JP2008282619A - Lithium-ion secondary battery - Google Patents

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JP2008282619A JP2007124535A JP2007124535A JP2008282619A JP 2008282619 A JP2008282619 A JP 2008282619A JP 2007124535 A JP2007124535 A JP 2007124535A JP 2007124535 A JP2007124535 A JP 2007124535A JP 2008282619 A JP2008282619 A JP 2008282619A
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Hironori Kondo
広規 近藤
Madoka Hasegawa
円 長谷川
Yoshinari Makimura
嘉也 牧村
Itsuki Sasaki
厳 佐々木
Yuichi Ito
勇一 伊藤
Naruaki Okuda
匠昭 奥田
Osamu Hiruta
修 蛭田
Yoji Takeuchi
要二 竹内
Yoshio Ukiyou
良雄 右京
Shoichi Tsujioka
辻岡  章一
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a lithium-ion secondary battery with high initial charge/discharge characteristics and excellent in a capacity maintenance ratio. <P>SOLUTION: The lithium-ion secondary battery is at least provided with a cathode, an anode and a nonaqueous electrolyte solution. The anode contains as an anode active material a titanium-based polyanion compound having an oxidation reduction potential exceeding 1.8 V with an oxidation reduction potential of Li as a reference. Further, the nonaqueous electrolyte solution is made by dissolving an electrolyte and an additive consisting of a compound expressed in general formula (1) in a nonaqueous solvent. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、電解液として、有機溶媒等の非水溶媒に電解質を溶解してなる非水電解液を含有するリチウムイオン二次電池に関する。   The present invention relates to a lithium ion secondary battery containing, as an electrolytic solution, a nonaqueous electrolytic solution obtained by dissolving an electrolyte in a nonaqueous solvent such as an organic solvent.

従来より、非水電解液を用いたリチウムイオン二次電池は、高電圧でエネルギー密度が高く、小型化・軽量化が図れることから、パソコンや携帯電話等の情報端末等を中心に情報通信機器の分野で実用が進み、広く一般に普及するに至っている。また他の分野では、環境問題及び資源問題から電気自動車の開発が急がれる中、非水電解液リチウムイオン二次電池をハイブリッド自動車用の電池として用いることが検討されている。   Conventionally, lithium-ion secondary batteries using non-aqueous electrolytes have high voltage, high energy density, and can be reduced in size and weight. Therefore, information communication equipment mainly for information terminals such as personal computers and mobile phones. Practical use has progressed in this field, and it has become widely popular. In other fields, the development of electric vehicles has been urgently promoted due to environmental problems and resource issues, and the use of non-aqueous electrolyte lithium ion secondary batteries as batteries for hybrid vehicles has been studied.

リチウムイオン二次電池は、正極と、負極と、これらの正極及び負極間でリチウムイオンを移動させる非水電解液とを主要な構成としてなっている。具体的には、例えば正極に、正極活物質としてLiCoO2、LiNiO2、LiMn24等のリチウム遷移金属複合酸化物を含有し、負極に、負極活物質として黒鉛やコークス等の炭素材料を含有する電池が用いられている。また、活物質としては、ポリアニオン系化合物が開発されている(特許文献1〜6参照)。このポリアニオン系化合物は、正極活物質の酸化還元電位に近いため、正極活物質として用いることが検討されていた。また、正極集電体にはアルミニウム、負極集電体には銅が一般的に用いられる。負極としては、金属Liが用いられる場合もある。また、電解液としては、鎖状カーボネートと環状カーボネートとの有機混合溶媒にLiPF6等のLi塩を溶解した非水電解液が用いられている。 A lithium ion secondary battery mainly includes a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte that moves lithium ions between the positive electrode and the negative electrode. Specifically, for example, the positive electrode contains a lithium transition metal composite oxide such as LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 as a positive electrode active material, and a carbon material such as graphite or coke as the negative electrode active material. The containing battery is used. In addition, polyanionic compounds have been developed as active materials (see Patent Documents 1 to 6). Since this polyanion compound is close to the redox potential of the positive electrode active material, it has been studied to use it as a positive electrode active material. Further, aluminum is generally used for the positive electrode current collector, and copper is generally used for the negative electrode current collector. As the negative electrode, metal Li may be used. As the electrolytic solution, a nonaqueous electrolytic solution in which a Li salt such as LiPF 6 is dissolved in an organic mixed solvent of a chain carbonate and a cyclic carbonate is used.

このようなリチウムイオン二次電池においては、初回充電時に、電解液中のカーボネートやLi塩が還元分解され易い。その結果、負極上にSEI膜と呼ばれる被膜を形成し、H2、CO、CO2等を主成分とする気体を発生する。これは、負極において、Li金属や炭素材料の酸化還元電位は0〜0.5V(vs Li+/Li)であり、その一方で電解液の分解が0.5〜1.5V(vs Li+/Li)程度で起こるためである。電解液の分解によって生成するSEI膜は、それ以上の電解液の分解を抑制し、それ以降の高い充放電効率を可能にすると考えられている。しかし、電界液の分解によって、初回の充放電効率が悪くなるという問題があった。また、気体の発生によって、電池内圧力が上昇してしまうという問題があった。 In such a lithium ion secondary battery, carbonate and Li salt in the electrolytic solution are easily reductively decomposed during the initial charge. As a result, a film called an SEI film is formed on the negative electrode, and a gas mainly containing H 2 , CO, CO 2, etc. is generated. In the negative electrode, the redox potential of Li metal or carbon material is 0 to 0.5 V (vs Li + / Li), while the decomposition of the electrolyte is 0.5 to 1.5 V (vs Li +). / Li). It is considered that the SEI film produced by the decomposition of the electrolytic solution suppresses further decomposition of the electrolytic solution and enables high charge / discharge efficiency thereafter. However, there was a problem that the initial charge / discharge efficiency deteriorated due to the decomposition of the electrolysis solution. In addition, there is a problem that the pressure in the battery increases due to the generation of gas.

また、高出力型のリチウムイオン二次電池を構成する上では、伝導性の高いLiPF6等のリチウム塩を電解質の主成分として用ることが必須条件となりつつある。しかし、LiPF6は、リチウムイオン二次電池の製造時や初回充電時等に電池内に混入する微量の水分と反応し、フッ化水素(HF)を生成する(非特許文献1参照)。このHFは、電池内の構成材料に悪影響を与え、電池特性を低下させるおそれがある。特に、高温環境下の使用においては、HFによる副反応が加速され、電池への悪影響が顕著に表れるという問題があった。このような問題は、特に、正極の集電体や電池の外装材料にアルミニウムを用いた電池に顕著に表れる。即ち、アルミニウムは両性金属であり、酸やアルカリに容易に侵され易いという性質を有している。したがって、HFによっても容易に腐食され、抵抗が増大したり、ガスが発生したりするおそれがある。 Further, in configuring a high-power type lithium ion secondary battery, it is becoming an essential condition to use a lithium salt such as LiPF 6 having high conductivity as the main component of the electrolyte. However, LiPF 6 reacts with a small amount of moisture mixed in the battery at the time of manufacturing a lithium ion secondary battery or at the time of initial charge, and generates hydrogen fluoride (HF) (see Non-Patent Document 1). This HF may adversely affect the constituent materials in the battery and may deteriorate battery characteristics. In particular, when used in a high-temperature environment, there is a problem that side reactions due to HF are accelerated, and the adverse effect on the battery appears remarkably. Such a problem appears remarkably particularly in a battery using aluminum as a positive electrode current collector or a battery exterior material. That is, aluminum is an amphoteric metal and has the property of being easily attacked by acids and alkalis. Therefore, it is easily corroded by HF, and there is a possibility that resistance increases or gas is generated.

このような問題を解決するために、特定の錯塩からなる添加剤を電解液に添加する方法が開発されている(特許文献7〜11参照)。この添加剤は、電池系内に存在する水分をトラップすることができる。そのため、水分とLiPF6等の電解質との反応によるフッ酸の生成を抑制し、電池の耐久性及び出力を向上させることができる。 In order to solve such a problem, a method of adding an additive composed of a specific complex salt to an electrolytic solution has been developed (see Patent Documents 7 to 11). This additive can trap moisture present in the battery system. Therefore, generation of hydrofluoric acid due to a reaction between moisture and an electrolyte such as LiPF 6 can be suppressed, and the durability and output of the battery can be improved.

しかしながら、上記添加剤は、初回充電時に負極において約1.8V(vs.Li+/Li)で還元分解され易いという問題があった。その結果、負極上に分解被膜が形成され、負極における反応抵抗を増大させてしまう。そのため、初回の充放電効率が低下したり、充放電を繰り返すにつれて容量が低下し易くなるおそれがあった。また、還元分解によって比較的多量の気体が発生して電池の内圧が上昇し、最悪の場合電池が破裂する危険性も有していた。 However, the additive has a problem that it is easily reductively decomposed at about 1.8 V (vs. Li + / Li) at the negative electrode during the first charge. As a result, a decomposition film is formed on the negative electrode, which increases the reaction resistance in the negative electrode. For this reason, the initial charge / discharge efficiency may decrease or the capacity may easily decrease as charge / discharge is repeated. In addition, a relatively large amount of gas is generated by reductive decomposition to increase the internal pressure of the battery, and in the worst case, the battery has a risk of bursting.

特許第2847663号公報Japanese Patent No. 2847663 特表2000−509193号公報JP 2000-509193 A 特開2001−266882号公報JP 2001-266882 A 特開2002−56849号公報JP 2002-56849 A 特開2002−56848号公報JP 2002-56848 A 特表2005−522009号公報Special table 2005-522009 gazette 特開2001−155769号公報JP 2001-155769 A 特開2002−110235号公報JP 2002-110235 A 特開2004−146071号公報JP 2004-146071 A 特開2005−5114号公報JP 2005-5114 A 特開2005−26203号公報JP 2005-26203 A ディ・アウルバッハ(D.Aurbach et al.)著、「ジャーナル オブ パワー ソースィズ(JOURNAL OF POWER SOURCES)」、1997年、第68巻、p.91D. Aurbach et al., “JOURNAL OF POWER SOURCES”, 1997, Vol. 68, p. 91

本発明はかかる従来の問題点に鑑みてなされたものであって、初回の充放電効率が高く、容量維持率に優れたリチウムイオン二次電池を提供しようとするものである。   The present invention has been made in view of such conventional problems, and an object of the present invention is to provide a lithium ion secondary battery having high initial charge / discharge efficiency and excellent capacity retention.

