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JP7590126B2 - Non-aqueous secondary battery - Google Patents
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JP7590126B2 - Non-aqueous secondary battery - Google Patents

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Description

本発明は、非水系二次電池に関する。 The present invention relates to a non-aqueous secondary battery.

近年、リチウムイオン二次電池を電気自動車やハイブリット自動車などに搭載することを目的として開発が行われている。その中で、アイドリングストップシステムやスターターに用いられている鉛蓄電池をリチウムイオン二次電池に代替しようとする動きがある。上記用途に求められる仕様としては、エンジンルーム内の設置を想定した高温環境下での長期信頼性に加えて、寒冷地でもエンジンを駆動させる必要があることから、低温環境下での出力性能も望まれている。 In recent years, development has been underway with the aim of installing lithium-ion secondary batteries in electric vehicles, hybrid vehicles, and the like. Among these, there is a movement to replace the lead-acid batteries used in idling stop systems and starters with lithium-ion secondary batteries. Specifications required for the above applications include long-term reliability in the high-temperature environment assumed for installation in the engine compartment, as well as output performance in low-temperature environments, since the engine needs to be driven in cold regions.

しかしながら、高温環境下では、非水電解液に含まれる溶媒が酸化・還元分解し、分解物の堆積による内部抵抗の増加や、ガス発生により、電池性能を低下させる課題が残っている。特に、正極活物質としてコバルト酸リチウム(LiCoO)や三元系正極(Li(Ni/Co/Mn)O)等を用いた場合、高温環境下で充放電サイクルを行うことで正極活物質から遷移金属が溶出し、溶出した金属が負極表面で析出することで各種電池劣化を引き起こすことがわかっている。一方で、パワーツール用途では、以前から正極活物質に、熱安定性に優れているオリビン型構造を有するリチウム含有化合物が用いられている。この正極活物質は、結晶構造が安定しており、一次粒子径が小さいことから、優れた熱安定性と高い出力性能を有している。さらに資源的に豊富な鉄を主原料としているため、低コストで環境負荷も小さい。一方で、低温環境下(-40℃以下)では、非水電解液の凍結やリチウム塩の析出により、エンジンを駆動するために必要な出力性能を満足することは困難であった。 However, in a high-temperature environment, the solvent contained in the nonaqueous electrolyte is oxidized and reduced to decompose, and the internal resistance increases due to the accumulation of the decomposition products, and the problem of degrading the battery performance due to gas generation remains. In particular, when lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) or a ternary positive electrode (Li(Ni/Co/Mn)O 2 ) is used as the positive electrode active material, it is known that transition metals are eluted from the positive electrode active material by performing charge/discharge cycles in a high-temperature environment, and the eluted metals are precipitated on the surface of the negative electrode, causing various battery deteriorations. On the other hand, for power tool applications, lithium-containing compounds having an olivine structure with excellent thermal stability have been used as the positive electrode active material for some time. This positive electrode active material has excellent thermal stability and high output performance because of its stable crystal structure and small primary particle size. Furthermore, it is low cost and has a small environmental impact because it is mainly made of iron, which is abundant in resources. On the other hand, in a low temperature environment (−40° C. or lower), freezing of the nonaqueous electrolyte and precipitation of lithium salts make it difficult to achieve the output performance required to drive the engine.

特許文献1には、正極として作動電位が金属リチウムに対して4Vより卑な正極活物質、具体的にはオリビン型リン酸鉄リチウムを有し、作動電位が金属リチウムに対して1Vより貴な負極活物質、具体的には黒鉛を有し、特定の構造を持つエーテル化合物とリチウム塩を電解液として用いた場合、従来のカーボネート系電解液よりも優れたレート特性を示すことが報告されている。 Patent Document 1 reports that when a positive electrode has a positive electrode active material, specifically olivine-type lithium iron phosphate, whose operating potential is less than 4 V relative to metallic lithium, and a negative electrode active material, specifically graphite, whose operating potential is more than 1 V relative to metallic lithium, and an ether compound with a specific structure and a lithium salt are used as the electrolyte, the battery shows better rate characteristics than conventional carbonate-based electrolytes.

特許文献2には、特定の電解液を用いることで、高温から低温まで幅広い温度範囲で優れた特性を示すことが報告されている。 Patent document 2 reports that the use of a specific electrolyte solution results in excellent properties over a wide range of temperatures, from high to low.

特許文献3には、電解液にエステル化合物とメチレンビススルホネートを含有することで、電解液の還元分解が抑制され、良好な被膜形成効果を有するため、高温保存特性が向上することが報告されている。 Patent Document 3 reports that by including an ester compound and methylene bissulfonate in the electrolyte, the reductive decomposition of the electrolyte is suppressed and a good coating is formed, improving the high-temperature storage characteristics.

特許文献4には、M(FSOで表されるフルオロスルホン酸塩とLiPFを一定の比率で含有する電解液を用いることで、優れた入出力性能が得られることが報告されている。 Patent Document 4 reports that excellent input/output performance can be obtained by using an electrolyte solution containing a fluorosulfonate represented by M(FSO 3 ) x and LiPF 6 in a certain ratio.

特許文献5には、貫通孔を有する金属箔にオリビン型リン酸鉄リチウムを正極活物質として用い、特定の電解液およびセパレータを用いることで、-30℃環境下で優れた出力性能を有するリチウムイオン二次電池が報告されている。 Patent Document 5 reports a lithium-ion secondary battery that uses olivine-type lithium iron phosphate as the positive electrode active material on a metal foil with through holes, and uses a specific electrolyte and separator, resulting in excellent output performance in an environment of -30°C.

特開2010-277958号公報JP 2010-277958 A 国際公開第2017/057588号International Publication No. 2017/057588 国際公開第2012/017999号International Publication No. 2012/017999 特開2011-187440号公報JP 2011-187440 A 特開2015-215977号公報JP 2015-215977 A

しかしながら、特許文献1に記載のリチウムイオン二次電池は、室温での出力性能については触れられているものの、低温環境下の出力については全く言及されていない。 However, although the lithium-ion secondary battery described in Patent Document 1 mentions its output performance at room temperature, it makes no mention of its output in low-temperature environments.

特許文献2に記載のリチウムイオン二次電池は、高温から低温まで幅広い温度範囲で動作するものの、25℃環境下のイオン伝導度は一般的なカーボネート電解液と変わらず、極低温環境下ではイオン伝導度が更に低下したため、車載用途で求められる出力を十分満たす性能は得られなかった。 Although the lithium-ion secondary battery described in Patent Document 2 operates over a wide range of temperatures from high to low, its ionic conductivity at 25°C is no different from that of a typical carbonate electrolyte, and in an extremely low temperature environment, the ionic conductivity is further reduced, so that the battery does not achieve performance sufficient to meet the output required for in-vehicle applications.

特許文献3に記載のリチウムイオン二次電池は、負極保護被膜の強化により高温耐久性が改善できるものの、負極で電解液の還元分解を抑制するため強固な保護被膜があまりに多く形成されることから、内部抵抗が増加し、低温環境下で十分な出力性能を満たすことはできなかった。 The lithium-ion secondary battery described in Patent Document 3 can improve high-temperature durability by strengthening the negative electrode protective coating, but because too much of the strong protective coating is formed on the negative electrode to suppress the reductive decomposition of the electrolyte, the internal resistance increases and it is not possible to achieve sufficient output performance in a low-temperature environment.

特許文献4に記載のLiFSOをリチウム塩として含む電解液を用いたリチウムイオン電池は、高温環境下でFSOアニオン(FSO )が負極で還元分解し、内部抵抗の増加することが確認され、良好なサイクル性能が得られなかった。 In a lithium ion battery using an electrolyte solution containing LiFSO 3 as a lithium salt as described in Patent Document 4, it was confirmed that the FSO 3 anion (FSO 3 ) was reduced and decomposed at the negative electrode in a high-temperature environment, causing an increase in internal resistance, and good cycle performance was not obtained.

特許文献5に記載されるような特定の正極、負極およびセパレータを用いたリチウムイオン二次電池は、低温環境下では優れた出力性能を示すものの、高温環境下での負極における電解液の還元分解には言及されていない。 Lithium ion secondary batteries using specific positive electrodes, negative electrodes, and separators as described in Patent Document 5 exhibit excellent output performance in low-temperature environments, but make no mention of the reductive decomposition of the electrolyte in the negative electrode in high-temperature environments.

本発明は、上記の課題に鑑み、高温環境下で充放電サイクルを行った際の容量維持率低下を抑制し、かつ、低温環境下での出力性能にも優れた非水系二次電池を提供することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention aims to provide a non-aqueous secondary battery that suppresses the decrease in capacity retention rate when performing charge/discharge cycles in a high-temperature environment and also has excellent output performance in a low-temperature environment.

本発明者らは、上述の課題を解決するために鋭意研究を重ねた。その結果、以下の構成を有する非水系電解液又は非水系二次電池を用いることによって上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は以下のとおりである。
[1]
正極活物質を有する正極と、負極活物質を有する負極と、セパレータと非水系電解液とを有する非水系二次電池であって、
上記正極は、上記正極活物質としてリチウム含有金属酸化物を含有し、
上記リチウム含有金属酸化物は、オリビン型構造を有するLiFePOで表される化合物を含み、式中、0<x<1.2であり、
上記非水系電解液は、非水系溶媒の合計質量を基準として、アセトニトリルを1体積%~85体積%、並びにリチウム塩としてLiN(SOF)およびLiPFを含有し、FSOアニオンの含有量が、非水系電解液の合計質量を基準として100ppm以下である、非水系二次電池。
[2]
上記非水系電解液に含まれるプロピオニトリルが、非水系電解液の合計質量を基準として5.0ppm未満である、項目1に記載の非水系二次電池。
The present inventors have conducted extensive research to solve the above-mentioned problems. As a result, they have found that the above-mentioned problems can be solved by using a nonaqueous electrolyte or a nonaqueous secondary battery having the following configuration, and have completed the present invention. That is, the present invention is as follows.
[1]
A non-aqueous secondary battery having a positive electrode having a positive electrode active material, a negative electrode having a negative electrode active material, a separator, and a non-aqueous electrolyte solution,
The positive electrode contains a lithium-containing metal oxide as the positive electrode active material,
The lithium-containing metal oxide includes a compound having an olivine structure represented by Li x FePO 4 , where 0<x<1.2;
The non-aqueous electrolyte contains 1 volume % to 85 volume % of acetonitrile, and LiN(SO 2 F) 2 and LiPF 6 as lithium salts, based on the total mass of the non-aqueous solvent, and the content of FSO 3 anions is 100 ppm or less based on the total mass of the non-aqueous electrolyte.
[2]
2. The nonaqueous secondary battery according to item 1, wherein the propionitrile contained in the nonaqueous electrolyte solution is less than 5.0 ppm based on the total mass of the nonaqueous electrolyte solution.

正極活物質としてオリビン型構造のリン酸鉄リチウムを用いることで、高温環境下の各種電池劣化を抑制し、かつ、アセトニトリルと、LiN(SOF)及びLiPFを含む非水系電解液のFSOアニオンの含有量を所定の範囲内に制御することで、負極の界面抵抗増加が抑制され、低温環境下における優れた出力性能を引き出すことができる。 By using lithium iron phosphate having an olivine structure as the positive electrode active material, various types of battery deterioration in high temperature environments can be suppressed, and by controlling the content of FSO3 anions in the non-aqueous electrolyte solution containing acetonitrile, LiN( SO2F ) 2 , and LiPF6 within a predetermined range, an increase in the interface resistance of the negative electrode can be suppressed, and excellent output performance can be achieved in low temperature environments.

本実施形態の非水系二次電池の一例を概略的に示す平面図である。1 is a plan view illustrating a schematic example of a nonaqueous secondary battery according to an embodiment of the present invention. 図1の非水系二次電池のA-A線断面図である。2 is a cross-sectional view of the nonaqueous secondary battery shown in FIG. 1 taken along line AA.

以下、本発明を実施するための形態(以下、単に「本実施形態」という。)について詳細に説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。本明細書において「~」を用いて記載される数値範囲は、その前後に記載される数値を含む。 The following is a detailed description of an embodiment of the present invention (hereinafter, simply referred to as the "present embodiment"). The present invention is not limited to the following embodiment, and various modifications are possible without departing from the gist of the present invention. In this specification, a numerical range described using "~" includes the numerical values described before and after the range.

《非水系二次電池》
本実施形態の非水系二次電池は、正極活物質を有する正極と、負極活物質を有する負極と、セパレータと、非水系電解液とを有する。また、限定するものではないが、本実施形態の非水系二次電池としては、正極活物質としてリチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な正極材料を含有する正極と、負極活物質として、リチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な負極材料、及び/又は金属リチウムを含有する負極と、を備えるリチウムイオン電池が挙げられる。
<<Non-aqueous secondary battery>>
The non-aqueous secondary battery of this embodiment includes a positive electrode having a positive electrode active material, a negative electrode having a negative electrode active material, a separator, and a non-aqueous electrolyte. In addition, although not limited thereto, the non-aqueous secondary battery of this embodiment includes a lithium ion battery including a positive electrode containing a positive electrode material capable of absorbing and releasing lithium ions as a positive electrode active material, and a negative electrode containing a negative electrode material capable of absorbing and releasing lithium ions and/or metallic lithium as a negative electrode active material.

本実施形態の非水系二次電池としては、具体的には、図1及び2に図示される非水系二次電池であってもよい。ここで、図1は非水系二次電池を概略的に表す平面図であり、図2は図1のA-A線断面図である。図1、図2に示す非水系二次電池100は、パウチ型セルで構成される。非水系二次電池100は、2枚のアルミニウムラミネートフィルムで構成した電池外装110の空間120内に、正極150と負極160とをセパレータ170を介して積層して構成した積層電極体と、非水系電解液(図示せず)とを収容している。電池外装110は、その外周部において、上下のアルミニウムラミネートフィルムを熱融着することにより封止されている。正極150、セパレータ170、及び負極160を順に積層した積層体には、非水系電解液が含浸されている。ただしこの図2では、図面が煩雑になることを避けるために、電池外装110を構成している各層、並びに正極150及び負極160の各層を区別して示していない。電池外装110を構成しているアルミニウムラミネートフィルムは、アルミニウム箔の両面をポリオレフィン系の樹脂でコートしたものであることが好ましい。 Specifically, the nonaqueous secondary battery of this embodiment may be the nonaqueous secondary battery shown in FIGS. 1 and 2. Here, FIG. 1 is a plan view showing a schematic representation of a nonaqueous secondary battery, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line A-A in FIG. 1. The nonaqueous secondary battery 100 shown in FIGS. 1 and 2 is a pouch-type cell. The nonaqueous secondary battery 100 contains a laminated electrode body formed by laminating a positive electrode 150 and a negative electrode 160 with a separator 170 interposed therebetween, and a nonaqueous electrolyte (not shown) in a space 120 of a battery exterior 110 formed of two aluminum laminate films. The battery exterior 110 is sealed at its outer periphery by heat-sealing the upper and lower aluminum laminate films. The laminate formed by laminating the positive electrode 150, the separator 170, and the negative electrode 160 in order is impregnated with a nonaqueous electrolyte. However, in FIG. 2, in order to avoid complicating the drawing, the layers constituting the battery exterior 110 and the layers of the positive electrode 150 and the negative electrode 160 are not shown separately. The aluminum laminate film constituting the battery exterior 110 is preferably an aluminum foil coated on both sides with a polyolefin resin.

正極150は、非水系二次電池100内で正極リード体130と接続している。図示していないが、負極160も、非水系二次電池100内で負極リード体140と接続している。そして、正極リード体130及び負極リード体140は、それぞれ、外部の機器等と接続可能なように、片端側が電池外装110の外側に引き出されており、それらのアイオノマー部分が、電池外装110の1辺と共に熱融着されている。 The positive electrode 150 is connected to the positive electrode lead body 130 within the nonaqueous secondary battery 100. Although not shown, the negative electrode 160 is also connected to the negative electrode lead body 140 within the nonaqueous secondary battery 100. One end of each of the positive electrode lead body 130 and the negative electrode lead body 140 is pulled out to the outside of the battery exterior 110 so that they can be connected to external devices, and the ionomer portions of these are heat-sealed to one side of the battery exterior 110.

図1及び2に図示される非水系二次電池100は、正極150及び負極160が、それぞれ1枚ずつの積層電極体を有しているが、容量設計により正極150及び負極160の積層枚数を適宜増やすことができる。正極150及び負極160をそれぞれ複数枚有する積層電極体の場合には、同一極のタブ同士を溶接等により接合したうえで1つのリード体に溶接等により接合して電池外部に取り出してもよい。上記同一極のタブとしては、集電体の露出部から構成される態様、集電体の露出部に金属片を溶接して構成される態様等が可能である。 In the non-aqueous secondary battery 100 shown in Figs. 1 and 2, the positive electrode 150 and the negative electrode 160 each have one laminated electrode body, but the number of laminated positive electrodes 150 and negative electrodes 160 can be increased as appropriate depending on the capacity design. In the case of a laminated electrode body having multiple positive electrodes 150 and multiple negative electrodes 160, the tabs of the same electrode may be joined by welding or the like and then joined to a single lead body by welding or the like and taken out of the battery. The above-mentioned tabs of the same electrode may be formed from the exposed part of the current collector, or may be formed by welding a metal piece to the exposed part of the current collector, etc.

正極150は、正極合剤から作製した正極活物質層と、正極集電体とから構成される。負極160は、負極合剤から作製した負極活物質層と、負極集電体とから構成される。正極150及び負極160は、セパレータ170を介して正極活物質層と負極活物質層とが対向するように配置される。 The positive electrode 150 is composed of a positive electrode active material layer made from a positive electrode mixture and a positive electrode current collector. The negative electrode 160 is composed of a negative electrode active material layer made from a negative electrode mixture and a negative electrode current collector. The positive electrode 150 and the negative electrode 160 are arranged so that the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer face each other via the separator 170.

