JP2005339900A - Electrolyte and battery - Google Patents

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Akira Ichihashi
明 市橋
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrolyte capable of enhancing charge/discharge efficiency and load characteristics and to provide a battery using this electrolyte. <P>SOLUTION: A positive electrode 21 and a negative electrode 22 are laminated through a separator 23. The electrolyte is impregnated in the separator 23. A silane coupling agent and an oxalate are contained in the electrolyte. Since the reduction of the oxalate is conducted prior to the reduction of the silane coupling agent, a film is formed on the surface of the negative electrode 22, and then a film is formed by reaction of the silane coupling agent, increase of the film amount caused by the silane coupling agent can be suppressed. Increase in film resistance is suppressed, and at the same time reaction in the negative electrode 2 can be suppressed. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、シランカップリング剤を含む電解液およびそれを用いた電池に関する。   The present invention relates to an electrolytic solution containing a silane coupling agent and a battery using the electrolytic solution.

近年、携帯電話,PDA(personal digital assistant;個人用携帯型情報端末機器)あるいはノート型コンピュータに代表される携帯型電子機器の小型化および軽量化が精力的に進められ、その一環として、それらの駆動電源である電池、特に二次電池のエネルギー密度の向上が強く望まれている。   In recent years, mobile electronic devices such as mobile phones, PDAs (personal digital assistants) or notebook computers have been energetically reduced in size and weight, and as part of these efforts, Improvement of the energy density of a battery as a driving power source, particularly a secondary battery is strongly desired.

高エネルギー密度を得ることができる二次電池としては、例えば、リチウム(Li)を電極反応物質として用いた二次電池が知られている。中でも、負極に炭素材料などのリチウムを吸蔵および離脱することが可能な材料を用いたリチウムイオン二次電池は、広く実用化されている。また更なる高容量化を図るために、負極にリチウムと合金を形成可能な材料を用いることも検討されており、更に、負極にリチウムを吸蔵および離脱することが可能な材料を用いると共に、その充電容量を正極の充電容量よりも小さくすることにより充電の途中で負極にリチウムが析出するようにした二次電池も開発されている(例えば、特許文献1参照。)。   As a secondary battery capable of obtaining a high energy density, for example, a secondary battery using lithium (Li) as an electrode reactant is known. Among these, lithium ion secondary batteries using a material capable of inserting and extracting lithium such as a carbon material in the negative electrode are widely put into practical use. In order to further increase the capacity, the use of a material capable of forming an alloy with lithium for the negative electrode has been studied, and further, a material capable of inserting and extracting lithium is used for the negative electrode. Secondary batteries have also been developed in which lithium is deposited on the negative electrode during charging by making the charge capacity smaller than the charge capacity of the positive electrode (see, for example, Patent Document 1).

ところで、これらの二次電池では、サイクル特性などの電池特性を向上させるために、電解液に種々の添加剤を添加することが検討されている。例えば、特許文献2には、高温保存特性およびサイクル特性を向上させるためにシランカップリング剤を添加することが記載されている。
国際公開第WO 01/22519 A1号パンフレット 特開2002−42864
By the way, in these secondary batteries, in order to improve battery characteristics, such as cycling characteristics, adding various additives to electrolyte solution is examined. For example, Patent Document 2 describes that a silane coupling agent is added to improve high-temperature storage characteristics and cycle characteristics.
International Publication No. WO 01/22519 A1 Pamphlet JP 2002-42864 A

しかしながら、シランカップリング剤を添加すると、充放電効率を向上させることはできるものの、シランカップリング剤による被膜抵抗が大きくなってしまい、負荷特性が低下してしまうという問題があった。   However, although the charge / discharge efficiency can be improved by adding a silane coupling agent, there is a problem that the film resistance due to the silane coupling agent increases and the load characteristics deteriorate.

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、充放電効率および負荷特性を共に向上させることができる電解液およびそれを用いた電池を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide an electrolytic solution capable of improving both charge / discharge efficiency and load characteristics, and a battery using the same.

本発明による電解液は、シランカップリング剤と、シュウ酸エステルとを含むものである。   The electrolytic solution according to the present invention contains a silane coupling agent and an oxalate ester.

本発明による電池は、正極および負極と共に電解液を備えたものであって、電解液は、シランカップリング剤とシュウ酸エステルとを含むものである。   The battery according to the present invention includes an electrolyte solution together with a positive electrode and a negative electrode, and the electrolyte solution includes a silane coupling agent and an oxalate ester.

本発明の電解液によれば、シランカップリング剤とシュウ酸エステルとを含むようにしたので、例えば電池に用いた場合には、シランカップリング剤よりも先にシュウ酸エステルが還元されて負極に被膜を形成し、シランカップリング剤により形成される被膜の量を減少させることができる。よって、被膜抵抗が大きくなることを抑制しつつ、被膜により負極における副反応を抑制することができる。従って、充放電効率および負荷特性を共に向上させることができる。   According to the electrolytic solution of the present invention, since the silane coupling agent and the oxalic acid ester are included, for example, when used in a battery, the oxalic acid ester is reduced prior to the silane coupling agent and the negative electrode A film can be formed on the film, and the amount of the film formed by the silane coupling agent can be reduced. Therefore, the side reaction in the negative electrode can be suppressed by the coating while suppressing increase in the coating resistance. Therefore, both charge / discharge efficiency and load characteristics can be improved.

特に、シランカップリング剤の含有量を0.5質量%以上2質量%以下とし、シュウ酸エステルの含有量を0.2質量%以上5質量%以下とするようにすれば、より高い効果を得ることができる。   In particular, if the content of the silane coupling agent is 0.5% by mass or more and 2% by mass or less and the content of the oxalate ester is 0.2% by mass or more and 5% by mass or less, a higher effect is obtained. Can be obtained.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施の形態においては、リチウムの吸蔵および離脱を利用したいわゆるリチウムイオン二次電池について説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following embodiments, a so-called lithium ion secondary battery that uses insertion and extraction of lithium will be described.

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

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

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

図2は図1に示した巻回電極体20の一部を拡大して表すものである。正極21は、例えば、対向する一対の面を有する正極集電体21Aの両面に正極活物質層21Bが設けられた構造を有している。なお、図示はしないが、正極集電体21Aの片面のみに正極活物質層21Bを設けるようにしてもよい。正極集電体21Aは、例えば、アルミニウム箔,ニッケル箔あるいはステンレス箔などの金属箔により構成されている。   FIG. 2 shows an enlarged part of the spirally wound electrode body 20 shown in FIG. The positive electrode 21 has, for example, a structure in which a positive electrode active material layer 21B is provided on both surfaces of a positive electrode current collector 21A having a pair of opposed surfaces. Although not shown, the positive electrode active material layer 21B may be provided only on one surface of the positive electrode current collector 21A. The positive electrode current collector 21A is made of, for example, a metal foil such as an aluminum foil, a nickel foil, or a stainless steel foil.

