JP2003092135A - Electrolyte for lithium secondary battery and lithium secondary battery - Google Patents

Electrolyte for lithium secondary battery and lithium secondary battery

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JP2003092135A
JP2003092135A JP2001284378A JP2001284378A JP2003092135A JP 2003092135 A JP2003092135 A JP 2003092135A JP 2001284378 A JP2001284378 A JP 2001284378A JP 2001284378 A JP2001284378 A JP 2001284378A JP 2003092135 A JP2003092135 A JP 2003092135A
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secondary battery
lithium
lithium secondary
mol
room temperature
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JP2001284378A
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Keiko Eto
恵子 江藤
Futoshi Matsumoto
太 松本
Nobuyuki Koura
延幸 小浦
Asao Kominato
あさを 小湊
Shigeki Yasukawa
栄起 安川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Chemical Corp
Original Assignee
Mitsubishi Chemical Corp
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrolyte for a lithium secondary battery using a room temperature type high-safety molten salt with high cycle characteristics, and having a noncombustible property, suitable for a negative electrode containing a carbon material capable of absorbing/releasing lithium. SOLUTION: This electrolyte for the lithium secondary battery using the combination of a positive electrode capable of absorbing/releasing lithium and a negative electrode containing the carbon material contains room temperature type molten salt comprising (1) either a quaternary imidazolium cation represented by general formula (I) or quaternary pyridinium cation represented by general formula (II) (in the formula, R1 , R3 independently represent a 1-6C alkyl, R2 , R4 , R5 independently represent a 1-6C alkyl, and R6 represents a 1-10C alkyl.) and a halogenated aluminum anion, and (2) a lithium salt, and (3) thionly chloride of 0.02 mol/l-0.15 mol/l.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、リチウムの吸蔵・
放出が可能な正極、及びリチウムの吸蔵・放出が可能な
炭素質物を含む負極を備えたリチウム二次電池に適する
リチウム二次電池用電解液、及びこれらの電解液を用い
たリチウム二次電池に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to storage of lithium
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a lithium secondary battery electrolytic solution suitable for a lithium secondary battery including a positive electrode capable of releasing and a negative electrode containing a carbonaceous material capable of absorbing and releasing lithium, and a lithium secondary battery using these electrolytic solutions. .

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、有機溶媒電解液を用いたリチウム
二次電池が高エネルギー密度の電源として広く用いられ
ている。この有機溶媒電解液は、炭酸エチレン、炭酸プ
ロピレン、ブチロラクトン等の高誘電率溶媒と、炭酸ジ
メチル、炭酸エチルメチル、炭酸ジエチル、1,2−ジ
メトキシエタン等の低粘性溶媒とを混合した溶媒に、リ
チウム塩を溶解したものが用いられている。
2. Description of the Related Art In recent years, a lithium secondary battery using an organic solvent electrolyte has been widely used as a power source with high energy density. This organic solvent electrolyte is a solvent prepared by mixing a high dielectric constant solvent such as ethylene carbonate, propylene carbonate and butyrolactone with a low viscosity solvent such as dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, diethyl carbonate and 1,2-dimethoxyethane. A solution in which a lithium salt is dissolved is used.

【0003】しかし、このような有機溶媒は引火性の高
い可燃性溶媒であり、電池内部の圧力上昇又は電池の機
械的破壊により電解液が漏洩した場合、引火燃焼する危
険性がある。
However, such an organic solvent is a flammable solvent having high flammability, and there is a risk of flammable combustion when the electrolyte leaks due to a pressure increase in the battery or mechanical breakdown of the battery.

【0004】一方、ハロゲン化アルミニウム系常温型溶
融塩は、広い温度範囲で蒸気圧を有せず引火性のない、
また広い電位窓、高導電率を持つイオン性液体として知
られている(J. Electrochem. Soc., 141, L73 (199
4))。
On the other hand, the aluminum halide type room temperature molten salt has no vapor pressure and has no flammability in a wide temperature range.
It is also known as an ionic liquid with a wide potential window and high conductivity (J. Electrochem. Soc., 141, L73 (199
Four)).

