JP2009170146A - Electrolyte solution and secondary battery - Google Patents

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将之 井原
Hiroyuki Yamaguchi
裕之 山口
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a secondary battery capable of obtaining superior cycle characteristic, load characteristic, bulge characteristic and security. <P>SOLUTION: A positive electrode 21 and anode 22 are provided together with an electrolyte solution, while a separator 23 provided between the positive electrode 21 and the anode 22 is impregnated with an electrolyte solution. The solvents of the electrolyte solution include: a first solvent of ethylene carbonate or the like, a second solvent of diethyl carbonate or the like, a third solvent of 4,5-difluoro-1,3-dioxolane, and a fourth solvent of 4-fluoro-1,3-dioxolane or the like. The content of the respective solvents is as follows: the first solvent having 5% or more of the weight and 45% of the weight or less; the second solvent having 40% of the weight or more and 70% of the weight or less; the third solvent having 1% of the weight or more and 15% of the weight or less; the fourth solvent having 3% of the weight or more and 24% of the weight or less; the total of the third and fourth solvents having 4% of the weight or more and 25% of the weight or less. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、溶媒を含む電解液およびそれを用いた二次電池に関する。   The present invention relates to an electrolytic solution containing a solvent and a secondary battery using the same.

近年、カメラ一体型VTR(Video Tape Recorder )、携帯電話あるいはノートパソコンなどのポータブル電子機器が広く普及しており、その小型化、軽量化および長寿命化が強く求められている。これに伴い、電源として、電池、特に軽量で高エネルギー密度を得ることが可能な二次電池の開発が進められている。   In recent years, portable electronic devices such as a camera-integrated VTR (Video Tape Recorder), a mobile phone, or a laptop computer have been widely used, and there is a strong demand for miniaturization, weight reduction, and long life. Accordingly, as a power source, development of a battery, in particular, a secondary battery that is lightweight and capable of obtaining a high energy density is in progress.

中でも、充放電反応にリチウム(Li)の吸蔵および放出を利用する二次電池(いわゆるリチウムイオン二次電池)や、リチウムの析出および溶解を利用する二次電池(いわゆるリチウム金属二次電池)は、鉛電池やニッケルカドミウム電池よりも高いエネルギー密度が得られるため、大いに期待されている。   Among them, secondary batteries that use the insertion and release of lithium (Li) in charge and discharge reactions (so-called lithium ion secondary batteries) and secondary batteries that use precipitation and dissolution of lithium (so-called lithium metal secondary batteries) Since a higher energy density is obtained than lead batteries and nickel cadmium batteries, it is highly expected.

リチウムの吸蔵および放出を利用するリチウムイオン二次電池は、リチウムの析出および溶解を利用するリチウム金属二次電池よりも充放電容量の再現性に優れているため、安定な充放電特性を得ることができると考えられている。このリチウムイオン二次電池は、正極および負極と共に電解液を備えており、その負極は負極集電体上に負極活物質層を有し、電解液は溶媒および電解質塩を含んでいる。   Lithium ion secondary batteries that use lithium storage and release have better charge / discharge capacity reproducibility than lithium metal secondary batteries that use precipitation and dissolution of lithium, so that stable charge / discharge characteristics can be obtained. It is thought that you can. This lithium ion secondary battery includes an electrolyte solution together with a positive electrode and a negative electrode, the negative electrode has a negative electrode active material layer on a negative electrode current collector, and the electrolytic solution contains a solvent and an electrolyte salt.

リチウムイオン二次電池の負極活物質層に含まれる負極活物質としては、黒鉛などの炭素材料が広く用いられている。また、最近では、ポータブル電子機器の高性能化および多機能化に伴って電池容量のさらなる向上が求められていることから、炭素材料に代えてケイ素やスズなどを用いることが検討されている。ケイ素の理論容量(4199mAh/g)やスズの理論容量(994mAh/g)は黒鉛の理論容量(372mAh/g)よりも格段に大きいため、電池容量の大幅な向上を期待できるからである。   Carbon materials such as graphite are widely used as the negative electrode active material included in the negative electrode active material layer of the lithium ion secondary battery. Recently, since further improvement in battery capacity has been demanded as portable electronic devices have higher performance and multi-functions, the use of silicon or tin instead of carbon materials has been studied. This is because the theoretical capacity of silicon (4199 mAh / g) and the theoretical capacity of tin (994 mAh / g) are much larger than the theoretical capacity of graphite (372 mAh / g), so that a significant improvement in battery capacity can be expected.

ところが、リチウムイオン二次電池では、充放電時にリチウムを吸蔵した負極活物質が高活性になり、電解液が分解されやすくなると共にリチウムが不活性化しやすくなるため、十分なサイクル特性および負荷特性を得ることが困難である。しかも、電解液の分解反応時にガスが発生して二次電池が膨らみやすくなるため、膨れ特性が低下しやすい傾向もある。特に、前者の問題は、負極活物質として高理論容量のケイ素等を用いた場合に顕著となり、一方、後者の問題は、二次電池の外装部材としてフィルム状の外装部材を用いた場合に顕著となる。   However, in a lithium ion secondary battery, the negative electrode active material that occludes lithium during charge and discharge becomes highly active, and the electrolytic solution is easily decomposed and lithium is easily deactivated. It is difficult to obtain. In addition, gas is generated during the decomposition reaction of the electrolytic solution, and the secondary battery tends to swell, so that the swell characteristic tends to decrease. In particular, the former problem becomes noticeable when high theoretical capacity silicon or the like is used as the negative electrode active material, while the latter problem becomes noticeable when a film-like exterior member is used as the exterior member of the secondary battery. It becomes.

そこで、リチウムイオン二次電池の諸問題を解決するために、さまざまな検討がなされている。具体的には、サイクル特性を向上させるために、電解液の溶媒として、ハロゲンを有する鎖状炭酸エステルや、ハロゲンを有する環状炭酸エステルや、それらの双方を用いると共に、それらの含有量を規定する技術が提案されている(例えば、特許文献1〜5参照。)。この場合には、他の溶媒として、炭酸エチレンなどの環状炭酸エステルや、炭酸ジエチルなどの鎖状炭酸エステルなどが併用されている。
特開2007−019010号公報 特開2007−019011号公報 国際公開第2006/033358号パンフレット 特開2006−172811号公報 特開2006−261092号公報
Therefore, various studies have been made to solve various problems of lithium ion secondary batteries. Specifically, in order to improve cycle characteristics, a chain carbonate ester having a halogen, a cyclic carbonate ester having a halogen, or both of them are used as the solvent of the electrolytic solution, and the content thereof is specified. Techniques have been proposed (see, for example, Patent Documents 1 to 5). In this case, cyclic carbonates such as ethylene carbonate and chain carbonates such as diethyl carbonate are used in combination as other solvents.
JP 2007-019010 A JP 2007-019011 A International Publication No. 2006/033358 Pamphlet JP 2006-172811 A JP 2006-261092 A

近年、ポータブル電子機器は益々高性能化および多機能化しており、その消費電力も増大する傾向にあるため、二次電池の充放電が頻繁に繰り返され、そのサイクル特性や負荷特性が低下しやすい状況にある。また、ポータブル電子機器は多岐分野に渡って広く普及しており、輸送時、使用時あるいは携帯時などにおいて高温雰囲気中に晒される可能性があるため、二次電池が膨れやすい状況にある。さらに、最近では、ポータブル電子機器の安全な使用を保証するために、二次電池の安全性向上に関する要望も高まっている。   In recent years, portable electronic devices have become more sophisticated and multifunctional, and their power consumption tends to increase. Therefore, charging and discharging of secondary batteries are frequently repeated, and their cycle characteristics and load characteristics tend to deteriorate. Is in the situation. In addition, portable electronic devices are widely used in various fields, and secondary batteries are likely to swell because they may be exposed to a high temperature atmosphere during transportation, use, or carrying. Furthermore, recently, in order to guarantee the safe use of portable electronic devices, there is an increasing demand for improving the safety of secondary batteries.

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、優れたサイクル特性、負荷特性、膨れ特性および安全性を得ることが可能な電解液および二次電池を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide an electrolytic solution and a secondary battery capable of obtaining excellent cycle characteristics, load characteristics, swelling characteristics and safety.

本発明の電解液は、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ブチレン、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトンおよび4−トリフルオロメチル−1,3−ジオキソラン−2−オンからなる群のうちの少なくとも1種からなる第1の溶媒と、炭酸ジエチル、炭酸ジメチルおよび炭酸エチルメチルからなる群のうちの少なくとも1種からなる第2の溶媒と、4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンからなる第3の溶媒と、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、炭酸フルオロメチルメチル、炭酸ビス(フルオロメチル)および炭酸ビニレンからなる群のうちの少なくとも1種からなる第4の溶媒とを含有する溶媒を含み、溶媒中における第1の溶媒の含有量が5重量%以上45重量%以下であり、溶媒中における第2の溶媒の含有量が40重量%以上70重量%以下であり、溶媒中における第3の溶媒の含有量が1重量%以上15重量%以下であり、溶媒中における第4の溶媒の含有量が3重量%以上24重量%以下であり、第3および第4の溶媒の含有量の総和が4重量%以上25重量%以下であるものである。   The electrolytic solution of the present invention comprises at least one member selected from the group consisting of ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, and 4-trifluoromethyl-1,3-dioxolan-2-one. A first solvent comprising, a second solvent comprising at least one member selected from the group consisting of diethyl carbonate, dimethyl carbonate and ethyl methyl carbonate, and 4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one A fourth solvent comprising at least one member selected from the group consisting of a third solvent and 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one, fluoromethyl methyl carbonate, bis (fluoromethyl) carbonate, and vinylene carbonate; And the content of the first solvent in the solvent is 5% by weight or more and 45% by weight or less, and the second solvent in the solvent is contained in the solvent. The content of the medium is 40% by weight or more and 70% by weight or less, the content of the third solvent in the solvent is 1% by weight or more and 15% by weight or less, and the content of the fourth solvent in the solvent is 3%. The total content of the third and fourth solvents is 4% by weight or more and 25% by weight or less.

本発明の二次電池は、正極および負極と共に電解液を備えたものであって、電解液が、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ブチレン、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトンおよび4−トリフルオロメチル−1,3−ジオキソラン−2−オンからなる群のうちの少なくとも1種からなる第1の溶媒と、炭酸ジエチル、炭酸ジメチルおよび炭酸エチルメチルからなる群のうちの少なくとも1種からなる第2の溶媒と、4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンからなる第3の溶媒と、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、炭酸フルオロメチルメチル、炭酸ビス(フルオロメチル)および炭酸ビニレンからなる群のうちの少なくとも1種からなる第4の溶媒とを含有する溶媒を含み、溶媒中における第1の溶媒の含有量が5重量%以上45重量%以下であり、溶媒中における第2の溶媒の含有量が40重量%以上70重量%以下であり、溶媒中における第3の溶媒の含有量が1重量%以上15重量%以下であり、溶媒中における第4の溶媒の含有量が3重量%以上24重量%以下であり、第3および第4の溶媒の含有量の総和が4重量%以上25重量%以下であるものである。   The secondary battery of the present invention includes an electrolyte solution together with a positive electrode and a negative electrode, and the electrolyte solution includes ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, and 4-trifluoromethyl- A first solvent comprising at least one member selected from the group consisting of 1,3-dioxolan-2-one; and a second solvent comprising at least one member selected from the group consisting of diethyl carbonate, dimethyl carbonate and ethyl methyl carbonate. A third solvent composed of 4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one, 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one, fluoromethyl methyl carbonate, bis (fluoromethyl) carbonate And a solvent containing a fourth solvent consisting of at least one member selected from the group consisting of vinylene carbonate, and containing the first solvent in the solvent The amount is 5 wt% or more and 45 wt% or less, the content of the second solvent in the solvent is 40 wt% or more and 70 wt% or less, and the content of the third solvent in the solvent is 1 wt% or more. 15 wt% or less, the content of the fourth solvent in the solvent is 3 wt% or more and 24 wt% or less, and the sum of the contents of the third and fourth solvents is 4 wt% or more and 25 wt% or less It is what is.

本発明の電解液によれば、溶媒が、第1の溶媒である炭酸エチレン等と、第2の溶媒である炭酸ジエチル等と、第3の溶媒である4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンと、第4の溶媒である4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン等とを含有し、溶媒中における含有量が、第1の溶媒において5重量%以上45重量%以下、第2の溶媒において40重量%以上70重量%以下、第3の溶媒において1重量%以上15重量%、第4の溶媒において3重量%以上24重量%以下、第3および第4の溶媒の総和において4重量%以上25重量%以下であるので、化学的安定性が向上する。これにより、電解液が電池などの電気化学デバイスに用いられた場合に、電極反応物質などの状態が安定化すると共に、電解液の分解反応が抑制される。これにより、本発明の電解液を用いた二次電池によれば、優れたサイクル特性、負荷特性、膨れ特性および安全性を得ることができる。   According to the electrolytic solution of the present invention, the solvent is ethylene carbonate, which is the first solvent, diethyl carbonate, which is the second solvent, and 4,5-difluoro-1,3-, which is the third solvent. It contains dioxolan-2-one and the fourth solvent 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one, etc., and the content in the solvent is 5 wt% or more and 45 wt% in the first solvent. % Or less, 40 to 70% by weight in the second solvent, 1 to 15% by weight in the third solvent, 3 to 24% by weight in the fourth solvent, the third and fourth Since the total amount of the solvent is 4% by weight or more and 25% by weight or less, the chemical stability is improved. As a result, when the electrolytic solution is used in an electrochemical device such as a battery, the state of the electrode reactant is stabilized and the decomposition reaction of the electrolytic solution is suppressed. Thereby, according to the secondary battery using the electrolytic solution of the present invention, excellent cycle characteristics, load characteristics, swelling characteristics and safety can be obtained.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

本発明の一実施の形態に係る電解液は、例えば二次電池などの電気化学デバイスに用いられるものであり、溶媒と、それに溶解された電解質塩とを含んでいる。   An electrolytic solution according to an embodiment of the present invention is used for an electrochemical device such as a secondary battery, and includes a solvent and an electrolyte salt dissolved in the solvent.

溶媒は、第1〜第4の溶媒を含有している。第1〜第4の溶媒の種類および溶媒中に占める割合(含有量)は、以下の通りである。   The solvent contains the 1st-4th solvent. The kind of 1st-4th solvent and the ratio (content) which occupy in a solvent are as follows.

第1の溶媒は、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ブチレン、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトンおよび4−トリフルオロメチル−1,3−ジオキソラン−2−オンからなる群のうちの少なくとも1種である。溶媒中における第1の溶媒の含有量は、5重量%以上45重量%以下である。   The first solvent is at least one member selected from the group consisting of ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, and 4-trifluoromethyl-1,3-dioxolan-2-one. . The content of the first solvent in the solvent is 5% by weight or more and 45% by weight or less.

第2の溶媒は、炭酸ジエチル、炭酸ジメチルおよび炭酸エチルメチルからなる群のうちの少なくとも1種である。溶媒中における第2の溶媒の含有量は、40重量%以上70重量%以下である。   The second solvent is at least one member selected from the group consisting of diethyl carbonate, dimethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate. The content of the second solvent in the solvent is 40% by weight or more and 70% by weight or less.

第3の溶媒は、4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンである。この4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンは、シス異性体であってもよいし、トランス異性体であってもよい。溶媒中における第3の溶媒の含有量は、1重量%以上15重量%以下である。   The third solvent is 4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one. This 4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one may be a cis isomer or a trans isomer. The content of the third solvent in the solvent is 1% by weight or more and 15% by weight or less.

第4の溶媒は、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、炭酸フルオロメチルメチル、炭酸ビス(フルオロメチル)および炭酸ビニレンからなる群のうちの少なくとも1種である。溶媒中における第4の溶媒の含有量は、3重量%以上24重量%以下である。   The fourth solvent is at least one member selected from the group consisting of 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one, fluoromethyl methyl carbonate, bis (fluoromethyl) carbonate, and vinylene carbonate. The content of the fourth solvent in the solvent is 3% by weight or more and 24% by weight or less.

ただし、第3および第4の溶媒の含有量の総和は、4重量%以上25重量%以下である。   However, the total content of the third and fourth solvents is 4% by weight or more and 25% by weight or less.

溶媒が上記した第1〜第4の溶媒を含有しており、それらの溶媒中における含有量が上記した範囲内であるのは、それらの4種類の溶媒を適正量ずつ組み合わせることにより、電解液の化学的安定性が向上するからである。   The solvent contains the above-mentioned first to fourth solvents, and the contents in those solvents are within the above-mentioned range. By combining these four types of solvents in appropriate amounts, the electrolyte solution This is because the chemical stability is improved.

なお、溶媒は、必要に応じて、上記した第1〜第4の溶媒と共に、他の有機溶媒などの非水溶媒のいずれか1種あるいは2種以上を含有していてもよい。   In addition, the solvent may contain any 1 type or 2 types or more of non-aqueous solvents, such as another organic solvent, with the above-mentioned 1st-4th solvent as needed.

このような非水溶媒としては、例えば、不飽和結合を有する環状炭酸エステル(第4の溶媒である炭酸ビニレンを除く)が挙げられる。電解液の化学的安定性がより向上するからである。この不飽和結合を有する環状炭酸エステルとしては、例えば、炭酸ビニレン系化合物、炭酸ビニルエチレン系化合物、あるいは炭酸メチレンエチレン系化合物などが挙げられる。   As such a non-aqueous solvent, for example, a cyclic carbonate having an unsaturated bond (excluding vinylene carbonate which is a fourth solvent) can be mentioned. This is because the chemical stability of the electrolytic solution is further improved. Examples of the cyclic carbonate having an unsaturated bond include vinylene carbonate compounds, vinyl ethylene carbonate compounds, and methylene ethylene carbonate compounds.

炭酸ビニレン系化合物は、例えば、炭酸メチルビニレン(4−メチル−1,3−ジオキソール−2−オン)、炭酸エチルビニレン(4−エチル−1,3−ジオキソール−2−オン)、4,5−ジメチル−1,3−ジオキソール−2−オン、4,5−ジエチル−1,3−ジオキソール−2−オン、4−フルオロ−1,3−ジオキソール−2−オン、あるいは4−トリフルオロメチル−1,3−ジオキソール−2−オンなどである。   Examples of the vinylene carbonate compound include methyl vinylene carbonate (4-methyl-1,3-dioxol-2-one), ethyl vinylene carbonate (4-ethyl-1,3-dioxol-2-one), 4,5- Dimethyl-1,3-dioxol-2-one, 4,5-diethyl-1,3-dioxol-2-one, 4-fluoro-1,3-dioxol-2-one, or 4-trifluoromethyl-1 , 3-dioxol-2-one.

炭酸ビニルエチレン系化合物は、例えば、炭酸ビニルエチレン(4−ビニル−1,3−ジオキソラン−2−オン)、4−メチル−4−ビニル−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−エチル−4−ビニル−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−n−プロピル−4−ビニル−1,3−ジオキソラン−2−オン、5−メチル−4−ビニル−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,4−ジビニル−1,3−ジオキソラン−2−オン、あるいは4,5−ジビニル−1,3−ジオキソラン−2−オンなどである。   Examples of the vinyl ethylene carbonate compound include vinyl ethylene carbonate (4-vinyl-1,3-dioxolan-2-one), 4-methyl-4-vinyl-1,3-dioxolan-2-one, 4-ethyl- 4-vinyl-1,3-dioxolan-2-one, 4-n-propyl-4-vinyl-1,3-dioxolan-2-one, 5-methyl-4-vinyl-1,3-dioxolane-2-one ON, 4,4-divinyl-1,3-dioxolan-2-one, 4,5-divinyl-1,3-dioxolan-2-one, and the like.

炭酸メチレンエチレン系化合物は、例えば、4−メチレン−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,4−ジメチル−5−メチレン−1,3−ジオキソラン−2−オン、あるいは4,4−ジエチル−5−メチレン−1,3−ジオキソラン−2−オンなどである。   Examples of the methylene ethylene carbonate compound include 4-methylene-1,3-dioxolan-2-one, 4,4-dimethyl-5-methylene-1,3-dioxolan-2-one, and 4,4-diethyl- 5-methylene-1,3-dioxolan-2-one and the like.

なお、不飽和結合を有する環状炭酸エステルとしては、上記した炭酸ビニレン系化合物等の他、ベンゼン環を有する炭酸カテコール(カテコールカーボネート)などであってもよい。   The cyclic ester carbonate having an unsaturated bond may be catechol carbonate (catechol carbonate) having a benzene ring in addition to the above-described vinylene carbonate compound.

これらは単独でもよいし、複数種が混合されてもよい。溶媒中における不飽和結合を有する環状炭酸エステルの含有量は、任意に設定可能であり、一例を挙げると、0.01体積%以上5体積%である。   These may be single and multiple types may be mixed. The content of the cyclic carbonate having an unsaturated bond in the solvent can be arbitrarily set. For example, the content is 0.01% by volume or more and 5% by volume.

溶媒の固有粘度は、25℃において10.0mPa・s以下であるのが好ましい。電解質塩の解離性およびイオンの移動度が向上するからである。なお、溶媒に電解質塩を溶解させた状態の固有粘度(いわゆる電解液の固有粘度)も、同様の理由により、25℃において10.0mPa・s以下であるのが好ましい。   The intrinsic viscosity of the solvent is preferably 10.0 mPa · s or less at 25 ° C. This is because the dissociation property of the electrolyte salt and the ion mobility are improved. Note that the intrinsic viscosity of the electrolyte salt dissolved in the solvent (so-called intrinsic viscosity of the electrolytic solution) is preferably 10.0 mPa · s or less at 25 ° C. for the same reason.

電解質塩は、例えば、リチウム塩などの軽金属塩のいずれか1種あるいは2種以上を含有している。このリチウム塩としては、例えば、六フッ化リン酸リチウム、四フッ化ホウ酸リチウム、過塩素酸リチウム、六フッ化ヒ酸リチウム、テトラフェニルホウ酸リチウム(LiB(C6 5 4 )、メタンスルホン酸リチウム(LiCH3 SO3 )、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(LiCF3 SO3 )、テトラクロロアルミン酸リチウム(LiAlCl4 )、六フッ化ケイ酸二リチウム(Li2 SiF6 )、塩化リチウム(LiCl)、あるいは臭化リチウム(LiBr)などが挙げられる。電気化学デバイスの電気的性能の向上に寄与するからである。中でも、六フッ化リン酸リチウム、四フッ化ホウ酸リチウム、過塩素酸リチウムおよび六フッ化ヒ酸リチウムからなる群のうちの少なくとも1種が好ましく、六フッ化リン酸リチウムがより好ましい。電解液の抵抗が低下するからである。特に、六フッ化リン酸リチウムと四フッ化ホウ酸リチウムとを併用するのが好ましい。より高い効果が得られるからである。 The electrolyte salt contains, for example, one or more light metal salts such as a lithium salt. As this lithium salt, for example, lithium hexafluorophosphate, lithium tetrafluoroborate, lithium perchlorate, lithium hexafluoroarsenate, lithium tetraphenylborate (LiB (C 6 H 5 ) 4 ), Lithium methanesulfonate (LiCH 3 SO 3 ), lithium trifluoromethanesulfonate (LiCF 3 SO 3 ), lithium tetrachloroaluminate (LiAlCl 4 ), dilithium hexafluorosilicate (Li 2 SiF 6 ), lithium chloride ( LiCl) or lithium bromide (LiBr). This is because it contributes to the improvement of the electrical performance of the electrochemical device. Among these, at least one selected from the group consisting of lithium hexafluorophosphate, lithium tetrafluoroborate, lithium perchlorate, and lithium hexafluoroarsenate is preferable, and lithium hexafluorophosphate is more preferable. This is because the resistance of the electrolytic solution decreases. In particular, it is preferable to use lithium hexafluorophosphate and lithium tetrafluoroborate in combination. This is because a higher effect can be obtained.

この電解質塩は、化1〜化3で表される化合物からなる群のうちの少なくとも1種を含有していてもよい。上記した六フッ化リン酸リチウム等と一緒に用いられた場合に、より高い効果が得られるからである。なお、化1中のR11およびR13は、同一でもよいし、異なってもよい。化2中のR21〜R23および化3中のR31およびR32についても、同様である。   This electrolyte salt may contain at least one selected from the group consisting of compounds represented by Chemical Formulas 1 to 3. This is because a higher effect can be obtained when used together with the above-described lithium hexafluorophosphate or the like. In addition, R11 and R13 in Chemical Formula 1 may be the same or different. The same applies to R21 to R23 in Chemical Formula 2 and R31 and R32 in Chemical Formula 3.

Figure 2009170146
(X11は長周期型周期表における1族元素あるいは2族元素、またはアルミニウムである。M11は遷移金属、または長周期型周期表における13族元素、14族元素あるいは15族元素である。R11はハロゲン基である。Y11は−OC−R12−CO−、−OC−C(R13)2 −あるいは−OC−CO−である。ただし、R12はアルキレン基、ハロゲン化アルキレン基、アリーレン基あるいはハロゲン化アリーレン基である。R13はアルキル基、ハロゲン化アルキル基、アリール基あるいはハロゲン化アリール基である。なお、a1は1〜4の整数であり、b1は0、2あるいは4の整数であり、c1、d1、m1およびn1は1〜3の整数である。)
Figure 2009170146
(X11 is a group 1 element or group 2 element in the long-period periodic table, or aluminum. M11 is a transition metal, or a group 13 element, group 14 element, or group 15 element in the long-period periodic table. R11 is Y11 is —OC—R12—CO—, —OC—C (R13) 2 — or —OC—CO—, wherein R12 is an alkylene group, a halogenated alkylene group, an arylene group or a halogenated group. R13 is an alkyl group, a halogenated alkyl group, an aryl group or a halogenated aryl group, wherein a1 is an integer of 1 to 4, b1 is an integer of 0, 2 or 4, and c1 , D1, m1 and n1 are integers of 1 to 3.)

