JP2015072858A - Nonaqueous electrolytic solution, electrolytic solution for lithium ion secondary batteries, and lithium ion secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、非水電解液、リチウムイオン二次電池用電解液、及び、前記非水電解液又は前記リチウムイオン二次電池用電解液を含むリチウムイオン二次電池に関する。 The present invention relates to a non-aqueous electrolyte, an electrolyte for a lithium ion secondary battery, and a lithium ion secondary battery including the non-aqueous electrolyte or the electrolyte for a lithium ion secondary battery.
近年の電子技術の発展及び環境技術への関心の高まりに伴い、様々な電気化学デバイスが開発されている。特に、省エネルギー化を目的とした電気化学デバイス開発に対する要請が強く、省エネルギー化に貢献できる電気化学デバイスに対する期待はますます高くなっている。このような電気化学デバイスとしては、例えば、発電デバイスとして太陽電池が挙げられ、蓄電デバイスとして、二次電池、キャパシタ及びコンデンサ等が挙げられる。蓄電デバイスの代表例であるリチウムイオン二次電池は、従来、主に携帯機器用充電池として使用されていたが、近年では、ハイブリッド自動車及び電気自動車用電池としての使用も期待されている。 With the recent development of electronic technology and increasing interest in environmental technology, various electrochemical devices have been developed. In particular, there is a strong demand for the development of electrochemical devices for the purpose of energy saving, and expectations for electrochemical devices that can contribute to energy saving are increasing. Examples of such electrochemical devices include solar cells as power generation devices, and secondary batteries, capacitors, capacitors, and the like as power storage devices. Lithium ion secondary batteries, which are representative examples of power storage devices, have been conventionally used mainly as rechargeable batteries for portable devices, but in recent years, they are also expected to be used as batteries for hybrid vehicles and electric vehicles.
リチウムイオン二次電池は、一般に、リチウムを吸蔵及び放出可能な活物質を主体として構成された正極と負極とがセパレータを介して配された構成を有する。リチウムイオン二次電池の正極は、正極活物質としてのLiCoO2、LiNiO2又はLiMn2O4等と、導電剤としてのカーボンブラック又は黒鉛等と、バインダーとしてのポリフッ化ビニリデン、ラテックス又はゴム等と、が混合された正極合剤が、アルミニウム等からなる正極集電体上に被覆されて形成される。また、負極は、負極活物質としてのコークス又は黒鉛等と、バインダーとしてのポリフッ化ビニリデン、ラテックス又はゴム等と、が混合された負極合剤が、銅等からなる負極集電体上に被覆されて形成される。さらに、セパレータは、多孔性ポリオレフィン等により形成され、その厚さは数μmから数百μmと非常に薄い。正極、負極、及びセパレータは、電池内で電解液に浸漬されている。電解液としては、例えば、LiPF6又はLiBF4のようなリチウム塩を、プロピレンカーボネート又はエチレンカーボネートのような非プロトン性溶媒に、又はポリエチレンオキシドのようなポリマーに溶解させた電解液が挙げられる。 A lithium ion secondary battery generally has a configuration in which a positive electrode and a negative electrode mainly composed of an active material capable of inserting and extracting lithium are arranged via a separator. The positive electrode of the lithium ion secondary battery includes LiCoO 2 , LiNiO 2 or LiMn 2 O 4 as a positive electrode active material, carbon black or graphite as a conductive agent, and polyvinylidene fluoride, latex or rubber as a binder. Are mixed with a positive electrode current collector made of aluminum or the like. The negative electrode is a negative electrode current collector made of copper or the like mixed with a negative electrode mixture in which coke or graphite as a negative electrode active material and polyvinylidene fluoride, latex, rubber, or the like as a binder are mixed. Formed. Further, the separator is made of porous polyolefin or the like, and its thickness is very thin, from several μm to several hundred μm. The positive electrode, the negative electrode, and the separator are immersed in the electrolytic solution in the battery. Examples of the electrolytic solution include an electrolytic solution in which a lithium salt such as LiPF 6 or LiBF 4 is dissolved in an aprotic solvent such as propylene carbonate or ethylene carbonate, or a polymer such as polyethylene oxide.
リチウムイオン二次電池は、現在、携帯機器等の電池として主に用いられている。また、近年では、ハイブリッド自動車及び電気自動車等の自動車用途の電池としても展開が開始されており、リチウムイオン二次電池の用途及び市場はさらに拡大する傾向にある。 Currently, lithium ion secondary batteries are mainly used as batteries for portable devices and the like. In recent years, it has also begun to be used as a battery for automobiles such as hybrid cars and electric cars, and the use and market of lithium ion secondary batteries tend to further expand.
このようなリチウムイオン二次電池用の非水電解液の構成成分として、ビニレンカーボネートに代表される不飽和結合カーボネート化合物や4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンに代表される含フッ素カーボネート化合物が広く使用されている。これらの化合物は、電極の界面制御に寄与し、電解液の酸化還元分解の抑制に寄与しうる材料として、大変有用である。 As a component of such a non-aqueous electrolyte for a lithium ion secondary battery, an unsaturated bond carbonate compound typified by vinylene carbonate or a fluorine-containing typified by 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one Carbonate compounds are widely used. These compounds are very useful as materials that contribute to the control of the electrode interface and can contribute to the suppression of redox decomposition of the electrolyte.
電極の界面制御能(以下、「SEI形成能」ともいう。)とはリチウムイオン電池全般に要求される性能である。一般に、電池の負極表面ではSolid Electrolyte Interface(SEI)と呼ばれる非水電解液の分解生成物が保護皮膜としての役割を果たしており、優秀なSEI形成剤を形成できる種々の添加剤が提案されている。良好なSEIが形成されると非水電解液の還元分解が抑制でき、電池の充放電を安定して行うことができる。ビニレンカーボネートや4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンを用いた非水電解液は、このようなSEIが形成できることが報告されている(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。また、特定のリン酸塩、硝酸塩、カルボン酸塩も良好なSEIが形成剤となり、電池特性向上に寄与することで着目されている(例えば特許文献3、特許文献4参照)。 The electrode interface control ability (hereinafter also referred to as “SEI formation ability”) is a performance required for all lithium ion batteries. Generally, on the negative electrode surface of a battery, a decomposition product of a non-aqueous electrolyte called Solid Electrolyte Interface (SEI) plays a role as a protective film, and various additives that can form excellent SEI forming agents have been proposed. . When good SEI is formed, reductive decomposition of the nonaqueous electrolytic solution can be suppressed, and charging / discharging of the battery can be performed stably. It has been reported that non-aqueous electrolytes using vinylene carbonate or 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one can form such SEI (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2). Also, specific phosphates, nitrates, and carboxylates are attracting attention because good SEI serves as a forming agent and contributes to improving battery characteristics (see, for example, Patent Document 3 and Patent Document 4).
前記特定の塩は電極上に良好なSEIを形成することで、電池のサイクル特性や高温保存特性、出力特性を向上させることができる。また、このリン酸塩は数10ppmの極少量の添加でも効果を奏する点においてさらに有用である。 The specific salt can improve the cycle characteristics, high-temperature storage characteristics, and output characteristics of the battery by forming good SEI on the electrode. Moreover, this phosphate is further useful in that the effect can be obtained even by adding a very small amount of several tens of ppm.
ところで近年は、スマートホンの長時間使用や電気自動車の長距離走行を可能にするために高エネルギー密度の電池が要求されており、そのためには高電圧駆動の電池が必須となっている。しかし、従来の非水電解液を高電圧下で使用すると非水電解液が酸化分解し、電池劣化が著しい。ここで、含フッ素カーボネート化合物や、ニトリル化合物、リン酸化合物や含珪素化合物などを電解液成分として用いることで電解液の耐電圧性が向上することが知られている。(例えば、特許文献5、特許文献6、特許文献7、特許文献8参照)。 By the way, in recent years, a battery having a high energy density is required in order to enable long-time use of a smart phone and long-distance driving of an electric vehicle. For this purpose, a battery driven at a high voltage is indispensable. However, when a conventional non-aqueous electrolyte is used under a high voltage, the non-aqueous electrolyte is oxidized and decomposed, resulting in significant battery deterioration. Here, it is known that the voltage resistance of the electrolytic solution is improved by using a fluorine-containing carbonate compound, a nitrile compound, a phosphoric acid compound, a silicon-containing compound, or the like as the electrolytic solution component. (For example, see Patent Document 5, Patent Document 6, Patent Document 7, and Patent Document 8).
上記のとおり、特定の電解液形成成分を用いることで電解液の耐電圧性が向上することが報告されている。より高電圧で使用できることが報告されている珪素化合物や、より少量で効果を奏する特定のリン酸塩、硝酸塩、カルボン酸塩は非常に有望である。しかしながら、含珪素化合物も特定の塩も一定量以上を使用すると、充放電中に分解ガスが発生して充放電を不安定化させる問題があり、添加量を増量できないという問題がある。高電圧の電池では様々な劣化が起こるため、複数の添加剤や複数の技術を併用することによる劣化抑制が効果的であると考えられている。 As described above, it has been reported that the withstand voltage of an electrolytic solution is improved by using a specific electrolytic solution forming component. Silicon compounds that have been reported to be usable at higher voltages, and specific phosphates, nitrates, and carboxylates that are effective in smaller amounts are very promising. However, when a certain amount or more of both the silicon-containing compound and the specific salt is used, there is a problem that decomposition gas is generated during charging and discharging to destabilize charging and discharging, and the amount added cannot be increased. Since various types of deterioration occur in a high-voltage battery, it is considered effective to suppress deterioration by using a plurality of additives and a plurality of technologies in combination.
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、耐久性と耐電圧性能とを共に有する非水二次電池を実現する非水電解液、リチウムイオン二次電池用電解液、及び前記非水電解液又は前記リチウムイオン二次電池用電解液を含むリチウムイオン二次電池を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides a non-aqueous electrolyte that realizes a non-aqueous secondary battery having both durability and withstand voltage performance, an electrolyte for a lithium ion secondary battery, and the above-mentioned It aims at providing the lithium ion secondary battery containing the non-aqueous electrolyte or the said electrolyte solution for lithium ion secondary batteries.
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、含珪素化合物と所定の塩を含有することにより、上記課題を解決できることを見出して、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は下記のとおりである。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that the above problems can be solved by containing a silicon-containing compound and a predetermined salt, and have completed the present invention. . That is, the present invention is as follows.
〔1〕
無機酸、有機酸、酸アミド、及びアミンからなる群より選ばれる一種以上の化合物の有する水素原子の一つ以上を珪素含有官能基で置換した含珪素化合物と、
リチウム塩と、
非水溶媒と、
(1)硝酸塩又は亜硝酸塩、(2)リンに1個以上のハロゲン原子又はハロゲン化アルキルが結合している塩、及び(3)炭素数が1〜5のカルボン酸塩からなる群より選ばれる一種以上の塩と、
フッ酸及びアルコールからなる群より選ばれる一種以上と、
を含む、非水電解液。
〔2〕
前記塩が、硝酸塩、モノフルオロリン酸塩、及びジフルオロリン酸塩からなる群より選ばれる一種以上である、前項〔1〕に記載の非水電解液。
〔3〕
前記塩が、モノフルオロリン酸リチウム及びジフルオロリン酸リチウムからなる群より選ばれる一種以上である、前項〔1〕に記載の非水電解液。
〔4〕
前記モノフルオロリン酸リチウム及び/又は前記ジフルオロリン酸リチウムが、前記非水電解液中で生成したものである、前項〔3〕に記載の非水電解液。
〔5〕
前記含珪素化合物が、ホウ素又はリンを含む無機酸、カルボン酸、及びリン酸アミドからなる群より選ばれる一種以上の化合物の有する水素原子の一つ以上を珪素含有官能基で置換した含珪素化合物である、前項〔1〕〜〔4〕のいずれか1項に記載の非水電解液。
〔6〕
前記含珪素化合物が、リンを含む無機酸、カルボン酸、及びリン酸アミドからなる群より選ばれる一種以上の化合物の有する水素原子の一つ以上を珪素含有官能基で置換した含珪素化合物である、前項〔1〕〜〔4〕のいずれか1項に記載の非水電解液。
〔7〕
非水溶媒が、非プロトン性溶媒を含む、前項〔1〕〜〔6〕のいずれか1項に記載の非水電解液。
〔8〕
前項〔1〕〜〔7〕のいずれか1項に記載の非水電解液を含む、リチウムイオン二次電池用電解液。
〔9〕
前項〔1〕〜〔7〕のいずれか1項に記載の非水電解液、又は、前項〔8〕に記載のリチウムイオン二次電池用電解液と、
正極と、
負極と、
を備え、
前記正極は、リチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な、一種以上の正極活物質を含有し、
前記負極は、リチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な材料及び金属リチウムからなる群より選ばれる一種以上の負極活物質を含有する、
リチウムイオン二次電池。
〔10〕
前記正極活物質は、リチウム含有化合物を含む、前項〔9〕に記載のリチウムイオン二次電池。
〔11〕
前記正極活物質は、層状構造を有するリチウム含有化合物又はスピネル構造を有するリチウム含有化合物を含む、前項〔9〕又は〔10〕に記載のリチウムイオン二次電池。
〔12〕
前記負極活物質は、金属リチウム、炭素材料、珪素材料、及び、リチウムと合金形成が可能な元素を含む材料からなる群より選ばれる一種以上の材料を含む、前項〔9〕〜〔11〕のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池。
〔13〕
充電の上限電圧が4.3V以上である、前項〔9〕〜〔12〕のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池。
[1]
A silicon-containing compound in which one or more hydrogen atoms of one or more compounds selected from the group consisting of inorganic acids, organic acids, acid amides, and amines are substituted with silicon-containing functional groups;
Lithium salt,
A non-aqueous solvent;
(1) Nitrate or nitrite, (2) a salt in which one or more halogen atoms or alkyl halide is bonded to phosphorus, and (3) a carboxylate having 1 to 5 carbon atoms. One or more salts,
One or more selected from the group consisting of hydrofluoric acid and alcohol;
A non-aqueous electrolyte.
[2]
The nonaqueous electrolytic solution according to [1], wherein the salt is at least one selected from the group consisting of nitrate, monofluorophosphate, and difluorophosphate.
[3]
The nonaqueous electrolytic solution according to [1], wherein the salt is at least one selected from the group consisting of lithium monofluorophosphate and lithium difluorophosphate.
[4]
The nonaqueous electrolytic solution according to [3] above, wherein the lithium monofluorophosphate and / or the lithium difluorophosphate is produced in the nonaqueous electrolytic solution.
[5]
The silicon-containing compound in which one or more hydrogen atoms of one or more compounds selected from the group consisting of an inorganic acid containing boron or phosphorus, a carboxylic acid, and a phosphoric acid amide are substituted with a silicon-containing functional group The non-aqueous electrolyte solution according to any one of [1] to [4] above.
[6]
The silicon-containing compound is a silicon-containing compound in which one or more hydrogen atoms of one or more compounds selected from the group consisting of an inorganic acid containing phosphorus, a carboxylic acid, and a phosphoric acid amide are substituted with a silicon-containing functional group. The nonaqueous electrolytic solution according to any one of [1] to [4] above.
[7]
The nonaqueous electrolytic solution according to any one of [1] to [6], wherein the nonaqueous solvent includes an aprotic solvent.
[8]
An electrolyte solution for a lithium ion secondary battery, comprising the nonaqueous electrolyte solution according to any one of [1] to [7].
[9]
The non-aqueous electrolyte according to any one of [1] to [7] above, or the electrolyte for a lithium ion secondary battery according to [8] above,
A positive electrode;
A negative electrode,
With
The positive electrode contains one or more positive electrode active materials capable of inserting and extracting lithium ions,
The negative electrode contains one or more negative electrode active materials selected from the group consisting of a material capable of inserting and extracting lithium ions and metallic lithium,
Lithium ion secondary battery.
[10]
The lithium ion secondary battery according to [9], wherein the positive electrode active material includes a lithium-containing compound.
[11]
The lithium ion secondary battery according to [9] or [10], wherein the positive electrode active material includes a lithium-containing compound having a layered structure or a lithium-containing compound having a spinel structure.
[12]
The negative electrode active material includes at least one material selected from the group consisting of metallic lithium, a carbon material, a silicon material, and a material containing an element capable of forming an alloy with lithium, according to the above [9] to [11] The lithium ion secondary battery according to any one of the above.
[13]
The lithium ion secondary battery according to any one of [9] to [12], wherein an upper limit voltage of charging is 4.3 V or more.
本発明によれば、耐久性と耐電圧性能とを共に有する非水二次電池を実現する非水電解液、リチウムイオン二次電池用電解液、及び前記非水電解液又は前記リチウムイオン二次電池用電解液を含むリチウムイオン二次電池を提供することができる。 According to the present invention, a non-aqueous electrolyte that realizes a non-aqueous secondary battery having both durability and withstand voltage performance, an electrolyte for a lithium ion secondary battery, and the non-aqueous electrolyte or the lithium ion secondary A lithium ion secondary battery containing a battery electrolyte can be provided.
