JP2008112617A - Nonaqueous electrolyte solution for battery and nonaqueous electrolyte solution battery equipped with the same - Google Patents

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正珠 大月
Yuji Sugano
裕士 菅野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide nonaqueous electrolyte solution for a battery with excellent safety and yet capable of improving battery performance. <P>SOLUTION: The nonaqueous electrolyte solution for a battery contains ionic liquid having a phosphorus-nitrogen double bond, an anhydrous dicarboxylic acid compound having a cyclic structure, and supporting salt. Further, 5-norbornene-2,3-dicarboxylic anhydride, 1,2,3,6-tetrahydro phthalic anhydride, and bicyclo [2.2.2] octo-5-ene-2,3-dicarboxylic anhydride are preferred as the anhydrous dicarboxylic acid compound having the cyclic structure, and a content of the anhydrous dicarboxylic acid compound having the cyclic structure is preferred to be in the range of 0.1 to 3.0% by mass of the total nonaqueous electrolyte solution for the battery. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、電池用非水電解液及びそれを備えた非水電解液電池に関し、特に特定のイオン液体及び無水ジカルボン酸を含有し、優れた安全性及び電池性能を有する電池用非水電解液に関するものである。   TECHNICAL FIELD The present invention relates to a battery non-aqueous electrolyte and a non-aqueous electrolyte battery including the same, and in particular, contains a specific ionic liquid and dicarboxylic anhydride and has excellent safety and battery performance. It is about.

近年、電気自動車や燃料電池自動車の主電源若しくは補助電源として、又は小型電子機器の電源として、軽量且つ長寿命で、高エネルギー密度の電池が求められている。これに対し、リチウムを負極活物質とする非水電解液電池は、リチウムの電極電位が金属中で最も低く、単位体積当りの電気容量が大きいために、エネルギー密度の高い電池の一つとして知られており、1次電池・2次電池を問わず多くの種類のものが活発に研究され、一部が実用化し市場に供給されている。例えば、非水電解液1次電池は、カメラ、電子ウォッチ及び各種メモリーバックアップ用電源として用いられている。また、非水電解液2次電池は、ノート型パソコン及び携帯電話等の駆動電源として用いられており、更には、電気自動車や燃料電池自動車の主電源若しくは補助電源として用いることが検討されている。   In recent years, there has been a demand for lightweight, long-life, high-energy-density batteries as main power sources or auxiliary power sources for electric vehicles and fuel cell vehicles, or as power sources for small electronic devices. In contrast, a non-aqueous electrolyte battery using lithium as a negative electrode active material is known as one of batteries having a high energy density because the electrode potential of lithium is the lowest among metals and the electric capacity per unit volume is large. Many types of batteries, whether primary batteries or secondary batteries, have been actively researched, and some have been put into practical use and supplied to the market. For example, non-aqueous electrolyte primary batteries are used as power sources for cameras, electronic watches, and various memory backups. In addition, non-aqueous electrolyte secondary batteries are used as drive power sources for notebook computers and mobile phones, and are also being considered for use as main power sources or auxiliary power sources for electric vehicles and fuel cell vehicles. .

これらの非水電解液電池においては、負極活物質のリチウムが水及びアルコール等の活性プロトンを有する化合物と激しく反応するため、該電池に使用される電解液は、エステル化合物及びエーテル化合物等の非プロトン性有機溶媒に限られている。しかしながら、上記非プロトン性有機溶媒は、負極活物質のリチウムとの反応性が低いものの、例えば、電池の短絡時等に大電流が急激に流れ、電池が異常に発熱した際に、気化・分解してガスを発生したり、発生したガス及び熱により電池の破裂・発火を引き起こしたり、短絡時に生じる火花が引火する等の危険性が高い。   In these non-aqueous electrolyte batteries, lithium as the negative electrode active material reacts violently with compounds having active protons such as water and alcohol, so that the electrolyte used in the batteries is non-ester compounds and ether compounds. Limited to protic organic solvents. However, although the aprotic organic solvent has low reactivity with the lithium of the negative electrode active material, for example, when a battery is short-circuited, a large current flows suddenly, and when the battery abnormally generates heat, it is vaporized and decomposed. Therefore, there is a high risk of generating gas, causing the battery to rupture or ignite due to the generated gas and heat, and sparks generated during a short circuit.

この問題に対して、非水電解液を難燃化する方法が検討されており、例えば、非水電解液にリン酸トリメチル等のリン酸エステル類を用いたり、非プロトン性有機溶媒にリン酸エステル類を添加したりする方法が提案されている(特許文献1〜3参照)。しかしながら、これらリン酸エステル類は、充放電を繰り返すことで、徐々に負極で還元分解され、充放電効率及びサイクル特性等の電池特性が大きく劣化するという問題がある。   To solve this problem, methods for making non-aqueous electrolytes flame-retardant have been studied. For example, phosphoric acid esters such as trimethyl phosphate are used for non-aqueous electrolytes, or phosphoric acid is used for aprotic organic solvents. Methods for adding esters have been proposed (see Patent Documents 1 to 3). However, these phosphate esters have a problem in that they are gradually reduced and decomposed at the negative electrode by repeating charge and discharge, and battery characteristics such as charge and discharge efficiency and cycle characteristics are greatly deteriorated.

一方、1992年のWilkesらの報告以来、常温で液体であり、イオン伝導性に優れた物質として、イオン液体が注目を集めている。該イオン液体は、陽イオンと陰イオンが静電気的引力で結合しており、イオンキャリア数が非常に多く、更には粘度も比較的低いため、イオンの移動度が常温でも高く、従って、イオン伝導性が非常に高いという特性を有する。また、イオン液体は、陽イオンと陰イオンのみで構成されているため、沸点が高く、液体状態を保持できる温度範囲が非常に広い。更に、該イオン液体は、蒸気圧が殆どないため、引火性が低く、熱的安定性も非常に優れている(非特許文献1及び2参照)。これら様々な利点を有するため、イオン液体は、昨今、非水電解液2次電池の電解液への適用が検討されている(特許文献4及び5参照)。しかしながら、これら従来のイオン液体は、常温で液体であるために通常有機基を含む。そのため、これら従来のイオン液体は、燃焼の危険性があり、従来のイオン液体を添加しても、非水電解液の発火・引火の危険性を十分に低減できない。   On the other hand, since the report of Wilkes et al. In 1992, an ionic liquid has attracted attention as a substance that is liquid at room temperature and has excellent ionic conductivity. In the ionic liquid, the cation and the anion are combined by electrostatic attraction, the number of ion carriers is very large, and the viscosity is relatively low, so that the ion mobility is high even at room temperature. It has the characteristic that the property is very high. In addition, since the ionic liquid is composed only of cations and anions, the boiling point is high and the temperature range in which the liquid state can be maintained is very wide. Furthermore, since the ionic liquid has almost no vapor pressure, it has low flammability and excellent thermal stability (see Non-Patent Documents 1 and 2). Due to these various advantages, application of the ionic liquid to the electrolyte of a non-aqueous electrolyte secondary battery has recently been studied (see Patent Documents 4 and 5). However, these conventional ionic liquids usually contain organic groups because they are liquid at room temperature. Therefore, these conventional ionic liquids have a risk of combustion, and even if the conventional ionic liquid is added, the risk of ignition / flammability of the non-aqueous electrolyte cannot be sufficiently reduced.

特開平4−184870号公報JP-A-4-184870 特開平8−22839号公報JP-A-8-22839 特開2000−182669号公報JP 2000-182669 A 特開2004−111294号公報JP 2004-111294 A 特開2004−146346号公報JP 2004-146346 A J. Electrochem. Soc., 144 (1997) 3881J. Electrochem. Soc., 144 (1997) 3881 「イオン性液体の機能創成と応用」,エヌ. ティー. エス,(2004)“Functional creation and application of ionic liquids”, NTS, (2004)

そこで、本発明の目的は、上記従来技術の問題を解決し、優れた安全性を有する上、電池性能を向上させることが可能な電池用非水電解液を提供することにある。また、本発明の他の目的は、かかる電解液を備え、優れた安全性及び電池性能を有する非水電解液電池を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a non-aqueous electrolyte for a battery that solves the above-described problems of the prior art, has excellent safety, and can improve battery performance. Another object of the present invention is to provide a non-aqueous electrolyte battery comprising such an electrolyte and having excellent safety and battery performance.

本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討した結果、リン−窒素間二重結合を有するイオン液体及び環状構造を有する無水ジカルボン酸化合物を含む非水電解液が高い安全性を有し、また、該電解液を非水電解液電池に適用することで、非水電解液電池の電池性能を大幅に改善できることを見出し、本発明を完成させるに至った。   As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have found that a non-aqueous electrolyte containing an ionic liquid having a phosphorus-nitrogen double bond and a dicarboxylic anhydride compound having a cyclic structure has high safety. Moreover, it has been found that the battery performance of the nonaqueous electrolyte battery can be significantly improved by applying the electrolyte to a nonaqueous electrolyte battery, and the present invention has been completed.

即ち、本発明の電池用非水電解液は、
リン−窒素間二重結合を有するイオン液体と、
環状構造を有する無水ジカルボン酸化合物と、
支持塩と
を含有することを特徴とする。
That is, the non-aqueous electrolyte for a battery of the present invention is
An ionic liquid having a phosphorus-nitrogen double bond;
A dicarboxylic anhydride compound having a cyclic structure;
And a supporting salt.

本発明の電池用非水電解液において、前記環状構造を有する無水ジカルボン酸化合物としては、無水5-ノルボルネン-2,3-ジカルボン酸、無水1,2,3,6-テトラヒドロフタル酸及び無水ビシクロ[2.2.2]オクト-5-エン-2,3-ジカルボン酸が好ましい。   In the non-aqueous electrolyte for a battery of the present invention, the dicarboxylic anhydride compound having a cyclic structure includes anhydrous 5-norbornene-2,3-dicarboxylic acid, anhydrous 1,2,3,6-tetrahydrophthalic acid and anhydrous bicyclo [2.2.2] Oct-5-ene-2,3-dicarboxylic acid is preferred.