Figure 2009170146
(X21は長周期型周期表における1族元素あるいは2族元素である。M21は遷移金属、または長周期型周期表における13族元素、14族元素あるいは15族元素である。Y21は−OC−(C(R21)2 b2−CO−、−(R23)2 C−(C(R22)2 c2−CO−、−(R23)2 C−(C(R22)2 c2−C(R23)2 −、−(R23)2 C−(C(R22)2 c2−SO2 −、−O2 S−(C(R22)2 d2−SO2 −あるいは−OC−(C(R22)2 d2−SO2 −である。ただし、R21およびR23は水素基、アルキル基、ハロゲン基あるいはハロゲン化アルキル基であり、それぞれのうちの少なくとも1つはハロゲン基あるいはハロゲン化アルキル基である。R22は水素基、アルキル基、ハロゲン基あるいはハロゲン化アルキル基である。なお、a2、e2およびn2は1あるいは2の整数であり、b2およびd2は1〜4の整数であり、c2は0〜4の整数であり、f2およびm2は1〜3の整数である。)
Figure 2009170146
(X21 is a group 1 element or group 2 element in the long-period periodic table. M21 is a transition metal, or a group 13, element or group 15 element in the long-period periodic table. Y21 is -OC-. (C (R21) 2) b2 -CO -, - (R23) 2 C- (C (R22) 2) c2 -CO -, - (R23) 2 C- (C (R22) 2) c2 -C (R23 ) 2 -,-(R23) 2 C- (C (R22) 2 ) c2 -SO 2- , -O 2 S- (C (R22) 2 ) d2 -SO 2 -or -OC- (C (R22) 2 ) d2 —SO 2 —, wherein R21 and R23 are a hydrogen group, an alkyl group, a halogen group or a halogenated alkyl group, and at least one of each is a halogen group or a halogenated alkyl group. R22 is hydrogen group, alkyl group, halogen Or a halogenated alkyl group, wherein a2, e2 and n2 are integers of 1 or 2, b2 and d2 are integers of 1 to 4, c2 is an integer of 0 to 4, and f2 and m2 are It is an integer from 1 to 3.)

Figure 2009170146
(X31は長周期型周期表における1族元素あるいは2族元素である。M31は遷移金属、または長周期型周期表における13族元素、14族元素あるいは15族元素である。Rfはフッ素化アルキル基あるいはフッ素化アリール基であり、いずれの炭素数も1〜10である。Y31は−OC−(C(R31)2 d3−CO−、−(R32)2 C−(C(R31)2 d3−CO−、−(R32)2 C−(C(R31)2 d3−C(R32)2 −、−(R32)2 C−(C(R31)2 d3−SO2 −、−O2 S−(C(R31)2 e3−SO2 −あるいは−OC−(C(R31)2 e3−SO2 −である。ただし、R31は水素基、アルキル基、ハロゲン基あるいはハロゲン化アルキル基である。R32は水素基、アルキル基、ハロゲン基あるいはハロゲン化アルキル基であり、そのうちの少なくとも1つはハロゲン基あるいはハロゲン化アルキル基である。なお、a3、f3およびn3は1あるいは2の整数であり、b3、c3およびe3は1〜4の整数であり、d3は0〜4の整数であり、g3およびm3は1〜3の整数である。)
Figure 2009170146
(X31 is a group 1 element or group 2 element in the long-period periodic table. M31 is a transition metal, or a group 13, element or group 15 element in the long-period periodic table. Rf is a fluorinated alkyl. Or a fluorinated aryl group, each having 1 to 10 carbon atoms, Y31 is —OC— (C (R31) 2 ) d3 —CO—, — (R32) 2 C— (C (R31) 2 D3 —CO—, — (R32) 2 C— (C (R31) 2 ) d3 —C (R32) 2 —, — (R32) 2 C— (C (R31) 2 ) d3 —SO 2 —, — O 2 S— (C (R 31) 2 ) e 3 —SO 2 — or —OC— (C (R 31) 2 ) e 3 —SO 2 —, wherein R 31 is a hydrogen group, an alkyl group, a halogen group or a halogenated group. R32 represents a hydrogen group, an alkyl group, or a halogen. Or a halogenated alkyl group, at least one of which is a halogen group or a halogenated alkyl group, wherein a3, f3 and n3 are integers of 1 or 2, and b3, c3 and e3 are 1 to 4; (It is an integer, d3 is an integer of 0 to 4, and g3 and m3 are integers of 1 to 3.)

なお、長周期型周期表とは、IUPAC(国際純正・応用化学連合)が提唱する無機化学命名法改訂版によって表されるものである。具体的には、1族元素とは、水素、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウムおよびフランシウムである。2族元素とは、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウムおよびラジウムである。13族元素とは、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウムおよびタリウムである。14族元素とは、炭素、ケイ素、ゲルマニウム、スズおよび鉛である。15族元素とは、窒素、リン、ヒ素、アンチモンおよびビスマスである。   The long-period periodic table is represented by a revised inorganic chemical nomenclature proposed by IUPAC (International Pure and Applied Chemistry Association). Specifically, group 1 elements are hydrogen, lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium and francium. Group 2 elements are beryllium, magnesium, calcium, strontium, barium and radium. Group 13 elements are boron, aluminum, gallium, indium and thallium. Group 14 elements are carbon, silicon, germanium, tin and lead. Group 15 elements are nitrogen, phosphorus, arsenic, antimony and bismuth.

化1に示した化合物としては、例えば、化4の(1)〜(6)で表される化合物などが挙げられる。化2に示した化合物としては、例えば、化5の(1)〜(8)で表される化合物などが挙げられる。化3に示した化合物としては、例えば、化6で表される化合物などが挙げられる。なお、化1〜化3に示した構造を有する化合物であれば、化4〜化6に示した化合物に限定されないことは言うまでもない。   Examples of the compound represented by Chemical Formula 1 include compounds represented by Chemical Formulas (1) to (6). Examples of the compound shown in Chemical Formula 2 include compounds represented by Chemical Formulas (1) to (8). Examples of the compound represented by Chemical Formula 3 include the compound represented by Chemical Formula 6 and the like. It is needless to say that the compound having the structure shown in Chemical Formula 1 to Chemical Formula 3 is not limited to the compound shown in Chemical Formula 4 to Chemical Formula 6.

Figure 2009170146
Figure 2009170146

Figure 2009170146
Figure 2009170146

Figure 2009170146
Figure 2009170146

また、電解質塩は、化7〜化9で表される化合物からなる群のうちの少なくとも1種を含有していてもよい。上記した六フッ化リン酸リチウム等と一緒に用いられた場合に、より高い効果が得られるからである。なお、化7中のmおよびnは、同一でもよいし、異なってもよい。化9中のp、qおよびrについても、同様である。   The electrolyte salt may contain at least one selected from the group consisting of compounds represented by Chemical Formulas 7 to 9. This is because a higher effect can be obtained when used together with the above-described lithium hexafluorophosphate or the like. Note that m and n in Chemical Formula 7 may be the same or different. The same applies to p, q and r in Chemical formula 9.

Figure 2009170146
(mおよびnは1以上の整数である。)
Figure 2009170146
(M and n are integers of 1 or more.)

Figure 2009170146
(R41は炭素数2以上4以下の直鎖状あるいは分岐状のパーフルオロアルキレン基である。)
Figure 2009170146
(R41 is a linear or branched perfluoroalkylene group having 2 to 4 carbon atoms.)

Figure 2009170146
(p、qおよびrは1以上の整数である。)
Figure 2009170146
(P, q and r are integers of 1 or more.)

化7に示した鎖状の化合物としては、例えば、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウム(LiN(CF3 SO2 2 )、ビス(ペンタフルオロエタンスルホニル)イミドリチウム(LiN(C2 5 SO2 2 )、(トリフルオロメタンスルホニル)(ペンタフルオロエタンスルホニル)イミドリチウム(LiN(CF3 SO2 )(C2 5 SO2 ))、(トリフルオロメタンスルホニル)(ヘプタフルオロプロパンスルホニル)イミドリチウム(LiN(CF3 SO2 )(C3 7 SO2 ))、あるいは(トリフルオロメタンスルホニル)(ノナフルオロブタンスルホニル)イミドリチウム(LiN(CF3 SO2 )(C4 9 SO2 ))などが挙げられる。中でも、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウムが好ましい。高い効果が得られるからである。 Examples of the chain compound shown in Chemical formula 7 include bis (trifluoromethanesulfonyl) imide lithium (LiN (CF 3 SO 2 ) 2 ), bis (pentafluoroethanesulfonyl) imide lithium (LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 ), (trifluoromethanesulfonyl) (pentafluoroethanesulfonyl) imide lithium (LiN (CF 3 SO 2 ) (C 2 F 5 SO 2 )), (trifluoromethanesulfonyl) (heptafluoropropanesulfonyl) imide lithium ( LiN (CF 3 SO 2 ) (C 3 F 7 SO 2 )) or (trifluoromethanesulfonyl) (nonafluorobutanesulfonyl) imidolithium (LiN (CF 3 SO 2 ) (C 4 F 9 SO 2 )) Can be mentioned. Of these, bis (trifluoromethanesulfonyl) imidolithium is preferable. This is because a high effect can be obtained.

化8に示した環状の化合物としては、例えば、化10で表される一連の化合物が挙げられる。すなわち、化10に示した(1)の1,2−パーフルオロエタンジスルホニルイミドリチウム、(2)の1,3−パーフルオロプロパンジスルホニルイミドリチウム、(3)の1,3−パーフルオロブタンジスルホニルイミドリチウム、あるいは(4)の1,4−パーフルオロブタンジスルホニルイミドリチウムなどである。中でも、1,2−パーフルオロエタンジスルホニルイミドリチウムが好ましい。高い効果が得られるからである。   Examples of the cyclic compound represented by Chemical Formula 8 include a series of compounds represented by Chemical Formula 10. That is, 1,2-perfluoroethanedisulfonylimide lithium of (1) shown in Chemical formula 10, 1,3-perfluoropropane disulfonylimide lithium of (2), 1,3-perfluorobutane of (3) Examples thereof include disulfonylimidolithium and (4) 1,4-perfluorobutanedisulfonylimidelithium. Among these, 1,2-perfluoroethanedisulfonylimide lithium is preferable. This is because a high effect can be obtained.

Figure 2009170146
Figure 2009170146

化9に示した鎖状の化合物としては、例えば、リチウムトリス(トリフルオロメタンスルホニル)メチド(LiC(CF3 SO2 3 )などが挙げられる。 Examples of the chain compound shown in Chemical Formula 9 include lithium tris (trifluoromethanesulfonyl) methide (LiC (CF 3 SO 2 ) 3 ).

電解質塩の含有量は、溶媒に対して0.3mol/kg以上3.0mol/kg以下であるのが好ましい。この範囲外では、イオン伝導性が極端に低下する可能性があるからである。   The content of the electrolyte salt is preferably 0.3 mol / kg or more and 3.0 mol / kg or less with respect to the solvent. This is because, outside this range, the ion conductivity may be extremely lowered.

なお、電解液は、溶媒および電解質塩と共に、各種の添加剤を含んでいてもよい。電解液の化学的安定性がより向上するからである。   The electrolytic solution may contain various additives along with the solvent and the electrolyte salt. This is because the chemical stability of the electrolytic solution is further improved.

この添加剤としては、例えば、スルトン(環状スルホン酸エステル)が挙げられる。このスルトンは、例えば、プロパンスルトンあるいはプロペンスルトンなどであり、中でも、プロペンスルトンが好ましい。これらは単独でもよいし、複数種が混合されてもよい。電解液中におけるスルトンの含有量は、例えば、0.5重量%以上5重量%以下である。   Examples of this additive include sultone (cyclic sulfonic acid ester). This sultone is, for example, propane sultone or propene sultone, among which propene sultone is preferable. These may be single and multiple types may be mixed. The content of sultone in the electrolytic solution is, for example, not less than 0.5 wt% and not more than 5 wt%.

また、添加剤としては、例えば、酸無水物が挙げられる。この酸無水物は、例えば、コハク酸無水物、グルタル酸無水物あるいはマレイン酸無水物などのカルボン酸無水物や、エタンジスルホン酸無水物あるいはプロパンジスルホン酸無水物などのジスルホン酸無水物や、スルホ安息香酸無水物、スルホプロピオン酸無水物あるいはスルホ酪酸無水物などのカルボン酸とスルホン酸との無水物などであり、中でも、コハク酸無水物あるいはスルホ安息香酸無水物が好ましい。これらは単独でもよいし、複数種が混合されてもよい。電解液中における酸無水物の含有量は、例えば、0.5重量%以上5重量%以下である。   Moreover, as an additive, an acid anhydride is mentioned, for example. Examples of the acid anhydride include carboxylic acid anhydrides such as succinic acid anhydride, glutaric acid anhydride and maleic acid anhydride, disulfonic acid anhydrides such as ethanedisulfonic acid anhydride and propanedisulfonic acid anhydride, Examples thereof include carboxylic acid and sulfonic acid anhydrides such as benzoic acid anhydride, sulfopropionic acid anhydride and sulfobutyric acid anhydride, among which succinic acid anhydride and sulfobenzoic acid anhydride are preferable. These may be single and multiple types may be mixed. The content of the acid anhydride in the electrolytic solution is, for example, 0.5% by weight or more and 5% by weight or less.

この電解液によれば、溶媒が、第1の溶媒である炭酸エチレン等と、第2の溶媒である炭酸ジエチル等と、第3の溶媒である4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンと、第4の溶媒である4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン等とを含有し、溶媒中における含有量が、第1の溶媒において5重量%以上45重量%以下、第2の溶媒において40重量%以上70重量%以下、第3の溶媒において1重量%以上15重量%以下、第4の溶媒において3重量%以上24重量%以下、第3および第4の溶媒の総和において4重量%以上25重量%以下である。この場合には、溶媒が上記した組成を有していない場合よりも化学的安定性が向上するため、電池などの電気化学デバイスに用いられた場合に、電極反応物質などの状態が安定化すると共に、電解液の分解反応が抑制される。したがって、電気化学デバイスの電気的性能が向上すると共に、電解液の分解反応に起因するガス発生が抑制されるため、優れたサイクル特性、負荷特性、膨れ特性および安全性の確保に寄与することができる。   According to this electrolytic solution, the solvent is ethylene carbonate or the like as the first solvent, diethyl carbonate or the like as the second solvent, and 4,5-difluoro-1,3-dioxolane- as the third solvent. 2 -one and 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one etc. which are 4th solvents are contained, and content in a solvent is 5 to 45 weight% in a 1st solvent. , 40 wt% or more and 70 wt% or less in the second solvent, 1 wt% or more and 15 wt% or less in the third solvent, 3 wt% or more and 24 wt% or less in the fourth solvent, the third and fourth solvents Is 4 wt% or more and 25 wt% or less. In this case, since the chemical stability is improved as compared with the case where the solvent does not have the above-described composition, the state of the electrode reactant is stabilized when used in an electrochemical device such as a battery. At the same time, the decomposition reaction of the electrolytic solution is suppressed. Therefore, the electrical performance of the electrochemical device is improved and gas generation due to the decomposition reaction of the electrolytic solution is suppressed, which contributes to ensuring excellent cycle characteristics, load characteristics, swelling characteristics and safety. it can.

また、電解質塩が、六フッ化リン酸リチウム、四フッ化ホウ酸リチウム、過塩素酸リチウムおよび六フッ化ヒ酸リチウムからなる群のうちの少なくとも1種や、化1〜化3に示した化合物からなる群のうちの少なくとも1種や、化7〜化9に示した化合物からなる群のうちの少なくとも1種を含有していれば、より高い効果を得ることができる。   In addition, the electrolyte salt is at least one selected from the group consisting of lithium hexafluorophosphate, lithium tetrafluoroborate, lithium perchlorate, and lithium hexafluoroarsenate. A higher effect can be obtained if at least one member selected from the group consisting of compounds and at least one member selected from the group consisting of compounds shown in Chemical Formulas 7 to 9 are contained.

また、電解液が添加剤としてスルトンや酸無水物を含んでいれば、より高い効果を得ることができる。   Further, if the electrolytic solution contains sultone or acid anhydride as an additive, a higher effect can be obtained.

次に、上記した電解液の使用例について説明する。ここで、電気化学デバイスとして二次電池を例に挙げると、電解液は以下のようにして二次電池に用いられる。   Next, usage examples of the above-described electrolytic solution will be described. Here, taking a secondary battery as an example of the electrochemical device, the electrolytic solution is used in the secondary battery as follows.

(第1の二次電池)
図1および図2は第1の二次電池の断面構成を表しており、図2では図1に示した巻回電極体20の一部を拡大して示している。ここで説明する二次電池は、例えば、負極22の容量が電極反応物質であるリチウムの吸蔵および放出に基づいて表されるリチウムイオン二次電池である。
(First secondary battery)
1 and 2 show a cross-sectional configuration of the first secondary battery, and FIG. 2 shows an enlarged part of the spirally wound electrode body 20 shown in FIG. The secondary battery described here is, for example, a lithium ion secondary battery in which the capacity of the negative electrode 22 is expressed based on insertion and extraction of lithium as an electrode reactant.

この二次電池は、主に、ほぼ中空円柱状の電池缶11の内部に、セパレータ23を介して正極21と負極22とが巻回された巻回電極体20と、一対の絶縁板12,13とが収納されたものである。この円柱状の電池缶11を用いた電池構造は、円筒型と呼ばれている。   The secondary battery mainly includes a wound electrode body 20 in which a positive electrode 21 and a negative electrode 22 are wound via a separator 23 inside a substantially hollow cylindrical battery can 11, a pair of insulating plates 12, 13 is stored. The battery structure using the cylindrical battery can 11 is called a cylindrical type.

電池缶11は、例えば、一端部が閉鎖されると共に他端部が開放された中空構造を有しており、鉄、アルミニウムあるいはそれらの合金などの金属材料によって構成されている。なお、電池缶11が鉄によって構成される場合には、例えば、ニッケルなどの鍍金が施されてもよい。一対の絶縁板12,13は、巻回電極体20を上下から挟み、その巻回周面に対して垂直に延在するように配置されている。   The battery can 11 has, for example, a hollow structure in which one end is closed and the other end is opened, and is made of a metal material such as iron, aluminum, or an alloy thereof. In addition, when the battery can 11 is comprised with iron, plating, such as nickel, may be given, for example. The pair of insulating plates 12 and 13 are arranged so as to sandwich the wound electrode body 20 from above and below and to extend perpendicularly to the wound peripheral surface.

電池缶11の開放端部には、電池蓋14と、その内側に設けられた安全弁機構15および熱感抵抗素子(Positive Temperature Coefficient;PTC素子)16とが、ガスケット17を介してかしめて取り付けられている。これにより、電池缶11の内部は密閉されている。電池蓋14は、例えば、電池缶11と同様の金属材料によって構成されている。安全弁機構15は、熱感抵抗素子16を介して電池蓋14と電気的に接続されている。この安全弁機構15では、内部短絡、あるいは外部からの加熱などに起因して内圧が一定以上になった場合に、ディスク板15Aが反転して電池蓋14と巻回電極体20との間の電気的接続を切断するようになっている。熱感抵抗素子16は、温度の上昇に応じて抵抗が増大することにより、電流を制限して大電流に起因する異常な発熱を防止するものである。ガスケット17は、例えば、絶縁材料によって構成されており、その表面にはアスファルトが塗布されている。   A battery lid 14 and a safety valve mechanism 15 and a heat sensitive resistance element (Positive Temperature Coefficient; PTC element) 16 provided on the inside of the battery can 11 are caulked to the open end of the battery can 11 via a gasket 17. ing. Thereby, the inside of the battery can 11 is sealed. The battery lid 14 is made of a metal material similar to that of the battery can 11, for example. The safety valve mechanism 15 is electrically connected to the battery lid 14 via the heat sensitive resistance element 16. In the safety valve mechanism 15, when the internal pressure becomes a certain level or more due to an internal short circuit or external heating, the disk plate 15 </ b> A is reversed and the electric power between the battery lid 14 and the wound electrode body 20 is reversed. Connection is cut off. The heat-sensitive resistor element 16 is configured to prevent abnormal heat generation caused by a large current by limiting the current by increasing the resistance in response to a rise in temperature. The gasket 17 is made of, for example, an insulating material, and asphalt is applied to the surface thereof.

巻回電極体20の中心には、センターピン24が挿入されていてもよい。この巻回電極体20では、アルミニウムなどの金属材料によって構成された正極リード25が正極21に接続されていると共に、ニッケルなどの金属材料によって構成された負極リード26が負極22に接続されている。正極リード25は、安全弁機構15に溶接などされて電池蓋14と電気的に接続されており、負極リード26は、電池缶11に溶接などされて電気的に接続されている。   A center pin 24 may be inserted in the center of the wound electrode body 20. In this wound electrode body 20, a positive electrode lead 25 made of a metal material such as aluminum is connected to the positive electrode 21, and a negative electrode lead 26 made of a metal material such as nickel is connected to the negative electrode 22. . The positive electrode lead 25 is welded to the safety valve mechanism 15 and electrically connected to the battery lid 14, and the negative electrode lead 26 is welded to the battery can 11 and electrically connected thereto.

正極21は、例えば、一対の面を有する正極集電体21Aの両面に正極活物質層21Bが設けられたものである。ただし、正極活物質層21Bは、正極集電体21Aの片面だけに設けられていてもよい。   For example, the positive electrode 21 is obtained by providing a positive electrode active material layer 21B on both surfaces of a positive electrode current collector 21A having a pair of surfaces. However, the positive electrode active material layer 21B may be provided only on one surface of the positive electrode current collector 21A.

正極集電体21Aは、例えば、アルミニウム、ニッケル、あるいはステンレスなどの金属材料によって構成されている。   The positive electrode current collector 21A is made of a metal material such as aluminum, nickel, or stainless steel, for example.

正極活物質層21Bは、正極活物質として、リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料のいずれか1種あるいは2種以上を含んでおり、必要に応じて、結着剤や導電剤などの他の材料を含んでいてもよい。   The positive electrode active material layer 21B includes one or more positive electrode materials capable of inserting and extracting lithium as a positive electrode active material, and a binder, a conductive agent, and the like as necessary. Other materials may be included.

リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料としては、例えば、リチウム含有化合物が好ましい。高いエネルギー密度が得られるからである。このリチウム含有化合物としては、例えば、リチウムと遷移金属元素とを含む複合酸化物や、リチウムと遷移金属元素とを含むリン酸化合物などが挙げられる。中でも、遷移金属元素としてコバルト、ニッケル、マンガンおよび鉄からなる群のうちの少なくとも1種を含むものが好ましい。より高い電圧が得られるからである。その化学式は、例えば、Lix M1O2 あるいはLiy M2PO4 で表される。式中、M1およびM2は、1種類以上の遷移金属元素を表す。xおよびyの値は、充放電状態によって異なり、通常、0.05≦x≦1.10、0.05≦y≦1.10である。 As a positive electrode material capable of inserting and extracting lithium, for example, a lithium-containing compound is preferable. This is because a high energy density can be obtained. Examples of the lithium-containing compound include a composite oxide containing lithium and a transition metal element, and a phosphate compound containing lithium and a transition metal element. Especially, what contains at least 1 sort (s) of the group which consists of cobalt, nickel, manganese, and iron as a transition metal element is preferable. This is because a higher voltage can be obtained. The chemical formula is represented by, for example, Li x M1O 2 or Li y M2PO 4 . In the formula, M1 and M2 represent one or more transition metal elements. The values of x and y vary depending on the charge / discharge state, and are generally 0.05 ≦ x ≦ 1.10 and 0.05 ≦ y ≦ 1.10.

リチウムと遷移金属元素とを含む複合酸化物としては、例えば、リチウムコバルト複合酸化物(Lix CoO2 )、リチウムニッケル複合酸化物(Lix NiO2 )、リチウムニッケルコバルト複合酸化物(Lix Ni1-z Coz 2 (z<1))、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物(Lix Ni(1-v-w) Cov Mnw 2 (v+w<1))、あるいはスピネル型構造を有するリチウムマンガン複合酸化物(LiMn2 4 )などが挙げられる。中でも、コバルトを含む複合酸化物が好ましい。高い容量が得られると共に、優れたサイクル特性も得られるからである。また、リチウムと遷移金属元素とを含むリン酸化合物としては、例えば、リチウム鉄リン酸化合物(LiFePO4 )あるいはリチウム鉄マンガンリン酸化合物(LiFe1-u Mnu PO4 (u<1))などが挙げられる。 Examples of the composite oxide containing lithium and a transition metal element include lithium cobalt composite oxide (Li x CoO 2 ), lithium nickel composite oxide (Li x NiO 2 ), and lithium nickel cobalt composite oxide (Li x Ni). 1-z Co z O 2 (z <1)), lithium nickel cobalt manganese composite oxide (Li x Ni (1-vw) Co v Mn w O 2 (v + w <1)), or lithium having a spinel structure Manganese composite oxide (LiMn 2 O 4 ) and the like can be mentioned. Among these, a complex oxide containing cobalt is preferable. This is because a high capacity can be obtained and excellent cycle characteristics can be obtained. Examples of the phosphate compound containing lithium and a transition metal element include a lithium iron phosphate compound (LiFePO 4 ) or a lithium iron manganese phosphate compound (LiFe 1-u Mn u PO 4 (u <1)). Is mentioned.

この他、リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料としては、例えば、酸化チタン、酸化バナジウムあるいは二酸化マンガンなどの酸化物や、二硫化チタンあるいは硫化モリブデンなどの二硫化物や、セレン化ニオブなどのカルコゲン化物や、硫黄、ポリアニリンあるいはポリチオフェンなどの導電性高分子も挙げられる。   In addition, examples of the positive electrode material capable of inserting and extracting lithium include oxides such as titanium oxide, vanadium oxide and manganese dioxide, disulfides such as titanium disulfide and molybdenum sulfide, and niobium selenide. And chalcogenides such as sulfur, polyaniline and polythiophene, and other conductive polymers.

もちろん、リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料は、上記以外のものであってもよい。また、上記した一連の正極材料は、任意の組み合わせで2種以上混合されてもよい。   Of course, the positive electrode material capable of inserting and extracting lithium may be other than the above. Further, two or more kinds of the series of positive electrode materials described above may be mixed in any combination.

導電剤としては、例えば、黒鉛、カーボンブラック、アセチレンブラック、あるいはケチェンブラックなどの炭素材料が挙げられる。これらは単独でもよいし、複数種が混合されてもよい。なお、導電剤は、導電性を有する材料であれば、金属材料あるいは導電性高分子などであってもよい。   Examples of the conductive agent include carbon materials such as graphite, carbon black, acetylene black, and ketjen black. These may be single and multiple types may be mixed. Note that the conductive agent may be a metal material or a conductive polymer as long as it is a conductive material.

