JP2005108459A - Electrolyte and battery using it - Google Patents

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JP2005108459A JP2003336387A JP2003336387A JP2005108459A JP 2005108459 A JP2005108459 A JP 2005108459A JP 2003336387 A JP2003336387 A JP 2003336387A JP 2003336387 A JP2003336387 A JP 2003336387A JP 2005108459 A JP2005108459 A JP 2005108459A
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Atsumichi Kawashima
敦道 川島
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrolyte and a battery capable of suppressing deterioration discharge capacity. <P>SOLUTION: A positive electrode 21 and a negative electrode 22 are wound through a separator 23 impregnated with the electrolyte. The electrolyte includes a carbonate and a lithium salt, and a benzene derivative having three or more oxygen atoms bonded to a benzene ring or a carbon 6-member ring compound having 6π electrons in which four or more oxygen atoms bonded to a carbon 6-member ring by double bond is added thereto as an additive. Examples of the benzene derivative include 1,2,4-triacetoxybenzene or 1,2,4,5-tetraacetoxybenzene, and examples of the carbon 6-member ring compound include sodium rhodizonate. According to this, the cycle characteristic can be improved. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、正極および負極と共に電解質を備え、特に、電極反応種としてリチウム(Li)などを用いた電池、およびそれに用いる電解質に関する。   The present invention relates to a battery including an electrolyte together with a positive electrode and a negative electrode, and particularly to a battery using lithium (Li) or the like as an electrode reactive species, and an electrolyte used therefor.

近年、カメラ一体型VTR(ビデオテープレコーダ),デジタルスチルカメラ,携帯電話,携帯情報端末あるいはノート型コンピュータ等のポータブル電子機器が多く登場し、その小型軽量化が図られている。それに伴い、電子機器のポータブル電源として、電池、特に二次電池について、エネルギー密度を向上させるための研究開発が活発に進められている。中でも、負極活物質として炭素材料を用い、電解液に炭酸エステルの混合物を用いたリチウムイオン二次電池は、従来の鉛電池およびニッケルカドミウム電池と比較して大きなエネルギー密度が得られるため広く実用化されている。   In recent years, many portable electronic devices such as a camera-integrated VTR (video tape recorder), a digital still camera, a mobile phone, a portable information terminal, or a notebook computer have appeared, and their size and weight have been reduced. Accordingly, as a portable power source for electronic devices, research and development for improving the energy density of batteries, particularly secondary batteries, are being actively promoted. Above all, lithium ion secondary batteries that use carbon materials as the negative electrode active material and a mixture of carbonates in the electrolyte solution are widely put into practical use because they have a higher energy density than conventional lead batteries and nickel cadmium batteries. Has been.

ところが、炭酸エステルは電極において徐々に分解されるので、電解液に炭酸エステルを用いたリチウムイオン二次電池では、充放電を繰り返すと放電容量が低下してしまうという問題があった。   However, since the carbonic acid ester is gradually decomposed at the electrode, the lithium ion secondary battery using the carbonic acid ester as the electrolytic solution has a problem in that the discharge capacity decreases when charging and discharging are repeated.

そこで、この問題を解決する方法として、例えば、電解液にヒドロキノンを添加することが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。また例えば、電解液にキノン類を添加することも提案されている(例えば、特許文献2参照。)。
特開2000−77095号公報 特開2000−21444号公報
Thus, as a method for solving this problem, for example, it has been proposed to add hydroquinone to the electrolytic solution (see, for example, Patent Document 1). For example, it has also been proposed to add quinones to the electrolytic solution (see, for example, Patent Document 2).
JP 2000-77095 A JP 2000-21444 A

しかしながら、ヒドロキノンは、サイクル特性の改善はみられてもその程度が小さく、十分とは言えないという問題があった。また、キノン類は、酸化還元反応により、充電状態における電池の自己放電を増加させてしまうという問題があった。よって、これらに代わる新たな添加物の開発が求められていた。   However, hydroquinone has a problem that even if the cycle characteristics are improved, its degree is small and it cannot be said that it is sufficient. In addition, quinones have a problem that the self-discharge of the battery in a charged state is increased by an oxidation-reduction reaction. Therefore, development of a new additive to replace these has been demanded.

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、放電容量の劣化を抑制することができる電解質および電池を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide an electrolyte and a battery that can suppress deterioration of discharge capacity.

本発明による第1の電解質は、ベンゼン環に酸素原子が3個以上結合したベンゼン誘導体を含むものである。   The first electrolyte according to the present invention includes a benzene derivative in which three or more oxygen atoms are bonded to a benzene ring.

本発明による第2の電解質は、炭素6員環に酸素原子が二重結合で4個以上結合した6π電子を有する炭素6員環化合物を含むものである。   The second electrolyte according to the present invention includes a carbon 6-membered ring compound having 6π electrons in which 4 or more oxygen atoms are bonded to the carbon 6-membered ring by double bonds.

本発明による第1の電池は、正極および負極と共に電解質を備えたものであって、電解質は、ベンゼン環に酸素原子が3個以上結合したベンゼン誘導体を含むものである。   A first battery according to the present invention includes an electrolyte together with a positive electrode and a negative electrode, and the electrolyte includes a benzene derivative in which three or more oxygen atoms are bonded to a benzene ring.

本発明による第2の電池は、正極および負極と共に電解質を備えたものであって、電解質は、炭素6員環に酸素原子が二重結合で4個以上結合した6π電子を有する炭素6員環化合物を含むものである。   A second battery according to the present invention includes an electrolyte together with a positive electrode and a negative electrode, and the electrolyte is a carbon 6-membered ring having 6π electrons in which four or more oxygen atoms are bonded to the carbon 6-membered ring by double bonds. Contains compounds.

本発明による第1の電解質および第1の電池によれば、ベンゼン環に酸素原子が3個以上結合したベンゼン誘導体を含むようにしたので、また、本発明による第2の電解質および第2の電池によれば、炭素6員環に酸素原子が二重結合で4個以上結合した6π電子を有する炭素6員環化合物を含むようにしたので、電解質の安定性を向上させることができ、放電容量の低下を抑制することができる。   According to the first electrolyte and the first battery according to the present invention, since the benzene derivative having three or more oxygen atoms bonded to the benzene ring is included, the second electrolyte and the second battery according to the present invention are also included. Since the carbon 6-membered ring compound having 6π electrons in which four or more oxygen atoms are bonded to the carbon 6-membered ring by double bonds is included, the stability of the electrolyte can be improved, and the discharge capacity can be improved. Can be suppressed.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、ここでは、いわゆるリチウムイオン二次電池について説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Here, a so-called lithium ion secondary battery will be described.

図1は、本発明の一実施の形態に係る二次電池の断面構造を表すものである。この二次電池は、いわゆる円筒型といわれるものであり、ほぼ中空円柱状の電池缶11の内部に、帯状の正極21と帯状の負極22とがセパレータ23を介して巻回された巻回電極体20を有している。電池缶11は、例えばニッケル(Ni)のめっきがされた鉄(Fe)により構成されており、一端部が閉鎖され他端部が開放されている。電池缶11の内部には、液状の電解質である電解液が注入されセパレータ23に含浸されている。また、巻回電極体20を挟むように巻回周面に対して垂直に一対の絶縁板12,13がそれぞれ配置されている。   FIG. 1 shows a cross-sectional structure of a secondary battery according to an embodiment of the present invention. This secondary battery is a so-called cylindrical type, and is a wound electrode in which a strip-like positive electrode 21 and a strip-like negative electrode 22 are wound through a separator 23 inside a substantially hollow cylindrical battery can 11. It has a body 20. The battery can 11 is made of, for example, iron (Fe) plated with nickel (Ni), and has one end closed and the other end open. Inside the battery can 11, an electrolytic solution which is a liquid electrolyte is injected and impregnated in the separator 23. In addition, a pair of insulating plates 12 and 13 are arranged perpendicular to the winding peripheral surface so as to sandwich the winding electrode body 20.

