JP2005203342A - Secondary battery - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a lithium secondary battery which has a property of superior energy density and electromotive force or the like and is superior in cycle life and storage stability. <P>SOLUTION: In the secondary battery which comprises a positive electrode, a negative electrode, and an electrolytic solution containing aprotic solvent dissolved with at least an electrolyte, the positive electrode contains a lithium-containing compound oxide having a charge and discharge region of 4.3 or more in a charge and discharge test using metal lithium for the negative electrode, and the electrolytic solution contains a compound as shown in a general formula (1). <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、二次電池、特にラミネート型二次電池に関するものである。   The present invention relates to a secondary battery, particularly a laminate type secondary battery.

負極に炭素材料またはリチウム金属を用い、正極にリチウム含有複合酸化物を用いた非水電解液リチウムイオンまたはリチウム二次電池は、高いエネルギー密度を実現できることから携帯電話、ノートパソコン用などの電源として注目されている。この二次電池においては、一般的に電極の表面に表面膜、保護膜、SEIまたは皮膜と呼ばれる膜が生成することが知られている。この表面膜は、充放電効率、サイクル寿命、安全性に大きな影響を及ぼすことから電極の高性能化には表面膜の制御が不可欠であることが知られている。つまり負極材料として炭素材料を用いたとき、その不可逆容量の低減が必要であり、リチウム金属負極においては充放電効率の低下とデンドライト生成による安全性の問題を解決する必要がある。   Non-aqueous electrolyte lithium ion or lithium secondary battery using carbon material or lithium metal for the negative electrode and lithium-containing composite oxide for the positive electrode can realize high energy density, so it can be used as a power source for mobile phones and laptop computers. Attention has been paid. In this secondary battery, it is generally known that a film called a surface film, a protective film, SEI or a film is formed on the surface of the electrode. Since this surface film has a great influence on charge / discharge efficiency, cycle life, and safety, it is known that control of the surface film is indispensable for improving the performance of the electrode. That is, when a carbon material is used as the negative electrode material, it is necessary to reduce the irreversible capacity, and in the lithium metal negative electrode, it is necessary to solve the problem of safety due to the decrease in charge / discharge efficiency and the generation of dendrite.

これらの課題を解決する手法として様々な手法が提案されてきている。例えば、リチウム金属を負極材料として用いた場合、その表面に、化学反応を利用してフッ化リチウム等からなる皮膜層を設けることによってデンドライトの生成を抑制することが提案されている。   Various techniques have been proposed as a technique for solving these problems. For example, when lithium metal is used as the negative electrode material, it has been proposed to suppress the formation of dendrite by providing a coating layer made of lithium fluoride or the like on the surface using a chemical reaction.

特許文献1には、フッ化水素酸を含有する電解液にリチウム負極を曝し、負極をフッ化水素酸と反応させることによりその表面をフッ化リチウムの膜で覆う技術が開示されている。フッ化水素酸は、LiPF6および微量の水の反応により生成する。一方、リチウム負極表面には、空気中での自然酸化により水酸化リチウムや酸化リチウムの表面膜が形成されている。これらが反応することにより、負極表面にフッ化リチウムの表面膜が生成するのである。しかしながら、このフッ化リチウム膜は、電極界面と液との反応を利用して形成されるものであり、副反応成分が表面膜中に混入しやすく、均一な膜が得られにくい場合があった。また、水酸化リチウムや酸化リチウムの表面膜が均一に形成されていない場合や一部リチウムがむきだしになっている部分が存在する場合もあり、これらの場合には均一な薄膜の形成ができないばかりか、水やフッ化水素等とリチウムが反応することによる安全性の問題が生じていた。また、反応が不十分であった場合には、フッ化物以外の不要な化合物成分が残り、イオン伝導性の低下を招く等の悪影響が考えられる。更に、このような界面での化学反応を利用してフッ化物層を形成する方法では、利用できるフッ化物や電解液の選択幅が限定され、安定な表面膜を歩留まり良く形成することが困難な場合があった。 Patent Document 1 discloses a technique in which a lithium negative electrode is exposed to an electrolytic solution containing hydrofluoric acid, and the negative electrode is reacted with hydrofluoric acid to cover the surface with a lithium fluoride film. Hydrofluoric acid is produced by the reaction of LiPF 6 and a small amount of water. On the other hand, a surface film of lithium hydroxide or lithium oxide is formed on the surface of the lithium negative electrode by natural oxidation in air. When these react, a surface film of lithium fluoride is formed on the negative electrode surface. However, this lithium fluoride film is formed by utilizing the reaction between the electrode interface and the liquid, and side reaction components are likely to be mixed into the surface film, and it may be difficult to obtain a uniform film. . Also, there may be cases where the surface film of lithium hydroxide or lithium oxide is not uniformly formed or there is a part where lithium is exposed. In these cases, a uniform thin film cannot be formed. In addition, there has been a safety problem due to the reaction of lithium with water or hydrogen fluoride. Moreover, when reaction is inadequate, unnecessary compound components other than a fluoride remain, and bad influences, such as causing the fall of ion conductivity, are considered. Furthermore, in the method of forming a fluoride layer using such a chemical reaction at the interface, the selection range of available fluorides and electrolytes is limited, and it is difficult to form a stable surface film with a high yield. There was a case.

特許文献2では、アルゴンとフッ化水素の混合ガスとアルミニウム−リチウム合金とを反応させ、負極表面にフッ化リチウムの表面膜を得ている。しかしながら、リチウム金属表面にあらかじめ表面膜が存在する場合、特に複数種の化合物が存在する場合には反応が不均一になり易く、フッ化リチウムの膜を均一に形成することが困難な場合があった。この場合、十分なサイクル特性を有するリチウム二次電池を得ることが困難となる。   In Patent Document 2, a mixed gas of argon and hydrogen fluoride and an aluminum-lithium alloy are reacted to obtain a lithium fluoride surface film on the negative electrode surface. However, when a surface film is preliminarily present on the surface of the lithium metal, particularly when a plurality of types of compounds are present, the reaction tends to be non-uniform and it may be difficult to form a lithium fluoride film uniformly. It was. In this case, it is difficult to obtain a lithium secondary battery having sufficient cycle characteristics.

特許文献3には、均一な結晶構造すなわち(100)結晶面が優先的に配向しているリチウムシートの表面に、岩塩型結晶構造を持つ物質を主成分とする表面皮膜構造を形成する技術が開示されている。こうすることにより、均一な析出溶解反応すなわち電池の充放電を行うことができ、リチウム金属のデンドライト析出を抑え、電池のサイクル寿命が向上できるとされている。表面膜に用いる物質としては、リチウムのハロゲン化物を有していることが好ましく、LiCl、LiBr及びLiIからなる群より選ばれた少なくとも一種と、LiFとの固溶体を用いることが好ましいと述べられている。具体的には、LiCl、LiBr及びLiIからなる群より選ばれた少なくとも一種と、LiFとの固溶体皮膜を形成するために、押圧処理(圧延)により作成した(100)結晶面が優先的に配向しているリチウムシートを、(1)塩素分子もしくは塩素イオン、(2)臭素分子もしくは臭素イオン、(3)ヨウ素分子もしくはヨウ素イオンのうち、(1)〜(3)からなる群から選択された少なくとも一種とフッ素分子もしくはフッ素イオンを含有している電解液に浸すことにより非水電解質電池用負極を作成している。この技術の場合、圧延のリチウム金属シートを用いており、リチウムシートが大気中に曝され易いため表面に水分などに由来する皮膜が形成され易く、活性点の存在が不均一となり、目的とした安定な表面膜を作ることが困難な場合があり、この場合、デントライトの抑制効果は必ずしも充分に得られなかった。   Patent Document 3 discloses a technique for forming a surface film structure mainly composed of a substance having a rock salt type crystal structure on the surface of a lithium sheet having a uniform crystal structure, that is, a (100) crystal plane preferentially oriented. It is disclosed. By carrying out like this, it is said that uniform precipitation dissolution reaction, ie, charge / discharge of a battery, can be performed, dendrite precipitation of lithium metal can be suppressed, and the cycle life of the battery can be improved. It is stated that it is preferable to use lithium halide as the material used for the surface film, and it is preferable to use a solid solution of LiF and at least one selected from the group consisting of LiCl, LiBr and LiI. Yes. Specifically, in order to form a solid solution film with LiF and at least one selected from the group consisting of LiCl, LiBr, and LiI, the (100) crystal plane prepared by pressing (rolling) is preferentially oriented. The lithium sheet is selected from the group consisting of (1) to (3) among (1) chlorine molecules or chlorine ions, (2) bromine molecules or bromine ions, and (3) iodine molecules or iodine ions. A negative electrode for a non-aqueous electrolyte battery is produced by immersing in an electrolytic solution containing at least one kind and fluorine molecules or fluorine ions. In the case of this technology, a rolled lithium metal sheet is used, and since the lithium sheet is easily exposed to the atmosphere, a film derived from moisture and the like is easily formed on the surface, and the presence of active sites becomes uneven, which is the purpose. In some cases, it is difficult to produce a stable surface film. In this case, the effect of suppressing dentlite is not always sufficiently obtained.

また、リチウムイオンを吸蔵、放出し得る黒鉛やハードカーボン等の炭素材料を負極として用いた場合、容量および充放電効率の向上に係る技術が報告されている。   In addition, when a carbon material such as graphite or hard carbon capable of occluding and releasing lithium ions is used as the negative electrode, a technique for improving capacity and charge / discharge efficiency has been reported.

特許文献4では、アルミニウムで炭素材料を被覆した負極が提案されている。これにより、リチウムイオンと溶媒和した溶媒分子の炭素表面での還元分解が抑制され、サイクル寿命の劣化を抑えられるとされている。ただし、アルミニウムが微量の水と反応してしまうため、サイクルを繰り返すと急速に容量が低下する場合があった。   In patent document 4, the negative electrode which coat | covered the carbon material with aluminum is proposed. Thereby, reductive decomposition on the carbon surface of solvent molecules solvated with lithium ions is suppressed, and deterioration of cycle life is suppressed. However, since aluminum reacts with a small amount of water, the capacity may decrease rapidly when the cycle is repeated.

また、特許文献5では、炭素材料の表面にリチウムイオン伝導性固体電解質の薄膜を被覆した負極が提示されている。これにより、炭素材料を使用した際に生じる溶媒の分解を抑制し、特に炭酸プロピレンを使用できるリチウムイオン二次電池を提供できるとしている。しかしながら、リチウムイオンの挿入、脱離時の応力変化により固体電解質中に生じるクラックが特性劣化を導く場合があった。また、固体電解質の結晶欠陥等の不均一性により、負極表面において均一な反応が得られずサイクル寿命の劣化につながる場合があった。   Patent Document 5 proposes a negative electrode in which a surface of a carbon material is covered with a thin film of a lithium ion conductive solid electrolyte. Thereby, it is said that the decomposition | disassembly of the solvent which arises when using a carbon material can be suppressed, and especially the lithium ion secondary battery which can use a propylene carbonate can be provided. However, cracks generated in the solid electrolyte due to changes in stress during insertion and desorption of lithium ions may lead to deterioration of characteristics. Further, due to non-uniformity such as crystal defects of the solid electrolyte, a uniform reaction cannot be obtained on the negative electrode surface, leading to deterioration of cycle life.

また、特許文献6では、負極がグラファイトを含む材料からなり、電解液として環状カーボネート及び鎖状カーボネートを主成分とし、且つ前記電解液中に0.1質量%以上4質量%以下の環式モノスルホン酸エステルである1,3−プロパンスルトン及び/又は1,4−ブタンスルトンを含んだ二次電池が開示されている。ここで、1,3−プロパンスルトンや1,4−ブタンスルトンは、炭素材料表面での不働態皮膜形成に寄与し、天然黒鉛や人造黒鉛などの活性で高結晶化した炭素材料を不働態皮膜で被覆し、電池の正常な反応を損なうことなく電解液の分解を抑制する効果を有するものと考えられている。環式モノスルホン酸エステルの他に特許文献7及び8では鎖状のジスルホン酸エステルを用いても同様な効果が得られると報告されている。しかしながら、特許文献6の環式モノスルホン酸エステル、または特許文献7及び特許文献8の鎖状のジスルホン酸エステルは負極上での皮膜形成が主に起こり、例えば正極上に皮膜を形成することが困難な場合があった。また、非特許文献1〜4には鎖状ジスルホン酸エステルの製造方法が、特許文献9及び10にはスルホニル基を2個有する環式スルホン酸エステルの製造方法が開示されている。   Further, in Patent Document 6, the negative electrode is made of a material containing graphite, the main component is a cyclic carbonate and a chain carbonate as an electrolytic solution, and 0.1% by mass or more and 4% by mass or less of a cyclic monolith in the electrolytic solution. A secondary battery containing sulfonic acid ester 1,3-propane sultone and / or 1,4-butane sultone is disclosed. Here, 1,3-propane sultone or 1,4-butane sultone contributes to the formation of a passive film on the surface of the carbon material, and the active and highly crystallized carbon material such as natural graphite or artificial graphite is a passive film. It is considered that the coating has an effect of suppressing the decomposition of the electrolyte without impairing the normal reaction of the battery. In addition to the cyclic monosulfonic acid ester, Patent Documents 7 and 8 report that the same effect can be obtained by using a chain disulfonic acid ester. However, the cyclic monosulfonate of Patent Document 6 or the chain disulfonate of Patent Document 7 and Patent Document 8 mainly forms a film on the negative electrode. For example, a film may be formed on the positive electrode. It was sometimes difficult. Non-Patent Documents 1 to 4 disclose a method for producing a chain disulfonate, and Patent Documents 9 and 10 disclose a method for producing a cyclic sulfonate having two sulfonyl groups.

特許文献11では芳香族化合物を電解液溶媒に添加することによって、電解液溶媒の酸化を防ぐことで二次電池の長期にわたる充放電を繰り返した際の容量劣化を抑制している。これは、前記芳香族化合物を優先的に酸化分解させることにより、溶媒の分解を防ぐ技術である。しかしながら、この添加剤を用いた場合、正極表面が被覆されないためにサイクル特性の改善効果は十分とはいえない場合があった。   In Patent Document 11, by adding an aromatic compound to the electrolytic solution solvent, the deterioration of the capacity when the secondary battery is repeatedly charged and discharged over a long period of time is suppressed by preventing oxidation of the electrolytic solution solvent. This is a technique for preventing the decomposition of the solvent by preferentially oxidatively decomposing the aromatic compound. However, when this additive is used, the positive electrode surface is not coated, so that the effect of improving the cycle characteristics may not be sufficient.

