JP2009037868A - Nonaqueous electrolytic liquid secondary battery using nitroxy radical group containing high-molecular weight polymer - Google Patents

Nonaqueous electrolytic liquid secondary battery using nitroxy radical group containing high-molecular weight polymer Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nonaqueous electrolytic liquid secondary battery using a nitroxy radical compound as an electrode active material in which the nitroxy radical compound can function efficiently as the electrode active material, without having to make the thickness of the electrode small or the concentration of the electrolyte in the nonaqueous electrolytic liquid high. <P>SOLUTION: The nonaqueous electrolytic liquid secondary battery with an electrode active material a nitroxy radical group-contained high molecular weight polymer which has lithium base of organic acid inside the molecule. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、特定の構造を有するニトロキシラジカル基含有高分子量重合体を、電極活物質とした非水電解液二次電池に関し、さらに詳しくは、分子内に有機酸のリチウム塩基を有するニトロキシラジカル基含有高分子量重合体を電極活物質とした非水電解液二次電池に関する。本発明の非水電解液二次電池は、携帯用パソコン、ハンディビデオカメラ等の携帯電子機器、電池自動車、ハイブリッド車等の電源として用いることができる。   The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery using a nitroxy radical group-containing high molecular weight polymer having a specific structure as an electrode active material, and more specifically, a nitroxy having an organic acid lithium base in the molecule. The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery using a radical group-containing high molecular weight polymer as an electrode active material. The nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention can be used as a power source for portable electronic devices such as portable personal computers and handy video cameras, battery cars, and hybrid cars.

近年の携帯用パソコン、ハンディビデオカメラ等の携帯電子機器の普及に伴い、高電圧、高エネルギー密度を有する非水電解液二次電池が電源として広く用いられるようになった。また、環境問題の観点から、電池自動車や電力を動力の一部に利用したハイブリッド車の実用化が行われている。   With the spread of portable electronic devices such as portable personal computers and handy video cameras in recent years, non-aqueous electrolyte secondary batteries having high voltage and high energy density have been widely used as power sources. Also, from the viewpoint of environmental problems, battery cars and hybrid cars using electric power as a part of power have been put into practical use.

非水電解液二次電池としては、その性能バランスの優位性によりリチウムイオン二次電池が最も普及している。しかしながらリチウムイオン二次電池は、高容量であるという優位性があるものの、出力特性の面で電気自動車、ハイブリット車、電子機器のバックアップ電源等の要求水準を満たしているとは必ずしもいえなかった。   As the non-aqueous electrolyte secondary battery, a lithium ion secondary battery is most popular due to its superior performance balance. However, although the lithium ion secondary battery has an advantage of high capacity, it cannot always be said that the required level of backup power sources for electric vehicles, hybrid vehicles, and electronic devices is satisfied in terms of output characteristics.

特許3687736号公報には、ニトロキシラジカル化合物等のラジカル化合物を電極活物質として使用する非水電解液二次電池が提案されている。ニトロキシラジカル化合物を使用する非水電解液二次電池は、出力特性の面で優れた特性を有しているものの、その特性を生かすための電池の設計には無理が生じる。
すなわち、ニトロキシラジカル化合物が電池の内部で電極活物質として機能するためには、該化合物中のニトロキシラジカル基と当量のカウンターアニオンが必要であり、そのカウンターアニオンを非水
電解液だけで供給しようとすると、一般的な設計基準ではカウンターアニオンが不足する。このカウンターアニオンの不足を補う方法として、ニトロキシラジカル化合物を電極活物質として使用した電極の厚みを薄くするか、非水電解液中の電解質の濃度を高くする方法が挙げられる。
しかし、電極の厚みを薄くすると電池の容量密度が小さくなり、非水電解液中の電解質の濃度を高くすると負極での副反応による電池の容量劣化が大きくなるという問題点があった。
Japanese Patent No. 3687736 proposes a non-aqueous electrolyte secondary battery using a radical compound such as a nitroxy radical compound as an electrode active material. Although a non-aqueous electrolyte secondary battery using a nitroxy radical compound has excellent characteristics in terms of output characteristics, it is difficult to design a battery to make use of the characteristics.
That is, in order for a nitroxy radical compound to function as an electrode active material inside a battery, a counter anion equivalent to the nitroxy radical group in the compound is required, and the counter anion is supplied only by a non-aqueous electrolyte. When trying to do so, the general design criteria lack the counter anion. As a method for compensating for the shortage of the counter anion, a method of reducing the thickness of the electrode using the nitroxy radical compound as an electrode active material or increasing the concentration of the electrolyte in the nonaqueous electrolytic solution can be mentioned.
However, when the thickness of the electrode is reduced, the capacity density of the battery is reduced, and when the concentration of the electrolyte in the non-aqueous electrolyte is increased, the capacity deterioration of the battery due to a side reaction at the negative electrode is increased.

特許3687736号公報Japanese Patent No. 3687736

従って、本発明の目的は、ニトロキシラジカル化合物を電極活物質として使用した非水電解液二次電池において、電極の厚みを薄くすることや、非水電解液中の電解質の濃度を高くすることなく、ニトロキシラジカル化合物が電極活物質として効率よく機能することができる非水電解液二次電池を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to reduce the thickness of the electrode or increase the concentration of the electrolyte in the non-aqueous electrolyte in the non-aqueous electrolyte secondary battery using the nitroxy radical compound as the electrode active material. And providing a non-aqueous electrolyte secondary battery in which a nitroxy radical compound can efficiently function as an electrode active material.

本発明者らは、鋭意検討を行なった結果、電解質塩を有機溶媒に溶解した非水電解液において、分子内にカルボン酸リチウム塩基等の有機酸リチウム塩基を有するニトロキシラジカル基含有高分子量重合体を電極活物質として用いることにより、上記目的を達成し得ることを知見した。   As a result of intensive studies, the present inventors have found that in a non-aqueous electrolytic solution in which an electrolyte salt is dissolved in an organic solvent, a nitroxy radical group-containing high molecular weight polymer having an organic acid lithium base such as a lithium carboxylate in the molecule. It has been found that the above object can be achieved by using a coalescence as an electrode active material.

即ち本発明は、上記知見に基づきなされたもので、分子内に有機酸のリチウム塩基を有するニトロキシラジカル基含有高分子量重合体を電極活物質とした非水電解液二次電池を提供することにより、上記目的を達成したものである。   That is, the present invention has been made based on the above knowledge, and provides a non-aqueous electrolyte secondary battery using a nitroxy radical group-containing high molecular weight polymer having a lithium base of an organic acid in the molecule as an electrode active material. Thus, the above object is achieved.

本発明の非水電解液二次電池において、電極活物質として用いる特定の構造を有するニトロキシラジカル基含有高分子量重合体には、有機酸のリチウム塩基が含有されている。この有機酸のリチウム塩基が分子内に存在することにより、充電時にはカウンターアニオンが確保されるので、ニトロキシラジカル基は電極活物質として有効に機能することができる。   In the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention, the nitroxy radical group-containing high molecular weight polymer having a specific structure used as an electrode active material contains a lithium base of an organic acid. Since the lithium base of the organic acid is present in the molecule, a counter anion is secured at the time of charging, so that the nitroxy radical group can function effectively as an electrode active material.

以下に本発明のニトロキシラジカル基含有高分子量重合体を用いた非水電解液二次電池について詳述する。   The nonaqueous electrolyte secondary battery using the nitroxy radical group-containing high molecular weight polymer of the present invention will be described in detail below.

本発明の非水電解液二次電池は、分子内に有機酸のリチウム塩基を有するニトロキシラジカル基含有高分子量重合体を、電極活物質、好ましくは正極活物質として用いたものである。   The nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention uses a nitroxy radical group-containing high molecular weight polymer having an organic acid lithium base in the molecule as an electrode active material, preferably a positive electrode active material.

上記ニトロキシラジカル基含有高分子量重合体として、好ましくは、下記一般式(1)及び/又は(2)で表される構成単位により構成されるニトロキシラジカル基含有高分子量重合体を用いる。   As the nitroxy radical group-containing high molecular weight polymer, a nitroxy radical group-containing high molecular weight polymer composed of a structural unit represented by the following general formula (1) and / or (2) is preferably used.