電池缶11の開放端部には、電池蓋14と、この電池蓋14の内側に設けられた安全弁機構15および熱感抵抗素子(Positive Temperature Coefficient;PTC素子)16とが、ガスケット17を介してかしめられることにより取り付けられており、電池缶11の内部は密閉されている。電池蓋14は、例えば、電池缶11と同様の材料により構成されている。安全弁機構15は、熱感抵抗素子16を介して電池蓋14と電気的に接続されており、内部短絡あるいは外部からの加熱などにより電池の内圧が一定以上となった場合にディスク板15Aが反転して電池蓋14と巻回電極体20との電気的接続を切断するようになっている。熱感抵抗素子16は、温度が上昇すると抵抗値の増大により電流を制限し、大電流による異常な発熱を防止するものである。ガスケット17は、例えば、絶縁材料により構成されており、表面にはアスファルトが塗布されている。   At the open end of the battery can 11, a battery lid 14, a safety valve mechanism 15 provided inside the battery lid 14 and a heat sensitive resistance element (Positive Temperature Coefficient; PTC element) 16 are interposed via a gasket 17. It is attached by caulking, and the inside of the battery can 11 is sealed. The battery lid 14 is made of, for example, the same material as the battery can 11. The safety valve mechanism 15 is electrically connected to the battery lid 14 via the heat sensitive resistance element 16, and the disk plate 15A is reversed when the internal pressure of the battery exceeds a certain level due to an internal short circuit or external heating. Thus, the electrical connection between the battery lid 14 and the wound electrode body 20 is cut off. When the temperature rises, the heat sensitive resistance element 16 limits the current by increasing the resistance value and prevents abnormal heat generation due to a large current. The gasket 17 is made of, for example, an insulating material, and asphalt is applied to the surface.

巻回電極体20は、例えば、センターピン24を中心に巻回されている。巻回電極体20の正極21にはアルミニウム(Al)などよりなる正極リード25が接続されており、負極22にはニッケルなどよりなる負極リード26が接続されている。正極リード25は安全弁機構15に溶接されることにより電池蓋14と電気的に接続されており、負極リード26は電池缶11に溶接され電気的に接続されている。   The wound electrode body 20 is wound around a center pin 24, for example. A positive electrode lead 25 made of aluminum (Al) or the like is connected to the positive electrode 21 of the spirally wound electrode body 20, and a negative electrode lead 26 made of nickel or the like is connected to the negative electrode 22. The positive electrode lead 25 is electrically connected to the battery lid 14 by being welded to the safety valve mechanism 15, and the negative electrode lead 26 is welded to and electrically connected to the battery can 11.

正極21は、例えば、図示しないが、対向する一対の面を有する正極集電体の両面あるいは片面に正極合剤層が設けられた構造を有している。正極集電体は、例えば、アルミニウム箔,ニッケル箔あるいはステンレス箔などの金属箔により構成されている。正極合剤層は、例えば、正極活物質を含んでおり、必要に応じて炭素材料などの導電剤およびポリフッ化ビニリデンなどの結着剤を含んでいてもよい。   The positive electrode 21 has, for example, a structure in which a positive electrode mixture layer is provided on both surfaces or one surface of a positive electrode current collector having a pair of opposed surfaces, although not shown. The positive electrode current collector is made of, for example, a metal foil such as an aluminum foil, a nickel foil, or a stainless steel foil. The positive electrode mixture layer includes, for example, a positive electrode active material, and may include a conductive agent such as a carbon material and a binder such as polyvinylidene fluoride as necessary.

正極活物質としては、例えば、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、これらを含む固溶体、マンガンスピネル(LiMn2 4 )、あるいはリン酸鉄リチウム(LiFePO4 )などのオリビン構造酸化物などのようなリチウム含有化合物が好ましい。高いエネルギー密度を得ることができるからである。また、正極活物質としては、他にも、例えば、酸化チタン,酸化バナジウムあるいは二酸化マンガンなどの酸化物、硫化チタンあるいは硫化モリブデンなどの二硫化物、ポリアニリンあるいはポリチオフェンなどの導電性高分子も挙げられる。正極活物質は1種を単独で用いてもよいが、2種以上を混合して用いてもよい。 Examples of the positive electrode active material include lithium such as lithium cobaltate, lithium nickelate, solid solutions containing these, manganese spinel (LiMn 2 O 4 ), or olivine structure oxides such as lithium iron phosphate (LiFePO 4 ). Containing compounds are preferred. This is because a high energy density can be obtained. Other examples of the positive electrode active material include oxides such as titanium oxide, vanadium oxide and manganese dioxide, disulfides such as titanium sulfide and molybdenum sulfide, and conductive polymers such as polyaniline and polythiophene. . The positive electrode active material may be used alone or in combination of two or more.

負極22は、図示しないが、例えば、正極21と同様に、対向する一対の面を有する負極集電体の両面あるいは片面に負極合剤層が設けられた構造を有している。負極集電体は、例えば、銅箔,ニッケル箔あるいはステンレス箔などの金属箔により構成されている。負極合剤層は、例えば、負極活物質を含んでおり、必要に応じてポリフッ化ビニリデンなどの結着剤を含んでいてもよい。負極活物質は1種を単独で用いてもよいが、2種以上を混合して用いてもよい。   Although not shown, the negative electrode 22 has, for example, a structure in which a negative electrode mixture layer is provided on both surfaces or one surface of a negative electrode current collector having a pair of opposed surfaces, similarly to the positive electrode 21. The negative electrode current collector is made of, for example, a metal foil such as a copper foil, a nickel foil, or a stainless steel foil. The negative electrode mixture layer includes, for example, a negative electrode active material, and may include a binder such as polyvinylidene fluoride as necessary. The negative electrode active material may be used alone or in combination of two or more.

負極活物質としては、炭素材料,金属酸化物あるいは高分子材料などが挙げられる。炭素材料としては、難黒鉛化性炭素,人造黒鉛,コークス類,グラファイト類,ガラス状炭素類,有機高分子化合物焼成体,炭素繊維,活性炭あるいはカーボンブラック類などが挙げられる。このうち、コークス類には、ピッチコークス,ニードルコークスあるいは石油コークスなどがあり、有機高分子化合物焼成体というのは、フェノール類やフラン類などの高分子材料を適当な温度で焼成して炭素化したものをいう。また、金属酸化物としては、酸化鉄,酸化ルテニウムあるいは酸化モリブデンなどが挙げられ、高分子材料としてはポリアセチレンあるいはポリピロールなどが挙げられる。   Examples of the negative electrode active material include carbon materials, metal oxides, and polymer materials. Examples of the carbon material include non-graphitizable carbon, artificial graphite, cokes, graphites, glassy carbons, organic polymer compound fired bodies, carbon fibers, activated carbon, and carbon blacks. Of these, coke includes pitch coke, needle coke, and petroleum coke. Organic polymer compound fired bodies are carbonized by firing polymer materials such as phenols and furans at an appropriate temperature. What you did. In addition, examples of the metal oxide include iron oxide, ruthenium oxide, and molybdenum oxide, and examples of the polymer material include polyacetylene and polypyrrole.

負極活物質としては、また、リチウムと合金を形成可能な金属元素あるいは半金属元素の単体、合金または化合物が挙げられる。なお、合金には2種以上の金属元素からなるものに加えて、1種以上の金属元素と1種以上の半金属元素とからなるものも含める。その組織には固溶体,共晶(共融混合物),金属間化合物あるいはそれらのうちの2種以上が共存するものがある。   As the negative electrode active material, a simple substance, an alloy or a compound of a metal element or a metalloid element capable of forming an alloy with lithium can be given. In addition to the alloy composed of two or more metal elements, the alloy includes an alloy composed of one or more metal elements and one or more metalloid elements. There are structures in which a solid solution, a eutectic (eutectic mixture), an intermetallic compound, or two or more of them coexist.

