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JP7803159B2 - Deactivating agents and deactivation methods - Google Patents
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JP7803159B2 - Deactivating agents and deactivation methods - Google Patents

Deactivating agents and deactivation methods

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JP7803159B2
JP7803159B2 JP2022021800A JP2022021800A JP7803159B2 JP 7803159 B2 JP7803159 B2 JP 7803159B2 JP 2022021800 A JP2022021800 A JP 2022021800A JP 2022021800 A JP2022021800 A JP 2022021800A JP 7803159 B2 JP7803159 B2 JP 7803159B2
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Description

本開示は、不活性化剤及び不活性化方法に関する。 This disclosure relates to a deactivating agent and a deactivation method.

従来、非水系二次電池をリサイクル又は廃棄する際に、回収電池を不活性化させる不活性化処理が行われている。こうした処理として、例えば、回収電池を充放電装置につないで0Vまで放電させる処理が可能であるが、その場合、放電に時間がかかることがあった。また、回収電池が電流遮断機構(CID)作動後の電池である場合には、放電させること自体ができなかった。そこで、回収電池の内部にリチウムの酸化還元電位に対して3.0~4.5Vの範囲に酸化還元電位を示すレドックスシャトル剤(例えばフェロセン)を添加することが提案されている(特許文献1参照)。これにより、充放電装置を用いることなく、安全かつ迅速に非水系二次電池の電池電圧を0Vまで下げることができる。また、従来、水溶液である剥離剤を用いて、リチウムイオン電池の負極シートの銅箔表面から電極合材のカーボンを剥離する方法が提案されている(例えば、特許文献2、3など参照)。この方法では、剥離剤を用いて銅箔及びカーボンを回収することによって、リサイクル時のコストを大幅に改善することができる、としている。 Conventionally, when recycling or disposing of non-aqueous secondary batteries, a deactivation process is performed to inactivate the recovered batteries. For example, one possible process involves connecting the recovered batteries to a charge/discharge device and discharging them to 0 V. However, this process can take a long time. Furthermore, if the recovered battery has a current interrupt device (CID), it is not possible to discharge it at all. Therefore, it has been proposed to add a redox shuttle agent (e.g., ferrocene) that exhibits a redox potential in the range of 3.0 to 4.5 V relative to the redox potential of lithium to the recovered battery (see Patent Document 1). This allows the battery voltage of a non-aqueous secondary battery to be safely and quickly reduced to 0 V without using a charge/discharge device. Additionally, a method has been proposed in the past for removing carbon from the copper foil surface of a lithium-ion battery negative electrode sheet using an aqueous release agent (see, for example, Patent Documents 2 and 3). This method claims to significantly reduce recycling costs by recovering the copper foil and carbon using the release agent.

特開2018-137137号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2018-137137 特開2015-26566号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2015-26566 特開2007-179774号公報JP 2007-179774 A

しかしながら、特許文献1の不活性化剤では、非水系二次電池の不活性化を図ることができるが、非水系二次電池の不活性化、廃棄などの工程の簡略化や安全性などを考慮すると、レドックスシャトル剤を溶解する溶媒の種類などの検討がまだ十分でなく、より良好な新規の不活性化剤が求められていた。 However, while the deactivator in Patent Document 1 can deactivate non-aqueous secondary batteries, when considering the simplification and safety of processes such as deactivation and disposal of non-aqueous secondary batteries, the types of solvents that dissolve the redox shuttle agent have not yet been sufficiently studied, and a new, better deactivator has been sought.

本開示はこのような課題を解決するためになされたものであり、非水系二次電池を不活性化させる新規の不活性化剤及び不活性化方法を提供することを主目的とする。 The present disclosure has been made to solve these problems, and its main objective is to provide a new deactivating agent and deactivation method for deactivating non-aqueous secondary batteries.

上述した目的を達成するために鋭意研究したところ、本発明者らは、不活性化剤の非水系溶媒としてカルボン酸エステル化合物を用いると、非水系二次電池を不活性化させることができることを見出し、本開示の発明を完成するに至った。 After extensive research to achieve the above-mentioned objective, the inventors discovered that non-aqueous secondary batteries can be deactivated by using a carboxylic acid ester compound as the non-aqueous solvent of the deactivator, leading to the completion of the disclosed invention.

即ち、本開示の不活性化剤は、
非水系二次電池を不活性化する不活性化剤であって、
酸化還元電位がLi基準電位で前記非水系二次電池の負極活物質よりも高く前記非水系二次電池の正極活物質よりも低いレドックスシャトル剤と、
カルボン酸エステル化合物を含む非水系溶媒と、
を含むものである。
That is, the deactivating agent of the present disclosure is
A deactivator for deactivating a non-aqueous secondary battery,
a redox shuttle agent having an oxidation-reduction potential, relative to a Li reference potential, higher than that of a negative electrode active material of the nonaqueous secondary battery and lower than that of a positive electrode active material of the nonaqueous secondary battery;
a non-aqueous solvent containing a carboxylic acid ester compound;
It includes:

また、本開示の不活性化方法は、
非水系二次電池を不活性化する不活性化方法であって、
上述した非水系二次電池の不活性化剤を前記非水系二次電池の内部に添加する添加工程、を含むものである。
The inactivation method of the present disclosure also includes:
A method for deactivating a non-aqueous secondary battery, comprising:
The method includes adding the above-mentioned deactivator for non-aqueous secondary batteries to the inside of the non-aqueous secondary battery.

この不活性化剤及び不活性化方法では、非水系二次電池を不活性化させることができる。このような効果が得られる理由は、例えば、以下のように推察される。充電状態の非水系二次電池に、酸化還元電位が正極電位より低く負極電位より高いレドックスシャトル剤を添加すると、各電極とレドックスシャトル剤との電位差を駆動力として、電池の放電が進行し、電池の不活性化を図ることができる。また、カルボン酸エステル化合物を含む非水系溶媒を用いることによって、例えば、電極の結着材に作用し、集電体と電極合材との剥離を促進することができる。また、カルボン酸エステル化合物を含む非水系溶媒を用いることによって、例えば、非水系二次電池に用いられる電解液の引火点を上昇することができ、非水系二次電池の廃棄時における安全性をより高めることができる。 This deactivator and deactivation method can deactivate nonaqueous secondary batteries. The reason for this effect is believed to be as follows: When a redox shuttle agent with an oxidation-reduction potential lower than the positive electrode potential and higher than the negative electrode potential is added to a charged nonaqueous secondary battery, the potential difference between each electrode and the redox shuttle agent serves as the driving force for discharging the battery, thereby deactivating the battery. Furthermore, using a nonaqueous solvent containing a carboxylic acid ester compound can, for example, act on the electrode binder and promote separation between the current collector and the electrode composite. Furthermore, using a nonaqueous solvent containing a carboxylic acid ester compound can, for example, increase the flash point of the electrolyte used in the nonaqueous secondary battery, thereby further improving safety when disposing of the nonaqueous secondary battery.

非水系二次電池20の構成の概略を表す断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view showing the outline of the configuration of a nonaqueous secondary battery 20 . 非水系二次電池が不活性化するメカニズムを示す説明図。FIG. 2 is an explanatory diagram showing the mechanism by which a nonaqueous secondary battery is deactivated. 実験例1,2の不活性化剤を満充電状態の評価セルに添加後の放電挙動。1 shows the discharge behavior after the deactivators of Experimental Examples 1 and 2 were added to a fully charged evaluation cell. 実験例3~5の電極合材の剥離状態の一例を示す写真。Photographs showing examples of the peeled state of the electrode mixtures of Experimental Examples 3 to 5. 実験例6~8の超音波処理後の電極合材の剥離状態を示す写真。Photographs showing the peeling state of the electrode composite after ultrasonic treatment in Experimental Examples 6 to 8.

(不活性化剤)
本開示の非水系二次電池の不活性化剤は、レドックスシャトル剤と、非水系溶媒と、を含むものである。レドックスシャトル剤は、酸化還元電位がLi基準電位で非水系二次電池の負極活物質よりも高く非水系二次電池の正極活物質よりも低い化合物である。本明細書において、レドックスシャトル剤とは、正極と負極との間で電荷を繰り返し輸送することができる、酸化及び還元可能な化合物をいうものとする。非水系溶媒は、カルボン酸エステル化合物を含む。
(inactivating agent)
The non-aqueous secondary battery deactivator of the present disclosure includes a redox shuttle agent and a non-aqueous solvent. The redox shuttle agent is a compound whose oxidation-reduction potential, relative to Li, is higher than that of the negative electrode active material of the non-aqueous secondary battery and lower than that of the positive electrode active material of the non-aqueous secondary battery. In this specification, the redox shuttle agent refers to a compound that can be oxidized and reduced and that can repeatedly transport charge between the positive electrode and the negative electrode. The non-aqueous solvent includes a carboxylic acid ester compound.

[非水系二次電池]
まず、不活性化の対象となる非水系二次電池について説明する。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、正極と負極との間に介在しキャリアイオンを伝導する非水系のイオン伝導媒体と、を備えている。キャリアイオンとしては、例えば、第1族元素イオンや第2族元素イオンが挙げられる。第1族元素イオンとしては、例えば、リチウムイオンやナトリウムイオン、カリウムイオンが挙げられる。第2族元素イオンとしては、例えば、マグネシウムイオン、カルシウムイオンが挙げられる。以下では、説明の便宜のため、非水系二次電池が、負極活物質を炭素材料としたリチウムイオン二次電池である場合について主に説明する。
[Non-aqueous secondary battery]
First, a nonaqueous secondary battery to be deactivated will be described. The nonaqueous secondary battery includes a positive electrode having a positive electrode active material, a negative electrode having a negative electrode active material, and a nonaqueous ion-conducting medium interposed between the positive electrode and the negative electrode and conducting carrier ions. Examples of carrier ions include Group 1 element ions and Group 2 element ions. Examples of Group 1 element ions include lithium ions, sodium ions, and potassium ions. Examples of Group 2 element ions include magnesium ions and calcium ions. For ease of explanation, the following description will mainly focus on a case where the nonaqueous secondary battery is a lithium-ion secondary battery in which the negative electrode active material is a carbon material.