正極活物質層21Bは、正極活物質として、例えば電極反応物質であるリチウムを吸蔵および離脱することが可能な正極材料を含んで構成されている。リチウムを吸蔵および離脱することが可能な正極材料としては、例えば、リチウム酸化物,リチウムリン酸化物,リチウム硫化物あるいはリチウムを含む層間化合物などのリチウム含有化合物が適当であり、2種以上を混合して用いてもよい。特に、エネルギー密度を高くするには、一般式Lix MIO2 あるいはLiy MIIPO4 で表されるリチウム複合酸化物あるいはリチウムリン酸化物が好ましい。なお、式中、MIおよびMIIは1種類以上の遷移金属を表し、例えば、コバルト(Co),ニッケル,マンガン(Mn),鉄,バナジウム(V)およびチタン(Ti)のうちの少なくとも1種が好ましい。xおよびyの値は電池の充放電状態によって異なり、通常、0.05≦x≦1.10、0.05≦y≦1.10の範囲内の値である。Lix MIO2 で表されるリチウム複合酸化物の具体例としては、リチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2 )、リチウムニッケル複合酸化物(LiNiO2 )、リチウムニッケルコバルト複合酸化物(Liz Niv Co1-v 2 ;zおよびvは例えば0<z<1、0.7<v<1.02である)、あるいはスピネル型結晶構造を有するリチウムマンガン複合酸化物(LiMn2 4 )などが挙げられる。また、Liy MIIPO4 で表されるリチウムリン酸化物の具体例としては、LiFePO4 などが挙げられる。 The positive electrode active material layer 21B includes a positive electrode material capable of inserting and extracting lithium, which is an electrode reactant, for example, as a positive electrode active material. As a positive electrode material capable of inserting and extracting lithium, for example, lithium-containing compounds such as lithium oxide, lithium phosphorus oxide, lithium sulfide, or an intercalation compound containing lithium are suitable, and two or more kinds are mixed. May be used. In particular, in order to increase the energy density, a lithium composite oxide or lithium phosphorus oxide represented by the general formula Li x MIO 2 or Li y MIIPO 4 is preferable. In the formula, MI and MII represent one or more transition metals, for example, at least one of cobalt (Co), nickel, manganese (Mn), iron, vanadium (V), and titanium (Ti) is preferable. The values of x and y vary depending on the charge / discharge state of the battery, and are usually values in the range of 0.05 ≦ x ≦ 1.10 and 0.05 ≦ y ≦ 1.10. Specific examples of the lithium composite oxide represented by Li x MIO 2 include lithium cobalt composite oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel composite oxide (LiNiO 2 ), and lithium nickel cobalt composite oxide (Li z Ni v Co). 1-v O 2 ; z and v are, for example, 0 <z <1, 0.7 <v <1.02, or a lithium manganese composite oxide (LiMn 2 O 4 ) having a spinel crystal structure Can be mentioned. A specific example of the lithium phosphorus oxide represented by Li y MIIPO 4 is LiFePO 4 .

正極活物質層21Bは、また、例えば導電剤を含んでおり、必要に応じて更に結着剤を含んでいてもよい。導電剤としては、例えば、黒鉛,カーボンブラックあるいはケッチェンブラックなどの炭素材料が挙げられ、1種または2種以上が混合して用いられる。また、炭素材料の他にも、導電性を有する材料であれば金属材料あるいは導電性高分子材料などを用いるようにしてもよい。結着剤としては、例えば、スチレンブタジエン系ゴム,フッ素系ゴムあるいはエチレンプロピレンジエンゴムなどの合成ゴム、またはポリフッ化ビニリデンなどの高分子材料が挙げられ、1種または2種以上が混合して用いられる。   The positive electrode active material layer 21B also contains, for example, a conductive agent, and may further contain a binder as necessary. Examples of the conductive agent include carbon materials such as graphite, carbon black, and ketjen black, and one kind or a mixture of two or more kinds is used. In addition to the carbon material, a metal material or a conductive polymer material may be used as long as it is a conductive material. Examples of the binder include synthetic rubber such as styrene butadiene rubber, fluorine rubber or ethylene propylene diene rubber, or a polymer material such as polyvinylidene fluoride, and one or two or more kinds are used in combination. It is done.

負極22は、例えば、対向する一対の面を有する負極集電体22Aの両面に負極活物質層22Bが設けられた構成を有している。負極集電体22Aは、例えば、銅箔,ニッケル箔あるいはステンレス箔などの金属箔により構成されている。   The negative electrode 22 has, for example, a configuration in which a negative electrode active material layer 22B is provided on both surfaces of a negative electrode current collector 22A having a pair of opposed surfaces. The negative electrode current collector 22A is made of, for example, a metal foil such as a copper foil, a nickel foil, or a stainless steel foil.

負極活物質層22Bは、負極活物質として、例えば電極反応物質であるリチウムを吸蔵および離脱することが可能な負極材料のいずれか1種または2種以上を含んで構成されており、必要に応じて、例えば正極活物質層13Bと同様の結着剤を含んでいてもよい。   The negative electrode active material layer 22B includes, for example, one or more negative electrode materials capable of inserting and extracting lithium, which is an electrode reactant, as a negative electrode active material. For example, the binder similar to the positive electrode active material layer 13B may be included.

リチウムを吸蔵および離脱することが可能な負極材料としては、例えば、黒鉛,難黒鉛化性炭素あるいは易黒鉛化性炭素などの炭素材料が挙げられる。これら炭素材料は、充放電時に生じる結晶構造の変化が非常に少なく、高い充放電容量を得ることができると共に、良好な充放電サイクル特性を得ることができるので好ましい。特に黒鉛は、電気化学当量が大きく、高いエネルギー密度を得ることができるので好ましい。黒鉛は、人造黒鉛でも天然黒鉛でもよい。   Examples of the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium include carbon materials such as graphite, non-graphitizable carbon, and graphitizable carbon. These carbon materials are preferable because the change in crystal structure that occurs during charge / discharge is very small, a high charge / discharge capacity can be obtained, and good charge / discharge cycle characteristics can be obtained. In particular, graphite is preferable because it has a high electrochemical equivalent and can provide a high energy density. The graphite may be artificial graphite or natural graphite.

リチウムを吸蔵および離脱することが可能な負極材料としては、また、リチウムと合金を形成可能な金属元素の単体、合金あるいは化合物、またはリチウムと合金を形成可能な半金属元素の単体、合金あるいは化合物が挙げられる。これらは高いエネルギー密度を得ることができるので好ましく、特に、炭素材料と共に用いるようにすれば、高エネルギー密度を得ることができると共に、優れた充放電サイクル特性を得ることができるのでより好ましい。なお、本明細書において、合金には2種以上の金属元素からなるものに加えて、1種以上の金属元素と1種以上の半金属元素とからなるものも含める。その組織には固溶体,共晶(共融混合物),金属間化合物あるいはそれらのうちの2種以上が共存するものがある。   As a negative electrode material capable of inserting and extracting lithium, a simple substance, alloy or compound of a metal element capable of forming an alloy with lithium, or a simple substance, alloy or compound of a metalloid element capable of forming an alloy with lithium Is mentioned. These are preferable because a high energy density can be obtained. In particular, when used together with a carbon material, a high energy density can be obtained and excellent charge / discharge cycle characteristics can be obtained. Note that in this specification, alloys include those composed of one or more metal elements and one or more metalloid elements in addition to those composed of two or more metal elements. There are structures in which a solid solution, a eutectic (eutectic mixture), an intermetallic compound, or two or more of them coexist.

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

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

リチウムを吸蔵および離脱することが可能な負極材料としては、更に、他の金属化合物あるいは高分子材料が挙げられる。他の金属化合物としては、酸化鉄,酸化ルテニウムあるいは酸化モリブデンなどの酸化物や、あるいはLiN3 などが挙げられ、高分子材料としてはポリアセチレンなどが挙げられる。 Examples of the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium further include other metal compounds or polymer materials. Examples of the other metal compounds include oxides such as iron oxide, ruthenium oxide, and molybdenum oxide, and LiN 3. Examples of the polymer material include polyacetylene.

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

セパレータ23には、液状の電解質である電解液が含浸されている。電解液は、溶媒と、この溶媒に溶解された電解質塩とを含んでいる。   The separator 23 is impregnated with an electrolytic solution that is a liquid electrolyte. The electrolytic solution contains a solvent and an electrolyte salt dissolved in the solvent.

溶媒としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ビニレンカーボネート、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソラン、ジエチルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、プロピオニトリル、アニソール、酢酸エステル、酪酸エステル、プロピオン酸エステルあるいはフルオロベンゼンなどの非水溶媒が挙げられる。溶媒には、1種を単独で用いてもよいが、2種以上混合して用いてもよい。   Solvents include ethylene carbonate, propylene carbonate, vinylene carbonate, dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, diethyl carbonate, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, tetrahydrofuran, 2 -Methyltetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxolane, diethyl ether, sulfolane, methyl sulfolane, acetonitrile, propionitrile, anisole, acetate ester, butyrate ester, propionate ester, fluorobenzene, etc. Non-aqueous solvents are mentioned. As the solvent, one kind may be used alone, or two or more kinds may be mixed and used.