Figure 2009037868
Figure 2009037868

Figure 2009037868
(式中において、R1およびR2は、それぞれ独立して、水素原子または炭素数1〜4のアルキル基を示す。n/(n+m+p)は、0.2から0.99であり、好ましくは0.4〜0.95であり、より好ましくは0.6〜0.9ある。m/(n+m+p)は、0から0.8であり、好ましくは0〜0.4であり、より好ましくは0〜0.3である。p/(n+m+p)は、0.01から0.8であり、好ましくは0.05〜0.6であり、より好ましくは0.1〜0.4である。)
Figure 2009037868
(In the formula, R 1 and R 2 each independently represent a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms. N / (n + m + p) is 0.2 to 0.99, preferably 0.4 to 0.95, more preferably 0.6 to 0.9, m / (n + m + p) is 0 to 0.8, preferably 0 to 0.4, more preferably P / (n + m + p) is from 0.01 to 0.8, preferably from 0.05 to 0.6, more preferably from 0.1 to 0.4. )

上記一般式(1)及び(2)中、R1及びR2で示される炭素原子数1〜4のアルキル基としては、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、第二ブチル、第三ブチルが挙げられる。 In the general formulas (1) and (2), the alkyl group having 1 to 4 carbon atoms represented by R 1 and R 2 includes methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, sec-butyl, and tert-butyl. Can be mentioned.

上記ニトロキシラジカル基含有高分子量重合体には、本発明の効果を損なわない範囲(好ましくは0.01〜20質量%)で上記一般式(1)及び/又は(2)で表される構成単位以外の構造を含んでもよい。このような構造として、直鎖アルキルイミド、直鎖アルキルアミド、カルボン酸ナトリウム、カルボン酸カリウム、カルボン酸マグネシウムブロミド、カルボン酸マグネシウムクロリド、カルボン酸マグネシウムヨージド、カルボン酸エステル、炭酸エステル、ウレタン、フルオロアルキル、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリチオフェン等が挙げられる。   The nitroxy radical group-containing high molecular weight polymer has a constitution represented by the general formula (1) and / or (2) within a range not to impair the effects of the present invention (preferably 0.01 to 20% by mass) Structures other than units may be included. Such structures include linear alkyl imide, linear alkyl amide, sodium carboxylate, potassium carboxylate, magnesium carboxylate bromide, magnesium carboxylate, magnesium iodide carboxylate, carboxylate ester, carbonate ester, urethane, fluoro Examples include alkyl, polyacetylene, polypyrrole, and polythiophene.

本発明の非水電解液二次電池は、上記ニトロキシラジカル基含有高分子量重合体を電極活物質として用いる以外は、公知の非水電解液二次電池と同様に構成される。   The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is configured in the same manner as a known non-aqueous electrolyte secondary battery except that the nitroxy radical group-containing high molecular weight polymer is used as an electrode active material.

本発明の非水電解液二次電池に用いられる電極材料としては、正極及び負極があり、該正極としては、正極活物質と結着剤と導電材とを有機溶媒または水でスラリー化したものを集電体に塗布し、乾燥してシート状にしたものが使用される。
本発明の非水電解液二次電池では、上記正極活物質として、上記のニトロキシラジカル基含有高分子量重合体を単独で使用してもよく、本発明の効果を損なわない範囲(好ましくは0.01〜90質量%)で、通常のリチウムイオン二次電池で使用される正極活物質を混合して使用してもよい。混合してもよいリチウムイオン二次電池で使用される正極活物質としては、TiS2、TiS3、MoS3、FeS2、Li(1-x)MnO2、Li(1-x)Mn24、Li(1-x)CoO2、Li(1-x)NiO2、LiV23、V25等が挙げられる。なお、これらの正極活物質におけるXは0〜1の数を示す。各々にLi、Mg、Al、またはCo、Ti、Nb、Cr等の遷移金属を添加または置換した材料等であってもよい。これらの−金属複合酸化物を単独で混合するばかりでなく、これらを複数種類混合して用いることもできる。正極活物質の結着剤としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン、EPDM、SBR、NBR、フッ素ゴム等が挙げられるが、これらに限定されない。
また、結着剤の使用量としては、正極活物質100質量部に対し、好ましくは0.1〜20質量部、より好ましくは0.2〜10質量部である。
The electrode material used in the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention includes a positive electrode and a negative electrode, and the positive electrode is obtained by slurrying a positive electrode active material, a binder and a conductive material with an organic solvent or water. Is applied to a current collector and dried to form a sheet.
In the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, the nitroxy radical group-containing high molecular weight polymer may be used alone as the positive electrode active material, and the range in which the effects of the present invention are not impaired (preferably 0). 0.01 to 90% by mass), and a positive electrode active material used in a normal lithium ion secondary battery may be mixed and used. Examples of the positive electrode active material used in the lithium ion secondary battery that may be mixed include TiS 2 , TiS 3 , MoS 3 , FeS 2 , Li (1-x) MnO 2 , Li (1-x) Mn 2 O 4 , Li (1-x) CoO 2 , Li (1-x) NiO 2 , LiV 2 O 3 , V 2 O 5 and the like. In addition, X in these positive electrode active materials shows the number of 0-1. A material obtained by adding or substituting a transition metal such as Li, Mg, Al, or Co, Ti, Nb, or Cr may be used. Not only these -metal composite oxides are mixed alone, but also a plurality of these can be mixed and used. Examples of the binder for the positive electrode active material include, but are not limited to, polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene, EPDM, SBR, NBR, and fluororubber.
Moreover, as the usage-amount of a binder, it is 0.1-20 mass parts with respect to 100 mass parts of positive electrode active materials, More preferably, it is 0.2-10 mass parts.

正極の導電材としては、黒鉛の微粒子、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等のカーボンブラック、ニードルコークス等の無定形炭素の微粒子等、カーボンナノファイバー等が使用されるが、これらに限定されない。また、導電材の使用量としては、正極活物質100質量部に対し、好ましくは10〜90質量部、より好ましくは20〜60質量部である。
スラリー化する溶媒としては、結着剤を溶解する有機溶媒もしくは水が使用される。該有機溶媒としては、例えば、N−メチルピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、アクリル酸メチル、ジエチルトリアミン、N,N−ジメチルアミノプロピルアミン、エチレンオキシド、テトラヒドロフラン等が挙げられるが、これに限定されない。有機溶媒又は水の使用量としては、正極活物質100質量部に対し、好ましくは20〜
300質量部、より好ましくは50〜200質量部である。
Examples of the conductive material for the positive electrode include fine particles of graphite, carbon black such as acetylene black and ketjen black, fine particles of amorphous carbon such as needle coke, and the like, but are not limited thereto. Moreover, as the usage-amount of a electrically conductive material, it becomes like this. Preferably it is 10-90 mass parts with respect to 100 mass parts of positive electrode active materials, More preferably, it is 20-60 mass parts.
As the solvent for forming a slurry, an organic solvent or water that dissolves the binder is used. Examples of the organic solvent include N-methylpyrrolidone (NMP), dimethylformamide, dimethylacetamide, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, methyl acetate, methyl acrylate, diethyltriamine, N, N-dimethylaminopropylamine, ethylene oxide, tetrahydrofuran and the like. Although it is mentioned, it is not limited to this. The amount of the organic solvent or water used is preferably 20 to 100 parts by mass of the positive electrode active material.
300 parts by mass, more preferably 50 to 200 parts by mass.

負極としては、通常、負極活物質と結着剤とを有機溶媒または水でスラリー化したものを集電体に塗布し、乾燥してシート状にしたものが使用されるが、金属箔を使用することも可能である。負極活物質としては、リチウム、リチウム合金、スズ・ケイ素化合物等の無機化合物、チタン酸化物、炭素質材料、導電性ポリマー等が挙げられる。特に、安全性の高いリチウムイオンを吸蔵、放出できる炭素質材料が好ましい。この炭素質材料は、特に限定されないが、黒鉛及び石油系コークス、石炭系コークス、石油系ピッチの炭化物、石炭系ピッチの炭化物、フェノール樹脂・結晶セルロース等樹脂の炭化物等、及びこれらを一部炭化した炭素材、ファーネスブラック、アセチレンブラック、ピッチ系炭素繊維、PAN系炭素繊維等が挙げられる。
負極活物質の結着剤としては、上記の正極活物質の結着剤と同様のものが挙げられる。また、結着剤の使用量としては、負極活物質100質量部に対し、好ましくは0.1〜20質量部、より好ましくは1〜10質量部である。スラリー化する溶媒としては、結着剤を溶解する有機溶媒もしくは水が使用される。該有機溶媒としては、上記の正極に用いる有機溶媒と同様のものが挙げられる。有機溶媒又は水の使用量としては、負極活物質100質量部に対し、好ましくは40〜300質量部、より好ましくは80〜200質量部である。
As the negative electrode, a negative electrode active material and a binder slurryed with an organic solvent or water is applied to a current collector and dried to form a sheet, but a metal foil is used. It is also possible to do. Examples of the negative electrode active material include lithium, lithium alloys, inorganic compounds such as tin / silicon compounds, titanium oxides, carbonaceous materials, and conductive polymers. In particular, a carbonaceous material that can occlude and release highly safe lithium ions is preferable. The carbonaceous material is not particularly limited, but graphite, petroleum-based coke, coal-based coke, petroleum-based pitch carbide, coal-based pitch carbide, phenolic resin / crystalline cellulose resin carbide, etc., and partially carbonized thereof. Carbon materials, furnace black, acetylene black, pitch-based carbon fibers, PAN-based carbon fibers, and the like.
Examples of the binder for the negative electrode active material include the same binders for the positive electrode active material. Moreover, as the usage-amount of a binder, it is 0.1-20 mass parts with respect to 100 mass parts of negative electrode active materials, More preferably, it is 1-10 mass parts. As the solvent for forming a slurry, an organic solvent or water that dissolves the binder is used. Examples of the organic solvent include the same organic solvents as those used for the positive electrode. The amount of the organic solvent or water used is preferably 40 to 300 parts by mass, more preferably 80 to 200 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the negative electrode active material.

