JP2013038000A - Nonaqueous electrolytic solution, and nonaqueous electrolyte battery - Google Patents
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Abstract
【課題】過充電時の保護特性を高めながら、サイクル・保存等の耐久特性を改善する。
【解決手段】リチウム塩と非水系溶媒を含有してなる非水系電解液であって、該非水系電解液が、一般式(1)で表される化合物と一般式(2)で表される化合物とを含有する。
(XとZはCR1 2、C=O、C=N−R1、C=P−R1、O、S、N−R等を表す)
【選択図】なし[PROBLEMS] To improve durability characteristics such as cycle and storage while improving protection characteristics at the time of overcharge.
A non-aqueous electrolyte solution containing a lithium salt and a non-aqueous solvent, wherein the non-aqueous electrolyte solution includes a compound represented by the general formula (1) and a compound represented by the general formula (2). Containing.
(X and Z represent CR 1 2 , C═O, C═N—R 1 , C═P—R 1 , O, S, N—R, etc.)
[Selection figure] None
Description
本発明は、非水系電解液及び非水系電解液電池に関し、詳しくは、三重結合を有する特定の環状化合物と、特定の芳香族化合物を含有する非水系電解液、および非水系電解液電池に関する。 The present invention relates to a non-aqueous electrolyte and a non-aqueous electrolyte battery, and more particularly to a non-aqueous electrolyte containing a specific cyclic compound having a triple bond and a specific aromatic compound, and a non-aqueous electrolyte battery.
携帯電話、ノートパソコン等のいわゆる携帯電子機器用電源から自動車用等の駆動用車載電源や定置用大型電源等に至るまでの広範な電源としてリチウム二次電池等の非水系電解液二次電池が実用化されつつある。しかしながら、近年の電子機器の高性能化や駆動用車載電源や定置用大型電源への適用等に伴い、適用される二次電池への要求はますます高まり、二次電池の電池特性の高性能化、例えば高容量化、高温保存特性、サイクル特性等の向上を高い水準で達成することが求められている。 Non-aqueous electrolyte secondary batteries such as lithium secondary batteries are widely used as power sources for so-called portable electronic devices such as mobile phones and notebook computers, to in-vehicle power sources for automobiles and large power sources for stationary applications. It is being put into practical use. However, with the recent high performance of electronic devices and the application to in-vehicle power supplies for driving and large power supplies for stationary applications, the demand for applied secondary batteries is increasing, and the high performance of the battery characteristics of secondary batteries is increasing. For example, it is required to achieve high levels of improvement in capacity, high temperature storage characteristics, cycle characteristics, and the like.
非水系電解液リチウム二次電池に用いる電解液は、通常、主として電解質と非水溶媒とから構成されている。非水溶媒の主成分としては、エチレンカーボネートやプロピレンカーボネート等の環状カーボネート;ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート等の鎖状カーボネート;γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン等の環状カルボン酸エステルなどが用いられている。 The electrolyte used for the non-aqueous electrolyte lithium secondary battery is usually composed mainly of an electrolyte and a non-aqueous solvent. The main components of the nonaqueous solvent include cyclic carbonates such as ethylene carbonate and propylene carbonate; chain carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate and ethyl methyl carbonate; cyclic carboxylic acid esters such as γ-butyrolactone and γ-valerolactone. It is used.
また、これらの非水系電解液を用いた電池の負荷特性、サイクル特性、保存特性、低温特性等の電池特性を改良したり、過充電時の電池の保護特性を向上させるために、種々の非水溶媒や電解質、助剤等も提案されている。
例えば、電解液中にビニレンカーボネート及びその誘導体や、ビニルエチレンカーボネート化合物を含有させることにより、二重結合を有する環状カーボネートが負極と優先的に反応して負極表面に良質な被膜を形成し、これにより電池の保存特性やサイクル特性が向上することが特許文献1および2に開示されている。
In order to improve battery characteristics such as load characteristics, cycle characteristics, storage characteristics, and low temperature characteristics of batteries using these non-aqueous electrolytes, and to improve battery protection characteristics during overcharge, Water solvents, electrolytes, auxiliaries and the like have also been proposed.
For example, by containing vinylene carbonate and its derivatives or vinyl ethylene carbonate compound in the electrolytic solution, a cyclic carbonate having a double bond reacts preferentially with the negative electrode to form a good film on the surface of the negative electrode. Patent Documents 1 and 2 disclose that the storage characteristics and cycle characteristics of the battery are improved.
特許文献3には、電解液中に電池の最大動作電圧以上の電池電圧で重合する添加剤を混合することによって、電池の内部抵抗を高くして電池を保護することが提案されており、特許文献4には、電解液中に電池の最大動作電圧以上の電池電圧で重合することによって、気体および圧力を発生させる添加剤を混合することにより、過充電保護のために設けた内部電気切断装置を確実に動作させることが提案されている。また、それらの添加剤としてビフェニル、チオフェン、フラン等の芳香族化合物が開示されている。 Patent Document 3 proposes to protect the battery by increasing the internal resistance of the battery by mixing an additive that polymerizes at a battery voltage higher than the maximum operating voltage of the battery in the electrolyte. Reference 4 describes an internal electrical disconnection device provided for overcharge protection by mixing an additive that generates gas and pressure by polymerizing in an electrolyte at a battery voltage equal to or higher than the maximum operating voltage of the battery. It has been proposed to operate reliably. Moreover, aromatic compounds, such as biphenyl, thiophene, and furan, are disclosed as those additives.
さらに、特許文献5には、ビフェニルやチオフェンを用いた場合の、電池特性の低下を抑制するために、非水系電解液中にフェニルシクロヘキサンを0.1〜20重量%の範囲で添加した非水系電解液二次電池と、電池温度の上昇を感知して、充電の回路を切断する充電制御システムとを含む非水系電解液二次電池システムが提案されている。
一方、特許文献6には、メチルフェニルカーボネート等のフェニル基を有するカーボネート類、エステル類、エーテル類より選ばれた有機溶媒を用いることにより、炭素電極との電解液の親和性を向上させ、リチウムイオン電池の小型化、高性能化、生産性の向上を図ることを提案している。
Furthermore, Patent Document 5 discloses a non-aqueous system in which phenylcyclohexane is added in a range of 0.1 to 20% by weight in a non-aqueous electrolyte solution in order to suppress deterioration of battery characteristics when biphenyl or thiophene is used. A non-aqueous electrolyte secondary battery system including an electrolyte secondary battery and a charge control system that senses an increase in battery temperature and disconnects a charging circuit has been proposed.
On the other hand, Patent Document 6 improves the affinity of the electrolyte solution with the carbon electrode by using an organic solvent selected from carbonates having a phenyl group such as methylphenyl carbonate, esters, and ethers. It is proposing to reduce the size, performance and productivity of ion batteries.
上記のように近年の二次電池の高性能化への要求が高まる中ではリチウム二次電池の特性の向上、すなわち、高容量化、高温保存特性、サイクル特性等の向上と共に、過充電時の電池の保護特性の向上が求められている。このような背景の下、特許文献1、2に記載されている電解液を用いた非水電解液電池では、充電状態の電池を高温で放置したり、連続充放電サイクルを行うと、正極上での二重結合を有する環状カーボネートの酸化分解により、ガス発生量が増大するという問題があった。このような使用環境下でガス発生量が増大すると、例えば、電池の安全弁が作動したり、電池が膨張する等により電池自体が使用不能になる場合がある。 As the demand for higher performance of secondary batteries in recent years has increased, as described above, improvements in lithium secondary battery characteristics, that is, higher capacity, higher temperature storage characteristics, cycle characteristics, etc. There is a need for improved battery protection properties. In such a background, in the nonaqueous electrolyte battery using the electrolyte solution described in Patent Documents 1 and 2, if the charged battery is left at a high temperature or a continuous charge / discharge cycle is performed, There was a problem in that the amount of gas generation increased due to the oxidative decomposition of the cyclic carbonate having a double bond in the above. When the amount of gas generation increases in such a use environment, the battery itself may become unusable due to, for example, activation of a battery safety valve or expansion of the battery.
また、正極上での二重結合を有する環状カーボネートの酸化分解は、ガス発生の増大以外にも固体状の分解物の生成という問題も生じる。このような固形分解物の生成は正極層やセパレータの目詰まりを引き起こしてリチウムイオンの移動を阻害したり、あるいは正極活物質表面に残存してリチウムイオンの挿入脱離反応を阻害する場合がある。このような条件下では、例えば、連続充放電サイクル時に充放電容量が徐々に低下したり、電池の高温保存または連続充放電サイクル後に充放電容量が初期に比べて低下する、あるいは負荷特性が低下する場合がある。 In addition, the oxidative decomposition of a cyclic carbonate having a double bond on the positive electrode also causes a problem of generation of a solid decomposition product in addition to an increase in gas generation. The generation of such a solid decomposition product may cause clogging of the positive electrode layer and the separator to inhibit the movement of lithium ions, or may remain on the surface of the positive electrode active material to inhibit the lithium ion insertion / release reaction. . Under such conditions, for example, the charge / discharge capacity gradually decreases during a continuous charge / discharge cycle, the charge / discharge capacity decreases after the high temperature storage or the continuous charge / discharge cycle, or the load characteristics deteriorate. There is a case.
また、これらの正極上での二重結合を有する環状カーボネートの酸化分解は、近年の高性能な二次電池設計の下では特に深刻な問題となる。例えば、現在市販されている満充電時の電池電圧を4.2Vの電池よりも高電圧で動作させようとすると、これらの酸化反応は特に顕著に引き起こされる。
また、非水系電解液電池を高容量化する別法として、限られた電池体積の中にできるだけ多くの活物質を詰めることが検討されているが、このように電極の活物質層を加圧して高密度化したり、電池内部に占める活物質以外の体積を極力少なくするよう設計された電池では、電池内部の空隙は減少し、酸化分解による少量のガス発生によっても電池内圧は顕著に上昇して、安全弁の作動や電池の膨張等により電池自体が使用不能になる場合がある。
Further, the oxidative decomposition of the cyclic carbonate having a double bond on these positive electrodes becomes a particularly serious problem under the recent high performance secondary battery design. For example, when the battery voltage at the time of full charge that is currently on the market is operated at a higher voltage than a battery of 4.2 V, these oxidation reactions are particularly prominent.
As another method for increasing the capacity of non-aqueous electrolyte batteries, it has been studied to pack as many active materials as possible in a limited battery volume. In this way, the active material layer of the electrode is pressurized. In a battery designed to increase the density and reduce the volume other than the active material in the battery as much as possible, the voids inside the battery are reduced, and the internal pressure of the battery increases significantly even when a small amount of gas is generated by oxidative decomposition. In some cases, the battery itself becomes unusable due to the operation of the safety valve or the expansion of the battery.
さらに、特許文献3〜6に記載の芳香族化合物を非水系電解液に含有させた場合、過充電時の電池の保護特性向上には効果を有するが、これらの化合物は、酸化電位が低いために、高温保存時においても電極の活性の高い部位で反応してしまい、これらの化合物が反応すると、電池の内部抵抗を大きく上昇させたり、ガス発生により、高温保存後の放電特性を低下させるという問題があった。 Furthermore, when the aromatic compounds described in Patent Documents 3 to 6 are contained in the non-aqueous electrolyte solution, they are effective in improving the protective properties of the battery during overcharge, but these compounds have a low oxidation potential. In addition, even when stored at high temperatures, it reacts at sites with high activity of the electrode, and when these compounds react, the internal resistance of the battery is greatly increased or the discharge characteristics after storage at high temperatures are reduced by gas generation. There was a problem.
そこで、本発明は、近年の二次電池に要求性能に対して発現する上記の種々の問題を解消し、特に、過充電時の電池の保護特性を高めながら、サイクル・保存等の耐久特性が改善された非水系電解液を提供すること、および、これを用いた非水系電解液電池を提供することにある。 Therefore, the present invention solves the above-mentioned various problems that are manifested in performance requirements for secondary batteries in recent years, and in particular, has improved durability characteristics such as cycling and storage while enhancing the protection characteristics of the battery during overcharge. An object is to provide an improved non-aqueous electrolyte and a non-aqueous electrolyte battery using the same.
発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、非水系電解液電池に使用する非水系電解液中に、下記一般式(1)で表される化合物と下記一般式(2)で表される化合物を含有することにより、過充電時の電池の保護特性を高めながら、サイクル・保
存等の耐久特性が改善された非水系電解液電池が実現できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the inventors have found that the compound represented by the following general formula (1) and the following general formula (1) are contained in the non-aqueous electrolyte solution used in the non-aqueous electrolyte battery. It has been found that by containing the compound represented by 2), a non-aqueous electrolyte battery having improved durability characteristics such as cycle and storage can be realized while enhancing the protection characteristics of the battery during overcharge. It came to complete.
即ち、本発明の趣旨は以下の通りである。
a)リチウム塩とこれを溶解する非水系溶媒を含有してなる非水系電解液であって、該非水系電解液が、下記一般式(1)で表される化合物と下記一般式(2)で表される化合物とを含有することを特徴とする非水系電解液、に関する。
That is, the gist of the present invention is as follows.
a) A non-aqueous electrolyte solution comprising a lithium salt and a non-aqueous solvent for dissolving the lithium salt, wherein the non-aqueous electrolyte solution is a compound represented by the following general formula (1) and the following general formula (2): The present invention relates to a non-aqueous electrolytic solution characterized by containing a compound represented by:
(式(1)中、XとZはCR1 2、C=O、C=N−R1、C=P−R1、O、S、N−R1、P−R1を表し、同一でも異なっていてもよい。YはCR1 2、C=O、S=O、S(=O)2、P(=O)―R2、P(=O)−OR3を表す。式中、R及びR1は水素、ハロゲン、または、官能基を有してもよい炭素数1から20の炭化水素基であり、互いに同一であっても異なっていてもよい。R2は官能基を有してもよい炭素数1から20の炭化水素基である。R3は、Li、NR4 4または、官能基を有してもよい炭素数1から20の炭化水素基である。R4は官能基を有してもよい炭素数1から20の炭化水素基であり、互いに同一であっても異なっていてもよい。nおよびmは0以上の整数を表す。Wは上記Rを表す。 (In the formula (1), X and Z represent CR 1 2 , C═O, C═N—R 1 , C═P—R 1 , O, S, N—R 1 , P—R 1 and are the same. However, Y represents CR 1 2 , C═O, S═O, S (═O) 2 , P (═O) —R 2 , P (═O) —OR 3 where , R and R 1 are hydrogen, halogen, or a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms which may have a functional group, and may be the same or different from each other, and R 2 represents a functional group. .R 3 from carbon atoms 1 also a hydrocarbon group of 20 has the, Li, NR 4 4, or a hydrocarbon group having carbon atoms 1 may have a functional group 20 .R 4 Is a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms which may have a functional group, and may be the same or different from each other, n and m each represents an integer of 0 or more, and W represents the above R. .
式(2)中、R5〜R10はそれぞれ独立して水素原子、ハロゲン原子、ハロゲン原子を有していてもよい炭素数1〜12の炭化水素基、ハロゲン原子を有していてもよいエーテル基、ハロゲン原子を有していてもよいエステル基から選ばれるいずれかを表す。)
b)上記一般式(1)で表される化合物が、(3)式で表される化合物であることを特徴とするa)に記載の非水系電解液。
In formula (2), R 5 to R 10 may each independently have a hydrogen atom, a halogen atom, a C 1-12 hydrocarbon group that may have a halogen atom, or a halogen atom. It represents either an ether group or an ester group optionally having a halogen atom. )
b) The non-aqueous electrolyte solution according to a), wherein the compound represented by the general formula (1) is a compound represented by the formula (3).
(YはC=O、S=O、S(=O)2、P(=O)―R2、P(=O)−OR3を表す。R2は官能基を有してもよい炭素数1から20の炭化水素基である。R3は、Li、NR4 4または、官能基を有してもよい炭素数1から20の炭化水素基である。R4は官能基を有してもよい炭素数1から20の炭化水素基であり、互いに同一であっても異なっていてもよい。)
c)上記一般式(2)で表される化合物が、式(2)中、R5〜R10はそれぞれ独立して水素原子、ハロゲン原子、ハロゲン原子を有していてもよい炭素数1〜12の炭化水素基である化合物であることを特徴とするa)またはb)に記載の非水系電解液。
(Y represents C═O, S═O, S (═O) 2 , P (═O) —R 2 , P (═O) —OR 3 , where R 2 may have a functional group. A hydrocarbon group having 1 to 20. R 3 is Li, NR 4 4 or a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms which may have a functional group, and R 4 has a functional group. And may be the same or different from each other.
c) In the compound represented by the general formula (2), in formula (2), R 5 to R 10 each independently have a hydrogen atom, a halogen atom, or a halogen atom, The nonaqueous electrolytic solution according to a) or b), which is a compound having 12 hydrocarbon groups.
d)該非水系電解液が、さらに炭素−炭素二重結合を有する環状カーボネートを含有
することを特徴とするa)ないしc)のいずれかに記載の非水系電解液。
e)リチウム塩とこれを溶解する非水系溶媒を含有してなる非水系電解液と、リチウムイオンを吸蔵放出可能な負極、並びに正極を備えた非水系電解液電池であって、該非水系電解液がa)ないしd)のいずれかに記載の非水系電解液であることを特徴とする非水系電解液電池。
d) The non-aqueous electrolyte solution according to any one of a) to c), wherein the non-aqueous electrolyte solution further contains a cyclic carbonate having a carbon-carbon double bond.
e) A non-aqueous electrolyte battery comprising a non-aqueous electrolyte solution containing a lithium salt and a non-aqueous solvent for dissolving the lithium salt, a negative electrode capable of occluding and releasing lithium ions, and a positive electrode, the non-aqueous electrolyte solution Is a non-aqueous electrolyte solution according to any one of a) to d).
本発明は、三重結合が他の官能基やヘテロ元素を介することなく、単結合にて環構造に結合した化合物と特定の芳香族化合物を非水系電解液電池に使用することを特徴としている。通常、特許文献1〜2に代表されるように、電極表面を保護して保存特性やサイクル特性等の電池耐久性を向上させる材料の多くは環状構造の化合物であり、更に多重結合性部位を有している。本発明者等はこの点に着目し、環構造中の官能基やヘテロ元素の結合部位、多重結合が環構造に結合する部位、および多重結合部分の電子軌道の混成状態について詳細に検討を行ったところ、例えば、環状化合物を構成する環骨格の一部が二重結合である化合物よりも、二重結合が環構造に結合をされている化合物の方が正極との安定性に優れること、加えて、三重結合性の置換基が環構造に結合している方が、二重結合よりも耐久特性に優れた効果が得られ、特定の芳香族化合物を含有させた場合においても、高温保存時において、三重結合を有する特定の環状化合物が、正極上での、特定の芳香族化合物の副反応を抑制し、上記の課題が解決できる知見を得た。 The present invention is characterized in that a compound in which a triple bond is bonded to a ring structure by a single bond without intervening other functional groups or hetero elements and a specific aromatic compound are used in a non-aqueous electrolyte battery. Usually, as typified by Patent Documents 1 and 2, many of the materials that protect the electrode surface and improve battery durability such as storage characteristics and cycle characteristics are compounds of a cyclic structure, and further have multiple bonding sites. Have. The present inventors paid attention to this point, and examined in detail the bonding sites of functional groups and heteroelements in the ring structure, the sites where multiple bonds are bonded to the ring structure, and the hybrid state of the electron orbits of the multiple bonds. As a result, for example, a compound in which a double bond is bonded to a ring structure is more stable with a positive electrode than a compound in which a part of the ring skeleton constituting the cyclic compound is a double bond, In addition, when the triple bond substituent is bonded to the ring structure, an effect superior to the durability can be obtained compared to the double bond, and even when a specific aromatic compound is contained, it is stored at high temperature. In some cases, a specific cyclic compound having a triple bond suppresses a side reaction of a specific aromatic compound on the positive electrode, and it has been found that the above problems can be solved.
すなわち、このように本発明を用いることで、特に高電圧化や高容量化されたリチウム二次電池設計において、過充電時の電池の保護特性を高めながら、電池の、サイクル・保存等の耐久特性が改善された非水系電解液電池および該非水系電解液電池に使用される非水系電解液が提供される。 That is, by using the present invention in this way, particularly in the design of a lithium secondary battery with a high voltage and a high capacity, the durability of the battery, such as cycle and storage, is improved while enhancing the protection characteristics of the battery during overcharge. Provided are a non-aqueous electrolyte battery having improved characteristics and a non-aqueous electrolyte used for the non-aqueous electrolyte battery.
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではなく、任意に変形して実施することができる。
1.非水系電解液
1−1.電解質
<リチウム塩>
電解質としては、通常、リチウム塩が用いられる。リチウム塩としては、この用途に用いることが知られているものであれば特に制限がなく、任意のものを用いることができ、具体的には以下のものが挙げられる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail, but the present invention is not limited to these embodiments, and can be arbitrarily modified and implemented.
1. Non-aqueous electrolyte 1-1. Electrolyte <Lithium salt>
As the electrolyte, a lithium salt is usually used. The lithium salt is not particularly limited as long as it is known to be used for this purpose, and any lithium salt can be used. Specific examples include the following.
例えば、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAlF4、LiSbF6、LiTaF6、LiWF7等の無機リチウム塩;LiPO3F、LiPO2F2等のフルオロリン酸リチウム類;LiWOF5等のタングステン酸リチウム類;HCO2Li、CH3CO2Li、CH2FCO2Li、CHF2CO2Li、CF3CO2Li、CF3CH2CO2Li、CF3CF2CO2Li、CF3CF2CF2CO2Li、CF3CF2
CF2CF2CO2Li等のカルボン酸リチウム塩類;FSO3Li、CH3SO3Li、CH2FSO3Li、CHF2SO3Li、CF3SO3Li、CF3CF2SO3Li、CF3CF2CF2SO3Li、CF3CF2CF2CF2SO3Li等のスルホン酸リチウム塩類;LiN(FCO)2、LiN(FCO)(FSO2)、LiN(FSO2)2、LiN(FSO2)(CF3SO2)、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2、リチウム環状1,2−パーフルオロエタンジスルホニルイミド、リチウム環状1,3−パーフルオロプロパンジスルホニルイミド、LiN(CF3SO2)(C4F9SO2)等のリチウムイミド塩類;LiC(FSO2)3、LiC(CF3SO2)3、LiC(C2F5SO2)3等のリチウムメチド塩類;リチウムジフルオロオキサラトボレート、リチウムビス(オキサラト)ボレート等のリチウムオキサラトボレート塩類;リチウムテトラフルオロオキサラトフォスフェート、リチウムジフルオロビス(オキサラト)フォスフェート、リチウムトリス(オキサラト)フォスフェート等のリチウムオキサラトフォスフェート塩類;その他、LiPF4(CF3)2、LiPF4(C2F5)2、LiPF4(CF3SO2)2、LiPF4(C2F5SO2)2、LiBF3CF3、LiBF3C2F5、LiBF3C3F7、LiBF2(CF3)2、LiBF2(C2F5)2、LiBF2(CF3SO2)2、LiBF2(C2F5SO2)2等の含フッ素有機リチウム塩類;
等が挙げられる。
For example, inorganic lithium salts such as LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAlF 4 , LiSbF 6 , LiTaF 6 , LiWF 7 ; lithium fluorophosphates such as LiPO 3 F, LiPO 2 F 2 ; tungstic acids such as LiWOF 5 Lithium: HCO 2 Li, CH 3 CO 2 Li, CH 2 FCO 2 Li, CHF 2 CO 2 Li, CF 3 CO 2 Li, CF 3 CH 2 CO 2 Li, CF 3 CF 2 CO 2 Li, CF 3 CF 2 CF 2 CO 2 Li, CF 3 CF 2
Carboxylic acid lithium salts such as CF 2 CF 2 CO 2 Li; FSO 3 Li, CH 3 SO 3 Li, CH 2 FSO 3 Li, CHF 2 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, CF 3 CF 2 SO 3 Li, Sulfonic acid lithium salts such as CF 3 CF 2 CF 2 SO 3 Li, CF 3 CF 2 CF 2 CF 2 SO 3 Li; LiN (FCO) 2 , LiN (FCO) (FSO 2 ), LiN (FSO 2 ) 2 , LiN (FSO 2 ) (CF 3 SO 2 ), LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , lithium cyclic 1,2-perfluoroethanedisulfonylimide, lithium cyclic 1,3 - perfluoropropane disulfonylimide, LiN (CF 3 SO 2) (C 4 F 9 SO 2) lithium imide salts such as; LiC ( SO 2) 3, LiC (CF 3 SO 2) 3, LiC (C 2 F 5 SO 2) 3 , etc. Richiumumechido salts; lithium difluoro oxalatoborate, lithium oxalatoborate salts such as lithium bis (oxalato) borate, lithium Lithium oxalate phosphate salts such as tetrafluorooxalatophosphate, lithium difluorobis (oxalato) phosphate, lithium tris (oxalato) phosphate; other, LiPF 4 (CF 3 ) 2 , LiPF 4 (C 2 F 5 ) 2 , LiPF 4 (CF 3 SO 2 ) 2 , LiPF 4 (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiBF 3 CF 3 , LiBF 3 C 2 F 5 , LiBF 3 C 3 F 7 , LiBF 2 (CF 3 ) 2 , LiBF 2 (C 2 F 5 ) 2, Li F 2 (CF 3 SO 2) 2, LiBF 2 fluorine-containing organic lithium salts (C 2 F 5 SO 2) 2 and the like;
Etc.
中でも、LiPF6、LiBF4、LiSbF6、LiTaF6、LiPO2F2、FSO3Li、CF3SO3Li、LiN(FSO2)2、LiN(FSO2)(CF3SO2)、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2、リチウム環状1,2−パーフルオロエタンジスルホニルイミド、リチウム環状1,3−パーフルオロプロパンジスルホニルイミド、LiC(FSO2)3、LiC(CF3SO2)3、LiC(C2F5SO2)3、リチウムビス(オキサラト)ボレート、リチウムジフルオロオキサラトボレート、リチウムテトラフルオロオキサラトホスフェート、リチウムジフルオロビス(オキサラト)フォスフェート、LiBF3CF3、LiBF3C2F5、LiPF3(CF3)3、LiPF3(C2F5)3等が出力特性やハイレート充放電特性、高温保存特性、サイクル特性等を向上させる効果がある点から特に好ましい。 Among them, LiPF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiTaF 6 , LiPO 2 F 2 , FSO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, LiN (FSO 2 ) 2 , LiN (FSO 2 ) (CF 3 SO 2 ), LiN ( CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , lithium cyclic 1,2-perfluoroethanedisulfonylimide, lithium cyclic 1,3-perfluoropropane disulfonylimide, LiC (FSO 2 ) 3 LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiC (C 2 F 5 SO 2 ) 3 , lithium bis (oxalato) borate, lithium difluorooxalatoborate, lithium tetrafluorooxalatophosphate, lithium difluorobis (oxalato) phosphate, LiBF 3 CF 3, LiBF 3 C 2 F , LiPF 3 (CF 3) 3 , LiPF 3 (C 2 F 5) 3 or the like is output characteristics and high-rate discharge characteristics, high-temperature storage characteristics, particularly preferred from the viewpoint that an effect of improving the cycle characteristics and the like.
非水系電解液中のこれらのリチウム塩の濃度は、本発明の効果を損なわない限り、その含有量は特に制限されないが、電解液の電気伝導率を良好な範囲とし、良好な電池性能を確保する点から、非水系電解液中のリチウムの総モル濃度は、通常0.3mol/L以上、好ましくは0.4mol/L以上、より好ましくは0.5mol/L以上であり、また、通常3mol/L以下、好ましくは2.5mol/L以下、より好ましくは2.0mol/L以下である。リチウムの総モル濃度が上記範囲内にあることにより、電解液の電気伝導率が十分となり、一方、粘度上昇による電気伝導度の低下、電池性能の低下を防ぐ。 The concentration of these lithium salts in the non-aqueous electrolyte solution is not particularly limited as long as the effects of the present invention are not impaired, but the electric conductivity of the electrolyte solution is in a good range, and good battery performance is ensured. Therefore, the total molar concentration of lithium in the non-aqueous electrolyte is usually 0.3 mol / L or more, preferably 0.4 mol / L or more, more preferably 0.5 mol / L or more, and usually 3 mol. / L or less, preferably 2.5 mol / L or less, more preferably 2.0 mol / L or less. When the total molar concentration of lithium is within the above range, the electric conductivity of the electrolytic solution is sufficient, and on the other hand, a decrease in electric conductivity and a decrease in battery performance due to an increase in viscosity are prevented.
これらのリチウム塩は単独で用いても、2種以上を併用してもよい。2種以上を併用する場合の好ましい一例は、LiPF6とLiBF4や、LiPF6とFSO3Li、LiPF6とLiPO2F2等の併用であり、負荷特性やサイクル特性を向上させる効果がある。これらの中では、LiPF6とFSO3Li、LiPF6とLiPO2F2の併用がその効果が顕著である理由から好ましく、その中でもLiPF6とLiPO2F2の併用が微量の添加で著しい効果が発現する為に特に好ましい。 These lithium salts may be used alone or in combination of two or more. A preferable example in the case of using two or more kinds in combination is a combination of LiPF 6 and LiBF 4 , LiPF 6 and FSO 3 Li, LiPF 6 and LiPO 2 F 2, etc., and has an effect of improving load characteristics and cycle characteristics. . Among these, the combined use of LiPF 6 and FSO 3 Li, LiPF 6 and LiPO 2 F 2 is preferable because the effect is remarkable, and among them, the combined use of LiPF 6 and LiPO 2 F 2 is a remarkable effect with a small amount of addition. Is particularly preferred because
LiPF6とLiBF4、LiPF6とFSO3Liを併用する場合、非水系電解液全体100質量%に対するLiBF4或いはFSO3Liの割合に制限は無く、本発明の効果
を著しく損なわない限り任意であるが、本発明の非水系電解液に対して、通常0.01質量%以上、好ましくは0.1質量%以上であり、一方その上限は、通常10質量%以下、好ましくは5質量%以下、より好ましくは3質量%以下である。一方、LiPF6とLi
PO2F2の併用の場合においても非水系電解液全体100質量%に対するLiPO2F2の割合に制限は無く、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、本発明の非水系電解液に対して、通常0.001質量%以上、好ましくは0.01質量%以上、より好ましくは0.1質量%以上であり、一方その上限は、通常5質量%以下、好ましくは3質量%以下、より好ましくは2質量%以下である。上記範囲内にあることにより、出力特性、負荷特性、低温特性、サイクル特性、高温特性等の向上効果が大きい。また、低温において析出することによる電池特性の低下や、低温特性やサイクル特性、高温保存特性等の向上効果の低下を防ぐ。
When LiPF 6 and LiBF 4 , LiPF 6 and FSO 3 Li are used in combination, the ratio of LiBF 4 or FSO 3 Li with respect to 100% by mass of the entire non-aqueous electrolyte is not limited, and is optional as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. However, with respect to the non-aqueous electrolyte solution of the present invention, it is usually 0.01% by mass or more, preferably 0.1% by mass or more, while the upper limit is usually 10% by mass or less, preferably 5% by mass or less. More preferably, it is 3 mass% or less. On the other hand, LiPF 6 and Li
Even in the case of combined use of PO 2 F 2 , the ratio of LiPO 2 F 2 with respect to 100% by mass of the entire non-aqueous electrolyte solution is not limited, and is arbitrary as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. It is usually 0.001% by mass or more, preferably 0.01% by mass or more, more preferably 0.1% by mass or more, and the upper limit thereof is usually 5% by mass or less, preferably 3% by mass with respect to the liquid. Hereinafter, it is more preferably 2% by mass or less. By being in the above range, the effect of improving output characteristics, load characteristics, low temperature characteristics, cycle characteristics, high temperature characteristics, etc. is great. Further, it prevents the deterioration of battery characteristics due to the precipitation at low temperature and the decrease in the improvement effect such as the low temperature characteristics, cycle characteristics, and high temperature storage characteristics.
ここで、LiPO2F2を電解液中に含有させる場合の電解液の調製は、別途公知の手法で合成したLiPO2F2を、LiPF6を含む電解液に添加する方法や後述する活物質や極板等の電池構成要素中に水を共存させておき、LiPF6を含む電解液を用いて電池を組み立てる際に系中でLiPO2F2を発生させる方法が挙げられ、本発明においてはいずれの手法を用いても良い。 Here, the active material prepared in the electrolyte solution in the case of incorporating the LiPO 2 F 2 in the electrolyte solution, the LiPO 2 F 2 which is separately synthesized by a known method, described later method or be added to the electrolytic solution containing LiPF 6 In the present invention, there is a method of generating LiPO 2 F 2 in the system when water is allowed to coexist in a battery component such as an electrode plate or the like, and a battery is assembled using an electrolyte containing LiPF 6. Any method may be used.
上記の非水系電解液、および非水系電解液電池中におけるLiPO2F2の含有量を測定する手法としては、特に制限がなく、公知の手法であれば任意に用いることができるが、具体的にはイオンクロマトグラフィーや、F核磁気共鳴分光法(以下、NMRと省略する場合がある)等が挙げられる。
また、2種以上を併用する場合の好ましい他の一例は、無機リチウム塩と、リチウムイミド塩類、リチウムオキサラトボレート塩類、リチウムオキサラトフォスフェート塩類から選ばれる塩との併用であり、この両者の併用は、高温保存による劣化を抑制する効果がある。無機リチウム塩としては、LiPF6、LiBF4が好ましい。リチウムイミド塩類、リチウムオキサラトボレート塩類、リチウムオキサラトフォスフェート塩類から選ばれる塩としては、LiN(FSO2)2、LiN(FSO2)(CF3SO2)、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2、リチウム環状1,2−パーフルオロエタンジスルホニルイミド、リチウム環状1,3−パーフルオロプロパンジスルホニルイミド、リチウムビス(オキサラト)ボレート、リチウムジフルオロオキサラトボレート、リチウムテトラフルオロオキサラトホスフェート、リチウムジフルオロビス(オキサラト)フォスフェートが好ましい。この場合には、非水系電解液全体100質量%に対するリチウムイミド塩類、リチウムオキサラトボレート塩類、リチウムオキサラトフォスフェート塩類から選ばれる塩の割合は、通常0.1質量%以上、好ましくは0.2質量%以上、より好ましくは0.3質量%以上であり、一方その上限は、通常10質量%以下、好ましくは5質量%以下、より好ましくは3質量%以下である。
The method for measuring the content of LiPO 2 F 2 in the non-aqueous electrolyte and the non-aqueous electrolyte battery is not particularly limited, and any known method can be used. Examples include ion chromatography and F nuclear magnetic resonance spectroscopy (hereinafter sometimes abbreviated as NMR).
