JP2010165549A - Secondary battery - Google Patents

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晃 山口
Masayuki Ihara
将之 井原
Takashi Murakami
隆 村上
Tadahiko Kubota
忠彦 窪田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a secondary battery capable of obtaining superior high temperature cycle characteristics and voltage retention characteristics. <P>SOLUTION: The secondary battery includes a positive electrode 21, a negative electrode 22 and electrolyte solution, of which, the last is impregnated into a separator 23 fitted between the positive electrode 21 and the negative electrode 22. Since a solvent of the electrolyte solution contains a sulfone compound including a site (such as -S(=O)<SB>2</SB>-O-S(=O)<SB>2</SB>-) containing a sulfonyl group, a stable coating is formed on a surface of the positive electrode 21 or the negative electrode 22 at charging and discharging even under a high temperature environment. Further, since an insulation member 28 is arranged at least at an opposing region (a region R2) of a positive electrode collector 21A against a negative electrode active material layer 22B, local potential rise of the positive electrode 21 at its opposing region can be restrained. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、電極反応物質を吸蔵および放出することが可能な正極および負極と共に電解質を備えた二次電池に関する。   The present invention relates to a secondary battery including an electrolyte together with a positive electrode and a negative electrode capable of inserting and extracting an electrode reactant.

近年、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、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、特に小型かつ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 video camera, a digital still camera, a mobile phone, and 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 small and 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イオン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、大いに期待されている。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からである。   Among these, lithium ion secondary batteries that use the insertion and extraction of lithium ions for charge / discharge reactions are highly expected. This is because an energy density higher than that of a lead battery or a nickel cadmium battery can be obtained.

二次電池は、正極および負極と共に、電解質を備えている。正極は、正極集電体上に正極活物質層を有しており、負極は、負極集電体上に負極活物質層を有している。電解質は、溶媒および電解質塩を含んでいる。   The secondary battery includes an electrolyte together with a positive electrode and a negative electrode. The positive electrode has a positive electrode active material layer on the positive electrode current collector, and the negative electrode has a negative electrode active material layer on the negative electrode current collector. The electrolyte includes a solvent and an electrolyte salt.

充放電反応の媒介として機能する電解質は、二次電池の性能に大きな影響を及ぼすことから、その電解質の組成については、さまざまな検討がなされている。具体的には、サイクル特性や保存特性などを向上させるために、電解質中にジスルホン酸無水物やスルホン酸カルボン酸無水物などを含有させている(例えば、特許文献1,2参照。)。また、電解質の組成と併せて、正極および負極の構成についても、さまざまな検討がなされている。具体的には、高温特性などを向上させるために、電解質中にエチレンスルフィトなどを含有させると共に、正極集電体と負極活物質層との対向領域に絶縁部材を配設している(例えば、特許文献3参照。)。   Since the electrolyte functioning as a medium for the charge / discharge reaction has a great influence on the performance of the secondary battery, various studies have been made on the composition of the electrolyte. Specifically, in order to improve cycle characteristics, storage characteristics, and the like, disulfonic acid anhydride, sulfonic acid carboxylic acid anhydride, and the like are included in the electrolyte (see, for example, Patent Documents 1 and 2). In addition to the composition of the electrolyte, various studies have been made on the structure of the positive electrode and the negative electrode. Specifically, in order to improve high temperature characteristics and the like, the electrolyte contains ethylene sulfite and the like, and an insulating member is disposed in a region opposite to the positive electrode current collector and the negative electrode active material layer (for example, , See Patent Document 3).

特開2002−008718号公報JP 2002-008718 A 特開2004−022336号公報JP 2004-022336 A 特開2007−273438号公報JP 2007-273438 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、その消費電力は増大する傾向にあるため、二次電池の充放電は頻繁に繰り返され、そのサイクル特性は低下しやすい状況にある。しかも、ポータブル電子機器はコンパクトで携帯可能な反面、輸送時や保管時などにおいて高温環境中に晒される可能性があるため、高温環境中でのサイクル特性が問題となっている。これに伴い、二次電池の高温サイクル特性について、より一層の向上が望まれている。この場合には、高温環境中における二次電池の性能を確保するために、高温サイクル特性だけでなく電圧維持特性を向上させることも重要である。   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 are likely to deteriorate. . In addition, while the portable electronic device is compact and portable, there is a possibility that it is exposed to a high temperature environment during transportation or storage, so that the cycle characteristics in the high temperature environment is a problem. In connection with this, further improvement is desired about the high temperature cycling characteristic of a secondary battery. In this case, in order to ensure the performance of the secondary battery in a high temperature environment, it is important to improve not only the high temperature cycle characteristics but also the voltage maintenance characteristics.

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、優れた高温サイクル特性および電圧維持特性を得ることが可能な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 a secondary battery capable of obtaining excellent high-temperature cycle characteristics and voltage maintenance characteristics.

本発明の二次電池は、電極反応物質を吸蔵および放出することが可能な正極および負極と、溶媒および電解質塩を含む電解質とを備えたものである。溶媒は、式(1)および式(2)で表されるスルホン化合物のうちの少なくとも1種を含んでいる。正極は、正極集電体上の一部領域に正極活物質層を有しており、負極は、負極集電体上のうちの正極活物質層に対向する領域および正極集電体に対向する領域に負極活物質層を有している。少なくとも正極集電体と負極活物質層とが対向している領域には、絶縁部材が配設されている。   The secondary battery of the present invention includes a positive electrode and a negative electrode capable of occluding and releasing an electrode reactant, and an electrolyte containing a solvent and an electrolyte salt. The solvent contains at least one of the sulfone compounds represented by formula (1) and formula (2). The positive electrode has a positive electrode active material layer in a partial region on the positive electrode current collector, and the negative electrode faces a region on the negative electrode current collector that faces the positive electrode active material layer and the positive electrode current collector. The region has a negative electrode active material layer. An insulating member is disposed at least in a region where the positive electrode current collector and the negative electrode active material layer face each other.

Figure 2010165549
(R11およびR12はアルキル基、アリール基、ハロゲン化アルキル基あるいはハロゲン化アリール基である。X1は−S(=O)2 −、−S(=O)2 −O−、−O−S(=O)2 −O−、−S(=O)2 −O−S(=O)2 −あるいは−S(=O)2 −O−C(=O)−である。n1は1以上4以下の整数である。)
Figure 2010165549
(R11 and R12 are an alkyl group, an aryl group, a halogenated alkyl group or a halogenated aryl group. X1 represents —S (═O) 2 —, —S (═O) 2 —O—, —O—S ( ═O) 2 —O—, —S (═O) 2 —O—S (═O) 2 — or —S (═O) 2 —O—C (═O) —, where n1 is 1 or more and 4 The following integers.)

Figure 2010165549
(R13はアルキレン基、アリーレン基、ハロゲン化アルキレン基あるいはハロゲン化アリーレン基である。X2は−S(=O)2 −、−S(=O)2 −O−、−O−S(=O)2 −O−、−S(=O)2 −O−S(=O)2 −あるいは−S(=O)2 −O−C(=O)−である。n2は1以上4以下の整数である。)
Figure 2010165549
(R13 is an alkylene group, an arylene group, a halogenated alkylene group or a halogenated arylene group. X2 is —S (═O) 2 —, —S (═O) 2 —O—, —O—S (═O ) 2 —O—, —S (═O) 2 —O—S (═O) 2 — or —S (═O) 2 —O—C (═O) —, where n2 is 1 or more and 4 or less. (It is an integer.)

なお、負極活物質層は、負極集電体上における正極集電体に対向する領域のうち、全領域に設けられていてもよいし、一部領域に設けられていてもよい。   Note that the negative electrode active material layer may be provided in the entire region or a partial region of the region facing the positive electrode current collector on the negative electrode current collector.

本発明の二次電池によれば、電解液の溶媒が式(1)および式(2)に示したスルホン化合物のうちの少なくとも1種を含んでいるので、充放電時において正極あるいは負極の表面に高温環境中でも安定な被膜が形成される。これにより、電解質の化学的安定性が向上するため、高温環境中でも充放電時において電解質の分解反応が抑制される。しかも、少なくとも正極集電体と負極活物質層との対向領域に絶縁部材が配設されているので、その対向領域における正極の局所的な電位上昇が抑制される。これにより、電池内に存在する金属片あるいは金属屑などの溶解および析出が抑制されるため、充電状態における電圧降下が抑制される。したがって、優れた高温サイクル特性および電圧維持特性を得ることができる。   According to the secondary battery of the present invention, since the solvent of the electrolytic solution contains at least one of the sulfone compounds represented by the formulas (1) and (2), the surface of the positive electrode or the negative electrode during charging / discharging In addition, a stable film is formed even in a high temperature environment. Thereby, since the chemical stability of the electrolyte is improved, the decomposition reaction of the electrolyte is suppressed during charging and discharging even in a high temperature environment. In addition, since the insulating member is disposed at least in the facing region between the positive electrode current collector and the negative electrode active material layer, a local potential increase of the positive electrode in the facing region is suppressed. Thereby, since dissolution and precipitation of metal pieces or metal scraps present in the battery are suppressed, voltage drop in the charged state is suppressed. Accordingly, excellent high-temperature cycle characteristics and voltage maintenance characteristics can be obtained.

