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JP6955672B2 - Electrolyte for lithium secondary battery - Google Patents
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Description

本発明は、リチウム二次電池用の電解液に関する。 The present invention relates to an electrolytic solution for a lithium secondary battery.

近年、リチウム二次電池は、パソコン、携帯端末等のポータブル電源や、電気自動車(EV)、ハイブリッド自動車(HV)、プラグインハイブリッド自動車(PHV)等の車両駆動用電源、電力貯蔵用電源などに好適に用いられている。 In recent years, lithium secondary batteries have been used as portable power sources for personal computers, mobile terminals, etc., vehicle drive power sources for electric vehicles (EV), hybrid vehicles (HV), plug-in hybrid vehicles (PHV), power storage power sources, etc. It is preferably used.

リチウム二次電池はその普及に伴い、さらなる高性能化が望まれている。車両駆動用電源、電力貯蔵用電源等に用いられる大型のリチウム二次電池においては、一般的に、電解液の溶媒には有機溶媒が用いられている。しかしながら有機溶媒は、揮発性および引火性が高く、可燃性物質に分類されるものである。そのため、有機溶媒を電解液に使用するリチウム二次電池においては、安全性に改善の余地がある。
そこで近年、リチウム二次電池の安全性を向上させるために、難燃性の、四級アンモニウム有機物カチオンを含有するイオン液体(常温溶融塩)を電解液に含有させることが提案されている(例えば、特許文献1〜3参照)。
With the widespread use of lithium secondary batteries, further improvement in performance is desired. In a large lithium secondary battery used as a power source for driving a vehicle, a power source for storing electric power, or the like, an organic solvent is generally used as a solvent for an electrolytic solution. However, organic solvents are highly volatile and flammable and are classified as flammable substances. Therefore, there is room for improvement in safety in a lithium secondary battery that uses an organic solvent as an electrolytic solution.
Therefore, in recent years, in order to improve the safety of the lithium secondary battery, it has been proposed to include a flame-retardant ionic liquid containing a quaternary ammonium organic cation (normal temperature molten salt) in the electrolytic solution (for example). , Patent Documents 1 to 3).

特開2007−141489号公報JP-A-2007-141489 特開2009−070636号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-070636 特開2010−287380号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-287380

しかしながら、上記イオン液体を含有するリチウム二次電池用の電解液においては、含有するイオン液体が比較的粘度が低い場合でも、従来の電解液よりも導電率を高くすることが困難な傾向にあり、粘度が高い場合には、リチウム二次電池に一般的に用いられているポリオレフィン製セパレータに対して含浸性が不足する傾向にある。そのため、従来のイオン液体を含有する電解液では、ポリオレフィン製セパレータに対して良好な含浸性を確保しつつ、リチウム二次電池に用いた際の出力特性およびサイクル特性を、従来の有機溶媒(カーボネート類)を用いた電解液を備える二次電池よりも高めることができていない。 However, in the electrolytic solution for a lithium secondary battery containing the above ionic liquid, it tends to be difficult to increase the conductivity as compared with the conventional electrolytic solution even when the contained ionic liquid has a relatively low viscosity. When the viscosity is high, the impregnation property tends to be insufficient for the polyolefin separator generally used for lithium secondary batteries. Therefore, in the conventional electrolytic solution containing an ionic liquid, the output characteristics and cycle characteristics when used in a lithium secondary battery can be obtained with a conventional organic solvent (carbonate) while ensuring good impregnation property with respect to a polyolefin separator. It has not been able to be higher than that of a secondary battery equipped with an electrolytic solution using (class).

そこで本発明は、イオン液体を用いながらもポリオレフィン製セパレータに対して良好な含浸性を有し、導電率が高く、かつリチウム二次電池に高いサイクル特性を与える電解液を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an electrolytic solution which has good impregnation property with respect to a polyolefin separator while using an ionic liquid, has high conductivity, and gives a high cycle characteristic to a lithium secondary battery. do.

ここに開示されるリチウム二次電池用の電解液は、飽和脂肪族環状四級アンモニウム有機物カチオンと、N(SOF)アニオンとから構成されるイオン液体と、カーボネート類と、下記式(I)で表される軽金属塩、および下記式(II)で表されるリン化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種の添加剤と、を含有する。前記イオン液体の、前記イオン液体および前記カーボネート類の合計に対する割合は、5体積%以上30体積%未満である。 Electrolytic solution for a lithium secondary battery disclosed herein, a saturated aliphatic cyclic quaternary ammonium organic cation, and an ionic liquid composed of the N (SO 2 F) 2 anions, and carbonate, the following formula ( It contains a light metal salt represented by I) and at least one additive selected from the group consisting of a phosphorus compound represented by the following formula (II). The ratio of the ionic liquid to the total of the ionic liquid and the carbonates is 5% by volume or more and less than 30% by volume.

Figure 0006955672
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(式(I)中、R11は、−C(=O)−R21−C(=O)−基(R21は、アルキレン基、ハロゲン化アルキレン基、アリーレン基、またはハロゲン化アリーレン基を表す)、または−C(=O)−C(=O)−基を表し、R12は、ハロゲン原子、アルキル基、ハロゲン化アルキル基、アリール基、またはハロゲン化アリール基を表し、X11およびX12はそれぞれ、酸素原子または硫黄原子を表し、M11は、遷移金属元素または周期表における13族元素、14族元素、または15族元素を表し、M21は、周期表における1族元素、2族元素、またはAlを表し、aは1〜4の整数であり、bは0〜8の整数であり、c、d、e、およびfはそれぞれ1〜3の整数であり、式(II)中、Mn+は、周期表における1族元素イオン、2族元素イオン、Alイオン、またはオニウムイオンを表し、A1およびA2はそれぞれ、酸素原子または硫黄原子を表し、X1およびX2はそれぞれ、ハロゲン原子、炭素数が1〜6の飽和もしくは不飽和の炭化水素基、またはヘテロ原子を有する炭素数が1〜6の飽和もしくは不飽和の炭化水素基を表すか、相互に結合して環構造を形成し、nは価数である。) (In formula (I), R11 is a -C (= O) -R21-C (= O) -group (R21 represents an alkylene group, a halogenated alkylene group, an arylene group, or a halogenated arylene group). Or -C (= O) -C (= O) -group, R12 represents a halogen atom, an alkyl group, an alkyl halide group, an aryl group, or an aryl halide group, and X11 and X12 are oxygen, respectively. Represents an atom or sulfur atom, M11 represents a transition metal element or a Group 13 element, a Group 14 element, or a Group 15 element in the periodic table, and M21 represents a Group 1 element, a Group 2 element, or Al in the periodic table. , A is an integer of 1 to 4, b is an integer of 0 to 8, c, d, e, and f are each of an integer of 1 to 3, and in equation (II), M n + is the period. In the table, they represent Group 1 element ions, Group 2 element ions, Al ions, or onium ions, A1 and A2 represent oxygen atoms or sulfur atoms, respectively, and X1 and X2 represent halogen atoms and carbon numbers 1 to 6, respectively. Represents a saturated or unsaturated hydrocarbon group of, or a saturated or unsaturated hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms with a hetero atom, or bonds with each other to form a ring structure, where n is a valence. be.)