正極は、例えば正極活物質と導電材と結着材とを混合し、適当な溶剤を加えてペースト状の正極合材としたものを、集電体の表面に塗布乾燥し、必要に応じて電極密度を高めるべく圧縮して形成してもよい。正極活物質は、Li基準の酸化還元電位が不活性化剤に含まれるレドックスシャトル剤よりも高いものであればよいが、酸化還元電位がLi基準電位で3.0Vを超えるものとしてもよく、3.5V以上が好ましく、3.8V以上がより好ましく、4.0V以上がさらに好ましい。正極活物質としては、遷移金属元素を含む硫化物や、リチウムと遷移金属元素とを含む酸化物などを用いることができる。具体的には、TiS2、TiS3、MoS3、FeS2などの遷移金属硫化物、Li(1-x)MnO2(0<x<1など、以下同じ)、Li(1-x)Mn24などのリチウムマンガン複合酸化物、Li(1-x)CoO2などのリチウムコバルト複合酸化物、Li(1-x)NiO2などのリチウムニッケル複合酸化物、Li(1-x)NiaMnb2(a+b=1)やLi(1-x)NiaMnb4(a+b=2)などのリチウムニッケルマンガン複合酸化物、Li(1-x)NiaCobMnc2(a+b+c=1)などのリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物、LiV23などのリチウムバナジウム複合酸化物、V25などの遷移金属酸化物などを用いることができる。また、Li(1-x)MnPO4などのオリビン型リチウムリン酸マンガン系化合物、Li(1-x)CoPO4などのオリビン型リチウムリン酸コバルト系化合物、Li(1-x)NiPO4などのオリビン型リチウムリン酸ニッケル系化合物などを用いることができる。また、Li(1-x)MnVO4などの逆スピネル型リチウムバナジン酸マンガン系化合物、Li(1-x)CoPO4などの逆スピネル型リチウムバナジン酸コバルト系化合物、Li(1-x)NiPO4などの逆スピネル型リチウムバナジン酸ニッケル系化合物などを用いることができる。正極活物質は、ニッケル、マンガン、コバルトのうちの1以上を含む酸化物であることが好ましく、例えば、LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、LiNi1/3Co1/3Mn1/32などが好ましい。 The positive electrode may be formed, for example, by mixing a positive electrode active material, a conductive material, and a binder, adding an appropriate solvent to form a paste-like positive electrode mixture, applying it to the surface of a current collector, drying it, and compressing it as needed to increase electrode density. The positive electrode active material may have a redox potential relative to Li higher than that of the redox shuttle agent contained in the deactivator, but the redox potential may be greater than 3.0 V relative to Li, preferably 3.5 V or higher, more preferably 3.8 V or higher, and even more preferably 4.0 V or higher. Examples of the positive electrode active material that can be used include sulfides containing transition metal elements and oxides containing lithium and transition metal elements. Specifically, transition metal sulfides such as TiS2 , TiS3 , MoS3 , and FeS2 , lithium manganese composite oxides such as Li (1-x) MnO2 (0<x<1, etc., the same applies below) and Li (1-x) Mn2O4 , lithium cobalt composite oxides such as Li ( 1-x) CoO2 , lithium nickel composite oxides such as Li (1 - x ) NiO2 , lithium nickel manganese composite oxides such as Li (1-x) NiaMnbO2 (a+b=1) and Li (1-x) NiaMnbO4 ( a+b=2), lithium nickel cobalt manganese composite oxides such as Li ( 1 -x ) NiaCobMncO2 (a+b+c=1), and LiV2O Lithium vanadium composite oxides such as Li (1-x) MnPO4 , transition metal oxides such as V2O5 , etc. can be used. Olivine-type lithium manganese phosphate compounds such as Li(1-x) MnPO4 , olivine-type lithium cobalt phosphate compounds such as Li (1-x) CoPO4 , and olivine-type lithium nickel phosphate compounds such as Li (1- x) NiPO4 can also be used. Inverse spinel-type lithium manganese vanadate compounds such as Li (1-x)MnVO4, inverse spinel-type lithium cobalt vanadate compounds such as Li(1-x) CoPO4 , and inverse spinel-type lithium nickel vanadate compounds such as Li (1-x) NiPO4 can also be used. The positive electrode active material is preferably an oxide containing one or more of nickel, manganese, and cobalt, and examples thereof include LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2 , and LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 .

正極の導電材としては、例えば、天然黒鉛(鱗状黒鉛、鱗片状黒鉛)や人造黒鉛などの黒鉛、アセチレンブラック、カーボンブラック、ケッチェンブラック、カーボンウィスカ、ニードルコークス、炭素繊維、金属(銅、ニッケル、アルミニウム、銀、金など)などを用いることができる。結着材としては、例えば、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)、フッ素ゴム等の含フッ素樹脂、或いはポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂、エチレンプロピレンジエンゴム(EPDM)、スルホン化EPDMゴム、天然ブチルゴム(NBR)等を用いることができる。また、水系バインダーであるセルロース系であるカルボキシメチルセルロース(CMC)やスチレンブタジエンゴム(SBR)の水分散体等を用いることもできる。溶剤としては、例えば、N-メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、アクリル酸メチル、ジエチレントリアミン、N,N-ジメチルアミノプロピルアミン、エチレンオキシド、テトラヒドロフランなどの有機溶剤を用いることができる。また、水に分散剤、増粘剤等を加え、SBRなどのラテックスで活物質をスラリー化してもよい。増粘剤としては、例えば、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロースなどの多糖類を単独で、あるいは2種以上の混合物として用いることができる。塗布方法としては、例えば、アプリケータロールなどのローラコーティング、スクリーンコーティング、ドクターブレイド方式、スピンコーティング、バーコータなどが挙げられ、これらのいずれかを用いて任意の厚さ・形状とすることができる。集電体としては、アルミニウム、チタン、ステンレス鋼、ニッケル、鉄、焼成炭素、導電性高分子、導電性ガラスなどのほか、接着性、導電性及び耐酸化性向上の目的で、アルミニウムや銅などの表面をカーボン、ニッケル、チタンや銀などで処理したものを用いることができる。これらについては、表面を酸化処理することも可能である。集電体の形状については、箔状、フィルム状、シート状、ネット状、パンチ又はエキスパンドされたもの、ラス体、多孔質体、発泡体、繊維群の形成体などが挙げられる。集電体の厚さは、例えば1~500μmのものが用いられる。 Examples of conductive materials that can be used for the positive electrode include graphite (e.g., natural graphite (e.g., scaly graphite, flake graphite) and artificial graphite), acetylene black, carbon black, ketjen black, carbon whiskers, needle coke, carbon fiber, and metals (e.g., copper, nickel, aluminum, silver, and gold). Examples of binders that can be used include fluorine-containing resins such as polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), and fluororubber, as well as thermoplastic resins such as polypropylene and polyethylene, ethylene propylene diene rubber (EPDM), sulfonated EPDM rubber, and natural butyl rubber (NBR). Additionally, aqueous binders such as aqueous dispersions of cellulose-based materials like carboxymethyl cellulose (CMC) and styrene butadiene rubber (SBR) can also be used. Examples of solvents that can be used include organic solvents such as N-methylpyrrolidone, dimethylformamide, dimethylacetamide, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, methyl acetate, methyl acrylate, diethylenetriamine, N,N-dimethylaminopropylamine, ethylene oxide, and tetrahydrofuran. Alternatively, a dispersant, thickener, or the like may be added to water, and the active material may be slurried with a latex such as SBR. Examples of thickeners include polysaccharides such as carboxymethyl cellulose and methyl cellulose, either alone or in combination. Application methods include roller coating (e.g., applicator roll), screen coating, doctor blade coating, spin coating, and bar coating. Any of these can be used to achieve any desired thickness and shape. Examples of current collectors include aluminum, titanium, stainless steel, nickel, iron, calcined carbon, conductive polymers, and conductive glass. For the purpose of improving adhesion, conductivity, and oxidation resistance, aluminum and copper surfaces treated with carbon, nickel, titanium, or silver can also be used. These surfaces can also be subjected to oxidation treatment. The current collector may be in the form of a foil, film, sheet, net, punched or expanded material, lath, porous material, foam, or fiber group. The current collector may have a thickness of, for example, 1 to 500 μm.

負極は、例えば、負極活物質と導電材と結着材とを混合し、適当な溶剤を加えてペースト状の負極合材としたものを、集電体の表面に塗布乾燥し、必要に応じて電極密度を高めるべく圧縮して形成してもよいし、負極活物質と集電体とを密着させて形成したものとしてもよい。負極活物質は、酸化還元電位がLi基準電位で3.0V以下が好ましく、2.0V以下がより好ましく、1.0V以下がさらに好ましい。負極活物質としては、リチウム、リチウム合金、スズ化合物などの無機化合物、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な炭素質材料、複数の元素を含む複合酸化物、導電性ポリマーなどが挙げられる。炭素質材料は、例えば、コークス類、ガラス状炭素類、グラファイト類、難黒鉛化性炭素類、熱分解炭素類、炭素繊維などが挙げられる。複合酸化物としては、例えば、Li4Ti512などのリチウムチタン複合酸化物やLiV23などのリチウムバナジウム複合酸化物が挙げられる。負極活物質としては、このうち、グラファイト類などの炭素質材料が好ましい。また、負極に用いられる導電材、結着材、溶剤などは、それぞれ正極で例示したものを用いることができる。負極の集電体には、銅、ニッケル、ステンレス鋼、チタン、アルミニウム、焼成炭素、導電性高分子、導電性ガラス、Al-Cd合金などのほか、接着性、導電性及び耐還元性向上の目的で、例えば銅などの表面をカーボン、ニッケル、チタンや銀などで処理したものも用いることができる。これらについては、表面を酸化処理することも可能である。集電体の形状は、正極と同様のものを用いることができる。 The negative electrode may be formed, for example, by mixing a negative electrode active material, a conductive material, and a binder, adding an appropriate solvent to form a paste-like negative electrode mixture, applying it to the surface of a current collector, drying it, and compressing it to increase electrode density as needed. Alternatively, the negative electrode may be formed by closely adhering the negative electrode active material to the current collector. The redox potential of the negative electrode active material is preferably 3.0 V or less, more preferably 2.0 V or less, and even more preferably 1.0 V or less, relative to the Li reference potential. Examples of negative electrode active materials include inorganic compounds such as lithium, lithium alloys, and tin compounds; carbonaceous materials capable of absorbing and releasing lithium ions; composite oxides containing multiple elements; and conductive polymers. Examples of carbonaceous materials include cokes, glassy carbons, graphites, non-graphitizable carbons, pyrolytic carbons, and carbon fibers. Examples of composite oxides include lithium titanium composite oxides such as Li4Ti5O12 and lithium vanadium composite oxides such as LiV2O3 . Of these, carbonaceous materials such as graphite are preferred as the negative electrode active material. The conductive materials, binders, solvents, etc. used in the negative electrode can be the same as those exemplified for the positive electrode. For the negative electrode current collector, in addition to copper, nickel, stainless steel, titanium, aluminum, baked carbon, conductive polymers, conductive glass, Al—Cd alloys, etc., materials such as copper whose surfaces have been treated with carbon, nickel, titanium, silver, etc. for the purpose of improving adhesion, conductivity, and reduction resistance can also be used. These surfaces can also be subjected to an oxidation treatment. The shape of the current collector can be the same as that of the positive electrode.

正極及び負極のうち少なくとも一方の電極には、結着材として少なくともSBRを含むことが好ましい。電極は、結着材としてSBRを含むものとすると、不活性化剤の添加によって、不活性化剤の非水系溶媒との関係で、集電体から電極合材を剥離することができる。非水系二次電池は不活性化されたのち解体、廃棄処分されるが、この不活性化剤と電極では、電極合材を剥離させる処理を省略することができるため、解体処理の工程をより簡素化することができる。 At least one of the positive and negative electrodes preferably contains at least SBR as a binder. When the electrode contains SBR as a binder, the addition of a deactivator allows the electrode composite to be peeled from the current collector due to the relationship with the non-aqueous solvent of the deactivator. Non-aqueous secondary batteries are disassembled and disposed of after being deactivated, but with this deactivator and electrode, the process of peeling the electrode composite can be omitted, further simplifying the disassembly process.

