl group, amyl group, t-amyl group, 2-ethylhexyl group and the like. Can be mentioned.
フッ素化アルキル基の具体例としては、フルオロメチル基、ジフルオロメチル基、トリフルオロメチル基、2−フルオロエチル基、2,2−ジフルオロエチル基、2,2,2−トリフルオロエチル基、ペンタフルオロエチル基などが挙げられる。 Specific examples of the fluorinated alkyl group include fluoromethyl group, difluoromethyl group, trifluoromethyl group, 2-fluoroethyl group, 2,2-difluoroethyl group, 2,2,2-trifluoroethyl group and pentafluoro. Ethyl group and the like can be mentioned.
有機官能基を有するアルキル基の具体例としては、メトキシメチル基、エトキシメチル基、メトキシエチル基、エトキシエチル基、メトキシカルボニルメチル基、エトキシカルボニルメチル基、メトキシカルボニルエチル基、エトキシカルボニルエチル基、2−アクリロイルオキシメチル基、2−メタクリロイルオキシメチル基、2−アクリロイルオキシエチル基、2−メタクリロイルオキシエチル基、などが挙げられる。 Specific examples of the alkyl group having an organic functional group include a methoxymethyl group, an ethoxymethyl group, a methoxyethyl group, an ethoxyethyl group, a methoxycarbonylmethyl group, an ethoxycarbonylmethyl group, a methoxycarbonylethyl group, an ethoxycarbonylethyl group, and 2 -Acryloyloxymethyl group, 2-methacryloyloxymethyl group, 2-acryloyloxyethyl group, 2-methacryloyloxyethyl group and the like can be mentioned.
上記、アルケニル基の具体例としては、ビニル基、アリル基、2−ブテニル基、メタリル基などが挙げられる。 Specific examples of the alkenyl group include a vinyl group, an allyl group, a 2-butenyl group, a metharyl group and the like.
上記、アルキニル基の具体例としては、エチニル基、プロパルギル基などが挙げられる。 Specific examples of the alkynyl group include an ethynyl group and a propargyl group.
上記、アリール基の具体例としては、フェニル基、2−トリル基、3−トリル基、4−トリル基、2−t−ブチルフェニル基、3−t−ブチルフェニル基、4−t−ブチルフェニル基、2−t−アミルフェニル基、3−t−アミルフェニル基、4−t−アミルフェニル基、などが挙げられる。 Specific examples of the aryl group include a phenyl group, a 2-tolyl group, a 3-tolyl group, a 4-tolyl group, a 2-t-butylphenyl group, a 3-t-butylphenyl group, and a 4-t-butylphenyl group. Groups, 2-t-amylphenyl group, 3-t-amylphenyl group, 4-t-amylphenyl group and the like.
式(1)の化合物の具体例としては、以下の化合物が挙げられる。
上記化合物の中でも、以下の化合物を用いることが好ましい。
これらの化合物は、入手・製造が比較的容易であり、適度な反応性を有するため、電池特性の向上効果も大きい。 Since these compounds are relatively easy to obtain and manufacture and have appropriate reactivity, they have a great effect of improving battery characteristics.
本発明の非水系電解液は、式(1)の化合物を含有することを特徴としているが、含有する式(1)の化合物は1種を単独で用いてもよく、複数種を併用してもよい。 The non-aqueous electrolyte solution of the present invention is characterized by containing the compound of the formula (1), but the compound of the formula (1) contained may be used alone or in combination of a plurality of types. May be good.
また、式(1)の化合物の含有量として(複数種を併用する場合は合計量)は、特に制限はないが、非水系電解液全量に対し、好ましくは0.01質量%以上、より好ましくは0.1質量%以上、さらに好ましくは0.2質量%以上であり、好ましくは5質量%以下、より好ましくは3質量%以下、さらに好ましくは2質量%以下、もっとも好ましくは1質量%以下である。上記の範囲内であると、安定な皮膜を形成できるだけでなく、抵抗の上昇も抑制できるので、電池特性を特に向上させることが期待できる。 The content of the compound of the formula (1) (total amount when a plurality of types are used in combination) is not particularly limited, but is preferably 0.01% by mass or more, more preferably 0.01% by mass or more, based on the total amount of the non-aqueous electrolyte solution. Is 0.1% by mass or more, more preferably 0.2% by mass or more, preferably 5% by mass or less, more preferably 3% by mass or less, still more preferably 2% by mass or less, and most preferably 1% by mass or less. Is. Within the above range, not only a stable film can be formed, but also an increase in resistance can be suppressed, so that it can be expected that the battery characteristics are particularly improved.
1−1. フッ素原子を有する環状カーボネート化合物
フッ素原子を有する環状カーボネート化合物としては、例えば、1,1,2−トリフルオロエチレンカーボネート、テトラフルオロエチレンカーボネート、1−フルオロ−2−メチルエチレンカーボネート、1−フルオロ−1−メチルエチレンカーボネート、1,2−ジフルオロ−1−メチルエチレンカーボネート、1,1,2−トリフルオロ−2−メチルエチレンカーボネート、トリフルオロメチルエチレンカーボネート等が挙げられる。これらのうち、1−フルオロ−2−メチルエチレンカーボネートがサイクル特性向上や高温保存特性向上の点から好ましい。これらは単独で用いても、2種類以上を併用してもよい。
1-1. Cyclic carbonate compound having a fluorine atom Examples of the cyclic carbonate compound having a fluorine atom include 1,1,2-trifluoroethylene carbonate, tetrafluoroethylene carbonate, 1-fluoro-2-methylethylene carbonate, and 1-fluoro-1. -Methylethylene carbonate, 1,2-difluoro-1-methylethylene carbonate, 1,1,2-trifluoro-2-methylethylene carbonate, trifluoromethylethylene carbonate and the like can be mentioned. Of these, 1-fluoro-2-methylethylene carbonate is preferable from the viewpoint of improving cycle characteristics and high temperature storage characteristics. These may be used alone or in combination of two or more.
非水系電解液がフッ素原子を有する環状カーボネート化合物を含有する場合、非水系電解液中における含有量は、通常0.001質量%以上、好ましくは0.1質量%以上、より好ましくは0.3質量%以上、更に好ましくは0.5質量%以上であり、通常10質量%以下、好ましくは5質量%以下、より好ましくは4質量%以下、更に好ましくは3質量%以下である。ただし、フルオロエチレンカーボネートは溶媒として用いてもよく、その場合は上記の含有量に限定されない。 When the non-aqueous electrolyte solution contains a cyclic carbonate compound having a fluorine atom, the content in the non-aqueous electrolyte solution is usually 0.001% by mass or more, preferably 0.1% by mass or more, more preferably 0.3. It is 0% by mass or more, more preferably 0.5% by mass or more, and usually 10% by mass or less, preferably 5% by mass or less, more preferably 4% by mass or less, still more preferably 3% by mass or less. However, fluoroethylene carbonate may be used as a solvent, and in that case, the content is not limited to the above.
1−2. S=O結合を有する環状化合物
S=O結合を有する環状化合物としては、エチレンサルファイト、プロピレンサルファイトなどの環状亜硫酸エステル、1,3−プロパンスルトン、1,4−ブタンスルトン、1,3−プロペンスルトン、1,4−ブテンスルトンなどの環状スルホン酸エステル、スルホラン、3−スルホレン、2−スルホレンなどの環状スルホン、硫酸エチレン、硫酸プロピレン、硫酸ブチレン、プロピル硫酸エチレンなど環状硫酸エステル等が挙げられる。
これらのうち、1,3−プロパンスルトン、1,4−ブタンスルトン、1,3−プロペンスルトン、硫酸エチレンがサイクル特性向上や高温保存特性向上の点から好ましい。これらは単独で用いても、2種類以上を併用してもよい。
1-2. Cyclic compounds having an S = O bond Examples of the cyclic compound having an S = O bond include cyclic sulfite esters such as ethylene sulphite and propylene sulphite, 1,3-propane sultone, 1,4-butane sultone, and 1,3-propen. Examples thereof include cyclic sulfonic acid esters such as sultone and 1,4-butene sultone, cyclic sulfones such as sulfolane, 3-sulfolene and 2-sulfolene, cyclic sulfate esters such as ethylene sulfate, propylene sulfate, butylene sulfate and ethylene propyl sulfate.
Of these, 1,3-propane sultone, 1,4-butane sultone, 1,3-propene sultone, and ethylene sulfate are preferable from the viewpoint of improving cycle characteristics and high-temperature storage characteristics. These may be used alone or in combination of two or more.
S=O結合を有する環状化合物を含有する場合、非水系電解液中における含有量は、通常0.001質量%以上、好ましくは0.1質量%以上、より好ましくは0.3質量%以上、更に好ましくは0.5質量%以上であり、通常10質量%以下、好ましくは5質量%以下、より好ましくは4質量%以下、更に好ましくは3質量%以下である。 When a cyclic compound having an S = O bond is contained, the content in the non-aqueous electrolyte solution is usually 0.001% by mass or more, preferably 0.1% by mass or more, more preferably 0.3% by mass or more. It is more preferably 0.5% by mass or more, usually 10% by mass or less, preferably 5% by mass or less, more preferably 4% by mass or less, still more preferably 3% by mass or less.
1−3. ニトリル化合物
ニトリル化合物としては、ニトリル基(CN基)を有していれば限定されるものではないが、以下に挙げるものが好適に用いられる。
1-3. Nitrile compound The nitrile compound is not limited as long as it has a nitrile group (CN group), but the following are preferably used.
1)モノニトリル
アセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリル、ペンタンニトリル、ヘキサンニトリル、ヘプタンニトリル、オクタンニトリル、ノナンニトリル、デカンニトリル、ドデカンニトリル(ラウロニトリル)、トリデカンニトリル、テトラデカンニトリル(ミリストニトリル)、ヘキサデカンニトリル、ペンタデカンニトリル、ヘプタデカンニトリル、オクタデカンニトリル(ステアノニトリル)、ノナデカンニトリル、イコサンニトリル、アクリロニトリル、クロトノニトリル、メタクリロニトリル、シンナモニトリル、3−メトキシアクリロニトリル、3−エトキシアクリロニトリル、3−メトキシプロピオニトリル等
1) Mononitrile acetonitrile, propionitrile, butyronitrile, pentannitrile, hexanenitrile, heptanenitrile, octanenitrile, nonanenitrile, decannitrile, dodecanenitrile (lauronitrile), tridecanenitrile, tetradecanenitrile (myristonitrile), hexadecane Nitrile, pentadecanenitrile, heptadecanenitrile, octadecanenitrile (steanonitrile), nonadecannitrile, icosannitrile, acrylonitrile, crotononitrile, methacrylonitrile, cinnamonitrile, 3-methoxyacrylonitrile, 3-ethoxyacrylonitrile, 3 − Methoxypropionitrile, etc.
2)ジニトリル
マロノニトリル、スクシノニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、ピメロニトリル、スベロニトリル、アゼラニトリル、セバコニトリル、ウンデカンジニトリル、ドデカンジニトリル、メチルマロノニトリル、エチルマロノニトリル、イソプロピルマロノニトリル、tert−ブチルマロノニトリル、メチルスクシノニトリル、2,2−ジメチルスクシノニトリル、2,3−ジメチルスクシノニトリル、トリメチルスクシノニトリル、テトラメチルスクシノニトリル、2−メチルグルタロニトリル、3,3’−オキシジプロピオニトリル、3,3’−チオジプロピオニトリル、3,3’−(エチレンジオキシ)ジプロピオニトリル、3,3’−(エチレンジチオ)ジプロピオニトリル、フマロニトリル等
2) Dinitrile Marononitrile, Succinonitrile, Glutaronitrile, Adiponitrile, Pimeronitrile, Suberonitrile, Azelanitrile, Sevaconitrile, Undecandinitrile, Dodecandinitrile, Methylmalononitrile, Ethylmalononitrile, Isopropylmalononitrile, tert-butylmalononitrile, Methyl Succinonitrile, 2,2-dimethylsuccinonitrile, 2,3-dimethylsuccinonitrile, trimethylsuccinonitrile, tetramethylsuccinonitrile, 2-methylglutaronitrile, 3,3'-oxydipropionitrile, 3,3'-thiodipropionitrile, 3,3'-(ethylenedioxy) dipropionitrile, 3,3'-(ethylenedithio) dipropionitrile, fumalonitrile, etc.
3)3以上のニトリル基を有する化合物
1,2,3−プロパントリカルボニトリル、1,3,5−ペンタントリカルボニトリル、1,2,3−トリス(2−シアノエトキシ)プロパン、トリス(2−シアノエチル)アミン、等
3) Compounds having 3 or more nitrile groups 1,2,3-propanetricarbonitrile, 1,3,5-pentanetricarbonitrile, 1,2,3-tris (2-cyanoethoxy) propane, tris (2) -Cyanoethyl) amine, etc.
上記の中ではブチロニトリル、ラウロニトリル、クロトノニトリル、スクシノニトリル、アジポニトリル、ピメロニトリル、セバコニトリルが好ましい。これらのニトリルは本発明の(1)式と併用すると電池特性が特に向上するため好ましい。 Among the above, butyronitrile, lauronitrile, crotononitrile, succinonitrile, adiponitrile, pimeronitrile, and sebaconitrile are preferable. These nitriles are preferable when used in combination with the formula (1) of the present invention because the battery characteristics are particularly improved.
本発明の非水系電解液にニトリルが含有される場合、ニトリルは1種を単独で用いてもよく、複数種を併用してもよい。 When the non-aqueous electrolyte solution of the present invention contains nitrile, one type of nitrile may be used alone, or a plurality of types may be used in combination.
また、非水系電解液全量に対し、ニトリルの含有量として(複数種を併用する場合は合計量)は、0.01質量%以上10質量%未満であり、下限値として好ましくは0.1質量%以上、さらに好ましくは0.5質量%以上であり、上限値として好ましくは8質量%以下、より好ましくは5質量%以下、最も好ましくは3質量%以下である。上記の範囲内であると、(1)式の化合物の効果を損なうことなく、電池特性を特に向上させることが期待できる。 The nitrile content (total amount when a plurality of types are used in combination) is 0.01% by mass or more and less than 10% by mass with respect to the total amount of the non-aqueous electrolyte solution, and is preferably 0.1% by mass as the lower limit. % Or more, more preferably 0.5% by mass or more, and the upper limit value is preferably 8% by mass or less, more preferably 5% by mass or less, and most preferably 3% by mass or less. Within the above range, it can be expected that the battery characteristics are particularly improved without impairing the effect of the compound of the formula (1).
〔1−3.電解質〕
本発明の非水系電解液に用いる電解質に制限は無く、目的とする非水系電解液二次電池に電解質として用いられるものであれば公知のものを任意に採用することができる。本発明の非水系電解液をリチウム二次電池に用いる場合には、通常は、電解質としてリチウム塩を用いる。
[1-3. Electrolytes〕
There is no limitation on the electrolyte used for the non-aqueous electrolyte solution of the present invention, and any known electrolyte can be used as long as it is used as an electrolyte in the target non-aqueous electrolyte secondary battery. When the non-aqueous electrolyte solution of the present invention is used in a lithium secondary battery, a lithium salt is usually used as the electrolyte.
電解質の具体例としては、LiClO4、LiAsF6、LiPF6、LiBF4、LiSbF6、LiSO3F、LiN(FSO2)2等の無機リチウム塩;
LiCF3SO3、LiN(FSO2)(CF3SO2)、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2、リチウム環状1,3−ヘキサフルオロプロパンジスルホニルイミド、リチウム環状1,2−テトラフルオロエタンジスルホニルイミド、LiN(CF3SO2)(C4F9SO2)、LiC(CF3SO2)3、LiPF4(CF3)2、LiPF4(C2F5)2、LiPF4(CF3SO2)2、LiPF4(C2F5SO2)2、LiBF2(CF3)2、LiBF2(C2F5)2、LiBF2(CF3SO2)2、LiBF2(C2F5SO2)2等の含フッ素有機リチウム塩;
リチウムビス(オキサラト)ボレート、リチウムジフルオロオキサラトボレート、リチウムトリス(オキサラト)ホスフェート、リチウムジフルオロビス(オキサラト)ホスフェート、リチウムテトラフルオロ(オキサラト)ホスフェート等の含ジカルボン酸錯体リチウム塩などが挙げられる。
Specific examples of the electrolyte include inorganic lithium salts such as LiClO 4 , LiAsF 6 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiSO 3 F, and LiN (FSO 2 ) 2.
LiCF 3 SO 3 , LiN (FSO 2 ) (CF 3 SO 2 ), LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , Lithium cyclic 1,3-hexafluoropropanedisulfonylimide, Lithium cyclic 1,2-tetrafluoroethanedisulfonylimide, LiN (CF 3 SO 2 ) (C 4 F 9 SO 2 ), LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiPF 4 (CF 3 ) 2 , LiPF 4 (C) 2 F 5 ) 2 , LiPF 4 (CF 3 SO 2 ) 2 , LiPF 4 (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiBF 2 (CF 3 ) 2 , LiBF 2 (C 2 F 5 ) 2 , LiBF 2 (CF) 3 SO 2 ) 2 , LiBF 2 (C 2 F 5 SO 2 ) 2 and other fluorine-containing organic lithium salts;
Examples thereof include dicarboxylic acid complex lithium salts containing lithium bis (oxalat) borate, lithium difluorooxalat borate, lithium tris (oxalat) phosphate, lithium difluorobis (oxalat) phosphate, lithium tetrafluoro (oxalat) phosphate and the like.
これらのうち、非水溶媒への溶解性・解離度、電気伝導度及び得られる電池特性の点から、LiPF6、LiBF4、LiSO3F、LiN(FSO2)2、LiN(FSO2)(CF3SO2)、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2、リチウムビス(オキサラト)ボレート、リチウムジフルオロオキサラトボレート、リチウムトリス(オキサラト)ホスフェート、リチウムジフルオロビス(オキサラト)ホスフェート、リチウムテトラフルオロ(オキサラト)ホスフェートが好ましく、特にLiPF6、LiBF4が好ましい。 Of these, LiPF 6 , LiBF 4 , LiSO 3 F, LiN (FSO 2 ) 2 , LiN (FSO 2 ) ( CF 3 SO 2 ), LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , Lithium bis (oxalate) borate, Lithium difluorooxalate borate, Lithium tris (oxalate) phosphate, Lithium difluorobis ( Oxalato) phosphate and lithium tetrafluoro (oxalat) phosphate are preferable, and LiPF 6 and LiBF 4 are particularly preferable.
また、電解質は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。中でも、特定の無機リチウム塩の2種を併用したり、無機リチウム塩と含フッ素有機リチウム塩とを併用したりすると、トリクル充電時のガス発生が抑制されたり、高温保存後の劣化が抑制されるので好ましい。特に、LiPF6とLiBF4との併用や、LiPF6、LiBF4等の無機リチウム塩と、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2等の含フッ素有機リチウム塩とを併用することが好ましい。 In addition, one type of electrolyte may be used alone, or two or more types may be used in any combination and ratio. Among them, when two kinds of specific inorganic lithium salts are used in combination, or when an inorganic lithium salt and a fluorine-containing organic lithium salt are used in combination, gas generation during trickle charging is suppressed and deterioration after high temperature storage is suppressed. Therefore, it is preferable. In particular, the combined use of LiPF 6 and LiBF 4 , the use of inorganic lithium salts such as LiPF 6 and LiBF 4 , and LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2, etc. It is preferable to use it in combination with a fluorine-containing organolithium salt.
更に、LiPF6とLiBF4とを併用する場合、電解質全体に対してLiBF4が通常0.01質量%以上、50質量%以下の比率で含有されていることが好ましい。上記比率は、好ましくは0.05質量%以上、より好ましくは0.1質量%以上であり、一方、好ましくは20質量%以下、より好ましくは10質量%以下、特に好ましくは5質量%以下、最も好ましくは3質量%以下である。比率が上記範囲にあることにより、所望の効果を得やすくなり、また、LiBF4の低い解離度により、電解液の抵抗を高くすることを抑制する。 Further, when LiPF 6 and LiBF 4 are used in combination, it is preferable that LiBF 4 is usually contained in a ratio of 0.01% by mass or more and 50% by mass or less with respect to the entire electrolyte. The above ratio is preferably 0.05% by mass or more, more preferably 0.1% by mass or more, while preferably 20% by mass or less, more preferably 10% by mass or less, and particularly preferably 5% by mass or less. Most preferably, it is 3% by mass or less. When the ratio is in the above range, the desired effect can be easily obtained, and the low dissociation degree of LiBF 4 suppresses the increase in the resistance of the electrolytic solution.