本発明の電池用非水電解液は、更に、非プロトン性有機溶媒を含有することが好ましい。   It is preferable that the nonaqueous electrolytic solution for a battery of the present invention further contains an aprotic organic solvent.

本発明の電池用非水電解液の好適例においては、前記環状構造を有する無水ジカルボン酸化合物の含有量が前記電池用非水電解液全体の0.1〜3.0質量%である。   In the suitable example of the non-aqueous electrolyte for batteries of this invention, content of the dicarboxylic anhydride compound which has the said cyclic structure is 0.1-3.0 mass% of the whole non-aqueous electrolyte for batteries.

本発明の電池用非水電解液において、前記イオン液体としては、下記一般式(I):
(NPR1 2)n ・・・ (I)
[式中、R1は、それぞれ独立してハロゲン元素又は一価の置換基で、少なくとも一つのR1は、下記一般式(II):
−N+2 3- ・・・ (II)
(式中、R2は、それぞれ独立して一価の置換基又は水素で、但し、少なくとも一つのR2は水素ではなく、また、R2は互いに結合して環を形成してもよく;X-は一価のアニオンを表す)で表されるイオン性置換基であり、且つ少なくとも一つのR1はフッ素であり;nは3又は4である]で表されるイオン液体が好ましい。
In the non-aqueous electrolyte for a battery of the present invention, the ionic liquid includes the following general formula (I):
(NPR 1 2 ) n ... (I)
[Wherein R 1 is independently a halogen element or a monovalent substituent, and at least one R 1 is represented by the following general formula (II):
-N + R 2 3 X - ··· (II)
Wherein R 2 is each independently a monovalent substituent or hydrogen, provided that at least one R 2 is not hydrogen and R 2 may be bonded to each other to form a ring; X represents a monovalent anion), and at least one R 1 is fluorine; n is 3 or 4. An ionic liquid represented by

また、本発明の非水電解液電池は、上記の電池用非水電解液と、正極と、負極とを備えることを特徴とする。   Moreover, the non-aqueous electrolyte battery of the present invention comprises the above-described non-aqueous electrolyte for batteries, a positive electrode, and a negative electrode.

本発明によれば、リン−窒素間二重結合を有するイオン液体と、環状構造を有する無水ジカルボン酸化合物とを含有し、燃焼の危険性が低く、安全な電池用非水電解液を提供することができる。また、かかる電解液を備え、安全性及び電池性能に優れた非水電解液電池を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the nonaqueous electrolyte for batteries containing the ionic liquid which has a phosphorus-nitrogen double bond, and the dicarboxylic anhydride compound which has a cyclic structure is low, and the danger of combustion is low. be able to. Moreover, the non-aqueous electrolyte battery provided with this electrolyte solution and excellent in safety and battery performance can be provided.

<電池用非水電解液>
以下に、本発明の電池用非水電解液を詳細に説明する。本発明の電池用非水電解液は、リン−窒素間二重結合を有するイオン液体と、環状構造を有する無水ジカルボン酸化合物と、支持塩とを含有することを特徴とする。
<Non-aqueous electrolyte for batteries>
Below, the non-aqueous electrolyte for batteries of the present invention will be described in detail. The nonaqueous electrolytic solution for a battery of the present invention is characterized by containing an ionic liquid having a phosphorus-nitrogen double bond, a dicarboxylic anhydride compound having a cyclic structure, and a supporting salt.

本発明の電池用非水電解液に含まれるイオン液体は、分解して、窒素ガスやリン酸エステル等を発生する。そして、発生した窒素ガスの作用によって、電解液が燃焼する危険性が低減されると共に、発生したリン酸エステル等の作用によって、電池を構成する高分子材料の連鎖分解が抑制されるため、電池の発火・引火の危険性を効果的に低減することができる。また、上記イオン液体がハロゲンを含む場合、万が一の燃焼時にはハロゲンが活性ラジカルの捕捉剤として機能し、電解液の燃焼の危険性を低減する。更に、上記イオン液体が有機置換基を含む場合、燃焼時にセパレーター上に炭化物(チャー)を生成するため酸素の遮断効果もある。また、理由は必ずしも明らかではないが、上記イオン液体と上記環状構造を有する無水ジカルボン酸化合物により生じる電極表面の皮膜が、該電解液の分解を効果的に抑制するため、安定した充放電特性を実現でき、サイクル特性等の電池性能を改善することができる。   The ionic liquid contained in the battery non-aqueous electrolyte of the present invention is decomposed to generate nitrogen gas, phosphate ester, and the like. The risk of the electrolyte solution burning is reduced by the action of the generated nitrogen gas, and the chain decomposition of the polymer material constituting the battery is suppressed by the action of the generated phosphate ester, etc. The risk of ignition and ignition can be effectively reduced. When the ionic liquid contains a halogen, the halogen functions as an active radical scavenger in the unlikely event of combustion, reducing the risk of the electrolyte burning. Further, when the ionic liquid contains an organic substituent, it produces a carbide (char) on the separator at the time of combustion, and has an oxygen blocking effect. Moreover, although the reason is not necessarily clear, since the coating on the electrode surface produced by the ionic liquid and the dicarboxylic anhydride compound having the cyclic structure effectively suppresses decomposition of the electrolytic solution, stable charge / discharge characteristics are obtained. The battery performance such as cycle characteristics can be improved.

本発明の電池用非水電解液に用いるイオン液体は、少なくとも融点が50℃以下であり、融点が20℃以下であることが好ましい。また、該イオン液体は、カチオン部及びアニオン部からなり、該カチオン部及びアニオン部が静電気的引力で結合している。ここで、該イオン液体は、カチオン部にリン−窒素間二重結合を有することが好ましく、上記一般式(I)で表されるイオン性化合物であることが更に好ましい。   The ionic liquid used for the non-aqueous electrolyte for a battery of the present invention has a melting point of 50 ° C. or lower and preferably a melting point of 20 ° C. or lower. The ionic liquid is composed of a cation part and an anion part, and the cation part and the anion part are bonded by electrostatic attraction. Here, the ionic liquid preferably has a phosphorus-nitrogen double bond in the cation part, and more preferably an ionic compound represented by the above general formula (I).

上記一般式(I)の化合物は、リン−窒素間二重結合を複数有する環状ホスファゼン化合物の一種であるため、高い燃焼抑制効果を有する。また、式(I)中のR1の少なくとも一つが上記式(II)のイオン性置換基であるため、イオン性を有する。更に、式(I)中のR1の少なくとも一つがフッ素であるため、高い不燃性を有する。なお、イオン性化合物の不燃性の観点から、式(I)中のR1は、少なくとも一つが上記式(II)のイオン性置換基であり、その他の総てがフッ素であることが更に好ましい。 Since the compound of the above general formula (I) is a kind of cyclic phosphazene compound having a plurality of phosphorus-nitrogen double bonds, it has a high combustion suppression effect. In addition, since at least one of R 1 in the formula (I) is an ionic substituent of the above formula (II), it has ionicity. Furthermore, since at least one of R 1 in the formula (I) is fluorine, it has high nonflammability. From the viewpoint of nonflammability of the ionic compound, it is further preferred that at least one R 1 in the formula (I) is an ionic substituent of the above formula (II) and all the others are fluorine. .

上記一般式(I)中のR1は、それぞれ独立してハロゲン元素又は一価の置換基であり、但し、少なくとも一つのR1は、上記一般式(II)で表されるイオン性置換基であり、且つ少なくとも一つのR1はフッ素である。ここで、R1におけるハロゲン元素としては、フッ素、塩素、臭素等が好適に挙げられ、これらの中でも、フッ素が特に好ましい。また、R1における一価の置換基としては、アルコキシ基、アルキル基、アリールオキシ基、アリール基、カルボキシル基、アシル基等が挙げられる。上記アルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、メトキシエトキシ基、プロポキシ基等や、二重結合を含むアリルオキシ基やビニルオキシ基等、更にはメトキシエトキシ基、メトキシエトキシエトキシ基等のアルコキシ置換アルコキシ基等が挙げられ、上記アルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基等が挙げられ、上記アリールオキシ基としては、フェノキシ基、メチルフェノキシ基、メトキシフェノキシ基等が挙げられ、上記アリール基としては、フェニル基、トリル基、ナフチル基等が挙げられ、上記アシル基としては、ホルミル基、アセチル基、プロピオニル基、ブチリル基、イソブチリル基、バレリル基等が挙げられる。なお、上記一価の置換基中の水素元素は、ハロゲン元素で置換されていることが好ましく、該ハロゲン元素としては、フッ素、塩素、臭素等が好適に挙げられる。 R 1 in the general formula (I) is independently a halogen element or a monovalent substituent, provided that at least one R 1 is an ionic substituent represented by the general formula (II). And at least one R 1 is fluorine. Here, preferred examples of the halogen element in R 1 include fluorine, chlorine, bromine and the like, and among these, fluorine is particularly preferred. Examples of the monovalent substituent in R 1 include an alkoxy group, an alkyl group, an aryloxy group, an aryl group, a carboxyl group, and an acyl group. Examples of the alkoxy group include a methoxy group, an ethoxy group, a methoxyethoxy group, a propoxy group, an allyloxy group containing a double bond, a vinyloxy group, and the like, and an alkoxy-substituted alkoxy group such as a methoxyethoxy group and a methoxyethoxyethoxy group. Examples of the alkyl group include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, and a pentyl group. Examples of the aryloxy group include a phenoxy group, a methylphenoxy group, and a methoxyphenoxy group. Examples of the aryl group include a phenyl group, a tolyl group, and a naphthyl group. Examples of the acyl group include a formyl group, an acetyl group, a propionyl group, a butyryl group, an isobutyryl group, and a valeryl group. Note that the hydrogen element in the monovalent substituent is preferably substituted with a halogen element, and preferred examples of the halogen element include fluorine, chlorine, bromine and the like.