リチウムと合金を形成可能な金属元素あるいは半金属元素としては、例えば、マグネシウム(Mg),ホウ素(B),ヒ素(As),アルミニウム,ガリウム(Ga),インジウム(In),ケイ素(Si),ゲルマニウム(Ge),スズ(Sn),鉛(Pb),アンチモン(Sb),ビスマス(Bi),カドミウム(Cd),銀(Ag),亜鉛(Zn),ハフニウム(Hf),ジルコニウム(Zr),イットリウム(Y),パラジウム(Pd)あるいは白金(Pt)が挙げられる。これらの合金あるいは化合物としては、例えば、化学式Mas Mbt Liu 、あるいは化学式Map Mcq Mdr で表されるものが挙げられる。これら化学式において、Maはリチウムと合金を形成可能な金属元素および半金属元素のうちの少なくとも1種を表し、MbはリチウムおよびMa以外の金属元素および半金属元素のうちの少なくとも1種を表し、Mcは非金属元素の少なくとも1種を表し、MdはMa以外の金属元素および半金属元素のうちの少なくとも1種を表す。また、s、t、u、p、qおよびrの値はそれぞれs>0、t≧0、u≧0、p>0、q>0、r≧0である。 Examples of metal elements or metalloid elements capable of forming an alloy with lithium include magnesium (Mg), boron (B), arsenic (As), aluminum, gallium (Ga), indium (In), silicon (Si), Germanium (Ge), tin (Sn), lead (Pb), antimony (Sb), bismuth (Bi), cadmium (Cd), silver (Ag), zinc (Zn), hafnium (Hf), zirconium (Zr), Examples thereof include yttrium (Y), palladium (Pd), and platinum (Pt). These alloys or compounds, for example, those represented by the chemical formula Ma s Mb t Li u or a chemical formula Ma p Mc q Md r,. In these chemical formulas, Ma represents at least one of a metal element and a metalloid element capable of forming an alloy with lithium, Mb represents at least one of a metal element and a metalloid element other than lithium and Ma, Mc represents at least one of nonmetallic elements, and Md represents at least one of metallic elements and metalloid elements other than Ma. The values of s, t, u, p, q, and r are s> 0, t ≧ 0, u ≧ 0, p> 0, q> 0, and r ≧ 0, respectively.

中でも、長周期型周期表における14族の金属元素あるいは半金属元素の単体、合金または化合物が好ましく、特に好ましいのはケイ素あるいはスズ、またはこれらの合金あるいは化合物である。これらは結晶質のものでもアモルファスのものでもよい。   Among them, a simple substance, alloy or compound of a group 14 metal element or metalloid element in the long-period periodic table is preferable, and silicon or tin, or an alloy or compound thereof is particularly preferable. These may be crystalline or amorphous.

このような合金あるいは化合物について具体的に例を挙げれば、LiAl,AlSb,CuMgSb,SiB4 ,SiB6 ,Mg2 Si,Mg2 Sn,Ni2 Si,TiSi2 ,MoSi2 ,CoSi2 ,NiSi2 ,CaSi2 ,CrSi2 ,Cu5 Si,FeSi2 ,MnSi2 ,NbSi2 ,TaSi2 ,VSi2 ,WSi2 ,ZnSi2 ,SiC,Si3 4 ,Si2 2 O,SiOv (0<v≦2),SnOw (0<w≦2),SnSiO3 ,LiSiOあるいはLiSnOなどがある。 Specific examples of such alloys or compounds include LiAl, AlSb, CuMgSb, SiB 4 , SiB 6 , Mg 2 Si, Mg 2 Sn, Ni 2 Si, TiSi 2 , MoSi 2 , CoSi 2 , NiSi 2. , CaSi 2, CrSi 2, Cu 5 Si, FeSi 2, MnSi 2, NbSi 2, TaSi 2, VSi 2, WSi 2, ZnSi 2, SiC, Si 3 N 4, Si 2 N 2 O, SiO v (0 < v ≦ 2), SnO w ( 0 <w ≦ 2), there is such SnSiO 3, LiSiO or LiSnO.

セパレータ23は、正極21と負極22とを隔離し、両極の接触による電流の短絡を防止しつつ、リチウムイオンを通過させるものである。このセパレータ23は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン,ポリプロピレンあるいはポリエチレンなどの合成樹脂製の多孔質膜、またはセラミック製の多孔質膜により構成されており、これら2種以上の多孔質膜を積層した構造とされていてもよい。   The separator 23 separates the positive electrode 21 and the negative electrode 22 and allows lithium ions to pass through while preventing a short circuit of current due to contact between the two electrodes. The separator 23 is made of, for example, a porous film made of synthetic resin such as polytetrafluoroethylene, polypropylene, or polyethylene, or a porous film made of ceramic, and has a structure in which two or more kinds of porous films are laminated. It may be said.

セパレータ23に含浸された電解液は、溶媒と、この溶媒に溶解された電解質塩であるリチウム塩とを含んで構成されている。溶媒としては、化1に示した炭酸エチレン、化2に示した炭酸プロピレン、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸エチルメチル、化3に示した炭酸ブチレン、化4に示した炭酸フルオロエチレンあるいは化5に示した炭酸トリフルオロプロピレン等の炭酸エステル、または、ギ酸メチル、ギ酸エチル、酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、酪酸メチル、酪酸エチル、イソ酪酸メチルあるいはイソ酪酸エチル等の鎖状カルボン酸エステル、または、化6に示したγ−ブチロラクトンあるいは化7に示したγ−バレロラクトン等の環状カルボン酸エステルを用いることができる。また、テトラヒドロピランあるいは1、3−ジオキサン等の環状エーテル、または、N,N’−ジメチルホルムアミド、化8に示したN−メチルピロリドンあるいは化9に示したN−メチルオキサゾリジノン等のアミド化合物、または、化10に示したスルホラン等の硫黄化合物、または、化11に示したテトラフルオロホウ酸1−エチル−3−メチルイミダゾリウムあるいは化12に示したテトラフルオロホウ酸1−ブチルピリジニウム等の常温溶融塩も用いることができる。溶媒は1種を単独で用いてもよいが、2種以上を混合して用いてもよい。   The electrolytic solution impregnated in the separator 23 includes a solvent and a lithium salt that is an electrolyte salt dissolved in the solvent. Examples of the solvent include ethylene carbonate shown in Chemical formula 1, propylene carbonate shown in Chemical formula 2, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, butylene carbonate shown in Chemical formula 3, fluoroethylene carbonate shown in Chemical formula 4 or Chemical formula 5. Carbonate such as trifluoropropylene carbonate shown, or chain such as methyl formate, ethyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, methyl butyrate, ethyl butyrate, methyl isobutyrate or ethyl isobutyrate A carboxylic acid ester or a cyclic carboxylic acid ester such as γ-butyrolactone shown in Chemical formula 6 or γ-valerolactone shown in Chemical formula 7 can be used. Also, cyclic ethers such as tetrahydropyran or 1,3-dioxane, amide compounds such as N, N′-dimethylformamide, N-methylpyrrolidone shown in Chemical formula 8 or N-methyloxazolidinone shown in Chemical formula 9, or Room temperature melting of sulfur compounds such as sulfolane shown in Chemical formula 10, or 1-ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate shown in Chemical formula 11 or 1-butylpyridinium tetrafluoroborate shown in Chemical formula 12 Salts can also be used. The solvent may be used alone or in combination of two or more.

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中でも、主溶媒としては、炭酸エステルを用いることが好ましい。炭酸エステルは酸化や還元に対して安定で高電圧を得ることができるからである。特に、炭酸エチレンあるいは炭酸プロピレンなどの環状炭酸エステルと、炭酸ジメチルあるいは炭酸ジエチルなどの鎖状炭酸エステルとを混合して用いることが好ましい。環状炭酸エステルは誘電率が高いが粘性が高く、鎖状炭酸エステルは粘性が低いが誘電率が低いので、どちらか一方のみよりも混合した方が高い導電率を得ることができるからである。環状炭酸エステルとしては、炭酸エチレンあるいは炭酸プロピレンが好ましく、これらを共に用いるようにすればより好ましい。炭酸エチレンは誘電率が高いが融点が37℃と高いので低温特性が悪く、炭酸プロピレンは誘電率は炭酸エチレンより低いが融点が−49℃と低いので、どちらか一方のみよりも混合した方が高い電池特性を得ることができるからである。鎖状炭酸エステルとしては、炭酸ジメチルが好ましい。炭酸エチルより粘度が小さいので、高い導電率を得ることができるからである。   Among these, as the main solvent, it is preferable to use a carbonate ester. This is because the carbonate ester is stable against oxidation and reduction and can obtain a high voltage. In particular, it is preferable to use a mixture of a cyclic carbonate such as ethylene carbonate or propylene carbonate and a chain carbonate such as dimethyl carbonate or diethyl carbonate. This is because cyclic carbonates have a high dielectric constant but a high viscosity, and chain carbonates have a low viscosity but a low dielectric constant, so that higher conductivity can be obtained by mixing them than either one. As the cyclic ester carbonate, ethylene carbonate or propylene carbonate is preferable, and it is more preferable to use these together. Ethylene carbonate has a high dielectric constant, but its melting point is as high as 37 ° C, so the low temperature characteristics are poor. Propylene carbonate has a dielectric constant lower than that of ethylene carbonate, but its melting point is -49 ° C, so it is better to mix it than either one. This is because high battery characteristics can be obtained. As the chain carbonate, dimethyl carbonate is preferred. This is because the viscosity is smaller than that of ethyl carbonate, so that high conductivity can be obtained.