以下、本発明を実施するための形態(以下、単に「本実施形態」という。)について詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。 Hereinafter, a mode for carrying out the present invention (hereinafter, simply referred to as “the present embodiment”) will be described in detail. However, the present invention is not limited to this, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. Deformation is possible.
〔非水電解液〕
本実施形態に係る非水電解液は、
無機酸、有機酸、酸アミド、及びアミンからなる群より選ばれる一種以上の化合物の有する水素原子の一つ以上を珪素含有官能基で置換した含珪素化合物と、
リチウム塩と、
非水溶媒と、
(1)硝酸塩又は亜硝酸塩、(2)リンに1個以上のハロゲン原子又はハロゲン化アルキルが結合している塩、及び(3)炭素数が1〜5のカルボン酸塩からなる群より選ばれる一種以上の塩と、
フッ酸及びアルコールからなる群より選ばれる一種以上と、を含む。
[Non-aqueous electrolyte]
The non-aqueous electrolyte according to this embodiment is
A silicon-containing compound in which one or more hydrogen atoms of one or more compounds selected from the group consisting of inorganic acids, organic acids, acid amides, and amines are substituted with silicon-containing functional groups;
Lithium salt,
A non-aqueous solvent;
(1) Nitrate or nitrite, (2) a salt in which one or more halogen atoms or alkyl halide is bonded to phosphorus, and (3) a carboxylate having 1 to 5 carbon atoms. One or more salts,
One or more selected from the group consisting of hydrofluoric acid and alcohol.
含珪素化合物と、所定の塩と、フッ酸及びアルコールからなる群より選ばれる一種以上とを組み合わせることで、高電圧駆動の電池に使用した場合であっても、耐久性と耐電圧性能とを共に有する非水電解液を提供することができる。 By combining a silicon-containing compound, a predetermined salt, and one or more selected from the group consisting of hydrofluoric acid and alcohol, durability and withstand voltage performance can be obtained even when used in a high-voltage drive battery. The non-aqueous electrolyte which has both can be provided.
〔含珪素化合物〕
本実施形態に係る非水電解液は、含珪素化合物を含む。含珪素化合物は、無機酸、有機酸、酸アミド、及びアミンからなる群より選ばれる一種以上の化合物の有する水素原子の一つ以上を珪素含有官能基で置換した含珪素化合物である。このような構造の化合物は珪素含有官能基とその他の部位との効果によって、正極を保護する効果を示し、電解液溶媒、塩及び他の添加剤の正極上での酸化や副反応、正極活物質成分の電解液への溶出を抑制することができる。これにより、電池特性がより向上する。
[Silicon-containing compound]
The nonaqueous electrolytic solution according to the present embodiment includes a silicon-containing compound. The silicon-containing compound is a silicon-containing compound in which one or more hydrogen atoms of one or more compounds selected from the group consisting of inorganic acids, organic acids, acid amides, and amines are substituted with silicon-containing functional groups. A compound having such a structure exhibits the effect of protecting the positive electrode by the effect of the silicon-containing functional group and other sites, and the oxidation and side reaction of the electrolyte solvent, salt and other additives on the positive electrode, Elution of substance components into the electrolyte can be suppressed. Thereby, a battery characteristic improves more.
(無機酸)
無機酸としては、特に限定されないが、例えば、ホウ素、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素、硫黄、セレン、テルル、窒素、リン、又はヒ素などの、非金属元素を含む無機酸が挙げられる。このなかでも、ホウ素、硫黄、リン、又は窒素を含む無機酸が好ましく、ホウ素又はリンを含む無機酸がより好ましく、リン酸、亜リン酸、ポリリン酸又はホウ酸がさらに好ましい。ホウ素又はリンを含む無機酸の有する水素原子の一つ以上を珪素含有官能基で置換した化合物を用いることにより、正極を保護する効果がより向上し、電解液溶媒、塩及び他の添加剤の正極上での酸化や副反応、正極活物質成分の電解液への溶出をより抑制することができる傾向にある。これにより、電池特性がより向上する傾向にある。
(Inorganic acid)
Although it does not specifically limit as an inorganic acid, For example, the inorganic acid containing nonmetallic elements, such as a boron, a fluorine, chlorine, a bromine, an iodine, sulfur, selenium, tellurium, nitrogen, phosphorus, or arsenic, is mentioned. Among these, an inorganic acid containing boron, sulfur, phosphorus, or nitrogen is preferable, an inorganic acid containing boron or phosphorus is more preferable, and phosphoric acid, phosphorous acid, polyphosphoric acid, or boric acid is more preferable. By using a compound in which one or more hydrogen atoms of an inorganic acid containing boron or phosphorus are substituted with a silicon-containing functional group, the effect of protecting the positive electrode is further improved, and the electrolyte solvent, salt, and other additives Oxidation and side reactions on the positive electrode and elution of the positive electrode active material component into the electrolyte solution tend to be further suppressed. Thereby, the battery characteristics tend to be further improved.
(有機酸)
有機酸としては、特に限定されないが、例えば、スルホン酸又はカルボン酸部位を一種以上持つ化合物が挙げられる。このなかでも、カルボン酸が好ましい。カルボン酸の有する水素原子の一つ以上を珪素含有官能基で置換した化合物を用いることにより、正極を保護する効果がより向上し、電解液溶媒、塩及び他の添加剤の正極上での酸化や副反応、正極活物質成分の電解液への溶出をより抑制することができる傾向にある。これにより、電池特性がより向上する傾向にある。
(Organic acid)
Although it does not specifically limit as an organic acid, For example, the compound which has 1 or more types of sulfonic acid or a carboxylic acid site | part is mentioned. Among these, carboxylic acid is preferable. By using a compound in which one or more hydrogen atoms of the carboxylic acid are substituted with a silicon-containing functional group, the effect of protecting the positive electrode is further improved, and the electrolyte solvent, salt and other additives are oxidized on the positive electrode. And side reactions and elution of the positive electrode active material component into the electrolyte solution tend to be further suppressed. Thereby, the battery characteristics tend to be further improved.
スルホン酸としては、特に限定されないが、例えば、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、プロパンスルホン酸、ブタンスルホン酸、アクリル酸スルホン酸、ビニルスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、アルキルベンゼンスルホン酸、トルエンスルホン酸、フルオロスルホン酸、などが挙げられる。 The sulfonic acid is not particularly limited. For example, methanesulfonic acid, ethanesulfonic acid, propanesulfonic acid, butanesulfonic acid, acrylic acid sulfonic acid, vinylsulfonic acid, benzenesulfonic acid, alkylbenzenesulfonic acid, toluenesulfonic acid, fluoro And sulfonic acid.
カルボン酸としては、特に限定されないが、例えば、酢酸、トリフルオロ酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、アクリル酸、メタクリル酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、安息香酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、サリチル酸、マロン酸、フマル酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、及びイタコン酸などが挙げられる。このなかでも、安息香酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、サリチル酸、マロン酸、フマル酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、及びイタコン酸などのジカルボン酸が好ましく、アジピン酸、イタコン酸、コハク酸、マロン酸、安息香酸、イソフタル酸、及びテレフタル酸がより好ましく、アジピン酸、イタコン酸、コハク酸、イソフタル酸、及びテレフタル酸がさらに好ましい。 The carboxylic acid is not particularly limited. For example, acetic acid, trifluoroacetic acid, propionic acid, butyric acid, valeric acid, acrylic acid, methacrylic acid, oleic acid, linoleic acid, linolenic acid, benzoic acid, phthalic acid, isophthalic acid, Examples include terephthalic acid, salicylic acid, malonic acid, fumaric acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, and itaconic acid. Of these, dicarboxylic acids such as benzoic acid, phthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, salicylic acid, malonic acid, fumaric acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, and itaconic acid are preferred, and adipic acid, itaconic acid, succinic acid, etc. Acid, malonic acid, benzoic acid, isophthalic acid, and terephthalic acid are more preferable, and adipic acid, itaconic acid, succinic acid, isophthalic acid, and terephthalic acid are more preferable.
(酸アミド)
酸アミドとしては、特に限定されないが、例えば、Nアルキル置換又は無置換のアセトアミド、及び、Nアルキル置換又は無置換のホルムアミドに代表されるカルボン酸アミド;スルホン酸アミド、Nアルキル置換又は無置換のリン酸モノアミド、Nアルキル置換又は無置換のリン酸ジアミド、及び、Nアルキル置換又は無置換のリン酸トリアミドに代表されるリン酸アミドが挙げられる。このなかでも、Nアルキル置換カルボン酸アミド又はNアルキル置換リン酸トリアミドが好ましい。また、リン酸アミドが好ましい。リン酸アミドの有する水素原子の一つ以上を珪素含有官能基で置換した化合物を用いることにより、正極を保護する効果がより向上し、電解液溶媒、塩及び添加剤の正極上での酸化や副反応、正極活物質成分の電解液への溶出をより抑制することができる傾向にある。また、電池中で不要な酸分を除去する機能がある。これにより、電池特性がより向上する傾向にある。
(Acid amide)
The acid amide is not particularly limited, but examples thereof include N-alkyl substituted or unsubstituted acetamide and carboxylic acid amides represented by N-alkyl substituted or unsubstituted formamide; sulfonic acid amide, N-alkyl substituted or unsubstituted Examples thereof include phosphoric acid amides represented by phosphoric acid monoamides, N-alkyl-substituted or unsubstituted phosphoric acid diamides, and N-alkyl-substituted or unsubstituted phosphoric acid triamides. Among these, N alkyl substituted carboxylic acid amide or N alkyl substituted phosphoric acid triamide is preferable. Moreover, phosphoric acid amide is preferable. By using a compound in which one or more hydrogen atoms of phosphoric acid amide are substituted with a silicon-containing functional group, the effect of protecting the positive electrode is further improved, and oxidation of the electrolyte solvent, salt and additives on the positive electrode can be achieved. It tends to be possible to further suppress side reactions and elution of the positive electrode active material component into the electrolyte. It also has a function of removing unnecessary acid content in the battery. Thereby, the battery characteristics tend to be further improved.
(アミン)
アミンとしては、特に限定されないが、例えば、第一級アミン、第二級アミン、第三級アミン及び第四級アンモニウム塩が挙げられる。このなかでも、第二級アミン又は第三級アミンが好ましい。
(Amine)
Although it does not specifically limit as an amine, For example, a primary amine, a secondary amine, a tertiary amine, and a quaternary ammonium salt are mentioned. Among these, a secondary amine or a tertiary amine is preferable.
無機酸、有機酸、酸アミド又はアミンのなかでも、無機酸又は有機酸が好ましい。無機酸又は有機酸の有する水素原子の一つ以上を珪素含有官能基で置換した化合物を用いることにより、電解液溶媒、塩及び添加剤の正極上での酸化や副反応、正極活物質成分の電解液への溶出抑制能がより優れる傾向にある。 Among inorganic acids, organic acids, acid amides or amines, inorganic acids or organic acids are preferable. By using a compound in which one or more hydrogen atoms of an inorganic acid or an organic acid are substituted with a silicon-containing functional group, oxidation or side reaction of the electrolyte solvent, salt and additive on the positive electrode, There is a tendency that the ability to suppress elution into the electrolyte is more excellent.
本実施形態の珪素化合物は、無機酸、有機酸、酸アミド又はアミン部位を一つ含んでいても二つ以上含んでいてもよい。 The silicon compound of this embodiment may contain one or two or more inorganic acid, organic acid, acid amide, or amine sites.
(珪素含有官能基)
珪素含有官能基としては、特に限定されないが、例えば、−Si(R1)(R2)(R3)で表される部位を一つ以上有する官能基が挙げられる。ここで、R1〜R3の一つ以上が、ハロゲン置換又は無置換の、飽和又は不飽和の、炭素数1〜20の炭化水素基であることが好ましく、R1〜R3の二つ以上が、ハロゲン置換又は無置換の、飽和又は不飽和の、炭素数1〜20の炭化水素基であることがより好ましい。
(Silicon-containing functional group)
Although it does not specifically limit as a silicon-containing functional group, For example, the functional group which has one or more site | parts represented by -Si (R < 1 >) (R < 2 >) (R < 3 >) is mentioned. Here, one or more of R 1 to R 3 is a halogen-substituted or unsubstituted, saturated or unsaturated, preferably a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, two of R 1 to R 3 The above is more preferably a halogen-substituted or unsubstituted, saturated or unsaturated, hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms.
ハロゲン置換又は無置換の飽和又は不飽和の炭化水素基としては、特に限定されないが、例えば、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、N置換アルキル基、F置換アルキル基、F置換アルコキシ基、ビニル基、アクリル基、メタクリル基が挙げられる。 The halogen-substituted or unsubstituted saturated or unsaturated hydrocarbon group is not particularly limited, and examples thereof include alkyl groups, alkenyl groups, alkynyl groups, allyl groups, alkoxy groups, alkylthio groups, N-substituted alkyl groups, and F-substituted alkyls. Group, F-substituted alkoxy group, vinyl group, acrylic group and methacryl group.
また、R1〜R3のうち二つ以上のRが結合して環を形成していてもよい。環を形成する場合には、例えばR1〜R3のうち二つのRが、ハロゲン置換又は無置換の、飽和又は不飽和の、共通のアルキレン基を示す。 Two or more Rs out of R 1 to R 3 may be bonded to form a ring. In the case of forming a ring, for example, two of R 1 to R 3 represent a halogen-substituted or unsubstituted, saturated or unsaturated, common alkylene group.
R1〜R3のうち、ハロゲン置換又は無置換の飽和又は不飽和の炭化水素基以外の官能基としては、特に限定されないが、例えば、水素原子、ハロゲン原子、水酸基、アミノ基、メルカプト基、スルフィド基などが挙げられる。 Among R 1 to R 3 , the functional group other than the halogen-substituted or unsubstituted saturated or unsaturated hydrocarbon group is not particularly limited, and examples thereof include a hydrogen atom, a halogen atom, a hydroxyl group, an amino group, a mercapto group, Examples thereof include a sulfide group.
含珪素化合物としては、特に限定されないが、例えば、無機酸、有機酸、酸アミド又はアミンの有する水素原子のうち、珪素含有官能基で置換されていない残りの水素原子が珪素不含有官能基で置換された化合物であってもよい。 The silicon-containing compound is not particularly limited. For example, among the hydrogen atoms possessed by inorganic acids, organic acids, acid amides or amines, the remaining hydrogen atoms not substituted with silicon-containing functional groups are silicon-free functional groups. It may be a substituted compound.
(珪素不含有官能基)
そのような珪素不含有官能基としては、特に限定されないが、例えば、ハロゲン置換又は無置換の、飽和又は不飽和の、炭素数1〜20の炭化水素基が挙げられる。このような炭化水素基としては、特に限定されないが、例えば、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、N置換アルキル基、F置換アルキル基、F置換アルコキシ基、ビニル基、アクリル基、メタクリル基が挙げられる。
(Functional group containing no silicon)
Such a silicon-free functional group is not particularly limited, and examples thereof include halogen-substituted or unsubstituted, saturated or unsaturated, hydrocarbon groups having 1 to 20 carbon atoms. Such hydrocarbon groups are not particularly limited, and examples thereof include alkyl groups, alkenyl groups, alkynyl groups, allyl groups, alkoxy groups, alkylthio groups, N-substituted alkyl groups, F-substituted alkyl groups, F-substituted alkoxy groups, vinyls. Group, acrylic group, and methacryl group.
また、二つ以上の水素原子を置換する珪素不含有官能基が結合して環を形成していてもよい。環を形成する場合には、例えば二つの珪素不含有官能基が、置換又は無置換の、飽和又は不飽和の、共通のアルキレン基を示す。 Further, a silicon-free functional group that replaces two or more hydrogen atoms may be bonded to form a ring. In the case of forming a ring, for example, two silicon-free functional groups represent a substituted or unsubstituted, saturated or unsaturated, common alkylene group.
含珪素化合物としては、特に限定されないが、無機酸又は有機酸の有する水素原子の一つ以上を珪素化含有官能基で置換した化合物が好ましく、ホウ素若しくはリンを含む無機酸、又はカルボン酸の有する水素原子の一つ以上を珪素含有置換基で置換した化合物がより好ましく、ホウ素又はリンを含む無機酸、又はカルボン酸の有する水素原子の二つ以上を珪素含有置換基で置換した化合物がさらに好ましい。 Although it does not specifically limit as a silicon-containing compound, The compound which substituted one or more of the hydrogen atoms which an inorganic acid or an organic acid has with the siliconization containing functional group is preferable, and it has an inorganic acid containing boron or phosphorus, or a carboxylic acid A compound in which one or more hydrogen atoms are substituted with a silicon-containing substituent is more preferable, and an inorganic acid containing boron or phosphorus, or a compound in which two or more hydrogen atoms of a carboxylic acid are substituted with a silicon-containing substituent is more preferable. .