上記一般式(I)中のnは、3〜4であり、原料物質の入手容易性の観点から、3が特に好ましい。   N in the general formula (I) is 3 to 4, and 3 is particularly preferable from the viewpoint of easy availability of the raw material.

上記一般式(II)で表される置換基は、−NR2 3とXとが主として静電気的引力によって結合してなる。そのため、式(II)のイオン性置換基を有する式(I)の化合物は、イオン性を有する。 The substituent represented by the general formula (II) is formed by bonding —NR 2 3 and X mainly by electrostatic attraction. Therefore, the compound of formula (I) having an ionic substituent of formula (II) has ionicity.

上記一般式(II)中のR2は、それぞれ独立して一価の置換基又は水素であり、但し、少なくとも一つのR2は水素ではなく、また、R2は互いに結合して環を形成してもよい。ここで、R2における一価の置換基としては、アルキル基、アリール基等が挙げられる。上記アルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基等が挙げられ、上記アリール基としては、フェニル基、トリル基、ナフチル基等が挙げられる。また、複数のR2が互いに結合して環を形成する場合において、3つのR2のいずれか2つが結合して形成する環としては、アジリジン環、アゼチジン環、ピロリジン環、ピペリジン環等のアザシクロアルカン環や、該アザシクロアルカン環のメチレン基がカルボニル基に置き換わった構造のアザシクロアルカノン環等が挙げられ、3つのR2が結合して形成する環としては、ピリジン環等が挙げられる。なお、上記一価の置換基中の水素元素は、ハロゲン元素等で置換されていてもよい。 R 2 in the above general formula (II) is each independently a monovalent substituent or hydrogen, provided that at least one R 2 is not hydrogen and R 2 is bonded to each other to form a ring. May be. Here, examples of the monovalent substituent in R 2 include an alkyl group and an aryl group. Examples of the alkyl group include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, and a pentyl group. Examples of the aryl group include a phenyl group, a tolyl group, and a naphthyl group. In addition, when a plurality of R 2 are bonded to each other to form a ring, any two of the three R 2 are bonded to form an aziridine ring, azetidine ring, pyrrolidine ring, piperidine ring or the like. Examples thereof include a cycloalkane ring and an azacycloalkanone ring having a structure in which a methylene group of the azacycloalkane ring is replaced with a carbonyl group. Examples of the ring formed by combining three R 2 include a pyridine ring. It is done. Note that the hydrogen element in the monovalent substituent may be substituted with a halogen element or the like.

上記一般式(II)中のX-は一価のアニオンを表す。式(II)のX-における一価のアニオンとしては、F-、Cl-、Br-、I-、BF4 -、PF6 -、AsF6 -、SbF6 -、CF3SO3 -、(CF3SO2)2-、(C25SO2)2-、(C37SO2)2-、(CF3SO2)(C25SO2)N-、(CF3SO2)(C37SO2)N-、(C25SO2)(C37SO2)N-等が挙げられる。 X in the general formula (II) represents a monovalent anion. As the monovalent anion in X of the formula (II), F , Cl , Br , I , BF 4 , PF 6 , AsF 6 , SbF 6 , CF 3 SO 3 , ( CF 3 SO 2 ) 2 N , (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N , (C 3 F 7 SO 2 ) 2 N , (CF 3 SO 2 ) (C 2 F 5 SO 2 ) N , (CF 3 SO 2 ) (C 3 F 7 SO 2 ) N , (C 2 F 5 SO 2 ) (C 3 F 7 SO 2 ) N − and the like.

上記イオン性化合物の製造方法は、特に限定されない。例えば、下記一般式(III):
(NPR3 2)n ・・・ (III)
[式中、R3は、それぞれ独立してハロゲン元素又は一価の置換基で、少なくとも一つのR3は塩素で、少なくとも一つのR3はフッ素であり;nは3又は4である]で表される環状ホスファゼン化合物と、下記一般式(IV):
NR2 3 ・・・ (IV)
[式中、R2は、上記と同義である]で表される1級、2級又は3級のアミンとを反応させることで、下記一般式(V):
(NPR4 2)n ・・・ (V)
[式中、R4は、それぞれ独立してハロゲン元素又は一価の置換基で、少なくとも一つのR4は、下記一般式(VI):
−N+2 3Cl- ・・・ (VI)
(式中、R2は上記と同義である)で表されるイオン性置換基で、少なくとも一つのR4はフッ素であり;nは上記と同義である]で表されるイオン性化合物(即ち、上記一般式(I)で表され、上記一般式(II)中のX-がCl-であるイオン性化合物)を生成させることができる。
The method for producing the ionic compound is not particularly limited. For example, the following general formula (III):
(NPR 3 2 ) n ... (III)
[Wherein R 3 is each independently a halogen element or a monovalent substituent, at least one R 3 is chlorine, at least one R 3 is fluorine; n is 3 or 4] A cyclic phosphazene compound represented by the following general formula (IV):
NR 2 3 ... (IV)
[In the formula, R 2 is as defined above] By reacting with a primary, secondary or tertiary amine represented by the following general formula (V):
(NPR 4 2 ) n ... (V)
[Wherein, R 4 is independently a halogen element or a monovalent substituent, and at least one R 4 is represented by the following general formula (VI):
-N + R 2 3 Cl - ··· (VI)
Wherein R 2 is as defined above and at least one R 4 is fluorine; n is as defined above] (ie And an ionic compound represented by the above general formula (I), wherein X in the general formula (II) is Cl .

更に、上記一般式(V)で表されるイオン性化合物の塩素イオンは、適宜他の一価のアニオンと置換することができ、例えば、上記一般式(V)で表されるイオン性化合物と下記一般式(VII):
+- ・・・ (VII)
[式中、A+は一価の陽イオンを表し、X-は一価のアニオンを表す]で表される塩(イオン交換剤)とを反応(イオン交換反応)させることで、上記一般式(I)で表されるイオン性化合物を生成させることができる。
Furthermore, the chlorine ion of the ionic compound represented by the general formula (V) can be appropriately substituted with another monovalent anion, for example, the ionic compound represented by the general formula (V) The following general formula (VII):
A + X - ··· (VII)
[Wherein A + represents a monovalent cation, and X represents a monovalent anion] is reacted (ion exchange reaction) with a salt represented by the above general formula. An ionic compound represented by (I) can be produced.

なお、上記一般式(III)で表される環状ホスファゼン化合物と上記一般式(IV)で表されるアミンとを単に混合するだけでも、上記一般式(V)で表されるイオン性化合物を生成させることができるが、生成した式(V)のイオン性化合物が不安定で単離が難しいことがあるため、水相及び有機相からなる二相系に、上記一般式(III)で表される環状ホスファゼン化合物と、上記一般式(IV)で表されるアミンとを加え、反応させて、上記一般式(V)で表されるイオン性化合物を生成させることが好ましい。この方法では、式(III)の環状ホスファゼン化合物及び式(IV)のアミンは有機相に主として存在し、一方、生成する式(V)の化合物はイオン性を有するため主として水相に存在する。そのため、水相と有機相とを分離した後、水相の水を公知の方法で乾燥させることで、式(V)のイオン性化合物を単離することができ、単離された式(V)のイオン性化合物は、大気下でも安定に存在する。   Note that the ionic compound represented by the general formula (V) can be produced simply by mixing the cyclic phosphazene compound represented by the general formula (III) and the amine represented by the general formula (IV). However, since the produced ionic compound of formula (V) may be unstable and difficult to isolate, a two-phase system composed of an aqueous phase and an organic phase is represented by the above general formula (III). It is preferable that the cyclic phosphazene compound and the amine represented by the general formula (IV) are added and reacted to produce the ionic compound represented by the general formula (V). In this method, the cyclic phosphazene compound of formula (III) and the amine of formula (IV) are mainly present in the organic phase, while the resulting compound of formula (V) is mainly present in the aqueous phase due to its ionic nature. Therefore, after separating the aqueous phase and the organic phase, the ionic compound of formula (V) can be isolated by drying the water of the aqueous phase by a known method, and the isolated formula (V The ionic compound of) exists stably even in the atmosphere.

上記一般式(III)において、R3は、それぞれ独立してハロゲン元素又は一価の置換基で、少なくとも一つのR3は塩素で、少なくとも一つのR3はフッ素である。ここで、式(III)中のR3が塩素である部分に式(IV)のアミンが付加するため、出発物質である式(III)の環状ホスファゼン化合物の骨格のリンに結合する塩素の数を調整することで、式(V)のイオン性化合物中の式(VI)で表されるイオン性置換基の導入数をコントロールすることができる。 In the general formula (III), each R 3 is independently a halogen element or a monovalent substituent, at least one R 3 is chlorine, and at least one R 3 is fluorine. Here, since the amine of the formula (IV) is added to the portion of the formula (III) where R 3 is chlorine, the number of chlorines bonded to the phosphorus of the skeleton of the cyclic phosphazene compound of the formula (III) as the starting material By adjusting, the number of introduced ionic substituents represented by the formula (VI) in the ionic compound of the formula (V) can be controlled.

上記一般式(III)のR3において、ハロゲン元素としては、塩素及びフッ素の他に、臭素等が好適に挙げられ、これらの中でも、塩素及びフッ素が好ましい。一方、R3における一価の置換基としては、R1における一価の置換基の項で例示したものを同様に挙げることができる。また、式(III)において、nは3又は4であり、入手容易性の観点から、3が好ましい。 In R 3 of the general formula (III), preferred examples of the halogen element include bromine and the like in addition to chlorine and fluorine. Among these, chlorine and fluorine are preferred. On the other hand, as the monovalent substituent in R 3 , those exemplified in the section of the monovalent substituent in R 1 can be similarly exemplified. In the formula (III), n is 3 or 4, and 3 is preferable from the viewpoint of availability.