In addition, another preferable example in the case of using two or more kinds in combination is a combination of an inorganic lithium salt and a salt selected from lithium imide salts, lithium oxalate borate salts, and lithium oxalatophosphate salts. The combined use has an effect of suppressing deterioration due to high temperature storage. As the inorganic lithium salt, LiPF 6 and LiBF 4 are preferable. Examples of the salt selected from lithium imide salts, lithium oxalatoborate salts, and lithium oxalatophosphate salts include LiN (FSO 2 ) 2 , LiN (FSO 2 ) (CF 3 SO 2 ), and LiN (CF 3 SO 2 ) 2. , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , lithium cyclic 1,2-perfluoroethane disulfonylimide, lithium cyclic 1,3-perfluoropropane disulfonylimide, lithium bis (oxalato) borate, lithium difluorooxalatoborate Lithium tetrafluorooxalato phosphate and lithium difluorobis (oxalato) phosphate are preferred. In this case, the ratio of the salt selected from lithium imide salts, lithium oxalatoborate salts, and lithium oxalatophosphate salts with respect to 100% by mass of the whole non-aqueous electrolyte is usually 0.1% by mass or more, preferably 0.8%. 2 mass% or more, more preferably 0.3 mass% or more, while the upper limit is usually 10 mass% or less, preferably 5 mass% or less, more preferably 3 mass% or less.
1−2.溶媒
非水溶媒としては、環状カーボネート、鎖状カーボネート、環状及び鎖状カルボン酸エステル、エーテル系化合物、スルホン系化合物等を使用することが可能である。
<環状カーボネート>
環状カーボネートとしては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート等の炭素数2〜6のアルキレン基を有するものが挙げられる。中でも、エチレンカーボネートとプロピレンカーボネートがリチウムイオン解離度の向上に由来する電池特性向上の点から特に好ましい。
1-2. Solvent As the non-aqueous solvent, it is possible to use cyclic carbonates, chain carbonates, cyclic and chain carboxylic acid esters, ether compounds, sulfone compounds, and the like.
<Cyclic carbonate>
Examples of the cyclic carbonate include those having an alkylene group having 2 to 6 carbon atoms such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate and the like. Among these, ethylene carbonate and propylene carbonate are particularly preferable from the viewpoint of improving battery characteristics resulting from an improvement in the degree of lithium ion dissociation.
また、フッ素原子を有する環状カーボネート類(以下、「フッ素化環状カーボネート」と略記する場合がある)も好適に用いることができる。フッ素原子を有する環状カーボネート(以下、「フッ素化環状カーボネート」と略記する場合がある)としては、フッ素原子を有する環状カーボネートであれば、特に制限はない。フッ素化環状カーボネートとしては、炭素原子数2〜6のアルキレン基を有する環状カーボネートの誘導体が挙げられ、例えばエチレンカーボネート誘導体である。エチレンカーボネート誘導体としては、例え
ば、エチレンカーボネート又はアルキル基(例えば、炭素原子数1〜4個のアルキル基)で置換されたエチレンカーボネートのフッ素化物が挙げられ、中でもフッ素原子が1〜8個のものが好ましい。
Further, cyclic carbonates having a fluorine atom (hereinafter sometimes abbreviated as “fluorinated cyclic carbonate”) can also be suitably used. The cyclic carbonate having a fluorine atom (hereinafter sometimes abbreviated as “fluorinated cyclic carbonate”) is not particularly limited as long as it is a cyclic carbonate having a fluorine atom. Examples of the fluorinated cyclic carbonate include derivatives of cyclic carbonates having an alkylene group having 2 to 6 carbon atoms, such as ethylene carbonate derivatives. Examples of the ethylene carbonate derivative include fluorinated products of ethylene carbonate or ethylene carbonate substituted with an alkyl group (for example, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms), and particularly those having 1 to 8 fluorine atoms. Is preferred.
具体的には、モノフルオロエチレンカーボネート、4,4−ジフルオロエチレンカーボネート、4,5−ジフルオロエチレンカーボネート、4−フルオロ−4−メチルエチレンカーボネート、4,5−ジフルオロ−4−メチルエチレンカーボネート、4−フルオロ−5−メチルエチレンカーボネート、4,4−ジフルオロ−5−メチルエチレンカーボネート、4−(フルオロメチル)−エチレンカーボネート、4−(ジフルオロメチル)−エチレンカーボネート、4−(トリフルオロメチル)−エチレンカーボネート、4−(フルオロメチル)−4−フルオロエチレンカーボネート、4−(フルオロメチル)−5−フルオロエチレンカーボネート、4−フルオロ−4,5−ジメチルエチレンカーボネート、4,5−ジフルオロ−4,5−ジメチルエチレンカーボネート、4,4−ジフルオロ−5,5−ジメチルエチレンカーボネート等が挙げられる。 Specifically, monofluoroethylene carbonate, 4,4-difluoroethylene carbonate, 4,5-difluoroethylene carbonate, 4-fluoro-4-methylethylene carbonate, 4,5-difluoro-4-methylethylene carbonate, 4- Fluoro-5-methylethylene carbonate, 4,4-difluoro-5-methylethylene carbonate, 4- (fluoromethyl) -ethylene carbonate, 4- (difluoromethyl) -ethylene carbonate, 4- (trifluoromethyl) -ethylene carbonate 4- (fluoromethyl) -4-fluoroethylene carbonate, 4- (fluoromethyl) -5-fluoroethylene carbonate, 4-fluoro-4,5-dimethylethylene carbonate, 4,5-difluoro-4,5-dimethyl Le ethylene carbonate, 4,4-difluoro-5,5-dimethylethylene carbonate.
中でも、モノフルオロエチレンカーボネート、4,4−ジフルオロエチレンカーボネート、4,5-ジフルオロエチレンカーボネート及び4,5−ジフルオロ−4,5−ジメチ
ルエチレンカーボネートよりなる群から選ばれる少なくとも1種が、高イオン伝導性を与え、かつ好適に界面保護被膜を形成する点でより好ましい。
環状カーボネートは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併有してもよい。環状カーボネートの配合量は、特に制限されず、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、非水系溶媒100体積%中、通常5体積%以上、好ましくは10体積%以上であり、また上限は、通常95体積%以下、好ましくは90体積%以下、より好ましくは85体積%以下である。この範囲とすることで、非水系電解液の粘度を適切な範囲とし、イオン伝導度の低下を抑制し、ひいては非水系電解液二次電池の負荷特性を良好な範囲としやすくなる。
Among them, at least one selected from the group consisting of monofluoroethylene carbonate, 4,4-difluoroethylene carbonate, 4,5-difluoroethylene carbonate, and 4,5-difluoro-4,5-dimethylethylene carbonate has high ionic conductivity. It is more preferable in terms of imparting properties and suitably forming an interface protective film.
A cyclic carbonate may be used individually by 1 type, and may have 2 or more types by arbitrary combinations and ratios. The blending amount of the cyclic carbonate is not particularly limited and is arbitrary as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. However, in 100% by volume of the non-aqueous solvent, it is usually 5% by volume or more, preferably 10% by volume or more. The upper limit is usually 95% by volume or less, preferably 90% by volume or less, more preferably 85% by volume or less. By setting it as this range, the viscosity of the non-aqueous electrolyte solution is set to an appropriate range, a decrease in ionic conductivity is suppressed, and as a result, the load characteristics of the non-aqueous electrolyte secondary battery are easily set in a favorable range.
尚、フッ素化環状カーボネートは、溶媒のみならず下記1−4.に記載の助剤としても有効な機能を発現する。
<鎖状カーボネート>
鎖状カーボネートとしては、炭素数3〜7のものが好ましい。具体的には、炭素数3〜7の鎖状カーボネートとしては、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジ−n−プロピルカーボネート、ジイソプロピルカーボネート、n−プロピルイソプロピルカーボネート、エチルメチルカーボネート、メチル−n−プロピルカーボネート、n−ブチルメチルカーボネート、イソブチルメチルカーボネート、t−ブチルメチルカーボネート、エチル−n−プロピルカーボネート、n−ブチルエチルカーボネート、イソブチルエチルカーボネート、t−ブチルエチルカーボネート等が挙げられる。
The fluorinated cyclic carbonate is not only a solvent but also the following 1-4. It also exhibits an effective function as an auxiliary described in 1.
<Chain carbonate>
As a chain carbonate, a C3-C7 thing is preferable. Specifically, as the chain carbonate having 3 to 7 carbon atoms, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, di-n-propyl carbonate, diisopropyl carbonate, n-propyl isopropyl carbonate, ethyl methyl carbonate, methyl-n-propyl carbonate, Examples include n-butyl methyl carbonate, isobutyl methyl carbonate, t-butyl methyl carbonate, ethyl-n-propyl carbonate, n-butyl ethyl carbonate, isobutyl ethyl carbonate, t-butyl ethyl carbonate.
中でも、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジ−n−プロピルカーボネート、ジイソプロピルカーボネート、n−プロピルイソプロピルカーボネート、エチルメチルカーボネート、メチル−n−プロピルカーボネートが好ましく、特に好ましくはジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネートである。
また、フッ素原子を有する鎖状カーボネート類(以下、「フッ素化鎖状カーボネート」と略記する場合がある)も好適に用いることができる。フッ素化鎖状カーボネートが有するフッ素原子の数は、1以上であれば特に制限されないが、通常6以下であり、好ましくは4以下である。フッ素化鎖状カーボネートが複数のフッ素原子を有する場合、それらは互いに同一の炭素に結合していてもよく、異なる炭素に結合していてもよい。フッ素化鎖状カーボネートとしては、フッ素化ジメチルカーボネート誘導体、フッ素化エチルメチルカーボネート誘導体、フッ素化ジエチルカーボネート誘導体等が挙げられる。
Among them, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, di-n-propyl carbonate, diisopropyl carbonate, n-propyl isopropyl carbonate, ethyl methyl carbonate, and methyl n-propyl carbonate are preferable, and dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate are particularly preferable. is there.
Further, a chain carbonate having a fluorine atom (hereinafter sometimes abbreviated as “fluorinated chain carbonate”) can also be suitably used. The number of fluorine atoms contained in the fluorinated chain carbonate is not particularly limited as long as it is 1 or more, but is usually 6 or less, preferably 4 or less. When the fluorinated chain carbonate has a plurality of fluorine atoms, they may be bonded to the same carbon or may be bonded to different carbons. Examples of the fluorinated chain carbonate include a fluorinated dimethyl carbonate derivative, a fluorinated ethyl methyl carbonate derivative, and a fluorinated diethyl carbonate derivative.
フッ素化ジメチルカーボネート誘導体としては、フルオロメチルメチルカーボネート、ジフルオロメチルメチルカーボネート、トリフルオロメチルメチルカーボネート、ビス(フルオロメチル)カーボネート、ビス(ジフルオロ)メチルカーボネート、ビス(トリフルオロメチル)カーボネート等が挙げられる。
フッ素化エチルメチルカーボネート誘導体としては、2−フルオロエチルメチルカーボネート、エチルフルオロメチルカーボネート、2,2−ジフルオロエチルメチルカーボネート、2−フルオロエチルフルオロメチルカーボネート、エチルジフルオロメチルカーボネート、2,2,2−トリフルオロエチルメチルカーボネート、2,2−ジフルオロエチルフルオロメチルカーボネート、2−フルオロエチルジフルオロメチルカーボネート、エチルトリフルオロメチルカーボネート等が挙げられる。
Examples of the fluorinated dimethyl carbonate derivative include fluoromethyl methyl carbonate, difluoromethyl methyl carbonate, trifluoromethyl methyl carbonate, bis (fluoromethyl) carbonate, bis (difluoro) methyl carbonate, bis (trifluoromethyl) carbonate, and the like.
Fluorinated ethyl methyl carbonate derivatives include 2-fluoroethyl methyl carbonate, ethyl fluoromethyl carbonate, 2,2-difluoroethyl methyl carbonate, 2-fluoroethyl fluoromethyl carbonate, ethyl difluoromethyl carbonate, 2,2,2-trimethyl Examples include fluoroethyl methyl carbonate, 2,2-difluoroethyl fluoromethyl carbonate, 2-fluoroethyl difluoromethyl carbonate, and ethyl trifluoromethyl carbonate.
フッ素化ジエチルカーボネート誘導体としては、エチル−(2−フルオロエチル)カーボネート、エチル−(2,2−ジフルオロエチル)カーボネート、ビス(2−フルオロエチル)カーボネート、エチル−(2,2,2−トリフルオロエチル)カーボネート、2,2−ジフルオロエチル−2’−フルオロエチルカーボネート、ビス(2,2−ジフルオロエチル)カーボネート、2,2,2−トリフルオロエチル−2’−フルオロエチルカーボネート、2,2,2−トリフルオロエチル−2’,2’−ジフルオロエチルカーボネート、ビス(2,2,2−トリフルオロエチル)カーボネート等が挙げられる。 Fluorinated diethyl carbonate derivatives include ethyl- (2-fluoroethyl) carbonate, ethyl- (2,2-difluoroethyl) carbonate, bis (2-fluoroethyl) carbonate, ethyl- (2,2,2-trifluoro). Ethyl) carbonate, 2,2-difluoroethyl-2′-fluoroethyl carbonate, bis (2,2-difluoroethyl) carbonate, 2,2,2-trifluoroethyl-2′-fluoroethyl carbonate, 2,2, Examples include 2-trifluoroethyl-2 ′, 2′-difluoroethyl carbonate, bis (2,2,2-trifluoroethyl) carbonate, and the like.
鎖状カーボネートは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。鎖状カーボネートの配合量は、非水溶媒100体積%中、通常5体積%以上、好ましくは10体積%以上、より好ましくは15体積%以上、また、通常90体積%以下、好ましくは85体積%以下である。上記範囲内にあることにより、非水系電解液の粘度を適切な範囲とし、イオン伝導度の低下を抑制し、ひいては非水系電解液二次電池の大電流放電特性を良好な範囲としやすくなる。また、非水系電解液の誘電率の低下に由来する電気伝導率の低下を回避し、非水系電解液二次電池の大電流放電特性を良好な範囲としやすくなる。 A chain carbonate may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio. The amount of the chain carbonate is usually 5% by volume or more, preferably 10% by volume or more, more preferably 15% by volume or more, and usually 90% by volume or less, preferably 85% by volume in 100% by volume of the non-aqueous solvent. It is as follows. By being in the said range, the viscosity of a non-aqueous electrolyte solution is made into an appropriate range, the fall of ionic conductivity is suppressed, and it becomes easy to make the large current discharge characteristic of a non-aqueous electrolyte secondary battery into a favorable range by extension. Further, it is possible to avoid a decrease in electrical conductivity due to a decrease in dielectric constant of the non-aqueous electrolyte and to make the large current discharge characteristics of the non-aqueous electrolyte secondary battery in a favorable range.
<環状カルボン酸エステル>
環状カルボン酸エステルとしては、その構造式中の全炭素原子数が3〜12のものが挙げられる。具体的には、ガンマブチロラクトン、ガンマバレロラクトン、ガンマカプロラクトン、イプシロンカプロラクトン等が挙げられる。中でも、ガンマブチロラクトンがリチウムイオン解離度の向上に由来する電池特性向上の点から特に好ましい。
<Cyclic carboxylic acid ester>
Examples of the cyclic carboxylic acid ester include those having 3 to 12 total carbon atoms in the structural formula. Specific examples include gamma butyrolactone, gamma valerolactone, gamma caprolactone, epsilon caprolactone, and the like. Among these, gamma butyrolactone is particularly preferable from the viewpoint of improving battery characteristics resulting from an improvement in the degree of lithium ion dissociation.
環状カルボン酸エステルの配合量は、非水溶媒100体積%中、通常5体積%以上、好ましくは10体積%以上、また、通常50体積%以下、好ましくは40体積%以下である。上記範囲内にあることにより、非水系電解液の電気伝導率を改善し、非水系電解液二次電池の大電流放電特性を向上させやすくなる。また、非水系電解液の粘度を適切な範囲とし、電気伝導率の低下を回避し、負極抵抗の増大を抑制し、非水系電解液二次電池の大電流放電特性を良好な範囲としやすくなる。 The compounding amount of the cyclic carboxylic acid ester is usually 5% by volume or more, preferably 10% by volume or more, and usually 50% by volume or less, preferably 40% by volume or less in 100% by volume of the non-aqueous solvent. By being in the said range, it becomes easy to improve the electrical conductivity of a non-aqueous electrolyte solution, and to improve the large current discharge characteristic of a non-aqueous electrolyte secondary battery. In addition, the viscosity of the non-aqueous electrolyte solution is set to an appropriate range, a decrease in electrical conductivity is avoided, an increase in negative electrode resistance is suppressed, and the large current discharge characteristics of the non-aqueous electrolyte secondary battery are easily set in a favorable range. .
<鎖状カルボン酸エステル>
鎖状カルボン酸エステルとしては、その構造式中の全炭素数が3〜7のものが挙げられる。具体的には、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸−n−プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸−n−ブチル、酢酸イソブチル、酢酸−t−ブチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸−n−プロピル、プロピオン酸イソプロピル、プロピオン酸−n−ブチル、プロピオン酸イソブチル、プロピオン酸−t−ブチル、酪酸メチル、酪酸エチル、酪酸−n−プロピル、酪酸イソプロピル、イソ酪酸メチル、イソ酪酸エチル、イソ酪酸−n−プロピル、イソ酪酸イソプロピル等が挙げられる。
<Chain carboxylic acid ester>
Examples of the chain carboxylic acid ester include those having 3 to 7 carbon atoms in the structural formula. Specifically, methyl acetate, ethyl acetate, acetic acid-n-propyl, isopropyl acetate, acetic acid-n-butyl, isobutyl acetate, acetic acid-t-butyl, methyl propionate, ethyl propionate, propionate-n-propyl, Isopropyl propionate, n-butyl propionate, isobutyl propionate, t-butyl propionate, methyl butyrate, ethyl butyrate, n-propyl butyrate, isopropyl butyrate, methyl isobutyrate, ethyl isobutyrate, isobutyric acid-n- Examples include propyl and isopropyl isobutyrate.
中でも、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸−n−プロピル、酢酸−n−ブチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸−n−プロピル、プロピオン酸イソプロピル、酪酸メチル、酪酸エチル等が、粘度低下によるイオン伝導度の向上の点から好ましい。
鎖状カルボン酸エステルの配合量は、非水溶媒100体積%中、通常10体積%以上、好ましくは15体積%以上、また、通常60体積%以下、好ましくは50体積%以下である。上記範囲内にあることにより、非水系電解液の電気伝導率を改善し、非水系電解液二次電池の大電流放電特性を向上させやすくなる。また、負極抵抗の増大を抑制し、非水系電解液二次電池の大電流放電特性、サイクル特性を良好な範囲としやすくなる。
Among them, methyl acetate, ethyl acetate, acetate-n-propyl, acetate-n-butyl, methyl propionate, ethyl propionate, propionate-n-propyl, isopropyl propionate, methyl butyrate, ethyl butyrate, etc. It is preferable from the viewpoint of improvement of ionic conductivity.
The amount of the chain carboxylic acid ester is usually 10% by volume or more, preferably 15% by volume or more, and usually 60% by volume or less, preferably 50% by volume or less in 100% by volume of the non-aqueous solvent. By being in the said range, it becomes easy to improve the electrical conductivity of a non-aqueous electrolyte solution, and to improve the large current discharge characteristic of a non-aqueous electrolyte secondary battery. Further, the increase in negative electrode resistance is suppressed, and the large current discharge characteristics and cycle characteristics of the non-aqueous electrolyte secondary battery are easily set in a favorable range.
<エーテル系化合物>
エーテル系化合物としては、一部の水素がフッ素にて置換されていてもよい炭素数3〜10の鎖状エーテル、及び炭素数3〜6の環状エーテルが好ましい。
炭素数3〜10の鎖状エーテルとしては、ジエチルエーテル、ジ(2−フルオロエチル)エーテル、ジ(2,2−ジフルオロエチル)エーテル、ジ(2,2,2−トリフルオロエチル)エーテル、エチル(2−フルオロエチル)エーテル、エチル(2,2,2−トリフルオロエチル)エーテル、エチル(1,1,2,2−テトラフルオロエチル)エーテル、(2−フルオロエチル)(2,2,2−トリフルオロエチル)エーテル、(2−フルオロエチル)(1,1,2,2−テトラフルオロエチル)エーテル、(2,2,2−トリフルオロエチル)(1,1,2,2−テトラフルオロエチル)エーテル、エチル−n−プロピルエーテル、エチル(3−フルオロ−n−プロピル)エーテル、エチル(3,3,3−トリフルオロ−n−プロピル)エーテル、エチル(2,2,3,3−テトラフルオロ−n−プロピル)エーテル、エチル(2,2,3,3,3−ペンタフルオロ−n−プロピル)エーテル、2−フルオロエチル−n−プロピルエーテル、(2−フルオロエチル)(3−フルオロ−n−プロピル)エーテル、(2−フルオロエチル)(3,3,3−トリフルオロ−n−プロピル)エーテル、(2−フルオロエチル)(2,2,3,3−テトラフルオロ−n−プロピル)エーテル、(2−フルオロエチル)(2,2,3,3,3−ペンタフルオロ−n−プロピル)エーテル、2,2,2−トリフルオロエチル−n−プロピルエーテル、(2,2,2−トリフルオロエチル)(3−フルオロ−n−プロピル)エーテル、(2,2,2−トリフルオロエチル)(3,3,3−トリフルオロ−n−プロピル)エーテル、(2,2,2−トリフルオロエチル)(2,2,3,3−テトラフルオロ−n−プロピル)エーテル、(2,2,2−トリフルオロエチル)(2,2,3,3,3−ペンタフルオロ−n−プロピル)エーテル、1,1,2,2−テトラフルオロエチル−n−プロピルエーテル、(1,1,2,2−テトラフルオロエチル)(3−フルオロ−n−プロピル)エーテル、(1,1,2,2−テトラフルオロエチル)(3,3,3−トリフルオロ−n−プロピル)エーテル、(1,1,2,2−テトラフルオロエチル)(2,2,3,3−テトラフルオロ−n−プロピル)エーテル、(1,1,2,2−テトラフルオロエチル)(2,2,3,3,3−ペンタフルオロ−n−プロピル)エーテル、ジ−n−プロピルエーテル、(n−プロピル)(3−フルオロ−n−プロピル)エーテル、(n−プロピル)(3,3,3−トリフルオロ−n−プロピル)エーテル、(n−プロピル)(2,2,3,3−テトラフルオロ−n−プロピル)エーテル、(n−プロピル)(2,2,3,3,3−ペンタフルオロ−n−プロピル)エーテル、ジ(3−フルオロ−n−プロピル)エーテル、(3−フルオロ−n−プロピル)(3,3,3−トリフルオロ−n−プロピル)エーテル、(3−フルオロ−n−プロピル)(2,2,3,3−テトラフルオロ−n−プロピル)エーテル、(3−フルオロ−n−プロピル)(2,2,3,3,3−ペンタフルオロ−n−プロピル)エーテル、ジ(3,3,3−トリフルオロ−n−プロピル)エーテル、(3,3,3−トリフルオロ−n−プロピル)(2,2,3,3−テトラフルオロ−n−プロピル)エーテル、(3,3,3−トリフルオロ−n−プロピル)(2,2,3,3,3−ペンタフルオロ−n−プロピル)エーテル、ジ(2,2,3,3−テトラフルオロ−n−プロピル)エーテル、(2,2,3,3−テトラフルオロ−n−プロピル)(
2,2,3,3,3−ペンタフルオロ−n−プロピル)エーテル、ジ(2,2,3,3,3−ペンタフルオロ−n−プロピル)エーテル、ジ−n−ブチルエーテル、ジメトキシメタン、メトキシエトキシメタン、メトキシ(2−フルオロエトキシ)メタン、メトキシ(2,2,2−トリフルオロエトキシ)メタンメトキシ(1,1,2,2−テトラフルオロエトキシ)メタン、ジエトキシメタン、エトキシ(2−フルオロエトキシ)メタン、エトキシ(2,2,2−トリフルオロエトキシ)メタン、エトキシ(1,1,2,2−テトラフルオロエトキシ)メタン、ジ(2−フルオロエトキシ)メタン、(2−フルオロエトキシ)(2,2,2−トリフルオロエトキシ)メタン、(2−フルオロエトキシ)(1,1,2,2−テトラフルオロエトキシ)メタンジ(2,2,2−トリフルオロエトキシ)メタン、(2,2,2−トリフルオロエトキシ)(1,1,2,2−テトラフルオロエトキシ)メタン、ジ(1,1,2,2−テトラフルオロエトキシ)メタン、ジメトキシエタン、メトキシエトキシエタン、メトキシ(2−フルオロエトキシ)エタン、メトキシ(2,2,2−トリフルオロエトキシ)エタン、メトキシ(1,1,2,2−テトラフルオロエトキシ)エタン、ジエトキシエタン、エトキシ(2−フルオロエトキシ)エタン、エトキシ(2,2,2−トリフルオロエトキシ)エタン、エトキシ(1,1,2,2−テトラフルオロエトキシ)エタン、ジ(2−フルオロエトキシ)エタン、(2−フルオロエトキシ)(2,2,2−トリフルオロエトキシ)エタン、(2−フルオロエトキシ)(1,1,2,2−テトラフルオロエトキシ)エタン、ジ(2,2,2−トリフルオロエトキシ)エタン、(2,2,2−トリフルオロエトキシ)(1,1,2,2−テトラフルオロエトキシ)エタン、ジ(1,1,2,2−テトラフルオロエトキシ)エタン、エチレングリコールジ−n−プロピルエーテル、エチレングリコールジ−n−ブチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル等が挙げられる。
<Ether compound>
As the ether compound, a chain ether having 3 to 10 carbon atoms in which part of hydrogen may be substituted with fluorine, and a cyclic ether having 3 to 6 carbon atoms are preferable.
Examples of the chain ether having 3 to 10 carbon atoms include diethyl ether, di (2-fluoroethyl) ether, di (2,2-difluoroethyl) ether, di (2,2,2-trifluoroethyl) ether, ethyl (2-fluoroethyl) ether, ethyl (2,2,2-trifluoroethyl) ether, ethyl (1,1,2,2-tetrafluoroethyl) ether, (2-fluoroethyl) (2,2,2 -Trifluoroethyl) ether, (2-fluoroethyl) (1,1,2,2-tetrafluoroethyl) ether, (2,2,2-trifluoroethyl) (1,1,2,2-tetrafluoro) Ethyl) ether, ethyl-n-propyl ether, ethyl (3-fluoro-n-propyl) ether, ethyl (3,3,3-trifluoro-n-propyl) Ether, ethyl (2,2,3,3-tetrafluoro-n-propyl) ether, ethyl (2,2,3,3,3-pentafluoro-n-propyl) ether, 2-fluoroethyl-n-propyl Ether, (2-fluoroethyl) (3-fluoro-n-propyl) ether, (2-fluoroethyl) (3,3,3-trifluoro-n-propyl) ether, (2-fluoroethyl) (2, 2,3,3-tetrafluoro-n-propyl) ether, (2-fluoroethyl) (2,2,3,3,3-pentafluoro-n-propyl) ether, 2,2,2-trifluoroethyl -N-propyl ether, (2,2,2-trifluoroethyl) (3-fluoro-n-propyl) ether, (2,2,2-trifluoroethyl) (3,3,3-trifluoro Olo-n-propyl) ether, (2,2,2-trifluoroethyl) (2,2,3,3-tetrafluoro-n-propyl) ether, (2,2,2-trifluoroethyl) (2 , 2,3,3,3-pentafluoro-n-propyl) ether, 1,1,2,2-tetrafluoroethyl-n-propyl ether, (1,1,2,2-tetrafluoroethyl) (3 -Fluoro-n-propyl) ether, (1,1,2,2-tetrafluoroethyl) (3,3,3-trifluoro-n-propyl) ether, (1,1,2,2-tetrafluoroethyl) ) (2,2,3,3-tetrafluoro-n-propyl) ether, (1,1,2,2-tetrafluoroethyl) (2,2,3,3,3-pentafluoro-n-propyl) Ether, di-n-propyl Ether, (n-propyl) (3-fluoro-n-propyl) ether, (n-propyl) (3,3,3-trifluoro-n-propyl) ether, (n-propyl) (2,2,3 , 3-tetrafluoro-n-propyl) ether, (n-propyl) (2,2,3,3,3-pentafluoro-n-propyl) ether, di (3-fluoro-n-propyl) ether, ( 3-Fluoro-n-propyl) (3,3,3-trifluoro-n-propyl) ether, (3-fluoro-n-propyl) (2,2,3,3-tetrafluoro-n-propyl) ether , (3-fluoro-n-propyl) (2,2,3,3,3-pentafluoro-n-propyl) ether, di (3,3,3-trifluoro-n-propyl) ether, (3 3,3-triflu (Ro-n-propyl) (2,2,3,3-tetrafluoro-n-propyl) ether, (3,3,3-trifluoro-n-propyl) (2,2,3,3,3-penta Fluoro-n-propyl) ether, di (2,2,3,3-tetrafluoro-n-propyl) ether, (2,2,3,3-tetrafluoro-n-propyl) (
2,2,3,3,3-pentafluoro-n-propyl) ether, di (2,2,3,3,3-pentafluoro-n-propyl) ether, di-n-butyl ether, dimethoxymethane, methoxy Ethoxymethane, methoxy (2-fluoroethoxy) methane, methoxy (2,2,2-trifluoroethoxy) methanemethoxy (1,1,2,2-tetrafluoroethoxy) methane, diethoxymethane, ethoxy (2-fluoro Ethoxy) methane, ethoxy (2,2,2-trifluoroethoxy) methane, ethoxy (1,1,2,2-tetrafluoroethoxy) methane, di (2-fluoroethoxy) methane, (2-fluoroethoxy) ( 2,2,2-trifluoroethoxy) methane, (2-fluoroethoxy) (1,1,2,2-tetrafluoroe Xyl) methanedi (2,2,2-trifluoroethoxy) methane, (2,2,2-trifluoroethoxy) (1,1,2,2-tetrafluoroethoxy) methane, di (1,1,2, 2-tetrafluoroethoxy) methane, dimethoxyethane, methoxyethoxyethane, methoxy (2-fluoroethoxy) ethane, methoxy (2,2,2-trifluoroethoxy) ethane, methoxy (1,1,2,2-tetrafluoro) Ethoxy) ethane, diethoxyethane, ethoxy (2-fluoroethoxy) ethane, ethoxy (2,2,2-trifluoroethoxy) ethane, ethoxy (1,1,2,2-tetrafluoroethoxy) ethane, di (2 -Fluoroethoxy) ethane, (2-fluoroethoxy) (2,2,2-trifluoroethoxy) ethane, (2- (Luoroethoxy) (1,1,2,2-tetrafluoroethoxy) ethane, di (2,2,2-trifluoroethoxy) ethane, (2,2,2-trifluoroethoxy) (1,1,2,2 -Tetrafluoroethoxy) ethane, di (1,1,2,2-tetrafluoroethoxy) ethane, ethylene glycol di-n-propyl ether, ethylene glycol di-n-butyl ether, diethylene glycol dimethyl ether and the like.
炭素数3〜6の環状エーテルとしては、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、3−メチルテトラヒドロフラン、1,3−ジオキサン、2−メチル−1,3−ジオキサン、4−メチル−1,3−ジオキサン、1,4−ジオキサン等、及びこれらのフッ素化化合物が挙げられる。
中でも、ジメトキシメタン、ジエトキシメタン、エトキシメトキシメタン、エチレングリコールジ−n−プロピルエーテル、エチレングリコールジ−n−ブチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテルが、リチウムイオンへの溶媒和能力が高く、イオン解離性を向上させる点で好ましく、特に好ましくは、粘性が低く、高いイオン伝導度を与えることから、ジメトキシメタン、ジエトキシメタン、エトキシメトキシメタンである。
Examples of the cyclic ether having 3 to 6 carbon atoms include tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 3-methyltetrahydrofuran, 1,3-dioxane, 2-methyl-1,3-dioxane, 4-methyl-1,3-dioxane, 1 , 4-dioxane and the like, and fluorinated compounds thereof.
Among them, dimethoxymethane, diethoxymethane, ethoxymethoxymethane, ethylene glycol di-n-propyl ether, ethylene glycol di-n-butyl ether, and diethylene glycol dimethyl ether have high solvating ability to lithium ions and improve ion dissociation. Of these, dimethoxymethane, diethoxymethane, and ethoxymethoxymethane are preferable because they have low viscosity and give high ionic conductivity.
エーテル系化合物の配合量は、非水溶媒100体積%中、通常5体積%以上、好ましくは10体積%以上、より好ましくは15体積%以上、また、通常70体積%以下、好ましくは60体積%以下、より好ましくは50体積%以下である。上記範囲内にあることにより、鎖状エーテルのリチウムイオン解離度の向上と粘度低下に由来するイオン伝導度の向上効果を確保しやすく、負極活物質が炭素質材料の場合、鎖状エーテルがリチウムイオンと共に共挿入されて容量が低下するといった事態を回避しやすい。 The compounding amount of the ether compound is usually 5% by volume or more, preferably 10% by volume or more, more preferably 15% by volume or more, and usually 70% by volume or less, preferably 60% by volume in 100% by volume of the non-aqueous solvent. Hereinafter, it is more preferably 50% by volume or less. By being within the above range, it is easy to ensure the improvement effect of the lithium ion dissociation of the chain ether and the improvement of the ionic conductivity derived from the decrease in viscosity. When the negative electrode active material is a carbonaceous material, the chain ether is lithium. It is easy to avoid a situation where the capacity is reduced due to co-insertion with ions.
<スルホン系化合物>
スルホン系化合物としては、炭素数3〜6の環状スルホン、及び炭素数2〜6の鎖状スルホンが好ましい。1分子中のスルホニル基の数は、1又は2であることが好ましい。
環状スルホンとしては、モノスルホン化合物であるトリメチレンスルホン類、テトラメチレンスルホン類、ヘキサメチレンスルホン類;ジスルホン化合物であるトリメチレンジスルホン類、テトラメチレンジスルホン類、ヘキサメチレンジスルホン類等が挙げられる。
<Sulfone compounds>
As the sulfone compound, a cyclic sulfone having 3 to 6 carbon atoms and a chain sulfone having 2 to 6 carbon atoms are preferable. The number of sulfonyl groups in one molecule is preferably 1 or 2.