本発明は、正極と、負極と、非水電解液とを少なくとも備えたリチウムイオン二次電池において、
上記負極は、Liの酸化還元電位を基準としたとき1.8Vを超える酸化還元電位を有するチタン系ポリアニオン化合物を負極活物質として含有し、
上記非水電解液は、電解質と、下記の一般式(1)で表される化合物からなる添加剤とを非水溶媒に溶解してなることを特徴とするリチウムイオン二次電池にある(請求項1)。

Figure 2008282619
{但し、Mは、遷移金属、周期律表のIII族、IV族、又はV族元素、Aa+は、金属イオン、プロトン、又はオニウムイオン、aは1〜3、bは1〜3、pはb/a、mは1〜4、nは1〜8、qは0又は1をそれぞれ表し、R1は、C1〜C10のアルキレン、C1〜C10のハロゲン化アルキレン、C6〜C20のアリーレン、又はC6〜C20のハロゲン化アリーレン(これらのアルキレン及びアリーレンはその構造中に置換基、ヘテロ原子を持ってもよく、またm個存在するR1はそれぞれが結合してもよい。)、R2は、ハロゲン、C1〜C10のアルキル、C1〜C10のハロゲン化アルキル、C6〜C20のアリール、C6〜C20のハロゲン化アリール、又はX33(これらのアルキル及びアリールはその構造中に置換基、ヘテロ原子を持ってもよく、またn個存在するR2はそれぞれが結合して環を形成してもよい。)、X1、X2、X3は、O、S、又はNR4、R3、R4は、それぞれが独立で、水素、C1〜C10のアルキル、C1〜C10のハロゲン化アルキル、C6〜C20のアリール、C6〜C20のハロゲン化アリールをそれぞれ示す(これらのアルキル及びアリールはその構造中に置換基、ヘテロ原子を持ってもよく、また複数個存在するR3、R4はそれぞれが結合して環を形成してもよい。)。} The present invention provides a lithium ion secondary battery comprising at least a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte.
The negative electrode contains, as a negative electrode active material, a titanium-based polyanion compound having a redox potential exceeding 1.8 V when the redox potential of Li is used as a reference,
The non-aqueous electrolyte is a lithium ion secondary battery comprising an electrolyte and an additive composed of a compound represented by the following general formula (1) dissolved in a non-aqueous solvent (claim) Item 1).
Figure 2008282619
{However, M is a transition metal, Group III, IV, or V element of the periodic table, A a + is a metal ion, proton, or onium ion, a is 1 to 3, b is 1 to 3, p Is b / a, m is 1 to 4, n is 1 to 8, q is 0 or 1, R 1 is C 1 to C 10 alkylene, C 1 to C 10 alkylene halide, C 6 arylene -C 20, or C 6 -C 20 arylene halide (these alkylene and arylene substituent group in its structure, may have a hetero atom, and R 1 binds each of the m exist R 2 is halogen, C 1 -C 10 alkyl, C 1 -C 10 alkyl halide, C 6 -C 20 aryl, C 6 -C 20 aryl halide, or X 3 R 3 (the alkyl and aryl substituents in their structures, even with a heteroatom And the n R 2 each may combine with each other to form a ring present.), X 1, X 2 , X 3 is O, S, or NR 4, R 3, R 4 are each Are independently hydrogen, C 1 -C 10 alkyl, C 1 -C 10 alkyl halide, C 6 -C 20 aryl, C 6 -C 20 aryl halide (these alkyl and aryl May have a substituent or a heteroatom in the structure, and a plurality of R 3 and R 4 may be bonded to each other to form a ring). }

本発明のリチウムイオン二次電池は、上記負極活物質として、Liの酸化還元電位を基準としたとき1.8Vを超える酸化還元電位の上記チタン系ポリアニオン化合物を含有する。かかるチタン系ポリアニオン化合物は、従来のリチウムイオン二次電池の電極材料から考えると、正極活物質としては電位が低く、負極活物質としては電位が高い。このようなチタン系ポリアニオン化合物を上記負極活物質として用いると、電解液の分解電位よりも電池の酸化還元電位を高くすることができる。そのため、充放電時に電解液の分解を防止することができる。それ故、電解液の分解による初回充放電時の充放電効率の低下を抑制することができる。   The lithium ion secondary battery of the present invention contains, as the negative electrode active material, the titanium-based polyanion compound having a redox potential exceeding 1.8 V with respect to the redox potential of Li. Such a titanium-based polyanion compound has a low potential as a positive electrode active material and a high potential as a negative electrode active material when considered from the electrode material of a conventional lithium ion secondary battery. When such a titanium-based polyanion compound is used as the negative electrode active material, the oxidation-reduction potential of the battery can be made higher than the decomposition potential of the electrolytic solution. Therefore, decomposition of the electrolytic solution can be prevented during charging and discharging. Therefore, it is possible to suppress a decrease in charge / discharge efficiency during the first charge / discharge due to the decomposition of the electrolytic solution.

また、上記非水電解液中には、上記一般式(1)で表される化合物からなる上記添加剤が溶解している。該添加剤は、上記非水電解液中に含まれる微量の水分を捕獲することができるため、水分が存在することによって発生する不具合を回避することができる。具体的には、例えば、LiPF6等の上記電解質と水分とが反応してHFが発生することを防止することができる。そのため、HFによって活物質や集電体等が腐食されることを抑制することができ、電池の耐久性及び出力を向上させることができる。 Moreover, the said additive which consists of a compound represented by the said General formula (1) is melt | dissolving in the said non-aqueous electrolyte. Since the additive can capture a small amount of water contained in the non-aqueous electrolyte, it is possible to avoid problems caused by the presence of water. Specifically, for example, it is possible to prevent HF from being generated by the reaction between the electrolyte such as LiPF 6 and moisture. Therefore, it can suppress that an active material, a collector, etc. are corroded by HF, and can improve durability and output of a battery.

さらに、上記リチウムイオン二次電池においては、上記添加剤を含有しつつ、上記チタン系ポリアニオン化合物を負極活物質として含有する。そのため、上記添加剤が分解されて負極上に分解被膜を形成することを防止することができる。即ち、1.8V(vs.Li+/Li)を超える酸化還元電位のチタン系ポリアニオン化合物を負極活物質として用いているため、充放電時に、上記リチウムイオン二次電池は、上記添加剤が分解する電位まで到達しない。よって、上記添加剤は、分解して被膜を形成することなく、水分に対するトラップ剤としての機能を十分に発揮することができる。それ故、上記リチウムイオン二次電池は、耐久性に優れ、高い容量維持率を発揮することができる。 Furthermore, the lithium ion secondary battery contains the titanium-based polyanion compound as a negative electrode active material while containing the additive. Therefore, it is possible to prevent the additive from being decomposed to form a decomposed film on the negative electrode. That is, since the titanium-based polyanion compound having a redox potential exceeding 1.8 V (vs. Li + / Li) is used as the negative electrode active material, the lithium ion secondary battery is decomposed by the additive during charging and discharging. Does not reach the potential. Therefore, the additive can sufficiently exhibit a function as a trapping agent for moisture without being decomposed to form a film. Therefore, the lithium ion secondary battery is excellent in durability and can exhibit a high capacity retention rate.

以上のように、本発明によれば、初回の充放電効率が高く、容量維持率に優れたリチウムイオン二次電池を提供することができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to provide a lithium ion secondary battery having high initial charge / discharge efficiency and excellent capacity retention.

次に、本発明の好ましい実施の形態について説明する。
本発明のリチウムイオン二次電池は、正極活物質を含有する正極と、負極活物質を含有する負極と、非水溶媒に電解質及び上記添加剤を溶解してなる非水電解液とを有する。
上記リチウムイオン二次電池は、例えば上記正極及び上記負極と、これらの正極と負極との間に狭装されるセパレータと、正極と負極との間でリチウムを移動させる上記非水電解液等を主要構成要素として構成することができる。
Next, a preferred embodiment of the present invention will be described.
The lithium ion secondary battery of the present invention includes a positive electrode containing a positive electrode active material, a negative electrode containing a negative electrode active material, and a non-aqueous electrolyte obtained by dissolving an electrolyte and the above-described additive in a non-aqueous solvent.
The lithium ion secondary battery includes, for example, the positive electrode and the negative electrode, a separator sandwiched between the positive electrode and the negative electrode, and the non-aqueous electrolyte that moves lithium between the positive electrode and the negative electrode. It can be configured as a main component.

まず、上記負極について説明する。
負極は、例えば集電体と、その表面に形成された負極活物質層とによって構成することができる。上記負極活物質層は、上記負極活物質にバインダーと、導電性を向上させるためのカーボン等の導電助剤とを混合し、分散材として適当な溶媒を加えてスラリー状にした負極合材を、上記集電体の表面に塗布、乾燥し、その後圧縮することにより形成することができる。
また、上記負極としては、上記負極合材をプレス成形して得られるペレット電極等を用いることもできる。
First, the negative electrode will be described.
The negative electrode can be composed of, for example, a current collector and a negative electrode active material layer formed on the surface thereof. The negative electrode active material layer is a mixture of a negative electrode active material mixed with a binder and a conductive assistant such as carbon for improving conductivity, and added with a suitable solvent as a dispersing agent to form a negative electrode mixture. It can be formed by coating on the surface of the current collector, drying, and then compressing.
Moreover, as the negative electrode, a pellet electrode obtained by press-molding the negative electrode mixture can be used.