イオン伝導媒体としては、支持塩を含む非水系電解液や非水系ゲル電解液などを用いることができる。非水系電解液の溶媒としては、例えば、カーボネート化合物、エステル化合物、エーテル化合物、ニトリル化合物、アミド化合物、フラン化合物、スルホラン化合物及びジオキソラン化合物などが挙げられ、これらを単独又は混合して用いることができる。具体的には、カーボネート化合物としてエチレンカーボネート(EC)やプロピレンカーボネート、ビニレンカーボネート、ブチレンカーボネート、クロロエチレンカーボネートなどの環状カーボネート化合物や、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチル-n-ブチルカーボネート、メチル-t-ブチルカーボネート、ジ-i-プロピルカーボネート、t-ブチル-i-プロピルカーボネートなどの鎖状カーボネート化合物などが挙げられる。また、エステル化合物としてγ-ブチルラクトン、γ-バレロラクトンなどの環状エステル化合物、ギ酸メチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酪酸メチルなどの鎖状エステル化合物などが挙げられる。また、エーテル化合物としてジメトキシエタン、エトキシメトキシエタン、ジエトキシエタンなどが挙げられ、ニトリル化合物としてアセトニトリル、ベンゾニトリルなどが挙げられ、アミド化合物としてジメチルアセトアミド(DMA)、ジメチルホルムアミドなどが挙げられ、フラン化合物としてテトラヒドロフラン、メチルテトラヒドロフランなどが挙げられ、スルホラン化合物としてスルホラン、テトラメチルスルホランなどが挙げられ、オキソラン化合物として1,3-ジオキソラン、メチルジオキソランなどが挙げられる。これらは単独又は混合して用いることができる。このうち、非水系電解液の溶媒としては、例えば、DMC-ECや、DEC-EC、DMC-EMC-ECなど、環状カーボネート化合物と鎖状カーボネート化合物との混合液が好ましい。支持塩としては、例えば、LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiClO4 などの無機塩や、LiCF3SO3、LiN(CF3SO22、LiC(CF3SO23、などの有機塩が挙げられ、これらを単独又は組み合わせて用いることができる。支持塩は、電解液中の濃度が0.1mol/L以上5mol/L以下であることが好ましく、0.5mol/L以上2mol/L以下であることがより好ましい。また、イオン伝導媒体としては、液状のイオン伝導媒体の代わりに、イオン伝導性ポリマー、無機固体電解質あるいは有機ポリマー電解質と無機固体電解質の混合材料、若しくは有機バインダーによって結着された無機固体粉末などを利用することができる。 As the ion-conducting medium, a non-aqueous electrolyte solution containing a supporting salt or a non-aqueous gel electrolyte solution can be used. Examples of solvents for non-aqueous electrolyte solutions include carbonate compounds, ester compounds, ether compounds, nitrile compounds, amide compounds, furan compounds, sulfolane compounds, and dioxolane compounds, which can be used alone or in combination. Specific examples of carbonate compounds include cyclic carbonate compounds such as ethylene carbonate (EC), propylene carbonate, vinylene carbonate, butylene carbonate, and chloroethylene carbonate, as well as chain carbonate compounds such as dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl-n-butyl carbonate, methyl-t-butyl carbonate, di-i-propyl carbonate, and t-butyl-i-propyl carbonate. Examples of ester compounds include cyclic ester compounds such as γ-butyllactone and γ-valerolactone, and chain ester compounds such as methyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, and methyl butyrate. Examples of ether compounds include dimethoxyethane, ethoxymethoxyethane, and diethoxyethane. Examples of nitrile compounds include acetonitrile and benzonitrile. Examples of amide compounds include dimethylacetamide (DMA) and dimethylformamide. Examples of furan compounds include tetrahydrofuran and methyltetrahydrofuran. Examples of sulfolane compounds include sulfolane and tetramethylsulfolane. Examples of oxolane compounds include 1,3-dioxolane and methyldioxolane. These compounds can be used alone or in combination. Among these, preferred solvents for non-aqueous electrolytes are mixtures of cyclic carbonate compounds and chain carbonate compounds, such as DMC-EC, DEC-EC, and DMC-EMC-EC. Examples of supporting salts include inorganic salts such as LiPF6 , LiBF4 , LiAsF6 , and LiClO4 , and organic salts such as LiCF3SO3 , LiN( CF3SO2 ) 2 , and LiC( CF3SO2 ) 3 , and these can be used alone or in combination. The concentration of the supporting salt in the electrolyte solution is preferably 0.1 mol/L or more and 5 mol/L or less, and more preferably 0.5 mol/L or more and 2 mol/L or less. In addition, instead of a liquid ion-conducting medium, an ion-conducting polymer, an inorganic solid electrolyte, a mixed material of an organic polymer electrolyte and an inorganic solid electrolyte, or an inorganic solid powder bound by an organic binder can be used as the ion-conducting medium.

この非水系二次電池は、正極と負極との間にセパレータを備えていてもよい。セパレータは、非水系二次電池の使用範囲に耐えうる組成であれば特に限定されないが、例えばポリプロピレン製不織布などの高分子不織布、ポリエチレンなどのオレフィン系樹脂の薄い微多孔膜が挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、複数を混合して用いてもよい。 This non-aqueous secondary battery may include a separator between the positive electrode and negative electrode. There are no particular limitations on the separator, so long as it has a composition that can withstand the range of uses for non-aqueous secondary batteries. Examples include polymer non-woven fabrics such as polypropylene non-woven fabrics, and thin microporous membranes made of olefin resins such as polyethylene. These may be used alone or in combination.

この非水系二次電池の形状は、特に限定されないが、例えばコイン型、ボタン型、シート型、積層型、円筒型、偏平型、角型などが挙げられる。また、電気自動車等に用いる大型のものとしてもよい。非水系二次電池の一例を図1に示す。図1は、コイン型の非水系二次電池20の構成の概略を表す断面図である。図1に示すように、非水系二次電池20は、カップ形状の電池ケース21と、正極活物質を有しこの電池ケース21の下部に設けられた正極22と、負極活物質を有し正極22に対してセパレータ24を介して対向する位置に設けられた負極23と、絶縁材により形成されたガスケット25と、電池ケース21の開口部に配設されガスケット25を介して電池ケース21を密封する封口板26と、を備えている。この非水系二次電池20は、正極22と負極23との間の空間にリチウム塩を溶解したイオン伝導媒体27を備えている。また、この非水系二次電池20は、正極22と負極23とのいずれかに結着材としてSBRを含むことが好ましい。 The shape of this nonaqueous secondary battery is not particularly limited, and examples include coin, button, sheet, laminate, cylindrical, flat, and prismatic types. Larger batteries for use in electric vehicles and the like may also be used. An example of a nonaqueous secondary battery is shown in Figure 1. Figure 1 is a cross-sectional view showing the schematic configuration of a coin-type nonaqueous secondary battery 20. As shown in Figure 1, the nonaqueous secondary battery 20 includes a cup-shaped battery case 21, a positive electrode 22 having a positive electrode active material and disposed at the bottom of the battery case 21, a negative electrode 23 having a negative electrode active material and disposed opposite the positive electrode 22 via a separator 24, a gasket 25 made of an insulating material, and a sealing plate 26 disposed at the opening of the battery case 21 and sealing the battery case 21 via the gasket 25. The nonaqueous secondary battery 20 includes an ionically conductive medium 27 containing a dissolved lithium salt in the space between the positive electrode 22 and the negative electrode 23. Furthermore, this nonaqueous secondary battery 20 preferably contains SBR as a binder in either the positive electrode 22 or the negative electrode 23.

[不活性化剤]
次に、不活性化剤について説明する。不活性化剤は、レドックスシャトル剤と、非水系溶媒と、を含む。不活性化剤に含まれる非水系溶媒は、カルボン酸エステル化合物を含む。カルボン酸エステル化合物は、例えば、式(1)で表されるものとしてもよい。式(1)において、R1、R2は、それぞれが同じであっても異なっていてもよく、置換基を有してもよい炭化水素基である。炭化水素基としては、例えば、直鎖や、環状骨格を含んでいてもよく、更に置換基を有していてもよい。炭化水素基の炭素数は20以下が好ましく、15以下がより好ましく、12以下としてもよい。炭化水素基は、具体的には、アルキル基やアリール基などが挙げられる。アルキル基は、炭素数が1以上8以下としてもよく、直鎖でも分岐鎖を含んでいてもよいし、水素の一部または全部がハロゲンで置換されたハロゲン化アルキル基でもよい。アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、イソプロピル基、tert-ブチル基、トリフルオロメチル基が挙げられる。アリール基は、炭素数が6以上12以下としてもよい。アリール基としては、例えば、フェニル基、トリル基、キシリル基、メシチル基、ナフチル基が挙げられる。置換基としては、例えば、アルキル基、アリール基、ヒドロキシル基、スルホン基、ニトロ基、アミノ基、及びハロゲンのうち1以上が挙げられる。
[Deactivating agent]
Next, the passivating agent will be described. The passivating agent includes a redox shuttle agent and a non-aqueous solvent. The non-aqueous solvent included in the passivating agent includes a carboxylic acid ester compound. The carboxylic acid ester compound may be represented by, for example, formula (1). In formula (1), R 1 and R 2 may be the same or different and are hydrocarbon groups which may have a substituent. The hydrocarbon group may, for example, have a linear or cyclic skeleton and may further have a substituent. The hydrocarbon group preferably has 20 or fewer carbon atoms, more preferably 15 or fewer carbon atoms, and may be 12 or fewer carbon atoms. Specific examples of the hydrocarbon group include alkyl groups and aryl groups. The alkyl group may have 1 to 8 carbon atoms, may be linear or branched, or may be a halogenated alkyl group in which some or all of the hydrogen atoms are substituted with halogen. Examples of the alkyl group include a methyl group, an ethyl group, an isopropyl group, a tert-butyl group, and a trifluoromethyl group. The aryl group may have 6 to 12 carbon atoms. Examples of the aryl group include a phenyl group, a tolyl group, a xylyl group, a mesityl group, and a naphthyl group. Examples of the substituent include one or more of an alkyl group, an aryl group, a hydroxyl group, a sulfone group, a nitro group, an amino group, and a halogen atom.

カルボン酸エステル化合物は、例えば、酢酸エステル化合物、安息香酸エステル化合物及び酪酸エステル化合物のうち1以上であることが好ましい。カルボン酸エステル化合物は、具体的には、例えば、式(2)~(12)で表されるものとしてもよい。酢酸エステル化合物としては、例えば、酢酸オクチル(式(2))、酢酸フェニル(式(3))、酢酸メンチル(式(4))、酢酸ベンジル(式(5))、酢酸アミル(式(6))、酢酸ヘキシル(式(7))、酢酸ブチル(式(8))、及びその誘導体などが挙げられる。また、安息香酸エステル化合物としては、例えば、安息香酸エチル(式(9))、安息香酸ブチル(式(10))、安息香酸ベンジル(式(11))、及びその誘導体などが挙げられる。また、酪酸エステル化合物としては、例えば、酪酸ブチル(式(12))、及びその誘導体などが挙げられる。これらのうち、酢酸オクチルや酢酸フェニルなどが、レドックスシャトル剤の溶解度や、引火点上昇の観点から好ましい。 The carboxylic acid ester compound is preferably one or more of an acetate compound, a benzoate compound, and a butyrate compound. Specifically, the carboxylic acid ester compound may be represented by, for example, formulas (2) to (12). Examples of acetate compounds include octyl acetate (formula (2)), phenyl acetate (formula (3)), menthyl acetate (formula (4)), benzyl acetate (formula (5)), amyl acetate (formula (6)), hexyl acetate (formula (7)), butyl acetate (formula (8)), and derivatives thereof. Examples of benzoate compounds include ethyl benzoate (formula (9)), butyl benzoate (formula (10)), benzyl benzoate (formula (11)), and derivatives thereof. Examples of butyrate compounds include butyl butyrate (formula (12)) and derivatives thereof. Among these, octyl acetate and phenyl acetate are preferred from the standpoint of the solubility of the redox shuttle agent and the increase in flash point.

また、不活性化剤の非水系溶媒は、非水系二次電池の電解液に添加すると、この電解液の引火点を上昇させるものがより好ましい。引火点をより上昇させるものは、非水系二次電池の不活性化を図る際に、より安全性を高めることができ、好ましい。カルボン酸エステル化合物は、例えば、引火点がより高いことが好ましく、引火点が25℃以上、より好ましくは40℃以上、更に好ましくは50℃以上、特に好ましくは80℃以上である。カルボン酸エステル化合物の引火点は、例えば、200℃以下としてもよいし、150℃以下としてもよい。また、不活性化剤の非水系溶媒は、非水系二次電池の電解液に添加した際の引火点の上昇度がより高い方が好ましく、10℃以上が好ましく、20℃以上がより好ましく、30℃以上が更に好ましい。この引火点の上昇度は、電解液と不活性化剤との混合物の引火点と、電解液の引火点との温度差をいうものとする。なお、式(2)~(12)には、それぞれの引火点(℃)を記載した。 Furthermore, it is more preferable that the non-aqueous solvent of the deactivator, when added to the electrolyte of a non-aqueous secondary battery, raises the flash point of the electrolyte. A solvent that raises the flash point even more is preferable, as it can enhance safety when deactivating a non-aqueous secondary battery. For example, the carboxylic acid ester compound preferably has a higher flash point, such as 25°C or higher, more preferably 40°C or higher, even more preferably 50°C or higher, and particularly preferably 80°C or higher. The flash point of the carboxylic acid ester compound may be, for example, 200°C or lower, or 150°C or lower. It is also preferable that the non-aqueous solvent of the deactivator raises the flash point more when added to the electrolyte of a non-aqueous secondary battery, preferably 10°C or higher, more preferably 20°C or higher, and even more preferably 30°C or higher. This flash point increase refers to the temperature difference between the flash point of the mixture of the electrolyte and the deactivator and the flash point of the electrolyte. The flash points (°C) for each of the formulas (2) to (12) are listed.