このような構成によれば、特定のカチオンと特定のアニオンの組み合わせのイオン液体を用い、その量を特定割合にすることで、電解液の粘度を低く抑えながらも、十分な電位窓を確保することができる。さらに特定の添加剤と組み合わせることにより、リチウム二次電池のサイクル特性をより高めることができる。したがって、このような構成によれば、イオン液体を用いながらもポリオレフィン製セパレータに対して良好な含浸性を有し、導電率が高く、かつリチウム二次電池に高いサイクル特性を与える電解液を提供することができる。 According to such a configuration, by using an ionic liquid of a combination of a specific cation and a specific anion and setting the amount to a specific ratio, a sufficient potential window is secured while keeping the viscosity of the electrolytic solution low. be able to. Furthermore, by combining with a specific additive, the cycle characteristics of the lithium secondary battery can be further enhanced. Therefore, according to such a configuration, an electrolytic solution which has good impregnation property with respect to a polyolefin separator while using an ionic liquid, has high conductivity, and gives a high cycle characteristic to a lithium secondary battery is provided. can do.

本発明の一実施形態に係るリチウム二次電池の内部構造を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the internal structure of the lithium secondary battery which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るリチウム二次電池の捲回電極体の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the winding electrode body of the lithium secondary battery which concerns on one Embodiment of this invention.

以下、本発明による実施の形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄(例えば、本発明を特徴付けないリチウム二次電池用の電解液の一般的な構成および製造プロセス)は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。 Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described. It should be noted that matters other than those specifically mentioned in the present specification and necessary for carrying out the present invention (for example, general constitution and manufacture of an electrolytic solution for a lithium secondary battery which does not characterize the present invention). The process) can be grasped as a design matter of a person skilled in the art based on the prior art in the art. The present invention can be carried out based on the contents disclosed in the present specification and common general technical knowledge in the art.

なお、本明細書において「二次電池」とは、繰り返し充放電可能な蓄電デバイス一般をいい、いわゆる蓄電池ならびに電気二重層キャパシタ等の蓄電素子を包含する用語である。
また、本明細書において「リチウム二次電池」とは、電荷担体としてリチウムイオンを利用し、正負極間におけるリチウムイオンに伴う電荷の移動により充放電が実現される二次電池をいう。
In the present specification, the "secondary battery" generally refers to a power storage device capable of being repeatedly charged and discharged, and is a term including a so-called storage battery and a power storage element such as an electric double layer capacitor.
Further, in the present specification, the "lithium secondary battery" refers to a secondary battery that uses lithium ions as a charge carrier and realizes charge / discharge by the transfer of charges accompanying the lithium ions between the positive and negative electrodes.

本実施形態に係るリチウム二次電池用の電解液は、飽和脂肪族環状四級アンモニウム有機物カチオンと、N(SOF)アニオンとから構成されるイオン液体と、カーボネート類と、下記式(I)で表される軽金属塩、および下記式(II)で表されるリン化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種の添加剤と、を含有する。当該イオン液体の、当該イオン液体および当該カーボネート類の合計に対する割合は、5体積%以上30体積%未満である。 Electrolytic solution for lithium secondary battery according to this embodiment includes a saturated aliphatic cyclic quaternary ammonium organic cation, and an ionic liquid composed of the N (SO 2 F) 2 anions, and carbonate, the following formula ( It contains a light metal salt represented by I) and at least one additive selected from the group consisting of a phosphorus compound represented by the following formula (II). The ratio of the ionic liquid to the total of the ionic liquid and the carbonates is 5% by volume or more and less than 30% by volume.

Figure 0006955672
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(式(I)中、R11は、−C(=O)−R21−C(=O)−基(R21は、アルキレン基、ハロゲン化アルキレン基、アリーレン基、またはハロゲン化アリーレン基を表す)、または−C(=O)−C(=O)−基を表し、R12は、ハロゲン原子、アルキル基、ハロゲン化アルキル基、アリール基、またはハロゲン化アリール基を表し、X11およびX12はそれぞれ、酸素原子または硫黄原子を表し、M11は、遷移金属元素または周期表における13族元素、14族元素、または15族元素を表し、M21は、周期表における1族元素、2族元素、またはAlを表し、aは1〜4の整数であり、bは0〜8の整数であり、c、d、e、およびfはそれぞれ1〜3の整数であり、式(II)中、Mn+は、周期表における1族元素イオン、2族元素イオン、Alイオン、またはオニウムイオンを表し、A1およびA2はそれぞれ、酸素原子または硫黄原子を表し、X1およびX2はそれぞれ、ハロゲン原子、炭素数が1〜6の飽和もしくは不飽和の炭化水素基、またはヘテロ原子を有する炭素数が1〜6の飽和もしくは不飽和の炭化水素基を表すか、相互に結合して環構造を形成し、nは価数である。) (In formula (I), R11 is a -C (= O) -R21-C (= O) -group (R21 represents an alkylene group, a halogenated alkylene group, an arylene group, or a halogenated arylene group). Or -C (= O) -C (= O) -group, R12 represents a halogen atom, an alkyl group, an alkyl halide group, an aryl group, or an aryl halide group, and X11 and X12 are oxygen, respectively. Represents an atom or sulfur atom, M11 represents a transition metal element or a Group 13 element, a Group 14 element, or a Group 15 element in the periodic table, and M21 represents a Group 1 element, a Group 2 element, or Al in the periodic table. , A is an integer of 1 to 4, b is an integer of 0 to 8, c, d, e, and f are each of an integer of 1 to 3, and in equation (II), M n + is the period. In the table, they represent Group 1 element ions, Group 2 element ions, Al ions, or onium ions, A1 and A2 represent oxygen atoms or sulfur atoms, respectively, and X1 and X2 represent halogen atoms and carbon numbers 1 to 6, respectively. Represents a saturated or unsaturated hydrocarbon group of, or a saturated or unsaturated hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms with a hetero atom, or bonds with each other to form a ring structure, where n is a valence. be.)

上記イオン液体は、電解液に導電性を付与する成分である。また、イオン液体は、難燃性の溶媒であるため、本実施形態に係る電解液を用いたリチウム二次電池の安全性を高めることができる。
イオン液体は、カチオンとして、飽和脂肪族環状四級アンモニウム有機物カチオンを含む。飽和脂肪族環状四級アンモニウム有機物カチオンの例としては、N,N−ジメチルピロリジニウムカチオン、N−メチル−N−エチルピロリジニウムカチオン、N−メチル−プロピルピロリジニウムカチオン、N−メチル−ブチルピロリジニウムカチオン、N−ブチル−メチルピロリジニウムカチオン、等が挙げられる。
イオン液体は、アニオンとして、N(SOF)アニオン(即ち、N(SOF) )を含む。
The ionic liquid is a component that imparts conductivity to the electrolytic solution. Further, since the ionic liquid is a flame-retardant solvent, the safety of the lithium secondary battery using the electrolytic solution according to the present embodiment can be enhanced.
The ionic liquid contains saturated aliphatic cyclic quaternary ammonium organic cations as cations. Examples of saturated aliphatic cyclic quaternary ammonium organic cations are N, N-dimethylpyrrolidinium cation, N-methyl-N-ethylpyrrolidinium cation, N-methyl-propylpyrrolidinium cation, N-methyl- Examples thereof include a butylpyrrolidinium cation, an N-butyl-methylpyrrolidinium cation, and the like.
Ionic liquids, as an anion, N (SO 2 F) 2 anions (i.e., N (SO 2 F) 2 -) containing.