上記負極活物質としては、Liの酸化還元電位を基準としたとき1.8Vを超える酸化還元電位を有するチタン系ポリアニオン化合物を含有する。
チタン系ポリアニオン化合物は、カチオンとしてTiを含むポリアニオン化合物であり、充放電時にTiの価数を変化させることができる化合物である。
1.8V(vs.Li+/Li)以下の場合には、上記リチウムイオン二次電池の酸化還元電位が電解液の分解電位付近まで到達するおそれがある。その結果、初回の充放電効率が低下したり、容量維持率が低下したりするおそれがある。
The negative electrode active material contains a titanium-based polyanion compound having a redox potential exceeding 1.8 V when the redox potential of Li is used as a reference.
A titanium-based polyanion compound is a polyanion compound containing Ti as a cation, and is a compound that can change the valence of Ti during charge and discharge.
When the voltage is 1.8 V (vs. Li + / Li) or lower, the oxidation-reduction potential of the lithium ion secondary battery may reach the vicinity of the decomposition potential of the electrolytic solution. As a result, the initial charge / discharge efficiency may be reduced, or the capacity retention rate may be reduced.

上記チタン系ポリアニオン化合物の酸化還元電位は、Liを基準としたときに、3.0V以下であることが好ましい(請求項2)。
上記チタン系ポリアニオン化合物の酸化還元電位が3.0Vを超える場合には、上記リチウムイオン二次電池は、実用上十分な電池電圧を示すことができなくなるおそれがある。
The oxidation-reduction potential of the titanium-based polyanion compound is preferably 3.0 V or less with respect to Li (claim 2).
When the oxidation-reduction potential of the titanium-based polyanion compound exceeds 3.0 V, the lithium ion secondary battery may not be able to exhibit a practically sufficient battery voltage.

上記負極活物質の具体例としては、例えばLiTi2(PO4)3、TiP27、(TiO)227、及びTi21.3(PO4)1.6等を用いることができる。これらのチタン系ポリアニオン化合物を用いれば、酸化還元電位が確実に1.8Vを超えるため、より確実に電解液の分解を防止することができる。 Specific examples of the negative electrode active material include LiTi 2 (PO 4 ) 3 , TiP 2 O 7 , (TiO) 2 P 2 O 7 , and Ti 2 O 1.3 (PO 4 ) 1.6 . If these titanium-based polyanion compounds are used, the oxidation-reduction potential reliably exceeds 1.8 V, so that the decomposition of the electrolytic solution can be more reliably prevented.

上記バインダーは、上記活物質粒子間を連結し、上記負極活物質層を上記集電体に繋ぎ止める役割を果たすものであり、高分子材料が用いられる。該高分子材料には、上記非水電解液に用いられる上記非水溶媒に対する耐性、電池反応が進行する電位に対する安定性、及び耐熱性等が要求される。そのため、上記バインダーの高分子材料としては、例えばポリフッ化ビニリデン等のフッ素樹脂、スチレン−ブタジエン系ゴム、ポリアクリロニトリル等を用いることができる。これらの高分子材料は、1種を単独で用いることもできるが、2種以上を併用することもできる。
また、上記負極活物質及び上記バインダーを分散させる溶剤としては、例えばN−メチル−2−ピロリドン等の有機溶剤を用いることができる。
The binder serves to connect the active material particles and to connect the negative electrode active material layer to the current collector, and a polymer material is used. The polymer material is required to have resistance to the non-aqueous solvent used in the non-aqueous electrolyte, stability to potential at which a battery reaction proceeds, heat resistance, and the like. Therefore, as the polymer material of the binder, for example, a fluororesin such as polyvinylidene fluoride, styrene-butadiene rubber, polyacrylonitrile, or the like can be used. These polymer materials can be used alone or in combination of two or more.
In addition, as a solvent for dispersing the negative electrode active material and the binder, for example, an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone can be used.

上記負極活物質層は、上記負極活物質を50〜98重量%、上記導電助剤を30〜1重量%、上記バインダーを20〜1重量%含有することが好ましい。上記負極活物質が50重量%未満の場合には、容量等の電池性能が低下するおそれがある。一方、98重量%を越える場合には、バインダー量が不充分になって負極活物質の粒子が十分に結着されず、上記負極活物質層から滑落したり、導電助剤量が不充分になって導電性が低下するおそれがある。また、上記導電助剤が30重量%を超える場合には、負極活物質量が不十分になって容量等の電池性能が低下したり、バインダー量が不十分になって負極活物質の粒子が滑落するおそれがある。一方、導電助剤が1重量%未満の場合には、導電性が不十分になるおそれがある。また、上記バインダーが20重量%を越える場合には、負極活物質量が不十分になって容量等の電池性能が低下したり、導電助剤量が不充分になって導電性が低下するおそれがある。また、バインダーが1重量%未満の場合には、負極活物質の粒子が十分に結着されず、上記負極活物質層から滑落するおそれがある。
より好ましくは、上記負極活物質層は、上記負極活物質を70〜96重量%、上記導電助剤を15〜2重量%、上記バインダーを15〜2重量%含有することがよい。
The negative electrode active material layer preferably contains 50 to 98% by weight of the negative electrode active material, 30 to 1% by weight of the conductive additive, and 20 to 1% by weight of the binder. When the negative electrode active material is less than 50% by weight, battery performance such as capacity may be deteriorated. On the other hand, if it exceeds 98% by weight, the amount of the binder is insufficient, and the particles of the negative electrode active material are not sufficiently bound. Therefore, there is a possibility that the conductivity is lowered. Further, when the conductive auxiliary exceeds 30% by weight, the amount of the negative electrode active material becomes insufficient and the battery performance such as capacity decreases, or the amount of the binder becomes insufficient and the particles of the negative electrode active material become There is a risk of sliding down. On the other hand, when the conductive assistant is less than 1% by weight, the conductivity may be insufficient. If the binder content exceeds 20% by weight, the amount of the negative electrode active material may be insufficient, resulting in a decrease in battery performance such as capacity, or an insufficient amount of conductive aid, resulting in a decrease in conductivity. There is. Further, when the binder is less than 1% by weight, the negative electrode active material particles are not sufficiently bound, and the negative electrode active material layer may slide down.
More preferably, the negative electrode active material layer may contain 70 to 96% by weight of the negative electrode active material, 15 to 2% by weight of the conductive additive, and 15 to 2% by weight of the binder.

また、上記負極における上記集電体は、例えば金属等の導電性材料からなり、負極活物質層と外部の負荷との間の電子の移動を媒介する。上記導電性材料としては、電池反応が進行する電位において、リチウムと合金を形成しない材料を用いることが好ましい。具体的には、例えばニッケル、アルミニウム、チタン、ステンレス等を用いることができる。これらのうち1種を単独で用いてもよいが、2種以上を併用することもできる。より好ましくは、上記集電体は、アルミニウム又はニッケルからなることがよい。   The current collector in the negative electrode is made of a conductive material such as metal, for example, and mediates the movement of electrons between the negative electrode active material layer and an external load. As the conductive material, it is preferable to use a material that does not form an alloy with lithium at the potential at which the battery reaction proceeds. Specifically, nickel, aluminum, titanium, stainless steel, or the like can be used. Of these, one type may be used alone, or two or more types may be used in combination. More preferably, the current collector is made of aluminum or nickel.

次に、上記正極について説明する。
正極は、例えば集電体と、その表面に形成された正極活物質層とによって構成することができる。上記正極活物質層は、正極活物質に必要に応じて導電助剤やバインダーを混合し、分散材として適当な溶媒を加えてスラリー状にした正極合材を、上記集電体の表面に塗布、乾燥し、その後に圧縮することにより形成することができる。
また、上記正極としては、上記正極合材をプレス成形して得られるペレット電極等を用いることもできる。
Next, the positive electrode will be described.
A positive electrode can be comprised by the electrical power collector and the positive electrode active material layer formed in the surface, for example. The positive electrode active material layer is prepared by mixing a positive electrode active material with a conductive additive or a binder as necessary, and adding a suitable solvent as a dispersing agent to form a slurry, and coating the surface of the current collector. It can be formed by drying, followed by compression.
Moreover, as the positive electrode, a pellet electrode obtained by press-molding the positive electrode mixture can be used.

上記正極活物質は、リチウムイオンを吸蔵又は放出可能な化合物である。
上記正極活物質としては、例えばリチウムマンガン酸化物、リチウムコバルト酸化物、リチウムニッケル酸化物等のリチウム遷移金属複合酸化物、及びリチウム鉄リン酸等のリチウム遷移金属リン酸化合物等を用いることができる。上記正極活物質としては、これらの化合物のうち1種のみを用いても良いが、2種以上を併用することもできる。
The positive electrode active material is a compound that can occlude or release lithium ions.
Examples of the positive electrode active material that can be used include lithium transition metal composite oxides such as lithium manganese oxide, lithium cobalt oxide, and lithium nickel oxide, and lithium transition metal phosphate compounds such as lithium iron phosphate. . As the positive electrode active material, only one kind of these compounds may be used, but two or more kinds may be used in combination.

また、上記正極活物質としては、4.5V(vs.Li+/Li)以下の酸化還元電位を有する物質を用いることが好ましい。
上記正極活物質の酸化還元電位が4.5Vを超える場合には、上記一般式(1)で表される添加剤が正極上で酸化分解してしまうおそれがある。したがって、上記正極活物質としては、具体的にはLiCoO2、LiNiO2、Li(Ni,Co,Mn)O2、Li(Ni,Mn)O2、LiFePO4等を用いること好ましい。
In addition, as the positive electrode active material, a material having an oxidation-reduction potential of 4.5 V (vs. Li + / Li) or less is preferably used.
When the oxidation-reduction potential of the positive electrode active material exceeds 4.5 V, the additive represented by the general formula (1) may be oxidized and decomposed on the positive electrode. Therefore, it is preferable to use specifically LiCoO 2 , LiNiO 2 , Li (Ni, Co, Mn) O 2 , Li (Ni, Mn) O 2 , LiFePO 4 or the like as the positive electrode active material.

上記導電助剤は、正極活物質層の導電性を向上させるために配合される添加物である。上記導電助剤としては、例えばカーボンブラック、グラファイト等のカーボン粉末を用いることができる。
また、上記バインダーとしては、上記負極活物質層と同様の高分子材料を用いることができる。
The conductive assistant is an additive blended to improve the conductivity of the positive electrode active material layer. As the conductive aid, for example, carbon powder such as carbon black and graphite can be used.
Further, as the binder, a polymer material similar to that of the negative electrode active material layer can be used.