このような含珪素化合物としては、特に限定されないが、例えば、トリス(トリメチルシリル)リン酸、トリス(トリメチルシリル)亜リン酸、トリメチルシリルポリリン酸、トリス(トリメチルシリル)ホウ酸、トリス(トリエチルシリル)リン酸、トリメチルシリル酢酸、ビス(トリメチルシリル)コハク酸、ビス(トリメチルシリル)マロン酸、ビス(トリメチルシリル)アジピン酸、ビス(トリメチルシリル)イソフタル酸、ビス(トリメチルシリル)テレフタル酸、ビス(トリエチルシリル)マロン酸、ビス(トリエチルシリル)アジピン酸、ビス(トリエチルシリル)イタコン酸、ビス(トリエチルシリル)フマル酸、ビス(トリメチルシリル)コハク酸、ビス(トリメチルシリル)シュウ酸、N,O−ビス(トリメチルシリル)アセトアミドが挙げられる。 Such a silicon-containing compound is not particularly limited. For example, tris (trimethylsilyl) phosphoric acid, tris (trimethylsilyl) phosphorous acid, trimethylsilylpolyphosphoric acid, tris (trimethylsilyl) boric acid, tris (triethylsilyl) phosphoric acid, Trimethylsilylacetic acid, bis (trimethylsilyl) succinic acid, bis (trimethylsilyl) malonic acid, bis (trimethylsilyl) adipic acid, bis (trimethylsilyl) isophthalic acid, bis (trimethylsilyl) terephthalic acid, bis (triethylsilyl) malonic acid, bis (triethylsilyl) ) Adipic acid, bis (triethylsilyl) itaconic acid, bis (triethylsilyl) fumaric acid, bis (trimethylsilyl) succinic acid, bis (trimethylsilyl) oxalic acid, N, O-bis (trimethylsilyl) Acetamide is mentioned.
含珪素化合物の含有量は特に限定されないが、非水電解液100質量%に対して、0.1〜20質量%が好ましく、0.1〜15質量%がより好ましく、0.5〜10質量%がさらに好ましい。含有量が上記範囲内であることにより、耐酸化性により優れ、より高い正極電位や電池電圧を有する電池を得ることができる傾向にある。これらの含珪素化合物の電解液中の含有量は、1H−NMR、13C−NMR、29Si−NMR、31P−NMRなどのNMR測定により確認することができる。また、リチウムイオン二次電池中の電解液中の含珪素化合物の含有量も、上記と同様に、1H−NMR、13C−NMR、29Si−NMR、31P−NMRなどのNMR測定により確認することができる。 Although content of a silicon-containing compound is not specifically limited, 0.1-20 mass% is preferable with respect to 100 mass% of non-aqueous electrolyte, 0.1-15 mass% is more preferable, 0.5-10 mass % Is more preferable. When the content is within the above range, it tends to be possible to obtain a battery having superior oxidation resistance and a higher positive electrode potential and battery voltage. The content of these silicon-containing compounds in the electrolytic solution can be confirmed by NMR measurements such as 1 H-NMR, 13 C-NMR, 29 Si-NMR, 31 P-NMR. In addition, the content of the silicon-containing compound in the electrolyte solution in the lithium ion secondary battery is also measured by NMR measurement such as 1 H-NMR, 13 C-NMR, 29 Si-NMR, 31 P-NMR, as described above. Can be confirmed.
〔リチウム塩〕
本実施形態に係る非水電解液は、リチウム塩を含む。リチウム塩としては、特に限定されないが、例えば、炭素原子をアニオンに含まない無機リチウム塩、及び炭素原子をアニオンに含む有機リチウム塩が挙げられる。なお、リチウム塩としては、無機リチウム塩又は有機リチウム塩を一種単独で用いても、これらを併用してもよい。
[Lithium salt]
The nonaqueous electrolytic solution according to the present embodiment contains a lithium salt. Although it does not specifically limit as lithium salt, For example, the inorganic lithium salt which does not contain a carbon atom in an anion, and the organic lithium salt which contains a carbon atom in an anion are mentioned. In addition, as lithium salt, inorganic lithium salt or organic lithium salt may be used individually by 1 type, or these may be used together.
上記無機リチウム塩としては、特に限定されないが、例えば、通常の非水電解質として用いられているものを使用することができる。このような無機リチウム塩としては、特に限定されないが、例えば、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、Li2SiF6、LiSbF6、LiAlO4、LiAlCl4、Li2B12FbH12-b(bは0〜3の整数)、多価アニオンと結合されたリチウム塩等が挙げられる。これら無機リチウム塩は一種単独で用いても、二種以上を併用してもよい。この中でも、LiPF6、及びLiBF4からなる群より選ばれる一種以上の無機リチウム塩がより好ましく、LiPF6がさらに好ましい。フッ素原子を有する無機リチウム塩を用いることにより、電池特性のバランスがより優れる傾向にある。また、リン原子又はホウ素原子を有する無機リチウム塩を用いることにより、イオン伝導性と取扱い性がより優れる傾向にある。 Although it does not specifically limit as said inorganic lithium salt, For example, what is used as a normal nonaqueous electrolyte can be used. Such an inorganic lithium salt is not particularly limited. For example, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , Li 2 SiF 6 , LiSbF 6 , LiAlO 4 , LiAlCl 4 , Li 2 B 12 F b H 12 -b (b is an integer of 0 to 3), a lithium salt bonded to a polyvalent anion, and the like. These inorganic lithium salts may be used alone or in combination of two or more. Among these, one or more inorganic lithium salts selected from the group consisting of LiPF 6 and LiBF 4 are more preferable, and LiPF 6 is more preferable. By using an inorganic lithium salt having a fluorine atom, the balance of battery characteristics tends to be more excellent. Further, by using an inorganic lithium salt having a phosphorus atom or a boron atom, ion conductivity and handleability tend to be more excellent.
上記有機リチウム塩としては、特に限定されないが、例えば、通常の非水電解質として用いられているものを使用することができる。このような有機リチウム塩としては、特に限定されないが、例えば、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2等のLiN(SO2CmF2m+1)2(mは1〜8の整数)で表される有機リチウム塩;LiPF5(CF3)等のLiPFn(CpF2p+1)6-n(nは1〜5の整数、pは1〜8の整数)で表される有機リチウム塩;LiBF3(CF3)等のLiBFq(CsF2s+1)4-q(qは1〜3の整数、sは1〜8の整数)で表される有機リチウム塩;LiB(C2O4)2で表されるリチウムビス(オキサラト)ボレート(LiBOB);LiBF2(C2O4)で表されるリチウムオキサラトジフルオロボレート(LiODFB)に代表されるハロゲン化LiBOB;LiB(C3O4H2)2で表されるリチウムビス(マロネート)ボレート(LiBMB);LiPF4(C2O2)で表されるリチウムテトラフルオロオキサラトフォスフェート;下記式(1a)、(1b)及び(1c)で表される有機リチウム塩が挙げられる。
LiC(SO2R4)(SO2R5)(SO2R6) (1a)
LiN(SO2OR7)(SO2OR8) (1b)
LiN(SO2R9)(SO2OR10) (1c)
(式中、R4、R5、R6、R7、R8、R9及びR10は、各々独立に、炭素数1〜8のパーフルオロアルキル基を示す。)
Although it does not specifically limit as said organic lithium salt, For example, what is used as a normal nonaqueous electrolyte can be used. Such an organic lithium salt is not particularly limited. For example, LiN (SO 2 C m F 2m + 1 ) 2 (LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2, etc. m organolithium salt represented by an integer of 1 to 8); LiPF n (C p F 2p + 1) 6-n (n is an integer of from 1 to 5 such as LiPF 5 (CF 3), p is 1 An organic lithium salt represented by LiBF q (C s F 2s + 1 ) 4-q (q is an integer of 1 to 3, s is an integer of 1 to 8), such as LiBF 3 (CF 3 ) Lithium oxalate difluoroborate (LiODFB) represented by LiBF 2 (C 2 O 4 ); Lithium bis (oxalato) borate (LiBOB) represented by LiB (C 2 O 4 ) 2 Halogenated LiBOB typified by: LiB (C 3 O 4 H 2 ) 2 Malonate) borate (LiBMB); lithium tetrafluorooxalatophosphate represented by LiPF 4 (C 2 O 2 ); organic lithium salts represented by the following formulas (1a), (1b) and (1c) .
LiC (SO 2 R 4 ) (SO 2 R 5 ) (SO 2 R 6 ) (1a)
LiN (SO 2 OR 7 ) (SO 2 OR 8 ) (1b)
LiN (SO 2 R 9 ) (SO 2 OR 10 ) (1c)
(In the formula, R 4 , R 5 , R 6 , R 7 , R 8 , R 9 and R 10 each independently represents a C 1-8 perfluoroalkyl group.)
このなかでも、ホウ素原子を有する有機リチウム塩が好ましい。このような有機リチウム塩は、構造上の安定性がより向上する傾向にある。 Among these, an organic lithium salt having a boron atom is preferable. Such an organic lithium salt tends to further improve the structural stability.
また、有機配位子を有する有機リチウム塩を用いることが好ましい。有機配位子を有する有機リチウム塩としては、特に限定されないが、具体的には、LiBOB、LiODFBに代表されるハロゲン化LiBOB、及びLiBMBが好ましく、LiBOB及びLiODFBがより好ましい。このような有機リチウム塩を用いることにより、有機配位子が電気化学的な反応に関与してSEIを電極表面に形成しやすいため、正極及びその他の部分に由来する内部抵抗の増加をより抑制できる傾向にある。 Moreover, it is preferable to use an organic lithium salt having an organic ligand. Although it does not specifically limit as an organic lithium salt which has an organic ligand, Specifically, halogenated LiBOB represented by LiBOB and LiODFB, and LiBMB are preferable, and LiBOB and LiODFB are more preferable. By using such an organic lithium salt, organic ligands are involved in the electrochemical reaction and SEI is easily formed on the surface of the electrode, thereby suppressing the increase in internal resistance derived from the positive electrode and other parts. It tends to be possible.
なお、上記リチウム塩は一種を単独で用いても、二種以上を併用してもよい。 In addition, the said lithium salt may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together.
非水電解液中のリチウム塩の濃度は、0.1〜5mol/Lが好ましく、0.5〜3mol/Lがより好ましく、0.8〜2mol/Lがさらに好ましい。リチウム塩の濃度が上記範囲内であることにより、非水電解液の導電率がより高い状態に保たれ、これを用いた非水二次電池の充放電効率もより高い状態に保たれる傾向にある。これらのリチウム塩の電解液中の含有量は、11B−NMR、13C−NMR、19F−NMR、31P−NMRなどのNMR測定により確認することができる。また、リチウムイオン二次電池中の電解液中のリチウム塩の含有量も、上記と同様に、11B−NMR、13C−NMR、19F−NMR、31P−NMRなどのNMR測定により確認することができる。 The concentration of the lithium salt in the non-aqueous electrolyte is preferably 0.1 to 5 mol / L, more preferably 0.5 to 3 mol / L, and still more preferably 0.8 to 2 mol / L. When the concentration of the lithium salt is within the above range, the non-aqueous electrolyte has a higher conductivity, and the charge / discharge efficiency of the non-aqueous secondary battery using the non-aqueous electrolyte tends to be higher. It is in. The content of these lithium salts in the electrolyte solution can be confirmed by NMR measurement such as 11 B-NMR, 13 C-NMR, 19 F-NMR, 31 P-NMR. In addition, the content of the lithium salt in the electrolyte solution in the lithium ion secondary battery is also confirmed by NMR measurement such as 11 B-NMR, 13 C-NMR, 19 F-NMR, 31 P-NMR, as described above. can do.
〔非水溶媒〕
本実施形態に係る非水電解液は、非水溶媒を含有する。このような非水溶媒としては、特に限定されないが、例えば、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、プロピオン酸メチル、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、δ−バレロラクトン、及びε−カプロラクトン等の酸エステル類;ジメチルケトン、ジエチルケトン、メチルエチルケトン、3−ペンタノン、及びアセトン等のケトン類;ペンタン、ヘキサン、オクタン、シクロヘキサン、ベンゼン、トルエン、キシレン、フルオロベンゼン、及びヘキサフルオロベンゼン等の炭化水素類;ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、1,2−ジメトキシエタン、1,4−ジオキサン、クラウンエーテル類、グライム類、テトラヒドロフラン、及び含フッ素エーテル等のエーテル類;N、N−ジメチルアセトアミド及びN,N−ジメチルホルムアミド等のアミド類;エチレンジアミン及びピリジン等のアミン類;プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート、1,2−ブチレンカーボネート、トランス−2,3−ブチレンカーボネート、シス−2,3−ブチレンカーボネート、1,2−ペンチレンカーボネート、トランス−2,3−ペンチレンカーボネート、シス−2,3−ペンチレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、トリフルオロメチルエチレンカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、メチルイソプロピルカーボネート、ジプロピルカーボネート、メチルブチルカーボネート、ジブチルカーボネート、エチルプロピルカーボネート及びメチルトリフルオロエチルカーボネート等のカーボネート類;アセトニトリル、プロピオニトリル、アジポニトリル、スクシノニトリル、マロノニトリル、及びメトキシアセトニトリル等のニトリル類;N−メチルピロリドン(NMP)等のラクタム類;スルホラン及び3−メチルスルホラン、ジメチルスルホン及びエチルメチルスルホン等のスルホン類;プロパンスルトン及びブタンスルトン等のスルホン酸エステル類;ジメチルスルホキシド等のスルホキシド類;シリコンオイル及び石油等の工業オイル類;並びに、食用油が挙げられる。
[Nonaqueous solvent]
The nonaqueous electrolytic solution according to this embodiment contains a nonaqueous solvent. Such a non-aqueous solvent is not particularly limited, and examples thereof include methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, butyl acetate, methyl propionate, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, δ-valerolactone, and ε-caprolactone. Acid esters such as: ketones such as dimethyl ketone, diethyl ketone, methyl ethyl ketone, 3-pentanone, and acetone; hydrocarbons such as pentane, hexane, octane, cyclohexane, benzene, toluene, xylene, fluorobenzene, and hexafluorobenzene Ethers such as dimethyl ether, diethyl ether, 1,2-dimethoxyethane, 1,4-dioxane, crown ethers, glymes, tetrahydrofuran, and fluorine-containing ethers; N, N-dimethylacetamide and N, N-di Amides such as tylformamide; Amines such as ethylenediamine and pyridine; Propylene carbonate, ethylene carbonate, vinylene carbonate, fluoroethylene carbonate, 1,2-butylene carbonate, trans-2,3-butylene carbonate, cis-2,3- Butylene carbonate, 1,2-pentylene carbonate, trans-2,3-pentylene carbonate, cis-2,3-pentylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, trifluoromethyl ethylene carbonate, ethyl methyl carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate , Methyl propyl carbonate, methyl isopropyl carbonate, dipropyl carbonate, methyl butyl carbonate, dibutyl carbonate, ethyl Carbonates such as propyl carbonate and methyl trifluoroethyl carbonate; nitriles such as acetonitrile, propionitrile, adiponitrile, succinonitrile, malononitrile, and methoxyacetonitrile; lactams such as N-methylpyrrolidone (NMP); sulfolane and Sulfones such as 3-methyl sulfolane, dimethyl sulfone and ethyl methyl sulfone; sulfonic acid esters such as propane sultone and butane sultone; sulfoxides such as dimethyl sulfoxide; industrial oils such as silicon oil and petroleum; and edible oils It is done.
また、非水溶媒として、イオン液体を用いることもできる。「イオン液体」とは、有機カチオンとアニオンとを組み合わせたイオンからなる液体である。 Moreover, an ionic liquid can also be used as a non-aqueous solvent. An “ionic liquid” is a liquid composed of ions obtained by combining an organic cation and an anion.
有機カチオンとしては、特に限定されないが、例えば、ジアルキルイミダゾリウムカチオン、トリアルキルイミダゾリウムカチオン等のイミダゾリウムイオン;テトラアルキルアンモニウムイオン;アルキルピリジニウムイオン;ジアルキルピロリジニウムイオン;及びジアルキルピペリジニウムイオンが挙げられる。 The organic cation is not particularly limited, and examples thereof include imidazolium ions such as dialkylimidazolium cation and trialkylimidazolium cation; tetraalkylammonium ion; alkylpyridinium ion; dialkylpyrrolidinium ion; and dialkylpiperidinium ion. .