Examples of the cyclic sulfone include trimethylene sulfones, tetramethylene sulfones, and hexamethylene sulfones that are monosulfone compounds; trimethylene disulfones, tetramethylene disulfones, and hexamethylene disulfones that are disulfone compounds.
中でも誘電率と粘性の観点から、テトラメチレンスルホン類、テトラメチレンジスルホン類、ヘキサメチレンスルホン類、ヘキサメチレンジスルホン類がより好ましく、テトラ
メチレンスルホン類(スルホラン類)が特に好ましい。
スルホラン類としては、スルホラン及び/又はスルホラン誘導体(以下、スルホランも含めて「スルホラン類」と略記する場合がある)が好ましい。スルホラン誘導体としては、スルホラン環を構成する炭素原子上に結合した水素原子の1以上がフッ素原子やアルキル基で置換されたものが好ましい。
Among these, from the viewpoint of dielectric constant and viscosity, tetramethylene sulfones, tetramethylene disulfones, hexamethylene sulfones, and hexamethylene disulfones are more preferable, and tetramethylene sulfones (sulfolanes) are particularly preferable.
The sulfolane is preferably sulfolane and / or a sulfolane derivative (hereinafter sometimes abbreviated as “sulfolane” including sulfolane). As the sulfolane derivative, one in which one or more hydrogen atoms bonded to the carbon atom constituting the sulfolane ring are substituted with a fluorine atom or an alkyl group is preferable.
中でも、2−メチルスルホラン、3−メチルスルホラン、2−フルオロスルホラン、3−フルオロスルホラン、2,2−ジフルオロスルホラン、2,3−ジフルオロスルホラン、2,4−ジフルオロスルホラン、2,5−ジフルオロスルホラン、3,4−ジフルオロスルホラン、2−フルオロ−3−メチルスルホラン、2−フルオロ−2−メチルスルホラン、3−フルオロ−3−メチルスルホラン、3−フルオロ−2−メチルスルホラン、4−フルオロ−3−メチルスルホラン、4−フルオロ−2−メチルスルホラン、5−フルオロ−3−メチルスルホラン、5−フルオロ−2−メチルスルホラン、2−フルオロメチルスルホラン、3−フルオロメチルスルホラン、2−トリフルオロメチルスルホラン、3−トリフルオロメチルスルホラン、2−フルオロ−3−(トリフルオロメチル)スルホラン、3−フルオロ−3−(トリフルオロメチル)スルホラン、4−フルオロ−3−(トリフルオロメチル)スルホラン、5−フルオロ−3−(トリフルオロメチル)スルホラン等がイオン伝導度が高く、入出力が高い点で好ましい。 Among them, 2-methyl sulfolane, 3-methyl sulfolane, 2-fluoro sulfolane, 3-fluoro sulfolane, 2,2-difluoro sulfolane, 2,3-difluoro sulfolane, 2,4-difluoro sulfolane, 2,5-difluoro sulfolane, 3,4-difluorosulfolane, 2-fluoro-3-methylsulfolane, 2-fluoro-2-methylsulfolane, 3-fluoro-3-methylsulfolane, 3-fluoro-2-methylsulfolane, 4-fluoro-3-methyl Sulfolane, 4-fluoro-2-methyl sulfolane, 5-fluoro-3-methyl sulfolane, 5-fluoro-2-methyl sulfolane, 2-fluoromethyl sulfolane, 3-fluoromethyl sulfolane, 2-trifluoromethyl sulfolane, 3- Trifluoromethylsulfolane, -Fluoro-3- (trifluoromethyl) sulfolane, 3-fluoro-3- (trifluoromethyl) sulfolane, 4-fluoro-3- (trifluoromethyl) sulfolane, 5-fluoro-3- (trifluoromethyl) sulfolane Are preferable in view of high ion conductivity and high input / output.
また、鎖状スルホンとしては、ジメチルスルホン、エチルメチルスルホン、ジエチルスルホン、n−プロピルメチルスルホン、n−プロピルエチルスルホン、ジ−n−プロピルスルホン、イソプロピルメチルスルホン、イソプロピルエチルスルホン、ジイソプロピルスルホン、n−ブチルメチルスルホン、n−ブチルエチルスルホン、t−ブチルメチルスルホン、t−ブチルエチルスルホン、モノフルオロメチルメチルスルホン、ジフルオロメチルメチルスルホン、トリフルオロメチルメチルスルホン、モノフルオロエチルメチルスルホン、ジフルオロエチルメチルスルホン、トリフルオロエチルメチルスルホン、ペンタフルオロエチルメチルスルホン、エチルモノフルオロメチルスルホン、エチルジフルオロメチルスルホン、エチルトリフルオロメチルスルホン、パーフルオロエチルメチルスルホン、エチルトリフルオロエチルスルホン、エチルペンタフルオロエチルスルホン、ジ(トリフルオロエチル)スルホン、パーフルオロジエチルスルホン、フルオロメチル−n−プロピルスルホン、ジフルオロメチル−n−プロピルスルホン、トリフルオロメチル−n−プロピルスルホン、フルオロメチルイソプロピルスルホン、ジフルオロメチルイソプロピルスルホン、トリフルオロメチルイソプロピルスルホン、トリフルオロエチル−n−プロピルスルホン、トリフルオロエチルイソプロピルスルホン、ペンタフルオロエチル−n−プロピルスルホン、ペンタフルオロエチルイソプロピルスルホン、トリフルオロエチル−n−ブチルスルホン、トリフルオロエチル−t−ブチルスルホン、ペンタフルオロエチル−n−ブチルスルホン、ペンタフルオロエチル−t−ブチルスルホン等が挙げられる。 As the chain sulfone, dimethyl sulfone, ethyl methyl sulfone, diethyl sulfone, n-propyl methyl sulfone, n-propyl ethyl sulfone, di-n-propyl sulfone, isopropyl methyl sulfone, isopropyl ethyl sulfone, diisopropyl sulfone, n- Butyl methyl sulfone, n-butyl ethyl sulfone, t-butyl methyl sulfone, t-butyl ethyl sulfone, monofluoromethyl methyl sulfone, difluoromethyl methyl sulfone, trifluoromethyl methyl sulfone, monofluoroethyl methyl sulfone, difluoroethyl methyl sulfone, Trifluoroethyl methyl sulfone, pentafluoroethyl methyl sulfone, ethyl monofluoromethyl sulfone, ethyl difluoromethyl sulfone, ethyl trif Oromethylsulfone, perfluoroethylmethylsulfone, ethyltrifluoroethylsulfone, ethylpentafluoroethylsulfone, di (trifluoroethyl) sulfone, perfluorodiethylsulfone, fluoromethyl-n-propylsulfone, difluoromethyl-n-propylsulfone Trifluoromethyl-n-propylsulfone, fluoromethylisopropylsulfone, difluoromethylisopropylsulfone, trifluoromethylisopropylsulfone, trifluoroethyl-n-propylsulfone, trifluoroethylisopropylsulfone, pentafluoroethyl-n-propylsulfone, Pentafluoroethyl isopropyl sulfone, trifluoroethyl-n-butyl sulfone, trifluoroethyl-t-butyl sulfone Emissions, pentafluoroethyl -n- butyl sulfone, pentafluoroethyl -t- butyl sulfone, and the like.
中でも、ジメチルスルホン、エチルメチルスルホン、ジエチルスルホン、n−プロピルメチルスルホン、イソプロピルメチルスルホン、n−ブチルメチルスルホン、t−ブチルメチルスルホン、モノフルオロメチルメチルスルホン、ジフルオロメチルメチルスルホン、トリフルオロメチルメチルスルホン、モノフルオロエチルメチルスルホン、ジフルオロエチルメチルスルホン、トリフルオロエチルメチルスルホン、ペンタフルオロエチルメチルスルホン、エチルモノフルオロメチルスルホン、エチルジフルオロメチルスルホン、エチルトリフルオロメチルスルホン、エチルトリフルオロエチルスルホン、エチルペンタフルオロエチルスルホン、トリフルオロメチル−n−プロピルスルホン、トリフルオロメチルイソプロピルスルホン、トリフルオロエチル−n−ブチルスルホン、トリフルオロエチル−t−ブチルスルホン、トリフルオロメチル−n−ブチルスルホン、トリフルオロメチル−t−ブチルスルホン等がイオン伝導度が高く、入出力が高い点で好ましい。 Among them, dimethyl sulfone, ethyl methyl sulfone, diethyl sulfone, n-propyl methyl sulfone, isopropyl methyl sulfone, n-butyl methyl sulfone, t-butyl methyl sulfone, monofluoromethyl methyl sulfone, difluoromethyl methyl sulfone, trifluoromethyl methyl sulfone , Monofluoroethyl methyl sulfone, difluoroethyl methyl sulfone, trifluoroethyl methyl sulfone, pentafluoroethyl methyl sulfone, ethyl monofluoromethyl sulfone, ethyl difluoromethyl sulfone, ethyl trifluoromethyl sulfone, ethyl trifluoroethyl sulfone, ethyl pentafluoro Ethyl sulfone, trifluoromethyl-n-propyl sulfone, trifluoromethyl isopropyl sulfone, tri Ruoroechiru -n- butyl sulfone, trifluoroethyl -t- butyl sulfone, trifluoromethyl -n- butyl sulfone, trifluoromethyl -t- butyl sulfone is high ion conductivity, O is preferable high points.
スルホン系化合物の配合量は、非水溶媒100体積%中、通常0.3体積%以上、好ましくは0.5体積%以上、より好ましくは1体積%以上であり、また、通常40体積%以下、好ましくは35体積%以下、より好ましくは30体積%以下である。上記範囲内にあることにより、サイクル特性や保存特性等の耐久性の向上効果が得られやすく、また、非水系電解液の粘度を適切な範囲とし、電気伝導率の低下を回避することができ、非水系電解液二次電池の充放電を高電流密度で行う場合に、充放電容量維持率が低下するといった事態を回避しやすい。 The compounding amount of the sulfone compound is usually 0.3% by volume or more, preferably 0.5% by volume or more, more preferably 1% by volume or more, and usually 40% by volume or less in 100% by volume of the non-aqueous solvent. , Preferably 35% by volume or less, more preferably 30% by volume or less. By being in the above-mentioned range, it is easy to obtain durability improvement effects such as cycle characteristics and storage characteristics, and the viscosity of the non-aqueous electrolyte solution can be set to an appropriate range to avoid a decrease in electrical conductivity. When charging / discharging the non-aqueous electrolyte secondary battery at a high current density, it is easy to avoid a situation in which the charge / discharge capacity maintenance rate is reduced.
これらの環状カーボネート、鎖状カーボネート、環状及び鎖状カルボン酸エステル、エーテル系化合物、スルホン系化合物等は、それぞれの群からなる化合物を単独で用いても、2種以上を併用してもよいが、2種以上の群からなる化合物を併用するのが好ましい。例えば、環状カーボネート類や環状カルボン酸エステル類等の高誘電率溶媒と、鎖状カーボネート類や鎖状カルボン酸エステル類等の低粘度溶媒とを併用するのが好ましい。 These cyclic carbonates, chain carbonates, cyclic and chain carboxylic acid esters, ether compounds, sulfone compounds and the like may be used alone or in combination of two or more. It is preferable to use a compound comprising two or more groups in combination. For example, it is preferable to use a high dielectric constant solvent such as cyclic carbonates or cyclic carboxylic acid esters in combination with a low viscosity solvent such as chain carbonates or chain carboxylic acid esters.
非水溶媒の好ましい組合せの一つは、環状カーボネートと鎖状カーボネートを主体とする組合せである。中でも、非水溶媒に占める環状カーボネートと鎖状カーボネートとの合計が、好ましくは70体積%以上、より好ましくは80体積%以上、更に好ましくは90体積%以上であり、かつ環状カーボネートと鎖状カーボネートとの合計に対する環状カーボネートの割合が好ましくは5体積%以上、より好ましくは10体積%以上、更に好ましくは15体積%以上であり、好ましくは50体積%以下、より好ましくは35体積%以下、更に好ましくは30体積%以下、特に好ましくは25体積%以下のものである。これらの非水溶媒の組み合わせを用いると、これを用いて作製された電池のサイクル特性と高温保存特性(特に、高温保存後の残存容量及び高負荷放電容量)のバランスが良く好ましい。 One preferable combination of the non-aqueous solvent is a combination mainly composed of a cyclic carbonate and a chain carbonate. Among them, the total of the cyclic carbonate and the chain carbonate in the non-aqueous solvent is preferably 70% by volume or more, more preferably 80% by volume or more, still more preferably 90% by volume or more, and the cyclic carbonate and the chain carbonate. The ratio of the cyclic carbonate with respect to the total is preferably 5% by volume or more, more preferably 10% by volume or more, still more preferably 15% by volume or more, preferably 50% by volume or less, more preferably 35% by volume or less, It is preferably 30% by volume or less, particularly preferably 25% by volume or less. Use of a combination of these non-aqueous solvents is preferable because of good balance between cycle characteristics and high-temperature storage characteristics (particularly, remaining capacity and high-load discharge capacity after high-temperature storage) of a battery produced using the non-aqueous solvent.
環状カーボネートとしては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、モノフルオロエチレンカーボネート、4,4−ジフルオロエチレンカーボネート、4,5- ジフルオロエチレンカーボネート及び4,5−ジフルオロ−4,5−ジメチルエチレンカーボネートが電池のサイクル特性と高温保存特性向上の点から好ましい。
エチレンカーボネートと鎖状カーボネートの好ましい組み合わせの具体例としては、エチレンカーボネートとジメチルカーボネート、エチレンカーボネートとジエチルカーボネート、エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネート、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとジエチルカーボネート、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとエチルメチルカーボネート、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとエチルメチルカーボネート、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとジエチルカーボネートとエチルメチルカーボネート等が挙げられる。中でも、鎖状カーボネートとして非対称鎖状アルキルカーボネート類を含有するものが更に好ましく、特に、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとエチルメチルカーボネート、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとエチルメチルカーボネート、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとジエチルカーボネートとエチルメチルカーボネートといったエチレンカーボネートと対称鎖状カーボネート類と非対称鎖状カーボネート類を含有するものが、サイクル特性と大電流放電特性のバランスが良いので好ましい。
Cyclic carbonates include ethylene carbonate, propylene carbonate, monofluoroethylene carbonate, 4,4-difluoroethylene carbonate, 4,5-difluoroethylene carbonate, and 4,5-difluoro-4,5-dimethylethylene carbonate. From the viewpoint of improving high-temperature storage characteristics.
Specific examples of preferred combinations of ethylene carbonate and chain carbonate include ethylene carbonate and dimethyl carbonate, ethylene carbonate and diethyl carbonate, ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate, ethylene carbonate and dimethyl carbonate and diethyl carbonate, ethylene carbonate and dimethyl carbonate and ethyl Examples include methyl carbonate, ethylene carbonate, diethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate, ethylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate. Among them, those containing asymmetric linear alkyl carbonates as chain carbonates are more preferable, and in particular, ethylene carbonate, dimethyl carbonate and ethyl methyl carbonate, ethylene carbonate, diethyl carbonate and ethyl methyl carbonate, ethylene carbonate, dimethyl carbonate and diethyl carbonate. And ethylene carbonate such as ethyl methyl carbonate, and those containing symmetric chain carbonates and asymmetric chain carbonates are preferred because of a good balance between cycle characteristics and large current discharge characteristics.
これらのエチレンカーボネートと鎖状カーボネート類との組み合わせに、更にプロピレンカーボネートを加えた組み合わせも、好ましい組み合わせとして挙げられる。プロピレンカーボネートを含有する場合には、エチレンカーボネートとプロピレンカーボネートの体積比は、99:1〜40:60が好ましく、より好ましくは95:5〜50:50である。更に、非水溶媒全体に占めるプロピレンカーボネートの割合は、通常1体積%以上、好ましくは2体積%以上、より好ましくは3体積%以上、また、通常20体積%以下、好ましくは10体積%以下、より好ましくは5体積%以下である。この濃度範囲でプロピレ
ンカーボネートを含有すると、エチレンカーボネートと鎖状カーボネートとの組み合わせの特性を維持したまま、更に低温特性が優れることがあるので好ましい。
A combination in which propylene carbonate is further added to the combination of these ethylene carbonates and chain carbonates is also a preferable combination. In the case of containing propylene carbonate, the volume ratio of ethylene carbonate to propylene carbonate is preferably 99: 1 to 40:60, more preferably 95: 5 to 50:50. Further, the proportion of propylene carbonate in the whole non-aqueous solvent is usually 1% by volume or more, preferably 2% by volume or more, more preferably 3% by volume or more, and usually 20% by volume or less, preferably 10% by volume or less, More preferably, it is 5 volume% or less. It is preferable to contain propylene carbonate in this concentration range because the low temperature characteristics may be further improved while maintaining the combination characteristics of ethylene carbonate and chain carbonate.
モノフルオロエチレンカーボネートと鎖状カーボネートの好ましい組み合わせの具体例としては、モノフルオロエチレンカーボネートとジメチルカーボネート、モノフルオロエチレンカーボネートとジエチルカーボネート、モノフルオロエチレンカーボネートとエチルメチルカーボネート、モノフルオロエチレンカーボネートとジメチルカーボネートとジエチルカーボネート、モノフルオロエチレンカーボネートとジメチルカーボネートとエチルメチルカーボネート、モノフルオロエチレンカーボネートとジエチルカーボネートとエチルメチルカーボネート、モノフルオロエチレンカーボネートとジメチルカーボネートとジエチルカーボネートとエチルメチルカーボネート等が挙げられる。 Specific examples of preferable combinations of monofluoroethylene carbonate and chain carbonate include monofluoroethylene carbonate and dimethyl carbonate, monofluoroethylene carbonate and diethyl carbonate, monofluoroethylene carbonate and ethyl methyl carbonate, monofluoroethylene carbonate and dimethyl carbonate, Examples include diethyl carbonate, monofluoroethylene carbonate, dimethyl carbonate and ethyl methyl carbonate, monofluoroethylene carbonate, diethyl carbonate and ethyl methyl carbonate, monofluoroethylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate and ethyl methyl carbonate.
これらのモノフルオロエチレンカーボネートと鎖状カーボネート類との組み合わせに、更にエチレンカーボネートおよび/またはプロピレンカーボネートを加えた組み合わせも、好ましい組み合わせとして挙げられる。エチレンカーボネートおよび/またはプロピレンカーボネートを加えた場合のモノフルオロエチレンカーボネートとエチレンカーボネートおよび/またはプロピレンカーボネートの体積比は1:3〜3:1が好ましく、より好ましくは1:2〜2:1である。この濃度範囲でエチレンカーボネートおよび/またはプロピレンカーボネートを含有すると、負極に安定な保護皮膜を形成しつつ、電解液の電気伝導度を確保することができる。 A combination in which ethylene carbonate and / or propylene carbonate is further added to the combination of these monofluoroethylene carbonate and chain carbonate is also a preferable combination. The volume ratio of monofluoroethylene carbonate to ethylene carbonate and / or propylene carbonate when ethylene carbonate and / or propylene carbonate is added is preferably 1: 3 to 3: 1, more preferably 1: 2 to 2: 1. . When ethylene carbonate and / or propylene carbonate is contained in this concentration range, the electrical conductivity of the electrolytic solution can be ensured while forming a stable protective film on the negative electrode.
また、非水溶媒中にジエチルカーボネートを含有する場合は、全非水溶媒中に占めるジエチルカーボネートの割合が、通常10体積%以上、好ましくは20体積%以上、より好ましくは25体積%以上、更に好ましくは30体積%以上であり、また、通常90体積%以下、好ましくは80体積%以下、より好ましくは75体積%以下、更に好ましくは、70体積%以下である。上記範囲で含有させると、高温保存時におけるガス発生が抑制されることがある。 Further, when diethyl carbonate is contained in the non-aqueous solvent, the proportion of diethyl carbonate in the total non-aqueous solvent is usually 10% by volume or more, preferably 20% by volume or more, more preferably 25% by volume or more, It is preferably 30% by volume or more, and is usually 90% by volume or less, preferably 80% by volume or less, more preferably 75% by volume or less, and still more preferably 70% by volume or less. If it is contained in the above range, gas generation during high-temperature storage may be suppressed.
また、非水溶媒中にジメチルカーボネートを含有する場合は、全非水溶媒中に占めるジメチルカーボネートの割合が、通常10体積%以上、好ましくは20体積%以上、より好ましくは25体積%以上、更に好ましくは30体積%以上であり、また、通常90体積%以下、好ましくは80体積%以下、より好ましくは75体積%以下、更に好ましくは70体積%以下とである。上記範囲で含有させると、電池の負荷特性が向上することがある。 In the case where dimethyl carbonate is contained in the non-aqueous solvent, the proportion of dimethyl carbonate in the total non-aqueous solvent is usually 10% by volume or more, preferably 20% by volume or more, more preferably 25% by volume or more. It is preferably 30% by volume or more, and is usually 90% by volume or less, preferably 80% by volume or less, more preferably 75% by volume or less, and further preferably 70% by volume or less. When it is contained in the above range, the load characteristics of the battery may be improved.
中でも、ジメチルカーボネートとエチルメチルカーボネートを含有し、ジメチルカーボネートの含有割合をエチルメチルカーボネートの含有割合よりも多くすることにより、電解液の電気伝導度を確保しながら、高温保存後の電池特性が向上することがあり好ましい。
全非水溶媒中に占めるジメチルカーボネートのエチルメチルカーボネートに対する体積比(ジメチルカーボネート/エチルメチルカーボネート)は、電解液の電気伝導度の向上と保存後の電池特性を向上の点で、0.8以上が好ましく、1以上がより好ましい。上記体積比(ジメチルカーボネート/エチルメチルカーボネート)は、低温での電池特性を向上の点で、40以下が好ましく、20以下がより好ましく、10以下が更に好ましく、8以下が特に好ましい。
Above all, it contains dimethyl carbonate and ethyl methyl carbonate, and by increasing the content ratio of dimethyl carbonate over the content ratio of ethyl methyl carbonate, the battery characteristics after high-temperature storage are improved while ensuring the electrical conductivity of the electrolyte. This is preferable.
The volume ratio of dimethyl carbonate to ethyl methyl carbonate in all non-aqueous solvents (dimethyl carbonate / ethyl methyl carbonate) is 0.8 or more in terms of improving the electrical conductivity of the electrolyte and improving the battery characteristics after storage. Is preferable, and 1 or more is more preferable. The volume ratio (dimethyl carbonate / ethyl methyl carbonate) is preferably 40 or less, more preferably 20 or less, still more preferably 10 or less, and particularly preferably 8 or less, from the viewpoint of improving battery characteristics at low temperatures.
また、上記環状カーボネート類と鎖状カーボネート類を主体とする組合せにおいては、上記環状カーボネート類および鎖状カーボネート類以外の環状カーボネート類、鎖状カーボネート類、環状カルボン酸エステル類、鎖状カルボン酸エステル類、環状エーテル類、鎖状エーテル類、スルホン系化合物等、他の溶媒を混合してもよい。
好ましい非水溶媒の他の例は、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチ
レンカーボネートよりなる群から選ばれた1種の有機溶媒、又は該群から選ばれた2以上の有機溶媒からなる混合溶媒を全体の60体積%以上を占めるものである。この混合溶媒を用いた非水系電解液は、高温で使用しても溶媒の蒸発や液漏れが少なくなることがある。中でも、非水溶媒に占めるエチレンカーボネートとプロピレンカーボネートとの合計が、好ましくは70体積%以上、より好ましくは80体積%以上、更に好ましくは90体積%以上であり、かつエチレンカーボネートとプロピレンカーボネートの体積比が好ましくは30:70〜60:40であるものを用いると、サイクル特性と高温保存特性等のバランスがよくなることがある。
In addition, in the combination mainly composed of the cyclic carbonates and the chain carbonates, the cyclic carbonates other than the cyclic carbonates and the chain carbonates, the chain carbonates, the cyclic carboxylic acid esters, and the chain carboxylic acid esters. , Cyclic ethers, chain ethers, sulfone compounds, and other solvents may be mixed.
Another example of the preferred non-aqueous solvent is an organic solvent selected from the group consisting of ethylene carbonate, propylene carbonate and butylene carbonate, or a mixed solvent consisting of two or more organic solvents selected from the group. It occupies 60% by volume or more. A non-aqueous electrolyte using this mixed solvent may reduce solvent evaporation and liquid leakage even when used at high temperatures. Among them, the total of ethylene carbonate and propylene carbonate in the non-aqueous solvent is preferably 70% by volume or more, more preferably 80% by volume or more, still more preferably 90% by volume or more, and the volume of ethylene carbonate and propylene carbonate. When the ratio is preferably 30:70 to 60:40, the balance between cycle characteristics and high-temperature storage characteristics may be improved.
なお、本明細書において、非水溶媒の体積は25℃での測定値であるが、エチレンカーボネートのように25℃で固体のものは融点での測定値を用いる。
1−3.一般式(1)で表される化合物、および一般式(2)で表される化合物
本発明は、非水系電解液中に下記一般式(1)で表される化合物を含有し、さらに下記一般式(2)で表される化合物を含有することを特徴としている。
In this specification, the volume of the non-aqueous solvent is a measured value at 25 ° C., but the measured value at the melting point is used for a solid at 25 ° C. such as ethylene carbonate.
1-3. The compound represented by the general formula (1) and the compound represented by the general formula (2) The present invention contains a compound represented by the following general formula (1) in the non-aqueous electrolyte solution, and further includes the following general formula It is characterized by containing a compound represented by the formula (2).
(式(1)中、XとZはCR1 2、C=O、C=N−R1、C=P−R1、O、S、N−R1、P−R1を表し、同一でも異なっていてもよい。YはCR1 2、C=O、S=O、S(=O)2、P(=O)―R2、P(=O)−OR3を表す。式中、R及びR1は水素、ハロゲン、または、官能基を有してもよい炭素数1から20の炭化水素基であり、互いに同一であっても異なっていてもよい。R2は官能基を有してもよい炭素数1から20の炭化水素基である。R3は、Li、NR4 4または、官能基を有してもよい炭素数1から20の炭化水素基である。R4は官能基を有してもよい炭素数1から20の炭化水素基であり、互いに同一であっても異なっていてもよい。nおよびmは0以上の整数を表す。Wは上記Rを表す。 (In the formula (1), X and Z represent CR 1 2 , C═O, C═N—R 1 , C═P—R 1 , O, S, N—R 1 , P—R 1 and are the same. However, Y represents CR 1 2 , C═O, S═O, S (═O) 2 , P (═O) —R 2 , P (═O) —OR 3 where , R and R 1 are hydrogen, halogen, or a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms which may have a functional group, and may be the same or different from each other, and R 2 represents a functional group. .R 3 from carbon atoms 1 also a hydrocarbon group of 20 has the, Li, NR 4 4, or a hydrocarbon group having carbon atoms 1 may have a functional group 20 .R 4 Is a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms which may have a functional group, and may be the same or different from each other, n and m each represents an integer of 0 or more, and W represents the above R. .
式(2)中、R5〜R10はそれぞれ独立して水素原子、ハロゲン原子、ハロゲン原子を有していてもよい炭素数1〜12の炭化水素基、エーテル基、エステル基を表す。)
<一般式(1)で表される化合物>
式中、XとZは、一般式(1)に記載の範囲であれば特に限定されないが、好ましくは、CR1 2、O、S、N−Rがより好ましい。また、Yも一般式(1)に記載の範囲であれば特に限定されないが、好ましくは、C=O、S=O、S(=O)2、P(=O)―R2、P(=O)−OR3がより好ましい。RとR1は、一般式(1)に記載の範囲であれば特
に限定されないが、好ましくは、水素、フッ素、置換基を有してもよい飽和脂肪族炭化水素基、置換基を有してもよい不飽和脂肪族炭化水素基、置換基を有してもよい芳香族炭化水素基があげられる。
In formula (2), R 5 to R 10 each independently represent a hydrogen atom, a halogen atom, or a hydrocarbon group having 1 to 12 carbon atoms, an ether group or an ester group which may have a halogen atom. )
<Compound represented by the general formula (1)>
Wherein, X and Z have the general formula (1) is not particularly limited as long as the scope of the described, preferably, CR 1 2, O, S , N-R are more preferred. Y is not particularly limited as long as it is within the range described in the general formula (1), but preferably C═O, S═O, S (═O) 2 , P (═O) —R 2 , P ( ═O) —OR 3 is more preferred. R and R 1 are not particularly limited as long as they are within the range described in the general formula (1), but preferably have hydrogen, fluorine, a saturated aliphatic hydrocarbon group which may have a substituent, or a substituent. Examples thereof may include an unsaturated aliphatic hydrocarbon group which may be substituted, and an aromatic hydrocarbon group which may have a substituent.
R2およびR4は、一般式(1)に記載の範囲であれば特に限定されないが、好ましくは、置換基を有してもよい飽和脂肪族炭化水素基、置換基を有してもよい不飽和脂肪族炭化水素、置換基を有してもよい芳香族炭化水素・芳香族ヘテロ環があげられる。
R3は、一般式(1)に記載の範囲であれば特に限定されないが、好ましくは、Li、置換基を有してもよい飽和脂肪族炭化水素、置換基を有してもよい不飽和脂肪族炭化水素、置換基を有してもよい芳香族炭化水素・芳香族ヘテロ環があげられる。
R 2 and R 4 are not particularly limited as long as they are within the range described in the general formula (1), but are preferably a saturated aliphatic hydrocarbon group that may have a substituent or a substituent. Examples thereof include unsaturated aliphatic hydrocarbons and optionally substituted aromatic hydrocarbons / aromatic heterocycles.
R 3 is not particularly limited as long as it is within the range described in the general formula (1), but preferably Li, a saturated aliphatic hydrocarbon which may have a substituent, or an unsaturated which may have a substituent Examples thereof include an aliphatic hydrocarbon and an aromatic hydrocarbon / aromatic heterocycle which may have a substituent.
置換基を有してもよい飽和脂肪族炭化水素、置換基を有してもよい不飽和脂肪族炭化水素、置換基を有してもよい芳香族炭化水素・芳香族ヘテロ環の置換基としては特に限定はされないが、好ましくは、ハロゲン、カルボン酸、炭酸、スルホン酸、リン酸、亜リン酸等の置換基を有してもよい飽和脂肪族炭化水素基、置換基を有してもよい不飽和脂肪族炭化水素基、置換基を有してもよい芳香族炭化水素基のエステル等があげられ、さらに好ましくは、ハロゲン、最も好ましくはフッ素が好ましい。 As a saturated aliphatic hydrocarbon which may have a substituent, an unsaturated aliphatic hydrocarbon which may have a substituent, a substituent of an aromatic hydrocarbon / aromatic heterocycle which may have a substituent Is not particularly limited, but preferably a saturated aliphatic hydrocarbon group which may have a substituent such as halogen, carboxylic acid, carbonic acid, sulfonic acid, phosphoric acid, phosphorous acid, or a substituent. Examples thereof include a preferable unsaturated aliphatic hydrocarbon group and an ester of an aromatic hydrocarbon group which may have a substituent, and more preferable is halogen, and most preferable is fluorine.
好ましい飽和脂肪族炭化水素として、具体的には、メチル基、エチル基、フルオロメチル基、ジフルオロメチル基、トリフルオロメチル基、1−フルオロエチル基、2−フルオロエチル基、1,1−ジフルオロエチル基、1,2−ジフルオロエチル基、2,2−ジフルオロエチル基、1,1、2−トリフルオロエチル基、1,2、2−トリフルオロエチル基、2、2、2−トリフルオロエチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基が好ましい。 Preferable saturated aliphatic hydrocarbons include, specifically, methyl group, ethyl group, fluoromethyl group, difluoromethyl group, trifluoromethyl group, 1-fluoroethyl group, 2-fluoroethyl group, 1,1-difluoroethyl. Group, 1,2-difluoroethyl group, 2,2-difluoroethyl group, 1,1,2-trifluoroethyl group, 1,2,2-trifluoroethyl group, 2,2,2-trifluoroethyl group , A cyclopentyl group, and a cyclohexyl group are preferable.
好ましい不飽和脂肪族炭化水素としては、具体的には、エテニル基、1−フルオロエテニル基、2−フルオロエテニル基、1−メチルエテニル基、2−プロペニル基、2−フルオロ−2−プロペニル基、3−フルオロ−2−プロペニル基、エチニル基、2−フルオロエチニル基、2−プロピニル基、3−フルオロ−2プロピニル基が好ましい。
好ましい芳香族炭化水素としては、フェニル基、2−フルオロフェニル基、3−フルオロフェニル基、2、4−ジフルオロフェニル基、2、6−ジフルオロフェニル基、3、5−ジフルオロフェニル基、2、4、6−トリフルオロフェニル基が好ましい。
Specific preferred unsaturated aliphatic hydrocarbons include ethenyl, 1-fluoroethenyl, 2-fluoroethenyl, 1-methylethenyl, 2-propenyl, and 2-fluoro-2-propenyl. 3-fluoro-2-propenyl group, ethynyl group, 2-fluoroethynyl group, 2-propynyl group and 3-fluoro-2propynyl group are preferable.
Preferred aromatic hydrocarbons include phenyl group, 2-fluorophenyl group, 3-fluorophenyl group, 2,4-difluorophenyl group, 2,6-difluorophenyl group, 3,5-difluorophenyl group, 2, 4 , 6-trifluorophenyl group is preferred.
好ましい芳香族ヘテロ環としては、2−フラニル基、3−フラニル基、2−チオフェニル基、3−チオフェニル基、1−メチル−2−ピロリル基、1−メチル−3−ピロリル基が好ましい。
これらの中でも、メチル基、エチル基、フルオロメチル基、トリフルオロメチル基、2−フルオロエチル基、2、2、2−トリフルオロエチル基、エテニル基、エチニル基、フェニル基が好ましい。
Preferred aromatic heterocycles are 2-furanyl group, 3-furanyl group, 2-thiophenyl group, 3-thiophenyl group, 1-methyl-2-pyrrolyl group, and 1-methyl-3-pyrrolyl group.
Among these, a methyl group, an ethyl group, a fluoromethyl group, a trifluoromethyl group, a 2-fluoroethyl group, a 2,2,2-trifluoroethyl group, an ethenyl group, an ethynyl group, and a phenyl group are preferable.