これらの各部材としては、本実施形態における各要件を満たしていれば、従来のリチウムイオン電池に備えられる材料を用いることができる。以下、非水系二次電池の各部材について更に詳細に説明する。 As these components, materials that are used in conventional lithium ion batteries can be used as long as they satisfy the requirements of this embodiment. Each component of the nonaqueous secondary battery will be described in more detail below.

[正極]
正極は、正極活物質としてリチウム含有金属酸化物を含む。典型的には、正極は、正極集電体と、正極集電体の片面又は両面に正極合剤から作製した正極活物質層とから構成される。正極は、非水系二次電池の正極として作用するものであれば特に限定されない。
[Positive electrode]
The positive electrode contains a lithium-containing metal oxide as a positive electrode active material. Typically, the positive electrode is composed of a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer made of a positive electrode mixture on one or both sides of the positive electrode current collector. The positive electrode is not particularly limited as long as it acts as a positive electrode of a non-aqueous secondary battery.

正極活物質層は、正極活物質を含有し、必要に応じて導電助剤及びバインダーを更に含有することが好ましい。正極活物質層は、正極活物質として、リチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な材料を含有することが好ましい。このような材料を用いる場合、高電圧及び高エネルギー密度を得ることができる傾向にあるので好ましい。 The positive electrode active material layer preferably contains a positive electrode active material and, if necessary, further contains a conductive assistant and a binder. The positive electrode active material layer preferably contains, as the positive electrode active material, a material capable of absorbing and releasing lithium ions. When such a material is used, it is preferable because it tends to be possible to obtain a high voltage and a high energy density.

正極活物質としては、例えば、Ni、Mn、及びCoから成る群より選ばれる少なくとも1種の遷移金属元素を含有する正極活物質が挙げられ、下記一般式(a):
LiNiCoMn・・・・・(a)
{式中、MはAl、Sn、In、Fe、V、Cu、Mg、Ti、Zn、Mo、Zr、Sr、Baから成る群から選ばれる少なくとも1種の金属であり、且つ、0<p<1.3、0<q<1.2、0<r<1.2、0≦s<0.5、0≦t<0.3、0.7≦q+r+s+t≦1.2、1.8<u<2.2の範囲であり、そしてpは、電池の充放電状態により決まる値である。}
で表されるLi含有金属酸化物から選ばれる少なくとも1種のLi含有金属酸化物が好適である。
The positive electrode active material may be, for example, a positive electrode active material containing at least one transition metal element selected from the group consisting of Ni, Mn, and Co, and may be represented by the following general formula (a):
Li p Ni q Cor Mn s M t O u ... (a)
In the formula, M is at least one metal selected from the group consisting of Al, Sn, In, Fe, V, Cu, Mg, Ti, Zn, Mo, Zr, Sr, and Ba, and is in the ranges of 0<p<1.3, 0<q<1.2, 0<r<1.2, 0≦s<0.5, 0≦t<0.3, 0.7≦q+r+s+t≦1.2, and 1.8<u<2.2, and p is a value determined by the charge/discharge state of the battery.
At least one Li-containing metal oxide selected from the Li-containing metal oxides represented by the following formula (I) is suitable.

正極活物質の具体例としては、例えば、LiCoOに代表されるリチウムコバルト酸化物;LiMnO、LiMn、及びLiMnに代表されるリチウムマンガン酸化物;LiNiOに代表されるリチウムニッケル酸化物;LiNi1/3Co1/3Mn1/3、LiNi0.5Co0.2Mn0.3、LiNi0.8Co0.2に代表されるLiMO(MはNi、Mn、及びCoから成る群より選ばれる少なくとも1種の遷移金属元素を含み、且つ、Ni、Mn、Co、Al、及びMgから成る群より選ばれる2種以上の金属元素を示し、zは0.9超1.2未満の数を示す)で表されるリチウム含有複合金属酸化物等が挙げられる。 Specific examples of the positive electrode active material include lithium cobalt oxides such as LiCoO2 ; lithium manganese oxides such as LiMnO2 , LiMn2O4 , and Li2Mn2O4 ; lithium nickel oxides such as LiNiO2 ; and LizMO2 such as LiNi1 / 3Co1 /3Mn1 / 3O2 , LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 , and LiNi0.8Co0.2O2 . (M contains at least one transition metal element selected from the group consisting of Ni, Mn, and Co, and represents two or more metal elements selected from the group consisting of Ni, Mn, Co, Al, and Mg, and z represents a number greater than 0.9 and less than 1.2).

特に、一般式(a)で表されるLi含有金属酸化物のNi含有比qが、0.5<q<1.2である場合には、レアメタルであるCoの使用量削減と、高エネルギー密度化の両方が達成されるため好ましい。そのような正極活物質としては、例えば、LiNi0.6Co0.2Mn0.2、LiNi0.75Co0.15Mn0.15、LiNi0.8Co0.1Mn0.1、LiNi0.85Co0.075Mn0.075、LiNi0.8Co0.15Al0.05、LiNi0.81Co0.1Al0.09、LiNi0.85Co0.1Al0.05、等に代表されるリチウム含有複合金属酸化物が挙げられる。 In particular, when the Ni content ratio q of the Li-containing metal oxide represented by the general formula (a) is 0.5<q<1.2, it is preferable because it is possible to reduce the amount of Co used, which is a rare metal, and to achieve a high energy density. Examples of such positive electrode active materials include lithium - containing composite metal oxides such as LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 , LiNi0.75Co0.15Mn0.15O2 , LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 , LiNi0.85Co0.075Mn0.075O2 , LiNi0.8Co0.15Al0.05O2 , LiNi0.81Co0.1Al0.09O2 , and LiNi0.85Co0.1Al0.05O2 .

一方、Ni含有比が高まるほど、低電圧で劣化が進行する傾向にある。一般式(a)で表されるLi含有金属酸化物の正極活物質には非水系電解液を酸化劣化させる活性点が本質的に存在するが、この活性点は負極を保護するために添加した化合物を正極側で意図せず消費してしまうことがある。中でも酸無水物はその影響を受け易い傾向にある。特に、非水系溶媒としてアセトニトリルを含有する場合には、酸無水物の添加効果は絶大であるが故に、正極側で酸無水物が消費されてしまうことは致命的な課題である。 On the other hand, the higher the Ni content ratio, the more degradation tends to progress at low voltages. The positive electrode active material of the Li-containing metal oxide represented by the general formula (a) essentially has active sites that oxidize and deteriorate the non-aqueous electrolyte, but these active sites can unintentionally consume compounds added to protect the negative electrode on the positive electrode side. Acid anhydrides in particular tend to be susceptible to this effect. In particular, when acetonitrile is contained as the non-aqueous solvent, the effect of adding an acid anhydride is enormous, so the consumption of the acid anhydride on the positive electrode side is a fatal problem.

また、正極側に取り込まれ堆積したこれらの添加剤分解物は非水系二次電池の内部抵抗増加要因となるだけでなく、リチウム塩の劣化も加速させる。更に、本来の目的であった負極表面の保護も不十分となってしまう。非水系電解液を本質的に酸化劣化させる活性点を失活させるにはヤーンテラー歪みの制御又は中和剤的な役割を担う成分の共存が重要である。そのため、正極活物質にはAl、Sn、In、Fe、V、Cu、Mg、Ti、Zn、Mo、Zr、Sr、Baから成る群より選ばれる少なくとも1種の金属を含有することが好ましい。 In addition, the decomposition products of these additives that are taken in and deposited on the positive electrode side not only increase the internal resistance of non-aqueous secondary batteries, but also accelerate the deterioration of the lithium salt. Furthermore, the protection of the negative electrode surface, which was the original purpose, becomes insufficient. In order to deactivate the active sites that essentially cause the oxidative deterioration of non-aqueous electrolytes, it is important to control the Jahn-Teller distortion or to have a component that acts as a neutralizer. Therefore, it is preferable that the positive electrode active material contains at least one metal selected from the group consisting of Al, Sn, In, Fe, V, Cu, Mg, Ti, Zn, Mo, Zr, Sr, and Ba.

同様の理由により、正極活物質の表面が、Zr、Ti、Al、及びNbから成る群より選ばれる少なくとも1種の金属元素を含有する化合物で被覆されていることが好ましい。また、正極活物質の表面が、Zr、Ti、Al、及びNbから成る群より選ばれる少なくとも1種の金属元素を含有する酸化物で被覆されていることがより好ましい。更に、正極活物質の表面が、ZrO、TiO、Al、NbO、及びLiNbOから成る群より選ばれる少なくとも1種の酸化物で被覆されていることが、リチウムイオンの透過を阻害しないため特に好ましい。 For the same reason, it is preferable that the surface of the positive electrode active material is coated with a compound containing at least one metal element selected from the group consisting of Zr, Ti, Al, and Nb. It is more preferable that the surface of the positive electrode active material is coated with an oxide containing at least one metal element selected from the group consisting of Zr, Ti, Al, and Nb. Furthermore, it is particularly preferable that the surface of the positive electrode active material is coated with at least one oxide selected from the group consisting of ZrO 2 , TiO 2 , Al 2 O 3 , NbO 3 , and LiNbO 2 , since this does not inhibit the permeation of lithium ions.

正極活物質としては、式(a)で表されるLi含有金属酸化物以外のリチウム含有化合物であってもよく、リチウムを含有するものであれば特に限定されない。このようなリチウム含有化合物としては、例えば、リチウムと遷移金属元素とを含む複合酸化物、リチウムを有する金属カルコゲン化物、リチウムと遷移金属元素とを含むリン酸金属化合物、及びリチウムと遷移金属元素とを含むケイ酸金属化合物が挙げられる。より高い電圧を得る観点から、リチウム含有化合物としては、特に、リチウムと、Co、Ni、Mn、Fe、Cu、Zn、Cr、V、及びTiから成る群より選ばれる少なくとも1種の遷移金属元素と、を含むリン酸金属化合物が好ましい。 The positive electrode active material may be a lithium-containing compound other than the Li-containing metal oxide represented by formula (a), and is not particularly limited as long as it contains lithium. Examples of such lithium-containing compounds include composite oxides containing lithium and a transition metal element, metal chalcogenides containing lithium, metal phosphate compounds containing lithium and a transition metal element, and metal silicate compounds containing lithium and a transition metal element. From the viewpoint of obtaining a higher voltage, the lithium-containing compound is preferably a metal phosphate compound containing lithium and at least one transition metal element selected from the group consisting of Co, Ni, Mn, Fe, Cu, Zn, Cr, V, and Ti.

リチウム含有化合物として、より具体的には、以下の式(Xa):
Li (Xa)
{式中、Dはカルコゲン元素を示し、Mは1種以上の遷移金属元素を示し、vの値は、電池の充放電状態により決まり、0.05~1.10の数を示し、そしてuは0~2の数を示す。}、
以下の式(Xb):
LiIIPO (Xb)
{式中、Dはカルコゲン元素を示し、MIIは1種以上の遷移金属元素を示し、wの値は、電池の充放電状態により決まり、0.05~1.10の数を示し、そしてuは0~2の数を示す。}、及び
以下の式(Xc):
LiIII SiO (Xc)
{式中、Dはカルコゲン元素を示し、MIIIは1種以上の遷移金属元素を示し、tの値は、電池の充放電状態により決まり、0.05~1.10の数を示し、そしてuは0~2の数を示す。}
のそれぞれで表される化合物が挙げられる。
More specifically, the lithium-containing compound is represented by the following formula (Xa):
Liv M I D 2 (Xa)
{In the formula, D represents a chalcogen element, M and I represent one or more transition metal elements, the value of v is determined depending on the charge/discharge state of the battery and represents a number from 0.05 to 1.10, and u represents a number from 0 to 2.}
The following formula (Xb):
Li w M II PO 4 (Xb)
{wherein D represents a chalcogen element, M II represents one or more transition metal elements, the value of w is determined depending on the charge/discharge state of the battery and represents a number from 0.05 to 1.10, and u represents a number from 0 to 2.}, and the following formula (Xc):
Li t M III u SiO 4 (Xc)
{In the formula, D represents a chalcogen element, M III represents one or more transition metal elements, the value of t is determined depending on the charge/discharge state of the battery and represents a number from 0.05 to 1.10, and u represents a number from 0 to 2.}
Examples of the compounds include those represented by the following formula:

上述の式(Xa)で表されるリチウム含有化合物は層状構造を有し、上述の式(Xb)及び(Xc)で表される化合物はオリビン型構造を有する。これらのリチウム含有化合物は、構造を安定化させる等の目的から、Al、Mg、又はその他の遷移金属元素により遷移金属元素の一部を置換したもの、これらの金属元素を結晶粒界に含ませたもの、酸素原子の一部をフッ素原子等で置換したもの、正極活物質表面の少なくとも一部に他の正極活物質を被覆したもの等であってもよい。 The lithium-containing compound represented by the above formula (Xa) has a layered structure, and the compounds represented by the above formulas (Xb) and (Xc) have an olivine structure. These lithium-containing compounds may be those in which, for the purpose of stabilizing the structure, part of the transition metal element is replaced with Al, Mg, or other transition metal element, those in which these metal elements are contained in the crystal grain boundaries, those in which part of the oxygen atoms are replaced with fluorine atoms, etc., and those in which at least part of the surface of the positive electrode active material is coated with another positive electrode active material, etc.

本実施形態において、正極は、(Xb)で表される正極活物質の中でも、オリビン型構造を有するLiFePOで表され、式中0<x<1.2であるリチウム含有金属酸化物を含む。好ましくは、リン酸鉄リチウム(LiFePO)である。オリビン型構造は熱安定性に優れ、結晶構造が安定しており、一次粒子径が小さいことから、正極活物質が当該オリビン型構造を有するリチウム含有金属酸化物を含有することによって、高温耐久性が向上する傾向にある。上記LiFePOで表される化合物の含有量は、正極活物質の合計質量を基準として、好ましくは40質量%~100質量%、より好ましくは60質量%~100質量%、更に好ましくは80質量%~100質量%である。正極活物質は、LiFePOを単独で用いてもよく、他の正極活物質を含んでもよい。 In this embodiment, the positive electrode contains a lithium-containing metal oxide represented by Li x FePO 4 having an olivine structure, among the positive electrode active materials represented by (Xb), where 0<x<1.2. Preferably, it is lithium iron phosphate (LiFePO 4 ). Since the olivine structure has excellent thermal stability, a stable crystal structure, and a small primary particle size, the positive electrode active material contains a lithium-containing metal oxide having the olivine structure, and thus the high-temperature durability tends to be improved. The content of the compound represented by Li x FePO 4 is preferably 40% by mass to 100% by mass, more preferably 60% by mass to 100% by mass, and even more preferably 80% by mass to 100% by mass, based on the total mass of the positive electrode active material. The positive electrode active material may be Li x FePO 4 alone, or may contain other positive electrode active materials.

本実施形態における正極活物質としては、上記のようなリチウム含有化合物のみを用いてもよいし、該リチウム含有化合物と共にその他の正極活物質を併用してもよい。このようなその他の正極活物質としては、例えば、トンネル構造及び層状構造を有する金属酸化物又は金属カルコゲン化物;イオウ;導電性高分子等が挙げられる。トンネル構造及び層状構造を有する金属酸化物、又は金属カルコゲン化物としては、例えば、MnO、FeO、FeS、V、V13、TiO、TiS、MoS、及びNbSeに代表されるリチウム以外の金属の酸化物、硫化物、セレン化物等が挙げられる。導電性高分子としては、例えば、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリアセチレン、及びポリピロールに代表される導電性高分子が挙げられる。 In the present embodiment, the positive electrode active material may be only the lithium-containing compound as described above, or may be used in combination with other positive electrode active materials together with the lithium-containing compound. Examples of such other positive electrode active materials include metal oxides or metal chalcogenides having a tunnel structure and a layered structure; sulfur; conductive polymers, etc. Examples of metal oxides or metal chalcogenides having a tunnel structure and a layered structure include oxides, sulfides, and selenides of metals other than lithium, such as MnO 2 , FeO 2 , FeS 2 , V 2 O 5 , V 6 O 13 , TiO 2 , TiS 2 , MoS 2 , and NbSe 2. Examples of conductive polymers include conductive polymers such as polyaniline, polythiophene, polyacetylene, and polypyrrole.

上述のその他の正極活物質は、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられ、特に制限はない。しかしながら、リチウムイオンを可逆安定的に吸蔵及び放出することが可能であり、且つ、高エネルギー密度を達成できることから、正極活物質層がNi、Mn、及びCoから選ばれる少なくとも1種の遷移金属元素を含有することが好ましい。 The above-mentioned other positive electrode active materials may be used alone or in combination of two or more, with no particular restrictions. However, it is preferable that the positive electrode active material layer contains at least one transition metal element selected from Ni, Mn, and Co, since it is possible to reversibly and stably store and release lithium ions and achieve a high energy density.

正極活物質として、リチウム含有化合物とその他の正極活物質とを併用する場合、両者の使用割合としては、正極活物質の全部に対するリチウム含有化合物の使用割合として、80質量%以上が好ましく、85質量%以上がより好ましい。 When a lithium-containing compound and another positive electrode active material are used in combination as the positive electrode active material, the ratio of the lithium-containing compound to the total positive electrode active material is preferably 80% by mass or more, and more preferably 85% by mass or more.

導電助剤としては、例えば、グラファイト、アセチレンブラック、及びケッチェンブラックに代表されるカーボンブラック、並びに炭素繊維が挙げられる。導電助剤の含有割合は、正極活物質100質量部に対して、10質量部以下とすることが好ましく、より好ましくは1~5質量部である。 Examples of conductive additives include carbon black, such as graphite, acetylene black, and ketjen black, and carbon fiber. The content of the conductive additive is preferably 10 parts by mass or less, and more preferably 1 to 5 parts by mass, per 100 parts by mass of the positive electrode active material.

バインダーとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリアクリル酸、スチレンブタジエンゴム、及びフッ素ゴムが挙げられる。バインダーの含有割合は、正極活物質100質量部に対して、6質量部以下とすることが好ましく、より好ましくは0.5~4質量部である。 Examples of binders include polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyacrylic acid, styrene butadiene rubber, and fluororubber. The binder content is preferably 6 parts by mass or less, and more preferably 0.5 to 4 parts by mass, per 100 parts by mass of the positive electrode active material.

正極活物質層は、正極活物質と、必要に応じて導電助剤及びバインダーとを混合した正極合剤を溶剤に分散した正極合剤含有スラリーを、正極集電体に塗布及び乾燥(溶媒除去)し、必要に応じてプレスすることにより形成される。このような溶剤としては、特に制限はなく、従来公知のものを用いることができる。例えば、N-メチル-2-ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、水等が挙げられる。 The positive electrode active material layer is formed by dispersing a positive electrode mixture, which is a mixture of a positive electrode active material and, if necessary, a conductive assistant and a binder, in a solvent to form a positive electrode mixture-containing slurry, which is then applied to a positive electrode current collector, dried (solvent removal), and pressed if necessary. There are no particular limitations on the solvent, and any conventionally known solvent can be used. Examples include N-methyl-2-pyrrolidone, dimethylformamide, dimethylacetamide, and water.

正極集電体は、例えば、アルミニウム箔、ニッケル箔、ステンレス箔等の金属箔により構成される。正極集電体は、表面にカーボンコートが施されていてもよく、メッシュ状に加工されていてもよい。正極集電体の厚みは、5~40μmであることが好ましく、7~35μmであることがより好ましく、9~30μmであることが更に好ましい。 The positive electrode current collector is composed of a metal foil such as aluminum foil, nickel foil, or stainless steel foil. The positive electrode current collector may have a carbon coating on the surface, or may be processed into a mesh shape. The thickness of the positive electrode current collector is preferably 5 to 40 μm, more preferably 7 to 35 μm, and even more preferably 9 to 30 μm.

[負極]
負極は負極活物質を有する。負極は、一般に、負極合剤から作製した負極活物質層と、負極集電体とから構成される。負極は、非水系二次電池の負極として作用することができる。負極活物質層は、負極活物質を含有し、必要に応じて導電助剤及びバインダーを含有することが好ましい。
[Negative electrode]
The negative electrode has a negative electrode active material. The negative electrode is generally composed of a negative electrode active material layer made of a negative electrode mixture and a negative electrode current collector. The negative electrode can act as a negative electrode of a non-aqueous secondary battery. The negative electrode active material layer contains the negative electrode active material, and preferably contains a conductive assistant and a binder as necessary.

負極活物質としては、例えば、アモルファスカーボン(ハードカーボン)、人造黒鉛、天然黒鉛、黒鉛、熱分解炭素、コークス、ガラス状炭素、有機高分子化合物の焼成体、メソカーボンマイクロビーズ、炭素繊維、活性炭、グラファイト、炭素コロイド、及びカーボンブラックに代表される炭素材料の他、金属リチウム、金属酸化物、金属窒化物、リチウム合金、スズ合金、シリコン合金、金属間化合物、有機化合物、無機化合物、金属錯体、有機高分子化合物等が挙げられる。負極活物質は1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。 Examples of negative electrode active materials include amorphous carbon (hard carbon), artificial graphite, natural graphite, graphite, pyrolytic carbon, coke, glassy carbon, baked bodies of organic polymer compounds, mesocarbon microbeads, carbon fiber, activated carbon, graphite, carbon colloids, and carbon black, as well as metallic lithium, metal oxides, metal nitrides, lithium alloys, tin alloys, silicon alloys, intermetallic compounds, organic compounds, inorganic compounds, metal complexes, and organic polymer compounds. The negative electrode active materials may be used alone or in combination of two or more.

負極活物質層は、電池電圧を高められるという観点から、負極活物質としてリチウムイオンを0.4V vs.Li/Li+よりも卑な電位で吸蔵することが可能な材料を含有することが好ましい。 From the viewpoint of increasing the battery voltage, the negative electrode active material layer preferably contains, as the negative electrode active material, a material capable of absorbing lithium ions at a potential lower than 0.4 V vs. Li/ Li + .

導電助剤としては、例えば、グラファイト、アセチレンブラック、及びケッチェンブラックに代表されるカーボンブラック、並びに炭素繊維が挙げられる。導電助剤の含有割合は、負極活物質100質量部に対して、20質量部以下とすることが好ましく、より好ましくは0.1~10質量部である。 Examples of conductive additives include carbon black, such as graphite, acetylene black, and ketjen black, and carbon fiber. The content of the conductive additive is preferably 20 parts by mass or less, and more preferably 0.1 to 10 parts by mass, per 100 parts by mass of the negative electrode active material.

バインダーとしては、例えば、カルボキシメチルセルロース、PVDF、PTFE、ポリアクリル酸、及びフッ素ゴムが挙げられる。また、ジエン系ゴム、例えばスチレンブタジエンゴム等も挙げられる。バインダーの含有割合は、負極活物質100質量部に対して、10質量部以下とすることが好ましく、より好ましくは0.5~6質量部である。 Examples of binders include carboxymethyl cellulose, PVDF, PTFE, polyacrylic acid, and fluororubber. Other examples include diene rubbers such as styrene butadiene rubber. The binder content is preferably 10 parts by mass or less, and more preferably 0.5 to 6 parts by mass, per 100 parts by mass of the negative electrode active material.

負極活物質層は、負極活物質と必要に応じて導電助剤及びバインダーとを混合した負極合剤を溶剤に分散した負極合剤含有スラリーを、負極集電体に塗布及び乾燥(溶媒除去)し、必要に応じてプレスすることにより形成される。このような溶剤としては、特に制限はなく、従来公知のものを用いることができる。例えば、N―メチル-2-ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、水等が挙げられる。 The negative electrode active material layer is formed by dispersing a negative electrode mixture, which is a mixture of a negative electrode active material and, if necessary, a conductive assistant and a binder, in a solvent to form a negative electrode mixture-containing slurry, which is then applied to the negative electrode current collector, dried (solvent removal), and pressed if necessary. There are no particular limitations on the solvent, and any conventionally known solvent can be used. Examples include N-methyl-2-pyrrolidone, dimethylformamide, dimethylacetamide, and water.

負極集電体は、例えば、銅箔、ニッケル箔、ステンレス箔等の金属箔により構成される。また、負極集電体は、表面にカーボンコートが施されていてもよいし、メッシュ状に加工されていてもよい。負極集電体の厚みは、5~40μmであることが好ましく、6~35μmであることがより好ましく、7~30μmであることが更に好ましい。 The negative electrode current collector is composed of a metal foil such as copper foil, nickel foil, or stainless steel foil. The surface of the negative electrode current collector may be coated with carbon or may be processed into a mesh shape. The thickness of the negative electrode current collector is preferably 5 to 40 μm, more preferably 6 to 35 μm, and even more preferably 7 to 30 μm.

[非水系電解液]
本明細書では、「非水系電解液」(以下、単に「電解液」ともいう)とは、電解液全量に対し、水が1質量%以下の電解液を指す。
[Non-aqueous electrolyte]
In this specification, the term "nonaqueous electrolyte solution" (hereinafter, simply referred to as "electrolyte solution") refers to an electrolyte solution containing 1 mass % or less of water relative to the total amount of the electrolyte solution.

本実施形態において、非水系電解液は、水分を極力含まないことが好ましいが、本発明の課題解決を阻害しない範囲であれば、ごく微量の水分を含有してもよい。そのような水分の含有量は、非水系電解液の全量に対して、好ましくは300質量ppm以下であり、更に好ましくは200質量ppm以下である。非水系電解液については、本発明の課題解決を達成するための構成を具備していれば、その他の構成要素については、リチウムイオン電池に用いられる既知の非水系電解液における構成材料を、適宜選択して用いることができる。 In this embodiment, the non-aqueous electrolyte preferably contains as little water as possible, but may contain a very small amount of water as long as it does not impede the solution of the problem of the present invention. The content of such water is preferably 300 mass ppm or less, and more preferably 200 mass ppm or less, relative to the total amount of the non-aqueous electrolyte. As long as the non-aqueous electrolyte has a configuration for achieving the solution of the problem of the present invention, the other components can be appropriately selected and used from the constituent materials of known non-aqueous electrolytes used in lithium ion batteries.

本実施形態において、非水系電解液は、アセトニトリルと、リチウム塩としてLiN(SOF)及びLiPFとを含む。 In this embodiment, the non-aqueous electrolyte contains acetonitrile and LiN(SO 2 F) 2 and LiPF 6 as lithium salts.

<非水系溶媒>
本実施形態でいう「非水系溶媒」とは、非水系電解液中に含まれる成分のうち、リチウム塩及び各種添加剤以外の成分をいう。ただし、非水系電解液に電極保護用添加剤が含まれている場合、リチウム塩を溶解する溶媒としての役割を担う電極保護用添加剤は、「非水系溶媒」にも該当するものとして扱う。非水系溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール等のアルコール類;非プロトン性溶媒等が挙げられる。中でも、非水系溶媒としては、非プロトン性溶媒が好ましい。本発明の課題解決を阻害しない範囲であれば、非水系溶媒は、非プロトン性溶媒以外の溶媒を含有してよい。
<Non-aqueous solvent>
In the present embodiment, the term "non-aqueous solvent" refers to components other than lithium salts and various additives among the components contained in the non-aqueous electrolyte. However, when the non-aqueous electrolyte contains an electrode protection additive, the electrode protection additive that serves as a solvent for dissolving the lithium salt is also treated as a "non-aqueous solvent". Examples of non-aqueous solvents include alcohols such as methanol and ethanol; aprotic solvents, etc. Among them, aprotic solvents are preferred as non-aqueous solvents. The non-aqueous solvent may contain a solvent other than the aprotic solvent as long as it does not hinder the problem solving of the present invention.

非水系電解液に係る非水系溶媒は、非プロトン性溶媒としてアセトニトリルを含有する。非水系溶媒がアセトニトリルを含有することにより、非水系電解液のイオン伝導性が向上することから、電池内におけるリチウムイオンの拡散性を高めることができる。そのため、非水系電解液がアセトニトリルを含有する場合、高負荷での放電時にリチウムイオンが到達し難い集電体近傍の領域にまで、リチウムイオンが良好に拡散できるようになる。よって、高負荷放電時にも十分な容量を引き出すことが可能となり、負荷特性に優れた非水系二次電池を得ることができる。当該効果は、特に、正極活物質層が厚く、正極活物質の充填量が高い正極においても得られる傾向がある。 The non-aqueous solvent for the non-aqueous electrolyte contains acetonitrile as an aprotic solvent. The non-aqueous solvent contains acetonitrile, which improves the ionic conductivity of the non-aqueous electrolyte, thereby increasing the diffusibility of lithium ions in the battery. Therefore, when the non-aqueous electrolyte contains acetonitrile, lithium ions can be well diffused even to the area near the current collector where lithium ions are difficult to reach during high-load discharge. Therefore, it is possible to obtain sufficient capacity even during high-load discharge, and a non-aqueous secondary battery with excellent load characteristics can be obtained. This effect tends to be obtained especially in a positive electrode with a thick positive electrode active material layer and a high loading amount of positive electrode active material.

また、非水系溶媒がアセトニトリルを含有することにより、非水系二次電池の急速充電特性を高めることができる。非水系二次電池の定電流(CC)-定電圧(CV)充電では、CV充電期間における単位時間当たりの充電容量よりも、CC充電期間における単位時間当たりの容量の方が大きい。非水系電解液の非水系溶媒にアセトニトリルを使用する場合、CC充電できる領域を大きく(CC充電の時間を長く)できる他、充電電流を高めることもできるため、非水系二次電池の充電開始から満充電状態にするまでの時間を大幅に短縮できる。 In addition, by containing acetonitrile in the non-aqueous solvent, the rapid charging characteristics of the non-aqueous secondary battery can be improved. In constant current (CC)-constant voltage (CV) charging of a non-aqueous secondary battery, the capacity per unit time during the CC charging period is greater than the charge capacity per unit time during the CV charging period. When acetonitrile is used as the non-aqueous solvent for the non-aqueous electrolyte, the range in which CC charging can be performed can be expanded (CC charging time can be extended), and the charging current can also be increased, so that the time from the start of charging to fully charging the non-aqueous secondary battery can be significantly shortened.

なお、アセトニトリルは、電気化学的に還元分解され易い。そのため、アセトニトリルを用いる場合、非水系溶媒としてアセトニトリルとともに他の溶媒(例えば、アセトニトリル以外の非プロトン性溶媒)を併用すること、及び/又は、電極への保護被膜形成のための電極保護用添加剤を添加することが好ましい。 Acetonitrile is easily decomposed by electrochemical reduction. Therefore, when using acetonitrile, it is preferable to use another solvent (e.g., an aprotic solvent other than acetonitrile) together with acetonitrile as a non-aqueous solvent, and/or to add an electrode protection additive to form a protective film on the electrode.

アセトニトリルの含有量は、非水系溶媒の合計質量を基準として、1体積%~85体積%である。アセトニトリルの含有量の下限値は、非水系溶媒の合計質量を基準として、5体積%以上又は10体積%以上であることがより好ましく、20体積%以上であることが更に好ましい。上限値は、80体積%以下であることがより好ましく、70体積%以下であることが更に好ましい。アセトニトリルの含有量が、非水系溶媒の全量当たりの量として5体積%以上である場合、イオン伝導度が増大して高出力特性を発現できる傾向にあり、更に、リチウム塩の溶解を促進することができる。後述の添加剤が電池の内部抵抗の増加を抑制するため、非水系溶媒中のアセトニトリルの含有量が上記の範囲内にある場合、アセトニトリルの優れた性能を維持しながら、高温サイクル特性及びその他の電池特性を一層良好なものとすることができる傾向にある。 The content of acetonitrile is 1% to 85% by volume based on the total mass of the non-aqueous solvent. The lower limit of the content of acetonitrile is more preferably 5% by volume or more or 10% by volume or more, and even more preferably 20% by volume or more, based on the total mass of the non-aqueous solvent. The upper limit is more preferably 80% by volume or less, and even more preferably 70% by volume or less. When the content of acetonitrile is 5% by volume or more based on the total amount of the non-aqueous solvent, the ion conductivity tends to increase and high output characteristics can be expressed, and further, the dissolution of the lithium salt can be promoted. Since the additive described later suppresses the increase in the internal resistance of the battery, when the content of acetonitrile in the non-aqueous solvent is within the above range, the high temperature cycle characteristics and other battery characteristics tend to be further improved while maintaining the excellent performance of acetonitrile.

アセトニトリル以外の非プロトン性溶媒としては、例えば、環状カーボネート、フルオロエチレンカーボネート、ラクトン、硫黄原子を有する有機化合物、鎖状フッ素化カーボネート、環状エーテル、アセトニトリル以外のモノニトリル、アルコキシ基置換ニトリル、ジニトリル、環状ニトリル、短鎖脂肪酸エステル、鎖状エーテル、フッ素化エーテル、ケトン、前記非プロトン性溶媒のH原子の一部または全部をハロゲン原子で置換した化合物等が挙げられる。 Examples of aprotic solvents other than acetonitrile include cyclic carbonates, fluoroethylene carbonates, lactones, organic compounds having sulfur atoms, linear fluorinated carbonates, cyclic ethers, mononitriles other than acetonitrile, alkoxy-substituted nitriles, dinitriles, cyclic nitriles, short-chain fatty acid esters, linear ethers, fluorinated ethers, ketones, and compounds in which some or all of the H atoms of the aprotic solvents have been replaced with halogen atoms.

環状カーボネートとしては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、1,2-ブチレンカーボネート、トランス-2,3-ブチレンカーボネート、シス-2,3-ブチレンカーボネート、1,2-ペンチレンカーボネート、トランス-2,3-ペンチレンカーボネート、シス-2,3-ペンチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、4,5-ジメチルビニレンカーボネート、及びビニルエチレンカーボネートが挙げられる。 Examples of cyclic carbonates include ethylene carbonate, propylene carbonate, 1,2-butylene carbonate, trans-2,3-butylene carbonate, cis-2,3-butylene carbonate, 1,2-pentylene carbonate, trans-2,3-pentylene carbonate, cis-2,3-pentylene carbonate, vinylene carbonate, 4,5-dimethylvinylene carbonate, and vinylethylene carbonate.

フルオロエチレンカーボネートとしては、例えば、4-フルオロ-1,3-ジオキソラン-2-オン、4,4-ジフルオロ-1,3-ジオキソラン-2-オン、シス-4,5-ジフルオロ-1,3-ジオキソラン-2-オン、トランス-4,5-ジフルオロ-1,3-ジオキソラン-2-オン、4,4,5-トリフルオロ-1,3-ジオキソラン-2-オン、4,4,5,5-テトラフルオロ-1,3-ジオキソラン-2-オン、及び4,4,5-トリフルオロ-5-メチル-1,3-ジオキソラン-2-オンが挙げられる。 Examples of fluoroethylene carbonate include 4-fluoro-1,3-dioxolane-2-one, 4,4-difluoro-1,3-dioxolane-2-one, cis-4,5-difluoro-1,3-dioxolane-2-one, trans-4,5-difluoro-1,3-dioxolane-2-one, 4,4,5-trifluoro-1,3-dioxolane-2-one, 4,4,5,5-tetrafluoro-1,3-dioxolane-2-one, and 4,4,5-trifluoro-5-methyl-1,3-dioxolane-2-one.