本発明の一実施の形態に係る二次電池の構成を表す断面図である。It is sectional drawing showing the structure of the secondary battery which concerns on one embodiment of this invention. 図1に示した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模式的に表す断面図である。It is sectional drawing which represents typically the structure of the negative electrode shown in FIG. 図2に示した負極の他の構成を模式的に表す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view schematically illustrating another configuration of the negative electrode illustrated in FIG. 2. 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. 図2に示した正極および負極の構成を模式的に表す平面図である。FIG. 3 is a plan view schematically illustrating the configuration of a positive electrode and a negative electrode illustrated in FIG. 2. 図2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. 巻回電極体の構成に関する第1の変形例を表す断面図である。It is sectional drawing showing the 1st modification regarding the structure of a winding electrode body. 巻回電極体の構成に関する第2の変形例を表す断面図である。It is sectional drawing showing the 2nd modification regarding the structure of a winding electrode body. 巻回電極体の構成に関する第3の変形例を表す断面図である。It is sectional drawing showing the 3rd modification regarding the structure of a winding electrode body. 巻回電極体の構成に関する第4の変形例を表す断面図である。It is sectional drawing showing the 4th modification regarding the structure of a winding electrode body. 本発明の一実施の形態に係る他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 other secondary battery which concerns on one embodiment of this invention. 図13に示した巻回電極体のXIV−XIV線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the XIV-XIV line | wire of the winding electrode body shown in FIG. XPSによる負極活物質(SnCoC)の分析結果を表す図である。It is a figure showing the analysis result of the negative electrode active material (SnCoC) by XPS.

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。なお、説明する順序は、下記の通りである。

1.二次電池(円筒型)
2.巻回電極体の構成に関する変形例
3.他の二次電池(ラミネートフィルム型)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The order of explanation is as follows.

1. Secondary battery (cylindrical type)
2. 2. Modifications related to the configuration of the wound electrode body Other secondary batteries (laminate film type)

<1.二次電池(円筒型)>
図1および図2は、本発明の一実施の形態に係る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の一部を拡大している。ここで説明する二次電池は、負極の容量がリチウムイオンなどの電極反応物質の吸蔵および放出により表されるリチウムイオン二次電池である。
<1. Secondary battery (cylindrical type)>
1 and 2 show a cross-sectional configuration of a secondary battery according to an embodiment of the present invention. In FIG. 2, a part of the wound electrode body 20 shown in FIG. 1 is enlarged. The secondary battery described here is a lithium ion secondary battery in which the capacity of the negative electrode is expressed by occlusion and release of electrode reactants such as lithium ions.

[二次電池の構成]
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、巻回電極体20および一対の絶縁板12,13が収納されたものである。このような電池缶11を用いた電池構造は、円筒型と呼ばれている。
[Configuration of secondary battery]
In the secondary battery, a wound electrode body 20 and a pair of insulating plates 12 and 13 are mainly housed in a substantially hollow cylindrical battery can 11. A battery structure using such a 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いる。この電池缶11は、例えば、ニッケル、ニッケル合金、アルミニウム合金、鉄あるいは鉄合金などにより構成されている。なお、電池缶11が鉄により構成される場合には、その表面にニッケルあるいはニッケル合金などが鍍金されていてもよい。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. The battery can 11 is made of, for example, nickel, nickel alloy, aluminum alloy, iron, iron alloy, or the like. When the battery can 11 is made of iron, nickel or a nickel alloy may be plated on the surface. 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、安全弁機構15および熱感抵抗素子(Positive Temperature Coefficient:PTC素子)16がガスケット17を介してかしめられており、その電池缶11の内部は、密閉されている。電池蓋14は、例えば、電池缶11と同様の材料により構成されている。安全弁機構15および熱感抵抗素子は、電池蓋14の内側に設けられている。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となった場合に、ディスク板15Aが反転して電池蓋14と巻回電極体20との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(電流を制限する)ことにより、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、絶縁材料により構成されており、その表面には、例えば、アスファルトなどが塗布されている。   A battery lid 14, a safety valve mechanism 15 and a heat sensitive resistance element (Positive Temperature Coefficient: PTC element) 16 are caulked through a gasket 17 at the open end of the battery can 11. It is sealed. The battery lid 14 is made of, for example, the same material as the battery can 11. The safety valve mechanism 15 and the heat sensitive resistance element are provided inside the battery lid 14. 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 resistance element 16 prevents abnormal heat generation caused by a large current by increasing resistance (limiting current) as the temperature rises. The gasket 17 is made of, for example, an insulating material, and the surface thereof is coated with, for example, asphalt.

巻回電極体20は、セパレータ23を介して正極21と負極22とが積層および巻回されたものである。この巻回電極体20の中心には、センターピン24が挿入されていてもよい。巻回電極体20では、アルミニウムあるいはアルミニウム合金などにより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、ニッケルあるいはニッケル合金ななどにより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。   The wound electrode body 20 is obtained by laminating and winding a positive electrode 21 and a negative electrode 22 via a separator 23. A center pin 24 may be inserted in the center of the wound electrode body 20. In the wound electrode body 20, a positive electrode lead 25 made of aluminum or an aluminum alloy is connected to the positive electrode 21, and a negative electrode lead 26 made of nickel or a nickel alloy 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]
正極21は、例えば、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。
[Positive electrode]
The positive electrode 21 is, for example, one in which a positive electrode active material layer 21B is provided on both surfaces of a positive electrode current collector 21A. 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により構成されている。この正極集電体21Aとしては、例えば、金属箔などが挙げられる。   The positive electrode current collector 21A is made of, for example, aluminum, nickel, stainless steel, or the like. Examples of the positive electrode current collector 21A include a metal foil.

正極活物質層21Bは、正極活物質として、リチウムイオン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、正極結着剤あるいは正極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 ions as a positive electrode active material, and a positive electrode binder or a positive electrode as necessary. Other materials such as a conductive agent may be included.

正極材料としては、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構成元素として含む複合酸化物や、リチウムと遷移金属元素とを構成元素として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種以上の遷移金属元素を表す。また、xおよびyの値は、充放電状態に応じて異なり、通常、0.05≦x≦1.10、0.05≦y≦1.10である。 As the positive electrode material, 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 as constituent elements, and a phosphate compound containing lithium and a transition metal element as constituent elements. Especially, what contains at least 1 sort (s) 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. Moreover, 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 )、あるいは式(16)で表されるリチウムニッケル系複合酸化物などが挙げられる。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。高い電池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。 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 ), or lithium represented by formula (16). Examples include nickel-based composite oxides. 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. This is because high battery capacity is obtained and excellent cycle characteristics are also obtained.

LiNi1-x x 2 …(16)
(Mはコバルト、マンガン、鉄、アルミニウム、バナジウム、スズ、マグネシウム、チタン、ストロンチウム(Sr)、カルシウム(Ca)、ジルコニウム、モリブデン、テクネチウム(Tc)、ルテニウム(Ru)、タンタル、タングステン、レニウム(Re)、イッテルビウム(Yb)、銅、亜鉛、バリウム(Ba)、ホウ素、クロム、ケイ素、ガリウム、リン、アンチモン(Sb)およびニオブのうちの少なくとも1種である。xは0.005<x<0.5である。)
LiNi 1-x M x O 2 (16)
(M is cobalt, manganese, iron, aluminum, vanadium, tin, magnesium, titanium, strontium (Sr), calcium (Ca), zirconium, molybdenum, technetium (Tc), ruthenium (Ru), tantalum, tungsten, rhenium (Re ), Ytterbium (Yb), copper, zinc, barium (Ba), boron, chromium, silicon, gallium, phosphorus, antimony (Sb), and niobium, where x is 0.005 <x <0. .5.)

この他、正極材料としては、例えば、酸化物、二硫化物、カルコゲン化物あるいは導電性高分子などが挙げられる。酸化物は、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である。二硫化物は、例えば、二硫化チタンあるいは硫化モリブデンなどである。カルコゲン化物は、例えば、セレン化ニオブなどである。導電性高分子は、例えば、硫黄、ポリアニリンあるいはポリチオフェンなどである。   In addition, examples of the positive electrode material include oxides, disulfides, chalcogenides, and conductive polymers. Examples of the oxide include titanium oxide, vanadium oxide, and manganese dioxide. Examples of the disulfide include titanium disulfide and molybdenum sulfide. An example of the chalcogenide is niobium selenide. Examples of the conductive polymer include sulfur, polyaniline, and polythiophene.