この不活性化剤は、カルボン酸エステル化合物に加えて、カーボネート化合物を更に含むものとしてもよい。不活性化剤にカーボネート化合物を含むものとすると、例えば、レドックスシャトル剤の酸化還元力を調節することができることがある。カーボネート化合物とは、上述した環状カーボネート化合物や、鎖状カーボネート化合物などである。カーボネート化合物は、カルボン酸エステル化合物とカーボネート化合物との全体を100としたときに、より少ない方が好ましく、50体積%以下が好ましく、25体積%以下がより好ましく、10体積%以下が更に好ましい。 The deactivator may further contain a carbonate compound in addition to the carboxylic acid ester compound. When the deactivator contains a carbonate compound, for example, it may be possible to adjust the redox power of the redox shuttle agent. Examples of carbonate compounds include the cyclic carbonate compounds and chain carbonate compounds described above. The amount of carbonate compound is preferably as small as possible, preferably 50% by volume or less, more preferably 25% by volume or less, and even more preferably 10% by volume or less, when the total amount of the carboxylic acid ester compound and the carbonate compound is taken as 100.

レドックスシャトル剤は、例えば、正極と負極との間で電荷を繰り返し輸送することができる、酸化及び還元可能な化合物であれば特に限定されない。このレドックスシャトル剤としては、例えば、フェロセン系化合物、TEMPO系化合物、フェノチアジン系化合物、ビオロゲン系化合物及びキノン系化合物のうち1以上などが挙げられる。このレドックスシャトル剤は、リチウム基準電位で3.0V未満の酸化還元電位を有するものが好ましい。集電体がCu及びその合金である場合、リチウム基準電位で3.0V未満の酸化還元電位を有するレドックスシャトル剤では、Cuの溶出などをより抑制でき好ましい。なお、非水系二次電池の部材の材質によっては、レドックスシャトル剤は、リチウム基準電位で3.0V以上の酸化還元電位を有するものとしてもよい。 The redox shuttle agent is not particularly limited as long as it is a compound that can be oxidized and reduced and can repeatedly transport charge between the positive electrode and the negative electrode. Examples of redox shuttle agents include one or more of ferrocene-based compounds, TEMPO-based compounds, phenothiazine-based compounds, viologen-based compounds, and quinone-based compounds. The redox shuttle agent preferably has a redox potential of less than 3.0 V relative to the lithium potential. When the current collector is made of Cu or its alloy, a redox shuttle agent with a redox potential of less than 3.0 V relative to the lithium potential is preferred, as it can further suppress Cu elution. Depending on the materials used in the nonaqueous secondary battery, the redox shuttle agent may also have a redox potential of 3.0 V or higher relative to the lithium potential.

フェロセン系化合物としては、フェロセン及びその誘導体などが挙げられる。TEMPO系化合物としては、例えば、2,2,6,6-テトラメチルピペリジン1-オキシル(TEMPO)、N-(3,3,5,5-テトラメチル-4-オキシピペリジル)ピレン-1-カルボキシアミド(Pyrene-TEMPO)、4-メトキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシルラジカル(MeO-TEMPO)、4-ヒドロキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシベンゾエート(BzO-TEMPO)、4-アセトアミド-2,2,6,6-テトラメチル-1-ピペリジニルオキシ(Ac-TEMPO)などが挙げられる。 Ferrocene-based compounds include ferrocene and its derivatives. TEMPO-based compounds include, for example, 2,2,6,6-tetramethylpiperidine 1-oxyl (TEMPO), N-(3,3,5,5-tetramethyl-4-oxypiperidyl)pyrene-1-carboxyamide (Pyrene-TEMPO), 4-methoxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl radical (MeO-TEMPO), 4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxybenzoate (BzO-TEMPO), and 4-acetamido-2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidinyloxy (Ac-TEMPO).

フェノチアジン系化合物は、フェノチアジンでもよいし、フェノチアジンの誘導体でもよい。フェノチアジンは、チアジンの両端の各々にベンゼン環が縮環してできた複素環式化合物である。フェノチアジン系化合物は、フェノチアジンに置換基が導入されたものとしてもよい。フェノチアジン系化合物は、例えば、式(13)で表されるものとしてもよい。式(13)において、R3~R11は、それぞれが同じであっても異なっていてもよい官能基である。官能基としては、例えば、水素、アルキル基、アリール基、アシル基、アルコキシ基、アルキルスルファニル基、ヒドロキシル基、スルホン基、ニトロ基、アミノ基、カルボキシル基、又は、ハロゲンのうち1以上が挙げられる。アルキル基は、炭素数が1以上6以下としてもよく、直鎖でも分岐鎖を含んでいてもよいし、水素の一部または全部がハロゲンで置換されたハロゲン化アルキル基でもよい。アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、イソプロピル基、tert-ブチル基、トリフルオロメチル基が挙げられる。アリール基は、炭素数が6以上12以下としてもよい。アリール基としては、例えば、フェニル基、トリル基、キシリル基、メシチル基、ナフチル基が挙げられる。アシル基は、炭素数が1以上7以下としてもよい。アシル基としては、例えば、ホルミル基、アセチル基、ベンゾイル基が挙げられる。アルコキシ基は、炭素数が1以上6以下としてもよい。アルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、フェノキシ基が挙げられる。アルキルスルファニル基は、炭素数が1以上6以下としてもよい。アルキルスルファニル基としては、例えば、メチルスルファニル基、エチルスルファニル基が挙げられる。ハロゲンとしては、例えば、フッ素、塩素、臭素が挙げられる。式(13)において、R3~R11は、それぞれが独立で、水素、アルキル基、フェニル基、アセチル基、ハロゲンであるものとしてもよい。また、式(13)において、R3~R11のうちの6つ以上が水素であるものとしてもよいし、R3~R11のうちの7つ以上が水素であるものとしてもよい。フェノチアジン系化合物としては、例えば、フェノチアジン、2-トリフルオロメチルフェノチアジン、2-メトキシフェノチアジン、10-メチルフェノチアジン、2-エチルチオフェノチアジン、2-メチルチオフェノチアジン、2-クロロフェノチアジン、2-アセチルフェノチアジン、10-エチルフェノチアジン、10-イソプロピルフェノチアジン、10-tert-ブチルフェノチアジン、10-アセチルフェノチアジン、10-フェニルフェノチアジン、3,7-ジクロロ-10-エチルフェノチアジン、3,7-ジブロモ-10-エチルフェノチアジン、3,7-ビス(トリフルオロメチル)-10-エチルフェノチアジンなどが挙げられる。 The phenothiazine-based compound may be phenothiazine or a derivative of phenothiazine. Phenothiazine is a heterocyclic compound formed by condensing benzene rings at both ends of thiazine. The phenothiazine-based compound may be a phenothiazine with a substituent introduced therein. The phenothiazine-based compound may be, for example, a compound represented by formula (13). In formula (13), R 3 to R 11 are functional groups that may be the same or different. Examples of functional groups include one or more of hydrogen, alkyl groups, aryl groups, acyl groups, alkoxy groups, alkylsulfanyl groups, hydroxyl groups, sulfonic groups, nitro groups, amino groups, carboxyl groups, and halogens. The alkyl groups may have from 1 to 6 carbon atoms, may be linear or branched, or may be halogenated alkyl groups in which some or all of the hydrogen atoms are substituted with halogens. Examples of alkyl groups include methyl groups, ethyl groups, isopropyl groups, tert-butyl groups, and trifluoromethyl groups. The aryl group may have 6 to 12 carbon atoms. Examples of the aryl group include a phenyl group, a tolyl group, a xylyl group, a mesityl group, and a naphthyl group. The acyl group may have 1 to 7 carbon atoms. Examples of the acyl group include a formyl group, an acetyl group, and a benzoyl group. The alkoxy group may have 1 to 6 carbon atoms. Examples of the alkoxy group include a methoxy group, an ethoxy group, and a phenoxy group. The alkylsulfanyl group may have 1 to 6 carbon atoms. Examples of the alkylsulfanyl group include a methylsulfanyl group and an ethylsulfanyl group. Examples of the halogen include fluorine, chlorine, and bromine. In formula (13), R 3 to R 11 may each independently represent hydrogen, an alkyl group, a phenyl group, an acetyl group, or a halogen. In addition, in formula (13), six or more of R 3 to R 11 may be hydrogen, or seven or more of R 3 to R 11 may be hydrogen. Examples of phenothiazine compounds include phenothiazine, 2-trifluoromethylphenothiazine, 2-methoxyphenothiazine, 10-methylphenothiazine, 2-ethylthiophenothiazine, 2-methylthiophenothiazine, 2-chlorophenothiazine, 2-acetylphenothiazine, 10-ethylphenothiazine, 10-isopropylphenothiazine, 10-tert-butylphenothiazine, 10-acetylphenothiazine, 10-phenylphenothiazine, 3,7-dichloro-10-ethylphenothiazine, 3,7-dibromo-10-ethylphenothiazine, and 3,7-bis(trifluoromethyl)-10-ethylphenothiazine.

ビオロゲン系化合物は、ビオロゲンでもよいし、ビオロゲンの誘導体でもよい。ビオロゲン系化合物は、4,4’-ビピリジン骨格の二つのピリジン環窒素原子に各々炭化水素基が結合した構造を有する化合物であり、例えば式(14)の構造を有する。式(14)において、R12及びR13は、同じであっても異なっていてもよい炭化水素基である。炭化水素基としては、直鎖でもよいし分岐鎖を有していてもよい鎖状の炭化水素基や環状の炭化水素基が好ましい。鎖状の炭化水素基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デカニル基、ウンデカニル基、ドデカニル基などのアルキル基や、ビニル基、プロペニル基、ブテニル基、ペンテニル基、ヘプテニル基、オクテニル基、ノネニル基、デセニル基、ウンデセニル基、ドデセニル基などのアルケニル基などが挙げられる。また、環状の炭化水素基としては、シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基などのシクロアルキル基や、フェニル基、ナフチル基などのアリール基などが挙げられる。また、これらの炭化水素基は、カルボキシル基、アルコキシ基、ニトロ基、アミノ基、ハロゲン(F、Cl、Br等)などの置換基を有していてもよい。炭化水素基は、これらのうち、直鎖のアルキル基が好ましく、置換基を有さないものが好ましい。炭化水素基は、各々、炭素数20以下が好ましく、10以下がより好ましく、6以下がさらに好ましい。ビオロゲン系化合物は、4,4’-ビピリジン骨格の炭素のうちの1以上に、炭化水素基や、カルボキシル基、アルコキシ基、ニトロ基、アミノ基、ハロゲンなどの置換基が導入された構造を有するものとしてもよい。炭化水素基としては、上述した炭化水素基として例示したもののうち1以上などが挙げられる。ビオロゲン系化合物は、置換基を複数有する場合、置換基同士が結合して環を形成していてもよい。ビオロゲン類は、炭素数30以下が好ましく、20以下がより好ましく、14以下がさらに好ましい。このビオロゲン系化合物としては、具体的には、例えば、メチルビオロゲン、エチルビオロゲン、プロピルビオロゲン、ブチルビオロゲン、ペンチルビオロゲン、ヘキシルビオロゲン、ヘプチルビオロゲン、オクチルビオロゲンなどが挙げられる。また、ビオロゲン系化合物としては、1,1’-ジメチル-3,3’-[メチレンビス(オキシ)]-4,4’-ビピリジニウム、フェニルビオロゲン、1-(4-アミノフェニル)-1’-メチル-4,4’-ビピリジニウムなどが挙げられる。 The viologen compound may be a viologen or a derivative of a viologen. A viologen compound is a compound having a structure in which a hydrocarbon group is bonded to each of the two nitrogen atoms of the pyridine ring of a 4,4'-bipyridine skeleton, and has a structure represented by formula (14), for example. In formula (14), R 12 and R 13 are hydrocarbon groups that may be the same or different. The hydrocarbon group is preferably a linear or branched chain hydrocarbon group or a cyclic hydrocarbon group. Examples of the linear hydrocarbon group include alkyl groups such as methyl, ethyl, propyl, butyl, pentyl, hexyl, heptyl, octyl, nonyl, decanyl, undecanyl, and dodecanyl, and alkenyl groups such as vinyl, propenyl, butenyl, pentenyl, heptenyl, octenyl, nonenyl, decenyl, undecenyl, and dodecenyl. Examples of cyclic hydrocarbon groups include cycloalkyl groups such as cyclopropyl, cyclopentyl, cyclohexyl, and cycloheptyl, and aryl groups such as phenyl and naphthyl. These hydrocarbon groups may have a substituent such as a carboxyl group, an alkoxy group, a nitro group, an amino group, or a halogen (F, Cl, Br, etc.). Among these, linear alkyl groups are preferred, and those without a substituent are preferred. Each hydrocarbon group preferably has 20 or fewer carbon atoms, more preferably 10 or fewer carbon atoms, and even more preferably 6 or fewer carbon atoms. The viologen-based compound may have a structure in which a hydrocarbon group, a carboxyl group, an alkoxy group, a nitro group, an amino group, or a halogen atom is introduced into one or more carbon atoms of the 4,4'-bipyridine skeleton. Examples of hydrocarbon groups include one or more of the hydrocarbon groups exemplified above. When the viologen-based compound has multiple substituents, the substituents may be bonded to form a ring. The viologens preferably have 30 or less carbon atoms, more preferably 20 or less, and even more preferably 14 or less. Specific examples of the viologen compounds include methyl viologen, ethyl viologen, propyl viologen, butyl viologen, pentyl viologen, hexyl viologen, heptyl viologen, and octyl viologen. Further examples of the viologen compounds include 1,1'-dimethyl-3,3'-[methylenebis(oxy)]-4,4'-bipyridinium, phenyl viologen, and 1-(4-aminophenyl)-1'-methyl-4,4'-bipyridinium.