ラクトンとしては、γ-ブチロラクトン、α-メチル-γ-ブチロラクトン、γ-バレロラクトン、γ-カプロラクトン、δ-バレロラクトン、δ-カプロラクトン、及びε-カプロラクトンが挙げられる。 Lactones include gamma-butyrolactone, alpha-methyl-gamma-butyrolactone, gamma-valerolactone, gamma-caprolactone, delta-valerolactone, delta-caprolactone, and epsilon-caprolactone.

硫黄原子を有する有機化合物としては、例えば、エチレンサルファイト、プロピレンサルファイト、ブチレンサルファイト、ペンテンサルファイト、スルホラン、3-スルホレン、3-メチルスルホラン、1,3-プロパンスルトン、1,4-ブタンスルトン、1-プロペン1,3-スルトン、ジメチルスルホキシド、テトラメチレンスルホキシド、及びエチレングリコールサルファイトが挙げられる。 Examples of organic compounds containing sulfur atoms include ethylene sulfite, propylene sulfite, butylene sulfite, pentene sulfite, sulfolane, 3-sulfolene, 3-methyl sulfolane, 1,3-propane sultone, 1,4-butane sultone, 1-propene 1,3-sultone, dimethyl sulfoxide, tetramethylene sulfoxide, and ethylene glycol sulfite.

鎖状カーボネートとしては、例えば、エチルメチルカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、メチルイソプロピルカーボネート、ジプロピルカーボネート、メチルブチルカーボネート、ジブチルカーボネート、エチルプロピルカーボネートが挙げられる。 Examples of chain carbonates include ethyl methyl carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl propyl carbonate, methyl isopropyl carbonate, dipropyl carbonate, methyl butyl carbonate, dibutyl carbonate, and ethyl propyl carbonate.

環状エーテルとしては、例えば、テトラヒドロフラン、2-メチルテトラヒドロフラン、1,4-ジオキサン、及び1,3-ジオキサンが挙げられる。 Examples of cyclic ethers include tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4-dioxane, and 1,3-dioxane.

アセトニトリル以外のモノニトリルとしては、例えば、プロピオニトリル、ブチロニトリル、バレロニトリル、ベンゾニトリル、及びアクリロニトリルが挙げられる。 Examples of mononitriles other than acetonitrile include propionitrile, butyronitrile, valeronitrile, benzonitrile, and acrylonitrile.

アルコキシ基置換ニトリルとしては、例えば、メトキシアセトニトリル及び3-メトキシプロピオニトリルが挙げられる。 Examples of alkoxy-substituted nitriles include methoxyacetonitrile and 3-methoxypropionitrile.

ジニトリルとしては、例えば、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、1,4-ジシアノヘプタン、1,5-ジシアノペンタン、1,6-ジシアノヘキサン、1,7-ジシアノヘプタン、2,6-ジシアノヘプタン、1,8-ジシアノオクタン、2,7-ジシアノオクタン、1,9-ジシアノノナン、2,8-ジシアノノナン、1,10-ジシアノデカン、1,6-ジシアノデカン、及び2,4-ジメチルグルタロニトリルが挙げられる。 Examples of dinitriles include malononitrile, succinonitrile, glutaronitrile, adiponitrile, 1,4-dicyanoheptane, 1,5-dicyanopentane, 1,6-dicyanohexane, 1,7-dicyanoheptane, 2,6-dicyanoheptane, 1,8-dicyanooctane, 2,7-dicyanooctane, 1,9-dicyanononane, 2,8-dicyanononane, 1,10-dicyanodecane, 1,6-dicyanodecane, and 2,4-dimethylglutaronitrile.

環状ニトリルとしては、例えば、ベンゾニトリルが挙げられる。 An example of a cyclic nitrile is benzonitrile.

短鎖脂肪酸エステルとしては、例えば、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、イソ酪酸メチル、酪酸メチル、イソ吉草酸メチル、吉草酸メチル、ピバル酸メチル、ヒドロアンゲリカ酸メチル、カプロン酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸エチル、イソ酪酸エチル、酪酸エチル、イソ吉草酸エチル、吉草酸エチル、ピバル酸エチル、ヒドロアンゲリカ酸エチル、カプロン酸エチル、酢酸プロピル、プロピオン酸プロピル、イソ酪酸プロピル、酪酸プロピル、イソ吉草酸プロピル、吉草酸プロピル、ピバル酸プロピル、ヒドロアンゲリカ酸プロピル、カプロン酸プロピル、酢酸イソプロピル、プロピオン酸イソプロピル、イソ酪酸イソプロピル、酪酸イソプロピル、イソ吉草酸イソプロピル、吉草酸イソプロピル、ピバル酸イソプロピル、ヒドロアンゲリカ酸イソプロピル、カプロン酸イソプロピル、酢酸ブチル、プロピオン酸ブチル、イソ酪酸ブチル、酪酸ブチル、イソ吉草酸ブチル、吉草酸ブチル、ピバル酸ブチル、ヒドロアンゲリカ酸ブチル、カプロン酸ブチル、酢酸イソブチル、プロピオン酸イソブチル、イソ酪酸イソブチル、酪酸イソブチル、イソ吉草酸イソブチル、吉草酸イソブチル、ピバル酸イソブチル、ヒドロアンゲリカ酸イソブチル、カプロン酸イソブチル、酢酸tert-ブチル、プロピオン酸tert-ブチル、イソ酪酸tert-ブチル、酪酸tert-ブチル、イソ吉草酸tert-ブチル、吉草酸tert-ブチル、ピバル酸tert-ブチル、ヒドロアンゲリカ酸tert-ブチル、及びカプロン酸tert-ブチルが挙げられる。 Examples of short-chain fatty acid esters include methyl acetate, methyl propionate, methyl isobutyrate, methyl butyrate, methyl isovalerate, methyl valerate, methyl pivalate, methyl hydroangelate, methyl caproate, ethyl acetate, ethyl propionate, ethyl isobutyrate, ethyl butyrate, ethyl isovalerate, ethyl valerate, ethyl pivalate, ethyl hydroangelate, ethyl caproate, propyl acetate, propyl propionate, propyl isobutyrate, propyl butyrate, propyl isovalerate, propyl valerate, propyl pivalate, propyl hydroangelate, propyl caproate, isopropyl acetate, isopropyl propionate, isopropyl isobutyrate, isopropyl butyrate, isopropyl isovalerate, isopropyl valerate, and isopropyl pivalate. , isopropyl hydroangelate, isopropyl caproate, butyl acetate, butyl propionate, butyl isobutyrate, butyl butyrate, butyl isovalerate, butyl valerate, butyl pivalate, butyl hydroangelate, butyl caproate, isobutyl acetate, isobutyl propionate, isobutyl isobutyrate, isobutyl butyrate, isobutyl isovalerate, isobutyl valerate, isobutyl pivalate, isobutyl hydroangelate, isobutyl caproate, tert-butyl acetate, tert-butyl propionate, tert-butyl isobutyrate, tert-butyl butyrate, tert-butyl isovalerate, tert-butyl valerate, tert-butyl pivalate, tert-butyl hydroangelate, and tert-butyl caproate.

鎖状エーテルとしては、例えば、ジメトキシエタン、ジエチルエーテル、1,3-ジオキソラン、ジグライム、トリグライム、及びテトラグライムが挙げられる。 Examples of chain ethers include dimethoxyethane, diethyl ether, 1,3-dioxolane, diglyme, triglyme, and tetraglyme.

フッ素化エーテルとしては、例えば、Rf20-OR21(Rf20はフッ素原子を含有するアルキル基、R21はフッ素原子を含有してよい有機基)が挙げられる。 An example of the fluorinated ether is Rf 20 -OR 21 (Rf 20 is an alkyl group containing a fluorine atom, and R 21 is an organic group which may contain a fluorine atom).

ケトンとしては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、及びメチルイソブチルケトンが挙げられる。 Examples of ketones include acetone, methyl ethyl ketone, and methyl isobutyl ketone.

前記非プロトン性溶媒のH原子の一部または全部をハロゲン原子で置換した化合物としては、例えば、ハロゲン原子がフッ素である化合物が挙げられる。 Examples of the compounds in which some or all of the H atoms of the aprotic solvent are replaced with halogen atoms include compounds in which the halogen atoms are fluorine.

鎖状カーボネートのフッ素化物としては、例えば、メチルトリフルオロエチルカーボネート、トリフルオロジメチルカーボネート、トリフルオロジエチルカーボネート、トリフルオロエチルメチルカーボネート、メチル2,2-ジフルオロエチルカーボネート、メチル2,2,2-トリフルオロエチルカーボネート、メチル2,2,3,3-テトラフルオロプロピルカーボネートが挙げられる。上記のフッ素化鎖状カーボネートは、下記の一般式:
29-O-C(O)O-R30
(式中、R29及びR30は、CH、CHCH、CHCHCH、CH(CH、及びCHRf31から成る群より選択される少なくとも一つであり、Rf31は、少なくとも1つのフッ素原子で水素原子が置換された炭素数1~3のアルキル基であり、そしてR29及び/又はR30は、少なくとも1つのフッ素原子を含有する)で表すことができる。
Examples of fluorinated chain carbonates include methyl trifluoroethyl carbonate, trifluorodimethyl carbonate, trifluorodiethyl carbonate, trifluoroethyl methyl carbonate, methyl 2,2-difluoroethyl carbonate, methyl 2,2,2-trifluoroethyl carbonate, and methyl 2,2,3,3-tetrafluoropropyl carbonate. The above-mentioned fluorinated chain carbonates are represented by the following general formula:
R 29 -O-C(O)OR 30
(wherein R 29 and R 30 are at least one selected from the group consisting of CH 3 , CH 2 CH 3 , CH 2 CH 2 CH 3 , CH(CH 3 ) 2 , and CH 2 Rf 31 , Rf 31 is an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms in which a hydrogen atom is substituted with at least one fluorine atom, and R 29 and/or R 30 contain at least one fluorine atom).

本実施形態におけるアセトニトリル以外の非プロトン性溶媒は、1種を単独で使用することができ、又は2種以上を組み合わせて使用してよい。 In this embodiment, the aprotic solvent other than acetonitrile may be used alone or in combination of two or more.

本実施形態における非水系溶媒は、アセトニトリルとともに、環状カーボネート及び鎖状カーボネートのうちの1種以上を併用することが、非水系電解液の安定性向上の観点から好ましい。この観点から、本実施形態における非水系溶媒は、アセトニトリルとともに環状カーボネートを併用することがより好ましく、アセトニトリルとともに環状カーボネート及び鎖状カーボネートの双方を使用することが、更に好ましい。 In the present embodiment, it is preferable to use acetonitrile in combination with one or more of a cyclic carbonate and a chain carbonate as the nonaqueous solvent from the viewpoint of improving the stability of the nonaqueous electrolyte. From this viewpoint, it is more preferable to use acetonitrile in combination with a cyclic carbonate as the nonaqueous solvent in the present embodiment, and it is even more preferable to use acetonitrile in combination with both a cyclic carbonate and a chain carbonate.

アセトニトリルとともに環状カーボネートを使用する場合、かかる環状カーボネートが、エチレンカーボネート、ビニレンカーボネート及び/又はフルオロエチレンカーボネートを含むことが特に好ましい。 When a cyclic carbonate is used with acetonitrile, it is particularly preferred that the cyclic carbonate comprises ethylene carbonate, vinylene carbonate and/or fluoroethylene carbonate.

<リチウム塩>
本実施形態において、非水系電解液は、リチウム塩としてLiN(SOF)およびLiPFを含有する。LiN(SOF)は、イミド塩に包含されるリチウム塩である。本願明細書において、イミド塩とは、一般式LiN(SO2m+1{式中、mは0~8の整数である。}で表されるリチウム塩であり、LiN(SOF)以外に、具体的には、LiN(SOCFが挙げられる。非水系電解液は、これらのイミド塩以外のイミド塩を含んでいてもよい。
<Lithium salt>
In this embodiment, the non-aqueous electrolyte contains LiN(SO 2 F) 2 and LiPF 6 as lithium salts. LiN(SO 2 F) 2 is a lithium salt included in imide salts. In this specification, the imide salt is a lithium salt represented by the general formula LiN(SO 2 C m F 2m+1 ) 2 {wherein m is an integer of 0 to 8.}, and specifically, in addition to LiN(SO 2 F) 2 , LiN(SO 2 CF 3 ) 2 can be mentioned. The non-aqueous electrolyte may contain an imide salt other than these imide salts.

アセトニトリルに対するイミド塩の飽和濃度がLiPFの飽和濃度よりも高いことから、LiPF≦イミド塩となるモル濃度でイミド塩を含むことが、低温でのリチウム塩とアセトニトリルの会合及び析出を抑制できるため好ましい。また、イミド塩の含有量が、非水系溶媒1Lに対して0.5mol以上3mol以下であることがイオン供給量の観点から好ましい。好ましくは、LiN(SOF)を非水電解液1Lに対して1.0mol以上含有し、LiPFを非水電解液1Lに対して0.01mol以上含有する。LiN(SOF)の含有量の上限値は、非水電解液1Lに対して2.5mol以下であり、LiPFの含有量の上限値は、非水電解液1Lに対して1.0mol以下である。非水系電解液が、アセトニトリルに加えて、LiN(SOF)及びLiPFを上記量的関係で更に含むことにより、-10℃又は-30℃のような低温域でのイオン伝導率の低減を効果的に抑制でき、優れた低温特性を得ることができる。このように、含有量を限定することで、より効果的に、高温加熱時の抵抗増加を抑制することも可能となる。 Since the saturation concentration of the imide salt in acetonitrile is higher than that of LiPF 6 , it is preferable to include the imide salt at a molar concentration of LiPF 6 ≦imide salt, since this can suppress the association and precipitation of the lithium salt and acetonitrile at low temperatures. In addition, it is preferable that the content of the imide salt is 0.5 mol to 3 mol per 1 L of non-aqueous solvent from the viewpoint of the amount of ions supplied. Preferably, LiN(SO 2 F) 2 is contained at 1.0 mol or more per 1 L of non-aqueous electrolyte, and LiPF 6 is contained at 0.01 mol or more per 1 L of non-aqueous electrolyte. The upper limit of the content of LiN(SO 2 F) 2 is 2.5 mol or less per 1 L of non-aqueous electrolyte, and the upper limit of the content of LiPF 6 is 1.0 mol or less per 1 L of non-aqueous electrolyte. By further containing LiN(SO 2 F) 2 and LiPF 6 in the above quantitative relationship in addition to acetonitrile, the nonaqueous electrolyte can effectively suppress the decrease in ion conductivity in a low temperature range such as −10° C. or −30° C., and can obtain excellent low-temperature characteristics. In this way, by limiting the content, it is also possible to more effectively suppress the increase in resistance during high-temperature heating.

リチウム塩は、LiPF以外のフッ素含有無機リチウム塩を含んでもよく、例えば、LiBF、LiAsF、LiSiF、LiSbF、Li1212-b{式中、bは0~3の整数である。}等のフッ素含有無機リチウム塩を含んでもよい。「無機リチウム塩」とは、炭素原子をアニオンに含まず、アセトニトリルに可溶なリチウム塩をいう。また、「フッ素含有無機リチウム塩」とは、炭素原子をアニオンに含まず、フッ素原子をアニオンに含み、アセトニトリルに可溶なリチウム塩をいう。フッ素含有無機リチウム塩は、正極集電体である金属箔の表面に不働態被膜を形成し、正極集電体の腐食を抑制する点で優れている。これらのフッ素含有無機リチウム塩は、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。フッ素含有無機リチウム塩として、LiFとルイス酸との複塩である化合物が望ましく、中でも、リン原子を有するフッ素含有無機リチウム塩を用いると、遊離のフッ素原子を放出し易くなることからより好ましい。代表的なフッ素含有無機リチウム塩は、溶解してPFアニオンを放出するLiPFである。フッ素含有無機リチウム塩として、ホウ素原子を有するフッ素含有無機リチウム塩を用いた場合には、電池劣化を招くおそれのある過剰な遊離酸成分を捕捉し易くなることから好ましく、このような観点からはLiBFが特に好ましい。 The lithium salt may contain a fluorine-containing inorganic lithium salt other than LiPF 6 , for example, LiBF 4 , LiAsF 6 , Li 2 SiF 6 , LiSbF 6 , Li 2 B 12 F b H 12-b {wherein b is an integer of 0 to 3. } and the like. "Inorganic lithium salt" refers to a lithium salt that does not contain a carbon atom in the anion and is soluble in acetonitrile. Also, "fluorine-containing inorganic lithium salt" refers to a lithium salt that does not contain a carbon atom in the anion, contains a fluorine atom in the anion, and is soluble in acetonitrile. Fluorine-containing inorganic lithium salts are excellent in that they form a passive film on the surface of the metal foil that is the positive electrode current collector, and suppress corrosion of the positive electrode current collector. These fluorine-containing inorganic lithium salts are used alone or in combination of two or more. As the fluorine-containing inorganic lithium salt, a compound that is a double salt of LiF and Lewis acid is preferable, and among them, when using a fluorine-containing inorganic lithium salt having a phosphorus atom, it is more preferable because it is easy to release free fluorine atoms. A representative fluorine-containing inorganic lithium salt is LiPF6 , which dissolves and releases PF6 anion. When using a fluorine-containing inorganic lithium salt having a boron atom as the fluorine-containing inorganic lithium salt, it is preferable because it is easy to capture excess free acid components that may cause battery deterioration, and from this viewpoint, LiBF4 is particularly preferable.