結着剤としては、例えば、スチレンブタジエン系ゴム、フッ素系ゴムあるいはエチレンプロピレンジエンなどの合成ゴムや、ポリフッ化ビニリデンなどの高分子材料が挙げられる。これらは単独でもよいし、複数種が混合されてもよい。   Examples of the binder include synthetic rubbers such as styrene butadiene rubber, fluorine rubber or ethylene propylene diene, and polymer materials such as polyvinylidene fluoride. These may be single and multiple types may be mixed.

負極22は、例えば、一対の面を有する負極集電体22Aの両面に負極活物質層22Bが設けられたものである。ただし、負極活物質層22Bは、負極集電体22Aの片面だけに設けられていてもよい。   In the negative electrode 22, for example, a negative electrode active material layer 22B is provided on both surfaces of a negative electrode current collector 22A having a pair of surfaces. However, the negative electrode active material layer 22B may be provided only on one surface of the negative electrode current collector 22A.

負極集電体22Aは、例えば、銅、ニッケルあるいはステンレスなどの金属材料によって構成されている。この負極集電体22Aの表面は、粗面化されているのが好ましい。いわゆるアンカー効果によって負極集電体22Aと負極活物質層22Bとの間の密着性が向上するからである。この場合には、少なくとも負極活物質層22Bと対向する領域において、負極集電体22Aの表面が粗面化されていればよい。粗面化の方法としては、例えば、電解処理によって微粒子を形成する方法などが挙げられる。この電解処理とは、電解槽中において電解法によって負極集電体22Aの表面に微粒子を形成して凹凸を設ける方法である。この電解処理が施された銅箔は、一般に「電解銅箔」と呼ばれている。   The anode current collector 22A is made of, for example, a metal material such as copper, nickel, or stainless steel. The surface of the anode current collector 22A is preferably roughened. This is because the so-called anchor effect improves the adhesion between the negative electrode current collector 22A and the negative electrode active material layer 22B. In this case, the surface of the negative electrode current collector 22A only needs to be roughened at least in a region facing the negative electrode active material layer 22B. Examples of the roughening method include a method of forming fine particles by electrolytic treatment. This electrolytic treatment is a method of forming irregularities by forming fine particles on the surface of the anode current collector 22A by an electrolytic method in an electrolytic bath. The copper foil subjected to this electrolytic treatment is generally called “electrolytic copper foil”.

負極活物質層22Bは、負極活物質として、リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料のいずれか1種あるいは2種以上を含んでおり、必要に応じて、結着剤や導電剤などの他の材料を含んでいてもよい。なお、結着剤および導電剤に関する詳細は、例えば、正極21について説明した場合と同様である。   The negative electrode active material layer 22B includes one or more negative electrode materials capable of inserting and extracting lithium as a negative electrode active material, and a binder, a conductive agent, and the like as necessary. Other materials may be included. Note that details regarding the binder and the conductive agent are the same as those described for the positive electrode 21, for example.

リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料としては、例えば、リチウムを吸蔵および放出することが可能であると共に金属元素および半金属元素のうちの少なくとも1種を構成元素として有する材料が挙げられる。高いエネルギー密度が得られるからである。このような負極材料は、金属元素あるいは半金属元素の単体でも合金でも化合物でもよく、それらの1種あるいは2種以上の相を少なくとも一部に有するようなものでもよい。なお、本発明における「合金」には、2種以上の金属元素からなるものに加えて、1種以上の金属元素と1種以上の半金属元素とを含むものも含まれる。また、「合金」は、非金属元素を含んでいてもよい。この組織には、固溶体、共晶(共融混合物)、金属間化合物、あるいはそれらの2種以上が共存するものがある。   Examples of the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium include materials capable of inserting and extracting lithium and having at least one of a metal element and a metalloid element as a constituent element. . This is because a high energy density can be obtained. Such a negative electrode material may be a single element or an alloy or a compound of a metal element or a metalloid element, and may have one or two or more phases thereof at least in part. The “alloy” in the present invention includes an alloy containing one or more metal elements and one or more metalloid elements in addition to an alloy composed of two or more metal elements. Further, the “alloy” may contain a nonmetallic element. This structure includes a solid solution, a eutectic (eutectic mixture), an intermetallic compound, or a material in which two or more of them coexist.

上記した金属元素あるいは半金属元素としては、例えば、リチウムと合金を形成することが可能な金属元素あるいは半金属元素が挙げられる。具体的には、マグネシウム(Mg)、ホウ素(B)、アルミニウム、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、ケイ素、ゲルマニウム(Ge)、スズ、鉛(Pb)、ビスマス(Bi)、カドミウム(Cd)、銀(Ag)、亜鉛、ハフニウム(Hf)、ジルコニウム(Zr)、イットリウム(Y)、パラジウム(Pd)あるいは白金(Pt)などである。中でも、ケイ素およびスズのうちの少なくとも1種が好ましい。リチウムを吸蔵および放出する能力が大きいため、高いエネルギー密度が得られるからである。   Examples of the metal element or metalloid element described above include a metal element or metalloid element capable of forming an alloy with lithium. Specifically, magnesium (Mg), boron (B), aluminum, gallium (Ga), indium (In), silicon, germanium (Ge), tin, lead (Pb), bismuth (Bi), cadmium (Cd) Silver (Ag), zinc, hafnium (Hf), zirconium (Zr), yttrium (Y), palladium (Pd), platinum (Pt), and the like. Among these, at least one of silicon and tin is preferable. This is because a high energy density can be obtained because the ability to occlude and release lithium is large.

ケイ素およびスズのうちの少なくとも1種を有する負極材料としては、例えば、ケイ素の単体、合金あるいは化合物や、スズの単体、合金あるいは化合物や、それらの1種あるいは2種以上の相を少なくとも一部に有する材料が挙げられる。   Examples of the negative electrode material having at least one of silicon and tin include at least a part of a simple substance, an alloy or a compound of silicon, a simple substance, an alloy or a compound of tin, or one or two or more phases thereof. The material which has in is mentioned.

ケイ素の合金としては、例えば、ケイ素以外の第2の構成元素として、スズ、ニッケル、銅、鉄、コバルト、マンガン、亜鉛、インジウム、銀、チタン、ゲルマニウム、ビスマス、アンチモン(Sb)およびクロムからなる群のうちの少なくとも1種を有するものが挙げられる。ケイ素の化合物としては、例えば、酸素あるいは炭素(C)を有するものが挙げられ、ケイ素に加えて、上記した第2の構成元素を有していてもよい。ケイ素の合金あるいは化合物の一例としては、SiB4 、SiB6 、Mg2 Si、Ni2 Si、TiSi2 、MoSi2 、CoSi2 、NiSi2 、CaSi2 、CrSi2 、Cu5 Si、FeSi2 、MnSi2 、NbSi2 、TaSi2 、VSi2 、WSi2 、ZnSi2 、SiC、Si3 4 、Si2 2 O、SiOv (0<v≦2)、SnOw (0<w≦2)あるいはLiSiOなどが挙げられる。 Examples of the silicon alloy include, as the second constituent element other than silicon, tin, nickel, copper, iron, cobalt, manganese, zinc, indium, silver, titanium, germanium, bismuth, antimony (Sb), and chromium. Those having at least one of the groups are mentioned. Examples of the silicon compound include those having oxygen or carbon (C), and may contain the second constituent element described above in addition to silicon. Examples of silicon alloys or compounds include SiB 4 , SiB 6 , Mg 2 Si, Ni 2 Si, TiSi 2 , MoSi 2 , CoSi 2 , NiSi 2 , CaSi 2 , CrSi 2 , Cu 5 Si, FeSi 2 , MnSi. 2 , NbSi 2 , TaSi 2 , VSi 2 , WSi 2 , ZnSi 2 , SiC, Si 3 N 4 , Si 2 N 2 O, SiO v (0 <v ≦ 2), SnO w (0 <w ≦ 2) or LiSiO etc. are mentioned.

スズの合金としては、例えば、スズ以外の第2の構成元素として、ケイ素、ニッケル、銅、鉄、コバルト、マンガン、亜鉛、インジウム、銀、チタン、ゲルマニウム、ビスマス、アンチモンおよびクロムからなる群のうちの少なくとも1種を有するものが挙げられる。スズの化合物としては、例えば、酸素あるいは炭素を有するものが挙げられ、スズに加えて、上記した第2の構成元素を有していてもよい。スズの合金あるいは化合物の一例としては、SnSiO3 、LiSnO、Mg2 Snなどが挙げられる。 As an alloy of tin, for example, as a second constituent element other than tin, among the group consisting of silicon, nickel, copper, iron, cobalt, manganese, zinc, indium, silver, titanium, germanium, bismuth, antimony and chromium The thing which has at least 1 sort (s) of these is mentioned. Examples of the tin compound include those having oxygen or carbon, and may contain the above-described second constituent element in addition to tin. Examples of tin alloys or compounds include SnSiO 3 , LiSnO, Mg 2 Sn, and the like.

特に、ケイ素およびスズのうちの少なくとも1種を有する負極材料としては、例えば、スズを第1の構成元素とし、それに加えて第2および第3の構成元素を有するものが好ましい。第2の構成元素は、コバルト、鉄、マグネシウム、チタン、バナジウム(V)、クロム、マンガン、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、ジルコニウム、ニオブ(Nb)、モリブデン、銀、インジウム、セリウム(Ce)、ハフニウム、タンタル(Ta)、タングステン(W)、ビスマスおよびケイ素からなる群のうちの少なくとも1種である。第3の構成元素は、ホウ素、炭素、アルミニウムおよびリン(P)からなる群のうちの少なくとも1種である。第2および第3の構成元素を有することにより、サイクル特性が向上するからである。   In particular, as the negative electrode material having at least one of silicon and tin, for example, a material having tin and the second constituent element in addition to tin as the first constituent element is preferable. The second constituent elements are cobalt, iron, magnesium, titanium, vanadium (V), chromium, manganese, nickel, copper, zinc, gallium, zirconium, niobium (Nb), molybdenum, silver, indium, cerium (Ce), It is at least one selected from the group consisting of hafnium, tantalum (Ta), tungsten (W), bismuth and silicon. The third constituent element is at least one selected from the group consisting of boron, carbon, aluminum, and phosphorus (P). This is because having the second and third constituent elements improves the cycle characteristics.

中でも、スズ、コバルトおよび炭素を構成元素として有し、炭素の含有量が9.9質量%以上29.7質量%以下、スズおよびコバルトの合計に対するコバルトの割合(Co/(Sn+Co))が30質量%以上70質量%以下であるSnCoC含有材料が好ましい。このような組成範囲において、高いエネルギー密度が得られるからである。   Among them, tin, cobalt and carbon are included as constituent elements, the carbon content is 9.9 mass% or more and 29.7 mass% or less, and the ratio of cobalt to the total of tin and cobalt (Co / (Sn + Co)) is 30. An SnCoC-containing material having a mass% of 70% by mass or less is preferable. This is because a high energy density can be obtained in such a composition range.

このSnCoC含有材料は、必要に応じて、さらに他の構成元素を有していてもよい。他の構成元素としては、例えば、ケイ素、鉄、ニッケル、クロム、インジウム、ニオブ、ゲルマニウム、チタン、モリブデン、アルミニウム、リン、ガリウムあるいはビスマスなどが好ましく、それらの2種以上を有していてもよい。より高い効果が得られるからである。   This SnCoC-containing material may further contain other constituent elements as necessary. As other constituent elements, for example, silicon, iron, nickel, chromium, indium, niobium, germanium, titanium, molybdenum, aluminum, phosphorus, gallium, bismuth, and the like are preferable, and two or more of them may be included. . This is because a higher effect can be obtained.

なお、SnCoC含有材料は、スズ、コバルトおよび炭素を含む相を有しており、その相は、低結晶性あるいは非晶質な相であるのが好ましい。この相は、リチウムと反応可能な反応相であり、これによって優れたサイクル特性が得られるようになっている。この相のX線回折によって得られる回折ピークの半値幅は、特定X線としてCuKα線を用い、挿引速度を1°/minとした場合に、回折角2θで1.0°以上であることが好ましい。リチウムがより円滑に吸蔵および放出されると共に、電解質との反応性が低減されるからである。   The SnCoC-containing material has a phase containing tin, cobalt, and carbon, and the phase is preferably a low crystalline or amorphous phase. This phase is a reaction phase capable of reacting with lithium, whereby excellent cycle characteristics can be obtained. The half-value width of the diffraction peak obtained by X-ray diffraction of this phase is 1.0 ° or more at a diffraction angle 2θ when CuKα ray is used as the specific X-ray and the drawing speed is 1 ° / min. Is preferred. This is because lithium is occluded and released more smoothly and the reactivity with the electrolyte is reduced.

X線回折によって得られた回折ピークがリチウムと反応可能な反応相に対応するものであるか否かは、リチウムとの電気化学的反応の前後におけるX線回折チャートを比較することによって容易に判断することができる。例えば、リチウムとの電気化学的反応の前後において回折ピークの位置が変化すれば、リチウムと反応可能な反応相に対応するものである。この場合には、例えば、低結晶性あるいは非晶質な反応相の回折ピークが2θ=20°〜50°の間に見られる。この低結晶性あるいは非晶質な反応相は、例えば、上記した各構成元素を含んでおり、主に、炭素によって低結晶化あるいは非晶質化しているものと考えられる。   Whether or not the diffraction peak obtained by X-ray diffraction corresponds to a reaction phase capable of reacting with lithium can be easily determined by comparing X-ray diffraction charts before and after electrochemical reaction with lithium. can do. For example, if the position of the diffraction peak changes before and after the electrochemical reaction with lithium, it corresponds to a reaction phase capable of reacting with lithium. In this case, for example, a diffraction peak of a low crystalline or amorphous reaction phase is observed between 2θ = 20 ° and 50 °. This low crystalline or amorphous reaction phase contains, for example, each of the above-described constituent elements, and is considered to be mainly low-crystallized or amorphous due to carbon.

なお、SnCoC含有材料は、低結晶性あるいは非晶質な相に加えて、各構成元素の単体または一部を含む相を有している場合もある。   Note that the SnCoC-containing material may have a phase containing a simple substance or a part of each constituent element in addition to a low crystalline or amorphous phase.

特に、SnCoC含有材料では、構成元素である炭素の少なくとも一部が、他の構成元素である金属元素あるいは半金属元素と結合しているのが好ましい。スズなどの凝集あるいは結晶化が抑制されるからである。   In particular, in the SnCoC-containing material, it is preferable that at least a part of carbon as a constituent element is bonded to a metal element or a metalloid element as another constituent element. This is because aggregation or crystallization of tin or the like is suppressed.

元素の結合状態を調べる測定方法としては、例えばX線光電子分光法(X-ray Photoelectron Spectroscopy;XPS)が挙げられる。このXPSは、軟X線(市販の装置ではAl−Kα線か、Mg−Kα線を用いる)を試料表面に照射し、試料表面から飛び出してくる光電子の運動エネルギーを測定することによって、試料表面から数nmの領域の元素組成、および元素の結合状態を調べる方法である。   As a measuring method for examining the bonding state of elements, for example, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) can be cited. This XPS irradiates the sample surface with soft X-rays (Al-Kα ray or Mg-Kα ray is used in a commercial apparatus), and measures the kinetic energy of photoelectrons jumping out of the sample surface. To elemental composition in the region of several nanometers and the bonding state of the elements.

元素の内殻軌道電子の束縛エネルギーは、第1近似的には、元素上の電荷密度と相関して変化する。例えば、炭素元素の電荷密度が近傍に存在する元素との相互作用によって減少した場合には、2p電子などの外殻電子が減少しているので、炭素元素の1s電子は殻から強い束縛力を受けることになる。すなわち、元素の電荷密度が減少すると、束縛エネルギーは高くなる。XPSでは、束縛エネルギーが高くなると、高いエネルギー領域にピークはシフトするようになっている。   The binding energy of the core orbital electrons of the element changes in a first approximation in correlation with the charge density on the element. For example, when the charge density of the carbon element decreases due to an interaction with an element present in the vicinity, the outer electrons such as 2p electrons decrease, so the 1s electron of the carbon element exerts a strong binding force from the shell. Will receive. That is, the binding energy increases as the charge density of the element decreases. In XPS, when the binding energy increases, the peak shifts to a high energy region.

XPSにおいて、炭素の1s軌道(C1s)のピークは、グラファイトであれば、金原子の4f軌道(Au4f)のピークが84.0eVに得られるようにエネルギー較正された装置において、284.5eVに現れる。また、表面汚染炭素であれば、284.8eVに現れる。これに対して、炭素元素の電荷密度が高くなる場合、例えば炭素よりも陽性な元素と結合している場合には、C1sのピークは、284.5eVよりも低い領域に現れる。すなわち、SnCoC含有材料に含まれる炭素の少なくとも一部が他の構成元素である金属元素または半金属元素などと結合している場合には、SnCoC含有材料について得られるC1sの合成波のピークが284.5eVよりも低い領域に現れる。   In XPS, if the peak of carbon 1s orbital (C1s) is graphite, it appears at 284.5 eV in an energy calibrated apparatus so that the peak of 4f orbital (Au4f) of gold atom is obtained at 84.0 eV. . Moreover, if it is surface contamination carbon, it will appear at 284.8 eV. On the other hand, when the charge density of the carbon element is high, for example, when it is bonded to an element more positive than carbon, the C1s peak appears in a region lower than 284.5 eV. That is, when at least a part of the carbon contained in the SnCoC-containing material is bonded to another constituent element such as a metal element or a metalloid element, the peak of the synthetic wave of C1s obtained for the SnCoC-containing material is 284. Appears in the region lower than 5 eV.

なお、XPS測定を行う場合には、表面が表面汚染炭素で覆われている際に、XPS装置に付属のアルゴンイオン銃で表面を軽くスパッタするのが好ましい。また、測定対象のSnCoC含有材料が負極22中に存在する場合には、二次電池を解体して負極22を取り出したのち、炭酸ジメチルなどの揮発性溶媒で洗浄するとよい。負極22の表面に存在する揮発性の低い溶媒と電解質塩とを除去するためである。これらのサンプリングは、不活性雰囲気下で行うのが望ましい。   When performing XPS measurement, it is preferable that the surface is lightly sputtered with an argon ion gun attached to the XPS apparatus when the surface is covered with surface-contaminated carbon. When the SnCoC-containing material to be measured is present in the negative electrode 22, the secondary battery is disassembled and the negative electrode 22 is taken out and then washed with a volatile solvent such as dimethyl carbonate. This is to remove the low-volatile solvent and the electrolyte salt present on the surface of the negative electrode 22. These samplings are desirably performed in an inert atmosphere.

また、XPS測定では、スペクトルのエネルギー軸の補正に、例えばC1sのピークを用いる。通常、物質表面には表面汚染炭素が存在しているので、表面汚染炭素のC1sのピークを284.8eVとし、それをエネルギー基準とする。なお、XPS測定では、C1sのピークの波形は、表面汚染炭素のピークとSnCoC含有材料中の炭素のピークとを含んだ形として得られるので、例えば市販のソフトウエアを用いて解析することにより、表面汚染炭素のピークと、SnCoC含有材料中の炭素のピークとを分離する。波形の解析では、最低束縛エネルギー側に存在する主ピークの位置をエネルギー基準(284.8eV)とする。   In XPS measurement, for example, the peak of C1s is used to correct the energy axis of the spectrum. Usually, since surface-contaminated carbon exists on the surface of the substance, the C1s peak of the surface-contaminated carbon is set to 284.8 eV, which is used as an energy standard. In XPS measurement, the waveform of the peak of C1s is obtained as a form including the surface contamination carbon peak and the carbon peak in the SnCoC-containing material. For example, by analyzing using commercially available software, The surface contamination carbon peak is separated from the carbon peak in the SnCoC-containing material. In the waveform analysis, the position of the main peak existing on the lowest bound energy side is used as the energy reference (284.8 eV).

このSnCoC含有材料は、例えば、各構成元素の原料を混合した混合物を電気炉、高周波誘導炉あるいはアーク溶解炉などで溶解させたのち、凝固させることによって形成可能である。また、ガスアトマイズあるいは水アトマイズなどの各種アトマイズ法や、各種ロール法や、メカニカルアロイング法あるいはメカニカルミリング法などのメカノケミカル反応を利用した方法などを用いてもよい。中でも、メカノケミカル反応を利用した方法が好ましい。SnCoC含有材料が低結晶性あるいは非晶質な構造になるからである。メカノケミカル反応を利用した方法では、例えば、遊星ボールミル装置やアトライタなどの製造装置を用いることができる。   This SnCoC-containing material can be formed, for example, by melting a mixture of raw materials of each constituent element in an electric furnace, a high-frequency induction furnace, an arc melting furnace or the like and then solidifying the mixture. Also, various atomizing methods such as gas atomization or water atomization, methods using various mechanochemical reactions such as various roll methods, mechanical alloying methods, and mechanical milling methods may be used. Among these, a method using a mechanochemical reaction is preferable. This is because the SnCoC-containing material has a low crystalline or amorphous structure. In the method using the mechanochemical reaction, for example, a manufacturing apparatus such as a planetary ball mill apparatus or an attritor can be used.

原料には、各構成元素の単体を混合して用いてもよいが、炭素以外の構成元素の一部については合金を用いるのが好ましい。このような合金に炭素を加えてメカニカルアロイング法を利用した方法によって合成することにより、低結晶化あるいは非晶質な構造が得られ、反応時間も短縮されるからである。なお、原料の形態は、粉体であってもよいし、塊状であってもよい。   The raw material may be a mixture of individual constituent elements, but it is preferable to use an alloy for some of the constituent elements other than carbon. This is because, by adding carbon to such an alloy and synthesizing it by a method using the mechanical alloying method, a low crystallization or amorphous structure can be obtained, and the reaction time can be shortened. The raw material may be in the form of powder or a block.

このSnCoC含有材料の他、スズ、コバルト、鉄および炭素を構成元素として有するSnCoFeC含有材料も好ましい。このSnCoFeC含有材料の組成は、任意に設定可能である。例えば、鉄の含有量を少なめに設定する場合の組成としては、炭素の含有量が9.9質量%以上29.7質量%以下、鉄の含有量が0.3質量%以上5.9質量%以下、スズとコバルトとの合計に対するコバルトの割合(Co/(Sn+Co))が30質量%以上70質量%以下であるのが好ましい。また、例えば、鉄の含有量を多めに設定する場合の組成としては、炭素の含有量が11.9質量%以上29.7質量%以下、スズとコバルトと鉄との合計に対するコバルトと鉄との合計の割合((Co+Fe)/(Sn+Co+Fe))が26.4質量%以上48.5質量%以下、コバルトと鉄との合計に対するコバルトの割合(Co/(Co+Fe))が9.9質量%以上79.5質量%以下であるのが好ましい。このような組成範囲において、高いエネルギー密度が得られるからである。このSnCoFeC含有材料の結晶性、元素の結合状態の測定方法、および形成方法などについては、上記したSnCoC含有材料と同様である。   In addition to this SnCoC-containing material, an SnCoFeC-containing material having tin, cobalt, iron and carbon as constituent elements is also preferable. The composition of the SnCoFeC-containing material can be arbitrarily set. For example, as a composition when the iron content is set to be small, the carbon content is 9.9 mass% or more and 29.7 mass% or less, and the iron content is 0.3 mass% or more and 5.9 mass% %, And the ratio of cobalt to the total of tin and cobalt (Co / (Sn + Co)) is preferably 30% by mass or more and 70% by mass or less. In addition, for example, as a composition when the content of iron is set to be large, the content of carbon is 11.9 mass% or more and 29.7 mass% or less, and cobalt and iron with respect to the total of tin, cobalt, and iron The total ratio of (Co + Fe) / (Sn + Co + Fe)) is 26.4 mass% to 48.5 mass%, and the ratio of cobalt to the total of cobalt and iron (Co / (Co + Fe)) is 9.9 mass% It is preferable that it is 79.5 mass% or more. This is because a high energy density can be obtained in such a composition range. The crystallinity of the SnCoFeC-containing material, the method for measuring the bonding state of elements, the formation method, and the like are the same as those of the above-described SnCoC-containing material.

上記した他、リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料としては、例えば、炭素材料が挙げられる。この炭素材料とは、例えば、易黒鉛化性炭素や、(002)面の面間隔が0.37nm以上の難黒鉛化性炭素や、(002)面の面間隔が0.34nm以下の黒鉛などである。より具体的には、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素繊維、有機高分子化合物焼成体、活性炭あるいはカーボンブラック類などがある。このうち、コークス類には、ピッチコークス、ニードルコークスあるいは石油コークスなどが含まれる。有機高分子化合物焼成体とは、フェノール樹脂やフラン樹脂などを適当な温度で焼成して炭素化したものをいう。炭素材料は、リチウムの吸蔵および放出に伴う結晶構造の変化が非常に少ないため、高いエネルギー密度が得られると共に優れたサイクル特性が得られ、さらに導電剤としても機能するので好ましい。なお、炭素材料の形状は、繊維状、球状、粒状あるいは鱗片状のいずれでもよい。   In addition to the above, examples of the anode material capable of inserting and extracting lithium include a carbon material. Examples of the carbon material include graphitizable carbon, non-graphitizable carbon having a (002) plane spacing of 0.37 nm or more, and graphite having a (002) plane spacing of 0.34 nm or less. It is. More specifically, there are pyrolytic carbons, cokes, glassy carbon fibers, organic polymer compound fired bodies, activated carbon or carbon blacks. Of these, the cokes include pitch coke, needle coke, petroleum coke, and the like. The organic polymer compound fired body is obtained by firing and carbonizing a phenol resin, a furan resin, or the like at an appropriate temperature. The carbon material is preferable because the change in crystal structure associated with insertion and extraction of lithium is very small, so that a high energy density can be obtained, and excellent cycle characteristics can be obtained. The shape of the carbon material may be any of fibrous, spherical, granular or scale-like.

また、リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料としては、例えば、リチウムを吸蔵および放出することが可能な金属酸化物あるいは高分子化合物なども挙げられる。金属酸化物とは、例えば、酸化鉄、酸化ルテニウムあるいは酸化モリブデンなどであり、高分子化合物とは、例えば、ポリアセチレン、ポリアニリンあるいはポリピロールなどである。   Further, examples of the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium include metal oxides and polymer compounds capable of inserting and extracting lithium. Examples of the metal oxide include iron oxide, ruthenium oxide, and molybdenum oxide. Examples of the polymer compound include polyacetylene, polyaniline, and polypyrrole.