これらの有機カチオンのカウンターとなるアニオンとしては、特に限定されないが、例えば、PF6アニオン、PF3(C2F5)3アニオン、PF3(CF3)3アニオン、BF4アニオン、BF2(CF3)2アニオン、BF3(CF3)アニオン、ビスオキサラトホウ酸アニオン、Tf(トリフルオロメタンスルフォニル)アニオン、Nf(ノナフルオロブタンスルホニル)アニオン、ビス(フルオロスルフォニル)イミドアニオン、ビス(トリフルオロメタンスルフォニル)イミドアニオン、ビス(ペンタフルオロエタンスルフォニル)イミドアニオン、ジシアノアミンアニオン、ハロゲン化物アニオンを用いることができる。 The anion serving as a counter for these organic cations is not particularly limited. For example, PF 6 anion, PF 3 (C 2 F 5 ) 3 anion, PF 3 (CF 3 ) 3 anion, BF 4 anion, BF 2 ( CF 3 ) 2 anion, BF 3 (CF 3 ) anion, bisoxalatoborate anion, Tf (trifluoromethanesulfonyl) anion, Nf (nonafluorobutanesulfonyl) anion, bis (fluorosulfonyl) imide anion, bis (trifluoromethanesulfonyl) ) Anion anion, bis (pentafluoroethanesulfonyl) imide anion, dicyanoamine anion, halide anion.
上記非水溶媒は一種を単独で用いても、二種以上を併用してもよいが二種類以上を混合して用いることが好ましい。 The non-aqueous solvent may be used alone or in combination of two or more, but it is preferable to use a mixture of two or more.
(非プロトン性溶媒)
また、上記非水溶媒が、非プロトン性溶媒を含むことが好ましい。非プロトン性溶媒を用いることにより、電池特性がより向上する傾向にある。このような非プロトン性溶媒としては、特に限定されないが、例えば、環状カーボネート化合物、鎖状カーボネート化合物、ニトリル化合物、エーテル化合物、エステル化合物などが挙げられる。
(Aprotic solvent)
The non-aqueous solvent preferably contains an aprotic solvent. Battery characteristics tend to be further improved by using an aprotic solvent. Such an aprotic solvent is not particularly limited, and examples thereof include a cyclic carbonate compound, a chain carbonate compound, a nitrile compound, an ether compound, and an ester compound.
上記環状カーボネート化合物としては、特に限定されないが、例えば、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、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、ビニレンカーボネートが挙げられる。 Although it does not specifically limit as said cyclic carbonate compound, For example, ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, fluoroethylene carbonate, 4,4-difluoroethylene carbonate, 4,5-difluoroethylene carbonate, vinylene carbonate is mentioned.
上記鎖状カーボネート化合物としては、特に限定されないが、例えば、エチルメチルカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、メチルイソプロピルカーボネート、ジプロピルカーボネート、メチルブチルカーボネート、ジブチルカーボネート、エチルプロピルカーボネート、メチルフルオロメチルカーボネート、ジフルオロメチルカーボネート及びメチルトリフルオロエチルカーボネートが挙げられる。 The chain carbonate compound is not particularly limited. For example, ethyl methyl carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl propyl carbonate, methyl isopropyl carbonate, dipropyl carbonate, methyl butyl carbonate, dibutyl carbonate, ethyl propyl carbonate, methyl fluoro Examples include methyl carbonate, difluoromethyl carbonate and methyl trifluoroethyl carbonate.
上記ニトリル化合物としては、特に限定されないが、例えば、アセトニトリル、プロピオニトリル、アジポニトリル、スクシノニトリル、マロノニトリル、アクリロニトリル及びメトキシアセトニトリルが挙げられる。 The nitrile compound is not particularly limited, and examples thereof include acetonitrile, propionitrile, adiponitrile, succinonitrile, malononitrile, acrylonitrile, and methoxyacetonitrile.
〔塩〕
本実施形態に係る非水電解液は、(1)硝酸塩又は亜硝酸塩、(2)リンに1個以上のハロゲン原子又はハロゲン化アルキルが結合している塩、及び(3)炭素数が1〜5のカルボン酸塩からなる群より選ばれる一種以上の塩を含む。
〔salt〕
The nonaqueous electrolytic solution according to this embodiment includes (1) nitrate or nitrite, (2) a salt in which one or more halogen atoms or alkyl halides are bonded to phosphorus, and (3) a carbon number of 1 to 1. One or more salts selected from the group consisting of 5 carboxylates.
硝酸塩又は亜硝酸塩としては、特に限定されないが、例えば、硝酸又は亜硝酸と下記カウンターカチオンからなる塩等が挙げられる。 Although it does not specifically limit as nitrate or nitrite, For example, the salt etc. which consist of nitric acid or nitrous acid, and the following counter cation are mentioned.
リンに1個以上のハロゲン原子又はハロゲン化アルキルが結合している塩に用いられるハロゲン原子としては、特に限定されないが、例えば、塩素、フッ素、ヨウ素のいずれか一つ以上が挙げられ、この中でもフッ素が好ましい。リンに1個以上のハロゲン原子又はハロゲン化アルキルが結合している塩としては、特に限定されないが、例えば、モノフルオロリン酸塩、及びジフルオロリン酸塩、トリフルオロリン酸塩、アルキルフルオロリン酸塩等が挙げられる。 The halogen atom used in the salt in which one or more halogen atoms or alkyl halide is bonded to phosphorus is not particularly limited, and examples thereof include any one or more of chlorine, fluorine, and iodine. Fluorine is preferred. The salt in which one or more halogen atoms or alkyl halide is bonded to phosphorus is not particularly limited, and examples thereof include monofluorophosphate, difluorophosphate, trifluorophosphate, and alkylfluorophosphate. Etc.
炭素数が1〜5のカルボン酸塩としては、特に限定されないが、例えば、酢酸塩、プロピオン酸塩等が挙げられる。 Although it does not specifically limit as a C1-C5 carboxylate, For example, acetate, propionate, etc. are mentioned.
これらの中でも、硝酸塩、モノフルオロリン酸塩、及びジフルオロリン酸塩からなる群より選ばれる一種以上が好ましく、モノフルオロリン酸塩及びジフルオロリン酸塩からなる群より選ばれる一種以上がより好ましく、モノフルオロリン酸リチウム及びジフルオロリン酸リチウムからなる群より選ばれる一種以上がさらに好ましい。このような塩を用いることにより、電池のサイクル特性及び/又は保存特性がより優れる傾向にある。 Among these, one or more selected from the group consisting of nitrate, monofluorophosphate, and difluorophosphate is preferable, one or more selected from the group consisting of monofluorophosphate and difluorophosphate is more preferable, One or more selected from the group consisting of lithium monofluorophosphate and lithium difluorophosphate is more preferable. By using such a salt, the cycle characteristics and / or storage characteristics of the battery tend to be more excellent.
これらの塩のカウンターカチオンとしては、特に限定されないが、リチウム、ナトリウム、マグネシウム、カリウム、カルシウム、アンモニウムが好ましく、リチウムとナトリウムがより好ましく、リチウムがさらに好ましい。本実施形態で用いる塩は、非水電解液中又は電解液に用いられる非水溶媒中で生成されたものをそのまま使用してもよく、別途合成して単離されたものを、非水溶媒中又は非水電解液中に添加してもよい。このなかでも、非水電解液中又は電解液に用いられる非水溶媒中で生成された塩が好ましく、非水電解液中で生成したモノフルオロリン酸リチウム又はジフルオロリン酸リチウムが好ましい。このような塩用いることにより、簡易な工程で高純度な非水電解液が調製できる傾向にある。 The counter cation of these salts is not particularly limited, but lithium, sodium, magnesium, potassium, calcium, and ammonium are preferable, lithium and sodium are more preferable, and lithium is more preferable. The salt used in the present embodiment may be used as it is in a non-aqueous electrolyte or in a non-aqueous solvent used in the electrolyte, or a salt synthesized and isolated separately from a non-aqueous solvent. It may be added in the middle or non-aqueous electrolyte. Among these, the salt produced | generated in the nonaqueous solvent used in a nonaqueous electrolyte or electrolyte solution is preferable, and the lithium monofluorophosphate or lithium difluorophosphate produced | generated in the nonaqueous electrolyte is preferable. By using such a salt, a high-purity non-aqueous electrolyte tends to be prepared by a simple process.
非水電解液中における塩の生成方法としては、特に限定されないが、例えば、非水電解液中又は非水溶媒中でアルコール又はフッ酸を少量使用し、リチウム塩を加水分解することで生成させる方法が挙げられる。ジフルオロリン酸リチウム及びモノフルオロリン酸リチウムも同様の方法により非水電解液中で生成することができる。 The method for producing the salt in the non-aqueous electrolyte is not particularly limited. For example, the salt is produced by hydrolyzing the lithium salt using a small amount of alcohol or hydrofluoric acid in the non-aqueous electrolyte or non-aqueous solvent. A method is mentioned. Lithium difluorophosphate and lithium monofluorophosphate can also be produced in a non-aqueous electrolyte by the same method.
本実施形態で用いる塩は、一種類を単独で用いても二種類以上を任意の比率で併用して用いてもよい。 The salt used in this embodiment may be used alone or in combination of two or more at any ratio.
本実施形態で用いる塩の含有量は、非水電解液100質量%に対して、質量換算で、5ppm以上1質量%以下が好ましく、10ppm以上0.5質量%以下がより好ましく、10ppm以上0.3質量%以下がさらに好ましい。塩の含有量が上記範囲内であることにより、電池のサイクル特性及び/又は保存特性がより優れる傾向にある。 The content of the salt used in the present embodiment is preferably 5 ppm or more and 1% by mass or less, more preferably 10 ppm or more and 0.5% by mass or less, and more preferably 10 ppm or more and 0% by mass with respect to 100% by mass of the nonaqueous electrolytic solution. More preferably, it is 3% by mass or less. When the salt content is within the above range, the cycle characteristics and / or storage characteristics of the battery tend to be more excellent.
〔フッ酸及びアルコール〕
また、本実施形態に係る非水電解液は、フッ酸及びアルコールからなる群より選ばれる一種以上を含む。フッ酸又はアルコールを用いることにより、SEI膜の継続的な修復、形成がより容易となり、電池のサイクル特性と出力向上が認められる。
[Hydrofluoric acid and alcohol]
In addition, the nonaqueous electrolytic solution according to this embodiment includes one or more selected from the group consisting of hydrofluoric acid and alcohol. By using hydrofluoric acid or alcohol, the continuous repair and formation of the SEI film becomes easier, and the cycle characteristics and output of the battery are improved.
(フッ酸)
フッ酸の含有量は、非水電解液100質量%に対して、0.5〜50ppmが好ましく、1〜30ppmがより好ましく、2〜20ppmがさらに好ましい。フッ酸の含有量が上記範囲であることにより、SEI膜の継続的な修復、形成がより容易となる傾向にある。それによって、電池の出力向上が認められる。フッ酸の電解液中の含有量は、19F−NMR測定などにより確認することができる。また、リチウムイオン二次電池中の電解液中のフッ酸の含有量も、上記と同様に、19F−NMR測定などにより確認することができる。
(Hydrofluoric acid)
The content of hydrofluoric acid is preferably 0.5 to 50 ppm, more preferably 1 to 30 ppm, and still more preferably 2 to 20 ppm with respect to 100% by mass of the nonaqueous electrolytic solution. When the content of hydrofluoric acid is within the above range, the continuous repair and formation of the SEI film tend to be easier. Thereby, an improvement in the output of the battery is recognized. The content of hydrofluoric acid in the electrolytic solution can be confirmed by 19 F-NMR measurement or the like. Further, the content of hydrofluoric acid in the electrolytic solution in the lithium ion secondary battery can also be confirmed by 19 F-NMR measurement or the like as described above.
(アルコール)
本実施形態で用いるアルコールとしては、特に限定されないが、例えば、モノアルコール又はジオールが挙げられる。
(alcohol)
Although it does not specifically limit as alcohol used by this embodiment, For example, monoalcohol or diol is mentioned.
モノアルコールとしては、特に限定されないが、例えば、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、1−ペンタノール、2−ペンタノール、3−ペンタノール、1−ヘキサノール、2−ヘキサノール、3−ヘキサノール、1−ヘプタノール、2−ヘプタノール、3−ヘプタノール、4−ヘプタノール、1−オクタノール、2−オクタノール、3−オクタノール、4−オクタノール、1−ノナノール、2−ノナノール、3−ノナノール、4−ノナノール、5−ノナノール等が挙げられる。 Although it does not specifically limit as monoalcohol, For example, methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, 1-pentanol, 2-pentanol, 3-pentanol, 1-hexanol 2-hexanol, 3-hexanol, 1-heptanol, 2-heptanol, 3-heptanol, 4-heptanol, 1-octanol, 2-octanol, 3-octanol, 4-octanol, 1-nonanol, 2-nonanol, 3 -Nonanol, 4-nonanol, 5-nonanol etc. are mentioned.
ジオールとしては、特に限定されないが、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,7−ヘプタンジオール、1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール、1,10−デカンジオール等の直鎖状のアルコール;2−メチル−1,3−プロピレングリコール、2,2−ジメチル−1,3−プロピレングリコール、2−エチル−1,3−ヘキサンジオール、2−メチル−1,4ブチレングリコール等の分岐状のアルコール;1,4−シクロヘキサンジオール、1,3−シクロペンタンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール等の環状のアルコール;1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、2−メチル−1,3−プロパンジオール、2,2−ジメチル−1,3−プロパンジオール、1,4−ブチレングリコール、2−メチル−1,4−ブチレングリコール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,7−ヘプタンジオール、1,8−オクタンジオール、及び1,9−ノナンジオールの一種又は二種以上を原料として用いた、ポリアルキレンオキシド、又はポリアルキレンカーボネート等が挙げられる。 Examples of the diol include, but are not limited to, ethylene glycol, propylene glycol, 1,4-butanediol, 1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol, 1,7-heptanediol, 1,8-octane. Linear alcohols such as diol, 1,9-nonanediol, 1,10-decanediol; 2-methyl-1,3-propylene glycol, 2,2-dimethyl-1,3-propylene glycol, 2-ethyl -Branched alcohols such as 1,3-hexanediol and 2-methyl-1,4-butylene glycol; cyclic alcohols such as 1,4-cyclohexanediol, 1,3-cyclopentanediol and 1,4-cyclohexanedimethanol Alcohol; 1,2-propanediol, 1,3-propanediol, 2-methyl-1,3 Propanediol, 2,2-dimethyl-1,3-propanediol, 1,4-butylene glycol, 2-methyl-1,4-butylene glycol, 1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol, 1, Examples include polyalkylene oxides or polyalkylene carbonates using one or more of 7-heptanediol, 1,8-octanediol, and 1,9-nonanediol as raw materials.
これらのアルコールは一種単独で用いてもよく二種以上を併用して用いてもよい。 These alcohols may be used alone or in combination of two or more.
アルコールの含有量は、非水電解液100質量%に対して、0.5ppm〜1質量%が好ましく、1ppm〜0.5質量%がより好ましく、2ppm〜0.2質量%がさらに好ましい。アルコールの含有量が上記範囲内にあることにより、SEIの形成がスムーズに行われる傾向にある。これらのアルコールの電解液中の含有量は、1H−NMR、13C−NMRなどのNMR測定により確認することができる。また、リチウムイオン二次電池中の電解液中のアルコールの含有量も、上記と同様に、1H−NMR、13C−NMRなどのNMR測定により確認することができる。 The content of the alcohol is preferably 0.5 ppm to 1% by mass, more preferably 1 ppm to 0.5% by mass, and still more preferably 2 ppm to 0.2% by mass with respect to 100% by mass of the nonaqueous electrolytic solution. When the alcohol content is within the above range, the SEI tends to be formed smoothly. The content of these alcohols in the electrolyte solution can be confirmed by NMR measurements such as 1 H-NMR and 13 C-NMR. In addition, the content of alcohol in the electrolyte solution in the lithium ion secondary battery can be confirmed by NMR measurement such as 1 H-NMR and 13 C-NMR as described above.
なお、本実施形態では、フッ酸及びアルコールはいずれか片方のみを用いても、両者を併用してもよい。 In this embodiment, only one of hydrofluoric acid and alcohol may be used, or both may be used in combination.
(水)
本実施形態に係る非水電解液は、水分を含まないことが好ましいが、本実施形態の課題解決を阻害しない範囲であれば、ごく微量の水分を含有してもよい。そのような水分の含有量は、非水電解液の全量に対して、0〜100ppmが好ましく、1〜50ppmがより好ましく、1〜30ppmがさらに好ましい。
(water)
The nonaqueous electrolytic solution according to the present embodiment preferably does not contain moisture, but may contain a very small amount of moisture as long as the solution of the problem of the present embodiment is not hindered. Such water content is preferably 0 to 100 ppm, more preferably 1 to 50 ppm, and still more preferably 1 to 30 ppm with respect to the total amount of the nonaqueous electrolytic solution.