もちろん、正極材料は、上記以外のものでもよい。また、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 may be other than the above. Further, two or more kinds of the series of positive electrode materials may be mixed in any combination.

正極結着剤としては、例えば、合成ゴムあるいは高分子材料などが挙げられる。合成ゴムは、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であり、高分子材料は、例えば、ポリフッ化ビニリデンなどである。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 positive electrode binder include synthetic rubber or a polymer material. The synthetic rubber is, for example, styrene butadiene rubber, fluorine rubber, or ethylene propylene diene, and the polymer material is, for example, polyvinylidene fluoride. These may be single and multiple types may be mixed.

正極導電剤としては、例えば、黒鉛、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケチェンブラックあるいは気相成長炭素繊維(VGCF:vapor growth carbon fiber )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、正極導電剤は、導電性を有する材料であれば、金属あるいは導電性高分子などでもよい。   Examples of the positive electrode conductive agent include carbon materials such as graphite, carbon black, acetylene black, ketjen black, and vapor growth carbon fiber (VGCF). These may be single and multiple types may be mixed. Note that the positive electrode conductive agent may be a metal or a conductive polymer as long as it is a conductive material.

[負極]
負極22は、例えば、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。
[Negative electrode]
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. 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により構成されている。この負極集電体22Aとしては、例えば、金属箔などが挙げられる。   The negative electrode current collector 22A is made of, for example, copper, nickel, stainless steel, or the like. Examples of the anode current collector 22A include a metal foil.

負極集電体22Aの表面は、粗面化されていることが好ましい。いわゆるアンカー効果により、負極集電体22Aに対する負極活物質層22B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、電解処理により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り負極集電体22Aの表面に微粒子を形成して凹凸を設ける方法である。電解法により作製された銅箔は、一般に「電解銅箔」と呼ばれている。   The surface of the negative electrode current collector 22A is preferably roughened. This is because the so-called anchor effect improves the adhesion of the negative electrode active material layer 22B to the negative electrode current collector 22A. 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 providing 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 produced by the electrolytic method is generally called “electrolytic copper foil”.

負極活物質層22Bは、負極活物質として、リチウムイオン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、負極結着剤あるいは負極導電剤などの他の材料を含んでいてもよい。なお、負極結着剤および負極導電剤に関する詳細は、例えば、それぞれ正極結着剤および正極導電剤と同様である。この負極活物質層22Bでは、例えば、充電時においてリチウム金属が意図せずに析出することを抑制するために、負極材料の充電可能な容量が正極21の放電容量よりも大きいことが好ましい。   The negative electrode active material layer 22B includes one or more negative electrode materials capable of inserting and extracting lithium ions as a negative electrode active material, and a negative electrode binder or a negative electrode as necessary. Other materials such as a conductive agent may be included. Note that details regarding the negative electrode binder and the negative electrode conductive agent are the same as, for example, the positive electrode binder and the positive electrode conductive agent, respectively. In the negative electrode active material layer 22B, for example, the chargeable capacity of the negative electrode material is preferably larger than the discharge capacity of the positive electrode 21 in order to prevent unintentional precipitation of lithium metal during charging.

負極材料としては、例えば、炭素材料が挙げられる。リチウムイオンの吸蔵および放出時における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および優れたサイクル特性が得られるからである。また、負極導電剤としても機能するからである。この炭素材料は、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。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。   Examples of the negative electrode material include a carbon material. This is because the change in crystal structure during insertion and extraction of lithium ions is very small, so that a high energy density and excellent cycle characteristics can be obtained. In addition, it also functions as a negative electrode conductive agent. 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. is there. 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 shape of the carbon material may be any of fibrous, spherical, granular or scale-like.

また、負極材料としては、例えば、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含む材料(以下、単に「金属系材料」ともいう。)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。このような材料は、金属元素あるいは半金属元素の単体、合金あるいは化合物でもよいし、それらの2種以上でもよいし、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。その組織には、固溶体、共晶(共融混合物)、金属間化合物、あるいはそれらの2種以上が共存するものがある。   In addition, examples of the negative electrode material include a material containing at least one of a metal element and a metalloid element as a constituent element (hereinafter, also simply referred to as “metal material”). This is because a high energy density can be obtained. Such a material may be a single element, an alloy or a compound of a metal element or a metalloid element, or may be two or more of them, or may have at least a part of one or more of those phases. . 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. The structure includes a solid solution, a eutectic (eutectic mixture), an intermetallic compound, or those 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であり、具体的には、以下の元素のうちの少なくとも1種である。マグネシウム、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウム(In)、ケイ素、ゲルマニウム(Ge)、スズあるいは鉛(Pb)である。また、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、イットリウム、パラジウム(Pd)あるいは白金(Pt)である。中でも、ケイ素およびスズのうちの少なくとも一方が好ましい。リチウムイオンを吸蔵および放出する能力が優れているため、高いエネルギー密度が得られるからである。   The metal element or metalloid element described above is, for example, a metal element or metalloid element capable of forming an alloy with lithium, and specifically, is at least one of the following elements. Magnesium, boron, aluminum, gallium, indium (In), silicon, germanium (Ge), tin, or lead (Pb). Bismuth (Bi), cadmium (Cd), silver (Ag), zinc, hafnium (Hf), zirconium, yttrium, palladium (Pd), or platinum (Pt). Among these, at least one of silicon and tin is preferable. This is because a high energy density can be obtained because of its excellent ability to occlude and release lithium ions.

ケイ素およびスズのうちの少なくとも一方を含む材料は、例えば、ケイ素あるいはスズの単体、合金あるいは化合物でもよいし、それらの2種以上でもよいし、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ものでもよい。   The material containing at least one of silicon and tin may be, for example, a simple substance, an alloy or a compound of silicon or tin, or two or more of them, or at least one of those phases or two or more phases. You may have in a part.

ケイ素の合金としては、例えば、ケイ素以外の構成元素として、以下の元素のうちの少なくとも1種を含むものなどが挙げられる。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、アンチモンあるいはクロムである。ケイ素の化合物としては、例えば、ケイ素以外の構成元素として、酸素あるいは炭素を含むものが挙げられる。なお、ケイ素の化合物は、例えば、ケイ素以外の構成元素として、ケイ素の合金について説明した元素のいずれか1種あるいは2種以上を含んでいてもよい。   Examples of silicon alloys include those containing at least one of the following elements as constituent elements other than silicon. Tin, nickel, copper, iron, cobalt, manganese, zinc, indium, silver, titanium, germanium, bismuth, antimony or chromium. Examples of silicon compounds include those containing oxygen or carbon as constituent elements other than silicon. The silicon compound may contain, for example, any one or more of the elements described for the silicon alloy as a constituent element other than silicon.

ケイ素の合金あるいは化合物の一例としては、以下のもののうちの少なくとも1種などが挙げられる。SiB4 、SiB6 、Mg2 Si、Ni2 Si、TiSi2 、MoSi2 、CoSi2 、NiSi2 、CaSi2 、CrSi2 、Cu5 Si、FeSi2 あるいはMnSi2 である。また、NbSi2 、TaSi2 、VSi2 、WSi2 、ZnSi2 、SiC、Si3 4 、Si2 2 O、SiOv (0<v≦2)、SnOw (0<w≦2)あるいはLiSiOである。 Examples of silicon alloys or compounds include at least one of the following. 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 or 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.

スズの合金としては、例えば、スズ以外の構成元素として、以下の元素のうちの少なくとも1種を含むものなどが挙げられる。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、アンチモンあるいはクロムである。スズの化合物としては、例えば、酸素あるいは炭素を含むものなどが挙げられる。なお、スズの化合物は、例えば、スズ以外の構成元素として、スズの合金について説明した元素のいずれか1種あるいは2種以上を含んでいてもよい。スズの合金あるいは化合物の一例としては、SnSiO3 、LiSnOあるいはMg2 Snなどが挙げられる。 Examples of the tin alloy include those containing at least one of the following elements as constituent elements other than tin. Silicon, nickel, copper, iron, cobalt, manganese, zinc, indium, silver, titanium, germanium, bismuth, antimony or chromium. Examples of tin compounds include those containing oxygen or carbon. In addition, the compound of tin may contain any 1 type (s) or 2 or more types of the element demonstrated about the alloy of tin as structural elements other than tin, for example. Examples of tin alloys or compounds include SnSiO 3 , LiSnO, Mg 2 Sn, and the like.

中でも、ケイ素を含む材料としては、ケイ素の単体が好ましい。高い電池容量および優れたサイクル特性などが得られるからである。なお、「単体」とは、あくまで一般的な意味合いでの単体(微量の不純物を含んでいてもよい)であり、必ずしも純度100%を意味しているわけではない。   Among these, as a material containing silicon, silicon alone is preferable. This is because a high battery capacity and excellent cycle characteristics can be obtained. Note that “single substance” is a simple substance (which may contain a small amount of impurities) in a general sense, and does not necessarily mean 100% purity.