もちろん、リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料は、上記以外のものであってもよい。また、上記した一連の負極材料は、任意の組み合わせで2種以上混合されてもよい。   Of course, the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium may be other than the above. Further, two or more kinds of the series of negative electrode materials described above may be mixed in any combination.

上記した負極材料からなる負極活物質は、複数の粒子状をなしている。すなわち、負極活物質層22Bは、複数の負極活物質粒子を有しており、その負極活物質粒子は、例えば、上記した気相法などによって形成されている。ただし、負極活物質粒子は、気相法以外の方法によって形成されていてもよい。   The negative electrode active material made of the negative electrode material described above has a plurality of particles. That is, the negative electrode active material layer 22B has a plurality of negative electrode active material particles, and the negative electrode active material particles are formed by, for example, the above-described vapor phase method. However, the negative electrode active material particles may be formed by a method other than the gas phase method.

負極活物質粒子が気相法などの堆積法によって形成される場合には、その負極活物質粒子が単一の堆積工程を経て形成された単層構造を有していてもよいし、複数回の堆積工程を経て形成された多層構造を有していてもよい。ただし、堆積時に高熱を伴う蒸着法などによって負極活物質粒子を形成する場合には、その負極活物質粒子が多層構造を有しているのが好ましい。負極材料の堆積工程を複数回に分割して行う(負極材料を順次薄く形成して堆積させる)ことにより、その堆積工程を1回で行う場合と比較して、負極集電体22Aが高熱に晒される時間が短くなり、熱的ダメージを受けにくくなるからである。   When the negative electrode active material particles are formed by a deposition method such as a vapor phase method, the negative electrode active material particles may have a single layer structure formed through a single deposition step, or may be a plurality of times. It may have a multilayer structure formed through the deposition process. However, when the negative electrode active material particles are formed by a vapor deposition method that involves high heat during deposition, the negative electrode active material particles preferably have a multilayer structure. By performing the deposition process of the negative electrode material in a plurality of times (the negative electrode material is sequentially formed and deposited thinly), the negative electrode current collector 22A has a higher heat than when the deposition process is performed once. This is because the exposure time is shortened and it is difficult to receive thermal damage.

この負極活物質粒子は、例えば、負極集電体22Aの表面から負極活物質層22Bの厚さ方向に成長しており、その根本において負極集電体22Aに連結されている。この場合には、負極活物質粒子が気相法によって形成されており、上記したように、負極集電体22Aとの界面の少なくとも一部において合金化しているのが好ましい。詳細には、両者の界面において、負極集電体22Aの構成元素が負極活物質粒子に拡散していてもよいし、負極活物質粒子の構成元素が負極集電体22Aに拡散していてもよいし、両者の構成元素が拡散しあっていてもよい。   The negative electrode active material particles grow, for example, from the surface of the negative electrode current collector 22A in the thickness direction of the negative electrode active material layer 22B, and are connected to the negative electrode current collector 22A at the root. In this case, the negative electrode active material particles are formed by a vapor phase method, and as described above, it is preferable that the negative electrode active material particles are alloyed at least at a part of the interface with the negative electrode current collector 22A. Specifically, the constituent element of the negative electrode current collector 22A may be diffused into the negative electrode active material particles at the interface between them, or the constituent element of the negative electrode active material particles may be diffused into the negative electrode current collector 22A. Alternatively, both constituent elements may be diffused.

特に、負極活物質層22Bは、必要に応じて、負極活物質粒子の表面(電解液と接する領域)を被覆する酸化物含有膜を有しているのが好ましい。酸化物含有膜が電解液に対する保護膜として機能し、充放電を繰り返しても電解液の分解反応が抑制されるため、サイクル特性が向上するからである。この酸化物含有膜は、負極活物質粒子の表面のうちの一部を被覆していてもよいし、全部を被覆していてもよい。   In particular, the negative electrode active material layer 22B preferably has an oxide-containing film that covers the surface of the negative electrode active material particles (a region in contact with the electrolytic solution) as necessary. This is because the oxide-containing film functions as a protective film against the electrolytic solution, and even when charging and discharging are repeated, the decomposition reaction of the electrolytic solution is suppressed, so that the cycle characteristics are improved. This oxide-containing film may cover a part of the surface of the negative electrode active material particles, or may cover the whole.

この酸化物含有膜は、例えば、ケイ素、ゲルマニウムおよびスズからなる群のうちの少なくとも1種の酸化物を含有しており、中でも、ケイ素の酸化物を含有しているのが好ましい。負極活物質粒子の表面を全体に渡って容易に被覆しやすいと共に、優れた保護作用が得られるからである。もちろん、酸化物含有膜は、上記以外の他の酸化物を含有していてもよい。この酸化物含有膜は、例えば、気相法あるいは液相法によって形成されており、中でも液相析出法、ゾルゲル法、塗布法あるいはディップコーティング法などの液相法が好ましく、液相析出法がより好ましい。負極活物質粒子の表面を広い範囲に渡って容易に被覆しやすいからである。   This oxide-containing film contains, for example, at least one oxide selected from the group consisting of silicon, germanium, and tin, and among these, it is preferable to contain an oxide of silicon. This is because the entire surface of the negative electrode active material particles can be easily covered and an excellent protective action can be obtained. Of course, the oxide-containing film may contain an oxide other than the above. The oxide-containing film is formed by, for example, a gas phase method or a liquid phase method, and among them, a liquid phase method such as a liquid phase deposition method, a sol-gel method, a coating method, or a dip coating method is preferable. More preferred. This is because the surface of the negative electrode active material particles can be easily covered over a wide range.

また、負極活物質層22Bは、必要に応じて、負極活物質粒子の粒子間の隙間や粒子内の隙間に、電極反応物質と合金化しない金属材料を有しているのが好ましい。金属材料を介して複数の負極活物質粒子が結着されると共に、上記した隙間に金属材料が存在することで負極活物質層22Bの膨張および収縮が抑制されるため、サイクル特性が向上するからである。   In addition, the negative electrode active material layer 22B preferably includes a metal material that does not alloy with the electrode reactant in the gaps between the particles of the negative electrode active material particles or the gaps in the particles as necessary. Since a plurality of negative electrode active material particles are bound via a metal material, and the expansion and contraction of the negative electrode active material layer 22B are suppressed due to the presence of the metal material in the gap, the cycle characteristics are improved. It is.

この金属材料は、例えば、リチウムと合金化しない金属元素を構成元素として有している。このような金属元素としては、例えば、鉄、コバルト、ニッケル、亜鉛および銅からなる群のうちの少なくとも1種が挙げられ、中でも、コバルトが好ましい。上記した隙間に金属材料が容易に入り込みやすいと共に、優れた結着作用が得られるからである。もちろん、金属材料は、上記以外の他の金属元素を有していてもよい。ただし、ここで言う「金属材料」とは、単体に限らず、合金や金属化合物まで含む広い概念である。この金属材料は、例えば、気相法あるいは液相法によって形成されており、中でも電解鍍金法あるいは無電解鍍金法などの液相法が好ましく、電解鍍金法がより好ましい。上記した隙間に金属材料が入り込みやすくなると共に、その形成時間が短くて済むからである。   This metal material has, for example, a metal element that does not alloy with lithium as a constituent element. Examples of such a metal element include at least one selected from the group consisting of iron, cobalt, nickel, zinc, and copper, and among these, cobalt is preferable. This is because the metal material can easily enter the gap, and an excellent binding action can be obtained. Of course, the metal material may have a metal element other than the above. However, the “metal material” mentioned here is not limited to a simple substance, but is a broad concept that includes alloys and metal compounds. This metal material is formed by, for example, a gas phase method or a liquid phase method, and among them, a liquid phase method such as an electrolytic plating method or an electroless plating method is preferable, and an electrolytic plating method is more preferable. This is because the metal material can easily enter the gap and the formation time can be shortened.

なお、負極活物質層22Bは、上記した酸化物含有膜あるいは金属材料のいずれか一方だけを有していてもよいし、双方を有していてもよい。ただし、サイクル特性をより向上させるためには、双方を含んでいるのが好ましい。   Note that the negative electrode active material layer 22B may include only one of the oxide-containing film or the metal material described above, or may include both. However, in order to further improve the cycle characteristics, it is preferable to include both.

ここで、図3〜図6を参照して、負極22の詳細な構成について説明する。   Here, the detailed configuration of the negative electrode 22 will be described with reference to FIGS.

まず、負極活物質層22Bが複数の負極活物質粒子と共に酸化物含有膜を有する場合について説明する。図3は本発明の負極22の断面構造を模式的に表しており、図4は参考例の負極の断面構造を模式的に表している。図3および図4では、負極活物質粒子が単層構造を有している場合を示している。   First, the case where the negative electrode active material layer 22B has an oxide-containing film together with a plurality of negative electrode active material particles will be described. FIG. 3 schematically shows a cross-sectional structure of the negative electrode 22 of the present invention, and FIG. 4 schematically shows a cross-sectional structure of the negative electrode of the reference example. 3 and 4 show a case where the negative electrode active material particles have a single layer structure.

本発明の負極では、図3に示したように、例えば、蒸着法などの気相法によって負極集電体22A上に負極材料が堆積されると、その負極集電体22A上に複数の負極活物質粒子221が形成される。この場合には、負極集電体22Aの表面が粗面化され、その表面に複数の突起部(例えば、電解処理によって形成された微粒子)が存在すると、負極活物質粒子221が上記した突起部ごとに厚さ方向に成長するため、複数の負極活物質粒子221が負極集電体22A上において配列されると共に根本において負極集電体22Aの表面に連結される。こののち、例えば、液相析出法などの液相法によって負極活物質粒子221の表面に酸化物含有膜222が形成されると、その酸化物含有膜222は負極活物質粒子221の表面をほぼ全体に渡って被覆し、特に、負極活物質粒子221の頭頂部から根本に至る広い範囲を被覆する。この酸化物含有膜222による広範囲な被覆状態は、その酸化物含有膜222が液相法によって形成された場合に得られる特徴である。すなわち、液相法によって酸化物含有膜222を形成すると、その被覆作用が負極活物質粒子221の頭頂部だけでなく根本まで広く及ぶため、その根本まで酸化物含有膜222によって被覆される。   In the negative electrode of the present invention, as shown in FIG. 3, for example, when a negative electrode material is deposited on the negative electrode current collector 22A by a vapor phase method such as a vapor deposition method, a plurality of negative electrodes are formed on the negative electrode current collector 22A. Active material particles 221 are formed. In this case, when the surface of the negative electrode current collector 22A is roughened and a plurality of protrusions (for example, fine particles formed by electrolytic treatment) exist on the surface, the negative electrode active material particles 221 have the protrusions described above. Each of the negative electrode active material particles 221 is arranged on the negative electrode current collector 22A and connected to the surface of the negative electrode current collector 22A at the root. After that, for example, when the oxide-containing film 222 is formed on the surface of the negative electrode active material particle 221 by a liquid phase method such as a liquid phase precipitation method, the oxide-containing film 222 substantially covers the surface of the negative electrode active material particle 221. The entire surface is covered, and in particular, a wide range from the top of the negative electrode active material particle 221 to the root is covered. This wide covering state by the oxide-containing film 222 is a characteristic obtained when the oxide-containing film 222 is formed by a liquid phase method. That is, when the oxide-containing film 222 is formed by the liquid phase method, the covering action extends not only to the top of the negative electrode active material particles 221 but also to the root, so that the base is covered with the oxide-containing film 222.

これに対して、参考例の負極では、図4に示したように、例えば、気相法によって複数の負極活物質粒子221が形成されたのち、同様に気相法によって酸化物含有膜223が形成されると、その酸化物含有膜223は負極活物質粒子221の頭頂部だけを被覆する。この酸化物含有膜223による狭範囲な被覆状態は、その酸化物含有膜223が気相法によって形成された場合に得られる特徴である。すなわち、気相法によって酸化物含有膜223を形成すると、その被覆作用が負極活物質粒子221の頭頂部に及ぶものの根本まで及ばないため、その根本までは酸化物含有膜223によって被覆されない。   On the other hand, in the negative electrode of the reference example, as shown in FIG. 4, for example, after the plurality of negative electrode active material particles 221 are formed by the vapor phase method, the oxide-containing film 223 is similarly formed by the vapor phase method. When formed, the oxide-containing film 223 covers only the tops of the negative electrode active material particles 221. This narrow-range covering state by the oxide-containing film 223 is a characteristic obtained when the oxide-containing film 223 is formed by a vapor phase method. That is, when the oxide-containing film 223 is formed by a vapor phase method, the covering action does not reach the root of the negative electrode active material particle 221, and thus the base is not covered by the oxide-containing film 223.

なお、図3では、気相法によって負極活物質層22Bが形成される場合について説明したが、焼結法などによって負極活物質層22Bが形成される場合においても同様に、複数の負極活物質粒子の表面をほぼ全体に渡って被覆するように酸化物含有膜が形成される。   Note that although FIG. 3 illustrates the case where the negative electrode active material layer 22B is formed by a vapor phase method, a plurality of negative electrode active materials are similarly formed when the negative electrode active material layer 22B is formed by a sintering method or the like. An oxide-containing film is formed so as to cover the entire surface of the particles.

次に、負極活物質層22Bが複数の負極活物質粒子と共に電極反応物質と合金化しない金属材料を有する場合について説明する。図5は負極22の断面構造を拡大して表しており、(A)は走査型電子顕微鏡(scanning electron microscope:SEM)写真(二次電子像)、(B)は(A)に示したSEM像の模式絵である。図5では、複数の負極活物質粒子221が粒子内に多層構造を有している場合を示している。   Next, the case where the negative electrode active material layer 22B includes a metal material that does not alloy with the electrode reactant together with the plurality of negative electrode active material particles will be described. FIG. 5 shows an enlarged cross-sectional structure of the negative electrode 22, (A) is a scanning electron microscope (SEM) photograph (secondary electron image), and (B) is an SEM shown in (A). It is a schematic picture of the statue. FIG. 5 shows a case where a plurality of negative electrode active material particles 221 have a multilayer structure in the particles.

負極活物質粒子221が多層構造を有する場合には、その複数の負極活物質粒子221の配列構造、多層構造および表面構造に起因して、負極活物質層22B中に複数の隙間224が生じている。この隙間224は、主に、発生原因に応じて分類された2種類の隙間224A,224Bを含んでいる。隙間224Aは、隣り合う負極活物質粒子221間に生じるものであり、隙間224Bは、負極活物質粒子221内の各階層間に生じるものである。   When the negative electrode active material particles 221 have a multilayer structure, a plurality of gaps 224 are generated in the negative electrode active material layer 22B due to the arrangement structure, multilayer structure, and surface structure of the plurality of negative electrode active material particles 221. Yes. The gap 224 mainly includes two types of gaps 224A and 224B classified according to the cause of occurrence. The gap 224 </ b> A is generated between adjacent negative electrode active material particles 221, and the gap 224 </ b> B is generated between layers in the negative electrode active material particles 221.

なお、負極活物質粒子221の露出面(最表面)には、空隙225が生じる場合がある。この空隙225は、負極活物質粒子221の表面にひげ状の微細な突起部(図示せず)が生じることに伴い、その突起部間に生じるものである。この空隙225は、負極活物質粒子221の露出面において、全体に渡って生じる場合もあれば、一部だけに生じる場合もある。ただし、上記したひげ状の突起部は、負極活物質粒子221の形成時ごとにその表面に生じるため、空隙225は、負極活物質粒子221の露出面だけでなく、各階層間にも生じる場合がある。   Note that a void 225 may be formed on the exposed surface (outermost surface) of the negative electrode active material particles 221. The void 225 is generated between the protrusions as a whisker-like fine protrusion (not shown) is formed on the surface of the negative electrode active material particle 221. The void 225 may be generated over the entire exposed surface of the negative electrode active material particles 221 or may be generated only in part. However, since the above-described whisker-like protrusions are generated on the surface every time the negative electrode active material particles 221 are formed, the void 225 is generated not only on the exposed surface of the negative electrode active material particles 221 but also between the layers. There is.

図6は負極22の他の断面構造を表しており、図5に対応している。負極活物質層22Bは、隙間224A,224Bに、電極反応物質と合金化しない金属材料226を有している。この場合には、隙間224A,224Bのうちのいずれか一方だけに金属材料226を有していてもよいが、双方に金属材料226を有しているのが好ましい。より高い効果が得られるからである。   FIG. 6 shows another cross-sectional structure of the negative electrode 22 and corresponds to FIG. The negative electrode active material layer 22B has a metal material 226 that does not alloy with the electrode reactant in the gaps 224A and 224B. In this case, only one of the gaps 224A and 224B may have the metal material 226, but it is preferable that both have the metal material 226. This is because a higher effect can be obtained.

この金属材料226は、隣り合う負極活物質粒子221間の隙間224Aに入り込んでいる。詳細には、気相法などによって負極活物質粒子221が形成される場合には、上記したように、負極集電体22Aの表面に存在する突起部ごとに負極活物質粒子221が成長するため、隣り合う負極活物質粒子221間に隙間224Aが生じる。この隙間224Aは、負極活物質層22Bの結着性を低下させる原因となるため、その結着性を高めるために、上記した隙間224Aに金属材料226が充填されている。この場合には、隙間224Aの一部でも充填されていればよいが、その充填量が多いほど好ましい。負極活物質層22Bの結着性がより向上するからである。金属材料226の充填量は、20%以上が好ましく、40%以上がより好ましく、80%以上がさらに好ましい。   The metal material 226 enters the gap 224A between the adjacent negative electrode active material particles 221. Specifically, when the negative electrode active material particles 221 are formed by a vapor phase method or the like, as described above, the negative electrode active material particles 221 grow for each protrusion existing on the surface of the negative electrode current collector 22A. A gap 224 </ b> A is generated between the adjacent negative electrode active material particles 221. Since the gap 224A causes a decrease in the binding property of the negative electrode active material layer 22B, the above-described gap 224A is filled with the metal material 226 in order to improve the binding property. In this case, it is sufficient that a part of the gap 224A is filled, but a larger filling amount is preferable. This is because the binding property of the negative electrode active material layer 22B is further improved. The filling amount of the metal material 226 is preferably 20% or more, more preferably 40% or more, and further preferably 80% or more.

また、金属材料226は、負極活物質粒子221内の隙間224Bに入り込んでいる。詳細には、負極活物質粒子221が多層構造を有する場合には、各階層間に隙間224Bが生じる。この隙間224Bは、上記した隙間224Aと同様に、負極活物質層22Bの結着性を低下させる原因となるため、その結着性を高めるために、上記した隙間224Bに金属材料226が充填されている。この場合には、隙間224Bの一部でも充填されていればよいが、その充填量が多いほど好ましい。負極活物質層22Bの結着性がより向上するからである。   In addition, the metal material 226 enters the gap 224 </ b> B in the negative electrode active material particles 221. Specifically, when the negative electrode active material particles 221 have a multilayer structure, a gap 224B is generated between the layers. The gap 224B, like the gap 224A, causes a decrease in the binding property of the negative electrode active material layer 22B. Therefore, in order to increase the binding property, the gap 224B is filled with the metal material 226. ing. In this case, it is sufficient that a part of the gap 224B is filled, but a larger filling amount is preferable. This is because the binding property of the negative electrode active material layer 22B is further improved.

なお、負極活物質層22Bは、最上層の負極活物質粒子221の露出面に生じるひげ状の微細な突起部(図示せず)が二次電池の性能に悪影響を及ぼすことを抑えるために、空隙225に金属材料226を有していてもよい。詳細には、気相法などによって負極活物質粒子221が形成される場合には、その表面にひげ状の微細な突起部が生じるため、その突起部間に空隙225が生じる。この空隙225は、負極活物質粒子221の表面積の増加を招き、その表面に形成される不可逆性の被膜の量も増加させるため、電極反応(充放電反応)の進行度を低下させる原因となる可能性がある。したがって、電極反応の進行度の低下を抑えるために、上記した空隙225に金属材料226が埋め込まれている。この場合には、空隙225の一部でも埋め込まれていればよいが、その埋め込む量が多いほど好ましい。電極反応の進行度の低下がより抑えられるからである。図6において、最上層の負極活物質粒子221の表面に金属材料226が点在していることは、その点在箇所に上記した微細な突起部が存在していること表している。もちろん、金属材料226は、必ずしも負極活物質粒子221の表面に点在していなければならないわけではなく、その表面全体を被覆していてもよい。   Note that the negative electrode active material layer 22B is provided in order to prevent negative whisker-like protrusions (not shown) generated on the exposed surface of the uppermost negative electrode active material particles 221 from adversely affecting the performance of the secondary battery. A metal material 226 may be provided in the gap 225. Specifically, when the negative electrode active material particles 221 are formed by a vapor phase method or the like, fine whisker-like protrusions are formed on the surface thereof, and thus voids 225 are generated between the protrusions. This void 225 causes an increase in the surface area of the negative electrode active material particles 221 and also increases the amount of irreversible film formed on the surface, which causes a reduction in the degree of progress of the electrode reaction (charge / discharge reaction). there is a possibility. Therefore, the metal material 226 is embedded in the above-described gap 225 in order to suppress a decrease in the progress of the electrode reaction. In this case, it is sufficient that a part of the gap 225 is embedded, but it is preferable that the amount to be embedded is larger. This is because a decrease in the degree of progress of the electrode reaction is further suppressed. In FIG. 6, the fact that the metal material 226 is scattered on the surface of the uppermost negative electrode active material particle 221 indicates that the above-described fine protrusions are present at the spot. Of course, the metal material 226 does not necessarily have to be scattered on the surface of the negative electrode active material particle 221, and may cover the entire surface.

特に、隙間224Bに入り込んだ金属材料226は、各階層における空隙225を埋め込む機能も果たしている。詳細には、負極材料が複数回に渡って堆積される場合には、その堆積時ごとに負極活物質粒子221の表面に上記した微細な突起部が生じる。このことから、金属材料226は、各階層における隙間224Bに充填されているだけでなく、各階層における空隙225も埋め込んでいる。   In particular, the metal material 226 that has entered the gap 224B also functions to fill the gap 225 in each layer. Specifically, when the negative electrode material is deposited a plurality of times, the fine protrusions described above are generated on the surface of the negative electrode active material particles 221 every time the negative electrode material is deposited. From this, the metal material 226 not only fills the gap 224B in each layer, but also fills the gap 225 in each layer.

なお、図5および図6では、負極活物質粒子221が多層構造を有しており、負極活物質層22B中に隙間224A,224Bの双方が存在している場合について説明したため、負極活物質層22Bが隙間224A,224Bに金属材料226を有している。これに対して、負極活物質粒子221が単層構造を有しており、負極活物質層22B中に隙間224Aだけが存在する場合には、負極活物質層22Bが隙間224Aだけに金属材料226を有することとなる。もちろん、空隙225は両者の場合において生じるため、いずれの場合においても空隙225に金属材料226を有することとなる。   5 and 6, the negative electrode active material particles 221 have a multilayer structure, and the case where both the gaps 224A and 224B exist in the negative electrode active material layer 22B has been described. 22B has a metal material 226 in the gaps 224A and 224B. On the other hand, when the negative electrode active material particle 221 has a single layer structure and only the gap 224A exists in the negative electrode active material layer 22B, the negative electrode active material layer 22B has the metal material 226 only in the gap 224A. It will have. Of course, since the gap 225 is generated in both cases, the gap 225 has the metal material 226 in either case.

セパレータ23は、正極21と負極22とを隔離し、両極の接触に起因する電流の短絡を防止しながらリチウムイオンを通過させるものである。このセパレータ23は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレンあるいはポリエチレンなどの合成樹脂からなる多孔質膜や、セラミックからなる多孔質膜などによって構成されており、これらの2種以上の多孔質膜が積層されたものであってもよい。   The separator 23 separates the positive electrode 21 and the negative electrode 22 and allows lithium ions to pass through while preventing a short circuit of current due to contact between the two electrodes. The separator 23 is made of, for example, a porous film made of a synthetic resin such as polytetrafluoroethylene, polypropylene, or polyethylene, or a porous film made of ceramic, and these two or more kinds of porous films are laminated. It may be what was done.

このセパレータ23には、液状の電解質として、上記した電解液が含浸されている。優れたサイクル特性、負荷特性、膨れ特性および安全性が得られるからである。なお、電解液中における第1〜第4の溶媒が上記した各特性に与える影響は、以下の通りである。   The separator 23 is impregnated with the above-described electrolytic solution as a liquid electrolyte. This is because excellent cycle characteristics, load characteristics, swell characteristics and safety can be obtained. In addition, the influence which the 1st-4th solvent in electrolyte solution has on each above-mentioned characteristic is as follows.

第1の溶媒である炭酸エチレン等は、主に、電池容量、サイクル特性および膨れ特性に影響を与える。この第1の溶媒の含有量が少ないと、電池容量およびサイクル特性は向上するが、膨れ特性は低下する。一方、第1の溶媒の含有量が多いと、膨れ特性は向上するが、電池容量およびサイクル特性は低下する。これらのことから、第1の溶媒の含有量が5重量%以上45重量%以下の適正範囲内であると、電池容量、サイクル特性および膨れ特性が軒並み向上する。   The first solvent, such as ethylene carbonate, mainly affects battery capacity, cycle characteristics, and swelling characteristics. When the content of the first solvent is small, the battery capacity and cycle characteristics are improved, but the swelling characteristics are lowered. On the other hand, when the content of the first solvent is large, the swelling characteristic is improved, but the battery capacity and the cycle characteristic are lowered. For these reasons, when the content of the first solvent is within an appropriate range of 5% by weight or more and 45% by weight or less, the battery capacity, the cycle characteristics, and the swelling characteristics are improved.

第2の溶媒である炭酸ジエチル等は、主に、電池容量、サイクル特性および膨れ特性に影響を与える。この第2の溶媒の含有量が少ないと、サイクル特性は向上するが、電池容量および膨れ特性は低下する。一方、第2の溶媒の含有量が多いと、電池容量および膨れ特性は向上するが、サイクル特性は低下する。これらのことから、第2の溶媒の含有量が40重量%以上70重量%以下の適正範囲内であると、電池容量、サイクル特性および膨れ特性が軒並み向上する。   The second solvent, such as diethyl carbonate, mainly affects battery capacity, cycle characteristics, and swelling characteristics. When the content of the second solvent is small, the cycle characteristics are improved, but the battery capacity and the swelling characteristics are lowered. On the other hand, when the content of the second solvent is large, the battery capacity and the swelling characteristics are improved, but the cycle characteristics are lowered. For these reasons, when the content of the second solvent is within an appropriate range of 40% by weight or more and 70% by weight or less, the battery capacity, the cycle characteristics, and the swelling characteristics are improved.