さらに好ましくは、メチル基、エチル基、エチニル基が好ましい。
nおよびmは一般式(1)に記載の範囲であれば特に限定されないが、好ましくは、0または1であり、さらに好ましくは、n=m=1またはn=1、m=0である。
また、分子量は、好ましくは、50以上である。また、好ましくは、500以下である。この範囲であれば、非水系電解液に対する溶解性を確保しやすく、本発明の効果が十分に発現されやすい。これら好ましい化合物の具体例としては、
More preferably, a methyl group, an ethyl group, and an ethynyl group are preferable.
n and m are not particularly limited as long as they are within the range described in the general formula (1), but are preferably 0 or 1, and more preferably n = m = 1 or n = 1 and m = 0.
The molecular weight is preferably 50 or more. Moreover, Preferably, it is 500 or less. If it is this range, the solubility with respect to a non-aqueous electrolyte solution will be easy to be ensured, and the effect of this invention will fully be expressed easily. Specific examples of these preferred compounds include
等があげられる。
これらの中でも、その反応性と安定性の両面からRが水素、フッ素またはエチニル基であることが好ましい。フッ素またはエチニル基であることにより、反応性の低下による、期待する特性の低下を防ぐ。また、ハロゲンの中でもフッ素以外であることにより、反応性が高すぎて副反応が増加する場合を防ぐ。
Etc.
Among these, it is preferable that R is hydrogen, a fluorine, or an ethynyl group from both the reactivity and the stability. By being a fluorine or ethynyl group, it is possible to prevent a decrease in expected characteristics due to a decrease in reactivity. In addition, the halogen other than fluorine prevents the case where the reactivity is too high and the side reaction increases.
また、Rにおけるフッ素またはエチニル基の数は合わせて2つ以内で有ることが好ましい。上記範囲内にあることにより、電解液との相溶性の悪化や、反応性が高すぎて副反応が増加する場合を防ぐ。
また、これらの中でも、n=1、m=0が好ましい。双方が0である場合、環のひずみから安定性が悪化し、反応性が高くなりすぎて副反応が増加する恐れが有る。また、n=2以上、またはn=1であっても、m=1以上で有る場合、環状より鎖状である方が安定となる恐れがあり、初期の特性を示さない恐れが有る。
The number of fluorine or ethynyl groups in R is preferably within 2 in total. By being in the said range, the deterioration of compatibility with electrolyte solution and the case where reactivity is too high and a side reaction increases are prevented.
Among these, n = 1 and m = 0 are preferable. When both are 0, stability deteriorates from the distortion of the ring, the reactivity becomes too high, and there is a possibility that side reactions increase. Further, even if n = 2 or more, or n = 1, when m = 1 or more, there is a possibility that the chain is more stable than the ring and the initial characteristics may not be exhibited.
さらに、式中、XとZは、CR1 2またはOがより好ましい。CR1 2またはOであることにより、反応性が高すぎて副反応が増加する場合を防ぐ。
また、分子量は、より好ましくは100以上であり、また、より好ましくは200以下である。この範囲であれば、非水系電解液に対する一般式(1)の溶解性をさらに確保しやすく、本発明の効果が十分にさらに発現されやすい。
Furthermore, wherein, X and Z are, CR 1 2 or O are more preferred. By being CR 1 2 or O, the case where the reactivity is too high to increase the side reaction is prevented.
The molecular weight is more preferably 100 or more, and more preferably 200 or less. If it is this range, it will be easy to ensure further the solubility of General formula (1) with respect to a non-aqueous electrolyte solution, and the effect of this invention will be further fully expressed easily.
これらさらに好ましい化合物の具体例としては、 Specific examples of these more preferable compounds include
があげられる。
更に好ましくは、Rが全て水素である場合である。この場合、期待される特性を維持しつつ、副反応が最も抑制される可能性が高い。また、YがC=OまたはS=Oの場合、XおよびZのいずれか一方がOである事が、YがS(=O)2、P(=O)―R2、P(=O)−OR3の場合XとZが共にOまたはCH2であるか、XとZのいずれか一方がOであり
、もう一方がCH2で有ることが好ましい。YがC=OまたはS=Oの場合、XとZが共にCH2であると、反応性が高すぎて副反応が増加する恐れが有る。
Can be given.
More preferably, R is all hydrogen. In this case, the side reaction is most likely to be suppressed while maintaining the expected characteristics. Further, when Y is C = O or S = O, one of X and Z is O, indicating that Y is S (= O) 2 , P (= O) -R 2 , P (= O In the case of —OR 3 , it is preferred that both X and Z are O or CH 2 , or one of X and Z is O and the other is CH 2 . When Y is C═O or S═O, if both X and Z are CH 2 , the reactivity may be too high and side reactions may increase.
これらの化合物として具体的には、 Specifically, as these compounds,
があげられる。
一方、一般式(3)で表される化合物が、工業的な製造の容易さの観点から好ましい。
Can be given.
On the other hand, the compound represented by the general formula (3) is preferable from the viewpoint of ease of industrial production.
(YはC=O、S=O、S(=O)2、P(=O)―R2、P(=O)−OR3を表す。R2は官能基を有してもよい炭素数1から20の炭化水素基である。R3は、Li、NR4 4または、官能基を有してもよい炭素数1から20の炭化水素基である。R4は官能基を有してもよい炭素数1から20の炭化水素基であり、互いに同一であっても異なっていてもよい。)
これら、好ましい条件を持つ化合物としては、具体的には
(Y represents C═O, S═O, S (═O) 2 , P (═O) —R 2 , P (═O) —OR 3 , where R 2 may have a functional group. A hydrocarbon group having 1 to 20. R 3 is Li, NR 4 4 or a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms which may have a functional group, and R 4 has a functional group. And may be the same or different from each other.
As these compounds having preferable conditions, specifically,
があげられる。
一般式(1)で表される化合物は、1種を単独で用いても、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併有してもよい。また、一般式(1)で表される化合物の配合量は特に制限されず、本発明の効果を著しく損なわない限り任意である。一般式(1)で表される化合物の配合量は、非水系電解液100質量%中、通常0.001質量%以上、好ましくは0.01質量%以上、より好ましくは0.1質量%以上であり、また、通常5質量%以下、好ましくは4質量%以下、より好ましくは3質量%以下である。上記範囲内にあることにより、非水系電解液二次電池が十分なサイクル特性向上効果を発現しやすく、また、高温保存特性が低下し、放電容量維持率が低下するといった事態を回避しやすい。また、本発明における効果が十分となり、更に抵抗が増加して出力や負荷特性が低下する場合を防ぐ。
Can be given.
The compound represented by General formula (1) may be used individually by 1 type, or may have 2 or more types by arbitrary combinations and ratios. Moreover, the compounding quantity of the compound represented by General formula (1) is not restrict | limited in particular, As long as the effect of this invention is not impaired remarkably, it is arbitrary. The compounding amount of the compound represented by the general formula (1) is usually 0.001% by mass or more, preferably 0.01% by mass or more, more preferably 0.1% by mass or more in 100% by mass of the non-aqueous electrolyte solution. Moreover, it is 5 mass% or less normally, Preferably it is 4 mass% or less, More preferably, it is 3 mass% or less. By being in the above range, it is easy for the non-aqueous electrolyte secondary battery to exhibit a sufficient cycle characteristic improving effect, and it is easy to avoid a situation in which the high-temperature storage characteristic is lowered and the discharge capacity retention rate is lowered. Further, the effect of the present invention is sufficient, and the case where the resistance is further increased and the output and load characteristics are deteriorated is prevented.
<一般式(2)で表される化合物>
式(2)中、R5〜R10はそれぞれ独立して水素原子、ハロゲン原子、ハロゲン原子を有していてもよい炭素数1〜12の炭化水素基、ハロゲン原子を有していてもよいエーテル基、ハロゲン原子を有していてもよいエステル基から選ばれるいずれかを表す。
中でも、R5〜R10はそれぞれ独立して水素原子、ハロゲン原子、ハロゲン原子を有していてもよい炭素数1〜12の炭化水素基であるものが好ましい。
<Compound represented by formula (2)>
In formula (2), R 5 to R 10 may each independently have a hydrogen atom, a halogen atom, a C 1-12 hydrocarbon group that may have a halogen atom, or a halogen atom. It represents either an ether group or an ester group optionally having a halogen atom.
Among them, R 5 to R 10 are preferably each independently a hydrogen atom, a halogen atom, or a hydrocarbon group having 1 to 12 carbon atoms which may have a halogen atom.
ハロゲン原子としては、フッ素、塩素、臭素等が挙げられるが、フッ素であるものが好ましい。
ハロゲン原子を有していてもよい炭素数1〜12の炭化水素基としては、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数2〜12のアルケニル基、炭素数6〜12のアリール基、又は炭素数7〜12のアラルキル基等が挙げられる。
Examples of the halogen atom include fluorine, chlorine, bromine and the like, and those which are fluorine are preferable.
As a C1-C12 hydrocarbon group which may have a halogen atom, a C1-C12 alkyl group, a C2-C12 alkenyl group, a C6-C12 aryl group, or carbon Examples thereof include aralkyl groups of 7 to 12.
炭素数1〜12のアルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、i−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、t−ペンチル基、n−ヘキシル基、1,1−ジメチルブチル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、1−メチルシクロヘキシル基、1−エチルシクロヘキシル基等が挙げられる。好ましくは炭素数1〜6、特に炭素数3〜6のアルキル基が好ましい。 Examples of the alkyl group having 1 to 12 carbon atoms include methyl group, ethyl group, n-propyl group, i-propyl group, n-butyl group, i-butyl group, sec-butyl group, t-butyl group, and n-pentyl. Group, t-pentyl group, n-hexyl group, 1,1-dimethylbutyl group, cyclobutyl group, cyclopentyl group, cyclohexyl group, 1-methylcyclohexyl group, 1-ethylcyclohexyl group and the like. An alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, particularly 3 to 6 carbon atoms is preferable.
炭素数2〜12のアルケニル基としては、ビニル基、プロペニル基等が挙げられ、好ましくは炭素数2〜8、特に好ましくは炭素数2〜4のものが挙げられる。
炭素数6〜12のアリール基としては、フェニル基、トリル基、キシリル基エチルフェニル基等が挙げられ、なかでもフェニル基が好ましい。
炭素数7〜12のアラルキル基としては、ベンジル基、フェネチル基等が挙げられ、なかでもベンジル基が好ましい。
As a C2-C12 alkenyl group, a vinyl group, a propenyl group, etc. are mentioned, Preferably it is C2-C8, Most preferably, a C2-C4 thing is mentioned.
Examples of the aryl group having 6 to 12 carbon atoms include a phenyl group, a tolyl group, a xylyl group, and an ethylphenyl group, and among them, a phenyl group is preferable.
Examples of the aralkyl group having 7 to 12 carbon atoms include a benzyl group and a phenethyl group, and among them, a benzyl group is preferable.
また、上記アルキル基、アルケニル基、アリール基およびアラルキル基はハロゲン原子
で置換されていてもよく、フッ素で置換されている基としては、トリフルオロメチル基、トリフルオロエチル基、ペンタフルオロエチル基等のフッ化アルキル基、2−フルオロビニル基、3−フルオロ−2−プロペニル基等のフッ化アルケニル基、2−フルオロフェニル基、3−フルオロフェニル基、4−フルオロフェニル基等のフッ化アリール基、2−フルオロベンジル基、3−フルオロベンジル基、4−フルオロベンジル基等のフッ化アラルキル基が挙げられる。
The alkyl group, alkenyl group, aryl group and aralkyl group may be substituted with a halogen atom. Examples of the group substituted with fluorine include a trifluoromethyl group, a trifluoroethyl group and a pentafluoroethyl group. Fluorinated alkyl groups, 2-fluorovinyl groups, fluorinated alkenyl groups such as 3-fluoro-2-propenyl group, fluorinated aryl groups such as 2-fluorophenyl group, 3-fluorophenyl group, 4-fluorophenyl group Fluorinated aralkyl groups such as 2-fluorobenzyl group, 3-fluorobenzyl group and 4-fluorobenzyl group.
これらハロゲン原子を有していてもよい炭素数1〜12の炭化水素基の中では、アルキル基またはアリール基であるものが好ましく、R5〜R10の少なくとも一つは炭素数3以上のアルキル基がより好ましく、炭素数4以上のアルキル基であるのが特に好ましい。
炭素数4以上のアルキル基は、2級アルキル基または3級アルキル基であるものが好ましく、中でも、sec−ブチル基、t−ブチル基、t−ペンチル基、1,1−ジメチルブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基がより好ましく、t−ブチル基、t−ペンチル基、1,1−ジメチルブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基が更に好ましい。
Among these hydrocarbon groups having 1 to 12 carbon atoms which may have a halogen atom, those having an alkyl group or an aryl group are preferable, and at least one of R 5 to R 10 is an alkyl having 3 or more carbon atoms. The group is more preferable, and an alkyl group having 4 or more carbon atoms is particularly preferable.
The alkyl group having 4 or more carbon atoms is preferably a secondary alkyl group or a tertiary alkyl group, and among them, a sec-butyl group, a t-butyl group, a t-pentyl group, a 1,1-dimethylbutyl group, a cyclopentyl group. Group and cyclohexyl group are more preferable, and t-butyl group, t-pentyl group, 1,1-dimethylbutyl group, cyclopentyl group and cyclohexyl group are more preferable.
ハロゲン原子を有していてもよい炭素数1〜12のエーテル基としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、フェノキシ基等が挙げられ、なかでもメトキシ基、フェノキシ基が好ましい。
ハロゲン原子を有していてもよい炭素数1〜12のエステル基としては、炭酸エステル基、カルボン酸エステル基、スルホン酸エステル基等が挙げられる。
Examples of the C1-C12 ether group that may have a halogen atom include a methoxy group, an ethoxy group, a propoxy group, a phenoxy group, and the like, and among them, a methoxy group and a phenoxy group are preferable.
Examples of the ester group having 1 to 12 carbon atoms that may have a halogen atom include a carbonic acid ester group, a carboxylic acid ester group, and a sulfonic acid ester group.
炭酸エステル基としては、メチル炭酸エステル基、エチル炭酸エステル基、プロピル炭酸エステル基、フェニル炭酸エステル基等が挙げられ、なかでもメチル炭酸エステル基、フェニル炭酸エステル基が好ましい。
カルボン酸エステル基としては、酢酸エステル基、プロピオン酸エステル基、酪酸エステル基等が挙げられ、なかでも酢酸エステル基、プロピオン酸エステル基が好ましい。
Examples of the carbonic acid ester group include a methyl carbonic acid ester group, an ethyl carbonic acid ester group, a propyl carbonic acid ester group, and a phenyl carbonic acid ester group. Among them, a methyl carbonic acid ester group and a phenyl carbonic acid ester group are preferable.
Examples of the carboxylic acid ester group include an acetic acid ester group, a propionic acid ester group, and a butyric acid ester group, and among them, an acetic acid ester group and a propionic acid ester group are preferable.
スルホン酸エステル基としては、メタンスルホン酸エステル基、エタンスルホン酸エステル基、プロパンスルホン酸エステル基等が挙げられ、なかでもメタンスルホン酸エステル基、エタンスルホン酸エステル基が好ましい。
一般式(2)で表される化合物の具体例としては、例えば、以下の化合物が挙げられる。
Examples of the sulfonic acid ester group include a methanesulfonic acid ester group, an ethanesulfonic acid ester group, and a propanesulfonic acid ester group. Among them, a methanesulfonic acid ester group and an ethanesulfonic acid ester group are preferable.
Specific examples of the compound represented by the general formula (2) include the following compounds.
ベンゼン、メチルベンゼン、エチルベンゼン、n−プロピルベンゼン、i−プロピルベンゼン、n−ブチルベンゼン、i−ブチルベンゼン、sec−ブチルベンゼン、t−ブチルベンゼン、n−ペンチルベンゼン、t−ペンチルベンゼン、n−ヘキシルベンゼン、シクロペンチルベンゼン、シクロヘキシルベンゼン、2−フルオロ−メチルベンゼン、3−フルオロ−メチルベンゼン、4−フルオロ−メチルベンゼン、2−フルオロ−エチルベンゼン、3−フルオロ−エチルベンゼン、4−フルオロ−エチルベンゼン、2−フルオロ−n−ブチルベンゼン、3−フルオロ−n−ブチルベンゼン、4−フルオロ−n−ブチルベンゼン、2−フルオロ−t−ブチルベンゼン、3−フルオロ−t−ブチルベンゼン、4−フルオロ−t−ブチルベンゼン、2−フルオロ−t−ペンチルベンゼン、3−フルオロ−t−ペンチルベンゼン、4−フルオロ−t−ペンチルベンゼン、2−フルオロ−シクロヘキシルベンゼン、3−フルオロ−シクロヘキシルベンゼン、4−フルオロ−シクロヘキシルベンゼン等のR5〜R10はそれぞれ独立して水素原子、ハロゲン原子、ハロゲン原子を有していてもよい炭素数1〜12のアルキル基である化合物。 Benzene, methylbenzene, ethylbenzene, n-propylbenzene, i-propylbenzene, n-butylbenzene, i-butylbenzene, sec-butylbenzene, t-butylbenzene, n-pentylbenzene, t-pentylbenzene, n-hexyl Benzene, cyclopentylbenzene, cyclohexylbenzene, 2-fluoro-methylbenzene, 3-fluoro-methylbenzene, 4-fluoro-methylbenzene, 2-fluoro-ethylbenzene, 3-fluoro-ethylbenzene, 4-fluoro-ethylbenzene, 2-fluoro -N-butylbenzene, 3-fluoro-n-butylbenzene, 4-fluoro-n-butylbenzene, 2-fluoro-t-butylbenzene, 3-fluoro-t-butylbenzene, 4-fluoro-t-butylbenzene 2-fluoro -t- pentyl, 3- fluoro -t- pentylbenzene, 4-fluoro -t- pentylbenzene, 2-fluoro - cyclohexylbenzene, 3-fluoro - cyclohexylbenzene, 4-fluoro - R and cyclohexyl benzene 5 to R 10 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, the compound is an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms which may have a halogen atom.
ビフェニル、2−メチルビフェニル、3−メチルビフェニル、4−メチルビフェニル、2−エチルビフェニル、3−エチルビフェニル、4−エチルビフェニル、2−フルオロビ
フェニル、3−フルオロビフェニル、4−フルオロビフェニル、2,2’−ジフルオロビフェニル、3,3’−ジフルオロビフェニル、4,4’−ジフルオロビフェニル、2,4−ジフルオロビフェニル等のR5〜R10はそれぞれ独立して水素原子、ハロゲン原子、ハロゲン原子を有していてもよい炭素数1〜12のアリール基である化合物。
Biphenyl, 2-methylbiphenyl, 3-methylbiphenyl, 4-methylbiphenyl, 2-ethylbiphenyl, 3-ethylbiphenyl, 4-ethylbiphenyl, 2-fluorobiphenyl, 3-fluorobiphenyl, 4-fluorobiphenyl, 2,2 R 5 to R 10 such as' -difluorobiphenyl, 3,3'-difluorobiphenyl, 4,4'-difluorobiphenyl, 2,4-difluorobiphenyl each independently have a hydrogen atom, a halogen atom, or a halogen atom. The compound which is a C1-C12 aryl group which may have.
メトキシベンゼン、エトキシベンゼン、プロポキシベンゼン、フェノキシベンゼン、2−フルオロ−メトキシベンゼン、3−フルオロ−メトキシベンゼン、4−フルオロ−メトキシベンゼン、2,3−ジフルオロ−メトキシベンゼン、2,4−ジフルオロ−メトキシベンゼン、2,5−ジフルオロ−メトキシベンゼン、2,6−ジフルオロ−メトキシベンゼン、3,4−ジフルオロ−メトキシベンゼン、3,5−ジフルオロ−メトキシベンゼン等のエーテル基を有する化合物。 Methoxybenzene, ethoxybenzene, propoxybenzene, phenoxybenzene, 2-fluoro-methoxybenzene, 3-fluoro-methoxybenzene, 4-fluoro-methoxybenzene, 2,3-difluoro-methoxybenzene, 2,4-difluoro-methoxybenzene 2,5-difluoro-methoxybenzene, 2,6-difluoro-methoxybenzene, 3,4-difluoro-methoxybenzene, 3,5-difluoro-methoxybenzene and other compounds having an ether group.
メチルフェニルカーボネート、エチルフェニルカーボネート、n−プロピルフェニルカーボネート、ジフェニルカーボネート、(2−フルオロフェニル)メチルカーボネート、(3−フルオロフェニル)メチルカーボネート、(4−フルオロフェニル)メチルカーボネート、(2−フルオロフェニル)フェニルカーボネート、(3−フルオロフェニル)フェニルカーボネート、(4−フルオロフェニル)フェニルカーボネート、(2−t−ブチルフェニル)メチルカーボネート、(3−t−ブチルフェニル)メチルカーボネート、(4−t−ブチルフェニル)メチルカーボネート、(2−t−ブチルフェニル)フェニルカーボネート、(3−t−ブチルフェニル)フェニルカーボネート、(4−t−ブチルフェニル)フェニルカーボネート、(2−t−ペンチルフェニル)メチルカーボネート、(3−t−ペンチルフェニル)メチルカーボネート、(4−t−ペンチルフェニル)メチルカーボネート、(2−t−ペンチルフェニル)フェニルカーボネート、(3−t−ペンチルフェニル)フェニルカーボネート、(4−t−ペンチルフェニル)フェニルカーボネート、(2−シクロヘキシルフェニル)メチルカーボネート、(3−シクロヘキシルフェニル)メチルカーボネート、(4−シクロヘキシルフェニル)メチルカーボネート、(2−シクロヘキシルフェニル)フェニルカーボネート、(3−シクロヘキシルフェニル)フェニルカーボネート、(4−シクロヘキシルフェニル)フェニルカーボネート等の炭酸エステル基を有する化合物。 Methylphenyl carbonate, ethylphenyl carbonate, n-propylphenyl carbonate, diphenyl carbonate, (2-fluorophenyl) methyl carbonate, (3-fluorophenyl) methyl carbonate, (4-fluorophenyl) methyl carbonate, (2-fluorophenyl) Phenyl carbonate, (3-fluorophenyl) phenyl carbonate, (4-fluorophenyl) phenyl carbonate, (2-t-butylphenyl) methyl carbonate, (3-t-butylphenyl) methyl carbonate, (4-t-butylphenyl) ) Methyl carbonate, (2-t-butylphenyl) phenyl carbonate, (3-t-butylphenyl) phenyl carbonate, (4-t-butylphenyl) phenyl carbonate, 2-t-pentylphenyl) methyl carbonate, (3-t-pentylphenyl) methyl carbonate, (4-t-pentylphenyl) methyl carbonate, (2-t-pentylphenyl) phenyl carbonate, (3-t-pentylphenyl) ) Phenyl carbonate, (4-t-pentylphenyl) phenyl carbonate, (2-cyclohexylphenyl) methyl carbonate, (3-cyclohexylphenyl) methyl carbonate, (4-cyclohexylphenyl) methyl carbonate, (2-cyclohexylphenyl) phenyl carbonate , (3-cyclohexylphenyl) phenyl carbonate, (4-cyclohexylphenyl) phenyl carbonate and other compounds having a carbonate group.
フェニルアセテート、フェニルプロピオネート、フェニルブチレート、2−フルオロフェニルアセテート、3−フルオロフェニルアセテート、4−フルオロフェニルアセテート、2−フルオロフェニルプロピオネート、3−フルオロフェニルプロピオネート、4−フルオロフェニルプロピオネート、2−n−ブチルフェニルアセテート、3−n−ブチルフェニルアセテート、4−n−ブチルフェニルアセテート、2−t−ブチルフェニルアセテート、3−t−ブチルフェニルアセテート、4−t−ブチルフェニルアセテート、2−t−ペンチルフェニルアセテート、3−t−ペンチルフェニルアセテート、4−t−ペンチルフェニルアセテート、2−シクロヘキシルフェニルアセテート、3−シクロヘキシルフェニルアセテート、4−シクロヘキシルフェニルアセテート、2−n−ブチルフェニルプロピオネート、3−n−ブチルフェニルプロピオネート、4−n−ブチルフェニルプロピオネート、2−t−ブチルフェニルプロピオネート、3−t−ブチルフェニルプロピオネート、4−t−ブチルフェニルプロピオネート、2−t−ペンチルフェニルプロピオネート、3−t−ペンチルフェニルプロピオネート、4−t−ペンチルフェニルプロピオネート、2−シクロヘキシルフェニルプロピオネート、3−シクロヘキシルフェニルプロピオネート、4−シクロヘキシルフェニルプロピオネート等のカルボン酸エステル基を有する化合物。 Phenylacetate, phenylpropionate, phenylbutyrate, 2-fluorophenylacetate, 3-fluorophenylacetate, 4-fluorophenylacetate, 2-fluorophenylpropionate, 3-fluorophenylpropionate, 4-fluorophenylpropionate, 2-n-butylphenyl acetate, 3-n-butylphenyl acetate, 4-n-butylphenyl acetate, 2-t-butylphenyl acetate, 3-t-butylphenyl acetate, 4-t-butylphenyl acetate, 2- t-pentylphenyl acetate, 3-t-pentylphenyl acetate, 4-t-pentylphenyl acetate, 2-cyclohexylphenyl acetate, 3-cyclohexylphenyl acetate, 4-cyclo Xylphenylacetate, 2-n-butylphenylpropionate, 3-n-butylphenylpropionate, 4-n-butylphenylpropionate, 2-t-butylphenylpropionate, 3-t-butylphenylpropionate, 4 -T-butylphenylpropionate, 2-t-pentylphenylpropionate, 3-t-pentylphenylpropionate, 4-t-pentylphenylpropionate, 2-cyclohexylphenylpropionate, 3-cyclohexylphenylpropionate, 4 -A compound having a carboxylic acid ester group such as cyclohexylphenylpropionate.
メタンスルホン酸フェニル、エタンスルホン酸フェニル、プロパンスルホン酸フェニル、メタンスルホン酸(2−フルオロフェニル)、メタンスルホン酸(3−フルオロフェニル)、メタンスルホン酸(4−フルオロフェニル)、エタンスルホン酸(2−フルオロフ
ェニル)、エタンスルホン酸(3−フルオロフェニル)、エタンスルホン酸(4−フルオロフェニル)、メタンスルホン酸(2−n−ブチルフェニル)、メタンスルホン酸(3−n−ブチルフェニル)、メタンスルホン酸(4−n−ブチルフェニル)、メタンスルホン酸(2−t−ブチルフェニル)、メタンスルホン酸(3−t−ブチルフェニル)、メタンスルホン酸(4−t−ブチルフェニル)、メタンスルホン酸(2−t−ペンチルフェニル)、メタンスルホン酸(3−t−ペンチルフェニル)、メタンスルホン酸(4−t−ペンチルフェニル)、メタンスルホン酸(2−シクロヘキシルフェニル)、メタンスルホン酸(3−シクロヘキシルフェニル)、メタンスルホン酸(4−シクロヘキシルフェニル)、エタンスルホン酸(2−n−ブチルフェニル)、エタンスルホン酸(3−n−ブチルフェニル)、エタンスルホン酸(4−n−ブチルフェニル)、エタンスルホン酸(2−t−ブチルフェニル)、エタンスルホン酸(3−t−ブチルフェニル)、エタンスルホン酸(4−t−ブチルフェニル)、エタンスルホン酸(2−t−ペンチルフェニル)、エタンスルホン酸(3−t−ペンチルフェニル)、エタンスルホン酸(4−t−ペンチルフェニル)、エタンスルホン酸(2−シクロヘキシルフェニル)、エタンスルホン酸(3−シクロヘキシルフェニル)、エタンスルホン酸(4−シクロヘキシルフェニル)等のスルホン酸エステル基を有する化合物。
Phenyl methanesulfonate, phenyl ethanesulfonate, phenyl propanesulfonate, methanesulfonic acid (2-fluorophenyl), methanesulfonic acid (3-fluorophenyl), methanesulfonic acid (4-fluorophenyl), ethanesulfonic acid (2 -Fluorophenyl), ethanesulfonic acid (3-fluorophenyl), ethanesulfonic acid (4-fluorophenyl), methanesulfonic acid (2-n-butylphenyl), methanesulfonic acid (3-n-butylphenyl), methane Sulfonic acid (4-n-butylphenyl), methanesulfonic acid (2-t-butylphenyl), methanesulfonic acid (3-t-butylphenyl), methanesulfonic acid (4-t-butylphenyl), methanesulfonic acid (2-t-pentylphenyl), methanesulfonic acid (3-t Pentylphenyl), methanesulfonic acid (4-t-pentylphenyl), methanesulfonic acid (2-cyclohexylphenyl), methanesulfonic acid (3-cyclohexylphenyl), methanesulfonic acid (4-cyclohexylphenyl), ethanesulfonic acid ( 2-n-butylphenyl), ethanesulfonic acid (3-n-butylphenyl), ethanesulfonic acid (4-n-butylphenyl), ethanesulfonic acid (2-t-butylphenyl), ethanesulfonic acid (3- t-butylphenyl), ethanesulfonic acid (4-t-butylphenyl), ethanesulfonic acid (2-t-pentylphenyl), ethanesulfonic acid (3-t-pentylphenyl), ethanesulfonic acid (4-t- Pentylphenyl), ethanesulfonic acid (2-cyclohexylphenyl), eta Acid (3-phenyl), compounds having a sulfonic acid ester group such as ethanesulfonic acid (4-cyclohexyl-phenyl).
上記化合物の中で、過充電時の電池の保護特性の向上および高温保存特性向上の点から、一般式(2)におけるR5〜R10の少なくとも一つは炭素数3以上のアルキル基、アリール基、炭酸エステル基であるのが好ましく、炭素数4以上のアルキル基であるのがより好ましく、t−ブチル基、t−ペンチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基のいずれかであるのが特に好ましい。 Among the above compounds, at least one of R 5 to R 10 in the general formula (2) is an alkyl group having 3 or more carbon atoms or an aryl group from the viewpoint of improving battery protection characteristics during overcharge and improving high-temperature storage characteristics. Group, a carbonic acid ester group is preferable, an alkyl group having 4 or more carbon atoms is more preferable, and a t-butyl group, a t-pentyl group, a cyclopentyl group, or a cyclohexyl group is particularly preferable.
一般式(2)で表される化合物は単独で用いても、2種類以上を併用してもよい。非水系電解液に占める一般式(2)で表される化合物の割合は、通常0.001質量%以上、好ましくは0.01質量%以上、より好ましくは0.05質量%以上、更に好ましくは0.1質量%以上、また、通常10質量%以下、好ましくは5質量%以下、より好ましくは3質量%以下である。上記範囲内にあることにより、本発明の効果が発現しやすくなり、また、電池の容量の低下を防ぐ。 The compound represented by the general formula (2) may be used alone or in combination of two or more. The proportion of the compound represented by the general formula (2) in the non-aqueous electrolyte is usually 0.001% by mass or more, preferably 0.01% by mass or more, more preferably 0.05% by mass or more, and still more preferably. It is 0.1 mass% or more, and is usually 10 mass% or less, preferably 5 mass% or less, more preferably 3 mass% or less. By being in the said range, the effect of this invention becomes easy to express and the fall of the capacity | capacitance of a battery is prevented.
1−4.助剤
本発明の非水系電解液電池において、一般式(1)および(2)の化合物以外に、目的に応じて適宜助剤を用いてもよい。助剤としては、以下に示される不飽和結合を有する環状カーボネート、フッ素原子を有する環状カーボネート、フッ素原子を有する不飽和環状カーボネート、その他の助剤等が挙げられる。
1-4. Auxiliary agent In the non-aqueous electrolyte battery of the present invention, an auxiliary agent may be appropriately used according to the purpose in addition to the compounds of the general formulas (1) and (2). Examples of the auxiliary agent include cyclic carbonates having unsaturated bonds shown below, cyclic carbonates having fluorine atoms, unsaturated cyclic carbonates having fluorine atoms, and other auxiliary agents.
<不飽和結合を有する環状カーボネート>
本発明の非水系電解液において、非水系電解液電池の負極表面に皮膜を形成し、電池の長寿命化を達成するために、式(1)の化合物に加えて、式(1)の化合物を除いた不飽和結合を有する環状カーボネート(以下、「不飽和環状カーボネート」と略記する場合がある)を用いることができる。
<Cyclic carbonate having an unsaturated bond>
In the non-aqueous electrolyte of the present invention, in order to form a film on the negative electrode surface of the non-aqueous electrolyte battery and to extend the life of the battery, in addition to the compound of formula (1), the compound of formula (1) A cyclic carbonate having an unsaturated bond excluding the above (hereinafter sometimes abbreviated as “unsaturated cyclic carbonate”) can be used.
不飽和環状カーボネートとしては、炭素−炭素二重結合を有する環状カーボネートであれば、特に制限はなく、任意の不飽和環状カーボネートを用いることができる。なお、芳香環を有する置換基を有する環状カーボネートも、不飽和環状カーボネートに包含されることとする。
不飽和環状カーボネートとしては、ビニレンカーボネート類、芳香環又は炭素−炭素二重結合を有する置換基で置換されたエチレンカーボネート類等が挙げられる。
The unsaturated cyclic carbonate is not particularly limited as long as it is a cyclic carbonate having a carbon-carbon double bond, and any unsaturated cyclic carbonate can be used. Note that the cyclic carbonate having a substituent having an aromatic ring is also included in the unsaturated cyclic carbonate.
Examples of the unsaturated cyclic carbonate include vinylene carbonates, ethylene carbonates substituted with a substituent having an aromatic ring or a carbon-carbon double bond, and the like.
ビニレンカーボネート類としては、ビニレンカーボネート、メチルビニレンカーボネー
ト、4,5−ジメチルビニレンカーボネート、フェニルビニレンカーボネート、4,5−ジフェニルビニレンカーボネート、ビニルビニレンカーボネート、4,5-ビニルビニレンカーボネート、アリルビニレンカーボネート、4,5-ジアリルビニレンカーボネート等が挙げられる。
As vinylene carbonates, vinylene carbonate, methyl vinylene carbonate, 4,5-dimethyl vinylene carbonate, phenyl vinylene carbonate, 4,5-diphenyl vinylene carbonate, vinyl vinylene carbonate, 4,5-vinyl vinylene carbonate, allyl vinylene carbonate, 4 , 5-diallyl vinylene carbonate.