正極の集電体には、通常、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼等が使用され、負極の集電体には、通常、銅、ニッケル、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼等が使用される。   Usually, aluminum, stainless steel, nickel-plated steel or the like is used for the current collector of the positive electrode, and copper, nickel, stainless steel, nickel-plated steel or the like is usually used for the current collector of the negative electrode.

本発明の非水電解液二次電池において、非水電解液には有機溶媒が用いられる。該有機溶媒としては、非水電解液に通常用いられているものを1種又は2種以上組み合わせて用いることができる。
具体的には、環状カーボネート化合物、環状エステル化合物、スルホン又はスルホキシド化合物、アマイド化合物、鎖状カーボネート化合物、鎖状又は環状エーテル化合物、及び鎖状エステル化合物からなる群から選ばれる1種以上を含有することが好ましい。特に、環状カーボネート化合物及び鎖状カーボネート化合物をそれぞれ1種以上含有することが好ましく、この組み合わせを用いることで、サイクル特性に優れるばかりでなく、電解液の粘度、得られる電池の電気容量・出力等のバランスのとれた非水電解液が提供できる。
In the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, an organic solvent is used for the non-aqueous electrolyte. As this organic solvent, what is normally used for the non-aqueous electrolyte can be used 1 type or in combination of 2 or more types.
Specifically, it contains one or more selected from the group consisting of cyclic carbonate compounds, cyclic ester compounds, sulfone or sulfoxide compounds, amide compounds, chain carbonate compounds, chain or cyclic ether compounds, and chain ester compounds. It is preferable. In particular, it is preferable to contain at least one cyclic carbonate compound and a chain carbonate compound, and by using this combination, not only the cycle characteristics are excellent, but also the viscosity of the electrolyte, the electric capacity / output of the obtained battery, etc. A non-aqueous electrolyte with a good balance can be provided.

上記非水電解液に用いられる有機溶媒を、さらに具体的に以下に列挙する。しかしながら、本発明に用いられる有機溶媒は、以下の例示によって限定されるものではない。   More specifically, organic solvents used in the non-aqueous electrolyte are listed below. However, the organic solvent used in the present invention is not limited by the following examples.

環状カーボネート化合物、環状エステル化合物、スルホン又はスルホキシド化合物及びアマイド化合物は、比誘電率が高いため、電解液の誘電率を上げる役割を果たす。具体的には、環状カーボネート化合物としては、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、1,2−ブチレンカーボネート、イソブチレンカーボネート等が挙げられる。環状エステル化合物としては、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン等が挙げられる。スルホン又はスルホキシド化合物としては、スルホラン、スルホレン、テトラメチルスルホラン、ジフェニルスルホン、ジメチルスルホン、ジメチルスルホキシド、プロパンスルトン、ブチレンスルトン等が挙げられ、これらの中でもスルホラン類が好ましい。アマイド化合物としては、N−メチルピロリドン、ジメチルフォルムアミド、ジメチルアセトアミド等が挙げられる。   Since the cyclic carbonate compound, the cyclic ester compound, the sulfone or sulfoxide compound, and the amide compound have a high relative dielectric constant, they serve to increase the dielectric constant of the electrolytic solution. Specifically, examples of the cyclic carbonate compound include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), 1,2-butylene carbonate, and isobutylene carbonate. Examples of the cyclic ester compound include γ-butyrolactone and γ-valerolactone. Examples of the sulfone or sulfoxide compound include sulfolane, sulfolene, tetramethylsulfolane, diphenyl sulfone, dimethyl sulfone, dimethyl sulfoxide, propane sultone, butylene sultone, and among these, sulfolanes are preferable. Examples of the amide compound include N-methylpyrrolidone, dimethylformamide, dimethylacetamide and the like.

鎖状カーボネート化合物、鎖状又は環状エーテル化合物及び鎖状エステル化合物は、非水電解液の粘度を低くすることができる。そのため、電解質イオンの移動性を高くすることができる等、出力密度等の電池特性を優れたものにすることができる。また、低粘度であるため、低温での非水電解液の性能を高くすることができる。具体的には、鎖状カーボネート化合物としては、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチル−n−ブチルカーボネート、メチル−t−ブチルカーボネート、ジ−i−プロピルカーボネート、t−ブチル−i−プロピルカーボネート等が挙げられる。鎖状又は環状エーテル化合物としては、ジメトキシエタン(DME)、エトキシメトキシエタン、ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、ジオキソラン、ジオキサン、1,2−ビス(メトキシカルボニルオキシ)エタン、1,2−ビス(エトキシカルボニルオキシ)エタン、1,2−ビス(エトキシカルボニルオキシ)プロパン、エチレングリコールビス(トリフルオロエチル)エーテル、i−プロピレングリコール(トリフルオロエチル)エーテル、エチレングリコールビス(トリフルオロメチル)エーテル、ジエチレングリコールビス(トリフルオロエチル)エーテル等が挙げられ、これらの中でもジオキソラン類が好ましい。鎖状エステル化合物としては、下記一般式(3)で表されるカルボン酸エステル化合物等が挙げられる。   The chain carbonate compound, the chain or cyclic ether compound, and the chain ester compound can lower the viscosity of the non-aqueous electrolyte. Therefore, battery characteristics such as power density can be improved, such as the mobility of electrolyte ions can be increased. Moreover, since it is low-viscosity, the performance of the non-aqueous electrolyte at low temperatures can be increased. Specifically, as the chain carbonate compound, dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl-n-butyl carbonate, methyl-t-butyl carbonate, di-i-propyl Examples thereof include carbonate and t-butyl-i-propyl carbonate. Examples of the chain or cyclic ether compound include dimethoxyethane (DME), ethoxymethoxyethane, diethoxyethane, tetrahydrofuran, dioxolane, dioxane, 1,2-bis (methoxycarbonyloxy) ethane, 1,2-bis (ethoxycarbonyloxy). ) Ethane, 1,2-bis (ethoxycarbonyloxy) propane, ethylene glycol bis (trifluoroethyl) ether, i-propylene glycol (trifluoroethyl) ether, ethylene glycol bis (trifluoromethyl) ether, diethylene glycol bis (tri Fluoroethyl) ether and the like. Among these, dioxolanes are preferable. Examples of the chain ester compound include a carboxylic acid ester compound represented by the following general formula (3).

Figure 2009037868
(式中、Rは、炭素原子数1〜4のアルキル基を示し、nは0、1又は2を示す。)
Figure 2009037868
(In the formula, R represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and n represents 0, 1 or 2.)

上記一般式(3)中、Rで示される炭素原子数1〜4のアルキル基としては、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、第二ブチル、第三ブチルが挙げられる。上記一般式(3)で表されるカルボン酸エステル化合物を具体的に挙げると、蟻酸メチル、蟻酸エチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸第二ブチル、酢酸ブチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル等が挙げられる。上記一般式(3)で表されるカルボン酸エステル化合物は、凝固点が低く、有機溶剤、特に環状カーボネート化合物及び鎖状カーボネート化合物をそれぞれ少なくとも1種以上含有する有機溶剤にさらに添加すると、低温においても電池特性を向上させることができるため好ましい。上記一般式(3)で表されるカルボン酸エステル化合物の添加量は、有機溶媒中において1〜50体積%好ましい。   In the general formula (3), examples of the alkyl group having 1 to 4 carbon atoms represented by R include methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, sec-butyl and tert-butyl. Specific examples of the carboxylic acid ester compound represented by the general formula (3) include methyl formate, ethyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, sec-butyl acetate, butyl acetate, methyl propionate, and propionic acid. And ethyl. The carboxylic acid ester compound represented by the general formula (3) has a low freezing point, and when further added to an organic solvent, particularly an organic solvent containing at least one cyclic carbonate compound and at least one chain carbonate compound, even at a low temperature. It is preferable because battery characteristics can be improved. The addition amount of the carboxylic acid ester compound represented by the general formula (3) is preferably 1 to 50% by volume in the organic solvent.