中でも、溶媒には、環状炭酸エステルおよび鎖状炭酸エステルを含むようにすることが好ましく、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、およびビニレンカーボネートのうちの少なくとも1種と、ジメチルカーボネート、およびエチルメチルカーボネートのうちの少なくとも1種を含むようにすることが好ましい。優れた充放電容量および充放電サイクル特性を得ることができるからである。   Among them, the solvent preferably contains a cyclic carbonate and a chain carbonate, for example, at least one of ethylene carbonate, propylene carbonate, and vinylene carbonate, dimethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate. It is preferable to include at least one of them. This is because excellent charge / discharge capacity and charge / discharge cycle characteristics can be obtained.

電解質塩としては、例えば、LiPF6 ,LiBF4 ,LiClO4 , LiAsF6 ,LiN(CF3 SO2 2 ,LiN(C2 5 SO2 2 ,LiB(C6 5 4 ,CH3 SO3 Li,CF3 SO3 Li,LiClあるいはLiBrなどのリチウム塩が挙げられる。電解質塩には、1種を単独で用いてもよいが、2種以上混合して用いてもよい。 Examples of the electrolyte salt include LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiB (C 6 H 5 ) 4 , CH 3. Examples thereof include lithium salts such as SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, LiCl, and LiBr. As the electrolyte salt, one kind may be used alone, or two or more kinds may be mixed and used.

電解液は、更に添加剤として、シランカップリング剤と、シュウ酸エステルとを含んでいる。シランカップリング剤により形成される被膜により負極22における副反応を抑制することができると共に、シランカップリング剤のみでは被膜抵抗が大きくなってしまうのをシュウ酸エステルにより抑制することができるからである。なお、本実施の形態では、これらシランカップリング剤およびシュウ酸エステルをその機能に着目して添加剤として説明するが、溶媒として機能してもよい。   The electrolytic solution further contains a silane coupling agent and an oxalate ester as additives. This is because a side reaction in the negative electrode 22 can be suppressed by the coating formed with the silane coupling agent, and the increase in coating resistance with the silane coupling agent alone can be suppressed with the oxalate ester. . In the present embodiment, these silane coupling agents and oxalic acid esters will be described as additives focusing on their functions, but they may function as solvents.

シランカップリング剤としては、例えば、ビニルトリメトキシシラン,ビニルトリエトキシシラン,3−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン,3−アクリロキシプロピルトリエトキシシラン,3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン,3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン,3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン,3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン,あるいはp−スチリルトリメトキシシランが挙げられる。シランカップリング剤は1種類を単独で用いてもよいが、2種以上を混合して用いてもよい。特に、ビニル基,アクリレート基,メタクリレート基,あるいはエポキシ基などの重合性基を有するものが好ましい。より安定した被膜が形成されるものと考えられ、溶媒に分解しやすいプロピレンカーボネートなどを用いる場合にも、高い効果を得ることができるからである。   Examples of the silane coupling agent include vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, 3-acryloxypropyltrimethoxysilane, 3-acryloxypropyltriethoxysilane, 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane, and 3-methacryloxy. Examples thereof include propyltriethoxysilane, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltriethoxysilane, and p-styryltrimethoxysilane. A silane coupling agent may be used alone or in combination of two or more. In particular, those having a polymerizable group such as a vinyl group, an acrylate group, a methacrylate group, or an epoxy group are preferable. This is because a more stable coating is considered to be formed, and even when propylene carbonate or the like that is easily decomposed into a solvent is used, a high effect can be obtained.

シュウ酸エステルとしては、例えば、シュウ酸ジメチル,シュウ酸ジエチル,シュウ酸ジプロピル,あるいはシュウ酸ジブチルなどの鎖状シュウ酸エステルが挙げられる。シュウ酸エステルは、1種類を単独で用いてもよいが、2種以上を混合して用いてもよい。   Examples of the oxalate ester include chain oxalate esters such as dimethyl oxalate, diethyl oxalate, dipropyl oxalate, and dibutyl oxalate. One oxalate ester may be used alone, or two or more oxalate esters may be mixed and used.

電解液におけるこれらの含有量は、シランカップリング剤が0.5質量%以上2.0質量%以下の範囲内、シュウ酸エステルが0.2質量%以上5質量%以下の範囲内であることが好ましい。この範囲内においてより高い効果を得ることができるからである。   These contents in the electrolytic solution are within the range of 0.5 mass% to 2.0 mass% for the silane coupling agent and within the range of 0.2 mass% to 5 mass% for the oxalate ester. Is preferred. This is because a higher effect can be obtained within this range.

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

まず、例えば、正極活物質と、導電剤と、結着剤とを混合して正極合剤を調製し、この正極合剤をN−メチル−2−ピロリドンなどの溶剤に分散させてペースト状の正極合剤スラリーとする。続いて、この正極合剤スラリーを正極集電体21Aに塗布し溶剤を乾燥させたのち、ロールプレス機などにより圧縮成型して正極活物質層21Bを形成し、正極21を作製する。   First, for example, a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder are mixed to prepare a positive electrode mixture, and the positive electrode mixture is dispersed in a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone to obtain a paste-like material. A positive electrode mixture slurry is obtained. Subsequently, the positive electrode mixture slurry is applied to the positive electrode current collector 21A and the solvent is dried. Then, the positive electrode active material layer 21B is formed by compression molding using a roll press or the like, and the positive electrode 21 is manufactured.

次いで、例えば、負極活物質と、結着剤とを混合して負極合剤を調製し、この負極合剤をN−メチル−2−ピロリドンなどの溶剤に分散させてペースト状の負極合剤スラリーとする。続いて、この負極合剤スラリーを負極集電体22Aに塗布し溶剤を乾燥させたのち、ロールプレス機などにより圧縮成型して負極活物質層22Bを形成し、負極22を作製する。   Next, for example, a negative electrode active material and a binder are mixed to prepare a negative electrode mixture, and the negative electrode mixture is dispersed in a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone to obtain a paste-like negative electrode mixture slurry. And Subsequently, the negative electrode mixture slurry is applied to the negative electrode current collector 22A, and the solvent is dried. Then, the negative electrode active material layer 22B is formed by compression molding using a roll press or the like, and the negative electrode 22 is manufactured.

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

この二次電池は次のように作用する。   This secondary battery operates as follows.

この二次電池では、充電を行うと、例えば、正極活物質層21Bからリチウムイオンが離脱し、電解液を介して負極活物質層22Bに吸蔵される。その際、負極22では、まずシュウ酸エステルがシランカップリング剤よりも貴な電位で還元され、負極22の表面に被膜を形成したのち、シランカップリング剤が反応して被膜を形成する。これにより、シランカップリング剤の反応が抑制され、シランカップリング剤により形成される被膜の量は少なくなる。次いで、放電を行うと、例えば、負極活物質層22Bからリチウムイオンが離脱し、電解液を介して正極活物質層21Bに吸蔵される。よって、被膜により負極22と電解液との間に生じる不可逆反応が抑制されると共に、被膜抵抗の上昇も抑制される。   In the secondary battery, when charged, for example, lithium ions are released from the positive electrode active material layer 21B and inserted into the negative electrode active material layer 22B through the electrolytic solution. At that time, in the negative electrode 22, the oxalate ester is first reduced at a more noble potential than the silane coupling agent to form a film on the surface of the negative electrode 22, and then the silane coupling agent reacts to form a film. Thereby, reaction of a silane coupling agent is suppressed and the quantity of the film formed with a silane coupling agent decreases. Next, when discharging is performed, for example, lithium ions are separated from the negative electrode active material layer 22B and inserted into the positive electrode active material layer 21B through the electrolytic solution. Therefore, the irreversible reaction generated between the negative electrode 22 and the electrolytic solution by the coating is suppressed, and the increase in coating resistance is also suppressed.