芳香環又は炭素−炭素二重結合を有する置換基で置換されたエチレンカーボネート類の具体例としては、ビニルエチレンカーボネート、4,5−ジビニルエチレンカーボネート、4−メチル−5−ビニルエチレンカーボネート、4−アリル−5−ビニルエチレンカーボネート、フェニルエチレンカーボネート、4,5−ジフェニルエチレンカーボネート、4−フェニル−5−ビニルエチレンカーボネート、4−アリル−5−フェニルエチレンカーボネート、アリルエチレンカーボネート、4,5−ジアリルエチレンカーボネート、4−メチル−5−アリルエチレンカーボネート等が挙げられる。 Specific examples of ethylene carbonates substituted with an aromatic ring or a substituent having a carbon-carbon double bond include vinyl ethylene carbonate, 4,5-divinyl ethylene carbonate, 4-methyl-5-vinyl ethylene carbonate, 4- Allyl-5-vinylethylene carbonate, phenylethylene carbonate, 4,5-diphenylethylene carbonate, 4-phenyl-5-vinylethylene carbonate, 4-allyl-5-phenylethylene carbonate, allylethylene carbonate, 4,5-diallylethylene Examples thereof include carbonate and 4-methyl-5-allylethylene carbonate.
中でも、ビニレンカーボネート、メチルビニレンカーボネート、4,5−ジメチルビニレンカーボネート、ビニルビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、4,5−ジビニルエチレンカーボネートが安定な界面保護被膜を形成するのでより好適に用いられる。
不飽和環状カーボネートは、1種を単独で用いても、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併有してもよい。また、不飽和環状カーボネートの配合量は、特に制限されず、本発明の効果を著しく損なわない限り任意である。不飽和環状カーボネートの配合量は、非水系電解液100質量%中、通常0.01質量%以上、好ましくは0.1質量%以上、より好ましくは0.2質量%以上であり、また、通常5質量%以下、好ましくは4質量%以下、より好ましくは3質量%以下である。この範囲であれば、非水系電解液二次電池が十分なサイクル特性向上効果を発現しやすく、また、高温保存特性が低下し、ガス発生量が多くなり、放電容量維持率が低下するといった事態を回避しやすい。また、本発明における効果が十分に発揮しやすくなり、更に抵抗が増加して出力や負荷特性が低下する場合を防ぐ。
Among these, vinylene carbonate, methyl vinylene carbonate, 4,5-dimethyl vinylene carbonate, vinyl vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, and 4,5-divinyl ethylene carbonate are more preferably used because they form a stable interface protective film.
An unsaturated cyclic carbonate may be used individually by 1 type, or may have 2 or more types by arbitrary combinations and ratios. Moreover, the compounding quantity of unsaturated cyclic carbonate is not restrict | limited in particular, As long as the effect of this invention is not impaired remarkably, it is arbitrary. The blending amount of the unsaturated cyclic carbonate is usually 0.01% by mass or more, preferably 0.1% by mass or more, more preferably 0.2% by mass or more in 100% by mass of the non-aqueous electrolyte solution. 5% by mass or less, preferably 4% by mass or less, more preferably 3% by mass or less. Within this range, the non-aqueous electrolyte secondary battery is likely to exhibit a sufficient cycle characteristics improvement effect, and the high-temperature storage characteristics are reduced, the amount of gas generated is increased, and the discharge capacity maintenance rate is reduced. Easy to avoid. Further, the effects of the present invention can be sufficiently exerted, and the case where the resistance is further increased and the output and load characteristics are deteriorated is prevented.
<フッ素原子を有する環状カーボネート>
フッ素原子を有する環状カーボネートとしては、炭素原子数2〜6のアルキレン基を有する環状カーボネートの誘導体が挙げられ、例えばエチレンカーボネート誘導体である。エチレンカーボネート誘導体としては、例えば、エチレンカーボネート又はアルキル基(例えば、炭素原子数1〜4個のアルキル基)で置換されたエチレンカーボネートのフッ素化物が挙げられ、中でもフッ素原子が1〜8個のものが好ましい。
<Cyclic carbonate having a fluorine atom>
Examples of the cyclic carbonate having a fluorine atom include derivatives of a cyclic carbonate having an alkylene group having 2 to 6 carbon atoms, such as an ethylene carbonate derivative. Examples of the ethylene carbonate derivative include fluorinated products of ethylene carbonate or ethylene carbonate substituted with an alkyl group (for example, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms), and particularly those having 1 to 8 fluorine atoms. Is preferred.
具体的には、モノフルオロエチレンカーボネート、4,4−ジフルオロエチレンカーボネート、4,5−ジフルオロエチレンカーボネート、4−フルオロ−4−メチルエチレンカーボネート、4,5−ジフルオロ−4−メチルエチレンカーボネート、4−フルオロ−5−メチルエチレンカーボネート、4,4−ジフルオロ−5−メチルエチレンカーボネート、4−(フルオロメチル)−エチレンカーボネート、4−(ジフルオロメチル)−エチレンカーボネート、4−(トリフルオロメチル)−エチレンカーボネート、4−(フルオロメチル)−4−フルオロエチレンカーボネート、4−(フルオロメチル)−5−フルオロエチレンカーボネート、4−フルオロ−4,5−ジメチルエチレンカーボネート、4,5−ジフルオロ−4,5−ジメチルエチレンカーボネート、4,4−ジフルオロ−5,5−ジメチルエチレンカーボネート等が挙げられる。 Specifically, monofluoroethylene carbonate, 4,4-difluoroethylene carbonate, 4,5-difluoroethylene carbonate, 4-fluoro-4-methylethylene carbonate, 4,5-difluoro-4-methylethylene carbonate, 4- Fluoro-5-methylethylene carbonate, 4,4-difluoro-5-methylethylene carbonate, 4- (fluoromethyl) -ethylene carbonate, 4- (difluoromethyl) -ethylene carbonate, 4- (trifluoromethyl) -ethylene carbonate 4- (fluoromethyl) -4-fluoroethylene carbonate, 4- (fluoromethyl) -5-fluoroethylene carbonate, 4-fluoro-4,5-dimethylethylene carbonate, 4,5-difluoro-4,5-dimethyl Le ethylene carbonate, 4,4-difluoro-5,5-dimethylethylene carbonate.
中でも、モノフルオロエチレンカーボネート、4,4−ジフルオロエチレンカーボネート、4,5-ジフルオロエチレンカーボネート及び4,5−ジフルオロ−4,5−ジメチ
ルエチレンカーボネートよりなる群から選ばれる少なくとも1種が好適に界面保護被膜を形成する点でより好ましい。
フッ素原子を有する環状カーボネートは、1種を単独で用いても、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併有してもよい。また、フッ素原子を有する環状カーボネートの配合量は、特に制限されず、本発明の効果を著しく損なわない限り任意である。フッ素原子を有する環状カーボネートの配合量は、非水系電解液100質量%中、通常0.01質量%以上、好ましくは0.1質量%以上、より好ましくは0.2質量%以上であり、また、通常5質量%以下、好ましくは4質量%以下、より好ましくは3質量%以下である。上記範囲内にあることにより、非水系電解液二次電池が十分なサイクル特性向上効果を発現しやすく、ガス発生量が多くなるといった事態を回避しやすい。また、本発明における効果が十分に発揮しやすくなり、更に抵抗が増加して出力や負荷特性が低下する場合を防ぎ。
Among these, at least one selected from the group consisting of monofluoroethylene carbonate, 4,4-difluoroethylene carbonate, 4,5-difluoroethylene carbonate, and 4,5-difluoro-4,5-dimethylethylene carbonate is preferably interface protection. It is more preferable at the point which forms a film.
The cyclic carbonate having a fluorine atom may be used alone or in combination of two or more in any combination and ratio. Moreover, the compounding quantity of the cyclic carbonate which has a fluorine atom is not restrict | limited in particular, Unless the effect of this invention is impaired remarkably, it is arbitrary. The compounding amount of the cyclic carbonate having a fluorine atom is usually 0.01% by mass or more, preferably 0.1% by mass or more, more preferably 0.2% by mass or more, in 100% by mass of the non-aqueous electrolyte. The amount is usually 5% by mass or less, preferably 4% by mass or less, more preferably 3% by mass or less. By being in the said range, it is easy to avoid the situation where a non-aqueous electrolyte secondary battery tends to express sufficient cycling characteristics improvement effect, and gas generation amount increases. In addition, the effects of the present invention can be sufficiently exerted, and the case where resistance is further increased and output and load characteristics are deteriorated is prevented.
<フッ素原子を有する不飽和環状カーボネート>
フッ素化環状カーボネートとして、不飽和結合とフッ素原子とを有する環状カーボネート(以下、「フッ素化不飽和環状カーボネート」と略記する場合がある)を用いることも好ましい。フッ素化不飽和環状カーボネートが有するフッ素原子の数は1以上であれば特に制限されない。中でもフッ素原子が通常6以下、好ましくは4以下であり、1個又は2個のものが最も好ましい。
<Unsaturated cyclic carbonate having a fluorine atom>
As the fluorinated cyclic carbonate, it is also preferable to use a cyclic carbonate having an unsaturated bond and a fluorine atom (hereinafter sometimes abbreviated as “fluorinated unsaturated cyclic carbonate”). The number of fluorine atoms contained in the fluorinated unsaturated cyclic carbonate is not particularly limited as long as it is 1 or more. Among them, the number of fluorine atoms is usually 6 or less, preferably 4 or less, and most preferably 1 or 2 fluorine atoms.
フッ素化不飽和環状カーボネートとしては、フッ素化ビニレンカーボネート誘導体、芳香環又は炭素−炭素二重結合を有する置換基で置換されたフッ素化エチレンカーボネート誘導体等が挙げられる。
フッ素化ビニレンカーボネート誘導体としては、4−フルオロビニレンカーボネート、4−フルオロ−5−メチルビニレンカーボネート、4−フルオロ−5−フェニルビニレンカーボネート、4−アリル−5−フルオロビニレンカーボネート、4−フルオロ−5−ビニルビニレンカーボネート等が挙げられる。
Examples of the fluorinated unsaturated cyclic carbonate include a fluorinated vinylene carbonate derivative, a fluorinated ethylene carbonate derivative substituted with a substituent having an aromatic ring or a carbon-carbon double bond.
Fluorinated vinylene carbonate derivatives include 4-fluoro vinylene carbonate, 4-fluoro-5-methyl vinylene carbonate, 4-fluoro-5-phenyl vinylene carbonate, 4-allyl-5-fluoro vinylene carbonate, 4-fluoro-5- And vinyl vinylene carbonate.
芳香環又は炭素−炭素二重結合を有する置換基で置換されたフッ素化エチレンカーボネート誘導体としては、4−フルオロ−4−ビニルエチレンカーボネート、4−フルオロ−4−アリルエチレンカーボネート、4−フルオロ−5−ビニルエチレンカーボネート、4−フルオロ−5−アリルエチレンカーボネート、4,4−ジフルオロ−4−ビニルエチレンカーボネート、4,4−ジフルオロ−4−アリルエチレンカーボネート、4,5−ジフルオロ−4−ビニルエチレンカーボネート、4,5−ジフルオロ−4−アリルエチレンカーボネート、4−フルオロ−4,5−ジビニルエチレンカーボネート、4−フルオロ−4,5−ジアリルエチレンカーボネート、4,5−ジフルオロ−4,5−ジビニルエチレンカーボネート、4,5−ジフルオロ−4,5−ジアリルエチレンカーボネート、4−フルオロ−4−フェニルエチレンカーボネート、4−フルオロ−5−フェニルエチレンカーボネート、4,4−ジフルオロ−5−フェニルエチレンカーボネート、4,5−ジフルオロ−4−フェニルエチレンカーボネート等が挙げられる。 Examples of the fluorinated ethylene carbonate derivative substituted with an aromatic ring or a substituent having a carbon-carbon double bond include 4-fluoro-4-vinylethylene carbonate, 4-fluoro-4-allylethylene carbonate, 4-fluoro-5. -Vinylethylene carbonate, 4-fluoro-5-allylethylene carbonate, 4,4-difluoro-4-vinylethylene carbonate, 4,4-difluoro-4-allylethylene carbonate, 4,5-difluoro-4-vinylethylene carbonate 4,5-difluoro-4-allylethylene carbonate, 4-fluoro-4,5-divinylethylene carbonate, 4-fluoro-4,5-diallylethylene carbonate, 4,5-difluoro-4,5-divinylethylene carbonate 4,5-diflu B-4,5-diallylethylene carbonate, 4-fluoro-4-phenylethylene carbonate, 4-fluoro-5-phenylethylene carbonate, 4,4-difluoro-5-phenylethylene carbonate, 4,5-difluoro-4- Examples thereof include phenylethylene carbonate.
中でも、4−フルオロビニレンカーボネート、4−フルオロ−5−メチルビニレンカーボネート、4−フルオロ−5−ビニルビニレンカーボネート、4−アリル−5−フルオロビニレンカーボネート、4−フルオロ−4−ビニルエチレンカーボネート、4−フルオロ−4−アリルエチレンカーボネート、4−フルオロ−5−ビニルエチレンカーボネート、4−フルオロ−5−アリルエチレンカーボネート、4,4−ジフルオロ−4−ビニルエチレンカーボネート、4,4−ジフルオロ−4−アリルエチレンカーボネート、4,5−ジフルオロ−4−ビニルエチレンカーボネート、4,5−ジフルオロ−4−アリルエチレンカーボネート、4−フルオロ−4,5−ジビニルエチレンカーボネート、4−フルオロ−4,5−ジアリルエチレンカーボネート、4,5−ジフルオロ−4,5−ジビニルエチレンカーボネート、4,5−ジフルオロ−4,5−ジアリルエチレンカーボネートが安定な界面保護被膜を形成するのでより好適に用いられる。 Among them, 4-fluoro vinylene carbonate, 4-fluoro-5-methyl vinylene carbonate, 4-fluoro-5-vinyl vinylene carbonate, 4-allyl-5-fluoro vinylene carbonate, 4-fluoro-4-vinyl ethylene carbonate, 4- Fluoro-4-allylethylene carbonate, 4-fluoro-5-vinylethylene carbonate, 4-fluoro-5-allylethylene carbonate, 4,4-difluoro-4-vinylethylene carbonate, 4,4-difluoro-4-allylethylene Carbonate, 4,5-difluoro-4-vinylethylene carbonate, 4,5-difluoro-4-allylethylene carbonate, 4-fluoro-4,5-divinylethylene carbonate, 4-fluoro-4,5-diallylethylenecar Sulfonates, 4,5-difluoro-4,5-divinyl ethylene carbonate, 4,5-difluoro-4,5-diallyl carbonate is more preferably used because it forms a stable interface protective coating.
フッ素化不飽和環状カーボネートは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併有してもよい。また、フッ素化不飽和環状カーボネートの配合量は、特に制限されず、本発明の効果を著しく損なわない限り任意である。フッ素化不飽和環状カーボネートの配合量は、通常、非水系電解液100質量%中、通常0.01質量%以上、好ましくは0.1質量%以上、より好ましくは0.2質量%以上であり、また、通常5質量%以下、好ましくは4質量%以下、より好ましくは3質量%以下である。上記範囲内にあることにより、非水系電解液二次電池が十分なサイクル特性向上効果を発現しやすく、また、高温保存特性が低下し、ガス発生量が多くなり、放電容量維持率が低下するといった事態を回避しやすい。また、本発明における効果が十分に発揮しやすくなり、更に抵抗が増加して出力や負荷特性が低下する場合を防ぐ。 A fluorinated unsaturated cyclic carbonate may be used individually by 1 type, and may have 2 or more types by arbitrary combinations and ratios. Moreover, the compounding quantity of a fluorinated unsaturated cyclic carbonate is not restrict | limited in particular, As long as the effect of this invention is not impaired remarkably, it is arbitrary. The blending amount of the fluorinated unsaturated cyclic carbonate is usually 0.01% by mass or more, preferably 0.1% by mass or more, more preferably 0.2% by mass or more in 100% by mass of the non-aqueous electrolyte. Moreover, it is 5 mass% or less normally, Preferably it is 4 mass% or less, More preferably, it is 3 mass% or less. By being in the above range, the non-aqueous electrolyte secondary battery is likely to exhibit a sufficient cycle characteristic improving effect, the high temperature storage characteristic is lowered, the amount of gas generation is increased, and the discharge capacity maintenance rate is lowered. It is easy to avoid such a situation. Further, the effects of the present invention can be sufficiently exerted, and the case where the resistance is further increased and the output and load characteristics are deteriorated is prevented.
<その他の助剤>
本発明の非水系電解液には、公知のその他の助剤を用いることができる。その他の助剤としては、他の助剤としては、エリスリタンカーボネート、スピロ−ビス−ジメチレンカーボネート、メトキシエチル−メチルカーボネート、メトキシエチル−エチルカーボネート、エトキシエチル−メチルカーボネート、エトキシエチル−エチルカーボネート等のカーボネート化合物;無水コハク酸、無水グルタル酸、無水マレイン酸、無水イタコン酸、無水シトラコン酸、無水グルタコン酸、無水ジグリコール酸、シクロヘキサンジカルボン酸無水物、シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物及びフェニルコハク酸無水物等のカルボン酸無水物;コハク酸ジメチル、コハク酸ジエチル、コハク酸ジアリル、マレイン酸ジメチル、マレイン酸ジエチル、マレイン酸ジアリル、マレイン酸ジプロピル、マレイン酸ジブチル、マレイン酸ビス(トリフルオロメチル)、マレイン酸ビス(ペンタフルオロエ
チル)、マレイン酸ビス(2,2,2−トリフルオロエチル)等のジカルボン酸ジエステル
化合物;2,4,8,10−テトラオキサスピロ[5.5]ウンデカン、3,9−ジビニル−2,4,8,10−テトラオキサスピロ[5.5]ウンデカン等のスピロ化合物;エチレンサルファイト、プロピレンサルファイト、1,3−プロパンスルトン、1,4−ブタンスルトン、1,3−プロペンスルトン、1,4−ブテンスルトン、フルオロスルホン酸メチル、フルオロスルホン酸エチル、メチルメタンスルホネート、エチルメタンスルホネート、メチル−メトキシメタンスルホネート、メチル−2−メトキシエタンスルホネート、ブスルファン、ジエチレングリコールジメタンスルホネート、1,2−エタンジオールビス(2,2,2−トリフルオロエタンスルホネート)、1,4−ブタンジオールビス(2,2,2−トリフルオロエタンスルホネート)、スルホラン、3−スルホレン、2−スルホレン、ジメチルスルホン、ジエチルスルホン、ジビニルスルホン、ジフェニルスルホン、ビス(メチルスルホニル)メタン、ビス(メチルスルホニル)エタン、ビス(エチルスルホニル)メタン、ビス(エチルスルホニル)エタン、ビス(ビニルスルホニル)メタン、ビス(ビニルスルホニル)エタン、N,N−ジメチルメタンスルホンアミド、N,N−ジエチルメタンスルホンアミド、N,N−ジメチルトリフルオロメタンスルホンアミド、N,N−ジエチルトリフルオロメタンスルホンアミド等の含硫黄化合物;1−メチル−2−ピロリジノン、1−メチル−2−ピペリドン、3−メチル−2−オキサゾリジノン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、スクシイミド及びN−メチルスクシイミド等の含窒素化合物;ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、シクロヘプタン、メチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、プロピルシクロヘキサン、n−ブチルシクロヘキサン、t−ブチルシクロヘキサン、ジシクロヘキシル等の炭化水素化合物;アセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリル、バレロニトリル、ラウロニトリル、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、クロトノニトリル、マロノニトリル、スクシノニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、ピメロニトリル、スベロニトリル、アゼラニトリル、セバコニトリル、ウンデカンジニトリル、ドデカンジニトリル等のニトリル化合物;メチルジメチルホスフィネート、エチルジメチルホスフィネート、エチルジエチルホスフィネート、トリメチルホスホノフォルメート、トリエチルホスホノフォルメート、トリメチルホスホノアセテート、トリエチルホスホノアセテート、トリメチル−3−ホスホノプロピ
オネート、トリエチル−3−ホスホノプロピオネート等の含リン化合物等が挙げられる。これらの中で、高温保存後の電池特性向上の点からエチレンサルファイト、1,3−プロパンスルトン、1,4−ブタンスルトン、1,3−プロペンスルトン、1,4−ブテンスルトン、ブスルファン、1,4−ブタンジオールビス(2,2,2−トリフルオロエタンスルホネート)等の含硫黄化合物;アセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリル、マロノニトリル、スクシノニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、ピメロニトリル等のニトリル化合物が好ましい。
<Other auxiliaries>
Other known auxiliary agents can be used in the non-aqueous electrolyte solution of the present invention. Examples of other auxiliary agents include erythritan carbonate, spiro-bis-dimethylene carbonate, methoxyethyl-methyl carbonate, methoxyethyl-ethyl carbonate, ethoxyethyl-methyl carbonate, ethoxyethyl-ethyl carbonate, etc. Carbonate compounds: succinic anhydride, glutaric anhydride, maleic anhydride, itaconic anhydride, citraconic anhydride, glutaconic anhydride, diglycolic anhydride, cyclohexanedicarboxylic anhydride, cyclopentanetetracarboxylic dianhydride and phenylsuccinic acid Carboxylic anhydrides such as acid anhydrides; dimethyl succinate, diethyl succinate, diallyl succinate, dimethyl maleate, diethyl maleate, diallyl maleate, dipropyl maleate, dibutyl maleate, Dicarboxylic acid diester compounds such as bis (trifluoromethyl) inate, bis (pentafluoroethyl) maleate, bis (2,2,2-trifluoroethyl) maleate; 2,4,8,10-tetraoxaspiro [5.5] Spiro compounds such as undecane, 3,9-divinyl-2,4,8,10-tetraoxaspiro [5.5] undecane; ethylene sulfite, propylene sulfite, 1,3-propane sultone, 1,4-butane sultone, 1,3-propene sultone, 1,4-butene sultone, methyl fluorosulfonate, ethyl fluorosulfonate, methyl methanesulfonate, ethylmethanesulfonate, methyl-methoxymethanesulfonate, methyl-2-methoxyethanesulfonate , Busulfan, diethylene glycol dimeta Sulfonate, 1,2-ethanediol bis (2,2,2-trifluoroethane sulfonate), 1,4-butanediol bis (2,2,2-trifluoroethane sulfonate), sulfolane, 3-sulfolene, 2- Sulfolene, dimethylsulfone, diethylsulfone, divinylsulfone, diphenylsulfone, bis (methylsulfonyl) methane, bis (methylsulfonyl) ethane, bis (ethylsulfonyl) methane, bis (ethylsulfonyl) ethane, bis (vinylsulfonyl) methane, bis Sulfur-containing compounds such as (vinylsulfonyl) ethane, N, N-dimethylmethanesulfonamide, N, N-diethylmethanesulfonamide, N, N-dimethyltrifluoromethanesulfonamide, N, N-diethyltrifluoromethanesulfonamide; 1 Nitrogen-containing compounds such as methyl-2-pyrrolidinone, 1-methyl-2-piperidone, 3-methyl-2-oxazolidinone, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, succinimide and N-methylsuccinimide; heptane , Hydrocarbon compounds such as octane, nonane, decane, cycloheptane, methylcyclohexane, ethylcyclohexane, propylcyclohexane, n-butylcyclohexane, t-butylcyclohexane, dicyclohexyl; acetonitrile, propionitrile, butyronitrile, valeronitrile, lauronitrile, Acrylonitrile, methacrylonitrile, crotononitrile, malononitrile, succinonitrile, glutaronitrile, adiponitrile, pimelonitrile, suberonitrile, azeronitrile, sebacononitrile, urine Nitrile compounds such as decandinitrile and dodecandinitrile; methyl dimethyl phosphinate, ethyl dimethyl phosphinate, ethyl diethyl phosphinate, trimethylphosphonoformate, triethylphosphonoformate, trimethylphosphonoacetate, triethylphosphonoacetate, trimethyl Examples thereof include phosphorus-containing compounds such as -3-phosphonopropionate and triethyl-3-phosphonopropionate. Among these, ethylene sulfite, 1,3-propane sultone, 1,4-butane sultone, 1,3-propene sultone, 1,4-butene sultone, busulfan, 1,4 in terms of improving battery characteristics after high-temperature storage -Sulfur-containing compounds such as butanediol bis (2,2,2-trifluoroethanesulfonate); nitrile compounds such as acetonitrile, propionitrile, butyronitrile, malononitrile, succinonitrile, glutaronitrile, adiponitrile, and pimelonitrile are preferable.
これらは1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。これらの助剤を添加することにより、高温保存後の容量維持特性やサイクル特性を向上させることができる。
その他の助剤の配合量は、特に制限されず、本発明の効果を著しく損なわない限り任意である。その他の助剤は、非水系電解液100質量%中、通常0.01質量%以上であり、好ましくは0.1質量%以上、より好ましくは0.2質量%以上、また、通常5質量%以下、好ましくは3質量%以下、より好ましくは2質量%以下、更に好ましくは1質量%以下である。上記範囲内にあることにより、その他助剤の効果が十分に発現させやすく、高負荷放電特性等の電池の特性が低下するといった事態も回避しやすい。
These may be used alone or in combination of two or more. By adding these auxiliaries, capacity maintenance characteristics and cycle characteristics after high temperature storage can be improved.
The blending amount of other auxiliary agents is not particularly limited, and is arbitrary as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. The other auxiliary agent is usually 0.01% by mass or more, preferably 0.1% by mass or more, more preferably 0.2% by mass or more, and usually 5% by mass in 100% by mass of the non-aqueous electrolyte. Hereinafter, it is preferably 3% by mass or less, more preferably 2% by mass or less, and still more preferably 1% by mass or less. By being in the said range, the effect of other adjuvants can be made to fully express and it is easy to avoid the situation where battery characteristics, such as a high load discharge characteristic, fall.
以上に記載された非水系電解液は、本発明に記載の非水系電解液電池の内部に存在するものも含まれる。具体的には、リチウム塩や溶媒、助剤等の非水系電解液の構成要素を別途合成し、実質的に単離されたものから非水系電解液を調製し、下記に記載する方法にて別途組み立てた電池内に注液して得た非水系電解液電池内の非水系電解液である場合や、本発明の非水系電解液の構成要素を個別に電池内に入れておき、電池内にて混合させることにより本発明の非水系電解液と同じ組成を得る場合、更には、本発明の非水系電解液を構成する化合物を該非水系電解液電池内で発生させて、本発明の非水系電解液と同じ組成を得る場合も含まれるものとする。 The non-aqueous electrolyte solution described above includes those existing inside the non-aqueous electrolyte battery according to the present invention. Specifically, the components of the non-aqueous electrolyte such as lithium salt, solvent, and auxiliary agent are separately synthesized, and the non-aqueous electrolyte is prepared from the substantially isolated one by the method described below. In the case of a nonaqueous electrolyte solution in a nonaqueous electrolyte battery obtained by pouring into a separately assembled battery, the components of the nonaqueous electrolyte solution of the present invention are individually placed in the battery, In order to obtain the same composition as the non-aqueous electrolyte solution of the present invention by mixing in a non-aqueous electrolyte battery, the compound constituting the non-aqueous electrolyte solution of the present invention is further generated in the non-aqueous electrolyte battery. The case where the same composition as the aqueous electrolyte is obtained is also included.
2.電池構成
本発明の非水系電解液電池は、非水系電解液電池の中でも二次電池用、例えばリチウム二次電池用の電解液として用いるのに好適である。以下、本発明の非水系電解液を用いた非水系電解液電池について説明する。
本発明の非水系電解液二次電池は、公知の構造を採ることができ、典型的には、イオン(例えば、リチウムイオン)を吸蔵・放出可能な負極及び正極と、上記の本発明の非水系電解液とを備える。
2. Battery Configuration The non-aqueous electrolyte battery of the present invention is suitable for use as an electrolyte for a secondary battery, for example, a lithium secondary battery, among non-aqueous electrolyte batteries. Hereinafter, a non-aqueous electrolyte battery using the non-aqueous electrolyte of the present invention will be described.
The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention can adopt a known structure. Typically, the negative electrode and the positive electrode capable of occluding and releasing ions (for example, lithium ions), and the non-aqueous electrolyte of the present invention described above. An aqueous electrolyte solution.
2−1.負極
以下に負極に使用される負極活物質について述べる。負極活物質としては、電気化学的にリチウムイオンを吸蔵・放出可能なものであれば、特に制限はない。具体例としては、炭素質材料、合金系材料、リチウム含有金属複合酸化物材料等が挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、また2種以上を任意に組み合わせて併用してもよい。
2-1. Negative electrode The negative electrode active material used for the negative electrode is described below. The negative electrode active material is not particularly limited as long as it can electrochemically occlude and release lithium ions. Specific examples include carbonaceous materials, alloy materials, lithium-containing metal composite oxide materials, and the like. These may be used individually by 1 type, and may be used together combining 2 or more types arbitrarily.
<負極活物質>
負極活物質としては、炭素質材料、合金系材料、リチウム含有金属複合酸化物材料等が挙げられる。負極活物質として用いられる炭素質材料としては、(1)天然黒鉛、(2)人造炭素質物質並びに人造黒鉛質物質を400〜3200℃の範囲で1回以上熱処理した炭素質材料、(3)負極活物質層が少なくとも2種以上の異なる結晶性を有する炭素質からなり、かつ/又はその異なる結晶性の炭素質が接する界面を有している炭素質材料、(4)負極活物質層が少なくとも2種以上の異なる配向性を有する炭素質からなり、かつ/又はその異なる配向性の炭素質が接する界面を有している炭素質材料、から選ばれるものが、初期不可逆容量、高電流密度充放電特性のバランスがよく好ましい。また、(1)〜(4)の炭素質材料は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比
率で併用してもよい。
<Negative electrode active material>
Examples of the negative electrode active material include carbonaceous materials, alloy materials, lithium-containing metal composite oxide materials, and the like. Examples of the carbonaceous material used as the negative electrode active material include (1) natural graphite, (2) a carbonaceous material obtained by heat-treating the artificial carbonaceous material and the artificial graphite material at least once in the range of 400 to 3200 ° C., (3) A carbonaceous material in which the negative electrode active material layer is made of at least two kinds of carbonaceous materials having different crystallinity and / or has an interface in contact with the different crystalline carbonaceous materials, (4) a negative electrode active material layer An initial irreversible capacity and a high current density are selected from carbonaceous materials comprising at least two kinds of carbonaceous materials having different orientations and / or having an interface in contact with the carbonaceous materials having different orientations. Good balance of charge / discharge characteristics is preferable. Moreover, the carbonaceous materials (1) to (4) may be used alone or in combination of two or more in any combination and ratio.
上記(2)の人造炭素質物質並びに人造黒鉛質物質としては、天然黒鉛、石炭系コークス、石油系コークス、石炭系ピッチ、石油系ピッチ及びこれらピッチを酸化処理したもの、ニードルコークス、ピッチコークス及びこれらを一部黒鉛化した炭素材、ファーネスブラック、アセチレンブラック、ピッチ系炭素繊維等の有機物の熱分解物、炭化可能な有機物及びこれらの炭化物、又は炭化可能な有機物をベンゼン、トルエン、キシレン、キノリン、n−へキサン等の低分子有機溶媒に溶解させた溶液及びこれらの炭化物等が挙げられる。 Examples of the artificial carbonaceous material and artificial graphite material of (2) above include natural graphite, coal-based coke, petroleum-based coke, coal-based pitch, petroleum-based pitch, those obtained by oxidizing these pitches, needle coke, pitch coke and Carbon materials that are partially graphitized, furnace black, acetylene black, organic pyrolysis products such as pitch-based carbon fibers, carbonizable organic materials and their carbides, or carbonizable organic materials are benzene, toluene, xylene, quinoline And a solution dissolved in a low-molecular organic solvent such as n-hexane, and carbides thereof.
負極活物質として用いられる合金系材料としては、リチウムを吸蔵・放出可能であれば、リチウム単体、リチウム合金を形成する単体金属及び合金、又はそれらの酸化物、炭化物、窒化物、ケイ化物、硫化物若しくはリン化物等の化合物のいずれであってもよく、特に制限されない。リチウム合金を形成する単体金属及び合金としては、13族及び14族の金属・半金属元素(即ち炭素を除く)を含む材料であることが好ましく、より好ましくはアルミニウム、ケイ素及びスズ(以下、「特定金属元素」と略記する場合がある)の単体金属及びこれら原子を含む合金又は化合物である。これらは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。 As an alloy material used as the negative electrode active material, as long as lithium can be occluded / released, lithium alone, simple metals and alloys forming lithium alloys, or oxides, carbides, nitrides, silicides, sulfides thereof Any of compounds such as products or phosphides may be used and is not particularly limited. The single metal and alloy forming the lithium alloy are preferably materials containing group 13 and group 14 metal / metalloid elements (that is, excluding carbon), more preferably aluminum, silicon and tin (hereinafter referred to as “ Simple metals) and alloys or compounds containing these atoms (sometimes abbreviated as “specific metal elements”). These may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.
特定金属元素から選ばれる少なくとも1種の原子を有する負極活物質としては、いずれか1種の特定金属元素の金属単体、2種以上の特定金属元素からなる合金、1種又は2種以上の特定金属元素とその他の1種又は2種以上の金属元素とからなる合金、並びに、1種又は2種以上の特定金属元素を含有する化合物、及びその化合物の酸化物、炭化物、窒化物、ケイ化物、硫化物若しくはリン化物等の複合化合物が挙げられる。負極活物質としてこれらの金属単体、合金又は金属化合物を用いることで、電池の高容量化が可能である。 As a negative electrode active material having at least one kind of atom selected from a specific metal element, a metal simple substance of any one specific metal element, an alloy composed of two or more specific metal elements, one type or two or more specific types Alloys comprising metal elements and one or more other metal elements, as well as compounds containing one or more specific metal elements, and oxides, carbides, nitrides and silicides of the compounds And composite compounds such as sulfides or phosphides. By using these simple metals, alloys or metal compounds as the negative electrode active material, the capacity of the battery can be increased.