ビオロゲン系化合物は、式(14)のカチオンの対アニオンとして、ヘキサフルオロホスフェートアニオン(PF6 -)、テトラフルオロボレートアニオン(BF4 -)、ペンタフルオロアルシンアニオン(AsF6 -)、パークロレートアニオン(ClO4 -)、Br-、Cl-、F-などの無機アニオンや、トリフルオロメタンスルホン酸アニオン(CF3SO3 -)、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドアニオン(N(CF3SO22 -、TFSI)、トリス(トリフルオロメチルスルホニル)メチドアニオン(C(CF3SO23 -)、などの有機アニオンを有していてもよい。対アニオンは、不活性化の対象となる非水系二次電池の支持塩のアニオンと同種のものとしてもよいし、異なるものとしてもよい。 The viologen compound may have , as a counter anion to the cation of formula (14), an inorganic anion such as hexafluorophosphate anion ( PF6- ), tetrafluoroborate anion ( BF4- ) , pentafluoroarsine anion ( AsF6- ), perchlorate anion ( ClO4- ), Br- , Cl- , or F-, or an organic anion such as trifluoromethanesulfonate anion ( CF3SO3- ), bis ( trifluoromethanesulfonyl)imide anion (N( CF3SO2 ) 2- , TFSI), or tris(trifluoromethylsulfonyl)methide anion (C( CF3SO2 ) 3- ) . The counter anion may be the same as or different from the anion of the supporting salt of the nonaqueous secondary battery to be passivated.

キノン系化合物は、芳香族炭化水素骨格の2つの炭素上のC-H基を各々C=O基に置き換えた構造を有する化合物である。キノン系化合物は、4~7員環の芳香族炭化水素骨格を有するものとしてもよく、6員環の芳香族炭化水素骨格を有するもの(ベンゾキノン構造を有するもの)が好ましい。キノン類は、例えば、式(15)のp-ベンゾキノン構造や、式(16)のo-ベンゾキノン構造を有するものとしてもよく、式(15)のp-ベンゾキノン構造を有するものが好ましい。式(15)、(16)において、R22~R25は、それぞれが同じであっても異なっていてもよい官能基である。官能基としては、例えば、水素、アルキル基、アリール基、アシル基、アルコキシ基、アルキルスルファニル基、ヒドロキシル基、スルホン基、ニトロ基、アミノ基、カルボキシル基、又は、ハロゲンのうち1以上が挙げられる。キノン系化合物は、置換基を複数有する場合、置換基同士が結合して環を形成していてもよい。置換基同士が結合して環を形成したキノン系化合物としては、例えば、ナフトキノン(1,4-ナフトキノンや1,2-ナフトキノン等)、アントラキノン(9,10-アントラキノン等)、それらの誘導体などが挙げられる。キノン系化合物は、炭素数20以下が好ましく、14以下がより好ましく、10以下がさらに好ましい。キノン系化合物としては、具体的には、p-ベンゾキノンや、メチル-p-ベンゾキノン、2,5-ジメチル-1,4-ベンゾキノン、メトキシベンゾキノン、2,5-ジヒドロキシ-1,4-ベンゾキノン、1,4-ナフトキノン、2-メチル-1,4-ナフトキノン、2,3-ジクロロ-1,4-ナフトキノン、2-ヒドロキシ-1,4-ナフトキノン、アントラキノン、2-メチルアントラキノン、2-tert-ブチルアントラキノン、1-クロロアントラキノン、1,4-ジヒドロキシアントラキノン、1-ニトロアントラキノンなどが挙げられる。 A quinone compound is a compound having a structure in which the C—H groups on two carbon atoms of an aromatic hydrocarbon skeleton are each replaced with a C═O group. The quinone compound may have a 4- to 7-membered aromatic hydrocarbon skeleton, preferably a 6-membered aromatic hydrocarbon skeleton (a benzoquinone structure). Quinones may have, for example, a p-benzoquinone structure represented by formula (15) or an o-benzoquinone structure represented by formula (16), preferably a p-benzoquinone structure represented by formula (15). In formulas (15) and (16), R 22 to R 25 are functional groups that may be the same or different. Examples of functional groups include one or more of hydrogen, alkyl groups, aryl groups, acyl groups, alkoxy groups, alkylsulfanyl groups, hydroxyl groups, sulfonic groups, nitro groups, amino groups, carboxyl groups, and halogens. When a quinone compound has multiple substituents, the substituents may be bonded to form a ring. Examples of quinone compounds in which substituents are bonded to form a ring include naphthoquinones (1,4-naphthoquinone, 1,2-naphthoquinone, etc.), anthraquinones (9,10-anthraquinone, etc.), derivatives thereof, etc. The quinone compounds preferably have 20 or less carbon atoms, more preferably 14 or less, and even more preferably 10 or less. Specific examples of quinone compounds include p-benzoquinone, methyl-p-benzoquinone, 2,5-dimethyl-1,4-benzoquinone, methoxybenzoquinone, 2,5-dihydroxy-1,4-benzoquinone, 1,4-naphthoquinone, 2-methyl-1,4-naphthoquinone, 2,3-dichloro-1,4-naphthoquinone, 2-hydroxy-1,4-naphthoquinone, anthraquinone, 2-methylanthraquinone, 2-tert-butylanthraquinone, 1-chloroanthraquinone, 1,4-dihydroxyanthraquinone, and 1-nitroanthraquinone.

不活性化剤に含まれるレドックスシャトル剤の濃度は、より高い方が好ましく、1.0mmol/L以上が好ましく、2.0mmol/L以上がより好ましく、2.5mmol/L以上がさらに好ましく、3.0mmol/L以上としてもよい。レドックスシャトル剤の濃度が高いほど、電気自動車(EV)用など高エネルギー密度の電池を短時間で放電させることができ、好ましい。不活性化剤に含まれるレドックスシャトル剤の濃度は、溶解度以下としてもよく、5.0mol/L以下としてもよい。 The concentration of the redox shuttle agent contained in the deactivator is preferably higher, preferably 1.0 mmol/L or higher, more preferably 2.0 mmol/L or higher, even more preferably 2.5 mmol/L or higher, and may be 3.0 mmol/L or higher. A higher concentration of the redox shuttle agent is preferable, as it allows high-energy density batteries, such as those used in electric vehicles (EVs), to be discharged in a shorter period of time. The concentration of the redox shuttle agent contained in the deactivator may be below the solubility limit, or may be 5.0 mol/L or lower.

不活性化剤は、レドックスシャトル剤以外の溶質を含むものとしてもよいが、溶質を含まないことが好ましい。不活性化剤は、レドックスシャトル剤以外の溶質を含むとしても、0.1mmol/L未満や0.01mmol/L未満であることが好ましい。不活性化剤において、レドックスシャトル剤以外の溶質が少ないほど、粘度が低い傾向にあるため、不活性化がより迅速に進行するからである。溶質としては、例えば、上述した支持塩などが挙げられる。支持塩は、不活性化の対象となる非水系二次電池のイオン伝導媒体に含まれる支持塩と同じでもよいし、異なってもよい。 The deactivator may contain solutes other than the redox shuttle agent, but preferably does not contain any solutes. Even if the deactivator contains solutes other than the redox shuttle agent, the concentration is preferably less than 0.1 mmol/L or less than 0.01 mmol/L. This is because the lower the content of solutes other than the redox shuttle agent in the deactivator, the lower the viscosity tends to be, and therefore the more rapidly the deactivation proceeds. Examples of solutes include the supporting salts mentioned above. The supporting salt may be the same as or different from the supporting salt contained in the ionically conductive medium of the nonaqueous secondary battery to be deactivated.

[不活性化方法]
続いて、上述した不活性化剤を用いて上述した非水系二次電池を不活性化する方法について説明する。この不活性化方法は、非水系二次電池の内部に不活性化剤を添加する添加工程を含む。具体的には、非水系二次電池の正極及び負極と不活性化剤とが接触するように、不活性化剤を添加する。不活性化剤の添加方法は、特に限定されないが、電池容器を一旦開封して不活性化剤を注入した後、必要に応じて再び封止してもよいし、電池容器の外部から注射器によって注入したあと、必要に応じて封止してもよい。添加工程は、アルゴン雰囲気などの不活性雰囲気下で行うことが好ましい。
[Inactivation method]
Next, a method for deactivating the nonaqueous secondary battery using the deactivator described above will be described. This deactivation method includes an addition step of adding the deactivator to the interior of the nonaqueous secondary battery. Specifically, the deactivator is added so that the deactivator comes into contact with the positive and negative electrodes of the nonaqueous secondary battery. The method for adding the deactivator is not particularly limited. For example, the battery container may be opened once, the deactivator may be injected, and then resealed as needed. Alternatively, the deactivator may be injected from the outside of the battery container using a syringe and then sealed as needed. The addition step is preferably performed in an inert atmosphere such as an argon atmosphere.

この添加工程では、非水系二次電池の容量に対するレドックスシャトル剤の量が0.1mol/Ah以下の範囲で不活性化剤を添加することが好ましい。非水系二次電池は、その内部空間に限りがあるため、不活性化剤の添加量はより少ない方が好ましい。この添加量は、0.01mol/Ah以下の範囲としてもよいし、0.005mol/Ah以下の範囲としてもよい。この非水系二次電池の容量に対するレドックスシャトル剤の量は、0.001mol/Ah以上の範囲としてもよいし、0.002mol/Ah以上の範囲としてもよいし、0.003mol/Ah以上の範囲としてもよい。この添加量が0.001mol/Ah以上の範囲では、不活性化に要する時間をより短縮でき、好ましい。 In this addition step, it is preferable to add the deactivator in an amount of 0.1 mol/Ah or less relative to the capacity of the non-aqueous secondary battery. Because non-aqueous secondary batteries have limited internal space, it is preferable to add a smaller amount of deactivator. This amount may be 0.01 mol/Ah or less, or 0.005 mol/Ah or less. The amount of redox shuttle agent relative to the capacity of the non-aqueous secondary battery may be 0.001 mol/Ah or more, 0.002 mol/Ah or more, or 0.003 mol/Ah or more. Addition of an amount of 0.001 mol/Ah or more is preferable, as it further shortens the time required for deactivation.