一方、近年、携帯機器等の高性能化に伴い、駆動電源である電池に対する特性向上の要求、特にエネルギー密度の増大要求が大きくなってきた。しかしながら、二次電池は実用化されている正極材料によって得られるエネルギー密度が理論限界に近づいている。エネルギー密度=電位(V)×Ah(放電容量)で表されるため、必要とされる高エネルギー密度を得るためには例えば、特許文献12で開示されているような高電位(V)を有する高電圧正極材料が検討されている。これらの材料は、従来の正極材料と比して高エネルギー密度である特性は有しているが、低温におけるレート特性をはじめ、サイクル特性、抵抗上昇やリカバリー容量の劣化に代表される保存特性に課題を有していた。   On the other hand, in recent years, with the improvement in performance of portable devices and the like, there has been an increasing demand for improving the characteristics of batteries serving as driving power sources, particularly for increasing energy density. However, in secondary batteries, the energy density obtained with a positive electrode material in practical use is approaching the theoretical limit. Since energy density = potential (V) × Ah (discharge capacity), in order to obtain a required high energy density, for example, it has a high potential (V) as disclosed in Patent Document 12. High voltage positive electrode materials are being considered. These materials have characteristics that are higher in energy density than conventional positive electrode materials, but they have storage characteristics such as low temperature rate characteristics, cycle characteristics, resistance increase and recovery capacity degradation. Had problems.

特許文献13では電解液中に窒素含有不飽和環式化合物を添加することによって高電圧正極を用いた場合のサイクル特性を向上させる技術が記載されている。しかしながら窒素含有不飽和環式化合物は負極の充放電効率を向上させるものの、正極の充放電効率を向上させるものではなかった。
特開平7−302617号公報 特開平8−250108号公報 特開平11−288706号公報 特開平5−234583号公報 特開平5−275077号公報 特開2000−3724号公報 特開2000−133304号公報 米国特許第6436582号明細書 特公平5−44946号公報 米国特許第4950768号明細書 特開2003−7334号公報 特開2003−197194号公報 特開2003−115324号公報 J. Am. Pham. Assoc.,第l26巻,第485−493頁、1937年 G. Schroeter, Lieb, Ann, Der Chemie,第418巻,第161−257頁、1919年 Biol. Aktiv. Soedin., pp64−69(1968). Armyanskii Khimicheskii Zhurnal,21,pp393−396(1968).
Patent Document 13 describes a technique for improving cycle characteristics when a high-voltage positive electrode is used by adding a nitrogen-containing unsaturated cyclic compound to an electrolytic solution. However, although the nitrogen-containing unsaturated cyclic compound improves the charge / discharge efficiency of the negative electrode, it does not improve the charge / discharge efficiency of the positive electrode.
JP-A-7-302617 JP-A-8-250108 Japanese Patent Laid-Open No. 11-288706 Japanese Patent Laid-Open No. 5-234583 JP-A-5-275077 JP 2000-3724 A JP 2000-133304 A US Pat. No. 6,436,582 Japanese Patent Publication No. 5-44946 U.S. Pat. No. 4,950,768 JP 2003-7334 A JP 2003-197194 A JP 2003-115324 A J. et al. Am. Pham. Assoc. L26, 485-493, 1937 G. Schroeter, Lieb, Ann, Der Chemie, 418, 161-257, 1919 Biol. Aktiv. Soedin. Pp 64-69 (1968). Armyanskii Kimicheskii Zhurnal, 21, pp 393-396 (1968).

上記従来技術は、次のような共通する課題を有していた。電極表面に生成する表面膜は、その性質によって充放電効率、サイクル寿命、安全性に深く関わっているが、上記従来技術は主に負極上に安定した皮膜を形成するものであり、負極と正極の両極に皮膜を形成する技術は開示されていなかった。   The above prior art has the following common problems. The surface film formed on the electrode surface is deeply related to charge / discharge efficiency, cycle life, and safety depending on its properties. However, the above-mentioned conventional technology mainly forms a stable film on the negative electrode, and the negative electrode and the positive electrode. A technique for forming a film on both the electrodes has not been disclosed.

また、従来の正極に皮膜を形成する技術では、膜の制御を長期にわたって行える手法はまだ存在していなかった。このため、初期使用時にはデントライトの抑制効果が一定程度得られるものの、繰り返し使用していると、表面膜が劣化して保護膜としての機能が低下する場合があった。これは、リチウムを含有する正極活物質の層は、リチウムを吸蔵・放出することにより体積変化する一方、その表面上に形成された皮膜は体積変化がほとんどないため、これらの層およびこれらの界面に内部応力が発生することが原因と考えられる。このような内部応力が発生することにより表面膜の一部が破損し、デンドライトの抑制機能が低下するものと考えられる。この結果、電解液の分解が起こり、高放電容量及び優れたサイクル特性を保つことが困難であった。   Further, in the conventional technique for forming a film on the positive electrode, there has not yet been a method for controlling the film over a long period of time. For this reason, although a certain degree of suppression effect of dentite can be obtained at the initial use, the surface film may deteriorate and the function as a protective film may be deteriorated if it is used repeatedly. This is because the layer of the positive electrode active material containing lithium changes its volume by occluding and releasing lithium, while the film formed on the surface hardly changes in volume. This is thought to be due to the occurrence of internal stress. Due to the occurrence of such internal stress, it is considered that a part of the surface film is broken and the dendrite suppressing function is lowered. As a result, the electrolytic solution was decomposed, and it was difficult to maintain a high discharge capacity and excellent cycle characteristics.

特に、高エネルギー密度の二次電池を得るため、高作動電位を有する正極活物質を用いて充放電を行った場合、従来の正極活物質を含む正極を用いた二次電池に比べて充放電に伴う電解液の分解が活発に起こり、これに伴って放電容量やサイクル特性などの保存特性、低温特性やレート特性が著しく低下する場合があった。この場合、高エネルギー密度を得ることが困難となり、結果的に実用化が困難であった。このような電解液の分解は主に正極表面で起こっているものと考えられる。   In particular, in order to obtain a secondary battery having a high energy density, when charging / discharging is performed using a positive electrode active material having a high operating potential, charging / discharging is performed as compared with a secondary battery using a positive electrode including a conventional positive electrode active material. As a result, the electrolytic solution is actively decomposed, and the storage characteristics such as the discharge capacity and the cycle characteristics, the low temperature characteristics, and the rate characteristics may be significantly reduced. In this case, it is difficult to obtain a high energy density, and as a result, practical application is difficult. It is considered that such decomposition of the electrolytic solution occurs mainly on the positive electrode surface.

本発明は上記のような課題に鑑みてなされたものであり、4.3以上に充放電領域を有するリチウム含有複合酸化物を正極活物質に用い、一般式(1)で示される化合物を電解液中に添加することで、高電位で充放電を行った場合においても正極表面に安定した皮膜を形成し、電解液の分解を抑制するものである。その結果、サイクル特性及び放電容量等に優れ、高いエネルギー密度を有する二次電池を得ることを目的とするものである。   The present invention has been made in view of the problems as described above. A lithium-containing composite oxide having a charge / discharge region of 4.3 or more is used as a positive electrode active material, and the compound represented by the general formula (1) is electrolyzed. When added to the solution, a stable film is formed on the surface of the positive electrode even when charging and discharging are performed at a high potential, and the decomposition of the electrolytic solution is suppressed. As a result, it is an object to obtain a secondary battery that is excellent in cycle characteristics, discharge capacity, and the like and has a high energy density.

上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を有する。すなわち、本発明は正極と、負極と、少なくとも電解質が溶解された非プロトン性溶媒を含む電解液とを備えた二次電池において、
該正極が、正極活物質として金属リチウムを負極に用いた充放電試験において4.3V以上に充放電領域を有するリチウム含有複合酸化物を含み、
前記電解液が下記一般式(1)で示される化合物を含むことを特徴とする二次電池に関する。
In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration. That is, the present invention provides a secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and an electrolytic solution containing an aprotic solvent in which at least an electrolyte is dissolved.
The positive electrode includes a lithium-containing composite oxide having a charge / discharge region of 4.3 V or more in a charge / discharge test using metallic lithium as a positive electrode active material for the negative electrode,
The electrolyte solution includes a compound represented by the following general formula (1).

Figure 2005203342
Figure 2005203342

(但し、上記一般式(1)において、R1およびR4は、それぞれ独立して、水素原子、置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルコキシ基、置換もしくは無置換の炭素数1〜5のフルオロアルキル基、炭素数1〜5のポリフルオロアルキル基、−SO21(X1は置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルキル基)、−SY1(Y1は置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルキル基)、−COZ(Zは水素原子、または置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルキル基)、及びハロゲン原子、から選ばれる原子または基を示す。R2およびR3は、それぞれ独立して、置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルコキシ基、置換もしくは無置換のフェノキシ基、置換もしくは無置換の炭素数1〜5のフルオロアルキル基、炭素数1〜5のポリフルオロアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数1〜5のフルオロアルコキシ基、炭素数1〜5のポリフルオロアルコキシ基、水酸基、ハロゲン原子、−NX23(X2及びX3は、それぞれ独立して、水素原子、または置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルキル基)、及び−NY2CONY34(Y2〜Y4は、それぞれ独立して、水素原子、または置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルキル基)、から選ばれる原子または基を示す。)
更に本発明は、前記4.3V以上に充放電領域を有するリチウム含有複合酸化物が、LiCoO2であることが好ましい。
更に本発明は、前記4.3V以上に充放電領域を有するリチウム含有複合酸化物が、LiMO2(MはNi,Co,Mn,Li,Al,Fe、Ti、Mg、Cu、V,B,Si,Mo,Zn,Sn,In,Nb及びZrからなる群より選択された少なくとも3種の元素)で表されるリチウム含有複合酸化物であることが好ましい。
更に本発明は、前記4.3V以上に充放電領域を有するリチウム含有複合酸化物が、Li[Co1/3Mn1/3Ni1/3]O2であることが好ましい。
(However, in the said General formula (1), R < 1 > and R < 4 > are respectively independently a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted C1-C5 alkyl group, a substituted or unsubstituted C1-C5. An alkoxy group, a substituted or unsubstituted fluoroalkyl group having 1 to 5 carbon atoms, a polyfluoroalkyl group having 1 to 5 carbon atoms, —SO 2 X 1 (wherein X 1 is a substituted or unsubstituted carbon atom having 1 to 5 carbon atoms). alkyl group), - SY 1 (Y 1 is a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 5 carbon atoms), - COZ (Z is a hydrogen atom or a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 5 carbon atoms), And R 2 and R 3 each independently represents a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, a substituted or unsubstituted carbon group having 1 to 5 carbon atoms. Alkoxy group, substituted or absent Substituted phenoxy group, substituted or unsubstituted fluoroalkyl group having 1 to 5 carbon atoms, polyfluoroalkyl group having 1 to 5 carbon atoms, substituted or unsubstituted fluoroalkoxy group having 1 to 5 carbon atoms, 1 to carbon atoms 5 polyfluoroalkoxy group, hydroxyl group, halogen atom, —NX 2 X 3 (X 2 and X 3 are each independently a hydrogen atom or a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 5 carbon atoms), and -NY 2 CONY 3 Y 4 (Y 2 ~Y 4 are each independently a hydrogen atom or a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 5 carbon atoms), indicating the atom or a group selected from.)
Furthermore, in the present invention, the lithium-containing composite oxide having a charge / discharge region at 4.3 V or higher is preferably LiCoO 2 .
Furthermore, in the present invention, the lithium-containing composite oxide having a charge / discharge region at 4.3 V or higher is LiMO 2 (M is Ni, Co, Mn, Li, Al, Fe, Ti, Mg, Cu, V, B, A lithium-containing composite oxide represented by (at least three elements selected from the group consisting of Si, Mo, Zn, Sn, In, Nb, and Zr) is preferable.
In the present invention, the lithium-containing composite oxide having a charge / discharge region at 4.3 V or higher is preferably Li [Co 1/3 Mn 1/3 Ni 1/3 ] O 2 .

更に本発明は、前記4.3V以上に充放電領域を有するリチウム含有複合酸化物が、Lia(MxMn2-x-yy)O4(ただし、0.4<x、0<y、x+y<2、0<a<1.2である。MはNiと、Co、Fe、Cr及びCuからなる群より選ばれた少なくとも1種の金属元素を含む。AはSi及びTiの少なくとも一方の金属元素を含む。但し、AがTiだけを含む場合、0.1<yである。)で表されるスピネル型リチウムマンガン複合酸化物であることが好ましい。 Further, in the present invention, the lithium-containing composite oxide having a charge / discharge region at 4.3 V or higher is Li a (M x Mn 2 -xy A y ) O 4 (where 0.4 <x, 0 <y, x + y <2, 0 <a <1.2 M includes Ni and at least one metal element selected from the group consisting of Co, Fe, Cr, and Cu, and A includes at least one of Si and Ti However, when A contains only Ti, it is preferably 0.1 <y.) A spinel type lithium manganese composite oxide is preferable.

更に本発明は、前記一般式(1)で示される化合物が、前記電解液中に該電解液全体の質量に対して0.1〜5.0質量%含まれることが好ましい。
更に本発明は、前記電解液が、さらに下記一般式(2)で示される環式モノスルホン酸エステルを含むことが好ましい。
Furthermore, in the present invention, it is preferable that the compound represented by the general formula (1) is contained in the electrolytic solution in an amount of 0.1 to 5.0% by mass with respect to the total mass of the electrolytic solution.
In the present invention, it is preferable that the electrolytic solution further contains a cyclic monosulfonic acid ester represented by the following general formula (2).

Figure 2005203342
Figure 2005203342

(但し、上記一般式(2)において、nは0以上2以下の整数である。また、R5〜R10は、それぞれ独立して水素原子、置換もしくは無置換の炭素数1〜12のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数1〜6のフルオロアルキル基、及び炭素数1〜6のポリフルオロアルキル基、から選ばれる原子または基を示す。)
更に本発明は、前記電解液が、さらに下記一般式(3)で示されるスルホニル基を2個有する環式スルホン酸エステルを含むことが好ましい。
(However, in the general formula (2), n is 0 to 2 integer. Also, R 5 to R 10 each independently represent a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted alkyl having 1 to 12 carbon atoms An atom or a group selected from a group, a substituted or unsubstituted fluoroalkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and a polyfluoroalkyl group having 1 to 6 carbon atoms.
Furthermore, in the present invention, it is preferable that the electrolytic solution further includes a cyclic sulfonic acid ester having two sulfonyl groups represented by the following general formula (3).