本実施形態の非水系電解液におけるフッ素含有無機リチウム塩の含有量については、特に制限はないが、非水系溶媒1Lに対して0.01mol以上であることが好ましく、0.1mol以上であることがより好ましく、0.25mol以上であることが更に好ましい。フッ素含有無機リチウム塩の含有量が上述の範囲内にある場合、イオン伝導度が増大し高出力特性を発現できる傾向にある。また、非水系溶媒1Lに対して2.8mol未満であることが好ましく、1.5mol未満であることがより好ましく、1mol未満であることが更に好ましい。フッ素含有無機リチウム塩の含有量が上述の範囲内にある場合、イオン伝導度が増大し高出力特性を発現できると共に、低温での粘度上昇に伴うイオン伝導度の低下を抑制できる傾向にあり、非水系電解液の優れた性能を維持しながら、高温サイクル特性及びその他の電池特性を一層良好なものとすることができる傾向にある。 The content of the fluorine-containing inorganic lithium salt in the non-aqueous electrolyte of this embodiment is not particularly limited, but is preferably 0.01 mol or more per 1 L of non-aqueous solvent, more preferably 0.1 mol or more, and even more preferably 0.25 mol or more. When the content of the fluorine-containing inorganic lithium salt is within the above-mentioned range, the ionic conductivity tends to increase and high output characteristics tend to be exhibited. In addition, it is preferably less than 2.8 mol per 1 L of non-aqueous solvent, more preferably less than 1.5 mol, and even more preferably less than 1 mol. When the content of the fluorine-containing inorganic lithium salt is within the above-mentioned range, the ionic conductivity tends to increase and high output characteristics can be exhibited, and the decrease in ionic conductivity due to the increase in viscosity at low temperatures tends to be suppressed, and the high-temperature cycle characteristics and other battery characteristics tend to be further improved while maintaining the excellent performance of the non-aqueous electrolyte.

本実施形態の非水系電解液は、更に、有機リチウム塩を含んでいてもよい。「有機リチウム塩」とは、炭素原子をアニオンに含み、アセトニトリルに可溶なリチウム塩をいう。 The nonaqueous electrolyte of this embodiment may further contain an organic lithium salt. An "organic lithium salt" refers to a lithium salt that contains a carbon atom in the anion and is soluble in acetonitrile.

有機リチウム塩としては、シュウ酸基を有する有機リチウム塩を挙げることができる。シュウ酸基を有する有機リチウム塩の具体例としては、例えば、LiB(C、LiBF(C)、LiPF(C)、及びLiPF(Cのそれぞれで表される有機リチウム塩等が挙げられ、中でもLiB(C及びLiBF(C)で表されるリチウム塩から選ばれる少なくとも1種のリチウム塩が好ましい。また、これらのうちの1種又は2種以上を、フッ素含有無機リチウム塩と共に使用することがより好ましい。このシュウ酸基を有する有機リチウム塩は、非水系電解液に添加する他、負極(負極活物質層)に含有させてもよい。 The organic lithium salt may be an organic lithium salt having an oxalic acid group. Specific examples of the organic lithium salt having an oxalic acid group include, for example, organic lithium salts represented by LiB(C 2 O 4 ) 2 , LiBF 2 (C 2 O 4 ), LiPF 4 (C 2 O 4 ), and LiPF 2 (C 2 O 4 ) 2 , and the like, among which at least one lithium salt selected from the lithium salts represented by LiB(C 2 O 4 ) 2 and LiBF 2 (C 2 O 4 ) is preferred. It is more preferable to use one or more of these together with a fluorine-containing inorganic lithium salt. The organic lithium salt having an oxalic acid group may be added to a non-aqueous electrolyte solution or may be contained in the negative electrode (negative electrode active material layer).

シュウ酸基を有する有機リチウム塩の非水系電解液への添加量は、その使用による効果をより良好に確保する観点から、非水系電解液の非水系溶媒1L当たりの量として、0.005モル以上であることが好ましく、0.02モル以上であることがより好ましく、0.05モル以上であることが更に好ましい。ただし、前記シュウ酸基を有する有機リチウム塩の非水系電解液中の量が多すぎると析出する恐れがある。よって、前記シュウ酸基を有する有機リチウム塩の非水系電解液への添加量は、非水系電解液の非水系溶媒1L当たりの量で、1.0モル未満であることが好ましく、0.5モル未満であることがより好ましく、0.2モル未満であることが更に好ましい。 From the viewpoint of better ensuring the effect of its use, the amount of the organic lithium salt having an oxalic acid group added to the non-aqueous electrolyte is preferably 0.005 mol or more, more preferably 0.02 mol or more, and even more preferably 0.05 mol or more, per 1 L of the non-aqueous solvent of the non-aqueous electrolyte. However, if the amount of the organic lithium salt having an oxalic acid group in the non-aqueous electrolyte is too large, there is a risk of precipitation. Therefore, the amount of the organic lithium salt having an oxalic acid group added to the non-aqueous electrolyte is preferably less than 1.0 mol, more preferably less than 0.5 mol, and even more preferably less than 0.2 mol, per 1 L of the non-aqueous solvent of the non-aqueous electrolyte.

シュウ酸基を有する有機リチウム塩は、極性の低い有機溶媒、特に鎖状カーボネートに対して難溶性であることが知られている。シュウ酸基を有する有機リチウム塩は、微量のシュウ酸リチウムを含有している場合があり、更に、非水系電解液として混合するときにも、他の原料に含まれる微量の水分と反応して、シュウ酸リチウムの白色沈殿を新たに発生させる場合がある。従って、本実施形態の非水系電解液におけるシュウ酸リチウムの含有量は、特に限定するものでないが、0~500ppmであることが好ましい。 It is known that organic lithium salts having an oxalic acid group are poorly soluble in organic solvents with low polarity, particularly in chain carbonates. Organic lithium salts having an oxalic acid group may contain a small amount of lithium oxalate, and when mixed to form a non-aqueous electrolyte solution, they may react with the small amount of moisture contained in other raw materials to generate new white precipitates of lithium oxalate. Therefore, the content of lithium oxalate in the non-aqueous electrolyte solution of this embodiment is not particularly limited, but is preferably 0 to 500 ppm.

本実施形態におけるリチウム塩として、上記以外に、一般に非水系二次電池用に用いられているリチウム塩を補助的に添加してもよい。その他のリチウム塩の具体例としては、例えば、LiClO、LiAlO、LiAlCl、LiB10Cl10、クロロボランLi等のフッ素原子をアニオンに含まない無機リチウム塩;LiCFSO、LiCFCO、Li(SO、LiC(CFSO、LiC(2n+1)SO(n≧2)、低級脂肪族カルボン酸Li、四フェニルホウ酸Li、LiB(C等の有機リチウム塩;LiPF(CF)等のLiPF(C2p+16-n{式中、nは1~5の整数、pは1~8の整数である。}で表される有機リチウム塩;LiBF(CF)等のLiBF(C2s+14-q{式中、qは1~3の整数、sは1~8の整数である。}で表される有機リチウム塩;多価アニオンと結合されたリチウム塩;下記式(a):
LiC(SO)(SO)(SO) (a)
{式中、R、R、及びRは、互いに同一であっても異なっていてもよく、炭素数1~8のパーフルオロアルキル基を示す。}、
下記式(b)
LiN(SOOR)(SOOR) (b)
{式中、R、及びRは、互いに同一であっても異なっていてもよく、炭素数1~8のパーフルオロアルキル基を示す。}、及び
下記式(c)
LiN(SO)(SOOR) (c)
{式中、R、及びRは、互いに同一であっても異なっていてもよく、炭素数1~8のパーフルオロアルキル基を示す。}
のそれぞれで表される有機リチウム塩等が挙げられ、これらのうちの1種又は2種以上を、フッ素含有無機リチウム塩と共に使用することができる。
In addition to the above, lithium salts generally used for non-aqueous secondary batteries may be added supplementarily as the lithium salt in this embodiment. Specific examples of other lithium salts include inorganic lithium salts that do not contain a fluorine atom in the anion, such as LiClO 4 , LiAlO 4 , LiAlCl 4 , LiB 10 Cl 10 , and chloroborane Li; organic lithium salts, such as LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , Li 2 C 2 F 4 (SO 3 ) 2 , LiC(CF 3 SO 2 ) 3 , LiC n F (2n+1) SO 3 (n≧2), lower aliphatic carboxylic acid Li, tetraphenylborate Li, and LiB(C 3 O 4 H 2 ) 2 ; and LiPF n (C p F 2p+1 ) 6-n, such as LiPF 5 (CF 3 ). {wherein n is an integer of 1 to 5, and p is an integer of 1 to 8.}; organic lithium salts represented by LiBF q (C s F 2s+1 ) 4-q such as LiBF 3 (CF 3 ), {wherein q is an integer of 1 to 3, and s is an integer of 1 to 8.}; lithium salts bonded to polyvalent anions;
LiC( SO2RA ) ( SO2RB ) ( SO2RC ) (a)
{In the formula, R A , R B , and R C may be the same or different, and each represents a perfluoroalkyl group having 1 to 8 carbon atoms.}
The following formula (b)
LiN(SO 2 OR D ) (SO 2 OR E ) (b)
{wherein R D and R E may be the same or different and each represents a perfluoroalkyl group having 1 to 8 carbon atoms.}, and the following formula (c):
LiN( SO2RF ) ( SO2ORG ) (c)
{In the formula, R F and R G may be the same or different and represent a perfluoroalkyl group having 1 to 8 carbon atoms.}
One or more of these can be used together with the fluorine-containing inorganic lithium salt.

<電極保護用添加剤>
本実施形態における電解液は、電極を保護する添加剤(本願明細書において「電極保護用添加剤」という。)を含んでもよい。電極保護用添加剤としては、本発明による課題解決を阻害しないものであれば特に制限はない。リチウム塩を溶解する溶媒としての役割を担う物質(すなわち上述の非水系溶媒)と実質的に重複してもよい。電極保護用添加剤は、本実施形態における電解液及び非水系二次電池の性能向上に寄与する物質であることが好ましいが、電気化学的な反応には直接関与しない物質をも包含する。
<Additives for electrode protection>
The electrolyte in this embodiment may contain an additive for protecting the electrode (referred to as an "electrode protection additive" in this specification). The electrode protection additive is not particularly limited as long as it does not impede the problem solving by the present invention. It may substantially overlap with a substance that plays a role as a solvent for dissolving lithium salts (i.e., the above-mentioned non-aqueous solvent). The electrode protection additive is preferably a substance that contributes to improving the performance of the electrolyte and non-aqueous secondary battery in this embodiment, but also includes a substance that is not directly involved in the electrochemical reaction.

電極保護用添加剤の具体例としては、例えば、4-フルオロ-1,3-ジオキソラン-2-オン、4,4-ジフルオロ-1,3-ジオキソラン-2-オン、シス-4,5-ジフルオロ-1,3-ジオキソラン-2-オン、トランス-4,5-ジフルオロ-1,3-ジオキソラン-2-オン、4,4,5-トリフルオロ-1,3-ジオキソラン-2-オン、4,4,5,5-テトラフルオロ-1,3-ジオキソラン-2-オン、及び4,4,5-トリフルオロ-5-メチル-1,3-ジオキソラン-2-オンに代表されるフルオロエチレンカーボネート;ビニレンカーボネート、4,5-ジメチルビニレンカーボネート、及びビニルエチレンカーボネートに代表される不飽和結合含有環状カーボネート;γ-ブチロラクトン、γ-バレロラクトン、γ-カプロラクトン、δ-バレロラクトン、δ-カプロラクトン、及びε-カプロラクトンに代表されるラクトン;1,4-ジオキサンに代表される環状エーテル;エチレンサルファイト、プロピレンサルファイト、ブチレンサルファイト、ペンテンサルファイト、スルホラン、3-スルホレン、3-メチルスルホラン、1,3-プロパンスルトン、1,4-ブタンスルトン、1-プロペン1,3-スルトン、及びテトラメチレンスルホキシドに代表される環状硫黄化合物;無水酢酸、無水プロピオン酸、無水安息香酸に代表される鎖状酸無水物;マロン酸無水物、無水コハク酸、グルタル酸無水物、無水マレイン酸、無水フタル酸、1,2-シクロヘキサンジカルボン酸無水物、2,3-ナフタレンジカルボン酸無水物、又は、ナフタレン-1,4,5,8-テトラカルボン酸二無水物に代表される環状酸無水物;異なる2種類のカルボン酸、又はカルボン酸とスルホン酸等、違う種類の酸が脱水縮合した構造の混合酸無水物が挙げられる。これらは1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。 Specific examples of electrode protection additives include, for example, 4-fluoro-1,3-dioxolane-2-one, 4,4-difluoro-1,3-dioxolane-2-one, cis-4,5-difluoro-1,3-dioxolane-2-one, trans-4,5-difluoro-1,3-dioxolane-2-one, 4,4,5-trifluoro-1,3-dioxolane-2-one, and 4,4,5,5-tetrafluoro-1,3-dioxolane-2-one. fluoroethylene carbonates such as 4,4,5-trifluoro-5-methyl-1,3-dioxolane-2-one; unsaturated bond-containing cyclic carbonates such as vinylene carbonate, 4,5-dimethylvinylene carbonate, and vinylethylene carbonate; γ-butyrolactone, γ-valerolactone, γ-caprolactone, δ-valerolactone, δ-caprolactone, and ε-caprolactone. lactones represented by 1,4-dioxane; cyclic ethers represented by ethylene sulfite, propylene sulfite, butylene sulfite, pentene sulfite, sulfolane, 3-sulfolene, 3-methyl sulfolane, 1,3-propane sultone, 1,4-butane sultone, 1-propene 1,3-sultone, and tetramethylene sulfoxide; chain acid anhydrides represented by acetic anhydride, propionic anhydride, and benzoic anhydride; cyclic acid anhydrides represented by malonic anhydride, succinic anhydride, glutaric anhydride, maleic anhydride, phthalic anhydride, 1,2-cyclohexanedicarboxylic anhydride, 2,3-naphthalene dicarboxylic anhydride, and naphthalene-1,4,5,8-tetracarboxylic dianhydride; and mixed acid anhydrides having a structure in which different types of acids, such as two different types of carboxylic acids or a carboxylic acid and a sulfonic acid, are dehydrated and condensed. These can be used alone or in combination of two or more types.

本実施形態における電解液中の電極保護用添加剤の含有量については、特に制限はないが、非水系電解液の全量に対する電極保護用添加剤の含有量として、0.01体積%~30体積%であることが好ましく、0.3体積%~15体積%であることがより好ましく、0.5体積%~4体積%であることが更に好ましい。 There are no particular limitations on the content of the electrode protection additive in the electrolyte in this embodiment, but the content of the electrode protection additive relative to the total amount of the non-aqueous electrolyte is preferably 0.01% to 30% by volume, more preferably 0.3% to 15% by volume, and even more preferably 0.5% to 4% by volume.

本実施形態においては、電極保護用添加剤の含有量が多いほど電解液の劣化が抑えられる。しかし、電極保護用添加剤の含有量が少ないほど非水系二次電池の低温環境下における高出力特性が向上することになる。従って、電極保護用添加剤の含有量を上述の範囲内に調整することによって、非水系二次電池としての基本的な機能を損なうことなく、電解液の高イオン伝導度に基づく優れた性能を最大限に発揮することができる傾向にある。このような組成で電解液を調製することにより、非水系二次電池のサイクル性能、低温環境下における高出力性能及びその他の電池特性の全てを一層良好なものとすることができる傾向にある。 In this embodiment, the greater the content of the electrode protection additive, the more the deterioration of the electrolyte is suppressed. However, the smaller the content of the electrode protection additive, the more the high-output characteristics of the non-aqueous secondary battery in a low-temperature environment are improved. Therefore, by adjusting the content of the electrode protection additive within the above-mentioned range, it tends to be possible to maximize the excellent performance based on the high ionic conductivity of the electrolyte without impairing the basic functions of the non-aqueous secondary battery. By preparing the electrolyte with such a composition, it tends to be possible to further improve all of the cycle performance of the non-aqueous secondary battery, the high-output performance in a low-temperature environment, and other battery characteristics.

非水系溶媒の一成分であるアセトニトリルは電気化学的に還元分解され易いため、該アセトニトリルを含む非水系溶媒は、負極への保護被膜形成のための電極保護用添加剤として環状の非プロトン性極性溶媒を1種以上含むことが好ましく、不飽和結合含有環状カーボネートを1種以上含むことがより好ましい。 Acetonitrile, which is one component of the non-aqueous solvent, is easily decomposed by electrochemical reduction, so the non-aqueous solvent containing acetonitrile preferably contains one or more cyclic aprotic polar solvents as an electrode protection additive for forming a protective film on the negative electrode, and more preferably contains one or more unsaturated bond-containing cyclic carbonates.

不飽和結合含有環状カーボネートとしてはビニレンカーボネートが好ましく、ビニレンカーボネートの含有量は、非水系電解液中、0.1体積%以上4体積%以下であることが好ましく、0.2体積%以上3体積%未満であることがより好ましく、0.5体積%以上2.5体積%未満であることが更に好ましい。これにより、低温耐久性をより効果的に向上させることができ、低温性能に優れた二次電池を提供することが可能になる。 As the unsaturated bond-containing cyclic carbonate, vinylene carbonate is preferred, and the content of vinylene carbonate in the non-aqueous electrolyte is preferably 0.1 vol.% or more and 4 vol.% or less, more preferably 0.2 vol.% or more and less than 3 vol.%, and even more preferably 0.5 vol.% or more and less than 2.5 vol.%. This makes it possible to more effectively improve low-temperature durability and provide a secondary battery with excellent low-temperature performance.

電極保護用添加剤としてのビニレンカーボネートは負極表面でのアセトニトリルの還元分解反応を抑制するため、電池性能を向上させることができる。一方で、過剰な被膜形成は低温性能の低下を招く。そこで、ビニレンカーボネートが含まれる場合、その添加量を上記の範囲内に調整することで、界面(被膜)抵抗を低く抑えつつ、低温時のサイクル劣化を抑制することができる。 Vinylene carbonate, an additive for electrode protection, can improve battery performance by suppressing the reductive decomposition reaction of acetonitrile on the negative electrode surface. On the other hand, excessive film formation can lead to a decrease in low-temperature performance. Therefore, when vinylene carbonate is included, by adjusting the amount added within the above range, it is possible to suppress cycle deterioration at low temperatures while keeping the interface (film) resistance low.