一方、LiPF6、LiBF4等の無機リチウム塩と、LiSO3F、LiN(FSO2)2等の無機リチウム塩や、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2、リチウム環状1,3−ヘキサフルオロプロパンジスルホニルイミド、リチウム環状1,2−テトラフルオロエタンジスルホニルイミド、LiN(CF3SO2)(C4F9SO2)、LiC(CF3SO2)3、LiPF4(CF3)2、LiPF4(C2F5)2、LiPF4(CF3SO2)2、LiPF4(C2F5SO2)2、LiBF2(CF3)2、LiBF2(C2F5)2、LiBF2(CF3SO2)2、LiBF2(C2F5SO2)2等の含フッ素有機リチウム塩や、リチウムビス(オキサラト)ボレート、リチウムトリス(オキサラト)ホスフェート、リチウムジフルオロオキサラトボレート、リチウムトリ(オキサラト)ホスフェート、リチウムジフルオロビス(オキサラト)ホスフェート、リチウムテトラフルオロ(オキサラト)ホスフェート等の含ジカルボン酸錯体リチウム塩等とを併用する場合、電解質全体に占める無機リチウム塩の割合は、通常70質量%以上、好ましくは80質量%以上、より好ましくは85質量%以上、また、通常99質量%以下、好ましくは95質量%以下である。 On the other hand, inorganic lithium salts such as LiPF 6 and LiBF 4 , inorganic lithium salts such as LiSO 3 F and LiN (FSO 2 ) 2 , LiCF 3 SO 3 and LiN (CF 3 SO 2 ) 2 and LiN (C 2 F) 5 SO 2 ) 2 , Lithium cyclic 1,3-hexafluoropropanedisulfonylimide, Lithium cyclic 1,2-tetrafluoroethanedisulfonylimide, LiN (CF 3 SO 2 ) (C 4 F 9 SO 2 ), LiC ( CF 3 SO 2 ) 3 , LiPF 4 (CF 3 ) 2 , LiPF 4 (C 2 F 5 ) 2 , LiPF 4 (CF 3 SO 2 ) 2 , LiPF 4 (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiBF 2 ( Fluorine-containing organic lithium salts such as CF 3 ) 2 , LiBF 2 (C 2 F 5 ) 2 , LiBF 2 (CF 3 SO 2 ) 2 , LiBF 2 (C 2 F 5 SO 2 ) 2, and lithium bis (oxalate). Use in combination with a dicarboxylic acid complex lithium salt such as borate, lithium tris (oxalat) phosphate, lithium difluorooxalat borate, lithium tri (oxalat) phosphate, lithium difluorobis (oxalat) phosphate, lithium tetrafluoro (oxalat) phosphate, etc. In this case, the ratio of the inorganic lithium salt to the total electrolyte is usually 70% by mass or more, preferably 80% by mass or more, more preferably 85% by mass or more, and usually 99% by mass or less, preferably 95% by mass or less. ..
本発明の非水系電解液中におけるリチウム塩の濃度は、本発明の要旨を損なわない限り任意であるが、通常0.5mol/L以上、好ましくは0.6mol/L以上、より好ましくは0.8mol/L以上である。また、通常3mol/L以下、好ましくは2mol/L以下、より好ましくは1.8mol/L以下、更に好ましくは1.6mol/L以下の範囲である。リチウム塩の濃度が上記範囲にあることにより、非水系電解液の電気伝導率が十分となり、また、粘度上昇による電気伝導率が低下、本発明の非水系電解液を用いた非水系電解液二次電池の性能の低下を抑制する。 The concentration of the lithium salt in the non-aqueous electrolyte solution of the present invention is arbitrary as long as the gist of the present invention is not impaired, but is usually 0.5 mol / L or more, preferably 0.6 mol / L or more, more preferably 0. It is 8 mol / L or more. Further, it is usually in the range of 3 mol / L or less, preferably 2 mol / L or less, more preferably 1.8 mol / L or less, and further preferably 1.6 mol / L or less. When the concentration of the lithium salt is within the above range, the electric conductivity of the non-aqueous electrolyte solution becomes sufficient, and the electric conductivity decreases due to the increase in viscosity. Suppresses deterioration of the performance of the next battery.
〔1−4.非水溶媒〕
本発明の非水系電解液が含有する非水溶媒としては、従来から非水系電解液の溶媒として公知のものの中から適宜選択して用いることができる。
通常使用される非水溶媒の例としては、環状カーボネート、鎖状カーボネート、鎖状及び環状カルボン酸エステル、鎖状及び環状エーテル、含リン有機溶媒、含硫黄有機溶媒、芳香族含フッ素溶媒等が挙げられる。
[1-4. Non-aqueous solvent]
As the non-aqueous solvent contained in the non-aqueous electrolyte solution of the present invention, a solvent of a conventionally known non-aqueous electrolyte solution can be appropriately selected and used.
Examples of commonly used non-aqueous solvents include cyclic carbonates, chain carbonates, chain and cyclic carboxylic acid esters, chain and cyclic ethers, phosphorus-containing organic solvents, sulfur-containing organic solvents, aromatic fluorine-containing solvents and the like. Can be mentioned.
環状カーボネートとしては、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等の環状カーボネートが挙げられ、環状カーボネートの炭素数は、通常3以上6以下である。これらの中でも、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートは、誘電率が高いため電解質が溶解し易く、非水系電解液二次電池にしたときにサイクル特性が良いという点で好ましい。本発明ではエチレンカーボネートと、プロピレンカーボネートを特定の割合で併用した時に、式(1)の化合物が存在すると、上記のような溶媒の特性を最大限に発揮できることを見出したことに特徴がある。また、上記のフッ素化環状カーボネートも溶媒として用いることができる。フッ素で置換した環状カーボネートとしては、フルオロエチレンカーボネート、1,2−ジフルオロエチレンカーボネート、1,1−ジフルオロエチレンカーボネート、1,1,2−トリフルオロエチレンカーボネート、テトラフルオロエチレンカーボネート、1−フルオロ−2−メチルエチレンカーボネート、1−フルオロ−1−メチルエチレンカーボネート、1,2−ジフルオロ−1−メチルエチレンカーボネート、1,1,2−トリフルオロ−2−メチルエチレンカーボネート、トリフルオロメチルエチレンカーボネート等のフッ素で置換した炭素数3〜5の環状カーボネート類が挙げられ、これらの中でもフルオロエチレンカーボネート、1,2−ジフルオロエチレンカーボネート、トリフルオロメチルエチレンカーボネートが好ましい。 Examples of the cyclic carbonate include cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, and butylene carbonate, and the cyclic carbonate usually has 3 or more and 6 or less carbon atoms. Among these, ethylene carbonate and propylene carbonate are preferable because they have a high dielectric constant, so that the electrolyte is easily dissolved, and the cycle characteristics are good when a non-aqueous electrolyte secondary battery is used. The present invention is characterized in that it has been found that when the compound of the formula (1) is present when ethylene carbonate and propylene carbonate are used in combination at a specific ratio, the characteristics of the solvent as described above can be maximized. Further, the above-mentioned fluorinated cyclic carbonate can also be used as a solvent. Examples of the cyclic carbonate substituted with fluorine include fluoroethylene carbonate, 1,2-difluoroethylene carbonate, 1,1-difluoroethylene carbonate, 1,1,2-trifluoroethylene carbonate, tetrafluoroethylene carbonate, and 1-fluoro-2. Fluorine such as −methylethylene carbonate, 1-fluoro-1-methylethylene carbonate, 1,2-difluoro-1-methylethylene carbonate, 1,1,2-trifluoro-2-methylethylene carbonate, trifluoromethylethylene carbonate Examples thereof include cyclic carbonates having 3 to 5 carbon atoms substituted with, and among these, fluoroethylene carbonate, 1,2-difluoroethylene carbonate, and trifluoromethylethylene carbonate are preferable.
鎖状カーボネートとしては、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチル−n−プロピルカーボネート、エチル−n−プロピルカーボネート、ジ−n−プロピルカーボネート等の鎖状カーボネートが挙げられ、構成するアルキル基の炭素数は、1以上5以下が好ましく、特に好ましくは1以上4以下である。中でも、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が電池特性向上の点から好ましい。また、アルキル基の水素の一部をフッ素で置換した鎖状カーボネート類も挙げられる。フッ素で置換した鎖状カーボネートとしては、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、ビス(2−フルオロエチル)カーボネート、ビス(2,2−ジフルオロエチル)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、2−フルオロエチルメチルカーボネート、2,2−ジフルオロエチル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等が挙げられる。 Examples of the chain carbonate include chain carbonates such as dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, diethyl carbonate, methyl-n-propyl carbonate, ethyl-n-propyl carbonate, and di-n-propyl carbonate. The number of carbon atoms is preferably 1 or more and 5 or less, and particularly preferably 1 or more and 4 or less. Of these, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate are preferable from the viewpoint of improving battery characteristics. In addition, chain carbonates in which a part of hydrogen of the alkyl group is replaced with fluorine can also be mentioned. Chain carbonates substituted with fluorine include bis (fluoromethyl) carbonate, bis (difluoromethyl) carbonate, bis (trifluoromethyl) carbonate, bis (2-fluoroethyl) carbonate, and bis (2,2-difluoroethyl). Examples thereof include carbonate, bis (2,2,2-trifluoroethyl) carbonate, 2-fluoroethylmethyl carbonate, 2,2-difluoroethylmethyl carbonate, 2,2,2-trifluoroethylmethyl carbonate and the like.
鎖状カルボン酸エステルとしては、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸ブチル、酢酸sec−ブチル、酢酸イソブチル、酢酸t−ブチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、プロピオン酸イソプロピル、酪酸メチル、酪酸エチル、酪酸プロピル、イソ酪酸メチル、イソ酪酸エチル、吉草酸メチル、吉草酸エチル、ピバル酸メチル、ピバル酸エチル等及びこれらの化合物の水素の一部をフッ素で置換した鎖状カルボン酸エステルが挙げられる。フッ素で置換した鎖状カルボン酸エステルとしては、トリフルオロ酢酸メチル、トリフルオロ酢酸エチル、トリフルオロ酢酸プロピル、トリフルオロ酢酸ブチル、トリフルオロ酢酸2,2,2−トリフルオロエチル等が挙げられる。この中でも、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、酪酸メチル、酪酸エチル、吉草酸メチル、イソ酪酸メチル、イソ酪酸エチル、ピバル酸メチルが電池特性向上の点から好ましい。
環状カルボン酸エステルとしては、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン等及びこれらの化合物の水素の一部をフッ素で置換した環状カルボン酸エステルが挙げられる。これらの中でも、γ−ブチロラクトンがより好ましい。
Examples of the chain carboxylic acid ester include methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, isopropyl acetate, butyl acetate, sec-butyl acetate, isobutyl acetate, t-butyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, propyl propionate, and propionic acid. Chains in which isopropyl, methyl butyrate, ethyl butyrate, propyl butyrate, methyl isobutyrate, ethyl isobutyrate, methyl valerate, ethyl valerate, methyl pivalate, ethyl pivalate, etc. and some of the hydrogens of these compounds are replaced with fluorine. State carboxylic acid ester can be mentioned. Examples of the chain carboxylic acid ester substituted with fluorine include methyl trifluoroacetate, ethyl trifluoroacetate, propyl trifluoroacetate, butyl trifluoroacetate, and 2,2,2-trifluoroethyl trifluoroacetic acid. Among these, methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, butyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, propyl propionate, methyl butyrate, ethyl butyrate, methyl pentanoate, methyl isobutyrate, ethyl isobutyrate, and methyl pivalate are batteries. It is preferable from the viewpoint of improving the characteristics.
Examples of the cyclic carboxylic acid ester include γ-butyrolactone, γ-valerolactone, and the like, and cyclic carboxylic acid esters in which a part of hydrogen of these compounds is replaced with fluorine. Of these, γ-butyrolactone is more preferable.
鎖状エーテルとしては、ジメトキシメタン、1,1−ジメトキシエタン、1,2−ジメトキシエタン、ジエトキシメタン、1,1−ジエトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、エトキシメトキシメタン、1,1−エトキシメトキシエタン、1,2−エトキシメトキシエタン等及びこれらの化合物の水素の一部をフッ素で置換した鎖状エーテルが挙げられる。フッ素で置換した鎖状エーテルとして、ビス(トリフルオロエトキシ)エタン、エトキシトリフルオロエトキシエタン、メトキシトリフルオロエトキシエタン、1,1,1,2,2,3,4,5,5,5−デカフルオロ−3−メトキシ−4−トリフルオロメチル−ペンタン、1,1,1,2,2,3,4,5,5,5−デカフルオロ−3−エトキシ−4−トリフルオロメチル−ペンタン、1,1,1,2,2,3,4,5,5,5−デカフルオロ−3−プロポキシ−4−トリフルオロメチル−ペンタン、1,1,2,2−テトラフルオロエチル−2,2,3,3−テトラフルオロプロピルエーテル、2,2−ジフルオロエチル−2,2,3,3−テトラフルオロプロピルエーテル等が挙げられる。これらの中でも、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタンがより好ましい。 As the chain ether, dimethoxymethane, 1,1-dimethoxyethane, 1,2-dimethoxyethane, diethoxymethane, 1,1-diethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, ethoxymethoxymethane, 1,1 Examples thereof include −ethoxymethoxyethane, 1,2-ethoxymethoxyethane and the like, and chain ethers in which a part of hydrogen of these compounds is replaced with fluorine. As chain ethers substituted with fluorine, bis (trifluoroethoxy) ethane, ethoxytrifluoroethoxyethane, methoxytrifluoroethoxyethane, 1,1,1,2,2,3,4,5,5-deca Fluoro-3-methoxy-4-trifluoromethyl-pentane, 1,1,1,2,2,3,4,5,5,5-decafluoro-3-ethoxy-4-trifluoromethyl-pentane, 1 , 1,1,2,2,3,4,5,5,5-decafluoro-3-propoxy-4-trifluoromethyl-pentane, 1,1,2,2-tetrafluoroethyl-2,2, Examples thereof include 3,3-tetrafluoropropyl ether and 2,2-difluoroethyl-2,2,3,3-tetrafluoropropyl ether. Of these, 1,2-dimethoxyethane and 1,2-diethoxyethane are more preferable.
環状エーテルとしては、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン等及びこれらの化合物の水素の一部をフッ素で置換した環状エーテルが挙げられる。 Examples of the cyclic ether include tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran and the like, and cyclic ether in which a part of hydrogen of these compounds is replaced with fluorine.
含リン有機溶媒としては、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、リン酸ジメチルエチル、リン酸メチルジエチル、リン酸エチレンメチル、リン酸エチレンエチル、リン酸トリフェニル、亜リン酸トリメチル、亜リン酸トリエチル、亜リン酸トリフェニル、トリメチルホスフィンオキシド、トリエチルホスフィンオキシド、トリフェニルホスフィンオキシド等及びこれらの化合物の水素の一部をフッ素で置換した含リン有機溶媒が挙げられる。フッ素で置換した含リン有機溶媒として、リン酸トリス(2,2,2−トリフルオロエチル)、リン酸トリス(2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピル)などが挙げられる。 Examples of the phosphorus-containing organic solvent include trimethyl phosphate, triethyl phosphate, dimethyl ethyl phosphate, methyl diethyl phosphate, ethylene methyl phosphate, ethylene ethyl phosphate, triphenyl phosphate, trimethyl phosphite, and triethyl phosphite. Examples thereof include triphenyl phosphite, trimethylphosphine oxide, triethylphosphine oxide, triphenylphosphine oxide and the like, and phosphorus-containing organic solvents in which a part of hydrogen of these compounds is replaced with fluorine. Examples of the phosphorus-containing organic solvent substituted with fluorine include tris phosphate (2,2,2-trifluoroethyl) and tris phosphate (2,2,3,3,3-pentafluoropropyl).
含硫黄有機溶媒としては、スルホラン、2−メチルスルホラン、3−メチルスルホラン、ジメチルスルホン、ジエチルスルホン、エチルメチルスルホン、メチルプロピルスルホン、ジメチルスルホキシド、メタンスルホン酸メチル、メタンスルホン酸エチル、エタンスルホン酸メチル、エタンスルホン酸エチル、硫酸ジメチル、硫酸ジエチル、硫酸ジブチル等及びこれらの化合物の水素の一部をフッ素で置換した含硫黄有機溶媒が挙げられる。 Examples of the sulfur-containing organic solvent include sulfolane, 2-methylsulfolane, 3-methylsulfolane, dimethylsulfone, diethylsulfone, ethylmethylsulfone, methylpropylsulfone, dimethylsulfoxide, methyl methanesulfonate, ethyl methanesulfonate, and methyl ethanesulfonate. , Ethyl ethanesulfonate, dimethyl sulfate, diethyl sulfate, dibutyl sulfate and the like, and sulfur-containing organic solvents in which a part of hydrogen of these compounds is replaced with fluorine.
上記の非水溶媒の中でも、本発明においては、環状カーボネートであるエチレンカーボネート及びプロピレンカーボネートの両方を用いるが、更にこれらと鎖状カーボネートとを併用することが電解液の高い電導度と低い粘度を両立できる点から好ましい。 Among the above non-aqueous solvents, in the present invention, both ethylene carbonate and propylene carbonate, which are cyclic carbonates, are used, but the combined use of these and chain carbonates provides high conductivity and low viscosity of the electrolytic solution. It is preferable from the viewpoint of compatibility.
本発明では、エチレンカーボネート及びプロピレンカーボネートの両方を含有し、エチレンカーボネートの体積%をX、プロピレンカーボネートの体積%をYとしたとき、0<X/Y<1.5であることが1つの発明である。X/Yは好ましくは、0.05<X/Y<1.0であり、より好ましくは0.1<X/Y<0.8であり、さらに好ましくは、0.15<X/Y<0.6であり、特に好ましくは0.2<X/Y<0.5である。このような値を満足する溶媒を用いることで、ガス発生を効果的に抑制できるからである。また、X+Yは10<X+Y<40であることが好ましく、12<X+Y<38であることがさらに好ましく、15<X+Y<35であることが最も好ましい。このような範囲にあると、電解液の電導度が高く、かつ粘度を低く保てるからである。 In the present invention, one invention is that it contains both ethylene carbonate and propylene carbonate, and 0 <X / Y <1.5 when the volume% of ethylene carbonate is X and the volume % of propylene carbonate is Y. Is. X / Y is preferably 0.05 <X / Y <1.0, more preferably 0.1 <X / Y <0.8, and even more preferably 0.15 <X / Y <. It is 0.6, and particularly preferably 0.2 <X / Y <0.5. This is because gas generation can be effectively suppressed by using a solvent that satisfies such a value. Further, X + Y is preferably 10 <X + Y <40, more preferably 12 <X + Y <38, and most preferably 15 <X + Y <35. This is because, in such a range, the conductivity of the electrolytic solution is high and the viscosity can be kept low.
非水溶媒は1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。2種以上を併用する場合、例えば環状カーボネートと鎖状カーボネートとを併用する場合、非水溶媒中に占める鎖状カーボネートの好適な含有量は、通常20体積%以上、好ましくは40体積%以上、また、通常95体積%以下、好ましくは90体積%以下である。一方、非水溶媒中に占める環状カーボネートの好適な含有量は、通常5体積%以上、好ましくは10体積%以上、また、通常80体積%以下、好ましくは60体積%以下である。鎖状カーボネートの割合が上記範囲にあることにより、非水系電解液の粘度上昇を抑制し、また、電解質であるリチウム塩の解離度の低下による非水系電解液の電気伝導率低下を抑制する。ただし、フルオロエチレンカーボネートは溶媒として用いても添加剤として用いてもよく、その場合は上記の含有量に限定されない。 One type of non-aqueous solvent may be used alone, or two or more types may be used in any combination and ratio. When two or more kinds are used in combination, for example, when a cyclic carbonate and a chain carbonate are used in combination, the preferable content of the chain carbonate in the non-aqueous solvent is usually 20% by volume or more, preferably 40% by volume or more. Further, it is usually 95% by volume or less, preferably 90% by volume or less. On the other hand, the preferable content of the cyclic carbonate in the non-aqueous solvent is usually 5% by volume or more, preferably 10% by volume or more, and usually 80% by volume or less, preferably 60% by volume or less. When the ratio of the chain carbonate is in the above range, the increase in the viscosity of the non-aqueous electrolyte solution is suppressed, and the decrease in the electrical conductivity of the non-aqueous electrolyte solution due to the decrease in the dissociation degree of the lithium salt which is the electrolyte is suppressed. However, the fluoroethylene carbonate may be used as a solvent or an additive, and in that case, the content is not limited to the above.