Figure 2005203342
Figure 2005203342

(但し、上記一般式(3)において、Qは酸素原子、メチレン基または単結合、Aは、置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルキレン基、カルボニル基、スルフィニル基、炭素数1〜5のポリフルオロアルキレン基、置換もしくは無置換の炭素数1〜5のフルオロアルキレン基、置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルキレン基におけるC−C結合の少なくとも一箇所がC−O−C結合となった基、炭素数1〜5のポリフルオロアルキレン基におけるC−C結合の少なくとも一箇所がC−O−C結合となった基、及び置換もしくは無置換の炭素数1〜5のフルオロアルキレン基におけるC−C結合の少なくとも一箇所がC−O−C結合となった基、から選ばれる基を示す。Bは、置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルキレン基、炭素数1〜5のポリフルオロアルキレン基、及び置換もしくは無置換の炭素数1〜5のフルオロアルキレン基から選ばれる基を示す。)
更に本発明は、前記電解液が、更にビニレンカーボネート及びその誘導体の少なくとも1種を含むことが好ましい。
更に本発明は、前記電解質が、リチウム塩を含むことが好ましい。
更に本発明は、前記リチウム塩が、LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiSbF6、LiClO4、LiAlCl4及びLiN(Ck2k+1SO2)(Cm2m+1SO2)(k,mはそれぞれ独立して1又は2である)からなる群より選ばれた少なくとも1種のリチウム塩であることが好ましい。
(However, in the said General formula (3), Q is an oxygen atom, a methylene group, or a single bond, A is a substituted or unsubstituted C1-C5 alkylene group, a carbonyl group, a sulfinyl group, C1-C5. At least one C—C bond in the polyfluoroalkylene group, a substituted or unsubstituted fluoroalkylene group having 1 to 5 carbon atoms, or a substituted or unsubstituted alkylene group having 1 to 5 carbon atoms is a C—O—C bond A group in which at least one C—C bond in the polyfluoroalkylene group having 1 to 5 carbon atoms is a C—O—C bond, and a substituted or unsubstituted fluoroalkylene having 1 to 5 carbon atoms A group selected from a group in which at least one CC bond in the group is a C—O—C bond, B is a substituted or unsubstituted alkylene group having 1 to 5 carbon atoms, carbon 1-5 polyfluoroalkylene group, and a substituted or unsubstituted group selected from fluoroalkylene group having 1 to 5 carbon atoms.)
In the present invention, it is preferable that the electrolytic solution further contains at least one of vinylene carbonate and a derivative thereof.
Furthermore, in the present invention, it is preferable that the electrolyte contains a lithium salt.
Furthermore the present invention, the lithium salt, LiPF 6, LiBF 4, LiAsF 6, LiSbF 6, LiClO 4, LiAlCl 4 and LiN (C k F 2k + 1 SO 2) (C m F 2m + 1 SO 2) ( k and m are each independently 1 or 2, and are preferably at least one lithium salt selected from the group consisting of:

更に本発明は、前記非プロトン性溶媒が、環状カーボネート類、鎖状カーボネート類、脂肪族カルボン酸エステル類、γ−ラクトン類、環状エーテル類、鎖状エーテル類及びこれらのフッ化誘導体からなる群より選ばれた少なくとも1種の有機溶媒であることが好ましい。   Further, in the present invention, the aprotic solvent comprises a cyclic carbonate, a chain carbonate, an aliphatic carboxylic acid ester, a γ-lactone, a cyclic ether, a chain ether, and a fluorinated derivative thereof. It is preferably at least one organic solvent selected from the above.

更に本発明は、前記二次電池がラミネート外装体により覆われている二次電池であることが好ましい。   Furthermore, the present invention is preferably a secondary battery in which the secondary battery is covered with a laminate outer package.

本明細書において、「ポリフルオロアルキレン基」、「ポリフルオロアルキル基」、「ポリフルオロアルコキシ基」はそれぞれ対応するアルキレン基、アルキル基、アルコキシ基の炭素原子に結合した水素原子が全てフッ素原子により置換されたものを表し、「フルオロアルキレン基」、「フルオロアルキル基」、「フルオロアルコキシ基」はそれぞれ対応するアルキレン基、アルキル基、アルコキシ基の炭素原子に結合した水素原子の一部がフッ素原子により置換されたものを表す。   In this specification, “polyfluoroalkylene group”, “polyfluoroalkyl group”, and “polyfluoroalkoxy group” are all hydrogen atoms bonded to carbon atoms of the corresponding alkylene group, alkyl group, and alkoxy group, respectively, by fluorine atoms. Represents a substituted group, and “fluoroalkylene group”, “fluoroalkyl group”, and “fluoroalkoxy group” are fluorine atoms in which part of hydrogen atoms bonded to carbon atoms of the corresponding alkylene group, alkyl group, and alkoxy group, respectively. Represents the one substituted by.

また、「置換フルオロアルキレン基」、「置換フルオロアルキル基」、「置換フルオロアルコキシ基」における「置換」とは炭素原子に結合した水素原子の少なくとも1つがフッ素以外の原子又は官能基に置換されていることを表す。そのフッ素以外の原子又は官能基としては、例えば、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等のハロゲン原子、水酸基、または炭素数1〜5のアルコキシ基、もしくはこれをハロゲン原子もしくは水酸基等で置換した基、もしくはこれらの基中に−SO2−を導入した基(例えば、−OSO2CH2SO2Cl)などとすることができる。この官能基中に炭素原子が含まれる場合、この炭素原子は「置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルキル基」等の記載における「炭素数1〜5」の数には含まれないものとする。 In the “substituted fluoroalkylene group”, “substituted fluoroalkyl group” and “substituted fluoroalkoxy group”, “substituted” means that at least one hydrogen atom bonded to a carbon atom is substituted with an atom or functional group other than fluorine. Represents that Examples of the atom or functional group other than fluorine include, for example, a halogen atom such as a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom, a hydroxyl group, or an alkoxy group having 1 to 5 carbon atoms, or a group in which this is substituted with a halogen atom or a hydroxyl group. Or a group in which —SO 2 — is introduced into these groups (for example, —OSO 2 CH 2 SO 2 Cl). When this functional group contains a carbon atom, this carbon atom is not included in the number of “C1-5” in the description of “substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 5 carbon atoms” and the like. And

本発明によれば、金属リチウムを負極に用いた充放電試験において4.3以上に充放電領域を有するリチウム含有複合酸化物を含み、鎖状のジスルホン化合物が含まれる二次電池用電解液を用いることにより、高エネルギー密度を有し充放電効率に優れ、サイクル特性が良好で、容量維持率が高く、保存における抵抗上昇の抑制が可能な優れたリチウム二次電池を得ることができる。   According to the present invention, an electrolytic solution for a secondary battery containing a lithium-containing composite oxide having a charge / discharge region of 4.3 or more in a charge / discharge test using metallic lithium as a negative electrode and containing a chain disulfone compound is provided. By using it, it is possible to obtain an excellent lithium secondary battery having a high energy density, excellent charge / discharge efficiency, good cycle characteristics, a high capacity retention rate, and capable of suppressing an increase in resistance during storage.

(本発明による電池構成の説明)
図1に本発明に係る電池の一例について概略構造を示す。正極集電体11と、リチウムイオンを吸蔵、放出し得る正極活物質を含有する層12と、リチウムイオンを吸蔵、放出する負極活物質を含有する層13と、負極集電体14と、電解液15、およびこれを含むセパレータ16から構成されている。
(Description of battery configuration according to the present invention)
FIG. 1 shows a schematic structure of an example of a battery according to the present invention. A positive electrode current collector 11, a layer 12 containing a positive electrode active material capable of inserting and extracting lithium ions, a layer 13 containing a negative electrode active material capable of inserting and extracting lithium ions, a negative electrode current collector 14 and electrolysis It is comprised from the liquid 15 and the separator 16 containing this.

(集電体)
正極集電体11としてはアルミニウム、ステンレス鋼、ニッケル、チタンまたはこれらの合金などを用いることができ、負極集電体14としては銅、ステンレス鋼、ニッケル、チタンまたはこれらの合金を用いることができる。
(Current collector)
Aluminum, stainless steel, nickel, titanium, or an alloy thereof can be used as the positive electrode current collector 11, and copper, stainless steel, nickel, titanium, or an alloy thereof can be used as the negative electrode current collector 14. .

(セパレータ)
セパレータ16としては、ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィン、フッ素樹脂等の多孔性フィルムが好ましく用いられる。
(Separator)
As the separator 16, a polyolefin such as polypropylene or polyethylene, or a porous film such as a fluororesin is preferably used.

(負極)
負極活物質はリチウム金属または炭素材料などのリチウムを吸蔵、放出できる材料により構成されている。炭素材料としては、リチウムを吸蔵する黒鉛、非晶質炭素、ダイヤモンド状炭素、フラーレン、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーンなど、あるいはこれらの複合物を用いることができる。負極活物質としてリチウム金属を用いる場合には融液冷却方式、液体急冷方式、アトマイズ方式、真空蒸着方式、スパッタリング方式、プラズマCVD方式、光CVD方式、熱CVD方式、ゾルーゲル方式、などの適宜な方式により負極となる層13を得ることができる。また、炭素材料の場合には、カーボンとポリビニリデンフルオライド(PVDF)等の結着剤を混合し、NMP等の溶剤中に分散混錬し、これを銅箔等の基体上に塗布するなどの方法や、蒸着法、CVD法、スパッタリング法などの方法により負極となる層13を得ることができる。
(Negative electrode)
The negative electrode active material is made of a material that can occlude and release lithium, such as lithium metal or carbon material. As the carbon material, graphite that occludes lithium, amorphous carbon, diamond-like carbon, fullerene, carbon nanotube, carbon nanohorn, or a composite thereof can be used. When lithium metal is used as the negative electrode active material, an appropriate method such as a melt cooling method, a liquid quenching method, an atomizing method, a vacuum deposition method, a sputtering method, a plasma CVD method, a photo CVD method, a thermal CVD method, a sol-gel method, etc. Thus, the layer 13 to be the negative electrode can be obtained. In the case of carbon materials, carbon and a binder such as polyvinylidene fluoride (PVDF) are mixed, dispersed and kneaded in a solvent such as NMP, and this is applied onto a substrate such as copper foil. The layer 13 which becomes a negative electrode can be obtained by the method such as the vapor deposition method, the CVD method or the sputtering method.

(正極)
正極活物質としては高電圧正極材料、つまり金属リチウムを負極に用いた充放電試験において4.3V以上に充放電領域を有するリチウム含有複合酸化物よりなる。ここで、リチウム二次電池の充放電試験における4.3V以上に充放電領域を有するの意味するところを、図2を用いて説明する。図2は本発明のリチウム複合酸化物を正極活物質に用い、負極に金属リチウム、電解液は電解質として1M LiPF6を含むEC/DEC=30/70(体積比)、充電電流レート1/40Cで行った充放電試験の一例を示したものである。本発明で「4.3V以上に充放電領域を有する」とは、このような充放電試験を行った場合に、図2に示されるように安定的に充放電を行うことができる(充放電曲線において急激な電圧上昇等を生じない)電圧が4.3V以上に存在するということである。
(Positive electrode)
The positive electrode active material is a high-voltage positive electrode material, that is, a lithium-containing composite oxide having a charge / discharge region of 4.3 V or higher in a charge / discharge test using metallic lithium as a negative electrode. Here, the meaning of having a charge / discharge region at 4.3 V or higher in a charge / discharge test of a lithium secondary battery will be described with reference to FIG. FIG. 2 shows that the lithium composite oxide of the present invention is used as a positive electrode active material, metallic lithium as a negative electrode, and an electrolytic solution containing 1M LiPF 6 as an electrolyte, EC / DEC = 30/70 (volume ratio), charging current rate 1 / 40C. It shows an example of the charge / discharge test performed in 1. In the present invention, “having a charge / discharge region at 4.3 V or higher” means that when such a charge / discharge test is performed, charge / discharge can be performed stably as shown in FIG. 2 (charge / discharge). This means that the voltage (which does not cause a sudden voltage rise or the like in the curve) exists at 4.3 V or higher.

なお、本発明の正極活物質としては、4.5V以上に充放電領域を有するものを用いることがより好ましく、5.0V以上に充放電領域を有するものが更に好ましく、5.5V以上に充放電領域を有するものが特に好ましい。これらの正極活物質を用いることにより、より高いエネルギー密度を有する二次電池とすることができる。   In addition, as a positive electrode active material of this invention, it is more preferable to use what has a charging / discharging area | region to 4.5V or more, What has a charging / discharging area | region to 5.0V or more is still more preferable, and it charges to 5.5V or more. Those having a discharge region are particularly preferred. By using these positive electrode active materials, a secondary battery having a higher energy density can be obtained.

本発明の正極活物質としては具体的には、LiCoO2、LiMO2(MはNi,Co,Mn,Li,Al,Fe、Ti、Mg、Cu、V,B,Si,Mo,Zn,Sn,In,Nb及びZrよりなる群から選択される少なくとも3種)が好ましい。これらの正極活物質を一般式(1)で示される化合物と併用して用いることにより、正極表面により安定した皮膜を形成でき、溶媒成分の分解を抑制して高いサイクル特性及び放電容量を有する二次電池を得ることができる。 Specifically, as the positive electrode active material of the present invention, LiCoO 2 , LiMO 2 (M is Ni, Co, Mn, Li, Al, Fe, Ti, Mg, Cu, V, B, Si, Mo, Zn, Sn). , In, Nb and Zr) are preferred. By using these positive electrode active materials in combination with the compound represented by the general formula (1), a stable film can be formed on the surface of the positive electrode, the decomposition of the solvent component is suppressed, and high cycle characteristics and discharge capacity are obtained. A secondary battery can be obtained.

正極活物質としてはLi[Co1/3Mn1/3Ni1/3]O2を用いることがより好ましい。Li[Co1/3Mn1/3Ni1/3]O2を用いることにより正極表面上により安定した皮膜を形成することができ、良好な保存特性、サイクル特性が発現することができる。 It is more preferable to use Li [Co 1/3 Mn 1/3 Ni 1/3 ] O 2 as the positive electrode active material. By using Li [Co 1/3 Mn 1/3 Ni 1/3 ] O 2 , a more stable film can be formed on the surface of the positive electrode, and good storage characteristics and cycle characteristics can be exhibited.