【0005】これらの常温型溶融塩にリチウム塩を溶解
し、リチウム二次電池用電解液として使用する技術が提
案されており(特開平3−225775号公報、特開平
4−349365号公報及び米国特許第5,552,2
38号)、常温型溶融塩のカチオン成分として、イミダ
ゾリウムカチオン及びピリジニウムカチオンの使用が挙
げられている。しかし、負極にリチウムの吸蔵・放出が
可能な炭素質物を用いると、リチウムのインターカレー
ション(挿入反応)以前に、イミダゾリウムカチオン又
はピリジニウムカチオンの炭素内への挿入・脱離反応が
起こり、リチウムのインターカレーションを阻害するた
め、電池容量が得られず、またサイクルを重ねると炭素
層の剥離等が負極を破壊してしまうことが、一方で報告
されており(J. Appl.Elecrochem.,. 26, 1147(199
6))、実用化には問題があった。
A technique has been proposed in which a lithium salt is dissolved in these room temperature molten salts and used as an electrolytic solution for a lithium secondary battery (JP-A-3-225775, JP-A-4-349365 and US Pat. Patent No. 5,552,2
No. 38), the use of imidazolium cations and pyridinium cations is mentioned as the cation component of the room temperature molten salt. However, when a carbonaceous material capable of inserting and extracting lithium is used for the negative electrode, an insertion / desorption reaction of imidazolium cation or pyridinium cation into the carbon occurs before lithium intercalation (insertion reaction), and On the other hand, it has been reported that the battery capacity cannot be obtained because of interfering with the intercalation of the above, and that the carbon layer peels off the negative electrode after repeated cycles (J. Appl. Elecrochem., .26, 1147 (199
6)), but there was a problem in practical application.

【0006】さらに、リチウム金属を負極として用いた
リチウム二次電池に、これらの常温型溶融塩にリチウム
塩を溶解し、さらに特定量の塩化チオニルを添加したリ
チウム二次電池用電解液を使用する技術が提案されてい
る(特開2000−82493号公報)。この技術は、
リチウム還元電位より貴な電位にあるイミダゾリウムカ
チオン又はピリジニウムカチオンが、電極におけるリチ
ウム金属の析出、溶解反応を阻害すること(J. Electro
chem. Soc., 140, 1606 (1993))を、特定量の塩化チオ
ニルを添加することにより、解決を図るものである。こ
れは、塩化チオニルがリチウム金属負極と反応すること
により界面に被膜を生成し、それがイミダゾリウムカチ
オンやピリジニウムカチオンの還元反応を抑制するため
と考えられる。しかし、同様の電解液を負極活物質とし
て炭素質物を含む負極と組み合わせて用いた場合、負極
では塩化チオニルの還元分解反応が起こるため、電池特
性に劣るという問題があった。
Further, in a lithium secondary battery using lithium metal as a negative electrode, an electrolyte solution for a lithium secondary battery, in which a lithium salt is dissolved in a room temperature molten salt and a specific amount of thionyl chloride is further added, is used. A technique has been proposed (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-82493). This technology
An imidazolium cation or a pyridinium cation at a potential nobler than the lithium reduction potential inhibits the deposition and dissolution reaction of lithium metal at the electrode (J. Electro
chem. Soc., 140, 1606 (1993)) by adding a specific amount of thionyl chloride. It is considered that this is because thionyl chloride reacts with the lithium metal negative electrode to form a film at the interface, which suppresses the reduction reaction of the imidazolium cation and the pyridinium cation. However, when the same electrolytic solution was used in combination with a negative electrode containing a carbonaceous material as a negative electrode active material, the reductive decomposition reaction of thionyl chloride took place in the negative electrode, resulting in poor battery characteristics.

【0007】ここで、リチウム二次電池の負極として
は、リチウム金属は融点180℃の反応活性の高い金属
であり、リチウム二次電池に異常が起こった際には危険
性が高く、またサイクル特性に劣るのに対し、炭素質物
はそのような危険性も少なく、サイクル特性にも優れる
ことが知られている。そのため、炭素質物を含む負極と
の組み合わせに使用する、常温型溶融塩を用いたリチウ
ム二次電池用電解液が期待されていた。
Here, as the negative electrode of the lithium secondary battery, lithium metal is a metal having a high melting point of 180 ° C. and high reaction activity, and is highly dangerous when an abnormality occurs in the lithium secondary battery, and also has cycle characteristics. However, it is known that the carbonaceous material has less such a risk and is excellent in cycle characteristics. Therefore, an electrolytic solution for a lithium secondary battery using a room temperature molten salt, which is used in combination with a negative electrode containing a carbonaceous material, has been expected.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、リチ
ウムの吸蔵・放出が可能な正極、及びリチウムの吸蔵・
放出が可能な炭素質物を含む負極を備えたリチウム二次
電池に最適な不燃性の電解液を提供することである。ま
た、本発明の目的は、これらの電解液を用いて、安全
性、信頼性を向上し得る、放電容量及びサイクル特性に
優れたリチウム二次電池を提供することである。
DISCLOSURE OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a positive electrode capable of occluding / releasing lithium, and occluding / occluding lithium.
An object of the present invention is to provide a nonflammable electrolytic solution that is most suitable for a lithium secondary battery provided with a negative electrode containing a carbonaceous material that can be released. Another object of the present invention is to provide a lithium secondary battery using these electrolytes, which can improve safety and reliability and which is excellent in discharge capacity and cycle characteristics.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明者等は検討を重
ね、特定の組み合わせからなる常温型溶融塩に特定量の
塩化チオニルを配合することにより、リチウムの吸蔵・
放出が可能な炭素質物を含む負極に適する、不燃性の電
解液が得られることを見出した。
Means for Solving the Problems The inventors of the present invention have conducted extensive studies and, by adding a specific amount of thionyl chloride to a room temperature molten salt composed of a specific combination, to absorb lithium
It was found that a nonflammable electrolytic solution suitable for a negative electrode containing a carbonaceous material that can be released can be obtained.