なお、本明細書において、非水溶媒の体積は25℃での測定値であるが、エチレンカーボネートのように25℃で固体のものは融点での測定値を用いる。 In this specification, the volume of the non-aqueous solvent is a measured value at 25 ° C., but for a solid at 25 ° C. such as ethylene carbonate, the measured value at the melting point is used.
〔1−5.その他の添加剤〕
本発明の非水系電解液は、本発明の効果を著しく損なわない範囲において、各種の添加剤を含有していてもよい。添加剤としては、従来公知のものを任意に用いることができる。尚、添加剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
[1-5. Other additives]
The non-aqueous electrolyte solution of the present invention may contain various additives as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. As the additive, conventionally known additives can be arbitrarily used. As the additive, one type may be used alone, or two or more types may be used in combination in any combination and ratio.
(不飽和結合を有する環状カーボネート化合物)
不飽和結合を有する環状カーボネート化合物としては、例えば、ビニレンカーボネート、メチルビニレンカーボネート、エチルビニレンカーボネート、1,2−ジメチルビニレンカーボネート、1,2−ジエチルビニレンカーボネート、フルオロビニレンカーボネート、トリフルオロメチルビニレンカーボネート等のビニレンカーボネート化合物類;ビニルエチレンカーボネート、1−メチル−2−ビニルエチレンカーボネート、1−エチル−2−ビニルエチレンカーボネート、1−n−プロピル−2−ビニルエチレンカーボネート、1−メチル−2−ビニルエチレンカーボネート、1,1−ジビニルエチレンカーボネート、1,2−ジビニルエチレンカーボネート等のビニルエチレンカーボネート化合物類;1,1−ジメチル−2−メチレンエチレンカーボネート、1,1−ジエチル−2−メチレンエチレンカーボネート等のメチレンエチレンカーボネート化合物類、等が挙げられる。ここれらは単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
(Cyclic carbonate compound with unsaturated bond)
Examples of the cyclic carbonate compound having an unsaturated bond include vinylene carbonate, methylvinylene carbonate, ethylvinylene carbonate, 1,2-dimethylvinylene carbonate, 1,2-diethylvinylene carbonate, fluorovinylene carbonate, trifluoromethylvinylene carbonate and the like. Vinylene carbonate compounds; vinylethylene carbonate, 1-methyl-2-vinylethylene carbonate, 1-ethyl-2-vinylethylene carbonate, 1-n-propyl-2-vinylethylene carbonate, 1-methyl-2-vinylethylene Vinyl ethylene carbonate compounds such as carbonate, 1,1-divinylethylene carbonate, 1,2-divinylethylene carbonate; 1,1-dimethyl-2-methyleneethylene carbonate, 1,1-diethyl-2-methyleneethylene carbonate and the like. Methyleneethylene carbonate compounds and the like can be mentioned. These may be used alone or in combination of two or more.
不飽和結合を有する環状カーボネート化合物を含有する場合、非水系電解液中における含有量は、通常0.01質量%以上、好ましくは0.1質量%以上、より好ましくは0.3質量%以上であり、通常10質量%以下、好ましくは8質量%以下、より好ましくは6質量%以下である。炭素−炭素不飽和結合を有する環状カーボネート化合物の含有量が上記範囲にあることにより、電池のサイクル特性や高温保存後の容量維持特性を向上させるという効果を十分に発揮し、また、高温保存時のガス発生量の増大を抑制する。 When a cyclic carbonate compound having an unsaturated bond is contained, the content in the non-aqueous electrolyte solution is usually 0.01% by mass or more, preferably 0.1% by mass or more, and more preferably 0.3% by mass or more. Yes, usually 10% by mass or less, preferably 8% by mass or less, more preferably 6% by mass or less. When the content of the cyclic carbonate compound having a carbon-carbon unsaturated bond is within the above range, the effect of improving the cycle characteristics of the battery and the capacity maintenance characteristics after high temperature storage is sufficiently exhibited, and at the time of high temperature storage. Suppresses the increase in the amount of gas generated.
(過充電防止剤)
過充電防止剤の具体例としては、2−メチルビフェニル、2−エチルビフェニル等の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、シクロペンチルベンゼン、シス−1−プロピル−4−フェニルシクロヘキサン、トランス−1−プロピル−4−フェニルシクロヘキサン、シス−1−ブチル−4−フェニルシクロヘキサン、トランス−1−ブチル−4−フェニルシクロヘキサン、ジフェニルエーテル、ジベンゾフラン、エチルフェニルカーボネート、トリス(2−t−アミルフェニル)ホスフェート、トリス(3−t−アミルフェニル)ホスフェート、トリス(4−t−アミルフェニル)ホスフェート、トリス(2−シクロヘキシルフェニル)ホスフェート、トリス(3−シクロヘキシルフェニル)ホスフェート、トリス(4−シクロヘキシルフェニル)ホスフェート、トリフェニルホスフェート、トリトリルホスフェート、トリ(t-ブチルフェニル)ホスフェート、メチルフェニルカーボネート、ジフェニルカーボネート等の芳香族化合物;2−フルオロビフェニル、3−フルオロビフェニル、4−フルオロビフェニル、4,4’−ジフルオロビフェニル、2,4−ジフルオロビフェニル、o−シクロヘキシルフルオロベンゼン、p−シクロヘキシルフルオロベンゼン等の芳香族化合物の部分フッ素化物;2,4−ジフルオロアニソール、2,5−ジフルオロアニソール、2,6−ジフルオロアニソール、3,5−ジフルオロアニソール等の含フッ素アニソール化合物等が挙げられる。
(Overcharge inhibitor)
Specific examples of the overcharge inhibitor include alkylbiphenyls such as 2-methylbiphenyl and 2-ethylbiphenyl, terphenyl, and partially hydrides of terphenyl, cyclopentylbenzene, cis-1-propyl-4-phenylcyclohexane, and trans. -1-propyl-4-phenylcyclohexane, cis-1-butyl-4-phenylcyclohexane, trans-1-butyl-4-phenylcyclohexane, diphenyl ether, dibenzofuran, ethylphenyl carbonate, tris (2-t-amylphenyl) phosphate , Tris (3-t-amylphenyl) phosphate, tris (4-t-amylphenyl) phosphate, tris (2-cyclohexylphenyl) phosphate, tris (3-cyclohexylphenyl) phosphate, tris (4-cyclohexylphenyl) phosphate, Aromatic compounds such as triphenyl phosphate, tritril phosphate, tri (t-butylphenyl) phosphate, methylphenyl carbonate, diphenyl carbonate; 2-fluorobiphenyl, 3-fluorobiphenyl, 4-fluorobiphenyl, 4,4'-difluoro Partial fluorides of aromatic compounds such as biphenyl, 2,4-difluorobiphenyl, o-cyclohexylfluorobenzene, p-cyclohexylfluorobenzene; 2,4-difluoroanisole, 2,5-difluoroanisole, 2,6-difluoroanisole , Fluorine-containing anisole compounds such as 3,5-difluoroanisole and the like.
非水系電解液中におけるこれらの過充電防止剤の含有量は、通常0.1質量%以上、好ましくは0.2質量%以上、より好ましくは0.3質量%以上、更に好ましくは0.5質量%以上、また、通常5質量%以下、好ましくは3質量%以下、より好ましくは2質量%以下である。濃度が上記範囲にあることにより、所望する過充電防止剤の効果が発現しやすくなり、また、高温保存特性等の電池の特性の低下を抑制する。非水系電解液に過充電防止剤を含有させることによって、過充電による非水系電解液二次電池の破裂・発火を抑制することができ、非水系電解液二次電池の安全性が向上するので好ましい。 The content of these overcharge inhibitors in the non-aqueous electrolyte solution is usually 0.1% by mass or more, preferably 0.2% by mass or more, more preferably 0.3% by mass or more, still more preferably 0.5. It is 5% by mass or less, usually 5% by mass or less, preferably 3% by mass or less, and more preferably 2% by mass or less. When the concentration is in the above range, the desired effect of the overcharge inhibitor is likely to be exhibited, and deterioration of battery characteristics such as high temperature storage characteristics is suppressed. By containing an overcharge inhibitor in the non-aqueous electrolyte solution, it is possible to suppress the explosion and ignition of the non-aqueous electrolyte secondary battery due to overcharging, and the safety of the non-aqueous electrolyte secondary battery is improved. preferable.
他の助剤としては、エリスリタンカーボネート、スピロ−ビス−ジメチレンカーボネート、メトキシエチル−メチルカーボネート、メトキシエチル−エチルカーボネート、エトキシエチル−メチルカーボネート、エトキシエチル−エチルカーボネート等のカーボネート化合物;コハク酸ジメチル、コハク酸ジエチル、コハク酸ジアリル、マレイン酸ジメチル、マレイン酸ジエチル、マレイン酸ジアリル、マレイン酸ジプロピル、マレイン酸ジブチル、マレイン酸ビス(トリフルオロメチル)、マレイン酸ビス(ペンタフルオロエチル)、マレイン酸ビス(2,2,2−トリフルオロエチル)等のジカルボン酸ジエステル化合物;2,4,8,10−テトラオキサスピロ[5.5]ウンデカン、3,9−ジビニル−2,4,8,10−テトラオキサスピロ[5.5]ウンデカン等のスピロ化合物;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−イミダゾリジノン及びN−メチルスクシイミド等の含窒素化合物;ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、シクロヘプタン、メチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、プロピルシクロヘキサン、n−ブチルシクロヘキサン、t−ブチルシクロヘキサン、ジシクロヘキシル等の炭化水素化合物;メチルジメチルホスフィネート、エチルジメチルホスフィネート、エチルジエチルホスフィネート、トリメチルホスホノフォルメート、トリエチルホスホノフォルメート、トリメチルホスホノアセテート、トリエチルホスホノアセテート、トリメチル−3−ホスホノプロピオネート、トリエチル−3−ホスホノプロピオネート等の含リン化合物、イソシアナトメタン、イソシアナトエタン、1−イソシアナトプロパン、1−イソシアナトブタン、1−イソシアナトペンタン、1−イソシアナトヘキサン、1−イソシアナトヘプタン、1−イソシアナトオクタン、1−イソシアナトノナン、1−イソシアナトデカン、イソシアナトシクロヘキサン、
メトキシカルボニルイソシアネート、エトキシカルボニルイソシアネート、プロポキシカルボニルイソシアネート、ブトキシカルボニルイソシアネート、メトキシスルホニルイソシアネート、エトキシスルホニルイソシアネート、プロポキシスルホニルイソシアネート、ブトキシスルホニルイソシアネート、フルオロスルホニルイソシアネート、
1,4−ジイソシアナトブタン、1,5−ジイソシアナトペンタン、1,6−ジイソシアナトヘキサン、1,7−ジイソシアナトヘプタン、1,8−ジイソシアナトオクタン、1,9−ジイソシアナトノナン、1,10−ジイソシアナトデカン、
1,3−ジイソシアナトプロペン、1,4−ジイソシアナト−2−ブテン、1,4−ジイソシアナト−2−フルオロブタン、1,4−ジイソシアナト−2,3−ジフルオロブタン、1,5−ジイソシアナト−2−ペンテン、1,5−ジイソシアナト−2−メチルペンタン、1,6−ジイソシアナト−2−ヘキセン、1,6−ジイソシアナト−3−ヘキセン、1,6−ジイソシアナト−3−フルオロヘキサン、1,6−ジイソシアナト−3,4−ジフルオロヘキサン、
トルエンジイソシアネート、キシレンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート、1,2−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン、1,3−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン、1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン、1,2−ジイソシアナトシクロヘキサン、1,3−ジイソシアナトシクロヘキサン、1,4−ジイソシアナトシクロヘキサン、ジシクロヘキシルメタン−1,1’−ジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタン−2,2’−ジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタン−3,3’−ジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタン−4,4’−ジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、1,6,11−トリイソシアナトウンデカン、4−イソシアナトメチル−1,8−オクタメチレンジイソシアネート、1,3,5−トリイソシアネートメチルベンゼン、ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2,5−ジイルビス(メチル=イソシアネート)、ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2,6−ジイルビス(メチル=イソシアネート)、1,3,5−トリス(6−イソシアナトヘキサ−1−イル)−1,3,5−トリアジン−2,4,6(1H,3H,5H)−トリオン、2,4,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアナート、2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアナート、4−(イソシアナトメチル)オクタメチレン=ジイソシアネート等のイソシアナト化合物等、モノフルオロリン酸リチウム、モノフルオロリン酸ナトリウム、モノフルオロリン酸カリウム、モノフルオロリン酸テトラメチルアンモニウム、モノフルオロリン酸テトラエチルアンモニウム、ジフルオロリン酸リチウム、ジフルオロリン酸ナトリウム、ジフルオロリン酸カリウム、ジフルオロリン酸テトラメチルアンモニウム、ジフルオロリン酸テトラエチルアンモニウム等のモノフルオロリン酸塩及びジフルオロリン酸塩が挙げられる。これらの中で、高温保存後の電池特性向上の点から1,6−ジイソシアナトヘキサン、1,3−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン等のイソシアナト化合物、ジフルオロリン酸リチウムが好ましい。これらは2種以上併用して用いてもよい。
Other auxiliaries include carbonate compounds such as erythritan carbonate, spiro-bis-dimethylene carbonate, methoxyethyl-methyl carbonate, methoxyethyl-ethyl carbonate, ethoxyethyl-methyl carbonate, ethoxyethyl-ethyl carbonate; dimethyl succinate. , Diethyl succinate, diallyl succinate, dimethyl maleate, diethyl maleate, diallyl maleate, dipropyl maleate, dibutyl maleate, bis maleate (trifluoromethyl), bis maleate (pentafluoroethyl), bis maleate Dicarboxylic acid diester compounds such as (2,2,2-trifluoroethyl); 2,4,8,10-tetraoxaspiro [5.5] undecane, 3,9-divinyl-2,4,8,10- Spiro compounds such as tetraoxaspiro [5.5] undecane; 1-methyl-2-pyrrolidinone, 1-methyl-2-piperidone, 3-methyl-2-oxazolidinone, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone and Nitrogen-containing compounds such as N-methylsucciimide; hydrocarbon compounds such as heptane, octane, nonane, decane, cycloheptane, methylcyclohexane, ethylcyclohexane, propylcyclohexane, n-butylcyclohexane, t-butylcyclohexane, dicyclohexyl; methyl Dimethylphosphinate, ethyldimethylphosphinate, ethyldiethylphosphinate, trimethylphosphonoformate, triethylphosphonoformate, trimethylphosphonoacetate, triethylphosphonoacetate, trimethyl-3-phosphonopropionate, triethyl-3-3 Phosnopropionate and other phosphorus-containing compounds, isocyanatomethane, isocyanatoetane, 1-isocyanatopropane, 1-isocyanatobutane, 1-isocyanatopentane, 1-isocyanatohexane, 1-isocyanatoheptane, 1 -Isocyanatooctane, 1-Isocyanatononan, 1-Isocyanatodecane, Isocyanatocyclohexane,
Methoxycarbonyl isocyanate, ethoxycarbonyl isocyanate, propoxycarbonyl isocyanate, butoxycarbonyl isocyanate, methoxysulfonyl isocyanate, ethoxysulfonyl isocyanate, propoxysulfonyl isocyanate, butoxysulfonyl isocyanate, fluorosulfonyl isocyanate,
1,4-Diisocyanatobutane, 1,5-diisocyanatopentane, 1,6-diisocyanatohexane, 1,7-diisocyanatoheptane, 1,8-diisocyanatooctane, 1,9-di Isocyanatononan, 1,10-diisocyanatodecane,
1,3-Diisocyanatopropene, 1,4-diisocyanato-2-butene, 1,4-diisocyanato-2-fluorobutane, 1,4-diisocyanato-2,3-difluorobutane, 1,5-diisocyanato-2 -Pentene, 1,5-diisocyanato-2-methylpentane, 1,6-diisocyanato-2-hexene, 1,6-diisocyanato-3-hexene, 1,6-diisocyanato-3-fluorohexane, 1,6-diisocyanato -3,4-difluorohexane,
Toluene diisocyanate, xylene diisocyanate, tolylene diisocyanate, 1,2-bis (isocyanatomethyl) cyclohexane, 1,3-bis (isocyanatomethyl) cyclohexane, 1,4-bis (isocyanatomethyl) cyclohexane, 1,2- Diisocyanatocyclohexane, 1,3-diisocyanatocyclohexane, 1,4-diisocyanatocyclohexane, dicyclohexylmethane-1,1'-diisocyanate, dicyclohexylmethane-2,2'-diisocyanate, dicyclohexylmethane-3,3' -Diisocyanate, dicyclohexylmethane-4,4'-diisocyanate, isophorone diisocyanate, 1,6,11-triisocyanatoundecane, 4-isocyanatomethyl-1,8-octamethylene diisocyanate, 1,3,5-triisocyanatemethyl Benzene, bicyclo [2.2.1] heptane-2,5-diylbis (methyl = isocyanate), bicyclo [2.2.1] heptane-2,6-diylbis (methyl = isocyanate), 1,3,5- Tris (6-isocyanatohexa-1-yl) -1,3,5-triazine-2,4,6 (1H, 3H, 5H) -trione, 2,4,4-trimethylhexamethylenediisocyanate, 2 , 2,4-trimethylhexamethylene diisocyanate, 4- (isocyanatomethyl) octamethylene = diisocyanate and other isocyanato compounds, lithium monofluorophosphate, sodium monofluorophosphate, potassium monofluorophosphate, monofluorophosphorus Monofluorophosphates such as tetramethylammonium acid, tetraethylammonium monofluorophosphate, lithium difluorophosphate, sodium difluorophosphate, potassium difluorophosphate, tetramethylammonium difluorophosphate, tetraethylammonium difluorophosphate, and difluorophosphate. Salt is mentioned. Among these, isocyanato compounds such as 1,6-diisocyanatohexane and 1,3-bis (isocyanatomethyl) cyclohexane and lithium difluorophosphate are preferable from the viewpoint of improving battery characteristics after high temperature storage. These may be used in combination of 2 or more types.
非水系電解液中におけるこれらの助剤の含有量は、特に制限はないが、通常0.01質量%以上、好ましくは0.1質量%以上、より好ましくは0.2質量%以上であり、通常8質量%以下、好ましくは5質量%以下、より好ましくは3質量%以下、更に好ましくは2質量%以下である。これらの助剤を添加することは、高温保存後の容量維持特性やサイクル特性を向上させる点で好ましい。この濃度が上記範囲にあることにより、助剤の効果が発現しやすくなり、また、高負荷放電特性等の電池の特性の低下を抑制する。 The content of these auxiliaries in the non-aqueous electrolyte solution is not particularly limited, but is usually 0.01% by mass or more, preferably 0.1% by mass or more, and more preferably 0.2% by mass or more. It is usually 8% by mass or less, preferably 5% by mass or less, more preferably 3% by mass or less, still more preferably 2% by mass or less. It is preferable to add these auxiliaries from the viewpoint of improving the capacity retention characteristics and cycle characteristics after high temperature storage. When this concentration is in the above range, the effect of the auxiliary agent is likely to be exhibited, and deterioration of battery characteristics such as high load discharge characteristics is suppressed.
〔4−2.負極〕
以下に負極に使用される負極活物質について述べる。負極活物質としては、電気化学的にリチウムイオンを吸蔵・放出可能なものであれば、特に制限はない。具体例としては、炭素質材料、合金系材料、リチウム含有金属複合酸化物材料等が挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、また2種以上を任意に組み合わせて併用してもよい。
[4-2. Negative electrode]
The negative electrode active material used for the negative electrode will be described below. The negative electrode active material is not particularly limited as long as it can electrochemically occlude and release lithium ions. Specific examples include carbonaceous materials, alloy-based materials, lithium-containing metal composite oxide materials, and the like. One of these may be used alone, or two or more thereof may be arbitrarily combined and used in combination.