また、本発明の正極活物質としてLia(MxMn2-x-yy)O4(式中、0.4<x、0<y、x+y<2、0<a<1.2である。MはNiと、Co、Fe、CrおよびCuよりなる群から選ばれる少なくとも一種以上の金属元素を含む。Aは、Si及びTiの少なくとも一方の金属元素を含む。但し、AがTiだけを含む場合、0.1<yである。)で表されるスピネル型リチウムマンガン複合酸化物を用いることが好ましい。高容量特性と皮膜形成効果が得られる。 In addition, Li a (M x Mn 2 -xy A y ) O 4 (wherein 0.4 <x, 0 <y, x + y <2, 0 <a <1.2) is used as the positive electrode active material of the present invention. M includes Ni and at least one metal element selected from the group consisting of Co, Fe, Cr and Cu, A includes at least one metal element of Si and Ti, provided that A includes only Ti. In the case of inclusion, it is preferable to use a spinel type lithium manganese oxide represented by 0.1 <y.) High capacity characteristics and film formation effect can be obtained.

選択された正極活物質を用い、カーボンブラック等の導電性物質、ポリビニリデンフルオライド(PVDF)等の結着剤とともにN−メチル−2−ピロリドン(NMP)等の溶剤中に分散混練し、これをアルミニウム箔等の基体上に塗布するなどの方法により正極となる層12を得ることができる。   The selected positive electrode active material is dispersed and kneaded in a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) together with a conductive material such as carbon black and a binder such as polyvinylidene fluoride (PVDF). The layer 12 which becomes a positive electrode can be obtained by a method such as coating on a substrate such as an aluminum foil.

(電解液)
電解液15は電解質、非プロトン性溶媒と添加剤とを少なくとも有する。
(Electrolyte)
The electrolytic solution 15 includes at least an electrolyte, an aprotic solvent, and an additive.

(電解質)
電解質は、リチウム二次電池の場合にはリチウム塩を用い、これを非プロトン性溶媒中に溶解させる。リチウム塩としては、リチウムイミド塩、LiPF6、LiAsF6、LiAlCl4、LiClO4、LiBF4、LiSbF6などがあげられる。この中でも特にLiPF6、LiBF4が好ましい。リチウムイミド塩としてはLiN(Ck2k+1SO2)(Cm2m+1SO2)(k,mはそれぞれ独立して1又は2である)が挙げられる。これらは単独で、又は複数種を組み合わせて用いることができる。これらのリチウム塩を含むことで高エネルギー密度を達成することができる。
(Electrolytes)
As the electrolyte, in the case of a lithium secondary battery, a lithium salt is used and dissolved in an aprotic solvent. The lithium salt, lithium imide salt, LiPF 6, LiAsF 6, LiAlCl 4, LiClO 4, LiBF 4, LiSbF 6 , and the like. Of these, LiPF 6 and LiBF 4 are particularly preferable. LiN The lithium imide salt (C k F 2k + 1 SO 2) (C m F 2m + 1 SO 2) (k, m are each independently 1 or 2). These can be used alone or in combination of two or more. By including these lithium salts, a high energy density can be achieved.

(非プロトン性溶媒)
また、非プロトン性電解液としては、環状カーボネート類、鎖状カーボネート類、脂肪族カルボン酸エステル類、γ−ラクトン類、環状エーテル類、鎖状エーテル類およびそれらのフッ化誘導体の有機溶媒から選ばれた少なくとも1種類の有機溶媒を用いる。より具体的には、
環状カーボネート類:プロピレンカーボネート(以下、PCと略記。)、エチレンカーボネート(以下、ECと略記。)、ブチレンカーボネート(BC)、およびこれらの誘導体
鎖状カーボネート類:ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(以下、DECと略記。)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジプロピルカーボネート(DPC)、およびこれらの誘導体
脂肪族カルボン酸エステル類:ギ酸メチル、酢酸メチル、プロピオン酸エチル、およびこれらの誘導体
γ−ラクトン類:γ−ブチロラクトン、およびこれらの誘導体
環状エーテル類:テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、およびこれらの誘導体
鎖状エーテル類:1,2−ジエトキシエタン(DEE)、エトキシメトキシエタン(EME)、ジエチルエーテル、およびこれらの誘導体
その他:ジメチルスルホキシド、1,3−ジオキソラン、ホルムアミド、アセトアミド、ジメチルホルムアミド、アセトニトリル、プロピオニトリル、ニトロメタン、エチルモノグライム、リン酸トリエステル、トリメトキシメタン、ジオキソラン誘導体、メチルスルホラン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、3−メチル−2−オキサゾリジノン、アニソール、N−メチルピロリドン、フッ素化カルボン酸エステル
これらを一種又は二種以上を混合して使用することができる。
(Aprotic solvent)
The aprotic electrolyte is selected from organic solvents such as cyclic carbonates, chain carbonates, aliphatic carboxylic acid esters, γ-lactones, cyclic ethers, chain ethers and their fluorinated derivatives. At least one organic solvent is used. More specifically,
Cyclic carbonates: propylene carbonate (hereinafter abbreviated as PC), ethylene carbonate (hereinafter abbreviated as EC), butylene carbonate (BC), and their derivative chain carbonates: dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate ( Hereinafter, abbreviated as DEC.), Ethyl methyl carbonate (EMC), dipropyl carbonate (DPC), and their derivatives aliphatic carboxylic acid esters: methyl formate, methyl acetate, ethyl propionate, and their derivatives γ-lactone Class: γ-butyrolactone and derivatives thereof Cyclic ethers: Tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, and derivatives thereof Chain ethers: 1,2-diethoxyethane (DEE), ethoxymethoxyethane (EME), Diethyl ether, and derivatives thereof, etc .: dimethyl sulfoxide, 1,3-dioxolane, formamide, acetamide, dimethylformamide, acetonitrile, propionitrile, nitromethane, ethyl monoglyme, phosphoric acid triester, trimethoxymethane, dioxolane derivative, methyl Sulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, 3-methyl-2-oxazolidinone, anisole, N-methylpyrrolidone, fluorinated carboxylic acid ester These may be used alone or in combination of two or more. .

(添加剤)
添加剤としては、一般式(1)で示した鎖状のジスルホン酸エステルを用いる。
(Additive)
As the additive, a chain disulfonic acid ester represented by the general formula (1) is used.

Figure 2005203342
Figure 2005203342

(但し、上記一般式(1)において、R1およびR4は、それぞれ独立して、水素原子、置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルコキシ基、置換もしくは無置換の炭素数1〜5のフルオロアルキル基、炭素数1〜5のポリフルオロアルキル基、−SO21(X1は置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルキル基)、−SY1(Y1は置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルキル基)、−COZ(Zは水素原子、または置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルキル基)、及びハロゲン原子、から選ばれる原子または基を示す。R2およびR3は、それぞれ独立して、置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルコキシ基、置換もしくは無置換のフェノキシ基、置換もしくは無置換の炭素数1〜5のフルオロアルキル基、炭素数1〜5のポリフルオロアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数1〜5のフルオロアルコキシ基、炭素数1〜5のポリフルオロアルコキシ基、水酸基、ハロゲン原子、−NX23(X2及びX3は、それぞれ独立して、水素原子、または置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルキル基)、及び−NY2CONY34(Y2〜Y4は、それぞれ独立して、水素原子、または置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルキル基)、から選ばれる原子または基を示す。)
一般式(1)によって示される化合物は、非環式化合物であり合成時に環化反応を伴わず、例えば非特許文献1〜4を用いて合成が可能である。また、特許文献9に示されるスルホニル基を2個有する環式スルホン酸エステルの合成の副生成物として得ることもできる。このように、一般式(1)で示される化合物は合成の工程が容易であるため、安価な電解液を提供できる利点がある。
(However, in the said General formula (1), R < 1 > and R < 4 > are respectively independently a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted C1-C5 alkyl group, a substituted or unsubstituted C1-C5. An alkoxy group, a substituted or unsubstituted fluoroalkyl group having 1 to 5 carbon atoms, a polyfluoroalkyl group having 1 to 5 carbon atoms, —SO 2 X 1 (wherein X 1 is a substituted or unsubstituted carbon atom having 1 to 5 carbon atoms). alkyl group), - SY 1 (Y 1 is a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 5 carbon atoms), - COZ (Z is a hydrogen atom or a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 5 carbon atoms), And R 2 and R 3 each independently represents a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, a substituted or unsubstituted carbon group having 1 to 5 carbon atoms. Alkoxy group, substituted or absent Substituted phenoxy group, substituted or unsubstituted fluoroalkyl group having 1 to 5 carbon atoms, polyfluoroalkyl group having 1 to 5 carbon atoms, substituted or unsubstituted fluoroalkoxy group having 1 to 5 carbon atoms, 1 to carbon atoms 5 polyfluoroalkoxy group, hydroxyl group, halogen atom, —NX 2 X 3 (X 2 and X 3 are each independently a hydrogen atom or a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 5 carbon atoms), and -NY 2 CONY 3 Y 4 (Y 2 ~Y 4 are each independently a hydrogen atom or a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 5 carbon atoms), indicating the atom or a group selected from.)
The compound represented by the general formula (1) is an acyclic compound and does not involve a cyclization reaction during synthesis, and can be synthesized using, for example, Non-Patent Documents 1 to 4. Moreover, it can also be obtained as a by-product of the synthesis of a cyclic sulfonic acid ester having two sulfonyl groups shown in Patent Document 9. Thus, the compound represented by the general formula (1) has an advantage that an inexpensive electrolytic solution can be provided because the synthesis process is easy.

前記一般式(1)のR1およびR4の好ましい分子構造としては、電極上でおこる反応性皮膜の形成の容易性、化合物の安定性、取り扱いの容易性、溶媒への溶解性、化合物の合成の容易性、価格などの観点から、それぞれ独立して、水素原子、炭素数1〜5のアルキル基、ハロゲン原子、及び−SO21(X1は置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルキル基)から選ばれる原子又は基が好ましく、それぞれ独立して水素原子又は無置換の炭素数1〜5のアルキル基がより好ましく、水素原子又はメチル基がさらに好ましい。R1およびR4の特に好ましい形態としては、R1およびR4が水素原子の場合である。R1とR4が水素原子であると、二つのスルホニル基で挟まれたメチレン部位が活性化し、電極上での反応皮膜を形成しやすくなるためである。 Preferred molecular structures of R 1 and R 4 in the general formula (1) include ease of forming a reactive film on the electrode, stability of the compound, ease of handling, solubility in a solvent, From the viewpoint of ease of synthesis, cost, etc., each independently represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, a halogen atom, and —SO 2 X 1 (X 1 is a substituted or unsubstituted carbon atom having 1 to Atoms or groups selected from (5 alkyl groups), each independently preferably a hydrogen atom or an unsubstituted alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, more preferably a hydrogen atom or a methyl group. Particularly preferred embodiments of R 1 and R 4 is where R 1 and R 4 is a hydrogen atom. This is because when R 1 and R 4 are hydrogen atoms, the methylene moiety sandwiched between the two sulfonyl groups is activated and a reaction film on the electrode is easily formed.

また、R2およびR3において、化合物の安定性、化合物の合成の容易性、溶媒への溶解性、価格などの観点から、それぞれ独立して、置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルコキシ基、置換もしくは無置換のフェノキシ基、水酸基、ハロゲン原子、及び−NX23(X2及びX3は、それぞれ独立して、水素原子、または置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルキル基)、から選ばれる原子又は基が好ましく、それぞれ独立して、置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルキル基、あるいは置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルコキシ基がより好ましく、さらに好ましくはR2とR3のどちらか一方または両方が置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルコキシ基である。また、同様の理由から、上記置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルキル基としてはメチル基又はエチル基が良く、上記置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルコキシ基としてはメトキシ基又はエトキシ基が良い。 In addition, in R 2 and R 3 , from the viewpoints of stability of the compound, ease of synthesis of the compound, solubility in a solvent, price, and the like, each independently substituted or unsubstituted alkyl having 1 to 5 carbon atoms A group, a substituted or unsubstituted alkoxy group having 1 to 5 carbon atoms, a substituted or unsubstituted phenoxy group, a hydroxyl group, a halogen atom, and —NX 2 X 3 (X 2 and X 3 are each independently a hydrogen atom; Or a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 5 carbon atoms) is preferable, and each independently is a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, or substituted or unsubstituted. The alkoxy group having 1 to 5 carbon atoms is more preferable, and one or both of R 2 and R 3 are more preferably substituted or unsubstituted alkoxy groups having 1 to 5 carbon atoms. For the same reason, the substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 5 carbon atoms is preferably a methyl group or ethyl group, and the substituted or unsubstituted alkoxy group having 1 to 5 carbon atoms is a methoxy group or An ethoxy group is preferable.

一般式(1)の化合物は、スルホニル基を二つ有しておりLUMOが小さく、電解液中の溶媒分子、モノスルホン酸エステルよりもLUMOが小さい値を持つので還元され易い。例えば下記表1に示す化合物No.1のLUMOは半経験的分子軌道計算によると−0.86eVと小さい。そのため環状カーボネートや鎖状カーボネートからなる溶媒(LUMO:約1.2eV)より先に化合物No.1の還元皮膜が負極に形成され溶媒分子の分解抑制する役割を担うと考えられる。溶媒分子の分解を抑制するため高抵抗性の溶媒分子の分解皮膜が負極上に形成されにくくなるため抵抗上昇の抑制やサイクル特性の向上が期待できる。また、炭素原子に電子吸引性のスルホニル基が二つ結合した形になっており、炭素原子の活性化よって電極上で皮膜が形成され易いことも考えられる。更に、活性メチレンが脱プロトン化することで生じるカルボアニオンはLiを配位したり、正極上で反応し皮膜を形成したりすることが考えられる。   The compound of the general formula (1) has two sulfonyl groups, has a small LUMO, and has a smaller LUMO value than solvent molecules and monosulfonic acid esters in the electrolytic solution, and thus is easily reduced. For example, Compound No. 1 shown in Table 1 below. The LUMO of 1 is as small as -0.86 eV according to semiempirical molecular orbital calculation. For this reason, compound No. 1 is preceded by a solvent (LUMO: about 1.2 eV) comprising a cyclic carbonate or a chain carbonate. It is considered that 1 reduction film is formed on the negative electrode and plays a role in suppressing decomposition of solvent molecules. In order to suppress the decomposition of the solvent molecules, it is difficult to form a highly resistant solvent molecule decomposition film on the negative electrode, so that an increase in resistance and an improvement in cycle characteristics can be expected. Moreover, it is considered that two electron-withdrawing sulfonyl groups are bonded to the carbon atom, and a film is easily formed on the electrode by the activation of the carbon atom. Furthermore, it is considered that the carbanion produced by deprotonation of active methylene coordinates Li or reacts on the positive electrode to form a film.