上記カーボネート類としては、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート等の鎖状カーボネート;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などが挙げられる。
カーボネート類として好ましくは、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、およびエチレンカーボネートからなる群より選ばれる少なくとも1種である。
Examples of the carbonates include chain carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethylmethyl carbonate and methylpropyl carbonate; and cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate and butylene carbonate.
The carbonates are preferably at least one selected from the group consisting of dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, and ethylene carbonate.

上記イオン液体の、上記イオン液体および上記カーボネート類の合計に対する割合が小さすぎると、電解液の導電率が低下する傾向にある。そこで、当該イオン液体の割合は、5体積%以上であり、好ましくは10体積%以上である。一方、当該イオン液体の割合が大きすぎると、ポリオレフィン製セパレータの含浸性が悪くなり、また電池のサイクル特性が低下する傾向にある。そこで、当該イオン液体の割合は、30体積%未満であり、好ましくは25体積%以下であり、より好ましくは20体積%以下である。 If the ratio of the ionic liquid to the total of the ionic liquid and the carbonates is too small, the conductivity of the electrolytic solution tends to decrease. Therefore, the ratio of the ionic liquid is 5% by volume or more, preferably 10% by volume or more. On the other hand, if the proportion of the ionic liquid is too large, the impregnation property of the polyolefin separator tends to deteriorate, and the cycle characteristics of the battery tend to deteriorate. Therefore, the ratio of the ionic liquid is less than 30% by volume, preferably 25% by volume or less, and more preferably 20% by volume or less.

添加剤に関し、上記式(I)において、X11およびX12としては、酸素原子が好ましい。M11としては、ホウ素原子またはリン原子が好ましい。R12としては、ハロゲン原子が好ましい。M21としては、リチウム原子が好ましい。bは0〜2の整数が好ましい。
添加剤として用いられる上記式(I)で表される軽金属塩の例としては、ビス[オキソラト−O,O’]ホウ酸リチウム(リチウムビス(オキサラト)ボレート)、ジフルオロ[オキソラト−O,O’]ホウ酸リチウム(リチウムジフルオロオキサラトボレート)、ジフルオロビス[オキソラト−O,O’]リン酸リチウム、ジフルオロ[3,3,3−トリフルオロ−2−オキシド−2−トリフルオロメチルプロピオナト(2−)−O,O’]ホウ酸リチウム、ビス[3,3,3−トリフルオロ−2−オキシド−2−トリフルオロメチルプロピオナト(2−)−O,O’]ホウ酸リチウム、テトラフルオロ[オキソラト−O,O’]リン酸リチウム等が挙げられ、なかでも、リチウムビス(オキサラト)ボレート(LiBOB)、リチウムジフルオロオキサラトボレート(LiDFOB)が好ましく、リチウムビス(オキサラト)ボレートがより好ましい。
Regarding additives, in the above formula (I), oxygen atoms are preferable as X11 and X12. As M11, a boron atom or a phosphorus atom is preferable. A halogen atom is preferable as R12. A lithium atom is preferable as M21. b is preferably an integer of 0 to 2.
Examples of the light metal salt represented by the above formula (I) used as an additive include bis [oxorat-O, O'] lithium borate (lithium bis (oxalat) borate) and difluoro [oxorat-O, O'. ] Lithium borate (lithium difluorooxalatoborate), difluorobis [oxorat-O, O'] lithium phosphate, difluoro [3,3,3-trifluoro-2-oxide-2-trifluoromethylpropionato (2) -)-O, O'] Lithium borate, bis [3,3,3-trifluoro-2-oxide-2-trifluoromethylpropionato (2-)-O, O'] Lithium borate, tetrafluoro [Oxorat-O, O'] Lithium phosphate and the like can be mentioned. Among them, lithium bis (oxalat) borate (LiBOB) and lithium difluorooxalat borate (LiDFOB) are preferable, and lithium bis (oxalat) borate is more preferable.

上記式(II)において、Mn+としては、リチウムイオンが好ましい。A1およびA2としては、酸素原子が好ましい。X1およびX2としては、ハロゲン原子、炭素数1〜4のアルキル基が好ましく、フッ素原子がより好ましい。
添加剤として用いられる上記式(II)で表されるリン化合物の例としては、ジメチルリン酸リチウム、ジエチルリン酸リチウム、ジプロピルリン酸リチウム、ジブチルリン酸リチウム、ジペンチルリン酸リチウム、エチレンリン酸リチウム、ビナフチルリン酸リチウム、ジメチルリン酸ナトリウム、ジエチルリン酸ナトリウム、ジプロピルリン酸ナトリウム、ジブチルリン酸ナトリウム、ジペンチルリン酸ナトリウム、エチレンリン酸ナトリウム、ビナフチルリン酸ナトリウム、ジメチルリン酸マグネシウム、ジエチルリン酸マグネシウム、ジプロピルリン酸マグネシウム、ジブチルリン酸マグネシウム、ジペンチルリン酸マグネシウム、エチレンリン酸マグネシウム、ビナフチルリン酸マグネシウム、トリエチルメチルアンモニウムジメチルリン酸、トリエチルメチルアンモニウムジエチルリン酸、トリエチルメチルアンモニウムジプロピルリン酸、トリエチルメチルアンモニウムジブチルリン酸、トリエチルメチルアンモニウムジペンチルリン酸、トリエチルメチルアンモニウムエチレンリン酸、トリエチルメチルアンモニウムビナフチルリン酸、ジヨードリン酸リチウム、ジヨードリン酸ナトリウム、ジヨードリン酸カリウム、ジブロモリン酸リチウム、ジブロモリン酸ナトリウム、ジブロモリン酸カリウム、ジクロロリン酸リチウム、ジクロロリン酸ナトリウム、ジクロロリン酸カリウム、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等が挙げられ、なかでも、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が好ましく、ジフルオロリン酸リチウムがより好ましい。
In the above formula (II), lithium ion is preferable as Mn +. Oxygen atoms are preferable as A1 and A2. As X1 and X2, a halogen atom and an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms are preferable, and a fluorine atom is more preferable.
Examples of the phosphorus compound represented by the above formula (II) used as an additive include lithium dimethyl phosphate, lithium diethyl phosphate, lithium dipropyl phosphate, lithium dibutyl phosphate, lithium dipentyl phosphate, lithium ethylene phosphate, and binaphthyl. Lithium phosphate, sodium dimethyl phosphate, sodium diethyl phosphate, sodium dipropyl phosphate, sodium dibutyl phosphate, sodium dipentyl phosphate, sodium ethylene phosphate, sodium binaphthyl phosphate, magnesium dimethyl phosphate, magnesium diethyl phosphate, magnesium dipropyl phosphate , Magnesium dibutyl phosphate, magnesium dipentyl phosphate, magnesium ethylene phosphate, magnesium binaphthyl phosphate, triethylmethylammonium dimethyl phosphate, triethylmethylammonium diethyl phosphate, triethylmethylammonium dipropyl phosphate, triethylmethylammonium dibutyl phosphate, triethyl Methylammonium dipentyl phosphate, triethylmethylammonium ethylene phosphate, triethylmethylammonium binaphthyl phosphate, lithium diiodrine, sodium diiodrine, potassium diiodrine, lithium dibromophosphate, sodium dibromophosphate, potassium dibromophosphate, dichlorophosphate Examples thereof include lithium, sodium dichlorophosphate, potassium dichlorophosphate, lithium difluorophosphate, sodium difluorophosphate, potassium difluorophosphate, etc. Among them, lithium difluorophosphate and sodium difluorophosphate are preferable, and lithium difluorophosphate is preferable. Is more preferable.