【0010】すなわち、本発明は、リチウムの吸蔵・放
出が可能な正極及び炭素質物を含む負極と組み合わせて
使用するリチウム二次電池用電解液であって、リチウム
二次電池用電解液が、(1)一般式(I):
That is, the present invention provides an electrolyte solution for a lithium secondary battery, which is used in combination with a positive electrode capable of inserting and extracting lithium and a negative electrode containing a carbonaceous material, wherein the electrolyte solution for a lithium secondary battery is ( 1) General formula (I):

【0011】[0011]

【化3】 [Chemical 3]

【0012】(式中、R1及びR3は、それぞれ独立し
て、炭素数1〜6のアルキル基であり、R2は水素原子
又は炭素数1〜6のアルキル基である)で示される四級
化イミダゾリウムカチオン、又は一般式(II):
(In the formula, R 1 and R 3 are each independently an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and R 2 is a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms). Quaternized imidazolium cation or general formula (II):

【0013】[0013]

【化4】 [Chemical 4]

【0014】(式中、R4及びR5は、それぞれ独立し
て、水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基であり、R
6は炭素数1〜10のアルキル基である)で示される四
級化ピリジニウムカチオンのいずれかのカチオンと、ハ
ロゲン化アルミニウムアニオンからなる常温型溶融塩
と、(2)リチウム塩と、(3)該リチウム塩が溶解し
た該常温型溶融塩に基づいて0.02mol/l〜0.15
mol/lの塩化チオニルと、を含むことを特徴とするリチ
ウム二次電池用電解液である。
(In the formula, R 4 and R 5 are each independently a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms;
6 is an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms), a room temperature molten salt comprising any one of quaternized pyridinium cations represented by the formula (1), an aluminum halide anion, (2) a lithium salt, and (3) 0.02 mol / l to 0.15 based on the room temperature molten salt in which the lithium salt is dissolved
An electrolyte solution for a lithium secondary battery, characterized by containing mol / l of thionyl chloride.

【0015】また、本発明は、リチウムの吸蔵・放出が
可能な正極及び炭素質物を含む負極と、上記のリチウム
二次電池用電解液とを備えたリチウム二次電池である。
Further, the present invention is a lithium secondary battery comprising a positive electrode capable of inserting and extracting lithium and a negative electrode containing a carbonaceous material, and the above-mentioned electrolytic solution for lithium secondary battery.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下本発明を詳細に説明する。本
発明の電解液に使用される常温型溶融塩のカチオンは、
一般式(I):
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described in detail below. Cation of the room temperature molten salt used in the electrolytic solution of the present invention,
General formula (I):

【0017】[0017]

【化5】 [Chemical 5]

【0018】(式中、R1及びR3は、それぞれ独立し
て、炭素数1〜6のアルキル基であり、R2は水素原子
又は炭素数1〜6のアルキル基である)で示される四級
化イミダゾリウムカチオン又は一般式(II):
(In the formula, R 1 and R 3 are each independently an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and R 2 is a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms). Quaternized imidazolium cation or general formula (II):

【0019】[0019]

【化6】 [Chemical 6]

【0020】(式中、R4及びR5は、それぞれ独立し
て、水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基であり、R
6は炭素数1〜10のアルキル基である)で示される四
級化ピリジニウムカチオンである。
(In the formula, R 4 and R 5 are each independently a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms;
6 is an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms) is a quaternized pyridinium cation.

【0021】式中、R1、R2、R3、R4及びR5は、ア
ルキル基の場合、直鎖状又は分岐状であってよく、具体
的には、メチル、エチル基、i−プロピル基、t−ブチ
ル基、n−ヘキシル基等が挙げられる。R6も同様に、
直鎖状又は分岐状であってよい。R1〜R3又はR4〜R6
は、同じでも、異なるアルキル基であってもよい。
In the formula, when R 1 , R 2 , R 3 , R 4 and R 5 are alkyl groups, they may be linear or branched, specifically, methyl, ethyl group, i- Propyl group, t-butyl group, n-hexyl group and the like can be mentioned. Similarly for R 6 ,
It may be linear or branched. R 1 to R 3 or R 4 to R 6
May be the same or different alkyl groups.