<FSOアニオン低減工程>
リチウム塩として一般的に市販されているLiN(SOF)を使用した場合、原料不純物としてFSOアニオンが一定量含まれてしまう。電解液中のFSOアニオンを完全に除去することは困難であるが、FSOアニオンの含有量が多すぎると、非水系二次電池内の負極表面で還元分解反応を引き起こし、堆積した分解物は、界面(被膜)抵抗を増大させて出力性能の低下を招く。FSOアニオンの含有量は、非水系電解液の合計質量を基準として100ppm以下の範囲であり、50ppm以下の範囲であることが好ましく、30ppm以下の範囲であることがより好ましい。一方で、少量のFSOアニオンは、負極保護被膜の強化に作用するため、上記上限値を満たす限り、0.01ppm以上、0.1ppm以上、又は1ppm以上含有してもよい。
< FSO3 anion reduction process>
When LiN(SO 2 F) 2, which is generally commercially available as a lithium salt, is used, a certain amount of FSO 3 anion is contained as a raw material impurity. Although it is difficult to completely remove the FSO 3 anion in the electrolyte, if the content of the FSO 3 anion is too high, a reduction decomposition reaction occurs on the negative electrode surface in the non-aqueous secondary battery, and the accumulated decomposition product increases the interface (film) resistance and leads to a decrease in output performance. The content of the FSO 3 anion is in the range of 100 ppm or less based on the total mass of the non-aqueous electrolyte, preferably in the range of 50 ppm or less, and more preferably in the range of 30 ppm or less. On the other hand, a small amount of FSO 3 anion acts to strengthen the negative electrode protective film, so as long as the above upper limit is satisfied, it may contain 0.01 ppm or more, 0.1 ppm or more, or 1 ppm or more.

本発明におけるFSOアニオンの含有量を低減する方法としては、例えば、非水系溶媒にLiN(SOF)を溶解させた後、混合溶液中にFSOアニオンを吸着することができる吸着剤を加えて一定時間置くことで、FSOアニオンを低減することができる。吸着剤としては、例えばモレキュラーシーブスが挙げられる。モレキュラーシーブスは、市販のものを用いても良く、合成したものを用いても良い。FSOアニオンの含有量が本発明の範囲まで低減するのに必要な時間は、特に限定されないが、モレキュラーシーブスを加えてから5時間以上が好ましく、12時間以上がより好ましい。また、モレキュラーシーブスを加えた後は、適宜、加温または攪拌を加えても良い。 In the present invention, the content of FSO3 anion can be reduced by, for example, dissolving LiN( SO2F ) 2 in a non-aqueous solvent, adding an adsorbent capable of adsorbing FSO3 anion to the mixed solution, and leaving the mixture for a certain period of time. Examples of the adsorbent include molecular sieves. The molecular sieves may be commercially available or may be synthesized. The time required for the content of FSO3 anion to be reduced to the range of the present invention is not particularly limited, but is preferably 5 hours or more, more preferably 12 hours or more, after the molecular sieves are added. In addition, after the molecular sieves are added, heating or stirring may be added as appropriate.

<プロピオニトリル>
非水系電解液は、プロピオニトリルを含んでもよい。プロピオニトリルは、過充電時に素早く反応し、α水素引き抜きに寄与する。これにより、電池が燃焼する前に膨れて破裂させることができる。一方で、過剰なプロピオニトリルの添加は、通常の電圧範囲であってもα水素引き抜き反応が促進され、電極内にガス溜まりが発生し、容量劣化が引き起こされる。このため、非水系電解液に含まれるプロピオニトリルを5ppm以下とすることで、通常の電圧範囲における電池性能を損なうことなく電池の安全性を高めることができる。
<Propionitrile>
The non-aqueous electrolyte may contain propionitrile. Propionitrile reacts quickly during overcharging and contributes to alpha hydrogen abstraction. This allows the battery to swell and burst before burning. On the other hand, the addition of excessive propionitrile promotes the alpha hydrogen abstraction reaction even in the normal voltage range, causing gas accumulation in the electrode and capacity degradation. For this reason, by making the propionitrile contained in the non-aqueous electrolyte 5 ppm or less, the safety of the battery can be improved without impairing the battery performance in the normal voltage range.

プロピオニトリルの含有量の上限値としては、非水系電解液に対し、5ppm未満であることが好ましく、4ppm以下であることがより好ましい。下限値としては、好ましくは0.001ppm以上、より好ましくは0.01ppm以上である。本発明におけるプロピオニトリルの含有量は、例えば、ガスクロマトグラフィー質量分析法により測定される値である。 The upper limit of the propionitrile content is preferably less than 5 ppm, and more preferably 4 ppm or less, relative to the nonaqueous electrolyte. The lower limit is preferably 0.001 ppm or more, and more preferably 0.01 ppm or more. The propionitrile content in the present invention is a value measured, for example, by gas chromatography mass spectrometry.

<その他の任意的添加剤>
本実施形態においては、非水系二次電池の充放電サイクル特性の改善、高温貯蔵性、安全性の向上(例えば過充電防止等)等の目的で、非水系電解液に、例えば、スルホン酸エステル、ジフェニルジスルフィド、シクロヘキシルベンゼン、ビフェニル、フルオロベンゼン、tert-ブチルベンゼン、リン酸エステル、非共有電子対周辺に立体障害のない窒素含有環状化合物等、及びこれらの化合物の誘導体等から選択される任意的添加剤を、適宜含有させることもできる。リン酸エステルとしては、エチルジエチルホスホノアセテート(EDPA):(CO)(P=O)-CH(C=O)OC、リン酸トリス(トリフルオロエチル)(TFEP):(CFCHO)P=O、リン酸トリフェニル(TPP):(CO)P=O。リン酸トリアリル:(CH=CHCHO)P=O等が挙げられる。窒素含有環状化合物としては、ピリジン、1-メチル-1H-ベンゾトリアゾール、1-メチルピラゾール等が挙げられる。特にリン酸エステルは、貯蔵時の副反応を抑制する作用があり、効果的である。
<Other optional additives>
In this embodiment, for the purpose of improving the charge/discharge cycle characteristics, high-temperature storage properties, and safety (e.g., preventing overcharging) of the nonaqueous secondary battery, the nonaqueous electrolyte may contain an optional additive selected from, for example, sulfonic acid esters, diphenyl disulfide, cyclohexylbenzene, biphenyl, fluorobenzene, tert-butylbenzene, phosphate esters, nitrogen-containing cyclic compounds with no steric hindrance around the unshared electron pair, and derivatives of these compounds. Examples of phosphate esters include ethyl diethyl phosphonoacetate (EDPA): (C 2 H 5 O) 2 (P═O)—CH 2 (C═O)OC 2 H 5 , tris(trifluoroethyl)phosphate (TFEP): (CF 3 CH 2 O) 3 P═O, and triphenyl phosphate (TPP): (C 6 H 5 O) 3 P═O. Triallyl phosphate: (CH 2 ═CHCH 2 O) 3 P═O, etc. Nitrogen-containing cyclic compounds include pyridine, 1-methyl-1H-benzotriazole, 1-methylpyrazole, etc. Phosphate esters are particularly effective because they have the effect of suppressing side reactions during storage.

本実施形態におけるその他の任意的添加剤の含有量は、非水系電解液を構成する全ての成分の合計質量に対する質量百分率にて算出される。その他の任意的添加剤の含有量について、特に制限はないが、非水系電解液の全量に対し、0.01質量%以上10質量%以下の範囲であることが好ましく、0.02質量%以上5質量%以下であることがより好ましく、0.05質量%~3質量%であることが更に好ましい。その他の任意的添加剤の含有量を上述の範囲内に調整することによって、非水系二次電池としての基本的な機能を損なうことなく、より一層良好な電池特性を付加することができる傾向にある。 The content of the other optional additives in this embodiment is calculated as a mass percentage relative to the total mass of all components constituting the nonaqueous electrolyte. There are no particular limitations on the content of the other optional additives, but it is preferably in the range of 0.01 mass% to 10 mass% relative to the total amount of the nonaqueous electrolyte, more preferably 0.02 mass% to 5 mass%, and even more preferably 0.05 mass% to 3 mass%. By adjusting the content of the other optional additives within the above range, it tends to be possible to add even better battery characteristics without impairing the basic functions as a nonaqueous secondary battery.

[セパレータ]
本実施形態における非水系二次電池は、正極及び負極の短絡防止、シャットダウン等の安全性付与の観点から、正極と負極との間にセパレータを備えることが好ましい。セパレータとしては、限定されるものではないが、公知の非水系二次電池に備えられるものと同様のものを用いてもよく、イオン透過性が大きく、機械的強度に優れる絶縁性の薄膜が好ましい。セパレータとしては、例えば、織布、不織布、合成樹脂製微多孔膜等が挙げられ、これらの中でも、合成樹脂製微多孔膜が好ましい。
[Separator]
In the present embodiment, the non-aqueous secondary battery is preferably provided with a separator between the positive electrode and the negative electrode from the viewpoint of preventing short circuits between the positive electrode and the negative electrode, and providing safety such as shutdown. The separator is not limited, but may be the same as that provided in known non-aqueous secondary batteries, and is preferably an insulating thin film having high ion permeability and excellent mechanical strength. Examples of the separator include woven fabric, non-woven fabric, and synthetic resin microporous membrane, and among these, synthetic resin microporous membrane is preferable.

合成樹脂製微多孔膜としては、例えば、ポリエチレン又はポリプロピレンを主成分として含有する微多孔膜、又は、これらのポリオレフィンの双方を含有する微多孔膜等のポリオレフィン系微多孔膜が好適に用いられる。不織布としては、例えば、ガラス製、セラミック製、ポリオレフィン製、ポリエステル製、ポリアミド製、液晶ポリエステル製、アラミド製等の耐熱樹脂製の多孔膜が挙げられる。 As a synthetic resin microporous film, for example, a microporous film containing polyethylene or polypropylene as a main component, or a polyolefin-based microporous film such as a microporous film containing both of these polyolefins is preferably used. As a nonwoven fabric, for example, a porous film made of a heat-resistant resin such as glass, ceramic, polyolefin, polyester, polyamide, liquid crystal polyester, or aramid can be used.

セパレータは、1種の微多孔膜を単層又は複数積層した構成であってもよく、2種以上の微多孔膜を積層したものであってもよい。セパレータは、2種以上の樹脂材料を溶融混錬した混合樹脂材料を用いて単層又は複数層に積層した構成であってもよい。 The separator may be configured as a single layer or multiple layers of one type of microporous film, or may be configured as a stack of two or more types of microporous films. The separator may be configured as a single layer or multiple layers of a mixed resin material formed by melting and kneading two or more types of resin materials.

機能付与を目的として、セパレータの表層又は内部に無機粒子を存在させてもよく、その他の有機層を更に塗工又は積層してもよい。また、架橋構造を含むものであってもよい。非水系二次電池の安全性能を高めるため、これらの手法は必要に応じ組み合わせてもよい。このようなセパレータを用いることで、特に上記の高出力用途のリチウムイオン二次電池に求められる良好な入出力特性、低い自己放電特性を実現することができる。 For the purpose of imparting functionality, inorganic particles may be present on the surface or inside of the separator, and other organic layers may be further coated or laminated. Also, a crosslinked structure may be included. In order to improve the safety performance of the non-aqueous secondary battery, these methods may be combined as necessary. By using such a separator, it is possible to achieve the good input/output characteristics and low self-discharge characteristics required for the lithium ion secondary battery for high-power applications described above.

微多孔膜の膜厚は、特に限定はないが、膜強度の観点から1μm以上であることが好ましく、透過性の観点より500μm以下であることが好ましい。安全性試験など、発熱量が比較的高く、従来以上の自己放電特性を求められる高出力用途に使用されるという観点および、大型の電池捲回機での捲回性の観点から、5μm以上30μm以下であることが好ましく、10μm以上25μm以下であることがより好ましい。なお、耐ショート性能と出力性能の両立を重視する場合には、15μm以上25μm以下であることが更に好ましいが、高エネルギー密度化と出力性能の両立を重視する場合には、10μm以上15μm未満であることが更に好ましい。 The thickness of the microporous membrane is not particularly limited, but is preferably 1 μm or more from the viewpoint of membrane strength, and is preferably 500 μm or less from the viewpoint of permeability. From the viewpoint of use in high-output applications such as safety tests where the amount of heat generated is relatively high and self-discharge characteristics better than conventional ones are required, and from the viewpoint of winding properties in large battery winding machines, it is preferably 5 μm to 30 μm, and more preferably 10 μm to 25 μm. Note that, when emphasis is placed on achieving both short-circuit resistance and output performance, it is even more preferable that it be 15 μm to 25 μm, but when emphasis is placed on achieving both high energy density and output performance, it is even more preferable that it be 10 μm to less than 15 μm.

気孔率は、高出力時のリチウムイオンの急速な移動に追従する観点から、30%以上90%以下が好ましく、35%以上80%以下がより好ましく、40%以上70%以下が更に好ましい。なお、安全性を確保しつつ出力性能の向上を優先に考えた場合には、50%以上70%以下が特に好ましく、耐ショート性能と出力性能の両立を重視する場合には、40%以上50%未満が特に好ましい。 From the viewpoint of following the rapid movement of lithium ions during high output, the porosity is preferably 30% or more and 90% or less, more preferably 35% or more and 80% or less, and even more preferably 40% or more and 70% or less. If priority is given to improving output performance while ensuring safety, 50% or more and 70% or less is particularly preferable, and if emphasis is placed on achieving both short circuit resistance and output performance, 40% or more and less than 50% is particularly preferable.

透気度は、膜厚及び気孔率とのバランスの観点から、1秒/100cm以上400秒/100cm以下が好ましく、100秒/100cm以上350/100cm以下がより好ましい。なお、耐ショート性能と出力性能の両立を重視する場合には、150秒/100cm以上350秒/100cm以下が特に好ましく、安全性を確保しつつ出力性能の向上を優先に考えた場合には、100/100cm秒以上150秒/100cm未満が特に好ましい。 From the viewpoint of the balance between the film thickness and the porosity, the air permeability is preferably 1 sec/100 cm3 or more and 400 sec/100 cm3 or less , and more preferably 100 sec/100 cm3 or more and 350/100 cm3 or less. When emphasis is placed on achieving both short circuit resistance and output performance, the air permeability is particularly preferably 150 sec/100 cm3 or more and 350 sec/100 cm3 or less, and when priority is given to improving output performance while ensuring safety, the air permeability is particularly preferably 100/100 cm3 seconds or more and less than 150 sec/100 cm3 .

一方で、イオン伝導度の低い非水系電解液と上記範囲内のセパレータを組み合わせた場合、リチウムイオンの移動速度がセパレータの構造ではなく、電解液のイオン伝導度の高さが律速となり、期待したような入出力特性が得られない傾向がある。そのため、非水電解液のイオン伝導度は10mS/cm以上が好ましく、15mS/cmがより好ましく、20mS/cmが更に好ましい。ただし、セパレータの膜厚、透気度及び気孔率、並びに非水系電解液のイオン伝導度は上記の例に限定されない。 On the other hand, when a non-aqueous electrolyte with low ionic conductivity is combined with a separator within the above range, the lithium ion migration rate is determined not by the separator structure but by the high ionic conductivity of the electrolyte, and the expected input/output characteristics tend not to be obtained. Therefore, the ionic conductivity of the non-aqueous electrolyte is preferably 10 mS/cm or more, more preferably 15 mS/cm, and even more preferably 20 mS/cm. However, the membrane thickness, air permeability, and porosity of the separator, and the ionic conductivity of the non-aqueous electrolyte are not limited to the above examples.

[電池外装]
本実施形態における非水系二次電池の電池外装の構成は特に限定されないが、例えば、電池缶及びラミネートフィルム外装体のいずれかの電池外装を用いることができる。電池缶としては、例えば、スチール、ステンレス、アルミニウム、又はクラッド材等から成る角型、角筒型、円筒型、楕円型、扁平型、コイン型、又はボタン型等の金属缶を用いることができる。ラミネートフィルム外装体としては、例えば、熱溶融樹脂/金属フィルム/樹脂の3層構成から成るラミネートフィルムを用いることができる。
[Battery exterior]
The structure of the battery exterior of the nonaqueous secondary battery in this embodiment is not particularly limited, and for example, either a battery can or a laminate film exterior can be used. As the battery can, for example, a metal can such as a square, rectangular tube, cylindrical, elliptical, flat, coin, or button type made of steel, stainless steel, aluminum, clad material, etc. can be used. As the laminate film exterior, for example, a laminate film made of a three-layer structure of a heat-melting resin/metal film/resin can be used.

ラミネートフィルム外装体は、熱溶融樹脂側を内側に向けた状態で2枚重ねて、又は熱溶融樹脂側を内側に向けた状態となるように折り曲げて、端部をヒートシールにより封止した状態で外装体として用いることができる。ラミネートフィルム外装体を用いる場合、正極集電体に正極リード体(又は正極端子及び正極端子と接続するリードタブ)を接続し、負極集電体に負極リード体(又は負極端子及び負極端子と接続するリードタブ)を接続してもよい。この場合、正極リード体及び負極リード体(又は正極端子及び負極端子のそれぞれに接続されたリードタブ)の端部が外装体の外部に引き出された状態でラミネートフィルム外装体を封止してもよい。 The laminate film exterior body can be used as an exterior body by stacking two sheets with the heat-melting resin side facing inward, or by folding the laminate film exterior body so that the heat-melting resin side faces inward and sealing the ends with heat sealing. When using a laminate film exterior body, the positive electrode lead body (or the positive electrode terminal and the lead tab connected to the positive electrode terminal) may be connected to the positive electrode current collector, and the negative electrode lead body (or the negative electrode terminal and the lead tab connected to the negative electrode terminal) may be connected to the negative electrode current collector. In this case, the laminate film exterior body may be sealed with the ends of the positive electrode lead body and the negative electrode lead body (or the lead tabs connected to the positive electrode terminal and the negative electrode terminal, respectively) pulled out to the outside of the exterior body.

