JP2006032300A - Electrolyte and battery - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a battery capable of improving cycle property by improving stability of a solvent, and to provide an electrolyte used for the same. <P>SOLUTION: An anode 22 contains a single body, an alloy or a compound of a metal element, or a single body, an alloy or a compound of a semi-metal element capable of storing and releasing lithium. Electrolyte solution with electrolyte salt dissolved in a solvent is impregnated in a separator 23. The solvent contains fluorocarboxylic ester as a low-viscosity solvent together with a high-dielectric constant solvent. As the electrolyte salt, bis-(trifluoromethane sulfone)imide lithium or the like is preferable. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、正極および負極と共に電解液を備え、特に電解反応物質としてリチウム(Li)などを用いた電池、およびそれに用いられる電解液に関する。   The present invention relates to a battery including an electrolyte solution together with a positive electrode and a negative electrode, in particular, lithium (Li) or the like as an electrolytic reactant, and an electrolyte solution used therefor.

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

また最近では、携帯用電子機器の高性能化に伴い、更なる容量の向上が求められており、負極活物質として炭素材料に代えてスズ(Sn)あるいはケイ素(Si)などを用いることが検討されている。スズの理論容量は994mAh/g、ケイ素の理論容量は4199mAh/gと、黒鉛の理論容量の372mAh/gに比べて格段に大きく、容量の向上を期待できるからである。特に、スズあるいはケイ素の薄膜を集電体上に形成した負極は、リチウムの吸蔵および離脱によっても、負極活物質が微粉化することなく、比較的大きな放電容量を保持できることが報告されている(例えば、特許文献1参照)。
国際公開第WO01/031724号パンフレット
Recently, with the improvement in performance of portable electronic devices, further improvement in capacity has been demanded, and it is considered to use tin (Sn) or silicon (Si) instead of carbon material as the negative electrode active material. Has been. This is because the theoretical capacity of tin is 994 mAh / g and the theoretical capacity of silicon is 4199 mAh / g, which is much larger than the theoretical capacity of graphite, 372 mAh / g, and an improvement in capacity can be expected. In particular, it has been reported that a negative electrode in which a thin film of tin or silicon is formed on a current collector can maintain a relatively large discharge capacity without pulverization of the negative electrode active material even by insertion and extraction of lithium ( For example, see Patent Document 1).
International Publication No. WO01 / 031724 Pamphlet

しかしながら、リチウムを吸蔵したスズ合金あるいはケイ素合金は活性が強く、電解質に、例えば、高誘電率溶媒である環状炭酸エステルと、低粘度溶媒である鎖状炭酸エステルとを用いると、特に鎖状炭酸エステルが分解されてしまい、しかもリチウムが不活性化してしまうので、充放電を繰り返すと充放電効率が低下してしまうという問題があった。   However, a tin alloy or a silicon alloy that occludes lithium has a strong activity. For example, when a cyclic carbonate that is a high dielectric constant solvent and a chain carbonate that is a low-viscosity solvent are used as an electrolyte, a chain carbonate is particularly preferable. Since the ester is decomposed and the lithium is inactivated, there is a problem that the charge / discharge efficiency is lowered when charge / discharge is repeated.

本発明はかかる問題に鑑みてなされたもので、その目的は、電解質の安定性が高く、サイクル特性を向上させることができる電池、およびそれに用いられる電解液を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a battery with high electrolyte stability and improved cycle characteristics, and an electrolyte used therefor.

本発明の電解液は、化1に示したフルオロカルボン酸エステルと、高誘電率溶媒とを含むものである。   The electrolytic solution of the present invention contains the fluorocarboxylic acid ester shown in Chemical Formula 1 and a high dielectric constant solvent.

Figure 2006032300
(式中、R1は、炭素数1から5であるアルキル基の少なくとも一部の水素をフッ素基で置換した基を表す。R2は、炭素数1から4のアルキル基あるいはそれらの少なくとも一部の水素をフッ素で置換した基を表す。)
Figure 2006032300
(In the formula, R1 represents a group in which at least a part of hydrogen of an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms is substituted with a fluorine group. R2 represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms or at least a part of them. (Represents a group in which hydrogen is substituted with fluorine.)

本発明の電池は、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、化2に示したフルオロカルボン酸エステルと、高誘電率溶媒とを含むものである。   The battery of the present invention is provided with an electrolytic solution together with a positive electrode and a negative electrode, and the electrolytic solution contains the fluorocarboxylic acid ester shown in Chemical Formula 2 and a high dielectric constant solvent.

Figure 2006032300
(式中、R1は、炭素数1から5であるアルキル基の少なくとも一部の水素をフッ素基で置換した基を表す。R2は、炭素数1から4のアルキル基あるいはそれらの少なくとも一部の水素をフッ素で置換した基を表す。)
Figure 2006032300
(In the formula, R1 represents a group in which at least a part of hydrogen of an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms is substituted with a fluorine group. R2 represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms or at least a part of them. (Represents a group in which hydrogen is substituted with fluorine.)

本発明の電解液および電池によれば、化1に示したフルオロカルボン酸エステルと、高誘電率溶媒とを含むようにしたので、負極における溶媒の分解反応を抑制することができ、サイクル特性を向上させることができる。   According to the electrolytic solution and battery of the present invention, since the fluorocarboxylic acid ester shown in Chemical Formula 1 and the high dielectric constant solvent are included, the decomposition reaction of the solvent in the negative electrode can be suppressed, and the cycle characteristics can be improved. Can be improved.

特に、負極に電極反応物質を吸蔵および放出することが可能な負極活物質として、金属元素の単体,合金および化合物と、半金属元素の単体,合金および化合物とからなる群のうちの少なくとも1種を含む場合に効果的である。   In particular, as a negative electrode active material capable of occluding and releasing an electrode reactant in the negative electrode, at least one member selected from the group consisting of simple elements, alloys and compounds of metal elements and simple metals, alloys and compounds of metalloid elements It is effective when including.

また、高誘電率溶媒として、環状炭酸エステルおよびそれら水素の一部をハロゲンで置換した環状炭酸エステル誘導体からなる群のうちの少なくとも1種を含むようにすれば、サイクル特性をより向上させることができ、特に、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンあるいは4−クロロ−1,3−ジオキソラン−2−オンを用いるようにすれば、高い効果を得ることができる。   If the high dielectric constant solvent includes at least one member selected from the group consisting of cyclic carbonates and cyclic carbonate derivatives obtained by substituting some of these hydrogens with halogen, cycle characteristics can be further improved. In particular, if 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one or 4-chloro-1,3-dioxolan-2-one is used, a high effect can be obtained.

更に、炭素数1から8のパーフルオロアルキル基または炭素数2から4のパーフルオロアルキレン基がO=S=O基に結合した構造を有するアニオンを含むようにすれば、フルオロカルボン酸エステルを高い割合で高誘電率溶媒に対して混合させることができ、高いイオン伝導性を得ることができる。   Furthermore, if an anion having a structure in which a perfluoroalkyl group having 1 to 8 carbon atoms or a perfluoroalkylene group having 2 to 4 carbon atoms is bonded to an O═S═O group is contained, the fluorocarboxylic acid ester is increased. A high dielectric constant solvent can be mixed at a ratio, and high ionic conductivity 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。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明の一実施の形態に係る二次電池の断面構造を表すものである。この二次電池は、いわゆる円筒型といわれるものであり、ほぼ中空円柱状の電池缶11の内部に、帯状の正極21と負極22とがセパレータ23を介して積層し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。   FIG. 1 shows a cross-sectional structure of a secondary battery according to an embodiment of the present invention. This secondary battery is a so-called cylindrical type, and is a wound electrode in which a strip-like positive electrode 21 and a negative electrode 22 are laminated and wound inside a substantially hollow cylindrical battery can 11 via a separator 23. It has a body 20. The battery can 11 is made of, for example, iron (Fe) plated with nickel (Ni), and has one end closed and the other end open. Inside the battery can 11, 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と、正極集電体21Aの両面あるいは片面に設けられた正極活物質層21Bとを有している。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。正極活物質層21Bは、例えば、正極活物質として、電極反応物質であるリチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料を含んで構成されている。   FIG. 2 shows an enlarged part of the spirally wound electrode body 20 shown in FIG. The positive electrode 21 includes, for example, a positive electrode current collector 21A having a pair of opposed surfaces and a positive electrode active material layer 21B provided on both surfaces or 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. The positive electrode active material layer 21B includes, for example, a positive electrode material that can occlude and release lithium as an electrode reactant as a positive electrode active material.

リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料としては、例えば、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、あるいはこれらを含む固溶体(Li(Nix Coy Mnz )O2 ))(x,yおよびzの値は0<x<1,0<y<1,0<z<1,x+y+z=1である。)、あるいはマンガンスピネル(LiMn2 4 )などのリチウム複合酸化物、またはリン酸鉄リチウム(LiFePO4 )などのオリビン構造を有するリン酸化合物が好ましい。高いエネルギー密度を得ることができるからである。また、リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料としては、例えば、酸化チタン,酸化バナジウムあるいは二酸化マンガンなどの酸化物、二硫化鉄,二硫化チタンあるいは硫化モリブデンなどの二硫化物、ポリアニリンあるいはポリチオフェンなどの導電性高分子も挙げられる。正極材料は1種を単独で用いてもよいが、2種以上を混合して用いてもよい。 As a cathode material capable of inserting and extracting lithium, for example, lithium cobalt oxide, a solid solution containing lithium nickelate, or these (Li (Ni x Co y Mn z) O 2)) (x, y and z Of 0 <x <1, 0 <y <1, 0 <z <1, x + y + z = 1), or lithium composite oxide such as manganese spinel (LiMn 2 O 4 ), or lithium iron phosphate A phosphate compound having an olivine structure such as (LiFePO 4 ) is preferred. This is because a high energy density can be obtained. Examples of positive electrode materials capable of inserting and extracting lithium include oxides such as titanium oxide, vanadium oxide and manganese dioxide, disulfides such as iron disulfide, titanium disulfide and molybdenum sulfide, polyaniline or Examples also include conductive polymers such as polythiophene. As the positive electrode material, one kind may be used alone, or two or more kinds may be mixed and used.