不活性化剤の添加量は、非水系二次電池のサイズなどに応じて適宜選択すればよく、例えば、0.01mL以上10mL以下としてもよく、0.05mL以上5.0mL以下としてもよい。不活性化剤の添加量は、例えば、不活性化の対象となる非水系二次電池に含まれるイオン伝導媒体の体積[mL]に対して、0.01%以上500%以下としてもよく、1%以上300%以下としてもよい。 The amount of deactivator added can be selected appropriately depending on the size of the nonaqueous secondary battery, and may be, for example, 0.01 mL to 10 mL, or 0.05 mL to 5.0 mL. The amount of deactivator added may be, for example, 0.01% to 500% or 1% to 300% of the volume [mL] of the ion conductive medium contained in the nonaqueous secondary battery to be deactivated.

不活性化剤を添加した非水系二次電池は、例えば、静置して保持してもよいし、加振しながら保持してもよい。保持時間は、非水系二次電池の容量や不活性化剤の添加量に応じて、不活性化が完了するまでの時間として経験的に定められる時間とすればよい。保持時間は、非水系二次電池の容量や不活性化剤の添加量にもよるが、例えば、6時間以上500時間以下としてもよく、30時間以上300時間以下としてもよく、50時間以上200時間以下としてもよい。また、不活性化剤を添加した非水系二次電池に対して、超音波処理を行うものとしてもよい。超音波処理を実行すると、電極合材が集電体から剥離する時間をより短縮することができ好ましい。超音波処理は、例えば、周波数10kHz以上120kHz以下の範囲で実行することが好ましく、周波数30kHz以上80kHz以下の範囲で実行することがより好ましい。超音波処理を行う時間は、非水系二次電池のサイズなどにもよるが、10秒以上が好ましく、30秒以上がより好ましく、1分以上としてもよい。また、超音波処理を行う時間は、1時間以下としてもよい。 The nonaqueous secondary battery containing the added deactivator may be held stationary or vibrated. The holding time may be empirically determined as the time required for complete deactivation, depending on the capacity of the nonaqueous secondary battery and the amount of deactivator added. The holding time may be, for example, 6 hours to 500 hours, 30 hours to 300 hours, or 50 hours to 200 hours, depending on the capacity of the nonaqueous secondary battery and the amount of deactivator added. Furthermore, the nonaqueous secondary battery containing the added deactivator may be subjected to ultrasonic treatment. Ultrasonic treatment is preferable because it can further shorten the time it takes for the electrode composite to peel off from the current collector. Ultrasonic treatment is preferably performed at a frequency of 10 kHz to 120 kHz, and more preferably at a frequency of 30 kHz to 80 kHz. The duration of ultrasonic treatment depends on the size of the nonaqueous secondary battery, but is preferably 10 seconds or more, more preferably 30 seconds or more, and may be 1 minute or more. The ultrasonic treatment time may also be one hour or less.

この不活性化方法で非水系二次電池が不活性化するメカニズムは、以下のように推察される。図2は、非水系二次電池が不活性化するメカニズムを示す説明図である。正極電位より低く負極電位より高い酸化還元電位を示すレドックスシャトル剤(図中のRS)を電池に添加すると、正極あるいは負極とレドックスシャトル剤の電位差を駆動力として、負極からレドックスシャトル剤およびレドックスシャトル剤から正極への電子移動が進行し、電池が放電する。具体的には、レドックスシャトル剤の還元体(図中のRS(red))が正極に電子を与えて酸化体(図中のRS(ox))となり、レドックスシャトル剤の酸化体が負極から電子を受け取って還元体となる、という動作が繰り返し進行し、電池が放電する。正極電位あるいは負極電位がレドックスシャトル剤の酸化還元電位に等しくなると、その電極の放電はそれ以上進行しなくなる。従って、正極電位と負極電位は、最終的にはレドックスシャトル剤の電位に等しくなり、不活性化が完了する。なお、「不活性化が完了」とは、少なくとも非水系二次電池のSOCが0%になるまで放電されていることをいうものとしてもよい。SOCが0%になるまで放電されていれば、例えばLi基準電位で1.5V超過3.0V未満など、負極電位が低すぎないため、イオン伝導媒体である電解液等の分解によるガス発生が生じにくく、電極自体の安全性も高い。したがって、不活性化後のリサイクルや廃棄を安全に行うことができる。不活性化後の電池電圧は低いほどスパークが起こりにくいため好ましく、例えば、3.0V以下としてもよく、1.2V以下や、1.0V以下、0.5V以下などとすることがより好ましい。 The mechanism by which this deactivation method deactivates nonaqueous secondary batteries is believed to be as follows. Figure 2 is an explanatory diagram illustrating the mechanism by which nonaqueous secondary batteries are deactivated. When a redox shuttle agent (RS in the figure) with a redox potential lower than the positive electrode potential and higher than the negative electrode potential is added to a battery, the potential difference between the positive or negative electrode and the redox shuttle agent serves as the driving force for electron transfer from the negative electrode to the redox shuttle agent and from the redox shuttle agent to the positive electrode, resulting in discharge of the battery. Specifically, the reduced form of the redox shuttle agent (RS (red) in the figure) donates electrons to the positive electrode to become the oxidized form (RS (ox) in the figure), and the oxidized form of the redox shuttle agent accepts electrons from the negative electrode to become the reduced form. This process repeats, resulting in discharge of the battery. When the positive or negative electrode potential becomes equal to the redox potential of the redox shuttle agent, discharge of that electrode no longer proceeds. Therefore, the positive electrode potential and the negative electrode potential eventually become equal to the potential of the redox shuttle agent, completing the deactivation. Note that "deactivation is complete" may refer to the nonaqueous secondary battery being discharged until the SOC reaches 0%. If the battery is discharged until the SOC reaches 0%, the negative electrode potential is not too low, for example, greater than 1.5 V and less than 3.0 V relative to the Li reference potential. This makes it difficult for gas to be generated due to decomposition of the electrolyte, which serves as an ion-conducting medium, and the safety of the electrode itself is also high. Therefore, recycling and disposal after deactivation can be carried out safely. The lower the battery voltage after deactivation, the less likely sparks will occur, so it is preferable. For example, it may be 3.0 V or less, and more preferably 1.2 V or less, 1.0 V or less, or 0.5 V or less.

また、例えば、非水系二次電池の電極にスチレンブタジエンゴム(SBR)を結着材として用いた電極を有する場合、この不活性化剤は、この電極の電極合材と集電体との剥離を実現することができる。スチレンブタジエンゴム(SBR)の構造を式(17)に示す。式(17)に示すように、SBRは、直鎖アルキル基もしくはフェニル基を持つ溶媒への高い溶解性を持つことが推察される。また、不活性化剤の非水系溶媒としてのカルボン酸エステルは、例えば、酢酸オクチル(式(2))や酢酸フェニル(式(3))など、直鎖アルキル基もしくはフェニル基を持つ溶媒であり、SBRの結着性に影響を与えるものと推察される。そして、SBRが不活性化剤の非水系溶液中に溶解し、電極合材の結着力が弱まった結果、集電体から電極合材が剥離する現象が起きるものと推定される。 Furthermore, for example, when a nonaqueous secondary battery has electrodes using styrene butadiene rubber (SBR) as a binder, this deactivator can achieve peeling between the electrode composite and the current collector. The structure of styrene butadiene rubber (SBR) is shown in formula (17). As shown in formula (17), SBR is presumed to have high solubility in solvents containing linear alkyl or phenyl groups. Furthermore, the carboxylic acid ester used as the nonaqueous solvent for the deactivator is a solvent containing linear alkyl or phenyl groups, such as octyl acetate (formula (2)) or phenyl acetate (formula (3)), and is presumed to affect the binding strength of the SBR. It is presumed that the SBR dissolves in the nonaqueous solution of the deactivator, weakening the binding strength of the electrode composite, resulting in the electrode composite peeling from the current collector.

以上説明した不活性化剤及び不活性化方法では、非水系二次電池を不活性化させることができる。このような効果が得られる理由は、例えば、以下のように推察される。充電状態の非水系二次電池に、酸化還元電位が正極電位より低く負極電位より高いレドックスシャトル剤を添加すると、各電極とレドックスシャトル剤との電位差を駆動力として、電池の放電が進行し、電池の不活性化を図ることができる。このとき、カルボン酸エステル化合物は、レドックスシャトル剤を十分溶解し、化学的により安定であるため、レドックスシャトル剤をより確実に機能させることができる。また、カルボン酸エステル化合物を含む非水系溶媒を用いることによって、例えば、電極の結着材(SBRなど)に作用し、集電体と電極合材との剥離を促進することができる。このため、非水系二次電池の廃棄時において、電極部材を解体する際に、別途、溶液を用意し、電極合材の剥離処理の実行を省略することができ、工程をより簡略化することができる。また、カルボン酸エステル化合物を含む非水系溶媒を用いることによって、例えば、非水系二次電池に用いられる電解液の引火点を上昇することができ、非水系二次電池の廃棄時における安全性をより高めることができる。 The deactivator and deactivation method described above can deactivate nonaqueous secondary batteries. The reason for this effect is believed to be as follows: When a redox shuttle agent with a redox potential lower than the positive electrode potential and higher than the negative electrode potential is added to a charged nonaqueous secondary battery, the potential difference between each electrode and the redox shuttle agent serves as the driving force for battery discharge, thereby deactivating the battery. In this case, a carboxylic acid ester compound sufficiently dissolves the redox shuttle agent and is chemically stable, allowing the redox shuttle agent to function more reliably. Furthermore, using a nonaqueous solvent containing a carboxylic acid ester compound can, for example, act on the electrode binder (e.g., SBR) and promote the separation of the current collector from the electrode composite. Therefore, when disassembling the electrode components during disposal of a nonaqueous secondary battery, a separate solution can be prepared, eliminating the need for a separation process for the electrode composite, further simplifying the process. Furthermore, by using a non-aqueous solvent containing a carboxylic acid ester compound, it is possible to increase the flash point of the electrolyte used in the non-aqueous secondary battery, thereby further improving safety when disposing of the non-aqueous secondary battery.

なお、本開示は、上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本開示の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。 It goes without saying that the present disclosure is in no way limited to the above-described embodiments, and can be implemented in various forms as long as they fall within the technical scope of the present disclosure.

例えば、上述した実施形態では、不活性化する非水系二次電池は、リチウムイオン二次電池として説明したが、特にこれに限定されず、ハイブリッドキャパシタ、疑似電気二重層キャパシタ、リチウムやナトリウムのアルカリ金属二次電池、アルカリ金属イオン電池などとしてもよい。 For example, in the above-described embodiment, the nonaqueous secondary battery to be deactivated was described as a lithium ion secondary battery, but this is not particularly limited, and the battery may also be a hybrid capacitor, a pseudo-electric double layer capacitor, a lithium or sodium alkali metal secondary battery, an alkali metal ion battery, etc.

以下には、本開示の非水系二次電池の不活性化剤及び不活性化方法を具体的に検討した例を実験例として説明する。実験例1、4、5、7、8が本開示の実施例に相当し、実験例2、3、6が比較例に相当する。 Below, experimental examples are described that specifically examine the deactivators and deactivation methods for nonaqueous secondary batteries disclosed herein. Experimental Examples 1, 4, 5, 7, and 8 correspond to working examples of the present disclosure, while Experimental Examples 2, 3, and 6 correspond to comparative examples.