第3の溶媒である4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンは、主に、サイクル特性、負荷特性、膨れ特性および安全性に影響を与える。この第3の溶媒の含有量が少ないと、膨れ特性は向上するが、サイクル特性、負荷特性および安全性は低下する。一方、第3の溶媒の含有量が多いと、サイクル特性、負荷特性および安全性は向上するが、膨れ特性は低下する。これらのことから、第3の溶媒の含有量が1重量%以上15重量%以下の範囲内であると、サイクル特性、負荷特性、膨れ特性および安全性が軒並み向上する。   The third solvent, 4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one, mainly affects cycle characteristics, load characteristics, blister characteristics and safety. When the content of the third solvent is small, the swelling characteristic is improved, but the cycle characteristic, the load characteristic and the safety are lowered. On the other hand, when the content of the third solvent is large, cycle characteristics, load characteristics and safety are improved, but swelling characteristics are lowered. For these reasons, when the content of the third solvent is in the range of 1% by weight or more and 15% by weight or less, cycle characteristics, load characteristics, swell characteristics, and safety are improved.

第4の溶媒である4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン等は、主に、サイクル特性および膨れ特性に影響を与える。この第4の溶媒の含有量が少ないと、膨れ特性は向上するが、サイクル特性は低下する。一方、第4の溶媒の含有量が多いと、サイクル特性は向上するが、膨れ特性は低下する。これらのことから、第4の溶媒の含有量が3重量%以上24重量%以下の適正範囲内であると、サイクル特性および膨れ特性は軒並み向上する。   The fourth solvent, 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one, etc. mainly affects the cycle characteristics and the swelling characteristics. When the content of the fourth solvent is small, the swelling characteristic is improved, but the cycle characteristic is lowered. On the other hand, when the content of the fourth solvent is large, the cycle characteristics are improved, but the swelling characteristics are lowered. For these reasons, when the content of the fourth solvent is within an appropriate range of 3% by weight or more and 24% by weight or less, the cycle characteristics and the swollenness characteristics are improved.

なお、第3および第4の溶媒は、上記したように、サイクル特性、負荷特性、膨れ特性および安全性という多くの特性に影響を与え、特に、第3の溶媒は、膨れ特性に大きな影響を与える。これらのことから、第3および第4の溶媒の含有量の総和が4重量%以上25重量%以下の適正範囲内であると、サイクル特性、負荷特性および安全性が確保されたまま、膨れ特性の低下が抑えられる。   As described above, the third and fourth solvents affect many characteristics such as cycle characteristics, load characteristics, blister characteristics, and safety. In particular, the third solvent has a great influence on the blister characteristics. give. From these facts, when the total content of the third and fourth solvents is within an appropriate range of 4 wt% or more and 25 wt% or less, the swelling characteristics are maintained while the cycle characteristics, load characteristics and safety are ensured. Can be prevented from decreasing.

この二次電池では、充電を行うと、例えば、正極21からリチウムイオンが放出され、セパレータ23に含浸された電解液を介して負極22に吸蔵される。一方、放電を行うと、例えば、負極22からリチウムイオンが放出され、セパレータ23に含浸された電解液を介して正極21に吸蔵される。   In the secondary battery, when charged, for example, lithium ions are extracted from the positive electrode 21 and inserted in the negative electrode 22 through the electrolytic solution impregnated in the separator 23. On the other hand, when discharging is performed, for example, lithium ions are released from the negative electrode 22 and inserted into the positive electrode 21 through the electrolytic solution impregnated in the separator 23.

この二次電池は、例えば、以下のようにして製造される。   This secondary battery is manufactured as follows, for example.

まず、正極集電体21Aの両面に正極活物質層21Bを形成して正極21を作製する。この場合には、例えば、正極活物質と、導電剤と、結着剤とを混合した正極合剤を溶剤に分散させてペースト状の正極合剤スラリーとし、その正極合剤スラリーを正極集電体21Aの両面に塗布して乾燥させたのち、ロールプレス機で圧縮成型して正極活物質層21Bを形成する。また、例えば、正極21と同様の作製手順により、負極集電体22Aの両面に負極活物質層22Bを形成して負極22を作製する。   First, the positive electrode 21 is manufactured by forming the positive electrode active material layer 21B on both surfaces of the positive electrode current collector 21A. In this case, for example, a positive electrode mixture in which a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder are mixed is dispersed in a solvent to form a paste-like positive electrode mixture slurry, and the positive electrode mixture slurry is used as a positive electrode current collector. After applying and drying on both surfaces of the body 21A, the positive electrode active material layer 21B is formed by compression molding with a roll press. For example, the negative electrode 22 is manufactured by forming the negative electrode active material layer 22B on both surfaces of the negative electrode current collector 22A by the same manufacturing procedure as that of the positive electrode 21.

続いて、正極集電体21Aに正極リード25を溶接などして取り付けると共に、負極集電体22Aに負極リード26を溶接などして取り付ける。続いて、セパレータ23を介して正極21と負極22とを積層してから巻回させて巻回電極体20を形成したのち、正極リード25の先端部を安全弁機構15に溶接すると共に、負極リード26の先端部を電池缶11に溶接する。続いて、巻回電極体20を一対の絶縁板12,13で上下から挟みながら、電池缶11の内部に収納する。続いて、上記した電解液を調製したのち、電池缶11の内部に注入してセパレータ23に含浸させる。最後に、電池缶11の開口端部に、電池蓋14、安全弁機構15および熱感抵抗素子16をガスケット17を介してかしめて固定する。これにより、図および図2に示した二次電池が完成する。   Subsequently, the positive electrode lead 25 is attached to the positive electrode current collector 21A by welding or the like, and the negative electrode lead 26 is attached to the negative electrode current collector 22A by welding or the like. Subsequently, after the positive electrode 21 and the negative electrode 22 are laminated via the separator 23 and wound to form the wound electrode body 20, the tip of the positive electrode lead 25 is welded to the safety valve mechanism 15 and the negative electrode lead 26 is welded to the battery can 11. Subsequently, the wound electrode body 20 is housed inside the battery can 11 while being sandwiched between the pair of insulating plates 12 and 13 from above and below. Subsequently, after preparing the above electrolytic solution, it is injected into the battery can 11 and impregnated in the separator 23. Finally, the battery lid 14, the safety valve mechanism 15, and the heat sensitive resistance element 16 are caulked and fixed to the opening end of the battery can 11 via the gasket 17. As a result, the secondary battery shown in FIG. 2 is completed.

この円筒型の二次電池によれば、負極22の容量がリチウムの吸蔵および放出に基づいて表される場合に、上記した電解液を備えているので、充放電時においてリチウムの状態が安定化すると共に電解液の分解反応が抑制される。したがって、優れたサイクル特性、負荷特性、膨れ特性および安全性を得ることができる。   According to this cylindrical secondary battery, when the capacity of the negative electrode 22 is expressed based on insertion and extraction of lithium, the above-described electrolytic solution is provided, so that the state of lithium is stabilized during charging and discharging. In addition, the decomposition reaction of the electrolytic solution is suppressed. Therefore, excellent cycle characteristics, load characteristics, swelling characteristics and safety can be obtained.

この場合には、特に、負極22の負極活物質がリチウムを吸蔵および放出することが可能であると共に金属元素および半金属元素のうちの少なくとも1種を有する負極材料を含んでいれば、充放電時に電解液がより分解しやすくなるが、炭素材料を含んでいる場合よりも電解液の分解反応がより効果的に抑制されるため、より高い効果を得ることができる。   In this case, in particular, if the negative electrode active material of the negative electrode 22 is capable of inserting and extracting lithium and includes a negative electrode material having at least one of a metal element and a metalloid element, charge / discharge is performed. Sometimes the electrolytic solution is more easily decomposed, but a higher effect can be obtained because the decomposition reaction of the electrolytic solution is more effectively suppressed than when a carbon material is included.

この二次電池に関する他の効果は、上記した電解液について説明した場合と同様である。   Other effects relating to the secondary battery are the same as those described for the above-described electrolytic solution.

次に、第2および第3の二次電池について説明する。この際、第1の二次電池と共通の構成要素については同一符号を付し、その説明を省略するものとする。   Next, the second and third secondary batteries will be described. At this time, the same reference numerals are assigned to the same components as those of the first secondary battery, and the description thereof is omitted.

(第2の二次電池)
第2の二次電池は、負極22の構成が異なる点を除き、第1の二次電池と同様の構成、作用および効果を有しており、同様の手順によって製造される。
(Secondary secondary battery)
The second secondary battery has the same configuration, operation, and effect as the first secondary battery except that the configuration of the negative electrode 22 is different, and is manufactured by the same procedure.

負極22は、第1の二次電池と同様に、負極集電体22Aの両面に負極活物質層22Bが設けられたものである。負極活物質層22Bは、例えば、負極活物質として、ケイ素あるいはスズを構成元素として有する材料を含んでいる。具体的には、例えば、ケイ素の単体、合金あるいは化合物、またはスズの単体、合金あるいは化合物を含んでおり、それらの2種以上を含んでいてもよい。   The negative electrode 22 is provided with a negative electrode active material layer 22B on both surfaces of a negative electrode current collector 22A, as in the first secondary battery. The negative electrode active material layer 22B includes, for example, a material having silicon or tin as a constituent element as a negative electrode active material. Specifically, for example, a simple substance, an alloy or a compound of silicon, or a simple substance, an alloy or a compound of tin is included, and two or more kinds thereof may be included.

この負極活物質層22Bは、気相法、液相法、溶射法あるいは焼成法、またはそれらの2種以上の方法を用いて形成されたものであり、負極活物質層22Bと負極集電体22Aとが界面の少なくとも一部において合金化しているのが好ましい。具体的には、界面において、負極集電体22Aの構成元素が負極活物質層22Bに拡散していてもよいし、負極活物質層22Bの構成元素が負極集電体22Aに拡散していてもよいし、両者の構成元素が互いに拡散し合っていてもよい。充放電時において負極活物質層22Bの膨張および収縮に伴う破壊が抑制されると共に、負極活物質層22Bと負極集電体22Aとの間の電子伝導性が向上するからである。   The negative electrode active material layer 22B is formed by using a vapor phase method, a liquid phase method, a thermal spraying method, a firing method, or two or more of these methods. The negative electrode active material layer 22B and the negative electrode current collector It is preferable that 22A is alloyed in at least a part of the interface. Specifically, at the interface, the constituent elements of the negative electrode current collector 22A may diffuse into the negative electrode active material layer 22B, or the constituent elements of the negative electrode active material layer 22B diffuse into the negative electrode current collector 22A. Alternatively, the constituent elements of both may diffuse to each other. This is because, during charging / discharging, breakage due to expansion and contraction of the negative electrode active material layer 22B is suppressed, and electronic conductivity between the negative electrode active material layer 22B and the negative electrode current collector 22A is improved.

なお、気相法としては、例えば、物理堆積法あるいは化学堆積法、具体的には真空蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法、レーザーアブレーション法、熱化学気相成長(Chemical Vapor Deposition :CVD)法あるいはプラズマ化学気相成長法などが挙げられる。液相法としては、電気鍍金あるいは無電解鍍金などの公知の手法を用いることができる。焼成法とは、例えば、粒子状の負極活物質を結着剤などと混合してから溶剤に分散させて塗布したのち、結着剤などの融点よりも高い温度で熱処理する方法である。焼成法に関しても公知の手法が利用可能であり、例えば、雰囲気焼成法、反応焼成法あるいはホットプレス焼成法が挙げられる。   As the vapor phase method, for example, physical deposition method or chemical deposition method, specifically, vacuum deposition method, sputtering method, ion plating method, laser ablation method, thermal chemical vapor deposition (CVD) Or plasma chemical vapor deposition. As the liquid phase method, a known method such as electroplating or electroless plating can be used. The firing method is, for example, a method in which a particulate negative electrode active material is mixed with a binder, dispersed in a solvent, applied, and then heat-treated at a temperature higher than the melting point of the binder. A known method can also be used for the firing method, for example, an atmospheric firing method, a reactive firing method, or a hot press firing method.

(第3の二次電池)
第3の二次電池は、負極22の容量がリチウムの析出および溶解に基づいて表されるリチウム金属二次電池である。この二次電池は、負極活物質層22Bがリチウム金属によって構成されている点を除き、第1の二次電池と同様の構成を有しており、同様の手順によって製造される。
(Third secondary battery)
The third secondary battery is a lithium metal secondary battery in which the capacity of the negative electrode 22 is expressed based on precipitation and dissolution of lithium. This secondary battery has the same configuration as the first secondary battery except that the negative electrode active material layer 22B is made of lithium metal, and is manufactured by the same procedure.

この二次電池は、負極活物質としてリチウム金属を用いており、これによって高いエネルギー密度を得ることができるようになっている。負極活物質層22Bは、組み立て時から既に存在するようにしてもよいが、組み立て時には存在せず、充電時に析出したリチウム金属によって構成されるようにしてもよい。また、負極活物質層22Bを集電体としても利用することにより、負極集電体22Aを省略するようにしてもよい。   This secondary battery uses lithium metal as a negative electrode active material, and can thereby obtain a high energy density. The negative electrode active material layer 22B may already exist from the time of assembly, but may not be present at the time of assembly, and may be configured by lithium metal deposited during charging. Further, the negative electrode current collector 22A may be omitted by using the negative electrode active material layer 22B as a current collector.

この二次電池では、充電を行うと、例えば、正極21からリチウムイオンが放出され、セパレータ23に含浸された電解液を介して負極集電体22Aの表面にリチウム金属となって析出する。一方、放電を行うと、例えば、負極活物質層22Bからリチウム金属がリチウムイオンとなって溶出し、セパレータ23に含浸された電解液を介して正極21に吸蔵される。   In the secondary battery, when charged, for example, lithium ions are extracted from the positive electrode 21 and deposited as lithium metal on the surface of the negative electrode current collector 22A through the electrolytic solution impregnated in the separator 23. On the other hand, when discharging is performed, for example, lithium metal is eluted from the negative electrode active material layer 22 </ b> B as lithium ions and inserted into the positive electrode 21 through the electrolytic solution impregnated in the separator 23.

この円筒型の二次電池によれば、負極22の容量がリチウムの析出および溶解に基づいて表される場合に、上記した電解液を備えているので、優れたサイクル特性、負荷特性、膨れ特性および安全性を得ることができる。この二次電池に関する他の効果は、上記した第1の二次電池と同様である。   According to this cylindrical secondary battery, when the capacity of the negative electrode 22 is expressed based on the precipitation and dissolution of lithium, the above-described electrolytic solution is provided, so that excellent cycle characteristics, load characteristics, and swelling characteristics are provided. And you can get safety. Other effects relating to the secondary battery are the same as those of the first secondary battery described above.

(第4の二次電池)
図7は第4の二次電池の分解斜視構成を表しており、図8は図7に示した巻回電極体30のVIII−VIII線に沿った断面を拡大して示している。
(Fourth secondary battery)
FIG. 7 shows an exploded perspective configuration of the fourth secondary battery, and FIG. 8 shows an enlarged cross section taken along line VIII-VIII of the spirally wound electrode body 30 shown in FIG.

この二次電池は、例えば、上記した第1の二次電池と同様にリチウムイオン二次電池であり、主に、フィルム状の外装部材40の内部に、正極リード31および負極リード32が取り付けられた巻回電極体30が収納されたものである。このフィルム状の外装部材40を用いた電池構造は、ラミネートフィルム型と呼ばれている。   The secondary battery is, for example, a lithium ion secondary battery, similar to the first secondary battery described above, and the positive electrode lead 31 and the negative electrode lead 32 are mainly attached to the inside of the film-shaped exterior member 40. The wound electrode body 30 is accommodated. The battery structure using the film-shaped exterior member 40 is called a laminate film type.

正極リード31および負極リード32は、例えば、外装部材40の内部から外部に向かって同一方向に導出されている。正極リード31は、例えば、アルミニウムなどの金属材料によって構成されており、負極リード32は、例えば、銅、ニッケルあるいはステンレスなどの金属材料によって構成されている。これらの金属材料は、例えば、薄板状あるいは網目状になっている。   For example, the positive electrode lead 31 and the negative electrode lead 32 are led out in the same direction from the inside of the exterior member 40 toward the outside. The positive electrode lead 31 is made of, for example, a metal material such as aluminum, and the negative electrode lead 32 is made of, for example, a metal material such as copper, nickel, or stainless steel. These metal materials are, for example, in a thin plate shape or a mesh shape.

外装部材40は、例えば、ナイロンフィルム、アルミニウム箔およびポリエチレンフィルムがこの順に貼り合わされたアルミラミネートフィルムによって構成されている。この外装部材40は、例えば、ポリエチレンフィルムが巻回電極体30と対向するように、2枚の矩形型のアルミラミネートフィルムの外縁部同士が融着あるいは接着剤によって互いに接着された構造を有している。   The exterior member 40 is made of, for example, an aluminum laminated film in which a nylon film, an aluminum foil, and a polyethylene film are bonded together in this order. The exterior member 40 has a structure in which, for example, outer edges of two rectangular aluminum laminate films are bonded to each other by fusion or an adhesive so that the polyethylene film faces the wound electrode body 30. ing.

外装部材40と正極リード31および負極リード32との間には、外気の侵入を防止するための密着フィルム41が挿入されている。この密着フィルム41は、正極リード31および負極リード32に対して密着性を有する材料によって構成されている。このような材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリエチレンあるいは変性ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂が挙げられる。   An adhesive film 41 is inserted between the exterior member 40 and the positive electrode lead 31 and the negative electrode lead 32 to prevent intrusion of outside air. The adhesion film 41 is made of a material having adhesion to the positive electrode lead 31 and the negative electrode lead 32. Examples of such a material include polyolefin resins such as polyethylene, polypropylene, modified polyethylene, and modified polypropylene.

なお、外装部材40は、上記したアルミラミネートフィルムに代えて、他の積層構造を有するラミネートフィルムによって構成されていてもよいし、ポリプロピレンなどの高分子フィルムあるいは金属フィルムによって構成されていてもよい。   In addition, the exterior member 40 may be constituted by a laminate film having another laminated structure instead of the above-described aluminum laminate film, or may be constituted by a polymer film such as polypropylene or a metal film.

電極巻回体30は、セパレータ35および電解質36を介して正極33と負極34とが積層されてから巻回されたものであり、その最外周部は、保護テープ37によって保護されている。   The electrode winding body 30 is wound after the positive electrode 33 and the negative electrode 34 are laminated via the separator 35 and the electrolyte 36, and the outermost periphery thereof is protected by a protective tape 37.

正極33は、例えば、正極集電体33Aの両面に正極活物質層33Bが設けられたものである。負極34は、例えば、負極集電体34Aの両面に負極活物質層34Bが設けられたものであり、その負極活物質層34Bが正極活物質層33Bと対向するように配置されている。正極集電体33A、正極活物質層33B、負極集電体34A、負極活物質層34Bおよびセパレータ35の構成は、それぞれ上記した第1の二次電池における正極集電体21A、正極活物質層21B、負極集電体22A、負極活物質層22Bおよびセパレータ23の構成と同様である。   In the positive electrode 33, for example, a positive electrode active material layer 33B is provided on both surfaces of a positive electrode current collector 33A. The negative electrode 34 is, for example, provided with a negative electrode active material layer 34B on both surfaces of a negative electrode current collector 34A, and the negative electrode active material layer 34B is disposed so as to face the positive electrode active material layer 33B. The configuration of the positive electrode current collector 33A, the positive electrode active material layer 33B, the negative electrode current collector 34A, the negative electrode active material layer 34B, and the separator 35 is the same as that of the positive electrode current collector 21A and the positive electrode active material layer in the first secondary battery described above. The configurations of 21B, the negative electrode current collector 22A, the negative electrode active material layer 22B, and the separator 23 are the same.

電解質36は、上記した電解液と、それを保持する高分子化合物とを含んでおり、いわゆるゲル状の電解質である。ゲル状の電解質は、高いイオン伝導率(例えば、室温で1mS/cm以上)が得られると共に漏液が防止されるので好ましい。   The electrolyte 36 is a so-called gel electrolyte that includes the above-described electrolytic solution and a polymer compound that holds the electrolytic solution. A gel electrolyte is preferable because high ion conductivity (for example, 1 mS / cm or more at room temperature) is obtained and liquid leakage is prevented.

高分子化合物としては、例えば、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデンとポリヘキサフルオロピレンとの共重合体、ポリテトラフルオロエチレン、ポリヘキサフルオロプロピレン、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリフォスファゼン、ポリシロキサン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリメタクリル酸メチル、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、スチレン−ブタジエンゴム、ニトリル−ブタジエンゴム、ポリスチレン、あるいはポリカーボネートなどが挙げられる。これらは単独でもよいし、複数種が混合されてもよい。中でも、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリヘキサフルオロプロピレンあるいはポリエチレンオキサイドが好ましい。電気化学的に安定だからである。   Examples of the polymer compound include polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, a copolymer of polyvinylidene fluoride and polyhexafluoropyrene, polytetrafluoroethylene, polyhexafluoropropylene, polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyphosphazene, poly Examples thereof include siloxane, polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, polymethyl methacrylate, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, styrene-butadiene rubber, nitrile-butadiene rubber, polystyrene, and polycarbonate. These may be single and multiple types may be mixed. Among these, polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, polyhexafluoropropylene or polyethylene oxide is preferable. This is because it is electrochemically stable.

ゲル状の電解質である電解質36において、電解液の溶媒とは、液状の溶媒だけでなく、電解質塩を解離させることが可能なイオン伝導性を有するものまで含む広い概念である。したがって、イオン伝導性を有する高分子化合物を用いる場合には、その高分子化合物も溶媒に含まれる。   In the electrolyte 36 which is a gel electrolyte, the solvent of the electrolytic solution is a wide concept including not only a liquid solvent but also an ion conductive substance capable of dissociating the electrolyte salt. Accordingly, when a polymer compound having ion conductivity is used, the polymer compound is also included in the solvent.

なお、電解液を高分子化合物に保持させたゲル状の電解質36に代えて、電解液をそのまま用いてもよい。この場合には、電解液がセパレータ35に含浸される。   Instead of the gel electrolyte 36 in which the electrolytic solution is held by the polymer compound, the electrolytic solution may be used as it is. In this case, the separator 35 is impregnated with the electrolytic solution.

この二次電池は、例えば、以下の3種類の製造方法によって製造される。   This secondary battery is manufactured by the following three types of manufacturing methods, for example.

第1の製造方法では、最初に、例えば、上記した第1の二次電池における正極21および負極22の作製手順と同様の手順により、正極集電体33Aの両面に正極活物質層33Bを形成して正極33を作製すると共に、負極集電体34Aの両面に負極活物質層34Bを形成して負極34を作製する。続いて、電解液と、高分子化合物と、溶剤とを含む前駆溶液を調製して正極33および負極34に塗布したのち、溶剤を揮発させてゲル状の電解質36を形成する。続いて、正極集電体33Aに正極リード31を取り付けると共に、負極集電体34Aに負極リード32を取り付ける。続いて、電解質36が形成された正極33と負極34とをセパレータ35を介して積層させてから長手方向に巻回し、その最外周部に保護テープ37を接着させて巻回電極体30を作製する。最後に、例えば、2枚のフィルム状の外装部材40の間に巻回電極体30を挟み込んだのち、その外装部材40の外縁部同士を熱融着などで接着させて巻回電極体30を封入する。この際、正極リード31および負極リード32と外装部材40との間に、密着フィルム41を挿入する。これにより、図7および図8に示した二次電池が完成する。   In the first manufacturing method, first, the positive electrode active material layer 33B is formed on both surfaces of the positive electrode current collector 33A, for example, by the same procedure as the positive electrode 21 and the negative electrode 22 in the first secondary battery described above. Thus, the negative electrode 34 is manufactured by forming the negative electrode active material layer 34B on both surfaces of the negative electrode current collector 34A. Then, after preparing the precursor solution containing electrolyte solution, a high molecular compound, and a solvent and apply | coating to the positive electrode 33 and the negative electrode 34, the solvent is volatilized and the gel electrolyte 36 is formed. Subsequently, the positive electrode lead 31 is attached to the positive electrode current collector 33A, and the negative electrode lead 32 is attached to the negative electrode current collector 34A. Subsequently, the positive electrode 33 and the negative electrode 34 on which the electrolyte 36 is formed are stacked via the separator 35 and then wound in the longitudinal direction, and a protective tape 37 is adhered to the outermost peripheral portion thereof to produce the wound electrode body 30. To do. Finally, for example, after the wound electrode body 30 is sandwiched between two film-shaped exterior members 40, the outer edge portions of the exterior member 40 are bonded to each other by heat fusion or the like, so that the wound electrode body 30 is Encapsulate. At this time, the adhesion film 41 is inserted between the positive electrode lead 31 and the negative electrode lead 32 and the exterior member 40. Thereby, the secondary battery shown in FIGS. 7 and 8 is completed.

第2の製造方法では、最初に、正極33に正極リード31を取り付けると共に負極34に負極リード32を取り付けたのち、セパレータ35を介して正極33と負極34とを積層して巻回させたのち、その最外周部に保護テープ37を接着させて、巻回電極体30の前駆体である巻回体を作製する。続いて、2枚のフィルム状の外装部材40の間に巻回体を挟み込んだのち、一辺の外周縁部を除いた残りの外周縁部を熱融着などで接着させて、袋状の外装部材40の内部に巻回体を収納する。続いて、電解液と、高分子化合物の原料であるモノマーと、重合開始剤と、必要に応じて重合禁止剤などの他の材料とを含む電解質用組成物を調製して袋状の外装部材40の内部に注入したのち、外装部材40の開口部を熱融着などで密封する。最後に、モノマーを熱重合させて高分子化合物とすることにより、ゲル状の電解質36を形成する。これにより、二次電池が完成する。   In the second manufacturing method, first, after attaching the positive electrode lead 31 to the positive electrode 33 and the negative electrode lead 32 to the negative electrode 34, the positive electrode 33 and the negative electrode 34 are stacked and wound via the separator 35. Then, a protective tape 37 is adhered to the outermost peripheral portion to produce a wound body that is a precursor of the wound electrode body 30. Subsequently, after sandwiching the wound body between the two film-shaped exterior members 40, the remaining outer peripheral edge except for the outer peripheral edge on one side is adhered by heat fusion or the like, thereby forming a bag-shaped exterior The wound body is accommodated in the member 40. Subsequently, an electrolyte composition containing an electrolytic solution, a monomer that is a raw material of the polymer compound, a polymerization initiator, and other materials such as a polymerization inhibitor as necessary is prepared to form a bag-shaped exterior member. After injecting into the inside of 40, the opening part of the exterior member 40 is sealed by heat sealing or the like. Finally, the gel electrolyte 36 is formed by thermally polymerizing the monomer to obtain a polymer compound. Thereby, the secondary battery is completed.

