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JP7725830B2 - Nonaqueous electrolyte storage element and method for manufacturing the same - Google Patents
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JP7725830B2 - Nonaqueous electrolyte storage element and method for manufacturing the same - Google Patents

Nonaqueous electrolyte storage element and method for manufacturing the same

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JP7725830B2 JP2021027546A JP2021027546A JP7725830B2 JP 7725830 B2 JP7725830 B2 JP 7725830B2 JP 2021027546 A JP2021027546 A JP 2021027546A JP 2021027546 A JP2021027546 A JP 2021027546A JP 7725830 B2 JP7725830 B2 JP 7725830B2
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Description

本発明は、非水電解質蓄電素子及び非水電解質蓄電素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a nonaqueous electrolyte storage element and a method for manufacturing a nonaqueous electrolyte storage element.

リチウムイオン二次電池に代表される非水電解質二次電池は、エネルギー密度の高さから、パーソナルコンピュータ、通信端末等の電子機器、自動車等に多用されている。上記非水電解質二次電池は、一般的には、セパレータで電気的に隔離された一対の電極と、この電極間に介在する非水電解質とを有し、両電極間でイオンの受け渡しを行うことで充放電するよう構成される。また、非水電解質二次電池以外の非水電解質蓄電素子として、リチウムイオンキャパシタや電気二重層キャパシタ等のキャパシタも広く普及している。 Due to their high energy density, non-aqueous electrolyte secondary batteries, such as lithium-ion secondary batteries, are widely used in electronic devices such as personal computers and communication terminals, as well as in automobiles. Non-aqueous electrolyte secondary batteries generally have a pair of electrodes electrically isolated by a separator and a non-aqueous electrolyte sandwiched between the electrodes, and are configured to charge and discharge by transferring ions between the electrodes. In addition to non-aqueous electrolyte secondary batteries, capacitors such as lithium-ion capacitors and electric double-layer capacitors are also widely used as non-aqueous electrolyte energy storage elements.

一般的に、上記非水電解質は、非水溶媒とこの非水溶媒に溶解する電解質塩とを含み、必要に応じて他の成分が添加される。例えば、フッ素化カルボン酸エステルと特定の被膜形成化合物とが非水溶媒に含有された二次電池用非水電解液が提案されている(特許文献1参照)。 Generally, the non-aqueous electrolyte contains a non-aqueous solvent and an electrolyte salt that dissolves in the non-aqueous solvent, with other components added as needed. For example, a non-aqueous electrolyte solution for secondary batteries has been proposed in which a fluorinated carboxylic acid ester and a specific film-forming compound are contained in a non-aqueous solvent (see Patent Document 1).

特開2009-289414号公報JP 2009-289414 A

フッ素化カルボン酸エステル等を含む非水電解質を用いると、充放電サイクル性能が改善される傾向にある。しかしながら、フッ素化カルボン酸エステル等を含む非水電解質を用いると、非水電解質二次電池等の非水電解質蓄電素子の低温での初期の直流抵抗が高い場合がある。 The use of non-aqueous electrolytes containing fluorinated carboxylic acid esters and the like tends to improve charge-discharge cycle performance. However, the use of non-aqueous electrolytes containing fluorinated carboxylic acid esters and the like can result in high initial DC resistance at low temperatures in non-aqueous electrolyte secondary batteries and other non-aqueous electrolyte storage elements.

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、低温での初期の直流抵抗を低減するとともに、充放電サイクル後の容量維持率の低下を抑制できる非水電解質蓄電素子を提供することである。 The present invention was made based on the above circumstances, and its purpose is to provide a nonaqueous electrolyte energy storage element that reduces initial DC resistance at low temperatures and suppresses a decrease in capacity retention rate after charge-discharge cycling.

本発明の一側面に係る非水電解質蓄電素子は、正極と、負極と、上記正極及び上記負極間に介在するセパレータと、非水電解質とを備えており、上記セパレータの空孔率が44体積%以上であり、上記非水電解質が下記式(1)で表される化合物を含有する。 A nonaqueous electrolyte storage element according to one aspect of the present invention comprises a positive electrode, a negative electrode, a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, and a nonaqueous electrolyte, wherein the separator has a porosity of 44% by volume or more, and the nonaqueous electrolyte contains a compound represented by the following formula (1):

式(1)中、R及びRは、それぞれ独立して、水素原子又はフッ素原子である。 In formula (1), R 1 and R 2 each independently represent a hydrogen atom or a fluorine atom.

本発明の他の一側面に係る非水電解質蓄電素子の製造方法は、空孔率が44体積%以上であるセパレータを準備することと、下記式(1)で表される化合物を含有する非水電解質を準備することとを備える。 A method for manufacturing a nonaqueous electrolyte storage element according to another aspect of the present invention includes preparing a separator having a porosity of 44% by volume or more, and preparing a nonaqueous electrolyte containing a compound represented by the following formula (1):

式(1)中、R及びRは、それぞれ独立して、水素原子又はフッ素原子である。 In formula (1), R 1 and R 2 each independently represent a hydrogen atom or a fluorine atom.

本発明の一側面に係る非水電解質蓄電素子は、低温での初期の直流抵抗を低減するとともに、充放電サイクル後の容量維持率の低下を抑制できる。 A nonaqueous electrolyte storage element according to one aspect of the present invention can reduce initial DC resistance at low temperatures and suppress a decrease in capacity retention rate after charge-discharge cycling.

図1は、非水電解質蓄電素子の一実施形態を示す透視斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing one embodiment of a nonaqueous electrolyte electricity storage element. 図2は、非水電解質蓄電素子を複数個集合して構成した蓄電装置の一実施形態を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing one embodiment of an electricity storage device configured by assembling a plurality of nonaqueous electrolyte electricity storage elements.

初めに、本明細書によって開示される非水電解質蓄電素子の概要について説明する。 First, we will provide an overview of the nonaqueous electrolyte energy storage element disclosed in this specification.

本発明の一側面に係る非水電解質蓄電素子は、正極と、負極と、上記正極及び上記負極間に介在するセパレータと、非水電解質とを備えており、上記セパレータの空孔率が44体積%以上であり、上記非水電解質が下記式(1)で表される化合物を含有する。 A nonaqueous electrolyte storage element according to one aspect of the present invention comprises a positive electrode, a negative electrode, a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, and a nonaqueous electrolyte, wherein the separator has a porosity of 44% by volume or more, and the nonaqueous electrolyte contains a compound represented by the following formula (1):

式(1)中、R及びRは、それぞれ独立して、水素原子又はフッ素原子である。 In formula (1), R 1 and R 2 each independently represent a hydrogen atom or a fluorine atom.

当該非水電解質蓄電素子によれば、セパレータの空孔率が44体積%以上であり、非水電解質が上記式(1)で表される化合物を含有することで、低温での初期の直流抵抗を低減するとともに、充放電サイクル後の容量維持率の低下を抑制できる。この理由は定かでは無いが、例えば以下の理由が推測される。電池の寿命性能を低下させる要因の一つとして、負極上で分解された非水電解質の分解生成物が正極へと到達し、正極を劣化させることが挙げられる。しかしながら、上記式(1)で表される化合物は、還元分解して負極上に良質な被膜を形成することで負極の保護が図られ、非水電解質の分解が抑制される結果、容量維持率が向上すると考えられる。また、当該非水電解質蓄電素子においては、セパレータの空孔率が44体積%以上であることで、非水電解質蓄電素子の低温での初期の直流抵抗の低減効果が得られるとともに、上記式(1)で表される化合物による充放電サイクル後の容量維持率の低下に対する抑制効果をより向上できる。当該非水電解質蓄電素子は、上記化合物による充放電サイクル性能向上効果に加えて、抵抗増加が小さいために正負極の充放電反応がより深くまで進み、上記化合物の還元分解反応が促進されること等による相乗効果によって、充放電サイクル性能向上効果が特異的に大きくなると考えられる。一方、非水電解質に添加剤を多量に添加すると、初期の抵抗増加が大きくなる傾向や、残存した添加剤の酸化分解や熱分解により充放電サイクル性能が低下する傾向がある。また、セパレータの空孔率が大きいと、残存した添加剤や、非水電解質の還元分解物が、負極から正極に運ばれやすくなり、充放電サイクル性能を低下させるおそれがある。これに対し、上記化合物は還元分解して負極上に良質な被膜を形成して負極を十分に保護するとともに、正極に対しては悪い影響を与えないことから、空孔率の大きいセパレータと組み合わせても充放電サイクル性能が低下しないと考えられる。従って、当該非水電解質蓄電素子は低温での初期の直流抵抗を低減するとともに、充放電サイクル後の容量維持率の低下を抑制できる。 In this nonaqueous electrolyte storage element, the porosity of the separator is 44% by volume or more, and the nonaqueous electrolyte contains a compound represented by formula (1) above. This reduces the initial DC resistance at low temperatures and suppresses a decrease in capacity retention after charge-discharge cycling. While the reason for this is unclear, the following is presumed, for example: One factor that reduces the battery's life performance is the decomposition products of the nonaqueous electrolyte decomposed on the negative electrode reaching the positive electrode and causing the positive electrode to deteriorate. However, the compound represented by formula (1) is reductively decomposed to form a high-quality coating on the negative electrode, thereby protecting the negative electrode and suppressing decomposition of the nonaqueous electrolyte, thereby improving the capacity retention. Furthermore, in this nonaqueous electrolyte storage element, the porosity of the separator is 44% by volume or more, thereby reducing the initial DC resistance of the nonaqueous electrolyte storage element at low temperatures and further improving the effect of the compound represented by formula (1) in suppressing a decrease in capacity retention after charge-discharge cycling. In addition to the improved charge-discharge cycle performance of the compound, the nonaqueous electrolyte energy storage element is thought to have a particularly significant effect on improving charge-discharge cycle performance due to a synergistic effect: the charge-discharge reactions at the positive and negative electrodes proceed more deeply due to a small increase in resistance, thereby accelerating the reductive decomposition reaction of the compound. On the other hand, adding a large amount of additive to the nonaqueous electrolyte tends to increase the initial resistance increase and reduce charge-discharge cycle performance due to oxidative or thermal decomposition of the remaining additive. Furthermore, a high porosity of the separator can easily transport the remaining additive or reductive decomposition products of the nonaqueous electrolyte from the negative electrode to the positive electrode, potentially reducing charge-discharge cycle performance. In contrast, the compound reductively decomposes to form a high-quality coating on the negative electrode, adequately protecting the negative electrode without adversely affecting the positive electrode. Therefore, it is thought that charge-discharge cycle performance will not be reduced even when combined with a separator with a high porosity. Therefore, the nonaqueous electrolyte energy storage element can reduce initial DC resistance at low temperatures and suppress a decrease in capacity retention after charge-discharge cycling.