(添加剤)
本実施形態に係る非水電解液は、必要に応じて、添加剤をさらに含有してもよい。本実施形態で用いる添加剤としては、特に限定されないが、例えば、リチウム塩を溶解する溶媒としての役割を担う物質が挙げられる。このような物質は、上記の非水溶媒と実質的に重複してもよい。また、添加剤は、本実施形態に係る非水電解液及び非水二次電池の性能向上に寄与する物質であることが好ましく、電気化学的な反応には直接関与しない物質を用いることもできる。なお、添加剤は、一種単独で用いても、二種以上を併用してもよい。
(Additive)
The non-aqueous electrolyte according to the present embodiment may further contain an additive as necessary. Although it does not specifically limit as an additive used by this embodiment, For example, the substance which plays the role as a solvent which melt | dissolves lithium salt is mentioned. Such materials may substantially overlap with the non-aqueous solvent described above. Further, the additive is preferably a substance that contributes to improving the performance of the non-aqueous electrolyte and the non-aqueous secondary battery according to this embodiment, and a substance that does not directly participate in the electrochemical reaction can also be used. . In addition, an additive may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together.
添加剤としては、特に限定されないが、例えば、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネートに代表される不飽和結合含有環状カーボネート;4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、trans−4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、cis−4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,4−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンに代表される含フッ素カーボネート;γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、γ−カプロラクトン、δ−バレロラクトン、δ−カプロラクトン、ε−カプロラクトンに代表されるラクトン;1,2−ジオキサンに代表される環状エーテル;メチルホルメート、メチルアセテート、メチルプロピオネート、メチルブチレート、エチルホルメート、エチルアセテート、エチルプロピオネート、エチルブチレート、n−プロピルホルメート、n−プロピルアセテート、n−プロピルプロピオネート、n−プロピルブチレート、イソプロピルホルメート、イソプロピルアセテート、イソプロピルプロピオネート、イソプロピルブチレート、n−ブチルホルメート、n−ブチルアセテート、n−ブチルプロピオネート、n−ブチルブチレート、イソブチルホルメート、イソブチルアセテート、イソブチルプロピオネート、イソブチルブチレート、sec−ブチルホルメート、sec−ブチルアセテート、sec−ブチルプロピオネート、sec−ブチルブチレート、tert−ブチルホルメート、tert−ブチルアセテート、tert−ブチルプロピオネート、tert−ブチルブチレート、メチルピバレート、n−ブチルピバレート、n−ヘキシルピバレート、n−オクチルピバレート、ジメチルオキサレート、エチルメチルオキサレート、ジエチルオキサレート、ジフェニルオキサレート、マロン酸エステル、フマル酸エステル、マレイン酸エステルに代表されるカルボン酸エステル;N−メチルホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミドに代表されるアミド;エチレンサルファイト、プロピレンサルファイト、ブチレンサルファイト、ペンテンサルファイト、スルホラン、3−メチルスルホラン、3−スルホレン、1,3−プロパンスルトン、1,4−ブタンスルトン、1,3−プロパンジオール硫酸エステル、1,3−プロペンスルトン、テトラメチレンスルホキシド、チオフェン1−オキシドに代表される環状硫黄化合物;モノフルオロベンゼン、ビフェニル、フッ素化ビフェニルに代表される芳香族化合物;ニトロメタンに代表されるニトロ化合物;シッフ塩基;シッフ塩基錯体;オキサラト錯体、置換又は無置換のベンゼン、ビフェニル、ナフタレン、ターフェニルに代表される芳香族化合物;リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、亜リン酸トリメチル、亜リン酸トリエチル、フッ素置換のリン酸又は亜リン酸エステルに代表されるリン酸エステル又は亜リン酸エステル;1,6−ヘキサンジオール、1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール、ポリエチレングリコールに代表されるジオールが挙げられる。これらは一種単独で用いても、二種以上を併用してもよい。 Although it does not specifically limit as an additive, For example, vinylene carbonate, unsaturated bond containing cyclic carbonate represented by vinyl ethylene carbonate; 4-fluoro- 1, 3- dioxolan-2-one, trans-4, 5- difluoro Fluorine-containing representatives such as -1,3-dioxolan-2-one, cis-4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one, and 4,4-difluoro-1,3-dioxolan-2-one Carbonate; lactone represented by γ-butyrolactone, γ-valerolactone, γ-caprolactone, δ-valerolactone, δ-caprolactone, ε-caprolactone; cyclic ether represented by 1,2-dioxane; methyl formate, methyl Acetate, methyl propionate, methyl butyrate, ethyl formate, ethanol Acetate, ethyl propionate, ethyl butyrate, n-propyl formate, n-propyl acetate, n-propyl propionate, n-propyl butyrate, isopropyl formate, isopropyl acetate, isopropyl propionate, isopropyl butyrate Rate, n-butylformate, n-butylacetate, n-butylpropionate, n-butylbutyrate, isobutylformate, isobutylacetate, isobutylpropionate, isobutylbutyrate, sec-butylformate, sec- Butyl acetate, sec-butyl propionate, sec-butyl butyrate, tert-butyl formate, tert-butyl acetate, tert-butyl propionate, tert-butyl butyrate, Rupivalate, n-butyl pivalate, n-hexyl pivalate, n-octyl pivalate, dimethyl oxalate, ethyl methyl oxalate, diethyl oxalate, diphenyl oxalate, malonic acid ester, fumaric acid ester, maleic acid ester Carboxylic acid ester; amides represented by N-methylformamide, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide; ethylene sulfite, propylene sulfite, butylene sulfite, pentene sulfite, sulfolane, 3-methylsulfolane 3-sulfolene, 1,3-propane sultone, 1,4-butane sultone, 1,3-propanediol sulfate, 1,3-propene sultone, tetramethylene sulfoxide, thiophene 1-oxy Cyclic sulfur compounds represented by Cid; aromatic compounds represented by monofluorobenzene, biphenyl and fluorinated biphenyl; nitro compounds represented by nitromethane; Schiff bases; Schiff base complexes; oxalato complexes, substituted or unsubstituted benzenes , Biphenyl, naphthalene, terphenyl and other aromatic compounds; trimethyl phosphate, triethyl phosphate, trimethyl phosphite, triethyl phosphite, phosphoric acid ester represented by fluorine-substituted phosphoric acid or phosphite Or phosphite; 1,6-hexanediol, 1,8-octanediol, 1,9-nonanediol, and diols typified by polyethylene glycol may be mentioned. These may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together.
本実施形態に係る非水電解液は、特に限定されないが、例えば、リチウムイオン二次電池用電解液、リチウムイオンキャパシタ用電解液、リチウム空気電池用電解液などの電気化学デバイスに用いることができる。このなかでも、本実施形態に係る非水電解液は、特にリチウムイオン二次電池用電解液として用いることが好ましい。リチウムイオン二次電池用電解液として用いることにより、耐久性と耐電圧性能とを共に有するリチウムイオン二次電池を実現することができる。 The non-aqueous electrolyte according to the present embodiment is not particularly limited, but can be used for, for example, electrochemical devices such as an electrolyte for a lithium ion secondary battery, an electrolyte for a lithium ion capacitor, and an electrolyte for a lithium air battery. . Among these, the nonaqueous electrolytic solution according to the present embodiment is particularly preferably used as an electrolytic solution for a lithium ion secondary battery. By using it as an electrolyte for a lithium ion secondary battery, a lithium ion secondary battery having both durability and withstand voltage performance can be realized.
〔リチウムイオン二次電池〕
本実施形態に係るリチウムイオン二次電池は、上記非水電解液又はリチウムイオン二次電池用電解液と、正極と、負極と、を備え、正極は、リチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な、一種以上の正極活物質を含有し、負極は、リチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な材料及び金属リチウムからなる群より選ばれる一種以上の負極活物質を含有する。また、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池は、必要に応じてセパレータを備えていてもよい。正極、負極及びセパレータについて、以下説明する。
[Lithium ion secondary battery]
A lithium ion secondary battery according to the present embodiment includes the non-aqueous electrolyte or the electrolyte for a lithium ion secondary battery, a positive electrode, and a negative electrode, and the positive electrode can occlude and release lithium ions. One or more positive electrode active materials are contained, and the negative electrode contains one or more negative electrode active materials selected from the group consisting of materials capable of inserting and extracting lithium ions and metallic lithium. Moreover, the lithium ion secondary battery which concerns on this embodiment may be provided with the separator as needed. A positive electrode, a negative electrode, and a separator are demonstrated below.
〔正極〕
正極は、リチウムイオン二次電池の正極として作用するものであれば特に限定されず、公知のものであってもよい。正極は、正極活物質としてリチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な一種以上の材料を含有する。そのような正極活物質としては、特に限定されないが、例えば、リチウム含有化合物;トンネル構造及び層状構造の金属カルコゲン化物及び金属酸化物;オリビン型リン酸化合物;リチウム以外の金属の酸化物;導電性高分子が挙げられる。このなかでもリチウム含有化合物が好ましい。正極活物質としてリチウム含有化合物を用いることにより、より高電圧で、より高エネルギー密度のリチウムイオン二次電池を得ることができる傾向にある。
[Positive electrode]
A positive electrode will not be specifically limited if it acts as a positive electrode of a lithium ion secondary battery, A well-known thing may be used. The positive electrode contains one or more materials that can occlude and release lithium ions as a positive electrode active material. Such a positive electrode active material is not particularly limited. For example, lithium-containing compounds; metal chalcogenides and metal oxides having tunnel structures and layer structures; olivine-type phosphate compounds; oxides of metals other than lithium; Examples include polymers. Of these, lithium-containing compounds are preferred. By using a lithium-containing compound as the positive electrode active material, a lithium ion secondary battery having a higher voltage and higher energy density tends to be obtained.
上記リチウム含有化合物としては、特に限定されないが、例えば、リチウムと遷移金属元素とを含む複合酸化物、リチウムと遷移金属元素とを含むリン酸化合物、及びリチウムと遷移金属元素とを含むケイ酸金属化合物等が挙げられる。 Although it does not specifically limit as said lithium containing compound, For example, the composite oxide containing lithium and a transition metal element, the phosphoric acid compound containing lithium and a transition metal element, and the metal silicate containing lithium and a transition metal element Compounds and the like.
上記リチウムと遷移金属元素とを含む複合酸化物としては、特に限定されないが、例えば、下記式(2a)及び(2b)で表される化合物が挙げられる。より具体的には、LiCoO2に代表されるリチウムコバルト酸化物;LiMnO2、LiMn2O4、Li2Mn2O4に代表されるリチウムマンガン酸化物;LiNiO2に代表されるリチウムニッケル酸化物;LizMO2(MはNi、Mn、Co、Al及びMgからなる群より選ばれる二種以上の元素を示し、zは0.9超1.2未満の数を示す)で表されるリチウム含有複合金属酸化物が挙げられる。このなかでも、リチウムと、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、クロム(Cr)、バナジウム(V)及びチタン(Ti)からなる群より選ばれる一種以上の遷移金属元素とを含む複合酸化物並びにリン酸化合物が好ましい。このようなリチウム含有化合物を用いることにより、より高い電圧が得られる傾向にある。 Although it does not specifically limit as a complex oxide containing the said lithium and transition metal element, For example, the compound represented by following formula (2a) and (2b) is mentioned. More specifically, lithium cobalt oxide typified by LiCoO 2 ; lithium manganese oxide typified by LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , Li 2 Mn 2 O 4 ; lithium nickel oxide typified by LiNiO 2 Li z MO 2 (M represents two or more elements selected from the group consisting of Ni, Mn, Co, Al, and Mg, and z represents a number greater than 0.9 and less than 1.2) Examples thereof include lithium-containing composite metal oxides. Among these, lithium, cobalt (Co), nickel (Ni), manganese (Mn), iron (Fe), copper (Cu), zinc (Zn), chromium (Cr), vanadium (V) and titanium (Ti A composite oxide and a phosphate compound containing at least one transition metal element selected from the group consisting of: By using such a lithium-containing compound, a higher voltage tends to be obtained.
下記式(2a)で表される化合物は一般に層状構造を有する。当該化合物としては、構造を安定化させる等の目的から、遷移金属元素の一部をAl、Mg、その他の遷移金属元素で置換したり結晶粒界に含ませたりしたもの、酸素原子の一部をフッ素原子等で置換したものも挙げられる。さらに、正極活物質表面の少なくとも一部に他の正極活物質を被覆したものも挙げられる。
LixMO2 (2a)
(式(2a)中、Mは遷移金属から選ばれる一種以上の金属を示し、xは0〜1の数、yは0〜2の数を示す。)
The compound represented by the following formula (2a) generally has a layered structure. As the compound, for the purpose of stabilizing the structure, a part of the transition metal element is substituted with Al, Mg, other transition metal elements or included in the crystal grain boundary, a part of the oxygen atom And those substituted with a fluorine atom or the like. Furthermore, what coat | covered the other positive electrode active material to at least one part of the positive electrode active material surface is mentioned.
Li x MO 2 (2a)
(In formula (2a), M represents one or more metals selected from transition metals, x represents a number from 0 to 1, and y represents a number from 0 to 2.)
下記式(2b)で表される化合物は一般にスピネル構造を有する。当該化合物としては、マンガンを含むリチウム金属酸化物、マンガンと他の遷移金属とを含むリチウム金属酸化物が挙げられる。
LiyM2O4 (2b)
(式(2b)中、Mは遷移金属から選ばれる一種以上の金属を示し、xは0〜1の数、yは0〜2の数を示す。)
The compound represented by the following formula (2b) generally has a spinel structure. Examples of the compound include lithium metal oxides containing manganese and lithium metal oxides containing manganese and other transition metals.
Li y M 2 O 4 (2b)
(In formula (2b), M represents one or more metals selected from transition metals, x represents a number from 0 to 1, and y represents a number from 0 to 2.)
リチウムと遷移金属元素とを含むリン酸化合物としては、特に限定されないが、例えば、LiFePO4で表されるリン酸鉄オリビン;式(3)で表される化合物が挙げられる。下記式(3)で表される化合物は一般にオリビン構造を有する。当該化合物において、構造を安定化させる等の目的から、遷移金属元素の一部をAl、Mg、Co、Tiその他の遷移金属元素で置換したり、これら他の遷移金属元素を結晶粒界に含ませたりしたもの、酸素原子の一部をフッ素原子等で置換したものも挙げられる。さらに、正極活物質表面の少なくとも一部に他の正極活物質を被覆したものも挙げられる。
LiwMIIPO4 (3)
(式(3)中、MIIは一種以上の遷移金属元素を示し、wの値は電池の充放電状態によって異なるが、通常wは0.05〜1.10の数を示す。)
The phosphate compound containing lithium and a transition metal element is not particularly limited, for example, iron phosphate olivine represented by LiFePO 4; include compounds represented by the formula (3). The compound represented by the following formula (3) generally has an olivine structure. In the compound, for the purpose of stabilizing the structure, a part of the transition metal element is substituted with Al, Mg, Co, Ti or other transition metal elements, or these other transition metal elements are included in the crystal grain boundaries. And those obtained by substituting a part of oxygen atoms with fluorine atoms or the like. Furthermore, what coat | covered the other positive electrode active material to at least one part of the positive electrode active material surface is mentioned.
Li w M II PO 4 (3)
(In formula (3), M II represents one or more transition metal elements, and the value of w varies depending on the charge / discharge state of the battery, but usually w represents a number of 0.05 to 1.10.)
上記リチウムと遷移金属元素とを含むケイ酸金属化合物としては、特に限定されないが、例えば、LitMuSiO4で示される化合物が挙げられる。ここで、Mは遷移金属から選ばれる一種以上の金属であり、tは0〜1の数、uは0〜2の数を示す。 The silicic acid metal compound containing the lithium and a transition metal element is not particularly limited, for example, a compound represented by Li t M u SiO 4 and the like. Here, M is one or more metals selected from transition metals, t is a number from 0 to 1, and u is a number from 0 to 2.
上記オリビン型リン酸化合物としては、特に限定されないが、例えば、リン酸マンガンオリビン、リン酸コバルトオリビン等が挙げられる。 The olivine-type phosphate compound is not particularly limited, and examples thereof include manganese olivine phosphate and cobalt olivine phosphate.
上記トンネル構造及び層状構造の金属カルコゲン化物及び金属酸化物、並びに、上記リチウム以外の金属の酸化物としては、特に限定されないが、例えば、S、MnO2、FeO2、FeS2、V2O5、V6O13、TiO2、TiS2、MoS2及びNbSe2が挙げられる。 The metal chalcogenide and metal oxide having the tunnel structure and the layer structure, and the oxide of the metal other than lithium are not particularly limited. For example, S, MnO 2 , FeO 2 , FeS 2 , V 2 O 5 , V 6 O 13 , TiO 2 , TiS 2 , MoS 2 and NbSe 2 .
上記導電性高分子としては、特に限定されないが、例えば、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリアセチレン及びポリピロールが挙げられる。 The conductive polymer is not particularly limited, and examples thereof include polyaniline, polythiophene, polyacetylene, and polypyrrole.
正極活物質は、一種を単独で又は二種以上を組み合わせて用いられる。 A positive electrode active material is used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.