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、そのうちの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、そのうちの1種または2種以上が混合して用いられる。例えば、図1に示したように正極21および負極22が巻回されている場合には、結着剤として柔軟性に富むスチレンブタジエン系ゴムあるいはフッ素系ゴムなどを用いることが好ましい。   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 or more of them are used in combination. 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 rubbers such as styrene butadiene rubber, fluorine rubber or ethylene propylene diene rubber, or polymer materials such as polyvinylidene fluoride, and one or more of them are mixed. Used. For example, when the positive electrode 21 and the negative electrode 22 are wound as shown in FIG. 1, it is preferable to use a styrene butadiene rubber or a fluorine rubber having high flexibility as the binder.

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と、負極集電体22Aの両面あるいは片面に設けられた負極活物質層22Bとを有している。   The negative electrode 22 includes, for example, a negative electrode current collector 22A having a pair of opposed surfaces, and a negative electrode active material layer 22B provided on both surfaces or one surface of the negative electrode current collector 22A.

負極集電体22Aは、リチウムと金属間化合物を形成しない金属元素の少なくとも1種を含む金属材料により構成されていることが好ましい場合もある。リチウムと金属間化合物を形成すると、充放電に伴い膨張および収縮し、構造破壊が起こって、集電性が低下する他、負極活物質層22Bを支える能力が小さくなり負極活物質層22Bが負極集電体22Aから脱落する場合があるからである。なお、本明細書において金属材料には、金属元素の単体だけでなく、2種以上の金属元素あるいは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合金も含める。リチウムと金属間化合物を形成しない金属元素としては、例えば、銅(Cu),ニッケル,チタン(Ti),鉄あるいはクロム(Cr)が挙げられる。   In some cases, the negative electrode current collector 22A is preferably made of a metal material containing at least one metal element that does not form an intermetallic compound with lithium. When an intermetallic compound is formed with lithium, it expands and contracts with charge and discharge, structural destruction occurs, and current collecting performance is reduced. In addition, the ability to support the negative electrode active material layer 22B is reduced, and the negative electrode active material layer 22B becomes a negative electrode. This is because the current collector 22A may fall off. Note that in this specification, the metal material includes not only a single metal element but also an alloy composed of two or more metal elements or one or more metal elements and one or more metalloid elements. Examples of the metal element that does not form an intermetallic compound with lithium include copper (Cu), nickel, titanium (Ti), iron, and chromium (Cr).

負極活物質層22Bは、例えば、負極活物質として、電極反応物質であるリチウムを吸蔵および放出することが可能な金属元素の単体、合金および化合物と、リチウムを吸蔵および放出することが可能な半金属元素の単体,合金および化合物とからなる群のうちの少なくとも1種の負極材料を含んでいる。これによりこの二次電池は、高いエネルギー密度を得ることができるようになっている。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。また、非金属元素を含んでいてもよい。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。   The negative electrode active material layer 22B is, for example, as a negative electrode active material, a simple substance, an alloy and a compound of a metal element capable of inserting and extracting lithium as an electrode reactant, and a half capable of inserting and extracting lithium. It contains at least one negative electrode material selected from the group consisting of simple elements, alloys and compounds of metal elements. Thereby, this secondary battery can obtain a high energy density. 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. Moreover, the nonmetallic element may be included. There are structures in which a solid solution, a eutectic (eutectic mixture), an intermetallic compound, or two or more of them coexist.

この負極材料を構成する金属元素あるいは半金属元素としては、マグネシウム(Mg),ホウ素(B),アルミニウム,ガリウム(Ga),インジウム(In),ケイ素,ゲルマニウム(Ge),スズ,鉛(Pb),ビスマス(Bi),カドミウム(Cd),銀(Ag),亜鉛(Zn),ハフニウム(Hf),ジルコニウム(Zr),イットリウム(Y),パラジウム(Pd)あるいは白金(Pt)が挙げられる。これらは結晶質のものでもアモルファスのものでもよい。   Examples of metal elements or metalloid elements constituting the negative electrode material include magnesium (Mg), boron (B), aluminum, gallium (Ga), indium (In), silicon, germanium (Ge), tin, lead (Pb). , Bismuth (Bi), cadmium (Cd), silver (Ag), zinc (Zn), hafnium (Hf), zirconium (Zr), yttrium (Y), palladium (Pd) or platinum (Pt). These may be crystalline or amorphous.

また、これらの金属元素あるいは半金属元素の合金または化合物としては、例えば、化学式Mas Mbt Liu 、あるいは化学式Map Mcq Mdr で表されるものが挙げられる。これらの化学式において、Maはリチウムと合金を形成可能な金属元素および半金属元素のうちの少なくとも1種を表し、MbはリチウムおよびMa以外の金属元素および半金属元素のうちの少なくとも1種を表し、Mcは非金属元素の少なくとも1種を表し、MdはMa以外の金属元素および半金属元素のうちの少なくとも1種を表す。また、s、t、u、p、qおよびrの値はそれぞれs>0、t≧0、u≧0、p>0、q>0、r≧0である。 As the alloy or compound of these metal element or a metalloid element, for example, those represented by the chemical formula Ma s Mb t Li u or a chemical formula Ma p Mc q Md r,. In these chemical formulas, Ma represents at least one of a metal element and a metalloid element capable of forming an alloy with lithium, and Mb represents at least one of a metal element and a metalloid element other than lithium and Ma. , Mc represents at least one of non-metallic elements, and Md represents at least one of metallic elements and metalloid elements other than Ma. The values of s, t, u, p, q, and r are s> 0, t ≧ 0, u ≧ 0, p> 0, q> 0, and r ≧ 0, respectively.

中でも、この負極材料としては、短周期型周期表における4B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の単体、またはこれらの合金あるいは化合物である。ケイ素あるいはスズの単体,合金および化合物は、リチウムを吸蔵および放出する能力が大きく、組み合わせによっては、従来の黒鉛と比較して負極22のエネルギー密度を高くすることができるからである。   Among these, the negative electrode material is preferably a simple substance, alloy or compound of a group 4B metal element or semimetal element in the short-period type periodic table, particularly preferably a simple substance of silicon or tin, or an alloy or compound thereof. . This is because silicon, tin simple substance, alloys and compounds have a large ability to occlude and release lithium, and depending on the combination, the energy density of the anode 22 can be made higher than that of conventional graphite.

このような合金または化合物について具体的に例を挙げれば、SiB4 ,SiB6 ,Mg2 Si,Ni2 Si,TiSi2 ,MoSi2 ,CoSi2 ,NiSi2 ,CaSi2 ,CrSi2 ,Cu5 Si,FeSi2 ,MnSi2 ,NbSi2 ,TaSi2 ,VSi2 ,WSi2 ,ZnSi2 ,SiC,Si3 4 ,Si2 2 O,SiOv (0<v≦2),SnOw (0<v≦2),SnSiO3 ,LiSiO,LiSnO,Mg2 Sn,あるいはスズとコバルトとを含む合金などがある。 Specific examples of such alloys or compounds include SiB 4 , SiB 6 , Mg 2 Si, Ni 2 Si, TiSi 2 , MoSi 2 , CoSi 2 , NiSi 2 , CaSi 2 , CrSi 2 , Cu 5 Si. FeSi 2 , MnSi 2 , NbSi 2 , TaSi 2 , VSi 2 , WSi 2 , ZnSi 2 , SiC, Si 3 N 4 , Si 2 N 2 O, SiO v (0 <v ≦ 2), SnO w (0 < v ≦ 2), SnSiO 3 , LiSiO, LiSnO, Mg 2 Sn, or an alloy containing tin and cobalt.

この負極活物質層22Bは、気相法,液相法あるいは焼成法により形成されたものでも、塗布により形成されたものでもよい。焼成法というのは、粒子状の負極活物質を結着剤あるいは溶剤などと混合して成形したのち、例えば結着剤などの融点よりも高い温度で熱処理する方法である。このうち気相法,液相法あるいは焼成法による場合には、負極活物質層22Bと負極集電体22Aとが界面の少なくとも一部において合金化していることが好ましい。具体的には、界面において負極集電体22Aの構成元素が負極活物質層22Bに、または負極活物質の構成元素が負極集電体22Aに、またはそれらが互いに拡散していることが好ましい。充放電に伴う負極活物質層22Bの膨張・収縮による破壊を抑制することができると共に、負極活物質層22Bと負極集電体22Aとの間の電子伝導性を向上させることができるからである。   The negative electrode active material layer 22B may be formed by a vapor phase method, a liquid phase method, or a baking method, or may be formed by coating. The firing method is a method in which a particulate negative electrode active material is mixed with a binder or a solvent and molded, and then heat-treated at a temperature higher than the melting point of the binder, for example. Among these, in the case of the vapor phase method, the liquid phase method, or the firing method, the negative electrode active material layer 22B and the negative electrode current collector 22A are preferably alloyed at least at a part of the interface. Specifically, it is preferable that the constituent element of the negative electrode current collector 22A is diffused in the negative electrode active material layer 22B, the constituent element of the negative electrode active material is diffused in the negative electrode current collector 22A, or they are mutually diffused at the interface. This is because breakage due to expansion / contraction of the negative electrode active material layer 22B due to charging / discharging can be suppressed, and electronic conductivity between the negative electrode active material layer 22B and the negative electrode current collector 22A can be improved. .

また、塗布による場合には、負極活物質に加えて、ポリフッ化ビニリデンなどの結着剤および導電剤などの他の材料を含んでいてもよい。焼成法による場合も同様である。   In the case of coating, in addition to the negative electrode active material, other materials such as a binder such as polyvinylidene fluoride and a conductive agent may be included. The same applies to the case of the firing method.

なお、負極活物質としては、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を用いてもよく、また、これらの炭素材料と、上述した負極材料とを共に用いるようにしてもよい。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、例えば上述した負極材料と共に用いるようにすればようにすれば、高エネルギー密度を得ることができると共に、優れたサイクル特性を得ることができ、更に導電剤としても機能するので好ましい。   As the negative electrode active material, a carbon material such as graphite, non-graphitizable carbon or graphitizable carbon may be used, and these carbon materials and the negative electrode material described above may be used together. Also good. The carbon material has very little change in the crystal structure that occurs during charging and discharging. For example, if used together with the negative electrode material described above, a high energy density can be obtained and excellent cycle characteristics can be obtained. This is preferable because it can function as a conductive agent.