上記非水電解質における上記化合物の含有量が0.7質量%以上5.0質量%以下であることが好ましい。上記化合物の含有量が0.7質量%以上5.0質量%以下であることで、初期抵抗の増加を抑えることができる。 The content of the above compound in the non-aqueous electrolyte is preferably 0.7% by mass or more and 5.0% by mass or less. By having the content of the above compound be 0.7% by mass or more and 5.0% by mass or less, an increase in initial resistance can be suppressed.

本発明の他の一側面に係る非水電解質蓄電素子の製造方法は、空孔率が44体積%以上であるセパレータを準備することと、下記式(1)で表される化合物を含有する非水電解質を準備することとを備える。 A method for manufacturing a nonaqueous electrolyte storage element according to another aspect of the present invention includes preparing a separator having a porosity of 44% by volume or more, and preparing a nonaqueous electrolyte containing a compound represented by the following formula (1):

式(1)中、R及びRは、それぞれ独立して、水素原子又はフッ素原子である。 In formula (1), R 1 and R 2 each independently represent a hydrogen atom or a fluorine atom.

当該非水電解質蓄電素子の製造方法によれば、低温での初期の直流抵抗を低減するとともに、充放電サイクル後の容量維持率の低下を抑制できる非水電解質蓄電素子を製造することができる。 This method for manufacturing a nonaqueous electrolyte storage element makes it possible to manufacture a nonaqueous electrolyte storage element that reduces initial DC resistance at low temperatures and suppresses a decrease in capacity retention rate after charge/discharge cycling.

本発明の一実施形態に係る非水電解質蓄電素子の構成、蓄電装置の構成、及び非水電解質蓄電素子の製造方法、並びにその他の実施形態について詳述する。なお、各実施形態に用いられる各構成部材(各構成要素)の名称は、背景技術に用いられる各構成部材(各構成要素)の名称と異なる場合がある。 The configuration of a nonaqueous electrolyte energy storage element according to one embodiment of the present invention, the configuration of an energy storage device, and a method for manufacturing a nonaqueous electrolyte energy storage element, as well as other embodiments, will be described in detail. Note that the names of the components (elementary components) used in each embodiment may differ from the names of the components (elementary components) used in the background art.

<非水電解質蓄電素子>
本発明の一実施形態に係る非水電解質蓄電素子(以下、単に「蓄電素子」ともいう。)は、正極、負極及びセパレータを有する電極体と、非水電解質と、上記電極体及び非水電解質を収容する容器と、を備える。電極体は、通常、複数の正極及び複数の負極がセパレータを介して積層された積層型、又は、正極及び負極がセパレータを介した積層された状態で巻回された巻回型である。非水電解質は、正極、負極及びセパレータに含まれた状態で存在する。非水電解質蓄電素子の一例として、非水電解質二次電池(以下、単に「二次電池」ともいう。)について説明する。
<Non-aqueous electrolyte energy storage element>
A nonaqueous electrolyte storage element (hereinafter also simply referred to as "storage element") according to one embodiment of the present invention comprises an electrode assembly having a positive electrode, a negative electrode, and a separator, a nonaqueous electrolyte, and a container that accommodates the electrode assembly and the nonaqueous electrolyte. The electrode assembly is typically a stacked type in which a plurality of positive electrodes and a plurality of negative electrodes are stacked with separators interposed therebetween, or a wound type in which a stack of positive electrodes and negative electrodes with separators interposed therebetween is wound. The nonaqueous electrolyte is present in a state contained in the positive electrode, the negative electrode, and the separator. As an example of a nonaqueous electrolyte storage element, a nonaqueous electrolyte secondary battery (hereinafter also simply referred to as "secondary battery") will be described.

(正極)
正極は、正極基材と、当該正極基材に直接又は中間層を介して配される正極活物質層とを有する。
(positive electrode)
The positive electrode has a positive electrode substrate and a positive electrode active material layer disposed on the positive electrode substrate directly or via an intermediate layer.

正極基材は、導電性を有する。「導電性」を有するか否かは、JIS-H-0505(1975年)に準拠して測定される体積抵抗率が10Ω・cmを閾値として判定する。正極基材の材質としては、アルミニウム、チタン、タンタル、ステンレス鋼等の金属又はこれらの合金が用いられる。これらの中でも、耐電位性、導電性の高さ、及びコストの観点からアルミニウム又はアルミニウム合金が好ましい。正極基材としては、箔、蒸着膜、メッシュ、多孔質材料等が挙げられ、コストの観点から箔が好ましい。したがって、正極基材としてはアルミニウム箔又はアルミニウム合金箔が好ましい。アルミニウム又はアルミニウム合金としては、JIS-H-4000(2014年)又はJIS-H4160(2006年)に規定されるA1085、A3003、A1N30等が例示できる。 The positive electrode substrate is conductive. Whether or not a material is "conductive" is determined by a volume resistivity of 10 7 Ω·cm measured in accordance with JIS-H-0505 (1975). Metals such as aluminum, titanium, tantalum, and stainless steel, or alloys thereof, are used as the material for the positive electrode substrate. Among these, aluminum or aluminum alloys are preferred from the viewpoints of potential resistance, high conductivity, and cost. Examples of positive electrode substrates include foils, vapor-deposited films, meshes, and porous materials, with foil being preferred from the viewpoint of cost. Therefore, aluminum foil or aluminum alloy foil is preferred as the positive electrode substrate. Examples of aluminum or aluminum alloys include A1085, A3003, and A1N30 as specified in JIS-H-4000 (2014) or JIS-H4160 (2006).

正極基材の平均厚さは、3μm以上50μm以下が好ましく、5μm以上40μm以下がより好ましく、8μm以上30μm以下がさらに好ましく、10μm以上25μm以下が特に好ましい。正極基材の平均厚さを上記の範囲とすることで、正極基材の強度を高めつつ、二次電池の体積当たりのエネルギー密度を高めることができる。 The average thickness of the positive electrode substrate is preferably 3 μm or more and 50 μm or less, more preferably 5 μm or more and 40 μm or less, even more preferably 8 μm or more and 30 μm or less, and particularly preferably 10 μm or more and 25 μm or less. By keeping the average thickness of the positive electrode substrate within the above range, the strength of the positive electrode substrate can be increased while also increasing the energy density per volume of the secondary battery.

中間層は、正極基材と正極活物質層との間に配される層である。中間層は、炭素粒子等の導電剤を含むことで正極基材と正極活物質層との接触抵抗を低減する。中間層の構成は特に限定されず、例えば、バインダ及び導電剤を含む。 The intermediate layer is a layer disposed between the positive electrode substrate and the positive electrode active material layer. The intermediate layer contains a conductive agent such as carbon particles to reduce the contact resistance between the positive electrode substrate and the positive electrode active material layer. The composition of the intermediate layer is not particularly limited, and may include, for example, a binder and a conductive agent.

正極活物質層は、正極活物質を含む。正極活物質層は、必要に応じて、導電剤、バインダ(結着剤)、増粘剤、フィラー等の任意成分を含む。 The positive electrode active material layer contains a positive electrode active material. If necessary, the positive electrode active material layer may also contain optional components such as a conductive agent, a binder, a thickener, and a filler.

正極活物質としては、公知の正極活物質の中から適宜選択できる。リチウムイオン二次電池用の正極活物質としては、通常、リチウムイオンを吸蔵及び放出することができる材料が用いられる。正極活物質としては、例えば、α-NaFeO型結晶構造を有するリチウム遷移金属複合酸化物、スピネル型結晶構造を有するリチウム遷移金属複合酸化物、ポリアニオン化合物、カルコゲン化合物、硫黄等が挙げられる。α-NaFeO型結晶構造を有するリチウム遷移金属複合酸化物として、例えば、Li[LiNi(1-x)]O(0≦x<0.5)、Li[LiNiγCo(1-x-γ)]O(0≦x<0.5、0<γ<1)、Li[LiCo(1-x)]O(0≦x<0.5)、Li[LiNiγMn(1-x-γ)]O(0≦x<0.5、0<γ<1)、Li[LiNiγMnβCo(1-x-γ-β)]O(0≦x<0.5、0<γ、0<β、0.5<γ+β<1)、Li[LiNiγCoβAl(1-x-γ-β)]O(0≦x<0.5、0<γ、0<β、0.5<γ+β<1)等が挙げられる。スピネル型結晶構造を有するリチウム遷移金属複合酸化物として、LiMn、LiNiγMn(2-γ)等が挙げられる。ポリアニオン化合物として、LiFePO、LiMnPO、LiNiPO、LiCoPO,Li(PO、LiMnSiO、LiCoPOF等が挙げられる。カルコゲン化合物として、二硫化チタン、二硫化モリブデン、二酸化モリブデン等が挙げられる。これらの材料中の原子又はポリアニオンは、他の元素からなる原子又はアニオン種で一部が置換されていてもよい。これらの材料は表面が他の材料で被覆されていてもよい。正極活物質層においては、これら材料の1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。 The positive electrode active material can be appropriately selected from known positive electrode active materials. A material capable of absorbing and releasing lithium ions is typically used as the positive electrode active material for lithium ion secondary batteries. Examples of the positive electrode active material include lithium transition metal composite oxides having an α-NaFeO 2- type crystal structure, lithium transition metal composite oxides having a spinel-type crystal structure, polyanion compounds, chalcogen compounds, and sulfur. Examples of lithium transition metal composite oxides having α-NaFeO 2 type crystal structure include Li[Li x Ni (1-x) ]O 2 (0≦x<0.5), Li[Li x Ni γ Co (1-x-γ) ]O 2 (0≦x<0.5, 0<γ<1), Li[Li x Co (1-x) ]O 2 (0≦x<0.5), Li[Li x Ni γ Mn (1-x-γ) ]O 2 (0≦x<0.5, 0<γ<1), Li[Li x Ni γ Mn β Co (1-x-γ-β) ]O 2 (0≦x<0.5, 0<γ, 0<β, 0.5<γ+β<1), Li[Li x Ni Examples of lithium transition metal composite oxides having a spinel crystal structure include Li x Mn 2 O 4 and Li x Ni γ Mn (2-γ) O 4. Examples of polyanion compounds include LiFePO 4 , LiMnPO 4 , LiNiPO 4 , LiCoPO 4 , Li 3 V 2 (PO 4 ) 3 , Li 2 MnSiO 4 , and Li 2 CoPO 4 F. Examples of chalcogen compounds include titanium disulfide, molybdenum disulfide, and molybdenum dioxide. The atoms or polyanions in these materials may be partially substituted with atoms or anion species of other elements. The surfaces of these materials may be coated with other materials. In the positive electrode active material layer, one of these materials may be used alone, or two or more of them may be used in combination.