このように本実施の形態によれば、シランカップリング剤とシュウ酸エステルとを含むようにしたので、シュウ酸エステルによりシランカップリング剤の反応を抑制しつつ、シランカップリング剤による被膜を負極22に形成することができる。よって、被膜抵抗が大きくなることを抑制しつつ、被膜により負極22における副反応を抑制することができる。従って、充放電効率および負荷特性を共に向上させることができる。   As described above, according to the present embodiment, since the silane coupling agent and the oxalic acid ester are included, the negative electrode is coated with the silane coupling agent while suppressing the reaction of the silane coupling agent with the oxalic acid ester. 22 can be formed. Therefore, the side reaction in the negative electrode 22 can be suppressed by the coating while suppressing increase in the coating resistance. Therefore, both charge / discharge efficiency and load characteristics can be improved.

特に、シランカップリング剤の含有量を0.5質量%以上2質量%以下の範囲内、シュウ酸エステルの含有量を0.2質量%以上5質量%以下の範囲内とするようにすれば、より高い効果を得ることができる。   In particular, if the content of the silane coupling agent is in the range of 0.5% by mass to 2% by mass and the content of the oxalate ester is in the range of 0.2% by mass to 5% by mass. Higher effects can be obtained.

[第2の実施の形態]
図3は、本発明の第2の実施の形態に係る二次電池の構成を表すものである。この二次電池は、いわゆるラミネートフィルム型といわれるものであり、正極リード31および負極リード32が取り付けられた巻回電極体30をフィルム状の外装部材40の内部に収容したものである。この二次電池によれば、第1の実施の形態において説明したいわゆる円筒型のものに比べて、小型化,軽量化および薄型化が可能となっている。
[Second Embodiment]
FIG. 3 shows the configuration of the secondary battery according to the second embodiment of the present invention. This secondary battery is a so-called laminate film type, and has a wound electrode body 30 to which a positive electrode lead 31 and a negative electrode lead 32 are attached accommodated in a film-shaped exterior member 40. According to this secondary battery, it is possible to reduce the size, weight, and thickness as compared with the so-called cylindrical type described in the first embodiment.

正極リード31および負極リード32は、外装部材40の内部から外部に向かい例えば同一方向にそれぞれ導出されており、アルミニウム,銅,ニッケルあるいはステンレスなどの金属材料によりそれぞれ構成されている。   The positive electrode lead 31 and the negative electrode lead 32 are led out, for example, in the same direction from the inside of the exterior member 40 to the outside, and are each made of a metal material such as aluminum, copper, nickel, or stainless steel.

外装部材40は、例えば、ナイロンフィルム,アルミニウム箔およびポリエチレンフィルムをこの順に張り合わせた矩形状のアルミラミネートフィルムにより構成されている。外装部材40は、例えば、ポリエチレンフィルム側と巻回電極体30とが対向するように配設されており、各外縁部が融着あるいは接着剤により互いに密着されている。外装部材40と正極リード31および負極リード32との間には、外気の侵入を防止するための密着フィルム41が挿入されている。密着フィルム41は、正極リード31および負極リード32に対して密着性を有する材料、例えば、ポリエチレン,ポリプロピレン,変性ポリエチレンあるいは変性ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂により構成されている。   The exterior member 40 is made of, for example, a rectangular aluminum laminated film in which a nylon film, an aluminum foil, and a polyethylene film are bonded together in this order. For example, the exterior member 40 is disposed so that the polyethylene film side and the wound electrode body 30 face each other, and the outer edge portions are in close contact with each other by fusion bonding or an adhesive. An adhesive film 41 is inserted between the exterior member 40 and the positive electrode lead 31 and the negative electrode lead 32 to prevent intrusion of outside air. The adhesion film 41 is made of a material having adhesion to the positive electrode lead 31 and the negative electrode lead 32, for example, a polyolefin resin such as polyethylene, polypropylene, modified polyethylene, or modified polypropylene.

なお、外装部材40は、上述したアルミラミネートフィルムに代えて、他の構造を有するラミネートフィルム,ポリプロピレンなどの高分子フィルムあるいは金属フィルムにより構成するようにしてもよい。   The exterior member 40 may be made of a laminated film having another structure, a polymer film such as polypropylene, or a metal film instead of the above-described aluminum laminated film.

図4は、図3に示した巻回電極体30の一部を拡大して表すものである。巻回電極体30は、正極33と負極34とをセパレータ35および電解質層36を介して積層し、巻回したものである。   FIG. 4 shows an enlarged part of the spirally wound electrode body 30 shown in FIG. The wound electrode body 30 is obtained by stacking and winding a positive electrode 33 and a negative electrode 34 with a separator 35 and an electrolyte layer 36 interposed therebetween.

正極33は、正極集電体33Aの片面あるいは両面に正極活物質層33Bが設けられた構造を有しており、負極34も、負極集電体34Aの片面あるいは両面に負極活物質層34Bが設けられた構造を有している。正極33と負極34とは、正極活物質層33Bと負極活物質層34Bとが対向するように配置されている。正極集電体33A,正極活物質層33B,負極集電体34A,負極活物質層34Bおよびセパレータ35の具体的な構成は、第1の実施の形態における正極集電体21A,正極活物質層21B,負極集電体22A,負極活物質層22Bおよびセパレータ23と同様である。   The positive electrode 33 has a structure in which a positive electrode active material layer 33B is provided on one side or both sides of a positive electrode current collector 33A, and the negative electrode 34 also has a negative electrode active material layer 34B on one side or both sides of the negative electrode current collector 34A. It has a provided structure. The positive electrode 33 and the negative electrode 34 are disposed so that the positive electrode active material layer 33B and the negative electrode active material layer 34B face each other. The specific configurations of the positive electrode current collector 33A, the positive electrode active material layer 33B, the negative electrode current collector 34A, the negative electrode active material layer 34B, and the separator 35 are the same as those of the positive electrode current collector 21A, the positive electrode active material layer in the first embodiment. This is the same as 21B, the negative electrode current collector 22A, the negative electrode active material layer 22B, and the separator 23.

電解質層36は、保持体に電解液を保持させたいわゆるゲル状の電解質により構成されている。ゲル状の電解質は高いイオン伝導率を得ることができると共に、漏液を防止することができるので好ましい。電解液(すなわち溶媒,電解質塩および添加剤)の構成は、第1の実施の形態と同様である。   The electrolyte layer 36 is configured by a so-called gel electrolyte in which an electrolytic solution is held in a holding body. A gel electrolyte is preferable because it can obtain high ionic conductivity and prevent leakage. The configuration of the electrolytic solution (that is, the solvent, the electrolyte salt, and the additive) is the same as that in the first embodiment.

保持体は、例えば高分子材料により構成されている。高分子化合物としては、例えば、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンの共重合体、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリフォスファゼン、ポリシロキサン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリメタクリル酸メチル、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、スチレン−ブタジエンゴム、ニトリル−ブタジエンゴム、ポリスチレンあるいはポリカーボネートが挙げられる。特に、電気化学的安定性の点からは、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンの共重合体、あるいはポリエチレンオキサイドの構造を持つ高分子化合物を用いることが望ましい。電解液に対する高分子化合物の添加量は、両者の相溶性によっても異なるが、通常、電解液の5質量%〜50質量%程度が好ましい。   The holding body is made of, for example, a polymer material. Examples of the polymer compound include polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, a copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropropylene, polytetrafluoroethylene, polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyphosphazene, polysiloxane, polyvinyl acetate, polyvinyl Examples thereof include alcohol, polymethyl methacrylate, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, styrene-butadiene rubber, nitrile-butadiene rubber, polystyrene, and polycarbonate. In particular, from the viewpoint of electrochemical stability, it is desirable to use polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, a copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropropylene, or a polymer compound having a polyethylene oxide structure. The amount of the polymer compound added to the electrolytic solution varies depending on the compatibility between the two, but is usually preferably about 5% by mass to 50% by mass of the electrolytic solution.