正極の集電体としては、アルミニウム、チタン等の金属又はその合金等を用いることができる。好ましくは、アルミニウム又はその合金を用いることがよい。アルミニウム又はアルミニウム合金は軽量であるため、この場合には、エネルギー密度を向上させることができる。
また、正極における正極活物質層中の正極活物質量については、上述の負極と同様である。
As the current collector of the positive electrode, a metal such as aluminum or titanium or an alloy thereof can be used. Preferably, aluminum or an alloy thereof is used. Since aluminum or aluminum alloy is lightweight, in this case, energy density can be improved.
Further, the amount of the positive electrode active material in the positive electrode active material layer in the positive electrode is the same as that of the above-described negative electrode.

また、正極と負極との間に狭装される上記セパレータとしては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンを原料とする多孔性シート、又は不織布等を用いることができる。   Moreover, as said separator narrowly provided between a positive electrode and a negative electrode, the porous sheet | seat which uses polyolefin, such as polyethylene and a polypropylene, for example, or a nonwoven fabric can be used.

次に、上記非水電解液は、非水溶媒に電解質と添加剤とを溶解してなる。
上記非水溶媒としては、非プロトン性有機溶媒を用いることができる。具体的には、例えばエチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)等の環状カーボネート類、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)等の鎖状カーボネート、γ-ブチルラクトン(GBL)、γ-バレロラクトン(GVL)等のラクトン類、アセトニトリル等のニトリル類、酢酸メチル、ギ酸メチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル等のエステル類、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン等のエーテル類、ジメチルホルムアミド等のアミド類等を用いることができる。これらは単独で用いることもできるが、二種以上を混合して用いることもできる。
Next, the non-aqueous electrolyte is obtained by dissolving an electrolyte and an additive in a non-aqueous solvent.
As the non-aqueous solvent, an aprotic organic solvent can be used. Specifically, for example, cyclic carbonates such as ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC), chain carbonates such as diethyl carbonate (DEC) and ethyl methyl carbonate (EMC), γ-butyllactone (GBL), γ -Lactones such as valerolactone (GVL), nitriles such as acetonitrile, esters such as methyl acetate, methyl formate, methyl propionate, ethyl propionate, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4-dioxane, 1, Ethers such as 2-dimethoxyethane and 1,2-diethoxyethane, amides such as dimethylformamide, and the like can be used. These can be used alone, or two or more kinds can be mixed and used.

上記リチウムイオン二次電池においては、上記添加剤として、上記一般式(1)で表される化合物が上記非水電解液中に添加されている。
上記一般式(1)におけるAa+としては、例えばリチウムイオン、ナトリウムイオン、カリウムイオン、マグネシウムイオン、カルシウムイオン、バリウムイオン、セシウムイオン、銀イオン、亜鉛イオン、銅イオン、コバルトイオン、鉄イオン、ニッケルイオン、マンガンイオン、チタンイオン、鉛イオン、クロムイオン、バナジウムイオン、ルテニウムイオン、イットリウムイオン、ランタノイドイオン、アクチノイドイオン、テトラブチルアンモニウムイオン、テトラエチルアンモニウムイオン、テトラメチルアンモニウムイオン、トリエチルメチルアンモニウムイオン、トリエチルアンモニウムイオン、ピリジニウムイオン、イミダゾリウムイオン、プロトン、テトラエチルホスホニウムイオン、テトラメチルホスホニウムイオン、テトラフェニルホスホニウムイオン、トリフェニルスルホニウムイオン、トリエチルスルホニウムイオン等が挙げられる。
好ましくは、上記一般式(1)におけるAa+としては、リチウムイオン、テトラアルキルアンモニウムイオン、プロトンがよい。
In the lithium ion secondary battery, the compound represented by the general formula (1) is added to the non-aqueous electrolyte as the additive.
As A a + in the general formula (1), for example, lithium ion, sodium ion, potassium ion, magnesium ion, calcium ion, barium ion, cesium ion, silver ion, zinc ion, copper ion, cobalt ion, iron ion, nickel Ion, manganese ion, titanium ion, lead ion, chromium ion, vanadium ion, ruthenium ion, yttrium ion, lanthanoid ion, actinoid ion, tetrabutylammonium ion, tetraethylammonium ion, tetramethylammonium ion, triethylmethylammonium ion, triethylammonium Ion, pyridinium ion, imidazolium ion, proton, tetraethylphosphonium ion, tetramethylphosphonium ion, Tiger tetraphenylphosphonium ion, triphenylsulfonium ion, triethylsulfonium ion and the like.
Preferably, A a + in the general formula (1) is a lithium ion, a tetraalkylammonium ion, or a proton.

また、上記一般式(1)において、Aa+のカチオンの価数aは1〜3である。aが3より大きい場合には、上記添加剤の結晶格子エネルギーが大きくなるため、上記有機溶媒に溶解するのが困難になる。そのため、最も好ましくはa=1である。このようなカチオンAa+としては、リチウムイオン、カリウムイオン、ナトリウムイオン、テトラアルキルアンモニウムイオン、プロトン等がある。
また、同様にアニオンの価数bも1〜3であり、b=1が最も好ましい。
また、カチオンとアニオンの比を表す定数pは、両者の価数の比b/aにより必然的に決まってくる。
In the general formula (1), the valence a of A a + cation is 1-3. When a is larger than 3, the crystal lattice energy of the additive increases, so that it becomes difficult to dissolve in the organic solvent. Therefore, most preferably a = 1. Such cations A a + include lithium ions, potassium ions, sodium ions, tetraalkylammonium ions, protons, and the like.
Similarly, the valence b of the anion is 1 to 3, and b = 1 is most preferable.
The constant p representing the ratio of cation to anion is inevitably determined by the valence ratio b / a of both.

上記添加剤は、イオン性金属錯体構造をとっており、その中心となるMは、遷移金属、周期律表のIII族、IV族、又はV族元素から選ばれる。
好ましくは、上記一般式(1)におけるMは、Al、B、V、Ti、Si、Zr、Ge、Sn、Cu、Y、Zn、Ga、Nb、Ta、Bi、P、As、Sc、Hf、またはSbのいずれかであることがよい(請求項3)。
この場合には、上記添加剤の合成が容易となる。
The additive has an ionic metal complex structure, and the central M is selected from a transition metal, a group III, group IV, or group V element of the periodic table.
Preferably, M in the general formula (1) is Al, B, V, Ti, Si, Zr, Ge, Sn, Cu, Y, Zn, Ga, Nb, Ta, Bi, P, As, Sc, Hf. Or Sb (Claim 3).
In this case, the additive can be easily synthesized.

より好ましくは、上記一般式(1)中のMは、Al、B、又はPがよい。この場合には、上記添加剤の合成が容易になることに加えて、上記添加剤の毒性を低くすることができ、また製造コストを低くすることができる。   More preferably, M in the general formula (1) is Al, B, or P. In this case, in addition to facilitating the synthesis of the additive, the toxicity of the additive can be reduced, and the production cost can be reduced.

次に、上記添加剤(イオン性金属錯体)の配位子の部分について説明する。以下、ここでは上記一般式(1)において、Mに結合している有機又は無機の部分を配位子とよぶ。   Next, the ligand part of the additive (ionic metal complex) will be described. Hereinafter, in the above general formula (1), an organic or inorganic part bonded to M is referred to as a ligand.

一般式(1)中のR1は、C1〜C10のアルキレン、C1〜C10のハロゲン化アルキレン、C6〜C20のアリーレン、又はC6〜C20のハロゲン化アリーレンから選ばれるものよりなる。これらのアルキレン及びアリーレンはその構造中に置換基、ヘテロ原子を持ってもよい。具体的には、アルキレン及びアリーレン上の水素の代わりに、ハロゲン、鎖状又は環状のアルキル基、アリール基、アルケニル基アルコキシ基、アリーロキシ基、スルホニル基、アミノ基、シアノ基、カルボニル基、アシル基、アミド基、水酸基、また、アルキレン及びアリーレン上の炭素の代わりに、窒素、硫黄、酸素が導入された構造等を挙げることができる。
さらには、R1が複数存在する場合(q=1、m=2〜4の場合)には、それぞれが結合してもよく、例えばエチレンジアミン四酢酸のような配位子を挙げることができる。
R 1 in general formula (1) is selected from C 1 -C 10 alkylene, C 1 -C 10 halogenated alkylene, C 6 -C 20 arylene, or C 6 -C 20 halogenated arylene. It consists of things. These alkylene and arylene may have a substituent or a hetero atom in the structure. Specifically, instead of hydrogen on alkylene and arylene, halogen, chain or cyclic alkyl group, aryl group, alkenyl group alkoxy group, aryloxy group, sulfonyl group, amino group, cyano group, carbonyl group, acyl group , An amide group, a hydroxyl group, and a structure in which nitrogen, sulfur, or oxygen is introduced instead of carbon on alkylene and arylene.
Further, when a plurality of R 1 are present (when q = 1 and m = 2 to 4), each may be bonded, and examples thereof include a ligand such as ethylenediaminetetraacetic acid.

2は、ハロゲン、C1〜C10のアルキル、C1〜C10のハロゲン化アルキル、C6〜C20のアリール、C6〜C20のハロゲン化アリール、又はX33から選ばれるものよりなる。これらもR1と同様に、アルキル及びアリールはその構造中に置換基、ヘテロ原子を持ってもよく、またR2が複数個存在する場合(n=2〜8の場合)R2はそれぞれが結合して環を形成してもよい。
好ましくは、R2としては、電子吸引性の基がよく、特にフッ素がよい。この場合には、上記添加剤の溶解度や解離度が向上し、これに伴ってイオン伝導度が向上するという効果を得ることができる。さらにこの場合には、耐酸化性が向上し、これにより副反応の発生を防止することができる。
R 2 is selected from halogen, C 1 -C 10 alkyl, C 1 -C 10 alkyl halide, C 6 -C 20 aryl, C 6 -C 20 aryl halide, or X 3 R 3 It consists of things. Similarly to R 1 , alkyl and aryl may have a substituent or a heteroatom in the structure, and when there are a plurality of R 2 (when n = 2 to 8), each R 2 is They may combine to form a ring.
Preferably, R 2 is an electron-withdrawing group, particularly fluorine. In this case, the solubility and dissociation degree of the additive can be improved, and the effect of improving the ionic conductivity can be obtained. Furthermore, in this case, the oxidation resistance is improved, thereby preventing the occurrence of side reactions.