正極活物質は、通常、粒子(粉体)である。正極活物質の平均粒径は、例えば、0.1μm以上20μm以下とすることが好ましい。正極活物質の平均粒径を上記下限以上とすることで、正極活物質の製造又は取り扱いが容易になる。正極活物質の平均粒径を上記上限以下とすることで、正極活物質層の電子伝導性が向上する。なお、正極活物質と他の材料との複合体を用いる場合、該複合体の平均粒径を正極活物質の平均粒径とする。「平均粒径」とは、JIS-Z-8825(2013年)に準拠し、粒子を溶媒で希釈した希釈液に対しレーザ回折・散乱法により測定した粒径分布に基づき、JIS-Z-8819-2(2001年)に準拠し計算される体積基準積算分布が50%となる値を意味する。 The positive electrode active material is typically in the form of particles (powder). The average particle size of the positive electrode active material is preferably, for example, 0.1 μm or more and 20 μm or less. Setting the average particle size of the positive electrode active material above the lower limit facilitates the production and handling of the positive electrode active material. Setting the average particle size of the positive electrode active material below the upper limit improves the electronic conductivity of the positive electrode active material layer. When a composite of the positive electrode active material and another material is used, the average particle size of the composite is taken as the average particle size of the positive electrode active material. "Average particle size" refers to the value at which the volume-based cumulative distribution calculated in accordance with JIS-Z-8819-2 (2001) is 50%, based on the particle size distribution measured by laser diffraction/scattering in a diluted solution obtained by diluting particles with a solvent in accordance with JIS-Z-8825 (2013).

粉体を所定の粒径で得るためには粉砕機や分級機等が用いられる。粉砕方法として、例えば、乳鉢、ボールミル、サンドミル、振動ボールミル、遊星ボールミル、ジェットミル、カウンタージェトミル、旋回気流型ジェットミル又は篩等を用いる方法が挙げられる。粉砕時には水、あるいはヘキサン等の有機溶剤を共存させた湿式粉砕を用いることもできる。分級方法としては、篩や風力分級機等が、乾式、湿式ともに必要に応じて用いられる。 To obtain powders of a specified particle size, mills and classifiers are used. Examples of milling methods include those using a mortar, ball mill, sand mill, vibrating ball mill, planetary ball mill, jet mill, counter jet mill, swirling air jet mill, or sieves. Wet milling, in which water or an organic solvent such as hexane is present, can also be used. Sieves and air classifiers can be used as classification methods, both dry and wet, as needed.

正極活物質層における正極活物質の含有量は、50質量%以上99質量%以下が好ましく、70質量%以上98質量%以下がより好ましく、80質量%以上95質量%以下がさらに好ましい。正極活物質の含有量を上記の範囲とすることで、正極活物質層の高エネルギー密度化と製造性を両立できる。 The content of the positive electrode active material in the positive electrode active material layer is preferably 50% by mass or more and 99% by mass or less, more preferably 70% by mass or more and 98% by mass or less, and even more preferably 80% by mass or more and 95% by mass or less. By keeping the content of the positive electrode active material within this range, both high energy density and manufacturability of the positive electrode active material layer can be achieved.

導電剤は、導電性を有する材料であれば特に限定されない。このような導電剤としては、例えば、炭素質材料、金属、導電性セラミックス等が挙げられる。炭素質材料としては、黒鉛、非黒鉛質炭素、グラフェン系炭素等が挙げられる。非黒鉛質炭素としては、カーボンナノファイバー、ピッチ系炭素繊維、カーボンブラック等が挙げられる。カーボンブラックとしては、ファーネスブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等が挙げられる。グラフェン系炭素としては、グラフェン、カーボンナノチューブ(CNT)、フラーレン等が挙げられる。導電剤の形状としては、粉状、繊維状等が挙げられる。導電剤としては、これらの材料の1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。また、これらの材料を複合化して用いてもよい。例えば、カーボンブラックとCNTとを複合化した材料を用いてもよい。これらの中でも、電子伝導性及び塗工性の観点よりカーボンブラックが好ましく、中でもアセチレンブラックが好ましい。 The conductive agent is not particularly limited as long as it is a material that is conductive. Examples of such conductive agents include carbonaceous materials, metals, and conductive ceramics. Carbonaceous materials include graphite, non-graphitic carbon, and graphene-based carbon. Non-graphitic carbon includes carbon nanofiber, pitch-based carbon fiber, and carbon black. Carbon black includes furnace black, acetylene black, and ketjen black. Graphene-based carbon includes graphene, carbon nanotubes (CNT), and fullerene. The conductive agent may be in the form of powder or fiber. As the conductive agent, one of these materials may be used alone, or two or more may be mixed. These materials may also be used in combination. For example, a composite of carbon black and CNT may be used. Among these, carbon black is preferred from the standpoints of electronic conductivity and coatability, and acetylene black is particularly preferred.

正極活物質層における導電剤の含有量は、1質量%以上10質量%以下が好ましく、3質量%以上9質量%以下がより好ましい。導電剤の含有量を上記の範囲とすることで、二次電池のエネルギー密度を高めることができる。 The content of the conductive agent in the positive electrode active material layer is preferably 1% by mass or more and 10% by mass or less, and more preferably 3% by mass or more and 9% by mass or less. By keeping the content of the conductive agent within this range, the energy density of the secondary battery can be increased.

バインダとしては、例えば、フッ素樹脂(ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)等)、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアクリル、ポリイミド等の熱可塑性樹脂;エチレン-プロピレン-ジエンゴム(EPDM)、スルホン化EPDM、スチレンブタジエンゴム(SBR)、フッ素ゴム等のエラストマー;多糖類高分子等が挙げられる。 Examples of binders include thermoplastic resins such as fluororesins (polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), etc.), polyethylene, polypropylene, polyacrylic, and polyimide; elastomers such as ethylene-propylene-diene rubber (EPDM), sulfonated EPDM, styrene-butadiene rubber (SBR), and fluororubber; and polysaccharide polymers.

正極活物質層におけるバインダの含有量は、1質量%以上10質量%以下が好ましく、3質量%以上9質量%以下がより好ましい。バインダの含有量を上記の範囲とすることで、活物質を安定して保持することができる。 The binder content in the positive electrode active material layer is preferably 1% by mass or more and 10% by mass or less, and more preferably 3% by mass or more and 9% by mass or less. By keeping the binder content within this range, the active material can be stably maintained.

増粘剤としては、例えば、カルボキシメチルセルロース(CMC)、メチルセルロース等の多糖類高分子が挙げられる。増粘剤がリチウム等と反応する官能基を有する場合、予めメチル化等によりこの官能基を失活させてもよい。 Examples of thickeners include polysaccharide polymers such as carboxymethyl cellulose (CMC) and methyl cellulose. If the thickener has a functional group that reacts with lithium or the like, this functional group may be deactivated in advance by methylation or the like.

フィラーは、特に限定されない。フィラーとしては、ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィン、二酸化ケイ素、アルミナ、二酸化チタン、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、酸化バリウム、酸化マグネシウム、アルミノケイ酸塩等の無機酸化物、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化アルミニウム等の水酸化物、炭酸カルシウム等の炭酸塩、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、硫酸バリウム等の難溶性のイオン結晶、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等の窒化物、タルク、モンモリロナイト、ベーマイト、ゼオライト、アパタイト、カオリン、ムライト、スピネル、オリビン、セリサイト、ベントナイト、マイカ等の鉱物資源由来物質又はこれらの人造物等が挙げられる。 The filler is not particularly limited. Examples of fillers include polyolefins such as polypropylene and polyethylene; inorganic oxides such as silicon dioxide, alumina, titanium dioxide, calcium oxide, strontium oxide, barium oxide, magnesium oxide, and aluminosilicates; hydroxides such as magnesium hydroxide, calcium hydroxide, and aluminum hydroxide; carbonates such as calcium carbonate; sparingly soluble ionic crystals such as calcium fluoride, barium fluoride, and barium sulfate; nitrides such as aluminum nitride and silicon nitride; mineral-derived substances such as talc, montmorillonite, boehmite, zeolite, apatite, kaolin, mullite, spinel, olivine, sericite, bentonite, and mica; and synthetic versions of these.

正極活物質層は、B、N、P、F、Cl、Br、I等の典型非金属元素、Li、Na、Mg、Al、K、Ca、Zn、Ga、Ge、Sn、Sr、Ba等の典型金属元素、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Mo、Zr、Nb、W等の遷移金属元素を正極活物質、導電剤、バインダ、増粘剤、フィラー以外の成分として含有してもよい。 The positive electrode active material layer may contain typical non-metallic elements such as B, N, P, F, Cl, Br, and I; typical metallic elements such as Li, Na, Mg, Al, K, Ca, Zn, Ga, Ge, Sn, Sr, and Ba; and transition metal elements such as Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Mo, Zr, Nb, and W as components other than the positive electrode active material, conductive agent, binder, thickener, and filler.

(負極)
負極は、負極基材と、当該負極基材に直接又は中間層を介して配される負極活物質層とを有する。中間層の構成は特に限定されず、例えば上記正極で例示した構成から選択することができる。
(Negative electrode)
The negative electrode has a negative electrode substrate and a negative electrode active material layer disposed on the negative electrode substrate directly or via an intermediate layer. The configuration of the intermediate layer is not particularly limited and can be selected from the configurations exemplified for the positive electrode above, for example.

負極基材は、導電性を有する。負極基材の材質としては、銅、ニッケル、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼、アルミニウム等の金属又はこれらの合金、炭素質材料等が用いられる。これらの中でも銅又は銅合金が好ましい。負極基材としては、箔、蒸着膜、メッシュ、多孔質材料等が挙げられ、コストの観点から箔が好ましい。したがって、負極基材としては銅箔又は銅合金箔が好ましい。銅箔の例としては、圧延銅箔、電解銅箔等が挙げられる。 The negative electrode substrate is electrically conductive. Materials used for the negative electrode substrate include metals such as copper, nickel, stainless steel, nickel-plated steel, and aluminum, or alloys of these metals, and carbonaceous materials. Among these, copper or copper alloys are preferred. Examples of negative electrode substrates include foil, vapor-deposited film, mesh, and porous materials, with foil being preferred from a cost perspective. Therefore, copper foil or copper alloy foil is preferred as the negative electrode substrate. Examples of copper foil include rolled copper foil and electrolytic copper foil.

負極基材の平均厚さは、2μm以上35μm以下が好ましく、3μm以上30μm以下がより好ましく、4μm以上25μm以下がさらに好ましく、5μm以上20μm以下が特に好ましい。負極基材の平均厚さを上記の範囲とすることで、負極基材の強度を高めつつ、二次電池の体積当たりのエネルギー密度を高めることができる。 The average thickness of the negative electrode substrate is preferably 2 μm or more and 35 μm or less, more preferably 3 μm or more and 30 μm or less, even more preferably 4 μm or more and 25 μm or less, and particularly preferably 5 μm or more and 20 μm or less. By keeping the average thickness of the negative electrode substrate within the above range, the strength of the negative electrode substrate can be increased while also increasing the energy density per volume of the secondary battery.

負極活物質層は、負極活物質を含む。負極活物質層は、必要に応じて導電剤、バインダ、増粘剤、フィラー等の任意成分を含む。導電剤、バインダ、増粘剤、フィラー等の任意成分は、上記正極で例示した材料から選択できる。 The negative electrode active material layer contains a negative electrode active material. The negative electrode active material layer also contains optional components such as a conductive agent, binder, thickener, and filler as needed. The optional components such as a conductive agent, binder, thickener, and filler can be selected from the materials exemplified for the positive electrode above.