【0022】一般式(I)で示される四級化イミダゾリ
ウムカチオンは、R1、R2、R3の合計炭素数が2〜8
のものが好ましく、具体的には、例えば、1,3−ジメ
チルイミダゾリウム、1−エチル−3−メチルイミダゾ
リウム、1−n−ブチル−3−メチルイミダゾリウム、
1,2,3−トリメチルイミダゾリウム、1,2−ジメ
チル−3−エチルイミダゾリウム、1−ブチル−2,3
−ジメチルイミダゾリウム等のカチオンが挙げられる。
また一般式(II)で示される四級化ピリジニウムカチオ
ンは、R4、R5、R6の合計炭素数が2〜10のものが
好ましく、具体的には、例えば、N−エチルピリジニウ
ム、N−n−ブチルピリジニウム、N−i−ブチルピリ
ジニウム、N−n−プロピルピリジニウム、1−エチル
−2−メチルピリジニウム、1−n−ヘキシル−2−メ
チルピリジニウム、1−n−ブチル−4−メチルピリジ
ニウム、1−n−ブチル−2,4−ジメチルピリジニウ
ム等のカチオンが挙げられる。
The quaternized imidazolium cation represented by the general formula (I) has a total carbon number of R 1 , R 2 and R 3 of 2 to 8.
Are preferred, and specifically, for example, 1,3-dimethylimidazolium, 1-ethyl-3-methylimidazolium, 1-n-butyl-3-methylimidazolium,
1,2,3-Trimethylimidazolium, 1,2-dimethyl-3-ethylimidazolium, 1-butyl-2,3
-Cation such as dimethylimidazolium.
The quaternized pyridinium cation represented by the general formula (II) preferably has a total carbon number of R 4 , R 5 and R 6 of 2 to 10, and specific examples thereof include N-ethylpyridinium and N. -N-butylpyridinium, Ni-butylpyridinium, Nn-propylpyridinium, 1-ethyl-2-methylpyridinium, 1-n-hexyl-2-methylpyridinium, 1-n-butyl-4-methylpyridinium , 1-n-butyl-2,4-dimethylpyridinium and the like.

【0023】これらカチオンと結合して常温型溶融塩を
形成するハロゲン化アルミニウムアニオンとしては、具
体的には、例えば、テトラクロロアルミネートイオン
(AlCl4 -)、テトラブロモアルミネートイオン(A
lBr4 -)等が挙げられる。テトラクロロアルミネート
イオンが好ましい。
Specific examples of the aluminum halide anion that forms a room temperature molten salt by combining with these cations include, for example, tetrachloroaluminate ion (AlCl 4 ) and tetrabromoaluminate ion (A
LBR 4 -), and the like. The tetrachloroaluminate ion is preferred.

【0024】本発明において、常温型溶融塩に溶解して
用いるリチウム塩としては、LiCl、LiBr、又
は、LiAlCl4、LiAlBr4等が挙げられる。リ
チウム塩は常温型溶融塩に対して飽和しており、かつ、
その濃度が常温型溶融塩中10mol%〜33mol%の量で
用いられることが好ましい。リチウム塩が飽和している
と、電解液組成が安定であり、また、その濃度が上記の
範囲にあると、適正な電池電圧を得られるからである。
In the present invention, LiCl, LiBr, LiAlCl 4 , LiAlBr 4 or the like can be used as the lithium salt dissolved in the room temperature molten salt. The lithium salt is saturated with respect to the room temperature molten salt, and
The concentration is preferably used in an amount of 10 mol% to 33 mol% in the room temperature molten salt. This is because when the lithium salt is saturated, the composition of the electrolytic solution is stable, and when the concentration is within the above range, an appropriate battery voltage can be obtained.

【0025】本発明の電解液に使用される塩化チオニル
は、リチウム塩が溶解した常温型溶融塩に基づいて、
0.02mol/l〜0.15mol/lの範囲で配合される。
配合量がこの範囲にあると、イミダゾリウムカチオン又
はピリジニウムカチオンの還元反応が抑制され、電池容
量が得られるとともに、過剰な塩化チオニルの酸化還元
反応による電池特性の悪化も避けることが可能である。
塩化チオニルの配合量は、好ましくは0.05mol/l〜
0.15mol/l、より好ましくは0.08mol/l〜0.
12mol/lである。
The thionyl chloride used in the electrolytic solution of the present invention is based on a room temperature molten salt in which a lithium salt is dissolved.
It is compounded in the range of 0.02 mol / l to 0.15 mol / l.
When the blending amount is in this range, the reduction reaction of the imidazolium cation or the pyridinium cation is suppressed, the battery capacity is obtained, and the deterioration of the battery characteristics due to the oxidation-reduction reaction of excess thionyl chloride can be avoided.
The content of thionyl chloride is preferably 0.05 mol / l
0.15 mol / l, more preferably 0.08 mol / l-0.
It is 12 mol / l.

【0026】本発明のリチウム二次電池は、上記の電解
液と、負極及び正極とを組み合わせて構成される。
The lithium secondary battery of the present invention is constructed by combining the above electrolyte solution with a negative electrode and a positive electrode.