上記添加剤の電解液中の含有量が少な過ぎると、添加剤の効果が十分に発揮されないおそれがある。したがって、上記添加剤の電解液中の含有量は、0.05質量%超えが好ましく、0.1質量%以上が好ましい。一方、上記添加剤の電解液中の含有量が多過ぎると、十分に溶解できないおそれがある。したがって、上記添加剤の電解液中の含有量は、5質量%以下が好ましく、3質量%以下がより好ましく、2質量%以下が最も好ましい。 If the content of the additive in the electrolytic solution is too small, the effect of the additive may not be sufficiently exhibited. Therefore, the content of the additive in the electrolytic solution is preferably more than 0.05% by mass, preferably 0.1% by mass or more. On the other hand, if the content of the above additive in the electrolytic solution is too large, it may not be sufficiently dissolved. Therefore, the content of the additive in the electrolytic solution is preferably 5% by mass or less, more preferably 3% by mass or less, and most preferably 2% by mass or less.

本実施形態に係る電解液は、通常、支持塩をさらに含有する。支持塩の例としては、LiPF、LiBF、LiClO、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiFSI)、リチウムビス(トリフルオロメタン)スルホンイミド(LiTFSI)等のリチウム塩が挙げられ、なかでも、LiPF、およびリチウムビス(フルオロスルホニル)イミドが好ましい。
電解液中の支持塩の濃度としては、好ましくは0.5mol/L以上5mol/L以下であり、より好ましくは0.7mol/L以上2.5mol/L以下である。
The electrolytic solution according to this embodiment usually further contains a supporting salt. Examples of supporting salts include lithium salts such as LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , lithium bis (fluorosulfonyl) imide (LiFSI), lithium bis (trifluoromethane) sulfonimide (LiTFSI), and among them, LiPF. 6 and lithium bis (fluorosulfonyl) imide are preferred.
The concentration of the supporting salt in the electrolytic solution is preferably 0.5 mol / L or more and 5 mol / L or less, and more preferably 0.7 mol / L or more and 2.5 mol / L or less.

なお、本実施形態に係る電解液は、本発明の効果を著しく損なわない限りにおいて、例えば、ビフェニル(BP)、シクロヘキシルベンゼン(CHB)等のガス発生剤;分散剤;増粘剤等をさらに含んでいてもよい。 The electrolytic solution according to the present embodiment further contains, for example, a gas generator such as biphenyl (BP) and cyclohexylbenzene (CHB); a dispersant; a thickener and the like, as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. You may be.

従来のイオン液体を用いたリチウム二次電池用の電解液においては、粘度が高く、リチウムイオンの移動度を十分に向上させることができなかった。また、粘度を低く抑えることができた場合であっても、十分な電位窓を確保できなかった。そのため、従来のイオン液体を用いた電解液を備えるリチウム二次電池では、従来の有機溶媒(カーボネート類)を用いた非水電解液を備えるリチウム二次電池と同等以上の出力特性とサイクル特性とを両立することができなかった。
これに対し、本実施形態に係るリチウム二次電池用の電解液では、特定のカチオンと特定のアニオンの組み合わせのイオン液体を用い、その量を特定割合にすることで、電解液の粘度を低く抑えながらも、十分な電位窓を確保することができる。その結果、ポリオレフィン製セパレータに対する含浸性不足を改善すると共に、従来の有機溶媒(カーボネート類)を用いた非水電解液よりも導電率を向上させることができる。これにより、リチウム二次電池の抵抗を低減でき、出力特性に優れたリチウム二次電池を提供することができる。また、これに加え、特定の添加剤を電解液が含有することにより、リチウム二次電池のサイクル特性を、従来の有機溶媒(カーボネート類)を用いた非水電解液を備えるリチウム二次電池と同等以上に高めることができる。
すなわち、本実施形態に係るリチウム二次電池用の電解液は、イオン液体を用いながらもポリオレフィン製セパレータに対する含浸性が良好であり、かつ導電率が高い。そして、リチウム二次電池に高い出力特性を与えることができ、また、リチウム二次電池に高いサイクル特性を与えることができる。
なお、本実施形態に係るリチウム二次電池用の電解液は、公知方法に従い、リチウム二次電池に用いることができる。
The conventional electrolytic solution for a lithium secondary battery using an ionic liquid has a high viscosity, and the mobility of lithium ions cannot be sufficiently improved. Moreover, even if the viscosity could be suppressed low, a sufficient potential window could not be secured. Therefore, a lithium secondary battery provided with an electrolytic solution using a conventional ionic liquid has output characteristics and cycle characteristics equal to or higher than those of a lithium secondary battery provided with a non-aqueous electrolytic solution using a conventional organic solvent (carbonates). Could not be compatible.
On the other hand, in the electrolytic solution for the lithium secondary battery according to the present embodiment, the viscosity of the electrolytic solution is lowered by using an ionic liquid of a combination of a specific cation and a specific anion and setting the amount to a specific ratio. It is possible to secure a sufficient potential window while suppressing it. As a result, it is possible to improve the impregnation property of the polyolefin separator and to improve the conductivity as compared with the non-aqueous electrolytic solution using a conventional organic solvent (carbonates). As a result, the resistance of the lithium secondary battery can be reduced, and a lithium secondary battery having excellent output characteristics can be provided. In addition to this, by containing a specific additive in the electrolytic solution, the cycle characteristics of the lithium secondary battery can be changed to that of the lithium secondary battery provided with a non-aqueous electrolytic solution using a conventional organic solvent (carbonates). It can be increased to the same level or higher.
That is, the electrolytic solution for the lithium secondary battery according to the present embodiment has good impregnation property with the polyolefin separator and has high conductivity even though it uses an ionic liquid. Then, a high output characteristic can be given to the lithium secondary battery, and a high cycle characteristic can be given to the lithium secondary battery.
The electrolytic solution for the lithium secondary battery according to the present embodiment can be used for the lithium secondary battery according to a known method.

次に、本実施形態に係るリチウム二次電池用の電解液を用いたリチウム二次電池の構成例の概略を以下、図面を参照しながら説明する。以下の図面においては、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明している。また、各図における寸法関係(長さ、幅、厚さ等)は実際の寸法関係を反映するものではない。 Next, an outline of a configuration example of the lithium secondary battery using the electrolytic solution for the lithium secondary battery according to the present embodiment will be described below with reference to the drawings. In the following drawings, members and parts that perform the same action are described with the same reference numerals. Further, the dimensional relations (length, width, thickness, etc.) in each drawing do not reflect the actual dimensional relations.