上記非水電解液に用いられる有機溶媒としては、アセトニトリル、プロピオニトリル、ニトロメタンやこれらの誘導体を用いることもできる。   As the organic solvent used for the non-aqueous electrolyte, acetonitrile, propionitrile, nitromethane, and derivatives thereof can also be used.

上記非水電解液には、難燃性を付与するために、ハロゲン系、リン系、その他の難燃剤を適宜添加することができる。リン系難燃剤としては、トリメチルホスフェート、トリエチルホスフェート等のリン酸エステル類が挙げられる。   In order to impart flame retardancy, halogen-based, phosphorus-based, and other flame retardants can be appropriately added to the non-aqueous electrolyte. Examples of the phosphorus flame retardant include phosphate esters such as trimethyl phosphate and triethyl phosphate.

上記難燃剤の添加量は、本発明に用いられる非水電解液を構成する有機溶媒に対して5〜100質量%が好ましく、10〜50質量%が特に好ましい。5質量%未満では十分な難燃化効果が得られない。   5-100 mass% is preferable with respect to the organic solvent which comprises the non-aqueous electrolyte used for this invention, and, as for the addition amount of the said flame retardant, 10-50 mass% is especially preferable. If it is less than 5% by mass, sufficient flame retarding effect cannot be obtained.

上記非水電解液において用いられる電解質塩としては、従来公知の電解質塩が用いられ、例えば、LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiCF3SO3、LiN(CF3SO22、LiC(CF3SO23、LiSbF6、LiSiF5、LiAlF4、LiSCN、LiClO4、LiCl、LiF、LiBr、LiI、LiAlF4、LiAlCl4、NaClO4、NaBF4、NaI、これらの誘導体等が挙げられ、これらの中でも、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiCF3SO3、LiN(CF3SO22及びLiC(CF3SO23並びにLiCF3SO3の誘導体、LiN(CF3SO22の誘導体及びLiC(CF3SO23の誘導体からなる群から選ばれる1種以上を用いるのが、電気特性に優れるので好ましい。 As the electrolyte salt used in the non-aqueous electrolyte, a conventionally known electrolyte salt is used. For example, LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiC (CF 3 SO 2) 3, LiSbF 6 , LiSiF 5, LiAlF 4, LiSCN, LiClO 4, LiCl, LiF, LiBr, LiI, LiAlF 4, LiAlCl 4, NaClO 4, NaBF 4, NaI, these derivatives, and the like, among them, LiPF 6, LiBF 4, LiClO 4, LiAsF 6, LiCF 3 SO 3, LiN (CF 3 SO 2) 2 and LiC (CF 3 SO 2) 3 and derivatives LiCF 3 SO 3, LiN (CF 3 One or more selected from the group consisting of a derivative of SO 2 ) 2 and a derivative of LiC (CF 3 SO 2 ) 3 Is preferable because of its excellent electrical characteristics.

上記電解質塩は、本発明に用いられる非水電解液中の濃度が、0.1〜3.0モル/リットル、特に0.5〜2.0モル/リットルとなるように、上記有機溶媒に溶解することが好ましい。該電解質塩の濃度が0.1モル/リットルより小さいと、充分な電流密度を得られないことがあり、3.0モル/リットルより大きいと、非水電解液の安定性を損なう恐れがある。   The electrolyte salt is added to the organic solvent so that the concentration in the non-aqueous electrolyte used in the present invention is 0.1 to 3.0 mol / liter, particularly 0.5 to 2.0 mol / liter. It is preferable to dissolve. If the concentration of the electrolyte salt is less than 0.1 mol / liter, a sufficient current density may not be obtained. If the concentration is more than 3.0 mol / liter, the stability of the nonaqueous electrolyte may be impaired. .

また、本発明に用いられる非水電解液には、負極での不可逆容量の低減および負極での電解液の分解反応を抑制する目的で、各種添加剤を適宜添加することができる。それらは、主に負極表面に被膜(SEI)を形成するために添加するものであり、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、ジアリルカーボネート、アリルエチルカーボネート、アリルメチルカーボネート等の不飽和炭酸エステル類、プロパンスルトン、ブタンスルトン、スルホレン等のイオウ化合物、マレイン酸ジメチル、マレイン酸ジエチル、フマル酸ジメチル、フマル酸ジエチル、アセチレンジカルボン酸ジメチル、アセチレンジカルボン酸ジエチル等の不飽和エステル類、テトラビニルシラン、メチルトリビニルシラン、ジメチルジビニルシラン、ジエチルジビニルシラン、トリメチルビニルシラン、テトラアリルシラン、トリアリルメチルシラン、ジアリルジメチルシラン、ジアリルジエチルシラン、アリルトリメチルシラン等の不飽和シラン化合物、ヘキサメチルジシラン、1,2-ジビニルテトラメチルジシラン等のジシラン類等が挙げられる。   In addition, various additives can be appropriately added to the nonaqueous electrolytic solution used in the present invention for the purpose of reducing the irreversible capacity at the negative electrode and suppressing the decomposition reaction of the electrolytic solution at the negative electrode. They are mainly added to form a coating (SEI) on the negative electrode surface. Unsaturated carbonates such as vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, diallyl carbonate, allyl ethyl carbonate, allyl methyl carbonate, propane sultone , Sulfur compounds such as butane sultone, sulfolene, dimethyl maleate, diethyl maleate, dimethyl fumarate, diethyl fumarate, dimethyl acetylenedicarboxylate, diethyl acetylenedicarboxylate, tetravinylsilane, methyltrivinylsilane, dimethyldi Vinyl silane, diethyl divinyl silane, trimethyl vinyl silane, tetraallyl silane, triallyl methyl silane, diallyl dimethyl silane, diallyl diethyl silane, allyl trimethyl Unsaturated silane compound such as silane, hexamethyl disilane, disilanes, such as 1,2-divinyl tetramethyl disilane, and the like.

本発明の非水電解液二次電池では、正極と負極との間にセパレータを用いるが、該セパレータとしては、通常用いられる高分子の微多孔フィルムを特に限定なく使用できる。該フィルムとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリ塩化ビニリデン、ポリアクリロニトリル、ポリアクリルアミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリイミド、ポリエチレンオキシドやポリプロピレンオキシド等のポリエーテル類、カルボキシメチルセルロースやヒドロキシプロピルセルロース等の種々のセルロース類、ポリ(メタ)アクリル酸及びその種々のエステル類等を主体とする高分子化合物やその誘導体、これらの共重合体や混合物からなるフィルム等が挙げられる。これらのフィルムは、単独で用いてもよいし、これらのフィルムを重ね合わせて複層フィルムとして用いてもよい。さらに、これらのフィルムには、種々の添加剤を用いてもよく、その種類や含有量は特に制限されない。これらのフィルムの中でも、本発明の非水電解液二次電池には、ポリエチレンやポリプロピレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリスルホンからなるフィルムが好ましく用いられる。
これらのフィルムは、電解液がしみ込んでイオンが透過し易いように、微多孔化がなされている。この微多孔化の方法としては、高分子化合物と溶剤の溶液をミクロ相分離させながら製膜し、溶剤を抽出除去して多孔化する「相分離法」と、溶融した高分子化合物を高ドラフトで押し出し製膜した後に熱処理し、結晶を一方向に配列させ、さらに延伸によって結晶間に間隙を形成して多孔化をはかる「延伸法」等が挙げられ、用いられるフィルムによって適宜選択される。
In the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, a separator is used between the positive electrode and the negative electrode. As the separator, a commonly used polymer microporous film can be used without any particular limitation. Examples of the film include polyethylene, polypropylene, polyvinylidene fluoride, polyvinylidene chloride, polyacrylonitrile, polyacrylamide, polytetrafluoroethylene, polysulfone, polyethersulfone, polycarbonate, polyamide, polyimide, polyethylene oxide and polypropylene oxide. Films composed of ethers, various celluloses such as carboxymethylcellulose and hydroxypropylcellulose, polymer compounds mainly composed of poly (meth) acrylic acid and various esters thereof, derivatives thereof, copolymers and mixtures thereof. Etc. These films may be used alone, or may be used as a multilayer film by superimposing these films. Furthermore, various additives may be used for these films, and the type and content thereof are not particularly limited. Among these films, a film made of polyethylene, polypropylene, polyvinylidene fluoride, or polysulfone is preferably used for the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention.
These films are microporous so that the electrolyte can penetrate and ions can easily pass therethrough. The microporosity method includes a phase separation method in which a polymer compound and a solvent solution are formed into a film while microphase separation is performed, and the solvent is extracted and removed to make it porous. The film is extruded and then heat-treated, the crystals are aligned in one direction, and a gap is formed between the crystals by stretching to make it porous, and so on.