【0027】電池を構成する負極は、負極活物質とし
て、リチウムの吸蔵・放出が可能な炭素質物を含むもの
である。炭素質物は、具体的には、黒鉛、難黒鉛化性炭
素、非晶質炭素等が挙げられる。これらは単独でも、二
種以上混合して用いてもよい。
The negative electrode constituting the battery contains, as a negative electrode active material, a carbonaceous material capable of inserting and extracting lithium. Specific examples of the carbonaceous material include graphite, non-graphitizable carbon, and amorphous carbon. These may be used alone or in combination of two or more.

【0028】これらの負極活物質を用いて負極を製造す
る方法は、特に限定されず、例えば、負極活物質に、必
要に応じて結着剤、増粘剤、導電材、溶媒等を加えてス
ラリー状とし、集電体の基板に塗布し、乾燥したシート
電極、あるいはプレス成形したペレット電極とすること
ができる。
The method for producing a negative electrode using these negative electrode active materials is not particularly limited, and, for example, a binder, a thickener, a conductive material, a solvent, etc. may be added to the negative electrode active material, if necessary. It can be made into a slurry and applied to the substrate of the current collector and dried to obtain a sheet electrode or a press-formed pellet electrode.

【0029】電池を構成する正極は、正極活物質とし
て、リチウムを吸蔵・放出可能な材料を使用することが
でき、リチウムコバルト酸化物、リチウムニッケル酸化
物、リチウムマンガン酸化物等のリチウム遷移金属複合
酸化物が好ましい。
The positive electrode constituting the battery can use a material capable of occluding and releasing lithium as a positive electrode active material, and a lithium transition metal composite such as lithium cobalt oxide, lithium nickel oxide and lithium manganese oxide. Oxides are preferred.

【0030】正極の製造方法は、特に限定されず、上記
の負極の製造方法に準じて製造することができる。
The method for producing the positive electrode is not particularly limited, and it can be produced according to the above-mentioned method for producing the negative electrode.

【0031】本発明の電池の形状は、特に限定されず、
例えば、シリンダータイプ、コインタイプ等の電池とす
ることができる。シリンダータイプの電池は、シート電
極とした上記の負極及び正極と、ポリオレフィン等を原
料とした多孔性のセパレーターをスパイラル状にし、上
記の電解液を注入した後、封口して製造することができ
る。
The shape of the battery of the present invention is not particularly limited,
For example, a cylinder type battery or a coin type battery can be used. A cylinder type battery can be manufactured by spirally forming the above-mentioned negative electrode and positive electrode as sheet electrodes and a porous separator made of a material such as polyolefin, injecting the above-mentioned electrolytic solution, and then sealing.

【0032】[0032]

【実施例】以下、本発明を実施例により更に具体的に説
明するが、本発明はその要旨を越えない限り、以下の実
施例に制限されるものではない。
EXAMPLES The present invention will now be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to the following examples as long as the gist thereof is not exceeded.

【0033】〔電解液の調製〕塩化アルミニウム(Al
Cl3)60mol%と1−エチル−3−メチルイミダゾリ
ウムクロライド(EMIC)40mol%を混合して溶融
させた後、LiCl20mol%を添加溶解した。反応式
を式〔1〕に示す。
[Preparation of Electrolyte Solution] Aluminum chloride (Al
Cl 3 ) 60 mol% and 1-ethyl-3-methylimidazolium chloride (EMIC) 40 mol% were mixed and melted, and then LiCl 20 mol% was added and dissolved. The reaction formula is shown in formula [1].

【0034】[0034]

【数1】 [Equation 1]

【0035】さらに、塩化チオニル(SOCl2)を
0.05mol/l添加し、電解液1を調製した。
Further, thionyl chloride (SOCl 2 ) was added at 0.05 mol / l to prepare an electrolytic solution 1.

【0036】塩化チオニル(SOCl2)を0.1mol/
lとしたこと以外は、電解液1と同様にして電解液2を
調製した。
Thionyl chloride (SOCl 2 ) 0.1 mol /
Electrolyte solution 2 was prepared in the same manner as electrolyte solution 1 except that the amount was changed to 1.

【0037】EMICの代わりにN−n−ブチルピリジ
ニウムクロライド(BPC)を用いたこと、及び塩化チ
オニル(SOCl2)を0.1mol/lとしたこと以外
は、電解液1と同様にして、電解液3を調製した。
Electrolysis was performed in the same manner as in Electrolyte 1 except that Nn-butylpyridinium chloride (BPC) was used instead of EMIC, and that thionyl chloride (SOCl 2 ) was 0.1 mol / l. Liquid 3 was prepared.

【0038】塩化チオニル(SOCl2)を0.15mol
/lとしたこと以外は、電解液1と同様にして電解液4
を調製した。
0.15 mol of thionyl chloride (SOCl 2 )
Electrolyte solution 4 is the same as electrolyte solution 1 except that
Was prepared.