特に前述の高電位で使用可能な正極材料を用い、一般式(1)で示される化合物を電解液に添加した場合、正極表面に皮膜を形成し、電解液の分解の抑制、抵抗性物質の堆積を阻害するため抵抗上昇を抑制すると考えられる。その結果、放電容量及びサイクル特性に優れ、高エネルギー密度を有する二次電池を得ることができる。また、上記皮膜により放電末期における内部インピーダンスの増加を抑制するため、特に高容量正極材料におけるサイクル特性の改善に効果的であると考えられる。   In particular, when the positive electrode material that can be used at the above-mentioned high potential is used and the compound represented by the general formula (1) is added to the electrolytic solution, a film is formed on the surface of the positive electrode, and the decomposition of the electrolytic solution is suppressed. It is thought that the increase in resistance is suppressed to inhibit deposition. As a result, a secondary battery having excellent discharge capacity and cycle characteristics and a high energy density can be obtained. Further, since the increase in internal impedance at the end of discharge is suppressed by the above-mentioned film, it is considered to be effective for improving cycle characteristics particularly in a high-capacity positive electrode material.

以下に一般式(1)の具体例を示すが、本発明は特にこれらに限定されるものではない。   Although the specific example of General formula (1) is shown below, this invention is not specifically limited to these.

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一般式(1)で表される化合物は、特に限定されないが電解液中に0.1質量%以上5.0質量%以下含まれることが好ましい。0.1質量%未満では電極表面での電気化学反応による皮膜形成に十分効果が発揮されない場合がある。また、5.0質量%を越えると溶解しにくくなるだけでなく電解液の粘性を大きくしてしまう場合がある。本発明においてより好ましくは、0.5質量%〜3.0質量%の範囲で添加するとより十分な皮膜効果が得られる。   Although the compound represented by General formula (1) is not specifically limited, It is preferable that 0.1 to 5.0 mass% is contained in electrolyte solution. If it is less than 0.1% by mass, a sufficient effect may not be exhibited in forming a film by an electrochemical reaction on the electrode surface. Moreover, when it exceeds 5.0 mass%, it not only becomes difficult to melt | dissolve, but the viscosity of electrolyte solution may be enlarged. In the present invention, more preferably, a sufficient film effect can be obtained by adding in the range of 0.5% by mass to 3.0% by mass.

一般式(1)に示す化合物は、単独或いは2種類以上を組み合わせて用いてもよい。2種類以上を組み合わせて用いる場合、特に限定されないが電極との皮膜形成の容易性の観点から少なくとも一つは活性メチレン基を有する化合物(すなわちR1及びR4が水素の化合物)が含まれることが有効である。具体的組み合わせとしては、前記化合物No.1(活性メチレン基を有する化合物)と化合物No.5の化合物である。 You may use the compound shown in General formula (1) individually or in combination of 2 or more types. When two or more types are used in combination, there is no particular limitation, but at least one of them contains a compound having an active methylene group (that is, a compound in which R 1 and R 4 are hydrogen) from the viewpoint of easy film formation with an electrode. Is effective. As a specific combination, the above-mentioned compound no. 1 (compound having an active methylene group) and compound no. 5 compounds.

電解液に一般式(1)の化合物を2種類以上添加させる場合、電解液に占める割合は特に限定されないが前述と同様な理由により、2種類合わせて0.1質量%以上5.0質量%以下が好ましい。また、一般式(1)の化合物を2種類以上添加する場合、一般式(1)の化合物の全質量に対する各化合物の比率としては特に限定されるものではないが、最も少ない化合物の割合が5質量%、最も多い化合物の割合が95質量%とすることが好ましい。   When two or more types of the compound of the general formula (1) are added to the electrolytic solution, the proportion of the electrolytic solution in the electrolytic solution is not particularly limited, but for the same reason as described above, the two types are combined to be 0.1% by mass or more and 5.0% by mass The following is preferred. Further, when two or more kinds of the compound of the general formula (1) are added, the ratio of each compound to the total mass of the compound of the general formula (1) is not particularly limited, but the ratio of the smallest compound is 5 It is preferable that the ratio of the compound with the most mass% is 95 mass%.

更に、一般式(1)の化合物を含む電解液中に、環式モノスルホン酸エステル、スルホニル基を2個有する環式スルホン酸エステル、アルカンスルホン酸無水物、スルホレン化合物の内、少なくとも一種が含まれる電解液を用いるこことも有効である。   Further, the electrolyte solution containing the compound of the general formula (1) contains at least one of a cyclic monosulfonic acid ester, a cyclic sulfonic acid ester having two sulfonyl groups, an alkanesulfonic acid anhydride, and a sulfolene compound. This is also effective here using an electrolyte solution.

環式モノスルホン酸エステルとしては下記一般式(2)で示される化合物があげられる。   Examples of the cyclic monosulfonic acid ester include compounds represented by the following general formula (2).

Figure 2005203342
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(但し、上記一般式(2)において、nは0以上2以下の整数である。また、R5〜R10は、それぞれ独立して水素原子、置換もしくは無置換の炭素数1〜12のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数1〜6のフルオロアルキル基、及び炭素数1〜6のポリフルオロアルキル基、から選ばれる原子または基を示す。)
上記一般式(2)で示される化合物おいて、化合物の安定性、化合物の合成の容易性、溶媒への溶解性、価格などの観点から、nは0または1が好ましく、R5〜R10は、それぞれ独立して、水素原子、置換もしくは無置換の炭素数1〜12のアルキル基、及び炭素数1〜5のポリフルオロアルキル基、から選ばれる原子又は基が好ましく、それぞれ独立して、水素原子、または炭素数1〜5のポリフルオロアルキル基がより好ましい。さらに好ましくは、R5〜R10の全てが水素原子、またはR5〜R10の1つもしくは2つが炭素数1〜5のポリフルオロアルキル基で他が水素原子である。上記の炭素数1〜5のポリフルオロアルキル基としては、トリフルオロメチル基が好ましい。
(However, in the general formula (2), n is 0 to 2 integer. Also, R 5 to R 10 each independently represent a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted alkyl having 1 to 12 carbon atoms An atom or a group selected from a group, a substituted or unsubstituted fluoroalkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and a polyfluoroalkyl group having 1 to 6 carbon atoms.
In the compound represented by the general formula (2), n is preferably 0 or 1 from the viewpoints of stability of the compound, ease of synthesis of the compound, solubility in a solvent, price, and the like, and R 5 to R 10 Are preferably each independently an atom or group selected from a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, and a polyfluoroalkyl group having 1 to 5 carbon atoms. A hydrogen atom or a polyfluoroalkyl group having 1 to 5 carbon atoms is more preferable. More preferably, all of R 5 to R 10 are hydrogen atoms, or one or two of R 5 to R 10 are polyfluoroalkyl groups having 1 to 5 carbon atoms, and the other is a hydrogen atom. As said C1-C5 polyfluoroalkyl group, a trifluoromethyl group is preferable.

具体的には、1,3−プロパンスルトン(1,3−PS)、α−トリフルオロメチル−γ−スルトン、β−トリフルオロメチル−γ−スルトン、γ−トリフルオロメチル−γ−スルトン、α−メチル−γ−スルトン、α,β−ジ(トリフルオロメチル)−γ−スルトン、α,α−ジ(トリフルオロメチル)−γ−スルトン、α−ウンデカフルオロペンチル−γ−スルトン、α−ヘプタフルオロプロピル−γ−スルトン、1,4−ブタンスルトン(1,4−BS)などがあげられる。   Specifically, 1,3-propane sultone (1,3-PS), α-trifluoromethyl-γ-sultone, β-trifluoromethyl-γ-sultone, γ-trifluoromethyl-γ-sultone, α -Methyl-γ-sultone, α, β-di (trifluoromethyl) -γ-sultone, α, α-di (trifluoromethyl) -γ-sultone, α-undecafluoropentyl-γ-sultone, α- Examples include heptafluoropropyl-γ-sultone and 1,4-butane sultone (1,4-BS).

中でも1,3−プロパンスルトン(1,3−PS)はリチウムイオン二次電池の負極上での分解皮膜を形成すると考えられている。1,3−PSのLUMOは0.07eVであり、本発明の化合物No.1のそれ(−0.86eV)よりも大きい。例えば本発明の化合物No.1と1,3−PSとを電解液に添加し、充電した場合、先ず化合物No.1の物質が負極に皮膜を形成し、次に1,3−PSが皮膜を形成することが考えられる。充電初期には負極表面のある部分と化合物No.1が主に反応するが、化合物No.1と反応しなかった部分(溶媒分子と反応する可能性がある部分)での充電が進行して1,3−PSと反応し、結果として化合物No.1と1,3−PSとの複合皮膜が形成され、更なる抵抗上昇の抑制効果、電池の膨れ抑制などが期待できる。   Among these, 1,3-propane sultone (1,3-PS) is considered to form a decomposition film on the negative electrode of a lithium ion secondary battery. 1,3-PS has a LUMO of 0.07 eV. It is larger than that of 1 (−0.86 eV). For example, compound no. When 1 and 1,3-PS were added to the electrolyte and charged, compound No. 1 was first prepared. One substance may form a film on the negative electrode, and then 1,3-PS forms a film. At the initial stage of charging, a portion having a negative electrode surface and compound No. 1 reacts mainly, but compound no. 1 progresses to charge at the part that did not react with 1 (the part that may react with the solvent molecule) and reacts with 1,3-PS. A composite film of 1 and 1,3-PS is formed, and a further resistance increase suppressing effect, battery swelling expansion, and the like can be expected.

一般式(2)の化合物を電解液に添加する場合、その電解液中の含量は特に限定されるものではないが、電解液中に0.5質量%以上10.0質量%以下含まれることが好ましい。0.5質量%未満では電極表面での電気化学反応による皮膜形成に十分効果が発揮されない場合がある。10.0質量%を越えると電解液の粘性を大きくしてしまう場合がある。また、一般式(1)及び一般式(2)の化合物中の一般式(2)の比率としては、それぞれ一般式(1)の化合物と一般式(2)の化合物を合わせた全質量に対して10〜90質量%が好ましい。   When the compound of the general formula (2) is added to the electrolytic solution, the content in the electrolytic solution is not particularly limited, but 0.5% by mass to 10.0% by mass is contained in the electrolytic solution. Is preferred. If the amount is less than 0.5% by mass, the effect may not be sufficiently exerted on the film formation by the electrochemical reaction on the electrode surface. If it exceeds 10.0 mass%, the viscosity of the electrolytic solution may be increased. Moreover, as a ratio of the general formula (2) in the compound of the general formula (1) and the general formula (2), the total mass of the compound of the general formula (1) and the compound of the general formula (2), respectively. 10 to 90% by mass is preferable.

スルホニル基を2個有する環式スルホン酸エステルとしては下記一般式(3)で示される化合物があげられる。   Examples of the cyclic sulfonic acid ester having two sulfonyl groups include compounds represented by the following general formula (3).

Figure 2005203342
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(但し、上記一般式(3)において、Qは酸素原子、メチレン基または単結合、Aは、置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルキレン基、カルボニル基、スルフィニル基、炭素数1〜5のポリフルオロアルキレン基、置換もしくは無置換の炭素数1〜5のフルオロアルキレン基、置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルキレン基におけるC−C結合の少なくとも一箇所がC−O−C結合となった基、炭素数1〜5のポリフルオロアルキレン基におけるC−C結合の少なくとも一箇所がC−O−C結合となった基、及び置換もしくは無置換の炭素数1〜5のフルオロアルキレン基におけるC−C結合の少なくとも一箇所がC−O−C結合となった基、から選ばれる基を示す。Bは、置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルキレン基、炭素数1〜5のポリフルオロアルキレン基、及び置換もしくは無置換の炭素数1〜5のフルオロアルキレン基から選ばれる基を示す。)
上記一般式(3)で示される化合物おいて、化合物の安定性、化合物の合成の容易性、溶媒への溶解性、価格などの観点から、Aは、置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルキレン基、炭素数1〜5のポリフルオロアルキレン基、置換もしくは無置換の炭素数1〜5のフルオロアルキレン基、置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルキレン基におけるC−C結合の少なくとも一箇所がC−O−C結合となった基、炭素数1〜5のポリフルオロアルキレン基におけるC−C結合の少なくとも一箇所がC−O−C結合となった基、及び置換もしくは無置換の炭素数1〜5のフルオロアルキレン基におけるC−C結合の少なくとも一箇所がC−O−C結合となった基、から選ばれる基が好ましい。置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルキレン基、炭素数1〜5のポリフルオロアルキレン基、および置換もしくは無置換の炭素数1〜5のフルオロアルキレン基、から選ばれる基がより好ましく、置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルキレン基がさらに好ましく、メチレン基、エチレン基又は2,2−プロパンジイル基が特に好ましい。上記の炭素数1〜5のフルオロアルキレン基は、メチレン基とジフルオロメチレン基を含むことが好ましく、メチレン基とジフルオロメチレン基とで構成されていることがより好ましい。
(However, in the said General formula (3), Q is an oxygen atom, a methylene group, or a single bond, A is a substituted or unsubstituted C1-C5 alkylene group, a carbonyl group, a sulfinyl group, C1-C5. At least one C—C bond in the polyfluoroalkylene group, a substituted or unsubstituted fluoroalkylene group having 1 to 5 carbon atoms, or a substituted or unsubstituted alkylene group having 1 to 5 carbon atoms is a C—O—C bond A group in which at least one C—C bond in the polyfluoroalkylene group having 1 to 5 carbon atoms is a C—O—C bond, and a substituted or unsubstituted fluoroalkylene having 1 to 5 carbon atoms A group selected from a group in which at least one CC bond in the group is a C—O—C bond, B is a substituted or unsubstituted alkylene group having 1 to 5 carbon atoms, carbon 1-5 polyfluoroalkylene group, and a substituted or unsubstituted group selected from fluoroalkylene group having 1 to 5 carbon atoms.)
In the compound represented by the general formula (3), A is a substituted or unsubstituted carbon number of 1 to 5 from the viewpoints of stability of the compound, ease of synthesis of the compound, solubility in a solvent, price, and the like. At least a C-C bond in the alkylene group, a polyfluoroalkylene group having 1 to 5 carbon atoms, a substituted or unsubstituted fluoroalkylene group having 1 to 5 carbon atoms, and a substituted or unsubstituted alkylene group having 1 to 5 carbon atoms. A group in which one site is a C—O—C bond, a group in which at least one C—C bond in a C 1-5 polyfluoroalkylene group is a C—O—C bond, and a substituted or unsubstituted group A group selected from a group in which at least one C—C bond in the fluoroalkylene group having 1 to 5 carbon atoms is a C—O—C bond is preferable. A group selected from a substituted or unsubstituted alkylene group having 1 to 5 carbon atoms, a polyfluoroalkylene group having 1 to 5 carbon atoms, and a substituted or unsubstituted fluoroalkylene group having 1 to 5 carbon atoms is more preferable. Alternatively, an unsubstituted alkylene group having 1 to 5 carbon atoms is more preferable, and a methylene group, an ethylene group, or a 2,2-propanediyl group is particularly preferable. The C1-C5 fluoroalkylene group preferably includes a methylene group and a difluoromethylene group, and more preferably includes a methylene group and a difluoromethylene group.