また、溶媒としては、カルボン酸エステルも、融点および粘度が低いので低温特性を向上させることができると共に、電気伝導度が高く負荷特性も向上させることができるので好ましい。但し、カルボン酸エステルは、耐還元性が低いため負極22で分解してサイクル特性を低下させる虞があるので、炭酸エステルと混合して用いることが好ましい。   As the solvent, a carboxylic acid ester is also preferable because it has a low melting point and a low viscosity, so that low temperature characteristics can be improved, and electrical conductivity is high and load characteristics can be improved. However, since the carboxylate ester has low reduction resistance, it may be decomposed at the negative electrode 22 to deteriorate the cycle characteristics, so that it is preferable to use it in combination with a carbonate ester.

リチウム塩としては、例えば、ヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6 )、テトラフルオロホウ酸リチウム(LiBF4 )、過塩素酸リチウム(LiClO4 )、ヘキサフルオロヒ酸リチウム(LiAsF6 )、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(CF3 SO3 Li)、ビス[トリフルオロメタンスルホニル]イミドリチウム((CF3 SO2 2 NLi)、トリス(トリフルオロメタンスルホニル)メチルリチウム((CF3 SO2 3 CLi))あるいはビス[ペンタフルオロエタンスルホニル]イミドリチウム((C2 5 SO2 2 NLi)などが挙げられる。リチウム塩は1種を単独で用いてもよいが、2種以上を混合して用いてもよい。 Examples of the lithium salt include lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium hexafluoroarsenate (LiAsF 6 ), and trifluoromethanesulfonic acid. Lithium (CF 3 SO 3 Li), bis [trifluoromethanesulfonyl] imido lithium ((CF 3 SO 2 ) 2 NLi), tris (trifluoromethanesulfonyl) methyl lithium ((CF 3 SO 2 ) 3 CLi)) or bis [ Pentafluoroethanesulfonyl] imidolithium ((C 2 F 5 SO 2 ) 2 NLi) and the like. One lithium salt may be used alone, or two or more lithium salts may be mixed and used.

この電解液は、また、添加物として、ベンゼン環に酸素原子が3個以上結合したベンゼン誘導体、あるいは炭素6員環に酸素原子が二重結合で4個以上結合した6π電子を有する炭素6員環化合物を含んでおり、これらを共に含んでいてもよい。また、これらのベンゼン誘導体あるいは炭素6員環化合物は1種類でもよいが2種以上を用いてもよい。これらの化合物は、例えば充放電の繰り返しによる放電容量の低下を抑制するためのものであり、酸化還元に対しても安定した特性を有している。例えば、炭素6員環に酸素原子が二重結合で2個結合したキノン類は酸化還元され易いのに対して、酸素原子が二重結合で4個以上結合した炭素6員環化合物は共役により安定性が高まるものと考えられる。なお、本実施の形態ではこれらベンゼン誘導体および炭素6員環化合物の機能に注目し、これらを添加物として説明しているが、溶媒としても機能する場合がある。   This electrolyte also has, as an additive, a benzene derivative in which three or more oxygen atoms are bonded to the benzene ring, or a six-membered carbon having 6π electrons in which four or more oxygen atoms are bonded to the carbon six-membered ring by double bonds. A ring compound is contained, and these may be contained together. These benzene derivatives or carbon 6-membered ring compounds may be used alone or in combination of two or more. These compounds are for suppressing, for example, a decrease in discharge capacity due to repeated charge and discharge, and have stable characteristics against oxidation and reduction. For example, quinones in which two oxygen atoms are bonded to a carbon 6-membered ring are easily oxidized and reduced, whereas carbon 6-membered compounds in which four or more oxygen atoms are bonded to each other are double-conjugated. It is thought that stability will increase. In this embodiment, attention is paid to the functions of these benzene derivatives and carbon 6-membered ring compounds, and these are described as additives, but they may also function as solvents.

このようなベンゼン誘導体としては、例えば、ベンゼン環にヒドロキシ基が3個以上結合したポリフェノール、ベンゼン環に−C(=O)O−基が3個以上酸素原子で結合したエステル、あるいはベンゼン環に−O−基が3個以上結合したエーテルが挙げられる。   Examples of such benzene derivatives include polyphenols having 3 or more hydroxy groups bonded to the benzene ring, esters having 3 or more —C (═O) O— groups bonded to the benzene ring with oxygen atoms, or benzene rings. Examples include ethers having three or more —O— groups bonded thereto.

具体的には、ベンゼン環に酸素原子が3個結合したものとしては、例えば、化13に示した1,2,3−トリヒドロキシベンゼン(ピロガロール)、化14に示した1,2,4−トリヒドロキシベンゼン(ヒドロキシヒドロキノン)、化15に示した1,3,5−トリヒドロキシベンゼン(フロログルシノール)、あるいは化16に示した1,2,4−トリアセトキシベンゼンが挙げられる。ベンゼン環に酸素原子が4個結合したものとしては、例えば、化17に示した1,2,4,5−テトラヒドロキシベンゼン、化18に示した1,2,3,5−テトラヒドロキシベンゼン、化19に示した1,2,3,4−テトラヒドロキシベンゼン、あるいは化20に示した1,2,4,5−テトラアセトキシベンゼンが挙げられる。ベンゼン環に酸素原子が5個結合したものとしては、例えば、化21に示したペンタヒドロキシベンゼンが挙げられる。ベンゼン環に酸素原子が6個結合したものとしては、例えば、化22に示したヘキサヒドロキシベンゼンが挙げられる。   Specifically, examples of three oxygen atoms bonded to the benzene ring include 1,2,3-trihydroxybenzene (pyrogallol) shown in Chemical formula 13, and 1,2,4- shown in Chemical formula 14. Examples thereof include trihydroxybenzene (hydroxyhydroquinone), 1,3,5-trihydroxybenzene (phloroglucinol) shown in Chemical formula 15, and 1,2,4-triacetoxybenzene shown in Chemical formula 16. Examples of those in which four oxygen atoms are bonded to the benzene ring include 1,2,4,5-tetrahydroxybenzene shown in Chemical Formula 17, 1,2,3,5-tetrahydroxybenzene shown in Chemical Formula 18, 1,2,3,4-tetrahydroxybenzene shown in Chemical formula 19 or 1,2,4,5-tetraacetoxybenzene shown in Chemical formula 20 can be mentioned. Examples of those in which five oxygen atoms are bonded to the benzene ring include pentahydroxybenzene shown in Chemical formula 21 below. Examples of those in which six oxygen atoms are bonded to the benzene ring include hexahydroxybenzene shown in Chemical Formula 22.

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中でも、アシル基を有するもの、例えばエステルはより高い効果を得ることができるので好ましい。上述した化合物の中では、化16に示した1,2,4−トリアセトキシベンゼンおよび化20に示した1,2,4,5−テトラアセトキシベンゼンが好ましい。   Among them, those having an acyl group, for example, esters are preferable because higher effects can be obtained. Among the above-mentioned compounds, 1,2,4-triacetoxybenzene shown in Chemical formula 16 and 1,2,4,5-tetraacetoxybenzene shown in Chemical formula 20 are preferable.