【0039】さらに、塩化チオニル(SOCl2)を添
加しなかったこと以外は、電解液1と同様にして、比較
電解液1を調製した。また、塩化チオニル(SOC
2)を0.6mol/lとしたこと以外は、電解液1と同
様にして比較電解液2を調製した。
Comparative electrolytic solution 1 was prepared in the same manner as electrolytic solution 1 except that thionyl chloride (SOCl 2 ) was not added. In addition, thionyl chloride (SOC
Comparative electrolytic solution 2 was prepared in the same manner as electrolytic solution 1 except that the l 2 ) was changed to 0.6 mol / l.

【0040】〔サイクリックボルタンメトリー(CV)
評価〕表1の電解液と作用極の組み合わせで、サイクリ
ックボルタンメトリー(以下、CVという)を測定し
た。図1にCV結果を、表1にCV効率を示す。なお、
図1の縦軸の電流密度は相対的な表示であるが、いずれ
も−10mA・cm-2〜10mA・cm-2の範囲内である。
[Cyclic voltammetry (CV)
Evaluation] Cyclic voltammetry (hereinafter referred to as CV) was measured with the combination of the electrolytic solution and the working electrode in Table 1. FIG. 1 shows the CV results, and Table 1 shows the CV efficiency. In addition,
The current density on the vertical axis in FIG. 1 is a relative display, but both are within the range of −10 mA · cm −2 to 10 mA · cm −2 .

【0041】なお、CVの測定は、作用極、参照極及び
対極を用いて、0V−3.5Vまで走引速度2mV/sで測
定した。作用極は、炭素質物と結着剤とを重量比で9:
1で混合し、これをN−メチルピロリドンに分散させて
スラリーとしたものをタングステン箔に塗布、乾燥し、
電極面積1cm×1cm角に規定し作成した。参照極、対極
には、金属リチウムを用いた。さらに、得られたCV結
果から、リチウムの吸蔵・放出に関する電位範囲(黒鉛
極では0V−1.0V、非晶質炭素極では0V−1.5V)
における酸化反応電気量/還元反応電気量を求めてCV
効率とした。上記の評価は、全てアルゴン雰囲気下で行
った。
The CV was measured by using a working electrode, a reference electrode and a counter electrode at a running speed of 2 mV / s from 0 V to 3.5 V. The working electrode comprises a carbonaceous material and a binder in a weight ratio of 9 :.
1 was mixed and dispersed in N-methylpyrrolidone to form a slurry, which was applied to a tungsten foil and dried,
The electrode area was defined to be 1 cm × 1 cm square. Metal lithium was used for the reference electrode and the counter electrode. Furthermore, from the obtained CV results, the potential range for occlusion / release of lithium (0V-1.0V for graphite electrode, 0V-1.5V for amorphous carbon electrode)
CV to obtain the oxidation reaction charge / reduction reaction charge in
It was efficient. All of the above evaluations were performed under an argon atmosphere.

【0042】[0042]

【表1】 [Table 1]

【0043】〔単極充放電サイクル評価〕表2の電解液
と作用極の組み合わせで、負極単極評価(実施例5〜
6、比較例2)及び正極単極評価(実施例7〜8、比較
例3)を行った。評価は、10サイクル目の放電容量及
び充放電効率(放電容量/充電容量)で行った。また、
サイクルに対する放電容量変化を、実施例6及び比較例
2、実施例7及び比較例3について、それぞれ図2、図
3に示す。
[Evaluation of Single-Pole Charge / Discharge Cycle] A combination of the electrolytic solution and the working electrode shown in Table 2 was used to evaluate the negative electrode and single pole (Examples 5 to 5).
6, Comparative Example 2) and positive electrode single electrode evaluation (Examples 7 to 8, Comparative Example 3) were performed. The evaluation was performed based on the discharge capacity and charge / discharge efficiency (discharge capacity / charge capacity) at the 10th cycle. Also,
Changes in discharge capacity with respect to cycles are shown in FIGS. 2 and 3 for Example 6 and Comparative Example 2, and Example 7 and Comparative Example 3, respectively.

【0044】なお、負極単極評価ではCV評価で使用し
た作用極と同様に作成した黒鉛電極、対極には金属リチ
ウムを用い、電流密度0.1mA・cm-2(0.2C)、0
〜2Vで、充放電を行った。正極単極評価では、リチウ
ムコバルト酸化物、導電剤、結着剤を重量比で85:1
0:5で混合し、これをN−メチルピロリドンに分散さ
せてスラリーとしたものをタングステン箔に塗布、乾燥
し、電極面積1cm×1cm角に規定し電極を作成した。対
極には金属リチウムを用い、電流密度0.1mA・cm
-2(0.2C)、4.1〜3.5Vで充放電を行った。
上記の評価は全てアルゴン雰囲気下で行った。
In the negative electrode single electrode evaluation, a graphite electrode prepared in the same manner as the working electrode used in the CV evaluation, metallic lithium was used for the counter electrode, and the current density was 0.1 mA · cm −2 (0.2 C), 0.
Charge and discharge was performed at ~ 2V. In the positive electrode single electrode evaluation, lithium cobalt oxide, a conductive agent, and a binder were used in a weight ratio of 85: 1.
The mixture was mixed at 0: 5, and this was dispersed in N-methylpyrrolidone to form a slurry, which was applied to a tungsten foil and dried to prepare an electrode with an electrode area of 1 cm × 1 cm square. Metal lithium is used for the counter electrode, and current density is 0.1mA · cm.
Charging / discharging was performed at -2 (0.2C) and 4.1 to 3.5V.
All of the above evaluations were performed under an argon atmosphere.