また、電解質層36は、保持体に無機伝導体または高分子化合物と無機伝導体との混合物を用いるようにしてもよい。無機伝導体としては、例えば、窒化リチウム,ヨウ化リチウムあるいは水酸化リチウムの多結晶、ヨウ化リチウムと三酸化二クロムとの混合物、またはヨウ化リチウムと硫化チリウムと亜硫化二リンとの混合物などを含むものが挙げられる。   The electrolyte layer 36 may be made of an inorganic conductor or a mixture of a polymer compound and an inorganic conductor for the holding body. Examples of inorganic conductors include polycrystals of lithium nitride, lithium iodide or lithium hydroxide, a mixture of lithium iodide and dichromium trioxide, or a mixture of lithium iodide, thilium sulfide and diphosphorous subsulfide. The thing containing is mentioned.

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

まず、第1の実施の形態と同様にして正極33および負極34を形成したのち、正極33および負極34のそれぞれに、保持体に電解液を保持させた電解質層36を形成する。次いで、正極集電体33Aの端部に正極リード31を取り付けると共に、負極集電体34Aの端部に負極リード32を取り付ける。続いて、電解質層36が形成された正極33と負極34とをセパレータ35を介して積層したのち、長手方向に巻回して巻回電極体30を形成する。そののち、例えば、外装部材40の間に巻回電極体30を挟み込み、外装部材40の外縁部同士を熱融着などにより密着させて封入する。その際、正極リード31および負極リード32と外装部材40との間には密着フィルム41を挿入する。これにより、図3および図4に示した二次電池が完成する。   First, after forming the positive electrode 33 and the negative electrode 34 in the same manner as in the first embodiment, an electrolyte layer 36 in which an electrolytic solution is held in a holding body is formed on each of the positive electrode 33 and the negative electrode 34. Next, the positive electrode lead 31 is attached to the end portion of the positive electrode current collector 33A, and the negative electrode lead 32 is attached to the end portion of the negative electrode current collector 34A. Subsequently, the positive electrode 33 and the negative electrode 34 on which the electrolyte layer 36 is formed are stacked via the separator 35, and then wound in the longitudinal direction to form the wound electrode body 30. After that, for example, the wound electrode body 30 is sandwiched between the exterior members 40, and the outer edge portions of the exterior members 40 are sealed and sealed by thermal fusion or the like. At that time, the adhesion film 41 is inserted between the positive electrode lead 31 and the negative electrode lead 32 and the exterior member 40. Thereby, the secondary battery shown in FIGS. 3 and 4 is completed.

また、この二次電池は、正極33と負極34とをセパレータ35を介して積層して巻回し、外装部材40の間に挟み込んだのち、外装部材40の開放口から電解液と高分子化合物の原料であるモノマーとを含む電解質組成物を注入して、モノマーを重合させることにより電解質層36を形成するようにしてもよい。   Further, in this secondary battery, the positive electrode 33 and the negative electrode 34 are laminated and wound via the separator 35 and sandwiched between the exterior members 40, and then the electrolytic solution and the polymer compound are opened from the opening of the exterior member 40. The electrolyte layer 36 may be formed by injecting an electrolyte composition containing a monomer as a raw material and polymerizing the monomer.

この二次電池は、第1の実施の形態と同様に作用し、第1の実施の形態と同様の効果を有する。   This secondary battery operates in the same manner as in the first embodiment, and has the same effect as in the first embodiment.

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

(実施例1−1〜1−3)
図3および図4に示したラミネートフィルム型の二次電池を作製した。まず、正極活物質としてリチウム・コバルト複合酸化物(LiCoO2 )を用い、このリチウム・コバルト複合酸化物と、導電剤であるグラファイトと、結着剤であるポリフッ化ビニリデンとを混合して正極合剤を調製した。次いで、この正極合剤を溶剤であるN−メチル−2−ピロリドンに分散させて正極合剤スラリーとしたのち、アルミニウム箔よりなる正極集電体33Aに均一に塗布して乾燥させ、ロールプレス機で圧縮成型して正極活物質層33Bを形成し、50mm×350mmの正極33を作製した。
(Examples 1-1 to 1-3)
The laminate film type secondary battery shown in FIGS. 3 and 4 was produced. First, lithium-cobalt composite oxide (LiCoO 2 ) is used as a positive electrode active material, and the lithium-cobalt composite oxide, graphite as a conductive agent, and polyvinylidene fluoride as a binder are mixed to form a positive electrode composite. An agent was prepared. Next, this positive electrode mixture is dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent to form a positive electrode mixture slurry, and then uniformly applied to the positive electrode current collector 33A made of aluminum foil and dried, and a roll press machine The positive electrode active material layer 33B was formed by compression molding to produce a positive electrode 33 of 50 mm × 350 mm.

また、負極活物質として人造黒鉛を用意し、この人造黒鉛と、結着剤であるポリフッ化ビニリデンとを混合して負極合剤を調製した。次いで、この負極合剤を溶剤であるN−メチル−2−ピロリドンに分散させて負極合剤スラリーとしたのち、銅箔よりなる負極集電体34Aに均一に塗布して乾燥させ、ロールプレス機で圧縮成型して負極活物質層34Bを形成し、52mm×370mmの負極34を作製した。   Further, artificial graphite was prepared as a negative electrode active material, and this negative graphite was mixed with polyvinylidene fluoride as a binder to prepare a negative electrode mixture. Next, this negative electrode mixture was dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent to form a negative electrode mixture slurry, and then uniformly applied to the negative electrode current collector 34A made of copper foil and dried, and a roll press machine The negative electrode active material layer 34B was formed by compression molding to produce a negative electrode 34 of 52 mm × 370 mm.

続いて、正極集電体33Aに正極リード31を取り付けると共に、負極集電体34Aに負極リード32を取り付け、正極活物質層33Bおよび負極活物質層34Bの上に電解質層36を形成した。電解質層36は、エチレンカーボネートとプロピレンカーボネートとを6:4の質量比で混合し、これにシランカップリング剤と、シュウ酸エステルと、電解質塩であるLiPF6 とを加えて調製した電解液を、ヘキサフルオロプロピレンとフッ化ビニリデンとの共重合体に保持させたゲル状の電解質により形成した。 Subsequently, the positive electrode lead 31 was attached to the positive electrode current collector 33A, the negative electrode lead 32 was attached to the negative electrode current collector 34A, and the electrolyte layer 36 was formed on the positive electrode active material layer 33B and the negative electrode active material layer 34B. The electrolyte layer 36 is an electrolyte prepared by mixing ethylene carbonate and propylene carbonate in a mass ratio of 6: 4, and adding a silane coupling agent, an oxalate ester, and LiPF 6 as an electrolyte salt thereto. The gel electrolyte was held in a copolymer of hexafluoropropylene and vinylidene fluoride.

その際、シランカップリング剤には、ビニルトリエトキシシラン、3−アクリロキシプロピルトリメトキシシランあるいは3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシランのいずれかを用い、それらの電解液における含有量は1質量%とした。シュウ酸エステルにはシュウ酸ジエチルを用い、その電解液における含有量は1質量%とした。LiPF6 の含有量は0.7mol/kgとし、共重合体におけるヘキサフルオロプロピレンの割合は、6.9質量%とした。 At that time, any one of vinyltriethoxysilane, 3-acryloxypropyltrimethoxysilane, and 3-methacryloxypropyltriethoxysilane is used as the silane coupling agent, and the content thereof in the electrolyte is 1% by mass. did. Diethyl oxalate was used as the oxalate ester, and its content in the electrolyte was 1% by mass. The LiPF 6 content was 0.7 mol / kg, and the ratio of hexafluoropropylene in the copolymer was 6.9% by mass.