<非水系二次電池の形状>
本実施形態の非水系二次電池の形状は、特に限定されず、例えば、円筒形、楕円形、角筒型、ボタン形、コイン形、扁平形、ラミネート形等に適用できる。
<Shape of non-aqueous secondary battery>
The shape of the nonaqueous secondary battery of this embodiment is not particularly limited, and may be, for example, a cylindrical shape, an elliptical shape, a rectangular tube shape, a button shape, a coin shape, a flat shape, a laminate shape, or the like.

《非水系二次電池の製造方法》
本実施形態における非水系二次電池は、上述の非水系電解液、正極活物質を有する正極、負極活物質を有する負極、及びセパレータ、並びに必要に応じて電池外装を用いて製造することができる。
<<Method for manufacturing non-aqueous secondary battery>>
The nonaqueous secondary battery in this embodiment can be manufactured using the above-mentioned nonaqueous electrolyte, a positive electrode having a positive electrode active material, a negative electrode having a negative electrode active material, a separator, and, if necessary, a battery exterior.

先ず正極及び負極、並びにセパレータから成る積層体を形成することができる。例えば、長尺の正極と負極とを、正極と負極との間に該長尺のセパレータを介在させた積層体を作製し、これを巻回して巻回構造の積層体を形成する方法;正極及び負極を一定の面積と形状とを有する複数枚のシートに切断して得た正極シートと負極シートとを、セパレータシートを介して交互に積層した積層構造の積層体を形成する方法;長尺のセパレータをつづら折りにして、該つづら折りになったセパレータ同士の間に交互に正極体シートと負極体シートとを挿入した積層構造の積層体を形成する方法;等が可能である。 First, a laminate consisting of positive and negative electrodes and a separator can be formed. For example, a method is possible in which a laminate is made by forming long positive and negative electrodes with a long separator between them, and then winding the laminate to form a wound laminate; a method is possible in which the positive and negative electrodes are cut into multiple sheets having a certain area and shape, and the positive and negative sheets are alternately laminated with a separator sheet between to form a laminate with a laminate structure; a method is possible in which a long separator is folded zigzag, and positive and negative electrode sheets are alternately inserted between the zigzag separators to form a laminate with a laminate structure; etc. are possible.

次いで、電池外装(電池ケース)内に上述の積層体を収容して、電解液を電池ケース内部に注液し、積層体を電解液に浸漬して封印することによって、本実施形態における非水系二次電池を作製することができる。又は、電解液を高分子材料から成る基材に含浸させることによって、ゲル状態の電解質膜を予め作製しておき、シート状の正極、負極、及び電解質膜、並びにセパレータを用いて積層構造の積層体を形成した後、電池外装内に収容して非水系二次電池を作製することもできる。 Then, the above-mentioned laminate is housed in a battery exterior (battery case), the electrolyte is poured into the battery case, and the laminate is immersed in the electrolyte and sealed, thereby producing the nonaqueous secondary battery of this embodiment. Alternatively, a gel-state electrolyte membrane can be produced in advance by impregnating a substrate made of a polymer material with the electrolyte, and a laminate having a laminate structure is formed using a sheet-like positive electrode, a negative electrode, an electrolyte membrane, and a separator, and then the laminate is housed in the battery exterior to produce a nonaqueous secondary battery.

なお、電極の配置が、負極活物質層の外周端と正極活物質層の外周端とが重なる部分が存在するように、又は負極活物質層の非対向部分に幅が小さすぎる箇所が存在するように設計されている場合、電池組み立て時に電極の位置ずれが生じることにより、非水系二次電池における充放電サイクル特性が低下するおそれがある。よって、該非水系二次電池に使用する電極体は、電極の位置を予めポリイミドテープ、ポリフェニレンスルフィドテープ、PPテープ等のテープ類、接着剤等により、固定しておくことが好ましい。 If the electrodes are arranged so that there is a portion where the outer edge of the negative electrode active material layer overlaps with the outer edge of the positive electrode active material layer, or there is a portion where the width is too small in the non-facing portion of the negative electrode active material layer, the position of the electrodes may be shifted during battery assembly, which may result in a decrease in the charge-discharge cycle characteristics of the non-aqueous secondary battery. Therefore, it is preferable to fix the positions of the electrodes in the electrode body used in the non-aqueous secondary battery in advance using tapes such as polyimide tape, polyphenylene sulfide tape, and PP tape, adhesives, etc.

本実施形態において、アセトニトリルを使用した非水系電解液を用いた場合、その高いイオン伝導性に起因して、非水系二次電池の初回充電時に正極から放出されたリチウムイオンが負極の全体に拡散してしまう可能性がある。非水系二次電池では、正極活物質層よりも負極活物質層の面積を大きくすることが一般的である。しかしながら、負極活物質層のうち正極活物質層と対向していない箇所にまでリチウムイオンが拡散して吸蔵されてしまうと、このリチウムイオンが初回放電時に放出されずに負極に留まることとなる。そのため、該放出されないリチウムイオンの寄与分が不可逆容量となってしまう。こうした理由から、アセトニトリルを含有する非水系電解液を用いた非水系二次電池では、初回充放電効率が低くなってしまう場合がある。 In this embodiment, when a non-aqueous electrolyte using acetonitrile is used, the lithium ions released from the positive electrode during the initial charge of the non-aqueous secondary battery may diffuse throughout the negative electrode due to its high ionic conductivity. In non-aqueous secondary batteries, the area of the negative electrode active material layer is generally made larger than that of the positive electrode active material layer. However, if lithium ions diffuse and are absorbed to a portion of the negative electrode active material layer that does not face the positive electrode active material layer, these lithium ions will not be released during the initial discharge and will remain in the negative electrode. Therefore, the contribution of the lithium ions that are not released becomes the irreversible capacity. For this reason, the initial charge/discharge efficiency may be low in non-aqueous secondary batteries using a non-aqueous electrolyte containing acetonitrile.

一方、負極活物質層よりも正極活物質層の面積が大きいか、又は両者が同じである場合には、充電時に負極活物質層のエッジ部分で電流の集中が起こり易く、リチウムデンドライトが生成し易くなる。 On the other hand, if the area of the positive electrode active material layer is larger than that of the negative electrode active material layer or if the two are the same, current tends to concentrate at the edge of the negative electrode active material layer during charging, making it easier for lithium dendrites to form.

正極活物質層と負極活物質層とが対向する部分の面積に対する、負極活物質層全体の面積の比について特に制限はないが、上記の理由により、1.0より大きく1.1未満であることが好ましく、1.002より大きく1.09未満であることがより好ましく、1.005より大きく1.08未満であることが更に好ましく、1.01より大きく1.08未満であることが特に好ましい。アセトニトリルを含む非水系電解液を用いた非水系二次電池では、正極活物質層と負極活物質層とが対向する部分の面積に対する、負極活物質層全体の面積の比を小さくすることにより、初回充放電効率を改善できる。 There is no particular restriction on the ratio of the area of the entire negative electrode active material layer to the area of the portion where the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer face each other, but for the reasons described above, it is preferably greater than 1.0 and less than 1.1, more preferably greater than 1.002 and less than 1.09, even more preferably greater than 1.005 and less than 1.08, and particularly preferably greater than 1.01 and less than 1.08. In a non-aqueous secondary battery using a non-aqueous electrolyte solution containing acetonitrile, the initial charge/discharge efficiency can be improved by reducing the ratio of the area of the entire negative electrode active material layer to the area of the portion where the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer face each other.

正極活物質層と負極活物質層とが対向する部分の面積に対する、負極活物質層全体の面積の比を小さくするということは、負極活物質層のうち、正極活物質層と対向していない部分の面積の割合を制限することを意味している。これにより、初回充電時に正極から放出されたリチウムイオンのうち、正極活物質層とは対向していない負極活物質層の部分に吸蔵されるリチウムイオンの量(すなわち、初回放電時に負極から放出されずに不可逆容量となるリチウムイオンの量)を可及的に低減することが可能となる。よって、正極活物質層と負極活物質層とが対向する部分の面積に対する、負極活物質層全体の面積の比を上記の範囲に設計することによって、アセトニトリルを使用することによる電池の負荷特性向上を図りつつ、電池の初回充放電効率を高め、更にリチウムデンドライトの生成も抑えることができるのである。 Reducing the ratio of the area of the entire negative electrode active material layer to the area of the portion where the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer face each other means limiting the ratio of the area of the portion of the negative electrode active material layer that does not face the positive electrode active material layer. This makes it possible to reduce as much as possible the amount of lithium ions absorbed in the portion of the negative electrode active material layer that does not face the positive electrode active material layer among the lithium ions released from the positive electrode during the initial charge (i.e., the amount of lithium ions that are not released from the negative electrode during the initial discharge and become irreversible capacity). Therefore, by designing the ratio of the area of the entire negative electrode active material layer to the area of the portion where the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer face each other within the above range, it is possible to improve the load characteristics of the battery by using acetonitrile, increase the initial charge/discharge efficiency of the battery, and further suppress the generation of lithium dendrites.

本実施形態における非水系二次電池は、初回充電により電池として機能し得るが、初回充電のときに電解液の一部が分解することにより安定化する。初回充電の方法について特に制限はないが、初回充電は0.001~0.3Cで行われることが好ましく、0.002~0.25Cで行われることがより好ましく、0.003~0.2Cで行われることが更に好ましい。初回充電が、途中に定電圧充電を経由して行われることも好ましい結果を与える。設計容量を1時間で放電する定電流が1Cである。リチウム塩が電気化学的な反応に関与する電圧範囲を長く設定することによって、安定強固なSEIが電極表面に形成され、内部抵抗の増加を抑制する効果があることの他、反応生成物が負極のみに強固に固定化されることなく、何らかの形で、正極、セパレータ等の、負極以外の部材にも良好な効果を与える。このため、非水系電解液に溶解したリチウム塩の電気化学的な反応を考慮して初回充電を行うことは、非常に有効である。 The non-aqueous secondary battery in this embodiment can function as a battery by initial charging, but is stabilized by decomposing a part of the electrolyte during the initial charging. There is no particular restriction on the method of initial charging, but the initial charging is preferably performed at 0.001 to 0.3 C, more preferably at 0.002 to 0.25 C, and even more preferably at 0.003 to 0.2 C. It is also preferable that the initial charging is performed via a constant voltage charge in the middle, which gives a favorable result. The constant current at which the designed capacity is discharged in one hour is 1 C. By setting the voltage range in which the lithium salt is involved in the electrochemical reaction to be long, a stable and strong SEI is formed on the electrode surface, which has the effect of suppressing an increase in internal resistance, and the reaction product is not firmly fixed only to the negative electrode, but has a good effect on the components other than the negative electrode, such as the positive electrode and the separator, in some form. For this reason, it is very effective to perform the initial charging while taking into account the electrochemical reaction of the lithium salt dissolved in the non-aqueous electrolyte.

本実施形態における非水系二次電池は、複数個の非水系二次電池を直列又は並列に接続した電池パックとして使用することもできる。電池パックの充放電状態を管理する観点から、1個当たりの使用電圧範囲は2~5Vであることが好ましく、2.5~5Vであることがより好ましく、2.75V~5Vであることが特に好ましい。 The nonaqueous secondary battery in this embodiment can also be used as a battery pack in which multiple nonaqueous secondary batteries are connected in series or parallel. From the viewpoint of managing the charge/discharge state of the battery pack, the operating voltage range per battery is preferably 2 to 5 V, more preferably 2.5 to 5 V, and particularly preferably 2.75 V to 5 V.

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。 The above describes the form for implementing the present invention, but the present invention is not limited to the above-mentioned embodiment. The present invention can be modified in various ways without departing from the gist of the invention.

以下、実施例によって本発明を更に詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

(1)非水系電解液の調製
不活性雰囲気下、各種非水系溶媒及び各種リチウム塩をそれぞれ所定の濃度になるよう添加することにより、非水系電解液(S1)~(S4)を調製した。これらの非水系電解液組成を表1に示す。
(1) Preparation of non-aqueous electrolyte solutions In an inert atmosphere, various non-aqueous solvents and various lithium salts were added to give predetermined concentrations to prepare non-aqueous electrolyte solutions (S1) to (S4). The compositions of these non-aqueous electrolyte solutions are shown in Table 1.

表1における非水系溶媒、及びリチウム塩の略称は、それぞれ以下の意味である。
(非水系溶媒)
AcN:アセトニトリル
EMC:エチルメチルカーボネート
DFA:ジフルオロアセテート
GBL:γ―ブチロラクトン
EC:エチレンカーボネート
VC:ビニレンカーボネート
The abbreviations for the non-aqueous solvents and lithium salts in Table 1 have the following meanings.
(Non-aqueous solvent)
AcN: Acetonitrile EMC: Ethyl methyl carbonate DFA: Difluoroacetate GBL: γ-butyrolactone EC: Ethylene carbonate VC: Vinylene carbonate

(リチウム塩)
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(LiN(SOF)
(Lithium salt)
LiPF6 : Lithium hexafluorophosphate LiFSI: Lithium bis(fluorosulfonyl)imide (LiN( SO2F ) 2 )

非水系電解液(S1)および(S2)については、調整後にモレキュラーシーブ(関東化学社製 5A 1/16)を非水電解液10gに対して1g加え、時々攪拌しながら24時間放置した。その後、得られた非水系電解液のFSOアニオン量を19F-NMRを用いて測定した。 For the non-aqueous electrolyte solutions (S1) and (S2), 1 g of molecular sieve (5A 1/16 manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) was added to 10 g of the non-aqueous electrolyte solution after preparation, and the solution was left for 24 hours with occasional stirring. After that, the amount of FSO3 anion in the obtained non-aqueous electrolyte solution was measured using 19F -NMR.

(2)コイン型非水系二次電池の作製
(2-1)正極の作製
(A)正極活物質としてオリビン型構造を有するリン酸鉄リチウム(LiFePO)と、(B)導電助剤として、カーボンブラック粉末と、バインダーとして、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)とを、84:10:6の質量比で混合し、正極合剤を得た。得られた正極合剤に溶剤としてN-メチル-2-ピロリドンを固形分68質量%となるように投入して更に混合して、正極合剤含有スラリーを調製した。正極集電体となる厚さ15μm、幅280mmのアルミニウム箔の片面に、この正極合剤含有スラリーの目付量を調節しながら、塗工幅240~250mm、塗工長125mm、無塗工長20mmの塗布パターンになるよう3本ロール式転写コーターを用いて塗布し、熱風乾燥炉で溶剤を乾燥除去した。得られた電極ロールは、両サイドをトリミングカットし、130℃8時間の減圧乾燥を実施した。その後、ロールプレスで正極活物質層の密度が1.9g/cmになるように圧延することにより、正極活物質層と正極集電体とからなる正極を得た。正極集電体を除く目付量は17.5mg/cmであった。
(2) Preparation of coin-type non-aqueous secondary battery (2-1) Preparation of positive electrode (A) Lithium iron phosphate (LiFePO 4 ) having an olivine structure as a positive electrode active material, (B) Carbon black powder as a conductive assistant, and polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder were mixed in a mass ratio of 84:10:6 to obtain a positive electrode mixture. N-methyl-2-pyrrolidone was added as a solvent to the obtained positive electrode mixture so that the solid content was 68 mass% and further mixed to prepare a positive electrode mixture-containing slurry. While adjusting the basis weight of this positive electrode mixture-containing slurry on one side of an aluminum foil having a thickness of 15 μm and a width of 280 mm to be a positive electrode current collector, the slurry was applied using a three-roll transfer coater so as to have a coating pattern of 240 to 250 mm in coating width, 125 mm in coating length, and 20 mm in uncoated length, and the solvent was dried and removed in a hot air drying oven. The obtained electrode roll was trimmed on both sides and dried under reduced pressure at 130° C. for 8 hours. Then, the electrode roll was rolled with a roll press so that the density of the positive electrode active material layer was 1.9 g/cm 3 to obtain a positive electrode consisting of the positive electrode active material layer and the positive electrode current collector. The basis weight excluding the positive electrode current collector was 17.5 mg/cm 2 .

(2-2)負極の作製
負極活物質として、黒鉛粉末と、導電助剤としてカーボンブラック粉末と、バインダーとして、カルボキシメチルセルロース及びスチレンブタジエンゴムとを、95.7:0.5:3.8の固形分質量比で混合し、負極合剤を得た。得られた負極合剤に溶剤として水を固形分45質量%となるように投入して更に混合して、負極合剤含有スラリーを調製した。負極集電体となる厚さ8μm、幅280mmの銅箔の片面に、この負極合剤含有スラリーの目付量を調節しながら、塗工幅240~250mm、塗工長125mm、無塗工長20mmの塗布パターンになるよう3本ロール式転写コーターを用いて塗布し、熱風乾燥炉で溶剤を乾燥除去した。得られた電極ロールは、両サイドをトリミングカットし、80℃12時間の減圧乾燥を実施した。その後、ロールプレスで負極活物質層の密度が1.5g/cmになるよう圧延して、負極活物質層と負極集電体から成る負極を得た。負極集電体を除く目付量は7.5mg/cmであった。
(2-2) Preparation of negative electrode As a negative electrode active material, graphite powder, carbon black powder as a conductive assistant, and carboxymethyl cellulose and styrene butadiene rubber as a binder were mixed in a solid content mass ratio of 95.7:0.5:3.8 to obtain a negative electrode mixture. Water was added as a solvent to the obtained negative electrode mixture so that the solid content was 45 mass% and further mixed to prepare a negative electrode mixture-containing slurry. While adjusting the basis weight of this negative electrode mixture-containing slurry on one side of a copper foil having a thickness of 8 μm and a width of 280 mm to be a negative electrode current collector, it was coated using a three-roll transfer coater so as to have a coating pattern of a coating width of 240 to 250 mm, a coating length of 125 mm, and an uncoated length of 20 mm, and the solvent was dried and removed in a hot air drying oven. The obtained electrode roll was trimmed and cut on both sides, and dried under reduced pressure at 80 ° C for 12 hours. Thereafter, the negative electrode active material layer was rolled with a roll press so that the density of the negative electrode active material layer became 1.5 g/cm 3 , thereby obtaining a negative electrode composed of the negative electrode active material layer and the negative electrode current collector. The basis weight excluding the negative electrode current collector was 7.5 mg/cm 2 .