また、同様の理由から、Bは炭素数1〜5のアルキレン基が好ましく、メチレン基、1,1−エタンジイル基、または2,2−プロパンジイル基がより好ましい。
これらのスルホニル基を2個有する環式スルホン酸エステルは、特許文献10に開示されているものである。一般式(3)に示す具体的化合物を下記に列挙するがこれらに限定されるものではない。
For the same reason, B is preferably an alkylene group having 1 to 5 carbon atoms, more preferably a methylene group, a 1,1-ethanediyl group, or a 2,2-propanediyl group.
The cyclic sulfonic acid ester having two of these sulfonyl groups is disclosed in Patent Document 10. Specific compounds represented by the general formula (3) are listed below, but are not limited thereto.

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これらの化合物は本発明の一般式(1)の化合物と同準位のLUMOを有し、且つスルホニル基を二つ以上有するため、例えば化合物No.1と化合物No.21(MMDS)の物質とを電解液に添加すると、充電初期に高イオン伝導性の複合皮膜が形成され易い。MMDSは環状の化合物であり開環することで負極と反応し皮膜を形成しやすい化合物であると考えられる。   These compounds have the same level of LUMO as the compound of the general formula (1) of the present invention and have two or more sulfonyl groups. 1 and compound no. When 21 (MMDS) is added to the electrolyte, a high ion conductive composite film is easily formed in the initial stage of charging. MMDS is considered to be a compound that easily forms a film by reacting with the negative electrode by ring opening.

MMDSが負極上でかなり選択的に皮膜形成に寄与するとすれば、化合物No.1の物質は負極上での皮膜形成確率が減少し、正極上での反応確率が高くなり正極上での皮膜形成が達成される。その結果、正極上での溶媒分解抑制が期待できる。   If MMDS contributes to the film formation fairly selectively on the negative electrode, compound no. In the case of the first material, the film formation probability on the negative electrode is decreased, the reaction probability on the positive electrode is increased, and the film formation on the positive electrode is achieved. As a result, suppression of solvent decomposition on the positive electrode can be expected.

一般式(3)の化合物を電解液に添加する場合、一般式(3)の化合物の電解液中の含量は特に限定されるものではないが、電解液中に0.5質量%以上10.0質量%以下含まれることが好ましい。0.5質量%未満では電極表面での電気化学反応による皮膜形成に十分効果が発揮されない場合がある。10.0質量%を越えると電解液の粘性を大きくしてしまう場合がある。一般式(1)と一般式(3)中の、一般式(3)の化合物の比率としては、一般式(1)及び一般式(3)の化合物の全質量の10〜90質量%が好ましい。また、これに加えて一般式(2)の化合物を用いる場合には、一般式(1)、一般式(2)及び一般式(3)の化合物の全質量の10〜90質量%が好ましい。   When the compound of the general formula (3) is added to the electrolytic solution, the content of the compound of the general formula (3) in the electrolytic solution is not particularly limited, but 0.5% by mass or more and 10. It is preferably contained in an amount of 0% by mass or less. If the amount is less than 0.5% by mass, the effect may not be sufficiently exerted on the film formation by the electrochemical reaction on the electrode surface. If it exceeds 10.0 mass%, the viscosity of the electrolytic solution may be increased. As a ratio of the compound of general formula (3) in general formula (1) and general formula (3), 10-90 mass% of the total mass of the compound of general formula (1) and general formula (3) is preferable. . Moreover, when using the compound of General formula (2) in addition to this, 10-90 mass% of the total mass of the compound of General formula (1), General formula (2), and General formula (3) is preferable.

本発明では、場合によっては前記電解液中にビニレンカーボネート(VC)及びその誘導体の少なくとも一種を添加することができる。ビニレンカーボネート(VC)及びその誘導体の少なくとも一種を添加することで更にサイクル特性の改善を図ることができる。VCのLUMOは0.09eVであり一般式(1)の化合物よりも還元反応を受けにくい、初期の充放電で還元反応を受けて消費することなく長期に渡って電解液に存在すると考えられる。そのため、充放電サイクル時に徐々に消費されることでサイクル特性向上に寄与することができる。前記ビニレンカーボネート及びその誘導体の少なくとも一種を電解液の添加剤として使用する場合には、電解液中に0.05質量%〜3.0質量%含ませることで効果が得られる。   In the present invention, in some cases, at least one of vinylene carbonate (VC) and a derivative thereof can be added to the electrolytic solution. By adding at least one of vinylene carbonate (VC) and its derivatives, the cycle characteristics can be further improved. The LUMO of VC is 0.09 eV, which is less susceptible to the reduction reaction than the compound of the general formula (1), and is considered to exist in the electrolyte for a long time without being consumed by receiving the reduction reaction in the initial charge / discharge. Therefore, it is possible to contribute to the improvement of cycle characteristics by being gradually consumed during the charge / discharge cycle. When at least one of the vinylene carbonate and derivatives thereof is used as an additive for an electrolytic solution, the effect can be obtained by including 0.05% by mass to 3.0% by mass in the electrolytic solution.

一般式(1)の化合物とVC、一般式(1)の化合物とそれ以外の添加剤と更にVCを電解液に添加する場合、VCの電解液全体に占める割合は特に限定されるものではないが0.5質量%〜10.0質量%が好ましい。0.5質量%未満では電極表面での電気化学反応による皮膜形成に十分効果が発揮されない場合がある。10.0質量%を越えると電解液の粘性を大きくしてしまう場合がある。   When the compound of the general formula (1) and VC, the compound of the general formula (1) and other additives, and VC are further added to the electrolytic solution, the proportion of VC in the whole electrolytic solution is not particularly limited. Is preferably 0.5% by mass to 10.0% by mass. If the amount is less than 0.5% by mass, the effect may not be sufficiently exerted on the film formation by the electrochemical reaction on the electrode surface. If it exceeds 10.0 mass%, the viscosity of the electrolytic solution may be increased.

本発明の電解液は、一般式(1)で表される化合物を電解液にあらかじめ添加・溶解することによりもたらされる。この電解液に適宜その他の添加材料(環式モノスルホン酸エステル、スルホニル基を2個有する環式スルホン酸エステル、スルホラン、アルカンスルホン酸無水物、スルホレン化合物あるいはビニレンカーボネート化合物)を加えることにより、所望の電解液を得ることができる。   The electrolytic solution of the present invention is brought about by adding and dissolving the compound represented by the general formula (1) in the electrolytic solution in advance. By appropriately adding other additive materials (cyclic monosulfonic acid ester, cyclic sulfonic acid ester having two sulfonyl groups, sulfolane, alkanesulfonic acid anhydride, sulfolene compound or vinylene carbonate compound) to this electrolytic solution, The electrolyte solution can be obtained.

本発明に係る二次電池の形状としては、特に制限はないが、例えば、円筒型、角型、コイン型、ラミネート型などがあげられる。この中でラミネート型とは合成樹脂と金属箔との積層体からなる可撓性フィルム等よりなる外装体によって封口された形状を有するものであり、円筒型、角型、コイン型等の電池缶よりなる外装体に封入したものと比して内圧の上昇による影響を受けやすく、従って電極と電解液との界面との化学反応の制御がより重要となる。本発明による一般式(1)で表される鎖状のジスルホン酸化合物を含有する二次電池であれば、ラミネート型の電池であっても抵抗上昇の抑制や電池の膨れ(ガス発生及び内圧の上昇)を抑制することが可能である。従って、自動車用途など大型のリチウムイオン二次電池においても、安全性や長期信頼性を確保することが可能となる。   The shape of the secondary battery according to the present invention is not particularly limited, and examples thereof include a cylindrical shape, a square shape, a coin shape, and a laminate shape. Among them, the laminate type has a shape sealed by an exterior body made of a flexible film made of a laminate of a synthetic resin and a metal foil, and is a battery can such as a cylindrical type, a square type, or a coin type. It is more susceptible to an increase in internal pressure than that enclosed in an outer package, and therefore control of the chemical reaction between the electrode and the interface between the electrolytic solution is more important. In the case of a secondary battery containing a chain disulfonic acid compound represented by the general formula (1) according to the present invention, even in a laminate type battery, resistance increase is suppressed and battery swelling (gas generation and internal pressure Rise) can be suppressed. Therefore, safety and long-term reliability can be ensured even in a large-sized lithium ion secondary battery such as an automobile.

本発明に係るリチウム二次電池は、乾燥空気または不活性ガス雰囲気において、負極13および正極12を、セパレータ16を介して積層、あるいは積層したものを捲回した後に、外装体に挿入し、一般式(1)で表される化合物を含む電解液を含浸させた後、電池外装体を封止することで得られる。封止前または封止後に、電池を充電することにより、前記電極上の皮膜を形成させることで本発明の効果を得ることが可能である。   In the lithium secondary battery according to the present invention, the negative electrode 13 and the positive electrode 12 are laminated via the separator 16 in a dry air or an inert gas atmosphere, or the laminated one is wound, and then inserted into the outer package. It is obtained by impregnating an electrolytic solution containing a compound represented by the formula (1) and then sealing the battery outer package. The effect of the present invention can be obtained by forming the film on the electrode by charging the battery before or after sealing.

(電池の作製)
表1〜4に記載の正極活物質および導電性付与剤を乾式混合し、バインダーであるPVDFを溶解させたN−メチル−2−ピロリドン(NMP)中に均一に分散させスラリーを作製した。導電性付与剤としてはカーボンブラックを用いた。そのスラリーを正極集電体となるアルミ金属箔(円筒型の場合には20μm、ラミネート型の場合には25μm)上に塗布後、NMPを蒸発させることにより正極シートとした。正極中の固形分比率は正極活物質:導電性付与剤:PVDF=80:10:10(質量%)とした。
(Production of battery)
A positive electrode active material and a conductivity-imparting agent described in Tables 1 to 4 were dry-mixed and uniformly dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) in which PVDF as a binder was dissolved to prepare a slurry. Carbon black was used as the conductivity imparting agent. The slurry was applied on an aluminum metal foil (20 μm for a cylindrical type, 25 μm for a laminate type) serving as a positive electrode current collector, and then NMP was evaporated to obtain a positive electrode sheet. The solid content ratio in the positive electrode was positive electrode active material: conductivity imparting agent: PVDF = 80: 10: 10 (mass%).

一方、負極活物質はカーボン:PVDF=90:10(質量%)の比率となるように混合しNMPに分散させ、負極集電体14となる銅箔(円筒型の場合には10μm、ラミネート型の場合には20μm)上に塗布して作製した。   On the other hand, the negative electrode active material was mixed so as to have a ratio of carbon: PVDF = 90: 10 (mass%) and dispersed in NMP, and a copper foil (10 μm in the case of a cylindrical type, laminated type) serving as the negative electrode current collector 14 In this case, it was prepared by coating on 20 μm).

電解質溶液15は、表1〜4に記載の溶媒、電解質としての1mol/LのLiPF6、表1〜4に記載の添加剤を溶解したものを用いた。 The electrolyte solution 15 was prepared by dissolving the solvents described in Tables 1 to 4, 1 mol / L LiPF 6 as the electrolyte, and the additives described in Tables 1 to 4.

その後、負極と正極とをポリエチレンからなるセパレータ16を介して積層し、アルミニウムラミネートフィルム型二次電池(実施例1〜26、比較例1〜3)、円筒型二次電池(実施例27〜34、比較例4、5)を作製した。ラミネート型電池を用いた場合、用いたラミネートフィルムはポリプロピレン樹脂(封着層、厚み70μm)、ポリエチレンテレフタレート(20μm)、アルミニウム(50μm)、ポリエチレンテレフタレート(20μm)の順に積層した構造を有する。これを所定の大きさに2枚切り出し、その一部分に上記の積層電極体の大きさに合った底面部分と側面部分とを有する凹部を形成し、これらを対向させて上記の積層電極体を包み込み、周囲を熱融着させてフィルム外装電池を作製した。最後の1辺を熱融着封口する前に電解液を積層電極体に含浸させた。   Then, a negative electrode and a positive electrode are laminated via a separator 16 made of polyethylene, and an aluminum laminated film type secondary battery (Examples 1 to 26, Comparative Examples 1 to 3) and a cylindrical secondary battery (Examples 27 to 34). Comparative Examples 4 and 5) were produced. When a laminate type battery is used, the laminate film used has a structure in which a polypropylene resin (sealing layer, thickness 70 μm), polyethylene terephthalate (20 μm), aluminum (50 μm), and polyethylene terephthalate (20 μm) are laminated in this order. Two pieces of this are cut into a predetermined size, and a concave portion having a bottom surface portion and a side surface portion that match the size of the multilayer electrode body is formed in a part thereof, and these are opposed to wrap the multilayer electrode body. Then, the periphery was thermally fused to produce a film-clad battery. Before the last side was heat-sealed and sealed, the electrolyte solution was impregnated with the laminated electrode body.