(実験例1)
不活性化剤として、レドックスシャトル剤であるフェノチアジンを溶媒である酢酸オクチル(式(2))に0.05mol/Lの濃度で溶解し、調製した。不活性化剤の添加による電池の不活性化挙動を評価した。評価セルとして、黒鉛を負極活物質とする負極と、LiNi1/3Co1/3Mn1/32を正極活物質とする正極とからなるリチウムイオン電池を作製した。負極としては、黒鉛:鱗状黒鉛:カルボキシメチルセルロース(CMC):スチレンブタジエンゴム(SBR)を質量比で93.1:4.9:1:1に配合したスラリー合材を銅箔に塗工し、120℃で真空乾燥させたものを用いた。正極としては、LiNi1/3Co1/3Mn1/32:アセチレンブラック:ポリフッ化ビニリデン(PVdF)を質量比で93:4:3に配合したスラリー合材をアルミニウム箔に塗工し、120℃で真空乾燥させたものを用いた。非水系電解液としては、エチレンカーボネート(EC)、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)の混合溶媒(体積比3:4:3)にヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6)を濃度1mol/Lで溶解したものを用いた。セパレータとしては、ポリエチレン単層微多孔膜を用いた。正極と負極とを電解液を浸み込ませたセパレータを介して対向させ、ラミネートフィルム内に封入し、評価セルとした。このセルに対し、温度20℃、電圧範囲3.0~4.1Vで充放電を2サイクル実施した後、4.1Vまで充電し、満充電状態にした。なお、この評価セルの電池容量は17mAhであった。この評価セルに対し、常温25℃、不活性雰囲気(Ar)内にて、調製した不活性化剤1.2mLを注射により一度に全量を注入して注射孔を封じた。正極合材、セパレータ及び負極合材が密着した状態を保ったままで20℃の恒温槽に評価セルを静置して電圧の経時変化を記録しながら不活性化を行った。
(Experimental Example 1)
The deactivator was prepared by dissolving the redox shuttle agent phenothiazine in octyl acetate (formula (2)) at a concentration of 0.05 mol/L. The deactivation behavior of the battery due to the addition of the deactivator was evaluated. A lithium-ion battery was fabricated as an evaluation cell, consisting of a negative electrode using graphite as the negative electrode active material and a positive electrode using LiNiCoMnO2 as the positive electrode active material. The negative electrode was prepared by coating a copper foil with a slurry mixture containing graphite, flaky graphite, carboxymethyl cellulose (CMC), and styrene butadiene rubber (SBR) in a mass ratio of 93.1:4.9:1:1 and then vacuum drying at 120°C. The positive electrode was a slurry mixture of LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 : acetylene black : polyvinylidene fluoride (PVdF) in a mass ratio of 93:4:3, coated on aluminum foil, and vacuum dried at 120 ° C. The nonaqueous electrolyte solution was a 1 mol/L solution of lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) in a mixed solvent of ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC), and ethyl methyl carbonate (EMC) (volume ratio 3:4:3). A polyethylene single-layer microporous membrane was used as the separator. The positive electrode and negative electrode were placed opposite each other with a separator impregnated with the electrolyte interposed between them and enclosed in a laminate film to form an evaluation cell. This cell was subjected to two charge/discharge cycles at a temperature of 20°C and a voltage range of 3.0 to 4.1 V, and then charged to 4.1 V to be fully charged. The battery capacity of this evaluation cell was 17 mAh. At room temperature of 25°C in an inert atmosphere (Ar), 1.2 mL of the prepared deactivator was injected all at once into this evaluation cell by injection, and the injection hole was sealed. The evaluation cell was placed in a thermostatic chamber at 20°C while maintaining the positive electrode composite, separator, and negative electrode composite in close contact, and deactivation was performed while recording the change in voltage over time.

(実験例2)
不活性化剤として、レドックスシャトル剤である4-メトキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン1-オキシル(MeO-TEMPO)をエチレンカーボネート(EC)、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)を体積比で3:4:3で混合した溶媒に0.1mmol/Lの濃度で溶解し、調製した。実験例1と同様に、実験例2の不活性化剤を評価セルに注入し、正極合材、セパレータ及び負極合材が密着した状態を保ったままで20℃の恒温槽に評価セルを静置して電圧の経時変化を記録しながら不活性化を行った。
(Experimental Example 2)
The deactivator was prepared by dissolving 4-methoxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine 1-oxyl (MeO-TEMPO), a redox shuttle agent, in a solvent containing ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC), and ethyl methyl carbonate (EMC) in a volume ratio of 3:4:3, at a concentration of 0.1 mmol/L. As in Experimental Example 1, the deactivator of Experimental Example 2 was injected into the evaluation cell, and the evaluation cell was placed in a thermostatic chamber at 20°C while maintaining the positive electrode composite, separator, and negative electrode composite in close contact, and deactivation was performed while recording the change in voltage over time.

(剥離試験)
上述した評価セルの負極と、不活性化剤とを用い、負極合材の剥離試験を行った。1対の負極の間にポリエチレン製セパレータを間に挟んだ試験体を用意し、20mm×5mmに切り出した。上記試験体を不活性化剤などの試験液に浸漬し、72時間静置後又は、72時間静置後に30秒間超音波処理を実施して集電体と負極合材層との剥離状況を目視確認した。超音波処理には、アズワン社製USK-3Rを用い周波数40kHzで行った。
(Peel test)
A peeling test of the negative electrode composite was conducted using the negative electrode of the evaluation cell described above and a passivator. A test specimen was prepared by sandwiching a polyethylene separator between a pair of negative electrodes and cut into a 20 mm x 5 mm piece. The test specimen was immersed in a test solution such as a passivator and left to stand for 72 hours, or after leaving to stand for 72 hours, ultrasonic treatment was performed for 30 seconds, and the state of peeling between the current collector and the negative electrode composite layer was visually confirmed. The ultrasonic treatment was performed using a USK-3R ultrasonic wave blaster manufactured by AS ONE Corporation at a frequency of 40 kHz.

(実験例3、6)
1mol/LのLiPF6をEC、DMC、EMCを体積比で3:4:3で混合した溶媒に溶かした溶液(溶液1)を用い、上記試験体を浸漬して静置したものを実験例3とした。また、浸漬静置した実験例3ののち、30秒間超音波処理を行ったものを実験例6とした。
(Experimental Examples 3 and 6)
The above test specimen was immersed in a solution (Solution 1) prepared by dissolving 1 mol/L LiPF6 in a solvent in which EC, DMC, and EMC were mixed in a volume ratio of 3:4:3, and left to stand, which was used as Experimental Example 3. Furthermore, the test specimen was immersed in the solution of Experimental Example 3 and then subjected to ultrasonic treatment for 30 seconds, which was used as Experimental Example 6.

(実験例4、7)
酢酸オクチルと溶液1とを体積比で1:1に混合した溶液に上記試験体を浸漬して静置したものを実験例4とした。また、浸漬静置した実験例4ののち、30秒間超音波処理を行ったものを実験例7とした。
(Experimental Examples 4 and 7)
The test specimen was immersed in a solution in which octyl acetate and Solution 1 were mixed in a volume ratio of 1:1 and allowed to stand, which was used as Experimental Example 4. Furthermore, the test specimen was immersed in Experimental Example 4 and then subjected to ultrasonic treatment for 30 seconds, which was used as Experimental Example 7.

(実験例5、8)
酢酸フェニルと溶液1とを体積比で1:1に混合した溶液に上記試験体を浸漬して静置したものを実験例5とした。また、浸漬静置した実験例5ののち、30秒間超音波処理を行ったものを実験例8とした。
(Experimental Examples 5 and 8)
The test specimen was immersed in a solution in which phenyl acetate and Solution 1 were mixed in a volume ratio of 1:1 and allowed to stand, which was used as Experimental Example 5. Furthermore, the test specimen was immersed in Experimental Example 5 and then subjected to ultrasonic treatment for 30 seconds, which was used as Experimental Example 8.

(引火点算出)
引火点を次の手順で算出した。
1.DMC及び酢酸オクチルの引火点における蒸気圧をアントワン式より算出した。
2.DMCと酢酸オクチルとのモル比を変えて各温度でのDMC及び酢酸オクチルの蒸気圧の分圧を計算した。
3.酢酸オクチルの引火点以下で各組成でのDMCの蒸気圧の分圧を計算したリストと、DMCの引火点での蒸気圧を比較して、蒸気圧が同等となる組成を算出し、その組成の引火点とした。
(Flash point calculation)
The flash point was calculated by the following procedure.
1. The vapor pressures of DMC and octyl acetate at their flash points were calculated using the Antoine equation.
2. The molar ratio of DMC to octyl acetate was changed and the partial vapor pressures of DMC and octyl acetate at each temperature were calculated.
3. The partial vapor pressure of DMC for each composition below the flash point of octyl acetate was calculated, and compared with the vapor pressure at the flash point of DMC, to calculate the composition with the equivalent vapor pressure, which was then used as the flash point of that composition.

(結果と考察)
図3は、実験例1,2の不活性化剤を満充電状態の評価セルに添加後の放電挙動である。図4は、実験例3~5の電極合材の剥離状態の一例を示す写真である。図5は、実験例6~8の超音波処理後の電極合材の剥離状態を示す写真である。図3に示すように、実験例2では、時間経過後も4V以上を示し不活性化がほとんど進行していないのに対して、実験例1では、0Vに到達し、不活性化が十分進行することがわかった。また、図4に示すように、実験例3では、72時間の静置後も銅箔上に黒色の電極合材が形成された状態であり、電極合材の剥離が進行しなかった。一方、実験例4、5では、黒色の電極合材が溶液中に確認され、電極合材の剥離が進行することがわかった。また、図5に示すように、実験例6では、静置後の超音波処理を施しても電極合材の剥離は進行しなかった。一方、実験例7、8では、静置後の超音波処理によって電極合材の剥離がより進行した。このように、レドックスシャトル剤とカルボン酸エステル化合物とを含む不活性化剤を用いると、二次電池の不活性化を図ると共に、電極合材の剥離を進行することができることがわかった。
(Results and Discussion)
Figure 3 shows the discharge behavior after adding the passivators of Experimental Examples 1 and 2 to fully charged evaluation cells. Figure 4 is a photograph showing an example of the peeling state of the electrode composite in Experimental Examples 3 to 5. Figure 5 is a photograph showing the peeling state of the electrode composite after ultrasonic treatment in Experimental Examples 6 to 8. As shown in Figure 3, Experimental Example 2 showed a voltage of 4 V or higher even after the passage of time, indicating little progress in passivation, whereas Experimental Example 1 reached 0 V, indicating sufficient progress in passivation. Also, as shown in Figure 4, in Experimental Example 3, a black electrode composite was formed on the copper foil even after 72 hours of standing, indicating no progress in peeling of the electrode composite. On the other hand, in Experimental Examples 4 and 5, black electrode composite was observed in the solution, indicating progress in peeling of the electrode composite. Also, as shown in Figure 5, in Experimental Example 6, peeling of the electrode composite did not progress even after standing and ultrasonic treatment. On the other hand, in Experimental Examples 7 and 8, peeling of the electrode composite progressed more rapidly after standing and ultrasonic treatment. In this way, it was found that the use of a deactivator containing a redox shuttle agent and a carboxylic acid ester compound can deactivate the secondary battery and accelerate the peeling of the electrode mixture.

電極合材の剥離について考察すると、式(2)、(3)、(17)に示すように、SBR、酢酸オクチル、酢酸フェニルの分子形状から、SBRは直鎖アルキル基もしくはフェニル基を持つ溶媒への高い溶解性を持つことが推察される。このため、SBRが溶液中に溶解して活物質の結着力が弱まった結果、剥離が起きたものと推定された。同様の負極合材を用いて構成されたリチウムイオン電池では負極合材はセパレータを挟んで正極合材と対向し、密着した状態にある。このため、添加した溶液が浸透して不活性化前から存在していた電解液と混和して均一な溶液になるにはより長い時間を要すると推定されるものの、一旦混和すれば、本剥離実験と同様の状態となるため、同等の剥離効果が得られるものと推察された。また、酢酸系溶媒など、カルボン酸エステル化合物としては、例えば酢酸エチルや酢酸アミルなど直鎖を有し、かつその長さが異なるものや、酢酸メンチルなど環状炭素鎖を有するものがあり、不活性化剤の溶媒としてこれらの溶媒を用いた場合も同様に剥離効果が得られるものと推察された(式(2)~(12))。 Considering the delamination of the electrode composite, as shown in equations (2), (3), and (17), the molecular shapes of SBR, octyl acetate, and phenyl acetate suggest that SBR has high solubility in solvents containing linear alkyl or phenyl groups. Therefore, it is presumed that delamination occurred as a result of SBR dissolving in the solution and weakening the binding strength of the active material. In a lithium-ion battery constructed using a similar negative electrode composite, the negative electrode composite faces the positive electrode composite across the separator, and they are in close contact. Therefore, it is presumed that it takes longer for the added solution to penetrate and mix with the electrolyte present before deactivation to form a homogeneous solution. However, once mixed, the state is similar to that in this delamination experiment, and therefore it is presumed that a similar delamination effect can be obtained. Additionally, carboxylic acid ester compounds, such as acetic acid-based solvents, include compounds with linear chains of varying lengths, such as ethyl acetate and amyl acetate, and compounds with cyclic carbon chains, such as menthyl acetate. It was hypothesized that similar stripping effects would be achieved when these solvents were used as deactivator solvents (formulas (2) to (12)).