<負極活物質>
負極活物質としては、炭素質材料、合金系材料、リチウム含有金属複合酸化物材料等が挙げられる。
<Negative electrode active material>
Examples of the negative electrode active material include carbonaceous materials, alloy-based materials, lithium-containing metal composite oxide materials, and the like.
炭素質材料としては、(1)天然黒鉛、(2)人造黒鉛、(3)非晶質炭素、(4)炭素被覆黒鉛、(5)黒鉛被覆黒鉛、(6)樹脂被覆黒鉛等が挙げられる。 Examples of the carbonaceous material include (1) natural graphite, (2) artificial graphite, (3) amorphous carbon, (4) carbon-coated graphite, (5) graphite-coated graphite, and (6) resin-coated graphite. ..
(1)天然黒鉛としては、鱗状黒鉛、鱗片状黒鉛、土壌黒鉛及び/又はこれらの黒鉛を原料に球形化や緻密化等の処理を施した黒鉛粒子等が挙げられる。これらの中でも、粒子の充填性や充放電レート特性の観点から、球形化処理を施した球状もしくは楕円体状の黒鉛が特に好ましい。 (1) Examples of natural graphite include scaly graphite, scaly graphite, soil graphite, and / or graphite particles obtained by subjecting these graphites to spheroidization, densification, or the like. Among these, spherical or ellipsoidal graphite that has been subjected to a spheroidizing treatment is particularly preferable from the viewpoint of particle packing property and charge / discharge rate characteristics.
球形化処理に用いる装置としては、例えば、衝撃力を主体に粒子の相互作用も含めた圧縮、摩擦、せん断力等の機械的作用を繰り返し粒子に与える装置を用いることができる。具体的には、ケーシング内部に多数のブレードを設置したローターを有し、そのローターが高速回転することによって、内部に導入された炭素材に対して衝撃圧縮、摩擦、せん断力等の機械的作用を与え、球形化処理を行なう装置が好ましい。また、炭素材を循環させることによって機械的作用を繰り返して与える機構を有するものであるのが好ましい。 As the device used for the spheroidizing process, for example, a device that repeatedly applies mechanical actions such as compression, friction, and shear force, including the interaction of particles mainly with impact force, to the particles can be used. Specifically, it has a rotor with a large number of blades installed inside the casing, and by rotating the rotor at high speed, mechanical actions such as impact compression, friction, and shearing force are applied to the carbon material introduced inside. , And a device that performs the spheroidizing process is preferable. Further, it is preferable that the carbon material has a mechanism for repeatedly giving a mechanical action by circulating the carbon material.
例えば前述の装置を用いて球形化処理する場合は、回転するローターの周速度を30〜100m/秒にするのが好ましく、40〜100m/秒にするのがより好ましく、50〜100m/秒にするのが更に好ましい。また、処理は、単に炭素質物を通過させるだけでも可能であるが、30秒以上装置内を循環又は滞留させて処理するのが好ましく、1分以上装置内を循環又は滞留させて処理するのがより好ましい。 For example, in the case of sphericalizing using the above-mentioned device, the peripheral speed of the rotating rotor is preferably 30 to 100 m / sec, more preferably 40 to 100 m / sec, and 50 to 100 m / sec. It is more preferable to do so. Further, although the treatment can be carried out simply by passing a carbonaceous material, it is preferable to circulate or retain in the apparatus for 30 seconds or more, and to circulate or retain in the apparatus for 1 minute or more. More preferred.
(2)人造黒鉛としては、コールタールピッチ、石炭系重質油、常圧残油、石油系重質油、芳香族炭化水素、窒素含有環状化合物、硫黄含有環状化合物、ポリフェニレン、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコール、ポリアクリロニトリル、ポリビニルブチラール、天然高分子、ポリフェニレンサイルファイド、ポリフェニレンオキシド、フルフリルアルコール樹脂、フェノール−ホルムアルデヒド樹脂、イミド樹脂などの有機化合物を、通常2500℃以上、通常3200℃以下の範囲の温度で黒鉛化し、必要に応じて粉砕及び/又は分級して製造されたものが挙げられる。この際、珪素含有化合物やホウ素含有化合物などを黒鉛化触媒として用いることもできる。また、ピッチの熱処理過程で分離したメソカーボンマイクロビーズを黒鉛化して得た人造黒鉛が挙げられる。更に一次粒子からなる造粒粒子の人造黒鉛も挙げられる。例えば、メソカーボンマイクロビーズや、コークス等の黒鉛化可能な炭素質材料粉体とタール、ピッチ等の黒鉛化可能なバインダーと黒鉛化触媒を混合し、黒鉛化し、必要に応じて粉砕することで得られる、扁平状の粒子を複数、配向面が非平行となるように集合又は結合した黒鉛粒子が挙げられる。 (2) As artificial graphite, coal tar pitch, coal-based heavy oil, atmospheric residual oil, petroleum-based heavy oil, aromatic hydrocarbons, nitrogen-containing cyclic compounds, sulfur-containing cyclic compounds, polyphenylene, polyvinyl chloride, etc. Organic compounds such as polyvinyl alcohol, polyacrylonitrile, polyvinyl butyral, natural polymers, polyphenylene silfide, polyphenylene oxide, furfuryl alcohol resin, phenol-formaldehyde resin, and imide resin are usually used in the range of 2500 ° C or higher and usually 3200 ° C or lower. Examples thereof include those produced by graphitization at temperature, crushing and / or classifying as necessary. At this time, a silicon-containing compound, a boron-containing compound, or the like can also be used as a graphitization catalyst. In addition, artificial graphite obtained by graphitizing mesocarbon microbeads separated in a pitch heat treatment process can be mentioned. Further, artificial graphite of granulated particles composed of primary particles can also be mentioned. For example, by mixing mesocarbon microbeads, graphitizable carbon material powder such as coke with graphitizable binder such as tar and pitch, and graphitizing catalyst, graphitizing and pulverizing if necessary. Examples thereof include graphite particles obtained by assembling or bonding a plurality of flat particles so that the orientation planes are non-parallel.
(3)非晶質炭素としては、タール、ピッチ等の易黒鉛化性炭素前駆体を原料に用い、黒鉛化しない温度領域(400〜2200℃の範囲)で1回以上熱処理した非晶質炭素粒子や、樹脂などの難黒鉛化性炭素前駆体を原料に用いて熱処理した非晶質炭素粒子が挙げられる。 (3) As the amorphous carbon, an easily graphitizable carbon precursor such as tar or pitch is used as a raw material, and the amorphous carbon is heat-treated at least once in a temperature range (range of 400 to 2200 ° C.) where graphitization does not occur. Examples thereof include particles and amorphous carbon particles heat-treated using a non-graphitizable carbon precursor such as a resin as a raw material.
(4)炭素被覆黒鉛としては、天然黒鉛及び/又は人造黒鉛と、タール、ピッチや樹脂等の有機化合物である炭素前駆体を混合し、400〜2300℃の範囲で1回以上熱処理し得られる天然黒鉛及び/又は人造黒鉛を核黒鉛とし、非晶質炭素が核黒鉛を被覆している炭素黒鉛複合体が挙げられる。複合の形態は、表面全体または一部を被覆しても、複数の一次粒子を前記炭素前駆体起源の炭素をバインダーとして複合させたものであってもよい。また、天然黒鉛及び/又は人造黒鉛にベンゼン、トルエン、メタン、プロパン、芳香族系の揮発分等の炭化水素系ガス等を高温で反応させ、黒鉛表面に炭素を堆積(CVD)させることでも炭素黒鉛複合体を得ることもできる。 (4) The carbon-coated graphite can be obtained by mixing natural graphite and / or artificial graphite with a carbon precursor which is an organic compound such as tar, pitch or resin, and heat-treating it once or more in the range of 400 to 2300 ° C. Examples thereof include a carbon graphite composite in which natural graphite and / or artificial graphite is used as nuclear graphite and amorphous carbon is coated on the nuclear graphite. The form of the composite may be a coating of the entire surface or a part thereof, or a composite of a plurality of primary particles using carbon derived from the carbon precursor as a binder. Carbon can also be deposited (CVD) on the surface of graphite by reacting natural graphite and / or artificial graphite with hydrocarbon gases such as benzene, toluene, methane, propane, and aromatic volatiles at high temperatures. A graphite composite can also be obtained.
(5)黒鉛被覆黒鉛としては、天然黒鉛及び/又は人造黒鉛と、タール、ピッチや樹脂等の易黒鉛化性の有機化合物の炭素前駆体を混合し、2400〜3200℃程度の範囲で1回以上熱処理し得られる天然黒鉛及び/又は人造黒鉛を核黒鉛とし、黒鉛化物が核黒鉛の表面全体または一部を被覆している黒鉛被覆黒鉛が挙げられる。 (5) As the graphite-coated graphite, natural graphite and / or artificial graphite is mixed with a carbon precursor of an easily graphitizable organic compound such as tar, pitch or resin, and once in the range of about 2400 to 3200 ° C. Examples thereof include graphite-coated graphite in which natural graphite and / or artificial graphite obtained by the above heat treatment is used as nuclear graphite, and graphite is coated on the entire or a part of the surface of the nuclear graphite.
(6)樹脂被覆黒鉛としては、天然黒鉛及び/又は人造黒鉛と、樹脂等を混合、400℃未満の温度で乾燥し得られる天然黒鉛及び/又は人造黒鉛を核黒鉛とし、樹脂等が核黒鉛を被覆している樹脂被覆黒鉛が挙げられる。 (6) As the resin-coated graphite, natural graphite and / or artificial graphite obtained by mixing natural graphite and / or artificial graphite and resin or the like and drying at a temperature of less than 400 ° C. is used as nuclear graphite, and the resin or the like is nuclear graphite. Examples thereof include resin-coated graphite coating the above.
また、(1)〜(6)の炭素質材料は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。 Further, as the carbonaceous materials (1) to (6), one type may be used alone, or two or more types may be used in combination in any combination and ratio.
上記(2)〜(5)に用いられるタール、ピッチや樹脂等の有機化合物としては、石炭系重質油、直流系重質油、分解系石油重質油、芳香族炭化水素、N環化合物、S環化合物、ポリフェニレン、有機合成高分子、天然高分子、熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂からなる群より選ばれた炭化可能な有機化合物などが挙げられる。また、原料有機化合物は混合時の粘度を調整するため、低分子有機溶媒に溶解させて用いてもよい。 Examples of the organic compounds such as tar, pitch and resin used in (2) to (5) above include coal-based heavy oil, DC-based heavy oil, decomposition-based petroleum heavy oil, aromatic hydrocarbons, and N-ring compounds. , S-ring compounds, polyphenylenes, synthetic organic polymers, natural polymers, thermoplastic resins, thermosetting resins and the like, which are carbonizable organic compounds selected from the group. Further, the raw material organic compound may be used by being dissolved in a small molecule organic solvent in order to adjust the viscosity at the time of mixing.
また、核黒鉛の原料となる天然黒鉛及び/又は人造黒鉛としては、球形化処理を施した天然黒鉛が好ましい。 Further, as the natural graphite and / or the artificial graphite which is a raw material of the nuclear graphite, the natural graphite which has been subjected to the spheroidizing treatment is preferable.
負極活物質として用いられる合金系材料としては、リチウムを吸蔵・放出可能であれば、リチウム単体、リチウム合金を形成する単体金属及び合金、又はそれらの酸化物、炭化物、窒化物、ケイ化物、硫化物若しくはリン化物等の化合物のいずれであってもよく、特に制限されない。リチウム合金を形成する単体金属及び合金としては、13族及び14族の金属・半金属元素(即ち炭素を除く)を含む材料であることが好ましく、より好ましくはアルミニウム、ケイ素及びスズの単体金属及びこれら原子を含む合金又は化合物である。これらは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。 As an alloy-based material used as a negative electrode active material, if lithium can be occluded and released, lithium alone, a single metal and alloy forming a lithium alloy, or their oxides, carbides, nitrides, silicides, and sulfides. It may be either a substance or a compound such as a phosphate, and is not particularly limited. The elemental metal and alloy forming the lithium alloy are preferably materials containing group 13 and group 14 metal / semi-metal elements (that is, excluding carbon), and more preferably elemental metals of aluminum, silicon and tin, and elemental metals of aluminum, silicon and tin. An alloy or compound containing these atoms. One of these may be used alone, or two or more thereof may be used in any combination and ratio.
<炭素質材料の物性>
負極活物質として炭素質材料を用いる場合、以下の物性を有するものであることが望ましい。
<Physical characteristics of carbonaceous materials>
When a carbonaceous material is used as the negative electrode active material, it is desirable that the material has the following physical properties.
(X線パラメータ)
炭素質材料の学振法によるX線回折で求めた格子面(002面)のd値(層間距離)が、通常0.335nm以上であり、また、通常0.360nm以下であり、0.350nm以下が好ましく、0.345nm以下がさらに好ましい。また、学振法によるX線回折で求めた炭素質材料の結晶子サイズ(Lc)は、1.0nm以上であることが好ましく、中でも1.5nm以上であることがさらに好ましい。
(X-ray parameter)
The d value (interlayer distance) of the lattice plane (002 plane) obtained by X-ray diffraction of a carbonaceous material is usually 0.335 nm or more, and usually 0.360 nm or less, 0.350 nm. The following is preferable, and 0.345 nm or less is more preferable. The crystallite size (Lc) of the carbonaceous material determined by X-ray diffraction by the Gakushin method is preferably 1.0 nm or more, and more preferably 1.5 nm or more.
(体積基準平均粒径)
炭素質材料の体積基準平均粒径は、レーザー回折・散乱法により求めた体積基準の平均粒径(メジアン径)であり、通常1μm以上であり、3μm以上が好ましく、5μm以上がさらに好ましく、7μm以上が特に好ましく、また、通常100μm以下であり、50μm以下が好ましく、40μm以下がより好ましく、30μm以下がさらに好ましく、25μm以下が特に好ましい。
(Volume-based average particle size)
The volume-based average particle size of the carbonaceous material is the volume-based average particle size (median diameter) determined by the laser diffraction / scattering method, and is usually 1 μm or more, preferably 3 μm or more, more preferably 5 μm or more, and 7 μm. The above is particularly preferable, and usually 100 μm or less, 50 μm or less is preferable, 40 μm or less is more preferable, 30 μm or less is further preferable, and 25 μm or less is particularly preferable.
体積基準平均粒径が上記範囲を下回ると、不可逆容量が増大して、初期の電池容量の損失を招くことになる場合がある。また、上記範囲を上回ると、塗布により電極を作製する際に、不均一な塗面になりやすく、電池製作工程上望ましくない場合がある。 If the volume-based average particle size falls below the above range, the irreversible capacity may increase, resulting in a loss of initial battery capacity. On the other hand, if it exceeds the above range, a non-uniform coating surface is likely to occur when the electrode is produced by coating, which may not be desirable in the battery manufacturing process.
体積基準平均粒径の測定は、界面活性剤であるポリオキシエチレン(20)ソルビタンモノラウレートの0.2質量%水溶液(約10mL)に炭素粉末を分散させて、レーザー回折・散乱式粒度分布計(例えば、堀場製作所社製LA−700)を用いて行なう。該測定で求められるメジアン径を、本発明の炭素質材料の体積基準平均粒径と定義する。 The volume-based average particle size is measured by laser diffraction / scattering particle size distribution in which carbon powder is dispersed in a 0.2 mass% aqueous solution (about 10 mL) of polyoxyethylene (20) sorbitan monolaurate, which is a surfactant. This is performed using a meter (for example, LA-700 manufactured by HORIBA, Ltd.). The median diameter obtained by the measurement is defined as the volume-based average particle diameter of the carbonaceous material of the present invention.
(ラマンR値)
炭素質材料のラマンR値は、レーザーラマンスペクトル法を用いて測定した値であり、通常0.01以上であり、0.03以上が好ましく、0.1以上がさらに好ましく、また、通常1.5以下であり、1.2以下が好ましく、1以下がさらに好ましく、0.5以下が特に好ましい。
(Raman R value)
The Raman R value of the carbonaceous material is a value measured by the laser Raman spectral method, and is usually 0.01 or more, preferably 0.03 or more, more preferably 0.1 or more, and usually 1. It is 5 or less, preferably 1.2 or less, more preferably 1 or less, and particularly preferably 0.5 or less.
ラマンR値が上記範囲を下回ると、粒子表面の結晶性が高くなり過ぎて、充放電に伴ってLiが層間に入るサイトが少なくなる場合がある。即ち、充電受入性が低下する場合がある。また、集電体に塗布した後、プレスすることによって負極を高密度化した場合に電極板と平行方向に結晶が配向しやすくなり、負荷特性の低下を招く場合がある。 If the Raman R value is less than the above range, the crystallinity of the particle surface becomes too high, and the number of sites where Li enters between layers may decrease due to charging and discharging. That is, the charge acceptability may decrease. Further, when the negative electrode is densified by pressing after being applied to the current collector, the crystals are likely to be oriented in the direction parallel to the electrode plate, which may lead to deterioration of the load characteristics.
一方、上記範囲を上回ると、粒子表面の結晶性が低下し、非水系電解液との反応性が増し、効率の低下やガス発生の増加を招く場合がある。 On the other hand, if it exceeds the above range, the crystallinity of the particle surface is lowered, the reactivity with the non-aqueous electrolyte solution is increased, and the efficiency may be lowered and the gas generation may be increased.
ラマンスペクトルの測定は、ラマン分光器(例えば、日本分光社製ラマン分光器)を用いて、試料を測定セル内へ自然落下させて充填し、セル内のサンプル表面にアルゴンイオンレーザー光(若しくは半導体レーザー光)を照射しながら、セルをレーザー光と垂直な面内で回転させることにより行なう。得られるラマンスペクトルについて、1580cm−1付近のピークPAの強度IAと、1360cm−1付近のピークPBの強度IBとを測定し、その強度比R(R=IB/IA)を算出する。該測定で算出されるラマンR値を、本発明の炭素質材料のラマンR値と定義する。 For the measurement of the Raman spectrum, a Raman spectroscope (for example, a Raman spectroscope manufactured by Nippon Spectrometer Co., Ltd.) is used to naturally drop the sample into the measurement cell and fill it, and the surface of the sample in the cell is filled with argon ion laser light (or semiconductor). This is performed by rotating the cell in a plane perpendicular to the laser beam while irradiating the cell with the laser beam). The resulting Raman spectrum, the intensity I A of the peak P A in the vicinity of 1580 cm -1, and measuring the intensity I B of a peak P B in the vicinity of 1360 cm -1, the intensity ratio R (R = I B / I A) Is calculated. The Raman R value calculated by the measurement is defined as the Raman R value of the carbonaceous material of the present invention.
また、上記のラマン測定条件は、次の通りである。
・レーザー波長 :Arイオンレーザー514.5nm(半導体レーザー532nm)
・測定範囲 :1100cm−1〜1730cm−1
・ラマンR値:バックグラウンド処理、
・スムージング処理 :単純平均、コンボリューション5ポイント
The Raman measurement conditions described above are as follows.
-Laser wavelength: Ar ion laser 514.5 nm (semiconductor laser 532 nm)
-Measurement range: 1100 cm -1 to 1730 cm -1
・ Raman R value: Background processing,
・ Smoothing processing: Simple average, convolution 5 points
(BET比表面積)
炭素質材料のBET比表面積は、BET法を用いて測定した比表面積の値であり、通常0.1m2・g−1以上であり、0.7m2・g−1以上が好ましく、1.0m2・g−1以上がさらに好ましく、1.5m2・g−1以上が特に好ましく、また、通常100m2・g−1以下であり、25m2・g−1以下が好ましく、15m2・g−1以下がさらに好ましく、10m2・g−1以下が特に好ましい。
(BET specific surface area)
BET specific surface area of the carbonaceous material is a value of the measured specific surface area using the BET method is usually 0.1 m 2 · g -1 or more, 0.7 m 2 · g -1 or more, 1. 0 m 2 · g -1 or more, and particularly preferably 1.5 m 2 · g -1 or more, generally not more than 100 m 2 · g -1, preferably 25 m 2 · g -1 or less, 15 m 2 · g -1 more preferably less, 10 m 2 · g -1 or less are especially preferred.