上記一般式(III)で表される環状ホスファゼン化合物は、例えば、式(III)中のR3が総て塩素である市販のホスファゼン化合物を出発物質として、総ての塩素をフッ素化剤によりフッ素化した後、目的とする塩素置換部位にアルコキシ基やアミン基等を導入した後、HClやホスゲン等の塩素化剤により再び塩素化を行う方法や、使用する式(III)中のR3が総て塩素である市販のホスファゼン化合物に対して導入するフッ素の当量を計算した上で、必要量のフッ素化剤を添加する方法等で合成することができる。ここで、再塩素化における塩素化剤やフッ素化におけるフッ素化剤の使用量や反応条件を変えることで、式(III)のR3における塩素数をコントロールすることができる。 The cyclic phosphazene compound represented by the general formula (III) is, for example, a commercially available phosphazene compound in which R 3 in the formula (III) is all chlorine as a starting material. Then, after introducing an alkoxy group, an amine group or the like into the target chlorine substitution site, chlorinating again with a chlorinating agent such as HCl or phosgene, or R 3 in the formula (III) to be used is It can be synthesized by a method of adding a necessary amount of a fluorinating agent after calculating the equivalent amount of fluorine to be introduced to commercially available phosphazene compounds which are all chlorine. Here, the number of chlorine in R 3 in the formula (III) can be controlled by changing the amount of chlorinating agent used in rechlorination, the amount of the fluorinating agent used in fluorination, and the reaction conditions.

上記一般式(IV)において、R2は、上記一般式(II)中のR2と同義で、それぞれ独立して一価の置換基又は水素であり、但し、少なくとも一つのR2は水素ではなく、また、該R2は互いに結合して環を形成してもよい。式(IV)のR2における一価の置換基としては、式(II)のR2における一価の置換基の項で例示したものを同様に挙げることができ、また、式(IV)の3つのR2のいずれか2つが結合して形成する環及び3つのR2が結合して形成する環としては、式(II)の3つのR2のいずれか2つが互いに結合して形成する環及び3つのR2が結合して形成する環の項で例示したものを同様に挙げることができる。式(IV)で表されるアミンとして、具体的には、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン等の脂肪族3級アミン、N-メチル-2-ピロリドン、N-エチル-2-ピロリドン等の環状3級アミン、ジメチルアニリン等のジアルキル置換アニリンやピリジン等の芳香族3級アミン、アニリン等の芳香族1級アミン等が挙げられ、これらの中でも、3級アミンが好ましい。 In the general formula (IV), R 2 is a R 2 as defined in the above formula (II), are each independently a monovalent substituent or hydrogen, provided that at least one R 2 is hydrogen And R 2 may be bonded to each other to form a ring. Examples of the monovalent substituent in R 2 of formula (IV), can similarly be illustrated those which have been exemplified in the section of the monovalent substituent in R 2 of Formula (II), also, the formula (IV) any two of the three R 2 as the ring ring and three R 2 formed by the bonding formed by combining any two of the three R 2 of formula (II) is formed by bonding What was illustrated by the term of the ring formed by combining a ring and three R < 2 > can be mentioned similarly. Specific examples of the amine represented by the formula (IV) include aliphatic tertiary amines such as trimethylamine, triethylamine, tripropylamine, and tributylamine, N-methyl-2-pyrrolidone, N-ethyl-2-pyrrolidone, and the like. And cyclic tertiary amines, dialkyl-substituted anilines such as dimethylaniline, aromatic tertiary amines such as pyridine, and aromatic primary amines such as aniline. Among these, tertiary amines are preferred.

上記一般式(V)において、R4は、それぞれ独立してハロゲン元素又は一価の置換基で、少なくとも一つのR4は、上記一般式(VI)で表されるイオン性置換基で、少なくとも一つのR4はフッ素である。R4におけるハロゲン元素としては、フッ素、塩素、臭素等が挙げられる。なお、式(IV)のアミンの使用量等を調整することで、R4の一部を塩素とすることができる。一方、R4における一価の置換基としては、R1における一価の置換基の項で例示したものを同様に挙げることができる。また、式(V)中のnは3又は4であり、原料の入手容易性の観点から、3が好ましい。 In the general formula (V), each R 4 is independently a halogen element or a monovalent substituent, and at least one R 4 is an ionic substituent represented by the general formula (VI), at least One R 4 is fluorine. Examples of the halogen element in R 4 include fluorine, chlorine, bromine and the like. In addition, a part of R 4 can be changed to chlorine by adjusting the amount of the amine of the formula (IV). On the other hand, as the monovalent substituent in R 4 , those exemplified in the section of the monovalent substituent in R 1 can be similarly exemplified. Moreover, n in Formula (V) is 3 or 4, and 3 is preferable from a viewpoint of the availability of a raw material.

上記一般式(VI)において、R2は、上記一般式(II)中のR2と同義で、それぞれ独立して一価の置換基又は水素であり、但し、少なくとも一つのR2は水素ではなく、また、該R2は互いに結合して環を形成してもよい。式(VI)のR2における一価の置換基としては、式(II)のR2における一価の置換基の項で例示したものを同様に挙げることができ、また、式(VI)の3つのR2のいずれか2つが結合して形成する環及び3つのR2が結合して形成する環としては、式(II)の3つのR2のいずれか2つが互いに結合して形成する環及び3つのR2が結合して形成する環の項で例示したものを同様に挙げることができる。 In the general formula (VI), R 2 is, by R 2 as defined in the above formula (II), are each independently a monovalent substituent or hydrogen, provided that at least one R 2 is hydrogen And R 2 may be bonded to each other to form a ring. Examples of the monovalent substituent in R 2 of formula (VI), can similarly be illustrated those which have been exemplified in the section of the monovalent substituent in R 2 of Formula (II), also, the formula (VI) any two of the three R 2 as the ring ring and three R 2 formed by the bonding formed by combining any two of the three R 2 of formula (II) is formed by bonding What was illustrated by the term of the ring formed by combining a ring and three R < 2 > can be mentioned similarly.

式(V)のイオン性化合物の製造にあたって、式(IV)のアミンの使用量は、目的とするアミンの導入量に応じて適宜選択でき、例えば、式(III)の環状ホスファゼン化合物中のR3における塩素1molあたり、1〜2.4molの範囲が好ましい。 In the production of the ionic compound of the formula (V), the amount of the amine of the formula (IV) can be appropriately selected according to the amount of the amine introduced, for example, R in the cyclic phosphazene compound of the formula (III) The range of 1 to 2.4 mol per mol of chlorine in 3 is preferred.

また、式(III)の環状ホスファゼン化合物と式(IV)のアミンとの反応における反応温度は、特に制限されるものではないが、20℃〜80℃の範囲が好ましく、室温でも十分に反応が進行する。また、反応圧力も特に限定されず、大気圧下で実施することができる。   Further, the reaction temperature in the reaction of the cyclic phosphazene compound of the formula (III) and the amine of the formula (IV) is not particularly limited, but is preferably in the range of 20 ° C to 80 ° C, and the reaction is sufficiently performed even at room temperature. proceed. Further, the reaction pressure is not particularly limited, and the reaction can be performed under atmospheric pressure.

上記水相及び有機相からなる二相系において、有機相に使用する有機溶媒としては、水に対して混和性が無く、式(III)の環状ホスファゼン化合物と式(IV)のアミンを溶解できるものが好ましく、具体的には、クロロホルム、トルエン等の極性の低い溶媒が好ましい。また、上記水相及び有機相の使用量は、特に限定されるものではなく、水相の体積は、式(III)の環状ホスファゼン化合物1mLに対して0.2〜5mLの範囲が好ましく、有機相の体積は、式(III)の環状ホスファゼン化合物1mLに対して2〜5mLの範囲が好ましい。   In the two-phase system composed of the aqueous phase and the organic phase, the organic solvent used in the organic phase is not miscible with water and can dissolve the cyclic phosphazene compound of formula (III) and the amine of formula (IV). Those having low polarity such as chloroform and toluene are preferred. The amount of the aqueous phase and the organic phase used is not particularly limited, and the volume of the aqueous phase is preferably in the range of 0.2 to 5 mL with respect to 1 mL of the cyclic phosphazene compound of the formula (III). The volume is preferably in the range of 2 to 5 mL with respect to 1 mL of the cyclic phosphazene compound of the formula (III).

上記一般式(VII)において、A+は一価の陽イオンを表し、X-は一価の陰イオンを表す。式(VII)のA+における一価の陽イオンとしては、Ag+、Li+等が挙げられる。また、式(VII)のX-における一価の陰イオンとしては、Cl-以外の一価の陰イオン、具体的には、BF4 -、PF6 -、AsF6 -、SbF6 -、CF3SO3 -の他、(CF3SO2)2-、(C25SO2)2-、(C37SO2)2-、(CF3SO2)(C25SO2)N-、(CF3SO2)(C37SO2)N-、(C25SO2)(C37SO2)N-等のイミドイオンが挙げられる。ここで、A+がLi+である場合、X-としてはイミドイオンが好ましい。小さなイオン半径を有するLi+とは対照的に、上記イミドイオンは大きなイオン半径を有するため、陽イオンと陰イオンとのイオン半径の違いによる影響(ソフト・ハード塩基・酸の関係)で良好に反応し、置換反応が進むからである。一方、A+がAg+である場合は、ほぼ総ての陰イオンを使用することができる。式(VII)の塩としてAg+-を使用した場合、AgClが沈降するため、不純物の除去も簡単に行うことができる。 In the general formula (VII), A + represents a monovalent cation, and X represents a monovalent anion. Examples of the monovalent cation in A + in the formula (VII) include Ag + and Li + . Further, as the monovalent anion in X of the formula (VII), monovalent anions other than Cl , specifically, BF 4 , PF 6 , AsF 6 , SbF 6 , CF 3 SO 3 - other, (CF 3 SO 2) 2 N -, (C 2 F 5 SO 2) 2 N -, (C 3 F 7 SO 2) 2 N -, (CF 3 SO 2) (C 2 Examples thereof include imide ions such as F 5 SO 2 ) N , (CF 3 SO 2 ) (C 3 F 7 SO 2 ) N and (C 2 F 5 SO 2 ) (C 3 F 7 SO 2 ) N . Here, when A + is Li + , X is preferably an imide ion. In contrast to Li + , which has a small ionic radius, the imide ion has a large ionic radius, so it reacts well due to the influence of the difference in ionic radius between cation and anion (soft / hard base / acid relationship). This is because the substitution reaction proceeds. On the other hand, when A + is Ag + , almost all anions can be used. When Ag + X is used as the salt of the formula (VII), the impurities can be easily removed because AgCl is precipitated.