セパレータ23は、正極21と負極22とを隔離し、両極の接触による電流の短絡を防止しつつ、リチウムイオンを通過させるものである。このセパレータ23は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレンあるいはポリエチレンなどよりなる合成樹脂製の多孔質膜、またはセラミック製の多硬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 made of, for example, a porous film made of synthetic resin made of polytetrafluoroethylene, polypropylene, polyethylene or the like, or a multi-hard film made of ceramic, and these two or more kinds of porous films are laminated. It may be made the structure.

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

溶媒には、比誘電率が30以上の高誘電率溶媒と、粘度が1mPa・s以下の低粘度溶媒とを混合して用いることが好ましい。これにより高いイオン伝導性を得ることができるからである。   As the solvent, it is preferable to use a mixture of a high dielectric constant solvent having a relative dielectric constant of 30 or more and a low viscosity solvent having a viscosity of 1 mPa · s or less. This is because high ion conductivity can be obtained.

高誘電率溶媒としては、例えば、環状化合物が挙げられ、例えば、炭酸エチレン,炭酸プロピレンあるいは炭酸ブチレンなどの環状炭酸エステル、化3に示した4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン,化4に示した4−クロロ−1,3−ジオキソラン−2−オンあるいは4−トリフルオロメチル−1,3−ジオキソラン−2−オンなどのハロゲン原子を有する環状の炭酸エステル誘導体、γ−ブチロラクトンあるいはγ−バレロラクトンなどの環状カルボン酸エステル、1−メチル−2−ピロリジノンなどの環状アミド、3−メチル−2−オキソザリジノンなどの環状カルバミン酸エステル、テトラメチレンスルホンあるいはγ−プロパンスルトンなどの環状硫黄化合物が挙げられる。中でも、環状の炭酸エステルあるいはハロゲン原子を有する環状の炭酸エステル誘導体が好ましく、ハロゲン原子を有する環状の炭酸エステル誘導体がより好ましく、特に、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンが望ましい。溶媒の分解反応を抑制する効果が高いからである。高誘電率溶媒は1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。   Examples of the high dielectric constant solvent include cyclic compounds such as cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate or butylene carbonate, 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one shown in Chemical Formula 3, A cyclic carbonate derivative having a halogen atom such as 4-chloro-1,3-dioxolan-2-one or 4-trifluoromethyl-1,3-dioxolan-2-one represented by Chemical Formula 4, γ-butyrolactone or Cyclic carboxylic acid esters such as γ-valerolactone, cyclic amides such as 1-methyl-2-pyrrolidinone, cyclic carbamates such as 3-methyl-2-oxozaridinone, cyclic sulfur compounds such as tetramethylene sulfone or γ-propane sultone Is mentioned. Among them, a cyclic carbonate or a cyclic carbonate derivative having a halogen atom is preferable, a cyclic carbonate derivative having a halogen atom is more preferable, and 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one is particularly desirable. This is because the effect of suppressing the decomposition reaction of the solvent is high. A high dielectric constant solvent may be used individually by 1 type, and 2 or more types may be mixed and used for it.

Figure 2006032300
Figure 2006032300

Figure 2006032300
Figure 2006032300

低粘度溶媒としては、化5に示したフルオロカルボン酸エステルが好ましく、中でも、化6に示したフルオロカルボン酸エステルあるいは化7に示したフルオロカルボン酸エステルが望ましい。負極22における溶媒の分解反応を抑制することができるからである。特に、負極22に、電極反応物質を吸蔵および放出可能な負極活物質として、金属元素あるいは半金属元素の単体,合金または化合物を用いる場合には、高い効果を得ることができるので好ましい。低粘度溶媒は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。   As the low-viscosity solvent, the fluorocarboxylic acid ester shown in Chemical formula 5 is preferable, and among them, the fluorocarboxylic acid ester shown in Chemical formula 6 or the fluorocarboxylic acid ester shown in Chemical formula 7 is desirable. This is because the decomposition reaction of the solvent in the negative electrode 22 can be suppressed. In particular, when a single element, alloy or compound of a metal element or a metalloid element is used for the negative electrode 22 as a negative electrode active material capable of inserting and extracting an electrode reactant, it is preferable because a high effect can be obtained. A low viscosity solvent may be used individually by 1 type, and 2 or more types may be mixed and used for it.

Figure 2006032300
(式中、R1は、炭素数1から5であるアルキル基の少なくとも一部の水素をフッ素基で置換した基を表す。R2は、炭素数1から4のアルキル基あるいはそれらの少なくとも一部の水素をフッ素で置換した基を表す。R1およR2は、同一であってもよいし異なっていてもよい。)
Figure 2006032300
(In the formula, R1 represents a group in which at least a part of hydrogen of an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms is substituted with a fluorine group. R2 represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms or at least a part of them. (Represents a group in which hydrogen is substituted with fluorine. R1 and R2 may be the same or different.)

Figure 2006032300
(式中、R2は、炭素数1から4のアルキル基あるいはそれらの少なくとも一部の水素をフッ素で置換した基を表す。R11は、水素基,フッ素基,炭素数1から4のアルキル基あるいはそれらの少なくとも一部の水素をフッ素で置換した基を表す。R2およびR11は、同一であってもよいし異なっていてもよい。)
Figure 2006032300
(In the formula, R2 represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms or a group in which at least a part of hydrogen thereof is substituted with fluorine. R11 represents a hydrogen group, a fluorine group, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, or (Represents a group in which at least a part of hydrogen is substituted with fluorine. R2 and R11 may be the same or different.)

Figure 2006032300
(式中、R2は、炭素数1から4のアルキル基あるいはそれらの少なくとも一部の水素をフッ素で置換した基を表す。R12,R13およびR14は、トリフルオロエチル基,ペンタフルオロエチル基を表すが、それらのうちの2つまたは全部がトリフルオロエチル基である。R2,R12,R13およびR14は、同一であってもよいし異なっていてもよい。)
Figure 2006032300
(In the formula, R2 represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms or a group in which at least a part of hydrogen thereof is substituted with fluorine. R12, R13 and R14 each represents a trifluoroethyl group or a pentafluoroethyl group. And two or all of them are trifluoroethyl groups, and R2, R12, R13 and R14 may be the same or different.)

化6に示したフルオロカルボン酸エステルとしては、例えば、トリフルオロ酢酸メチル,トリフルオロ酢酸エチル,トリフルオロ酢酸プロピル,またはトリフルオロ酢酸ブチルなどのトリフルオロ酢酸エステル、ペンタフルオロプロピオン酸メチル,ペンタフルオロプロピオン酸エチル,ペンタフルオロプロピオン酸プロピル,またはペンタフルオロプロピオン酸ブチルなどのペンタフルオロプロピオン酸エステル、ヘプタフルオロ酪酸エステル、ノナフルオロ吉草酸エステルが挙げられる。化7に示したフルオロカルボン酸エステルとしては、例えば(CF3 3 CCOOCF3 などのトリフルオロメチル酢酸エステルなどが挙げられる。 Examples of the fluorocarboxylic acid ester shown in Chemical Formula 6 include trifluoroacetic acid esters such as methyl trifluoroacetate, ethyl trifluoroacetate, propyl trifluoroacetate, and butyl trifluoroacetate, methyl pentafluoropropionate, and pentafluoropropion. Examples thereof include pentafluoropropionic acid esters such as ethyl acid, propyl pentafluoropropionate, and butyl pentafluoropropionate, heptafluorobutyric acid ester, and nonafluorovaleric acid ester. Examples of the fluorocarboxylic acid ester shown in Chemical Formula 7 include trifluoromethyl acetate such as (CF 3 ) 3 CCOOCF 3 .

化5に示したフルオロカルボン酸エステルの含有量は、電解液全体に対して25質量%以上であることが好ましい。この範囲内で高いサイクル特性が得られるからである。   The content of the fluorocarboxylic acid ester shown in Chemical Formula 5 is preferably 25% by mass or more with respect to the entire electrolytic solution. This is because high cycle characteristics can be obtained within this range.

電解質塩としては、炭素数1から8のパーフルオロアルキル基または炭素数2から4のパーフルオロアルキレン基がO=S=O基に結合した構造を有する金属塩を用いることが好ましい。すなわち、電解液は、このような構造を有するアニオンを含んでいることが好ましい。上述したフルオロカルボン酸エステルは疎水性が大きいので、高誘電率溶媒とは混合しにくく、高誘電率溶媒に対して高い割合で混合させることが難しいが、この電解質塩を用いることにより、高い割合で均一に混合させることができるからである。   As the electrolyte salt, it is preferable to use a metal salt having a structure in which a perfluoroalkyl group having 1 to 8 carbon atoms or a perfluoroalkylene group having 2 to 4 carbon atoms is bonded to an O═S═O group. That is, the electrolytic solution preferably contains an anion having such a structure. Since the above-mentioned fluorocarboxylic acid ester has high hydrophobicity, it is difficult to mix with a high dielectric constant solvent, and it is difficult to mix with a high dielectric constant solvent at a high ratio, but by using this electrolyte salt, a high ratio is obtained. This is because they can be mixed uniformly.

このようなアニオンとしては、例えば、化8から化11に示したものが挙げられる。   Examples of such anions include those shown in Chemical Formula 8 to Chemical Formula 11.

Figure 2006032300
(式中、R3は、炭素数1から8のパーフルオロアルキル基を表す。)
Figure 2006032300
(In the formula, R3 represents a perfluoroalkyl group having 1 to 8 carbon atoms.)

Figure 2006032300
(式中、R4,R5は、炭素数1から8のパーフルオロアルキル基を表す。R4およびR5は、同一であってもよいし異なっていてもよい。)
Figure 2006032300
(In the formula, R4 and R5 each represent a perfluoroalkyl group having 1 to 8 carbon atoms. R4 and R5 may be the same or different.)

Figure 2006032300
(式中、R6,R7およびR8は、炭素数1から8のパーフルオロアルキル基を表す。R6,R7およびR8は、同一であってもよいし異なっていてもよい。)
Figure 2006032300
(In the formula, R6, R7 and R8 represent a perfluoroalkyl group having 1 to 8 carbon atoms. R6, R7 and R8 may be the same or different.)