次いで、セパレータ35、正極33、セパレータ35、負極34の順に積層して巻回し、巻回電極体30を形成したのち、巻回電極体30を外装部材40の間に封入した。これにより実施例1−1〜1−3の二次電池を得た。   Next, the separator 35, the positive electrode 33, the separator 35, and the negative electrode 34 were stacked and wound in this order to form the wound electrode body 30, and then the wound electrode body 30 was sealed between the exterior members 40. This obtained the secondary battery of Examples 1-1 to 1-3.

実施例1−1〜1−3に対する比較例1−1〜1−3として、電解液にシュウ酸ジエチルを添加しないことを除き、他は実施例1−1〜1−3と同様にして二次電池を作製した。なお、比較例1−1は実施例1−1、比較例1−2は実施例1−2、比較例1−3は実施例1−3にそれぞれ対応している。   As Comparative Examples 1-1 to 1-3 with respect to Examples 1-1 to 1-3, except that diethyl oxalate was not added to the electrolyte, the same procedure as in Examples 1-1 to 1-3 was performed. A secondary battery was produced. Comparative Example 1-1 corresponds to Example 1-1, Comparative Example 1-2 corresponds to Example 1-2, and Comparative Example 1-3 corresponds to Example 1-3.

作製した実施例1−1〜1−3および比較例1−1〜1−3の二次電池について、充放電試験を行い、初回充放電効率および負荷特性を調べた。その際、充電は23℃で0.1Cの定電流定電圧充電を上限4.2Vまで総充電時間を12時間として行った。また、1サイクル目の放電は負荷0.2Cの定電流放電を終止電圧3.0Vまで行い、2サイクル目の放電は負荷2.0Cの定電流放電を終止電圧3.0Vまで行った。なお、0.1Cは理論容量を10時間で放電しきる電流値であり、0.2Cは理論容量を5時間で放電しきる電流値であり、2.0Cは理論容量を30分で放電しきる電流値である。   The fabricated secondary batteries of Examples 1-1 to 1-3 and Comparative Examples 1-1 to 1-3 were subjected to a charge / discharge test to examine the initial charge / discharge efficiency and load characteristics. At that time, charging was performed at 23 ° C. with constant current and constant voltage charging at 0.1 C up to an upper limit of 4.2 V with a total charging time of 12 hours. In the first cycle discharge, a constant current discharge with a load of 0.2 C was performed to a final voltage of 3.0 V, and for the second cycle, a constant current discharge with a load of 2.0 C was performed to a final voltage of 3.0 V. Note that 0.1 C is a current value at which the theoretical capacity can be discharged in 10 hours, 0.2 C is a current value at which the theoretical capacity can be discharged in 5 hours, and 2.0 C is a current value at which the theoretical capacity can be discharged in 30 minutes. It is.

初回充放電効率は、1サイクル目の充電容量に対する放電容量の比率、すなわち(1サイクル目の放電容量/1サイクル目の充電容量)×100から求め、負荷特性は、1サイクル目(負荷0.2C)の放電容量に対する2サイクル目(負荷2.0C)の放電容量の比率、すなわち(2サイクル目の放電容量/1サイクル目の放電容量)×100から求めた。得られた結果を表1に示す。   The initial charge / discharge efficiency is obtained from the ratio of the discharge capacity to the charge capacity of the first cycle, that is, (discharge capacity of the first cycle / charge capacity of the first cycle) × 100, and the load characteristic is the first cycle (load 0. The ratio of the discharge capacity at the second cycle (load 2.0 C) to the discharge capacity at 2C), that is, (discharge capacity at the second cycle / discharge capacity at the first cycle) × 100. The obtained results are shown in Table 1.

Figure 2005339900
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表1に示したように、シランカップリング剤とシュウ酸エステルとを添加した実施例1−1〜1−3によれば、シュウ酸エステルを添加しない比較例1−1〜1−3に比べて、負荷特性を大幅に向上させることができ、初回充放電効率についても同等の値が得られた。すなわち、電解液にシランカップリング剤とシュウ酸エステルとを含むようにすれば、充放電効率と負荷特性とを共に向上させることができることが分かった。   As shown in Table 1, according to Examples 1-1 to 1-3 in which a silane coupling agent and an oxalate ester were added, compared with Comparative Examples 1-1 to 1-3 in which no oxalate ester was added. Thus, the load characteristics can be greatly improved, and the same value for the initial charge / discharge efficiency was obtained. That is, it was found that if the silane coupling agent and the oxalate ester are included in the electrolytic solution, both the charge / discharge efficiency and the load characteristics can be improved.

(実施例2−1)
シュウ酸エステルとして、シュウ酸ジエチルに代えてシュウ酸ジメチルを用いたことを除き、他は実施例1−1と同様にして二次電池を作製した。実施例2−1の二次電池についても、実施例1−1と同様にして初回充放電効率および負荷特性を調べた。その結果を実施例1−1および比較例1−1の結果と共に表2に示す。
(Example 2-1)
A secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 1-1 except that dimethyl oxalate was used in place of diethyl oxalate as the oxalate ester. For the secondary battery of Example 2-1, the initial charge and discharge efficiency and load characteristics were examined in the same manner as in Example 1-1. The results are shown in Table 2 together with the results of Example 1-1 and Comparative example 1-1.

Figure 2005339900
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表2に示したように、シュウ酸ジメチルを添加した実施例2−1によれば、シュウ酸ジエチルを添加した実施例1−1と同様に、シュウ酸エステルを添加しない比較例1−1に比べて、負荷特性を大幅に向上させることができ、初回充放電効率についても同等の値を得ることができた。すなわち、シュウ酸ジエチルに限らず、他のシュウ酸エステルを用いても同様の効果を得られることが分かった。   As shown in Table 2, according to Example 2-1 to which dimethyl oxalate was added, as in Example 1-1 to which diethyl oxalate was added, in Comparative Example 1-1 to which no oxalate was added In comparison, the load characteristics could be greatly improved, and the same value for the initial charge / discharge efficiency could be obtained. That is, it was found that the same effect can be obtained not only with diethyl oxalate but also with other oxalate esters.

(実施例3〜5)
シランカップリング剤およびシュウ酸エステルの電解液における含有量を変化させたことを除き、他は実施例1−1〜1−3と同様にして二次電池を作製し、同様にして初回充放電効率および負荷特性を調べた。なお、実施例3ではシランカップリング剤をビニルトリエトキシシラン、実施例4ではシランカップリング剤を3−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、実施例5ではシランカップリング剤を3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシランとし、シュウ酸エステルは実施例3〜5のいずれについてもシュウ酸ジエチルとした。それらの結果を図5〜16に示す。
(Examples 3 to 5)
A secondary battery was produced in the same manner as in Examples 1-1 to 1-3 except that the contents of the silane coupling agent and oxalate ester in the electrolyte were changed. Efficiency and load characteristics were investigated. In Example 3, the silane coupling agent is vinyltriethoxysilane, in Example 4, the silane coupling agent is 3-acryloxypropyltrimethoxysilane, and in Example 5, the silane coupling agent is 3-methacryloxypropyltriethoxy. Silane was used, and the oxalate ester was diethyl oxalate in any of Examples 3 to 5. The results are shown in FIGS.