式(I)のイオン性化合物の製造にあたって、式(VII)の塩の使用量は、式(V)のイオン性化合物の塩素イオンの量に応じて適宜選択でき、例えば、式(V)のイオン性化合物の塩素イオン1molあたり、1〜1.5molの範囲が好ましい。   In the production of the ionic compound of the formula (I), the amount of the salt of the formula (VII) used can be appropriately selected according to the amount of chlorine ions of the ionic compound of the formula (V). The range of 1 to 1.5 mol is preferable per 1 mol of chloride ions of the ionic compound.

また、式(V)のイオン性化合物と式(VII)の塩との反応における反応温度は、特に制限されるものではないが、室温〜50℃の範囲が好ましく、室温でも十分に反応が進行する。また、反応圧力も特に限定されず、大気圧下で実施することができる。   The reaction temperature in the reaction of the ionic compound of formula (V) and the salt of formula (VII) is not particularly limited, but is preferably in the range of room temperature to 50 ° C., and the reaction proceeds sufficiently even at room temperature. To do. Further, the reaction pressure is not particularly limited, and the reaction can be performed under atmospheric pressure.

上記式(V)のイオン性化合物と式(VII)の塩との反応は、水相で行うことが好ましい。なお、上記式(V)のイオン性化合物と、式(VII)で表され且つA+がAg+である銀塩との反応では、副生成物として塩化銀が生成するが、該塩化銀は、水に対する溶解度が非常に低いため、反応を水相で行う場合、副生成物の分離が容易となる。目的物質である式(I)のイオン性化合物の水相からの単離は、水相の水を公知の方法で蒸発させればよい。上記水相の体積は、特に限定されるものではないが、式(V)のイオン性化合物1mLに対して2〜5mLの範囲が好ましい。 The reaction of the ionic compound of formula (V) with the salt of formula (VII) is preferably carried out in an aqueous phase. In the reaction of the ionic compound of the above formula (V) with the silver salt represented by the formula (VII) and A + is Ag + , silver chloride is produced as a by-product, Since the solubility in water is very low, by-products can be easily separated when the reaction is carried out in an aqueous phase. Isolation from the aqueous phase of the ionic compound of formula (I), which is the target substance, may be carried out by evaporating the water in the aqueous phase by a known method. The volume of the aqueous phase is not particularly limited, but is preferably in the range of 2 to 5 mL with respect to 1 mL of the ionic compound of the formula (V).

本発明の電池用非水電解液において、上記イオン液体の含有量は、1体積%以上であることが好ましく、5体積%以上であることが更に好ましい。1体積%以上のイオン液体の添加で、電池部材と電解液の濡れ性向上作用が好適に発現し、5体積%以上のイオン液体の添加により電解液に高い難燃性が付与される。   In the non-aqueous electrolyte for a battery of the present invention, the content of the ionic liquid is preferably 1% by volume or more, and more preferably 5% by volume or more. By adding 1% by volume or more of ionic liquid, the effect of improving the wettability between the battery member and the electrolytic solution is suitably expressed, and by adding 5% by volume or more of ionic liquid, high flame retardancy is imparted to the electrolytic solution.

本発明の電池用非水電解液は、更に環状構造を有する無水ジカルボン酸化合物を含むことを特徴とする。ここで、環状構造を有する無水ジカルボン酸化合物は、ジカルボン酸の無水物であって、分子内に環状構造を有する。また、環状構造を有する無水ジカルボン酸化合物の好適例としては、無水5-ノルボルネン-2,3-ジカルボン酸、無水1,2,3,6-テトラヒドロフタル酸及び無水ビシクロ[2.2.2]オクト-5-エン-2,3-ジカルボン酸が挙げられる。これら環状構造を有する無水ジカルボン酸化合物は、1種単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。   The nonaqueous electrolytic solution for a battery according to the present invention further includes a dicarboxylic anhydride compound having a cyclic structure. Here, the dicarboxylic anhydride compound having a cyclic structure is an anhydride of dicarboxylic acid and has a cyclic structure in the molecule. Preferred examples of the dicarboxylic anhydride compound having a cyclic structure include anhydrous 5-norbornene-2,3-dicarboxylic acid, anhydrous 1,2,3,6-tetrahydrophthalic acid and anhydrous bicyclo [2.2.2]. Oct-5-ene-2,3-dicarboxylic acid. These dicarboxylic anhydride compounds having a cyclic structure may be used singly or in combination of two or more.

上記環状構造を有する無水ジカルボン酸化合物の含有量は、電池性能のバランスの観点から、電池用非水電解液全体の0.1〜3.0質量%の範囲が好ましい。   The content of the dicarboxylic anhydride compound having the cyclic structure is preferably in the range of 0.1 to 3.0% by mass of the whole battery non-aqueous electrolyte from the viewpoint of balance of battery performance.

本発明の電池用非水電解液に用いられる支持塩としては、リチウムイオンのイオン源となる支持塩が好ましい。該支持塩としては、特に制限はないが、例えば、LiClO4、LiBF4、LiBC48、LiPF6、LiCF3SO3、LiAsF6、LiC49SO3、Li(CF3SO2)2N及びLi(C25SO2)2N等のリチウム塩が好適に挙げられる。これら支持塩は、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。本発明の電池用非水電解液中の支持塩の濃度としては、0.2〜1.5mol/L(M)の範囲が好ましく、0.5〜1mol/Lの範囲が更に好ましい。支持塩の濃度が0.2mol/L未満では、電解液の導電性を充分に確保することができず、電池の放電特性及び充電特性に支障をきたすことがあり、1.5mol/Lを超えると、電解液の粘度が上昇し、リチウムイオンの移動度を充分に確保できないため、前述と同様に電解液の導電性を充分に確保できず、電池の放電特性及び充電特性に支障をきたすことがある。 As the supporting salt used in the nonaqueous electrolytic solution for a battery of the present invention, a supporting salt serving as an ion source of lithium ions is preferable. The supporting salt is not particularly limited. For example, LiClO 4 , LiBF 4 , LiBC 4 O 8 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiAsF 6 , LiC 4 F 9 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) Preferable examples include lithium salts such as 2 N and Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N. These supporting salts may be used alone or in combination of two or more. The concentration of the supporting salt in the battery non-aqueous electrolyte of the present invention is preferably in the range of 0.2 to 1.5 mol / L (M), more preferably in the range of 0.5 to 1 mol / L. If the concentration of the supporting salt is less than 0.2 mol / L, the conductivity of the electrolyte cannot be sufficiently ensured, and the discharge characteristics and charging characteristics of the battery may be hindered. Since the viscosity of the electrolytic solution increases and the mobility of lithium ions cannot be ensured sufficiently, the conductivity of the electrolytic solution cannot be sufficiently ensured in the same manner as described above, which may hinder battery discharge characteristics and charge characteristics. .

本発明の電池用非水電解液は、更に、非プロトン性有機溶媒を含有することが好ましく、その含有量は、電解液の安全性の観点から、95体積%以下であることが好ましい。該非プロトン性有機溶媒としては、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジフェニルカーボネート、エチルメチルカーボネート(EMC)、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、γ-ブチロラクトン(GBL)、γ-バレロラクトン、メチルフォルメート(MF)等のエステル類、1,2-ジメトキシエタン(DME)、テトラヒドロフラン(THF)等のエーテル類が好適に挙げられる。これらの中でも、1次電池の非水電解液用の非プロトン性有機溶媒としては、プロピレンカーボネート、1,2-ジメトキシエタン及びγ-ブチロラクトンが好ましく、一方、2次電池の非水電解液用の非プロトン性有機溶媒としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート及びメチルフォルメートが好ましい。なお、環状のエステル類は、比誘電率が高く支持塩の溶解性に優れる点で好適であり、一方、鎖状のエステル類及び鎖状のエーテル類は、低粘度であるため、電解液の低粘度化の点で好適である。これら非プロトン性有機溶媒は、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。   The nonaqueous electrolytic solution for a battery of the present invention preferably further contains an aprotic organic solvent, and the content thereof is preferably 95% by volume or less from the viewpoint of the safety of the electrolytic solution. Examples of the aprotic organic solvent include dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), diphenyl carbonate, ethyl methyl carbonate (EMC), ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), γ-butyrolactone (GBL), γ Preferred examples include esters such as valerolactone and methyl formate (MF), and ethers such as 1,2-dimethoxyethane (DME) and tetrahydrofuran (THF). Among these, propylene carbonate, 1,2-dimethoxyethane, and γ-butyrolactone are preferable as the aprotic organic solvent for the non-aqueous electrolyte of the primary battery, while for the non-aqueous electrolyte of the secondary battery. As the aprotic organic solvent, ethylene carbonate, propylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate and methyl formate are preferable. Cyclic esters are preferred in that they have a high relative dielectric constant and excellent solubility of the supporting salt, while chain esters and chain ethers have low viscosity, so It is suitable in terms of lowering the viscosity. These aprotic organic solvents may be used alone or in combination of two or more.