第3の製造方法では、最初に、高分子化合物が両面に塗布されたセパレータ35を用いることを除き、上記した第2の製造方法と同様に、巻回体を形成して袋状の外装部材40の内部に収納する。このセパレータ35に塗布する高分子化合物としては、例えば、フッ化ビニリデンを成分とする重合体、すなわち単独重合体、共重合体あるいは多元共重合体などが挙げられる。具体的には、ポリフッ化ビニリデンや、フッ化ビニリデンおよびヘキサフルオロプロピレンを成分とする二元系共重合体や、フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレンおよびクロロトリフルオロエチレンを成分とする三元系共重合体などである。なお、高分子化合物は、上記したフッ化ビニリデンを成分とする重合体と共に、他の1種あるいは2種以上の高分子化合物を含んでいてもよい。続いて、電解液を調製して外装部材40の内部に注入したのち、その外装部材40の開口部を熱融着などで密封する。最後に、外装部材40に加重をかけながら加熱し、高分子化合物を介してセパレータ35を正極33および負極34に密着させる。これにより、電解液が高分子化合物に含浸し、その高分子化合物がゲル化して電解質36が形成されるため、二次電池が完成する。   In the third manufacturing method, a wound body is formed by forming a wound body in the same manner as in the second manufacturing method described above except that the separator 35 coated with the polymer compound on both sides is used first. 40 is housed inside. Examples of the polymer compound applied to the separator 35 include a polymer containing vinylidene fluoride as a component, that is, a homopolymer, a copolymer, or a multi-component copolymer. Specifically, polyvinylidene fluoride, binary copolymers containing vinylidene fluoride and hexafluoropropylene as components, and ternary copolymers containing vinylidene fluoride, hexafluoropropylene and chlorotrifluoroethylene as components. Such as coalescence. In addition, the high molecular compound may contain the other 1 type, or 2 or more types of high molecular compound with the polymer which uses the above-mentioned vinylidene fluoride as a component. Subsequently, after the electrolytic solution is prepared and injected into the exterior member 40, the opening of the exterior member 40 is sealed by heat fusion or the like. Finally, the exterior member 40 is heated while applying a load, and the separator 35 is brought into close contact with the positive electrode 33 and the negative electrode 34 through the polymer compound. As a result, the electrolytic solution is impregnated into the polymer compound, and the polymer compound is gelled to form the electrolyte 36. Thus, the secondary battery is completed.

この第3の製造方法では、第1の製造方法と比較して、二次電池の膨れが抑制される。また、第3の製造方法では、第2の製造方法と比較して、高分子化合物の原料であるモノマーや溶媒などが電解質36中にほとんど残らず、しかも高分子化合物の形成工程が良好に制御されるため、正極33、負極34およびセパレータ35と電解質36との間において十分な密着性が得られる。   In the third manufacturing method, the swollenness of the secondary battery is suppressed as compared with the first manufacturing method. Further, in the third manufacturing method, compared with the second manufacturing method, there are hardly any monomers or solvents that are raw materials for the polymer compound remaining in the electrolyte 36, and the formation process of the polymer compound is well controlled. Therefore, sufficient adhesion is obtained between the positive electrode 33, the negative electrode 34, the separator 35, and the electrolyte 36.

このラミネートフィルム型の二次電池によれば、負極34の容量がリチウムの吸蔵および放出に基づいて表される場合に、上記した電解液を備えているので、第1の二次電池と同様に、優れたサイクル特性、負荷特性、膨れ特性および安全性を得ることができる。この二次電池に関する上記以外の効果は、第1の二次電池と同様である。   According to this laminated film type secondary battery, when the capacity of the negative electrode 34 is expressed based on insertion and extraction of lithium, the above-described electrolytic solution is provided, so that the same as the first secondary battery. Excellent cycle characteristics, load characteristics, swell characteristics and safety can be obtained. The effects of the secondary battery other than those described above are the same as those of the first secondary battery.

もちろん、ラミネートフィルム型の二次電池は、第1の二次電池と同様の構成に限らず、第2あるいは第3の二次電池と同様の構成を有していてもよい。   Of course, the laminated film type secondary battery is not limited to the same configuration as the first secondary battery, and may have the same configuration as the second or third secondary battery.

本発明の実施例について詳細に説明する。   Examples of the present invention will be described in detail.

(実施例1−1)
以下の手順により、図7および図8に示したラミネートフィルム型の二次電池を作製した。この際、負極34の容量がリチウムの吸蔵および放出に基づいて表されるリチウムイオン二次電池となるようにした。
(Example 1-1)
The laminate film type secondary battery shown in FIGS. 7 and 8 was produced by the following procedure. At this time, a lithium ion secondary battery in which the capacity of the negative electrode 34 is expressed based on insertion and extraction of lithium was made.

まず、正極33を作製した。最初に、炭酸リチウム(Li2 CO3 )と炭酸コバルト(CoCO3 )とを0.5:1のモル比で混合したのち、空気中において900℃×5時間の条件で焼成してリチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2 )を得た。続いて、正極活物質としてリチウムコバルト複合酸化物91質量部と、導電剤としてグラファイト6質量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン3質量部とを混合して正極合剤としたのち、N−メチル−2−ピロリドンに分散させてペースト状の正極合剤スラリーとした。続いて、バーコータによって帯状のアルミニウム箔(厚さ=12μm)からなる正極集電体33Aの両面に正極合剤スラリーを均一に塗布して乾燥させたのち、ロールプレス機によって圧縮成形して正極活物質層33Bを形成した。 First, the positive electrode 33 was produced. First, lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) and cobalt carbonate (CoCO 3 ) are mixed at a molar ratio of 0.5: 1, and then calcined in air at 900 ° C. for 5 hours to form a lithium cobalt composite. An oxide (LiCoO 2 ) was obtained. Subsequently, 91 parts by mass of lithium cobalt composite oxide as a positive electrode active material, 6 parts by mass of graphite as a conductive agent, and 3 parts by mass of polyvinylidene fluoride as a binder were mixed to form a positive electrode mixture. Dispersed in methyl-2-pyrrolidone to obtain a paste-like positive electrode mixture slurry. Subsequently, the positive electrode mixture slurry was uniformly applied to both surfaces of the positive electrode current collector 33A made of a strip-shaped aluminum foil (thickness = 12 μm) by a bar coater, dried, and then compression-molded by a roll press to perform positive electrode activation. A material layer 33B was formed.

次に、電解銅箔からなる負極集電体34A(厚さ=15μm)を準備したのち、電子ビーム蒸着法によって負極集電体34Aの両面に負極活物質としてケイ素を堆積させて複数の負極活物質粒子を形成し、負極活物質層34Bを形成することにより、負極34を作製した。この負極活物質層34Bを形成する場合には、1回の堆積工程で負極活物質粒子を形成することにより、負極活物質粒子が単層構造を有するようにした。また、負極集電体34Aの片面側の厚さが10μmとなるようにした。   Next, after preparing a negative electrode current collector 34A (thickness = 15 μm) made of an electrolytic copper foil, silicon is deposited as a negative electrode active material on both surfaces of the negative electrode current collector 34A by an electron beam evaporation method to form a plurality of negative electrode active materials. The negative electrode 34 was produced by forming the material particles and forming the negative electrode active material layer 34B. When forming this negative electrode active material layer 34B, the negative electrode active material particles were formed in a single deposition step so that the negative electrode active material particles had a single layer structure. The thickness of one side of the negative electrode current collector 34A was set to 10 μm.

次に、溶媒として、第1の溶媒(溶媒1)である炭酸プロピレン(PC)と、第2の溶媒(溶媒2)である炭酸ジエチル(DEC)と、第3の溶媒(溶媒3)であるトランス−4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン(t−DFEC)と、第4の溶媒(溶媒4)である4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン(FEC)とを混合したのち、電解質塩として六フッ化リン酸リチウム(LiPF6 )を溶解させて、電解液を調製した。この際、溶媒の組成(PC:DEC:t−DFEC:FEC)を重量比で44:50:1:5とし、電解液中における六フッ化リン酸リチウムの濃度を1mol/kgとした。 Next, as a solvent, propylene carbonate (PC) as a first solvent (solvent 1), diethyl carbonate (DEC) as a second solvent (solvent 2), and a third solvent (solvent 3). Trans-4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one (t-DFEC) and 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one (FEC) as the fourth solvent (solvent 4) Then, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) was dissolved as an electrolyte salt to prepare an electrolytic solution. At this time, the composition of the solvent (PC: DEC: t-DFEC: FEC) was 44: 50: 1: 5 by weight, and the concentration of lithium hexafluorophosphate in the electrolyte was 1 mol / kg.

最後に、正極33および負極34と共に電解液を用いて二次電池を組み立てた。最初に、正極集電体33Aの一端にアルミニウム製の正極リード31を溶接すると共に、負極集電体34Aの一端にニッケル製の負極リード32を溶接した。続いて、正極33と、微多孔性ポリプロピレンフィルムからなるセパレータ35(厚さ=25μm)と、負極34とをこの順に積層してから長手方向に巻回させたのち、粘着テープからなる保護テープ37で巻き終わり部分を固定して、巻回電極体30の前駆体である巻回体を形成した。続いて、外側から、ナイロンフィルム(厚さ=30μm)と、アルミニウム箔(厚さ=40μm)と、無延伸ポリプロピレンフィルム(厚さ=30μm)とが積層された3層構造のラミネートフィルム(総厚=100μm)からなる外装部材40の間に巻回体を挟み込んだのち、一辺を除く外縁部同士を熱融着して、袋状の外装部材40の内部に巻回体を収納した。続いて、外装部材40の開口部から電解液を注入し、セパレータ35に含浸させて巻回電極体30を作製した。最後に、真空雰囲気中において外装部材40の開口部を熱融着して封止することにより、ラミネートフィルム型の二次電池が完成した。この二次電池については、負極34の充放電容量が正極33の充放電容量よりも大きくなるように正極活物質層33Bの厚さを調節することにより、満充電時において負極34にリチウム金属が析出しないようにした。   Finally, a secondary battery was assembled using the electrolytic solution together with the positive electrode 33 and the negative electrode 34. First, the positive electrode lead 31 made of aluminum was welded to one end of the positive electrode current collector 33A, and the negative electrode lead 32 made of nickel was welded to one end of the negative electrode current collector 34A. Subsequently, the positive electrode 33, the separator 35 (thickness = 25 μm) made of a microporous polypropylene film, and the negative electrode 34 are laminated in this order and then wound in the longitudinal direction, and then a protective tape 37 made of an adhesive tape. Then, the winding end portion was fixed to form a wound body that is a precursor of the wound electrode body 30. Subsequently, a laminate film (total thickness) in which a nylon film (thickness = 30 μm), an aluminum foil (thickness = 40 μm), and an unstretched polypropylene film (thickness = 30 μm) are laminated from the outside. = 100 μm), the wound body was sandwiched between the exterior members 40, and the outer edges except for one side were heat-sealed to accommodate the wound body inside the bag-shaped exterior member 40. Subsequently, an electrolytic solution was injected from the opening of the exterior member 40 and impregnated in the separator 35 to produce a wound electrode body 30. Finally, the laminated film type secondary battery was completed by thermally sealing and sealing the opening of the exterior member 40 in a vacuum atmosphere. For this secondary battery, by adjusting the thickness of the positive electrode active material layer 33 </ b> B so that the charge / discharge capacity of the negative electrode 34 is larger than the charge / discharge capacity of the positive electrode 33, lithium metal is present on the negative electrode 34 during full charge. It was made not to precipitate.

(実施例1−2〜1−14)
溶媒の組成(PC:DEC:t−DFEC:FEC)を40:50:5:5(実施例1−2)、35:50:10:5(実施例1−3)、30:50:15:5(実施例1−4)、30:50:10:10(実施例1−5)、25:50:10:15(実施例1−6)、36:60:1:3(実施例1−7)、39:50:1:10(実施例1−8)、25:50:1:24(実施例1−9)、25:50:5:20(実施例1−10)、45:40:10:5(実施例1−11)、40:45:10:5(実施例1−12)、15:70:10:5(実施例1−13)、あるいは5:70:10:15(実施例1−14)に変更したことを除き、実施例1−1と同様の手順を経た。
(Examples 1-2 to 1-14)
The composition of the solvent (PC: DEC: t-DFEC: FEC) was 40: 50: 5: 5 (Example 1-2), 35: 50: 10: 5 (Example 1-3), 30:50:15 : 5 (Example 1-4), 30: 50: 10: 10 (Example 1-5), 25: 50: 10: 15 (Example 1-6), 36: 60: 1: 3 (Example) 1-7), 39: 50: 1: 10 (Example 1-8), 25: 50: 1: 24 (Example 1-9), 25: 50: 5: 20 (Example 1-10), 45: 40: 10: 5 (Example 1-11), 40: 45: 10: 5 (Example 1-12), 15: 70: 10: 5 (Example 1-13), or 5:70: The procedure was the same as that of Example 1-1 except that the ratio was changed to 10:15 (Example 1-14).

(実施例1−15)
溶媒3としてt−DFECに代えてシス−4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン(c−DFEC)を用いたことを除き、実施例1−3と同様の手順を経た。
(Example 1-15)
A procedure similar to that of Example 1-3 was performed except that cis-4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one (c-DFEC) was used as the solvent 3 instead of t-DFEC.

(実施例1−16,1−17)
溶媒2として炭酸ジメチル(DMC:実施例1−16)あるいは炭酸エチルメチル(EMC:実施例1−17)を加え、その溶媒2の組成(DEC:DMCあるいはDEC:EMC)を重量比で45:5に変更したことを除き、実施例1−3と同様の手順を経た。
(Examples 1-16 and 1-17)
Dimethyl carbonate (DMC: Example 1-16) or ethyl methyl carbonate (EMC: Example 1-17) was added as solvent 2, and the composition of solvent 2 (DEC: DMC or DEC: EMC) was 45: Except for the change to 5, the same procedure as in Example 1-3 was performed.

(実施例1−18〜1−20)
溶媒4としてFECに代えて炭酸フルオロメチルメチル(FDMC:実施例1−18)、炭酸ビス(フルオロメチル)(DFDMC:実施例1−19)、あるいは炭酸ビニレン(VC)(実施例1−20)を用いたことを除き、実施例1−3と同様の手順を経た。
(Examples 1-18 to 1-20)
Instead of FEC as solvent 4, fluoromethyl methyl carbonate (FDMC: Example 1-18), bis (fluoromethyl) carbonate (DFDMC: Example 1-19), or vinylene carbonate (VC) (Example 1-20) A procedure similar to that of Example 1-3 was performed except that was used.

(実施例1−21〜1−25)
溶媒1としてPCに代えて炭酸エチレン(EC:実施例1−21)、炭酸ブチレン(BC:実施例1−22)、γ−ブチルラクトン(GBL:実施例1−23)、γ−バレロラクトン(GVL:実施例1−24)、あるいは4−トリフルオロメチル−1,3−ジオキソラン−2−オン(TFPC:実施例1−25)を用いたことを除き、実施例1−3と同様の手順を経た。
(Examples 1-21 to 1-25)
Instead of PC as solvent 1, ethylene carbonate (EC: Example 1-21), butylene carbonate (BC: Example 1-22), γ-butyllactone (GBL: Example 1-23), γ-valerolactone ( GVL: Example 1-24), or procedure similar to Example 1-3, except that 4-trifluoromethyl-1,3-dioxolan-2-one (TFPC: Example 1-25) was used It went through.

(比較例1−1)
溶媒3,4(t−DFECおよびFEC)を用いず、溶媒の組成(PC:DEC)を重量比で30:70に変更したことを除き、実施例1−1と同様の手順を経た。
(Comparative Example 1-1)
A procedure similar to that of Example 1-1 was performed, except that the solvents 3 and 4 (t-DFEC and FEC) were not used and the composition of the solvent (PC: DEC) was changed to 30:70 by weight ratio.

(比較例1−2)
溶媒4(FEC)を用いず、溶媒の組成(PC:DEC:t−DFEC)を重量比で35:50:15に変更したことを除き、実施例1−1と同様の手順を経た。
(Comparative Example 1-2)
The same procedure as in Example 1-1 was performed except that the solvent composition (PC: DEC: t-DFEC) was changed to 35:50:15 by weight ratio without using the solvent 4 (FEC).

(比較例1−3)
溶媒3(t−DFEC)を用いず、溶媒の組成(PC:DEC:FEC)を重量比で25:50:25に変更したことを除き、実施例1−1と同様の手順を経た。
(Comparative Example 1-3)
The same procedure as in Example 1-1 was performed, except that the solvent 3 (t-DFEC) was not used and the composition of the solvent (PC: DEC: FEC) was changed to 25:50:25 by weight ratio.

(比較例1−4〜1−10)
溶媒の組成(PC:DEC:t−DFEC:FEC)を10:75:10:5(比較例1−4)、50:35:10:5(比較例1−5)、10:50:10:30(比較例1−6)、25:50:20:5(比較例1−7)、34:50:15:1(比較例1−8)、24.5:50:0.5:25(比較例1−9)、あるいは35:63:1:1(比較例1−10)に変更したことを除き、実施例1−1と同様の手順を経た。
(Comparative Examples 1-4 to 1-10)
The composition of the solvent (PC: DEC: t-DFEC: FEC) was 10: 75: 10: 5 (Comparative Example 1-4), 50: 35: 10: 5 (Comparative Example 1-5), 10:50:10 : 30 (Comparative Example 1-6), 25: 50: 20: 5 (Comparative Example 1-7), 34: 50: 15: 1 (Comparative Example 1-8), 24.5: 50: 0.5: The procedure was the same as that of Example 1-1 except that it was changed to 25 (Comparative Example 1-9) or 35: 63: 1: 1 (Comparative Example 1-10).

これらの実施例1−1〜1−25および比較例1−1〜1−10の二次電池についてサイクル特性、負荷特性、膨れ特性および安全性を調べたところ、表1〜表4に示した結果が得られた。   The cycle characteristics, load characteristics, swelling characteristics and safety of the secondary batteries of Examples 1-1 to 1-25 and Comparative Examples 1-1 to 1-10 were examined. The results are shown in Tables 1 to 4. Results were obtained.

サイクル特性を調べる際には、23℃の雰囲気中において2サイクル充放電させて放電容量を測定し、引き続き同雰囲気中においてサイクル数の合計が100サイクルとなるまで充放電させて放電容量を測定したのち、放電容量維持率(%)=(100サイクル目の放電容量/2サイクル目の放電容量)×100を算出した。この際、1サイクルの充放電条件としては、0.2Cの定電流で4.2Vの上限電圧まで定電流定電圧充電したのち、0.2Cの定電流で2.5Vの終止電圧まで定電流放電した。この「0.2C」とは、理論容量を5時間で放電しきる電流値である。   When examining the cycle characteristics, charging and discharging was performed for 2 cycles in an atmosphere at 23 ° C., and the discharge capacity was measured. Subsequently, charging and discharging were performed in the same atmosphere until the total number of cycles reached 100 cycles, and the discharge capacity was measured. After that, the discharge capacity retention ratio (%) = (discharge capacity at the 100th cycle / discharge capacity at the second cycle) × 100 was calculated. In this case, charge / discharge conditions for one cycle are as follows: constant current constant voltage charging to a maximum voltage of 4.2 V at a constant current of 0.2 C, then constant current to a final voltage of 2.5 V at a constant current of 0.2 C. Discharged. This “0.2 C” is a current value at which the theoretical capacity can be discharged in 5 hours.

負荷特性を調べる際には、23℃の雰囲気中において、1Cの定電流で4.2Vの上限電圧まで定電流定電圧充電したのち、1Cの定電流で2.5Vの終止電圧まで定電流放電する充放電工程を2サイクル繰り返して、2サイクル目の放電容量(1C放電容量:mAh)を測定した。この「1C」とは、理論容量を1時間で放電しきる電流値である。   When investigating the load characteristics, in a 23 ° C atmosphere, charge at a constant current of 1C to a constant voltage and constant voltage up to an upper limit voltage of 4.2V, then discharge at a constant current of 1C to a final voltage of 2.5V. The charge / discharge process was repeated 2 cycles, and the discharge capacity (1C discharge capacity: mAh) of the second cycle was measured. This “1C” is a current value at which the theoretical capacity can be discharged in one hour.

膨れ特性を調べる際には、23℃の雰囲気中において2サイクル充放電させてから、再び充電して厚さを測定し、引き続き充電状態のままで85℃の恒温槽中に12時間保存してから厚さを測定したのち、膨れ(mm)=(保存後の厚さ−保存前の厚さ)を算出した。この際、1サイクルの充放電条件としては、サイクル特性を調べる場合と同様にした。   When investigating the swelling characteristics, charge and discharge for 2 cycles in an atmosphere of 23 ° C., then charge again to measure the thickness, and then continue to be stored in an 85 ° C. constant temperature bath for 12 hours in the charged state. After measuring the thickness, the swelling (mm) = (thickness after storage−thickness before storage) was calculated. At this time, the charge / discharge conditions for one cycle were the same as those for examining the cycle characteristics.

安全性を調べる際には、以下の手順によって内部短絡試験(釘刺し試験)を行い、不具合(ガス噴出)が発生しない電圧の上限値を求めた。内部短絡試験では、最初に、23℃の雰囲気中において、200mAの定電流で電池電圧が4.2Vに達するまで定電流充電し、引き続き4.2Vの定電圧で電流が5mAに達するまで定電圧充電したのち、200mAの定電流で電池電圧が3.0Vに達するまで定電流放電した。続いて、200mAの定電流で電池電圧が4.10V,4.20V,4.25V,4.32Vに達するまで4種類の二次電池を充電させたのち、それらの中心部に100mm/秒の速度で釘(直径=2.5mm)を突き刺して貫通させた。最後に、ガスの噴出が発生しなかった場合を良好、発生した場合を不良と判断し、良好な結果が得られた電圧の上限値を上限電圧とした。   When investigating safety, an internal short-circuit test (nail penetration test) was performed according to the following procedure, and the upper limit value of the voltage at which no malfunction (gas ejection) occurred was determined. In the internal short-circuit test, first, in a 23 ° C. atmosphere, a constant current is charged at a constant current of 200 mA until the battery voltage reaches 4.2 V, and then a constant voltage until the current reaches 5 mA at a constant voltage of 4.2 V. After charging, the battery was discharged at a constant current of 200 mA until the battery voltage reached 3.0V. Subsequently, after charging the four types of secondary batteries at a constant current of 200 mA until the battery voltages reach 4.10V, 4.20V, 4.25V, and 4.32V, 100 mm / second is charged at the center thereof. A nail (diameter = 2.5 mm) was pierced and penetrated at a speed. Finally, the case where gas ejection did not occur was judged good, and the case where it occurred was judged bad, and the upper limit value of the voltage at which good results were obtained was taken as the upper limit voltage.

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表1〜表4に示したように、放電容量維持率、1C放電容量、膨れおよび上限電圧は、溶媒の組成に応じて変化した。この場合には、溶媒が、溶媒1であるPC等(含有量=5重量%以上45重量%以下)と、溶媒2であるDEC等(含有量=40重量%以上70重量%以下)と、溶媒3であるt−DFEC等(含有量=1重量%以上15重量%以下)と、溶媒4であるFEC等(含有量=3重量%以上24重量%以下;ただし、溶媒3,4の含有量の総和=4重量%以上25重量%以下)とを含有する実施例1−1〜1−25において、それらの組成条件を満たしていない比較例1−1〜1−10とは異なり、高い放電容量維持率、1C放電容量および上限電圧が得られたと共に、膨れが小さく抑えられた。具体的には、実施例1−1〜1−25では、40%以上の放電容量維持率と、800mAh以上の1C放電容量と、2mm以下の膨れと、4.20V以上の上限電圧とが得られた。   As shown in Tables 1 to 4, the discharge capacity retention ratio, 1C discharge capacity, swelling and upper limit voltage varied depending on the composition of the solvent. In this case, the solvent is PC 1 or the like as the solvent 1 (content = 5 wt% or more and 45 wt% or less), DEC or the like as the solvent 2 (content = 40 wt% or more and 70 wt% or less), T-DFEC or the like that is solvent 3 (content = 1 wt% or more and 15 wt% or less) and FEC that is solvent 4 (content = 3 wt% or more and 24 wt% or less); In Examples 1-1 to 1-25 containing a total amount of 4% by weight or more and 25% by weight or less), unlike Comparative Examples 1-1 to 1-10 that do not satisfy these composition conditions, the amount is high. A discharge capacity retention ratio, 1C discharge capacity and upper limit voltage were obtained, and swelling was suppressed to a small level. Specifically, in Examples 1-1 to 1-25, a discharge capacity maintenance ratio of 40% or more, a 1C discharge capacity of 800 mAh or more, a swelling of 2 mm or less, and an upper limit voltage of 4.20 V or more are obtained. It was.

なお、ここでは、溶媒1〜4ごとの組み合わせとして、溶媒2を2種類以上組み合わせた場合の結果だけを示し、溶媒1,3,4をそれぞれ2種類以上組み合わせた場合の結果を示していない。しかしながら、表1の結果から明らかなように、溶媒1であるPC等はいずれも同様の機能を果たし、そのことは溶媒3,4についても同様であるため、溶媒1,3,4をそれぞれ2種類以上組み合わせた場合においても同様の結果が得られることは、明らかである。   Here, as a combination for each of the solvents 1 to 4, only the result when two or more types of solvents 2 are combined is shown, and the result when two or more types of solvents 1, 3, and 4 are combined is not shown. However, as is apparent from the results in Table 1, all of the PCs and the like as the solvent 1 perform the same function, and the same applies to the solvents 3 and 4. It is clear that the same result can be obtained when combining more than one type.