負極活物質層は、B、N、P、F、Cl、Br、I等の典型非金属元素、Li、Na、Mg、Al、K、Ca、Zn、Ga、Ge、Sn、Sr、Ba、等の典型金属元素、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Mo、Zr、Ta、Hf、Nb、W等の遷移金属元素を負極活物質、導電剤、バインダ、増粘剤、フィラー以外の成分として含有してもよい。 The negative electrode active material layer may contain typical non-metallic elements such as B, N, P, F, Cl, Br, and I; typical metallic elements such as Li, Na, Mg, Al, K, Ca, Zn, Ga, Ge, Sn, Sr, and Ba; and transition metal elements such as Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Mo, Zr, Ta, Hf, Nb, and W as components other than the negative electrode active material, conductive agent, binder, thickener, and filler.

負極活物質としては、公知の負極活物質の中から適宜選択できる。リチウムイオン二次電池用の負極活物質としては、通常、リチウムイオンを吸蔵及び放出することができる材料が用いられる。負極活物質としては、例えば、金属Li;Si、Sn等の金属又は半金属;Si酸化物、Ti酸化物、Sn酸化物等の金属酸化物又は半金属酸化物;LiTi12、LiTiO2、TiNb等のチタン含有酸化物;ポリリン酸化合物;炭化ケイ素;黒鉛(グラファイト)、非黒鉛質炭素(易黒鉛化性炭素又は難黒鉛化性炭素)等の炭素材料等が挙げられる。これらの材料の中でも、黒鉛及び非黒鉛質炭素が好ましい。負極活物質層においては、これら材料の1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。 The negative electrode active material can be appropriately selected from known negative electrode active materials. A material capable of absorbing and releasing lithium ions is typically used as the negative electrode active material for lithium ion secondary batteries. Examples of negative electrode active materials include metal Li; metals or semimetals such as Si and Sn; metal oxides or semimetal oxides such as Si oxide, Ti oxide, and Sn oxide; titanium-containing oxides such as Li 4 Ti 5 O 12 , LiTiO 2 , and TiNb 2 O 7 ; polyphosphate compounds; silicon carbide; carbon materials such as graphite and non-graphitic carbon (easily graphitizable carbon or non-graphitizable carbon). Among these materials, graphite and non-graphitic carbon are preferred. In the negative electrode active material layer, one of these materials may be used alone, or two or more may be mixed and used.

「黒鉛」とは、充放電前又は放電状態において、X線回折法により決定される(002)面の平均格子面間隔(d002)が0.33nm以上0.34nm未満の炭素材料をいう。黒鉛としては、天然黒鉛、人造黒鉛が挙げられる。安定した物性の材料を入手できるという観点で、人造黒鉛が好ましい。 "Graphite" refers to a carbon material in which the average lattice spacing (d002) of the (002) plane, as determined by X-ray diffraction, is 0.33 nm or more and less than 0.34 nm before charge/discharge or in a discharged state. Examples of graphite include natural graphite and artificial graphite. Artificial graphite is preferred from the viewpoint of being able to obtain a material with stable physical properties.

「非黒鉛質炭素」とは、充放電前又は放電状態においてX線回折法により決定される(002)面の平均格子面間隔(d002)が0.34nm以上0.42nm以下の炭素材料をいう。非黒鉛質炭素としては、難黒鉛化性炭素や、易黒鉛化性炭素が挙げられる。非黒鉛質炭素としては、例えば、樹脂由来の材料、石油ピッチまたは石油ピッチ由来の材料、石油コークスまたは石油コークス由来の材料、植物由来の材料、アルコール由来の材料等が挙げられる。 "Non-graphitic carbon" refers to a carbon material in which the average lattice spacing (d 002 ) of the (002) plane, as determined by X-ray diffraction before charge/discharge or in a discharged state, is 0.34 nm or more and 0.42 nm or less. Examples of non-graphitic carbon include non-graphitizable carbon and graphitizable carbon. Examples of non-graphitic carbon include resin-derived materials, petroleum pitch or petroleum pitch-derived materials, petroleum coke or petroleum coke-derived materials, plant-derived materials, and alcohol-derived materials.

ここで、「放電状態」とは、負極活物質である炭素材料から、充放電に伴い吸蔵放出可能なリチウムイオンが十分に放出されるように放電された状態を意味する。例えば、負極活物質として炭素材料を含む負極を作用極として、金属Liを対極として用いた単極電池において、開回路電圧が0.7V以上である状態である。 Here, "discharged state" refers to a state in which the negative electrode active material, a carbonaceous material, has been discharged so that lithium ions capable of being absorbed and released during charging and discharging are sufficiently released. For example, in a single-electrode battery using a negative electrode containing a carbonaceous material as the negative electrode active material as the working electrode and metallic Li as the counter electrode, this is a state in which the open circuit voltage is 0.7 V or higher.

「難黒鉛化性炭素」とは、上記d002が0.36nm以上0.42nm以下の炭素材料をいう。 "Non-graphitizable carbon" refers to a carbon material with the above d002 of 0.36 nm or more and 0.42 nm or less.

「易黒鉛化性炭素」とは、上記d002が0.34nm以上0.36nm未満の炭素材料をいう。 The term "easily graphitizable carbon" refers to a carbon material having the above d 002 of 0.34 nm or more and less than 0.36 nm.

負極活物質は、通常、粒子(粉体)である。負極活物質の平均粒径は、例えば、1nm以上100μm以下とすることができる。負極活物質が炭素材料、チタン含有酸化物又はポリリン酸化合物である場合、その平均粒径は、1μm以上100μm以下であってもよい。負極活物質が、Si、Sn、Si酸化物、又は、Sn酸化物等である場合、その平均粒径は、1nm以上1μm以下であってもよい。負極活物質の平均粒径を上記下限以上とすることで、負極活物質の製造又は取り扱いが容易になる。負極活物質の平均粒径を上記上限以下とすることで、活物質層の電子伝導性が向上する。粉体を所定の粒径で得るためには粉砕機や分級機等が用いられる。粉砕方法及び粉級方法は、例えば、上記正極で例示した方法から選択できる。負極活物質が金属Li等の金属である場合、負極活物質は、箔状であってもよい。 The negative electrode active material is typically in the form of particles (powder). The average particle size of the negative electrode active material can be, for example, 1 nm to 100 μm. When the negative electrode active material is a carbon material, a titanium-containing oxide, or a polyphosphate compound, the average particle size may be 1 μm to 100 μm. When the negative electrode active material is Si, Sn, Si oxide, Sn oxide, or the like, the average particle size may be 1 nm to 1 μm. Setting the average particle size of the negative electrode active material to be above the lower limit facilitates the production and handling of the negative electrode active material. Setting the average particle size of the negative electrode active material to be below the upper limit improves the electronic conductivity of the active material layer. To obtain powder with a specified particle size, a pulverizer, a classifier, or the like is used. The pulverization method and powder classification method can be selected from, for example, the methods exemplified for the positive electrode above. When the negative electrode active material is a metal such as metallic Li, the negative electrode active material may be in the form of a foil.

負極活物質層における負極活物質の含有量は、60質量%以上99質量%以下が好ましく、90質量%以上98質量%以下がより好ましい。負極活物質の含有量を上記の範囲とすることで、負極活物質層の高エネルギー密度化と製造性を両立できる。 The content of the negative electrode active material in the negative electrode active material layer is preferably 60% by mass or more and 99% by mass or less, and more preferably 90% by mass or more and 98% by mass or less. By keeping the content of the negative electrode active material within this range, it is possible to achieve both high energy density and manufacturability of the negative electrode active material layer.

(セパレータ)
セパレータは、公知のセパレータの中から適宜選択できる。セパレータとして、例えば、基材層のみからなるセパレータ、基材層の一方の面又は双方の面に耐熱粒子とバインダとを含む耐熱層が形成されたセパレータ等を使用することができる。セパレータの基材層の形態としては、例えば、織布、不織布、多孔質樹脂フィルム等が挙げられる。これらの形態の中でも、強度の観点から多孔質樹脂フィルムが好ましく、非水電解質の保液性の観点から不織布が好ましい。セパレータの基材層の材料としては、シャットダウン機能の観点から例えばポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンが好ましく、耐酸化分解性の観点から例えばポリイミドやアラミド等が好ましい。セパレータの基材層として、これらの樹脂を複合した材料を用いてもよい。
(separator)
The separator can be appropriately selected from known separators. Examples of separators that can be used include separators consisting of only a substrate layer and separators in which a heat-resistant layer containing heat-resistant particles and a binder is formed on one or both surfaces of the substrate layer. Examples of the form of the substrate layer of the separator include woven fabric, nonwoven fabric, and porous resin film. Among these forms, porous resin films are preferred from the viewpoint of strength, and nonwoven fabrics are preferred from the viewpoint of non-aqueous electrolyte retention. Materials for the substrate layer of the separator are preferably polyolefins such as polyethylene and polypropylene from the viewpoint of shutdown function, and polyimide and aramid from the viewpoint of oxidative decomposition resistance. A composite material of these resins may also be used for the substrate layer of the separator.

耐熱層に含まれる耐熱粒子は、1気圧の空気雰囲気下で室温から500℃まで昇温したときの質量減少が5%以下であるものが好ましく、室温から800℃まで昇温したときの質量減少が5%以下であるものがさらに好ましい。質量減少が所定以下である材料として無機化合物が挙げられる。無機化合物として、例えば、酸化鉄、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、酸化バリウム、酸化マグネシウム、アルミノケイ酸塩等の酸化物;窒化アルミニウム、窒化ケイ素等の窒化物;炭酸カルシウム等の炭酸塩;硫酸バリウム等の硫酸塩;フッ化カルシウム、フッ化バリウム、チタン酸バリウム等の難溶性のイオン結晶;シリコン、ダイヤモンド等の共有結合性結晶;タルク、モンモリロナイト、ベーマイト、ゼオライト、アパタイト、カオリン、ムライト、スピネル、オリビン、セリサイト、ベントナイト、マイカ等の鉱物資源由来物質又はこれらの人造物等が挙げられる。無機化合物として、これらの物質の単体又は複合体を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。これらの無機化合物の中でも、蓄電素子の安全性の観点から、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、又はアルミノケイ酸塩が好ましい。 The heat-resistant particles contained in the heat-resistant layer preferably exhibit a mass loss of 5% or less when heated from room temperature to 500°C in an air atmosphere at 1 atmosphere pressure, and more preferably exhibit a mass loss of 5% or less when heated from room temperature to 800°C. Examples of materials exhibiting a mass loss of less than the specified value include inorganic compounds. Examples of inorganic compounds include oxides such as iron oxide, silicon oxide, aluminum oxide, titanium oxide, zirconium oxide, calcium oxide, strontium oxide, barium oxide, magnesium oxide, and aluminosilicates; nitrides such as aluminum nitride and silicon nitride; carbonates such as calcium carbonate; sulfates such as barium sulfate; sparingly soluble ionic crystals such as calcium fluoride, barium fluoride, and barium titanate; covalently bonded crystals such as silicon and diamond; mineral-derived substances such as talc, montmorillonite, boehmite, zeolite, apatite, kaolin, mullite, spinel, olivine, sericite, bentonite, and mica, as well as artificial products thereof. As the inorganic compound, these substances may be used alone or in the form of a complex, or two or more may be mixed and used. Of these inorganic compounds, silicon oxide, aluminum oxide, or aluminosilicate are preferred from the perspective of the safety of the energy storage element.