(2-3)コイン型非水系二次電池の組み立て
CR2032タイプの電池ケース(SUS304/Alクラッド)にポリプロピレン製ガスケットをセットし、その中央に上述のようにして得られた正極を直径15.958mmの円盤状に打ち抜いたものを、正極活物質層を上向きにしてセットした。その上からガラス繊維濾紙(アドバンテック社製、GA-100)を直径16.156mmの円盤状に打ち抜いたものをセットして、非水系電解液を150μL注入した後、上述のようにして得られた負極を直径16.156mmの円盤状に打ち抜いたものを、負極活物質層を下向きにしてセットした。更にスペーサーとスプリングをセットした後に電池キャップをはめ込み、カシメ機でかしめた。あふれた電解液はウエスできれいにふきとった。25℃で12時間保持し、積層体に非水系電解液を十分馴染ませてコイン型非水系二次電池を得た。
(2-3) Assembly of coin-type non-aqueous secondary battery A polypropylene gasket was set in a CR2032 type battery case (SUS304/Al clad), and the positive electrode obtained as described above was punched into a disk shape with a diameter of 15.958 mm and set in the center with the positive electrode active material layer facing up. A glass fiber filter paper (GA-100, manufactured by Advantec Co., Ltd.) was punched into a disk shape with a diameter of 16.156 mm and set on top of it, and 150 μL of non-aqueous electrolyte was poured, and then the negative electrode obtained as described above was punched into a disk shape with a diameter of 16.156 mm and set with the negative electrode active material layer facing down. After further setting the spacer and spring, the battery cap was fitted and crimped with a crimping machine. The overflowing electrolyte was wiped clean with a rag. The laminate was kept at 25 ° C for 12 hours, and the non-aqueous electrolyte was thoroughly soaked into the laminate to obtain a coin-type non-aqueous secondary battery.

(3)コイン型非水系二次電池の評価
上述のようにして得られたコイン型非水系二次電池について、まず、下記(3-1)の手順に従って初回充電処理及び初回充放電容量測定を行った。次に(3-2)の手順に従ってそれぞれのコイン型非水系二次電池を評価した。なお、充放電はアスカ電子(株)製の充放電装置ACD-M01A(商品名)及びヤマト科学(株)製のプログラム恒温槽IN804(商品名)を用いて行った。ここで、1Cとは満充電状態の電池を定電流で放電して1時間で放電終了となることが期待される電流値を意味する。満充電状態から定電流で放電して1時間で放電終了となることが期待される電流値を意味する。
(3) Evaluation of coin-type non-aqueous secondary batteries The coin-type non-aqueous secondary batteries obtained as described above were first subjected to an initial charge process and an initial charge/discharge capacity measurement according to the procedure in (3-1) below. Next, each coin-type non-aqueous secondary battery was evaluated according to the procedure in (3-2). The charge/discharge was performed using a charge/discharge device ACD-M01A (product name) manufactured by Asuka Electronics Co., Ltd. and a program thermostatic chamber IN804 (product name) manufactured by Yamato Scientific Co., Ltd. Here, 1C means a current value at which a battery in a fully charged state is discharged at a constant current and discharge is expected to be completed in one hour. It means a current value at which a battery in a fully charged state is discharged at a constant current and discharge is expected to be completed in one hour.

(3-1)コイン型非水系二次電池の初回充放電処理
コイン型非水系二次電池の周囲温度を25℃に設定し、0.1Cに相当する4.6mAの定電流で充電して3.8Vに到達した後、3.8Vの定電圧で電流が0.05Cに減衰するまで充電を行った。その後、0.3Cに相当する1.38mAの定電流で2.5Vまで放電した。
(3-1) Initial charge/discharge treatment of coin-type nonaqueous secondary battery The ambient temperature of the coin-type nonaqueous secondary battery was set to 25° C., and the battery was charged at a constant current of 4.6 mA, which corresponds to 0.1 C, to reach 3.8 V, and then charged at a constant voltage of 3.8 V until the current decayed to 0.05 C. Then, the battery was discharged to 2.5 V at a constant current of 1.38 mA, which corresponds to 0.3 C.

(3-2)25℃サイクル試験
上記(3-1)に記載の方法で初回充放電処理を行ったコイン型非水系二次電池について、周囲温度を25℃に設定し、0.5Cに相当する2.3mAの定電流で3.8Vに到達した後、3.8Vの定電圧で電流が0.05Cに減衰するまで充電を行った。その後、0.5Cに相当する2.3mAの電流値で2.5Vまで放電した。充電と放電とを各々1回ずつ行うこの工程を1サイクルとし、100サイクルの充放電を行った。なお、1サイクル目、50サイクル目、100サイクル目に0.3Cに相当する1.38mAの定電流で充電して、3.8Vに到達した後、3.8Vの定電圧で電流が0.05Cに減衰するまで充電を行い、その後、0.3Cに相当する1.38mAの定電流で2.5Vまで放電した。初回充放電処理時の1サイクル目の放電容量を100%としたときのサイクル試験時の99サイクル目の放電容量を、容量維持率として算出した。
(3-2) 25°C Cycle Test The coin-type non-aqueous secondary battery that had been subjected to the initial charge/discharge treatment according to the method described in (3-1) above was charged at an ambient temperature of 25°C, and after reaching 3.8V at a constant current of 2.3mA equivalent to 0.5C, it was charged at a constant voltage of 3.8V until the current attenuated to 0.05C. It was then discharged to 2.5V at a current value of 2.3mA equivalent to 0.5C. This process of charging and discharging once each was counted as one cycle, and 100 cycles of charging and discharging were performed. In addition, at the 1st cycle, the 50th cycle, and the 100th cycle, it was charged at a constant current of 1.38mA equivalent to 0.3C, and after reaching 3.8V, it was charged at a constant voltage of 3.8V until the current attenuated to 0.05C, and then it was discharged to 2.5V at a constant current of 1.38mA equivalent to 0.3C. The discharge capacity at the 99th cycle in the cycle test was calculated as the capacity retention rate, assuming that the discharge capacity at the first cycle in the initial charge/discharge treatment was 100%.

(3-3)50℃サイクル試験
上記(3-1)に記載の方法で初回充放電処理を行ったコイン型非水系二次電池について、周囲温度を50℃に設定し、1.5Cに相当する6.9mAの定電流で3.8Vに到達した後、3.8Vの定電圧で電流が0.05Cに減衰するまで充電を行った。その後、1.5Cに相当する6.9mAの電流値で2.5Vまで放電した。充電と放電とを各々1回ずつ行うこの工程を1サイクルとし、100サイクルの充放電を行った。なお、1サイクル目、50サイクル目、100サイクル目に1Cに相当する4.6mAの定電流で充電して、3.8Vに到達した後、3.8Vの定電圧で電流が0.05Cに減衰するまで充電を行い、その後、0.3Cに相当する1.38mAの定電流で2.5Vまで放電した。初回充放電処理時の1サイクル目の放電容量を100%としたときのサイクル試験時の99サイクル目の放電容量を、容量維持率として算出した。
(3-3) 50°C Cycle Test The coin-type non-aqueous secondary battery that had been subjected to the initial charge/discharge treatment according to the method described in (3-1) above was charged at an ambient temperature of 50°C, and after reaching 3.8V at a constant current of 6.9mA equivalent to 1.5C, it was charged at a constant voltage of 3.8V until the current attenuated to 0.05C. It was then discharged to 2.5V at a current value of 6.9mA equivalent to 1.5C. This process of charging and discharging once each was counted as one cycle, and 100 cycles of charging and discharging were performed. In addition, at the 1st cycle, the 50th cycle, and the 100th cycle, it was charged at a constant current of 4.6mA equivalent to 1C, and after reaching 3.8V, it was charged at a constant voltage of 3.8V until the current attenuated to 0.05C, and then it was discharged to 2.5V at a constant current of 1.38mA equivalent to 0.3C. The discharge capacity at the 99th cycle in the cycle test was calculated as the capacity retention rate, assuming that the discharge capacity at the first cycle in the initial charge/discharge treatment was 100%.

(3-4)-40℃放電試験
上記(3-1)に記載の方法で初回充放電処理を行ったコイン型非水系二次電池について、電池の周囲温度を25℃に設定し、0.5Cに相当する2.3mAの定電流で充電して3.8Vに到達した後、3.8Vの定電圧で電流が0.05Cに減衰するまで充電を行い、0.1Cに相当する0.46mAの電流値で2.5Vまで放電した。その後、0.5Cに相当する2.3mAの定電流で充電して3.8Vに到達した後、3.8Vの定電圧で電流が0.05Cに減衰するまで充電を行った。次に、電池の周囲温度を-40℃に設定し、3時間待機時間を設けた後、0.1Cに相当する0.46mAの電流値で2.5Vまで放電した。25℃環境下の放電容量を100%としたときの-40℃の放電容量を、容量維持率として算出した。
(3-4) -40°C discharge test For the coin-type non-aqueous secondary battery that had been subjected to the initial charge/discharge treatment according to the method described in (3-1) above, the ambient temperature of the battery was set to 25°C, and the battery was charged at a constant current of 2.3mA equivalent to 0.5C until it reached 3.8V, and then charged at a constant voltage of 3.8V until the current attenuated to 0.05C, and discharged to 2.5V at a current value of 0.46mA equivalent to 0.1C. After that, the battery was charged at a constant current of 2.3mA equivalent to 0.5C until it reached 3.8V, and then charged at a constant voltage of 3.8V until the current attenuated to 0.05C. Next, the ambient temperature of the battery was set to -40°C, and after a waiting time of 3 hours, the battery was discharged to 2.5V at a current value of 0.46mA equivalent to 0.1C. The discharge capacity at -40°C when the discharge capacity in a 25°C environment was taken as 100% was calculated as the capacity retention rate.

[実施例1~2及び比較例1~4]
正極、負極、表1の非水系電解液を用い、上述の(2)に記載の方法に従ってコイン型非水系二次電池を作製した。次に、上述の(3-1)~(3-4)の手順に従ってそれぞれのコイン型非水系二次電池を評価した。この試験結果を表2および表3に示す。
[Examples 1 to 2 and Comparative Examples 1 to 4]
A coin-type nonaqueous secondary battery was fabricated according to the method described in (2) above using the positive electrode, negative electrode, and nonaqueous electrolyte solution shown in Table 1. Next, each coin-type nonaqueous secondary battery was evaluated according to the procedures described in (3-1) to (3-4) above. The test results are shown in Tables 2 and 3.

Figure 0007590126000002
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Figure 0007590126000003
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表2に示すように、実施例1は、FSOアニオン低減工程を実施した電解液を用いており、25℃サイクル試験の容量維持率が85%以上であり、-40℃放電試験の容量維持率も58%以上を示した。一方で、比較例1は、FSOアニオン低減工程を実施していない電解液を用いており、-40℃放電試験の容量維持率が57%以上と優れた低温性能を示したものの、25℃サイクル試験の容量維持率が69%以下と低下した。 As shown in Table 2, Example 1 used an electrolyte solution that had undergone the FSO3 anion reduction process, and the capacity retention rate in the 25°C cycle test was 85% or more, and the capacity retention rate in the -40°C discharge test was also 58% or more. On the other hand, Comparative Example 1 used an electrolyte solution that had not undergone the FSO3 anion reduction process, and although the capacity retention rate in the -40°C discharge test was 57% or more, which showed excellent low-temperature performance, the capacity retention rate in the 25°C cycle test was reduced to 69% or less.

表3に示すように、実施例2は、FSOアニオン低減工程を実施した電解液を用いており、50℃サイクル試験の容量維持率が88%以上であり、-40℃放電試験の容量維持率も61%以上を示した。一方で、比較例2は、リチウム塩にLiFSIを用いていないため、FSOアニオン低減工程の有無に関わらず、FSOアニオンの量は本発明の範囲内(0ppm)である。比較例2は、50℃サイクル試験の容量維持率が87%以上と優れた高温耐久性を示したが、しかしながら、LiFSIを用いていないため、-40℃放電試験の容量維持率が13%以下と低温性能を満たさなかった。比較例3は、アセトニトリルを含有しておらず、FSOアニオン低減工程を実施していない電解液を用いているため、50℃サイクル試験の容量維持率が70%以下と低下した。-40℃放電試験の容量維持率も、アセトニトリルを含有しておらず、LiFSI含有量も0.7mol以下であるため、27%以下と低温性能を満たさなかった。比較例4は、FSOアニオン低減工程を実施しておらず、プロピオニトリルの含有量も5.5ppm以上の電解液を用いているため、50℃サイクル試験の容量維持率が15%以下と低下した。比較例4については、50℃サイクル試験の容量維持率が顕著に低下したため、-40℃放電試験は行わなかった。 As shown in Table 3, Example 2 uses an electrolyte solution that has undergone an FSO 3 anion reduction process, and the capacity retention rate in the 50 ° C. cycle test is 88% or more, and the capacity retention rate in the −40 ° C. discharge test is also 61% or more. On the other hand, since Comparative Example 2 does not use LiFSI as a lithium salt, the amount of FSO 3 anions is within the range of the present invention (0 ppm) regardless of the presence or absence of an FSO 3 anion reduction process. Comparative Example 2 showed excellent high-temperature durability with a capacity retention rate of 87% or more in the 50 ° C. cycle test, but since LiFSI was not used, the capacity retention rate in the −40 ° C. discharge test was 13% or less, which did not satisfy the low-temperature performance. Comparative Example 3 uses an electrolyte solution that does not contain acetonitrile and has not undergone an FSO 3 anion reduction process, so the capacity retention rate in the 50 ° C. cycle test was reduced to 70% or less. The capacity retention rate in the −40° C. discharge test was 27% or less, which did not satisfy the low-temperature performance, because it did not contain acetonitrile and the LiFSI content was 0.7 mol or less. In Comparative Example 4, the FSO 3 anion reduction step was not performed, and the electrolyte used had a propionitrile content of 5.5 ppm or more, so the capacity retention rate in the 50° C. cycle test was reduced to 15% or less. For Comparative Example 4, the capacity retention rate in the 50° C. cycle test was significantly reduced, so the −40° C. discharge test was not performed.

本結果が示すように、本発明範囲内の非水系電解液および特定の正極活物質を用いることにより、高温環境下でのサイクル性能と低温性能を改善できることが明らかとなった。 As shown by these results, it has become clear that by using a non-aqueous electrolyte solution and a specific positive electrode active material within the scope of the present invention, it is possible to improve cycle performance in high-temperature environments and low-temperature performance.

本発明の非水系二次電池は、例えば、アイドリングストップシステムの電源;ハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド自動車、電気自動車等の自動車用充電池;12V級電源、24V級電源、48V級電源等の低電圧電源;住宅用蓄電システム等としての利用等が期待される。 The nonaqueous secondary battery of the present invention is expected to be used, for example, as a power source for idling stop systems; rechargeable batteries for hybrid vehicles, plug-in hybrid vehicles, electric vehicles, and the like; low-voltage power sources such as 12V class power sources, 24V class power sources, and 48V class power sources; and residential power storage systems.

100 非水系二次電池
110 電池外装
120 空間
130 正極リード体
140 負極リード体
150 正極
160 負極
170 セパレータ
100 Non-aqueous secondary battery 110 Battery exterior 120 Space 130 Positive electrode lead body 140 Negative electrode lead body 150 Positive electrode 160 Negative electrode 170 Separator

Claims (2)

正極活物質を有する正極と、負極活物質を有する負極と、セパレータと非水系電解液とを有する非水系二次電池であって、
前記正極は、前記正極活物質としてリチウム含有金属酸化物を含有し、
前記リチウム含有金属酸化物は、オリビン型構造を有するLiFePOで表される化合物を含み、式中、0<x<1.2であり、
前記非水系電解液は、非水系溶媒の合計体積を基準として、アセトニトリルを1体積%~85体積%、並びにリチウム塩としてLiN(SOF)およびLiPFを含有し、FSOアニオンの含有量が、非水系電解液の合計質量を基準として1ppm以上30ppm以下である、非水系二次電池。
A non-aqueous secondary battery having a positive electrode having a positive electrode active material, a negative electrode having a negative electrode active material, a separator, and a non-aqueous electrolyte solution,
The positive electrode contains a lithium-containing metal oxide as the positive electrode active material,
The lithium-containing metal oxide includes a compound having an olivine structure represented by Li x FePO 4 , where 0<x<1.2;
The nonaqueous electrolyte contains 1 volume % to 85 volume % of acetonitrile, and LiN(SO 2 F) 2 and LiPF 6 as lithium salts, based on the total volume of the nonaqueous solvent, and the content of FSO 3 anions is 1 ppm or more and 30 ppm or less, based on the total mass of the nonaqueous electrolyte.
前記非水系電解液に含まれるプロピオニトリルが、非水系電解液の合計質量を基準として0.01ppm以上5.0ppm未満である、請求項1に記載の非水系二次電池。 2. The nonaqueous secondary battery according to claim 1, wherein the propionitrile contained in the nonaqueous electrolyte solution is 0.01 ppm or more and less than 5.0 ppm based on the total mass of the nonaqueous electrolyte solution.
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