【0045】[0045]

【表2】 *実施例5〜6、比較例2は負極単極評価、実施例7〜
8、比較例3は正極単極評価
[Table 2] * Examples 5-6 and Comparative Example 2 are negative electrode single pole evaluations, Examples 7-
8, Comparative Example 3 is positive electrode single pole evaluation

【0046】[0046]

【発明の効果】図1、表1より、本発明の範囲にある電
解液を用いた実施例1〜3では、黒鉛極において、0〜
0.6Vvs.Li/Li+でリチウムの吸蔵・放出が観
察された。また、非晶質炭素極を用いた実施例4でも、
0〜1.5Vvs.Li/Li+でリチウムの吸蔵・放出
が観察された。また、いずれの実施例もCV効率が良好
であった。また、図2〜3、表2より、本発明の範囲に
ある電解液を用いた実施例5〜8では、負極、正極とも
良好なサイクル特性が得られることが観察された。
As shown in FIG. 1 and Table 1, in Examples 1 to 3 using the electrolytic solution within the scope of the present invention, the graphite electrode 0 to
0.6 V vs. Storage / release of lithium was observed in Li / Li +. In Example 4 using the amorphous carbon electrode,
0-1.5V vs. Storage / release of lithium was observed in Li / Li +. Moreover, the CV efficiency was good in all the examples. Further, from FIGS. 2 to 3 and Table 2, it was observed that in Examples 5 to 8 using the electrolytic solution within the scope of the present invention, good cycle characteristics were obtained for both the negative electrode and the positive electrode.

【0047】一方、塩化チオニルを添加しない比較電解
液1を用いた比較例1では、EMIカチオンの還元分解
反応が起こり、リチウムの吸蔵・放出は全く観察されな
かった(図1)。また、同じ比較電解液1を用いた比較
例2は、負極において放電容量が全く得られなかった
(図2、表2)。さらに、塩化チオニルを本発明の範囲
を超えた量で添加した比較電解液2を用いた比較例3で
は、正極の放電容量、充放電効率が低下した(図3、表
2)。よって、本発明の優位性は明らかである。
On the other hand, in Comparative Example 1 using Comparative Electrolyte 1 without addition of thionyl chloride, reductive decomposition reaction of EMI cation occurred, and lithium occlusion / desorption was not observed at all (FIG. 1). In Comparative Example 2 using the same Comparative Electrolyte 1, no discharge capacity was obtained at the negative electrode (FIG. 2, Table 2). Furthermore, in Comparative Example 3 using Comparative Electrolyte Solution 2 in which thionyl chloride was added in an amount exceeding the range of the present invention, the discharge capacity and charge / discharge efficiency of the positive electrode decreased (FIG. 3, Table 2). Therefore, the superiority of the present invention is clear.

【0048】本発明のリチウム二次電池用電解液は、不
燃性で、リチウムの吸蔵・放出が可能な炭素質物を含む
負極との組み合わせにおいて使用するのに適しており、
安全性、信頼性が向上した、サイクル特性等の電池特性
に優れたリチウム二次電池の提供を可能とするものであ
る。
The lithium secondary battery electrolytic solution of the present invention is suitable for use in combination with a negative electrode containing a carbonaceous material which is nonflammable and capable of inserting and extracting lithium.
It is possible to provide a lithium secondary battery having improved safety and reliability and excellent battery characteristics such as cycle characteristics.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】実施例1〜4及び比較例1の作用極に炭素質極
を用いたCV図である。
FIG. 1 is a CV diagram using a carbonaceous electrode as a working electrode in Examples 1 to 4 and Comparative Example 1.

【図2】実施例6及び比較例2の黒鉛負極での放電容量
とサイクル数との関係を示す図である。
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the discharge capacity and the number of cycles in the graphite negative electrodes of Example 6 and Comparative Example 2.