図1に示すリチウム二次電池100は、扁平形状の捲回電極体20と電解液80とが扁平な角形の電池ケース(即ち外装容器)30に収容されることにより構築される密閉型電池である。電池ケース30には外部接続用の正極端子42および負極端子44と、電池ケース30の内圧が所定レベル以上に上昇した場合に該内圧を開放するように設定された薄肉の安全弁36が設けられている。また、電池ケース30には、電解液80を注入するための注入口(図示せず)が設けられている。正極端子42は、正極集電板42aと電気的に接続されている。負極端子44は、負極集電板44aと電気的に接続されている。電池ケース30の材質としては、例えば、アルミニウム等の軽量で熱伝導性の良い金属材料が用いられる。 The lithium secondary battery 100 shown in FIG. 1 is a sealed battery constructed by housing a flat wound electrode body 20 and an electrolytic solution 80 in a flat square battery case (that is, an outer container) 30. be. The battery case 30 is provided with a positive electrode terminal 42 and a negative electrode terminal 44 for external connection, and a thin-walled safety valve 36 set to release the internal pressure when the internal pressure of the battery case 30 rises above a predetermined level. There is. Further, the battery case 30 is provided with an injection port (not shown) for injecting the electrolytic solution 80. The positive electrode terminal 42 is electrically connected to the positive electrode current collector plate 42a. The negative electrode terminal 44 is electrically connected to the negative electrode current collector plate 44a. As the material of the battery case 30, for example, a lightweight metal material having good thermal conductivity such as aluminum is used.

捲回電極体20は、図1および図2に示すように、長尺状の正極集電体52の片面または両面(ここでは両面)に長手方向に沿って正極活物質層54が形成された正極シート50と、長尺状の負極集電体62の片面または両面(ここでは両面)に長手方向に沿って負極活物質層64が形成された負極シート60とが、2枚の長尺状のセパレータシート70を介して重ね合わされて長手方向に捲回された形態を有する。なお、捲回電極体20の捲回軸方向(即ち、上記長手方向に直交するシート幅方向)の両端から外方にはみ出すように形成された正極活物質層非形成部分52a(即ち、正極活物質層54が形成されずに正極集電体52が露出した部分)と負極活物質層非形成部分62a(即ち、負極活物質層64が形成されずに負極集電体62が露出した部分)には、それぞれ正極集電板42aおよび負極集電板44aが接合されている。 In the wound electrode body 20, as shown in FIGS. 1 and 2, a positive electrode active material layer 54 is formed along the longitudinal direction on one side or both sides (here, both sides) of the elongated positive electrode current collector 52. The positive electrode sheet 50 and the negative electrode sheet 60 in which the negative electrode active material layer 64 is formed along the longitudinal direction on one side or both sides (here, both sides) of the long negative electrode current collector 62 are formed in two long shapes. It has a form of being overlapped with each other via a separator sheet 70 and wound in the longitudinal direction. The positive electrode active material layer non-formed portion 52a (that is, the positive electrode activity) formed so as to protrude outward from both ends of the winding electrode body 20 in the winding axis direction (that is, the sheet width direction orthogonal to the longitudinal direction). A portion where the positive electrode current collector 52 is exposed without forming the material layer 54) and a portion 62a where the negative electrode active material layer is not formed (that is, a portion where the negative electrode current collector 62 is exposed without forming the negative electrode active material layer 64). A positive electrode current collector plate 42a and a negative electrode current collector plate 44a are joined to each of the above.

正極シート50および負極シート60には、従来のリチウム二次電池に用いられているものと同様のものを特に制限なく使用することができる。典型的な一態様を以下に示す。 As the positive electrode sheet 50 and the negative electrode sheet 60, the same ones used in the conventional lithium secondary battery can be used without particular limitation. A typical aspect is shown below.

正極シート50を構成する正極集電体52としては、例えばアルミニウム箔等が挙げられる。正極活物質層54に含まれる正極活物質としては、例えばリチウム遷移金属酸化物(例、LiNi1/3Co1/3Mn1/3、LiNiO、LiCoO、LiFeO、LiMn、LiNi0.5Mn1.5等)、リチウム遷移金属リン酸化合物(例、LiFePO等)等が挙げられる。正極活物質層54は、活物質以外の成分、例えば導電材やバインダ等を含み得る。導電材としては、例えばアセチレンブラック(AB)等のカーボンブラックやその他(例、グラファイト等)の炭素材料を好適に使用し得る。バインダとしては、例えばポリフッ化ビニリデン(PVDF)等を使用し得る。 Examples of the positive electrode current collector 52 constituting the positive electrode sheet 50 include aluminum foil and the like. Examples of the positive electrode active material contained in the positive electrode active material layer 54 include lithium transition metal oxides (eg, LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 , LiNiO 2 , LiCoO 2 , LiFeO 2 , LiMn 2 O). 4 , LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4, etc.), lithium transition metal phosphate compounds (eg, LiFePO 4, etc.) and the like. The positive electrode active material layer 54 may contain components other than the active material, such as a conductive material and a binder. As the conductive material, for example, carbon black such as acetylene black (AB) or other carbon material (eg, graphite or the like) can be preferably used. As the binder, for example, polyvinylidene fluoride (PVDF) or the like can be used.

負極シート60を構成する負極集電体62としては、例えば銅箔等が挙げられる。負極活物質層64に含まれる負極活物質としては、例えば黒鉛、ハードカーボン、ソフトカーボン等の炭素材料を使用し得る。負極活物質層64は、活物質以外の成分、例えばバインダや増粘剤等を含み得る。バインダとしては、例えばスチレンブタジエンラバー(SBR)等を使用し得る。増粘剤としては、例えばカルボキシメチルセルロース(CMC)等を使用し得る。 Examples of the negative electrode current collector 62 constituting the negative electrode sheet 60 include copper foil and the like. As the negative electrode active material contained in the negative electrode active material layer 64, a carbon material such as graphite, hard carbon, or soft carbon can be used. The negative electrode active material layer 64 may contain components other than the active material, such as a binder and a thickener. As the binder, for example, styrene butadiene rubber (SBR) or the like can be used. As the thickener, for example, carboxymethyl cellulose (CMC) or the like can be used.

セパレータ70としては、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等のポリオレフィン製の多孔性シート(フィルム)が好適に用いられる。かかる多孔性シートは、単層構造であってもよく、二層以上の積層構造(例えば、PE層の両面にPP層が積層された三層構造)であってもよい。セパレータ70の表面には、耐熱層(HRL)が設けられていてもよい。
セパレータ70のガーレー試験法によって得られる透気度は、好ましくは350秒/100cc以下である。
As the separator 70, a porous sheet (film) made of polyolefin such as polyethylene (PE) or polypropylene (PP) is preferably used. Such a porous sheet may have a single-layer structure or a laminated structure of two or more layers (for example, a three-layer structure in which PP layers are laminated on both sides of a PE layer). A heat resistant layer (HRL) may be provided on the surface of the separator 70.
The air permeability of the separator 70 obtained by the Garley test method is preferably 350 seconds / 100 cc or less.

電解液80には、上述の本実施形態に係るリチウム二次電池用の電解液が用いられる。なお、図1は、電池ケース30内に注入される電解液80の量を厳密に示すものではない。 As the electrolytic solution 80, the electrolytic solution for the lithium secondary battery according to the present embodiment described above is used. Note that FIG. 1 does not strictly show the amount of the electrolytic solution 80 injected into the battery case 30.