本発明の非水電解液二次電池において、電極材料、非水電解液及びセパレータには、より安全性を向上する目的で、フェノール系酸化防止剤、リン系酸化防止剤、チオエーテル系酸化防止剤、ヒンダードアミン化合物等を添加してもよい。   In the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, the electrode material, the non-aqueous electrolyte, and the separator include a phenol-based antioxidant, a phosphorus-based antioxidant, and a thioether-based antioxidant for the purpose of improving safety. A hindered amine compound or the like may be added.

上記フェノール系酸化防止剤としては、例えば、1,6−ヘキサメチレンビス〔(3−第三ブチル−5−メチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオン酸アミド〕、4,4'−チオビス(6−第三ブチル−m−クレゾール)、4,4'−ブチリデンビス(6−第三ブチル−m−クレゾール)、1,1,3−トリス(2−メチル−4−ヒドロキシ−5−第三ブチルフェニル)ブタン、1,3,5−トリス(2,6−ジメチル−3−ヒドロキシ−4−第三ブチルベンジル)イソシアヌレート、1,3,5−トリス(3,5−ジ第三ブチル−4−ヒドロキシベンジル)イソシアヌレート、1,3,5−トリス(3,5−ジ第三ブチル−4−ヒドロキシベンジル)−2,4,6−トリメチルベンゼン、テトラキス〔3−(3,5−ジ第三ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオン酸メチル〕メタン、チオジエチレングリコールビス〔(3,5−ジ第三ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート〕、1,6−ヘキサメチレンビス〔(3,5−ジ第三ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート〕、ビス〔3,3−ビス(4−ヒドロキシ−3−第三ブチルフェニル)ブチリックアシッド〕グリコールエステル、ビス〔2−第三ブチル−4−メチル−6−(2−ヒドロキシ−3−第三ブチル−5−メチルベンジル)フェニル〕テレフタレート、1,3,5−トリス〔(3,5−ジ第三ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオニルオキシエチル〕イソシアヌレート、3,9−ビス〔1,1−ジメチル−2−{(3−第三ブチル−4−ヒドロキシ−5−メチルフェニル)プロピオニルオキシ}エチル〕−2,4,8,10−テトラオキサスピロ〔5,5〕ウンデカン、トリエチレングリコールビス〔(3−第三ブチル−4−ヒドロキシ−5−メチルフェニル)プロピオネート〕等が挙げられ、電極材料に添加する場合は、電極材料100質量部に対して、0.01〜10質量部、特に0.05〜5質量部が用いるのが好ましい。   Examples of the phenol-based antioxidant include 1,6-hexamethylene bis [(3-tert-butyl-5-methyl-4-hydroxyphenyl) propionic acid amide], 4,4′-thiobis (6-tert. Tributyl-m-cresol), 4,4′-butylidenebis (6-tert-butyl-m-cresol), 1,1,3-tris (2-methyl-4-hydroxy-5-tert-butylphenyl) butane 1,3,5-tris (2,6-dimethyl-3-hydroxy-4-tert-butylbenzyl) isocyanurate, 1,3,5-tris (3,5-ditert-butyl-4-hydroxybenzyl) ) Isocyanurate, 1,3,5-tris (3,5-ditert-butyl-4-hydroxybenzyl) -2,4,6-trimethylbenzene, tetrakis [3- (3,5-ditert-butyl- 4-hi Roxyphenyl) methyl propionate] methane, thiodiethylene glycol bis [(3,5-ditert-butyl-4-hydroxyphenyl) propionate], 1,6-hexamethylenebis [(3,5-ditert-butyl-4 -Hydroxyphenyl) propionate], bis [3,3-bis (4-hydroxy-3-tert-butylphenyl) butyric acid] glycol ester, bis [2-tert-butyl-4-methyl-6- (2- Hydroxy-3-tert-butyl-5-methylbenzyl) phenyl] terephthalate, 1,3,5-tris [(3,5-ditert-butyl-4-hydroxyphenyl) propionyloxyethyl] isocyanurate, 3,9 -Bis [1,1-dimethyl-2-{(3-tert-butyl-4-hydroxy-5-methylphenyl) propioni Ruoxy} ethyl] -2,4,8,10-tetraoxaspiro [5,5] undecane, triethylene glycol bis [(3-tert-butyl-4-hydroxy-5-methylphenyl) propionate] and the like. When adding to an electrode material, it is preferable to use 0.01-10 mass parts with respect to 100 mass parts of electrode materials, especially 0.05-5 mass parts.

上記リン系酸化防止剤としては、例えば、トリスノニルフェニルホスファイト、トリス〔2−第三ブチル−4−(3−第三ブチル−4−ヒドロキシ−5−メチルフェニルチオ)−5−メチルフェニル〕ホスファイト、トリデシルホスファイト、オクチルジフェニルホスファイト、ジ(デシル)モノフェニルホスファイト、ジ(トリデシル)ペンタエリスリトールジホスファイト、ジ(ノニルフェニル)ペンタエリスリトールジホスファイト、ビス(2,4−ジ第三ブチルフェニル)ペンタエリスリトールジホスファイト、ビス(2,6−ジ第三ブチル−4−メチルフェニル)ペンタエリスリトールジホスファイト、ビス(2,4,6−トリ第三ブチルフェニル)ペンタエリスリトールジホスファイト、ビス(2,4−ジクミルフェニル)ペンタエリスリトールジホスファイト、テトラ(トリデシル)イソプロピリデンジフェノールジホスファイト、テトラ(トリデシル)−4,4'−n−ブチリデンビス(2−第三ブチル−5−メチルフェノール)ジホスファイト、ヘキサ(トリデシル)−1,1,3−トリス(2−メチル−4−ヒドロキシ−5−第三ブチルフェニル)ブタントリホスファイト、テトラキス(2,4−ジ第三ブチルフェニル)ビフェニレンジホスホナイト、9,10−ジハイドロ−9−オキサ−10−ホスファフェナンスレン−10−オキサイド、2,2'−メチレンビス(4,6−第三ブチルフェニル)−2−エチルヘキシルホスファイト、2,2'−メチレンビス(4,6−第三ブチルフェニル)−オクタデシルホスファイト、2,2'−エチリデンビス(4,6−ジ第三ブチルフェニル)フルオロホスファイト、トリス(2−〔(2,4,8,10−テトラキス第三ブチルジベンゾ〔d,f〕〔1,3,2〕ジオキサホスフェピン−6−イル)オキシ〕エチル)アミン、2−エチル−2−ブチルプロピレングリコールと2,4,6−トリ第三ブチルフェノールのホスファイト等が挙げられる。   Examples of the phosphorus antioxidant include trisnonylphenyl phosphite, tris [2-tert-butyl-4- (3-tert-butyl-4-hydroxy-5-methylphenylthio) -5-methylphenyl]. Phosphite, tridecyl phosphite, octyl diphenyl phosphite, di (decyl) monophenyl phosphite, di (tridecyl) pentaerythritol diphosphite, di (nonylphenyl) pentaerythritol diphosphite, bis (2,4-di Tert-butylphenyl) pentaerythritol diphosphite, bis (2,6-ditert-butyl-4-methylphenyl) pentaerythritol diphosphite, bis (2,4,6-tritert-butylphenyl) pentaerythritol diphosphite Phosphite, bis (2,4-dicumylphenyl) pen Erythritol diphosphite, tetra (tridecyl) isopropylidene diphenol diphosphite, tetra (tridecyl) -4,4′-n-butylidenebis (2-tert-butyl-5-methylphenol) diphosphite, hexa (tridecyl) -1 , 1,3-tris (2-methyl-4-hydroxy-5-tert-butylphenyl) butane triphosphite, tetrakis (2,4-ditert-butylphenyl) biphenylene diphosphonite, 9,10-dihydro-9 -Oxa-10-phosphaphenanthrene-10-oxide, 2,2'-methylenebis (4,6-tert-butylphenyl) -2-ethylhexyl phosphite, 2,2'-methylenebis (4,6- Tributylphenyl) -octadecyl phosphite, 2,2′-ethylidenebis (4,6- Tert-butylphenyl) fluorophosphite, tris (2-[(2,4,8,10-tetrakis tert-butyldibenzo [d, f] [1,3,2] dioxaphosphin-6-yl) Oxy] ethyl) amine, phosphite of 2-ethyl-2-butylpropylene glycol and 2,4,6-tritert-butylphenol, and the like.