(充放電サイクル試験)
負極活物質として非晶質炭素を用い、正極活物質としてLi[Ni0.5Mn1.37Ti0.134]を用いた場合には、充電レート1C、放電レート1Cで、充電終止電圧4.75V、放電終止電圧2.5Vとした。さらに、負極活物質として非晶質炭素を用い、且つ正極活物質としてLi[Co0.5Mn1.37Ti0.134]以外を用いた場合には充電レート1C、放電レート1Cで、充電終止電圧4.4V、放電終止電圧2.5Vとした。これらの正極容量維持率(%)は500サイクル後の放電容量(mAh)を、10サイクル目の放電容量(mAh)で割った値である。
(Charge / discharge cycle test)
When amorphous carbon is used as the negative electrode active material and Li [Ni 0.5 Mn 1.37 Ti 0.13 O 4 ] is used as the positive electrode active material, the charge end voltage is 4.75 V at a charge rate of 1 C and a discharge rate of 1 C. The final voltage was 2.5V. Further, when amorphous carbon is used as the negative electrode active material and a material other than Li [Co 0.5 Mn 1.37 Ti 0.13 O 4 ] is used as the positive electrode active material, a charge termination voltage of 4C is obtained at a charge rate of 1C and a discharge rate of 1C. The discharge end voltage was 4V and 4V. These positive electrode capacity retention rates (%) are values obtained by dividing the discharge capacity (mAh) after 500 cycles by the discharge capacity (mAh) at the 10th cycle.

(保存特性試験)
放電深度50%(45℃)での60日間保存後の抵抗上昇率(初期(保存開始時)の抵抗値を1とした場合の保存後の抵抗値の比:充放電条件は、Li[Ni0.5Mn1.37Ti0.134]又はLi[Co0.5Mn1.37Ti0.134]以外の正極活物質を用いた上記充放電サイクル試験の条件とそれぞれ同じ)によって、保存特性の測定を行った。
(Storage characteristics test)
Ratio of increase in resistance after storage for 60 days at a discharge depth of 50% (45 ° C.) (the ratio of the resistance value after storage when the initial resistance value (at the start of storage) is 1, the charge / discharge condition is Li [Ni The storage characteristics were measured by the same conditions as in the charge / discharge cycle test using a positive electrode active material other than 0.5 Mn 1.37 Ti 0.13 O 4 ] or Li [Co 0.5 Mn 1.37 Ti 0.13 O 4 ].

Figure 2005203342
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表1〜4中の「電解液中の添加剤の種類及び組成」欄記載の「No.」は化合物No.を表す。   In Tables 1 to 4, “No.” in the column “Type and composition of additives in electrolyte solution” is compound No. Represents.

なお、表1〜4で用いた正極活物質の金属リチウムを負極に用いた充放電試験において安定的に充放電を行える電位の上限を測定した場合(図2の方法で測定)、Li[Co1/3Mn1/3Ni1/3]O2:4.6V、Li[Co0.2Mn0.4Ni0.4]O2:4.6V、Li[Al0.1Mn0.4Ni0.5]O2:4.7V、Li[Fe0.1Mn0.4Ni0.5]O2:4.5、Li[Ti0.1Mn0.4Ni0.5]O2:4.6V、Li[Mg0.1Mn0.4Ni0.5]O2:4.5V、Li[Ni0.5Mn1.37Ti0.13]O4:4.9V、Li[Co0.5Mn1.37Ti0.13]O4:5.2V、LiCoO2:4.5Vの値となった。 When the upper limit of the potential at which charging and discharging can be performed stably in the charge and discharge test using the metal lithium of the positive electrode active material used in Tables 1 to 4 as a negative electrode (measured by the method of FIG. 2), Li [Co 1/3 Mn 1/3 Ni 1/3 ] O 2 : 4.6V, Li [Co 0.2 Mn 0.4 Ni 0.4 ] O 2 : 4.6V, Li [Al 0.1 Mn 0.4 Ni 0.5 ] O 2 : 4.7V , Li [Fe 0.1 Mn 0.4 Ni 0.5] O 2: 4.5, Li [Ti 0.1 Mn 0.4 Ni 0.5] O 2: 4.6V, Li [Mg 0.1 Mn 0.4 Ni 0.5] O 2: 4.5V, Li [Ni 0.5 Mn 1.37 Ti 0.13 ] O 4 : 4.9 V, Li [Co 0.5 Mn 1.37 Ti 0.13 ] O 4 : 5.2 V, LiCoO 2 : 4.5 V.

また、サイクル試験および保存試験で得られた結果を下記表5〜表8に示す。保存特性における抵抗上昇率は、初期を1とした場合の相対値である。   Moreover, the result obtained by the cycle test and the storage test is shown in Tables 5 to 8 below. The resistance increase rate in the storage characteristics is a relative value when the initial value is 1.

Figure 2005203342
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(容量回復率、セル体積変化量の評価)
アルミラミネートフィルム型電池を用い、室温(25℃)において、2Aの定電流及び定電圧で、終止電圧4.5Vまで5時間充電し、次に2Aの定電流下、終止電圧2.5Vまで放電した後、発生したガスを抜いてこのときの電池の体積を測定した。ガスを抜いた後、1週間放置した後、再び室温において充電及び放電を1回ずつ行った。このときの充電電流及び放電電流は一定(2A)であり、この際の放電容量を初期容量とした。尚、放電側のカットオフ電位は2.5V、充電側のカットオフ電位は4.4Vとした。その後、2Aの定電流定電圧で4.4Vまで2.5時間の充電後、放電深度50%まで充電した後、55℃で84日間放置した。放置後に室温において再度定電流で放電操作を行い、続いて同じく定電流で充電、放電をもう一度繰り返し、このときの放電容量を回復容量とした。ここで、(容量回復率)=(回復容量)/(初期容量)とした。同時に電池の体積を測定し、前記ガス抜き直後の体積との差をセル体積変化量とした。
(Evaluation of capacity recovery rate and cell volume change)
Using an aluminum laminate film type battery, at room temperature (25 ° C), with a constant current and voltage of 2A, charge for 5 hours to a final voltage of 4.5V, and then discharge to a final voltage of 2.5V with a constant current of 2A. Then, the generated gas was removed and the volume of the battery at this time was measured. After degassing, the mixture was left for one week, and then charged and discharged once again at room temperature. The charging current and discharging current at this time are constant (2A), and the discharging capacity at this time is defined as the initial capacity. The discharge-side cut-off potential was 2.5 V, and the charge-side cut-off potential was 4.4 V. Then, after charging for 2.5 hours to 4.4 V at a constant current and constant voltage of 2 A, the battery was charged to a discharge depth of 50%, and then left at 55 ° C. for 84 days. After being left standing, the discharge operation was performed again at a constant current at room temperature. Subsequently, the same constant current was charged and discharged again, and the discharge capacity at this time was defined as a recovery capacity. Here, (capacity recovery rate) = (recovery capacity) / (initial capacity). At the same time, the volume of the battery was measured, and the difference from the volume immediately after degassing was taken as the cell volume change amount.

(一般式(1)の化合物添加の効果)
まず、ラミネート型電池について一般式(1)の化合物添加の効果の検証を行った(実施例1〜10、比較例1〜3)。実施例1〜10における抵抗上昇率、容量回復率及び500サイクル後の容量維持率は、一般式(1)の化合物を無添加の比較例1〜3と比べ大きく改善されている。これらの結果は、一般式(1)に示す化合物を電解液中に添加させることで、無添加系や従来の添加系と比較してイオン導電性が高く、保存時の安定性の高い皮膜が形成されたためであると考えられる。更に、正極・負極表面と電解質との界面に存在する表面膜の安定化と、その膜の高いイオン伝導性によって、不可逆反応が抑制されたため、高電圧下の劣化を抑制したものと考えられる。
(Effect of compound addition of general formula (1))
First, the effect of the addition of the compound of the general formula (1) was verified for the laminate type battery (Examples 1 to 10, Comparative Examples 1 to 3). The resistance increase rate, the capacity recovery rate, and the capacity retention rate after 500 cycles in Examples 1 to 10 are greatly improved as compared with Comparative Examples 1 to 3 in which the compound of general formula (1) was not added. These results show that by adding the compound represented by the general formula (1) to the electrolytic solution, a film having high ionic conductivity and high stability during storage compared to the additive-free system and the conventional additive system. This is thought to be because of the formation. Furthermore, the irreversible reaction is suppressed by the stabilization of the surface film present at the interface between the positive electrode / negative electrode surface and the electrolyte and the high ionic conductivity of the film, and therefore, it is considered that the deterioration under high voltage is suppressed.

また、保存後のラミネート外装セルの体積変化量については、本実施例1〜10のセルの体積変化量は比較例1〜3に対して小さくなっている。これは化合物(1)の皮膜が電極上に形成され電解液の分解によるガス発生が抑制できたためと考えられる。   Moreover, about the volume variation | change_quantity of the laminate exterior cell after a preservation | save, the volume variation | change_quantity of the cell of the present Examples 1-10 is small with respect to Comparative Examples 1-3. This is presumably because the film of the compound (1) was formed on the electrode, and gas generation due to decomposition of the electrolytic solution could be suppressed.

さらに実施例1に示した電池について、サイクル後の正極表面及び負極表面をX線光電子分光法(XPS)とエネルギー分散型X線分析(EDX)を用いて調べたところ、LiF、LiCO3の存在が示された。また、XPS分析で硫黄スペクトルのピーク分割を行った結果、164eV付近にピークを有する物質が存在することを確認した。添加剤の入っていない系や他の添加剤を用いた系では164eV付近にピークを有する物質は存在しておらず、本実施例においては化合物No.1を添加したことによる特有の皮膜が形成されたものと考えられる。 Further, regarding the battery shown in Example 1, the positive electrode surface and the negative electrode surface after the cycle were examined using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and energy dispersive X-ray analysis (EDX), and the presence of LiF and LiCO 3 was found. It has been shown. Further, as a result of performing peak splitting of the sulfur spectrum by XPS analysis, it was confirmed that a substance having a peak in the vicinity of 164 eV was present. There is no substance having a peak in the vicinity of 164 eV in the system containing no additive or the system using other additives. It is considered that a unique film was formed by adding 1.

同様に円筒型電池について一般式(1)の化合物添加の効果の検証を行った(実施例27、28、比較例4、5)ところ、抵抗上昇率及び容積維持率ともに一般式の化合物(1)を無添加の比較例4、5と比べて向上した。これは、ラミネート型電池と同様の理由により、電極表面上に皮膜が安定的に形成されたためと考えられる。   Similarly, the effect of adding the compound of the general formula (1) was verified for the cylindrical battery (Examples 27 and 28, Comparative Examples 4 and 5). ) Was improved as compared with additive-free Comparative Examples 4 and 5. This is presumably because a film was stably formed on the electrode surface for the same reason as in the laminate type battery.

(環式モノスルホン酸エステル添加の効果)
ラミネート型電池については、実施例11〜13における容量維持率及び保存特性(抵抗上昇率、容量回復率)が改善した。これは、1,3−PSの添加により電極表面と電解質との界面に存在する皮膜の安定化と、その膜の高いイオン伝導性によって、不可逆反応が抑制されたためと考えられる。また、セル体積変化量は、比較例1〜3及び実施例1、8、10に対して小さくなっている。これは一般式(1)の化合物と1,3−PSとの複合効果により皮膜が負極上に形成され、電解液の分解によるガス発生が大きく抑制できたためと考えられる。
(Effect of adding cyclic monosulfonic acid ester)
About the laminate type battery, the capacity retention rate and storage characteristics (resistance increase rate, capacity recovery rate) in Examples 11 to 13 were improved. This is probably because the addition of 1,3-PS suppressed the irreversible reaction due to the stabilization of the film present at the interface between the electrode surface and the electrolyte and the high ionic conductivity of the film. The cell volume change amount is smaller than those of Comparative Examples 1 to 3 and Examples 1, 8, and 10. This is presumably because a film was formed on the negative electrode due to the combined effect of the compound of general formula (1) and 1,3-PS, and gas generation due to decomposition of the electrolytic solution could be greatly suppressed.

同様に円筒型電池についても、実施例29、30におけるサイクル試験後の容量維持率及び抵抗上昇率は、それぞれ実施例27、28に比較して上回っている。これは、ラミネート型電池と同様の理由によるものと考えられる。   Similarly, for the cylindrical battery, the capacity retention rate and the resistance increase rate after the cycle test in Examples 29 and 30 are higher than those in Examples 27 and 28, respectively. This is considered to be due to the same reason as the laminate type battery.

(VC添加の効果)
ラミネート型電池については、実施例14〜16におけるセルは、実施例11〜13と比較して容量維持率及び保存特性(抵抗上昇率、容量回復率、セル体積変化量)がさらに向上している。これらの結果は、本発明の一般式(1)に示す化合物と環式モノスルホン酸エステルとビニレンカーボネートとを電解液中に添加させることで、無添加系や従来の添加系と比較してイオン導電性が高く、保存時や充放電サイクルの安定性の高い皮膜が形成されたためであると考えられる。
(Effect of VC addition)
Regarding the laminated batteries, the cells in Examples 14 to 16 are further improved in capacity retention rate and storage characteristics (resistance increase rate, capacity recovery rate, cell volume change amount) compared to Examples 11 to 13. . These results are obtained by adding the compound represented by the general formula (1) of the present invention, the cyclic monosulfonic acid ester, and vinylene carbonate to the electrolyte solution, so that ions can be added compared to the additive-free system and the conventional additive system. This is probably because a film having high conductivity and high stability during storage and charge / discharge cycles was formed.

同様に円筒型電池については、実施例31、32に示した電池は、実施例29、30に比較して、サイクル試験後の容量維持率が更に向上していること、すなわち一般式(1)で表される化合物と一般式(1)とは環式モノスルホン酸エステルとが含まれる電解液にVCを更に添加することでサイクル特性が改善していることが確認された。   Similarly, regarding the cylindrical battery, the batteries shown in Examples 31 and 32 have a further improved capacity retention ratio after the cycle test as compared with Examples 29 and 30, that is, the general formula (1). It was confirmed that the cycle characteristics were improved by further adding VC to the electrolytic solution containing the compound represented by the formula (1) and the cyclic monosulfonic acid ester.

(環式ジスルホン酸エステル(スルホニル基を2個有する環式スルホン酸エステル)添加の効果)
ラミネート型電池については、実施例17〜19における容量維持率及び保存特性(抵抗上昇率、容量回復率)は、実施例1〜10と比してもさらに改善されている。これらの結果は、本発明の一般式(1)に示す化合物とスルホニル基を2個有する環式スルホン酸エステルとを電解液中に添加させることで、無添加系や従来の添加系と比較してイオン導電性が高く、保存時の安定性の高い皮膜が形成されたためであると考えられる。
(Effect of adding cyclic disulfonic acid ester (cyclic sulfonic acid ester having two sulfonyl groups))
Regarding the laminate type batteries, the capacity retention ratio and storage characteristics (resistance increase rate, capacity recovery rate) in Examples 17 to 19 are further improved as compared with Examples 1 to 10. These results are obtained by adding the compound represented by the general formula (1) of the present invention and a cyclic sulfonic acid ester having two sulfonyl groups to the electrolytic solution, and comparing it with an additive-free system or a conventional additive system. This is probably because a film having high ionic conductivity and high stability during storage was formed.