以上のようにして構成されるリチウム二次電池100は、各種用途に利用可能である。好適な用途としては、電気自動車(EV)、ハイブリッド自動車(HV)、プラグインハイブリッド自動車(PHV)等の車両に搭載される駆動用電源が挙げられる。リチウム二次電池100は、典型的には複数個を直列および/または並列に接続してなる組電池の形態でも使用され得る。 The lithium secondary battery 100 configured as described above can be used for various purposes. Suitable applications include drive power supplies mounted on vehicles such as electric vehicles (EVs), hybrid vehicles (HVs), and plug-in hybrid vehicles (PHVs). The lithium secondary battery 100 may also be used in the form of an assembled battery, which typically consists of a plurality of batteries connected in series and / or in parallel.

なお、一例として扁平形状の捲回電極体20を備える角形のリチウム二次電池100について説明した。しかしながら、リチウム二次電池は、積層型電極体を備えるリチウム二次電池として構成することもできる。また、リチウム二次電池は、円筒形リチウム二次電池、ラミネート型リチウム二次電池等として構成することもできる。 As an example, a square lithium secondary battery 100 including a flat wound electrode body 20 has been described. However, the lithium secondary battery can also be configured as a lithium secondary battery including a laminated electrode body. Further, the lithium secondary battery can also be configured as a cylindrical lithium secondary battery, a laminated lithium secondary battery, or the like.

以下、本発明に関する実施例を説明するが、本発明をかかる実施例に示すものに限定することを意図したものではない。 Hereinafter, examples relating to the present invention will be described, but the present invention is not intended to be limited to those shown in such examples.

<電解液の準備>
溶媒として表1に記載のイオン液体およびカーボネート類を表1に示す体積比で混合した。これに、表1に記載の支持塩を表1に示す濃度で溶解させて例1〜例25の電解液を得た。この電解液について、25℃で、導電率を測定した。なお、導電率の測定には、METTLER TOLEDO社製の導電率計「SevenMulti」を用いた。結果を表1に示す。
<Preparation of electrolyte>
The ionic liquids and carbonates shown in Table 1 were mixed as solvents in the volume ratios shown in Table 1. The supporting salts shown in Table 1 were dissolved therein at the concentrations shown in Table 1 to obtain the electrolytic solutions of Examples 1 to 25. The conductivity of this electrolyte was measured at 25 ° C. A conductivity meter "Seven Multi" manufactured by METTLER TORDO was used for measuring the conductivity. The results are shown in Table 1.

Figure 0006955672
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・イオン性液体:カチオン
EMIm:1−エチル−3−メチルイミダゾリウム
BMIm:1−ブチル−3−メチルイミダゾリウム
PYR13:N−メチル−N−プロピルピロリジニウム
S222:テトラエチルスルホニウム
P4441:トリブチルメチルホスホニウム
・イオン性液体:アニオン
FSI:ビス(フルオロスルホニル)イミド
TFSI:ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド
・支持塩
LiPF:ヘキサフルオロリン酸リチウム
LiFSI:リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド
・カーボネート類
DMC:ジメチルカーボネート
EC:エチレンカーボネート
EMC:エチルメチルカーボネート
Ionic liquid: Cationic EMIm: 1-ethyl-3-methylimidazolium BMIm: 1-butyl-3-methylimidazolium PYR13: N-methyl-N-propylpyrrolidinium S222: Tetraethylsulfonium P4441: Tributylmethylphosphonium. Ionic liquid: Anion FSI: Bis (fluorosulfonyl) imide TFSI: Bis (trifluoromethanesulfonyl) imide / supporting salt LiPF 6 : Lithium hexafluorophosphate LiFSI: Lithium bis (fluorosulfonyl) imide carbonates DMC: Dimethyl carbonate EC : Ethylene carbonate EMC: Ethylmethyl carbonate

表1において、溶媒の体積比は、溶媒の記載順に標記している。
表1の結果より、イオン液体とカーボネート類とを併用することによって、導電率を高めることができることがわかる。また、イオン液体の種類によって、導電率が大きく異なることがわかる。特に、4級アンモニウムカチオンと、N(SOF)アニオンとを組み合わせたイオン液体では、従来のカーボネート類のみを用いた電解液と比べて導電率がかなり高いことがわかる。
In Table 1, the volume ratios of the solvents are listed in the order in which the solvents are described.
From the results in Table 1, it can be seen that the conductivity can be increased by using the ionic liquid and carbonates in combination. It can also be seen that the conductivity varies greatly depending on the type of ionic liquid. In particular, it can be seen that the ionic liquid in which the quaternary ammonium cation and the N (SO 2 F) 2 anion are combined has considerably higher conductivity than the conventional electrolytic solution using only carbonates.

<評価用リチウム二次電池の作製>
正極活物質粉末としてのLiNi1/3Co1/3Mn1/3(LNCM)と、導電材としてのアセチレンブラック(AB)と、バインダとしてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)とを、LNCM:AB:PVdF=87:10:3の質量比でN−メチルピロリドン(NMP)と混合し、正極活物質層形成用スラリーを調製した。このスラリーを、アルミニウム箔に塗布して乾燥することにより、正極シートを作製した。
負極活物質として、平均粒子径20μmの天然黒鉛系炭素材(C)と、バインダとしてのスチレンブタジエンゴム(SBR)と、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース(CMC)とを、C:SBR:CMC=98:1:1の質量比でイオン交換水と混合して、負極活物質層形成用スラリーを調製した。このスラリーを、銅箔に塗布して乾燥することにより、負極シートを作製した。
また、セパレータとして、ガーレー試験法によって得られる透気度が300秒/100ccの、PP/PE/PPの三層構造を有するポリオレフィン多孔質膜を用意した。
作製した正極シートと負極シートとを、セパレータを介して対向させて電極体を作製した。
作製した電極体に集電体を取り付け、電解液と共にラミネートケースに収容し、封止した。電解液には、表2に示すものを用いた。具体的には、表2に記載のイオン液体およびカーボネート類を表2に示す体積比で混合し、これに、表2に記載の支持塩を表2に示す濃度で溶解させて、さらに表2に記載の添加剤を表2に記載の濃度で溶解させた電解液を用いた。
このようにして、評価用リチウム二次電池A1〜A4およびB1〜B9を作製した。
<Manufacturing of lithium secondary battery for evaluation>
LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 (LNCM) as a positive electrode active material powder, acetylene black (AB) as a conductive material, and polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder are used as LNCM: A slurry for forming a positive electrode active material layer was prepared by mixing with N-methylpyrrolidone (NMP) at a mass ratio of AB: PVdF = 87: 10: 3. A positive electrode sheet was prepared by applying this slurry to an aluminum foil and drying it.
As the negative electrode active material, a natural graphite-based carbon material (C) having an average particle diameter of 20 μm, styrene-butadiene rubber (SBR) as a binder, and carboxymethyl cellulose (CMC) as a thickener are used. C: SBR: CMC = A slurry for forming a negative electrode active material layer was prepared by mixing with ion-exchanged water at a mass ratio of 98: 1: 1. A negative electrode sheet was prepared by applying this slurry to a copper foil and drying it.
Further, as a separator, a porous polyolefin membrane having a three-layer structure of PP / PE / PP with an air permeability of 300 seconds / 100 cc obtained by the Garley test method was prepared.
The prepared positive electrode sheet and the negative electrode sheet were opposed to each other via a separator to prepare an electrode body.
A current collector was attached to the prepared electrode body, and the current collector was housed in a laminate case together with the electrolytic solution and sealed. As the electrolytic solution, those shown in Table 2 were used. Specifically, the ionic liquids and carbonates shown in Table 2 are mixed at the volume ratios shown in Table 2, and the supporting salts shown in Table 2 are dissolved therein at the concentrations shown in Table 2, and further, Table 2 is added. An electrolytic solution prepared by dissolving the additives described in Table 2 at the concentrations shown in Table 2 was used.
In this way, evaluation lithium secondary batteries A1 to A4 and B1 to B9 were produced.