これらのことから、本発明の二次電池では、電解液の溶媒が、溶媒1であるPC等と、溶媒2であるDEC等と、溶媒3であるDFEC(t−DFECあるいはc−DFEC)と、溶媒4であるFEC等とを含有し、溶媒中における含有量が、溶媒1において5重量%以上45重量%以下、溶媒2において40重量%以上70重量%以下、溶媒3において1重量%以上15重量%以下、溶媒4において3重量%以上24重量%以下、溶媒3,4の総和において4重量%以上25重量%以下であることにより、優れたサイクル特性、負荷特性、膨れ特性および安全性が得られることが確認された。   For these reasons, in the secondary battery of the present invention, the solvent of the electrolytic solution is PC or the like as the solvent 1, DEC or the like as the solvent 2, and DFEC (t-DFEC or c-DFEC) as the solvent 3. FEC that is solvent 4 and the like, and the content in the solvent is 5 wt% to 45 wt% in solvent 1, 40 wt% to 70 wt% in solvent 2, and 1 wt% in solvent 3 15% by weight or less, 3% by weight or more and 24% by weight or less in the solvent 4 and 4% by weight or more and 25% by weight or less in the total of the solvents 3 and 4 It was confirmed that

(実施例2−1〜2−4)
電解質塩として四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4 )を加えると共に、酸無水物であるスルホ安息香酸無水物(SBAH:実施例2−1)、スルホプロピオン酸無水物(SPAH:実施例2−2)、プロパンジスルホン酸無水物(PSAH:実施例2−3)、あるいはエタンジスルホン酸無水物(ESAH:実施例2−4)を加えたことを除き、実施例1−4と同様の手順を経た。この際、電解液中におけるLiBF4 の濃度を0.05mol/kgとし、電解液中におけるSBAH等の含有量を1重量%とした。この「1重量%」とは、溶媒全体を100重量%とした場合に、その1重量%に相当する分だけSBAH等を加えたという意味である。
(Examples 2-1 to 2-4)
Lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ) is added as an electrolyte salt, and sulfobenzoic anhydride (SBAH: Example 2-1) and sulfopropionic anhydride (SPAH: Example 2-2), which are acid anhydrides, are added. ), Propanedisulfonic anhydride (PSAH: Example 2-3), or ethanedisulfonic anhydride (ESAH: Example 2-4) was added, and the same procedure as in Example 1-4 was performed. . At this time, the concentration of LiBF 4 in the electrolytic solution was 0.05 mol / kg, and the content of SBAH and the like in the electrolytic solution was 1% by weight. The term “1% by weight” means that SBAH or the like is added by an amount corresponding to 1% by weight when the entire solvent is 100% by weight.

(実施例2−5)
電解質塩としてLiBF4 を加えると共に、スルトンであるプロペンスルトン(PRS)を加えたことを除き、実施例1−4と同様の手順を経た。この際、電解液中におけるLiBF4 の濃度を0.05mol/kgとし、電解液中におけるPRSの含有量を1重量%とした。
(Example 2-5)
A procedure similar to that in Example 1-4 was performed except that LiBF 4 was added as an electrolyte salt and propene sultone (PRS), which is a sultone, was added. At this time, the concentration of LiBF 4 in the electrolytic solution was 0.05 mol / kg, and the content of PRS in the electrolytic solution was 1% by weight.

(実施例2−6,2−7)
電解質塩として、四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4 )と、化1に示した化合物である化4(6)に示した化合物(実施例2−6)あるいは化7に示した化合物であるビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウム(LiTFSI:実施例2−7)を加えたことを除き、実施例1−4と同様の手順を経た。この際、電解液中におけるLiBF4 の濃度を0.05mol/kgとし、電解液中における化4(6)に示した化合物等の含有量を0.1mol/kg重量%とした。
(Examples 2-6 and 2-7)
As an electrolyte salt, lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ) and a compound shown in Chemical Formula 4 (6) (Example 2-6) or a compound shown in Chemical Formula 7 is bis. The same procedure as in Example 1-4 was performed, except that (trifluoromethanesulfonyl) imidolithium (LiTFSI: Example 2-7) was added. At this time, the concentration of LiBF 4 in the electrolytic solution was set to 0.05 mol / kg, and the content of the compound shown in Chemical Formula 4 (6) in the electrolytic solution was set to 0.1 mol / kg wt%.

(比較例2−1)
酸無水物であるSBAHを加えたことを除き、比較例1−1と同様の手順を経た。この際、電解液中におけるSBAHの含有量を1重量%とした。
(Comparative Example 2-1)
A procedure similar to that of Comparative Example 1-1 was performed except that SBAH, which is an acid anhydride, was added. At this time, the content of SBAH in the electrolytic solution was 1% by weight.

(比較例2−2〜2−4)
電解質塩としてLiBF4 および酸無水物であるSBAHを加えたことを除き、比較例1−1,1−6,1−7と同様の手順を経た。この際、電解液中におけるLiBF4 の濃度を0.05mol/kgとし、電解液中におけるSBAHの含有量を1重量%とした。
(Comparative Examples 2-2 to 2-4)
A procedure similar to those of Comparative Examples 1-1, 1-6, and 1-7 was performed, except that LiBF 4 and acid anhydride SBAH were added as electrolyte salts. At this time, the concentration of LiBF 4 in the electrolytic solution was 0.05 mol / kg, and the content of SBAH in the electrolytic solution was 1% by weight.

これらの実施例2−1〜2−7および比較例2−1〜2−4の二次電池についてサイクル特性、負荷特性および膨れ特性を調べたところ、表5および表6に示した結果が得られた。   When the cycle characteristics, load characteristics and swelling characteristics of the secondary batteries of Examples 2-1 to 2-7 and Comparative Examples 2-1 to 2-4 were examined, the results shown in Table 5 and Table 6 were obtained. It was.

Figure 2009170146
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Figure 2009170146
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表5および表6に示したように、電解液に、他の電解質塩であるLiBF4 等や、酸無水物であるSBAH等や、スルトンであるPRSを含有させた場合においても、表1〜表4の結果と同様の結果が得られた。すなわち、電解液の溶媒が溶媒1〜4を上記した所定の範囲内で含有する実施例2−1〜2−7では、それらの組成条件を満たしていない比較例2−1とは異なり、40%以上の放電容量維持率および800mAh以上の1C放電容量が得られたと共に、膨れが2mm以下に抑えられた。また、電解液の溶媒が溶媒1〜4を上記した所定の範囲内で含有する実施例2−1では、それらの組成条件を満たしていない比較例2−2〜2−4と比較して、放電容量維持率あるいは1C放電容量が高くなり、または膨れが小さくなった。 As shown in Tables 5 and 6, even in the case where the electrolyte contains LiBF 4 as another electrolyte salt, SBAH as an acid anhydride, or PRS as sultone, Results similar to those in Table 4 were obtained. That is, in Examples 2-1 to 2-7 in which the solvent of the electrolytic solution contains the solvents 1 to 4 within the predetermined range described above, unlike Comparative Example 2-1 that does not satisfy these composition conditions, % Of the discharge capacity retention rate of 1% or more and 1C discharge capacity of 800 mAh or more were obtained, and the swelling was suppressed to 2 mm or less. Moreover, in Example 2-1 in which the solvent of the electrolytic solution contains the solvents 1 to 4 within the above-described predetermined range, as compared with Comparative Examples 2-2 to 2-4 that do not satisfy the composition conditions, The discharge capacity retention ratio or 1C discharge capacity increased, or the swelling decreased.

この場合には、電解液にLiBF4 等、SBAH等あるいはPRSを含有させた実施例2−1〜2−7において、それらを含有しない実施例1−4よりも、放電容量維持率および1C放電容量が高くなり、膨れが小さくなった。 In this case, in Examples 2-1 to 2-7 in which LiBF 4 or the like, SBAH or the like or PRS was contained in the electrolytic solution, the discharge capacity retention ratio and 1C discharge were higher than those in Examples 1-4 that did not contain them. Capacity increased and swelling decreased.

なお、ここでは、他の電解質塩として六フッ化リン酸リチウム、四フッ化ホウ酸リチウム、または化1あるいは化7に示した化合物を用いた場合の結果だけを示しており、過塩素酸リチウムあるいは六フッ化ヒ酸リチウムや、化2、化3、化8あるいは化9に示した化合物を用いた場合の結果を示していない。しかしながら、過塩素酸リチウム等は六フッ化リン酸リチウム等と同様の機能を果たすため、前者を用いた場合においても後者を用いた場合と同様の結果が得られることは、明らかである。   Here, only the results in the case of using lithium hexafluorophosphate, lithium tetrafluoroborate, or the compound shown in Chemical Formula 1 or Chemical Formula 7 as other electrolyte salts are shown, and lithium perchlorate is shown. Or the result at the time of using the compound shown to lithium hexafluoro arsenate or Chemical formula 2, Chemical formula 3, Chemical formula 8 or Chemical formula 9 is not shown. However, since lithium perchlorate and the like perform the same function as lithium hexafluorophosphate and the like, it is clear that the same result can be obtained when the former is used as when the latter is used.

これらのことから、本発明の二次電池では、電解液の溶媒が溶媒1〜4を上記した所定の範囲内で含有することにより、電解質塩の種類を変更したり、電解液に添加剤を加えた場合においても、優れたサイクル特性、負荷特性および膨れ特性が得られることが確認された。   For these reasons, in the secondary battery of the present invention, the solvent of the electrolytic solution contains the solvents 1 to 4 within the above-described predetermined range, thereby changing the type of the electrolyte salt or adding an additive to the electrolytic solution. Even when added, it was confirmed that excellent cycle characteristics, load characteristics, and swelling characteristics can be obtained.

この場合には、電解液に、他の電解質塩として四フッ化ホウ酸リチウム、過塩素酸リチウムあるいは六フッ化ヒ酸リチウムや、化1〜化3あるいは化7〜化9に示した化合物や、酸無水物や、スルトンを含有させれば、サイクル特性、負荷特性および膨れ特性がより向上することも確認された。   In this case, in the electrolyte solution, as other electrolyte salts, lithium tetrafluoroborate, lithium perchlorate or lithium hexafluoroarsenate, the compounds shown in Chemical Formula 1 to Chemical Formula 3 or Chemical Formula 7 to Chemical Formula 9 It was also confirmed that when the acid anhydride or sultone was added, the cycle characteristics, load characteristics and swelling characteristics were further improved.

(実施例3−1,3−2)
負極活物質層34Bを形成する場合に、複数の負極活物質粒子を形成したのち、液相析出法によって負極活物質粒子の表面に酸化物含有膜としてケイ素の酸化物(SiO2 )を析出させたことを除き、実施例1−3,1−5と同様の手順を経た。この酸化物含有膜を形成する場合には、ケイフッ化水素酸にアニオン補足剤としてホウ素を溶解させた溶液中に、負極活物質粒子が形成された負極集電体34Aを3時間浸積し、その負極活物質粒子の表面にケイ素の酸化物を析出させたのち、水洗して減圧乾燥した。
(Examples 3-1 and 3-2)
When forming the negative electrode active material layer 34B, after forming a plurality of negative electrode active material particles, a silicon oxide (SiO 2 ) is deposited as an oxide-containing film on the surface of the negative electrode active material particles by a liquid phase deposition method. The same procedure as in Examples 1-3 and 1-5 was performed. In the case of forming this oxide-containing film, the negative electrode current collector 34A in which the negative electrode active material particles are formed is immersed for 3 hours in a solution in which boron is dissolved as an anion scavenger in hydrofluoric acid, After depositing silicon oxide on the surface of the negative electrode active material particles, it was washed with water and dried under reduced pressure.

(比較例3−1)
溶媒3,4(t−DFECおよびFEC)を用いず、溶媒の組成(PC:DEC)を重量比で30:70に変更したことを除き、実施例3−1,3−2と同様の手順を経た。
(Comparative Example 3-1)
Procedures similar to those in Examples 3-1 and 3-2 except that the solvents 3 and 4 (t-DFEC and FEC) were not used and the composition of the solvent (PC: DEC) was changed to 30:70 by weight ratio. It went through.

(比較例3−2)
溶媒4(FEC)を用いず、溶媒の組成(PC:DEC:t−DFEC)を重量比で40:50:10に変更したことを除き、実施例3−1,3−2と同様の手順を経た。
(Comparative Example 3-2)
The same procedure as in Examples 3-1 and 3-2 except that the solvent 4 (FEC) was not used and the composition of the solvent (PC: DEC: t-DFEC) was changed to 40:50:10 by weight ratio. It went through.

(比較例3−3)
溶媒3(t−DFEC)を用いず、溶媒の組成(PC:DEC:FEC)を重量比で40:50:10に変更したことを除き、実施例3−1,3−2と同様の手順を経た。
(Comparative Example 3-3)
The same procedure as in Examples 3-1 and 3-2, except that the solvent 3 (t-DFEC) was not used and the composition of the solvent (PC: DEC: FEC) was changed to 40:50:10 by weight ratio. It went through.

これらの実施例3−1,3−2および比較例3−1〜3−3の二次電池についてサイクル特性、負荷特性および膨れ特性を調べたところ、表7に示した結果が得られた。   When the cycle characteristics, the load characteristics, and the swollenness characteristics of the secondary batteries of Examples 3-1 and 3-2 and Comparative examples 3-1 to 3-3 were examined, the results shown in Table 7 were obtained.

Figure 2009170146
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表7に示したように、酸化物含有膜を形成した場合においても、表1〜表4の結果と同様の結果が得られた。すなわち、電解液の溶媒が溶媒1〜4を上記した所定の範囲内で含有する実施例3−1,3−2では、それらの組成条件を満たしていない比較例3−1〜3−3と比較して、1C放電容量を確保すると共に膨れを抑えつつ、放電容量維持率が高くなった。しかも、酸化物含有膜を形成した実施例3−1,3−2では、それを形成しなかった実施例1−3,1−5よりも、放電容量維持率および1C放電容量が高くなり、膨れが小さくなった。   As shown in Table 7, when the oxide-containing film was formed, the same results as those in Tables 1 to 4 were obtained. That is, in Examples 3-1 and 3-2 in which the solvent of the electrolytic solution contains the solvents 1 to 4 within the predetermined range described above, Comparative Examples 3-1 to 3-3 not satisfying the composition conditions In comparison, the 1C discharge capacity was secured and the discharge capacity retention rate was increased while suppressing swelling. Moreover, in Examples 3-1 and 3-2 in which the oxide-containing film was formed, the discharge capacity retention ratio and 1C discharge capacity were higher than in Examples 1-3 and 1-5 in which the oxide-containing film was not formed, The blister has become smaller.

これらのことから、本発明の二次電池では、電解液の溶媒が溶媒1〜4を上記した所定の範囲内で含有することにより、酸化物含有膜を形成した場合においても、優れたサイクル特性、負荷特性および膨れ特性が得られることが確認された。また、酸化物含有膜を形成すれば、サイクル特性、負荷特性および膨れ特性がより向上することも確認された。   Therefore, in the secondary battery of the present invention, excellent cycle characteristics can be obtained even when an oxide-containing film is formed when the solvent of the electrolytic solution contains the solvents 1 to 4 within the predetermined range described above. It was confirmed that load characteristics and swelling characteristics can be obtained. It was also confirmed that if an oxide-containing film is formed, cycle characteristics, load characteristics, and swelling characteristics are further improved.

(実施例4−1,4−2)
負極活物質層34Bを形成する場合に、複数の負極活物質粒子を形成したのち、電解鍍金法によって金属材料としてコバルト(Co)の鍍金膜を成長させたことを除き、実施例1−3,1−5と同様の手順を経た。この金属材料を形成する場合には、鍍金浴にエアーを供給しながら通電して負極集電体34Aの両面にコバルトを堆積させた。この際、鍍金液として日本高純度化学株式会社製のコバルト鍍金液を用い、電流密度を2A/dm2 〜5A/dm2 とし、鍍金速度を10nm/秒とした。
(Examples 4-1 and 4-2)
In the case of forming the negative electrode active material layer 34B, Example 1-3, except that after forming a plurality of negative electrode active material particles, a plating film of cobalt (Co) was grown as a metal material by an electrolytic plating method. The same procedure as in 1-5 was performed. In the case of forming this metal material, current was supplied while supplying air to the plating bath, and cobalt was deposited on both surfaces of the negative electrode current collector 34A. At this time, a cobalt plating solution manufactured by Japan High Purity Chemical Co., Ltd. was used as the plating solution, the current density was 2 A / dm 2 to 5 A / dm 2 , and the plating rate was 10 nm / second.

(比較例4−1)
溶媒3,4(t−DFECおよびFEC)を用いず、溶媒の組成(PC:DEC)を重量比で30:70に変更したことを除き、実施例4−1,4−2と同様の手順を経た。
(Comparative Example 4-1)
Procedures similar to those of Examples 4-1 and 4-2, except that the solvents 3 and 4 (t-DFEC and FEC) were not used and the composition of the solvent (PC: DEC) was changed to 30:70 by weight. It went through.

(比較例4−2)
溶媒4(FEC)を用いず、溶媒の組成(PC:DEC:t−DFEC)を重量比で40:50:10に変更したことを除き、実施例4−1,4−2と同様の手順を経た。
(Comparative Example 4-2)
The same procedure as in Examples 4-1 and 4-2, except that the solvent 4 (FEC) was not used and the composition of the solvent (PC: DEC: t-DFEC) was changed to 40:50:10 by weight ratio. It went through.

(比較例4−3)
溶媒3(t−DFEC)を用いず、溶媒の組成(PC:DEC:FEC)を重量比で40:50:10に変更したことを除き、実施例4−1,4−2と同様の手順を経た。
(Comparative Example 4-3)
The same procedure as in Examples 4-1 and 4-2, except that the solvent 3 (t-DFEC) was not used and the composition of the solvent (PC: DEC: FEC) was changed to 40:50:10 by weight ratio. It went through.

これらの実施例4−1,4−2および比較例4−1〜4−3の二次電池についてサイクル特性、負荷特性および膨れ特性を調べたところ、表8に示した結果が得られた。   When the cycle characteristics, the load characteristics, and the swelling characteristics of the secondary batteries of Examples 4-1 and 4-2 and Comparative examples 4-1 to 4-3 were examined, the results shown in Table 8 were obtained.

Figure 2009170146
Figure 2009170146

表8に示したように、金属材料を形成した場合においても、表1〜表4の結果と同様の結果が得られた。すなわち、電解液の溶媒が溶媒1〜4を上記した所定の範囲内で含有する実施例4−1,4−2では、それらの組成条件を満たしていない比較例4−1〜4−3と比較して、1C放電容量を確保すると共に膨れを抑えつつ、放電容量維持率が高くなった。しかも、金属材料を形成した実施例4−1,4−2では、それを形成しなかった実施例1−3,1−5よりも、放電容量維持率および1C放電容量が高くなり、膨れが小さくなった。   As shown in Table 8, even when the metal material was formed, results similar to those in Tables 1 to 4 were obtained. That is, in Examples 4-1 and 4-2 in which the solvent of the electrolytic solution contains the solvents 1 to 4 within the predetermined range described above, Comparative Examples 4-1 to 4-3 that do not satisfy the composition conditions In comparison, the 1C discharge capacity was secured and the discharge capacity retention rate was increased while suppressing swelling. Moreover, in Examples 4-1 and 4-2 in which the metal material was formed, the discharge capacity retention ratio and the 1C discharge capacity were higher than those in Examples 1-3 and 1-5 in which the metal material was not formed, and swelling was caused. It has become smaller.

これらのことから、本発明の二次電池では、電解液の溶媒が溶媒1〜4を上記した所定の範囲内で含有することにより、金属材料を形成した場合においても、優れたサイクル特性、負荷特性および膨れ特性が得られることが確認された。また、金属材料を形成すれば、サイクル特性、負荷特性および膨れ特性がより向上することも確認された。   From these facts, in the secondary battery of the present invention, even when the solvent of the electrolytic solution contains the solvents 1 to 4 within the predetermined range described above, even when a metal material is formed, excellent cycle characteristics and load It was confirmed that characteristics and swollenness characteristics were obtained. It was also confirmed that if a metal material is formed, the cycle characteristics, load characteristics, and swelling characteristics are further improved.

上記した表1〜表8の結果から明らかなように、本発明の二次電池では、電解液の溶媒が、第1の溶媒である炭酸プロピレン等と、第2の溶媒である炭酸ジエチル等と、第3の溶媒である4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンと、第4の溶媒である4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン等とを含有し、溶媒中における含有量が、第1の溶媒において5重量%以上45重量%以下、第2の溶媒において40重量%以上70重量%以下、第3の溶媒において1重量%以上15重量%以下、第4の溶媒において3重量%以上24重量%以下、第3および第4の溶媒の総和において4重量%以上25重量%以下であることにより、電解質塩の種類や添加剤の有無などに依存せずに、優れたサイクル特性、負荷特性、膨れ特性および安全性が得られることが確認された。   As is clear from the results of Tables 1 to 8 above, in the secondary battery of the present invention, the solvent of the electrolytic solution is propylene carbonate or the like as the first solvent and diethyl carbonate or the like as the second solvent. A fourth solvent, 4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one, a fourth solvent, 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one, and the like, The content in the first solvent is 5% by weight to 45% by weight, the second solvent is 40% by weight to 70% by weight, the third solvent is 1% by weight to 15% by weight, 3 wt% or more and 24 wt% or less in the solvent, and 4 wt% or more and 25 wt% or less in the total of the third and fourth solvents, without depending on the type of electrolyte salt or the presence or absence of additives. Excellent cycle characteristics, load characteristics, swelling characteristics And that safety is obtained was confirmed.

以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記した実施の形態および実施例において説明した態様に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、本発明の電解液の使用用途は、必ずしも電池に限らず、電池以外の他の電気化学デバイスであっても良い。他の用途としては、例えば、キャパシタなどが挙げられる。   The present invention has been described with reference to the embodiments and examples. However, the present invention is not limited to the embodiments described in the above embodiments and examples, and various modifications can be made. For example, the usage of the electrolytic solution of the present invention is not necessarily limited to a battery, and may be an electrochemical device other than a battery. Other applications include, for example, capacitors.

また、上記した実施の形態および実施例では、二次電池の種類として、負極の容量がリチウムの吸蔵および放出に基づいて表されるリチウムイオン二次電池や、負極の容量がリチウムの析出および溶解に基づいて表されるリチウム金属二次電池について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。本発明の電池は、負極がリチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料を含む場合に、その負極材料の充電容量を正極の充電容量よりも小さくすることにより、負極の容量がリチウムの吸蔵および放出に伴う容量とリチウムの析出および溶解に伴う容量とを含み、かつ、それらの容量の和によって表される二次電池についても同様に適用可能である。   In the above-described embodiments and examples, the types of secondary batteries include lithium ion secondary batteries in which the negative electrode capacity is expressed based on insertion and extraction of lithium, and the negative electrode capacity is lithium deposition and dissolution. Although the lithium metal secondary battery expressed based on the above has been described, the present invention is not necessarily limited thereto. In the battery of the present invention, when the negative electrode includes a negative electrode material capable of occluding and releasing lithium, the negative electrode material has a smaller capacity than the positive electrode, thereby reducing the capacity of the negative electrode. In addition, the present invention can be similarly applied to a secondary battery including a capacity associated with release and a capacity associated with precipitation and dissolution of lithium, and represented by a sum of these capacities.

また、上記した実施の形態および実施例では、本発明の電池の電解質として、電解液や、電解液を高分子化合物に保持させたゲル状電解質を用いる場合について説明したが、他の種類の電解質を用いるようにしてもよい。他の電解質としては、例えば、イオン伝導性セラミックス、イオン伝導性ガラスあるいはイオン性結晶などのイオン伝導性無機化合物と電解液とを混合したものや、他の無機化合物と電解液とを混合したものや、これらの無機化合物とゲル状電解質とを混合したものなどが挙げられる。   In the above-described embodiments and examples, the case where the electrolytic solution or the gel electrolyte in which the electrolytic solution is held in the polymer compound is used as the electrolyte of the battery of the present invention has been described. However, other types of electrolytes are used. May be used. Other electrolytes include, for example, a mixture of an ion conductive inorganic compound such as ion conductive ceramics, ion conductive glass or ionic crystal and an electrolyte, or a mixture of another inorganic compound and an electrolyte. Or a mixture of these inorganic compounds and a gel electrolyte.

また、上記した実施の形態および実施例では、電池構造が円筒型およびラミネートフィルム型である場合、ならびに電池素子が巻回構造を有する場合を例に挙げて説明したが、本発明の電池は、角型、コイン型およびボタン型などの他の電池構造を有する場合や、電池素子が積層構造などの他の構造を有する場合についても同様に適用可能である。   Further, in the above-described embodiments and examples, the case where the battery structure is a cylindrical type and a laminate film type, and the case where the battery element has a winding structure have been described as examples, but the battery of the present invention is The present invention can be similarly applied to a case where other battery structures such as a square shape, a coin shape, and a button shape are provided, and a case where the battery element has another structure such as a laminated structure.

また、上記した実施の形態および実施例では、電極反応物質としてリチウムを用いる場合について説明したが、ナトリウム(Na)あるいはカリウム(K)などの他の1族元素や、マグネシウム(Mg)あるいはカルシウム(Ca)などの2族元素や、アルミニウムなどの他の軽金属を用いてもよい。これらの場合においても、負極活物質として、上記した実施の形態で説明した負極材料を用いることが可能である。   In the above-described embodiments and examples, the case where lithium is used as the electrode reactant has been described. However, other group 1 elements such as sodium (Na) or potassium (K), magnesium (Mg) or calcium ( Group 2 elements such as Ca) or other light metals such as aluminum may be used. Also in these cases, the negative electrode material described in the above embodiment can be used as the negative electrode active material.

また、上記した実施の形態および実施例では、本発明の電解液あるいは二次電池に関し、溶媒中における第1〜第4の溶媒の含有量について、実施例の結果から導き出された適正範囲を説明しているが、その説明は、含有量が上記した範囲外となる可能性を完全に否定するものではない。すなわち、上記した適正範囲は、あくまで本発明の効果を得る上で特に好ましい範囲であり、本発明の効果が得られるのであれば、含有量が上記した範囲から多少外れてもよい。   In the above-described embodiments and examples, regarding the electrolytic solution or the secondary battery of the present invention, the appropriate ranges derived from the results of the examples for the contents of the first to fourth solvents in the solvent are described. However, the explanation does not completely deny the possibility that the content will be outside the above range. In other words, the appropriate range described above is a particularly preferable range for obtaining the effect of the present invention, and the content may be slightly deviated from the above range as long as the effect of the present invention is obtained.