また、実施例17〜19におけるセルの体積変化量は比較例1〜3及び実施例1〜10に対して小さくなっている。これは化合物No.1の化合物とMMDSとの複合効果により皮膜が負極上に形成され電解液の分解によるガス発生が大きく抑制できたためと考えられる。   Moreover, the volume change amount of the cell in Examples 17-19 is small with respect to Comparative Examples 1-3 and Examples 1-10. This is compound no. This is probably because a film was formed on the negative electrode due to the combined effect of Compound 1 and MMDS, and gas generation due to decomposition of the electrolytic solution could be greatly suppressed.

同様に円筒型電池については、実施例33、34に示した電池は、実施例27、28に比較して、サイクル試験後の容量維持率が更に向上していること、すなわち一般式(1)で表される化合物が含まれる電解液に一般式(3)で表される化合物が含まれることでサイクル特性が改善していることが確認された。   Similarly, for the cylindrical batteries, the batteries shown in Examples 33 and 34 have a further improved capacity retention ratio after the cycle test as compared with Examples 27 and 28, that is, the general formula (1). It was confirmed that the cycle characteristics were improved by including the compound represented by the general formula (3) in the electrolyte solution containing the compound represented by formula (3).

(一般式(1)の化合物の電解液中の濃度変化による効果)
実施例20〜26においては、化合物No.1の添加剤の電解液に占める濃度を変化させ、実施例1と同様のラミネート型二次電池を作成し、評価を行った。500サイクル後の容量維持率は、0.1質量%未満および5.0質量%を越える濃度で低下した。また、保存60日保存後の抵抗上昇率は0.1質量%未満および5.0質量%を越える濃度で極端に大きくなっていること判明した。この結果より、一般式(1)の電解液中に濃度は0.1質量%以上5.0質量%以下が好ましく、特に好ましい濃度範囲は0.5質量%以上3.0質量%以下であることが確認された。
(Effect of change in concentration of compound of general formula (1) in electrolyte)
In Examples 20 to 26, Compound No. The concentration of the additive 1 in the electrolyte solution was changed, and a laminate type secondary battery similar to that in Example 1 was prepared and evaluated. The capacity retention after 500 cycles decreased at concentrations of less than 0.1% by mass and greater than 5.0% by mass. It was also found that the resistance increase rate after storage for 60 days was extremely large at concentrations of less than 0.1% by mass and more than 5.0% by mass. From this result, the concentration in the electrolytic solution of the general formula (1) is preferably 0.1% by mass or more and 5.0% by mass or less, and a particularly preferable concentration range is 0.5% by mass or more and 3.0% by mass or less. It was confirmed.

本発明に係る二次電池の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the secondary battery which concerns on this invention. 本発明の正極活物質を用いた充放電曲線を説明する図である。It is a figure explaining the charging / discharging curve using the positive electrode active material of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

11 正極集電体
12 正極活物質を含有する層
13 負極活物質を含有する層
14 負極集電体
15 非水電解質溶液
16 多孔質セパレータ
11 Positive Electrode Current Collector 12 Layer Containing Positive Electrode Active Material 13 Layer Containing Negative Electrode Active Material 14 Negative Electrode Current Collector 15 Nonaqueous Electrolyte Solution 16 Porous Separator

Claims (13)

正極と、負極と、少なくとも電解質が溶解された非プロトン性溶媒を含む電解液とを備えた二次電池において、
該正極が、正極活物質として金属リチウムを負極に用いた充放電試験において4.3V以上に充放電領域を有するリチウム含有複合酸化物を含み、
前記電解液が下記一般式(1)で示される化合物を含むことを特徴とする二次電池。
Figure 2005203342
(但し、上記一般式(1)において、R1およびR4は、それぞれ独立して、水素原子、置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルコキシ基、置換もしくは無置換の炭素数1〜5のフルオロアルキル基、炭素数1〜5のポリフルオロアルキル基、−SO21(X1は置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルキル基)、−SY1(Y1は置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルキル基)、−COZ(Zは水素原子、または置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルキル基)、及びハロゲン原子、から選ばれる原子または基を示す。R2およびR3は、それぞれ独立して、置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルコキシ基、置換もしくは無置換のフェノキシ基、置換もしくは無置換の炭素数1〜5のフルオロアルキル基、炭素数1〜5のポリフルオロアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数1〜5のフルオロアルコキシ基、炭素数1〜5のポリフルオロアルコキシ基、水酸基、ハロゲン原子、−NX23(X2及びX3は、それぞれ独立して、水素原子、または置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルキル基)、及び−NY2CONY34(Y2〜Y4は、それぞれ独立して、水素原子、または置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルキル基)、から選ばれる原子または基を示す。)
In a secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and an electrolytic solution containing at least an aprotic solvent in which an electrolyte is dissolved,
The positive electrode includes a lithium-containing composite oxide having a charge / discharge region of 4.3 V or more in a charge / discharge test using metallic lithium as a positive electrode active material for the negative electrode,
The secondary battery, wherein the electrolytic solution includes a compound represented by the following general formula (1).
Figure 2005203342
(However, in the said General formula (1), R < 1 > and R < 4 > are respectively independently a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted C1-C5 alkyl group, a substituted or unsubstituted C1-C5. An alkoxy group, a substituted or unsubstituted fluoroalkyl group having 1 to 5 carbon atoms, a polyfluoroalkyl group having 1 to 5 carbon atoms, —SO 2 X 1 (wherein X 1 is a substituted or unsubstituted carbon atom having 1 to 5 carbon atoms). alkyl group), - SY 1 (Y 1 is a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 5 carbon atoms), - COZ (Z is a hydrogen atom or a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 5 carbon atoms), And R 2 and R 3 each independently represents a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, a substituted or unsubstituted carbon group having 1 to 5 carbon atoms. Alkoxy group, substituted or absent Substituted phenoxy group, substituted or unsubstituted fluoroalkyl group having 1 to 5 carbon atoms, polyfluoroalkyl group having 1 to 5 carbon atoms, substituted or unsubstituted fluoroalkoxy group having 1 to 5 carbon atoms, 1 to carbon atoms 5 polyfluoroalkoxy group, hydroxyl group, halogen atom, —NX 2 X 3 (X 2 and X 3 are each independently a hydrogen atom or a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 5 carbon atoms), and -NY 2 CONY 3 Y 4 (Y 2 ~Y 4 are each independently a hydrogen atom or a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 5 carbon atoms), indicating the atom or a group selected from.)
前記4.3V以上に充放電領域を有するリチウム含有複合酸化物が、LiCoO2であることを特徴とする請求項1に記載の二次電池。 The secondary battery according to claim 1, wherein the lithium-containing composite oxide having a charge / discharge region at 4.3 V or higher is LiCoO 2 . 前記4.3V以上に充放電領域を有するリチウム含有複合酸化物が、LiMO2(MはNi,Co,Mn,Li,Al,Fe、Ti、Mg、Cu、V,B,Si,Mo,Zn,Sn,In,Nb及びZrからなる群より選択された少なくとも3種の元素)で表されるリチウム含有複合酸化物であることを特徴とする請求項1に記載の二次電池。 The lithium-containing composite oxide having a charge / discharge region at 4.3 V or higher is LiMO 2 (M is Ni, Co, Mn, Li, Al, Fe, Ti, Mg, Cu, V, B, Si, Mo, Zn). 2. The secondary battery according to claim 1, wherein the secondary battery is a lithium-containing composite oxide represented by at least three elements selected from the group consisting of Sn, In, Nb, and Zr. 前記4.3V以上に充放電領域を有するリチウム含有複合酸化物が、Li[Co1/3Mn1/3Ni1/3]O2であることを特徴とする請求項3に記載の二次電池。 4. The secondary according to claim 3, wherein the lithium-containing composite oxide having a charge / discharge region at 4.3 V or more is Li [Co 1/3 Mn 1/3 Ni 1/3 ] O 2. battery. 前記4.3V以上に充放電領域を有するリチウム含有複合酸化物が、Lia(MxMn2-x-yy)O4(ただし、0.4<x、0<y、x+y<2、0<a<1.2である。MはNiと、Co、Fe、Cr及びCuからなる群より選ばれた少なくとも1種の金属元素を含む。AはSi及びTiの少なくとも一方の金属元素を含む。但し、AがTiだけを含む場合、0.1<yである。)で表されるスピネル型リチウムマンガン複合酸化物であることを特徴とする請求項1に記載の二次電池。 The lithium-containing composite oxide having a charge / discharge region at 4.3 V or higher is Li a (M x Mn 2 -xyA y ) O 4 (where 0.4 <x, 0 <y, x + y <2, 0 <A <1.2 M includes Ni and at least one metal element selected from the group consisting of Co, Fe, Cr and Cu, and A includes at least one metal element of Si and Ti. However, when A contains only Ti, 0.1 <y.) The secondary battery according to claim 1, wherein the secondary battery is a spinel-type lithium-manganese composite oxide. 前記一般式(1)で示される化合物が、前記電解液中に該電解液全体の質量に対して0.1〜5.0質量%含まれることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の二次電池。   The compound represented by the general formula (1) is contained in the electrolytic solution in an amount of 0.1 to 5.0% by mass with respect to the total mass of the electrolytic solution. Secondary battery described in 1. 前記電解液が、さらに下記一般式(2)で示される環式モノスルホン酸エステルを含むことを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の二次電池。
Figure 2005203342
(但し、上記一般式(2)において、nは0以上2以下の整数である。また、R5〜R10は、それぞれ独立して水素原子、置換もしくは無置換の炭素数1〜12のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数1〜6のフルオロアルキル基、及び炭素数1〜6のポリフルオロアルキル基、から選ばれる原子または基を示す。)
The secondary battery according to claim 1, wherein the electrolytic solution further includes a cyclic monosulfonic acid ester represented by the following general formula (2).
Figure 2005203342
(However, in the general formula (2), n is 0 to 2 integer. Also, R 5 to R 10 each independently represent a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted alkyl having 1 to 12 carbon atoms An atom or a group selected from a group, a substituted or unsubstituted fluoroalkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and a polyfluoroalkyl group having 1 to 6 carbon atoms.
前記電解液が、さらに下記一般式(3)で示されるスルホニル基を2個有する環式スルホン酸エステルを含むことを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の二次電池。
Figure 2005203342
(但し、上記一般式(3)において、Qは酸素原子、メチレン基または単結合、Aは、置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルキレン基、カルボニル基、スルフィニル基、炭素数1〜5のポリフルオロアルキレン基、置換もしくは無置換の炭素数1〜5のフルオロアルキレン基、置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルキレン基におけるC−C結合の少なくとも一箇所がC−O−C結合となった基、炭素数1〜5のポリフルオロアルキレン基におけるC−C結合の少なくとも一箇所がC−O−C結合となった基、及び置換もしくは無置換の炭素数1〜5のフルオロアルキレン基におけるC−C結合の少なくとも一箇所がC−O−C結合となった基、から選ばれる基を示す。Bは、置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルキレン基、炭素数1〜5のポリフルオロアルキレン基、及び置換もしくは無置換の炭素数1〜5のフルオロアルキレン基から選ばれる基を示す。)
The secondary battery according to claim 1, wherein the electrolytic solution further includes a cyclic sulfonic acid ester having two sulfonyl groups represented by the following general formula (3).
Figure 2005203342
(However, in the said General formula (3), Q is an oxygen atom, a methylene group, or a single bond, A is a substituted or unsubstituted C1-C5 alkylene group, a carbonyl group, a sulfinyl group, C1-C5. At least one C—C bond in the polyfluoroalkylene group, a substituted or unsubstituted fluoroalkylene group having 1 to 5 carbon atoms, or a substituted or unsubstituted alkylene group having 1 to 5 carbon atoms is a C—O—C bond A group in which at least one C—C bond in the polyfluoroalkylene group having 1 to 5 carbon atoms is a C—O—C bond, and a substituted or unsubstituted fluoroalkylene having 1 to 5 carbon atoms A group selected from a group in which at least one CC bond in the group is a C—O—C bond, B is a substituted or unsubstituted alkylene group having 1 to 5 carbon atoms, carbon 1-5 polyfluoroalkylene group, and a substituted or unsubstituted group selected from fluoroalkylene group having 1 to 5 carbon atoms.)
前記電解液が、更にビニレンカーボネート及びその誘導体の少なくとも1種を含むことを特徴とする請求項1から8のいずれかに記載の二次電池。   The secondary battery according to any one of claims 1 to 8, wherein the electrolytic solution further contains at least one of vinylene carbonate and a derivative thereof. 前記電解質が、リチウム塩を含むことを特徴とする請求項1から9のいずれかに記載の二次電池。   The secondary battery according to claim 1, wherein the electrolyte includes a lithium salt. 前記リチウム塩が、LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiSbF6、LiClO4、LiAlCl4及びLiN(Ck2k+1SO2)(Cm2m+1SO2)(k,mはそれぞれ独立して1又は2である)からなる群より選ばれた少なくとも1種のリチウム塩であることを特徴とする請求項10に記載の二次電池。 The lithium salt is LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiSbF 6 , LiClO 4 , LiAlCl 4 and LiN (C k F 2k + 1 SO 2 ) (C m F 2m + 1 SO 2 ) (k and m are respectively The secondary battery according to claim 10, wherein the secondary battery is at least one lithium salt selected from the group consisting of 1 or 2 independently. 前記非プロトン性溶媒が、環状カーボネート類、鎖状カーボネート類、脂肪族カルボン酸エステル類、γ−ラクトン類、環状エーテル類、鎖状エーテル類及びこれらのフッ化誘導体からなる群より選ばれた少なくとも1種の有機溶媒であることを特徴とする請求項1から11のいずれかに記載の二次電池。   The aprotic solvent is at least selected from the group consisting of cyclic carbonates, chain carbonates, aliphatic carboxylic acid esters, γ-lactones, cyclic ethers, chain ethers and their fluorinated derivatives. The secondary battery according to claim 1, wherein the secondary battery is an organic solvent. ラミネート外装体により覆われていることを特徴とする請求項1〜12のいずれかに記載の二次電池。   The secondary battery according to claim 1, wherein the secondary battery is covered with a laminate outer package.
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