炭素6員環に酸素原子が二重結合で4個以上結合した6π電子を有する炭素6員環化合物としては、例えば、化23に示したロジゾン酸ナトリウム、化24に示したロジゾン酸、あるいは化25に示したトリキノイルが挙げられる。   Examples of the carbon 6-membered ring compound having 6π electrons in which four or more oxygen atoms are bonded to the carbon 6-membered ring by a double bond include sodium rhodizonate shown in Chemical formula 23, rhodizone acid shown in Chemical formula 24, or chemical formula The triquinoyl shown in 25 is mentioned.

Figure 2005108459
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これらベンゼン誘導体あるいは炭素6員環化合物の電解液における含有量は、0.5質量%以上3質量%以下であることが好ましい。この範囲内においてより高い効果を得ることができるからである。   The content of these benzene derivatives or carbon 6-membered ring compounds in the electrolytic solution is preferably 0.5% by mass or more and 3% by mass or less. This is because a higher effect can be obtained within this range.

なお、電解液に代えてゲル状の電解質を用いてもよい。ゲル状の電解質は、保持体に電解液を保持させたものである。保持体は、例えば、高分子化合物または無機化合物により構成されている。高分子化合物としては、例えば、ポリエチレンオキサイドあるいはポリエチレンオキサイドを含む架橋体などのエーテル系高分子化合物、ポリメタクリレートなどのエステル系高分子化合物あるいはアクリレート系高分子化合物、またはポリフッ化ビニリデンあるいはフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体などのフッ素系高分子化合物が挙げられ、これらのうちのいずれか1種または2種以上が混合して用いられる。特に、酸化還元安定性の観点からは、フッ素系高分子化合物を用いることが望ましい。無機化合物としては、例えば、窒化リチウムあるいはリン酸リチウムが挙げられる。   Note that a gel electrolyte may be used instead of the electrolytic solution. The gel electrolyte is obtained by holding an electrolytic solution in a holding body. The holding body is made of, for example, a polymer compound or an inorganic compound. Examples of the polymer compound include, for example, an ether polymer compound such as polyethylene oxide or a crosslinked product containing polyethylene oxide, an ester polymer compound such as polymethacrylate, or an acrylate polymer compound, or polyvinylidene fluoride or vinylidene fluoride. Fluorine polymer compounds such as a copolymer with hexafluoropropylene can be mentioned, and any one or two or more of these can be used in combination. In particular, it is desirable to use a fluorine-based polymer compound from the viewpoint of redox stability. Examples of the inorganic compound include lithium nitride and lithium phosphate.

この二次電池は、例えば、次のようにして製造することができる。   For example, the secondary battery can be manufactured as follows.

まず、例えば、正極活物質と導電剤と結着剤とを混合して正極合剤を調製し、この正極合剤をN−メチルピロリドンなどの溶剤に分散させて正極合剤塗液とする。次いで、この正極合剤塗液を正極集電体に塗布して乾燥させたのち、圧縮成型して正極合剤層を形成し、正極21を作製する。   First, for example, a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder are mixed to prepare a positive electrode mixture, and this positive electrode mixture is dispersed in a solvent such as N-methylpyrrolidone to obtain a positive electrode mixture coating solution. Next, the positive electrode mixture coating solution is applied to a positive electrode current collector and dried, and then compression molded to form a positive electrode mixture layer, whereby the positive electrode 21 is produced.

また、例えば、負極活物質と結着剤とを混合して負極合剤を調製し、この負極合剤をN−メチルピロリドンなどの溶剤に分散させて負極合剤塗液とする。次いで、この負極合剤塗液を負極集電体に塗布して乾燥させたのち、圧縮成型して負極合剤層を形成し、負極22を作製する。   Further, for example, a negative electrode active material and a binder are mixed to prepare a negative electrode mixture, and the negative electrode mixture is dispersed in a solvent such as N-methylpyrrolidone to obtain a negative electrode mixture coating solution. Next, the negative electrode mixture coating solution is applied to a negative electrode current collector and dried, and then compression molded to form a negative electrode mixture layer, whereby the negative electrode 22 is manufactured.

続いて、正極集電体に正極リード25を溶接などにより取り付けると共に、負極集電体に負極リード26を溶接などにより取り付ける。そののち、正極21と負極22とをセパレータ23を介して巻回し、正極リード25の先端部を安全弁機構15に溶接すると共に、負極リード26の先端部を電池缶11に溶接して、巻回した正極21および負極22を一対の絶縁板12,13で挟み電池缶11の内部に収納する。次いで、電解液を電池缶11の内部に注入する。そののち、電池缶11の開口端部に電池蓋14,安全弁機構15および熱感抵抗素子16をガスケット17を介してかしめることにより固定する。これにより、図1に示した二次電池が完成する。   Subsequently, the positive electrode lead 25 is attached to the positive electrode current collector by welding or the like, and the negative electrode lead 26 is attached to the negative electrode current collector by welding or the like. After that, the positive electrode 21 and the negative electrode 22 are wound through the separator 23, and the tip of the positive electrode lead 25 is welded to the safety valve mechanism 15, and the tip of the negative electrode lead 26 is welded to the battery can 11. The positive electrode 21 and the negative electrode 22 are sandwiched between a pair of insulating plates 12 and 13 and stored in the battery can 11. Next, the electrolytic solution is injected into the battery can 11. After that, the battery lid 14, the safety valve mechanism 15, and the heat sensitive resistance element 16 are fixed to the opening end of the battery can 11 by caulking through a gasket 17. Thereby, the secondary battery shown in FIG. 1 is completed.

この二次電池では、充電を行うと、例えば、正極21からリチウムイオンが離脱し、電解質を介して負極22に吸蔵される。放電を行うと、例えば、負極22からリチウムイオンが離脱し、電解質を介して正極21に吸蔵される。ここでは、電解液に上述したベンゼン誘導体あるいは炭素6員環化合物が含まれているので、溶媒の分解が抑制され、サイクル特性が向上する。また、充電状態においても電解液は安定しており、自己放電が抑制され、高い保存特性が得られる。   In the secondary battery, when charged, for example, lithium ions are released from the positive electrode 21 and inserted in the negative electrode 22 through the electrolyte. When discharging is performed, for example, lithium ions are released from the negative electrode 22 and are inserted in the positive electrode 21 through the electrolyte. Here, since the above-described benzene derivative or carbon 6-membered ring compound is contained in the electrolytic solution, the decomposition of the solvent is suppressed and the cycle characteristics are improved. Further, the electrolyte solution is stable even in a charged state, self-discharge is suppressed, and high storage characteristics can be obtained.

このように本実施の形態では、電解液が上述したベンゼン誘導体あるいは炭素6員環化合物を含むようにしたので、サイクル特性を向上させることができる。また、これらの化合物は酸化還元に対しても安定しているので、高い保存特性を得ることができる。   As described above, in the present embodiment, since the electrolytic solution contains the benzene derivative or the carbon 6-membered ring compound described above, cycle characteristics can be improved. Further, since these compounds are stable against oxidation and reduction, high storage characteristics can be obtained.

更に、本発明の具体的な実施例について詳細に説明する。   Further, specific embodiments of the present invention will be described in detail.

(実施例1−1〜1−12)
実施の形態において説明した二次電池を作製した。まず、正極活物質であるコバルト酸リチウム(LiCoO2 )を94質量部と、導電剤であるグラファイトを3質量部と、結着剤であるポリフッ化ビニリデンを3質量部とを均一に混合したのち、N−メチルピロリドンを添加し正極合剤塗液を得た。次いで、得られた正極合剤塗液を、幅56mm、長さ550mm、厚み20μmのアルミニウム箔よりなる正極集電体に均一に塗布し乾燥させて厚み70μmの正極合剤層を形成した。同様にして、正極集電体の裏面にも厚み70μmの正極合剤層を形成した。そののち、正極集電体の一端にアルミニウム製の正極リード25を取り付けた。
(Examples 1-1 to 1-12)
The secondary battery described in the embodiment was manufactured. First, 94 parts by mass of lithium cobaltate (LiCoO 2 ) as a positive electrode active material, 3 parts by mass of graphite as a conductive agent, and 3 parts by mass of polyvinylidene fluoride as a binder were mixed uniformly. N-methylpyrrolidone was added to obtain a positive electrode mixture coating solution. Next, the obtained positive electrode mixture coating liquid was uniformly applied to a positive electrode current collector made of an aluminum foil having a width of 56 mm, a length of 550 mm, and a thickness of 20 μm and dried to form a positive electrode mixture layer having a thickness of 70 μm. Similarly, a positive electrode mixture layer having a thickness of 70 μm was also formed on the back surface of the positive electrode current collector. After that, a positive electrode lead 25 made of aluminum was attached to one end of the positive electrode current collector.