上記メカニズムは、分子の類似性を定量化したハンセン溶解度パラメータ(HSP)で考察することができる。HSPは、化合物の溶解性の指標として用いられるパラメータであり、核物質ごとに分散力δD、分極力δP、水素結合力δHを実験的もしくは計算で決定し、化合物間のδD、δP、δHを軸にした3次元直交空間であるハンセン空間での距離で溶解度を推測もしくは決定するものである。また、混合溶媒のHSPは、混合する各溶媒の体積平均で代表される。SBRのHSPは、例えば、参考文献1(Polym.Test., 81, (2020), 106253.)に記載のδD=18.0MPa1/2、δP=2.9MPa1/2、δH=2.3MPa1/2である。一方、リチウムイオン二次電池に用いられる炭酸系溶媒は、参考文献2(Solubility Science; Principles and Practice, Version 1.0.2.1a, March 2021, Steven Abbott.)などを参照すると、DMCはδD=15.5MPa1/2、δP=8.6MPa1/2、δH=9.7MPa1/2であり、ECはδD=18.0MPa1/2、δP=21.7MPa1/2、δH=5.1MPa1/2である。この溶媒は、リチウム塩の溶解性や解離性を考慮すると、δP及びδHがSBRと比べて高い。一方、酢酸オクチルは、δD=15.8MPa1/2、δP=2.9MPa1/2、δH=5.1MPa1/2であり、電解液への添加でδP及びδHを共に下げることができると推察された。このように、不活性化剤を電解液へ添加すると、SBRと混合溶液とのHSPがハンセン空間上でより近くなるため、SBRの膨潤もしくは溶解が起き、電極合材の結着力が弱まるものと推察された。また、酢酸フェニルは、δD=19.8MPa1/2、δP=5.2MPa1/2、δH=6.4MPa1/2であり、酢酸オクチルと同様の効果が期待できるものと推察された。 The above mechanism can be considered using the Hansen Solubility Parameter (HSP), which quantifies molecular similarity. HSP is a parameter used as an indicator of a compound's solubility. The dispersion force δD, polarization force δP, and hydrogen bonding force δH are determined experimentally or by calculation for each core substance, and the solubility is estimated or determined based on the distance between compounds in Hansen space, a three-dimensional orthogonal space centered on the δD, δP, and δH axes. The HSP of a mixed solvent is represented by the volume average of each solvent mixed. The HSP of SBR, for example, is δD = 18.0 MPa 1/2 , δP = 2.9 MPa 1/2 , and δH = 2.3 MPa 1/2 , as described in Reference 1 (Polym.Test., 81, (2020), 106253.). On the other hand, with reference to Reference 2 (Solubility Science; Principles and Practice, Version 1.0.2.1a, March 2021, Steven Abbott.), carbonate solvents used in lithium-ion secondary batteries have δD = 15.5 MPa 1/2 , δP = 8.6 MPa 1/2 , and δH = 9.7 MPa 1/2 for DMC, and δD = 18.0 MPa 1/2 , δP = 21.7 MPa 1/2 , and δH = 5.1 MPa 1/2 for EC. Considering the solubility and dissociation of lithium salts, these solvents have higher δP and δH than SBR. On the other hand, octyl acetate had δD = 15.8 MPa 1/2 , δP = 2.9 MPa 1/2 , and δH = 5.1 MPa 1/2 , suggesting that adding it to the electrolyte can lower both δP and δH. Thus, adding a deactivator to the electrolyte is thought to cause the HSPs of the SBR and the mixed solution to become closer in the Hansen space, resulting in swelling or dissolution of the SBR and weakening the binding strength of the electrode composite. Furthermore, phenyl acetate had δD = 19.8 MPa 1/2 , δP = 5.2 MPa 1/2 , and δH = 6.4 MPa 1/2 , suggesting that it can be expected to have the same effect as octyl acetate.

表1にDMC(分子量90g/mol、密度1.07g/cm3)と酢酸オクチル(分子量172.3g/mol、密度0.87g/cm3)の混合溶媒の引火点の計算結果をまとめた。酢酸オクチルの引火点は86℃であり、表1の60℃以下でのDMCと酢酸オクチルとの混合溶媒では、常にDMCの引火点に対して高い値を示した。また、混合割合によらずDMCの割合の減少に伴い単調に引火点は上がり、DMCと酢酸オクチルとを体積比で等量の混合をした際には、DMCの引火点(16℃)に対して10℃程度の上昇が見込まれた。これは、参考文献3(J. Electrochem. Soc. 162 A3084.)に記載のDMCの引火点と、DMCとECとを体積比で1対1で混合した際の引火点の差が約10℃である点と同等であり、妥当であった。また、例えば、電解液としてEC、DMC、EMCを3:4:3で配合した溶媒を用いている場合、電池内部に存在する電解液と同量の不活性化剤を添加すると、電池内部に存在する溶液のうち最も引火点の低いDMCの体積比は20%以下や15%以下となり、引火点としては、30℃以上や40℃以上になることが推測された。 Table 1 summarizes the calculated flash points of mixed solvents of DMC (molecular weight 90 g/mol, density 1.07 g/cm 3 ) and octyl acetate (molecular weight 172.3 g/mol, density 0.87 g/cm 3 ). Octyl acetate has a flash point of 86°C, and the mixed solvents of DMC and octyl acetate at temperatures below 60°C in Table 1 always exhibited higher values than the flash point of DMC. Furthermore, regardless of the mixing ratio, the flash point increased monotonically with decreasing DMC content. When DMC and octyl acetate were mixed in equal volumetric ratios, an increase of approximately 10°C was expected compared to the flash point of DMC (16°C). This was comparable to the approximately 10°C difference between the flash point of DMC reported in Reference 3 (J. Electrochem. Soc. 162 A3084.) and the flash point when DMC and EC were mixed in a 1:1 volumetric ratio, and was therefore reasonable. Furthermore, for example, if a solvent containing a 3:4:3 mixture of EC, DMC, and EMC is used as the electrolyte, and an amount of deactivator equal to the amount of electrolyte present inside the battery is added, the volume ratio of DMC, which has the lowest flash point among the solutions present inside the battery, will be 20% or less or 15% or less, and it is estimated that the flash point will be 30°C or higher or 40°C or higher.

以上より、不活性化剤の非水系溶媒として、カルボン酸エステル化合物を用いることによって、非水系二次電池の不活性化をより確実に実行することができ、更に、電極合材の剥離を進行させることができ、電解液の引火点を上昇させより安全性を高めることができることがわかった。電極合材の剥離については、スチレンブタジエンゴム(SBR)を結着材として含む電極を備えるものが好ましく、非水系二次電池に対して超音波処理を行うことが好ましいものと推察された。また、カルボン酸エステル化合物としては、酢酸エステル化合物のほか、安息香酸エステル化合物や酪酸エステル化合物などでも同様の効果が得られるものと推察された。また、レドックスシャトル剤は、特に限定されず、フェノチアジン系化合物のほか、フェロセン系化合物、TEMPO系化合物、ビオロゲン系化合物及びキノン系化合物などでも同様の効果が得られるものと推察された。また、不活性化剤は、カルボン酸エステル化合物に加えてカーボネート化合物を更に含むものとしてもよいものと推察された。 From the above, it was found that using a carboxylic acid ester compound as the non-aqueous solvent of the deactivator can more reliably deactivate non-aqueous secondary batteries, further promoting the exfoliation of the electrode composite, and increasing the flash point of the electrolyte, thereby improving safety. Regarding the exfoliation of the electrode composite, it is preferable to use electrodes containing styrene butadiene rubber (SBR) as a binder, and it is presumed that ultrasonic treatment of non-aqueous secondary batteries is preferable. Furthermore, it is presumed that similar effects can be achieved with carboxylic acid ester compounds, such as benzoic acid ester compounds and butyric acid ester compounds, in addition to acetate ester compounds. Furthermore, it is presumed that similar effects can be achieved with redox shuttle agents, such as phenothiazine-based compounds, ferrocene-based compounds, TEMPO-based compounds, viologen-based compounds, and quinone-based compounds. It is also presumed that the deactivator may further contain a carbonate compound in addition to the carboxylic acid ester compound.

なお、本開示は、上述した実施例に何ら限定されることはなく、本開示の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。 It goes without saying that the present disclosure is in no way limited to the above-described examples, and can be implemented in various forms as long as they fall within the technical scope of the present disclosure.

本発明は、電池産業の分野に利用可能である。 This invention can be used in the battery industry.

20 非水系二次電池、21 電池ケース、22 正極、23 負極、24 セパレータ、25 ガスケット、26 封口板、27 イオン伝導媒体。 20 Non-aqueous secondary battery, 21 Battery case, 22 Positive electrode, 23 Negative electrode, 24 Separator, 25 Gasket, 26 Sealing plate, 27 Ion conductive medium.

Claims (7)

非水系二次電池を不活性化する不活性化剤であって、
酸化還元電位がLi基準電位で前記非水系二次電池の負極活物質よりも高く前記非水系二次電池の正極活物質よりも低いレドックスシャトル剤と、
カルボン酸エステル化合物を含む非水系溶媒と、をみ、
前記カルボン酸エステル化合物は、式(1)~(11)のいずれかで表される、不活性化剤。
A deactivator for deactivating a non-aqueous secondary battery,
a redox shuttle agent having an oxidation-reduction potential, relative to a Li reference potential, higher than that of a negative electrode active material of the nonaqueous secondary battery and lower than that of a positive electrode active material of the nonaqueous secondary battery;
a non-aqueous solvent containing a carboxylic acid ester compound ;
The carboxylic acid ester compound is a deactivating agent represented by any one of formulas (1) to (11) .
前記非水系溶媒は、前記非水系二次電池の電解液に添加すると該電解液の引火点を上昇させる、請求項1に記載の不活性化剤。 The deactivator according to claim 1 , wherein the non-aqueous solvent increases the flash point of the electrolyte solution of the non-aqueous secondary battery when added to the electrolyte solution. 前記レドックスシャトル剤は、フェロセン系化合物、TEMPO系化合物、フェノチアジン系化合物、ビオロゲン系化合物及びキノン系化合物のうち1以上である、請求項1又は2に記載の不活性化剤。 The deactivator according to claim 1 or 2 , wherein the redox shuttle agent is one or more of a ferrocene-based compound, a TEMPO-based compound, a phenothiazine-based compound, a viologen-based compound, and a quinone-based compound. 前記カルボン酸エステル化合物に加えてカーボネート化合物を更に含む、請求項1~のいずれか1項に記載の不活性化剤。 The deactivating agent according to any one of claims 1 to 3 , further comprising a carbonate compound in addition to the carboxylic acid ester compound. 非水系二次電池を不活性化する不活性化方法であって、
請求項1~のいずれか1項に記載の非水系二次電池の不活性化剤を前記非水系二次電池の内部に添加する添加工程、
を含む不活性化方法。
A method for deactivating a non-aqueous secondary battery, comprising:
an addition step of adding the deactivator for a non-aqueous secondary battery according to any one of claims 1 to 4 to the inside of the non-aqueous secondary battery;
An inactivation method comprising:
前記添加工程では、スチレンブタジエンゴムを結着材として含む電極を備える前記非水系二次電池に前記不活性化剤を添加する、請求項に記載の不活性化方法。 The deactivation method according to claim 5 , wherein the adding step adds the deactivator to the nonaqueous secondary battery having electrodes containing styrene-butadiene rubber as a binder. 前記添加工程では、前記非水系二次電池に対して超音波処理を行う、請求項又はに記載の不活性化方法。 The deactivation method according to claim 5 or 6 , wherein the adding step comprises subjecting the nonaqueous secondary battery to an ultrasonic treatment.
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