1、X2、X3は、それぞれ独立で、O、S、又はNR4であり、これらのヘテロ原子を介して配位子がMに結合する。ここで、O、S、N以外で結合することが、不可能ではないが、合成上非常に煩雑なものとなる。上記一般式(1)で表される化合物の特徴として、同一の配位子内におけるX1とX2によるMとの結合があり、これらの配位子はMとキレート構造を形成している。この配位子中の定数qは、0又は1である。q=0の場合には、キレートリングが五員環となり、上記添加剤の錯体構造が安定化する。そのため、この場合には、上記添加剤が上記被覆物の形成以外の副反応を起こすことを防止することができる。 X 1 , X 2 , and X 3 are each independently O, S, or NR 4 , and the ligand is bonded to M through these heteroatoms. Here, it is not impossible to combine other than O, S, and N, but it becomes very complicated in synthesis. As a feature of the compound represented by the general formula (1), there is a bond between X 1 and M by X 2 in the same ligand, and these ligands form a chelate structure with M. . The constant q in this ligand is 0 or 1. When q = 0, the chelate ring becomes a five-membered ring, and the complex structure of the additive is stabilized. Therefore, in this case, it is possible to prevent the additive from causing a side reaction other than the formation of the coating.

3、R4は、それぞれが独立で、水素、C1〜C10のアルキル、C1〜C10のハロゲン化アルキル、C6〜C20のアリール、C6〜C20のハロゲン化アリールであり、これらのアルキル及びアリールはその構造中に置換基、ヘテロ原子を持ってもよく、またR3、R4が複数個存在する場合には、それぞれが結合して環を形成してもよい。 R 3 and R 4 are each independently hydrogen, C 1 to C 10 alkyl, C 1 to C 10 alkyl halide, C 6 to C 20 aryl, or C 6 to C 20 aryl halide. These alkyls and aryls may have a substituent or a heteroatom in the structure, and when a plurality of R 3 and R 4 are present, each may be bonded to form a ring. .

また、上述した配位子の数に関係する定数m及びnは、中心のMの種類によって決まってくるものであるが、mは1〜4、nは1〜8である。
また、上述のR1、R2、R3、R4において、C1〜C10は炭素数が1〜10であることを示し、C6〜C20は炭素数が6〜20であることを示す。
The constants m and n related to the number of ligands described above are determined by the type of M at the center, and m is 1 to 4 and n is 1 to 8.
It in R 1, R 2, R 3 , R 4 described above, C 1 -C 10 indicates 1 to 10 carbon atoms, C 6 -C 20 is 6 to 20 carbon atoms Indicates.

上記添加剤は、下記の式(2)〜(5)で表される化合物のいずれか一つ以上からなることが好ましい(請求項5)。

Figure 2008282619
Figure 2008282619
Figure 2008282619
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The additive is preferably composed of one or more compounds represented by the following formulas (2) to (5) (Claim 5).
Figure 2008282619
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Figure 2008282619
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上記式(2)〜式(5)で表される化合物は、比較的容易に合成することができる。また、上記式(2)〜式(5)で表される化合物を上記添加剤として用いることにより、上記リチウムイオン二次電池は、初回充放電効率の低下及び容量維持率の低下に対する上述の抑制効果をより顕著に発揮することができる。より好ましくは、上記添加剤は、式(3)〜(5)のように、一般式(1)における元素MとしてPを含有する化合物であることが好ましい。   The compounds represented by the above formulas (2) to (5) can be synthesized relatively easily. In addition, by using the compounds represented by the above formulas (2) to (5) as the additive, the lithium ion secondary battery can suppress the above-described suppression of a decrease in initial charge / discharge efficiency and a decrease in capacity retention rate. The effect can be exhibited more remarkably. More preferably, the additive is a compound containing P as the element M in the general formula (1) as in the formulas (3) to (5).

特に好ましくは、上記添加剤は、上記式(4)で表される化合物からなることがよい(請求項6)。
上記式(4)で表される化合物においては、構造中のキレートリングが対象に配置されているため、錯体構造が安定化する。そのためこの場合には、上記リチウムイオン二次電池の充放電効率及び容量維持率をより向上させることができる。
Particularly preferably, the additive is composed of a compound represented by the above formula (4).
In the compound represented by the above formula (4), since the chelate ring in the structure is arranged as a target, the complex structure is stabilized. Therefore, in this case, the charge / discharge efficiency and capacity retention rate of the lithium ion secondary battery can be further improved.

また、上記添加剤の合成方法としては、例えば上記式(2)に示した化合物の場合には、非水溶媒中でLiBF4と2倍モルのリチウムアルコキシドを反応させた後、シュウ酸を添加して、ホウ素に結合しているアルコキシドをシュウ酸で置換する方法等がある。 As a method for synthesizing the additive, for example, in the case of the compound represented by the above formula (2), oxalic acid is added after reacting LiBF 4 and 2 times mole of lithium alkoxide in a non-aqueous solvent. Then, there is a method of substituting alkoxide bonded to boron with oxalic acid.

また、上記非水電解液には、電解質が溶解されている。
上記電解質は、LiPF6、LiBF4、LiAsF6、またはLiSbF6から選ばれる1種以上であることが好ましい(請求項4)。
これらの電解質は、比較的イオン伝導度が優れ、電気化学的に安定である。そのため、この場合には、上記リチウムイオン二次電池の充放電容量をより向上させることができる。特に好ましくは、LiPF6がよい。
Further, an electrolyte is dissolved in the non-aqueous electrolyte.
The electrolyte, LiPF 6, LiBF 4, it is preferable LiAsF 6, or is at least one selected from LiSbF 6 (claim 4).
These electrolytes have relatively high ionic conductivity and are electrochemically stable. Therefore, in this case, the charge / discharge capacity of the lithium ion secondary battery can be further improved. LiPF 6 is particularly preferable.

また、上記添加剤は、上記電解質とのモル比で、電解質:添加剤=98〜20:2〜80となるように添加されていることが好ましい(請求項7)。
上記電解質に対する上記添加剤のモル比が2未満の場合、又は上記添加剤に対する上記電解質のモル比が98を越える場合には、高温条件下で充放電を繰り返し行ったときに、上記リチウムイオン二次電池の容量が低下し易くなるおそれがある。一方、上記電解質に対する上記添加剤のモル比が80を越える場合、又は上記添加剤に対する上記電解質のモル比が20未満の場合には、リチウムイオン二次電池の初期出力が低下するおそれがある。
Moreover, it is preferable that the said additive is added so that it may become electrolyte: additive = 98-20: 2-80 by molar ratio with the said electrolyte (Claim 7).
When the molar ratio of the additive to the electrolyte is less than 2 or when the molar ratio of the electrolyte to the additive exceeds 98, when the charge / discharge is repeated under high temperature conditions, the lithium ion The capacity of the secondary battery may be easily reduced. On the other hand, if the molar ratio of the additive to the electrolyte exceeds 80, or the molar ratio of the electrolyte to the additive is less than 20, the initial output of the lithium ion secondary battery may be reduced.

また、上記リチウムイオン二次電池の形状としては、例えばシート状の電極(正極及び負極)及びセパレータをスパイラル状にした円筒型、ペレット電極及びセパレータを組み合わせたインサイドアウト構造の円筒型、ペレット電極及びセパレータを積層したコイン型等がある。   In addition, as the shape of the lithium ion secondary battery, for example, a cylindrical electrode having a sheet-like electrode (positive electrode and negative electrode) and a spiral spiral separator, a cylindrical electrode having an inside-out structure in which a pellet electrode and a separator are combined, a pellet electrode, There are coin types with separators.

(実施例1)
次に、本発明の実施例について説明する。
本例においては、負極活物質の種類、添加剤の種類等が異なる6種類のリチウムイオン二次電池(電池E1〜電池E6)を作製し、その特性の評価を行う。
Example 1
Next, examples of the present invention will be described.
In this example, six types of lithium ion secondary batteries (battery E1 to battery E6) having different types of negative electrode active materials, types of additives, and the like are manufactured, and their characteristics are evaluated.

本例のリチウムイオン二次電池1は、図1に示すごとく、正極2と、負極3と、非水電解液とを備えたコイン型電池である。
同図に示すごとく、リチウムイオン二次電池1は、2032型コインセルの電池ケース11内に、正極2と負極3と、これらの間に狭装されたセパレータ4とを有している。セパレータ4は多孔性シートであり、このセパレータ4には電解液が含浸されている。電解液は、非水溶媒にLiPF6からなる電解質を溶解してなる非水電解液である。また、電池ケース11の端部にはガスケット45を有しており、封口板12により密封されている。
正極2は、正極活物質として、LiNi0.8Co0.15Al0.052で表される層状構造のリチウム含有遷移金属酸化物を含有する。
As shown in FIG. 1, the lithium ion secondary battery 1 of this example is a coin-type battery including a positive electrode 2, a negative electrode 3, and a non-aqueous electrolyte.
As shown in the figure, the lithium ion secondary battery 1 has a positive electrode 2 and a negative electrode 3 in a battery case 11 of a 2032 type coin cell, and a separator 4 sandwiched between them. The separator 4 is a porous sheet, and the separator 4 is impregnated with an electrolytic solution. The electrolytic solution is a nonaqueous electrolytic solution obtained by dissolving an electrolyte made of LiPF 6 in a nonaqueous solvent. Further, the battery case 11 has a gasket 45 at the end thereof and is sealed by the sealing plate 12.
The positive electrode 2 contains a lithium-containing transition metal oxide having a layered structure represented by LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 as a positive electrode active material.

本発明にかかるリチウムイオン二次電池1(電池E1〜電池E6)は、負極3は、負極活物質としてLiTi2(PO4)3、TiP27、(TiO)227、又はTi21.3(PO4)1.6を含有する。これらの負極活物質は、いずれもLiを基準としたときに、1.8Vを超える酸化還元電位を有する。 In the lithium ion secondary battery 1 (battery E1 to battery E6) according to the present invention, the negative electrode 3 has LiTi 2 (PO 4 ) 3 , TiP 2 O 7 , (TiO) 2 P 2 O 7 as a negative electrode active material, or Contains Ti 2 O 1.3 (PO 4 ) 1.6 . These negative electrode active materials all have an oxidation-reduction potential exceeding 1.8 V when Li is used as a reference.