また、スズを含む材料としては、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の構成元素を含むSn含有材料が好ましい。第2の構成元素は、例えば、以下の元素のうちの少なくとも1種である。コバルト、鉄、マグネシウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウムあるいはジルコニウムである。また、ニオブ、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、タングステン(W)、ビスマスあるいはケイ素である。第3の構成元素は、例えば、ホウ素、炭素、リンおよびアルミニウムのうちの少なくとも1種である。スズと共に第2および第3の構成元素を含むと、高い電池容量および優れたサイクル特性などが得られるからである。   Moreover, as a material containing tin, for example, an Sn-containing material containing tin as a first constituent element and further containing second and third constituent elements is preferable. The second constituent element is, for example, at least one of the following elements. Cobalt, iron, magnesium, titanium, vanadium, chromium, manganese, nickel, copper, zinc, gallium or zirconium. Niobium, molybdenum, silver, indium, cerium (Ce), hafnium, tantalum, tungsten (W), bismuth, or silicon. The third constituent element is, for example, at least one of boron, carbon, phosphorus, and aluminum. This is because when the second and third constituent elements are contained together with tin, high battery capacity and excellent cycle characteristics can be obtained.

特に、第3の構成元素として炭素を含む材料(SnMC:Mは上記したコバルトなどのうちの少なくとも1種)が好ましいと共に、第2の構成元素としてコバルトを含む材料(SnCoX:Xは上記したホウ素などのうちの少なくとも1種)が好ましい。炭素あるいはコバルトを構成元素として含むと、高いエネルギー密度が得られるからである。この場合には、炭素の含有量は9.9質量%〜29.7質量%であることが好ましいと共に、スズおよびコバルトの含有量の割合(Co/(Sn+Co))は20質量%〜70質量%であることが好ましい。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。   In particular, a material containing carbon as the third constituent element (SnMC: M is at least one of the above-described cobalt and the like) is preferable, and a material containing cobalt as the second constituent element (SnCoX: X is the boron described above). Etc.) is preferred. This is because when carbon or cobalt is contained as a constituent element, a high energy density can be obtained. In this case, the carbon content is preferably 9.9 mass% to 29.7 mass%, and the content ratio of tin and cobalt (Co / (Sn + Co)) is 20 mass% to 70 mass%. % Is preferred. This is because a high energy density can be obtained in such a composition range.

このような材料の中でも、スズ、コバルトおよび炭素を含むSnCoC含有材料が好ましい。炭素およびコバルトを構成元素として含むため、極めて高いエネルギー密度が得られるからである。このSnCoC含有材料の他、スズ、コバルト、鉄および炭素を含む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は、以下の通りである。炭素の含有量は9.9質量%〜29.7質量%、鉄の含有量は0.3質量%〜5.9質量%、スズおよびコバルトの含有量の割合(Co/(Sn+Co))は30質量%〜70質量%である。また、例えば、鉄の含有量を多めに設定する場合の組成は、以下の通りである。炭素の含有量は11.9質量%〜29.7質量%である。また、スズ、コバルトおよび鉄の含有量の割合((Co+Fe)/(Sn+Co+Fe))は26.4質量%〜48.5質量%、コバルトおよび鉄の含有量の割合(Co/(Co+Fe))は9.9質量%〜79.5質量%である。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 such materials, SnCoC-containing materials containing tin, cobalt and carbon are preferable. This is because carbon and cobalt are contained as constituent elements, so that an extremely high energy density can be obtained. In addition to this SnCoC-containing material, an SnCoFeC-containing material containing tin, cobalt, iron and carbon is also preferable. The composition of the SnCoFeC-containing material can be arbitrarily set. For example, the composition when the content of iron is set to be small is as follows. The carbon content is 9.9 mass% to 29.7 mass%, the iron content is 0.3 mass% to 5.9 mass%, and the ratio of tin and cobalt content (Co / (Sn + Co)) is 30% by mass to 70% by mass. For example, the composition in the case where the content of iron is set to be large is as follows. Carbon content is 11.9 mass%-29.7 mass%. Further, the content ratio of tin, cobalt and iron ((Co + Fe) / (Sn + Co + Fe)) is 26.4 mass% to 48.5 mass%, and the ratio of content of cobalt and iron (Co / (Co + Fe)) is It is 9.9 mass%-79.5 mass%. This is because a high energy density can be obtained in such a composition range.

なお、SnCoC含有材料あるいはSnCoFeC含有材料は、必要に応じて、さらに他の構成元素を含んでいてもよい。このような他の構成元素としては、ケイ素、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、ガリウムおよびビスマスのうちの少なくとも1種が挙げられる。   The SnCoC-containing material or the SnCoFeC-containing material may further contain other constituent elements as necessary. Examples of such other constituent elements include at least one of silicon, nickel, chromium, indium, niobium, germanium, titanium, molybdenum, aluminum, phosphorus, gallium, and bismuth.

Sn含有材料は、第1の構成元素であるスズと共に第2および第3の構成元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であることが好ましい。この相は、リチウムと反応可能な反応相であり、その反応相の存在により優れた特性が得られるようになっている。この相のX線回折により得られる回折ピークの半値幅は、特定X線としてCuKα線を用いると共に、挿引速度を1°/minとした場合において、回折角2θで1.0°以上であることが好ましい。リチウムイオンがより円滑に吸蔵および放出されると共に、電解質などとの反応性が低減するからである。なお、Sn含有材料は、低結晶性あるいは非晶質の相に加えて、各構成元素の単体あるいは一部を含む相を含んでいる場合もある。   The Sn-containing material has a phase containing second and third constituent elements together with tin which is the first constituent element, and the phase is preferably low crystalline or amorphous. This phase is a reaction phase capable of reacting with lithium, and excellent characteristics can be obtained by the presence of the reaction phase. The half 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. It is preferable. This is because lithium ions are occluded and released more smoothly, and the reactivity with the electrolyte and the like is reduced. Note that the Sn-containing material may include a phase containing a simple substance or a part of each constituent element in addition to the low crystalline or amorphous phase.

X線回折により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れば、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の反応相の回折ピークが2θ=20°〜50°の間に見られる。このような反応相は、例えば、上記した各構成元素を含んでおり、主に、第3の構成元素(炭素等)の存在に起因し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 the diffraction peak obtained by X-ray diffraction corresponds to the reaction phase capable of reacting with lithium can be easily determined by comparing X-ray diffraction charts before and after the 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 °. Such a reaction phase includes, for example, each of the above-described constituent elements, and is considered to be low-crystallized or amorphized mainly due to the presence of the third constituent element (carbon or the like). It is done.

Sn含有材料では、第3の構成元素である炭素等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ことが好ましい。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。元素の結合状態については、例えば、X線光電子分光法(X-ray Photoelectron Spectroscopy;XPS)により確認できる。市販の装置では、例えば、軟X線としてAl−Kα線あるいはMg−Kα線などが用いられる。   In the Sn-containing material, it is preferable that at least a part of carbon or the like as the third 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. The bonding state of elements can be confirmed by, for example, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). In a commercially available apparatus, for example, Al—Kα ray or Mg—Kα ray is used as the soft X-ray.

Sn含有材料としてSnMCを例に挙げると、炭素の少なくとも一部が金属元素あるいは半金属元素などと結合している場合には、炭素の1s軌道(C1s)の合成波のピークは284.5eVよりも低い領域に現れる。なお、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ているものとする。この際、通常、物質表面には表面汚染炭素が存在しているため、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。XPS測定では、C1sのピークの波形が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で得られるため、例えば、市販のソフトウエアを用いて解析して、両者のピークを分離する。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。   Taking SnMC as an example of the Sn-containing material, when at least a part of carbon is bonded to a metal element or a metalloid element, the peak of the synthetic wave of carbon 1s orbital (C1s) is from 284.5 eV. Appear in the lower area. It is assumed that the energy calibration is performed so that the peak of 4f orbit (Au4f) of gold atom is obtained at 84.0 eV. At this time, since the surface contamination carbon usually exists on the surface of the substance, the C1s peak of the surface contamination carbon is set to 284.8 eV, which is used as the energy standard. In XPS measurement, the waveform of the C1s peak is obtained in a form that includes the surface contamination carbon peak and the carbon peak in the SnCoC-containing material. Isolate. 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).

また、負極材料としては、例えば、金属酸化物あるいは高分子化合物が挙げられる。金属酸化物は、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る。高分子化合物は、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。   Moreover, as a negative electrode material, a metal oxide or a high molecular compound is mentioned, for example. 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、負極材料は、上記以外のものでもよい。また、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 may be other than the above. Further, two or more kinds of the series of negative electrode materials may be mixed in any combination.