セパレータの空孔率の下限としては、44体積%であり、50体積%が好ましい。セパレータの空孔率が上記下限以上であることで、非水電解質蓄電素子の低温での初期の直流抵抗の低減効果が得られるとともに、上記式(1)で表される化合物による充放電サイクル後の容量維持率の低下に対する抑制効果を向上できる。一方、上記空孔率の上限としては、70体積%が好ましく、60体積%がより好ましい。セパレータの空孔率が上記上限以下であることで、セパレータの強度を向上できる。 The lower limit of the separator's porosity is 44% by volume, and 50% by volume is preferred. Having a separator porosity at or above this lower limit reduces the initial DC resistance of the nonaqueous electrolyte storage element at low temperatures, and improves the effect of the compound represented by formula (1) above in suppressing a decrease in capacity retention rate after charge-discharge cycling. On the other hand, the upper limit of the porosity is preferably 70% by volume, and more preferably 60% by volume. Having a separator porosity at or below this upper limit improves the strength of the separator.

上記セパレータの空孔率[%]は、下記の式から算出する。
空孔率(%)=100-(W/(ρ×t)×100)
W:単位面積あたりの質量[g・cm-2
ρ:構成する材料の真密度[g・cm-3
t:厚さ[cm]
The porosity [%] of the separator is calculated using the following formula.
Porosity (%) = 100-(W/(ρ×t)×100)
W: mass per unit area [g·cm −2 ]
ρ: true density of constituent material [g·cm −3 ]
t: thickness [cm]

セパレータの透気度の上限としては、150秒/100cmが好ましく、120秒/100cmがより好ましい。セパレータの透気度が上記上限以下であることで、非水電解質蓄電素子の低温での初期の直流抵抗を低減することができる。一方、セパレータの透気度の下限としては、セパレータの強度維持の観点から50秒/100cmが好ましく、60秒/100cmがより好ましい。上記セパレータの透気度は、ガーレ値ともいい、一定圧力差のもとで一定体積の空気が一定面積のセパレータを通過する秒数を示し、JIS-P8117(2009)に準拠して測定される値である。 The upper limit of the separator's air permeability is preferably 150 sec/100 cm3 , and more preferably 120 sec/100 cm3 . Having a separator air permeability equal to or less than the upper limit allows for a reduction in the initial DC resistance of the nonaqueous electrolyte storage element at low temperatures. On the other hand, the lower limit of the separator's air permeability is preferably 50 sec/100 cm3 , and more preferably 60 sec/100 cm3 , from the viewpoint of maintaining the separator's strength. The separator's air permeability, also known as the Gurley value, indicates the number of seconds it takes for a given volume of air to pass through a separator of a given area under a given pressure difference, and is a value measured in accordance with JIS-P8117 (2009).

セパレータの平均厚さの下限としては、14μmが好ましく、16μmがより好ましい。上記平均厚さの上限としては、25μmが好ましく、22μmがより好ましい。上記セパレータの平均厚さを上記下限以上とすることで、非水電解質蓄電素子の安全性の低下を防ぐことができる。また、上記セパレータの平均厚さを上記上限以下とすることで、低温での初期の直流抵抗を低減することができる。 The lower limit of the average thickness of the separator is preferably 14 μm, more preferably 16 μm. The upper limit of the average thickness is preferably 25 μm, more preferably 22 μm. By making the average thickness of the separator equal to or greater than the lower limit, it is possible to prevent a decrease in the safety of the nonaqueous electrolyte storage element. Furthermore, by making the average thickness of the separator equal to or less than the upper limit, it is possible to reduce the initial DC resistance at low temperatures.

セパレータとして、ポリマーと非水電解質とで構成されるポリマーゲルを用いてもよい。ポリマーとして、例えば、ポリアクリロニトリル、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリメチルメタアクリレート、ポリビニルアセテート、ポリビニルピロリドン、ポリフッ化ビニリデン等が挙げられる。ポリマーゲルを用いると、漏液を抑制する効果がある。セパレータとして、上述したような多孔質樹脂フィルム又は不織布等とポリマーゲルを併用してもよい。 A polymer gel composed of a polymer and a non-aqueous electrolyte may be used as the separator. Examples of polymers include polyacrylonitrile, polyethylene oxide, polypropylene oxide, polymethyl methacrylate, polyvinyl acetate, polyvinylpyrrolidone, and polyvinylidene fluoride. Using a polymer gel has the effect of suppressing leakage. The separator may also be a combination of a porous resin film or nonwoven fabric, such as those described above, and a polymer gel.

(非水電解質)
非水電解質は、下記式(1)で表される化合物を含有する。非水電解質には、非水電解液を用いてもよい。非水電解液は、非水溶媒と、この非水溶媒に溶解されている電解質塩と、下記式(1)で表される化合物を含む。
(Non-aqueous electrolyte)
The non-aqueous electrolyte contains a compound represented by the following formula (1). The non-aqueous electrolyte may be a non-aqueous electrolyte solution. The non-aqueous electrolyte solution contains a non-aqueous solvent, an electrolyte salt dissolved in the non-aqueous solvent, and the compound represented by the following formula (1).

非水電解質は、添加剤として下記式(1)で表される化合物を含有する。非水電解質が上記式(1)で表される化合物を含有することで、上記化合物が還元分解されて負極上に良質な被膜が形成される。その結果、当該非水電解質蓄電素子においては、負極の保護が図られ、容量維持率が向上すると考えられる。 The non-aqueous electrolyte contains a compound represented by the following formula (1) as an additive. When the non-aqueous electrolyte contains the compound represented by formula (1), the compound is reductively decomposed to form a high-quality coating on the negative electrode. As a result, it is believed that the negative electrode is protected and the capacity retention rate is improved in this non-aqueous electrolyte storage element.

式(1)中、R及びRは、それぞれ独立して、水素原子又はフッ素原子である。上記R及びRがフッ素原子の場合、式(1)で表される化合物の酸化耐性をより向上できると考えられる。 In formula (1), R1 and R2 are each independently a hydrogen atom or a fluorine atom. When R1 and R2 are each a fluorine atom, it is believed that the oxidation resistance of the compound represented by formula (1) can be further improved.

上記化合物としては、例えば下記式(1-1)から(1-3)で表される化合物が挙げられる。 Examples of the above compounds include compounds represented by the following formulas (1-1) to (1-3).

非水電解質における上記化合物の含有量の下限としては、0.7質量%が好ましく、0.8質量%がより好ましく、1.0質量%がさらに好ましい。上記化合物の含有量が上記下限以上であることで、低温での初期の直流抵抗を低減するとともに、充放電サイクル後の容量維持率の低下を抑制できる。一方、上記化合物の含有量の上限としては、5.0質量%が好ましく、4.0質量%がより好ましい。上記化合物の含有量が上記上限以下であることで、初期抵抗の増加を抑制することができる。 The lower limit of the content of the above compound in the non-aqueous electrolyte is preferably 0.7% by mass, more preferably 0.8% by mass, and even more preferably 1.0% by mass. When the content of the above compound is at or above this lower limit, the initial DC resistance at low temperatures can be reduced and a decrease in capacity retention rate after charge-discharge cycling can be suppressed. On the other hand, the upper limit of the content of the above compound is preferably 5.0% by mass, more preferably 4.0% by mass. When the content of the above compound is at or below this upper limit, an increase in initial resistance can be suppressed.

非水溶媒としては、公知の非水溶媒の中から適宜選択できる。非水溶媒としては、環状カーボネート、鎖状カーボネート、カルボン酸エステル、リン酸エステル、スルホン酸エステル、エーテル、アミド、ニトリル等が挙げられる。非水溶媒として、これらの化合物に含まれる水素原子の一部がハロゲンに置換されたものを用いてもよい。 The non-aqueous solvent can be appropriately selected from known non-aqueous solvents. Examples of non-aqueous solvents include cyclic carbonates, chain carbonates, carboxylic acid esters, phosphate esters, sulfonic acid esters, ethers, amides, and nitriles. Non-aqueous solvents in which some of the hydrogen atoms in these compounds have been substituted with halogens may also be used.

環状カーボネートとしては、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)、ビニレンカーボネート(VC)、ビニルエチレンカーボネート(VEC)、クロロエチレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート(FEC)、ジフルオロエチレンカーボネート(DFEC)、スチレンカーボネート、1-フェニルビニレンカーボネート、1,2-ジフェニルビニレンカーボネート等が挙げられる。これらの中でもECが好ましい。 Cyclic carbonates include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), vinylene carbonate (VC), vinylethylene carbonate (VEC), chloroethylene carbonate, fluoroethylene carbonate (FEC), difluoroethylene carbonate (DFEC), styrene carbonate, 1-phenylvinylene carbonate, and 1,2-diphenylvinylene carbonate. Of these, EC is preferred.

鎖状カーボネートとしては、ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジフェニルカーボネート、トリフルオロエチルメチルカーボネート、ビス(トリフルオロエチル)カーボネート等が挙げられる。これらの中でもEMCが好ましい。 Examples of chain carbonates include diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC), diphenyl carbonate, trifluoroethyl methyl carbonate, and bis(trifluoroethyl) carbonate. Of these, EMC is preferred.

非水溶媒として、環状カーボネート又は鎖状カーボネートを用いることが好ましく、環状カーボネートと鎖状カーボネートとを併用することがより好ましい。環状カーボネートを用いることで、電解質塩の解離を促進して非水電解液のイオン伝導度を向上させることができる。鎖状カーボネートを用いることで、非水電解液の粘度を低く抑えることができる。環状カーボネートと鎖状カーボネートとを併用する場合、環状カーボネートと鎖状カーボネートとの体積比率(環状カーボネート:鎖状カーボネート)としては、例えば、5:95から50:50の範囲とすることが好ましい。 It is preferable to use a cyclic carbonate or a chain carbonate as the non-aqueous solvent, and it is more preferable to use a combination of a cyclic carbonate and a chain carbonate. The use of a cyclic carbonate promotes dissociation of the electrolyte salt, improving the ionic conductivity of the non-aqueous electrolyte. The use of a chain carbonate reduces the viscosity of the non-aqueous electrolyte. When a cyclic carbonate and a chain carbonate are used in combination, the volume ratio of the cyclic carbonate to the chain carbonate (cyclic carbonate:chain carbonate) is preferably in the range of, for example, 5:95 to 50:50.