BET比表面積の値がこの範囲を下回ると、負極材料として用いた場合の充電時にリチウムの受け入れ性が悪くなりやすく、リチウムが電極表面で析出しやすくなり、安定性が低下する可能性がある。一方、この範囲を上回ると、負極材料として用いた時に非水系電解液との反応性が増加し、ガス発生が多くなりやすく、好ましい電池が得られにくい場合がある。 If the value of the BET specific surface area is less than this range, the acceptability of lithium tends to deteriorate during charging when used as a negative electrode material, and lithium tends to precipitate on the electrode surface, which may reduce stability. On the other hand, if it exceeds this range, the reactivity with the non-aqueous electrolyte solution increases when used as the negative electrode material, gas generation tends to increase, and it may be difficult to obtain a preferable battery.
BET法による比表面積の測定は、表面積計(例えば、大倉理研製全自動表面積測定装置)を用いて、試料に対して窒素流通下350℃で15分間、予備乾燥を行なった後、大気圧に対する窒素の相対圧の値が0.3となるように正確に調整した窒素ヘリウム混合ガスを用いて、ガス流動法による窒素吸着BET1点法によって行なう。 To measure the specific surface area by the BET method, a surface area meter (for example, a fully automatic surface area measuring device manufactured by Okura Riken) is used to pre-dry the sample at 350 ° C. for 15 minutes under nitrogen flow, and then to atmospheric pressure. Using a nitrogen helium mixed gas accurately adjusted so that the relative pressure value of nitrogen is 0.3, the nitrogen adsorption BET 1-point method by the gas flow method is used.
(円形度)
炭素質材料の球形の程度として円形度を測定した場合、以下の範囲に収まることが好ましい。なお、円形度は、「円形度=(粒子投影形状と同じ面積を持つ相当円の周囲長)/(粒子投影形状の実際の周囲長)」で定義され、円形度が1のときに理論的真球となる。
(Circularity)
When the circularity is measured as the degree of sphere of the carbonaceous material, it is preferably within the following range. The circularity is defined by "circularity = (perimeter of a corresponding circle having the same area as the particle projection shape) / (actual circumference of the particle projection shape)", and is theoretical when the circularity is 1. Become a true sphere.
炭素質材料の粒径が3〜40μmの範囲にある粒子の円形度は1に近いほど望ましく、また、0.1以上が好ましく、中でも0.5以上が好ましく、0.8以上がより好ましく、0.85以上がさらに好ましく、0.9以上が特に好ましい。高電流密度充放電特性は、円形度が大きいほど向上する。従って、円形度が上記範囲を下回ると、負極活物質の充填性が低下し、粒子間の抵抗が増大して、短時間高電流密度充放電特性が低下する場合がある。 The circularity of the particles in which the particle size of the carbonaceous material is in the range of 3 to 40 μm is preferably as close to 1 as it is, preferably 0.1 or more, particularly preferably 0.5 or more, and more preferably 0.8 or more. 0.85 or more is more preferable, and 0.9 or more is particularly preferable. The high current density charge / discharge characteristics improve as the circularity increases. Therefore, when the circularity is less than the above range, the filling property of the negative electrode active material is lowered, the resistance between the particles is increased, and the high current density charge / discharge characteristics for a short time may be lowered.
円形度の測定は、フロー式粒子像分析装置(例えば、シスメックス社製FPIA)を用いて行う。試料約0.2gを、界面活性剤であるポリオキシエチレン(20)ソルビタンモノラウレートの0.2質量%水溶液(約50mL)に分散させ、28kHzの超音波を出力60Wで1分間照射した後、検出範囲を0.6〜400μmに指定し、粒径が3〜40μmの範囲の粒子について測定する。 The circularity is measured using a flow-type particle image analyzer (for example, FPIA manufactured by Sysmex Corporation). Approximately 0.2 g of the sample was dispersed in a 0.2 mass% aqueous solution (approximately 50 mL) of polyoxyethylene (20) sorbitan monolaurate as a surfactant, and ultrasonic waves of 28 kHz were irradiated at an output of 60 W for 1 minute. , The detection range is specified as 0.6 to 400 μm, and the measurement is performed for particles having a particle size in the range of 3 to 40 μm.
円形度を向上させる方法は、特に制限されないが、球形化処理を施して球形にしたものが、電極体にしたときの粒子間空隙の形状が整うので好ましい。球形化処理の例としては、せん断力、圧縮力を与えることによって機械的に球形に近づける方法、複数の微粒子をバインダーもしくは、粒子自身の有する付着力によって造粒する機械的・物理的処理方法等が挙げられる。 The method for improving the circularity is not particularly limited, but a sphere-shaped one is preferable because the shape of the interparticle voids when the electrode body is formed is adjusted. Examples of the spheroidizing treatment include a method of mechanically approaching a sphere by applying a shearing force and a compressive force, and a mechanical / physical treatment method of granulating a plurality of fine particles by a binder or the adhesive force of the particles themselves. Can be mentioned.
(タップ密度)
炭素質材料のタップ密度は、通常0.1g・cm−3以上であり、0.5g・cm−3以上が好ましく、0.7g・cm−3以上がさらに好ましく、1g・cm−3以上が特に好ましく、また、2g・cm−3以下が好ましく、1.8g・cm−3以下がさらに好ましく、1.6g・cm−3以下が特に好ましい。タップ密度が、上記範囲を下回ると、負極として用いた場合に充填密度が上がり難く、高容量の電池を得ることができない場合がある。また、上記範囲を上回ると、電極中の粒子間の空隙が少なくなり過ぎ、粒子間の導電性が確保され難くなり、好ましい電池特性が得られにくい場合がある。
(Tap density)
The tap density of the carbonaceous material is usually 0.1 g · cm -3 or more, preferably 0.5 g · cm -3 or more, more preferably 0.7 g · cm -3 or more, and 1 g · cm -3 or more. It is particularly preferable, 2 g · cm -3 or less is preferable, 1.8 g · cm -3 or less is further preferable, and 1.6 g · cm -3 or less is particularly preferable. If the tap density is lower than the above range, the filling density is difficult to increase when used as a negative electrode, and a high-capacity battery may not be obtained. On the other hand, if it exceeds the above range, the voids between the particles in the electrode become too small, it becomes difficult to secure the conductivity between the particles, and it may be difficult to obtain preferable battery characteristics.
タップ密度の測定は、目開き300μmの篩を通過させて、20cm3のタッピングセルに試料を落下させてセルの上端面まで試料を満たした後、粉体密度測定器(例えば、セイシン企業社製タップデンサー)を用いて、ストローク長10mmのタッピングを1000回行なって、その時の体積と試料の質量からタップ密度を算出する。 To measure the tap density, pass through a sieve with a mesh size of 300 μm, drop the sample into a tapping cell of 20 cm 3 to fill the sample up to the upper end surface of the cell, and then use a powder density measuring device (for example, manufactured by Seishin Enterprise Co., Ltd.). Using a tap denser), tapping with a stroke length of 10 mm is performed 1000 times, and the tap density is calculated from the volume at that time and the mass of the sample.
(配向比)
炭素質材料の配向比は、通常0.005以上であり、0.01以上が好ましく、0.015以上がさらに好ましく、また、通常0.67以下である。配向比が、上記範囲を下回ると、高密度充放電特性が低下する場合がある。なお、上記範囲の上限は、炭素質材料の配向比の理論上限値である。
(Orientation ratio)
The orientation ratio of the carbonaceous material is usually 0.005 or more, preferably 0.01 or more, more preferably 0.015 or more, and usually 0.67 or less. If the orientation ratio is less than the above range, the high-density charge / discharge characteristics may deteriorate. The upper limit of the above range is the theoretical upper limit of the orientation ratio of the carbonaceous material.
配向比は、試料を加圧成型してからX線回折により測定する。試料0.47gを直径17mmの成型機に充填し58.8MN・m−2で圧縮して得た成型体を、粘土を用いて測定用試料ホルダーの面と同一面になるようにセットしてX線回折を測定する。得られた炭素の(110)回折と(004)回折のピーク強度から、(110)回折ピーク強度/(004)回折ピーク強度で表わされる比を算出する。
X線回折測定条件は次の通りである。なお、「2θ」は回折角を示す。
・ターゲット:Cu(Kα線)グラファイトモノクロメーター
・スリット :
発散スリット=0.5度
受光スリット=0.15mm
散乱スリット=0.5度
・測定範囲及びステップ角度/計測時間:
(110)面:75度≦2θ≦80度 1度/60秒
(004)面:52度≦2θ≦57度 1度/60秒
The orientation ratio is measured by X-ray diffraction after pressure molding the sample. A molded product obtained by filling 0.47 g of a sample into a molding machine having a diameter of 17 mm and compressing it with 58.8 MN · m-2 was set using clay so as to be flush with the surface of the sample holder for measurement. Measure X-ray diffraction. From the peak intensities of (110) diffraction and (004) diffraction of the obtained carbon, the ratio expressed by (110) diffraction peak intensity / (004) diffraction peak intensity is calculated.
The X-ray diffraction measurement conditions are as follows. In addition, "2θ" indicates a diffraction angle.
・ Target: Cu (Kα ray) graphite monochromator ・ Slit:
Divergence slit = 0.5 degrees Light receiving slit = 0.15 mm
Scattering slit = 0.5 degrees ・ Measurement range and step angle / measurement time:
(110) Surface: 75 degrees ≤ 2θ ≤ 80 degrees 1 degree / 60 seconds (004) Surface: 52 degrees ≤ 2θ ≤ 57 degrees 1 degree / 60 seconds
(アスペクト比(粉))
炭素質材料のアスペクト比は、通常1以上、また、通常10以下であり、8以下が好ましく、5以下がさらに好ましい。アスペクト比が、上記範囲を上回ると、極板化時にスジ引きや、均一な塗布面が得られず、高電流密度充放電特性が低下する場合がある。なお、上記範囲の下限は、炭素質材料のアスペクト比の理論下限値である。
(Aspect ratio (powder))
The aspect ratio of the carbonaceous material is usually 1 or more, usually 10 or less, preferably 8 or less, and even more preferably 5 or less. If the aspect ratio exceeds the above range, streaks or a uniform coated surface cannot be obtained at the time of electrode plate formation, and the high current density charge / discharge characteristics may deteriorate. The lower limit of the above range is the theoretical lower limit of the aspect ratio of the carbonaceous material.
アスペクト比の測定は、炭素質材料の粒子を走査型電子顕微鏡で拡大観察して行う。厚さ50μm以下の金属の端面に固定した任意の50個の黒鉛粒子を選択し、それぞれについて試料が固定されているステージを回転、傾斜させて、3次元的に観察した時の炭素質材料粒子の最長となる径Aと、それと直交する最短となる径Bを測定し、A/Bの平均値を求める。 The aspect ratio is measured by magnifying and observing the particles of the carbonaceous material with a scanning electron microscope. Arbitrary 50 graphite particles fixed to the end face of a metal having a thickness of 50 μm or less are selected, and the stage on which the sample is fixed is rotated and tilted for each of them, and the carbonaceous material particles are observed three-dimensionally. The longest diameter A and the shortest diameter B orthogonal to the diameter A are measured, and the average value of A / B is obtained.
<負極の構成と作製法>
電極の製造は、本発明の効果を著しく損なわない限り、公知のいずれの方法を用いることができる。例えば、負極活物質に、バインダー、溶媒、必要に応じて、増粘剤、導電材、充填材等を加えてスラリーとし、これを集電体に塗布、乾燥した後にプレスすることによって形成することができる。
<Construction and manufacturing method of negative electrode>
Any known method can be used for producing the electrode as long as the effect of the present invention is not significantly impaired. For example, a binder, a solvent, and if necessary, a thickener, a conductive material, a filler, and the like are added to a negative electrode active material to form a slurry, which is applied to a current collector, dried, and then pressed to form a slurry. Can be done.
また、合金系材料を用いる場合には、蒸着法、スパッタ法、メッキ法等の手法により、上述の負極活物質を含有する薄膜層(負極活物質層)を形成する方法も用いられる。 When an alloy-based material is used, a method of forming a thin film layer (negative electrode active material layer) containing the above-mentioned negative electrode active material by a method such as a vapor deposition method, a sputtering method, or a plating method is also used.
(電極密度)
負極活物質を電極化した際の電極構造は特に制限されないが、集電体上に存在している負極活物質の密度は、1g・cm−3以上が好ましく、1.2g・cm−3以上がさらに好ましく、1.3g・cm−3以上が特に好ましく、また、2.2g・cm−3以下が好ましく、2.1g・cm−3以下がより好ましく、2.0g・cm−3以下がさらに好ましく、1.9g・cm−3以下が特に好ましい。集電体上に存在している負極活物質の密度が、上記範囲を上回ると、負極活物質粒子が破壊され、初期不可逆容量の増加や、集電体/負極活物質界面付近への非水系電解液の浸透性低下による高電流密度充放電特性悪化を招く場合がある。また、上記範囲を下回ると、負極活物質間の導電性が低下し、電池抵抗が増大し、単位容積当たりの容量が低下する場合がある。
(Electrode density)
The electrode structure when the negative electrode active material is converted into an electrode is not particularly limited, but the density of the negative electrode active material existing on the current collector is preferably 1 g · cm -3 or more, and 1.2 g · cm -3 or more. Is more preferable, 1.3 g · cm -3 or more is particularly preferable, 2.2 g · cm -3 or less is preferable, 2.1 g · cm -3 or less is more preferable, and 2.0 g · cm -3 or less is more preferable. More preferably, 1.9 g · cm -3 or less is particularly preferable. If the density of the negative electrode active material existing on the current collector exceeds the above range, the negative electrode active material particles are destroyed, the initial irreversible capacity increases, and the non-aqueous system near the current collector / negative electrode active material interface High current density charge / discharge characteristics may deteriorate due to a decrease in the permeability of the electrolytic solution. On the other hand, if it falls below the above range, the conductivity between the negative electrode active materials may decrease, the battery resistance may increase, and the capacity per unit volume may decrease.
〔4−3.正極〕
<正極活物質>
以下に正極に使用される正極活物質(リチウム遷移金属系化合物)について述べる。
[4-3. Positive electrode]
<Positive electrode active material>
The positive electrode active material (lithium transition metal compound) used for the positive electrode will be described below.
<リチウム遷移金属系化合物>
リチウム遷移金属系化合物とは、Liイオンを脱離、挿入することが可能な構造を有する化合物であり、例えば、硫化物やリン酸塩化合物、リチウム遷移金属複合酸化物などが挙げられる。硫化物としては、TiS2やMoS2などの二次元層状構造をもつ化合物や、一般式MexMo6S8(MeはPb,Ag,Cuをはじめとする各種遷移金属)で表される強固な三次元骨格構造を有するシュブレル化合物などが挙げられる。リン酸塩化合物としては、オリビン構造に属するものが挙げられ、一般的にはLiMePO4(Meは少なくとも1種以上の遷移金属)で表され、具体的にはLiFePO4、LiCoPO4、LiNiPO4、LiMnPO4などが挙げられる。リチウム遷移金属複合酸化物としては、三次元的拡散が可能なスピネル構造や、リチウムイオンの二次元的拡散を可能にする層状構造に属するものが挙げられる。スピネル構造を有するものは、一般的にLiMe2O4(Meは少なくとも1種以上の遷移金属)と表され、具体的にはLiMn2O4、LiCoMnO4、LiNi0.5Mn1.5O4、LiCoVO4などが挙げられる。層状構造を有するものは、一般的にLiMeO2(Meは少なくとも1種以上の遷移金属)と表される。具体的にはLiCoO2、LiNiO2、LiNi1−xCoxO2、LiNi1−x−yCoxMnyO2、LiNi0.5Mn0.5O2、Li1.2Cr0.4Mn0.4O2、Li1.2Cr0.4Ti0.4O2、LiMnO2などが挙げられる。
<Lithium transition metal compound>
The lithium transition metal compound is a compound having a structure capable of desorbing and inserting Li ions, and examples thereof include sulfides, phosphate compounds, and lithium transition metal composite oxides. As the sulfide, a compound having a two-dimensional layered structure such as TiS 2 or MoS 2 or a strong substance represented by the general formula Me x Mo 6 S 8 (Me is various transition metals including Pb, Ag, Cu). Examples thereof include a sulphide compound having a three-dimensional skeletal structure. Examples of the phosphate compound include those belonging to the olivine structure, which are generally represented by LiMePO 4 (Me is at least one transition metal), and specifically, LiFePO 4 , LiCoPO 4 , LiNiPO 4 , Examples thereof include LiMnPO 4. Examples of the lithium transition metal composite oxide include those belonging to a spinel structure capable of three-dimensional diffusion and a layered structure capable of two-dimensional diffusion of lithium ions. Those having a spinel structure are generally represented as LiMe 2 O 4 (Me is at least one transition metal), and specifically, LiMn 2 O 4 , LiCo MnO 4 , LiNi 0.5 Mn 1.5 O. 4 , LiCoVO 4 and the like can be mentioned. Those having a layered structure are generally represented as LiMeO 2 (Me is at least one transition metal). Specifically, LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiNi 1-x Co x O 2 , LiNi 1-x-y Co x Mn y O 2 , LiNi 0.5 Mn 0.5 O 2 , Li 1.2 Cr 0. 4 Mn 0.4 O 2, Li 1.2 Cr 0.4 Ti 0.4 O 2, such as LiMnO 2 and the like.
(組成)
また、リチウム含有遷移金属化合物は、例えば、下記組成式(A)または(B)で示されるリチウム遷移金属系化合物であることが挙げられる。
(composition)
Further, the lithium-containing transition metal compound may be, for example, a lithium transition metal compound represented by the following composition formula (A) or (B).
1)下記組成式(A)で示されるリチウム遷移金属系化合物である場合
Li1+xMO2 ・・・(A)
ただし、xは通常0以上、0.5以下である。Mは、Ni及びMn、或いは、Ni、Mn及びCoから構成される元素であり、Mn/Niモル比は通常0.1以上、5以下である。Ni/Mモル比は通常0以上、0.5以下である。Co/Mモル比は通常0以上、0.5以下である。なお、xで表されるLiのリッチ分は、遷移金属サイトMに置換している場合もある。
1) In the case of a lithium transition metal compound represented by the following composition formula (A) Li 1 + x MO 2 ... (A)
However, x is usually 0 or more and 0.5 or less. M is an element composed of Ni and Mn, or Ni, Mn and Co, and the Mn / Ni molar ratio is usually 0.1 or more and 5 or less. The Ni / M molar ratio is usually 0 or more and 0.5 or less. The Co / M molar ratio is usually 0 or more and 0.5 or less. The rich portion of Li represented by x may be replaced with the transition metal site M.
なお、上記組成式(A)においては、酸素量の原子比は便宜上2と記載しているが、多少の不定比性があってもよい。また、上記組成式中のxは、リチウム遷移金属系化合物の製造段階での仕込み組成である。通常、市場に出回る電池は、電池を組み立てた後に、エージングを行っている。そのため、充放電に伴い、正極のLi量は欠損している場合がある。その場合、組成分析上、3Vまで放電した場合のxが−0.65以上、1以下に測定されることがある。 In the above composition formula (A), the atomic ratio of the amount of oxygen is described as 2 for convenience, but there may be some non-stoichiometric ratio. Further, x in the above composition formula is a charged composition at the production stage of the lithium transition metal compound. Batteries on the market are usually aged after the batteries are assembled. Therefore, the amount of Li in the positive electrode may be missing due to charging and discharging. In that case, in composition analysis, x when discharged to 3 V may be measured to be −0.65 or more and 1 or less.
また、リチウム遷移金属系化合物は、正極活物質の結晶性を高めるために酸素含有ガス雰囲気下で高温焼成を行って焼成されたものが電池特性に優れる。 Further, the lithium transition metal-based compound is excellent in battery characteristics when it is fired by performing high-temperature firing in an oxygen-containing gas atmosphere in order to enhance the crystallinity of the positive electrode active material.
さらに、組成式(A)で示されるリチウム遷移金属系化合物は、以下一般式(A’)のとおり、213層と呼ばれるLi2MO3との固溶体であってもよい。
αLi2MO3・(1−α)LiM’O2・・・(A’)
Further, the lithium transition metal compound represented by the composition formula (A) may be a solid solution with Li 2 MO 3 called a 213 layer as shown in the general formula (A') below.