負極活物質層22Bは、例えば、塗布法、気相法、液相法、溶射法あるいは焼成法(焼結法)、またはそれらの2種以上の方法により形成されている。塗布法とは、例えば、粒子状の負極活物質を結着剤などと混合したのち、溶剤に分散させて塗布する方法である。気相法の一例としては、物理堆積法あるいは化学堆積法などが挙げられる。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(CVD:chemical vapor deposition )法あるいはプラズマ化学気相成長法などである。液相法の一例としては、電解鍍金法あるいは無電解鍍金法などが挙げられる。溶射法とは、負極活物質を溶融状態あるいは半溶融状態で吹き付けて堆積させる方法である。焼成法とは、例えば、塗布法と同様の手順で塗布したのち、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。焼成法については、公知の手法を用いることができる。一例としては、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などが挙げられる。   The negative electrode active material layer 22B is formed by, for example, a coating method, a gas phase method, a liquid phase method, a thermal spraying method, a firing method (sintering method), or two or more methods thereof. The application method is, for example, a method in which a particulate negative electrode active material is mixed with a binder and then dispersed in a solvent and applied. Examples of the vapor phase method include a physical deposition method or a chemical deposition method. Specifically, a vacuum deposition method, a sputtering method, an ion plating method, a laser ablation method, a thermal chemical vapor deposition (CVD) method, a plasma chemical vapor deposition method, or the like. Examples of the liquid phase method include an electrolytic plating method and an electroless plating method. The thermal spraying method is a method in which a negative electrode active material is sprayed and deposited in a molten state or a semi-molten state. The baking method is, for example, a method in which heat treatment is performed at a temperature higher than the melting point of a binder or the like after being applied in the same procedure as the application method. A known method can be used for the firing method. As an example, an atmosphere firing method, a reaction firing method, a hot press firing method, or the like can be given.

負極活物質は、例えば、複数の粒子状である。すなわち、負極活物質層22Bは、複数の粒子状の負極活物質(以下、単に「負極活物質粒子」という。)を含んでいる。負極活物質層22Bの形成方法として塗布法などを用いた場合における負極活物質粒子は、塗布用のスラリーを準備するために用いられた粒子状の負極活物質そのものである。一方、負極活物質層22Bの形成方法として気相法あるいは溶射法などを用いた場合における負極活物質粒子は、蒸発あるいは溶融などして負極集電体22A上に堆積された結果、粒子状になった負極活物質である。   The negative electrode active material is, for example, a plurality of particles. That is, the negative electrode active material layer 22B includes a plurality of particulate negative electrode active materials (hereinafter simply referred to as “negative electrode active material particles”). The negative electrode active material particles in the case where a coating method or the like is used as a method of forming the negative electrode active material layer 22B is the particulate negative electrode active material itself used for preparing a slurry for coating. On the other hand, the negative electrode active material particles when vapor phase method or thermal spraying method is used as the method of forming the negative electrode active material layer 22B are evaporated or melted and deposited on the negative electrode current collector 22A. The negative electrode active material.

負極活物質粒子が気相法などの堆積法により形成される場合には、その負極活物質粒子は、単一の堆積工程により形成された単層構造を有していてもよいし、複数回の堆積工程により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を用いる場合には、負極活物質粒子は多層構造を有していることが好ましい。負極材料の堆積工程が複数回に分割して行われる(負極材料が順次薄く形成して堆積される)ため、その堆積工程を1回で行う場合よりも、負極集電体22Aが高熱に晒される時間が短くなるからである。これにより、負極集電体22Aが熱的ダメージを受けにくくなる。   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 by a single deposition process, It may have a multilayer structure formed by the deposition process. However, when using a vapor deposition method with high heat during deposition, the negative electrode active material particles preferably have a multilayer structure. Since the deposition process of the negative electrode material is performed in a plurality of times (the negative electrode material is sequentially formed and deposited thinly), the negative electrode current collector 22A is exposed to higher heat than when the deposition process is performed once. This is because the time to be saved is shortened. As a result, the negative electrode current collector 22A is less susceptible to thermal damage.

この負極活物質粒子は、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、その根元において負極集電体22Aに連結されていることが好ましい。充放電時において負極活物質層22Bの膨張および収縮が抑制されるからである。また、負極活物質粒子は、気相法、液相法あるいは焼成法などにより形成されており、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ことが好ましい。この場合には、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 from the surface of the negative electrode current collector 22A in the thickness direction of the negative electrode active material layer 22B, and are preferably connected to the negative electrode current collector 22A at the root. This is because the expansion and contraction of the negative electrode active material layer 22B are suppressed during charging and discharging. The negative electrode active material particles are formed by a vapor phase method, a liquid phase method, a firing method, or the like, and are preferably alloyed at least at a part of the interface with the negative electrode current collector 22A. In this case, 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(酸化物含有膜を設けないとしたならば電解質と接することとなる領域)を被覆する酸化物含有膜を含んでいることが好ましい。酸化物含有膜が電解質に対する保護膜として機能するため、充放電時において電解質の分解反応が抑制されるからである。これにより、サイクル特性および保存特性などが向上する。なお、酸化物含有膜は、負極活物質粒子の表面の全部を被覆していてもよいし、一部だけを被覆していてもよいが、中でも、全部を被覆していることが好ましい。電解質の分解反応がより抑制されるからである。   In particular, the negative electrode active material layer 22B includes an oxide-containing film that covers the surface of the negative electrode active material particles (a region that will be in contact with the electrolyte if no oxide-containing film is provided), if necessary. Preferably it is. This is because the oxide-containing film functions as a protective film against the electrolyte, so that the decomposition reaction of the electrolyte is suppressed during charging and discharging. Thereby, cycle characteristics and storage characteristics are improved. The oxide-containing film may cover the entire surface of the negative electrode active material particles, or may cover only a part of the surface, but it is preferable to cover the entire surface. This is because the decomposition reaction of the electrolyte is further suppressed.

この酸化物含有膜は、例えば、ケイ素の酸化物、ゲルマニウムの酸化物およびスズの酸化物のうちの少なくとも1種を含んでおり、中でも、ケイ素の酸化物を含んでいることが好ましい。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、優れた保護機能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んでいてもよい。   The oxide-containing film includes, for example, at least one of a silicon oxide, a germanium oxide, and a tin oxide, and preferably includes a silicon oxide. This is because the entire surface of the negative electrode active material particles can be easily covered and an excellent protective function can be obtained. Of course, the oxide-containing film may contain an oxide other than the above.

酸化物含有膜は、例えば、気相法あるいは液相法などにより形成されており、中でも、液相法により形成されていることが好ましい。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。液相法としては、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が挙げられ、中でも、液相析出法、ゾルゲル法あるいはディップコーティング法が好ましく、液相析出法がより好ましい。より高い効果が得られるからである。なお、酸化物含有膜は、上記した一連の形成方法のうち、単独の形成方法により形成されていてもよいし、2種以上の形成方法により形成されていてもよい。   The oxide-containing film is formed by, for example, a gas phase method or a liquid phase method, and among these, it is preferably formed by a liquid phase method. This is because the surface of the negative electrode active material particles can be easily covered over a wide range. Examples of the liquid phase method include a liquid phase precipitation method, a sol-gel method, a coating method, or a dip coating method. Among these, the liquid phase precipitation method, the sol-gel method, or the dip coating method is preferable, and the liquid phase precipitation method is more preferable. This is because a higher effect can be obtained. Note that the oxide-containing film may be formed by a single formation method among the above-described series of formation methods, or may be formed by two or more types of formation methods.

また、負極活物質層22Bは、必要に応じて、負極活物質層22Bの内部の隙間に、リチウムと合金化しない金属元素を構成元素として含む金属材料(以下、単に「金属材料」という。)を含んでいることが好ましい。複数の負極活物質粒子が金属材料を介して結着されると共に、負極活物質層22B中の空隙率が減少するため、その負極活物質層22Bの膨張および収縮が抑制されるからである。これにより、サイクル特性および保存特性などが向上する。なお、「負極活物質層22Bの内部の隙間」の詳細については、後述する(図5および図6参照)。   Further, the negative electrode active material layer 22B has a metal material containing a metal element that does not alloy with lithium as a constituent element in the gap inside the negative electrode active material layer 22B as necessary (hereinafter simply referred to as “metal material”). It is preferable that it contains. This is because the plurality of negative electrode active material particles are bound via a metal material and the porosity in the negative electrode active material layer 22B is reduced, so that the expansion and contraction of the negative electrode active material layer 22B are suppressed. Thereby, cycle characteristics and storage characteristics are improved. The details of the “gap inside the negative electrode active material layer 22B” will be described later (see FIGS. 5 and 6).