また、負極活物質である黒鉛を94質量部と、結着剤であるポリフッ化ビニリデンを6質量部とを均一に混合したのち、N−メチルピロリドンを添加し負極合剤塗液を得た。次いで、得られた負極合剤塗液を、幅58mm、長さ600mm、厚み15μmの銅箔よりなる負極集電体に均一に塗布し乾燥させて厚み70μmの負極合剤層を形成した。同様にして、負極集電体の裏面にも厚み70μmの負極合剤層を形成した。そののち、負極集電体の一端にニッケル製の負極リード26を取り付けた。   Further, 94 parts by mass of graphite as a negative electrode active material and 6 parts by mass of polyvinylidene fluoride as a binder were uniformly mixed, and then N-methylpyrrolidone was added to obtain a negative electrode mixture coating solution. Next, the obtained negative electrode mixture coating liquid was uniformly applied to a negative electrode current collector made of a copper foil having a width of 58 mm, a length of 600 mm, and a thickness of 15 μm, and dried to form a negative electrode mixture layer having a thickness of 70 μm. Similarly, a negative electrode mixture layer having a thickness of 70 μm was also formed on the back surface of the negative electrode current collector. After that, a nickel negative electrode lead 26 was attached to one end of the negative electrode current collector.

次いで、正極21と負極22とを厚み25μmの微多孔性ポリプロピレンフィルムよりなるセパレータ23を介して積層したのち、ワインダーで巻き取って巻回電極体20を形成し、この巻回電極体20を、直径18mm、長さ65mmのステンレスよりなる電池缶11の内部に収納した。なお、この電池の容量は2000mAhである。   Next, after laminating the positive electrode 21 and the negative electrode 22 with a separator 23 made of a microporous polypropylene film having a thickness of 25 μm, the wound electrode body 20 is formed by winding with a winder. The battery can 11 was housed in a stainless steel can 11 having a diameter of 18 mm and a length of 65 mm. The capacity of this battery is 2000 mAh.

続いて、溶媒として炭酸エチレンと炭酸プロピレンと炭酸ジメチルとを用意し、これに電解質塩であるヘキサフルオロリン酸リチウムと添加物とを加えて電解液を作製した。その際、炭酸エチレンと炭酸プロピレンと炭酸ジメチルとヘキサフルオロリン酸リチウムとの割合は、重量比で、炭酸エチレン:炭酸プロピレン:炭酸ジメチル:ヘキサフルオロリン酸リチウム=15:10:55:20とした。また、添加物としては、実施例1−1〜1−4では化16に示した1,2,4−トリアセトキシベンゼンを用い、実施例1−5〜1−8では化20に示した1,2,4,5−テトラアセトキシベンゼンを用い、実施例1−9〜1−12では化23に示したロジゾン酸ナトリウムを用いた。電解液における添加物の含有量は、実施例1−1〜1−12で表1に示したように変化させた。   Subsequently, ethylene carbonate, propylene carbonate, and dimethyl carbonate were prepared as solvents, and an electrolyte was prepared by adding lithium hexafluorophosphate as an electrolyte salt and an additive thereto. At that time, the ratio of ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate and lithium hexafluorophosphate was ethylene carbonate: propylene carbonate: dimethyl carbonate: lithium hexafluorophosphate = 15: 10: 55: 20 by weight ratio. . As the additive, 1,2-1,4-triacetoxybenzene shown in Chemical formula 16 was used in Examples 1-1 to 1-4, and 1 shown in Chemical formula 20 in Examples 1-5 to 1-8. , 2,4,5-tetraacetoxybenzene was used, and sodium rhodizonate shown in Chemical formula 23 was used in Examples 1-9 to 1-12. The content of the additive in the electrolytic solution was changed as shown in Table 1 in Examples 1-1 to 1-12.

そののち、作製した電解液4.5gを電池缶11の内部に注入し、ガスケット17を介して電池蓋14を電池缶11にかしめることにより、実施例1−1〜1−12について図1に示した円筒型の二次電池を得た。   After that, 4.5 g of the produced electrolyte solution is injected into the battery can 11 and the battery lid 14 is caulked to the battery can 11 via the gasket 17, whereby Examples 1-1 to 1-12 are shown in FIG. The cylindrical secondary battery shown in 1 was obtained.

実施例1−1〜1−12に対する比較例1−1として、電解液に添加物を添加しないことを除き、他は実施例1−1〜1−12と同様にして二次電池を作製した。また、実施例1−1〜1−12に対する比較例1−2として、電解液に添加物として化26に示したヒドロキノンを1質量%添加したことを除き、他は実施例1−1〜1−12と同様にして二次電池を作製した。ヒドロキノンは、化26に示したように、ベンゼン環に酸素原子が2個結合したものである。   As Comparative Example 1-1 with respect to Examples 1-1 to 1-12, a secondary battery was fabricated in the same manner as in Examples 1-1 to 1-12, except that no additive was added to the electrolytic solution. . Moreover, as Comparative Example 1-2 with respect to Examples 1-1 to 1-12, except that 1% by mass of hydroquinone shown in Chemical Formula 26 was added as an additive to the electrolyte, the other examples were 1-1-1 A secondary battery was fabricated in the same manner as in -12. As shown in Chemical formula 26, hydroquinone has two oxygen atoms bonded to the benzene ring.

Figure 2005108459
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得られた実施例1−1〜1−12および比較例1−1,1−2の二次電池について、23℃において、2Aで4.2Vを上限として2時間充電し、その後30分間休止して2Aで3Vに達するまで放電するという充放電を繰り返し、300サイクル目の放電容量維持率を求めた。300サイクル目の放電容量維持率は、(300サイクル目の放電容量/初回の放電容量)×100として計算した。その結果を表1および図2に示す。   For the obtained secondary batteries of Examples 1-1 to 1-12 and Comparative examples 1-1 and 1-2, at 23 ° C., 2 A was charged for 2 hours up to 4.2 V, and then rested for 30 minutes. Then, charging / discharging of discharging until reaching 3V at 2A was repeated, and the discharge capacity maintenance rate at the 300th cycle was determined. The discharge capacity retention rate at the 300th cycle was calculated as (discharge capacity at the 300th cycle / initial discharge capacity) × 100. The results are shown in Table 1 and FIG.

Figure 2005108459
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表1および図2に示したように、実施例1−1〜1−12によれば、添加物を添加していない比較例1およびヒドロキノンを添加した比較例2よりも、高いサイクル放電容量維持率が得られた。すなわち、ベンゼン環に酸素原子が3個以上結合したベンゼン誘導体、あるいは炭素6員環に酸素原子が二重結合で4個以上結合した6π電子を有する炭素6員環化合物を含むようにすれば、サイクル特性を向上させることができることが分かった。   As shown in Table 1 and FIG. 2, according to Examples 1-1 to 1-12, a higher cycle discharge capacity was maintained than Comparative Example 1 in which no additive was added and Comparative Example 2 in which hydroquinone was added. The rate was obtained. That is, if a benzene derivative in which 3 or more oxygen atoms are bonded to the benzene ring or a carbon 6-membered ring compound having 6π electrons in which 4 or more oxygen atoms are bonded to the carbon 6-membered ring by a double bond is included, It was found that cycle characteristics can be improved.

また、実施例1−1〜1−4、実施例1−5〜1−8、実施例1−9〜1−12をそれぞれ比較すると、添加物の含有量を多くするに従って放電容量維持率は高くなり、極大値を示したのち低くなる傾向がみられた。すなわち、上述したベンゼン誘導体あるいは炭素6員環化合物の含有量を電解液の0.5質量%以上3質量%とすれば、より高い効果を得ることができることが分かった。   Moreover, when Examples 1-1 to 1-4, Examples 1-5 to 1-8, and Examples 1-9 to 1-12 are respectively compared, the discharge capacity retention ratio increases as the content of the additive is increased. There was a tendency to increase and then decrease after showing a local maximum. That is, it was found that a higher effect can be obtained if the content of the benzene derivative or the carbon 6-membered ring compound described above is 0.5% by mass or more and 3% by mass of the electrolytic solution.