上記非水電解質は、本発明の効果を阻害しない限り、上記式(1)で表される化合物以外にその他の添加剤を含有していてもよい。上記その他の添加剤としては、一般的な非水電解質に含有される各種添加剤を挙げることができる。上記その他の添加剤としては、例えば、フルオロエチレンカーボネート(FEC)、ジフルオロエチレンカーボネート(DFEC)等のハロゲン化炭酸エステル;リチウムビス(オキサレート)ボレート(LiBOB)、リチウムジフルオロオキサレートボレート(LiFOB)、リチウムビス(オキサレート)ジフルオロホスフェート(LiFOP)等のシュウ酸塩;リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiFSI)等のイミド塩;ビフェニル、アルキルビフェニル、ターフェニル、ターフェニルの部分水素化体、シクロヘキシルベンゼン、t-ブチルベンゼン、t-アミルベンゼン、ジフェニルエーテル、ジベンゾフラン等の芳香族化合物;2-フルオロビフェニル、o-シクロヘキシルフルオロベンゼン、p-シクロヘキシルフルオロベンゼン等の前記芳香族化合物の部分ハロゲン化物;2,4-ジフルオロアニソール、2,5-ジフルオロアニソール、2,6-ジフルオロアニソール、3,5-ジフルオロアニソール等のハロゲン化アニソール化合物;ビニレンカーボネート、メチルビニレンカーボネート、エチルビニレンカーボネート、無水コハク酸、無水グルタル酸、無水マレイン酸、無水シトラコン酸、無水グルタコン酸、無水イタコン酸、シクロヘキサンジカルボン酸無水物;亜硫酸エチレン、亜硫酸プロピレン、亜硫酸ジメチル、プロパンスルトン、プロペンスルトン、ブタンスルトン、メタンスルホン酸メチル、ブスルファン、トルエンスルホン酸メチル、硫酸ジメチル、硫酸エチレン、スルホラン、ジメチルスルホン、ジエチルスルホン、ジメチルスルホキシド、ジエチルスルホキシド、テトラメチレンスルホキシド、ジフェニルスルフィド、4,4’-ビス(2,2-ジオキソ-1,3,2-ジオキサチオラン)、4-メチルスルホニルオキシメチル-2,2-ジオキソ-1,3,2-ジオキサチオラン、チオアニソール、ジフェニルジスルフィド、ジピリジニウムジスルフィド、1,3-プロペンスルトン、1,3-プロパンスルトン、1,4-ブタンスルトン、1,4-ブテンスルトン、パーフルオロオクタン、ホウ酸トリストリメチルシリル、リン酸トリストリメチルシリル、チタン酸テトラキストリメチルシリル、モノフルオロリン酸リチウム、ジフルオロリン酸リチウム等が挙げられる。これら添加剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。 The non-aqueous electrolyte may contain additives other than the compound represented by formula (1) above, as long as they do not impair the effects of the present invention. Examples of such additives include various additives commonly contained in non-aqueous electrolytes. Examples of such additives include halogenated carbonates such as fluoroethylene carbonate (FEC) and difluoroethylene carbonate (DFEC); oxalates such as lithium bis(oxalate)borate (LiBOB), lithium difluorooxalateborate (LiFOB), and lithium bis(oxalate)difluorophosphate (LiFOP); imide salts such as lithium bis(fluorosulfonyl)imide (LiFSI); biphenyl, alkylbiphenyl, terphenyl, partially hydrogenated terphenyl, cyclohexyl terphenyl, and the like. Aromatic compounds such as hexylbenzene, t-butylbenzene, t-amylbenzene, diphenyl ether, and dibenzofuran; partial halides of the above aromatic compounds such as 2-fluorobiphenyl, o-cyclohexylfluorobenzene, and p-cyclohexylfluorobenzene; halogenated anisole compounds such as 2,4-difluoroanisole, 2,5-difluoroanisole, 2,6-difluoroanisole, and 3,5-difluoroanisole; vinylene carbonate, methyl vinylene carbonate, ethyl vinylene carbonate, succinic anhydride, acid, glutaric anhydride, maleic anhydride, citraconic anhydride, glutaconic anhydride, itaconic anhydride, cyclohexanedicarboxylic anhydride; ethylene sulfite, propylene sulfite, dimethyl sulfite, propane sultone, propene sultone, butane sultone, methyl methanesulfonate, busulfan, methyl toluenesulfonate, dimethyl sulfate, ethylene sulfate, sulfolane, dimethyl sulfone, diethyl sulfone, dimethyl sulfoxide, diethyl sulfoxide, tetramethylene sulfoxide, diphenyl sulfide, 4,4'-bis(2, 2-dioxo-1,3,2-dioxathiolane), 4-methylsulfonyloxymethyl-2,2-dioxo-1,3,2-dioxathiolane, thioanisole, diphenyl disulfide, dipyridinium disulfide, 1,3-propene sultone, 1,3-propane sultone, 1,4-butane sultone, 1,4-butene sultone, perfluorooctane, tristrimethylsilyl borate, tristrimethylsilyl phosphate, tetrakistrimethylsilyl titanate, lithium monofluorophosphate, lithium difluorophosphate, etc. These additives may be used alone or in combination of two or more.

上記非水電解液に含まれるその他の添加剤の含有量は、非水電解液全体の質量に対して0.2質量%以上3.0質量%以下であると好ましく、0.5質量%以上2.0質量%以下であるとより好ましい。その他の添加剤の含有量を上記の範囲とすることで、高温保存後の容量維持性能又はサイクル性能を向上させたり、安全性をより向上させたりすることができる。 The content of other additives contained in the non-aqueous electrolyte is preferably 0.2% by mass or more and 3.0% by mass or less, and more preferably 0.5% by mass or more and 2.0% by mass or less, relative to the total mass of the non-aqueous electrolyte. By keeping the content of other additives within the above range, it is possible to improve capacity retention or cycle performance after high-temperature storage, and to further improve safety.

電解質塩としては、公知の電解質塩から適宜選択できる。電解質塩としては、リチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩、マグネシウム塩、オニウム塩等が挙げられる。これらの中でもリチウム塩が好ましい。 The electrolyte salt can be appropriately selected from known electrolyte salts. Examples of electrolyte salts include lithium salts, sodium salts, potassium salts, magnesium salts, and onium salts. Of these, lithium salts are preferred.

リチウム塩としては、LiPF、LiPO、LiBF、LiClO、LiN(SOF)等の無機リチウム塩、リチウムビス(オキサレート)ボレート(LiBOB)、リチウムジフルオロオキサレートボレート(LiFOB)、リチウムビス(オキサレート)ジフルオロホスフェート(LiFOP)等のシュウ酸リチウム塩、LiSOCF、LiN(SOCF、LiN(SO、LiN(SOCF)(SO)、LiC(SOCF、LiC(SO等のハロゲン化炭化水素基を有するリチウム塩等が挙げられる。これらの中でも、無機リチウム塩が好ましく、LiPFがより好ましい。 Examples of the lithium salt include inorganic lithium salts such as LiPF6 , LiPO2F2 , LiBF4 , LiClO4 , and LiN( SO2F ) 2 ; lithium oxalate salts such as lithium bis(oxalate)borate (LiBOB), lithium difluorooxalateborate (LiFOB), and lithium bis ( oxalate )difluorophosphate (LiFOP); and lithium salts having a halogenated hydrocarbon group such as LiSO3CF3, LiN(SO2CF3 ) 2 , LiN ( SO2C2F5 ) 2 , LiN ( SO2CF3 ) ( SO2C4F9 ) , LiC( SO2CF3 ) 3 , and LiC(SO2C2F5) 3 . Among these, inorganic lithium salts are preferred, and LiPF6 is more preferred.

非水電解液における電解質塩の含有量は、20℃1気圧下において、0.1mol/dm以上2.5mol/dm以下であると好ましく、0.3mol/dm以上2.0mol/dm以下であるとより好ましく、0.5mol/dm以上1.7mol/dm以下であるとさらに好ましく、0.7mol/dm以上1.5mol/dm以下であると特に好ましい。電解質塩の含有量を上記の範囲とすることで、非水電解液のイオン伝導度を高めることができる。 The content of the electrolyte salt in the non-aqueous electrolyte solution at 20°C and 1 atmosphere is preferably 0.1 mol/dm3 or more and 2.5 mol/dm3 or less , more preferably 0.3 mol/dm3 or more and 2.0 mol/dm3 or less , even more preferably 0.5 mol/dm3 or more and 1.7 mol/dm3 or less , and particularly preferably 0.7 mol/ dm3 or more and 1.5 mol/dm3 or less. By setting the content of the electrolyte salt within the above range, the ionic conductivity of the non-aqueous electrolyte solution can be increased.

非水電解質には、固体電解質を用いてもよく、非水電解液と固体電解質とを併用してもよい。 A solid electrolyte may be used as the non-aqueous electrolyte, or a non-aqueous electrolyte solution and a solid electrolyte may be used in combination.

固体電解質としては、リチウム、ナトリウム、カルシウム等のイオン伝導性を有し、常温(例えば15℃~25℃)において固体である任意の材料から選択できる。固体電解質としては、例えば、硫化物固体電解質、酸化物固体電解質、及び酸窒化物固体電解質、ポリマー固体電解質等が挙げられる。 The solid electrolyte can be selected from any material that has ionic conductivity, such as lithium, sodium, or calcium, and is solid at room temperature (e.g., 15°C to 25°C). Examples of solid electrolytes include sulfide solid electrolytes, oxide solid electrolytes, oxynitride solid electrolytes, and polymer solid electrolytes.

硫化物固体電解質としては、リチウムイオン二次電池の場合、例えば、LiS-P、LiI-LiS-P、Li10Ge-P12等が挙げられる。 In the case of a lithium ion secondary battery, examples of sulfide solid electrolytes include Li 2 SP 2 S 5 , LiI-Li 2 SP 2 S 5 , and Li 10 Ge-P 2 S 12 .

<蓄電装置の構成>
本実施形態の非水電解質蓄電素子の形状については特に限定されるものではなく、例えば、円筒型電池、角型電池、扁平型電池、コイン型電池、ボタン型電池等が挙げられる。
<Configuration of Power Storage Device>
The shape of the nonaqueous electrolyte storage element of this embodiment is not particularly limited, and examples thereof include cylindrical batteries, prismatic batteries, flat batteries, coin batteries, and button batteries.

図1に角型電池の一例としての非水電解質蓄電素子1を示す。なお、同図は、容器内部を透視した図としている。セパレータを挟んで巻回された正極及び負極を有する電極体2が角型の容器3に収納される。正極は正極リード41を介して正極端子4と電気的に接続されている。負極は負極リード51を介して負極端子5と電気的に接続されている。 Figure 1 shows a nonaqueous electrolyte storage element 1 as an example of a prismatic battery. Note that this figure is a see-through view of the inside of the container. An electrode assembly 2 having a positive electrode and a negative electrode wound with a separator sandwiched between them is housed in a prismatic container 3. The positive electrode is electrically connected to a positive electrode terminal 4 via a positive electrode lead 41. The negative electrode is electrically connected to a negative electrode terminal 5 via a negative electrode lead 51.