上記した金属元素としては、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。負極活物質層22B内の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、金属元素は、上記以外の他の金属元素でもよい。ただし、ここで言う「金属材料」とは、単体に限らず、合金あるいは金属化合物まで含む広い概念である。   Examples of the metal element described above 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 in the negative electrode active material layer 22B and an excellent binding action can be obtained. Of course, the metal element may be a metal element other than the above. However, the “metal material” referred to here is not limited to a simple substance but is a broad concept including an alloy or a metal compound.

金属材料は、例えば、気相法あるいは液相法などにより形成されており、中でも、液相法により形成されていることが好ましい。負極活物質層22B内の隙間に金属材料が入り込みやすいからである。液相法としては、例えば、電解鍍金法あるいは無電解鍍金法などが挙げられ、中でも、電解鍍金法が好ましい。上記した隙間に金属材料がより入り込みやすいと共に、その形成時間が短くて済むからである。なお、金属材料は、上記した一連の形成方法のうち、単独の形成方法により形成されていてもよいし、2種以上の形成方法により形成されていてもよい。   The metal material is formed by, for example, a gas phase method or a liquid phase method, and it is preferable that the metal material is formed by a liquid phase method. This is because the metal material easily enters the gap in the negative electrode active material layer 22B. Examples of the liquid phase method include an electrolytic plating method and an electroless plating method, among which the electrolytic plating method is preferable. This is because the metal material is more likely to enter the gaps and the formation time thereof can be shortened. In addition, the metal material may be formed by a single forming method among the above-described series of forming methods, or may be formed by two or more kinds of forming methods.

なお、負極活物質層22Bは、酸化物含有膜あるいは金属材料のいずれか一方だけを含んでいてもよいし、双方を含んでいてもよい。ただし、サイクル特性などをより向上させるためには、双方を含んでいることが好ましい。また、いずれか一方だけを含む場合において、サイクル特性などをより向上させるためには、酸化物含有膜を含んでいることが好ましい。なお、酸化物含有膜および金属材料の双方を含む場合には、どちらを先に形成してもよいが、サイクル特性などをより向上させるためには、酸化物含有膜を先に形成することが好ましい。   Note that the negative electrode active material layer 22B may include only one of the oxide-containing film and the metal material, or may include both. However, in order to improve the cycle characteristics and the like, it is preferable to include both. In the case where only one of them is included, it is preferable that an oxide-containing film is included in order to further improve cycle characteristics and the like. Note that when both the oxide-containing film and the metal material are included, whichever may be formed first, in order to improve the cycle characteristics and the like, the oxide-containing film may be formed first. preferable.

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含む場合について説明する。図3および図4は、負極22の断面構造を模式的に表している。ここでは、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 includes an oxide-containing film together with a plurality of negative electrode active material particles will be described. 3 and 4 schematically show a cross-sectional structure of the negative electrode 22. Here, the case where the negative electrode active material particles have a single layer structure is shown.

図3に示した場合には、例えば、蒸着法などの気相法により負極集電体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り形成された微粒子)が存在すると、負極活物質粒子221が突起部ごとに厚さ方向に成長する。このため、複数の負極活物質粒子221は、負極集電体22A上において配列されると共に、その根元において負極集電体22A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り負極活物質粒子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する。この場合には、負極活物質粒子221の頭頂部から根元に至る広い範囲が被覆される。この広範囲な被覆状態は、酸化物含有膜222が液相法により形成された場合に得られる特徴である。すなわち、液相法を用いて酸化物含有膜222を形成すると、被覆作用が負極活物質粒子221の頭頂部だけでなく根元まで広く及ぶため、その根元まで酸化物含有膜222により被覆される。   In the case 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 electrode active material particles 221 are formed on the negative electrode current collector 22A. It is 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 are thickened for each protrusion. Grows in the right direction. Therefore, the plurality of negative electrode active material particles 221 are arranged on the negative electrode current collector 22A and connected to the negative electrode current collector 22A at the root thereof. After that, for example, when the oxide-containing film 222 is formed on the surface of the negative electrode active material particles 221 by a liquid phase method such as a liquid phase deposition method, the oxide-containing film 222 is applied to the surface of the negative electrode active material particles 221. Cover almost entirely. In this case, a wide range from the top of the negative electrode active material particle 221 to the root is covered. This wide covering state 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 using 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, and thus the base is covered with the oxide-containing film 222.

これに対して、図4に示した場合には、例えば、気相法により複数の負極活物質粒子221が形成されたのち、同様に気相法により酸化物含有膜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の一部(頭頂部)だけを被覆する。この狭範囲な被覆状態は、酸化物含有膜223が気相法により形成された場合に得られる特徴である。すなわち、気相法を用いて酸化物含有膜223を形成すると、被覆作用が負極活物質粒子221の頭頂部に及ぶものの根元まで及ばないため、その根元までは酸化物含有膜223により被覆されない。   On the other hand, in the case 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. The oxide-containing film 223 covers only a part (the top part) of the negative electrode active material particles 221. This narrow coverage state 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 using the vapor phase method, the covering action does not reach the root of the negative electrode active material particles 221, but the base is not covered with the oxide-containing film 223.

なお、図3では、気相法により負極活物質層22Bが形成される場合について説明したが、塗布法あるいは焼結法などの他の形成方法により負極活物質層22Bが形成される場合においても、同様の結果が得られる。すなわち、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222が形成される。   3 illustrates the case where the negative electrode active material layer 22B is formed by a vapor phase method, but the negative electrode active material layer 22B may be formed by another forming method such as a coating method or a sintering method. Similar results are obtained. That is, the oxide-containing film 222 is formed so as to cover almost the entire surface of the plurality of negative electrode active material particles.

次に、負極活物質層22Bが複数の負極活物質粒子と共に金属材料を含む場合について説明する。図5および図6は、負極22の断面構造を拡大して表している。図5および図6において、(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。ここでは、複数の負極活物質粒子221が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 together with a plurality of negative electrode active material particles will be described. 5 and 6 show an enlarged cross-sectional structure of the negative electrode 22. 5 and 6, (A) is a scanning electron microscope (SEM) photograph (secondary electron image), and (B) is a schematic picture of the SEM image shown in (A). Here, a case where a plurality of negative electrode active material particles 221 have a multilayer structure is shown.

図5に示したように、負極活物質粒子221が多層構造を有する場合には、その配列構造、多層構造および表面構造に起因して、負極活物質層22Bの内部に複数の隙間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、負極活物質粒子221間に生じたものであり、隙間224Bは、負極活物質粒子221内の階層間に生じたものである。ただし、他の発生原因により生じた隙間224が存在していてもよい。   As shown in FIG. 5, when the negative electrode active material particles 221 have a multilayer structure, a plurality of gaps 224 are generated inside the negative electrode active material layer 22B due to the arrangement structure, the multilayer structure, and the surface structure. ing. 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 the negative electrode active material particles 221, and the gap 224 </ b> B is generated between the layers in the negative electrode active material particles 221. However, there may be a gap 224 caused by another cause.

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)が生じたため、その突起部間に生じたものである。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、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、その階層間にも生じる場合もある。   Note that a void 225 may be formed on the exposed surface (outermost surface) of the negative electrode active material particles 221. The voids 225 are generated between the protrusions because fine whisker-like protrusions (not shown) are formed on the surface of the negative electrode active material particles 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 whisker-like protrusions are generated on the surface every time the negative electrode active material particles 221 are formed, the voids 225 may be generated not only between the exposed surfaces of the negative electrode active material particles 221 but also between the layers. .

図6に示したように、負極活物質層22Bは、隙間224A,224Bに、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を有していることが好ましい。より高い効果が得られるからである。   As shown in FIG. 6, the negative electrode active material layer 22B has a metal material 226 in the gaps 224A and 224B. In this case, the metal material 226 may be provided in only one of the gaps 224A and 224B, but it is preferable that the metal material 226 is provided in both of them. This is because a higher effect can be obtained.