(実施例2−1,2−2)
実施例2−1として実施例1−6と同様にして二次電池を作製した。また、実施例2−2として実施例1−10と同様にして二次電池を作製した。実施例2−1,2−2に対する比較例2−1として、電解液に添加物として化27に示した2,5−ジヒドロキシベンゾキノンを1質量%添加したことを除き、他は実施例2−1,2−2と同様にして二次電池を作製した。2,5−ジヒドロキシベンゾキノンは、化27に示したように、炭素6員環に酸素原子が二重結合で2個結合したものである。
(Examples 2-1 and 2-2)
As Example 2-1, a secondary battery was fabricated in the same manner as Example 1-6. Further, as Example 2-2, a secondary battery was fabricated in the same manner as Example 1-10. As Comparative Example 2-1 with respect to Examples 2-1 and 2-2, except that 1% by mass of 2,5-dihydroxybenzoquinone shown in Chemical Formula 27 was added as an additive to the electrolytic solution, the rest was the same as in Example 2- Secondary batteries were fabricated in the same manner as in 1 and 2-2. 2,5-dihydroxybenzoquinone is one in which two oxygen atoms are bonded to a carbon 6-membered ring by a double bond, as shown in Chemical Formula 27.

Figure 2005108459
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得られた実施例2−1,2−2および比較例2−1の二次電池について、23℃において、2Aで4.2Vを上限として2時間充電し、その後30分間休止して2Aで3Vに達するまで放電し、初回放電容量を求めた。次いで、23℃において2Aで4.2Vを上限として2時間充電したのち、60℃で100時間保存し、再び23℃において2Aで3Vに達するまで放電し、保存後の放電容量を求めた。これらの結果から、保存後の放電容量維持率を、(保存後の放電容量/初回放電容量)×100として求めた。得られた保存後の放電容量維持率を表2に示す。   For the obtained secondary batteries of Examples 2-1 and 2-2 and Comparative Example 2-1, at 23 ° C., 2 A was charged for 2 hours up to 4.2 V, then rested for 30 minutes, and then 2 V for 3 V The battery was discharged until the initial discharge capacity was reached. Next, the battery was charged at 23 ° C. with 2 A at 4.2 V as the upper limit for 2 hours, then stored at 60 ° C. for 100 hours, discharged again at 2 A at 2 A until reaching 3 V, and the discharge capacity after storage was determined. From these results, the discharge capacity retention rate after storage was determined as (discharge capacity after storage / initial discharge capacity) × 100. Table 2 shows the obtained discharge capacity retention ratio after storage.

Figure 2005108459
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表2に示したように、実施例2−1,2−2によれば、2,5−ジヒドロキシベンゾキノンを添加した比較例2よりも、保存後の放電容量維持率が高かった。すなわち、ベンゼン環に酸素原子が3個以上結合したベンゼン誘導体、あるいは炭素6員環に酸素原子が二重結合で4個以上結合した6π電子を有する炭素6員環化合物を含むようにすれば、高い保存特性を得られることが分かった。   As shown in Table 2, according to Examples 2-1 and 2-2, the discharge capacity retention rate after storage was higher than that of Comparative Example 2 in which 2,5-dihydroxybenzoquinone was added. That is, if a benzene derivative in which 3 or more oxygen atoms are bonded to the benzene ring or a carbon 6-membered ring compound having 6π electrons in which 4 or more oxygen atoms are bonded to the carbon 6-membered ring by a double bond is included, It was found that high storage characteristics can be obtained.

なお、上記実施例では、添加物として、1,2,4−トリアセトキシベンゼン、1,2,4,5−テトラアセトキシベンゼンあるいはロジゾン酸ナトリウムを用いる場合について説明したが、ベンゼン環に酸素原子が3個以上結合した他のベンゼン誘導体、あるいは炭素6員環に酸素原子が二重結合で4個以上結合した6π電子を有する他の炭素6員環化合物を用いるようにしても同様の結果を得ることができる。また、上記実施例では、電解液を用いる場合について説明したが、ゲル状の電解質を用いても同様の結果を得ることができる。   In the above embodiment, the case where 1,2,4-triacetoxybenzene, 1,2,4,5-tetraacetoxybenzene or sodium rhodizonate is used as an additive has been described, but oxygen atoms are present in the benzene ring. Similar results can be obtained by using other benzene derivatives having three or more bonds, or other carbon six-membered compounds having 6π electrons in which four or more oxygen atoms are bonded to the carbon six-membered ring by double bonds. be able to. Moreover, although the case where the electrolytic solution is used has been described in the above embodiment, the same result can be obtained even when a gel electrolyte is used.

以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態および実施例では、電解質の組成について具体的に説明したが、他の組成を有するものについても用いることができる。また、目的とする特性に応じて、他の添加物が更に添加されていてもよい。   Although the present invention has been described with reference to the embodiments and examples, the present invention is not limited to the above embodiments and examples, and various modifications can be made. For example, in the above-described embodiments and examples, the composition of the electrolyte has been specifically described, but those having other compositions can also be used. In addition, other additives may be further added according to the intended characteristics.

更に、本発明は、巻回構造を有する円筒型の二次電池に限らず、巻回構造を有する楕円型あるいは多角形型の二次電池、または正極および負極を折り畳んだりあるいは積み重ねた構造を有する二次電池についても適用することができる。加えて、いわゆるコイン型,ボタン型あるいはカード型などの二次電池についても適用することができる。   Furthermore, the present invention is not limited to a cylindrical secondary battery having a winding structure, but has an elliptical or polygonal secondary battery having a winding structure, or a structure in which a positive electrode and a negative electrode are folded or stacked. The present invention can also be applied to a secondary battery. In addition, the present invention can also be applied to a so-called coin type, button type, or card type secondary battery.

加えて、上記実施の形態および実施例では、リチウムイオン二次電池について説明したが、他の二次電池にも適用することができ、同様の効果を得ることができる。他の二次電池としては、例えば、負極活物質として金属リチウムを用いたいわゆる金属リチウム二次電池、更には実用化が検討されているマグネシウム二次電池あるいはアルミニウム二次電池などが挙げられる。更にまた、二次電池に限らず、一次電池などの他の電池にも適用することができる。加えてまた、化学反応を伴う電池だけでなく、電解液を使用する電気二重層キャパシタなどにも適用することができる。   In addition, in the above-described embodiments and examples, the lithium ion secondary battery has been described. However, the present invention can be applied to other secondary batteries, and similar effects can be obtained. Examples of the other secondary battery include a so-called metal lithium secondary battery using metal lithium as a negative electrode active material, and a magnesium secondary battery or an aluminum secondary battery that is being studied for practical use. Furthermore, the present invention can be applied not only to secondary batteries but also to other batteries such as primary batteries. In addition, the present invention can be applied not only to a battery with a chemical reaction but also to an electric double layer capacitor using an electrolytic solution.

本発明の一実施の形態に係る二次電池の構成を表す断面図である。It is sectional drawing showing the structure of the secondary battery which concerns on one embodiment of this invention. 本発明の実施例における添加物と放電容量維持率との関係を表す特性図である。It is a characteristic view showing the relationship between the additive and the discharge capacity maintenance factor in the Example of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

11…電池缶、12,13…絶縁板、14…電池蓋、15…安全弁機構、15A…ディスク板、16…熱感抵抗素子、17…ガスケット、20…巻回電極体、21…正極、22…負極、23…セパレータ、24…センターピン、25…正極リード、26…負極リード。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Battery can, 12, 13 ... Insulation board, 14 ... Battery cover, 15 ... Safety valve mechanism, 15A ... Disc board, 16 ... Heat sensitive resistance element, 17 ... Gasket, 20 ... Winding electrode body, 21 ... Positive electrode, 22 ... negative electrode, 23 ... separator, 24 ... center pin, 25 ... positive electrode lead, 26 ... negative electrode lead.