上記チオエーテル系酸化防止剤としては、例えば、チオジプロピオン酸ジラウリル、チオジプロピオン酸ジミリスチル、チオジプロピオン酸ジステアリル等のジアルキルチオジプロピオネート類及びペンタエリスリトールテトラ(β−アルキルメルカプトプロピオン酸エステル類が挙げられる。   Examples of the thioether-based antioxidant include dialkylthiodipropionates such as dilauryl thiodipropionate, dimyristyl thiodipropionate, and distearyl thiodipropionate, and pentaerythritol tetra (β-alkylmercaptopropionate esters). Is mentioned.

上記ヒンダードアミン化合物としては、例えば、2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジルステアレート、1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジルステアレート、2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジルベンゾエート、ビス(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)セバケート、テトラキス(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)−1,2,3,4−ブタンテトラカルボキシレート、テトラキス(1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジル)−1,2,3,4−ブタンテトラカルボキシレート、ビス(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)・ジ(トリデシル)−1,2,3,4−ブタンテトラカルボキシレート、ビス(1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジル)・ジ(トリデシル)−1,2,3,4−ブタンテトラカルボキシレート、ビス(1,2,2,4,4−ペンタメチル−4−ピペリジル)−2−ブチル−2−(3,5−ジ第三ブチル−4−ヒドロキシベンジル)マロネート、1−(2−ヒドロキシエチル)−2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジノ−ル/コハク酸ジエチル重縮合物、1,6−ビス(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジルアミノ)ヘキサン/2,4−ジクロロ−6−モルホリノ−s−トリアジン重縮合物、1,6−ビス(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジルアミノ)ヘキサン/2,4−ジクロロ−6−第三オクチルアミノ−s−トリアジン重縮合物、1,5,8,12−テトラキス〔2,4−ビス(N−ブチル−N−(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)アミノ)−s−トリアジン−6−イル〕−1,5,8,12−テトラアザドデカン、1,5,8,12−テトラキス〔2,4−ビス(N−ブチル−N−(1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジル)アミノ)−s−トリアジン−6−イル〕−1,5,8−12−テトラアザドデカン、1,6,11−トリス〔2,4−ビス(N−ブチル−N−(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)アミノ)−s−トリアジン−6−イル〕アミノウンデカン、1,6,11−トリス〔2,4−ビス(N−ブチル−N−(1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジル)アミノ)−s−トリアジン−6−イル〕アミノウンデカン等のヒンダードアミン化合物が挙げられる。   Examples of the hindered amine compound include 2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl stearate, 1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidyl stearate, 2,2,6,6. -Tetramethyl-4-piperidylbenzoate, bis (2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl) sebacate, tetrakis (2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl) -1,2, 3,4-butanetetracarboxylate, tetrakis (1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidyl) -1,2,3,4-butanetetracarboxylate, bis (2,2,6,6) -Tetramethyl-4-piperidyl) -di (tridecyl) -1,2,3,4-butanetetracarboxylate, bis (1,2,2,6,6-pentamethyl-4-pi Lysyl) .di (tridecyl) -1,2,3,4-butanetetracarboxylate, bis (1,2,2,4,4-pentamethyl-4-piperidyl) -2-butyl-2- (3,5 -Di-tert-butyl-4-hydroxybenzyl) malonate, 1- (2-hydroxyethyl) -2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidinol / diethyl succinate polycondensate, 1,6- Bis (2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidylamino) hexane / 2,4-dichloro-6-morpholino-s-triazine polycondensate, 1,6-bis (2,2,6,6 -Tetramethyl-4-piperidylamino) hexane / 2,4-dichloro-6-tert-octylamino-s-triazine polycondensate, 1,5,8,12-tetrakis [2,4-bis (N-butyl) -N- (2,2,6, -Tetramethyl-4-piperidyl) amino) -s-triazin-6-yl] -1,5,8,12-tetraazadodecane, 1,5,8,12-tetrakis [2,4-bis (N- Butyl-N- (1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidyl) amino) -s-triazin-6-yl] -1,5,8-12-tetraazadodecane, 1,6,11 -Tris [2,4-bis (N-butyl-N- (2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl) amino) -s-triazin-6-yl] aminoundecane, 1,6,11 Hindered amine compounds such as tris [2,4-bis (N-butyl-N- (1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidyl) amino) -s-triazin-6-yl] aminoundecane Can be mentioned.

上記構成からなる本発明の非水電解液二次電池は、その形状には特に制限を受けず、コイン型、円筒型、角型等、種々の形状とすることができる。図1は、本発明の非水電解液二次電池のコイン型電池の一例を、図2及び図3は円筒型電池の一例をそれぞれ示したものである。   The shape of the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention having the above configuration is not particularly limited, and can be various shapes such as a coin shape, a cylindrical shape, and a square shape. FIG. 1 shows an example of a coin-type battery of the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention, and FIGS. 2 and 3 show examples of a cylindrical battery, respectively.

図1に示すコイン型の非水電解液二次電池10において、1は、分子内に有機酸のリチウム塩基を有するニトロキシラジカル基含有高分子量重合体を正極活物質として用いた正極、1aは正極集電体、2は正極から放出されたリチウムイオンを吸蔵、放出できる炭素質材料よりなる負極、2aは負極集電体、3は非水電解液、4はステンレス製の正極ケース、5はステンレス製の負極ケース、6はポリプロピレン製のガスケット、7はポリエチレン製のセパレータである。   In the coin-type nonaqueous electrolyte secondary battery 10 shown in FIG. 1, 1 is a positive electrode using a nitroxy radical group-containing high molecular weight polymer having a lithium base of an organic acid in the molecule as a positive electrode active material. A positive electrode current collector, 2 is a negative electrode made of a carbonaceous material capable of absorbing and releasing lithium ions released from the positive electrode, 2a is a negative electrode current collector, 3 is a non-aqueous electrolyte, 4 is a stainless steel positive electrode case, 5 is A stainless steel negative electrode case, 6 is a polypropylene gasket, and 7 is a polyethylene separator.

また、図2及び図3に示す円筒型の非水電解液二次電池10'において、11は負極、12は負極集合体、13は分子内に有機酸のリチウム塩基を有するニトロキシラジカル基含有高分子量重合体を正極活物質として用いた正極、14は正極集合体、15は非水電解液、16はセパレータ、17は正極端子、18は負極端子、19は負極板、20は負極リード、21は正極板、22は正極リード、23はケース、24は絶縁板、25はガスケット、26は安全弁、27はPTC素子である。   Further, in the cylindrical nonaqueous electrolyte secondary battery 10 ′ shown in FIGS. 2 and 3, 11 is a negative electrode, 12 is a negative electrode assembly, and 13 is a nitroxy radical group containing a lithium base of an organic acid in the molecule. Positive electrode using high molecular weight polymer as positive electrode active material, 14 positive electrode aggregate, 15 non-aqueous electrolyte, 16 separator, 17 positive electrode terminal, 18 negative electrode terminal, 19 negative electrode plate, 20 negative electrode lead, 21 is a positive electrode plate, 22 is a positive electrode lead, 23 is a case, 24 is an insulating plate, 25 is a gasket, 26 is a safety valve, and 27 is a PTC element.

以下に、実施例及び比較例により本発明を詳細に説明する。ただし、以下の実施例等により本発明はなんら制限されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples and comparative examples. However, the present invention is not limited by the following examples.

〔実施例1〜4及び比較例1〕
実施例及び比較例において、非水電解液二次電池(リチウム二次電池)は、以下の作製手順に従って作製された。
[Examples 1 to 4 and Comparative Example 1]
In the examples and comparative examples, nonaqueous electrolyte secondary batteries (lithium secondary batteries) were produced according to the following production procedure.

<作製手順>
(正極の作製)
正極活物質として下記製造例で得られたニトロキシラジカル基含有高分子量重合体(試料化合物A)を60質量部と、導電材としてケッチェンブラックを30質量部と、結着剤としてPVDFを10質量部とを、NMP100質量部に分散させ、スラリーとした。このスラリーをアルミニウム製の正極集電体片面に乾燥後の電極材の厚みが100ミクロンになるように塗布し、乾燥後、円盤状に成型して、正極板とした。
<Production procedure>
(Preparation of positive electrode)
60 parts by mass of a nitroxy radical group-containing high molecular weight polymer (sample compound A) obtained in the following production example as a positive electrode active material, 30 parts by mass of Ketjen black as a conductive material, and 10 PVDF as a binder. Part by mass was dispersed in 100 parts by mass of NMP to obtain a slurry. This slurry was applied to one side of a positive electrode current collector made of aluminum so that the thickness of the dried electrode material was 100 microns, dried, and then molded into a disk shape to obtain a positive electrode plate.