Figure 2006032300
(式中、R9は、炭素数2から4のパーフルオロアルキレン基を表す。)
Figure 2006032300
(In the formula, R9 represents a perfluoroalkylene group having 2 to 4 carbon atoms.)

このようなアニオンを生じさせる金属塩について具体的に例を挙げれば、化12に示したトリフルオロメタンスルホン酸リチウム,化13に示したビス(トリフルオロメタンスルホン)イミドリチウム,化14に示したビス(ペンタフルオロエタンスルホン)イミドリチウム,化15に示したトリス(トリフルオロメタンスルホン)メチドリチウム,化16に示した1,1,2,2,3,3−ヘキサフルオロプロパンジスルホンイミドリチウムなどがある。   Specific examples of such metal salts that generate anions include lithium trifluoromethanesulfonate shown in Chemical formula 12, bis (trifluoromethanesulfone) imidolithium shown in Chemical formula 13, and bis ( Pentafluoroethanesulfone) imidolithium, tris (trifluoromethanesulfone) methidelithium shown in Chemical Formula 15, 1,1,2,2,3,3-hexafluoropropanedisulfonimide lithium shown in Chemical Formula 16 and the like.

Figure 2006032300
Figure 2006032300

Figure 2006032300
Figure 2006032300

Figure 2006032300
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Figure 2006032300
Figure 2006032300

Figure 2006032300
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また、電解質塩としては、これらの金属塩に加えて、他の金属塩を用いてもよい。他の金属塩としては、例えば、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6 )、四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4 )、過塩素酸リチウム(LiClO4 )、六フッヒ酸リチウム(LiAsF6 )が挙げられ、中でも六フッ化リン酸リチウムが好ましい。より高いイオン伝導性が得られるからである。他の金属塩は、1種単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。 In addition to these metal salts, other metal salts may be used as the electrolyte salt. Examples of the other metal salts include lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium perchlorate (LiClO 4 ), and lithium hexafluorate (LiAsF 6 ). Of these, lithium hexafluorophosphate is preferred. This is because higher ionic conductivity can be obtained. Another metal salt may be used individually by 1 type, and 2 or more types may be mixed and used for it.

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、正極集電体21Aに正極活物質層21Bを形成し正極21を作製する。正極活物質層21Bは、例えば、正極活物質の粉末と導電剤と結着剤とを混合して正極合剤を調製したのち、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し、この正極合剤スラリーを正極集電体21Aに塗布し乾燥させ、圧縮成型することにより形成する。   First, for example, the positive electrode active material layer 21B is formed on the positive electrode current collector 21A to produce the positive electrode 21. The positive electrode active material layer 21B is prepared, for example, by mixing a positive electrode active material powder, a conductive agent, and a binder to prepare a positive electrode mixture, and then using the positive electrode mixture in a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone. The positive electrode mixture slurry is dispersed to form a positive electrode mixture slurry, and the positive electrode mixture slurry is applied to the positive electrode current collector 21A, dried, and compression molded.

また、例えば、負極集電体22Aに負極活物質層22Bを形成し負極22を作製する。負極活物質層22Bは、例えば、気相法、液相法、焼成法、または塗布のいずれにより形成してもよく、それらの2以上を組み合わせてもよい。気相法、液相法または焼成法により形成する場合には、形成時に負極活物質層22Bと負極集電体22Aとが界面の少なくとも一部において合金化することがあるが、更に、真空雰囲気下または非酸化性雰囲気下で熱処理を行い、合金化するようにしてもよい。   Further, for example, the negative electrode active material layer 22B is formed on the negative electrode current collector 22A to produce the negative electrode 22. The negative electrode active material layer 22B may be formed by, for example, any one of a vapor phase method, a liquid phase method, a baking method, and coating, or a combination of two or more thereof. When formed by a vapor phase method, a liquid phase method, or a firing method, the negative electrode active material layer 22B and the negative electrode current collector 22A may be alloyed at least at a part of the interface at the time of formation. An alloy may be formed by heat treatment under a non-oxidizing atmosphere.

なお、気相法としては、例えば、物理堆積法あるいは化学堆積法を用いることができ、具体的には、真空蒸着法,スパッタ法,イオンプレーティング法,レーザーアブレーション法,熱CVD(Chemical Vapor Deposition ;化学気相成長)法あるいはプラズマCVD法等が利用可能である。液相法としては電解鍍金あるいは無電解鍍金等の公知の手法が利用可能である。焼成法に関しても公知の手法が利用可能であり、例えば、雰囲気焼成法,反応焼成法あるいはホットプレス焼成法が利用可能である。塗布の場合には、正極21と同様にして形成することができる。   As the vapor phase method, for example, a physical deposition method or a chemical deposition method can be used. Specifically, a vacuum deposition method, a sputtering method, an ion plating method, a laser ablation method, a thermal CVD (Chemical Vapor Deposition) A chemical vapor deposition method) or a plasma CVD method can be used. As the liquid phase method, a known method such as electrolytic plating or electroless plating can be used. As for the firing method, a known method can be used. For example, an atmosphere firing method, a reaction firing method, or a hot press firing method can be used. In the case of application, it can be formed in the same manner as the positive electrode 21.

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。続いて、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. Subsequently, 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.

この二次電池では、充電を行うと、例えば、正極21からリチウムイオンが離脱し、電解液を介して負極22に吸蔵される。一方、放電を行うと、例えば、負極22からリチウムイオンが離脱し、電解液を介して正極21に吸蔵される。その際、電解液に化5に示したフルオロカルボン酸エステルと、高誘電率溶媒とを含んでいるので、負極22における溶媒の分解反応が抑制される。   In this secondary battery, when charged, for example, lithium ions are released from the positive electrode 21 and inserted in the negative electrode 22 through the electrolytic solution. On the other hand, when discharging is performed, for example, lithium ions are separated from the negative electrode 22 and inserted into the positive electrode 21 through the electrolytic solution. At that time, since the electrolytic solution contains the fluorocarboxylic acid ester shown in Chemical Formula 5 and the high dielectric constant solvent, the decomposition reaction of the solvent in the negative electrode 22 is suppressed.

図3は、本発明の他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、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り、小型化,軽量化および薄型化が可能となっている。   FIG. 3 shows a configuration of a secondary battery according to another embodiment of the present invention. In this secondary battery, a wound electrode body 30 to which a positive electrode lead 31 and a negative electrode lead 32 are attached is accommodated in a film-like exterior member 40, and can be reduced in size, weight, and thickness. ing.

正極リード31および負極リード32は、それぞれ、外装部材40の内部から外部に向かい例えば同一方向に導出されている。正極リード31および負極リード32は、例えば、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おり、それぞれ薄板状または網目状とされている。   The positive electrode lead 31 and the negative electrode lead 32 are led out from the inside of the exterior member 40 to the outside, for example, in the same direction. The positive electrode lead 31 and the negative electrode lead 32 are each made of a metal material such as aluminum, copper, nickel, or stainless steel, and each have a thin plate shape or a mesh shape.

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貼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I−I線に沿った断面構造を表すものである。電極巻回体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、巻回したものであり、最外周部は保護テープ37により保護されている。   FIG. 4 shows a cross-sectional structure taken along line II of the spirally wound electrode body 30 shown in FIG. The electrode winding body 30 is obtained by laminating a positive electrode 33 and a negative electrode 34 via a separator 35 and an electrolyte layer 36 and winding them, and the outermost periphery is protected by a protective tape 37.

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いる。負極34は、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おり、負極活物質層34Bの側が正極活物質層33Bと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の構成は、それぞれ上述した正極集電体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 or both surfaces of a positive electrode current collector 33A. The negative electrode 34 has a structure in which a negative electrode active material layer 34B is provided on one surface or both surfaces of a negative electrode current collector 34A, and the negative electrode active material layer 34B side is disposed so as to face the positive electrode active material layer 33B. Yes. The 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 respectively the positive electrode current collector 21A, the positive electrode active material layer 21B, and the negative electrode current collector 22A. The same as the negative electrode active material layer 22B and the separator 23.

電解質層36は、電解液と、この電解液を保持する保持体となる高分子化合物とを含み、いわゆるゲル状となっている。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、電池の漏液あるいは高温における膨れを防止することができるので好ましい。電解液(すなわち溶媒および電解質塩など)の構成は、図1に示した円筒型の二次電池と同様である。保持体は、例えば高分子材料により構成されている。高分子材料としては、例えば、ポリエチレンオキサイドあるいはポリエチレンオキサイドを含む架橋体などのエーテル系高分子化合物、ポリメタクリレートなどのエステル系高分子化合物あるいはアクリレート系高分子化合物、またはポリフッ化ビニリデンあるいはフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体などのフッ化ビニリデンの重合体が挙げられ、これらのうちのいずれか1種または2種以上が混合して用いられる。特に、酸化還元安定性の観点からは、フッ化ビニリデンの重合体などのフッ素系高分子化合物を用いることが望ましい。   The electrolyte layer 36 includes an electrolytic solution and a polymer compound serving as a holding body that holds the electrolytic solution, and has a so-called gel shape. A gel electrolyte is preferable because it can obtain high ionic conductivity and can prevent battery leakage or swelling at high temperatures. The structure of the electrolytic solution (that is, the solvent and the electrolyte salt) is the same as that of the cylindrical secondary battery shown in FIG. The holding body is made of, for example, a polymer material. Examples of the polymer material include, for example, an ether polymer compound such as polyethylene oxide or a crosslinked product containing polyethylene oxide, an ester polymer compound such as polymethacrylate, or an acrylate polymer compound, or polyvinylidene fluoride or vinylidene fluoride. Examples thereof include polymers of vinylidene fluoride such as a copolymer with hexafluoropropylene, and any one of these or a mixture of two or more thereof is used. In particular, from the viewpoint of redox stability, it is desirable to use a fluorine-based polymer compound such as a vinylidene fluoride polymer.