αLi 2 MO 3・ (1-α) LiM'O 2 ... (A')
一般式中、αは、0<α<1を満たす数である。
Mは、平均酸化数が4+である少なくとも一種の金属元素であり、具体的には、Mn、Zr、Ti、Ru、Re及びPtからなる群より選択される少なくとも一種の金属元素である。
In the general formula, α is a number satisfying 0 <α <1.
M is at least one metallic element average oxidation number of 4 +, specifically, at least one metal element Mn, Zr, Ti, Ru, selected from the group consisting of Re and Pt.
M’は、平均酸化数が3+である少なくとも一種の金属元素であり、好ましくは、V、Mn、Fe、Co及びNiからなる群より選択される少なくとも一種の金属元素であり、より好ましくは、Mn、Co及びNiからなる群より選択される少なくとも一種の金属元素である。 M 'is at least one metallic element average oxidation number of 3 +, preferably, V, Mn, Fe, at least one metallic element selected from the group consisting of Co and Ni, more preferably , Mn, Co and Ni, at least one metal element selected from the group.
2)下記一般式(B)で表されるリチウム遷移金属系化合物である場合
Li[LiaMbMn2−b−a]O4+δ・・・(B)
ただし、Mは、Ni、Cr、Fe、Co、Cu、Zr、Al及びMgから選ばれる遷移金属のうちの少なくとも1種から構成される元素である。
2) In the case of a lithium transition metal compound represented by the following general formula (B) Li [Li a M b Mn 2-ba ] O 4 + δ ... (B)
However, M is an element composed of at least one of transition metals selected from Ni, Cr, Fe, Co, Cu, Zr, Al and Mg.
bの値は通常0.4以上、0.6以下である。
bの値がこの範囲であれば、リチウム遷移金属系化合物における単位重量当たりのエネルギー密度が高い。
The value of b is usually 0.4 or more and 0.6 or less.
When the value of b is in this range, the energy density per unit weight of the lithium transition metal compound is high.
また、aの値は通常0以上、0.3以下である。また、上記組成式中のaは、リチウム遷移金属系化合物の製造段階での仕込み組成である。通常、市場に出回る電池は、電池を組み立てた後に、エージングを行っている。そのため、充放電に伴い、正極のLi量は欠損している場合がある。その場合、組成分析上、3Vまで放電した場合のaが−0.65以上、1以下に測定されることがある。 Further, the value of a is usually 0 or more and 0.3 or less. Further, a in the above composition formula is a charged composition at the production stage of the lithium transition metal compound. Batteries on the market are usually aged after the batteries are assembled. Therefore, the amount of Li in the positive electrode may be missing due to charging and discharging. In that case, in composition analysis, a when discharged to 3 V may be measured to be −0.65 or more and 1 or less.
aの値がこの範囲であれば、リチウム遷移金属系化合物における単位重量当たりのエネルギー密度を大きく損なわず、かつ、良好な負荷特性が得られる。 When the value of a is in this range, the energy density per unit weight of the lithium transition metal compound is not significantly impaired, and good load characteristics can be obtained.
さらに、δの値は通常±0.5の範囲である。
δの値がこの範囲であれば、結晶構造としての安定性が高く、このリチウム遷移金属系化合物を用いて作製した電極を有する電池のサイクル特性や高温保存が良好である。
Further, the value of δ is usually in the range of ± 0.5.
When the value of δ is in this range, the stability as a crystal structure is high, and the cycle characteristics and high-temperature storage of a battery having an electrode manufactured by using this lithium transition metal compound are good.
ここでリチウム遷移金属系化合物の組成であるリチウムニッケルマンガン系複合酸化物におけるリチウム組成の化学的な意味について、以下により詳細に説明する。 Here, the chemical meaning of the lithium composition in the lithium nickel-manganese-based composite oxide, which is the composition of the lithium transition metal-based compound, will be described in more detail below.
上記リチウム遷移金属系化合物の組成式のa,bを求めるには、各遷移金属とリチウムを誘導結合プラズマ発光分光分析装置(ICP−AES)で分析して、Li/Ni/Mnの比を求めることで計算される。 To determine the composition formulas a and b of the lithium transition metal compound, each transition metal and lithium are analyzed by an inductively coupled plasma emission spectrophotometer (ICP-AES) to determine the ratio of Li / Ni / Mn. It is calculated by.
構造的視点では、aに係るリチウムは、同じ遷移金属サイトに置換されて入っていると考えられる。ここで、aに係るリチウムによって、電荷中性の原理によりMとマンガンの平均価数が3.5価より大きくなる。 From a structural point of view, it is considered that the lithium related to a is replaced with the same transition metal site. Here, due to the lithium related to a, the average valence of M and manganese becomes larger than 3.5 valence due to the principle of charge neutrality.
また、上記リチウム遷移金属系化合物は、フッ素置換されていてもよく、LiMn2O4‐xF2xと表記される。 Further, the lithium transition metal-based compound may be fluorine-substituted and is described as LiMn 2 O 4-x F 2x .
(ブレンド)
上記の組成のリチウム遷移金属系化合物の具体例としては、例えば、Li1+xNi0.5Mn0.5O2、Li1+xNi0.85Co0.10Al0.05O2、Li1+xNi0.33Mn0.33Co0.33O2、Li1+xNi0.45Mn0.45Co0.1O2、Li1+xMn1.8Al0.2O4、Li1+xMn1.5Ni0.5O4等が挙げられる。これらのリチウム遷移金属系化合物は、一種を単独で用いてもよく、二種以上をブレンドして用いてもよい。
(blend)
Specific examples of the lithium transition metal-based compound having the above composition include, for example, Li 1 + x Ni 0.5 Mn 0.5 O 2 , Li 1 + x Ni 0.85 Co 0.10 Al 0.05 O 2 , Li 1 + x Ni. 0.33 Mn 0.33 Co 0.33 O 2 , Li 1 + x Ni 0.45 Mn 0.45 Co 0.1 O 2 , Li 1 + x Mn 1.8 Al 0.2 O 4 , Li 1 + x Mn 1.5 Examples include Ni 0.5 O 4 and the like. These lithium transition metal compounds may be used alone or in combination of two or more.
(異元素導入)
また、リチウム遷移金属系化合物は、異元素が導入されてもよい。異元素としては、B,Na,Mg,Al,K,Ca,Ti,V,Cr,Fe,Cu,Zn,Sr,Y,Zr,Nb,Ru,Rh,Pd,Ag,In,Sb,Te,Ba,Ta,Mo,W,Re,Os,Ir,Pt,Au,Pb,La,Ce,Pr,Nd,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu,Bi,N,F,S,Cl,Br,I,As,Ge,P,Pb,Sb,Si及びSnの何れか1種以上の中から選択される。これらの異元素は、リチウム遷移金属系化合物の結晶構造内に取り込まれていてもよく、あるいは、リチウム遷移金属系化合物の結晶構造内に取り込まれず、その粒子表面や結晶粒界などに単体もしくは化合物として偏在していてもよい。
(Introduction of different elements)
Further, a foreign element may be introduced into the lithium transition metal compound. Different elements include B, Na, Mg, Al, K, Ca, Ti, V, Cr, Fe, Cu, Zn, Sr, Y, Zr, Nb, Ru, Rh, Pd, Ag, In, Sb, Te. , Ba, Ta, Mo, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Pb, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Bi , N, F, S, Cl, Br, I, As, Ge, P, Pb, Sb, Si and Sn. These different elements may be incorporated into the crystal structure of the lithium transition metal compound, or may not be incorporated into the crystal structure of the lithium transition metal compound, and may be a simple substance or a compound on the particle surface or grain boundaries thereof. It may be unevenly distributed.
<リチウム二次電池用正極の構成と作製法>
リチウム二次電池用正極は、上述のリチウム二次電池正極材料用リチウム遷移金属系化合物粉体及び結着剤を含有する正極活物質層を集電体上に形成してなるものである。
正極活物質層は、通常、正極材料と結着剤と更に必要に応じて用いられる導電材及び増粘剤等を、乾式で混合してシート状にしたものを正極集電体に圧着するか、或いはこれらの材料を液体媒体中に溶解又は分散させてスラリー状にして、正極集電体に塗布、乾燥することにより作製される。
<Construction and manufacturing method of positive electrode for lithium secondary battery>
The positive electrode for a lithium secondary battery is formed by forming a positive electrode active material layer containing the above-mentioned lithium transition metal compound powder for a positive electrode material for a lithium secondary battery and a binder on a current collector.
As the positive electrode active material layer, a positive electrode material, a binder, a conductive material and a thickener, which are usually used as needed, and the like are mixed in a dry manner to form a sheet, which is then pressure-bonded to the positive electrode current collector. Alternatively, these materials are dissolved or dispersed in a liquid medium to form a slurry, which is applied to a positive electrode current collector and dried.
正極集電体の材質としては、通常、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケルメッキ、チタン、タンタル等の金属材料や、カーボンクロス、カーボンペーパー等の炭素材料が用いられる。また、形状としては、金属材料の場合、金属箔、金属円柱、金属コイル、金属板、金属薄膜、エキスパンドメタル、パンチメタル、発泡メタル等が、炭素材料の場合、炭素板、炭素薄膜、炭素円柱等が挙げられる。なお、薄膜は適宜メッシュ状に形成してもよい。 As the material of the positive electrode current collector, a metal material such as aluminum, stainless steel, nickel plating, titanium, or tantalum, or a carbon material such as carbon cloth or carbon paper is usually used. As for the shape, in the case of a metal material, a metal foil, a metal cylinder, a metal coil, a metal plate, a metal thin film, an expanded metal, a punch metal, a foam metal, etc., and in the case of a carbon material, a carbon plate, a carbon thin film, a carbon column. And so on. The thin film may be formed in a mesh shape as appropriate.
正極集電体として薄膜を使用する場合、その厚さは任意であるが、通常1μm以上、100mm以下の範囲が好適である。上記範囲よりも薄いと、集電体として必要な強度が不足する可能性がある一方で、上記範囲よりも厚いと、取り扱い性が損なわれる可能性がある。 When a thin film is used as the positive electrode current collector, its thickness is arbitrary, but it is usually preferably in the range of 1 μm or more and 100 mm or less. If it is thinner than the above range, the strength required for the current collector may be insufficient, while if it is thicker than the above range, the handleability may be impaired.
正極活物質層の製造に用いる結着剤としては、特に限定されず、塗布法の場合は、電極製造時に用いる液体媒体に対して安定な材料であればよいが、具体例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリメチルメタクリレート、芳香族ポリアミド、セルロース、ニトロセルロース等の樹脂系高分子、SBR(スチレン・ブタジエンゴム)、NBR(アクリロニトリル・ブタジエンゴム)、フッ素ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム等のゴム状高分子、スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体及びその水素添加物、EPDM(エチレン・プロピレン・ジエン三元共重合体)、スチレン・エチレン・ブタジエン・エチレン共重合体、スチレン・イソプレンスチレンブロック共重合体及びその水素添加物等の熱可塑性エラストマー状高分子、シンジオタクチック−1,2−ポリブタジエン、ポリ酢酸ビニル、エチレン・酢酸ビニル共重合体、プロピレン・α−オレフィン共重合体等の軟質樹脂状高分子、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素化ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン・エチレン共重合体等のフッ素系高分子、アルカリ金属イオン(特にリチウムイオン)のイオン伝導性を有する高分子組成物等が挙げられる。なお、これらの物質は、1種を単独で用いても良く、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。 The binder used in the production of the positive electrode active material layer is not particularly limited, and in the case of the coating method, any material that is stable to the liquid medium used in the production of the electrode may be used. Resin-based polymers such as polypropylene, polyethylene terephthalate, polymethyl methacrylate, aromatic polyamide, cellulose, nitrocellulose, SBR (styrene-butadiene rubber), NBR (acrylonitrile-butadiene rubber), fluororubber, isoprene rubber, butadiene rubber, ethylene -Rubber polymer such as propylene rubber, styrene-butadiene-styrene block copolymer and its hydrogen additive, EPDM (ethylene-propylene-diene ternary copolymer), styrene-ethylene-butadiene-ethylene copolymer, Thermoplastic elastomeric polymers such as styrene / isoprene styrene block copolymer and its hydrogenated additives, syndiotactic-1,2-polybutadiene, polyvinyl acetate, ethylene / vinyl acetate copolymer, propylene / α-olefin Soft resinous polymers such as polymers, fluoropolymers such as polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, fluorinated polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene / ethylene copolymer, and alkali metal ions (particularly lithium ions) Examples thereof include a polymer composition having ionic conductivity. In addition, as these substances, 1 type may be used alone, and 2 or more types may be used together in arbitrary combinations and ratios.
正極活物質層中の結着剤の割合は、通常0.1質量%以上、80質量%以下である。結着剤の割合が低すぎると、正極活物質を十分保持できずに正極の機械的強度が不足し、サイクル特性等の電池性能を悪化させてしまう可能性がある一方で、高すぎると、電池容量や導電性の低下につながる可能性がある。 The proportion of the binder in the positive electrode active material layer is usually 0.1% by mass or more and 80% by mass or less. If the proportion of the binder is too low, the positive electrode active material cannot be sufficiently retained and the mechanical strength of the positive electrode is insufficient, which may deteriorate the battery performance such as cycle characteristics. On the other hand, if it is too high, It may lead to a decrease in battery capacity and conductivity.
正極活物質層には、通常、導電性を高めるために導電材を含有させる。その種類に特に制限はないが、具体例としては、銅、ニッケル等の金属材料や、天然黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛(グラファイト)、アセチレンブラック等のカーボンブラック、ニードルコークス等の無定形炭素等の炭素材料などを挙げることができる。なお、これらの物質は、1種を単独で用いても良く、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。正極活物質層中の導電材の割合は、通常0.01質量%以上、50質量%以下である。導電材の割合が低すぎると導電性が不十分になることがあり、逆に高すぎると電池容量が低下することがある。 The positive electrode active material layer usually contains a conductive material in order to increase conductivity. The type is not particularly limited, but specific examples include metallic materials such as copper and nickel, graphite (graphite) such as natural graphite and artificial graphite, carbon black such as acetylene black, and amorphous carbon such as needle coke. Carbon material and the like can be mentioned. In addition, as these substances, 1 type may be used alone, and 2 or more types may be used together in arbitrary combinations and ratios. The ratio of the conductive material in the positive electrode active material layer is usually 0.01% by mass or more and 50% by mass or less. If the proportion of the conductive material is too low, the conductivity may be insufficient, and conversely, if it is too high, the battery capacity may decrease.
スラリーを形成するための液体媒体としては、正極材料であるリチウム遷移金属系化合物粉体、結着剤、並びに必要に応じて使用される導電材及び増粘剤を溶解又は分散することが可能な溶媒であれば、その種類に特に制限はなく、水系溶媒と有機系溶媒のどちらを用いてもよい。水系溶媒の例としては水、アルコールなどが挙げられ、有機系溶媒の例としてはN−メチルピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、アクリル酸メチル、ジエチルトリアミン、N,N−ジメチルアミノプロピルアミン、エチレンオキシド、テトラヒドロフラン(THF)、トルエン、アセトン、ジメチルエーテル、ジメチルアセタミド、ヘキサメチルホスファルアミド、ジメチルスルホキシド、ベンゼン、キシレン、キノリン、ピリジン、メチルナフタレン、ヘキサン等を挙げることができる。特に水系溶媒を用いる場合、増粘剤に併せて分散剤を加え、SBR等のラテックスを用いてスラリー化する。なお、これらの溶媒は、1種を単独で用いても良く、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。 As the liquid medium for forming the slurry, a lithium transition metal compound powder as a positive electrode material, a binder, and a conductive material and a thickener used as needed can be dissolved or dispersed. The type of solvent is not particularly limited, and either an aqueous solvent or an organic solvent may be used. Examples of aqueous solvents include water and alcohol, and examples of organic solvents include N-methylpyrrolidone (NMP), dimethylformamide, dimethylacetamide, methylethylketone, cyclohexanone, methyl acetate, methyl acrylate, diethyltriamine, N. , N-dimethylaminopropylamine, ethylene oxide, tetrahydrofuran (THF), toluene, acetone, dimethyl ether, dimethylacetamide, hexamethylphosphalamide, dimethyl sulfoxide, benzene, xylene, quinoline, pyridine, methylnaphthalene, hexane, etc. be able to. In particular, when an aqueous solvent is used, a dispersant is added together with the thickener, and a latex such as SBR is used to make a slurry. As these solvents, one type may be used alone, or two or more types may be used in any combination and ratio.
正極活物質層中の正極材料としてのリチウム遷移金属系化合物粉体の含有割合は、通常10質量%以上、99.9質量%以下である。正極活物質層中のリチウム遷移金属系化合物粉体の割合が多すぎると正極の強度が不足する傾向にあり、少なすぎると容量の面で不十分となることがある。 The content ratio of the lithium transition metal compound powder as the positive electrode material in the positive electrode active material layer is usually 10% by mass or more and 99.9% by mass or less. If the proportion of the lithium transition metal compound powder in the positive electrode active material layer is too large, the strength of the positive electrode tends to be insufficient, and if it is too small, the capacity may be insufficient.
また、正極活物質層の厚さは、通常10〜200μm程度である。
正極のプレス後の電極密度としては、通常、2.2g/cm3以上、4.2g/cm3以下である。
The thickness of the positive electrode active material layer is usually about 10 to 200 μm.
The electrode density of the positive electrode after pressing is usually 2.2 g / cm 3 or more and 4.2 g / cm 3 or less.
なお、塗布、乾燥によって得られた正極活物質層は、正極活物質の充填密度を上げるために、ローラープレス等により圧密化することが好ましい。 The positive electrode active material layer obtained by coating and drying is preferably consolidated by a roller press or the like in order to increase the packing density of the positive electrode active material.
〔4−4.セパレータ〕
正極と負極との間には、短絡を防止するために、通常はセパレータを介在させる。この場合、本発明の非水系電解液は、通常はこのセパレータに含浸させて用いる。
[4-4. Separator]
A separator is usually interposed between the positive electrode and the negative electrode to prevent a short circuit. In this case, the non-aqueous electrolyte solution of the present invention is usually used by impregnating this separator.
セパレータの材料や形状については特に制限されず、本発明の効果を著しく損なわない限り、公知のものを任意に採用することができる。中でも、本発明の非水系電解液に対し安定な材料で形成された、樹脂、ガラス繊維、無機物等が用いられ、保液性に優れた多孔性シート又は不織布状の形態の物等を用いるのが好ましい。 The material and shape of the separator are not particularly limited, and any known separator can be used as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. Among them, resins, glass fibers, inorganic substances and the like formed of a material stable to the non-aqueous electrolyte solution of the present invention are used, and a porous sheet or a non-woven fabric-like material having excellent liquid retention property is used. Is preferable.
樹脂、ガラス繊維セパレータの材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、芳香族ポリアミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルスルホン、ガラスフィルター等を用いることができる。中でも好ましくはガラスフィルター、ポリオレフィンであり、さらに好ましくはポリオレフィンである。これらの材料は1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。 As the material of the resin and the glass fiber separator, for example, polyolefins such as polyethylene and polypropylene, aromatic polyamides, polytetrafluoroethylene, polyether sulfone, glass filters and the like can be used. Of these, glass filters and polyolefins are preferable, and polyolefins are more preferable. One of these materials may be used alone, or two or more of these materials may be used in any combination and ratio.
セパレータの厚さは任意であるが、通常1μm以上であり、5μm以上が好ましく、10μm以上がさらに好ましく、また、通常50μm以下であり、40μm以下が好ましく、30μm以下がさらに好ましい。セパレータが、上記範囲より薄過ぎると、絶縁性や機械的強度が低下する場合がある。また、上記範囲より厚過ぎると、レート特性等の電池性能が低下する場合があるばかりでなく、非水系電解液二次電池全体としてのエネルギー密度が低下する場合がある。 The thickness of the separator is arbitrary, but is usually 1 μm or more, preferably 5 μm or more, further preferably 10 μm or more, and usually 50 μm or less, preferably 40 μm or less, further preferably 30 μm or less. If the separator is too thin than the above range, the insulating property and mechanical strength may decrease. Further, if it is too thick than the above range, not only the battery performance such as rate characteristics may be deteriorated, but also the energy density of the non-aqueous electrolyte secondary battery as a whole may be lowered.