この金属材料226は、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、気相法などにより負極活物質粒子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、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、隙間224Aに金属材料226が埋め込まれている。この場合には、隙間224Aの一部でも埋められていればよいが、その埋め込み量は多いほど好ましい。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の埋め込み量(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 224 </ b> A between the 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 224A is generated between the 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, a metal material 226 is embedded in the gap 224A in order to improve the binding property. In this case, it is sufficient that a part of the gap 224A is filled, but the larger the filling amount, the better. This is because the binding property of the negative electrode active material layer 22B is further improved. The filling amount (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、その階層間に隙間224Bが生じる。この隙間224Bは、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、隙間224Bに金属材料226が埋め込まれている。この場合には、隙間224Bの一部でも埋め込まれていればよいが、その埋め込み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. Like the gap 224A, the gap 224B causes a decrease in the binding property of the negative electrode active material layer 22B. Therefore, in order to improve the binding property, the metal material 226 is embedded in the gap 224B. In this case, it is sufficient that a part of the gap 224B is buried, but it is preferable that the amount of filling is large. 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、気相法などにより負極活物質粒子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、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。そこで、充放電反応の進行度の低下を抑えるために、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、その埋め込み量が多いほど好ましい。充放電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 voids 225 are generated between the protrusions. The voids 225 increase the surface area of the negative electrode active material particles 221 and increase the amount of irreversible film formed on the surface of the negative electrode active material particles 221, which may cause a reduction in the progress of the charge / discharge reaction. . Therefore, a metal material 226 is embedded in the gap 225 in order to suppress a decrease in the progress of the charge / discharge reaction. In this case, it is sufficient that a part of the gap 225 is buried, but the larger the amount of filling, the better. This is because the progress of the charge / discharge reaction can be 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の表面に微細な突起部が生じる。このため、金属材料226は、各階層における隙間224Bに埋め込まれているだけでなく、各階層における空隙225にも埋め込まれている。   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, a fine protrusion is generated on the surface of the negative electrode active material particle 221 for each deposition. For this reason, the metal material 226 is not only embedded in the gap 224B in each layer, but also embedded in 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いると共に、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。このため、負極活物質層22Bは、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いると共に、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 case where the negative electrode active material particles 221 have a multilayer structure and the gaps 224A and 224B exist in the negative electrode active material layer 22B has been described. For this reason, the negative electrode active material layer 22B has the metal material 226 in the gaps 224A and 224B. On the other hand, when the negative electrode active material particles 221 have 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 a metal material only in the gap 224A. 226. Of course, since the gap 225 is generated in both cases, the gap 225 has the metal material 226 in either case.

[巻回電極体の詳細な構成]
次に、図7および図8を参照して、巻回電極体20の詳細な構成について説明する。図7は、正極21および負極22の平面構成を模式的に表しており、図8は、図2に示した巻回電極体20の一部を拡大して表している。なお、図7では、正極活物質層21Bおよび負極活物質層22Bの形成範囲に網掛けを施している。
[Detailed configuration of wound electrode body]
Next, a detailed configuration of the wound electrode body 20 will be described with reference to FIGS. 7 and 8. FIG. 7 schematically illustrates a planar configuration of the positive electrode 21 and the negative electrode 22, and FIG. 8 illustrates an enlarged part of the spirally wound electrode body 20 illustrated in FIG. In FIG. 7, the formation range of the positive electrode active material layer 21B and the negative electrode active material layer 22B is shaded.

正極21において、正極活物質層21Bは、例えば、帯状の正極集電体21A上の一部領域に設けられている。ここでは、正極活物質層21Bは、例えば、正極集電体21Aの長手方向(巻回方向)における中央領域に設けられている。これにより、正極集電体21Aの中央部は正極活物質層21Bにより被覆されているのに対して、両端部は露出している。正極リード25を取り付けるためのスペースを確保すると共に、正極21の放熱性を高めるためである。   In the positive electrode 21, the positive electrode active material layer 21 </ b> B is provided, for example, in a partial region on the strip-shaped positive electrode current collector 21 </ b> A. Here, the positive electrode active material layer 21B is provided, for example, in a central region in the longitudinal direction (winding direction) of the positive electrode current collector 21A. As a result, the central portion of the positive electrode current collector 21A is covered with the positive electrode active material layer 21B, whereas both end portions are exposed. This is because a space for attaching the positive electrode lead 25 is secured and the heat dissipation of the positive electrode 21 is enhanced.

一方、負極22において、負極活物質層22Bは、例えば、帯状の負極集電体22A上のうちの正極活物質層21Bに対向する領域およびそれに対向しない領域(正極集電体21Aに対向する領域)に設けられている。なお、負極活物質層22Bは、負極集電体22A上のうちの正極集電体21Aに対向する領域のうち、全領域に設けられていてもよいし、一部領域に設けられていてもよい。ただし、負極リード26を取り付けるためのスペースを確保すると共に、負極22の放熱性を高めるためには、負極活物質層22Bは一部領域に設けられていることが好ましい。ここでは、負極活物質層22Bは、例えば、負極集電体22Aの長手方向(巻回方向)における中央領域に設けられている。これにより、負極集電体22Aの中央部は負極活物質層22Bにより被覆されているのに対して、両端部は露出している。   On the other hand, in the negative electrode 22, the negative electrode active material layer 22B includes, for example, a region on the strip-shaped negative electrode current collector 22A that faces the positive electrode active material layer 21B and a region that does not face the region (region that faces the positive electrode current collector 21A). ). The negative electrode active material layer 22B may be provided in the entire region or a part of the region on the negative electrode current collector 22A facing the positive electrode current collector 21A. Good. However, in order to secure a space for attaching the negative electrode lead 26 and improve the heat dissipation of the negative electrode 22, the negative electrode active material layer 22 </ b> B is preferably provided in a partial region. Here, the negative electrode active material layer 22B is provided, for example, in a central region in the longitudinal direction (winding direction) of the negative electrode current collector 22A. Thereby, while the center part of 22 A of negative electrode collectors is coat | covered with the negative electrode active material layer 22B, both ends are exposed.

すなわち、負極活物質層22Bは、負極集電体22A上の両端に位置する領域R3に設けられておらず、中央に位置する領域R1,R2に設けられている。負極活物質層22Bの両端部における電流集中に起因して意図せずにリチウム金属が析出することを抑制するためである。これにより、内部短絡が発生しにくくなる。この領域R2は、正極集電体21Aと負極活物質層22Bとが対向している領域である。   That is, the negative electrode active material layer 22B is not provided in the region R3 located at both ends on the negative electrode current collector 22A, but is provided in the regions R1 and R2 located in the center. This is to prevent unintentional precipitation of lithium metal due to current concentration at both ends of the negative electrode active material layer 22B. Thereby, an internal short circuit becomes difficult to occur. This region R2 is a region where the positive electrode current collector 21A and the negative electrode active material layer 22B face each other.

少なくとも領域R2には、絶縁部材28が配設されている。この絶縁部材28は、領域R2において正極21の電位が局所的に高くなることを抑制する役割を果たす。正極活物質層21Bと負極活物質層22Bとが対向している領域R1では、充電時において負極活物質層22B中にリチウムイオンが吸蔵されると、その負極活物質層22Bの電位が低くなる。これに対して、正極集電体21Aと負極活物質層22Bとが対向している領域R2では、負極活物質層22B中にリチウムイオンが吸蔵されないため、その負極活物質層22Bの電位は、領域R1よりも領域R2において高くなる。これに伴い、正極活物質層21Bの電位も、領域R1よりも領域R2において高くなる。この領域R2における正極活物質層21Bの局所的な電位上昇を抑制するために、絶縁部材28が配設されている。   An insulating member 28 is disposed at least in the region R2. The insulating member 28 serves to suppress the local increase in the potential of the positive electrode 21 in the region R2. In the region R1 where the positive electrode active material layer 21B and the negative electrode active material layer 22B face each other, when lithium ions are occluded in the negative electrode active material layer 22B during charging, the potential of the negative electrode active material layer 22B becomes low. . On the other hand, in the region R2 where the positive electrode current collector 21A and the negative electrode active material layer 22B face each other, lithium ions are not occluded in the negative electrode active material layer 22B. Therefore, the potential of the negative electrode active material layer 22B is It becomes higher in the region R2 than in the region R1. Accordingly, the potential of the positive electrode active material layer 21B also becomes higher in the region R2 than in the region R1. In order to suppress a local potential increase of the positive electrode active material layer 21B in the region R2, an insulating member 28 is provided.

ここで、負極活物質として炭素材料を用いて電池電圧が4.2Vとなるまで充電したとして、絶縁部材28を配設しない場合を考えてみる。この場合には、領域R1における負極活物質層22Bの対リチウム金属電位は約0.05Vとなり、正極活物質層21Bの対リチウム金属電位は約4.25Vとなる。これに対して、領域R2における負極活物質層22Bの対リチウム金属電位は約0.4V〜2Vとなり、正極活物質層21Bの対リチウム金属電位は約4.6V〜6.2Vとなってしまう。これにより、電池内の金属片あるいは金属くずなどが溶解しやすくなると共に、それらが電位変動時に再び析出しやすくなるため、内部短絡の発生原因となり得る。なお、金属片とは、電池容器11から剥がれ落ちたものなどであり、金属くずとは、正極リード25あるいは負極リード26の取り付け時において生じたものなどである。   Here, let us consider a case where the insulating member 28 is not disposed on the assumption that the carbon material is used as the negative electrode active material and the battery is charged until the battery voltage becomes 4.2V. In this case, the lithium metal potential of the negative electrode active material layer 22B in the region R1 is about 0.05V, and the lithium metal potential of the positive electrode active material layer 21B is about 4.25V. On the other hand, the lithium metal potential of the negative electrode active material layer 22B in the region R2 is about 0.4 V to 2 V, and the lithium metal potential of the positive electrode active material layer 21B is about 4.6 V to 6.2 V. . As a result, metal pieces or metal scraps in the battery are easily dissolved, and they are liable to precipitate again at the time of potential fluctuation, which may cause an internal short circuit. The metal pieces are those that have been peeled off from the battery container 11, and the metal scraps are those that are generated when the positive electrode lead 25 or the negative electrode lead 26 is attached.