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、正極33および負極34のそれぞれに、溶媒と、電解質塩と、高分子化合物と、混合溶媒とを含む前駆溶液を塗布し、混合溶媒を揮発させて電解質層36を形成する。そののち、正極集電体33Aの端部に正極リード31を溶接により取り付けると共に、負極集電体34Aの端部に負極リード32を溶接により取り付ける。次いで、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を介して積層し積層体としたのち、この積層体をその長手方向に巻回して、最外周部に保護テープ37を接着して巻回電極体30を形成する。最後に、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, a precursor solution containing a solvent, an electrolyte salt, a polymer compound, and a mixed solvent is applied to each of the positive electrode 33 and the negative electrode 34, and the mixed solvent is volatilized to form the electrolyte layer 36. After that, the positive electrode lead 31 is attached to the end of the positive electrode current collector 33A by welding, and the negative electrode lead 32 is attached to the end of the negative electrode current collector 34A by welding. Next, the positive electrode 33 and the negative electrode 34 on which the electrolyte layer 36 is formed are laminated via a separator 35 to form a laminated body, and then the laminated body is wound in the longitudinal direction, and a protective tape 37 is adhered to the outermost peripheral portion. Thus, the wound electrode body 30 is formed. Finally, for example, the wound electrode body 30 is sandwiched between the exterior members 40, and the outer edges of the exterior members 40 are sealed and sealed by heat 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、次のようにして作製してもよい。まず、上述したようにして正極33および負極34を作製し、正極33および負極34に正極リード31および負極リード32を取り付けたのち、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、最外周部に保護テープ37を接着して、巻回電極体30の前駆体である巻回体を形成する。次いで、この巻回体を外装部材40に挟み、一辺を除く外周縁部を熱融着して袋状とし、外装部材40の内部に収納する。続いて、溶媒と、電解質塩と、高分子化合物の原料であるモノマーと、重合開始剤と、必要に応じて重合禁止剤などの他の材料とを含む電解質用組成物を用意し、外装部材40の内部に注入する。   Further, this secondary battery may be manufactured as follows. First, the positive electrode 33 and the negative electrode 34 are prepared as described above, and after the positive electrode lead 31 and the negative electrode lead 32 are attached to the positive electrode 33 and the negative electrode 34, the positive electrode 33 and the negative electrode 34 are stacked via the separator 35 and wound. Rotate and adhere the protective tape 37 to the outermost periphery to form a wound body that is a precursor of the wound electrode body 30. Next, the wound body is sandwiched between the exterior members 40, and the outer peripheral edge portion excluding one side is heat-sealed to form a bag shape, and is stored inside the exterior member 40. Subsequently, an electrolyte composition including a solvent, an electrolyte salt, a monomer that is a raw material of the polymer compound, a polymerization initiator, and other materials such as a polymerization inhibitor as necessary is prepared, and the exterior member Inject into 40.

電解質用組成物を注入したのち、外装部材40の開口部を真空雰囲気下で熱融着して密封する。次いで、熱を加えてモノマーを重合させて高分子化合物とすることによりゲル状の電解質層36を形成し、図3に示した二次電池を組み立てる。   After injecting the electrolyte composition, the opening of the exterior member 40 is heat-sealed and sealed in a vacuum atmosphere. Next, heat is applied to polymerize the monomer to obtain a polymer compound, thereby forming a gel electrolyte layer 36, and assembling the secondary battery shown in FIG.

この二次電池の作用は、図1に示した円筒型の二次電池と同様である。   The operation of this secondary battery is the same as that of the cylindrical secondary battery shown in FIG.

このように本実施の形態に係る電池によれば、電解質に化5に示したフルオロカルボン酸エステルと、高誘電率溶媒とを含むようにしたので、負極22,34おける溶媒の分解反応を抑制することができ、サイクル特性を向上させることができる。   As described above, according to the battery according to the present embodiment, the electrolyte contains the fluorocarboxylic acid ester shown in Chemical Formula 5 and the high dielectric constant solvent, so that the decomposition reaction of the solvent in the negative electrodes 22 and 34 is suppressed. And cycle characteristics can be improved.

特に、負極22,34に電極反応物質を吸蔵および放出することが可能な負極活物質として、金属元素の単体,合金および化合物と、半金属元素の単体,合金および化合物とからなる群のうちの少なくとも1種を含む場合に効果的である。   In particular, the negative electrode active material capable of inserting and extracting electrode reactants into and from the negative electrodes 22 and 34 is selected from the group consisting of simple elements, alloys and compounds of metal elements and simple elements, alloys and compounds of metalloid elements. It is effective when at least one kind is included.

また、高誘電率溶媒として、環状炭酸エステルおよびそれら水素の一部をハロゲンで置換した環状炭酸エステル誘導体からなる群のうちの少なくとも1種を含むようにすれば、サイクル特性をより向上させることができ、特に、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンあるいは4−クロロ−1,3−ジオキソラン−2−オンを用いるようにすれば、高い効果を得ることができる。   If the high dielectric constant solvent includes at least one member selected from the group consisting of cyclic carbonates and cyclic carbonate derivatives obtained by substituting some of these hydrogens with halogen, cycle characteristics can be further improved. In particular, if 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one or 4-chloro-1,3-dioxolan-2-one is used, a high effect can be obtained.

更に、炭素数1から8のパーフルオロアルキル基または炭素数2から4のパーフルオロアルキレン基がO=S=O基に結合した構造を有するアニオンを含むようにすれば、フルオロカルボン酸エステルを高い割合で高誘電率溶媒に対して混合させることができ、高いイオン伝導性を得ることができる。   Furthermore, if an anion having a structure in which a perfluoroalkyl group having 1 to 8 carbon atoms or a perfluoroalkylene group having 2 to 4 carbon atoms is bonded to an O═S═O group is contained, the fluorocarboxylic acid ester is increased. A high dielectric constant solvent can be mixed at a ratio, and high ionic conductivity can be obtained.

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

(実施例1−1〜1−5)
図5に示したコイン型の二次電池を作製した。この二次電池は、正極51と、負極52とを電解液を含浸させたセパレータ53を介して積層し、外装缶54と外装カップ55との間に挟み、ガスケット56を介してかしめたものである。まず、正極活物質としてリチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2 )94質量部と、導電剤としてグラファイト3質量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン3質量部とを混合したのち、N−メチル−2−ピロリドンを添加し正極合剤スラリーを得た。次いで、得られた正極合剤スラリーを、厚み20μmのアルミニウム箔よりなる正極集電体51Aに均一に塗布し乾燥させて厚みが70μmの正極活物質層51Bを形成した。そののち、正極活物質層51Bが形成された正極集電体51Aを直径16mmの円形に打ち抜き、正極51を作製した。
(Examples 1-1 to 1-5)
The coin-type secondary battery shown in FIG. 5 was produced. This secondary battery is formed by laminating a positive electrode 51 and a negative electrode 52 via a separator 53 impregnated with an electrolytic solution, sandwiching between an outer can 54 and an outer cup 55 and caulking via a gasket 56. is there. First, after mixing 94 parts by mass of lithium cobalt composite oxide (LiCoO 2 ) as a positive electrode active material, 3 parts by mass of graphite as a conductive agent, and 3 parts by mass of polyvinylidene fluoride as a binder, N-methyl-2 -Pyrrolidone was added to obtain a positive electrode mixture slurry. Next, the obtained positive electrode mixture slurry was uniformly applied to a positive electrode current collector 51A made of an aluminum foil having a thickness of 20 μm and dried to form a positive electrode active material layer 51B having a thickness of 70 μm. After that, the positive electrode current collector 51A on which the positive electrode active material layer 51B was formed was punched into a circle having a diameter of 16 mm to produce the positive electrode 51.

また、厚み15μmの銅箔よりなる負極集電体52Aの上にスパッタ法により厚み5μmのケイ素よりなる負極活物質層52Bを形成した。そののち、負極活物質層52Bが形成された負極集電体52Aを直径16mmの円形に打ち抜き、負極52を作製した。   A negative electrode active material layer 52B made of silicon having a thickness of 5 μm was formed on the negative electrode current collector 52A made of copper foil having a thickness of 15 μm by sputtering. After that, the negative electrode current collector 52A on which the negative electrode active material layer 52B was formed was punched into a circle having a diameter of 16 mm to produce the negative electrode 52.

次いで、正極51と負極52とを厚み25μmの微多孔性ポリプロピレンフィルムよりなるセパレータ53を介して積層したのち、セパレータ53に電解液0.1gを注液して、これらをステンレスよりなる外装カップ55と外装缶54との中に入れ、それらをかしめることにより、図5に示した二次電池を得た。電解液には、実施例1−1〜1−5では、高誘電率溶媒と、低粘度溶媒と、電解質塩としてビス(トリフルオロメタンスルホン)イミドリチウムと、六フッ化リン酸リチウムとを、高誘電率溶媒:低粘度溶媒:ビス(トリフルオロメタンスルホン)イミドリチウム:六フッ化リン酸リチウム=36:36:26:2の質量比で混合したものを用いた。その際、高誘電率溶媒は、実施例1−1では炭酸エチレン、実施例1−2では4−クロロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、実施例1−3〜1−5では4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンとした。また、低粘度溶媒は、実施例1−1〜1−3ではトリフルオロ酢酸イソプロピルとし、実施例1−4ではトリフルオロ酢酸エチルとし、実施例1−5ではペンタフルオロプロピオン酸メチルとした。   Next, the positive electrode 51 and the negative electrode 52 are laminated via a separator 53 made of a microporous polypropylene film having a thickness of 25 μm, and then 0.1 g of an electrolytic solution is injected into the separator 53, and these are made of an exterior cup 55 made of stainless steel. And the outer can 54 and caulked them to obtain the secondary battery shown in FIG. In Examples 1-1 to 1-5, the electrolyte solution includes a high dielectric constant solvent, a low viscosity solvent, bis (trifluoromethanesulfone) imide lithium as an electrolyte salt, and lithium hexafluorophosphate. Dielectric constant solvent: low-viscosity solvent: bis (trifluoromethanesulfone) imidolithium: lithium hexafluorophosphate = 36: 36: 26: 2 mixed at a mass ratio was used. At that time, the high dielectric constant solvent was ethylene carbonate in Example 1-1, 4-chloro-1,3-dioxolan-2-one in Example 1-2, and 4-chloro in Examples 1-3 to 1-5. Fluoro-1,3-dioxolan-2-one was used. The low viscosity solvent was isopropyl trifluoroacetate in Examples 1-1 to 1-3, ethyl trifluoroacetate in Example 1-4, and methyl pentafluoropropionate in Example 1-5.