<非水電解液電池>
次に、本発明の非水電解液電池を詳細に説明する。本発明の非水電解液電池は、上述の電池用非水電解液と、正極と、負極とを備え、必要に応じて、セパレーター等の非水電解液電池の技術分野で通常使用されている他の部材を備えることができ、1次電池であっても、2次電池であってもよい。
<Nonaqueous electrolyte battery>
Next, the nonaqueous electrolyte battery of the present invention will be described in detail. The non-aqueous electrolyte battery of the present invention includes the above-described non-aqueous electrolyte for a battery, a positive electrode, and a negative electrode, and is usually used in the technical field of non-aqueous electrolyte batteries such as a separator as necessary. Other members may be provided, and the primary battery or the secondary battery may be used.

本発明の非水電解液電池の正極活物質は1次電池と2次電池で一部異なり、例えば、非水電解液1次電池の正極活物質としては、フッ化黒鉛[(CFx)n]、MnO2(電気化学合成であっても化学合成であってもよい)、V25、MoO3、Ag2CrO4、CuO、CuS、FeS2、SO2、SOCl2、TiS2等が好適に挙げられ、これらの中でも、高容量で安全性が高く、更には放電電位が高く電解液の濡れ性に優れる点で、MnO2、フッ化黒鉛が好ましい。これら正極活物質は、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。 The positive electrode active material of the non-aqueous electrolyte battery of the present invention is partially different between the primary battery and the secondary battery. For example, as the positive electrode active material of the non-aqueous electrolyte primary battery, fluorinated graphite [(CF x ) n ], MnO 2 (which may be electrochemical synthesis or chemical synthesis), V 2 O 5 , MoO 3 , Ag 2 CrO 4 , CuO, CuS, FeS 2 , SO 2 , SOCl 2 , TiS 2, etc. Among these, MnO 2 and fluorinated graphite are preferable from the viewpoints of high capacity and high safety, and high discharge potential and excellent wettability of the electrolytic solution. These positive electrode active materials may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.

一方、非水電解液2次電池の正極活物質としては、V25、V613、MnO2、MnO3等の金属酸化物、LiCoO2、LiNiO2、LiMn24、LiFeO2及びLiFePO4等のリチウム含有複合酸化物、TiS2、MoS2等の金属硫化物、ポリアニリン等の導電性ポリマー等が好適に挙げられる。上記リチウム含有複合酸化物は、Fe、Mn、Co、Al及びNiからなる群から選択される2種又は3種の遷移金属を含む複合酸化物であってもよく、この場合、該複合酸化物は、LiMnxCoyNi(1-x-y)2[式中、0≦x<1、0≦y<1、0<x+y≦1]、LiMnxNi(1-x)2[式中、0≦x<1]、LiMnxCo(1-x)2[式中、0≦x<1]、LiCoxNi(1-x)2[式中、0≦x<1]、LiCoxNiyAl(1-x-y)2[式中、0≦x<1、0≦y<1、0<x+y≦1]、LiFexCoyNi(1-x-y)2[式中、0≦x<1、0≦y<1、0<x+y≦1]、或いはLiMnxFey2-x-y等で表される。これらの中でも、高容量で安全性が高く、高電圧に安定な点で、リチウム含有複合酸化物が好適である。これら正極活物質は、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。 On the other hand, as the positive electrode active material of the non-aqueous electrolyte secondary battery, metal oxides such as V 2 O 5 , V 6 O 13 , MnO 2 , MnO 3 , LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 , LiFeO 2 are used. Preferable examples include lithium-containing composite oxides such as LiFePO 4 , metal sulfides such as TiS 2 and MoS 2 , and conductive polymers such as polyaniline. The lithium-containing composite oxide may be a composite oxide containing two or three transition metals selected from the group consisting of Fe, Mn, Co, Al, and Ni. In this case, the composite oxide LiMn x Co y Ni (1-xy) O 2 [where 0 ≦ x <1, 0 ≦ y <1, 0 <x + y ≦ 1], LiMn x Ni (1-x) O 2 [wherein , 0 ≦ x <1], LiMn x Co (1-x) O 2 [where 0 ≦ x <1], LiCo x Ni (1-x) O 2 [where 0 ≦ x <1], LiCo x Ni y Al [wherein, 0 ≦ x <1,0 ≦ y <1,0 <x + y ≦ 1] (1-xy) O 2, LiFe x Co y Ni (1-xy) O 2 [ wherein , 0 ≦ x <1, 0 ≦ y <1, 0 <x + y ≦ 1], or LiMn x Fe y O 2 -xy . Among these, lithium-containing composite oxides are preferable in terms of high capacity, high safety, and stability at high voltages. These positive electrode active materials may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.

本発明の非水電解液電池の負極活物質は1次電池と2次電池で一部異なり、例えば、非水電解液1次電池の負極活物質としては、リチウム金属自体の他、リチウム合金等が挙げられる。リチウムと合金をつくる金属としては、Sn、Pb、Al、Au、Pt、In、Zn、Cd、Ag、Mg等が挙げられる。これらの中でも、埋蔵量の多さ、毒性の観点からAl、Zn、Mgが好ましい。これら負極活物質は、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。   The negative electrode active material of the nonaqueous electrolyte battery of the present invention is partially different between the primary battery and the secondary battery. For example, as the negative electrode active material of the nonaqueous electrolyte primary battery, lithium metal itself, lithium alloy, etc. Is mentioned. Examples of the metal that forms an alloy with lithium include Sn, Pb, Al, Au, Pt, In, Zn, Cd, Ag, and Mg. Among these, Al, Zn, and Mg are preferable from the viewpoints of rich reserves and toxicity. These negative electrode active materials may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.

一方、非水電解液2次電池の負極活物質としては、リチウム金属自体、リチウムとAl、In、Sn、Si、Pb又はZn等との合金、リチウムをドープした黒鉛等の炭素材料、TiO2等の金属酸化物、及びTiO2−P24等の金属酸化物複合材料等が好適に挙げられ、これらの中でも安全性がより高く、電解液の濡れ性に優れる点で、黒鉛等の炭素材料が好ましく、黒鉛が特に好ましい。ここで、黒鉛としては、天然黒鉛、人造黒鉛、メソフェーズカーボンマイクロビーズ(MCMB)等、広くは易黒鉛化カーボンや難黒鉛化カーボンが挙げられる。これら負極活物質は、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。 On the other hand, as the negative electrode active material of the non-aqueous electrolyte secondary battery, lithium metal itself, an alloy of lithium and Al, In, Sn, Si, Pb or Zn, a carbon material such as graphite doped with lithium, TiO 2 Preferred examples include metal oxides such as TiO 2 —P 2 O 4 and the like, and among these, the safety is higher and the wettability of the electrolyte is superior. Carbon materials are preferred, and graphite is particularly preferred. Here, examples of graphite include natural graphite, artificial graphite, mesophase carbon microbeads (MCMB), and the like, and widely include graphitizable carbon and non-graphitizable carbon. These negative electrode active materials may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.

上記正極及び負極には、必要に応じて導電剤、結着剤を混合することができ、導電剤としてはアセチレンブラック等が挙げられ、結着剤としてはポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、スチレン・ブタジエンゴム(SBR)、カルボキシメチルセルロース(CMC)等が挙げられる。これらの添加剤は、従来と同様の配合割合で用いることができる。   The positive electrode and the negative electrode can be mixed with a conductive agent and a binder as necessary. Examples of the conductive agent include acetylene black. Examples of the binder include polyvinylidene fluoride (PVDF) and polytetrafluoro. Examples include ethylene (PTFE), styrene / butadiene rubber (SBR), carboxymethyl cellulose (CMC), and the like. These additives can be used at a blending ratio similar to the conventional one.

また、上記正極及び負極の形状としては、特に制限はなく、電極として公知の形状の中から適宜選択することができる。例えば、シート状、円柱形状、板状形状、スパイラル形状等が挙げられる。   Moreover, there is no restriction | limiting in particular as a shape of the said positive electrode and a negative electrode, It can select suitably from well-known shapes as an electrode. For example, a sheet shape, a columnar shape, a plate shape, a spiral shape, and the like can be given.

本発明の非水電解液電池に使用できる他の部材としては、非水電解液電池において、正負極間に、両極の接触による電流の短絡を防止する役割で介在させるセパレーターが挙げられる。セパレーターの材質としては、両極の接触を確実に防止し得、且つ電解液を通したり含んだりできる材料、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、セルロース系、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート等の合成樹脂製の不織布、薄層フィルム等が好適に挙げられる。これらの中でも、厚さ20〜50μm程度のポリプロピレン又はポリエチレン製の微孔性フィルム、セルロース系、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート等のフィルムが特に好適である。本発明では、上述のセパレーターの他にも、通常電池に使用されている公知の各部材が好適に使用できる。   Other members that can be used in the non-aqueous electrolyte battery of the present invention include a separator that is interposed between positive and negative electrodes in a role of preventing current short-circuit due to contact between both electrodes. As the material of the separator, it is possible to reliably prevent contact between the two electrodes and to allow the electrolyte to pass through or to contain, for example, synthesis of polytetrafluoroethylene, polypropylene, polyethylene, cellulose, polybutylene terephthalate, polyethylene terephthalate, etc. Preferred examples include resin non-woven fabrics and thin layer films. Among these, a polypropylene or polyethylene microporous film having a thickness of about 20 to 50 μm, a film made of cellulose, polybutylene terephthalate, polyethylene terephthalate, or the like is particularly suitable. In the present invention, in addition to the separators described above, known members that are normally used in batteries can be suitably used.

以上に説明した本発明の非水電解液電池の形態としては、特に制限はなく、コインタイプ、ボタンタイプ、ペーパータイプ、角型又はスパイラル構造の円筒型電池等、種々の公知の形態が好適に挙げられる。ボタンタイプの場合は、シート状の正極及び負極を作製し、該正極及び負極でセパレーターを挟む等して、非水電解液電池を作製することができる。また、スパイラル構造の場合は、例えば、シート状の正極を作製して集電体を挟み、これに、シート状の負極を重ね合わせて巻き上げる等して、非水電解液電池を作製することができる。   The form of the non-aqueous electrolyte battery of the present invention described above is not particularly limited, and various known forms such as a coin-type, button-type, paper-type, square-type or spiral-type cylindrical battery are suitable. Can be mentioned. In the case of the button type, a non-aqueous electrolyte battery can be produced by preparing a sheet-like positive electrode and negative electrode and sandwiching a separator between the positive electrode and the negative electrode. In the case of a spiral structure, for example, a non-aqueous electrolyte battery can be manufactured by preparing a sheet-like positive electrode, sandwiching a current collector, and stacking and winding a sheet-like negative electrode on the current collector. it can.