正極活物質には(2a)で示される層状化合物と(2b)で示されるスピネル型化合物とスピネル構造部位を有する化合物のいずれか一種類以上が含まれることが好ましい。このような正極活物質を用いることにより、高電圧駆動した際において、電池特性や、安性がより向上する傾向にある。 The positive electrode active material preferably contains at least one of a layered compound represented by (2a), a spinel compound represented by (2b), and a compound having a spinel structure site. By using such a positive electrode active material, battery characteristics and safety tend to be further improved when driven at a high voltage.
正極活物質の数平均粒子径(一次粒子径)は、好ましくは0.05μm〜100μmであり、より好ましくは1μm〜10μmである。透過型電子顕微鏡にて観察した粒子100個をランダムに抽出し、画像解析ソフト(例えば、旭化成エンジニアリング株式会社製の画像解析ソフト、商品名「A像くん」)で解析し、その相加平均を算出することで得られる。この場合、同じ試料に対して、測定方法間で数平均粒子径が異なる場合は、標準試料を対象として作成した検量線を用いてもよい。 The number average particle diameter (primary particle diameter) of the positive electrode active material is preferably 0.05 μm to 100 μm, more preferably 1 μm to 10 μm. 100 particles observed with a transmission electron microscope are randomly extracted and analyzed with image analysis software (for example, image analysis software manufactured by Asahi Kasei Engineering Co., Ltd., trade name “A Image-kun”). It is obtained by calculating. In this case, when the number average particle diameter differs between measurement methods for the same sample, a calibration curve created for the standard sample may be used.
正極活物質表面の一部又は全体に含金属化合物や有機又は無機の化合物が塗布されていたり、被覆されていたりしてもよい。正極表面に種々の塗布や被覆を行うことで正極材に由来する電池の劣化が抑制できることで電池特性を向上させたり、性質をかえたりすることができる。 A metal-containing compound or an organic or inorganic compound may be applied or coated on a part or the whole of the surface of the positive electrode active material. By performing various coatings and coatings on the surface of the positive electrode, it is possible to improve the battery characteristics or to change the properties by suppressing the deterioration of the battery derived from the positive electrode material.
(正極の製造方法)
正極は、例えば、下記のようにして得られる。すなわち、まず、上記正極活物質に対して、必要に応じて、導電助剤やバインダー等を加えて混合した正極合剤を溶剤に分散させて正極合剤含有ペーストを調製する。次いで、この正極合剤含有ペーストを正極集電体に塗布し、乾燥して正極合剤層を形成し、それを必要に応じて加圧し厚みを調整することによって、正極が作製される。
(Production method of positive electrode)
The positive electrode is obtained, for example, as follows. That is, first, a positive electrode mixture-containing paste is prepared by dispersing, in a solvent, a positive electrode mixture obtained by adding a conductive additive, a binder, or the like to the positive electrode active material as necessary. Next, this positive electrode mixture-containing paste is applied to a positive electrode current collector and dried to form a positive electrode mixture layer, which is pressurized as necessary to adjust the thickness, thereby producing a positive electrode.
ここで、正極合剤含有ペースト中の固形分濃度は、好ましくは30〜80質量%であり、より好ましくは40〜70質量%である。 Here, the solid content concentration in the positive electrode mixture-containing paste is preferably 30 to 80% by mass, and more preferably 40 to 70% by mass.
正極集電体としては、特に限定されないが、例えば、アルミニウム箔、又はステンレス箔等の金属箔が挙げられる。 Although it does not specifically limit as a positive electrode electrical power collector, For example, metal foil, such as aluminum foil or stainless steel foil, is mentioned.
〔負極〕
負極は、リチウムイオン二次電池の負極として作用するものであれば特に限定されず、公知のものであってもよい。負極は、負極活物質としてリチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な材料及び金属リチウムからなる群より選ばれる一種以上の材料を含有する。このような負極は、負極活物質として、金属リチウム、炭素材料、珪素材料、リチウムと合金形成が可能な元素を含む材料、及び、リチウム含有化合物からなる群より選ばれる一種以上を含有すると好ましい。このなかでも、金属リチウム、炭素材料、珪素材料、及びリチウムと合金形成が可能な元素を含む材料からなる群より選ばれる一種以上の材料を含有するとより好ましい。このような負極活物質を用いることにより、電池容量がより向上する傾向にある。
[Negative electrode]
A negative electrode will not be specifically limited if it acts as a negative electrode of a lithium ion secondary battery, A well-known thing may be used. The negative electrode contains one or more materials selected from the group consisting of a material capable of inserting and extracting lithium ions as a negative electrode active material and metallic lithium. Such a negative electrode preferably contains, as a negative electrode active material, one or more selected from the group consisting of metallic lithium, a carbon material, a silicon material, a material containing an element capable of forming an alloy with lithium, and a lithium-containing compound. Among these, it is more preferable to contain one or more materials selected from the group consisting of metallic lithium, carbon materials, silicon materials, and materials containing elements capable of forming an alloy with lithium. By using such a negative electrode active material, the battery capacity tends to be further improved.
上記炭素材料としては、特に限定されないが、例えば、ハードカーボン、ソフトカーボン、人造黒鉛、天然黒鉛、黒鉛、熱分解炭素、コークス、ガラス状炭素、有機高分子化合物の焼成体、メソカーボンマイクロビーズ、炭素繊維、活性炭、グラファイト、炭素コロイド、カーボンブラックが挙げられる。これらのうち、コークスとしては、特に限定されないが、例えば、ピッチコークス、ニードルコークス及び石油コークスが挙げられる。また、有機高分子化合物の焼成体としては、特に限定されないが、例えば、フェノール樹脂やフラン樹脂等の高分子材料を適当な温度で焼成して炭素化したものである。なお、本実施形態においては、負極活物質に金属リチウムを採用した電池もリチウムイオン二次電池に含めるものとする。 The carbon material is not particularly limited, for example, hard carbon, soft carbon, artificial graphite, natural graphite, graphite, pyrolytic carbon, coke, glassy carbon, organic polymer compound fired body, mesocarbon microbeads, Examples thereof include carbon fiber, activated carbon, graphite, carbon colloid, and carbon black. Among these, the coke is not particularly limited, and examples thereof include pitch coke, needle coke, and petroleum coke. Further, the fired body of the organic polymer compound is not particularly limited. For example, a polymer material such as a phenol resin or a furan resin is fired at a suitable temperature and carbonized. In the present embodiment, a battery employing metallic lithium as the negative electrode active material is also included in the lithium ion secondary battery.
上記珪素材料としては、特に限定されないが、例えば、結晶性珪素化合物、アモルファス珪素化合物、有機ケイ素化合物、珪素と金属とのアロイや合金等が挙げられる。また、ナノ珪素材料や繊維状珪素材料等の各種形態の珪素材料が挙げられる。 Although it does not specifically limit as said silicon material, For example, a crystalline silicon compound, an amorphous silicon compound, an organosilicon compound, an alloy of silicon and a metal, an alloy, etc. are mentioned. In addition, various forms of silicon materials such as nano silicon materials and fibrous silicon materials can be used.
さらに、上記リチウムと合金を形成可能な元素を含む材料としては、特に限定されないが、例えば、金属又は半金属の単体であっても合金であっても化合物であってもよく、またこれらの一種又は二種以上の相を少なくとも一部に有するようなものであってもよい。 Furthermore, the material containing an element capable of forming an alloy with lithium is not particularly limited. For example, the material may be a metal or a semimetal alone, an alloy, or a compound. Alternatively, it may have at least a part of two or more phases.
なお、本明細書において、「合金」には、二種以上の金属元素からなるものに加えて、一種以上の金属元素と一種以上の半金属元素とを有するものも含む。また、合金は、その全体として金属の性質を有するものであれば、非金属元素を有していてもよい。その合金の組織には固溶体、共晶(共融混合物)、金属間化合物又はこれらのうちの二種以上が共存する。 In the present specification, the “alloy” includes an alloy having one or more metal elements and one or more metalloid elements in addition to an alloy composed of two or more metal elements. Further, the alloy may have a nonmetallic element as long as it has metal properties as a whole. In the structure of the alloy, a solid solution, a eutectic (eutectic mixture), an intermetallic compound, or two or more of these coexist.
このような金属元素及び半金属元素としては、特に限定されないが、例えば、チタン(Ti)、スズ(Sn)、鉛(Pb)、アルミニウム、インジウム(In)、ケイ素(Si)、亜鉛(Zn)、アンチモン(Sb)、ビスマス(Bi)、ガリウム(Ga)、ゲルマニウム(Ge)、ヒ素(As)、銀(Ag)、ハフニウム(Hf)、ジルコニウム(Zr)及びイットリウム(Y)が挙げられる。これらの中でも、長周期型周期表における4族又は14族の金属元素及び半金属元素が好ましく、より好ましくはチタン、ケイ素及びスズである。 Such metal elements and metalloid elements are not particularly limited. For example, titanium (Ti), tin (Sn), lead (Pb), aluminum, indium (In), silicon (Si), zinc (Zn) , Antimony (Sb), bismuth (Bi), gallium (Ga), germanium (Ge), arsenic (As), silver (Ag), hafnium (Hf), zirconium (Zr) and yttrium (Y). Among these, metal elements and metalloid elements of Group 4 or Group 14 in the long-period periodic table are preferable, and titanium, silicon, and tin are more preferable.
ケイ素の合金としては、特に限定されないが、例えば、ケイ素以外の第2の構成元素として、スズ、マグネシウム、ニッケル、銅、鉄、コバルト、マンガン、亜鉛、インジウム、銀、チタン、ゲルマニウム、ビスマス、アンチモン及びクロムからなる群より選ばれる一種以上の元素を有するものが挙げられる。 The silicon alloy is not particularly limited. For example, as the second constituent element other than silicon, tin, magnesium, nickel, copper, iron, cobalt, manganese, zinc, indium, silver, titanium, germanium, bismuth, antimony And one having one or more elements selected from the group consisting of chromium.
スズの合金としては、特に限定されないが、例えば、スズ以外の第2の構成元素として、ケイ素、マグネシウム(Mg)、ニッケル、銅、鉄、コバルト、マンガン、亜鉛、インジウム、銀、チタン(Ti)、ゲルマニウム、ビスマス、アンチモン及びクロム(Cr)からなる群より選ばれる一種以上の元素を有するものが挙げられる。 Although it does not specifically limit as an alloy of tin, For example, as a 2nd element other than tin, silicon, magnesium (Mg), nickel, copper, iron, cobalt, manganese, zinc, indium, silver, titanium (Ti) And one having at least one element selected from the group consisting of germanium, bismuth, antimony and chromium (Cr).
チタンの化合物、スズの化合物及びケイ素の化合物としては、特に限定されないが、例えば酸素(O)又は炭素(C)を有するものが挙げられ、チタン、スズ又はケイ素に加えて、上述の第2の構成元素を有していてもよい。 The titanium compound, the tin compound, and the silicon compound are not particularly limited, and examples thereof include those having oxygen (O) or carbon (C). In addition to titanium, tin, or silicon, the second compound described above is used. It may have a constituent element.
リチウム含有化合物としては、特に限定されないが、例えば、正極材料として例示したものと同じものを用いることができる。 Although it does not specifically limit as a lithium containing compound, For example, the same thing as what was illustrated as a positive electrode material can be used.
負極活物質は一種を単独で又は二種以上を組み合わせて用いられる。 A negative electrode active material is used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.
負極活物質の数平均粒子径(一次粒子径)は、好ましくは0.1μm〜100μm、より好ましくは1μm〜10μmである。負極活物質の数平均粒子径は、正極活物質の数平均粒子径と同様にして測定される。 The number average particle diameter (primary particle diameter) of the negative electrode active material is preferably 0.1 μm to 100 μm, more preferably 1 μm to 10 μm. The number average particle size of the negative electrode active material is measured in the same manner as the number average particle size of the positive electrode active material.
(負極の製造方法)
負極は、例えば、下記のようにして得られる。すなわち、まず、上記負極活物質に対して、必要に応じて、導電助剤やバインダー等を加えて混合した負極合剤を溶剤に分散させて負極合剤含有ペーストを調製する。次いで、この負極合剤含有ペーストを負極集電体に塗布し、乾燥して負極合剤層を形成し、それを必要に応じて加圧し厚みを調整することによって、負極を作製することができる。
(Method for producing negative electrode)
A negative electrode is obtained as follows, for example. That is, first, a negative electrode mixture-containing paste is prepared by dispersing, in a solvent, a negative electrode mixture prepared by adding a conductive additive or a binder to the negative electrode active material, if necessary. Next, the negative electrode mixture-containing paste is applied to a negative electrode current collector and dried to form a negative electrode mixture layer, which is pressurized as necessary to adjust the thickness, whereby a negative electrode can be produced. .
ここで、負極合剤含有ペースト中の固形分濃度は、好ましくは30〜80質量%であり、より好ましくは40〜70質量%である。 Here, the solid content concentration in the negative electrode mixture-containing paste is preferably 30 to 80% by mass, and more preferably 40 to 70% by mass.
負極集電体は、特に限定されないが、例えば、銅箔、ニッケル箔又はステンレス箔等の金属箔が挙げられる。 Although a negative electrode collector is not specifically limited, For example, metal foil, such as copper foil, nickel foil, or stainless steel foil, is mentioned.
正極及び負極の作製にあたって、必要に応じて用いられる導電助剤としては、特に限定されないが、例えば、グラファイト、アセチレンブラック及びケッチェンブラックに代表されるカーボンブラック、並びに炭素繊維が挙げられる。導電助剤の数平均粒子径(一次粒子径)は、好ましくは0.1μm〜100μmであり、より好ましくは1μm〜10μmである。導電助剤の数平均粒子径は、正極活物質の数平均粒子径と同様にして測定される。また、バインダーとしては、特に限定されないが、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリアクリル酸、スチレンブタジエンゴム及びフッ素ゴムが挙げられる。 In the production of the positive electrode and the negative electrode, the conductive aid used as necessary is not particularly limited, and examples thereof include carbon black typified by graphite, acetylene black and ketjen black, and carbon fibers. The number average particle diameter (primary particle diameter) of the conductive assistant is preferably 0.1 μm to 100 μm, more preferably 1 μm to 10 μm. The number average particle size of the conductive additive is measured in the same manner as the number average particle size of the positive electrode active material. The binder is not particularly limited, and examples thereof include polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyacrylic acid, styrene butadiene rubber, and fluorine rubber.
〔セパレータ〕
本実施形態のリチウムイオン電池は、正負極の短絡防止等の安全性付与ために、正極と負極との間にセパレータ備える。セパレータとしては、イオン透過性が大きく、機械的強度に優れる絶縁性の薄膜が好ましい。
[Separator]
The lithium ion battery of this embodiment includes a separator between the positive electrode and the negative electrode in order to provide safety such as prevention of short circuit between the positive and negative electrodes. As the separator, an insulating thin film having high ion permeability and excellent mechanical strength is preferable.
本実施形態におけるセパレータの材質は、特に限定されないが、例えば、セラミック、ガラス、樹脂及びセルロースが挙げられる。樹脂としては、合成樹脂であっても天然樹脂(天然高分子)であってもよく、また、有機樹脂であっても無機樹脂であってもよいが、セパレータとしての性能に優れるという観点から、有機樹脂であることが好ましい。 Although the material of the separator in this embodiment is not specifically limited, For example, a ceramic, glass, resin, and a cellulose are mentioned. The resin may be a synthetic resin or a natural resin (natural polymer), and may be an organic resin or an inorganic resin. From the viewpoint of excellent performance as a separator, An organic resin is preferred.
有機樹脂としては、特に限定されないが、例えば、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド、並びに、液晶ポリエステル及びアラミド等の耐熱樹脂が挙げられる。 Although it does not specifically limit as organic resin, For example, heat resistant resins, such as polyolefin, polyester, polyamide, liquid crystal polyester, and aramid, are mentioned.
また、無機樹脂としては、特に限定されないが、例えば、シリコーン樹脂などが挙げられる。 Moreover, it does not specifically limit as inorganic resin, For example, a silicone resin etc. are mentioned.
セパレータの材質は、耐熱性の観点から、セラミック及びガラスが好ましく、ハンドリング性及び耐熱性の観点から、ポリエステル、ポリアミド、液晶ポリエステル、アラミド、及びセルロースが好ましい。また、コスト及び加工性の観点から、ポリオレフィンが好ましい。これらの材質のうち、樹脂を採用する場合、単独重合体でも共重合体でもよく、また、複数種の樹脂の混合体及びアロイを用いてもよい。 The material of the separator is preferably ceramic and glass from the viewpoint of heat resistance, and polyester, polyamide, liquid crystal polyester, aramid, and cellulose are preferable from the viewpoint of handling properties and heat resistance. Further, from the viewpoint of cost and processability, polyolefin is preferable. Among these materials, when a resin is employed, it may be a homopolymer or a copolymer, and a mixture of a plurality of types of resins and an alloy may be used.