また、これらの複合化合物が、金属単体、合金又は非金属元素等の数種の元素と複雑に結合した化合物も挙げられる。具体的には、例えばケイ素やスズでは、これらの元素と負極として動作しない金属との合金を用いることができる。例えば、スズの場合、スズとケイ素以外で負極として作用する金属と、さらに負極として動作しない金属と、非金属元素との組み合わせで5〜6種の元素を含むような複雑な化合物も用いることができる。 In addition, a compound in which these complex compounds are complexly bonded to several kinds of elements such as a simple metal, an alloy, or a nonmetallic element is also included. Specifically, for example, in silicon and tin, an alloy of these elements and a metal that does not operate as a negative electrode can be used. For example, in the case of tin, a complex compound containing 5 to 6 kinds of elements in combination with a metal that acts as a negative electrode other than tin and silicon, a metal that does not operate as a negative electrode, and a nonmetallic element may be used. it can.
これらの負極活物質の中でも、電池にしたときに単位質量当りの容量が大きいことから、いずれか1種の特定金属元素の金属単体、2種以上の特定金属元素の合金、特定金属元素の酸化物、炭化物、窒化物等が好ましく、特に、ケイ素及び/又はスズの金属単体、合金、酸化物や炭化物、窒化物等が、単位質量当りの容量及び環境負荷の観点から好ましい。 Among these negative electrode active materials, since the capacity per unit mass is large when a battery is formed, any one simple metal of a specific metal element, an alloy of two or more specific metal elements, oxidation of a specific metal element In particular, silicon and / or tin metal simple substance, alloy, oxide, carbide, nitride and the like are preferable from the viewpoint of capacity per unit mass and environmental load.
負極活物質として用いられるリチウム含有金属複合酸化物材料としては、リチウムを吸蔵・放出可能であれば、特に制限されないが、高電流密度充放電特性の点からチタン及びリチウムを含有する材料が好ましく、より好ましくはチタンを含むリチウム含有複合金属酸化物材料が好ましく、さらにリチウムとチタンの複合酸化物(以下、「リチウムチタン複合酸化物」と略記する場合がある)である。即ちスピネル構造を有するリチウムチタン複合酸化物を、非水系電解液二次電池用負極活物質に含有させて用いると、出力抵抗が大きく低減するので特に好ましい。 The lithium-containing metal composite oxide material used as the negative electrode active material is not particularly limited as long as it can occlude and release lithium, but a material containing titanium and lithium is preferable from the viewpoint of high current density charge / discharge characteristics, A lithium-containing composite metal oxide material containing titanium is more preferable, and a composite oxide of lithium and titanium (hereinafter sometimes abbreviated as “lithium titanium composite oxide”). That is, it is particularly preferable to use a lithium titanium composite oxide having a spinel structure in a negative electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery because the output resistance is greatly reduced.
また、リチウムチタン複合酸化物のリチウムやチタンが、他の金属元素、例えば、Na、K、Co、Al、Fe、Ti、Mg、Cr、Ga、Cu、Zn及びNbからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素で置換されているものも好ましい。
上記金属酸化物が、一般式(A)で表されるリチウムチタン複合酸化物であり、一般式(A)中、0.7≦x≦1.5、1.5≦y≦2.3、0≦z≦1.6であることが、リチウムイオンのドープ・脱ドープの際の構造が安定であることから好ましい。
In addition, lithium or titanium of the lithium titanium composite oxide is at least selected from the group consisting of other metal elements such as Na, K, Co, Al, Fe, Ti, Mg, Cr, Ga, Cu, Zn, and Nb. Those substituted with one element are also preferred.
The metal oxide is a lithium titanium composite oxide represented by the general formula (A). In the general formula (A), 0.7 ≦ x ≦ 1.5, 1.5 ≦ y ≦ 2.3, It is preferable that 0 ≦ z ≦ 1.6 because the structure upon doping and dedoping of lithium ions is stable.
LixTiyMzO4 (A)
[一般式(A)中、Mは、Na、K、Co、Al、Fe、Ti、Mg、Cr、Ga、Cu、Zn及びNbからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を表わす。]
上記の一般式(A)で表される組成の中でも、
(a)1.2≦x≦1.4、1.5≦y≦1.7、z=0
(b)0.9≦x≦1.1、1.9≦y≦2.1、z=0
(c)0.7≦x≦0.9、2.1≦y≦2.3、z=0
の構造が、電池性能のバランスが良好なため特に好ましい。
Li x Ti y M z O 4 (A)
[In the general formula (A), M represents at least one element selected from the group consisting of Na, K, Co, Al, Fe, Ti, Mg, Cr, Ga, Cu, Zn, and Nb. ]
Among the compositions represented by the general formula (A),
(A) 1.2 ≦ x ≦ 1.4, 1.5 ≦ y ≦ 1.7, z = 0
(B) 0.9 ≦ x ≦ 1.1, 1.9 ≦ y ≦ 2.1, z = 0
(C) 0.7 ≦ x ≦ 0.9, 2.1 ≦ y ≦ 2.3, z = 0
This structure is particularly preferable because of a good balance of battery performance.
上記化合物の特に好ましい代表的な組成は、(a)ではLi4/3Ti5/3O4、(b)ではLi1Ti2O4、(c)ではLi4/5Ti11/5O4である。また、Z≠0の構造については、例えば、Li4/3Ti4/3Al1/3O4が好ましいものとして挙げられる。
<炭素質材料の物性>
負極活物質として炭素質材料を用いる場合、以下の物性を有するものであることが望ましい。
Particularly preferred representative compositions of the above compounds are Li 4/3 Ti 5/3 O 4 in (a), Li 1 Ti 2 O 4 in (b), and Li 4/5 Ti 11/5 O in (c). 4 . As for the structure of Z ≠ 0, for example, Li 4/3 Ti 4/3 Al 1/3 O 4 is preferable.
<Physical properties of carbonaceous materials>
When using a carbonaceous material as a negative electrode active material, it is desirable to have the following physical properties.
(X線パラメータ)
炭素質材料の学振法によるX線回折で求めた格子面(002面)のd値(層間距離)が、0.335nm以上であることが好ましく、また、通常0.360nm以下であり、0.350nm以下が好ましく、0.345nm以下がさらに好ましい。また、学振法によるX線回折で求めた炭素質材料の結晶子サイズ(Lc)は、1.0nm以上であることが好ましく、中でも1.5nm以上であることがさらに好ましい。
(X-ray parameters)
The d value (interlayer distance) of the lattice plane (002 plane) determined by X-ray diffraction by the Gakushin method of carbonaceous materials is preferably 0.335 nm or more, and is usually 0.360 nm or less. 350 nm or less is preferable, and 0.345 nm or less is more preferable. Further, the crystallite size (Lc) of the carbonaceous material obtained by X-ray diffraction by the Gakushin method is preferably 1.0 nm or more, and more preferably 1.5 nm or more.
(体積基準平均粒径)
炭素質材料の体積基準平均粒径は、レーザー回折・散乱法により求めた体積基準の平均粒径(メジアン径)であり、通常1μm以上であり、3μm以上が好ましく、5μm以上がさらに好ましく、7μm以上が特に好ましく、また、通常100μm以下であり、50μm以下が好ましく、40μm以下がより好ましく、30μm以下がさらに好ましく、25μm以下が特に好ましい。
(Volume-based average particle size)
The volume-based average particle diameter of the carbonaceous material is a volume-based average particle diameter (median diameter) obtained by a laser diffraction / scattering method, and is usually 1 μm or more, preferably 3 μm or more, more preferably 5 μm or more, and 7 μm. The above is particularly preferable, and is usually 100 μm or less, preferably 50 μm or less, more preferably 40 μm or less, further preferably 30 μm or less, and particularly preferably 25 μm or less.
体積基準平均粒径が上記範囲を下回ると、不可逆容量が増大して、初期の電池容量の損失を招くことになる場合がある。また、上記範囲を上回ると、塗布により電極を作製する際に、不均一な塗面になりやすく、電池製作工程上望ましくない場合がある。
体積基準平均粒径の測定は、界面活性剤であるポリオキシエチレン(20)ソルビタンモノラウレートの0.2質量%水溶液(約10mL)に炭素粉末を分散させて、レーザー回折・散乱式粒度分布計(堀場製作所社製LA−700)を用いて行なう。該測定で求められるメジアン径を、本発明の炭素質材料の体積基準平均粒径と定義する。
If the volume-based average particle size is below the above range, the irreversible capacity may increase, leading to loss of initial battery capacity. On the other hand, when the above range is exceeded, when an electrode is produced by coating, an uneven coating surface tends to be formed, which may be undesirable in the battery production process.
The volume-based average particle size is measured by dispersing the carbon powder in a 0.2% by mass aqueous solution (about 10 mL) of polyoxyethylene (20) sorbitan monolaurate, which is a surfactant, and laser diffraction / scattering particle size distribution. This is carried out using a meter (LA-700 manufactured by Horiba, Ltd.). The median diameter determined by the measurement is defined as the volume-based average particle diameter of the carbonaceous material of the present invention.
(ラマンR値、ラマン半値幅)
炭素質材料のラマンR値は、アルゴンイオンレーザーラマンスペクトル法を用いて測定した値であり、通常0.01以上であり、0.03以上が好ましく、0.1以上がさらに好ましく、また、通常1.5以下であり、1.2以下が好ましく、1以下がさらに好ましく、0.5以下が特に好ましい。
(Raman R value, Raman half width)
The Raman R value of the carbonaceous material is a value measured using an argon ion laser Raman spectrum method, and is usually 0.01 or more, preferably 0.03 or more, more preferably 0.1 or more, and usually 1.5 or less, preferably 1.2 or less, more preferably 1 or less, and particularly preferably 0.5 or less.
ラマンR値が上記範囲を下回ると、粒子表面の結晶性が高くなり過ぎて、充放電に伴っ
てLiが層間に入るサイトが少なくなる場合がある。即ち、充電受入性が低下する場合がある。また、集電体に塗布した後、プレスすることによって負極を高密度化した場合に電極板と平行方向に結晶が配向しやすくなり、負荷特性の低下を招く場合がある。
一方、上記範囲を上回ると、粒子表面の結晶性が低下し、非水系電解液との反応性が増し、効率の低下やガス発生の増加を招く場合がある。
When the Raman R value is below the above range, the crystallinity of the particle surface becomes too high, and there are cases where the number of sites where Li enters between layers decreases with charge / discharge. That is, charge acceptance may be reduced. In addition, when the negative electrode is densified by applying it to the current collector and then pressing it, the crystals are likely to be oriented in a direction parallel to the electrode plate, which may lead to a decrease in load characteristics.
On the other hand, if it exceeds the above range, the crystallinity of the particle surface is lowered, the reactivity with the non-aqueous electrolyte is increased, and the efficiency may be lowered and the gas generation may be increased.
また、炭素質材料の1580cm−1付近のラマン半値幅は特に制限されないが、通常10cm−1以上であり、15cm−1以上が好ましく、また、通常100cm−1以下であり、80cm−1以下が好ましく、60cm−1以下がさらに好ましく、40cm−1以下が特に好ましい。
ラマン半値幅が上記範囲を下回ると、粒子表面の結晶性が高くなり過ぎて、充放電に伴ってLiが層間に入るサイトが少なくなる場合がある。即ち、充電受入性が低下する場合がある。また、集電体に塗布した後、プレスすることによって負極を高密度化した場合に電極板と平行方向に結晶が配向しやすくなり、負荷特性の低下を招く場合がある。一方、上記範囲を上回ると、粒子表面の結晶性が低下し、非水系電解液との反応性が増し、効率の低下やガス発生の増加を招く場合がある。
Further, the Raman half-width in the vicinity of 1580 cm −1 of the carbonaceous material is not particularly limited, but is usually 10 cm −1 or more, preferably 15 cm −1 or more, and usually 100 cm −1 or less, and 80 cm −1 or less. Preferably, 60 cm −1 or less is more preferable, and 40 cm −1 or less is particularly preferable.
If the Raman half width is less than the above range, the crystallinity of the particle surface becomes too high, and there are cases where the number of sites where Li enters between layers decreases with charge and discharge. That is, charge acceptance may be reduced. In addition, when the negative electrode is densified by applying it to the current collector and then pressing it, the crystals are likely to be oriented in a direction parallel to the electrode plate, which may lead to a decrease in load characteristics. On the other hand, if it exceeds the above range, the crystallinity of the particle surface is lowered, the reactivity with the non-aqueous electrolyte is increased, and the efficiency may be lowered and the gas generation may be increased.
ラマンスペクトルの測定は、ラマン分光器(日本分光社製ラマン分光器)を用いて、試料を測定セル内へ自然落下させて充填し、セル内のサンプル表面にアルゴンイオンレーザー光を照射しながら、セルをレーザー光と垂直な面内で回転させることにより行なう。得られるラマンスペクトルについて、1580cm−1付近のピークPAの強度IAと、1360cm−1付近のピークPBの強度IBとを測定し、その強度比R(R=IB/IA)を算出する。該測定で算出されるラマンR値を、本発明の炭素質材料のラマンR値と定義する。また、得られるラマンスペクトルの1580cm−1付近のピークPAの半値幅を測定し、これを本発明の炭素質材料のラマン半値幅と定義する。 The measurement of the Raman spectrum, using a Raman spectrometer (manufactured by JASCO Corporation Raman spectrometer), the sample is naturally dropped into the measurement cell and filled, and while irradiating the sample surface in the cell with argon ion laser light, This is done by rotating the cell in a plane perpendicular to the laser beam. The resulting Raman spectrum, the intensity I A of the peak P A in the vicinity of 1580 cm -1, and measuring the intensity I B of a peak P B in the vicinity of 1360 cm -1, the intensity ratio R (R = I B / I A) Is calculated. The Raman R value calculated by the measurement is defined as the Raman R value of the carbonaceous material of the present invention. Further, the half width of the peak P A in the vicinity of 1580 cm -1 of the resulting Raman spectrum was measured, which is defined as the Raman half-value width of the carbonaceous material of the present invention.
また、上記のラマン測定条件は、次の通りである。
・アルゴンイオンレーザー波長 :514.5nm
・試料上のレーザーパワー :15〜25mW
・分解能 :10〜20cm−1
・測定範囲 :1100cm−1〜1730cm−1
・ラマンR値、ラマン半値幅解析:バックグラウンド処理、
・スムージング処理 :単純平均、コンボリューション5ポイント
(BET比表面積)
炭素質材料のBET比表面積は、BET法を用いて測定した比表面積の値であり、通常0.1m2・g−1以上であり、0.7m2・g−1以上が好ましく、1.0m2・g−1以上がさらに好ましく、1.5m2・g−1以上が特に好ましく、また、通常100m2・g−1以下であり、25m2・g−1以下が好ましく、15m2・g−1以下がさらに好ましく、10m2・g−1以下が特に好ましい。
Moreover, said Raman measurement conditions are as follows.
Argon ion laser wavelength: 514.5nm
・ Laser power on the sample: 15-25mW
・ Resolution: 10-20cm -1
Measurement range: 1100 cm −1 to 1730 cm −1
・ Raman R value, Raman half width analysis: background processing,
-Smoothing treatment: Simple average, 5 points of convolution (BET specific surface area)
BET specific surface area of the carbonaceous material is a value of the measured specific surface area using the BET method is usually 0.1 m 2 · g -1 or more, 0.7 m 2 · g -1 or more, 1. 0 m 2 · g -1 or more, and particularly preferably 1.5 m 2 · g -1 or more, generally not more than 100 m 2 · g -1, preferably 25 m 2 · g -1 or less, 15 m 2 · g -1 more preferably less, 10 m 2 · g -1 or less are especially preferred.
BET比表面積の値がこの範囲を下回ると、負極材料として用いた場合の充電時にリチウムの受け入れ性が悪くなりやすく、リチウムが電極表面で析出しやすくなり、安定性が低下する可能性がある。一方、この範囲を上回ると、負極材料として用いた時に非水系電解液との反応性が増加し、ガス発生が多くなりやすく、好ましい電池が得られにくい場合がある。 When the value of the BET specific surface area is less than this range, the acceptability of lithium is likely to deteriorate during charging when used as a negative electrode material, lithium is likely to precipitate on the electrode surface, and stability may be reduced. On the other hand, if it exceeds this range, when used as a negative electrode material, the reactivity with the non-aqueous electrolyte increases, gas generation tends to increase, and a preferable battery may be difficult to obtain.
BET法による比表面積の測定は、表面積計(大倉理研製全自動表面積測定装置)を用いて、試料に対して窒素流通下350℃で15分間、予備乾燥を行なった後、大気圧に対する窒素の相対圧の値が0.3となるように正確に調整した窒素ヘリウム混合ガスを用いて、ガス流動法による窒素吸着BET1点法によって行なう。
(円形度)
炭素質材料の球形の程度として円形度を測定した場合、以下の範囲に収まることが好ましい。なお、円形度は、「円形度=(粒子投影形状と同じ面積を持つ相当円の周囲長)/(粒子投影形状の実際の周囲長)」で定義され、円形度が1のときに理論的真球となる。
The specific surface area was measured by the BET method using a surface area meter (a fully automated surface area measuring device manufactured by Okura Riken), preliminarily drying the sample at 350 ° C. for 15 minutes under nitrogen flow, Using a nitrogen helium mixed gas accurately adjusted so that the value of the relative pressure becomes 0.3, the nitrogen adsorption BET one-point method by the gas flow method is used.
(Roundness)
When the circularity is measured as the degree of the sphere of the carbonaceous material, it is preferably within the following range. The circularity is defined as “circularity = (peripheral length of an equivalent circle having the same area as the particle projection shape) / (actual perimeter of the particle projection shape)”, and is theoretical when the circularity is 1. Become a true sphere.
炭素質材料の粒径が3〜40μmの範囲にある粒子の円形度は1に近いほど望ましく、また、0.1以上が好ましく、中でも0.5以上が好ましく、0.8以上がより好ましく、0.85以上がさらに好ましく、0.9以上が特に好ましい。高電流密度充放電特性は、円形度が大きいほど向上する。従って、円形度が上記範囲を下回ると、負極活物質の充填性が低下し、粒子間の抵抗が増大して、短時間高電流密度充放電特性が低下する場合がある。 The circularity of the particles having a particle size of 3 to 40 μm in the range of the carbonaceous material is desirably closer to 1, and is preferably 0.1 or more, more preferably 0.5 or more, and more preferably 0.8 or more, 0.85 or more is more preferable, and 0.9 or more is particularly preferable. High current density charge / discharge characteristics improve as the degree of circularity increases. Therefore, when the circularity is less than the above range, the filling property of the negative electrode active material is lowered, the resistance between particles is increased, and the high current density charge / discharge characteristics may be lowered for a short time.
円形度の測定は、フロー式粒子像分析装置(シスメックス社製FPIA)を用いて行う。試料約0.2gを、界面活性剤であるポリオキシエチレン(20)ソルビタンモノラウレートの0.2質量%水溶液(約50mL)に分散させ、28kHzの超音波を出力60Wで1分間照射した後、検出範囲を0.6〜400μmに指定し、粒径が3〜40μmの範囲の粒子について測定する。 The circularity is measured using a flow type particle image analyzer (FPIA manufactured by Sysmex Corporation). About 0.2 g of a sample was dispersed in a 0.2% by mass aqueous solution (about 50 mL) of polyoxyethylene (20) sorbitan monolaurate as a surfactant, and irradiated with 28 kHz ultrasonic waves at an output of 60 W for 1 minute. The detection range is specified as 0.6 to 400 μm, and the particle size is measured in the range of 3 to 40 μm.
円形度を向上させる方法は、特に制限されないが、球形化処理を施して球形にしたものが、電極体にしたときの粒子間空隙の形状が整うので好ましい。球形化処理の例としては、せん断力、圧縮力を与えることによって機械的に球形に近づける方法、複数の微粒子をバインダーもしくは、粒子自身の有する付着力によって造粒する機械的・物理的処理方法等が挙げられる。 The method for improving the circularity is not particularly limited, but a sphere-shaped sphere is preferable because the shape of the interparticle void when the electrode body is formed is preferable. Examples of spheroidizing treatment include a method of mechanically approaching a sphere by applying a shearing force and a compressive force, a mechanical / physical processing method of granulating a plurality of fine particles by the binder or the adhesive force of the particles themselves, etc. Is mentioned.
(タップ密度)
炭素質材料のタップ密度は、通常0.1g・cm−3以上であり、0.5g・cm−3以上が好ましく、0.7g・cm−3以上がさらに好ましく、1g・cm−3以上が特に好ましく、また、2g・cm−3以下が好ましく、1.8g・cm−3以下がさらに好ましく、1.6g・cm−3以下が特に好ましい。タップ密度が、上記範囲を下回ると、負極として用いた場合に充填密度が上がり難く、高容量の電池を得ることができない場合がある。また、上記範囲を上回ると、電極中の粒子間の空隙が少なくなり過ぎ、粒子間の導電性が確保され難くなり、好ましい電池特性が得られにくい場合がある。
(Tap density)
The tap density of the carbonaceous material is usually 0.1 g · cm −3 or more, preferably 0.5 g · cm −3 or more, more preferably 0.7 g · cm −3 or more, and 1 g · cm −3 or more. Particularly preferable, 2 g · cm −3 or less is preferable, 1.8 g · cm −3 or less is more preferable, and 1.6 g · cm −3 or less is particularly preferable. When the tap density is below the above range, the packing density is difficult to increase when used as a negative electrode, and a high-capacity battery may not be obtained. On the other hand, when the above range is exceeded, there are too few voids between particles in the electrode, it is difficult to ensure conductivity between the particles, and it may be difficult to obtain preferable battery characteristics.
タップ密度の測定は、目開き300μmの篩を通過させて、20cm3のタッピングセルに試料を落下させてセルの上端面まで試料を満たした後、粉体密度測定器(例えば、セイシン企業社製タップデンサー)を用いて、ストローク長10mmのタッピングを1000回行なって、その時の体積と試料の質量からタップ密度を算出する。
(配向比)
炭素質材料の配向比は、通常0.005以上であり、0.01以上が好ましく、0.015以上がさらに好ましく、また、通常0.67以下である。配向比が、上記範囲を下回ると、高密度充放電特性が低下する場合がある。なお、上記範囲の上限は、炭素質材料の配向比の理論上限値である。
The tap density is measured by passing through a sieve having an opening of 300 μm, dropping the sample onto a 20 cm 3 tapping cell and filling the sample to the upper end surface of the cell, and then measuring a powder density measuring device (for example, manufactured by Seishin Enterprise Co., Ltd.). Using a tap denser, tapping with a stroke length of 10 mm is performed 1000 times, and the tap density is calculated from the volume at that time and the mass of the sample.
(Orientation ratio)
The orientation ratio of the carbonaceous material is usually 0.005 or more, preferably 0.01 or more, more preferably 0.015 or more, and usually 0.67 or less. When the orientation ratio is below the above range, the high-density charge / discharge characteristics may deteriorate. The upper limit of the above range is the theoretical upper limit value of the orientation ratio of the carbonaceous material.
配向比は、試料を加圧成型してからX線回折により測定する。試料0.47gを直径17mmの成型機に充填し58.8MN・m−2で圧縮して得た成型体を、粘土を用いて測定用試料ホルダーの面と同一面になるようにセットしてX線回折を測定する。得られた炭素の(110)回折と(004)回折のピーク強度から、(110)回折ピーク強度/(004)回折ピーク強度で表わされる比を算出する。 The orientation ratio is measured by X-ray diffraction after pressure-molding the sample. Set the molding obtained by filling 0.47 g of the sample into a molding machine with a diameter of 17 mm and compressing it with 58.8 MN · m -2 so that it is flush with the surface of the sample holder for measurement. X-ray diffraction is measured. From the (110) diffraction and (004) diffraction peak intensities of the obtained carbon, a ratio represented by (110) diffraction peak intensity / (004) diffraction peak intensity is calculated.
X線回折測定条件は次の通りである。なお、「2θ」は回折角を示す。
・ターゲット:Cu(Kα線)グラファイトモノクロメーター
・スリット :
発散スリット=0.5度
受光スリット=0.15mm
散乱スリット=0.5度
・測定範囲及びステップ角度/計測時間:
(110)面:75度≦2θ≦80度 1度/60秒
(004)面:52度≦2θ≦57度 1度/60秒
(アスペクト比(粉))
炭素質材料のアスペクト比は、通常1以上、また、通常10以下であり、8以下が好ましく、5以下がさらに好ましい。アスペクト比が、上記範囲を上回ると、極板化時にスジ引きや、均一な塗布面が得られず、高電流密度充放電特性が低下する場合がある。なお、上記範囲の下限は、炭素質材料のアスペクト比の理論下限値である。
The X-ray diffraction measurement conditions are as follows. “2θ” indicates a diffraction angle.
・ Target: Cu (Kα ray) graphite monochromator ・ Slit:
Divergence slit = 0.5 degree Light receiving slit = 0.15 mm
Scattering slit = 0.5 degree / measurement range and step angle / measurement time:
(110) face: 75 degrees ≦ 2θ ≦ 80 degrees 1 degree / 60 seconds (004) face: 52 degrees ≦ 2θ ≦ 57 degrees 1 degree / 60 seconds (aspect ratio (powder))
The aspect ratio of the carbonaceous material is usually 1 or more and usually 10 or less, preferably 8 or less, and more preferably 5 or less. If the aspect ratio exceeds the above range, streaking or a uniform coated surface cannot be obtained when forming an electrode plate, and the high current density charge / discharge characteristics may deteriorate. The lower limit of the above range is the theoretical lower limit value of the aspect ratio of the carbonaceous material.
アスペクト比の測定は、炭素質材料の粒子を走査型電子顕微鏡で拡大観察して行う。厚さ50μm以下の金属の端面に固定した任意の50個の黒鉛粒子を選択し、それぞれについて試料が固定されているステージを回転、傾斜させて、3次元的に観察した時の炭素質材料粒子の最長となる径Aと、それと直交する最短となる径Bを測定し、A/Bの平均値を求める。 The aspect ratio is measured by magnifying and observing the carbonaceous material particles with a scanning electron microscope. Carbonaceous material particles when three-dimensional observation is performed by selecting arbitrary 50 graphite particles fixed to the end face of a metal having a thickness of 50 μm or less and rotating and tilting the stage on which the sample is fixed. The longest diameter A and the shortest diameter B orthogonal thereto are measured, and the average value of A / B is obtained.
<負極の構成と作製法>
電極の製造は、本発明の効果を著しく損なわない限り、公知のいずれの方法を用いることができる。例えば、負極活物質に、バインダー、溶媒、必要に応じて、増粘剤、導電材、充填材等を加えてスラリーとし、これを集電体に塗布、乾燥した後にプレスすることによって形成することができる。
<Configuration and production method of negative electrode>
Any known method can be used for producing the electrode as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. For example, it is formed by adding a binder, a solvent, and, if necessary, a thickener, a conductive material, a filler, etc. to the negative electrode active material to form a slurry, which is applied to a current collector, dried and then pressed. Can do.
また、合金系材料を用いる場合には、蒸着法、スパッタ法、メッキ法等の手法により、上述の負極活物質を含有する薄膜層(負極活物質層)を形成する方法も用いられる。
(集電体)
負極活物質を保持させる集電体としては、公知のものを任意に用いることができる。負極の集電体としては、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼等の金属材料が挙げられるが、加工し易さとコストの点から特に銅が好ましい。
In the case of using an alloy-based material, a method of forming a thin film layer (negative electrode active material layer) containing the above-described negative electrode active material by a technique such as vapor deposition, sputtering, or plating is also used.
(Current collector)
As the current collector for holding the negative electrode active material, a known material can be arbitrarily used. Examples of the negative electrode current collector include metal materials such as aluminum, copper, nickel, stainless steel, and nickel-plated steel. Copper is particularly preferable from the viewpoint of ease of processing and cost.
また、集電体の形状は、集電体が金属材料の場合は、例えば、金属箔、金属円柱、金属コイル、金属板、金属薄膜、エキスパンドメタル、パンチメタル、発泡メタル等が挙げられる。中でも、好ましくは金属薄膜、より好ましくは銅箔であり、さらに好ましくは圧延法による圧延銅箔と、電解法による電解銅箔があり、どちらも集電体として用いることができる。 In addition, the shape of the current collector may be, for example, a metal foil, a metal cylinder, a metal coil, a metal plate, a metal thin film, an expanded metal, a punch metal, a foam metal, or the like when the current collector is a metal material. Among them, a metal thin film is preferable, a copper foil is more preferable, and a rolled copper foil by a rolling method and an electrolytic copper foil by an electrolytic method are more preferable, and both can be used as a current collector.
集電体の厚さは、通常1μm以上、好ましくは5μm以上であり、通常100μm以下、好ましくは50μm以下である。負極集電体の厚さが厚過ぎると、電池全体の容量が低下し過ぎることがあり、逆に薄過ぎると取り扱いが困難になることがあるためである。
(集電体と負極活物質層との厚さの比)
集電体と負極活物質層の厚さの比は特に制限されないが、「(非水系電解液注液直前の片面の負極活物質層厚さ)/(集電体の厚さ)」の値が、150以下が好ましく、20以下がさらに好ましく、10以下が特に好ましく、また、0.1以上が好ましく、0.4以上がさらに好ましく、1以上が特に好ましい。集電体と負極活物質層の厚さの比が、上記範囲を上回ると、高電流密度充放電時に集電体がジュール熱による発熱を生じる場合がある。また、上記範囲を下回ると、負極活物質に対する集電体の体積比が増加し、電池の容量が減少する場合がある。
The thickness of the current collector is usually 1 μm or more, preferably 5 μm or more, and is usually 100 μm or less, preferably 50 μm or less. This is because if the thickness of the negative electrode current collector is too thick, the capacity of the entire battery may be too low, and conversely if it is too thin, handling may be difficult.
(Thickness ratio between current collector and negative electrode active material layer)
The ratio of the thickness of the current collector to the negative electrode active material layer is not particularly limited, but the value of “(the thickness of the negative electrode active material layer on one side immediately before the nonaqueous electrolyte injection) / (thickness of the current collector)” However, 150 or less is preferable, 20 or less is more preferable, 10 or less is particularly preferable, 0.1 or more is preferable, 0.4 or more is further preferable, and 1 or more is particularly preferable. When the ratio of the thickness of the current collector to the negative electrode active material layer exceeds the above range, the current collector may generate heat due to Joule heat during high current density charge / discharge. On the other hand, below the above range, the volume ratio of the current collector to the negative electrode active material increases, and the battery capacity may decrease.
(結着剤)
負極活物質を結着するバインダーとしては、非水系電解液や電極製造時に用いる溶媒に対して安定な材料であれば、特に制限されない。
具体例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリメチルメタクリレート、芳香族ポリアミド、ポリイミド、セルロース、ニトロセルロース等の樹脂系高分子;SBR(スチレン・ブタジエンゴム)、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、フッ素ゴム、NBR(アクリロニトリル・ブタジエンゴム)、エチレン・プロピレンゴム等のゴム状高分子;スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体又はその水素添加物;EPDM(エチレン・プロピレン・ジエン三元共重合体)、スチレン・エチレン・ブタジエン・スチレン共重合体、スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体又はその水素添加物等の熱可塑性エラストマー状高分子;シンジオタクチック−1,2−ポリブタジエン、ポリ酢酸ビニル、エチレン・酢酸ビニル共重合体、プロピレン・α−オレフィン共重合体等の軟質樹脂状高分子;ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素化ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン・エチレン共重合体等のフッ素系高分子;アルカリ金属イオン(特にリチウムイオン)のイオン伝導性を有する高分子組成物等が挙げられる。これらは、1種を単独で用いても、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
(Binder)
The binder for binding the negative electrode active material is not particularly limited as long as it is a material that is stable with respect to the non-aqueous electrolyte solution and the solvent used in manufacturing the electrode.
Specific examples include resin-based polymers such as polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polymethyl methacrylate, aromatic polyamide, polyimide, cellulose, and nitrocellulose; SBR (styrene-butadiene rubber), isoprene rubber, butadiene rubber, fluorine rubber, Rubber polymers such as NBR (acrylonitrile / butadiene rubber) and ethylene / propylene rubber; styrene / butadiene / styrene block copolymer or hydrogenated product thereof; EPDM (ethylene / propylene / diene terpolymer), styrene / Thermoplastic elastomeric polymers such as ethylene / butadiene / styrene copolymers, styrene / isoprene / styrene block copolymers or hydrogenated products thereof; syndiotactic-1,2-polybutadiene, polyvinyl acetate , Soft resinous polymers such as ethylene / vinyl acetate copolymer, propylene / α-olefin copolymer; polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, fluorinated polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene / ethylene copolymer, etc. And a polymer composition having ion conductivity of alkali metal ions (particularly lithium ions). These may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together by arbitrary combinations and ratios.
負極活物質に対するバインダーの割合は、0.1質量%以上が好ましく、0.5質量%以上がさらに好ましく、0.6質量%以上が特に好ましく、また、20質量%以下が好ましく、15質量%以下がより好ましく、10質量%以下がさらに好ましく、8質量%以下が特に好ましい。負極活物質に対するバインダーの割合が、上記範囲を上回ると、バインダー量が電池容量に寄与しないバインダー割合が増加して、電池容量の低下を招く場合がある。また、上記範囲を下回ると、負極電極の強度低下を招く場合がある。 The ratio of the binder to the negative electrode active material is preferably 0.1% by mass or more, more preferably 0.5% by mass or more, particularly preferably 0.6% by mass or more, and preferably 20% by mass or less, 15% by mass. The following is more preferable, 10% by mass or less is further preferable, and 8% by mass or less is particularly preferable. When the ratio of the binder with respect to a negative electrode active material exceeds the said range, the binder ratio from which the amount of binders does not contribute to battery capacity may increase, and the fall of battery capacity may be caused. On the other hand, below the above range, the strength of the negative electrode may be reduced.
特に、SBRに代表されるゴム状高分子を主要成分に含有する場合には、負極活物質に対するバインダーの割合は、通常0.1質量%以上であり、0.5質量%以上が好ましく、0.6質量%以上がさらに好ましく、また、通常5質量%以下であり、3質量%以下が好ましく、2質量%以下がさらに好ましい。また、ポリフッ化ビニリデンに代表されるフッ素系高分子を主要成分に含有する場合には負極活物質に対する割合は、通常1質量%以上であり、2質量%以上が好ましく、3質量%以上がさらに好ましく、また、通常15質量%以下であり、10質量%以下が好ましく、8質量%以下がさらに好ましい。 In particular, when a rubbery polymer typified by SBR is contained as a main component, the ratio of the binder to the negative electrode active material is usually 0.1% by mass or more, preferably 0.5% by mass or more, and 0 .6% by mass or more is more preferable, and is usually 5% by mass or less, preferably 3% by mass or less, and more preferably 2% by mass or less. When the main component contains a fluorine-based polymer typified by polyvinylidene fluoride, the ratio to the negative electrode active material is usually 1% by mass or more, preferably 2% by mass or more, and more preferably 3% by mass or more. It is preferably 15% by mass or less, preferably 10% by mass or less, and more preferably 8% by mass or less.