以下に、実施例を挙げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples.

(イオン液体合成例1)
水 15mLとクロロホルム 15mLからなる二相系を調製し、該二相系にトリエチルアミン5mLと、上記一般式(III)で表され、式中のnが3であって、6つのR3のうち1つが塩素で且つ5つがフッ素である環状ホスファゼン化合物 5mLとを順次滴下した。その後、該二相系を冷却しながら撹拌すると、クロロホルム相に白色結晶が沈殿した。常温に戻して撹拌すると該白色結晶は消えた。なお、クロロホルム相は、反応前は無色であったが、反応後は白濁した。ピペットを用いて水相を採取し、エバポレートした後、真空ポンプを用いて水を留去したところ、白色結晶 5.2g(収率 53%)を得た。次に、得られた白色結晶 2g及びAgPF6 2.2gを水 20mLに溶解させ、30分間の撹拌の後に、水相を採取し、水を蒸発させたところ透明の液体が残留し、更に減圧乾燥してイオン液体A 1.8g(収率 79%)を得た。得られたイオン液体Aを、重水に溶解させて1H-NMRで分析し、更にDMSOに溶解させて31P-NMRで分析したところ、該イオン液体Aは、上記一般式(I)で表され、式中のnが3であって、6つのR1のうち5つがフッ素で且つ一つが−N+(CH2CH2)3PF6 -であることを確認した。生成物の1H-NMRの結果を図1に、31P-NMRの結果を図2に、反応スキームを下記に示す。
(Ionic liquid synthesis example 1)
A two-phase system consisting of 15 mL of water and 15 mL of chloroform was prepared, and the two-phase system was represented by 5 mL of triethylamine, represented by the above general formula (III), where n was 3, and 1 of 6 R 3 5 mL of a cyclic phosphazene compound, one of which is chlorine and five of which is fluorine, was successively added dropwise. Thereafter, when the two-phase system was stirred while cooling, white crystals were precipitated in the chloroform phase. When the mixture was returned to room temperature and stirred, the white crystals disappeared. The chloroform phase was colorless before the reaction, but became cloudy after the reaction. The aqueous phase was collected using a pipette, evaporated, and then water was distilled off using a vacuum pump to obtain 5.2 g of white crystals (yield 53%). Next, 2 g of the obtained white crystals and 2.2 g of AgPF 6 were dissolved in 20 mL of water, and after stirring for 30 minutes, the aqueous phase was collected and the water was evaporated to leave a transparent liquid, which was further dried under reduced pressure. As a result, 1.8 g (yield 79%) of ionic liquid A was obtained. The obtained ionic liquid A was dissolved in heavy water and analyzed by 1 H-NMR, and further dissolved in DMSO and analyzed by 31 P-NMR. The ionic liquid A was represented by the above general formula (I). It was confirmed that n in the formula was 3, 5 out of 6 R 1 were fluorine, and 1 was —N + (CH 2 CH 2 ) 3 PF 6 . The result of 1 H-NMR of the product is shown in FIG. 1, the result of 31 P-NMR is shown in FIG. 2, and the reaction scheme is shown below.

Figure 2008112617
Figure 2008112617

(イオン液体合成例2)
水 15mLとクロロホルム 15mLからなる二相系を調製し、該二相系にアニリン5mLと、上記一般式(III)で表され、式中のnが3であって、6つのR3のうち1つが塩素で且つ5つがフッ素である環状ホスファゼン化合物 5mLとを順次滴下した。その後、該二相系を冷却しながら撹拌すると、クロロホルム相に白色結晶が沈殿した。常温に戻して撹拌すると該白色結晶は消えた。なお、クロロホルム相は、反応前は無色であったが、反応後は白濁した。ピペットを用いて水相を採取し、エバポレートした後、真空ポンプを用いて水を留去したところ、白色結晶 4.8g(収率 54%)を得た。次に、得られた白色結晶 2g及びAgPF6 2.3gを水 20mLに溶解させ、30分間の撹拌の後に、水相を採取し、水を蒸発させたところ透明の液体が残留し、更に減圧乾燥してイオン液体B 1.6g(収率 72%)を得た。得られたイオン液体Bを、重水に溶解させて1H-NMRで分析し、更にDMSOに溶解させて31P-NMRで分析したところ、該イオン液体Bは、上記一般式(I)で表され、式中のnが3であって、6つのR1のうち5つがフッ素で且つ一つが−N+265PF6 -であることを確認した。生成物の1H-NMRの結果を図3に、31P-NMRの結果を図4に、反応スキームを下記に示す。
(Ionic liquid synthesis example 2)
A two-phase system consisting of 15 mL of water and 15 mL of chloroform was prepared, and the two-phase system was represented by 5 mL of aniline and the above general formula (III), where n was 3, and 1 of 6 R 3 5 mL of a cyclic phosphazene compound, one of which is chlorine and five of which is fluorine, was successively added dropwise. Thereafter, when the two-phase system was stirred while cooling, white crystals were precipitated in the chloroform phase. When the mixture was returned to room temperature and stirred, the white crystals disappeared. The chloroform phase was colorless before the reaction, but became cloudy after the reaction. The aqueous phase was collected using a pipette and evaporated, and then water was distilled off using a vacuum pump to obtain 4.8 g of white crystals (yield 54%). Next, 2 g of the obtained white crystals and 2.3 g of AgPF 6 were dissolved in 20 mL of water, and after stirring for 30 minutes, the aqueous phase was collected and evaporated to leave a transparent liquid, which was further dried under reduced pressure. As a result, 1.6 g (yield 72%) of ionic liquid B was obtained. When the obtained ionic liquid B was dissolved in heavy water and analyzed by 1 H-NMR, and further dissolved in DMSO and analyzed by 31 P-NMR, the ionic liquid B was represented by the above general formula (I). In the formula, it was confirmed that n was 3, 5 out of 6 R 1 were fluorine, and 1 was —N + H 2 C 6 H 5 PF 6 . The result of 1 H-NMR of the product is shown in FIG. 3, the result of 31 P-NMR is shown in FIG. 4, and the reaction scheme is shown below.

Figure 2008112617
Figure 2008112617

(実施例1)
上記のようにして得たイオン液体A 5体積%と、EC/PC/DMC[エチレンカーボネート(EC)とプロピレンカーボネート(PC)とジメチルカーボネート(DMC)とを体積比1/1/3で含む混合溶媒]95体積%からなる混合溶媒に、LiPF6を1mol/Lになるように溶解させ、これに無水5-ノルボルネン-2,3-ジカルボン酸(NDCA)0.1質量%を添加して、非水電解液を調製した。次に、得られた非水電解液の安全性を下記の方法で評価し、表1に示す結果を得た。
(Example 1)
5% by volume of ionic liquid A obtained as described above and EC / PC / DMC [mixing containing ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC) and dimethyl carbonate (DMC) at a volume ratio of 1/3. Solvent] LiPF 6 was dissolved in a mixed solvent consisting of 95% by volume so as to be 1 mol / L, and 0.1% by mass of anhydrous 5-norbornene-2,3-dicarboxylic acid (NDCA) was added thereto to add non-aqueous solution. An electrolyte solution was prepared. Next, the safety of the obtained nonaqueous electrolytic solution was evaluated by the following method, and the results shown in Table 1 were obtained.

(1)電解液の安全性
UL(アンダーライティングラボラトリー)規格のUL94HB法をアレンジした方法で、大気環境下において着火した炎の燃焼挙動から電解液の安全性を評価した。その際、着火性、燃焼性、炭化物の生成、二次着火時の現象についても観察した。具体的には、UL試験基準に基づき、不燃性石英ファイバーに電解液 1.0mLを染み込ませて、127mm×12.7mmの試験片を作製して行った。ここで、試験炎が試験片に着火しない場合(燃焼長:0mm)を「不燃性」、着火した炎が25mmラインまで到達せず且つ落下物にも着火が認められない場合を「難燃性」、着火した炎が25〜100mmラインで消火し且つ落下物にも着火が認められない場合を「自己消火性」、着火した炎が100mmラインを超えた場合を「燃焼性」と評価した。
(1) Electrolyte Safety The safety of the electrolyte was evaluated from the combustion behavior of flames ignited in an atmospheric environment by the method of arranging UL94HB method of UL (Underwriting Laboratory) standard. At that time, ignitability, combustibility, formation of carbides, and secondary ignition phenomena were also observed. Specifically, based on the UL test standard, a nonflammable quartz fiber was impregnated with 1.0 mL of an electrolytic solution, and a test piece of 127 mm × 12.7 mm was produced. Here, when the test flame does not ignite the test piece (combustion length: 0 mm), it is “non-flammable”, and when the ignited flame does not reach the 25 mm line and the fallen object is not ignited, “flame retardant” The case where the ignited flame was extinguished on the 25 to 100 mm line and the fallen object was not ignited was evaluated as “self-extinguishing”, and the case where the ignited flame exceeded the 100 mm line was evaluated as “combustible”.