また、セパレータは、複数の材質の膜を積層した積層体であってもよい。セパレータが積層体の場合、各層の材質が互いに同じものであっても異なるものであってもよい。 Further, the separator may be a laminated body in which films made of a plurality of materials are laminated. When the separator is a laminate, the material of each layer may be the same or different.
(セパレータの製造方法)
積層体のセパレータを作製する場合、ある層を別の層上に形成することを繰り返すことで順に積層して、すなわち逐次多層化して作製してもよく、それぞれ別に作製した複数の膜を張り合わせることで積層体を作製してもよい。
(Manufacturing method of separator)
In the case of manufacturing a separator of a laminated body, it may be manufactured by sequentially stacking a certain layer on another layer, that is, by sequentially multilayering, and a plurality of separate films may be bonded together. Thus, a laminate may be produced.
本実施形態におけるセパレータの形態としては、例えば、合成樹脂を製膜して製造した合成樹脂性微多孔膜、合成樹脂又は天然高分子を紡糸した繊維、ガラス繊維又はセラミック繊維を加工した織布、不織布、編布、抄紙、並びに、合成樹脂、セラミック粒子及びガラスの微粒子を配列して作製した膜が挙げられる。 As the form of the separator in the present embodiment, for example, a synthetic resin microporous film produced by forming a synthetic resin film, a fiber spun from a synthetic resin or a natural polymer, a woven fabric processed from glass fiber or ceramic fiber, Nonwoven fabrics, knitted fabrics, papermaking, and films prepared by arranging synthetic resin, ceramic particles, and glass fine particles are listed.
本実施形態におけるセパレータは、膜の補強、充放電の補助、耐熱性向上等の観点から、上記以外の成分、例えば、有機フィラー、無機フィラー、有機粒子、又は無機粒子をセパレータの表面及び/又は内部に含んでもよい。 In the present embodiment, the separator is a component other than the above, for example, an organic filler, an inorganic filler, an organic particle, or an inorganic particle on the surface of the separator and / or from the viewpoint of film reinforcement, charge / discharge assistance, heat resistance improvement, and the like. It may be included inside.
〔リチウムイオン二次電池の製造方法〕
本実施形態におけるリチウムイオン二次電池の製造方法としては、一般的な方法を用いればよく、特に限定されないが、例えば下記の方法を選択することができる。
[Method for producing lithium ion secondary battery]
As a manufacturing method of the lithium ion secondary battery in the present embodiment, a general method may be used and is not particularly limited. For example, the following method can be selected.
まず、電池ケース(外装)に、正極、負極及びセパレータを用いて作製された積層体を収容することで電池構造体を作製する。そして、その中に、本実施形態の電解液を注入することで電池を作製することができる。 First, a battery structure is produced by housing a laminate produced using a positive electrode, a negative electrode, and a separator in a battery case (exterior). And a battery can be produced by injecting the electrolytic solution of the present embodiment into it.
積層体の製造方法としては、特に限定されないが、例えば、まず、正極と負極とを、その間にセパレータを介在させた積層状態で巻回して巻回構造の積層体に成形したり、それらを折り曲げや複数層の積層等によって、交互に積層した複数の正極と負極との間にセパレータが介在する積層体に成形したりする方法が挙げられる。 The method for producing the laminated body is not particularly limited. For example, first, the positive electrode and the negative electrode are wound in a laminated state with a separator interposed therebetween to form a laminated structure having a wound structure, or bend them. And a method of forming a laminate in which separators are interposed between a plurality of alternately stacked positive and negative electrodes by, for example, stacking a plurality of layers.
リチウムイオン二次電池の製造方法においては、電池内部を加圧したり、減圧したりする工程を含むこともできる。加圧や減圧の方法は特に限定されず、また、上記加熱と、減圧や加圧を同時に行っても別々に行ってもよい。これらの工程を経ることにより、電池構造体の電極及びセパレータへの電解液の含浸性が向上し得ることがある。 In the manufacturing method of a lithium ion secondary battery, the process which pressurizes the inside of a battery or depressurizes can also be included. The method of pressurization or decompression is not particularly limited, and the heating and the decompression or pressurization may be performed simultaneously or separately. By passing through these steps, the impregnation property of the electrolyte into the electrode and separator of the battery structure may be improved.
上述の各工程を経た後、必要に応じて、電池構造体に残りの部材を組み込んだり、電池ケース(外装)が完全に密閉(シール)されていない場合には密閉したりして、電池を得ることができる。なお、必要に応じて、上述の各工程を経た後に、電池の余剰部を除去する等形状を整えたり、電池の再締め付けや再シールを行ったりしてもよい。 After passing through the above steps, if necessary, the remaining members are incorporated into the battery structure, and if the battery case (exterior) is not completely sealed (sealed), the battery is sealed. Can be obtained. In addition, after passing through each process mentioned above as needed, you may prepare shapes, such as removing the excess part of a battery, or may retighten or reseal a battery.
本実施形態における電池の形状は、特に限定されず、円筒形、楕円形、角筒型、ボタン形、コイン形、扁平形及びラミネート形が好ましい。その中でも、コイン型、円筒型、角筒型、扁平型及びラミネート型がより好ましく、コイン型及びラミネート型がさらに好ましい。このような形状の電池は、電解液と電池構造体との親和性をより高めることができ、本実施形態における電解液が有する様々な性能を一層高く発現し、また、電池の製造も比較的容易である。また、電池の大きさについても特に限定されず、複数個の電池を重ねたり並べたりする構造も、多数種の電池を併用することも可能である。また、ラミネート型の電池の中でも、軽量性、耐久性、取扱い性及びコスト等の観点から、電池ケース(外装)が、アルミニウムラミネート材のようにアルミニウムフィルムと樹脂とを積層して構成されるものであることがさらに好ましい。 The shape of the battery in this embodiment is not particularly limited, and a cylindrical shape, an elliptical shape, a rectangular tube shape, a button shape, a coin shape, a flat shape, and a laminate shape are preferable. Among these, a coin type, a cylindrical type, a rectangular tube type, a flat type and a laminate type are more preferable, and a coin type and a laminate type are more preferable. The battery having such a shape can further enhance the affinity between the electrolytic solution and the battery structure, expresses various performances of the electrolytic solution in the present embodiment to a higher level, and is relatively easy to manufacture the battery. Easy. Also, the size of the battery is not particularly limited, and a structure in which a plurality of batteries are stacked or arranged can be used in combination with many kinds of batteries. Also, among laminated batteries, the battery case (exterior) is constructed by laminating an aluminum film and a resin like an aluminum laminate material from the viewpoint of lightness, durability, handleability, cost, etc. More preferably.
本実施形態のリチウムイオン二次電池は、初回充電により電池として機能し得るが、初回充電の際に含フッ素カーボネートを含む電解液の一部が分解することにより安定化する。本実施形態における初回充電の方法について特に制限はないが、初回充電は0.001〜0.3Cで行われることが好ましく、0.002〜0.25Cで行われることがより好ましく、0.003〜0.2Cで行われることがさらに好ましい。また、初回充電が定電圧充電を途中に経由して行われることも好ましい結果を与える。なお、定格容量を1時間で放電する定電流が1Cである。リチウム塩が電気化学的な反応に関与する電圧範囲を長く設定することによって、SEIが電極表面に形成され、正極を含めた内部抵抗の増加を抑制する効果がある。また、反応生成物が負極のみに強固に固定化されることなく、何らかの形で正極やセパレータ等、負極以外の部材にも良好な効果を与えるため、電解液に溶解したリチウム塩の電気化学的な反応を考慮して初回充電を行うことは非常に有効である。 Although the lithium ion secondary battery of this embodiment can function as a battery by the first charge, it is stabilized when a part of the electrolytic solution containing the fluorinated carbonate is decomposed during the first charge. Although there is no restriction | limiting in particular about the method of the initial charge in this embodiment, It is preferable that initial charge is performed at 0.001-0.3C, It is more preferable to be performed at 0.002-0.25C, 0.003 More preferably, it is carried out at ~ 0.2C. In addition, it is also preferable that the initial charging is performed via the constant voltage charging in the middle. In addition, the constant current which discharges rated capacity in 1 hour is 1C. By setting the voltage range in which the lithium salt is involved in the electrochemical reaction to be long, SEI is formed on the electrode surface, which has an effect of suppressing an increase in internal resistance including the positive electrode. In addition, since the reaction product is not firmly fixed only on the negative electrode, and in some form it has a good effect on other members such as the positive electrode and the separator, the electrochemical property of the lithium salt dissolved in the electrolyte It is very effective to perform the first charge in consideration of the reaction.
本実施形態の非水二次電池は、直列あるいは並列につないで使用することもできる。なお、電池パックの充放電状態を管理する観点から、使用電圧範囲は2〜5.5Vであることが好ましく、2.5〜5.0Vであることがより好ましい。本実施形態の非水二次電池は上記のハンドリングの観点と高容量化の観点から上限電圧は4.3V以上であることが好ましい。また、上限電圧の上限は、特に限定されないが、5.5V以下が好ましい。なお、4.3V以上で使用すると通常は電解液分解が起こったり、酸が発生したり、正極材からの金属溶出が増えたりするという問題が生じる。その結果、ガス発生、充放電に寄与するリチウム量の減少等につながり、電池特性が低下する。従来品(4.2V以下使用)では上記問題は少なく、実用上は問題ないが、使用電圧をあげるほど条件は厳しくなり、電池特性低下は著しい傾向にある。この点において、本実施形態に係る非水電解液を用いた非水二次電池であれば、上記問題を解消又は抑制することが可能となる。 The non-aqueous secondary battery of this embodiment can also be used in series or in parallel. In addition, from a viewpoint of managing the charge / discharge state of the battery pack, the working voltage range is preferably 2 to 5.5V, and more preferably 2.5 to 5.0V. The upper limit voltage of the nonaqueous secondary battery of the present embodiment is preferably 4.3 V or more from the viewpoints of handling and increasing the capacity. The upper limit of the upper limit voltage is not particularly limited, but is preferably 5.5 V or less. In addition, when used at 4.3 V or higher, problems such as decomposition of the electrolyte, generation of acid, and increase of metal elution from the positive electrode material occur. As a result, the amount of lithium contributing to gas generation and charge / discharge is reduced, and the battery characteristics are deteriorated. In the conventional product (using 4.2 V or less), the above problems are few and there is no problem in practical use. However, the condition becomes severer as the working voltage is increased, and the battery characteristics tend to decrease significantly. In this regard, the above problem can be solved or suppressed with a non-aqueous secondary battery using the non-aqueous electrolyte according to the present embodiment.
以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、非水二次電池の各種特性は下記のようにして測定、評価した。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited to these Examples. Various characteristics of the nonaqueous secondary battery were measured and evaluated as follows.
〔実施例1〜12、比較例1〜6〕
(1)非水電解液の調製
非水電解液を構成する成分を所定量準備し、アルゴン雰囲気下で撹拌することで実施例1〜12、比較例1〜6の電解液を得た。組成を表1に示す。
なお、ジフルオロ塩及び/又はモノフルオロ塩はヘキサフルオロリン酸塩の加水分解反応を用い、電解液中で製造した。
[Examples 1 to 12, Comparative Examples 1 to 6]
(1) Preparation of Nonaqueous Electrolytic Solution A predetermined amount of components constituting the nonaqueous electrolytic solution were prepared and stirred in an argon atmosphere to obtain the electrolytic solutions of Examples 1 to 12 and Comparative Examples 1 to 6. The composition is shown in Table 1.
The difluoro salt and / or monofluoro salt was produced in an electrolytic solution using a hydrolysis reaction of hexafluorophosphate.
(2)リチウムイオン二次電池の作製
(正極αの作製)
正極活物質として数平均粒子径11μmのリチウム、ニッケル、マンガン及びコバルトを含む混合酸化物(LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2)と、下記導電助剤と、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)(クレハ社製)とを、混合酸化物:グラファイト炭素粉末:アセチレンブラック粉末:PVdF=100:4.2:1.8:4.6の質量比で混合した。得られた混合物にN−メチル−2−ピロリドンを固形分68質量%となるように投入してさらに混合して、スラリー状の溶液を調製した。このスラリー状の溶液を厚さ20μmのアルミニウム箔の片面に塗布し、溶剤を乾燥除去した後、ロールプレスで圧延した。圧延後のものを直径16mmの円盤状に打ち抜いて正極(α)を得た。
導電助剤:
数平均粒子径6.5μmのグラファイト炭素粉末(TIMCAL社製、商品名「KS−6」製)
数平均粒子径48nmのアセチレンブラック粉末(電気化学工業社製、商品名「HS−100」)
(2) Production of lithium ion secondary battery (production of positive electrode α)
As a positive electrode active material, a mixed oxide containing lithium, nickel, manganese and cobalt having a number average particle diameter of 11 μm (LiCo 1/3 Ni 1/3 Mn 1/3 O 2 ), the following conductive auxiliary agent, and polyvinylidene fluoride ( PVdF) (manufactured by Kureha) was mixed in a mass ratio of mixed oxide: graphite carbon powder: acetylene black powder: PVdF = 100: 4.2: 1.8: 4.6. To the obtained mixture, N-methyl-2-pyrrolidone was added so as to have a solid content of 68% by mass and further mixed to prepare a slurry-like solution. This slurry-like solution was applied to one side of an aluminum foil having a thickness of 20 μm, and the solvent was dried and removed, followed by rolling with a roll press. The rolled product was punched into a disk shape having a diameter of 16 mm to obtain a positive electrode (α).
Conductive aid:
Graphite carbon powder with a number average particle size of 6.5 μm (manufactured by TIMCAL, trade name “KS-6”)
Acetylene black powder having a number average particle diameter of 48 nm (trade name “HS-100” manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.)
(正極βの作製)
正極活物質として数平均粒子径15μmのリチウムコバルト酸(LiCoO2)と、導電助剤として数平均粒子径3μmのグラファイト炭素粉末(TIMCAL社製、商品名「KS−6」製)と、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン(PVdF)(クレハ社製、商品名「L#7208」)とを85:10:5の質量比で混合した。得られた混合物にN−メチル−2−ピロリドンを固形分60質量%となるように投入して更に混合して、スラリー状の溶液を調製した。このスラリー状の溶液を厚さ20μmのアルミニウム箔の片面に塗布し、溶剤を乾燥除去した後、ロールプレスで圧延した。圧延後のものを直径16mmの円盤状に打ち抜いて正極(β)を得た。
(Preparation of positive electrode β)
Lithium cobalt acid (LiCoO 2 ) having a number average particle diameter of 15 μm as a positive electrode active material, graphite carbon powder (manufactured by TIMCAL, trade name “KS-6”) having a number average particle diameter of 3 μm as a conductive additive, and a binder Polyvinylidene fluoride (PVdF) (trade name “L # 7208” manufactured by Kureha Co., Ltd.) was mixed at a mass ratio of 85: 10: 5. N-methyl-2-pyrrolidone was added to the obtained mixture so as to have a solid content of 60% by mass and further mixed to prepare a slurry solution. This slurry-like solution was applied to one side of an aluminum foil having a thickness of 20 μm, and the solvent was dried and removed, followed by rolling with a roll press. The rolled product was punched into a disk shape having a diameter of 16 mm to obtain a positive electrode (β).
(正極γの作製)
<正極活物質の合成>
(LiNi0.5Mn1.5O4の合成例)
遷移金属元素のモル比として1:3の割合となる量の硫酸ニッケルと硫酸マンガンとを水に溶解し、金属イオン濃度の総和が2mol/Lになるようにニッケル−マンガン混合水溶液を調製した。次いで、このニッケル−マンガン混合水溶液を、70℃に加温した濃度2mol/Lの炭酸ナトリウム水溶液3000mL中に、12.5mL/minの添加速度で120分間滴下した。なお、滴下中は、攪拌の下、200mL/minの流量の空気を水溶液中にバブリングしながら吹き込んだ。これにより、析出物質が発生し、得られた析出物質を蒸留水で十分洗浄し、乾燥して、ニッケルマンガン化合物を得た。得られたニッケルマンガン化合物と粒径2μmの炭酸リチウムとを、リチウム:ニッケル:マンガンのモル比が1:0.5:1.5になるように秤量し、1時間乾式混合した後、得られた混合物を酸素雰囲気下において1000℃で5時間焼成し、LiNi0.5Mn1.5O4で表される正極活物質を得た。
(Preparation of positive electrode γ)
<Synthesis of positive electrode active material>
(Synthesis example of LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 )
Nickel sulfate and manganese sulfate in an amount of 1: 3 as the molar ratio of the transition metal element were dissolved in water to prepare a nickel-manganese mixed aqueous solution so that the total metal ion concentration was 2 mol / L. Subsequently, this nickel-manganese mixed aqueous solution was dropped into 3000 mL of a 2 mol / L sodium carbonate aqueous solution heated to 70 ° C. at an addition rate of 12.5 mL / min for 120 minutes. During dropping, air with a flow rate of 200 mL / min was bubbled into the aqueous solution while stirring. Thereby, a precipitated substance was generated, and the obtained precipitated substance was sufficiently washed with distilled water and dried to obtain a nickel manganese compound. The obtained nickel-manganese compound and lithium carbonate having a particle size of 2 μm were weighed so that the molar ratio of lithium: nickel: manganese was 1: 0.5: 1.5, and obtained after dry-mixing for 1 hour. The obtained mixture was fired at 1000 ° C. for 5 hours in an oxygen atmosphere to obtain a positive electrode active material represented by LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 .