本発明の一実施の形態に係る電解液を備えた第1の二次電池の構成を表す断面図である。It is sectional drawing showing the structure of the 1st secondary battery provided with the electrolyte solution which concerns on one embodiment of this invention. 図1に示した巻回電極体の一部を拡大して表す断面図である。It is sectional drawing which expands and represents a part of winding electrode body shown in FIG. 図2に示した負極の構成を拡大して表す断面図である。FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view illustrating a configuration of a negative electrode illustrated in FIG. 2. 参考例の負極の構成を表す断面図である。It is sectional drawing showing the structure of the negative electrode of a reference example. 図2に示した負極の断面構造を表すSEM写真およびその模式図である。FIG. 3 is an SEM photograph showing a cross-sectional structure of the negative electrode shown in FIG. 2 and a schematic diagram thereof. 図2に示した負極の他の断面構造を表すSEM写真およびその模式図である。FIG. 3 is an SEM photograph showing another cross-sectional structure of the negative electrode shown in FIG. 2 and a schematic diagram thereof. 本発明の一実施の形態に係る電解液を備えた第4の二次電池の構成を表す断面図である。It is sectional drawing showing the structure of the 4th secondary battery provided with the electrolyte solution which concerns on one embodiment of this invention. 図7に示した巻回電極体のVIII−VIII線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the VIII-VIII line of the wound electrode body shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

11…電池缶、12,13…絶縁板、14…電池蓋、15…安全弁機構、15A…ディスク板、16…熱感抵抗素子、17…ガスケット、20,30…巻回電極体、21,33…正極、21A,33A…正極集電体、21B,33B…正極活物質層、22,34…負極、22A,34A…負極集電体、22B,34B…負極活物質層、23,35…セパレータ、24…センターピン、25,31…正極リード、26,32…負極リード、36…電解質、37…保護テープ、40…外装部材、41…密着フィルム。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Battery can, 12, 13 ... Insulation board, 14 ... Battery cover, 15 ... Safety valve mechanism, 15A ... Disc board, 16 ... Heat sensitive resistance element, 17 ... Gasket, 20, 30 ... Winding electrode body, 21, 33 ... Positive electrode, 21A, 33A ... Positive electrode current collector, 21B, 33B ... Positive electrode active material layer, 22, 34 ... Negative electrode, 22A, 34A ... Negative electrode current collector, 22B, 34B ... Negative electrode active material layer, 23, 35 ... Separator 24, center pin, 25, 31 ... positive electrode lead, 26, 32 ... negative electrode lead, 36 ... electrolyte, 37 ... protective tape, 40 ... exterior member, 41 ... adhesion film.

Claims (21)

炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ブチレン、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトンおよび4−トリフルオロメチル−1,3−ジオキソラン−2−オンからなる群のうちの少なくとも1種からなる第1の溶媒と、
炭酸ジエチル、炭酸ジメチルおよび炭酸エチルメチルからなる群のうちの少なくとも1種からなる第2の溶媒と、
4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンからなる第3の溶媒と、
4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、炭酸フルオロメチルメチル、炭酸ビス(フルオロメチル)および炭酸ビニレンからなる群のうちの少なくとも1種からなる第4の溶媒と
を含有する溶媒を含み、
前記溶媒中における前記第1の溶媒の含有量は、5重量%以上45重量%以下であり、
前記溶媒中における前記第2の溶媒の含有量は、40重量%以上70重量%以下であり、
前記溶媒中における前記第3の溶媒の含有量は、1重量%以上15重量%以下であり、
前記溶媒中における前記第4の溶媒の含有量は、3重量%以上24重量%以下であり、
前記第3および第4の溶媒の含有量の総和は、4重量%以上25重量%以下である
ことを特徴とする電解液。
A first solvent comprising at least one member selected from the group consisting of ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, and 4-trifluoromethyl-1,3-dioxolan-2-one;
A second solvent comprising at least one member selected from the group consisting of diethyl carbonate, dimethyl carbonate and ethyl methyl carbonate;
A third solvent consisting of 4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one;
And a fourth solvent consisting of at least one member selected from the group consisting of 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one, fluoromethyl methyl carbonate, bis (fluoromethyl) carbonate, and vinylene carbonate. ,
The content of the first solvent in the solvent is 5 wt% or more and 45 wt% or less,
The content of the second solvent in the solvent is 40 wt% or more and 70 wt% or less,
The content of the third solvent in the solvent is 1 wt% or more and 15 wt% or less,
The content of the fourth solvent in the solvent is 3 wt% or more and 24 wt% or less,
The total content of said 3rd and 4th solvent is 4 to 25 weight%. Electrolyte characterized by the above-mentioned.
スルトンを含むことを特徴とする請求項1記載の電解液。   The electrolytic solution according to claim 1, comprising sultone. 酸無水物を含むことを特徴とする請求項1記載の電解液。   The electrolytic solution according to claim 1, comprising an acid anhydride. 六フッ化リン酸リチウム(LiPF6 )、四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4 )、過塩素酸リチウム(LiClO4 )および六フッ化ヒ酸リチウム(LiAsF6 )からなる群のうちの少なくとも1種を含有する電解質塩を含むことを特徴とする請求項1記載の電解液。 At least one selected from the group consisting of lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium perchlorate (LiClO 4 ), and lithium hexafluoroarsenate (LiAsF 6 ) The electrolyte solution according to claim 1, comprising an electrolyte salt containing 前記電解液は、化1〜化3で表される化合物からなる群のうちの少なくとも1種を含有する電解質塩を含むことを特徴とする請求項1記載の電解液。
Figure 2009170146
(X11は長周期型周期表における1族元素あるいは2族元素、またはアルミニウムである。M11は遷移金属、または長周期型周期表における13族元素、14族元素あるいは15族元素である。R11はハロゲン基である。Y11は−OC−R12−CO−、−OC−C(R13)2 −あるいは−OC−CO−である。ただし、R12はアルキレン基、ハロゲン化アルキレン基、アリーレン基あるいはハロゲン化アリーレン基である。R13はアルキル基、ハロゲン化アルキル基、アリール基あるいはハロゲン化アリール基である。なお、a1は1〜4の整数であり、b1は0、2あるいは4の整数であり、c1、d1、m1およびn1は1〜3の整数である。)
Figure 2009170146
(X21は長周期型周期表における1族元素あるいは2族元素である。M21は遷移金属、または長周期型周期表における13族元素、14族元素あるいは15族元素である。Y21は−OC−(C(R21)2 b2−CO−、−(R23)2 C−(C(R22)2 c2−CO−、−(R23)2 C−(C(R22)2 c2−C(R23)2 −、−(R23)2 C−(C(R22)2 c2−SO2 −、−O2 S−(C(R22)2 d2−SO2 −あるいは−OC−(C(R22)2 d2−SO2 −である。ただし、R21およびR23は水素基、アルキル基、ハロゲン基あるいはハロゲン化アルキル基であり、それぞれのうちの少なくとも1つはハロゲン基あるいはハロゲン化アルキル基である。R22は水素基、アルキル基、ハロゲン基あるいはハロゲン化アルキル基である。なお、a2、e2およびn2は1あるいは2の整数であり、b2およびd2は1〜4の整数であり、c2は0〜4の整数であり、f2およびm2は1〜3の整数である。)
Figure 2009170146
(X31は長周期型周期表における1族元素あるいは2族元素である。M31は遷移金属、または長周期型周期表における13族元素、14族元素あるいは15族元素である。Rfはフッ素化アルキル基あるいはフッ素化アリール基であり、いずれの炭素数も1〜10である。Y31は−OC−(C(R31)2 d3−CO−、−(R32)2 C−(C(R31)2 d3−CO−、−(R32)2 C−(C(R31)2 d3−C(R32)2 −、−(R32)2 C−(C(R31)2 d3−SO2 −、−O2 S−(C(R31)2 e3−SO2 −あるいは−OC−(C(R31)2 e3−SO2 −である。ただし、R31は水素基、アルキル基、ハロゲン基あるいはハロゲン化アルキル基である。R32は水素基、アルキル基、ハロゲン基あるいはハロゲン化アルキル基であり、そのうちの少なくとも1つはハロゲン基あるいはハロゲン化アルキル基である。なお、a3、f3およびn3は1あるいは2の整数であり、b3、c3およびe3は1〜4の整数であり、d3は0〜4の整数であり、g3およびm3は1〜3の整数である。)
2. The electrolytic solution according to claim 1, wherein the electrolytic solution contains an electrolyte salt containing at least one selected from the group consisting of compounds represented by Chemical Formulas 1 to 3. 3.
Figure 2009170146
(X11 is a group 1 element or group 2 element in the long-period periodic table, or aluminum. M11 is a transition metal, or a group 13 element, group 14 element, or group 15 element in the long-period periodic table. R11 is Y11 is —OC—R12—CO—, —OC—C (R13) 2 — or —OC—CO—, wherein R12 is an alkylene group, a halogenated alkylene group, an arylene group or a halogenated group. R13 is an alkyl group, a halogenated alkyl group, an aryl group or a halogenated aryl group, wherein a1 is an integer of 1 to 4, b1 is an integer of 0, 2 or 4, and c1 , D1, m1 and n1 are integers of 1 to 3.)
Figure 2009170146
(X21 is a group 1 element or group 2 element in the long-period periodic table. M21 is a transition metal, or a group 13, element or group 15 element in the long-period periodic table. Y21 is -OC-. (C (R21) 2) b2 -CO -, - (R23) 2 C- (C (R22) 2) c2 -CO -, - (R23) 2 C- (C (R22) 2) c2 -C (R23 ) 2 -,-(R23) 2 C- (C (R22) 2 ) c2 -SO 2- , -O 2 S- (C (R22) 2 ) d2 -SO 2 -or -OC- (C (R22) 2 ) d2 —SO 2 —, wherein R21 and R23 are a hydrogen group, an alkyl group, a halogen group or a halogenated alkyl group, and at least one of each is a halogen group or a halogenated alkyl group. R22 is hydrogen group, alkyl group, halogen Or a halogenated alkyl group, wherein a2, e2 and n2 are integers of 1 or 2, b2 and d2 are integers of 1 to 4, c2 is an integer of 0 to 4, and f2 and m2 are It is an integer from 1 to 3.)
Figure 2009170146
(X31 is a group 1 element or group 2 element in the long-period periodic table. M31 is a transition metal, or a group 13, element or group 15 element in the long-period periodic table. Rf is a fluorinated alkyl. Or a fluorinated aryl group, each having 1 to 10 carbon atoms, Y31 is —OC— (C (R31) 2 ) d3 —CO—, — (R32) 2 C— (C (R31) 2 D3 —CO—, — (R32) 2 C— (C (R31) 2 ) d3 —C (R32) 2 —, — (R32) 2 C— (C (R31) 2 ) d3 —SO 2 —, — O 2 S— (C (R 31) 2 ) e 3 —SO 2 — or —OC— (C (R 31) 2 ) e 3 —SO 2 —, wherein R 31 is a hydrogen group, an alkyl group, a halogen group or a halogenated group. R32 represents a hydrogen group, an alkyl group, or a halogen. Or a halogenated alkyl group, at least one of which is a halogen group or a halogenated alkyl group, wherein a3, f3 and n3 are integers of 1 or 2, and b3, c3 and e3 are 1 to 4; (It is an integer, d3 is an integer of 0 to 4, and g3 and m3 are integers of 1 to 3.)
前記化1に示した化合物は、化4の(1)〜(6)で表される化合物であり、前記化2に示した化合物は、化5の(1)〜(8)で表される化合物であり、前記化3に示した化合物は、化6で表される化合物であることを特徴とする請求項5記載の電解液。
Figure 2009170146
Figure 2009170146
Figure 2009170146
The compounds shown in the chemical formula 1 are compounds represented by chemical formulas (1) to (6), and the compounds shown in the chemical formula 2 are represented by chemical formulas (1) to (8). The electrolytic solution according to claim 5, wherein the electrolyte is a compound represented by the chemical formula 3:
Figure 2009170146
Figure 2009170146
Figure 2009170146
前記電解液は、化7〜化9で表される化合物からなる群のうちの少なくとも1種を含有する電解質塩を含むことを特徴とする請求項1記載の電解液。
Figure 2009170146
(mおよびnは1以上の整数である。)
Figure 2009170146
(R41は炭素数2以上4以下の直鎖状あるいは分岐状のパーフルオロアルキレン基である。)
Figure 2009170146
(p、qおよびrは1以上の整数である。)
2. The electrolytic solution according to claim 1, wherein the electrolytic solution contains an electrolyte salt containing at least one selected from the group consisting of compounds represented by chemical formulas (7) to (9).
Figure 2009170146
(M and n are integers of 1 or more.)
Figure 2009170146
(R41 is a linear or branched perfluoroalkylene group having 2 to 4 carbon atoms.)
Figure 2009170146
(P, q and r are integers of 1 or more.)
正極および負極と共に電解液を備えた二次電池であって、
前記電解液は、
炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ブチレン、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトンおよび4−トリフルオロメチル−1,3−ジオキソラン−2−オンからなる群のうちの少なくとも1種からなる第1の溶媒と、
炭酸ジエチル、炭酸ジメチルおよび炭酸エチルメチルからなる群のうちの少なくとも1種からなる第2の溶媒と、
4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンからなる第3の溶媒と、
4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、炭酸フルオロメチルメチル、炭酸ビス(フルオロメチル)および炭酸ビニレンからなる群のうちの少なくとも1種からなる第4の溶媒と
を含有する溶媒を含み、
前記溶媒中における前記第1の溶媒の含有量は、5重量%以上45重量%以下であり、
前記溶媒中における前記第2の溶媒の含有量は、40重量%以上70重量%以下であり、
前記溶媒中における前記第3の溶媒の含有量は、1重量%以上15重量%以下であり、
前記溶媒中における前記第4の溶媒の含有量は、3重量%以上24重量%以下であり、
前記第3および第4の溶媒の含有量の総和は、4重量%以上25重量%以下である
ことを特徴とする二次電池。
A secondary battery comprising an electrolyte solution together with a positive electrode and a negative electrode,
The electrolyte is
A first solvent comprising at least one member selected from the group consisting of ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, and 4-trifluoromethyl-1,3-dioxolan-2-one;
A second solvent comprising at least one member selected from the group consisting of diethyl carbonate, dimethyl carbonate and ethyl methyl carbonate;
A third solvent consisting of 4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one;
And a fourth solvent consisting of at least one member selected from the group consisting of 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one, fluoromethyl methyl carbonate, bis (fluoromethyl) carbonate, and vinylene carbonate. ,
The content of the first solvent in the solvent is 5 wt% or more and 45 wt% or less,
The content of the second solvent in the solvent is 40 wt% or more and 70 wt% or less,
The content of the third solvent in the solvent is 1 wt% or more and 15 wt% or less,
The content of the fourth solvent in the solvent is 3 wt% or more and 24 wt% or less,
The total content of the said 3rd and 4th solvent is 4 weight% or more and 25 weight% or less. The secondary battery characterized by the above-mentioned.
前記電解液は、スルトンを含むことを特徴とする請求項8記載の二次電池。   The secondary battery according to claim 8, wherein the electrolytic solution contains sultone. 前記電解液は、酸無水物を含むことを特徴とする請求項8記載の二次電池。   The secondary battery according to claim 8, wherein the electrolytic solution contains an acid anhydride. 前記電解液は、六フッ化リン酸リチウム、四フッ化ホウ酸リチウム、過塩素酸リチウムおよび六フッ化ヒ酸リチウムからなる群のうちの少なくとも1種を含有する電解質塩を含むことを特徴とする請求項8記載の二次電池。   The electrolytic solution includes an electrolyte salt containing at least one member selected from the group consisting of lithium hexafluorophosphate, lithium tetrafluoroborate, lithium perchlorate, and lithium hexafluoroarsenate. The secondary battery according to claim 8. 前記電解液は、化10〜化12で表される化合物からなる群のうちの少なくとも1種を含有する電解質塩を含むことを特徴とする請求項8記載の二次電池。
Figure 2009170146
(X11は長周期型周期表における1族元素あるいは2族元素、またはアルミニウムである。M11は遷移金属、または長周期型周期表における13族元素、14族元素あるいは15族元素である。R11はハロゲン基である。Y11は−OC−R12−CO−、−OC−C(R13)2 −あるいは−OC−CO−である。ただし、R12はアルキレン基、ハロゲン化アルキレン基、アリーレン基あるいはハロゲン化アリーレン基である。R13はアルキル基、ハロゲン化アルキル基、アリール基あるいはハロゲン化アリール基である。なお、a1は1〜4の整数であり、b1は0、2あるいは4の整数であり、c1、d1、m1およびn1は1〜3の整数である。)
Figure 2009170146
(X21は長周期型周期表における1族元素あるいは2族元素である。M21は遷移金属、または長周期型周期表における13族元素、14族元素あるいは15族元素である。Y21は−OC−(C(R21)2 b2−CO−、−(R23)2 C−(C(R22)2 c2−CO−、−(R23)2 C−(C(R22)2 c2−C(R23)2 −、−(R23)2 C−(C(R22)2 c2−SO2 −、−O2 S−(C(R22)2 d2−SO2 −あるいは−OC−(C(R22)2 d2−SO2 −である。ただし、R21およびR23は水素基、アルキル基、ハロゲン基あるいはハロゲン化アルキル基であり、それぞれのうちの少なくとも1つはハロゲン基あるいはハロゲン化アルキル基である。R22は水素基、アルキル基、ハロゲン基あるいはハロゲン化アルキル基である。なお、a2、e2およびn2は1あるいは2の整数であり、b2およびd2は1〜4の整数であり、c2は0〜4の整数であり、f2およびm2は1〜3の整数である。)
Figure 2009170146
(X31は長周期型周期表における1族元素あるいは2族元素である。M31は遷移金属、または長周期型周期表における13族元素、14族元素あるいは15族元素である。Rfはフッ素化アルキル基あるいはフッ素化アリール基であり、いずれの炭素数も1〜10である。Y31は−OC−(C(R31)2 d3−CO−、−(R32)2 C−(C(R31)2 d3−CO−、−(R32)2 C−(C(R31)2 d3−C(R32)2 −、−(R32)2 C−(C(R31)2 d3−SO2 −、−O2 S−(C(R31)2 e3−SO2 −あるいは−OC−(C(R31)2 e3−SO2 −である。ただし、R31は水素基、アルキル基、ハロゲン基あるいはハロゲン化アルキル基である。R32は水素基、アルキル基、ハロゲン基あるいはハロゲン化アルキル基であり、そのうちの少なくとも1つはハロゲン基あるいはハロゲン化アルキル基である。なお、a3、f3およびn3は1あるいは2の整数であり、b3、c3およびe3は1〜4の整数であり、d3は0〜4の整数であり、g3およびm3は1〜3の整数である。)
The secondary battery according to claim 8, wherein the electrolytic solution includes an electrolyte salt containing at least one selected from the group consisting of compounds represented by chemical formulas 10 to 12.
Figure 2009170146
(X11 is a group 1 element or group 2 element in the long-period periodic table, or aluminum. M11 is a transition metal, or a group 13 element, group 14 element, or group 15 element in the long-period periodic table. R11 is Y11 is —OC—R12—CO—, —OC—C (R13) 2 — or —OC—CO—, wherein R12 is an alkylene group, a halogenated alkylene group, an arylene group or a halogenated group. R13 is an alkyl group, a halogenated alkyl group, an aryl group or a halogenated aryl group, wherein a1 is an integer of 1 to 4, b1 is an integer of 0, 2 or 4, and c1 , D1, m1 and n1 are integers of 1 to 3.)
Figure 2009170146
(X21 is a group 1 element or group 2 element in the long-period periodic table. M21 is a transition metal, or a group 13, element or group 15 element in the long-period periodic table. Y21 is -OC-. (C (R21) 2) b2 -CO -, - (R23) 2 C- (C (R22) 2) c2 -CO -, - (R23) 2 C- (C (R22) 2) c2 -C (R23 ) 2 -,-(R23) 2 C- (C (R22) 2 ) c2 -SO 2- , -O 2 S- (C (R22) 2 ) d2 -SO 2 -or -OC- (C (R22) 2 ) d2 —SO 2 —, wherein R21 and R23 are a hydrogen group, an alkyl group, a halogen group or a halogenated alkyl group, and at least one of each is a halogen group or a halogenated alkyl group. R22 is hydrogen group, alkyl group, halogen Or a halogenated alkyl group, wherein a2, e2 and n2 are integers of 1 or 2, b2 and d2 are integers of 1 to 4, c2 is an integer of 0 to 4, and f2 and m2 are It is an integer from 1 to 3.)
Figure 2009170146
(X31 is a group 1 element or group 2 element in the long-period periodic table. M31 is a transition metal, or a group 13, element or group 15 element in the long-period periodic table. Rf is a fluorinated alkyl. Or a fluorinated aryl group, each having 1 to 10 carbon atoms, Y31 is —OC— (C (R31) 2 ) d3 —CO—, — (R32) 2 C— (C (R31) 2 D3 —CO—, — (R32) 2 C— (C (R31) 2 ) d3 —C (R32) 2 —, — (R32) 2 C— (C (R31) 2 ) d3 —SO 2 —, — O 2 S— (C (R 31) 2 ) e 3 —SO 2 — or —OC— (C (R 31) 2 ) e 3 —SO 2 —, wherein R 31 is a hydrogen group, an alkyl group, a halogen group or a halogenated group. R32 represents a hydrogen group, an alkyl group, or a halogen. Or a halogenated alkyl group, at least one of which is a halogen group or a halogenated alkyl group, wherein a3, f3 and n3 are integers of 1 or 2, and b3, c3 and e3 are 1 to 4; (It is an integer, d3 is an integer of 0 to 4, and g3 and m3 are integers of 1 to 3.)
前記化10に示した化合物は、化13の(1)〜(6)で表される化合物であり、前記化11に示した化合物は、化14の(1)〜(8)で表される化合物であり、前記化12に示した化合物は、化15で表される化合物であることを特徴とする請求項12記載の二次電池。
Figure 2009170146
Figure 2009170146
Figure 2009170146
The compounds shown in Chemical formula 10 are the compounds represented by Chemical formulas (1) to (6), and the compounds shown in Chemical formula 11 are represented by Chemical formulas (1) to (8). The secondary battery according to claim 12, wherein the compound is a compound represented by the chemical formula 12:
Figure 2009170146
Figure 2009170146
Figure 2009170146
前記電解液は、化16〜化18で表される化合物からなる群のうちの少なくとも1種を含有する電解質塩を含むことを特徴とする請求項8記載の二次電池。
Figure 2009170146
(mおよびnは1以上の整数である。)
Figure 2009170146
(R41は炭素数2以上4以下の直鎖状あるいは分岐状のパーフルオロアルキレン基である。)
Figure 2009170146
(p、qおよびrは1以上の整数である。)
9. The secondary battery according to claim 8, wherein the electrolytic solution contains an electrolyte salt containing at least one selected from the group consisting of compounds represented by chemical formulas 16 to 18.
Figure 2009170146
(M and n are integers of 1 or more.)
Figure 2009170146
(R41 is a linear or branched perfluoroalkylene group having 2 to 4 carbon atoms.)
Figure 2009170146
(P, q and r are integers of 1 or more.)
前記負極は、ケイ素(Si)の単体、合金および化合物、ならびにスズ(Sn)の単体、合金および化合物からなる群のうちの少なくとも1種を含有する負極活物質を含むことを特徴とする請求項8記載の二次電池。   The negative electrode includes a negative electrode active material containing at least one selected from the group consisting of a simple substance, an alloy and a compound of silicon (Si), and a simple substance, an alloy and a compound of tin (Sn). 8. The secondary battery according to 8. 前記負極は、負極集電体上に負極活物質層を有し、前記負極活物質層は、気相法、液相法および焼成法からなる群のうちの少なくとも1種の方法によって形成されていることを特徴とする請求項8記載の二次電池。   The negative electrode has a negative electrode active material layer on a negative electrode current collector, and the negative electrode active material layer is formed by at least one method selected from the group consisting of a vapor phase method, a liquid phase method, and a firing method. The secondary battery according to claim 8, wherein: 前記負極は、負極集電体上に負極活物質層を有し、
前記負極活物質層は、複数の負極活物質粒子を有すると共に、前記負極活物質粒子の表面を被覆する酸化物含有膜を有することを特徴とする請求項8記載の二次電池。
The negative electrode has a negative electrode active material layer on a negative electrode current collector,
The secondary battery according to claim 8, wherein the negative electrode active material layer includes a plurality of negative electrode active material particles and an oxide-containing film that covers a surface of the negative electrode active material particles.
前記酸化物含有膜は、ケイ素、ゲルマニウム(Ge)およびスズのうちの少なくとも1種の酸化物を含有することを特徴とする請求項17記載の二次電池。   The secondary battery according to claim 17, wherein the oxide-containing film contains at least one oxide of silicon, germanium (Ge), and tin. 前記負極は、負極集電体上に負極活物質層を有し、
前記負極活物質層は、複数の負極活物質粒子を有すると共に、前記負極活物質粒子間の隙間に電極反応物質と合金化しない金属材料を有することを特徴とする請求項8記載の二次電池。
The negative electrode has a negative electrode active material layer on a negative electrode current collector,
The secondary battery according to claim 8, wherein the negative electrode active material layer includes a plurality of negative electrode active material particles and a metal material that does not alloy with the electrode reactant in a gap between the negative electrode active material particles. .
前記負極活物質粒子は、その粒子内に多層構造を有し、前記負極活物質層は、前記負極活物質粒子内の隙間に前記金属材料を有することを特徴とする請求項19記載の二次電池。   The secondary electrode according to claim 19, wherein the negative electrode active material particles have a multilayer structure in the particles, and the negative electrode active material layer has the metal material in a gap in the negative electrode active material particles. battery. 前記金属材料は、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、亜鉛(Zn)および銅(Cu)のうちの少なくとも1種であることを特徴とする請求項19記載の二次電池。   The secondary battery according to claim 19, wherein the metal material is at least one of iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), zinc (Zn), and copper (Cu). .
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