本実施形態の非水電解質蓄電素子は、電気自動車(EV)、ハイブリッド自動車(HEV)、プラグインハイブリッド自動車(PHEV)等の自動車用電源、パーソナルコンピュータ、通信端末等の電子機器用電源、又は電力貯蔵用電源等に、複数の非水電解質蓄電素子1を集合して構成した蓄電ユニット(バッテリーモジュール)として搭載することができる。この場合、蓄電ユニットに含まれる少なくとも一つの非水電解質蓄電素子に対して、本発明の技術が適用されていればよい。 The nonaqueous electrolyte storage element of this embodiment can be mounted as an energy storage unit (battery module) comprising a collection of multiple nonaqueous electrolyte storage elements 1 in automotive power sources such as electric vehicles (EVs), hybrid electric vehicles (HEVs), and plug-in hybrid electric vehicles (PHEVs), power sources for electronic devices such as personal computers and communication terminals, or power storage power sources. In this case, the technology of the present invention needs to be applied to at least one nonaqueous electrolyte storage element included in the energy storage unit.

図2に、電気的に接続された二以上の非水電解質蓄電素子1が集合した蓄電ユニット20をさらに集合した蓄電装置30の一例を示す。蓄電装置30は、二以上の非水電解質蓄電素子1を電気的に接続するバスバ(図示せず)、二以上の蓄電ユニット20を電気的に接続するバスバ(図示せず)等を備えていてもよい。蓄電ユニット20又は蓄電装置30は、一以上の非水電解質蓄電素子の状態を監視する状態監視装置(図示せず)を備えていてもよい。 Figure 2 shows an example of an energy storage device 30 that further assembles energy storage units 20, each of which is an assembly of two or more electrically connected nonaqueous electrolyte energy storage elements 1. The energy storage device 30 may include a bus bar (not shown) that electrically connects two or more nonaqueous electrolyte energy storage elements 1, a bus bar (not shown) that electrically connects two or more energy storage units 20, and the like. The energy storage unit 20 or the energy storage device 30 may also include a status monitoring device (not shown) that monitors the status of one or more nonaqueous electrolyte energy storage elements.

<非水電解質蓄電素子の製造方法>
本実施形態の非水電解質蓄電素子の製造方法は、空孔率が44体積%以上であるセパレータを準備することと、下記式(1)で表される化合物を含有する非水電解質を準備することとを備える。
<Method of manufacturing nonaqueous electrolyte energy storage element>
The method for manufacturing a nonaqueous electrolyte storage element of the present embodiment includes preparing a separator having a porosity of 44% by volume or more, and preparing a nonaqueous electrolyte containing a compound represented by the following formula (1):

式(1)中、R及びRは、それぞれ独立して、水素原子又はフッ素原子である。 In formula (1), R 1 and R 2 each independently represent a hydrogen atom or a fluorine atom.

当該製造方法は、その他の工程として、例えば電極体を準備することと、電極体及び上記非水電解質を容器に収容することとを備える。電極体を準備することは、正極及び負極を準備することと、上記セパレータを介して正極及び負極を積層又は巻回することにより電極体を形成することとを備える。なお、上記セパレータ及び上記非水電解質の具体的な構成は、上記記載の通りである。 Other steps of the manufacturing method include, for example, preparing an electrode assembly and housing the electrode assembly and the non-aqueous electrolyte in a container. Preparing the electrode assembly includes preparing a positive electrode and a negative electrode, and forming the electrode assembly by stacking or winding the positive electrode and negative electrode with the separator interposed therebetween. The specific configurations of the separator and the non-aqueous electrolyte are as described above.

非水電解質を容器に収容することは、公知の方法から適宜選択できる。例えば、非水電解質に非水電解液を用いる場合、容器に形成された注入口から非水電解液を注入した後、注入口を封止すればよい。 The non-aqueous electrolyte can be placed in the container by any known method. For example, if a non-aqueous electrolyte solution is used as the non-aqueous electrolyte, the non-aqueous electrolyte solution can be poured into an inlet formed in the container, and then the inlet can be sealed.

当該非水電解質蓄電素子の製造方法によれば、低温での初期の直流抵抗を低減するとともに、充放電サイクル後の容量維持率の低下を抑制できる非水電解質蓄電素子を製造することができる。 This method for manufacturing a nonaqueous electrolyte storage element makes it possible to manufacture a nonaqueous electrolyte storage element that reduces initial DC resistance at low temperatures and suppresses a decrease in capacity retention rate after charge/discharge cycling.

<その他の実施形態>
尚、本発明の非水電解質蓄電素子は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えてもよい。例えば、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を追加することができ、また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成又は周知技術に置き換えることができる。さらに、ある実施形態の構成の一部を削除することができる。また、ある実施形態の構成に対して周知技術を付加することができる。
<Other embodiments>
The nonaqueous electrolyte storage element of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications may be made without departing from the spirit of the present invention. For example, the configuration of one embodiment may be added to the configuration of another embodiment, or part of the configuration of one embodiment may be replaced with the configuration of another embodiment or well-known technology. Furthermore, part of the configuration of one embodiment may be deleted. Also, well-known technology may be added to the configuration of one embodiment.

上記実施形態では、非水電解質蓄電素子が充放電可能な非水電解質二次電池(例えばリチウムイオン二次電池)として用いられる場合について説明したが、非水電解質蓄電素子の種類、形状、寸法、容量等は任意である。本発明は、種々の二次電池、電気二重層キャパシタ又はリチウムイオンキャパシタ等のキャパシタにも適用できる。 In the above embodiment, the nonaqueous electrolyte storage element is described as being used as a chargeable and dischargeable nonaqueous electrolyte secondary battery (e.g., a lithium-ion secondary battery), but the type, shape, dimensions, capacity, etc. of the nonaqueous electrolyte storage element are arbitrary. The present invention can also be applied to various secondary batteries, electric double-layer capacitors, lithium-ion capacitors, and other capacitors.

上記実施形態では、正極及び負極がセパレータを介して積層された電極体について説明したが、電極体は、セパレータを備えなくてもよい。例えば、正極又は負極の活物質層上に導電性を有さない層が形成された状態で、正極及び負極が直接接してもよい。 In the above embodiment, an electrode assembly in which a positive electrode and a negative electrode are stacked with a separator interposed therebetween has been described, but the electrode assembly does not need to include a separator. For example, the positive electrode and the negative electrode may be in direct contact with each other, with a non-conductive layer formed on the active material layer of the positive electrode or negative electrode.

以下、実施例によって本発明をさらに具体的に説明する。本発明は以下の実施例に限定されない。 The present invention will be explained in more detail below using examples. The present invention is not limited to the following examples.

[実施例1から実施例3及び比較例1から比較例10]
(正極の作製)
正極活物質として、LiNi1/2Co1/5Mn3/10で表されるリチウム遷移金属複合酸化物を用いた。
[Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 10]
(Preparation of Positive Electrode)
As the positive electrode active material, a lithium transition metal composite oxide represented by LiNi 1/2 Co 1/5 Mn 3/10 O 2 was used.

N-メチルピロリドン(NMP)を分散媒とし、上記正極活物質、導電剤であるアセチレンブラック、及びバインダであるPVdFを93:4:3の質量比率で含有する正極ペーストを作製した。この正極合剤ペーストを、正極基材である平均厚さ15μmのアルミニウム箔の両面に、未塗布部(正極合剤層非形成領域)を残して塗布し、乾燥することにより正極合剤層を作製した。その後、ロールプレスを行い、正極を作製した。正極の厚みは135μmであった。 A positive electrode paste was prepared using N-methylpyrrolidone (NMP) as a dispersion medium, containing the above positive electrode active material, acetylene black as a conductive agent, and PVdF as a binder in a mass ratio of 93:4:3. This positive electrode mixture paste was applied to both sides of aluminum foil with an average thickness of 15 μm, which served as a positive electrode substrate, leaving uncoated areas (areas where the positive electrode mixture layer was not formed), and then dried to form a positive electrode mixture layer. The positive electrode was then prepared by roll pressing. The thickness of the positive electrode was 135 μm.

(負極の作製)
負極活物質として黒鉛を用いた。水を分散媒とし、上記負極活物質、バインダであるスチレン-ブタジエンゴム(SBR)、及び増粘剤であるカルボキシメチルセルロース(CMC)を96:2:2の質量比率で含有する負極合剤ペーストを作製した。この負極合剤ペーストを、負極基材である平均厚さ10μmの銅箔の両面に、未塗布部(負極合剤層非形成領域)を残して塗布し、乾燥することにより負極合剤層を作製した。その後、ロールプレスを行い、負極を作製した。負極の厚みは148μmであった。
(Preparation of negative electrode)
Graphite was used as the negative electrode active material. A negative electrode mixture paste containing the above negative electrode active material, styrene-butadiene rubber (SBR) as a binder, and carboxymethyl cellulose (CMC) as a thickener in a mass ratio of 96:2:2 was prepared using water as a dispersion medium. This negative electrode mixture paste was applied to both sides of a copper foil having an average thickness of 10 μm as a negative electrode substrate, leaving uncoated areas (areas where the negative electrode mixture layer was not formed), and then dried to prepare a negative electrode mixture layer. Thereafter, roll pressing was performed to prepare a negative electrode. The thickness of the negative electrode was 148 μm.

(非水電解質の調製)
エチレンカーボネート(EC)及びエチルメチルカーボネート(EMC)を30:70の体積比で混合した混合溶媒に、表1及び表2に記載の添加剤と1.0mol/dmの濃度のLiPFを溶解させ、非水電解質とした。なお、比較例1から比較例3は混合溶媒にLiPFのみ溶解させた。
(Preparation of non-aqueous electrolyte)
A nonaqueous electrolyte was prepared by dissolving the additives shown in Tables 1 and 2 and LiPF6 at a concentration of 1.0 mol/ dm3 in a mixed solvent prepared by mixing ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC) in a volume ratio of 30:70. In Comparative Examples 1 to 3, only LiPF6 was dissolved in the mixed solvent.

(セパレータ)
セパレータとしては、平均厚さ20μmのポリプロピレン製微孔膜を用いた。実施例1から実施例3及び比較例1から比較例10のセパレータの空孔率及び透気度を表1及び表2に示す。
(separator)
The separator used was a microporous polypropylene membrane having an average thickness of 20 μm. Tables 1 and 2 show the porosity and air permeability of the separators of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 10.

(非水電解質蓄電素子の作製)
上記セパレータを介して、上記正極と上記負極とを積層して巻回した。その後、正極の正極合剤層非形成領域及び負極の負極合剤層非形成領域を正極リード及び負極リードにそれぞれ溶接して容器に封入し、容器と蓋板とを溶接後、上記非水電解質を注入して封口し、実施例1から実施例3及び比較例1から比較例10の非水電解質蓄電素子を得た。
(Fabrication of non-aqueous electrolyte storage element)
The positive electrode and the negative electrode were stacked and wound with the separator interposed therebetween, and then the positive electrode mixture layer non-forming region of the positive electrode and the negative electrode mixture layer non-forming region of the negative electrode were welded to a positive electrode lead and a negative electrode lead, respectively, and the resulting container was sealed. The container and a cover plate were welded together, and then the nonaqueous electrolyte was poured into the container and the container was sealed. Thus, nonaqueous electrolyte storage elements of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 10 were obtained.