このうち図5〜8は実施例3の結果を表すものであり、図5,6はビニルトリエトキシシランの含有量を横軸とし、図7,8はシュウ酸ジエチルの含有量を横軸としている。図9〜12は実施例4の結果を表すものであり、図9,10は3−アクリロキシプロピルトリメトキシシランの含有量を横軸とし、図11,12はシュウ酸ジエチルの含有量を横軸としている。図13〜16は実施例5の結果を表すものであり、図13,14は3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシランの含有量を横軸とし、図15,16はシュウ酸ジエチルの含有量を横軸としている。   5 to 8 show the results of Example 3, FIGS. 5 and 6 show the content of vinyltriethoxysilane on the horizontal axis, and FIGS. 7 and 8 show the content of diethyl oxalate on the horizontal axis. Yes. 9 to 12 show the results of Example 4. FIGS. 9 and 10 show the content of 3-acryloxypropyltrimethoxysilane on the horizontal axis, and FIGS. 11 and 12 show the content of diethyl oxalate on the horizontal axis. The axis. 13 to 16 show the results of Example 5. FIGS. 13 and 14 show the content of 3-methacryloxypropyltriethoxysilane on the horizontal axis, and FIGS. 15 and 16 show the content of diethyl oxalate on the horizontal axis. The axis.

図5,6に示したように、ビニルトリエトキシシランの含有量を増加させると、初回充放電効率は向上して極大値を示したのち低下する傾向が見られ、負荷特性は次第に低下する傾向が見られた。また、図7,8に示したように、シュウ酸ジエチルの含有量を増加させると、初回充放電効率は1質量%以下において極大値を示したのち次第に低下する傾向が見られ、負荷特性は1質量%程度まで向上したのちほぼ横ばいあるいはゆるやかに低下する傾向が見られた。これは他のシランカップリング剤を用いた実施例4,5におても図9〜16に示したようにほぼ同様の結果が得られた。   As shown in FIGS. 5 and 6, when the content of vinyltriethoxysilane is increased, the initial charge / discharge efficiency is improved and tends to decrease after showing the maximum value, and the load characteristic tends to gradually decrease. It was observed. In addition, as shown in FIGS. 7 and 8, when the content of diethyl oxalate is increased, the initial charge / discharge efficiency tends to gradually decrease after showing a maximum value at 1% by mass or less, and the load characteristic is After improving to about 1% by mass, there was a tendency to level off or gradually decrease. In Examples 4 and 5 using other silane coupling agents, substantially the same results were obtained as shown in FIGS.

すなわち、シランカップリング剤の含有量は0.5質量%以上2質量%以下とすることが好ましく、シュウ酸エステルの含有量は0.2質量%以上5質量%以下とすることが好ましいことが分かった。   That is, the content of the silane coupling agent is preferably 0.5% by mass or more and 2% by mass or less, and the content of the oxalate ester is preferably 0.2% by mass or more and 5% by mass or less. I understood.

(実施例6−1)
図1および図2に示した円筒型の二次電池を作製した。その際、電解液を保持体に保持させずにそのまま用いたことを除き、他は実施例1−3と同様にして二次電池を作製した。すなわち、シランカップリング剤には3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシランを用い、シュウ酸エステルにはシュウ酸ジエチルを用い、それらの電解液における含有量は1質量%とした。また、実施例6−1に対する比較例6−1として、シュウ酸エステルを添加しないことを除き、他は実施例6−1と同様にして二次電池を作製した。実施例6−1および比較例6−1の二次電池についても、実施例1−3と同様にして初回効率および負荷特性を調べた。その結果を実施例1−3の結果と共に表3に示す。
(Example 6-1)
The cylindrical secondary battery shown in FIGS. 1 and 2 was produced. At that time, a secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 1-3 except that the electrolytic solution was used as it was without being held by the holder. That is, 3-methacryloxypropyltriethoxysilane was used for the silane coupling agent, diethyl oxalate was used for the oxalate ester, and the content in the electrolyte was 1% by mass. Moreover, as Comparative Example 6-1 with respect to Example 6-1, a secondary battery was fabricated in the same manner as Example 6-1 except that oxalate was not added. For the secondary batteries of Example 6-1 and Comparative Example 6-1, the initial efficiency and load characteristics were examined in the same manner as in Example 1-3. The results are shown in Table 3 together with the results of Example 1-3.

Figure 2005339900
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表3に示したように、ゲル状の電解質に代えて電解液を用いた実施例6−1においても、実施例1−3と同様に、シュウ酸エステルを添加しない比較例6−1に比べて、負荷特性を大幅に向上させることができ、初回充放電効率についても同等の値が得られた。すなわち、電解液をそのまま用いても、保持体に保持させても、シランカップリング剤とシュウ酸エステルとを含むようにすれば、充放電効率と負荷特性とを共に向上させることができることが分かった。   As shown in Table 3, also in Example 6-1 using an electrolytic solution instead of the gel electrolyte, as in Example 1-3, compared to Comparative Example 6-1 in which no oxalate was added Thus, the load characteristics can be greatly improved, and the same value for the initial charge / discharge efficiency was obtained. That is, it can be seen that both the charge and discharge efficiency and the load characteristics can be improved by using the electrolyte solution as it is or by holding it in a holding body so as to contain a silane coupling agent and an oxalate ester. It was.

以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態および実施例においては、正極21,33および負極22,34を巻回する場合について説明したが、正極および負極を折り畳んだりあるいは積み重ねるようにしてもよい。また、上記実施の形態および実施例においては、円筒型またはラミネートフィルム型の二次電池について説明したが、例えば、楕円型、多角形型、コイン型、ボタン型、角型あるいは大型などの他の形状を有する二次電池についても本発明を適用することができる。更に、二次電池に限らず、一次電池についても適用することができる。   Although the present invention has been described with reference to the embodiments and examples, the present invention is not limited to the above embodiments and examples, and various modifications can be made. For example, in the embodiments and examples described above, the case where the positive electrodes 21 and 33 and the negative electrodes 22 and 34 are wound has been described, but the positive and negative electrodes may be folded or stacked. Further, in the above embodiments and examples, a cylindrical or laminated film type secondary battery has been described. For example, other types such as an elliptical type, a polygonal type, a coin type, a button type, a square type, or a large type are described. The present invention can also be applied to a secondary battery having a shape. Furthermore, not only the secondary battery but also the primary battery can be applied.

加えて、上記実施の形態および実施例においては、いわゆるリチウムイオン二次電池、すなわち負極の容量がリチウムの吸蔵および離脱による容量成分で表される二次電池について説明したが、他の電極反応を利用した電池についても本発明を同様に適用することができる。他の電極反応を利用した電池としては、例えば、負極の容量がリチウムの吸蔵および離脱による容量成分と、リチウムの析出および溶解による容量成分との和により表される電池や、あるいは負極の容量がリチウムの析出および溶解による容量成分により表されるいわゆるリチウム金属電池が挙げられる。   In addition, in the above-described embodiments and examples, a so-called lithium ion secondary battery, that is, a secondary battery in which the capacity of the negative electrode is represented by a capacity component due to insertion and extraction of lithium has been described. The present invention can be similarly applied to the used battery. As a battery using another electrode reaction, for example, a battery in which the capacity of the negative electrode is represented by the sum of the capacity component due to insertion and extraction of lithium and the capacity component due to precipitation and dissolution of lithium, or the capacity of the negative electrode is A so-called lithium metal battery represented by a capacity component due to precipitation and dissolution of lithium is exemplified.

このうち、負極の容量がリチウムの吸蔵および離脱による容量成分と、リチウムの析出および溶解による容量成分との和により表される電池は、例えば、リチウムを吸蔵および離脱可能な負極材料の充電容量が、正極の充電容量よりも小さくなるように調節されることにより、充電の途中において負極にリチウム金属が析出することを除き、他は上述したリチウムイオン二次電池と同様の構成を有している(例えば、特許文献1参照。)。また、リチウム金属電池は、例えば、負極がリチウム金属などにより構成され、負極においてリチウムの析出・溶解反応を利用することを除き、他は上述したリチウムイオン二次電池と同様の構成を有している。   Among these, a battery in which the capacity of the negative electrode is represented by the sum of the capacity component due to insertion and extraction of lithium and the capacity component due to precipitation and dissolution of lithium has, for example, a charge capacity of a negative electrode material capable of inserting and extracting lithium. The lithium ion secondary battery has the same configuration as the above-described lithium ion secondary battery except that lithium metal is deposited on the negative electrode during charging by being adjusted to be smaller than the charging capacity of the positive electrode. (For example, refer to Patent Document 1). In addition, the lithium metal battery has the same configuration as the lithium ion secondary battery described above except that the negative electrode is made of lithium metal and the like, and the precipitation and dissolution reaction of lithium is used in the negative electrode. Yes.