さらに、セパレータとして多孔性シートや不織布等の多孔質のものを用いる場合、セパレータの空孔率は任意であるが、通常20%以上であり、35%以上が好ましく、45%以上がさらに好ましく、また、通常90%以下であり、85%以下が好ましく、75%以下がさらに好ましい。空孔率が、上記範囲より小さ過ぎると、膜抵抗が大きくなってレート特性が悪化する傾向がある。また、上記範囲より大き過ぎると、セパレータの機械的強度が低下し、絶縁性が低下する傾向にある。 Further, when a porous material such as a porous sheet or a non-woven fabric is used as the separator, the porosity of the separator is arbitrary, but is usually 20% or more, preferably 35% or more, still more preferably 45% or more. Further, it is usually 90% or less, preferably 85% or less, and more preferably 75% or less. If the porosity is too small than the above range, the film resistance tends to increase and the rate characteristics tend to deteriorate. On the other hand, if it is larger than the above range, the mechanical strength of the separator tends to decrease, and the insulating property tends to decrease.
また、セパレータの平均孔径も任意であるが、通常0.5μm以下であり、0.2μm以下が好ましく、また、通常0.05μm以上である。平均孔径が、上記範囲を上回ると、短絡が生じ易くなる。また、上記範囲を下回ると、膜抵抗が大きくなりレート特性が低下する場合がある。 The average pore size of the separator is also arbitrary, but is usually 0.5 μm or less, preferably 0.2 μm or less, and usually 0.05 μm or more. If the average pore diameter exceeds the above range, a short circuit is likely to occur. Further, if it falls below the above range, the film resistance may increase and the rate characteristics may deteriorate.
一方、無機物の材料としては、例えば、アルミナや二酸化ケイ素等の酸化物、窒化アルミや窒化ケイ素等の窒化物、硫酸バリウムや硫酸カルシウム等の硫酸塩が用いられ、粒子形状もしくは繊維形状のものが用いられる。 On the other hand, as the inorganic material, for example, oxides such as alumina and silicon dioxide, nitrides such as aluminum nitride and silicon nitride, and sulfates such as barium sulfate and calcium sulfate are used, and those having a particle shape or a fiber shape are used. Used.
形態としては、不織布、織布、微多孔性フィルム等の薄膜形状のものが用いられる。薄膜形状では、孔径が0.01〜1μm、厚さが5〜50μmのものが好適に用いられる。上記の独立した薄膜形状以外に、樹脂製の結着材を用いて上記無機物の粒子を含有する複合多孔層を正極及び/又は負極の表層に形成させてなるセパレータを用いることができる。例えば、正極の両面に90%粒径が1μm未満のアルミナ粒子を、フッ素樹脂を結着材として多孔層を形成させることが挙げられる。 As the form, a thin film such as a non-woven fabric, a woven cloth, or a microporous film is used. As the thin film shape, a thin film having a pore diameter of 0.01 to 1 μm and a thickness of 5 to 50 μm is preferably used. In addition to the above-mentioned independent thin film shape, a separator formed by forming a composite porous layer containing the above-mentioned inorganic particles on the surface layer of the positive electrode and / or the negative electrode by using a resin binder can be used. For example, alumina particles having a 90% particle size of less than 1 μm are formed on both sides of the positive electrode by using a fluororesin as a binder to form a porous layer.
セパレータの非電解液二次電池における特性を、ガーレ値で把握することができる。ガーレ値とは、フィルム厚さ方向の空気の通り抜け難さを示し、100mlの空気が該フィルムを通過するのに必要な秒数で表されるため、数値が小さい方が通り抜け易く、数値が大きい方が通り抜け難いことを意味する。すなわち、その数値が小さい方がフィルムの厚さ方向の連通性が良いことを意味し、その数値が大きい方がフィルムの厚さ方向の連通性が悪いことを意味する。連通性とは、フィルム厚さ方向の孔のつながり度合いである。本発明のセパレータのガーレ値が低ければ、様々な用途に使用することが出来る。例えば非水系リチウム二次電池のセパレータとして使用した場合、ガーレ値が低いということは、リチウムイオンの移動が容易であることを意味し、電池性能に優れるため好ましい。セパレータのガーレ値は、任意ではあるが、好ましくは10〜1000秒/100mlであり、より好ましくは15〜800秒/100mlであり、更に好ましくは20〜500秒/100mlである。ガーレ値が1000秒/100ml以下であれば、実質的には電気抵抗が低く、セパレータとしては好ましい。 The characteristics of the separator in the non-electrolyte liquid secondary battery can be grasped by the galley value. The gullet value indicates the difficulty of passing air in the film thickness direction, and is represented by the number of seconds required for 100 ml of air to pass through the film. Therefore, the smaller the value, the easier it is to pass through, and the larger the value. It means that it is harder to pass through. That is, the smaller the value, the better the communication in the thickness direction of the film, and the larger the value, the poor the communication in the thickness direction of the film. The communication property is the degree of connection of holes in the film thickness direction. If the galley value of the separator of the present invention is low, it can be used for various purposes. For example, when used as a separator for a non-aqueous lithium secondary battery, a low galley value means that lithium ions can be easily transferred, which is preferable because the battery performance is excellent. The galley value of the separator is arbitrary, but is preferably 10 to 1000 seconds / 100 ml, more preferably 15 to 800 seconds / 100 ml, and even more preferably 20 to 500 seconds / 100 ml. When the galley value is 1000 seconds / 100 ml or less, the electrical resistance is substantially low, which is preferable as a separator.
〔4−5.電池設計〕
<電極群>
電極群は、上記の正極板と負極板とを上記のセパレータを介してなる積層構造のもの、及び上記の正極板と負極板とを上記のセパレータを介して渦巻き状に捲回した構造のもののいずれでもよい。電極群の体積が電池内容積に占める割合(以下、電極群占有率と称する)は、通常40%以上であり、50%以上が好ましく、また、通常90%以下であり、80%以下が好ましい。
[4-5. Battery design]
<Electrode group>
The electrode group has a laminated structure in which the positive electrode plate and the negative electrode plate are formed through the separator, and a structure in which the positive electrode plate and the negative electrode plate are spirally wound through the separator. Either may be used. The ratio of the volume of the electrode group to the internal volume of the battery (hereinafter referred to as the electrode group occupancy rate) is usually 40% or more, preferably 50% or more, and usually 90% or less, preferably 80% or less. ..
電極群占有率が、上記範囲を下回ると、電池容量が小さくなる。また、上記範囲を上回ると空隙スペースが少なく、電池が高温になることによって部材が膨張したり電解質の液成分の蒸気圧が高くなったりして内部圧力が上昇し、電池としての充放電繰り返し性能や高温保存等の諸特性を低下させたり、さらには、内部圧力を外に逃がすガス放出弁が作動する場合がある。 When the electrode group occupancy rate is less than the above range, the battery capacity becomes small. Further, if it exceeds the above range, the void space is small, and the internal pressure rises due to the expansion of the member due to the high temperature of the battery and the increase of the vapor pressure of the liquid component of the electrolyte, and the charge / discharge repeatability as a battery is repeated. In some cases, various characteristics such as high temperature storage may be deteriorated, and a gas discharge valve that releases internal pressure to the outside may operate.
<外装ケース>
外装ケースの材質は用いられる非水系電解液に対して安定な物質であれば特に制限されない。具体的には、ニッケルめっき鋼板、ステンレス、アルミニウム又はアルミニウム合金、マグネシウム合金等の金属類、又は、樹脂とアルミ箔との積層フィルム(ラミネートフィルム)が用いられる。軽量化の観点から、アルミニウム又はアルミニウム合金の金属、ラミネートフィルムが好適に用いられる。
<Exterior case>
The material of the outer case is not particularly limited as long as it is a substance stable to the non-aqueous electrolyte solution used. Specifically, a nickel-plated steel plate, stainless steel, aluminum or aluminum alloy, metals such as magnesium alloy, or a laminated film (laminated film) of resin and aluminum foil is used. From the viewpoint of weight reduction, aluminum or aluminum alloy metal or laminated film is preferably used.
金属類を用いる外装ケースでは、レーザー溶接、抵抗溶接、超音波溶接により金属同士を溶着して封止密閉構造とするもの、若しくは、樹脂製ガスケットを介して上記金属類を用いてかしめ構造とするものが挙げられる。上記ラミネートフィルムを用いる外装ケースでは、樹脂層同士を熱融着することにより封止密閉構造とするもの等が挙げられる。シール性を上げるために、上記樹脂層の間にラミネートフィルムに用いられる樹脂と異なる樹脂を介在させてもよい。特に、集電端子を介して樹脂層を熱融着して密閉構造とする場合には、金属と樹脂との接合になるので、介在する樹脂として極性基を有する樹脂や極性基を導入した変成樹脂が好適に用いられる。 In the outer case using metals, the metals are welded together by laser welding, resistance welding, or ultrasonic welding to form a sealed and sealed structure, or the above metals are used to form a caulking structure via a resin gasket. Things can be mentioned. Examples of the outer case using the above-mentioned laminated film include a case in which resin layers are heat-sealed to form a sealed and sealed structure. In order to improve the sealing property, a resin different from the resin used for the laminate film may be interposed between the resin layers. In particular, when the resin layer is heat-sealed via the current collecting terminal to form a closed structure, the metal and the resin are bonded to each other. Resin is preferably used.
<保護素子>
保護素子として、異常発熱や過大電流が流れた時に抵抗が増大するPTC(Positive Temperature Coefficient)、温度ヒューズ、サーミスター、異常発熱時に電池内部圧力や内部温度の急激な上昇により回路に流れる電流を遮断する弁(電流遮断弁)等を使用することができる。上記保護素子は高電流の通常使用で作動しない条件のものを選択することが好ましく、保護素子がなくても異常発熱や熱暴走に至らない設計にすることがより好ましい。
<Protective element>
As a protective element, PTC (Positive Temperature Coafficient), which increases resistance when abnormal heat generation or excessive current flows, a thermal fuse, thermistor, and cuts off the current flowing in the circuit due to a sudden rise in battery internal pressure or internal temperature during abnormal heat generation. A valve (current cutoff valve) or the like can be used. It is preferable to select the protective element under conditions that do not operate under normal use with a high current, and it is more preferable to design the protective element so as not to cause abnormal heat generation or thermal runaway even without the protective element.
<外装体>
本発明の非水系電解液二次電池は、通常、上記の非水系電解液、負極、正極、セパレータ等を外装体内に収納して構成される。この外装体は、特に制限されず、本発明の効果を著しく損なわない限り、公知のものを任意に採用することができる。具体的に、外装体の材質は任意であるが、通常は、例えばニッケルメッキを施した鉄、ステンレス、アルミウム又はその合金、ニッケル、チタン等が用いられる。
<Exterior body>
The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is usually configured by accommodating the above-mentioned non-aqueous electrolyte, negative electrode, positive electrode, separator and the like inside the exterior. The exterior body is not particularly limited, and any known exterior body can be used as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. Specifically, the material of the exterior body is arbitrary, but usually, for example, nickel-plated iron, stainless steel, aluminum or an alloy thereof, nickel, titanium, or the like is used.
また、外装体の形状も任意であり、例えば円筒型、角形、ラミネート型、コイン型、大型等のいずれであってもよい。 Further, the shape of the exterior body is also arbitrary, and may be any of, for example, a cylindrical type, a square type, a laminated type, a coin type, and a large size.
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明は、その要旨を超えない限り、これらの実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to these Examples as long as the gist thereof is not exceeded.
<非水系電解液の調製>
[実施例1〜5、比較例1〜3]
乾燥アルゴン雰囲気下、エチレンカーボネート(以下EC)とプロピレンカーボネート(以下PC)とエチルメチルカーボネート(以下EMC)とジエチルカーボネート(以下DEC)をそれぞれ15体積%、15体積%、40体積%、30体積%となるように混合した非水溶媒に対し、LiPF6を1.2Mとなるように溶解させた。そこに、ビニレンカーボネート(以下VC)を2質量%、アジポニトリルを1質量%加え、さらに式(1)の化合物としてイソシアヌル酸トリス(2−アクリロイルオキシエチル)を0.3質量%加えて非水系電解液を調整した。
<Preparation of non-aqueous electrolyte solution>
[Examples 1 to 5, Comparative Examples 1 to 3]
Under a dry argon atmosphere, ethylene carbonate (hereinafter EC), propylene carbonate (hereinafter PC), ethyl methyl carbonate (hereinafter EMC) and diethyl carbonate (hereinafter DEC) were added in an amount of 15% by volume, 15% by volume, 40% by volume and 30% by volume, respectively. LiPF 6 was dissolved at 1.2 M in a non-aqueous solvent mixed so as to be. To this, 2% by mass of vinylene carbonate (hereinafter referred to as VC) and 1% by mass of adiponitrile were added, and 0.3% by mass of trichloroisocyanurate (2-acryloyloxyethyl) as a compound of the formula (1) was added thereto for non-aqueous electrolysis. The liquid was adjusted.
実施例2〜5及び比較例1〜3は、実施例1と同様の方法で、下記表1で示した組成の非水系電解液を調整した。 In Examples 2 to 5 and Comparative Examples 1 to 3, the non-aqueous electrolyte solution having the composition shown in Table 1 below was prepared in the same manner as in Example 1.
<負極の作製>
負極活物質として黒鉛粉末98質量部に、増粘剤、バインダーとしてそれぞれ、カルボキシメチルセルロースナトリウムの水性ディスパージョン1質量部、及び、スチレン−ブタジエンゴムの水性ディスパージョン1質量部を加え、ディスパーザーで混合してスラリー化した。得られたスラリーを銅箔の片面に塗布して乾燥、プレスして負極を作成した。作製した負極は60℃で12時間減圧乾燥して用いた。
<Manufacturing of negative electrode>
To 98 parts by mass of graphite powder as a negative electrode active material, 1 part by mass of an aqueous dispersion of sodium carboxymethyl cellulose and 1 part by mass of an aqueous dispersion of styrene-butadiene rubber were added as a thickener and a binder, respectively, and mixed with a disperser. And made into a slurry. The obtained slurry was applied to one side of a copper foil, dried and pressed to prepare a negative electrode. The prepared negative electrode was dried under reduced pressure at 60 ° C. for 12 hours before use.
<正極の作製>
正極活物質としてコバルト酸リチウム96.8質量部に、導電助剤1.6質量部、バインダー(pVDF)1.6質量部を加え、ディスパーザーで混合してスラリー化した。得られたスラリーをアルミニウム箔の両面に塗布して乾燥、プレスして正極を作成した。作製した正極は80℃で12時間減圧乾燥して用いた。
<Preparation of positive electrode>
To 96.8 parts by mass of lithium cobalt oxide as a positive electrode active material, 1.6 parts by mass of a conductive additive and 1.6 parts by mass of a binder (pVDF) were added and mixed with a disperser to form a slurry. The obtained slurry was applied to both sides of the aluminum foil, dried and pressed to prepare a positive electrode. The prepared positive electrode was dried under reduced pressure at 80 ° C. for 12 hours before use.
<電池の作製>
上記の正極、負極、及びポリエチレン製のセパレータを、負極、セパレータ、正極、セパレータ、負極の順に積層して電池要素を作製した。この電池要素をアルミニウム(厚さ40μm)の両面を樹脂層で被覆したラミネートフィルムからなる袋内に正・負極の端子を突設させながら挿入した後、非水系電解液を袋内に0.4mL注入し、真空封止を行ない、シート状電池を作製した。更に、電極間の密着性を高めるために、ガラス板でシート状電池を挟んで加圧した。
<Battery production>
The above positive electrode, negative electrode, and polyethylene separator were laminated in this order of negative electrode, separator, positive electrode, separator, and negative electrode to prepare a battery element. After inserting this battery element into a bag made of a laminated film in which both sides of aluminum (thickness 40 μm) are coated with a resin layer while projecting the positive and negative electrode terminals, 0.4 mL of non-aqueous electrolyte solution is placed in the bag. It was injected and vacuum-sealed to prepare a sheet-shaped battery. Further, in order to improve the adhesion between the electrodes, a sheet-shaped battery was sandwiched between glass plates and pressurized.
<特性評価試験>
上記のように作製した電池を、25℃において、4.35Vまで充電し、3Vまで放電し、容量が安定するまでコンディショニングを行った。その後、4.35Vに充電した状態で60℃において14日間電池を保存し、発生したガス量を測定した。実験の結果を図1に示す。
<Characteristic evaluation test>
The battery prepared as described above was charged to 4.35 V at 25 ° C., discharged to 3 V, and conditioned until the capacity became stable. Then, the battery was stored at 60 ° C. for 14 days in a state of being charged to 4.35 V, and the amount of gas generated was measured. The results of the experiment are shown in FIG.
図1から明らかなように、本発明の電解液を使用することで、特異的にガスの発生を抑制することが可能である。すなわち、X/Yの値が0<X/Y<1.5である実施例1〜実施例5に対し、X/Yの値が0<X/Y<1.5ではない比較例1〜3では、式(1)の化合物を含有していても、ガス発生量が大きかった。これは、X/Yの値を特定にすること、すなわちエチレンカーボネートとプロピレンカーボネートの量比を特定にし、かつ式(1)の化合物を含有することで、EC、PC、式(1)の化合物が電極表面に作成する被膜が最適な形態となったため、このような効果を発現したと考えられる。 As is clear from FIG. 1, by using the electrolytic solution of the present invention, it is possible to specifically suppress the generation of gas. That is, with respect to Examples 1 to 5 in which the value of X / Y is 0 <X / Y <1.5, Comparative Examples 1 to 1 in which the value of X / Y is not 0 <X / Y <1.5. In No. 3, the amount of gas generated was large even if the compound of the formula (1) was contained. This is done by specifying the value of X / Y, that is, by specifying the amount ratio of ethylene carbonate and propylene carbonate, and by containing the compound of formula (1), EC, PC, and the compound of formula (1). However, it is considered that such an effect was exhibited because the film formed on the electrode surface became the optimum form.
[実施例2−1〜2−3、比較例2−1]
乾燥アルゴン雰囲気下、下記表2で示した組成の非水系電解液を調整した。
[Examples 2-1 to 2-3, Comparative Example 2-1]
Under a dry argon atmosphere, a non-aqueous electrolyte solution having the composition shown in Table 2 below was prepared.
電解液の調整法は実施例1と同様であり、式(1)の化合物としては、イソシアヌル酸トリス(2−アクリロイルオキシエチル)
を用いた。
The method for preparing the electrolytic solution is the same as in Example 1, and the compound of the formula (1) is trisocyanurate (2-acryloyloxyethyl).
Was used.
<電極の準備及び電池の作製>
電極の準備及び電池の作成は実施例1と同様である。
<Preparation of electrodes and manufacture of batteries>
The preparation of the electrodes and the preparation of the battery are the same as in the first embodiment.
<特性評価試験>
上記のように作製した電池を、25℃において、4.35Vまで充電し、3Vまで放電し、容量が安定するまでコンディショニングを行った。その後、4.35V充電−3V放電を1サイクルとして、45℃において300サイクルした時の、容量維持率を図2に示す。
<Characteristic evaluation test>
The battery prepared as described above was charged to 4.35 V at 25 ° C., discharged to 3 V, and conditioned until the capacity became stable. After that, FIG. 2 shows the capacity retention rate when 4.35 V charge and -3 V discharge are set as one cycle and 300 cycles are performed at 45 ° C.
図2から次のことが言える。本発明の電解液を使用した実施例2−1〜実施例2−3は比較例2−1に比べ、サイクル容量維持率が向上した。これは、ECとPCと両方含有し、両者の比率X/Yの値が特定の値であり、かつ式(1)の化合物を含有するため、EC、PC、式(1)の化合物が電極表面に作成する被膜が最適な形態となったため、このような効果を発現したと考えられる。 The following can be said from FIG. In Examples 2-1 to 2-3 using the electrolytic solution of the present invention, the cycle capacity retention rate was improved as compared with Comparative Example 2-1. This is because it contains both EC and PC, the value of the ratio X / Y of both is a specific value, and contains the compound of formula (1), so that the compound of EC, PC, and formula (1) is an electrode. It is considered that such an effect was exhibited because the film formed on the surface became the optimum form.