<活性化と初期特性評価>
上記作製した各評価用リチウム二次電池を25℃の恒温槽内に置き、初回充電を行った。初回充電は、各評価用リチウム二次電池を、0.3Cの電流値で4.10Vまで定電流充電した。その後、0.3Cの電流値で3.0Vまで定電流放電した。
さらに、この各評価用リチウム二次電池に定電流−定電圧充電(0.2Cの電流値で4.10Vまで定電流充電した後、電流値が1/50Cになるまで定電圧充電)を行い、満充電状態とした。その後、0.2Cの電流値で3.0Vまで定電流放電した。このときの放電容量を測定し、初期容量とした。
また、上記の初期容量をSOC100%として、25℃の恒温槽中にて0.3Cの電流値で充電深度(SOC)が30%になるまで各評価用リチウム二次電池を充電した。次いで、25℃の恒温槽中にて、5C、15C、30C、および45Cの電流値で10秒間放電を行い、各電流値で放電した後の電池電圧を測定した。各電流値と各電池電圧とをプロットして放電時におけるI−V特性を求め、得られた直線の傾きから放電時におけるIV抵抗(Ω)を初期抵抗として求めた。評価用リチウム二次電池B1の初期抵抗を1.00とした場合の評価用リチウム二次電池B1に対するその他の評価用リチウム二次電池の初期抵抗の比を求めた。結果を表2に示す。
<Activation and initial characterization>
Each of the prepared lithium secondary batteries for evaluation was placed in a constant temperature bath at 25 ° C. and charged for the first time. For the first charge, each evaluation lithium secondary battery was constantly charged to 4.10 V with a current value of 0.3 C. Then, a constant current was discharged to 3.0 V with a current value of 0.3 C.
Further, each evaluation lithium secondary battery is subjected to constant current-constant voltage charging (constant current charging to 4.10 V with a current value of 0.2 C, and then constant voltage charging until the current value becomes 1/50 C). , Fully charged. Then, a constant current was discharged to 3.0 V with a current value of 0.2 C. The discharge capacity at this time was measured and used as the initial capacity.
Further, with the above initial capacity as SOC 100%, each evaluation lithium secondary battery was charged with a current value of 0.3 C in a constant temperature bath at 25 ° C. until the charging depth (SOC) reached 30%. Next, the battery was discharged at current values of 5C, 15C, 30C, and 45C for 10 seconds in a constant temperature bath at 25 ° C., and the battery voltage after discharging at each current value was measured. Each current value and each battery voltage were plotted to obtain the IV characteristic at the time of discharge, and the IV resistance (Ω) at the time of discharge was obtained as the initial resistance from the slope of the obtained straight line. The ratio of the initial resistance of the other evaluation lithium secondary batteries to the evaluation lithium secondary battery B1 when the initial resistance of the evaluation lithium secondary battery B1 was 1.00 was determined. The results are shown in Table 2.

<高温サイクル特性評価>
続いて、各評価用リチウム二次電池を60℃の恒温槽内に置いた。各評価用リチウム二次電池に対して、4.1Vまで2Cで定電流充電および3.0Vまで2Cで定電流放電を1サイクルとする充放電を200サイクル繰り返した。その後上記と同じ方法で放電容量を測定し、このときの放電容量を、200サイクル充放電後の電池容量として求めた。(200サイクル充放電後の電池容量/初期容量)×100として、容量維持率(%)を求めた。結果を表2に示す。
<High temperature cycle characterization>
Subsequently, each evaluation lithium secondary battery was placed in a constant temperature bath at 60 ° C. For each evaluation lithium secondary battery, charging / discharging with constant current charging at 2C up to 4.1V and constant current discharging at 2C up to 3.0V was repeated for 200 cycles. After that, the discharge capacity was measured by the same method as described above, and the discharge capacity at this time was determined as the battery capacity after 200 cycles of charging and discharging. The capacity retention rate (%) was determined as (battery capacity / initial capacity after 200 cycles of charging / discharging) × 100. The results are shown in Table 2.

Figure 0006955672
Figure 0006955672

PYR14:N−ブチル−N−メチルピロリジニウム
LiBOB:リチウムビス(オキサラト)ボレート
LiPO:ジフルオロリン酸リチウム
(その他については表1と同じである。)
PYR14: N-Butyl-N-Methylpyrrolidinium LiBOB: Lithium bis (oxalate) borate LiPO 2 F 2 : Lithium difluorophosphate (Others are the same as in Table 1).

リチウム二次電池B1では、従来一般的なカーボネート類(即ち、ECとDMCとEMCの混合溶媒)を溶媒に用いた電解液を使用した。また、リチウム二次電池B2では、溶媒としてカーボネート類であるDMCと、支持塩としてLiFSIとを用いた電解液を使用した。
これとの比較より、本実施形態に係るリチウム二次電池用の電解液に該当する電解液を使用したリチウム二次電池A1〜A4は、初期抵抗が従来の電解液を用いたものと比べて同等以下であり、サイクル特性が従来の電解液を用いたものと比べて同等以上であった。また、リチウム二次電池A1〜A4では、電解液のセパレータに対する含浸性が良好であった。
一方、添加剤を含有しないリチウム二次電池B3ではサイクル特性が低かった。
イオン液体のアニオンとして、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドを用いたリチウム二次電池B4では、初期抵抗がやや高く、サイクル特性がやや低かった。
イオン液体のカチオンとして、芳香族環状四級アンモニウム有機物カチオンを用いたリチウム二次電池B5では、初期抵抗が高く、サイクル特性が低かった。
イオン液体のアニオンとして、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドを用い、イオン液体のカチオンとして、芳香族環状四級アンモニウム有機物カチオンを用いたリチウム二次電池B6では、初期抵抗がさらに高く、サイクル特性がさらに低かった。
イオン液体のカチオンとして、スルホニウムカチオンを用いたリチウム二次電池B7では、初期抵抗が高く、サイクル特性が低かった。
溶媒にカーボネート類を用いずにイオン性液体をのみを用い、添加剤を含有しないリチウム二次電池B8では、電解液のセパレータへの含浸性が悪く、電池としての特性評価ができなかった。
イオン性液体を30体積%用い、添加剤を含有しないリチウム二次電池B9でも、電解液のセパレータへの含浸性が悪く、電池としての特性評価ができなかった。
In the lithium secondary battery B1, an electrolytic solution using a conventionally common carbonate (that is, a mixed solvent of EC, DMC, and EMC) as a solvent was used. Further, in the lithium secondary battery B2, an electrolytic solution using DMC as a solvent and LiFSI as a supporting salt was used.
From a comparison with this, the lithium secondary batteries A1 to A4 using the electrolytic solution corresponding to the electrolytic solution for the lithium secondary battery according to the present embodiment have an initial resistance as compared with those using the conventional electrolytic solution. It was equal to or less than the same, and the cycle characteristics were equal to or higher than those using the conventional electrolytic solution. Further, in the lithium secondary batteries A1 to A4, the impregnation property of the electrolytic solution with respect to the separator was good.
On the other hand, the lithium secondary battery B3 containing no additive had low cycle characteristics.
In the lithium secondary battery B4 using bis (trifluoromethanesulfonyl) imide as an anion of the ionic liquid, the initial resistance was slightly high and the cycle characteristics were slightly low.
In the lithium secondary battery B5 using an aromatic cyclic quaternary ammonium organic cation as the cation of the ionic liquid, the initial resistance was high and the cycle characteristics were low.
The lithium secondary battery B6, which uses bis (trifluoromethanesulfonyl) imide as the anion of the ionic liquid and an aromatic cyclic quaternary ammonium organic cation as the cation of the ionic liquid, has a higher initial resistance and further cycle characteristics. It was low.
In the lithium secondary battery B7 using a sulfonium cation as the cation of the ionic liquid, the initial resistance was high and the cycle characteristics were low.
In the lithium secondary battery B8, which uses only an ionic liquid without using carbonates as a solvent and does not contain additives, the impregnation property of the electrolytic solution into the separator is poor, and the characteristics of the battery cannot be evaluated.
Even in the lithium secondary battery B9 using 30% by volume of an ionic liquid and containing no additive, the impregnation property of the electrolytic solution into the separator was poor, and the characteristics of the battery could not be evaluated.