(負極の作製)
負極活物質としては、0.15mm厚のリチウム金属箔を円盤状に成型して、負極板とした。
(Preparation of negative electrode)
As the negative electrode active material, a lithium metal foil having a thickness of 0.15 mm was formed into a disk shape to obtain a negative electrode plate.

(非水電解液の調製)
エチレンカーボネート30体積%及びジエチルカーボネート70体積%からなる混合溶媒に、電解質塩としてLiPF6を1モル/リットルの濃度で溶解して非水電解液とした。
(Preparation of non-aqueous electrolyte)
LiPF 6 as an electrolyte salt was dissolved at a concentration of 1 mol / liter in a mixed solvent composed of 30% by volume of ethylene carbonate and 70% by volume of diethyl carbonate to obtain a nonaqueous electrolytic solution.

(電池の組み立て)
上記の正極及び負極を、厚さ25μmのポリエチレン製の微多孔フィルムをはさんだ状態で重ね合わせて、コインセルにセットして、所定量の非水電解液を滴下した後にカシメ機で密閉することによってコイン型二次電池を製作した。
(Battery assembly)
By overlaying the above positive electrode and negative electrode with a polyethylene microporous film having a thickness of 25 μm sandwiched between them, setting it in a coin cell, dropping a predetermined amount of non-aqueous electrolyte, and sealing with a caulking machine A coin-type secondary battery was manufactured.

(ニトロキシラジカル基含有高分子量重合体の製造)
〔製造例1〕化合物No.1の合成
攪拌装置、温度計、窒素導入管及びジムロート冷却管を付けた四つ口1000mlフラスコに、無水マレイン酸−イソブチレン共重合物((株)クラレ製;イソバン10;重量平均分子量165,000)46.3g(カルボン酸無水物として0.3モル)、及びN,N−ジメチルアセトアミドを463g仕込み攪拌、溶解した。次に、この溶液に110〜120℃で2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジルアミン35.2g(0.23モル)をゆっくり滴下した。滴下終了後、徐々に温度を上げ150〜155℃にて10時間反応させ、イミド化を完了した。反応後、反応系をメタノール300mlで希釈し、アセトン4200mlへ滴下して再沈精製を行った。析出物を濾過、洗浄した後、減圧乾燥して薄黄色固体71.2g(収率92%、重量平均分子量310,000)を得た。得られた薄黄色固体は、IRによる分析により、目的とする中間体であるイミド体であることを確認した。IR分析結果を以下に示す。
<IR分析結果>
3410cm-1(N−H)、1777cm-1(酸無水物)、1697cm-1(イミド)、1625cm-1(N−H)
得られた薄黄色固体51.6g、水150ml及びエタノール350mlを仕込み加温溶解させた。この溶液に40℃で水酸化リチウム一水和物4.2g(0.1モル)を添加しリチウム塩とした。さらに加温し、55〜60℃で30%過酸化水素水68.0g(0.6モル)を徐々に滴下した。70〜75℃にて10時間反応させ、過酸化水素が完全に消費されたのを確認し、酸化反応を終了した。反応液をエバポレータにて濃縮して濃縮物とし、濃縮物中の析出物をよくアセトンで洗浄し濾過した。その後よく乾燥して橙色固体40 .7g(収率74%)を得た。得られた橙色固体は、IR分析により目的物(化合物No.1)であることを確認した。IR分析結果を以下に示す。また、ESR測定により、得られた化合物No.1の各単位構造に含まれるN−O・化率は60%と算出された。
< I R 分析結果>
1698 c m - 1 ( イミド)
(Production of high molecular weight polymer containing nitroxy radical group)
[Production Example 1] Compound No. 1 Synthesis of 1 Maleic anhydride-isobutylene copolymer (manufactured by Kuraray Co., Ltd .; Isoban 10; weight average molecular weight 165,000) was added to a four-neck 1000 ml flask equipped with a stirrer, thermometer, nitrogen inlet tube and Dimroth condenser tube. ) 46.3 g (0.3 mol as carboxylic anhydride) and 463 g of N, N-dimethylacetamide were added and stirred and dissolved. Next, 35.2 g (0.23 mol) of 2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidylamine was slowly added dropwise to this solution at 110 to 120 ° C. After completion of the dropwise addition, the temperature was gradually raised and reacted at 150 to 155 ° C. for 10 hours to complete imidization. After the reaction, the reaction system was diluted with 300 ml of methanol and dropped into 4200 ml of acetone for reprecipitation purification. The precipitate was filtered, washed and then dried under reduced pressure to obtain 71.2 g (yield 92%, weight average molecular weight 310,000) of a pale yellow solid. The obtained pale yellow solid was confirmed by IR analysis to be an imide that was the target intermediate. The IR analysis results are shown below.
<IR analysis results>
3410 cm −1 (N—H), 1777 cm −1 (anhydride), 1697 cm −1 (imide), 1625 cm −1 (N—H)
The obtained light yellow solid (51.6 g), water (150 ml) and ethanol (350 ml) were charged and dissolved by heating. To this solution, 4.2 g (0.1 mol) of lithium hydroxide monohydrate was added at 40 ° C. to obtain a lithium salt. The mixture was further heated, and 68.0 g (0.6 mol) of 30% hydrogen peroxide was gradually added dropwise at 55-60 ° C. The reaction was carried out at 70 to 75 ° C. for 10 hours, and it was confirmed that hydrogen peroxide was completely consumed, and the oxidation reaction was completed. The reaction solution was concentrated with an evaporator to obtain a concentrate, and the precipitate in the concentrate was thoroughly washed with acetone and filtered. Then dry well and orange solid 40. 7 g (74% yield) was obtained. The obtained orange solid was confirmed to be the target product (Compound No. 1) by IR analysis. The IR analysis results are shown below. In addition, the obtained compound No. The NO conversion ratio contained in each unit structure of 1 was calculated to be 60%.
<IR analysis results>
1698 cm -1 (imide)

Figure 2009037868
Figure 2009037868

〔製造例2〕化合物No.2の合成
無水マレイン酸−イソブチレン共重合物((株)クラレ製;イソバン10;重量平均分子量165,000)の使用量を46.3g(カルボン酸無水物として0.3モル)とし、2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジルアミンの使用量を40.0g(0.26モル)とし、水酸化リチウム一水和物の使用量を2.5g(0.06モル)とし、30%過酸化水素水の使用量を68.0g(0.6モル)とした以外は、製造例1と同様にして、上記〔化4〕におけるn:m:pが70:15:15である化合物No.2を55.8g得た(収率65%)。
[Production Example 2] Compound No. Synthesis of 2 The amount of maleic anhydride-isobutylene copolymer (manufactured by Kuraray Co., Ltd .; Isoban 10; weight average molecular weight 165,000) was 46.3 g (0.3 mol as carboxylic anhydride), The amount of 2,6,6-tetramethyl-4-piperidylamine used was 40.0 g (0.26 mol), the amount of lithium hydroxide monohydrate used was 2.5 g (0.06 mol), N: m: p in the above [Chemical Formula 4] is 70:15:15 except that the amount of 30% hydrogen peroxide water used was 68.0 g (0.6 mol). A certain compound No. 55.8g of 2 was obtained (yield 65%).

〔製造例3〕化合物No.3の合成
攪拌装置、温度計、窒素導入管及びジムロート冷却管を付けた四つ口3000mlフラスコに、無水マレイン酸−イソブチレン共重合物((株)クラレ製; イソバン06;重量平均分子量85,000)を77.1g(カルボン酸無水物として0.50モル)、メタノール150ml及び水600mlを仕込み攪拌した後、室温で2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジルアミン58.6g(0.38モル)を滴下した。滴下後80〜85℃ まで加熱し1時間反応させた。60℃以下まで冷却した後、水酸化リチウム一水和物26.2g(0.62モル)を仕込み1時間攪拌した。そこに30%過酸化水素水480.0g(4.5モル)を55〜60℃の温度に保ちながら約3時間で滴下した後、5時間攪拌した。反応後、反応系を3000mlのアセトン溶媒中に滴下し、沈殿した固体をろ別した。その後、アセトンで洗浄し乾燥して橙色固体を得た( 収量111 .1g、収率76%)。得られた固体は、IR分析により目的物(下記化合物No.3)であることを確認した。IR分析結果を以下に示す。また、ESR測定により、得られた化合物No.3の各単位構造に含まれるN−O・化率は60%と算出された。
< I R 分析結果>
3465cm-1(N−H)、1637cm-1、1559cm-1(アミド+カルボキシレート)
[Production Example 3] Compound No. Synthesis of 3 A four-necked 3000 ml flask equipped with a stirrer, thermometer, nitrogen inlet tube and Dimroth condenser tube was mixed with maleic anhydride-isobutylene copolymer (manufactured by Kuraray Co., Ltd .; Isoban 06; weight average molecular weight 85,000). 77.1 g (0.50 mol as carboxylic anhydride), 150 ml of methanol and 600 ml of water were added and stirred, and then 58.6 g (0,0) of 2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidylamine at room temperature. .38 mol) was added dropwise. After dropping, the mixture was heated to 80 to 85 ° C. and reacted for 1 hour. After cooling to 60 ° C. or lower, 26.2 g (0.62 mol) of lithium hydroxide monohydrate was added and stirred for 1 hour. Thereto, 480.0 g (4.5 mol) of 30% aqueous hydrogen peroxide was added dropwise in about 3 hours while maintaining the temperature at 55 to 60 ° C., followed by stirring for 5 hours. After the reaction, the reaction system was dropped into 3000 ml of acetone solvent, and the precipitated solid was separated by filtration. Thereafter, it was washed with acetone and dried to obtain an orange solid (yield 111.1 g, yield 76%). The obtained solid was confirmed to be the target product (the following compound No. 3) by IR analysis. The IR analysis results are shown below. In addition, the obtained compound No. The NO conversion ratio contained in each unit structure of 3 was calculated to be 60%.
<IR analysis results>
3465 cm −1 (N—H), 1637 cm −1 , 1559 cm −1 (amide + carboxylate)