【図3】実施例7及び比較例3のLiCoO2正極での
放電容量とサイクル数との関係を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the discharge capacity and the number of cycles for the LiCoO 2 positive electrodes of Example 7 and Comparative Example 3.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松本 太 千葉県野田市山崎貝塚町1−14 テラス飛 鳥B−1 (72)発明者 小浦 延幸 埼玉県三郷市さつき平2−2−1−110 (72)発明者 小湊 あさを 茨城県稲敷郡阿見町中央八丁目3番1号 三菱化学株式会社内 (72)発明者 安川 栄起 茨城県稲敷郡阿見町中央八丁目3番1号 三菱化学株式会社内 Fターム(参考) 5H029 AJ03 AJ05 AJ12 AK03 AL06 AL07 AL18 AM02 AM07 AM09 CJ08 HJ02 HJ10    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Futoshi Matsumoto             1-14 Yamazaki Kaizukacho, Noda City, Chiba Prefecture             Bird B-1 (72) Inventor Nobuyuki Koura             2-2-1-110 Satsukidaira, Misato City, Saitama Prefecture (72) Inventor Asano Kominato             3-3-1 Chuo 8-chome, Ami Town, Inashiki District, Ibaraki Prefecture             Within Mitsubishi Chemical Corporation (72) Inventor Eisuke Yasukawa             3-3-1 Chuo 8-chome, Ami Town, Inashiki District, Ibaraki Prefecture             Within Mitsubishi Chemical Corporation F term (reference) 5H029 AJ03 AJ05 AJ12 AK03 AL06                       AL07 AL18 AM02 AM07 AM09                       CJ08 HJ02 HJ10

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 リチウムの吸蔵・放出が可能な正極及び
炭素質物を含む負極と組み合わせて使用するリチウム二
次電池用電解液であって、該リチウム二次電池用電解液
が、(1)一般式(I): 【化1】 (式中、R1及びR3は、それぞれ独立して、炭素数1〜
6のアルキル基であり、R2は水素原子又は炭素数1〜
6のアルキル基である)で示される四級化イミダゾリウ
ムカチオン、又は一般式(II): 【化2】 (式中、R4及びR5は、それぞれ独立して、水素原子又
は炭素数1〜6のアルキル基であり、R6は炭素数1〜
10のアルキル基である)で示される四級化ピリジニウ
ムカチオンのいずれかのカチオンと、ハロゲン化アルミ
ニウムアニオンからなる常温型溶融塩と、(2)リチウ
ム塩と、(3)該リチウム塩が溶解した該常温型溶融塩
に基づいて0.02mol/l〜0.15mol/lの塩化チオ
ニルと、を含むことを特徴とするリチウム二次電池用電
解液。
1. An electrolytic solution for a lithium secondary battery, which is used in combination with a positive electrode capable of inserting and extracting lithium and a negative electrode containing a carbonaceous material, wherein the electrolytic solution for a lithium secondary battery is (1) general. Formula (I): (In the formula, R 1 and R 3 are each independently a carbon number of 1 to
Is an alkyl group of 6 and R 2 is a hydrogen atom or 1 to 1 carbon atoms
A quaternized imidazolium cation represented by the general formula (II): (In the formula, R 4 and R 5 are each independently a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and R 6 is 1 to 1 carbon atoms.
A quaternized pyridinium cation represented by 10), a room temperature molten salt composed of an aluminum halide anion, (2) a lithium salt, and (3) a dissolved lithium salt. An electrolyte solution for a lithium secondary battery, comprising 0.02 mol / l to 0.15 mol / l of thionyl chloride based on the room temperature molten salt.
【請求項2】 該塩化チオニルが、0.08mol/l〜
0.12mol/lである、請求項1項記載のリチウム二次
電池用電解液。
2. The thionyl chloride is from 0.08 mol / l to
The electrolytic solution for a lithium secondary battery according to claim 1, which is 0.12 mol / l.
【請求項3】 該常温型溶融塩のカチオンが、1−エチ
ル−3−メチルイミダゾリウムカチオン又はN−n−ブ
チルピリジニウムカチオンである、請求項1又は2記載
のリチウム二次電池用電解液。
3. The electrolyte solution for a lithium secondary battery according to claim 1, wherein the cation of the room temperature molten salt is a 1-ethyl-3-methylimidazolium cation or an Nn-butylpyridinium cation.
【請求項4】 該常温型溶融塩のハロゲン化アルミニウ
ムアニオンが、テトラクロロアルミネートイオンであ
る、請求項1〜3のいずれか1項記載のリチウム二次電
池用電解液。
4. The electrolytic solution for a lithium secondary battery according to claim 1, wherein the aluminum halide anion of the room temperature molten salt is tetrachloroaluminate ion.
【請求項5】 リチウムの吸蔵・放出が可能な正極及び
炭素質物を含む負極と、請求項1〜4のいずれか1項記
載のリチウム二次電池用電解液とを備えたリチウム二次
電池。
5. A lithium secondary battery comprising a positive electrode capable of inserting and extracting lithium and a negative electrode containing a carbonaceous material, and the electrolytic solution for a lithium secondary battery according to any one of claims 1 to 4.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2007087875A (en) * 2005-09-26 2007-04-05 Toshiba Corp Non-aqueous electrolyte battery and battery pack
JP2017224544A (en) * 2016-06-17 2017-12-21 国立研究開発法人産業技術総合研究所 Electrolyte for lithium secondary battery and lithium secondary battery containing the same

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