更にまた、上記実施の形態および実施例においては、電極反応物質としてリチウムを用いる場合について説明したが、ナトリウム(Na)あるいはカリウム(K)などの他のアルカリ金属、またはマグネシウムあるいはカルシウム(Ca)などのアルカリ土類金属、またはアルミニウムなどの他の軽金属を用いる場合についても、本発明を適用することができる。   Furthermore, in the above-described embodiments and examples, the case where lithium is used as the electrode reactant has been described. However, other alkali metals such as sodium (Na) or potassium (K), magnesium or calcium (Ca), etc. The present invention can also be applied to the case of using other light metals such as alkaline earth metals or aluminum.

本発明の第1の実施の形態に係る二次電池の構成を表す断面図である。It is sectional drawing showing the structure of the secondary battery which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 図1に示した二次電池における巻回電極体の一部を拡大して表す断面図である。It is sectional drawing which expands and represents a part of winding electrode body in the secondary battery shown in FIG. 本発明の第2の実施の形態に係る二次電池の構成を表す部分分解斜視図である。It is a partial exploded perspective view showing the structure of the secondary battery which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 図3に示した二次電池における巻回電極体の一部を拡大して表す断面図である。It is sectional drawing which expands and represents a part of winding electrode body in the secondary battery shown in FIG. 初回充放電効率とビニルトリエトキシシランの含有量との関係を表す特性図である。It is a characteristic view showing the relationship between initial charge and discharge efficiency and content of vinyltriethoxysilane. 負荷特性とビニルトリエトキシシランの含有量との関係を表す特性図である。It is a characteristic view showing the relationship between a load characteristic and content of vinyltriethoxysilane. 初回充放電効率とシュウ酸ジエチルの含有量との関係を表す特性図である。It is a characteristic view showing the relationship between initial charge / discharge efficiency and content of diethyl oxalate. 負荷特性とシュウ酸ジエチルの含有量との関係を表す特性図である。It is a characteristic view showing the relationship between a load characteristic and content of diethyl oxalate. 初回充放電効率と3−アクリロキシプロピルトリメトキシシランの含有量との関係を表す特性図である。It is a characteristic view showing the relationship between the initial charge and discharge efficiency and the content of 3-acryloxypropyltrimethoxysilane. 負荷特性と3−アクリロキシプロピルトリメトキシシランの含有量との関係を表す特性図である。It is a characteristic view showing the relationship between load characteristics and the content of 3-acryloxypropyltrimethoxysilane. 初回充放電効率とシュウ酸ジエチルの含有量との関係を表す特性図である。It is a characteristic view showing the relationship between initial charge / discharge efficiency and content of diethyl oxalate. 負荷特性とシュウ酸ジエチルの含有量との関係を表す特性図である。It is a characteristic view showing the relationship between a load characteristic and content of diethyl oxalate. 初回充放電効率と3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシランの含有量との関係を表す特性図である。It is a characteristic view showing the relationship between the initial charge and discharge efficiency and the content of 3-methacryloxypropyltriethoxysilane. 負荷特性と3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシランの含有量との関係を表す特性図である。It is a characteristic view showing the relationship between a load characteristic and content of 3-methacryloxypropyl triethoxysilane. 初回充放電効率とシュウ酸ジエチルの含有量との関係を表す特性図である。It is a characteristic view showing the relationship between initial charge / discharge efficiency and content of diethyl oxalate. 負荷特性とシュウ酸ジエチルの含有量との関係を表す特性図である。It is a characteristic view showing the relationship between a load characteristic and content of diethyl oxalate.

符号の説明Explanation of symbols

11…電池缶、12,13…絶縁板、14…電池蓋、15…安全弁機構、15A…ディスク板、16…熱感抵抗素子、17…ガスケット、20,30…巻回電極体、21,33…正極、21A,33A…正極集電体、21B,33B…正極活物質層、22,34…負極、22A,34A…負極集電体、22B,34B…負極活物質層、23,35…セパレータ、24…センターピン、25,31…正極リード、26,32…負極リード、36…電解質層、40…外装部材、41…密着フィルム。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Battery can, 12, 13 ... Insulation board, 14 ... Battery cover, 15 ... Safety valve mechanism, 15A ... Disc board, 16 ... Heat sensitive resistance element, 17 ... Gasket, 20, 30 ... Winding electrode body, 21, 33 ... Positive electrode, 21A, 33A ... Positive electrode current collector, 21B, 33B ... Positive electrode active material layer, 22, 34 ... Negative electrode, 22A, 34A ... Negative electrode current collector, 22B, 34B ... Negative electrode active material layer, 23, 35 ... Separator , 24 ... center pin, 25, 31 ... positive electrode lead, 26, 32 ... negative electrode lead, 36 ... electrolyte layer, 40 ... exterior member, 41 ... adhesion film.

Claims (8)

シランカップリング剤と、シュウ酸エステルとを含むことを特徴とする電解液。   An electrolytic solution comprising a silane coupling agent and an oxalate ester. 前記シランカップリング剤は、ビニルトリエトキシシラン,3−アクリロキシプロピルトリメトキシシランおよび3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシランからなる群のうちの少なくとも1種を含むことを特徴とする請求項1記載の電解液。   The said silane coupling agent contains at least 1 sort (s) of the group which consists of vinyltriethoxysilane, 3-acryloxypropyltrimethoxysilane, and 3-methacryloxypropyltriethoxysilane, The said 1st aspect is characterized by the above-mentioned. Electrolytic solution. 前記シュウ酸エステルは、シュウ酸ジメチルおよびシュウ酸ジエチルのうちの少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項1記載の電解液。   The electrolytic solution according to claim 1, wherein the oxalate ester includes at least one of dimethyl oxalate and diethyl oxalate. 前記シランカップリング剤の含有量は0.5質量%以上2質量%以下であり、前記シュウ酸エステルの含有量は0.2質量%以上5質量%以下であることを特徴とする請求項1記載の電解液。   The content of the silane coupling agent is 0.5% by mass or more and 2% by mass or less, and the content of the oxalate ester is 0.2% by mass or more and 5% by mass or less. The electrolytic solution described. 正極および負極と共に電解液を備えた電池であって、
前記電解液は、シランカップリング剤とシュウ酸エステルとを含むことを特徴とする電池。
A battery comprising an electrolyte solution together with a positive electrode and a negative electrode,
The battery, wherein the electrolytic solution contains a silane coupling agent and an oxalate ester.
前記シランカップリング剤は、ビニルトリエトキシシラン,3−アクリロキシプロピルトリメトキシシランおよび3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシランからなる群のうちの少なくとも1種を含むことを特徴とする請求項5記載の電池。   The said silane coupling agent contains at least 1 sort (s) of the group which consists of vinyltriethoxysilane, 3-acryloxypropyltrimethoxysilane, and 3-methacryloxypropyltriethoxysilane of Claim 5 characterized by the above-mentioned. battery. 前記シュウ酸エステルは、シュウ酸ジメチルおよびシュウ酸ジエチルのうちの少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項5記載の電池。   The battery according to claim 5, wherein the oxalate ester includes at least one of dimethyl oxalate and diethyl oxalate. 前記電解液におけるシランカップリング剤の含有量は0.5質量%以上2質量%以下であり、前記電解液におけるシュウ酸エステルの含有量は0.2質量%以上5質量%以下であることを特徴とする請求項5記載の電池。
The content of the silane coupling agent in the electrolytic solution is 0.5% by mass or more and 2% by mass or less, and the content of the oxalate ester in the electrolytic solution is 0.2% by mass or more and 5% by mass or less. The battery according to claim 5.
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