表1および表2の結果を総合すると、本実施形態に係るリチウム二次電池用の電解液は、イオン液体を用いながらもポリオレフィン製セパレータに対して良好な含浸性を有し、導電率が高く、かつリチウム二次電池に高いサイクル特性を与えるものであることがわかる。 Summarizing the results of Tables 1 and 2, the electrolytic solution for the lithium secondary battery according to the present embodiment has good impregnation property with respect to the polyolefin separator while using an ionic liquid, and has high conductivity. Moreover, it can be seen that it gives a high cycle characteristic to the lithium secondary battery.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。 Although specific examples of the present invention have been described in detail above, these are merely examples and do not limit the scope of claims. The techniques described in the claims include various modifications and modifications of the specific examples illustrated above.

20 捲回電極体
30 電池ケース
36 安全弁
42 正極端子
42a 正極集電板
44 負極端子
44a 負極集電板
50 正極シート(正極)
52 正極集電体
52a 正極活物質層非形成部分
54 正極活物質層
60 負極シート(負極)
62 負極集電体
62a 負極活物質層非形成部分
64 負極活物質層
70 セパレータシート(セパレータ)
80 電解液
100 リチウム二次電池
20 Winding electrode body 30 Battery case 36 Safety valve 42 Positive electrode terminal 42a Positive electrode current collector plate 44 Negative electrode terminal 44a Negative electrode current collector plate 50 Positive electrode sheet (positive electrode)
52 Positive electrode current collector 52a Positive electrode active material layer non-formed portion 54 Positive electrode active material layer 60 Negative electrode sheet (negative electrode)
62 Negative electrode current collector 62a Negative electrode active material layer non-formed portion 64 Negative electrode active material layer 70 Separator sheet (separator)
80 Electrolyte 100 Lithium secondary battery

Claims (1)

飽和脂肪族環状四級アンモニウム有機物カチオンと、N(SOF)アニオンとから構成されるイオン液体と、
カーボネート類と、
下記式(I)で表される軽金属塩、および下記式(II)で表されるリン化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種の添加剤と、
リチウムビス(フルオロスルホニル)イミドと、
を含有し、
前記イオン液体の、前記イオン液体および前記カーボネート類の合計に対する割合が、5体積%以上30体積%未満であり、
前記カーボネート類が、ジメチルカーボネートである、
リチウム二次電池用の電解液。
Figure 0006955672
Figure 0006955672
(式(I)中、R11は、−C(=O)−R21−C(=O)−基(R21は、アルキレン基、ハロゲン化アルキレン基、アリーレン基、またはハロゲン化アリーレン基を表す)、または−C(=O)−C(=O)−基を表し、R12は、ハロゲン原子、アルキル基、ハロゲン化アルキル基、アリール基、またはハロゲン化アリール基を表し、X11およびX12はそれぞれ、酸素原子または硫黄原子を表し、M11は、遷移金属元素または周期表における13族元素、14族元素、または15族元素を表し、M21は、周期表における1族元素、2族元素、またはAlを表し、aは1〜4の整数であり、bは0〜8の整数であり、c、d、e、およびfはそれぞれ1〜3の整数であり、
式(II)中、Mn+は、周期表における1族元素イオン、2族元素イオン、Alイオン、またはオニウムイオンを表し、A1およびA2はそれぞれ、酸素原子または硫黄原子を表し、X1およびX2はそれぞれ、ハロゲン原子、炭素数が1〜6の飽和もしくは不飽和の炭化水素基、またはヘテロ原子を有する炭素数が1〜6の飽和もしくは不飽和の炭化水素基を表すか、相互に結合して環構造を形成し、nは価数である。)
A saturated aliphatic cyclic quaternary ammonium organic cation, and an ionic liquid composed of the N (SO 2 F) 2 anions,
With carbonates
At least one additive selected from the group consisting of a light metal salt represented by the following formula (I) and a phosphorus compound represented by the following formula (II).
Lithium bis (fluorosulfonyl) imide and
Contains,
Of the ionic liquid, a percentage of the total of the ionic liquid and the carbonates are state, and are less than 5 vol% to 30 vol%,
The carbonates are dimethyl carbonates.
Electrolyte for lithium secondary batteries.
Figure 0006955672
Figure 0006955672
(In formula (I), R11 is a -C (= O) -R21-C (= O) -group (R21 represents an alkylene group, a halogenated alkylene group, an arylene group, or a halogenated arylene group). Or -C (= O) -C (= O) -group, R12 represents a halogen atom, an alkyl group, an alkyl halide group, an aryl group, or an aryl halide group, and X11 and X12 are oxygen, respectively. Represents an atom or sulfur atom, M11 represents a transition metal element or a Group 13 element, a Group 14 element, or a Group 15 element in the periodic table, and M21 represents a Group 1 element, a Group 2 element, or Al in the periodic table. , A is an integer of 1 to 4, b is an integer of 0 to 8, and c, d, e, and f are integers of 1 to 3, respectively.
In formula (II), M n + represents a Group 1 element ion, a Group 2 element ion, an Al ion, or an onium ion in the periodic table, A1 and A2 represent an oxygen atom or a sulfur atom, respectively, and X1 and X2 are. Each represents a halogen atom, a saturated or unsaturated hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms, or a saturated or unsaturated hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms having a hetero atom, or is bonded to each other. It forms a ring structure and n is a valence. )
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