実施例1−1〜1−5に対する比較例1−1として、高誘電率溶媒を炭酸エチレンとし、低粘度溶媒を炭酸ジエチルとしたことを除き、他は実施例1−1〜1−5と同様にしてコイン型の二次電池を作製した。また、比較例1−2として、高誘電率溶媒を4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンとし、低粘度溶媒を炭酸ジエチルとしたことを除き、他は実施例1−1〜1−5と同様にしてコイン型の二次電池を作製した。更にまた、比較例1−3として、高誘電率溶媒として炭酸エチレンと、低粘度溶媒としてトリフルオロ酢酸イソプロピルと、電解質塩として六フッ化リン酸リチウムとを、炭酸エチレン:トリフルオロ酢酸イソプロピル:六フッ化リン酸リチウム=42:42:16の質量比で電解液を作製したが、溶媒が均一に混合せず、電解液として使用することができなかった。   As Comparative Example 1-1 with respect to Examples 1-1 to 1-5, except that the high dielectric constant solvent was ethylene carbonate and the low-viscosity solvent was diethyl carbonate, the others were the same as those of Examples 1-1 to 1-5. Similarly, a coin-type secondary battery was produced. Further, as Comparative Example 1-2, Examples 1-1 to 1 were otherwise performed except that the high dielectric constant solvent was 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one and the low viscosity solvent was diethyl carbonate. A coin-type secondary battery was produced in the same manner as in -5. Furthermore, as Comparative Example 1-3, ethylene carbonate as a high dielectric constant solvent, isopropyl trifluoroacetate as a low viscosity solvent, lithium hexafluorophosphate as an electrolyte salt, ethylene carbonate: isopropyl trifluoroacetate: six Although an electrolytic solution was prepared with a mass ratio of lithium fluorophosphate = 42: 42: 16, the solvent was not mixed uniformly and could not be used as the electrolytic solution.

得られた実施例1−1〜1−5および比較例1−1,1−2の二次電池について、1.77mAで4.2Vを上限として12時間充電し、その後10分間休止して1.77mAで2.5Vに達するまで放電するという充放電を繰り返し、50サイクル目の放電容量維持率を求めた。50サイクル目の放電容量維持率は、(50サイクル目の放電容量/初回放電容量)×100として計算した。得られた結果を表1に示す。   For the obtained secondary batteries of Examples 1-1 to 1-5 and Comparative examples 1-1 and 1-2, the battery was charged at 1.77 mA with 4.2 V as the upper limit for 12 hours, and then rested for 10 minutes. Charging / discharging of discharging until it reached 2.5 V at .77 mA was repeated, and the discharge capacity maintenance rate at the 50th cycle was determined. The discharge capacity retention rate at the 50th cycle was calculated as (discharge capacity at the 50th cycle / initial discharge capacity) × 100. The obtained results are shown in Table 1.

Figure 2006032300
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表1から分かるように、低粘度溶媒として化5に示したフルオロカルボン酸エステルであるトリフルオロ酢酸イソプロピルを用いた実施例1−1,1−3によれば、これを用いていない比較例1−1,1−2よりもそれぞれ放電容量維持率が向上した。また、高誘電率溶媒として環状炭酸エステルを用いた実施例1−1よりも、一部の水素をハロゲンで置換した環状炭酸エステル誘導体を用いた実施例1−2,1−3の方が、放電容量維持率が向上した。更に、トリフルオロ酢酸イソプロピルに代えて他のフルオロカルボン酸エステルを用いた実施例1−4,1−5でも放電容量維持率が向上した。   As can be seen from Table 1, according to Examples 1-1 and 1-3 using isopropyl trifluoroacetate which is a fluorocarboxylic acid ester shown in Chemical Formula 5 as a low-viscosity solvent, Comparative Example 1 in which this was not used The discharge capacity retention ratios were improved from -1 and 1-2, respectively. Further, Examples 1-2 and 1-3 using cyclic carbonate derivatives in which a part of hydrogen is substituted with halogen are more preferable than Example 1-1 using cyclic carbonate as a high dielectric constant solvent. Discharge capacity maintenance rate improved. Furthermore, in Examples 1-4 and 1-5 in which another fluorocarboxylic acid ester was used instead of isopropyl trifluoroacetate, the discharge capacity retention ratio was improved.

すなわち、低粘度溶媒として化5に示したフルオロカルボン酸エステルを用いれば、サイクル特性を向上させることができ、更に、高誘電率溶媒として一部の水素をハロゲンで置換した環状炭酸エステル誘導体を用いれば、サイクル特性をより向上させることができることが分かった。   That is, if the fluorocarboxylic acid ester shown in Chemical Formula 5 is used as the low-viscosity solvent, cycle characteristics can be improved, and a cyclic carbonate derivative in which a part of hydrogen is substituted with halogen can be used as the high dielectric constant solvent. It has been found that the cycle characteristics can be further improved.

(実施例2−1〜2−5,3−1〜3−5,4−1)
実施例2−1〜2−5として、負極活物質にスズを用い、厚み15μmの銅箔よりなる負極集電体52Aの上に真空蒸着法により厚み5μmのスズよりなる負極活物質層52Bを形成したことを除き、他は実施例1−1〜1−5と同様にしてコイン型の二次電池を作製した。
(Examples 2-1 to 2-5, 3-1 to 3-5, 4-1)
As Examples 2-1 to 2-5, a negative electrode active material layer 52B made of tin having a thickness of 5 μm was formed on a negative electrode current collector 52A made of copper foil having a thickness of 15 μm by vacuum vapor deposition using tin as the negative electrode active material. Except for the formation, coin-type secondary batteries were fabricated in the same manner as in Examples 1-1 to 1-5.

実施例3−1〜3−5として、負極活物質に質量比がスズ:コバルト=72:28であるスズ−コバルト合金を用い、このスズ−コバルト合金94質量部と、導電剤として黒鉛3質量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン3質量部とを混合し、N−メチル−2−ピロリドンを添加して、厚み15μmの銅箔よりなる負極集電体52Aに均一に塗布し乾燥させることにより厚み70μmの負極活物質層52Bを形成したことを除き、他は実施例1−1〜1−5と同様にして、コイン型の二次電池を作製した。   As Examples 3-1 to 3-5, a tin-cobalt alloy having a mass ratio of tin: cobalt = 72: 28 was used as the negative electrode active material, 94 parts by mass of this tin-cobalt alloy, and 3 parts by mass of graphite as a conductive agent. And 3 parts by mass of polyvinylidene fluoride as a binder, N-methyl-2-pyrrolidone is added, and uniformly applied to a negative electrode current collector 52A made of a copper foil having a thickness of 15 μm and dried. A coin-type secondary battery was fabricated in the same manner as in Examples 1-1 to 1-5, except that the negative electrode active material layer 52B having a thickness of 70 μm was formed by the above.

実施例4−1として、負極活物質に黒鉛を用い、この黒鉛97質量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン3質量部とをを混合し、N−メチル−2−ピロリドンを添加して、厚み15μmの銅箔よりなる負極集電体52Aに均一に塗布し乾燥させることにより厚み70μmの負極活物質層52Bを形成したことを除き、他は実施例1−3と同様にして、コイン型の二次電池を作製した。   As Example 4-1, using graphite as the negative electrode active material, mixing 97 parts by mass of this graphite and 3 parts by mass of polyvinylidene fluoride as a binder, adding N-methyl-2-pyrrolidone, A coin-type battery is formed in the same manner as in Example 1-3 except that the negative electrode active material layer 52B having a thickness of 70 μm is formed by uniformly applying and drying the negative electrode current collector 52A made of a copper foil having a thickness of 15 μm. A secondary battery was prepared.

これら実施例に対する比較例2−1,3−1として、高誘電率溶媒を炭酸エチレンとし、低粘度溶媒を炭酸ジエチルとしたことを除き、すなわち、比較例1−1と同様の電解液を用いたことを除き、他は実施例2−1〜2−5,3−1〜3−5と同様にしてコイン型の二次電池を作製した。また、比較例2−2,3−2,4−1として、高誘電率溶媒を4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンとし、低粘度溶媒を炭酸ジエチルとしたことを除き、すなわち、比較例1−2と同様の電解液を用いたことを除き、他は実施例2−1〜2−5,3−1〜3−5,4−1と同様にしてコイン型の二次電池を作製した。   As Comparative Examples 2-1 and 3-1 for these examples, except that the high dielectric constant solvent was ethylene carbonate and the low viscosity solvent was diethyl carbonate, that is, the same electrolytic solution as in Comparative Example 1-1 was used. Otherwise, coin-type secondary batteries were fabricated in the same manner as in Examples 2-1 to 2-5 and 3-1 to 3-5. Further, as Comparative Examples 2-2, 3-2 and 4-1, except that the high dielectric constant solvent was 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one and the low viscosity solvent was diethyl carbonate, Other than using the same electrolytic solution as in Comparative Example 1-2, other than the coin type secondary as in Examples 2-1 to 2-5, 3-1 to 3-5, 4-1. A battery was produced.

作製した実施例2−1〜2−5,3−1〜3−5,4−1および比較例2−1,2−2,3−1,3−2,4−1の二次電池についても、実施例1−1〜1−5と同様にして50サイクル目の放電容量維持率を求めた。それらの結果を表2〜4に示す。   Regarding the fabricated secondary batteries of Examples 2-1 to 2-5, 3-1 to 3-5, 4-1, and Comparative Examples 2-1, 2-2, 3-1, 3-2, 4-1. Also, the discharge capacity retention ratio at the 50th cycle was determined in the same manner as in Examples 1-1 to 1-5. The results are shown in Tables 2-4.

Figure 2006032300
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Figure 2006032300
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Figure 2006032300
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表2〜4から分かるように、実施例1−1〜1−5と同様に、実施例2−1〜2−5,3−1〜3−5,4−1によれば、比較例2−1,2−2,3−1,3−2,4−1よりも高い放電容量維持率が得られ、特に、高誘電率溶媒として一部の水素をハロゲンで置換した環状炭酸エステル誘導体を用いた実施例2−2〜2−5,3−2〜3−5においてより向上させることができた。すなわち、他の負極活物質を用いた場合においても、低粘度溶媒として化5に示したフルオロカルボン酸エステルを用いれば、サイクル特性を向上させることができ、更に、高誘電率溶媒として一部の水素をハロゲンで置換した環状炭酸エステル誘導体を用いれば、サイクル特性をより向上させることができることが分かった。   As can be seen from Tables 2 to 4, according to Examples 2-1 to 2-5, 3-1 to 3-5, 4-1, similarly to Examples 1-1 to 1-5, Comparative Example 2 -1,2-2,3-1, 3-2, 4-1, higher discharge capacity retention rate was obtained, and in particular, a cyclic carbonate derivative in which a part of hydrogen was substituted with halogen as a high dielectric constant solvent It was able to be improved more in the used Examples 2-2 to 2-5, 3-2 to 3-5. That is, even when other negative electrode active materials are used, if the fluorocarboxylic acid ester shown in Chemical Formula 5 is used as the low viscosity solvent, the cycle characteristics can be improved, and a part of the high dielectric constant solvent can be used. It has been found that cycle characteristics can be further improved by using a cyclic carbonate derivative in which hydrogen is substituted with halogen.