Claims (22)

ベンゼン環に酸素原子が3個以上結合したベンゼン誘導体を含むことを特徴とする電解質。   An electrolyte comprising a benzene derivative having three or more oxygen atoms bonded to a benzene ring. 前記ベンゼン誘導体は、アシル基を有することを特徴とする請求項1記載の電解質。   The electrolyte according to claim 1, wherein the benzene derivative has an acyl group. 前記ベンゼン誘導体として、1,2,4−トリアセトキシベンゼンおよび1,2,4,5−テトラアセトキシベンゼンのうちの少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項1記載の電解質。   2. The electrolyte according to claim 1, wherein the benzene derivative contains at least one of 1,2,4-triacetoxybenzene and 1,2,4,5-tetraacetoxybenzene. 前記ベンゼン誘導体と、炭酸エステルと、電解質塩とを含む電解液を含有することを特徴とする請求項1記載の電解質。   2. The electrolyte according to claim 1, comprising an electrolytic solution containing the benzene derivative, a carbonate, and an electrolyte salt. 前記電解液は、炭酸エチレンと、炭酸プロピレンと、炭酸ジメチルとを含むことを特徴とする請求項4記載の電解質。   The electrolyte according to claim 4, wherein the electrolytic solution contains ethylene carbonate, propylene carbonate, and dimethyl carbonate. 前記電解液における前記ベンゼン誘導体の含有量は、0.5質量%以上3質量%以下の範囲内であることを特徴とする請求項4記載の電解質。   5. The electrolyte according to claim 4, wherein a content of the benzene derivative in the electrolytic solution is in a range of 0.5 mass% to 3 mass%. 炭素6員環に酸素原子が二重結合で4個以上結合した6π電子を有する炭素6員環化合物を含むことを特徴とする電解質。   An electrolyte comprising a carbon 6-membered ring compound having 6π electrons in which four or more oxygen atoms are bonded to the carbon 6-membered ring by a double bond. 前記炭素6員環化合物として、ロジゾン酸ナトリウムを含むことを特徴とする請求項7記載の電解質。   The electrolyte according to claim 7, wherein the carbon 6-membered ring compound includes sodium rhodizonate. 前記炭素6員環化合物と、炭酸エステルと、電解質塩とを含む電解液を含有することを特徴とする請求項7記載の電解質。   The electrolyte according to claim 7, comprising an electrolytic solution containing the carbon 6-membered ring compound, a carbonate ester, and an electrolyte salt. 前記電解液は、炭酸エチレンと、炭酸プロピレンと、炭酸ジメチルとを含むことを特徴とする請求項9記載の電解質。   The electrolyte according to claim 9, wherein the electrolytic solution contains ethylene carbonate, propylene carbonate, and dimethyl carbonate. 前記電解液における前記炭素6員環化合物の含有量は、0.5質量%以上3質量%以下の範囲内であることを特徴とする請求項9記載の電解質。   10. The electrolyte according to claim 9, wherein a content of the carbon 6-membered ring compound in the electrolytic solution is in a range of 0.5 mass% to 3 mass%. 正極および負極と共に電解質を備えた電池であって、
前記電解質は、ベンゼン環に酸素原子が3個以上結合したベンゼン誘導体を含むことを特徴とする電池。
A battery comprising an electrolyte together with a positive electrode and a negative electrode,
The battery, wherein the electrolyte includes a benzene derivative having three or more oxygen atoms bonded to a benzene ring.
前記ベンゼン誘導体は、アシル基を有することを特徴とする請求項12記載の電池。   The battery according to claim 12, wherein the benzene derivative has an acyl group. 前記ベンゼン誘導体として、1,2,4−トリアセトキシベンゼンおよび1,2,4,5−テトラアセトキシベンゼンのうちの少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項12記載の電池。   The battery according to claim 12, wherein the benzene derivative includes at least one of 1,2,4-triacetoxybenzene and 1,2,4,5-tetraacetoxybenzene. 前記電解質は、前記ベンゼン誘導体と、炭酸エステルと、電解質塩とを含む電解液を含有することを特徴とする請求項12記載の電池。   The battery according to claim 12, wherein the electrolyte contains an electrolytic solution containing the benzene derivative, a carbonate, and an electrolyte salt. 前記電解液は、炭酸エチレンと、炭酸プロピレンと、炭酸ジメチルとを含むことを特徴とする請求項15記載の電池。   The battery according to claim 15, wherein the electrolytic solution contains ethylene carbonate, propylene carbonate, and dimethyl carbonate. 前記電解液における前記ベンゼン誘導体の含有量は、0.5質量%以上3質量%以下の範囲内であることを特徴とする請求項15記載の電池。   The battery according to claim 15, wherein a content of the benzene derivative in the electrolytic solution is in a range of 0.5 mass% to 3 mass%. 正極および負極と共に電解質を備えた電池であって、
前記電解質は、炭素6員環に酸素原子が二重結合で4個以上結合した6π電子を有する炭素6員環化合物を含むことを特徴とする電池。
A battery comprising an electrolyte together with a positive electrode and a negative electrode,
The battery includes a carbon 6-membered ring compound having 6π electrons in which four or more oxygen atoms are bonded to a carbon 6-membered ring by a double bond.
前記炭素6員環化合物として、ロジゾン酸ナトリウムを含むことを特徴とする請求項18記載の電池。   The battery according to claim 18, wherein the carbon 6-membered ring compound includes sodium rhodizonate. 前記電解質は、前記炭素6員環化合物と、炭酸エステルと、電解質塩とを含む電解液を含有することを特徴とする請求項18記載の電池。   19. The battery according to claim 18, wherein the electrolyte contains an electrolytic solution containing the carbon 6-membered ring compound, a carbonate, and an electrolyte salt. 前記電解液は、炭酸エチレンと、炭酸プロピレンと、炭酸ジメチルとを含むことを特徴とする請求項20記載の電池。   21. The battery according to claim 20, wherein the electrolytic solution contains ethylene carbonate, propylene carbonate, and dimethyl carbonate. 前記電解液における前記炭素6員環化合物の含有量は、0.5質量%以上3質量%以下の範囲内であることを特徴とする請求項20記載の電池。
21. The battery according to claim 20, wherein the content of the carbon 6-membered ring compound in the electrolytic solution is in the range of 0.5 mass% to 3 mass%.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1895613A1 (en) * 2005-06-17 2008-03-05 Sumitomo Chemical Company, Limited Electrolyte containing oxocarbon molecule and use thereof
EP1933404A1 (en) * 2005-09-14 2008-06-18 Mitsubishi Chemical Corporation Non-aqueous electrolyte for primary battery, and non-aqueous electrolyte primary battery using the same
JP2008262900A (en) * 2007-03-16 2008-10-30 Sony Corp Non-aqueous electrolyte and non-aqueous electrolyte battery using the same
JP2019160683A (en) * 2018-03-15 2019-09-19 トヨタ自動車株式会社 Nonaqueous electrolyte secondary battery

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1895613A1 (en) * 2005-06-17 2008-03-05 Sumitomo Chemical Company, Limited Electrolyte containing oxocarbon molecule and use thereof
EP1895613A4 (en) * 2005-06-17 2011-01-05 Sumitomo Chemical Co Electrolyte containing oxocarbon molecule and use thereof
EP1933404A1 (en) * 2005-09-14 2008-06-18 Mitsubishi Chemical Corporation Non-aqueous electrolyte for primary battery, and non-aqueous electrolyte primary battery using the same
EP1933404A4 (en) * 2005-09-14 2011-01-19 Mitsubishi Chem Corp Non-aqueous electrolyte for primary battery, and non-aqueous electrolyte primary battery using the same
JP2008262900A (en) * 2007-03-16 2008-10-30 Sony Corp Non-aqueous electrolyte and non-aqueous electrolyte battery using the same
JP4569639B2 (en) * 2007-03-16 2010-10-27 ソニー株式会社 Nonaqueous electrolyte for nonaqueous electrolyte secondary battery and nonaqueous electrolyte secondary battery using the same
JP2019160683A (en) * 2018-03-15 2019-09-19 トヨタ自動車株式会社 Nonaqueous electrolyte secondary battery

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