(スラリー形成溶媒)
スラリーを形成するための溶媒としては、負極活物質、バインダー、並びに必要に応じて使用される増粘剤及び導電材を溶解又は分散することが可能な溶媒であれば、その種類に特に制限はなく、水系溶媒と有機系溶媒のどちらを用いてもよい。
水系溶媒としては、水、アルコール等が挙げられ、有機系溶媒としてはN−メチルピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、アクリル酸メチル、ジエチルトリアミン、N,N−ジメチルアミノプロピルアミン、テトラヒドロフラン(THF)、トルエン、アセトン、ジエチルエーテル、ヘキサメチルホスファルアミド、ジメチルスルホキシド、ベンゼン、キシレン、キノリン、ピリジン、メチルナフタレン、ヘキサン等が挙げられる。
(Slurry forming solvent)
The solvent for forming the slurry is not particularly limited as long as it is a solvent capable of dissolving or dispersing the negative electrode active material, the binder, and the thickener and conductive material used as necessary. Alternatively, either an aqueous solvent or an organic solvent may be used.
Examples of the aqueous solvent include water and alcohol. Examples of the organic solvent include N-methylpyrrolidone (NMP), dimethylformamide, dimethylacetamide, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, methyl acetate, methyl acrylate, diethyltriamine, N, N- Examples include dimethylaminopropylamine, tetrahydrofuran (THF), toluene, acetone, diethyl ether, hexamethylphosphalamide, dimethyl sulfoxide, benzene, xylene, quinoline, pyridine, methylnaphthalene, hexane and the like.
特に水系溶媒を用いる場合、増粘剤に併せて分散剤等を含有させ、SBR等のラテックスを用いてスラリー化することが好ましい。なお、これらの溶媒は、1種を単独で用いても、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
(増粘剤)
増粘剤は、通常、スラリーの粘度を調整するために使用される。増粘剤としては、特に
制限されないが、具体的には、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、エチルセルロース、ポリビニルアルコール、酸化スターチ、リン酸化スターチ、カゼイン及びこれらの塩等が挙げられる。これらは、1種を単独で用いても、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
In particular, when an aqueous solvent is used, it is preferable to add a dispersant or the like in addition to the thickener and slurry it using a latex such as SBR. In addition, these solvents may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.
(Thickener)
A thickener is usually used to adjust the viscosity of the slurry. The thickener is not particularly limited, and specific examples include carboxymethyl cellulose, methyl cellulose, hydroxymethyl cellulose, ethyl cellulose, polyvinyl alcohol, oxidized starch, phosphorylated starch, casein, and salts thereof. These may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together by arbitrary combinations and ratios.
さらに増粘剤を用いる場合には、負極活物質に対する増粘剤の割合は、通常0.1質量%以上であり、0.5質量%以上が好ましく、0.6質量%以上がさらに好ましく、また、通常5質量%以下であり、3質量%以下が好ましく、2質量%以下がさらに好ましい。
負極活物質に対する増粘剤の割合が、上記範囲を下回ると、著しく塗布性が低下する場合がある。また、上記範囲を上回ると、負極活物質層に占める負極活物質の割合が低下し、電池の容量が低下する問題や負極活物質間の抵抗が増大する場合がある。
Further, when using a thickener, the ratio of the thickener to the negative electrode active material is usually 0.1% by mass or more, preferably 0.5% by mass or more, more preferably 0.6% by mass or more, Moreover, it is 5 mass% or less normally, 3 mass% or less is preferable, and 2 mass% or less is more preferable.
When the ratio of the thickener to the negative electrode active material is less than the above range, applicability may be significantly reduced. Moreover, when it exceeds the said range, the ratio of the negative electrode active material which occupies for a negative electrode active material layer will fall, and the problem that the capacity | capacitance of a battery falls and the resistance between negative electrode active materials may increase.
(電極密度)
負極活物質を電極化した際の電極構造は特に制限されないが、集電体上に存在している負極活物質の密度は、1g・cm−3以上が好ましく、1.2g・cm−3以上がさらに好ましく、1.3g・cm−3以上が特に好ましく、また、2.2g・cm−3以下が好ましく、2.1g・cm−3以下がより好ましく、2.0g・cm−3以下がさらに好ましく、1.9g・cm−3以下が特に好ましい。集電体上に存在している負極活物質の密度が、上記範囲を上回ると、負極活物質粒子が破壊され、初期不可逆容量の増加や、集電体/負極活物質界面付近への非水系電解液の浸透性低下による高電流密度充放電特性悪化を招く場合がある。また、上記範囲を下回ると、負極活物質間の導電性が低下し、電池抵抗が増大し、単位容積当たりの容量が低下する場合がある。
(Electrode density)
The electrode structure when the negative electrode active material is made into an electrode is not particularly limited, but the density of the negative electrode active material present on the current collector is preferably 1 g · cm −3 or more, and 1.2 g · cm −3 or more. but more preferably, particularly preferably 1.3 g · cm -3 or more, preferably 2.2 g · cm -3 or less, more preferably 2.1 g · cm -3 or less, 2.0 g · cm -3 or less Further preferred is 1.9 g · cm −3 or less. When the density of the negative electrode active material existing on the current collector exceeds the above range, the negative electrode active material particles are destroyed, and the initial irreversible capacity increases or non-aqueous system near the current collector / negative electrode active material interface. There is a case where high current density charge / discharge characteristics are deteriorated due to a decrease in permeability of the electrolytic solution. On the other hand, if the amount is less than the above range, the conductivity between the negative electrode active materials decreases, the battery resistance increases, and the capacity per unit volume may decrease.
(負極板の厚さ)
負極板の厚さは用いられる正極板に合わせて設計されるものであり、特に制限されないが、芯材の金属箔厚さを差し引いた合材層の厚さは通常15μm以上、好ましくは20μm以上、より好ましくは30μm以上、また、通常300μm以下、好ましくは280μm以下、より好ましくは250μm以下が望ましい。
(Thickness of negative electrode plate)
The thickness of the negative electrode plate is designed according to the positive electrode plate to be used, and is not particularly limited. However, the thickness of the composite layer obtained by subtracting the thickness of the metal foil of the core is usually 15 μm or more, preferably 20 μm or more. More preferably, it is 30 μm or more, and usually 300 μm or less, preferably 280 μm or less, more preferably 250 μm or less.
(負極板の表面被覆)
また、上記負極板の表面に、これとは異なる組成の物質が付着したものを用いてもよい。表面付着物質としては酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ホウ素、酸化アンチモン、酸化ビスマス等の酸化物、硫酸リチウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸マグネシウム、硫酸カルシウム、硫酸アルミニウム等の硫酸塩、炭酸リチウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム等の炭酸塩等が挙げられる。
(Surface coating of negative electrode plate)
Moreover, you may use what adhered the substance of the composition different from this to the surface of the said negative electrode plate. Surface adhering substances include aluminum oxide, silicon oxide, titanium oxide, zirconium oxide, magnesium oxide, calcium oxide, boron oxide, antimony oxide, bismuth oxide, lithium sulfate, sodium sulfate, potassium sulfate, magnesium sulfate, calcium sulfate And sulfates such as aluminum sulfate and carbonates such as lithium carbonate, calcium carbonate and magnesium carbonate.
2−2.正極
<正極活物質>
以下に正極に使用される正極活物質について述べる。
(組成)
正極活物質としては、電気化学的にリチウムイオンを吸蔵・放出可能なものであれば特に制限されないが、例えば、リチウムと少なくとも1種の遷移金属を含有する物質が好ましい。具体例としては、リチウム遷移金属複合酸化物、リチウム含有遷移金属リン酸化合物が挙げられる。
2-2. Positive electrode <Positive electrode active material>
The positive electrode active material used for the positive electrode is described below.
(composition)
The positive electrode active material is not particularly limited as long as it can electrochemically occlude and release lithium ions. For example, a material containing lithium and at least one transition metal is preferable. Specific examples include lithium transition metal composite oxides and lithium-containing transition metal phosphate compounds.
リチウム遷移金属複合酸化物の遷移金属としてはV、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu等が好ましく、具体例としては、LiCoO2等のリチウム・コバルト複合酸化物、LiNiO2等のリチウム・ニッケル複合酸化物、LiMnO2、LiMn2O4、Li2MnO4等のリチウム・マンガン複合酸化物、これらのリチウム遷移金属複合酸
化物の主体となる遷移金属原子の一部をNa、K、B、F、Al、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Li、Ni、Cu、Zn、Mg、Ga、Zr、Si、Nb、Mo、Sn、W等の他の元素で置換したもの等が挙げられる。置換されたものの具体例としては、例えば、LiNi0.5Mn0.5O2、LiNi0.85Co0.10Al0.05O2、LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2、LiNi0.45Co0.1Mn0.45O2、LiMn1.8Al0.2O4、LiMn1.5Ni0.5O4等が挙げられる。
V, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, etc. are preferable as the transition metal of the lithium transition metal composite oxide. Specific examples include lithium-cobalt composite oxides such as LiCoO 2 and LiNiO 2 . Lithium / nickel composite oxide, LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , Li 2 MnO 4 and other lithium / manganese composite oxides, part of transition metal atoms that are the main components of these lithium transition metal composite oxides are Na, K , B, F, Al, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Li, Ni, Cu, Zn, Mg, Ga, Zr, Si, Nb, Mo, Sn, W, etc. And the like. As specific examples of the substituted ones, for example, LiNi 0.5 Mn 0.5 O 2 , LiNi 0.85 Co 0.10 Al 0.05 O 2 , LiNi 0.33 Co 0.33 Mn 0.33 O 2 , LiNi 0.45 Co 0.1 Mn 0.45 O 2 , LiMn 1.8 Al 0.2 O 4 , LiMn 1.5 Ni 0.5 O 4 and the like.
リチウム含有遷移金属リン酸化合物の遷移金属としては、V、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu等が好ましく、具体例としては、例えば、LiFePO4、Li3Fe2(PO4)3、LiFeP2O7等のリン酸鉄類、LiCoPO4等のリン酸コバルト類、これらのリチウム遷移金属リン酸化合物の主体となる遷移金属原子の一部をAl、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Li、Ni、Cu、Zn、Mg、Ga、Zr、Nb、Si等の他の金属で置換したもの等が挙げられる。 As the transition metal of the lithium-containing transition metal phosphate compound, V, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu and the like are preferable, and specific examples include, for example, LiFePO 4 , Li 3 Fe 2 (PO 4 ). 3 , iron phosphates such as LiFeP 2 O 7 , cobalt phosphates such as LiCoPO 4 , and some of the transition metal atoms that are the main components of these lithium transition metal phosphate compounds are Al, Ti, V, Cr, Mn , Fe, Co, Li, Ni, Cu, Zn, Mg, Ga, Zr, Nb, Si and the like substituted with other metals.
また、正極活物質にリン酸リチウムを含ませると、連続充電特性が向上するので好ましい。リン酸リチウムの使用に制限はないが、前記の正極活物質とリン酸リチウムを混合して用いることが好ましい。使用するリン酸リチウムの量は前記正極活物質とリン酸リチウムの合計に対し、下限が好ましくは0.1質量%以上、より好ましくは0.3質量%以上、さらに好ましくは0.5質量%以上であり、上限が好ましくは10質量%以下であり、より好ましくは8質量%以下であり、さらに好ましくは5質量%以下である。 In addition, it is preferable to include lithium phosphate in the positive electrode active material because continuous charge characteristics are improved. Although there is no restriction | limiting in the use of lithium phosphate, It is preferable to mix and use the said positive electrode active material and lithium phosphate. The lower limit of the amount of lithium phosphate to be used is preferably 0.1% by mass or more, more preferably 0.3% by mass or more, and further preferably 0.5% by mass with respect to the total of the positive electrode active material and lithium phosphate. The upper limit is preferably 10% by mass or less, more preferably 8% by mass or less, and further preferably 5% by mass or less.
(表面被覆)
また、上記正極活物質の表面に、これとは異なる組成の物質が付着したものを用いてもよい。表面付着物質としては酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ホウ素、酸化アンチモン、酸化ビスマス等の酸化物、硫酸リチウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸マグネシウム、硫酸カルシウム、硫酸アルミニウム等の硫酸塩、炭酸リチウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム等の炭酸塩、炭素等が挙げられる。
(Surface coating)
Moreover, you may use what the substance of the composition different from this adhered to the surface of the said positive electrode active material. Surface adhering substances include aluminum oxide, silicon oxide, titanium oxide, zirconium oxide, magnesium oxide, calcium oxide, boron oxide, antimony oxide, bismuth oxide, lithium sulfate, sodium sulfate, potassium sulfate, magnesium sulfate, calcium sulfate And sulfates such as aluminum sulfate, carbonates such as lithium carbonate, calcium carbonate, and magnesium carbonate, and carbon.
これら表面付着物質は、例えば、溶媒に溶解又は懸濁させて該正極活物質に含浸添加、乾燥する方法、表面付着物質前駆体を溶媒に溶解又は懸濁させて該正極活物質に含浸添加後、加熱等により反応させる方法、正極活物質前駆体に添加して同時に焼成する方法等により該正極活物質表面に付着させることができる。なお、炭素を付着させる場合には、炭素質を、例えば、活性炭等の形で後から機械的に付着させる方法も用いることもできる。 For example, these surface adhering substances are dissolved or suspended in a solvent, impregnated and added to the positive electrode active material, and dried. After the surface adhering substance precursor is dissolved or suspended in a solvent and impregnated and added to the positive electrode active material, It can be made to adhere to the surface of the positive electrode active material by a method of reacting by heating or the like, a method of adding to the positive electrode active material precursor and firing simultaneously. In addition, when making carbon adhere, the method of making carbonaceous adhere mechanically later in the form of activated carbon etc. can also be used, for example.
表面付着物質の量としては、該正極活物質に対して質量で、下限として好ましくは0.1ppm以上、より好ましくは1ppm以上、さらに好ましくは10ppm以上、上限として、好ましくは20%以下、より好ましくは10%以下、さらに好ましくは5%以下で用いられる。表面付着物質により、正極活物質表面での電解液の酸化反応を抑制することができ、電池寿命を向上させることができるが、その付着量が少なすぎる場合その効果は十分に発現せず、多すぎる場合には、リチウムイオンの出入りを阻害するため抵抗が増加する場合がある。 The amount of the surface adhering substance is by mass with respect to the positive electrode active material, preferably 0.1 ppm or more, more preferably 1 ppm or more, still more preferably 10 ppm or more, and the upper limit, preferably 20% or less, more preferably, as the lower limit. Is used at 10% or less, more preferably 5% or less. The surface adhering substance can suppress the oxidation reaction of the electrolyte solution on the surface of the positive electrode active material and can improve the battery life. However, when the amount of the adhering quantity is too small, the effect is not sufficiently manifested. If it is too high, the resistance may increase in order to inhibit the entry and exit of lithium ions.
(形状)
正極活物質の粒子の形状は、従来用いられるような、塊状、多面体状、球状、楕円球状、板状、針状、柱状等が挙げられる。また、一次粒子が凝集して、二次粒子を形成していてもよい。
(タップ密度)
正極活物質のタップ密度は、好ましくは0.5g/cm3以上、より好ましくは0.8
g/cm3以上、さらに好ましくは1.0g/cm3以上である。該正極活物質のタップ密度が上記下限を下回ると正極活物質層形成時に、必要な分散媒量が増加すると共に、導電材や結着剤の必要量が増加し、正極活物質層への正極活物質の充填率が制約され、電池容量が制約される場合がある。タップ密度の高い複合酸化物粉体を用いることにより、高密度の正極活物質層を形成することができる。タップ密度は一般に大きいほど好ましく、特に上限はないが、大きすぎると、正極活物質層内における電解液を媒体としたリチウムイオンの拡散が律速となり、負荷特性が低下しやすくなる場合があるため、上限は、好ましくは4.0g/cm3以下、より好ましくは3.7g/cm3以下、さらに好ましくは3.5g/cm3以下である。
(shape)
Examples of the shape of the particles of the positive electrode active material include a lump shape, a polyhedron shape, a sphere shape, an oval sphere shape, a plate shape, a needle shape, and a column shape as conventionally used. Moreover, primary particles may aggregate to form secondary particles.
(Tap density)
The tap density of the positive electrode active material is preferably 0.5 g / cm 3 or more, more preferably 0.8
g / cm 3 or more, more preferably 1.0 g / cm 3 or more. If the tap density of the positive electrode active material is lower than the lower limit, the amount of the required dispersion medium increases when the positive electrode active material layer is formed, and the necessary amount of conductive material and binder increases, so that the positive electrode to the positive electrode active material layer The filling rate of the active material is restricted, and the battery capacity may be restricted. By using a complex oxide powder having a high tap density, a high-density positive electrode active material layer can be formed. In general, the tap density is preferably as large as possible, and there is no particular upper limit, but if it is too large, diffusion of lithium ions using the electrolytic solution in the positive electrode active material layer as a medium is rate-limiting, and load characteristics may be easily reduced. The upper limit is preferably 4.0 g / cm 3 or less, more preferably 3.7 g / cm 3 or less, and still more preferably 3.5 g / cm 3 or less.
なお、本発明では、タップ密度は、正極活物質粉体5〜10gを10mlのガラス製メスシリンダーに入れ、ストローク約20mmで200回タップした時の粉体充填密度(タップ密度)g/cm3として求める。
(メジアン径d50)
正極活物質の粒子のメジアン径d50(一次粒子が凝集して二次粒子を形成している場合には二次粒子径)は好ましくは0.3μm以上、より好ましくは0.5μm以上、さらに好ましくは0.8μm以上、最も好ましくは1.0μm以上であり、上限は、好ましくは30μm以下、より好ましくは27μm以下、さらに好ましくは25μm以下、最も好ましくは22μm以下である。上記下限を下回ると、高タップ密度品が得られなくなる場合があり、上限を超えると粒子内のリチウムの拡散に時間がかかるため、電池性能の低下をきたしたり、電池の正極作製、即ち活物質と導電材やバインダー等を溶媒でスラリー化し、薄膜状に塗布する際に、スジを引く等の問題を生ずる場合がある。ここで、異なるメジアン径d50をもつ該正極活物質を2種類以上混合することで、正極作製時の充填性をさらに向上させることができる。
In the present invention, the tap density is 5 to 10 g of the positive electrode active material powder in a 10 ml glass graduated cylinder, and the powder packing density (tap density) g / cm 3 when tapped 200 times with a stroke of about 20 mm. Asking.
(Median diameter d 50 )
The median diameter d 50 of the positive electrode active material particles (secondary particle diameter when the primary particles are aggregated to form secondary particles) is preferably 0.3 μm or more, more preferably 0.5 μm or more, The upper limit is preferably 30 μm or less, more preferably 27 μm or less, still more preferably 25 μm or less, and most preferably 22 μm or less. If the lower limit is not reached, a high tap density product may not be obtained. If the upper limit is exceeded, it takes time for the diffusion of lithium in the particles, resulting in a decrease in battery performance or production of the positive electrode of the battery, that is, an active material. When a conductive material, a binder, or the like is slurried with a solvent and applied as a thin film, problems such as streaking may occur. Here, by mixing two or more kinds of the positive electrode active materials having different median diameters d 50 , the filling property at the time of producing the positive electrode can be further improved.
なお、本発明では、メジアン径d50は、公知のレーザー回折/散乱式粒度分布測定装置によって測定される。粒度分布計としてHORIBA社製LA−920を用いる場合、測定の際に用いる分散媒として、0.1質量%ヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液を用い、5分間の超音波分散後に測定屈折率1.24を設定して測定される。
(平均一次粒子径)
一次粒子が凝集して二次粒子を形成している場合には、該正極活物質の平均一次粒子径としては、好ましくは0.05μm以上、より好ましくは0.1μm以上、さらに好ましくは0.2μm以上であり、上限は、好ましくは5μm以下、より好ましくは4μm以下、さらに好ましくは3μm以下、最も好ましくは2μm以下である。上記上限を超えると球状の二次粒子を形成し難く、粉体充填性に悪影響を及ぼしたり、比表面積が大きく低下するために、出力特性等の電池性能が低下する可能性が高くなる場合がある。逆に、上記下限を下回ると、通常、結晶が未発達であるために充放電の可逆性が劣る等の問題を生ずる場合がある。
In the present invention, the median diameter d 50 is measured by a known laser diffraction / scattering particle size distribution measuring apparatus. When LA-920 manufactured by HORIBA is used as a particle size distribution meter, a 0.1% by mass sodium hexametaphosphate aqueous solution is used as a dispersion medium for measurement, and a measurement refractive index of 1.24 is set after ultrasonic dispersion for 5 minutes. Measured.
(Average primary particle size)
When primary particles are aggregated to form secondary particles, the average primary particle diameter of the positive electrode active material is preferably 0.05 μm or more, more preferably 0.1 μm or more, and still more preferably 0.8 μm. The upper limit is preferably 5 μm or less, more preferably 4 μm or less, still more preferably 3 μm or less, and most preferably 2 μm or less. If the above upper limit is exceeded, it is difficult to form spherical secondary particles, which adversely affects the powder filling property, or the specific surface area is greatly reduced, so that there is a high possibility that battery performance such as output characteristics will deteriorate. is there. On the other hand, when the value falls below the lower limit, there is a case where problems such as inferior reversibility of charge / discharge are usually caused because crystals are not developed.
なお、本発明では、一次粒子径は、走査電子顕微鏡(SEM)を用いた観察により測定される。具体的には、10000倍の倍率の写真で、水平方向の直線に対する一次粒子の左右の境界線による切片の最長の値を、任意の50個の一次粒子について求め、平均値をとることにより求められる。
(BET比表面積)
正極活物質のBET比表面積は、好ましくは0.1m2/g以上、より好ましくは0.
2m2/g以上、さらに好ましくは0.3m2/g以上であり、上限は50m2/g以下、
好ましくは40m2/g以下、さらに好ましくは30m2/g以下である。BET比表面積がこの範囲よりも小さいと電池性能が低下しやすく、大きいとタップ密度が上がりにくくなり、正極活物質層形成時の塗布性に問題が発生しやすい場合がある。
In the present invention, the primary particle diameter is measured by observation using a scanning electron microscope (SEM). Specifically, in a photograph at a magnification of 10000 times, the longest value of the intercept by the left and right boundary lines of the primary particles with respect to the horizontal straight line is obtained for any 50 primary particles and obtained by taking the average value. It is done.
(BET specific surface area)
The BET specific surface area of the positive electrode active material is preferably 0.1 m 2 / g or more, more preferably 0.00.
2 m 2 / g or more, more preferably 0.3 m 2 / g or more, and the upper limit is 50 m 2 / g or less.
Preferably it is 40 m < 2 > / g or less, More preferably, it is 30 m < 2 > / g or less. If the BET specific surface area is smaller than this range, the battery performance tends to be lowered. If the BET specific surface area is larger, the tap density is difficult to increase, and a problem may occur in applicability when forming the positive electrode active material layer.
なお、本発明では、BET比表面積は、表面積計(例えば、大倉理研製全自動表面積測定装置)を用い、試料に対して窒素流通下150℃で30分間、予備乾燥を行なった後、大気圧に対する窒素の相対圧の値が0.3となるように正確に調整した窒素ヘリウム混合ガスを用い、ガス流動法による窒素吸着BET1点法によって測定した値で定義される。
(正極活物質の製造法)
正極活物質の製造法としては、無機化合物の製造法として一般的な方法が用いられる。特に球状ないし楕円球状の活物質を作製するには種々の方法が考えられるが、例えば、遷移金属の原料物質を水等の溶媒中に溶解ないし粉砕分散して、攪拌をしながらpHを調節して球状の前駆体を作成回収し、これを必要に応じて乾燥した後、LiOH、Li2CO3、LiNO3等のLi源を加えて高温で焼成して活物質を得る方法等が挙げられる。
In the present invention, the BET specific surface area is determined by using a surface area meter (for example, a fully automatic surface area measuring device manufactured by Okura Riken), preliminarily drying the sample at 150 ° C. for 30 minutes under nitrogen flow, and then atmospheric pressure. This is defined as a value measured by a nitrogen adsorption BET one-point method using a gas flow method, using a nitrogen-helium mixed gas accurately adjusted so that the value of the relative pressure of nitrogen to 0.3 is 0.3.
(Method for producing positive electrode active material)
As a manufacturing method of the positive electrode active material, a general method is used as a manufacturing method of the inorganic compound. In particular, various methods are conceivable for producing a spherical or elliptical active material. For example, a transition metal raw material is dissolved or ground and dispersed in a solvent such as water, and the pH is adjusted while stirring. And a spherical precursor is prepared and recovered, and after drying as necessary, a Li source such as LiOH, Li 2 CO 3 , LiNO 3 and the like is added and fired at a high temperature to obtain an active material. .
正極の製造のために、前記の正極活物質を単独で用いてもよく、異なる組成の1種以上とを、任意の組み合わせ又は比率で併用してもよい。この場合の好ましい組み合わせとしては、LiCoO2と、LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2やLiMn2O4若しくはこのMnの一部を他の遷移金属等で置換したものとの組み合わせ等が挙げられる。 For the production of the positive electrode, the positive electrode active material may be used alone, or one or more of different compositions may be used in any combination or ratio. A preferable combination in this case is a combination of LiCoO 2 and LiNi 0.33 Co 0.33 Mn 0.33 O 2 or LiMn 2 O 4 or a part of this Mn substituted with another transition metal or the like. Is mentioned.
<正極の構成と作製法>
以下に、正極の構成について述べる。本発明において、正極は、正極活物質と結着剤とを含有する正極活物質層を、集電体上に形成して作製することができる。正極活物質を用いる正極の製造は、常法により行うことができる。即ち、正極活物質と結着剤、並びに必要に応じて導電材及び増粘剤等を乾式で混合してシート状にしたものを正極集電体に圧着するか、又はこれらの材料を液体媒体に溶解又は分散させてスラリーとして、これを正極集電体に塗布し、乾燥することにより、正極活物質層を集電体上に形成されることにより正極を得ることができる。
<Configuration and manufacturing method of positive electrode>
The structure of the positive electrode will be described below. In the present invention, the positive electrode can be produced by forming a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material and a binder on a current collector. Manufacture of the positive electrode using a positive electrode active material can be performed by a conventional method. That is, a positive electrode active material and a binder, and if necessary, a conductive material and a thickener mixed in a dry form into a sheet form are pressure-bonded to the positive electrode current collector, or these materials are liquid media A positive electrode can be obtained by forming a positive electrode active material layer on the current collector by applying it to a positive electrode current collector and drying it as a slurry by dissolving or dispersing in a slurry.
正極活物質の、正極活物質層中の含有量は、好ましくは80質量%以上、より好ましくは82質量%以上、特に好ましくは84質量%以上である。また上限は、好ましくは99質量%以下、より好ましくは98質量%以下である。正極活物質層中の正極活物質の含有量が低いと電気容量が不十分となる場合がある。逆に含有量が高すぎると正極の強度が不足する場合がある。 The content of the positive electrode active material in the positive electrode active material layer is preferably 80% by mass or more, more preferably 82% by mass or more, and particularly preferably 84% by mass or more. Moreover, an upper limit becomes like this. Preferably it is 99 mass% or less, More preferably, it is 98 mass% or less. If the content of the positive electrode active material in the positive electrode active material layer is low, the electric capacity may be insufficient. Conversely, if the content is too high, the strength of the positive electrode may be insufficient.
塗布、乾燥によって得られた正極活物質層は、正極活物質の充填密度を上げるために、ハンドプレス、ローラープレス等により圧密化することが好ましい。
正極活物質層の密度は、下限として好ましくは1.5g/cm3以上、より好ましくは
2g/cm3、さらに好ましくは2.2g/cm3以上であり、上限としては、好ましくは5g/cm3以下、より好ましくは4.5g/cm3以下、さらに好ましくは4g/cm3
以下の範囲である。
The positive electrode active material layer obtained by coating and drying is preferably consolidated by a hand press, a roller press or the like in order to increase the packing density of the positive electrode active material.
The density of the positive electrode active material layer is preferably 1.5 g / cm 3 or more as a lower limit, more preferably 2 g / cm 3 , further preferably 2.2 g / cm 3 or more, and preferably 5 g / cm 3 as an upper limit. 3 or less, more preferably 4.5 g / cm 3 or less, still more preferably 4 g / cm 3
The range is as follows.
この範囲を上回ると集電体/活物質界面付近への電解液の浸透性が低下し、特に高電流密度での充放電特性が低下し高出力が得られない場合がある。また下回ると活物質間の導電性が低下し、電池抵抗が増大し高出力が得られない場合がある。
(導電材)
導電材としては、公知の導電材を任意に用いることができる。具体例としては、銅、ニッケル等の金属材料;天然黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛(グラファイト);アセチレンブラック等のカーボンブラック;ニードルコークス等の無定形炭素等の炭素材料等が挙げられる。なお、これらは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。導電材は、正極活物質層中に、通常0.01質量%以上、好ましくは0.1質量%以上、より好ましくは1質量%以上であり、また上限は、通常50質量%以下、好ましくは30質量%以下、より好ましくは15質量%以下含有するように用いられる
。含有量がこの範囲よりも低いと導電性が不十分となる場合がある。逆に、含有量がこの範囲よりも高いと電池容量が低下する場合がある。
If it exceeds this range, the permeability of the electrolyte solution to the vicinity of the current collector / active material interface decreases, and the charge / discharge characteristics particularly at a high current density decrease, and a high output may not be obtained. On the other hand, if it is lower, the conductivity between the active materials is lowered, the battery resistance is increased, and a high output may not be obtained.
(Conductive material)
A known conductive material can be arbitrarily used as the conductive material. Specific examples include metal materials such as copper and nickel; graphite such as natural graphite and artificial graphite (graphite); carbon black such as acetylene black; and carbon materials such as amorphous carbon such as needle coke. In addition, these may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio. The conductive material is usually 0.01% by mass or more, preferably 0.1% by mass or more, more preferably 1% by mass or more in the positive electrode active material layer, and the upper limit is usually 50% by mass or less, preferably It is used so as to contain 30% by mass or less, more preferably 15% by mass or less. If the content is lower than this range, the conductivity may be insufficient. Conversely, if the content is higher than this range, the battery capacity may decrease.
(結着剤)
正極活物質層の製造に用いる結着剤としては、特に限定されず、塗布法の場合は、電極製造時に用いる液体媒体に対して溶解又は分散される材料であればよいが、具体例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリメチルメタクリレート、ポリイミド、芳香族ポリアミド、セルロース、ニトロセルロース等の樹脂系高分子;SBR(スチレン−ブタジエンゴム)、NBR(アクリロニトリル−ブタジエンゴム)、フッ素ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、エチレン−プロピレンゴム等のゴム状高分子;スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体又はその水素添加物、EPDM(エチレン・プロピレン・ジエン三元共重合体)、スチレン・エチレン・ブタジエン・エチレン共重合体、スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体又はその水素添加物等の熱可塑性エラストマー状高分子;シンジオタクチック−1,2−ポリブタジエン、ポリ酢酸ビニル、エチレン・酢酸ビニル共重合体、プロピレン・α−オレフィン共重合体等の軟質樹脂状高分子;ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素化ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン・エチレン共重合体等のフッ素系高分子;アルカリ金属イオン(特にリチウムイオン)のイオン伝導性を有する高分子組成物等が挙げられる。なお、これらの物質は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
(Binder)
The binder used in the production of the positive electrode active material layer is not particularly limited, and in the case of the coating method, any material that can be dissolved or dispersed in the liquid medium used during electrode production may be used. Resin polymers such as polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polymethyl methacrylate, polyimide, aromatic polyamide, cellulose, nitrocellulose; SBR (styrene-butadiene rubber), NBR (acrylonitrile-butadiene rubber), fluorine rubber, isoprene rubber , Rubber polymers such as butadiene rubber and ethylene-propylene rubber; styrene / butadiene / styrene block copolymer or hydrogenated product thereof, EPDM (ethylene / propylene / diene terpolymer), styrene / ethylene / butadiene / Ethylene copolymer, styrene Thermoplastic elastomeric polymer such as isoprene / styrene block copolymer or hydrogenated product thereof; syndiotactic-1,2-polybutadiene, polyvinyl acetate, ethylene / vinyl acetate copolymer, propylene / α-olefin copolymer Soft resinous polymers such as polymers; Fluoropolymers such as polyvinylidene fluoride (PVdF), polytetrafluoroethylene, fluorinated polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene / ethylene copolymers; alkali metal ions (especially lithium ions) And a polymer composition having ion conductivity. In addition, these substances may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.
正極活物質層中の結着剤の割合は、通常0.1質量%以上、好ましくは1質量%以上、さらに好ましくは1.5質量%以上であり、上限は、通常50質量%以下、好ましくは20質量%以下、さらに好ましくは10質量%以下、最も好ましくは5質量%以下である。結着剤の割合が低すぎると、正極活物質を十分保持できずに正極の機械的強度が不足し、サイクル特性等の電池性能を悪化させてしまう場合がある。一方で、高すぎると、電池容量や導電性の低下につながる場合がある。 The ratio of the binder in the positive electrode active material layer is usually 0.1% by mass or more, preferably 1% by mass or more, more preferably 1.5% by mass or more, and the upper limit is usually 50% by mass or less, preferably Is 20% by mass or less, more preferably 10% by mass or less, and most preferably 5% by mass or less. When the ratio of the binder is too low, the positive electrode active material cannot be sufficiently retained and the positive electrode has insufficient mechanical strength, which may deteriorate battery performance such as cycle characteristics. On the other hand, if it is too high, battery capacity and conductivity may be reduced.