また、表1〜4を比較すれば分かるように、電極反応物質を吸蔵および放出可能な負極活物質として、金属元素あるいは半金属元素の単体,合金または化合物を用いた実施例1−1〜1−5,2−1〜2−5,3−1〜3−5によれば、比較例1−1,1−2,2−1,2−2,3−1,3−2に比べて放電容量維持率を大幅に向上させることができたのに対して、炭素材料を用いた実施例4−1では僅かに向上させることができたのみであった。   Further, as can be seen by comparing Tables 1 to 4, Examples 1-1 to 1-1 using a metal element or a semi-metal element as a simple substance, an alloy, or a compound as a negative electrode active material capable of occluding and releasing an electrode reactant. According to -5, 2-1 to 2-5, 3-1 to 3-5, compared with Comparative Examples 1-1, 1-2, 2-1, 2-2, 3-1, 3-2 While the discharge capacity retention rate could be greatly improved, Example 4-1 using a carbon material could only improve slightly.

すなわち、電極反応物質を吸蔵および放出可能な負極活物質として、金属元素あるいは半金属元素の単体,合金または化合物を用いる場合に、低粘度溶媒として化5に示したフルオロカルボン酸エステルを用いるようにすれば、高い効果を得ることができることが分かった。   That is, when a single element, alloy or compound of a metal element or metalloid element is used as a negative electrode active material capable of occluding and releasing an electrode reactant, the fluorocarboxylic acid ester shown in Chemical Formula 5 is used as a low viscosity solvent. It was found that a high effect can be obtained.

(実施例5−1,5−2,6−1,6−2,7−1,7−2)
電解質塩をトリス(トリフルオロメタンスルホン)メチドリチウムおよび六フッ化リン酸リチウム、またはビス(ペンタフルオロエタンスルホン)イミドリチウムに代えたことを除き、他は実施例1−3,実施例2−3,または実施例3−3と同様にしてコイン型の二次電池を作製した。電解液の組成は、実施例5−1,6−1,7−1では、質量比で、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン:トリフルオロ酢酸イソプロピル:トリス(トリフルオロメタンスルホン)メチドリチウム:六フッ化リン酸リチウム=33:33:32:2とした。また、実施例5−2,6−2,7−2では、質量比で、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン:トリフルオロ酢酸イソプロピル:ビス(ペンタフルオロエタンスルホン)イミドリチウム=33:33:34とした。
(Examples 5-1, 5-2, 6-1, 6-2, 7-1, 7-2)
Except for replacing the electrolyte salt with lithium tris (trifluoromethanesulfone) methide lithium and lithium hexafluorophosphate, or lithium bis (pentafluoroethanesulfone) imido, Example 1-3, Example 2-3, or A coin-type secondary battery was produced in the same manner as in Example 3-3. In Examples 5-1, 6-1 and 7-1, the composition of the electrolytic solution was, by mass ratio, 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one: isopropyl trifluoroacetate: tris (trifluoromethanesulfone). Lithium methide: lithium hexafluorophosphate = 33: 33: 32: 2. In Examples 5-2, 6-2, and 7-2, by mass ratio, 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one: isopropyl trifluoroacetate: bis (pentafluoroethanesulfone) imide lithium = 33:33:34.

作製した実施例5−1,5−2,6−1,6−2,7−1,7−2の二次電池についても、実施例1−3,2−3,3−3と同様にして50サイクル目の放電容量維持率を求めた。それらの結果を実施例1−3,実施例2−3,または実施例3−3の結果と共に表5〜7に示す。   The fabricated secondary batteries of Examples 5-1, 5-2, 6-1, 6-2, 7-1, 7-2 were the same as in Examples 1-3, 2-3, and 3-3. The discharge capacity retention rate at the 50th cycle was determined. The results are shown in Tables 5 to 7 together with the results of Example 1-3, Example 2-3, or Example 3-3.

Figure 2006032300
Figure 2006032300

Figure 2006032300
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Figure 2006032300
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表5〜7から分かるように、ビス(トリフルオロメタンスルホン)イミドリチウムに代えて他のパーフルオロアルキレン基がO=S=O基に結合した構造を有するアニオンを解離により生じる電解質塩を用いた実施例5−1,6−1,7−1によっても、実施例1−3,2−3,3−3と同様に容量維持率が向上した。また、六フッ化リン酸リチウムを用いていない実施例5−2,6−2,6−3によっても同様に容量維持率が向上した。   As can be seen from Tables 5 to 7, in place of bis (trifluoromethanesulfone) imide lithium, an implementation using an electrolyte salt generated by dissociation of an anion having a structure in which another perfluoroalkylene group is bonded to an O═S═O group Also in Examples 5-1, 6-1 and 7-1, the capacity retention rate was improved in the same manner as in Examples 1-3, 2-3 and 3-3. In addition, the capacity retention rate was similarly improved in Examples 5-2, 6-2, and 6-3 that did not use lithium hexafluorophosphate.

すなわち、パーフルオロアルキレン基がO=S=O基に結合した構造を有するアニオンを解離により生じる電解質塩を用いるようにすれば、サイクル特性を向上させることができ、その場合、他の電解質塩と混合してもよいことが分かった。   That is, if an electrolyte salt produced by dissociation of an anion having a structure in which a perfluoroalkylene group is bonded to an O═S═O group is used, cycle characteristics can be improved. It turned out that it may mix.

(実施例8−1,9−1,10−1)
トリフルオロ酢酸イソプロピルの含有量を変化させたことを除き、すなわち、電解液の組成を変化させたことを除き、他は実施例1−3,実施例2−3,または実施例3−3と同様にしてコイン型の二次電池を作製した。実施例8−1,9−1,10−1の電解液の組成は、質量比で、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン:トリフルオロ酢酸イソプロピル:ビス(ペンタフルオロメタンスルホン)イミドリチウム:六フッ化リン酸リチウム=48:24:26:2とした。
(Examples 8-1, 9-1, 10-1)
Except for changing the content of isopropyl trifluoroacetate, that is, changing the composition of the electrolytic solution, the others were as in Example 1-3, Example 2-3, or Example 3-3. Similarly, a coin-type secondary battery was produced. The compositions of the electrolyte solutions of Examples 8-1, 9-1, and 10-1 are, by mass ratio, 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one: isopropyl trifluoroacetate: bis (pentafluoromethanesulfone). Imidolithium: lithium hexafluorophosphate = 48: 24: 26: 2.

作製した実施例8−1,9−1,10−1の二次電池についても、実施例1−3,2−3,3−3と同様にして50サイクル目の放電容量維持率を求めた。それらの結果を実施例1−3,5−1,5−2、実施例2−3,6−1,6−2、または実施例3−3,7−1,7−2の結果と共に表8〜10に示す。   For the fabricated secondary batteries of Examples 8-1, 9-1, and 10-1, the discharge capacity retention ratio at the 50th cycle was determined in the same manner as in Examples 1-3, 2-3, and 3-3. . The results are shown together with the results of Examples 1-3, 5-1, 5-2, Examples 2-3, 6-1, 6-2, or Examples 3-3, 7-1, 7-2. Shown in 8-10.

Figure 2006032300
Figure 2006032300

Figure 2006032300
Figure 2006032300

Figure 2006032300
Figure 2006032300

表8〜10から分かるように、トリフルオロ酢酸イソプロピルの含有量が多くなるに従い、放電容量維持率は上昇し、極大値を示したのち低下した。すなわち、化5に示したフルオロカルボン酸エステルの含有量は、25質量%以上が好ましいことが分かった。   As can be seen from Tables 8 to 10, the discharge capacity retention rate increased as the content of isopropyl trifluoroacetate increased, and then decreased after showing the maximum value. That is, it was found that the content of the fluorocarboxylic acid ester shown in Chemical Formula 5 is preferably 25% by mass or more.

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、本発明は実施の形態および実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態および実施例では、コイン型の二次電池,および巻回構造の二次電池を具体的に挙げて説明したが、本発明は、角型,シート型あるいはカード型、または正極および負極を複数積層した積層構造を有する二次電池についても同様に適用することができる。また、本発明は、二次電池に限らず、一次電池などの他の電池についても同様に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 embodiments and examples, and various modifications can be made. For example, in the above-described embodiments and examples, a coin-type secondary battery and a wound-structure secondary battery have been specifically described. However, the present invention is not limited to a square-type, sheet-type or card-type, or The present invention can be similarly applied to a secondary battery having a stacked structure in which a plurality of positive electrodes and negative electrodes are stacked. Further, the present invention is not limited to the secondary battery, and can be similarly applied to other batteries such as a primary battery.

加えて、上記実施の形態および実施例では、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)などの長周期型周期表における他の1族の元素、またはマグネシウムあるいはカルシウム(Ca)などの長周期型周期表における2族の元素、またはアルミニウムなどの他の軽金属、またはリチウムあるいはこれらの合金を用いる場合についても、本発明を適用することができ、同様の効果を得ることができる。その際、電極反応物質を吸蔵および放出することが可能な負極材料、正極材料あるいは非水溶媒などは、その電極反応物質に応じて選択される。   In addition, in the above embodiments and examples, the case where lithium is used as the electrode reactant has been described. However, other group 1 elements in the long-period periodic table such as sodium (Na) or potassium (K), or The present invention can also be applied to the case of using elements of Group 2 in the long-period periodic table such as magnesium or calcium (Ca), other light metals such as aluminum, lithium, or alloys thereof. An effect can be obtained. At that time, a negative electrode material, a positive electrode material, a non-aqueous solvent, or the like that can occlude and release the electrode reactant is selected according to the electrode reactant.