また、リチウムイオン二次電池(電池E1〜電池E6)において、電解液には、電解質の他に、式(3)〜式(5)で表されるいずれかの添加剤が添加されている。

Figure 2008282619
Figure 2008282619
Figure 2008282619
In addition, in the lithium ion secondary battery (battery E1 to battery E6), any one of the additives represented by the formulas (3) to (5) is added to the electrolytic solution in addition to the electrolyte.
Figure 2008282619
Figure 2008282619
Figure 2008282619

本例のリチウムイオン二次電池(電池E1)1の製造方法につき、説明する。
まず、正極活物質として、LiNi0.8Co0.15Al0.052で表される層状構造のリチウムニッケル複合酸化物を準備した。この正極活物質85重量部と、導電剤としてのカーボンブラック10重量部と、結着材としてのポリフッ化ビニリデン5重量部とを混合した。この混合物に、分散剤としてのN−メチル−2−ピロリドンを適量添加し、分散剤に混合物を分散させてスラリー状の正極合材を作製した。
The manufacturing method of the lithium ion secondary battery (battery E1) 1 of this example will be described.
First, a lithium nickel composite oxide having a layered structure represented by LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 was prepared as a positive electrode active material. 85 parts by weight of this positive electrode active material, 10 parts by weight of carbon black as a conductive agent, and 5 parts by weight of polyvinylidene fluoride as a binder were mixed. An appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone as a dispersant was added to this mixture, and the mixture was dispersed in the dispersant to produce a slurry-like positive electrode mixture.

この正極合材を厚み20μmのアルミニウム箔集電体の両面に、塗布し、乾燥させた。その後、ロールプレスで高密度化し、シート状の正極を作製した。なお、正極活物質の付着量は、集電体の片面あたり約5.0mg/cm2とした。上記のようにして作製したシート状の正極を直径φ15mmの大きさで打ち抜き、コイン型電池用の正極2とした。 This positive electrode mixture was applied to both sides of an aluminum foil current collector having a thickness of 20 μm and dried. Then, it densified with the roll press and produced the sheet-like positive electrode. In addition, the adhesion amount of the positive electrode active material was about 5.0 mg / cm 2 per one side of the current collector. The sheet-like positive electrode produced as described above was punched out with a diameter of 15 mm to obtain a positive electrode 2 for a coin-type battery.

また、負極活物質として、LiTi2(PO4)3を準備した。この負極活物質95重量部と、結着材としてのポリフッ化ビニリデン5重量部とを混合し、分散材としてのN−メチル−2−ピロリドンを滴量滴下し、混合物を分散材に分散させてスラリー状の負極合材を作製した。この負極合材を厚み20μmのアルミニウム箔集電体の両面に、塗布し、乾燥させた。その後、ロールプレスで高密度化し、シート状の負極を作製した。なお、負極活物質の付着量は、集電体の片面あたり約7.0mg/cm2とした。上記のようにして作製したシート状の正極を直径φ15mmの大きさで打ち抜き、コイン型電池用の負極3とした。 In addition, LiTi 2 (PO 4 ) 3 was prepared as a negative electrode active material. 95 parts by weight of the negative electrode active material and 5 parts by weight of polyvinylidene fluoride as a binder are mixed, and a drop of N-methyl-2-pyrrolidone as a dispersing agent is dropped to disperse the mixture in the dispersing material. A slurry-like negative electrode mixture was prepared. This negative electrode mixture was applied to both sides of an aluminum foil current collector having a thickness of 20 μm and dried. Then, it densified with the roll press and produced the sheet-like negative electrode. In addition, the adhesion amount of the negative electrode active material was about 7.0 mg / cm 2 per one side of the current collector. The sheet-like positive electrode produced as described above was punched out with a diameter of 15 mm to obtain a negative electrode 3 for a coin-type battery.

次に、以下のようにして、上記非水電解液を準備した。
即ち、まずエチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)とを3:7の体積比で混合した有機溶媒に、電解質としてのLiPF6を濃度1mol/Lとなるように加えて電解質溶液を作製した。また、エチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)とを3:7の体積比で混合した有機溶媒に、上記の式(4)で表される化合物を濃度1mol/Lとなるように加えて添加剤溶液を作製した。
次いで、上記電解質溶液と上記添加剤溶液とを混合し、非水電解液を作製した。このとき、上記電解質溶液中の電解質と上記添加剤溶液中の添加剤とが、それぞれ95:5(モル比)となるように混合した。
Next, the non-aqueous electrolyte was prepared as follows.
That is, first, an electrolyte solution was prepared by adding LiPF 6 as an electrolyte to a concentration of 1 mol / L to an organic solvent in which ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) were mixed at a volume ratio of 3: 7. . Further, the compound represented by the above formula (4) is added to an organic solvent in which ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) are mixed at a volume ratio of 3: 7 so as to have a concentration of 1 mol / L. An additive solution was prepared.
Next, the electrolyte solution and the additive solution were mixed to prepare a non-aqueous electrolyte. At this time, the electrolyte in the electrolyte solution and the additive in the additive solution were mixed so as to be 95: 5 (molar ratio), respectively.

次に、図1に示すごとく、上記のようにして作製した正極2と負極3とを、セパレータ4により隔てる形でSUS製のコイン型電池ケース11内に配置した。セパレータ4には25μm厚の多孔性ポリエチレンシートを用いた。そして、電池ケース11内の端部にガスケット45を配置し、さらに電池ケース11内に非水電解液を適量注入して含浸させた。
続いて、電池ケース11の上部に封口板12を配置し、電池ケース11の端部をかしめ加工することにより、電池ケース11を密封して、コイン型電池(リチウムイオン二次電池1)を作製した。これを電池E1とする。
Next, as shown in FIG. 1, the positive electrode 2 and the negative electrode 3 produced as described above were placed in a SUS coin-type battery case 11 so as to be separated by a separator 4. For the separator 4, a porous polyethylene sheet having a thickness of 25 μm was used. And the gasket 45 was arrange | positioned in the edge part in the battery case 11, and also non-aqueous electrolyte solution was inject | poured and impregnated in the battery case 11 further.
Subsequently, the sealing plate 12 is disposed on the upper part of the battery case 11 and the end of the battery case 11 is crimped to seal the battery case 11 to produce a coin-type battery (lithium ion secondary battery 1). did. This is referred to as a battery E1.

また、本例においては、電池E1とは負極活物質の種類、添加剤の種類の異なるリチウムイオン二次電池(電池E2〜電池E6)を作製した。
電池E2は、負極活物質としてTiP27を用いた点を除いては、電池E1と同様にして作製した。
電池E3は、負極活物質として、(TiO)227を用いた点を除いては、電池E1と同様にして作製した。
電池E4は、負極活物質として、Ti21.3(PO4)1.6を用いた点を除いては、電池E1と同様にして作製した。
In this example, lithium ion secondary batteries (battery E2 to battery E6) having different types of negative electrode active materials and additives from the battery E1 were produced.
Battery E2 was produced in the same manner as Battery E1, except that TiP 2 O 7 was used as the negative electrode active material.
Battery E3 was produced in the same manner as Battery E1, except that (TiO) 2 P 2 O 7 was used as the negative electrode active material.
Battery E4 was produced in the same manner as Battery E1, except that Ti 2 O 1.3 (PO 4 ) 1.6 was used as the negative electrode active material.

また、電池E5は、電解液に電解質と共に加える添加剤として、上記式(3)で表される化合物を用いた点を除いては、電池E1と同様にして作製した。
電池E6は、電解液に電解質と共に加える添加剤として、上記式(5)で表される化合物を用いた点を除いては、電池E1と同様にして作製した。
Battery E5 was produced in the same manner as Battery E1, except that the compound represented by the above formula (3) was used as an additive to be added to the electrolyte together with the electrolyte.
Battery E6 was produced in the same manner as Battery E1, except that the compound represented by the above formula (5) was used as an additive to be added to the electrolytic solution together with the electrolyte.

さらに、本例においては、電池E1〜電池E6に対する比較用として、2種類のリチウムイオン二次電池(電池C1及び電池C2)を作製した。
電池C1は、負極活物質としてグラファイトを用いた点を除いては電池E1と同様にして作製した。グラファイトは、Liを基準としたときの酸化還元電位が1.8V以下の活物質である。
また、電池C2は、電解液に添加剤を添加しなかった点を除いては電池E1と同様にして作製した。
Furthermore, in this example, two types of lithium ion secondary batteries (battery C1 and battery C2) were produced for comparison with the batteries E1 to E6.
Battery C1 was produced in the same manner as Battery E1, except that graphite was used as the negative electrode active material. Graphite is an active material having a redox potential of 1.8 V or less with respect to Li.
Battery C2 was produced in the same manner as Battery E1, except that no additive was added to the electrolyte.

このようにして作製した各リチウムイオン二次電池(電池E1〜電池E6、電池C1、及び電池C2)について、負極活物質の種類、添加剤の種類、及び電解質と添加剤との配合割合を後述の表1に示す。   About each lithium ion secondary battery (battery E1-battery E6, battery C1, and battery C2) produced in this way, the kind of negative electrode active material, the kind of additive, and the mixture ratio of an electrolyte and an additive are mentioned later. Table 1 shows.

次に、上記のようにして作製した8種類のリチウムイオン二次電池(電池E1〜電池E6、電池C1、及び電池C2)について、その電池特性を調べた。
具体的には、下記の充放電サイクル試験を行い、充放電サイクルにおける初回の充放電効率と、容量維持率とを調べた。
Next, the battery characteristics of the eight types of lithium ion secondary batteries (battery E1 to battery E6, battery C1, and battery C2) produced as described above were examined.
Specifically, the following charge / discharge cycle test was conducted to examine the initial charge / discharge efficiency and capacity retention rate in the charge / discharge cycle.