Figure 2009037868
Figure 2009037868

〔製造例4〕化合物No.4の合成
無水マレイン酸−イソブチレン共重合物((株)クラレ製; イソバン06;重量平均分子量85,000)の使用量を77.1g(カルボン酸無水物として0.5モル)とし、2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジルアミンの使用量を70.0g(0.45モル)とし、水酸化リチウム一水和物の使用量を10.5g(0.25モル)とし、30%過酸化水素水の使用量を480g(4.5モル)とした以外は、製造例3と同様にして、上記〔化5〕におけるn:m:pが75:15:10である化合物No.4を129g得た(収率82%)。
[Production Example 4] Compound No. Synthesis of 4 Maleic anhydride-isobutylene copolymer (manufactured by Kuraray Co., Ltd .; Isoban 06; weight average molecular weight 85,000) was used in an amount of 77.1 g (0.5 mol as carboxylic anhydride), The amount of 2,6,6-tetramethyl-4-piperidylamine used was 70.0 g (0.45 mol), the amount of lithium hydroxide monohydrate used was 10.5 g (0.25 mol), Compound in which n: m: p in the above [Chemical Formula 5] is 75:15:10 in the same manner as in Production Example 3 except that the amount of 30% hydrogen peroxide water used is 480 g (4.5 mol) No. 129 g of 4 was obtained (yield 82%).

<電池評価試験方法>
コイン型二次電池を、雰囲気温度25℃の恒温槽内に入れ、1C相当の電流値(1Cは電池容量を1時間で放電する電流値)で4.1Vまで定電流充電し、1C相当の電流値で3.0Vまで定電流放電を行うサイクルを100回繰り返して行った。
使用している正極活物質(ニトロキシラジカル基含有高分子量重合体)当たりの理論容量を計算して、その数値と測定した放電容量から下式に従い、容量発現率(%)を算出した。
容量発現率(%)=[放電容量/理論容量]×100
<Battery evaluation test method>
The coin-type secondary battery is placed in a thermostatic chamber at an ambient temperature of 25 ° C., and is charged with a constant current up to 4.1 V at a current value equivalent to 1C (1C is a current value that discharges the battery capacity in one hour). A cycle of performing constant current discharge up to 3.0 V at a current value was repeated 100 times.
The theoretical capacity per positive electrode active material (nitroxy radical group-containing high molecular weight polymer) used was calculated, and the capacity expression rate (%) was calculated from the numerical value and the measured discharge capacity according to the following formula.
Capacity expression rate (%) = [discharge capacity / theoretical capacity] × 100

Figure 2009037868
Figure 2009037868

表1の結果から明らかなように、上記一般式(1)および(2)で表されるニトロキシラジカル基含有高分子量重合体を電極活物質に用いた本発明の非水電解液二次電池は、容量発現率に優れていることが確認できた。これに対し、本発明とは異なる従来のニトロキシラジカル基含有高分子量重合体を電極活物質に用いた非水電解液二次電池では、容量発現率が本発明の非水電解液二次電池に比べると劣っていた。また本実施例3に用いた電極に対して、LiPF6を含まない溶媒を電解液の代わりに用いた場合においても容量発現することから、分子内に存在するカルボン酸リチウム塩基がカウンターアニオンとしてニトロキシラジカル基に有効に機能することが確認できた。 As is clear from the results in Table 1, the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention using the nitroxy radical group-containing high molecular weight polymer represented by the general formulas (1) and (2) as an electrode active material It was confirmed that the capacity expression rate was excellent. In contrast, in a non-aqueous electrolyte secondary battery using a conventional nitroxy radical group-containing high molecular weight polymer different from the present invention as an electrode active material, the capacity expression rate is the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention. It was inferior to. In addition, since the capacity of the electrode used in Example 3 is expressed even when a solvent not containing LiPF 6 is used instead of the electrolyte, lithium carboxylate present in the molecule is used as a counter anion for nitro. It was confirmed that it functions effectively on the xyl radical group.

本発明の非水電解液二次電池は、特定の構造を有するニトロキシラジカル基含有高分子量重合体を電極活物質に用いることで、容量発現率に優れた非水電解液二次電池を提供できる。   The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention provides a non-aqueous electrolyte secondary battery having an excellent capacity expression rate by using a nitroxy radical group-containing high molecular weight polymer having a specific structure as an electrode active material. it can.

図1は、本発明の非水電解液二次電池のコイン型電池の構造の一例を概略的に示す縦断面図である。FIG. 1 is a longitudinal sectional view schematically showing an example of the structure of a coin-type battery of the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention. 図2は、本発明の非水電解液二次電池の円筒型電池の基本構成を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a basic configuration of a cylindrical battery of the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention. 図3は、本発明の非水電解液二次電池の円筒型電池の内部構造を断面として示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view showing the internal structure of the cylindrical battery of the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention as a cross section.

符号の説明Explanation of symbols

1 正極
1a 正極集電体
2 負極
2a 負極集電体
3 電解液
4 正極ケース
5 負極ケース
6 ガスケット
7 セパレータ
10 コイン型の非水電解液二次電池
10' 円筒型の非水電解液二次電池
11 負極
12 負極集合体
13 正極
14 正極集合体
15 電解液
16 セパレータ
17 正極端子
18 負極端子
19 負極板
20 負極リード
21 正極
22 正極リード
23 ケース
24 絶縁板
25 ガスケット
26 安全弁
27 PTC素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Positive electrode 1a Positive electrode collector 2 Negative electrode 2a Negative electrode collector 3 Electrolyte 4 Positive electrode case 5 Negative electrode case 6 Gasket 7 Separator 10 Coin type nonaqueous electrolyte secondary battery 10 'Cylindrical type nonaqueous electrolyte secondary battery 11 Negative electrode 12 Negative electrode assembly 13 Positive electrode 14 Positive electrode assembly 15 Electrolyte 16 Separator 17 Positive electrode terminal 18 Negative electrode terminal 19 Negative electrode plate 20 Negative electrode lead 21 Positive electrode 22 Positive electrode lead 23 Case 24 Insulating plate 25 Gasket 26 Safety valve 27 PTC element

Claims (2)

分子内に有機酸のリチウム塩基を有するニトロキシラジカル基含有高分子量重合体を電極活物質とした非水電解液二次電池。   A non-aqueous electrolyte secondary battery using a nitroxy radical group-containing high molecular weight polymer having an organic acid lithium base in the molecule as an electrode active material. 上記ニトロキシラジカル基含有高分子量重合体が、下記一般式(1)及び/又は(2)で表される構成単位により構成される、請求項1記載の非水電解液二次電池。
Figure 2009037868
Figure 2009037868
(式中において、R1およびR2は、それぞれ独立して、水素原子または炭素数1〜4のアルキル基を示す。n/(n+m+p)は、0.2から0.99であり、m/(n+m+p)は、0から0.8であり、p/(n+m+p)は、0.01から0.8である。)
The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the nitroxy radical group-containing high molecular weight polymer is composed of a structural unit represented by the following general formula (1) and / or (2).
Figure 2009037868
Figure 2009037868
(In the formula, R 1 and R 2 each independently represent a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms. N / (n + m + p) is 0.2 to 0.99, m / (n + m + p) is from 0 to 0.8, and p / (n + m + p) is from 0.01 to 0.8.)
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