(2)リチウム二次電池の作製
次に、正極活物質としでリチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2)を用い、該複合酸化物と、導電剤であるアセチレンブラックと、結着剤であるフッ素樹脂とを、質量比で90:5:5で混合し、これをN-メチルピロリドンに分散させてスラリーとしたものを、正極集電体としてのアルミニウム箔に塗布・乾燥した後、φ16mmの円板状に打ち抜いて、正極を作製した。一方、負極としては、リチウム箔(厚さ0.5mm)をφ16mmに打ち抜いたものを負極とした。次いで、正極端子を兼ねたステンレスケース内に、正極と負極とを、上記電解液を含浸したセパレーター(微孔性フィルム:ポリプロピレン製)を介して重ねて収容し、ポリプロピレン製ガスケットを介して負極端子を兼ねるステンレス製封口板で密封して、容量が4mAhのCR2016型のコイン型電池(リチウム二次電池)を作製した。得られた電池の初期放電容量、50サイクル後の放電容量、放電容量維持率を下記の方法で測定し、表1に示す結果を得た。
(2) Production of Lithium Secondary Battery Next, lithium cobalt composite oxide (LiCoO 2 ) is used as the positive electrode active material, the composite oxide, acetylene black as a conductive agent, and a fluororesin as a binder. Are mixed in a mass ratio of 90: 5: 5 and dispersed in N-methylpyrrolidone to form a slurry, which is applied to an aluminum foil as a positive electrode current collector and dried, and then a φ16 mm disc The positive electrode was produced by punching into a shape. On the other hand, the negative electrode was a lithium foil (thickness 0.5 mm) punched out to φ16 mm. Next, the positive electrode and the negative electrode are stacked and accommodated in a stainless steel case also serving as a positive electrode terminal via a separator (microporous film: made of polypropylene) impregnated with the electrolytic solution, and the negative electrode terminal is inserted through a polypropylene gasket. A CR2016 type coin-type battery (lithium secondary battery) with a capacity of 4 mAh was produced. The initial discharge capacity, discharge capacity after 50 cycles, and discharge capacity retention rate of the obtained battery were measured by the following methods, and the results shown in Table 1 were obtained.

(3)初期及び50サイクル後の放電容量
20℃の環境下で、上限電圧4.2V、下限電圧3.0V、放電電流50mA、充電電流50mAの条件で充放電を行い、この時の放電容量を既知の電極重量で除することにより初期放電容量(mAh/g)を求めた。また、同様の充放電条件で50サイクルまで充放電を繰り返して、50サイクル後の放電容量を求めた。更に、下記の式:
放電容量維持率=50サイクル後の放電容量/初期放電容量×100(%)
に従って放電容量維持率を算出した。
(3) Discharge capacity at the initial stage and after 50 cycles
Under an environment of 20 ° C, charge and discharge are performed under the conditions of an upper limit voltage of 4.2 V, a lower limit voltage of 3.0 V, a discharge current of 50 mA, and a charge current of 50 mA, and the initial discharge capacity is obtained by dividing the discharge capacity at this time by the known electrode weight. (MAh / g) was determined. Moreover, charge / discharge was repeated up to 50 cycles under the same charge / discharge conditions, and the discharge capacity after 50 cycles was determined. Furthermore, the following formula:
Discharge capacity retention rate = discharge capacity after 50 cycles / initial discharge capacity × 100 (%)
The discharge capacity retention rate was calculated according to

(実施例2〜12)
表1及び2に示す配合の混合溶媒に、LiPF6を1mol/Lになるように溶解させ、更に表1及び2に示す添加剤を添加して、非水電解液を調製し、実施例1と同様にして安全性を評価した。また、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製し、電池性能を評価した。結果を表1及び2に示す。なお、表1及び2中、無水ジカルボン酸Cは無水5-ノルボルネン-2,3-ジカルボン酸(NDCA)であり、無水ジカルボン酸Dは無水1,2,3,6-テトラヒドロフタル酸であり、EC/PC/DMCはエチレンカーボネート(EC)とプロピレンカーボネート(PC)とジメチルカーボネート(DMC)とを体積比1/1/3で含む混合有機溶媒を示す。
(Examples 2 to 12)
In a mixed solvent having the composition shown in Tables 1 and 2, LiPF 6 was dissolved at 1 mol / L, and the additives shown in Tables 1 and 2 were added to prepare a non-aqueous electrolyte. The safety was evaluated in the same manner. Moreover, the lithium secondary battery was produced similarly to Example 1, and battery performance was evaluated. The results are shown in Tables 1 and 2. In Tables 1 and 2, dicarboxylic anhydride C is anhydrous 5-norbornene-2,3-dicarboxylic acid (NDCA), dicarboxylic anhydride D is anhydrous 1,2,3,6-tetrahydrophthalic acid, EC / PC / DMC represents a mixed organic solvent containing ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), and dimethyl carbonate (DMC) at a volume ratio of 1/3.

(比較例1〜2)
表1及び2に示す配合の混合溶媒に、LiPF6を1mol/Lになるように溶解させて、非水電解液を調製し、実施例1と同様にして安全性を評価した。また、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製し、電池性能を評価した。結果を表1及び2に示す。
(Comparative Examples 1-2)
LiPF 6 was dissolved in a mixed solvent having the composition shown in Tables 1 and 2 so as to be 1 mol / L to prepare a nonaqueous electrolytic solution, and safety was evaluated in the same manner as in Example 1. Moreover, the lithium secondary battery was produced similarly to Example 1, and battery performance was evaluated. The results are shown in Tables 1 and 2.

Figure 2008112617
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Figure 2008112617
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表1及び2から、リン−窒素間二重結合を有するイオン液体と、環状構造を有する無水ジカルボン酸化合物とを含有する電解液は、安全性及び電池性能に優れることが分る。なお、実施例3、6、9及び12から、環状構造を有する無水ジカルボン酸化合物を5質量%含む電解液は、サイクル特性が悪いので、環状構造を有する無水ジカルボン酸化合物の含有量は、電解液全体の0.1〜3.0質量%の範囲が好ましいことが確認された。   From Table 1 and 2, it turns out that the electrolyte solution containing the ionic liquid which has a phosphorus-nitrogen double bond, and the dicarboxylic anhydride compound which has a cyclic structure is excellent in safety | security and battery performance. From Examples 3, 6, 9 and 12, the electrolyte solution containing 5% by mass of the dicarboxylic anhydride compound having a cyclic structure has poor cycle characteristics. Therefore, the content of the dicarboxylic anhydride compound having a cyclic structure is It was confirmed that the range of 0.1 to 3.0% by mass of the whole liquid was preferable.

イオン液体合成例1で得られた生成物の1H-NMRの結果である。It is the result of 1 H-NMR of the product obtained in the ionic liquid synthesis example 1. イオン液体合成例1で得られた生成物の31P-NMRの結果である。It is a 31 P-NMR result of the product obtained in the ionic liquid synthesis example 1. イオン液体合成例2で得られた生成物の1H-NMRの結果である。It is the result of 1 H-NMR of the product obtained in the ionic liquid synthesis example 2. イオン液体合成例2で得られた生成物の31P-NMRの結果である。It is a 31 P-NMR result of the product obtained in the ionic liquid synthesis example 2.

Claims (6)

リン−窒素間二重結合を有するイオン液体と、
環状構造を有する無水ジカルボン酸化合物と、
支持塩と
を含有する電池用非水電解液。
An ionic liquid having a phosphorus-nitrogen double bond;
A dicarboxylic anhydride compound having a cyclic structure;
A battery non-aqueous electrolyte containing a supporting salt.
前記環状構造を有する無水ジカルボン酸化合物が、無水5-ノルボルネン-2,3-ジカルボン酸、無水1,2,3,6-テトラヒドロフタル酸及び無水ビシクロ[2.2.2]オクト-5-エン-2,3-ジカルボン酸からなる群から選択される少なくとも一種であることを特徴とする請求項1に記載の電池用非水電解液。   The dicarboxylic anhydride compound having the above cyclic structure is anhydrous 5-norbornene-2,3-dicarboxylic acid, anhydrous 1,2,3,6-tetrahydrophthalic acid and bicyclo [2.2.2] oct-5-ene. The non-aqueous electrolyte for a battery according to claim 1, wherein the non-aqueous electrolyte for a battery is at least one selected from the group consisting of -2,3-dicarboxylic acid. 更に、非プロトン性有機溶媒を含有することを特徴とする請求項1に記載の電池用非水電解液。   Furthermore, the non-aqueous electrolyte for batteries of Claim 1 containing an aprotic organic solvent. 前記環状構造を有する無水ジカルボン酸化合物の含有量が前記電池用非水電解液全体の0.1〜3.0質量%であることを特徴とする請求項1に記載の電池用非水電解液。   2. The battery non-aqueous electrolyte according to claim 1, wherein a content of the cyclic dicarboxylic anhydride compound is 0.1 to 3.0% by mass of the whole battery non-aqueous electrolyte. 前記イオン液体が、下記一般式(I):
(NPR1 2)n ・・・ (I)
[式中、R1は、それぞれ独立してハロゲン元素又は一価の置換基で、少なくとも一つのR1は、下記一般式(II):
−N+2 3- ・・・ (II)
(式中、R2は、それぞれ独立して一価の置換基又は水素で、但し、少なくとも一つのR2は水素ではなく、また、R2は互いに結合して環を形成してもよく;X-は一価のアニオンを表す)で表されるイオン性置換基であり、且つ少なくとも一つのR1はフッ素であり;nは3又は4である]で表されることを特徴とする請求項1に記載の電池用非水電解液。
The ionic liquid has the following general formula (I):
(NPR 1 2 ) n ... (I)
[Wherein R 1 is independently a halogen element or a monovalent substituent, and at least one R 1 is represented by the following general formula (II):
-N + R 2 3 X - ··· (II)
Wherein R 2 is each independently a monovalent substituent or hydrogen, provided that at least one R 2 is not hydrogen and R 2 may be bonded to each other to form a ring; X represents a monovalent anion), and at least one R 1 is fluorine; n is 3 or 4. Item 4. A nonaqueous electrolytic solution for a battery according to Item 1.
請求項1〜5のいずれかに記載の電池用非水電解液と、正極と、負極とを備えた非水電解液電池。   A nonaqueous electrolyte battery comprising the battery nonaqueous electrolyte solution according to claim 1, a positive electrode, and a negative electrode.
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