(スラリー形成溶媒)
スラリーを形成するための溶媒としては、正極活物質、導電材、結着剤、並びに必要に応じて使用される増粘剤を溶解又は分散することが可能な溶媒であれば、その種類に特に制限はなく、水系溶媒と有機系溶媒のどちらを用いてもよい。水系媒体としては、例えば、水、アルコールと水との混合媒等が挙げられる。有機系媒体としては、例えば、ヘキサン等の脂肪族炭化水素類;ベンゼン、トルエン、キシレン、メチルナフタレン等の芳香族炭化水素類;キノリン、ピリジン等の複素環化合物;アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類;酢酸メチル、アクリル酸メチル等のエステル類;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等のアミン類;ジエチルエーテル、プロピレンオキシド、テトラヒドロフラン(THF)等のエーテル類;N−メチルピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等のアミド類;ヘキサメチルホスファルアミド、ジメチルスルホキシド等の非プロトン性極性溶媒等が挙げられる。
(Slurry forming solvent)
As the solvent for forming the slurry, the positive electrode active material, the conductive material, the binder, and a solvent capable of dissolving or dispersing the thickener used as necessary may be used. There is no restriction, and either an aqueous solvent or an organic solvent may be used. Examples of the aqueous medium include water, a mixed medium of alcohol and water, and the like. Examples of the organic medium include aliphatic hydrocarbons such as hexane; aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, xylene, and methylnaphthalene; heterocyclic compounds such as quinoline and pyridine; ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, and cyclohexanone. Esters such as methyl acetate and methyl acrylate; amines such as diethylenetriamine and N, N-dimethylaminopropylamine; ethers such as diethyl ether, propylene oxide and tetrahydrofuran (THF); N-methylpyrrolidone (NMP) Amides such as dimethylformamide and dimethylacetamide; and aprotic polar solvents such as hexamethylphosphalamide and dimethylsulfoxide.
特に水系媒体を用いる場合、増粘剤と、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)等のラテックスを用いてスラリー化するのが好ましい。増粘剤は、通常、スラリーの粘度を調整するために使用される。増粘剤としては、特に制限はないが、具体的には、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、エチルセルロース、ポリビニルアルコール、酸化スターチ、リン酸化スターチ、カゼイン及びこれらの塩等が挙げられる。これらは、1種を単独で用いても、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。さらに増粘剤を添加する場合には、活物質に対する増粘剤の割合は、0.1質量%以上、好ましくは0.2質量%以上、より好ましくは0.3質量%以上であり、
また、上限としては5質量%以下、好ましくは3質量%以下、より好ましくは2質量%以下の範囲である。この範囲を下回ると、著しく塗布性が低下する場合がある。上回ると、正極活物質層に占める活物質の割合が低下し、電池の容量が低下する問題や正極活物質間の抵抗が増大する問題が生じる場合がある。
In particular, when an aqueous medium is used, it is preferable to make a slurry using a thickener and a latex such as styrene-butadiene rubber (SBR). A thickener is usually used to adjust the viscosity of the slurry. The thickener is not particularly limited, and specific examples include carboxymethyl cellulose, methyl cellulose, hydroxymethyl cellulose, ethyl cellulose, polyvinyl alcohol, oxidized starch, phosphorylated starch, casein, and salts thereof. These may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together by arbitrary combinations and ratios. When a thickener is further added, the ratio of the thickener to the active material is 0.1% by mass or more, preferably 0.2% by mass or more, more preferably 0.3% by mass or more,
Moreover, as an upper limit, it is 5 mass% or less, Preferably it is 3 mass% or less, More preferably, it is the range of 2 mass% or less. Below this range, applicability may be significantly reduced. If it exceeds, the ratio of the active material in the positive electrode active material layer may decrease, and there may be a problem that the capacity of the battery decreases and a problem that the resistance between the positive electrode active materials increases.
(集電体)
正極集電体の材質としては特に制限されず、公知のものを任意に用いることができる。具体例としては、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケルメッキ、チタン、タンタル等の金属材料;カーボンクロス、カーボンペーパー等の炭素材料が挙げられる。中でも金属材料、特にアルミニウムが好ましい。
(Current collector)
The material of the positive electrode current collector is not particularly limited, and a known material can be arbitrarily used. Specific examples include metal materials such as aluminum, stainless steel, nickel plating, titanium, and tantalum; and carbon materials such as carbon cloth and carbon paper. Of these, metal materials, particularly aluminum, are preferred.
集電体の形状としては、金属材料の場合、金属箔、金属円柱、金属コイル、金属板、金属薄膜、エキスパンドメタル、パンチメタル、発泡メタル等が挙げられ、炭素材料の場合、炭素板、炭素薄膜、炭素円柱等が挙げられる。これらのうち、金属薄膜が好ましい。なお、薄膜は適宜メッシュ状に形成してもよい。薄膜の厚さは任意であるが、通常1μm以上、好ましくは3μm以上、より好ましくは5μm以上、また上限は、通常1mm以下、好ましくは100μm以下、より好ましくは50μm以下である。薄膜がこの範囲よりも薄いと集電体として必要な強度が不足する場合がある。逆に、薄膜がこの範囲よりも厚いと取り扱い性が損なわれる場合がある。 Examples of the shape of the current collector include metal foil, metal cylinder, metal coil, metal plate, metal thin film, expanded metal, punch metal, and foam metal in the case of a metal material. A thin film, a carbon cylinder, etc. are mentioned. Of these, metal thin films are preferred. In addition, you may form a thin film suitably in mesh shape. Although the thickness of the thin film is arbitrary, it is usually 1 μm or more, preferably 3 μm or more, more preferably 5 μm or more, and the upper limit is usually 1 mm or less, preferably 100 μm or less, more preferably 50 μm or less. If the thin film is thinner than this range, the strength required for the current collector may be insufficient. Conversely, if the thin film is thicker than this range, the handleability may be impaired.
また、集電体の表面に導電助剤が塗布されていることも、集電体と正極活物質層の電子接触抵抗を低下させる観点で好ましい。導電助剤としては、炭素や、金、白金、銀等の貴金属類が挙げられる。
集電体と正極活物質層の厚さの比は特には限定されないが、(電解液注液直前の片面の正極活物質層の厚さ)/(集電体の厚さ)の値が20以下であることが好ましく、より好ましくは15以下、最も好ましくは10以下であり、下限は、0.5以上が好ましく、より好ましくは0.8以上、最も好ましくは1以上の範囲である。この範囲を上回ると、高電流密度充放電時に集電体がジュール熱による発熱を生じる場合がある。この範囲を下回ると、正極活物質に対する集電体の体積比が増加し、電池の容量が減少する場合がある。
Moreover, it is also preferable from the viewpoint of reducing the electronic contact resistance between the current collector and the positive electrode active material layer that a conductive additive is applied to the surface of the current collector. Examples of the conductive assistant include noble metals such as carbon, gold, platinum, and silver.
The ratio of the thickness of the current collector to the positive electrode active material layer is not particularly limited, but the value of (thickness of the positive electrode active material layer on one side immediately before electrolyte injection) / (thickness of the current collector) is 20 The lower limit is preferably 15 or less, most preferably 10 or less, and the lower limit is preferably 0.5 or more, more preferably 0.8 or more, and most preferably 1 or more. Above this range, the current collector may generate heat due to Joule heat during high current density charge / discharge. Below this range, the volume ratio of the current collector to the positive electrode active material increases and the battery capacity may decrease.
(電極面積)
本発明の非水系電解液を用いる場合、高出力かつ高温時の安定性を高める観点から、正極活物質層の面積は、電池外装ケースの外表面積に対して大きくすることが好ましい。具体的には、二次電池の外装の表面積に対する正極の電極面積の総和が面積比で15倍以上とすることが好ましく、さらに40倍以上とすることがより好ましい。外装ケースの外表面積とは、有底角型形状の場合には、端子の突起部分を除いた発電要素が充填されたケース部分の縦と横と厚さの寸法から計算で求める総面積をいう。有底円筒形状の場合には、端子の突起部分を除いた発電要素が充填されたケース部分を円筒として近似する幾何表面積である。正極の電極面積の総和とは、負極活物質を含む合材層に対向する正極合材層の幾何表面積であり、集電体箔を介して両面に正極合材層を形成してなる構造では、それぞれの面を別々に算出する面積の総和をいう。
(Electrode area)
When using the non-aqueous electrolyte of the present invention, it is preferable that the area of the positive electrode active material layer is larger than the outer surface area of the battery outer case from the viewpoint of increasing the stability at high output and high temperature. Specifically, the sum of the electrode areas of the positive electrode with respect to the surface area of the exterior of the secondary battery is preferably 15 times or more, and more preferably 40 times or more. The outer surface area of the outer case is the total area obtained by calculation from the vertical, horizontal, and thickness dimensions of the case part filled with the power generation element excluding the protruding part of the terminal in the case of a bottomed square shape. . In the case of a bottomed cylindrical shape, the geometric surface area approximates the case portion filled with the power generation element excluding the protruding portion of the terminal as a cylinder. The total electrode area of the positive electrode is the geometric surface area of the positive electrode mixture layer facing the mixture layer containing the negative electrode active material, and in the structure in which the positive electrode mixture layer is formed on both sides via the current collector foil. , The sum of the areas where each surface is calculated separately.
(正極板の厚さ)
正極板の厚さは特に限定されないが、高容量かつ高出力の観点から、芯材の金属箔厚さを差し引いた合材層の厚さは、集電体の片面に対して下限として、好ましくは10μm以上、より好ましくは20μm以上で、上限としては、好ましくは500μm以下、より好ましくは450μm以下である。
(Thickness of positive plate)
The thickness of the positive electrode plate is not particularly limited, but from the viewpoint of high capacity and high output, the thickness of the composite layer obtained by subtracting the metal foil thickness of the core material is preferably as a lower limit with respect to one side of the current collector. Is 10 μm or more, more preferably 20 μm or more, and the upper limit is preferably 500 μm or less, more preferably 450 μm or less.
(正極板の表面被覆)
また、上記正極板の表面に、これとは異なる組成の物質が付着したものを用いてもよい
。表面付着物質としては酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ホウ素、酸化アンチモン、酸化ビスマス等の酸化物、硫酸リチウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸マグネシウム、硫酸カルシウム、硫酸アルミニウム等の硫酸塩、炭酸リチウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム等の炭酸塩、炭素等が挙げられる。
(Positive electrode surface coating)
Moreover, you may use what adhered the substance of the composition different from this to the surface of the said positive electrode plate. Surface adhering substances include aluminum oxide, silicon oxide, titanium oxide, zirconium oxide, magnesium oxide, calcium oxide, boron oxide, antimony oxide, bismuth oxide, lithium sulfate, sodium sulfate, potassium sulfate, magnesium sulfate, calcium sulfate And sulfates such as aluminum sulfate, carbonates such as lithium carbonate, calcium carbonate, and magnesium carbonate, and carbon.
2−3.セパレータ
正極と負極との間には、短絡を防止するために、通常はセパレータを介在させる。この場合、本発明の非水系電解液は、通常はこのセパレータに含浸させて用いる。
セパレータの材料や形状については特に制限されず、本発明の効果を著しく損なわない限り、公知のものを任意に採用することができる。中でも、本発明の非水系電解液に対し安定な材料で形成された、樹脂、ガラス繊維、無機物等が用いられ、保液性に優れた多孔性シート又は不織布状の形態の物等を用いるのが好ましい。
2-3. Separator Normally, a separator is interposed between the positive electrode and the negative electrode in order to prevent a short circuit. In this case, the nonaqueous electrolytic solution of the present invention is usually used by impregnating the separator.
The material and shape of the separator are not particularly limited, and known ones can be arbitrarily adopted as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. Among them, a resin, glass fiber, inorganic material, etc. formed of a material that is stable with respect to the non-aqueous electrolyte solution of the present invention is used, and a porous sheet or a nonwoven fabric-like material having excellent liquid retention properties is used. Is preferred.
樹脂、ガラス繊維セパレータの材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、芳香族ポリアミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルスルホン、ガラスフィルター等を用いることができる。中でも好ましくはポリオレフィンである。これらの材料は1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。 As materials for the resin and glass fiber separator, for example, polyolefins such as polyethylene and polypropylene, aromatic polyamides, polytetrafluoroethylene, polyethersulfone, glass filters and the like can be used. Among these, polyolefin is preferable. These materials may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.
セパレータの厚さは任意であるが、通常1μm以上であり、5μm以上が好ましく、10μm以上がさらに好ましく、また、通常50μm以下であり、40μm以下が好ましく、30μm以下がさらに好ましい。セパレータが、上記範囲より薄過ぎると、絶縁性や機械的強度が低下する場合がある。また、上記範囲より厚過ぎると、レート特性等の電池性能が低下する場合があるばかりでなく、非水系電解液二次電池全体としてのエネルギー密度が低下する場合がある。 The thickness of the separator is arbitrary, but is usually 1 μm or more, preferably 5 μm or more, more preferably 10 μm or more, and usually 50 μm or less, preferably 40 μm or less, more preferably 30 μm or less. If the separator is too thin than the above range, the insulating properties and mechanical strength may decrease. On the other hand, if it is thicker than the above range, not only the battery performance such as the rate characteristic may be lowered, but also the energy density of the whole non-aqueous electrolyte secondary battery may be lowered.
さらに、セパレータとして多孔性シートや不織布等の多孔質のものを用いる場合、セパレータの空孔率は任意であるが、通常20%以上であり、35%以上が好ましく、45%以上がさらに好ましく、また、通常90%以下であり、85%以下が好ましく、75%以下がさらに好ましい。空孔率が、上記範囲より小さ過ぎると、膜抵抗が大きくなってレート特性が悪化する傾向がある。また、上記範囲より大き過ぎると、セパレータの機械的強度が低下し、絶縁性が低下する傾向にある。 Furthermore, when using a porous material such as a porous sheet or nonwoven fabric as the separator, the porosity of the separator is arbitrary, but is usually 20% or more, preferably 35% or more, more preferably 45% or more, Further, it is usually 90% or less, preferably 85% or less, and more preferably 75% or less. If the porosity is too smaller than the above range, the membrane resistance tends to increase and the rate characteristics tend to deteriorate. Moreover, when larger than the said range, it exists in the tendency for the mechanical strength of a separator to fall and for insulation to fall.
また、セパレータの平均孔径も任意であるが、通常0.5μm以下であり、0.2μm以下が好ましく、また、通常0.05μm以上である。平均孔径が、上記範囲を上回ると、短絡が生じ易くなる。また、上記範囲を下回ると、膜抵抗が大きくなりレート特性が低下する場合がある。
一方、無機物の材料としては、例えば、アルミナや二酸化ケイ素等の酸化物、窒化アルミや窒化ケイ素等の窒化物、硫酸バリウムや硫酸カルシウム等の硫酸塩が用いられ、粒子形状もしくは繊維形状のものが用いられる。
Moreover, although the average pore diameter of a separator is also arbitrary, it is 0.5 micrometer or less normally, 0.2 micrometer or less is preferable, and it is 0.05 micrometer or more normally. If the average pore diameter exceeds the above range, a short circuit tends to occur. On the other hand, below the above range, the film resistance may increase and the rate characteristics may deteriorate.
On the other hand, as inorganic materials, for example, oxides such as alumina and silicon dioxide, nitrides such as aluminum nitride and silicon nitride, and sulfates such as barium sulfate and calcium sulfate are used. Used.
形態としては、不織布、織布、微多孔性フィルム等の薄膜形状のものが用いられる。薄膜形状では、孔径が0.01〜1μm、厚さが5〜50μmのものが好適に用いられる。上記の独立した薄膜形状以外に、樹脂製の結着剤を用いて上記無機物の粒子を含有する複合多孔層を正極及び/又は負極の表層に形成させてなるセパレータを用いることができる。例えば、正極の両面に90%粒径が1μm未満のアルミナ粒子を、フッ素樹脂を結着剤として多孔層を形成させることが挙げられる。 As the form, a thin film shape such as a non-woven fabric, a woven fabric, or a microporous film is used. In the thin film shape, those having a pore diameter of 0.01 to 1 μm and a thickness of 5 to 50 μm are preferably used. In addition to the above-mentioned independent thin film shape, a separator formed by forming a composite porous layer containing the inorganic particles on the surface layer of the positive electrode and / or the negative electrode using a resin binder can be used. For example, a porous layer may be formed by using alumina particles having a 90% particle size of less than 1 μm on both surfaces of the positive electrode and using a fluororesin as a binder.
2−4.電池設計
<電極群>
電極群は、上記の正極板と負極板とを上記のセパレータを介してなる積層構造のもの、及び上記の正極板と負極板とを上記のセパレータを介して渦巻き状に捲回した構造のもののいずれでもよい。電極群の体積が電池内容積に占める割合(以下、電極群占有率と称する)は、通常40%以上であり、50%以上が好ましく、また、通常95%以下であり、90%以下が好ましい。
2-4. Battery design <Electrode group>
The electrode group has a laminated structure in which the positive electrode plate and the negative electrode plate are interposed through the separator, and a structure in which the positive electrode plate and the negative electrode plate are wound in a spiral shape through the separator. Either is acceptable. The ratio of the volume of the electrode group to the internal volume of the battery (hereinafter referred to as the electrode group occupancy) is usually 40% or more, preferably 50% or more, and usually 95% or less, preferably 90% or less. .
電極群占有率が、上記範囲を下回ると、電池容量が小さくなる。また、上記範囲を上回ると空隙スペースが少なく、電池が高温になることによって部材が膨張したり電解質の液成分の蒸気圧が高くなったりして内部圧力が上昇し、電池としての充放電繰り返し性能や高温保存等の諸特性を低下させたり、さらには、内部圧力を外に逃がすガス放出弁が作動する場合がある。 When the electrode group occupancy is below the above range, the battery capacity decreases. Also, if the above range is exceeded, the void space is small, the battery expands, and the member expands or the vapor pressure of the electrolyte liquid component increases and the internal pressure rises. In some cases, the gas release valve that lowers various characteristics such as storage at high temperature and the like, or releases the internal pressure to the outside is activated.
<集電構造>
集電構造は、特に制限されないが、配線部分や接合部分の抵抗を低減する構造にすることが好ましい。
電極群が上記の積層構造のものでは、各電極層の金属芯部分を束ねて端子に溶接して形成される構造が好適に用いられる。一枚の電極面積が大きくなる場合には、内部抵抗が大きくなるので、電極内に複数の端子を設けて抵抗を低減することも好適に用いられる。電極群が上記の捲回構造のものでは、正極及び負極にそれぞれ複数のリード構造を設け、端子に束ねることにより、内部抵抗を低くすることができる。
<Current collection structure>
The current collecting structure is not particularly limited, but is preferably a structure that reduces the resistance of the wiring portion and the joint portion.
In the case where the electrode group has the above laminated structure, a structure formed by bundling the metal core portions of the electrode layers and welding them to the terminals is preferably used. When the area of one electrode increases, the internal resistance increases. Therefore, it is also preferable to provide a plurality of terminals in the electrode to reduce the resistance. When the electrode group has the winding structure described above, the internal resistance can be lowered by providing a plurality of lead structures for the positive electrode and the negative electrode, respectively, and bundling the terminals.
<外装ケース>
外装ケースの材質は用いられる非水系電解液に対して安定な物質であれば特に制限されない。具体的には、ニッケルめっき鋼板、ステンレス、アルミニウム又はアルミニウム合金、マグネシウム合金等の金属類、又は、樹脂とアルミ箔との積層フィルム(ラミネートフィルム)が用いられる。軽量化の観点から、アルミニウム又はアルミニウム合金の金属、ラミネートフィルムが好適に用いられる。
<Exterior case>
The material of the outer case is not particularly limited as long as it is a substance that is stable with respect to the non-aqueous electrolyte used. Specifically, a nickel-plated steel plate, stainless steel, aluminum, an aluminum alloy, a metal such as a magnesium alloy, or a laminated film (laminate film) of a resin and an aluminum foil is used. From the viewpoint of weight reduction, an aluminum or aluminum alloy metal or a laminate film is preferably used.
金属類を用いる外装ケースでは、レーザー溶接、抵抗溶接、超音波溶接により金属同士を溶着して封止密閉構造とするもの、若しくは、樹脂製ガスケットを介して上記金属類を用いてかしめ構造とするものが挙げられる。上記ラミネートフィルムを用いる外装ケースでは、樹脂層同士を熱融着することにより封止密閉構造とするもの等が挙げられる。シール性を上げるために、上記樹脂層の間にラミネートフィルムに用いられる樹脂と異なる樹脂を介在させてもよい。特に、集電端子を介して樹脂層を熱融着して密閉構造とする場合には、金属と樹脂との接合になるので、介在する樹脂として極性基を有する樹脂や極性基を導入した変成樹脂が好適に用いられる。 In an exterior case using metals, the metal is welded together by laser welding, resistance welding, or ultrasonic welding to form a sealed sealed structure, or a caulking structure using the above metals via a resin gasket. Things. Examples of the outer case using the laminate film include a case where a resin-sealed structure is formed by heat-sealing resin layers. In order to improve sealing performance, a resin different from the resin used for the laminate film may be interposed between the resin layers. In particular, when a resin layer is heat-sealed through a current collecting terminal to form a sealed structure, a metal and a resin are joined, so that a resin having a polar group or a modified group having a polar group introduced as an intervening resin is used. Resins are preferably used.
また、外装ケースの形状も任意であり、例えば円筒型、角形、ラミネート型、コイン型、大型等のいずれであってもよい。
<保護素子>
保護素子として、異常発熱や過大電流が流れた時に抵抗が増大するPTC(Positive Temperature Coefficient)、温度ヒューズ、サーミスター、異常発熱時に電池内部圧力や内部温度の急激な上昇により回路に流れる電流を遮断する弁(電流遮断弁)等を使用することができる。上記保護素子は高電流の通常使用で作動しない条件のものを選択することが好ましく、保護素子がなくても異常発熱や熱暴走に至らない設計にすることがより好ましい。
The shape of the outer case is also arbitrary, and may be any of a cylindrical shape, a square shape, a laminate shape, a coin shape, a large size, and the like.
<Protective element>
Protective elements such as PTC (Positive Temperature Coefficient), thermal fuse, thermistor, whose resistance increases when abnormal heat generation or excessive current flows, cut off current flowing in the circuit due to sudden rise in battery internal pressure or internal temperature in abnormal heat generation A valve (current cutoff valve) or the like can be used. It is preferable to select a protective element that does not operate under normal use at a high current, and it is more preferable that the protective element is designed so as not to cause abnormal heat generation or thermal runaway even without the protective element.
以下に、実施例及び比較例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、こ
れらの実施例に限定されるものではない。
[負極の作製]
X線回折における格子面(002面)のd値が0.336nm、結晶子サイズ(Lc)が652nm、灰分が0.07質量部、レーザー回折・散乱法によるメジアン径が12μm、BET法による比表面積が7.5m2/g、アルゴンイオンレーザー光を用いたラマ
ンスペクトル分析から求めたR値(=IB/IA)が0.12、1570〜1620cm-1の範囲にあるピークの半値幅が19.9cm-1である天然黒鉛粉末98質量部に、増粘剤及びバインダーとして、それぞれ、カルボキシメチルセルロースナトリウムの水性ディスパージョン(カルボキシメチルセルロースナトリウムの濃度1質量%)100質量部及びスチレン−ブタジエンゴムの水性ディスパージョン(スチレン−ブタジエンゴムの濃度50質量%)1質量部を加え、ディスパーザーで混合してスラリー化した。得られたスラリーを厚さ12μmの銅箔に塗布して乾燥し、プレス機で圧延したものを負極とした。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples, but the present invention is not limited to these examples.
[Production of negative electrode]
The d-value of the lattice plane (002 plane) in X-ray diffraction is 0.336 nm, the crystallite size (Lc) is 652 nm, the ash content is 0.07 parts by mass, the median diameter by laser diffraction / scattering method is 12 μm, and the ratio by BET method The half-value width of a peak whose surface area is 7.5 m 2 / g and R value (= I B / I A ) determined from Raman spectrum analysis using argon ion laser light is 0.12, 1570 to 1620 cm −1. 98 parts by weight of natural graphite powder having a weight of 19.9 cm −1 , 100 parts by weight of an aqueous dispersion of sodium carboxymethyl cellulose (concentration of 1% by weight of sodium carboxymethyl cellulose) and styrene-butadiene rubber as thickener and binder, respectively 1 part by weight of an aqueous dispersion (concentration of styrene-butadiene rubber 50% by weight), Mixed and was slurried in Isupaza. The obtained slurry was applied to a copper foil having a thickness of 12 μm, dried, and rolled with a press to obtain a negative electrode.
[正極の作製]
正極活物質としてLiCoO2を90質量%と、導電材としてのアセチレンブラック5質量%と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)5質量%とを、N−メチルピロリドン溶媒中で混合して、スラリー化した。得られたスラリーを、厚さ15μmのアルミ箔の両面に塗布して乾燥し、プレス機で圧延したものを正極とした。
[Production of positive electrode]
90% by mass of LiCoO 2 as a positive electrode active material, 5% by mass of acetylene black as a conductive material, and 5% by mass of polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder were mixed in an N-methylpyrrolidone solvent. And slurried. The obtained slurry was applied to both sides of an aluminum foil having a thickness of 15 μm, dried, and rolled with a press to obtain a positive electrode.
[電解液の製造]
乾燥アルゴン雰囲気下、エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとジメチルカーボネートの混合物(体積比2:3:3)に乾燥したLiPF6を1mol/Lの割合となるように溶解して基本電解液を調製した。この基本電解液に、表1に記載の割合で化合物を混合し、それぞれ実施例1〜4及び比較例1〜5に用いる電解液とした。
[Manufacture of electrolyte]
Under a dry argon atmosphere, a basic electrolyte solution was prepared by dissolving LiPF 6 in a mixture of ethylene carbonate, ethylmethyl carbonate and dimethyl carbonate (volume ratio 2: 3: 3) to a ratio of 1 mol / L. The basic electrolyte solution was mixed with the compounds described in Table 1 to obtain electrolyte solutions used in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 5, respectively.
[リチウム二次電池の製造]
上記の正極、負極、及びポリエチレン製のセパレータを、負極、セパレータ、正極、セパレータ、負極の順に積層して電池要素を作製した。この電池要素をアルミニウム(厚さ40μm)の両面を樹脂層で被覆したラミネートフィルムからなる袋内に正極と負極の端子を突設させながら挿入した後、表1に記載の電解液をそれぞれ袋内に注入し、真空封止を行い、シート状電池を作製し、それぞれ実施例1〜4及び比較例1〜5に用いる電池とした。
[Manufacture of lithium secondary batteries]
The positive electrode, the negative electrode, and the polyethylene separator were laminated in the order of the negative electrode, the separator, the positive electrode, the separator, and the negative electrode to produce a battery element. The battery element was inserted into a bag made of a laminate film in which both surfaces of aluminum (thickness: 40 μm) were coated with a resin layer while projecting positive and negative terminals, and each of the electrolyte solutions shown in Table 1 was placed in the bag. The sheet-like battery was produced, and it was set as the battery used for Examples 1-4 and Comparative Examples 1-5, respectively.
[初期放電容量評価]
シート状非水系電解液二次電池を、電極間の密着性を高めるためにガラス板で挟んだ状態で、25℃において、0.2Cに相当する定電流で4.2Vまで充電した後、0.2Cの定電流で3Vまで放電した。これを3サイクル行って電池を安定させ、4サイクル目は、0.5Cの定電流で4.2Vまで充電後、4.2Vの定電圧で電流値が0.05Cになるまで充電を実施し、0.2Cの定電流で3Vまで放電して、初期放電容量を求めた。
[Evaluation of initial discharge capacity]
The sheet-like non-aqueous electrolyte secondary battery was charged to 4.2 V with a constant current corresponding to 0.2 C at 25 ° C. in a state of being sandwiched between glass plates in order to enhance the adhesion between the electrodes, and then 0 The battery was discharged to 3V with a constant current of 2C. This is done for 3 cycles to stabilize the battery. In the 4th cycle, after charging to 4.2V with a constant current of 0.5C, charging is performed until the current value reaches 0.05C with a constant voltage of 4.2V. The initial discharge capacity was determined by discharging to 3 V at a constant current of 0.2C.
ここで、1Cとは電池の基準容量を1時間で放電する電流値を表し、例えば、0.2Cとはその1/5の電流値を表す。
[過充電特性評価]
容量評価試験の終了した電池を、エタノール浴中に浸して体積を測定した後、45℃において、0.2Cの定電流で5Vまで定電流充電を行い、5Vに達した時点で電流をカットして、過充電試験後の電池の開回路電圧(OCV)を測定した。
Here, 1C represents a current value for discharging the reference capacity of the battery in one hour, and for example, 0.2C represents a current value of 1/5 thereof.
[Overcharge characteristics evaluation]
After the capacity evaluation test was completed, the battery was immersed in an ethanol bath and the volume was measured. Then, the battery was charged at a constant current of 0.2C to 5V at 45 ° C, and the current was cut when the voltage reached 5V. Then, the open circuit voltage (OCV) of the battery after the overcharge test was measured.
次にエタノール浴中に浸して体積を測定し、過充電の前後の体積変化から発生したガス量を求めた。
過充電試験後の電池のOCVが低い方が、過充電深度が低く、過充電時の保護特性が高
い。また、過充電後のガス発生量が多いほど、過充電等の異常により内圧が異常に上昇したときにこれを感知して安全弁を作動させる電池では、安全弁を早めに作動させることができるので好ましい。
Next, the volume was measured by immersion in an ethanol bath, and the amount of gas generated from the volume change before and after overcharging was determined.
The lower the OCV of the battery after the overcharge test, the lower the overcharge depth, and the higher the overcharge protection characteristics. Further, the larger the amount of gas generated after overcharging, the more preferable the battery that senses this when the internal pressure rises abnormally due to an abnormality such as overcharging and operates the safety valve because the safety valve can be activated earlier. .
[高温保存特性評価試験]
容量評価試験の終了した電池を、エタノール浴中に浸して体積を測定した後、0.5Cの定電流で4.2Vまで充電後、4.2Vの定電圧で電流値が0.05Cになるまで充電を実施した。その後85℃、24時間の条件で高温保存を行った。電池を十分に冷却させた後、エタノール浴中に浸して体積を測定し、保存前後の体積変化から発生したガス量を求めた。次に、25℃において0.2Cの定電流で3Vまで放電させ、高温保存特性試験後の残存容量を測定し、初期放電容量に対する残存容量の割合を求め、これを高温保存後の残存容量(%)とした。
[High temperature storage characteristics evaluation test]
After the capacity evaluation test was completed, the volume was measured by immersing the battery in an ethanol bath, and after charging to 4.2 V at a constant current of 0.5 C, the current value became 0.05 C at a constant voltage of 4.2 V. The battery was charged until Thereafter, it was stored at a high temperature at 85 ° C. for 24 hours. After sufficiently cooling the battery, the volume was measured by immersion in an ethanol bath, and the amount of gas generated from the volume change before and after storage was determined. Next, the battery was discharged to 3 V at a constant current of 0.2 C at 25 ° C., the remaining capacity after the high-temperature storage characteristics test was measured, and the ratio of the remaining capacity to the initial discharge capacity was determined. %).
表2から明らかなように、比較例1の電池は高温保存後の発生ガス量、残存容量には優れているが、過充電後の発生ガス量が少なく、過充電時の保護特性が低い。比較例2〜5の電池は、過充電後の発生ガス量が多く、過充電時の保護特性は高いが、高温保存後の発生ガス量や残存容量が劣る。これに対して、実施例1〜4の電池は、過充電後のガス発生量が多く、過充電時の保護特性が高く、高温保存後のガス発生量、残存容量に優れる。従って、本発明に係る非水系電解液を用いた電池は、過充電時の保護特性が高く、高温保存特性に優れていることがわかる。 As is apparent from Table 2, the battery of Comparative Example 1 is excellent in the amount of gas generated after high-temperature storage and the remaining capacity, but the amount of gas generated after overcharging is small and the protection characteristics during overcharging are low. The batteries of Comparative Examples 2 to 5 have a large amount of generated gas after overcharging and have high protection characteristics during overcharging, but the amount of generated gas and remaining capacity after high-temperature storage are poor. On the other hand, the batteries of Examples 1 to 4 have a large amount of gas generation after overcharging, high protection characteristics during overcharging, and excellent gas generation amount and remaining capacity after high-temperature storage. Therefore, it can be seen that the battery using the non-aqueous electrolyte according to the present invention has high protection characteristics during overcharge and excellent high-temperature storage characteristics.
本発明の非水系電解液を用いた非水系電解液二次電池は、過充電時の電池の保護特性を高めながら、高温保存試験やサイクル試験といった耐久試験後においても、容量維持率が高く、公知の各種の用途に用いることが可能である。具体例としては、例えば、ノートパソコン、ペン入力パソコン、モバイルパソコン、電子ブックプレーヤー、携帯電話、携帯ファックス、携帯コピー、携帯プリンター、ヘッドフォンステレオ、ビデオムービー、液晶テレビ、ハンディークリーナー、ポータブルCD、ミニディスク、トランシーバー、電子手帳、電卓、メモリーカード、携帯テープレコーダー、ラジオ、バックアップ電源、モーター、自動車、バイク、原動機付自転車、自転車、照明器具、玩具、ゲーム機器、時計、電動工具、ストロボ、カメラ、負荷平準化用電源、自然エネルギー貯蔵電源等が挙げられる。 The non-aqueous electrolyte secondary battery using the non-aqueous electrolyte of the present invention has a high capacity retention rate even after an endurance test such as a high-temperature storage test or a cycle test, while enhancing the protection characteristics of the battery during overcharge. It can be used for various known applications. Specific examples include notebook computers, pen input computers, mobile computers, electronic book players, mobile phones, mobile faxes, mobile copy, mobile printers, headphone stereos, video movies, LCD TVs, handy cleaners, portable CDs, minidiscs , Walkie Talkie, Electronic Notebook, Calculator, Memory Card, Portable Tape Recorder, Radio, Backup Power Supply, Motor, Automobile, Motorcycle, Motorbike, Bicycle, Lighting Equipment, Toy, Game Equipment, Clock, Electric Tool, Strobe, Camera, Load Examples include leveling power sources and natural energy storage power sources.
Claims (5)
式(2)中、R5〜R10はそれぞれ独立して水素原子、ハロゲン原子、ハロゲン原子を有していてもよい炭素数1〜12の炭化水素基、ハロゲン原子を有していてもよいエーテル基、ハロゲン原子を有していてもよいエステル基から選ばれるいずれかを表す。) A non-aqueous electrolyte solution comprising a lithium salt and a non-aqueous solvent for dissolving the lithium salt, wherein the non-aqueous electrolyte solution is represented by a compound represented by the following general formula (1) and the following general formula (2) And a non-aqueous electrolyte containing the compound.
In formula (2), R 5 to R 10 may each independently have a hydrogen atom, a halogen atom, a C 1-12 hydrocarbon group that may have a halogen atom, or a halogen atom. It represents either an ether group or an ester group optionally having a halogen atom. )
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