[実施例3−1〜3−2、比較例3−1]
乾燥アルゴン雰囲気下、下記表3で示した組成の非水系電解液を調整した。
電解液の調整法は実施例1と同様であり、式(1)の化合物としては、イソシアヌル酸トリス(2−アクリロイルオキシエチル)を用いた。
[Examples 3-1 to 2-3, Comparative Example 3-1]
Under a dry argon atmosphere, a non-aqueous electrolyte solution having the composition shown in Table 3 below was prepared.
The method for preparing the electrolytic solution was the same as in Example 1, and trichloroisocyanurate (2-acryloyloxyethyl) was used as the compound of the formula (1).
また、化合物Aは1,3−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンである。 Compound A is 1,3-bis (isocyanatomethyl) cyclohexane.
<電極の準備及び電池の作製>
電極の準備及び電池の作成は実施例1と同様である。
<Preparation of electrodes and manufacture of batteries>
The preparation of the electrodes and the preparation of the battery are the same as in the first embodiment.
<特性評価試験>
上記のように作製した電池を、25℃において、4.35Vまで充電し、3Vまで放電し、容量が安定するまでコンディショニングを行った。その後、4.35V充電−3V放電を1サイクルとして、25℃において100サイクルした時の、容量維持率を図3に示す。
<Characteristic evaluation test>
The battery prepared as described above was charged to 4.35 V at 25 ° C., discharged to 3 V, and conditioned until the capacity became stable. After that, the capacity retention rate when 4.35 V charge-3 V discharge is set as one cycle and 100 cycles are performed at 25 ° C. is shown in FIG.
図3より次のことが言える。本発明の電解液を使用した実施例3−1〜実施例3−2は比較例3−1に比べ、サイクル容量維持率が向上した。これは、ECとPCと両方含有し、両者の比率X/Yの値が特定の値であり、かつ式(1)の化合物を含有するため、EC、PC、式(1)の化合物が電極表面に作成する被膜が最適な形態となったため、このような効果を発現したと考えられる。 The following can be said from FIG. In Examples 3-1 to 3-2 using the electrolytic solution of the present invention, the cycle capacity retention rate was improved as compared with Comparative Example 3-1. This is because it contains both EC and PC, the value of the ratio X / Y of both is a specific value, and contains the compound of formula (1), so that the compound of EC, PC, and formula (1) is an electrode. It is considered that such an effect was exhibited because the film formed on the surface became the optimum form.
[実施例4−1、比較例4−1〜4−3]
乾燥アルゴン雰囲気下、ECとEMCとDECをそれぞれ30体積%、40体積%、30体積%となるように混合した非水溶媒に対し、LiPF6を1.2Mとなるように溶解させた。そこに、VCを2質量%、アジポニトリルを1質量%加えて非水系電解液を調整した。これを基準電解液4とする。
[Example 4-1 and Comparative Examples 4-1 to 4-3]
Under a dry argon atmosphere, LiPF 6 was dissolved at 1.2 M in a non-aqueous solvent in which EC, EMC and DEC were mixed so as to be 30% by volume, 40% by volume and 30% by volume, respectively. A non-aqueous electrolyte solution was prepared by adding 2% by mass of VC and 1% by mass of adiponitrile. This is designated as the reference electrolytic solution 4.
基準電解液4に対し、実施例4−1では式(1)の化合物としてイソシアヌル酸トリス(2−アクリロイルオキシエチル)を0.3質量%、PS(1,3−プロパンスルトン)を3質量%加えた電解液を使用した。比較例4−1は基準電解液4をそのまま使用した。比較例4−2は基準電解液4にイソシアヌル酸トリス(2−アクリロイルオキシエチル)を0.3質量%加えた電解液を使用した。比較例4−3は基準電解液4にPS(1,3−プロパンスルトン)を3質量%加えた電解液を使用した。 In Example 4-1 based on the reference electrolyte 4, 0.3% by mass of trichloroisocyanurate (2-acryloyloxyethyl) and 3% by mass of PS (1,3-propanesulton) were used as the compounds of the formula (1). The added electrolyte was used. In Comparative Example 4-1 the reference electrolytic solution 4 was used as it was. In Comparative Example 4-2, an electrolytic solution obtained by adding 0.3% by mass of trichloroisocyanurate (2-acryloyloxyethyl) to the reference electrolytic solution 4 was used. In Comparative Example 4-3, an electrolytic solution obtained by adding 3% by mass of PS (1,3-propane sultone) to the reference electrolytic solution 4 was used.
<電極の準備及び電池の作製>
電極の準備及び電池の作成は実施例1と同様である。
<Preparation of electrodes and manufacture of batteries>
The preparation of the electrodes and the preparation of the battery are the same as in the first embodiment.
<特性評価試験>
上記のように作製した電池を、25℃において、4.35Vまで充電し、3Vまで放電し、容量が安定するまでコンディショニングを行った。その後、4.35V充電の状態において60℃で14日間の保存試験を実施した。この時の容量残存率(保存試験後の容量/保存試験前の容量×100)を測定した。
<Characteristic evaluation test>
The battery prepared as described above was charged to 4.35 V at 25 ° C., discharged to 3 V, and conditioned until the capacity became stable. Then, a storage test was carried out at 60 ° C. for 14 days in a state of being charged at 4.35 V. The capacity residual rate at this time (capacity after storage test / capacity before storage test × 100) was measured.
試験の結果、比較例4−1(基準電解液4を使用)の容量残存率は83.12%であったのに対し、比較例4−2(式(1)の化合物のみを使用)では82.51%と容量残存率の減少が認められた。一方で、比較例4−3(PSのみを使用)の容量残存率は85.16%であったのに対し、実施例4−1(式(1)の化合物及びPSを使用)では85.29%と容量残存率の向上が認められた。これは、X/Yの値が本発明の範囲に該当しない場合、式(1)の化合物のみでは良い結果が得られないが、PSなどの特定の化合物と組み合わせることで、特性の改善が可能であることを示している。これは、X/Yの値が本発明の範囲に該当しない場合であっても、式(1)の化合物とPSなどの特定の化合物が複合して電極表面に作成する被膜が最適な形態となったため、このような効果を発現したと考えられる。 As a result of the test, the volume residual ratio of Comparative Example 4-1 (using the reference electrolyte 4) was 83.12%, whereas that of Comparative Example 4-2 (using only the compound of the formula (1)) A decrease in the capacity residual rate was observed at 82.51%. On the other hand, the volume residual rate of Comparative Example 4-3 (using only PS) was 85.16%, whereas that of Example 4-1 (using the compound of formula (1) and PS) was 85. An improvement in the capacity remaining rate was observed at 29%. This is because when the X / Y value does not fall within the scope of the present invention, good results cannot be obtained only with the compound of formula (1), but the characteristics can be improved by combining with a specific compound such as PS. It shows that. This is because even if the X / Y value does not fall within the scope of the present invention, the optimum form is a film formed on the electrode surface by combining the compound of formula (1) with a specific compound such as PS. Therefore, it is considered that such an effect was exhibited.
以上のように本発明のような、特定の条件下において、式(1)の化合物を使用することで、これまでの知見では想定し得なかったような、特異的な効果を発現し、サイクル特性や、ガス抑制、高温特性に優れた電解液及びそれを用いた電池を得ることができる。 As described above, by using the compound of the formula (1) under specific conditions as in the present invention, a specific effect that could not be assumed by the knowledge so far is exhibited, and a cycle is exhibited. It is possible to obtain an electrolytic solution having excellent characteristics, gas suppression, and high temperature characteristics, and a battery using the same.
<非水系電解液の調製>
[実施例5−1、比較例5−1〜5−2]
乾燥アルゴン雰囲気下、ECとPCとEMCとDECをそれぞれ5体積%、25体積%、40体積%、30体積%となるように混合した非水溶媒に対し、LiPF6を1.2Mとなるように溶解させた。そこに、VCを2質量%、FECを2質量%加え、さらに式(1)の化合物としてイソシアヌル酸トリス(2−アクリロイルオキシエチル)を0.5質量%加えて実施例5−1の非水系電解液を調整した。
比較例5−1では、乾燥アルゴン雰囲気下、ECとPCとEMCとDECをそれぞれ30体積%、0体積%、40体積%、30体積%となるように混合した非水溶媒に対し、LiPF6を1.2Mとなるように溶解させた。そこに、VCを2質量%、FECを2質量%加え非水系電解液を調整した。
比較例5−2では、乾燥アルゴン雰囲気下、ECとPCとEMCとDECをそれぞれ5体積%、25体積%、40体積%、30体積%となるように混合した非水溶媒に対し、LiPF6を1.2Mとなるように溶解させた。そこに、VCを2質量%、FECを2質量%加えて非水系電解液を調整した。
<Preparation of non-aqueous electrolyte solution>
[Example 5-1 and Comparative Examples 5-1 to 5-2]
In a dry argon atmosphere, LiPF 6 is 1.2 M with respect to a non-aqueous solvent in which EC, PC, EMC and DEC are mixed so as to be 5% by volume, 25% by volume, 40% by volume and 30% by volume, respectively. Was dissolved in. To this, 2% by mass of VC and 2% by mass of FEC were added, and 0.5% by mass of trichloroisocyanurate (2-acryloyloxyethyl) as a compound of the formula (1) was added thereto, and the non-aqueous system of Example 5-1 was added. The electrolyte was adjusted.
In Comparative Example 5-1, LiPF 6 was added to a non-aqueous solvent in which EC, PC, EMC, and DEC were mixed so as to be 30% by volume, 0% by volume, 40% by volume, and 30% by volume, respectively, under a dry argon atmosphere. Was dissolved to 1.2 M. A non-aqueous electrolyte solution was prepared by adding 2% by mass of VC and 2% by mass of FEC.
In Comparative Example 5-2, LiPF 6 was added to a non-aqueous solvent in which EC, PC, EMC, and DEC were mixed so as to be 5% by volume, 25% by volume, 40% by volume, and 30% by volume, respectively, under a dry argon atmosphere. Was dissolved to 1.2 M. A non-aqueous electrolyte solution was prepared by adding 2% by mass of VC and 2% by mass of FEC.
<電極の準備及び電池の作製>
電極の準備及び電池の作成は実施例1と同様である。
<Preparation of electrodes and manufacture of batteries>
The preparation of the electrodes and the preparation of the battery are the same as in the first embodiment.
<特性評価試験>
上記のように作製した電池を、25℃において、4.4Vまで充電し、3Vまで放電し、容量が安定するまでコンディショニングを行った。その後、4.4V充電の状態において60℃で14日間の連続充電試験を実施した。なお、連続充電試験とは、4.4Vの低圧充電を継続する試験の事である。この時のガス発生量を測定した。
<Characteristic evaluation test>
The battery prepared as described above was charged to 4.4 V at 25 ° C., discharged to 3 V, and conditioned until the capacity became stable. Then, a continuous charging test was carried out at 60 ° C. for 14 days in a state of being charged at 4.4 V. The continuous charge test is a test for continuing low-voltage charging of 4.4 V. The amount of gas generated at this time was measured.
試験の結果、比較例5−1のガス発生量は3.92mLであったのに対し、比較例5−2では4.14mLとガス発生量の増加が認められた。一方で、実施例5−1では3.16mLとガス発生量の減少が認められた。これは、X/Yの値が本発明の範囲に該当しても、式(1)の化合物を用いていない時には良い結果が得られないが、X/Yの値が本発明の範囲に該当し、式(1)の化合物を使用した時の特異的な効果と言える。 As a result of the test, the gas generation amount of Comparative Example 5-1 was 3.92 mL, whereas that of Comparative Example 5-2 was 4.14 mL, which was an increase in the gas generation amount. On the other hand, in Example 5-1, a decrease in gas generation amount of 3.16 mL was observed. This is because even if the value of X / Y falls within the range of the present invention, good results cannot be obtained when the compound of the formula (1) is not used, but the value of X / Y falls within the range of the present invention. However, it can be said that this is a specific effect when the compound of the formula (1) is used.
<非水系電解液の調製>
[実施例6−1、比較例6−1]
乾燥アルゴン雰囲気下、ECとPCとEMCとDECをそれぞれ5体積%、25体積%、40体積%、30体積%となるように混合した非水溶媒に対し、LiPF6を1.2Mとなるように溶解させた。そこに、VCを2質量%、さらに式(1)の化合物としてイソシアヌル酸トリス(2−アクリロイルオキシエチル)を1質量%加えて実施例6−1の非水系電解液を調整した。
比較例6−1では、乾燥アルゴン雰囲気下、ECとPCとEMCとDECをそれぞれ5体積%、25体積%、40体積%、30体積%となるように混合した非水溶媒に対し、LiPF6を1.2Mとなるように溶解させた。そこに、VCを2質量%加えて非水系電解液を調整した。
<Preparation of non-aqueous electrolyte solution>
[Example 6-1 and Comparative Example 6-1]
In a dry argon atmosphere, LiPF 6 is 1.2 M with respect to a non-aqueous solvent in which EC, PC, EMC and DEC are mixed so as to be 5% by volume, 25% by volume, 40% by volume and 30% by volume, respectively. Was dissolved in. The non-aqueous electrolyte solution of Example 6-1 was prepared by adding 2% by mass of VC and 1% by mass of trichloroisocyanurate (2-acryloyloxyethyl) as the compound of the formula (1).
In Comparative Example 6-1, LiPF 6 was added to a non-aqueous solvent in which EC, PC, EMC, and DEC were mixed so as to be 5% by volume, 25% by volume, 40% by volume, and 30% by volume, respectively, under a dry argon atmosphere. Was dissolved to 1.2 M. 2% by mass of VC was added thereto to prepare a non-aqueous electrolyte solution.
<電極の準備及び電池の作製>
電極の準備及び電池の作成は実施例1と同様である。
<Preparation of electrodes and manufacture of batteries>
The preparation of the electrodes and the preparation of the battery are the same as in the first embodiment.
<特性評価試験>
上記のように作製した電池を、25℃において、4.4Vまで充電し、3Vまで放電し、容量が安定するまでコンディショニングを行った。その後、4.4V充電と3V放電を45℃で700回繰り返すサイクル試験を実施し、この時のサイクル容量維持率(%)を求めた。
<Characteristic evaluation test>
The battery prepared as described above was charged to 4.4 V at 25 ° C., discharged to 3 V, and conditioned until the capacity became stable. Then, a cycle test was carried out in which 4.4 V charge and 3 V discharge were repeated 700 times at 45 ° C., and the cycle capacity retention rate (%) at this time was determined.
試験の結果、比較例6−1ではサイクル容量維持率が54.5%であったのに対し、実施例6−1ではサイクル容量維持率が57.9%と改善効果が認められた。 As a result of the test, the cycle capacity retention rate was 54.5% in Comparative Example 6-1 and the cycle capacity retention rate was 57.9% in Example 6-1, showing an improvement effect.
これらの実験結果より、本発明の非水系電解液を用いることで、ガス発生抑制や低抵抗などの特性に優れた電池が得ることができた。 From these experimental results, it was possible to obtain a battery having excellent characteristics such as suppression of gas generation and low resistance by using the non-aqueous electrolyte solution of the present invention.
本発明の非水系電解液によれば、非水系電解液二次電池の電解液の分解を抑制し、電池を高温環境下で使用した際にガス発生及び電池の劣化を抑制すると共に高エネルギー密度の非水系電解液二次電池を製造することができる。従って、非水系電解液二次電池が用いられる電子機器等の各種の分野において好適に利用できる。 According to the non-aqueous electrolyte solution of the present invention, decomposition of the electrolyte solution of the non-aqueous electrolyte secondary battery is suppressed, gas generation and deterioration of the battery are suppressed when the battery is used in a high temperature environment, and high energy density is suppressed. Non-aqueous electrolyte secondary battery can be manufactured. Therefore, it can be suitably used in various fields such as electronic devices in which a non-aqueous electrolyte secondary battery is used.
本発明の非水系電解液二次電池の用途は特に限定されず、公知の各種の用途に用いることが可能である。具体例としては、ノートパソコン、ペン入力パソコン、モバイルパソコン、電子ブックプレーヤー、携帯電話、携帯ファックス、携帯コピー、携帯プリンター、ヘッドフォンステレオ、ビデオムービー、液晶テレビ、ハンディークリーナー、ポータブルCD、ミニディスク、トランシーバー、電子手帳、電卓、メモリーカード、携帯テープレコーダー、ラジオ、バックアップ電源、モーター、自動車、バイク、原動機付自転車、自転車、照明器具、玩具、ゲーム機器、時計、電動工具、ストロボ、カメラ、家庭用大型蓄電池等を挙げることができる。 The application of the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is not particularly limited, and it can be used in various known applications. Specific examples include laptops, pen input computers, mobile computers, electronic book players, mobile phones, mobile faxes, mobile copies, mobile printers, headphone stereos, video movies, LCD TVs, handy cleaners, portable CDs, mini disks, transceivers. , Electronic organizers, calculators, memory cards, portable tape recorders, radios, backup power supplies, motors, automobiles, bikes, motorized bicycles, bicycles, lighting equipment, toys, game machines, watches, power tools, strobes, cameras, large households A storage battery and the like can be mentioned.
Claims (10)
下記式:
で表されるイソシアヌル酸トリス(2−アクリロイルオキシエチル)を含有し、イソシアヌル酸トリス(2−アクリロイルオキシエチル)の含有量は、非水系電解液全量に対し0.01質量%以上1質量%以下であり、
非水溶媒はエチレンカーボネート及びプロピレンカーボネートの両方を含有し、エチレンカーボネートの体積%をX、プロピレンカーボネートの体積%をYとしたとき、0<X/Y<1.5であり、15<X+Y<35であることを特徴とする非水系電解液。 A non-aqueous electrolyte solution having a positive electrode having a positive electrode active material capable of storing and releasing metal ions and a negative electrode having a negative electrode active material capable of storing and releasing metal ions A non-aqueous electrolyte solution used in a secondary battery. ,
The following formula:
It contains trisocyanurate (2-acryloyloxyethyl) represented by, and the content of trisocyanurate (2-acryloyloxyethyl) is 0.01% by mass or more and 1% by mass or less with respect to the total amount of the non-aqueous electrolyte solution. And
The non-aqueous solvent contains both ethylene carbonate and propylene carbonate, and when the volume% of ethylene carbonate is X and the volume% of propylene carbonate is Y, 0 <X / Y <1.5 and 15 <X + Y <. A non-aqueous electrolyte solution characterized by being 35.
0.1<X/Y<1.0であることを特徴とする非水系電解液。 The non-aqueous electrolyte solution according to claim 1, wherein 0.1 <X / Y <1.0.
0.15<X/Y<0.6であることを特徴とする非水系電解液。 A non-aqueous electrolyte solution according to claim 1 or 2, wherein 0.15 <X / Y <0.6.
フッ素化環状カーボネート、S=O結合を有する環状化合物またはニトリル化合物の少なくとも1種をさらに含有することを特徴とする非水系電解液。 A non-aqueous electrolytic solution further containing at least one of a fluorinated cyclic carbonate, a cyclic compound having an S = O bond, or a nitrile compound according to any one of claims 1 to 3.
下記式:
で表されるイソシアヌル酸トリス(2−アクリロイルオキシエチル)を含有し、イソシアヌル酸トリス(2−アクリロイルオキシエチル)の含有量は、非水系電解液全量に対し0.01質量%以上1質量%以下であり、
S=O結合を有する環状化合物をさらに含有することを特徴とする非水系電解液。 A non-aqueous electrolyte solution having a positive electrode having a positive electrode active material capable of storing and releasing metal ions and a negative electrode having a negative electrode active material capable of storing and releasing metal ions A non-aqueous electrolyte solution used in a secondary battery. ,
The following formula:
It contains trisocyanurate (2-acryloyloxyethyl) represented by, and the content of trisocyanurate (2-acryloyloxyethyl) is 0.01% by mass or more and 1% by mass or less with respect to the total amount of the non-aqueous electrolyte solution. And
A non-aqueous electrolyte solution further containing a cyclic compound having an S = O bond.
請求項1〜9のいずれか1項に記載の非水系電解液を用いることを特徴とする非水系電解液二次電池。 A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a positive electrode having a positive electrode active material capable of storing and releasing metal ions and a negative electrode having a negative electrode active material capable of storing and releasing metal ions.
A non-aqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 1 to 9 , wherein the non-aqueous electrolyte solution is used.
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