「充放電サイクル試験」
作製後の各電池を、温度20℃の条件下で、電流密度0.1mA/cm2の定電流にて電池電圧4.1Vまで充電し、その後電流密度0.1mA/cm2の定電流にて電池電圧3.0Vまで放電した。このとき、充電完了時の容量(初回の充電容量)と、放電完了後の容量(初回の放電容量)とを測定し、充放電効率=初回の放電容量/初回の充電容量×100という式を用いて、充放電効率を算出した。その結果を表1に示す。
"Charge / discharge cycle test"
Each battery after fabrication was charged to a battery voltage of 4.1 V at a constant current with a current density of 0.1 mA / cm 2 under the condition of a temperature of 20 ° C., and then to a constant current with a current density of 0.1 mA / cm 2. The battery voltage was discharged to 3.0V. At this time, the capacity at the time of completion of charging (initial charge capacity) and the capacity after completion of discharge (initial discharge capacity) are measured, and the equation of charge / discharge efficiency = initial discharge capacity / initial charge capacity × 100 The charge / discharge efficiency was calculated. The results are shown in Table 1.

次いで、温度60℃の条件下で、電池電圧4.1Vまで2Cで充電し、電池電圧3.0Vまで2Cで放電する充放電を1サイクルとし、このサイクルを100サイクル繰り返し行った。各充放電サイクルにおいては、4.1Vまで充電した後、及び3.0Vまで放電した後に、充電休止時間及び放電休止時間をそれぞれ1分間ずつ設けた。そして、100サイクル後の放電容量(mAh/g)を測定し、100サイクル目の容量維持率(%)を算出した。容量維持率は、容量維持率(%)=100サイクル目の放電容量/充放電サイクル試験の初回における放電容量×100という式を用いて算出した。その結果を表1に示す。
なお、放電容量は、放電電流値(mA)を測定し、この放電電流値に放電に要した時間(hr)を乗じて得られた値を、電池内の正極活物質の重量(g)で除することにより算出した。
Then, under the condition of a temperature of 60 ° C., charging / discharging at 2 C up to a battery voltage of 4.1 V and discharging at 2 C up to a battery voltage of 3.0 V was defined as one cycle, and this cycle was repeated 100 cycles. In each charge / discharge cycle, after charging to 4.1 V and after discharging to 3.0 V, a charging pause time and a discharge pause time were provided for 1 minute each. Then, the discharge capacity (mAh / g) after 100 cycles was measured, and the capacity retention rate (%) at the 100th cycle was calculated. The capacity retention rate was calculated using the formula: capacity retention rate (%) = discharge capacity at the 100th cycle / discharge capacity at the first time of the charge / discharge cycle test × 100. The results are shown in Table 1.
The discharge capacity is a value obtained by measuring the discharge current value (mA) and multiplying this discharge current value by the time (hr) required for the discharge, by the weight (g) of the positive electrode active material in the battery. It was calculated by dividing.

Figure 2008282619
Figure 2008282619

表1より知られるごとく、電池E1〜電池E6のリチウムイオン二次電池は、初回の充放電効率が高く、さらに容量維持率にも優れていることがわかる。
また、負極活物質として、チタン系ポリアニオン化合物を用いた電池E1〜電池E4と、グラファイトを用いた電池C1とを比較すると、電池E1〜電池E4は、電池C1に比べて初回の充放電効率が向上していることがわかる。これは、電池C1においては、グラファイトを含有する負極上で電解液及び添加剤が分解するが、電池E1〜電池E4においては1.8Vを超える高い酸化電位のチタン系ポリアニオン化合物を用いているため、電解液及び添加剤の分解を回避できるためであると考えられる。なお、電池E3及び電池E4は、電池E1及び電池E2に比べて若干容量維持率が低いが、これは活物質自体の不可逆容量の大きさに起因していると考えられる。
As can be seen from Table 1, the lithium ion secondary batteries of the batteries E1 to E6 have a high initial charge / discharge efficiency and an excellent capacity retention rate.
Moreover, when comparing the battery E1 to the battery E4 using the titanium-based polyanion compound as the negative electrode active material and the battery C1 using the graphite, the battery E1 to the battery E4 have the first charge / discharge efficiency compared to the battery C1. It can be seen that it has improved. This is because in the battery C1, the electrolyte and the additive decompose on the negative electrode containing graphite, but in the batteries E1 to E4, a titanium-based polyanion compound having a high oxidation potential exceeding 1.8 V is used. This is considered to be because the decomposition of the electrolytic solution and the additive can be avoided. In addition, although the capacity | capacitance maintenance factor is a little low compared with the battery E1 and the battery E2, the battery E3 and the battery E4 are considered to originate in the magnitude | size of the irreversible capacity | capacitance of active material itself.

また、3種類の異なる添加剤を含有する電池E1、電池E5、及び電池E6と、添加剤を含有していない電池C2とを比較すると、添加剤を用いることにより、容量維持率を向上させることができることがわかる。特に、電池E1は、電池C2に比べて容量維持率が大きく向上している。これは、上記式(4)で表される化合物が充放電過程で分解されることなく、水分のトラップ効果を十分に発揮しているためであると考えられる。   Moreover, when the battery E1, the battery E5, and the battery E6 containing three different additives are compared with the battery C2 that does not contain the additive, the capacity retention rate is improved by using the additive. You can see that In particular, the capacity maintenance rate of the battery E1 is greatly improved as compared with the battery C2. This is presumably because the compound represented by the above formula (4) sufficiently exhibits the moisture trapping effect without being decomposed during the charge / discharge process.

以上のように、酸化還元電位を基準としたとき1.8Vを超える酸化還元電位を有するチタン系ポリアニオン化合物を負極活物質として含有し、電解液中に電解質と共に上記添加剤を含有するリチウムイオン二次電池(電池E1〜電池E6)は、初回の充放電効率が高く、優れた容量維持率を発揮できることがわかる。   As described above, a lithium polyion compound containing a titanium-based polyanion compound having an oxidation-reduction potential exceeding 1.8 V as the reference for the oxidation-reduction potential as the negative electrode active material and containing the above-mentioned additive together with the electrolyte in the electrolytic solution. It can be seen that the secondary batteries (battery E1 to battery E6) have high initial charge / discharge efficiency and can exhibit an excellent capacity retention rate.

(実施例2)
本例は、リチウムイオン二次電池として、ロール電極体を有する円筒型電池を作製する例である。
図2に示すごとく、本例のリチウムイオン二次電池5は、正極61及び負極62を捲回してなるロール状電極体6を有し、このロール状電極体6を電池ケース71としての18650型円筒ケースに挿入してなる円筒型の電池である。ロール状電極体6において、正極61と負極62との間にはセパレータ63が狭装されており、セパレータ63は正極61と負極62との間に狭装された状態で捲回されている。電池ケース71内には、非水電解液が注入されている。
(Example 2)
This example is an example of producing a cylindrical battery having a roll electrode body as a lithium ion secondary battery.
As shown in FIG. 2, the lithium ion secondary battery 5 of this example has a roll-shaped electrode body 6 formed by winding a positive electrode 61 and a negative electrode 62, and the roll-shaped electrode body 6 is an 18650 type as a battery case 71. It is a cylindrical battery inserted into a cylindrical case. In the rolled electrode body 6, a separator 63 is sandwiched between the positive electrode 61 and the negative electrode 62, and the separator 63 is wound while being sandwiched between the positive electrode 61 and the negative electrode 62. A nonaqueous electrolytic solution is injected into the battery case 71.

また、本例のリチウムイオン二次電池5においては、実施例1の上記電池E1と同様に、正極61は、正極活物質として、LiNi0.8Co0.15Al0.052で表される化合物を含有し、負極62は、負極活物質としてLiTi2(PO4)3を含有する。また、非水電解液としいては、実施例1の電池E1と同様の電解質と添加剤とを含有する電解液を用いた。 In the lithium ion secondary battery 5 of this example, similarly to the cell E1 in Example 1, the positive electrode 61 as a positive electrode active material contains a compound represented by LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 The negative electrode 62 contains LiTi 2 (PO 4 ) 3 as a negative electrode active material. In addition, as the nonaqueous electrolytic solution, an electrolytic solution containing the same electrolyte and additive as the battery E1 of Example 1 was used.

次に、本例のリチウムイオン二次電池の製造方法につき、説明する。
まず、実施例1と同様にして、正極活物質として、LiNi0.8Co0.15Al0.052で表される層状構造のリチウムニッケル複合酸化物を準備した。この正極活物質と、導電剤としてのカーボンブラックと、結着材としてのポリフッ化ビニリデンとを実施例1と同様の割合で混合し、分散剤としてのN−メチル−2−ピロリドンを適量添加して分散させ、スラリー状の正極合材を作製した。
さらに実施例1と同様にして、この正極合材を厚み20μmのアルミニウム箔集電体の両面に塗布し、乾燥させた後、高密度化し、幅52mm×長さ450mmの形状に切り出し、シート状の正極を作製した。正極活物質の付着量は、集電体の片面あたり約5.0mg/cm2とした。
Next, the manufacturing method of the lithium ion secondary battery of this example will be described.
First, in the same manner as in Example 1, a lithium nickel composite oxide having a layered structure represented by LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 was prepared as a positive electrode active material. This positive electrode active material, carbon black as a conductive agent, and polyvinylidene fluoride as a binder are mixed in the same ratio as in Example 1, and an appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone as a dispersant is added. To prepare a slurry-like positive electrode mixture.
Further, in the same manner as in Example 1, this positive electrode mixture was applied to both sides of an aluminum foil current collector having a thickness of 20 μm, dried, then densified, cut into a shape of 52 mm wide × 450 mm long, and sheet-like A positive electrode was prepared. The adhesion amount of the positive electrode active material was about 5.0 mg / cm 2 per one side of the current collector.

次に、負極活物質としてLiTi2(PO4)3を準備した。実施例1と同様に、この負極活物質95重量部と、結着材としてのポリフッ化ビニリデン5重量部とを混合し、分散剤としてのN−メチル−2−ピロリドンを適量添加し、分散させてスラリー状の負極合材を作製した。この負極合材を厚み20μmのアルミニウム箔集電体の両面に塗布し、乾燥させた。その後、ロールプレスで高密度化し、幅54mm×長さ500mmの形状に切り出し、シート状の負極を作製した。負極活物質の付着量は、集電体の片面あたり約7.0mg/cm2とした。 Next, LiTi 2 (PO 4 ) 3 was prepared as a negative electrode active material. As in Example 1, 95 parts by weight of this negative electrode active material and 5 parts by weight of polyvinylidene fluoride as a binder are mixed, and an appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone as a dispersant is added and dispersed. Thus, a slurry-like negative electrode mixture was produced. This negative electrode mixture was applied to both sides of an aluminum foil current collector having a thickness of 20 μm and dried. Then, it densified with the roll press, cut out into the shape of width 54mm x length 500mm, and produced the sheet-like negative electrode. The adhesion amount of the negative electrode active material was about 7.0 mg / cm 2 per one side of the current collector.