本発明の一実施の形態に係る二次電池の構成を表す断面図である。It is sectional drawing showing the structure of the secondary battery which concerns on one embodiment of this invention. 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. 本発明の他の実施の形態に係る二次電池の構成を表す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view showing the structure of the secondary battery which concerns on other embodiment of this invention. 図3で示した巻回電極体のI−I線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the II line | wire of the winding electrode body shown in FIG. 実施例で作製した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 produced in the Example.

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、17,56…ガスケット、20,30…巻回電極体、21,33,51…正極、21A,33A,51A…正極集電体、21B,33B,51B…正極活物質層、22,34,52…負極、22A,34A,52A…負極集電体、22B,34B,52B…負極活物質層、23,35,53…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、37…保護テープ、40…外装部材、41…密着フィルム、54…外装缶、55…外装カップ
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, 56 ... Gasket, 20, 30 ... Winding electrode body, 21 , 33, 51 ... positive electrode, 21A, 33A, 51A ... positive electrode current collector, 21B, 33B, 51B ... positive electrode active material layer, 22, 34, 52 ... negative electrode, 22A, 34A, 52A ... negative electrode current collector, 22B, 34B, 52B ... negative electrode active material layer, 23, 35, 53 ... separator, 24 ... center pin, 25, 31 ... positive electrode lead, 26, 32 ... negative electrode lead, 36 ... electrolyte, 37 ... protective tape, 40 ... exterior member, 41 ... Adhesion film, 54 ... Exterior can, 55 ... Exterior cup

Claims (15)

化1に示したフルオロカルボン酸エステルと、高誘電率溶媒とを含むことを特徴とする電解液。
Figure 2006032300
(式中、R1は、炭素数1から5であるアルキル基の少なくとも一部の水素をフッ素で置換した基を表す。R2は、炭素数1から4のアルキル基あるいはそれらの少なくとも一部の水素をフッ素で置換した基を表す。)
An electrolytic solution comprising the fluorocarboxylic acid ester represented by Chemical Formula 1 and a high dielectric constant solvent.
Figure 2006032300
(In the formula, R1 represents a group in which at least part of hydrogen of an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms is substituted with fluorine. R2 represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms or at least part of hydrogen thereof. Represents a group substituted with fluorine.)
前記フルオロカルボン酸エステルを25質量%以上含むことを特徴とする請求項1記載の電解液。   2. The electrolytic solution according to claim 1, comprising 25 mass% or more of the fluorocarboxylic acid ester. 前記フルオロカルボン酸エステルは、トリフルオロ酢酸メチル,トリフルオロ酢酸エチル,トリフルオロ酢酸プロピル,トリフルオロ酢酸ブチル,ペンタフルオロプロピオン酸メチル,ペンタフルオロプロピオン酸エチル,ペンタフルオロプロピオン酸プロピルおよびペンタフルオロプロピオン酸ブチル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 fluorocarboxylic acid ester is methyl trifluoroacetate, ethyl trifluoroacetate, propyl trifluoroacetate, butyl trifluoroacetate, methyl pentafluoropropionate, ethyl pentafluoropropionate, propyl pentafluoropropionate and butyl pentafluoropropionate The electrolytic solution according to claim 1, comprising at least one member selected from the group consisting of: 前記高誘電率溶媒は、環状炭酸エステルおよびそれら水素の一部をハロゲンで置換した環状炭酸エステル誘導体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。   2. The electrolytic solution according to claim 1, wherein the high dielectric constant solvent includes at least one member selected from the group consisting of cyclic carbonates and cyclic carbonate derivatives obtained by substituting some of their hydrogens with halogens. 前記環状炭酸エステル誘導体は、4−フルオロ−1,3−オキソラン−オンおよび4−クロロ−1,3−オキソラン−オンのうちの少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項4記載の電解液。   The electrolytic solution according to claim 4, wherein the cyclic carbonate derivative contains at least one of 4-fluoro-1,3-oxolane-one and 4-chloro-1,3-oxolane-one. 更に、炭素数が1から8のパーフルオロアルキル基または炭素数2から4のパーフルオロアルキレン基がO=S=O基に結合した構造を有するアニオンを含むことを特徴とする請求項1記載の電解液。   2. The anion having a structure in which a perfluoroalkyl group having 1 to 8 carbon atoms or a perfluoroalkylene group having 2 to 4 carbon atoms is bonded to an O═S═O group. Electrolytic solution. 前記アニオンは、化2から化5に示したアニオンのうちの少なくとも1種を含有することを特徴とする請求項6記載の電解液。
Figure 2006032300
(式中、R3は、炭素数1から8のパーフルオロアルキル基を表す。)
Figure 2006032300
(式中、R4,R5は、炭素数1から8のパーフルオロアルキル基を表す。)
Figure 2006032300
(式中、R6,R7およびR8は、炭素数1から8のパーフルオロアルキル基を表す。)
Figure 2006032300
(式中、R9は、炭素数2から4のパーフルオロアルキレン基を表す。)
The electrolytic solution according to claim 6, wherein the anion contains at least one of the anions shown in Chemical Formulas 2 to 5.
Figure 2006032300
(In the formula, R3 represents a perfluoroalkyl group having 1 to 8 carbon atoms.)
Figure 2006032300
(In the formula, R4 and R5 each represent a perfluoroalkyl group having 1 to 8 carbon atoms.)
Figure 2006032300
(In the formula, R6, R7 and R8 represent a perfluoroalkyl group having 1 to 8 carbon atoms.)
Figure 2006032300
(In the formula, R9 represents a perfluoroalkylene group having 2 to 4 carbon atoms.)
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、化6に示したフルオロカルボン酸エステルと、高誘電率溶媒とを含むことを特徴とする電池。
Figure 2006032300
(式中、R1は、炭素数1から5であるアルキル基の少なくとも一部の水素をフッ素で置換した基を表す。R2は、炭素数1から4のアルキル基あるいはそれらの少なくとも一部の水素をフッ素で置換した基を表す。)
A battery comprising an electrolyte solution together with a positive electrode and a negative electrode,
The battery characterized in that the electrolytic solution contains the fluorocarboxylic acid ester shown in Chemical Formula 6 and a high dielectric constant solvent.
Figure 2006032300
(In the formula, R1 represents a group in which at least part of hydrogen of an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms is substituted with fluorine. R2 represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms or at least part of hydrogen thereof. Represents a group substituted with fluorine.)
前記電解液は、前記フルオロカルボン酸エステルを25質量%以上含むことを特徴とする請求項8記載の電池。   The battery according to claim 8, wherein the electrolytic solution contains 25% by mass or more of the fluorocarboxylic acid ester. 前記フルオロカルボン酸エステルは、トリフルオロ酢酸メチル,トリフルオロ酢酸エチル,トリフルオロ酢酸プロピル,トリフルオロ酢酸ブチル,ペンタフルオロプロピオン酸メチル,ペンタフルオロプロピオン酸エチル,ペンタフルオロプロピオン酸プロピルおよびペンタフルオロプロピオン酸ブチル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8記載の電池。   The fluorocarboxylic acid ester is methyl trifluoroacetate, ethyl trifluoroacetate, propyl trifluoroacetate, butyl trifluoroacetate, methyl pentafluoropropionate, ethyl pentafluoropropionate, propyl pentafluoropropionate and butyl pentafluoropropionate The battery according to claim 8, comprising at least one member selected from the group consisting of: 前記高誘電率溶媒は、環状炭酸エステルおよびそれら水素の一部をハロゲンで置換した環状炭酸エステル誘導体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8記載の電池。   9. The battery according to claim 8, wherein the high dielectric constant solvent includes at least one member selected from the group consisting of cyclic carbonates and cyclic carbonate derivatives obtained by substituting some of the hydrogen atoms with halogens. 前記環状炭酸エステル誘導体は、4−フルオロ−1,3−オキソラン−オンおよび4−クロロ−1,3−オキソラン−オンのうちの少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項11記載の電池。   12. The battery according to claim 11, wherein the cyclic carbonate derivative includes at least one of 4-fluoro-1,3-oxolane-one and 4-chloro-1,3-oxolane-one. 前記電解液は、更に、炭素数1から8のパーフルオロアルキル基または炭素数2から4のパーフルオロアルキレン基がO=S=O基に結合した構造を有するアニオンを含むことを特徴とする請求項8記載の電池。   The electrolyte solution further includes an anion having a structure in which a perfluoroalkyl group having 1 to 8 carbon atoms or a perfluoroalkylene group having 2 to 4 carbon atoms is bonded to an O═S═O group. Item 9. The battery according to Item 8. 前記アニオンは、化7から化10に示したアニオンのうちの少なくとも1種を含有することを特徴とする請求項13記載の電池。
Figure 2006032300
(式中、R3は、炭素数1から8のパーフルオロアルキル基を表す。)
Figure 2006032300
(式中、R4,R5は、炭素数1から8のパーフルオロアルキル基を表す。)
Figure 2006032300
(式中、R6,R7およびR8は、炭素数1から8のパーフルオロアルキル基を表す。)
Figure 2006032300
(式中、R9は、炭素数2から4のパーフルオロアルキレン基を表す。)
The battery according to claim 13, wherein the anion contains at least one of the anions shown in Chemical Formula 7 to Chemical Formula 10.
Figure 2006032300
(In the formula, R3 represents a perfluoroalkyl group having 1 to 8 carbon atoms.)
Figure 2006032300
(In the formula, R4 and R5 each represent a perfluoroalkyl group having 1 to 8 carbon atoms.)
Figure 2006032300
(In the formula, R6, R7 and R8 represent a perfluoroalkyl group having 1 to 8 carbon atoms.)
Figure 2006032300
(In the formula, R9 represents a perfluoroalkylene group having 2 to 4 carbon atoms.)
前記負極は、電極反応物質を吸蔵および放出することが可能な負極活物質として、金属元素の単体,合金および化合物と、半金属元素の単体,合金および化合物と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8記載の電池。
The negative electrode is at least one member selected from the group consisting of simple elements, alloys and compounds of metal elements and simple elements, alloys and compounds of metalloid elements as negative electrode active materials capable of inserting and extracting electrode reactants. The battery according to claim 8, comprising:
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