上述のようにして得られた正極活物質と、導電助剤としてグラファイトの粉末(TIM
CAL社製、商品名「KS−6」)とアセチレンブラックの粉末(電気化学工業社製、商品名「HS−100」)と、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン溶液(クレハ社製、商品名「L#7208」)とを、固形分比で80:5:5:10の質量比で混合した。得られた混合物に、分散溶媒としてN−メチル−2−ピロリドンを固形分35質量%となるように投入して更に混合して、スラリー状の溶液を調製した。このスラリー状の溶液を厚さ20μmのアルミニウム箔の片面に塗布し、溶剤を乾燥除去した後、ロールプレスで圧延した。圧延後のものを3cm×4cmの長方形状に打ち抜いて正極(γ)を得た。
The positive electrode active material obtained as described above and graphite powder (TIM as a conductive auxiliary agent)
CAL, trade name “KS-6”) and acetylene black powder (trade name “HS-100”, manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.) and a polyvinylidene fluoride solution (trade name “L #”, manufactured by Kureha Co., Ltd.) as a binder. 7208 ") at a mass ratio of 80: 5: 5: 10 in terms of solid content. To the obtained mixture, N-methyl-2-pyrrolidone as a dispersion solvent was added so as to have a solid content of 35% by mass and further mixed to prepare a slurry solution. This slurry-like solution was applied to one side of an aluminum foil having a thickness of 20 μm, and the solvent was dried and removed, followed by rolling with a roll press. The rolled product was punched into a 3 cm × 4 cm rectangular shape to obtain a positive electrode (γ).
(負極の作製)
下記負極活物質と、下記バインダーとを、グラファイト炭素粉末(I):グラファイト炭素粉末(II):カルボキシメチルセルロース溶液:ジエン系ゴム=90:10:1.44:1.76の固形分質量比で全体の固形分濃度が45質量%になるように混合して、スラリー状の溶液を調製した。このスラリー状の溶液を厚さ10μmの銅箔の片面に塗布し、溶剤を乾燥除去した後、ロールプレスで圧延した。圧延後のもの直径16mmの円盤状に打ち抜いて負極(負極1)及び3cm×4cmの長方形状(負極2)をそれぞれ得た。
(負極原料)
負極活物質:
数平均粒子径12.7μmのグラファイト炭素粉末(I)(大阪ガスケミカル社製)
数平均粒子径6.5μmのグラファイト炭素粉末(II)(昭和電工社製)
バインダー:
カルボキシメチルセルロース溶液(固形分濃度1.83質量%)
ジエン系ゴム(ガラス転移温度:−5℃、乾燥時の数平均粒子径:120nm、分散媒:水、固形分濃度40質量%)
(Preparation of negative electrode)
The following negative electrode active material and the following binder are mixed at a solid mass ratio of graphite carbon powder (I): graphite carbon powder (II): carboxymethyl cellulose solution: diene rubber = 90: 10: 1.44: 1.76. A slurry-like solution was prepared by mixing so that the total solid concentration was 45% by mass. The slurry solution was applied to one side of a 10 μm thick copper foil, and the solvent was removed by drying, followed by rolling with a roll press. After rolling, it was punched into a disk shape having a diameter of 16 mm to obtain a negative electrode (negative electrode 1) and a 3 cm × 4 cm rectangular shape (negative electrode 2).
(Anode raw material)
Negative electrode active material:
Graphite carbon powder (I) with a number average particle diameter of 12.7 μm (Osaka Gas Chemical Co., Ltd.)
Graphite carbon powder (II) having a number average particle size of 6.5 μm (Showa Denko)
binder:
Carboxymethylcellulose solution (solids concentration 1.83% by mass)
Diene rubber (glass transition temperature: −5 ° C., number average particle size upon drying: 120 nm, dispersion medium: water, solid content concentration 40% by mass)
(リチウムイオン二次電池の製造例1)
上述のようにして作製した正極α又は正極βと負極1とをポリエチレンからなるセパレータ(膜厚25μm、空孔率50%、孔径0.1μm〜1μm)の両側に重ね合わせた積層体を、SUS製の円盤型電池ケースに挿入した。次いで、その電池ケース内に電解液を0.4mL注入し、積層体を電解液に浸漬した後、電池ケースを密閉してリチウムイオン二次電池(小型電池)を作製した。これを25℃に設定した恒温槽で24時間保持し、積層体に非水電解液を十分馴染ませ、1C=6.0mAとなるように作製した。作製した電池は充放電装置(アスカ電子(株)製、商品名「ACD−01」)に接続し、0.2Cの定電流−定電圧で8時間充電し、0.3Cの定電流で3.0Vまで放電することで初期コンディショニングを行って完成させた。
なお、充電電圧は正極αを用いた際は4.35Vまで、正極βを用いた際には4.55Vまで行った。
(Production example 1 of lithium ion secondary battery)
A laminate in which the positive electrode α or the positive electrode β and the negative electrode 1 manufactured as described above are laminated on both sides of a polyethylene separator (film thickness: 25 μm, porosity: 50%, pore diameter: 0.1 μm to 1 μm) It was inserted into a disk type battery case. Next, 0.4 mL of the electrolytic solution was injected into the battery case, and the laminate was immersed in the electrolytic solution. Then, the battery case was sealed to produce a lithium ion secondary battery (small battery). This was kept for 24 hours in a thermostatic bath set at 25 ° C., and the non-aqueous electrolyte was sufficiently adapted to the laminate, and produced so that 1 C = 6.0 mA. The produced battery was connected to a charge / discharge device (trade name “ACD-01” manufactured by Asuka Electronics Co., Ltd.), charged for 8 hours at a constant current of 0.2 C-constant voltage, and 3 at a constant current of 0.3 C. It was completed by initial conditioning by discharging to 0.0V.
The charging voltage was up to 4.35 V when the positive electrode α was used, and up to 4.55 V when the positive electrode β was used.
(リチウムイオン二次電池の製造例2)
上述のようにして作製した正極γと負極2とに電極タブを溶接し、セパレータにはポリエチレン製(膜厚25μm、空孔率50%、孔径0.1μm〜1μm)の微多孔膜を用いて、電極とセパレータの積層体を作製した。次いで、該積層体をアルミニウムと樹脂の積層体で構成される外装体で挟み、3片を熱シールしてラミネート型の電池とした。次いで、その電池ケース内に電解液を0.5mL注入し、積層体を電解液に浸漬した後、電池ケースを密閉してリチウムイオン二次電池(小型電池)を作製した。これを25℃に設定した恒温槽で24時間保持し、積層体に非水電解液を十分馴染ませ、1C=20.0mAとなるように作製した。作製した電池は充放電装置(アスカ電子(株)製、商品名「ACD−01」)に接続し、0.1Cの定電流−定電圧で4.8Vまで8時間充電し、0.3Cの定電流で3.0Vまで放電することで初期コンディショニングを行って完成させた。
(Production example 2 of a lithium ion secondary battery)
An electrode tab is welded to the positive electrode γ and the negative electrode 2 produced as described above, and a microporous membrane made of polyethylene (film thickness 25 μm, porosity 50%, pore diameter 0.1 μm to 1 μm) is used as the separator. A laminate of electrodes and separators was prepared. Next, the laminate was sandwiched between exterior bodies composed of a laminate of aluminum and resin, and the three pieces were heat-sealed to obtain a laminate type battery. Next, 0.5 mL of the electrolyte solution was injected into the battery case and the laminate was immersed in the electrolyte solution, and then the battery case was sealed to produce a lithium ion secondary battery (small battery). This was kept for 24 hours in a thermostatic bath set at 25 ° C., and the non-aqueous electrolyte solution was sufficiently adapted to the laminate, and produced so that 1C = 20.0 mA. The produced battery was connected to a charging / discharging device (trade name “ACD-01” manufactured by Asuka Electronics Co., Ltd.), charged to 4.8 V for 8 hours at a constant current-constant voltage of 0.1 C, and charged with 0.3 C. It was completed by performing initial conditioning by discharging to 3.0 V at a constant current.
(3)評価
上述のようにして得られた電解液を用いて以下の電池評価を行った。これらの評価は、アスカ電子(株)製充放電装置ACD−01(商品名)及び二葉科学社製恒温槽PLM−63S(商品名)を用いて行った。
(3) Evaluation The following battery evaluation was performed using the electrolytic solution obtained as described above. These evaluations were performed using a charge / discharge device ACD-01 (trade name) manufactured by Asuka Electronics Co., Ltd. and a thermostat PLM-63S (trade name) manufactured by Futaba Kagaku Co., Ltd.
〔放電容量測定〕
6.0mAの定電流で充電し、4.35Vに到達した後、4.35Vの定電圧で充電し、合計8時間充電を行った。その後、定電流で3.0Vまで放電したときの放電容量を求めた。放電電流は6mAと18mAと30mAの条件で行った。なお、この測定は25℃の環境下で行った。表2に結果を示す。本試験においては正極αを用い、正極αを用いた際の初期コンディショニングを行ってから所定の試験を行った。
(Discharge capacity measurement)
After charging with a constant current of 6.0 mA and reaching 4.35 V, charging was performed with a constant voltage of 4.35 V, and charging was performed for a total of 8 hours. Then, the discharge capacity when discharging to 3.0 V with a constant current was determined. The discharge current was performed under conditions of 6 mA, 18 mA, and 30 mA. This measurement was performed in an environment of 25 ° C. Table 2 shows the results. In this test, the positive electrode α was used, and a predetermined test was performed after initial conditioning when the positive electrode α was used.
〔高温サイクル試験1〕
6.0mAの定電流で充電し、4.35Vに到達した後、4.35Vの定電圧で充電し、合計8時間充電を行った。その後、6.0mAの定電流で3.0Vまで放電し、ここまでを1サイクルの充放電サイクルとした。この充放電サイクルを50℃で90サイクル実施し、2サイクル目に対する90サイクル目の放電容量の値を放電容量維持率(A)として算出した。この測定は50℃の環境下で行った。表2に結果を示す。本試験においては正極αを用い、正極αを用いた際の初期コンディショニングを行ってから所定の試験を行った。
[High temperature cycle test 1]
After charging with a constant current of 6.0 mA and reaching 4.35 V, charging was performed with a constant voltage of 4.35 V, and charging was performed for a total of 8 hours. Then, it discharged to 3.0V with the constant current of 6.0mA, and let it be 1 cycle charging / discharging cycle. This charge / discharge cycle was performed 90 cycles at 50 ° C., and the value of the discharge capacity at the 90th cycle relative to the second cycle was calculated as the discharge capacity retention rate (A). This measurement was performed in an environment of 50 ° C. Table 2 shows the results. In this test, the positive electrode α was used, and a predetermined test was performed after initial conditioning when the positive electrode α was used.
〔高温サイクル試験2〕
6.0mAの定電流で充電し、4.5Vに到達した後、4.5Vの定電圧で充電し、合計8時間充電を行った。その後、6.0mAの定電流で3.0Vまで放電し、ここまでを1サイクルの充放電サイクルとした。この充放電サイクルを50℃で70サイクル実施し、2サイクル目に対する70サイクル目の放電容量の値を放電容量維持率(B)として算出した。この測定は50℃の環境下で行った。表2に結果を示す。本試験においては正極βを用い、正極βを用いた際の初期コンディショニングを行ってから所定の試験を行った。
[High temperature cycle test 2]
After charging with a constant current of 6.0 mA and reaching 4.5 V, charging was performed with a constant voltage of 4.5 V, and charging was performed for a total of 8 hours. Then, it discharged to 3.0V with the constant current of 6.0mA, and let it be 1 cycle charging / discharging cycle. This charge / discharge cycle was performed at 50 ° C. for 70 cycles, and the value of the discharge capacity at the 70th cycle relative to the second cycle was calculated as the discharge capacity retention rate (B). This measurement was performed in an environment of 50 ° C. Table 2 shows the results. In this test, the positive electrode β was used, and a predetermined test was performed after initial conditioning when the positive electrode β was used.
〔高温保存試験〕
2.0mAの定電流で充電し、4.7Vに到達した後、4.7Vの定電圧で充電し、合計8時間充電を行った。その後、3.0mAの定電流で3.0Vまでの放電を行った。続いて6.0mAの定電流で充電し、4.7Vの定電圧に達した後、4.7Vの定電圧で充電し、合計8時間充電を行い、充電が終了した後に充電状態の電池を満充電状態を保持しながら50℃で10日間保管(フロート)した。保持前後のリチウムイオン二次電池について、アルキメデス法を用いて電池内のガス量を測定し、満充電保持時の発生ガス量を求めた。この測定は50℃の環境下で行った。表2に結果を示す。本試験においては正極γを用い、正極γを用いた際の初期コンディショニングを行ってから所定の試験を行った。
[High temperature storage test]
The battery was charged with a constant current of 2.0 mA and reached 4.7 V, and then charged with a constant voltage of 4.7 V, and charged for a total of 8 hours. Thereafter, discharging was performed up to 3.0 V with a constant current of 3.0 mA. Subsequently, the battery is charged at a constant current of 6.0 mA, reaches a constant voltage of 4.7 V, is charged at a constant voltage of 4.7 V, and is charged for a total of 8 hours. It was stored (float) at 50 ° C. for 10 days while maintaining a fully charged state. About the lithium ion secondary battery before and behind holding | maintenance, the gas amount in a battery was measured using the Archimedes method, and the amount of generated gas at the time of a full charge holding | maintenance was calculated | required. This measurement was performed in an environment of 50 ° C. Table 2 shows the results. In this test, a positive electrode γ was used, and a predetermined test was performed after initial conditioning when the positive electrode γ was used.
以上のように、本発明の非水電解質であれば、非水二次電池用の電解液として電池反応とは無関係の化学反応を抑制でき、耐久性と耐電圧性能とを共に有する非水二次電池を実現できることが示された。また、4.2Vを上回る高電圧駆動のリチウムイオン二次電池であって、耐久性に優れる非水電解液及び該非水電解液を含むリチウムイオン二次電池を実現できることが示された。 As described above, the nonaqueous electrolyte of the present invention can suppress a chemical reaction unrelated to the battery reaction as an electrolyte for a nonaqueous secondary battery and has both durability and withstand voltage performance. It was shown that a secondary battery can be realized. It was also shown that a lithium ion secondary battery driven at a high voltage exceeding 4.2 V, which is excellent in durability, and a lithium ion secondary battery including the nonaqueous electrolyte can be realized.
本発明の非水電解液は、電気化学デバイス用の電解液、特に、リチウムイオン二次電池用の電解液として産業上の利用可能性を有する。 The nonaqueous electrolytic solution of the present invention has industrial applicability as an electrolytic solution for electrochemical devices, particularly as an electrolytic solution for lithium ion secondary batteries.
Claims (13)
リチウム塩と、
非水溶媒と、
(1)硝酸塩又は亜硝酸塩、(2)リンに1個以上のハロゲン原子又はハロゲン化アルキルが結合している塩、及び(3)炭素数が1〜5のカルボン酸塩からなる群より選ばれる一種以上の塩と、
フッ酸及びアルコールからなる群より選ばれる一種以上と、
を含む、非水電解液。 A silicon-containing compound in which one or more hydrogen atoms of one or more compounds selected from the group consisting of inorganic acids, organic acids, acid amides, and amines are substituted with silicon-containing functional groups;
Lithium salt,
A non-aqueous solvent;
(1) Nitrate or nitrite, (2) a salt in which one or more halogen atoms or alkyl halide is bonded to phosphorus, and (3) a carboxylate having 1 to 5 carbon atoms. One or more salts,
One or more selected from the group consisting of hydrofluoric acid and alcohol;
A non-aqueous electrolyte.
正極と、
負極と、
を備え、
前記正極は、リチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な、一種以上の正極活物質を含有し、
前記負極は、リチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な材料及び金属リチウムからなる群より選ばれる一種以上の負極活物質を含有する、
リチウムイオン二次電池。 The nonaqueous electrolytic solution according to any one of claims 1 to 7, or the electrolytic solution for a lithium ion secondary battery according to claim 8,
A positive electrode;
A negative electrode,
With
The positive electrode contains one or more positive electrode active materials capable of inserting and extracting lithium ions,
The negative electrode contains one or more negative electrode active materials selected from the group consisting of a material capable of inserting and extracting lithium ions and metallic lithium,
Lithium ion secondary battery.
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