次に、図2に示すごとく、上記のようにして得られたシート状の正極61及び負極62にそれぞれ正極集電リード613及び負極集電リード623を熔接した。これらの正極61及び負極62の間に、幅56mm、厚さ25μmのポリエチレン製のセパレータ63を挟み、正極61、負極62、及びセパレータ63を捲回し、スパイラル状のロール電極体6を作製した。   Next, as shown in FIG. 2, a positive electrode current collector lead 613 and a negative electrode current collector lead 623 were welded to the sheet-like positive electrode 61 and negative electrode 62 obtained as described above, respectively. A polyethylene separator 63 having a width of 56 mm and a thickness of 25 μm was sandwiched between the positive electrode 61 and the negative electrode 62, and the positive electrode 61, the negative electrode 62, and the separator 63 were wound to produce a spiral roll electrode body 6.

続いて、このロール電極体6を、外装缶71及びキャップ72よりなる18650型の円筒形状の電池ケース7に挿入した。このとき、電池ケース7のキャップ72側に配置した正極集電タブ615に、正極集電リード613を熔接により接続すると共に、外装缶71の底に配置した負極集電タブ625に負極集電リード623を熔接により接続した。   Subsequently, the roll electrode body 6 was inserted into an 18650-type cylindrical battery case 7 including an outer can 71 and a cap 72. At this time, the positive electrode current collecting lead 613 is connected to the positive electrode current collecting tab 615 disposed on the cap 72 side of the battery case 7 by welding, and the negative electrode current collecting lead is disposed on the negative electrode current collecting tab 625 disposed on the bottom of the outer can 71. 623 was connected by welding.

次に、実施例1の電池E1と同様にして、ECとDECとを体積比3:7で混合した有機溶媒に、電解質としてのLiPF6と、上記式(4)で表される添加剤とを溶解してなる非水電解液を作製した。非水電解液中の電解質と添加剤とのモル比は95:5である。
次いで、この非水電解液を電池ケース7内に含浸させた。そして、キャップ72の内側にガスケット8を配置すると共に、このキャップ72を外装缶71の開口部に配置した。続いて、キャップ72にかしめ加工を施すことにより電池ケース7を密閉し、円筒型のリチウムイオン二次電池5を作製した。
Next, in the same manner as the battery E1 of Example 1, an organic solvent obtained by mixing EC and DEC at a volume ratio of 3: 7, LiPF 6 as an electrolyte, and an additive represented by the above formula (4) A non-aqueous electrolyte solution obtained by dissolving was prepared. The molar ratio of electrolyte to additive in the non-aqueous electrolyte is 95: 5.
Next, the battery case 7 was impregnated with this non-aqueous electrolyte. The gasket 8 was disposed inside the cap 72, and the cap 72 was disposed in the opening of the outer can 71. Subsequently, the battery case 7 was sealed by caulking the cap 72 to produce a cylindrical lithium ion secondary battery 5.

このようにして得られた円筒型のリチウムイオン二次電池においても、実施例1の電池E1(表1参照)と同程度の高い初回充放電効率を示すと共に、優れた充放電効率を発揮できることを確認した。   The cylindrical lithium ion secondary battery thus obtained also has the same high initial charge / discharge efficiency as the battery E1 of Example 1 (see Table 1) and can exhibit excellent charge / discharge efficiency. It was confirmed.

実施例1にかかる、リチウムイオン二次電池としてのコイン型電池の構成を示す説明図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Explanatory drawing which shows the structure of the coin-type battery as a lithium ion secondary battery concerning Example 1. FIG. 実施例2にかかる、リチウムイオン二次電池としての円筒型電池の構成を示す説明図。FIG. 5 is an explanatory diagram showing a configuration of a cylindrical battery as a lithium ion secondary battery according to Example 2.

符号の説明Explanation of symbols

1 リチウムイオン二次電池
2 正極
3 負極
1 Lithium ion secondary battery 2 Positive electrode 3 Negative electrode

Claims (7)

正極と、負極と、非水電解液とを少なくとも備えたリチウムイオン二次電池において、
上記負極は、Liの酸化還元電位を基準としたとき1.8Vを超える酸化還元電位を有するチタン系ポリアニオン化合物を負極活物質として含有し、
上記非水電解液は、電解質と、下記の一般式(1)で表される化合物からなる添加剤とを非水溶媒に溶解してなることを特徴とするリチウムイオン二次電池。
Figure 2008282619
{但し、Mは、遷移金属、周期律表のIII族、IV族、又はV族元素、Aa+は、金属イオン、プロトン、又はオニウムイオン、aは1〜3、bは1〜3、pはb/a、mは1〜4、nは1〜8、qは0又は1をそれぞれ表し、R1は、C1〜C10のアルキレン、C1〜C10のハロゲン化アルキレン、C6〜C20のアリーレン、又はC6〜C20のハロゲン化アリーレン(これらのアルキレン及びアリーレンはその構造中に置換基、ヘテロ原子を持ってもよく、またm個存在するR1はそれぞれが結合してもよい。)、R2は、ハロゲン、C1〜C10のアルキル、C1〜C10のハロゲン化アルキル、C6〜C20のアリール、C6〜C20のハロゲン化アリール、又はX33(これらのアルキル及びアリールはその構造中に置換基、ヘテロ原子を持ってもよく、またn個存在するR2はそれぞれが結合して環を形成してもよい。)、X1、X2、X3は、O、S、又はNR4、R3、R4は、それぞれが独立で、水素、C1〜C10のアルキル、C1〜C10のハロゲン化アルキル、C6〜C20のアリール、C6〜C20のハロゲン化アリールをそれぞれ示す(これらのアルキル及びアリールはその構造中に置換基、ヘテロ原子を持ってもよく、また複数個存在するR3、R4はそれぞれが結合して環を形成してもよい。)。}
In a lithium ion secondary battery comprising at least a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte,
The negative electrode contains, as a negative electrode active material, a titanium-based polyanion compound having a redox potential exceeding 1.8 V when the redox potential of Li is used as a reference,
The lithium ion secondary battery, wherein the nonaqueous electrolytic solution is obtained by dissolving an electrolyte and an additive composed of a compound represented by the following general formula (1) in a nonaqueous solvent.
Figure 2008282619
{However, M is a transition metal, Group III, IV, or V element of the periodic table, A a + is a metal ion, proton, or onium ion, a is 1 to 3, b is 1 to 3, p Is b / a, m is 1 to 4, n is 1 to 8, q is 0 or 1, R 1 is C 1 to C 10 alkylene, C 1 to C 10 alkylene halide, C 6 arylene -C 20, or C 6 -C 20 arylene halide (these alkylene and arylene substituent group in its structure, may have a hetero atom, and R 1 binds each of the m exist R 2 is halogen, C 1 -C 10 alkyl, C 1 -C 10 alkyl halide, C 6 -C 20 aryl, C 6 -C 20 aryl halide, or X 3 R 3 (the alkyl and aryl substituents in their structures, even with a heteroatom And the n R 2 each may combine with each other to form a ring present.), X 1, X 2 , X 3 is O, S, or NR 4, R 3, R 4 are each Are independently hydrogen, C 1 -C 10 alkyl, C 1 -C 10 alkyl halide, C 6 -C 20 aryl, C 6 -C 20 aryl halide (these alkyl and aryl May have a substituent or a heteroatom in the structure, and a plurality of R 3 and R 4 may be bonded to each other to form a ring). }
請求項1において、上記チタン系ポリアニオン化合物の酸化還元電位は、Liを基準としたときに、3.0V以下であることを特徴とするリチウムイオン二次電池。   2. The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein an oxidation-reduction potential of the titanium-based polyanion compound is 3.0 V or less when Li is used as a reference. 請求項1又は2において、上記一般式(1)におけるMは、Al、B、V、Ti、Si、Zr、Ge、Sn、Cu、Y、Zn、Ga、Nb、Ta、Bi、P、As、Sc、Hf、またはSbのいずれかであることを特徴とするリチウムイオン二次電池。   In Claim 1 or 2, M in the said General formula (1) is Al, B, V, Ti, Si, Zr, Ge, Sn, Cu, Y, Zn, Ga, Nb, Ta, Bi, P, As , Sc, Hf, or Sb, a lithium ion secondary battery. 請求項1〜3のいずれか一項において、上記電解質は、LiPF6、LiBF4、LiAsF6、またはLiSbF6から選ばれる1種以上であることを特徴とするリチウムイオン二次電池。 In any one of claims 1 to 3, the electrolyte, LiPF 6, LiBF 4, LiAsF 6 , lithium-ion secondary battery which is characterized in that at least one selected from LiSbF 6,. 請求項1〜4のいずれか一項において、上記添加剤は、下記の式(2)〜(5)で表される化合物のいずれか一つ以上からなることを特徴とするリチウムイオン二次電池。
Figure 2008282619
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Figure 2008282619
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5. The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the additive comprises any one or more of compounds represented by the following formulas (2) to (5). .
Figure 2008282619
Figure 2008282619
Figure 2008282619
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請求項5において、上記添加剤は、上記式(4)で表される化合物からなることを特徴とするリチウムイオン二次電池。   6. The lithium ion secondary battery according to claim 5, wherein the additive comprises a compound represented by the formula (4). 請求項1〜6のいずれか一項において、上記添加剤は、上記電解質とのモル比で、電解質:添加剤=98〜20:2〜80となるように添加されていることを特徴とするリチウムイオン二次電池。   7. The additive according to claim 1, wherein the additive is added in a molar ratio with the electrolyte such that electrolyte: additive = 98-20: 2-80. Lithium ion secondary battery.
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