(初期充放電)
得られた各非水電解質蓄電素子について、以下の条件にて初期充放電を行った。25℃において、充電電流1.0C、充電終止電圧4.25Vとして定電流定電圧充電をおこなった。充電の終了条件は、充電時間が3時間となるまでとした。その後、10分間の休止期間を設けた。その後、放電電流1.0C、放電終止電圧2.75Vとして定電流放電を行い、その後、10分間の休止期間を設けた。この充放電を2サイクル行った。
(Initial charge/discharge)
Each of the obtained nonaqueous electrolyte storage elements was initially charged and discharged under the following conditions. Constant-current, constant-voltage charging was performed at 25°C with a charging current of 1.0 C and a cut-off voltage of 4.25 V. The charging was terminated after 3 hours of charging. A 10-minute rest period was then provided. Subsequently, constant-current discharging was performed with a discharging current of 1.0 C and a cut-off voltage of 2.75 V, followed by a 10-minute rest period. This charging and discharging cycle was repeated for two cycles.

(充放電サイクル試験)
次に、以下の充放電サイクル試験を行った。各非水電解質蓄電素子を、45℃の恒温槽内に3時間保管した後、1Cの電流で4.25Vまで定電流充電した後、充電時間が3時間となるまで4.25Vで定電圧充電した。その後、1.0Cの電流で2.75Vまで定電流放電を行い、10分間の休止を設けた。これら充電及び放電の工程を1サイクルとして、このサイクルを300サイクル繰り返した。充電、放電及び休止ともに、45℃の恒温槽内で行った。
(Charge-discharge cycle test)
Next, the following charge-discharge cycle test was conducted. Each nonaqueous electrolyte storage element was stored in a thermostatic chamber at 45°C for 3 hours, then charged at a constant current of 1 C to 4.25 V, and then charged at a constant voltage of 4.25 V until the charging time reached 3 hours. Subsequently, the element was discharged at a constant current of 1.0 C to 2.75 V, followed by a 10-minute rest period. This charge and discharge process constituted one cycle, and this cycle was repeated 300 times. The charge, discharge, and rest periods were all performed in a thermostatic chamber at 45°C.

(充放電サイクル試験後の容量維持率)
上記充放電サイクル試験後の各非水電解質蓄電素子について、1サイクル目の45℃における放電容量に対する300サイクル目の45℃における放電容量を容量維持率[%]として求めた。
(Capacity retention rate after charge/discharge cycle test)
For each nonaqueous electrolyte storage element after the charge-discharge cycle test, the discharge capacity at 45° C. at the 300th cycle relative to the discharge capacity at 45° C. at the 1st cycle was calculated as the capacity retention rate [%].

(低温での初期の直流抵抗)
各非水電解質蓄電素子の低温での初期の直流抵抗を評価した。初期充放電後の各非水電解質蓄電素子について、25℃の恒温槽内で、1.0Cの電流で定電流充電し、SOC(State of Charge)を50%にした。各非水電解質蓄電素子を-10℃の恒温槽内に4時間保管した後、各々0.1C、0.2C、0.3Cの電流で30秒間放電させた。各放電の終了後には、0.05Cの電流で定電流充電を行い、SOCを50%にした。放電開始10秒後の電圧を縦軸に、放電電流を横軸にプロットし、直線の勾配に相当する値を求め、-10℃初期直流抵抗とした。
(Initial DC resistance at low temperatures)
The initial DC resistance of each nonaqueous electrolyte storage element at low temperature was evaluated. After the initial charge and discharge, each nonaqueous electrolyte storage element was charged at a constant current of 1.0 C in a thermostatic chamber at 25 ° C, and the SOC (State of Charge) was adjusted to 50%. Each nonaqueous electrolyte storage element was stored in a thermostatic chamber at -10 ° C for 4 hours, and then discharged at currents of 0.1 C, 0.2 C, and 0.3 C for 30 seconds. After each discharge, each element was charged at a constant current of 0.05 C, and the SOC was adjusted to 50%. The voltage 10 seconds after the start of discharge was plotted on the vertical axis and the discharge current on the horizontal axis, and the value corresponding to the gradient of the straight line was determined and used as the initial DC resistance at -10 ° C.

評価結果を下記表1及び表2に示す。 The evaluation results are shown in Tables 1 and 2 below.

表1及び表2に示されるように、セパレータの空孔率が44体積%以上であり、非水電解質が上記式(1)で表される化合物を含有する実施例1から実施例3の非水電解質蓄電素子においては、低温での初期の直流抵抗を低減するとともに、充放電サイクル後における容量維持率の低下が十分に抑制された結果となった。 As shown in Tables 1 and 2, the nonaqueous electrolyte storage elements of Examples 1 to 3, in which the separator had a porosity of 44% by volume or more and the nonaqueous electrolyte contained the compound represented by formula (1) above, reduced initial DC resistance at low temperatures and sufficiently suppressed a decrease in capacity retention rate after charge-discharge cycling.

また、表1に示されるように、非水電解質が添加剤を含有しない比較例2及び比較例3、並びに非水電解質がビニレンカーボネートを含有する比較例5においては、セパレータの空孔率を44体積%以上とした場合、かえって充放電サイクル後の容量維持率が低下していた。一方、非水電解質が上記式(1)で表される化合物を含有する実施例1及び実施例2においては、セパレータの空孔率を44体積%以上とすることで、充放電サイクル後の容量維持率の低下の抑制効果が高くなることがわかる。従って、上記式(1)で表される化合物と空孔率が44体積%以上のセパレータとを組み合わせることにより、充放電サイクル後の容量維持率の低下を抑制できるという予測できない効果が得られることがわかる。 Furthermore, as shown in Table 1, in Comparative Examples 2 and 3, in which the nonaqueous electrolyte contained no additive, and in Comparative Example 5, in which the nonaqueous electrolyte contained vinylene carbonate, when the separator porosity was 44% by volume or more, the capacity retention rate after charge-discharge cycling actually decreased. On the other hand, in Examples 1 and 2, in which the nonaqueous electrolyte contained the compound represented by formula (1) above, setting the separator porosity to 44% by volume or more was found to be more effective in suppressing the decrease in capacity retention rate after charge-discharge cycling. Therefore, it can be seen that combining the compound represented by formula (1) above with a separator having a porosity of 44% by volume or more provides the unexpected effect of suppressing the decrease in capacity retention rate after charge-discharge cycling.

さらに、表2に示されるように、比較例9及び比較例10においては、上記式(1)で表される化合物と同様の2量体構造を有していても、上記式(1)で表される化合物のようにエチレンカーボネートの2量体構造でない場合は、セパレータの空孔率を44体積%以上としても添加剤を含有しない比較例7よりも充放電サイクル後の容量維持率が低下していた。また、比較例7においては、非水電解質がビニレンカーボネートを含有することで、添加剤を含有しない比較例7よりも低温での初期の直流抵抗が増大した。一方、実施例3が示すように非水電解質が上記式(1)で表される化合物を含有することで、低温での初期の直流抵抗を低減するとともに、充放電サイクル後における容量維持率の低下に対する抑制効果が高いことがわかる。 Furthermore, as shown in Table 2, in Comparative Examples 9 and 10, even if the compounds had a dimer structure similar to that of the compound represented by formula (1) above, when the compound did not have an ethylene carbonate dimer structure like the compound represented by formula (1) above, the capacity retention rate after charge-discharge cycling was lower than that of Comparative Example 7, which contained no additive, even when the separator porosity was 44 vol% or higher. Furthermore, in Comparative Example 7, the inclusion of vinylene carbonate in the non-aqueous electrolyte increased the initial DC resistance at low temperatures compared to Comparative Example 7, which contained no additive. On the other hand, as shown in Example 3, the inclusion of the compound represented by formula (1) in the non-aqueous electrolyte not only reduced the initial DC resistance at low temperatures, but also significantly suppressed the decrease in capacity retention rate after charge-discharge cycling.

以上の結果、当該非水電解質蓄電素子は、低温での初期の直流抵抗を低減するとともに、充放電サイクル後の容量維持率の低下を抑制できることが示された。 These results demonstrate that the nonaqueous electrolyte storage element can reduce initial DC resistance at low temperatures and suppress a decrease in capacity retention rate after charge-discharge cycling.

本発明は、パーソナルコンピュータ、通信端末等の電子機器、自動車等の電源として使用される非水電解質蓄電素子に適用できる。 The present invention can be applied to nonaqueous electrolyte storage elements used as power sources for electronic devices such as personal computers and communication terminals, as well as automobiles.

1 非水電解質蓄電素子
2 電極体
3 容器
4 正極端子
41 正極リード
5 負極端子
51 負極リード
20 蓄電ユニット
30 蓄電装置
REFERENCE SIGNS LIST 1 nonaqueous electrolyte storage element 2 electrode body 3 container 4 positive electrode terminal 41 positive electrode lead 5 negative electrode terminal 51 negative electrode lead 20 storage unit 30 storage device

Claims (3)

正極と、
負極と、
上記正極及び上記負極間に介在し、多孔質樹脂フィルムの基材を有するセパレータと、
非水電解質と
を備えており、
上記セパレータの空孔率が44体積%以上であり、
上記非水電解質が下記式(1)で表される化合物を含有する非水電解質蓄電素子。
式(1)中、R及びRは、それぞれ独立して、水素原子又はフッ素原子である。
A positive electrode and
a negative electrode;
a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode and having a porous resin film substrate ;
a non-aqueous electrolyte;
The porosity of the separator is 44% by volume or more,
The nonaqueous electrolyte storage element includes a compound represented by the following formula (1):
In formula (1), R 1 and R 2 each independently represent a hydrogen atom or a fluorine atom.
上記非水電解質における上記化合物の含有量が0.7質量%以上5.0質量%以下である請求項1に記載の非水電解質蓄電素子。 The nonaqueous electrolyte storage element according to claim 1, wherein the content of the compound in the nonaqueous electrolyte is 0.7% by mass or more and 5.0% by mass or less. 空孔率が44体積%以上で多孔質樹脂フィルムの基材を有するセパレータを準備することと、
下記式(1)で表される化合物を含有する非水電解質を準備することと
を備える非水電解質蓄電素子の製造方法。
式(1)中、R及びRは、それぞれ独立して、水素原子又はフッ素原子である。


Preparing a separator having a porosity of 44% by volume or more and a porous resin film substrate ;
A method for manufacturing a nonaqueous electrolyte storage element, comprising: preparing a nonaqueous electrolyte containing a compound represented by the following formula (1):
In formula (1), R 1 and R 2 each independently represent a hydrogen atom or a fluorine atom.


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