絶縁部材28の構成材料は、正極集電体21Aと負極活物質層22Bとの間を電気的に絶縁することができるものであれば、どのようなものでもよい。中でも、イオンの移動を阻害または遮断できるものが好ましく、JIS P8117に規定されている透気度が5000s/100cm3 以上であるものがより好ましい。絶縁部材28の構成材料の一例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミドあるいはポリエチレンテレフタラートなどの合成樹脂が挙げられる。ただし、絶縁部材28の構成材料は、他のものでもよい。 The constituent material of the insulating member 28 may be any material as long as it can electrically insulate between the positive electrode current collector 21A and the negative electrode active material layer 22B. Among them, those capable of inhibiting or blocking ion migration are preferable, and those having an air permeability specified in JIS P8117 of 5000 s / 100 cm 3 or more are more preferable. Examples of the constituent material of the insulating member 28 include synthetic resins such as polyethylene, polypropylene, polyimide, or polyethylene terephthalate. However, the constituent material of the insulating member 28 may be other.

絶縁部材28の配設場所は、正極集電体21Aと負極活物質層22Bとの間を電気的に絶縁することができれば、正極21に設けられていてもよいし、負極22に設けられていてもよいし、双方に設けられていてもよい。図8では、例えば、絶縁部材28が正極22に設けられている場合を示している。この場合には、絶縁部材28は、接着剤などを介して貼り付けられていてもよいし、熱融着されていてもよい。もちろん、絶縁部材28は、他の方法により固定されていてもよい。   The insulating member 28 may be provided on the positive electrode 21 or on the negative electrode 22 as long as it can electrically insulate between the positive electrode current collector 21A and the negative electrode active material layer 22B. It may be provided on both sides. In FIG. 8, for example, a case where the insulating member 28 is provided on the positive electrode 22 is illustrated. In this case, the insulating member 28 may be attached via an adhesive or the like, or may be heat-sealed. Of course, the insulating member 28 may be fixed by other methods.

絶縁部材28の配設範囲は、少なくとも領域R2に存在していれば、任意に設定可能である。図8では、例えば、絶縁部材28の配設範囲が領域R1,R3まで拡張されている場合を示している。この場合には、絶縁部材28の中央部は、領域R2において正極集電体21Aを被覆している。また、絶縁部材28の一端部は、領域R1において正極活物質層21Bを被覆しており、その他端部は、領域R3において正極集電体21Aを被覆している。   The arrangement range of the insulating member 28 can be arbitrarily set as long as it exists in at least the region R2. For example, FIG. 8 shows a case where the arrangement range of the insulating member 28 is extended to the regions R1 and R3. In this case, the central portion of the insulating member 28 covers the positive electrode current collector 21A in the region R2. One end portion of the insulating member 28 covers the positive electrode active material layer 21B in the region R1, and the other end portion covers the positive electrode current collector 21A in the region R3.

[セパレータ]
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、合成樹脂あるいはセラミックからなる多孔質膜などにより構成されており、それらの2種以上の多孔質膜が積層されたものでもよい。合成樹脂は、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である。
[Separator]
The separator 23 separates the positive electrode 21 and the negative electrode 22 and allows lithium ions to pass through while preventing a short circuit of current due to contact between the two electrodes. The separator 23 is made of, for example, a porous film made of synthetic resin or ceramic, and may be a laminate of two or more porous films. The synthetic resin is, for example, polytetrafluoroethylene, polypropylene, or polyethylene.

[電解質]
このセパレータ23には、液状の電解質である電解液が含浸されている。この電解液は、溶媒に電解質塩が溶解されたものであり、必要に応じて、各種添加剤などの他の材料を含んでいてもよい。
[Electrolytes]
The separator 23 is impregnated with an electrolytic solution that is a liquid electrolyte. This electrolytic solution is obtained by dissolving an electrolyte salt in a solvent, and may contain other materials such as various additives as necessary.

溶媒は、式(1)および式(2)で表されるスルホン化合物(以下、単に「スルホン化合物」という。)のうちの少なくとも1種を含んでいる。電解液の化学的安定性が向上するからである。また、充放電時において正極21または負極22の表面に高温環境中でも安定な被膜が形成されるからである。これにより、充放電時において電解液の分解反応が抑制される。   The solvent contains at least one of the sulfone compounds represented by formula (1) and formula (2) (hereinafter simply referred to as “sulfone compound”). This is because the chemical stability of the electrolytic solution is improved. Moreover, it is because a stable film is formed on the surface of the positive electrode 21 or the negative electrode 22 even in a high temperature environment during charging and discharging. Thereby, the decomposition reaction of electrolyte solution is suppressed at the time of charging / discharging.

Figure 2010165549
(R11およびR12はアルキル基、アリール基、ハロゲン化アルキル基あるいはハロゲン化アリール基である。X1は−S(=O)2 −、−S(=O)2 −O−、−O−S(=O)2 −O−、−S(=O)2 −O−S(=O)2 −あるいは−S(=O)2 −O−C(=O)−である。n1は1以上4以下の整数である。)
Figure 2010165549
(R11 and R12 are an alkyl group, an aryl group, a halogenated alkyl group or a halogenated aryl group. X1 represents —S (═O) 2 —, —S (═O) 2 —O—, —O—S ( ═O) 2 —O—, —S (═O) 2 —O—S (═O) 2 — or —S (═O) 2 —O—C (═O) —, where n1 is 1 or more and 4 The following integers.)

Figure 2010165549
(R13はアルキレン基、アリーレン基、ハロゲン化アルキレン基あるいはハロゲン化アリーレン基である。X2は−S(=O)2 −、−S(=O)2 −O−、−O−S(=O)2 −O−、−S(=O)2 −O−S(=O)2 −あるいは−S(=O)2 −O−C(=O)−である。n2は1以上4以下の整数である。)
Figure 2010165549
(R13 is an alkylene group, an arylene group, a halogenated alkylene group or a halogenated arylene group. X2 is —S (═O) 2 —, —S (═O) 2 —O—, —O—S (═O ) 2 —O—, —S (═O) 2 —O—S (═O) 2 — or —S (═O) 2 —O—C (═O) —, where n2 is 1 or more and 4 or less. (It is an integer.)

式(1)に示したスルホン化合物は、スルホニル基を含む部位としてX1を有する鎖状の化合物である。R11およびR12は、同じ種類の基でもよいし、異なる種類の基でもよい。また、R11およびR12は、上記したアルキル基などの誘導体(アルキル基などに1あるいは2以上の置換基が導入された基)でもよい。「ハロゲン化アルキル基あるいはハロゲン化アリール基」とは、アルキル基あるいはアリール基のうちの少なくとも一部の水素がハロゲンにより置換された基である。ハロゲンの種類は、特に限定されないが、中でも、フッ素(F)が好ましい。被膜の安定性がより高くなるからである。n1は、1〜4であれば特に限定されないが、中でも、1であることが好ましい。優れた溶解性および相溶性が得られるからである。   The sulfone compound represented by the formula (1) is a chain compound having X1 as a site containing a sulfonyl group. R11 and R12 may be the same type of group or different types of groups. R11 and R12 may be a derivative such as an alkyl group described above (a group in which one or two or more substituents are introduced into an alkyl group or the like). The “halogenated alkyl group or halogenated aryl group” is a group in which at least a part of hydrogen in the alkyl group or aryl group is substituted with halogen. The type of halogen is not particularly limited, but among these, fluorine (F) is preferable. This is because the stability of the coating becomes higher. n1 is not particularly limited as long as it is 1 to 4, but 1 is particularly preferable. This is because excellent solubility and compatibility can be obtained.

式(2)に示したスルホン化合物は、スルホニル基を含む部位としてX2を有する環状の化合物である。R13は、上記したアルキレン基などの誘導体(アルキレン基などに1あるいは2以上の置換基が導入された基)でもよい。「ハロゲン化アルキレン基あるいはハロゲン化アリーレン基」とは、アルキレン基あるいはアリーレン基のうちの少なくとも一部の水素がハロゲンにより置換された基である。なお、ハロゲンの種類およびn2の適正値は、式(1)に示したスルホン化合物(n1)について説明した場合と同様である。   The sulfone compound represented by the formula (2) is a cyclic compound having X2 as a site containing a sulfonyl group. R13 may be a derivative such as the above-described alkylene group (a group in which one or more substituents are introduced into the alkylene group or the like). The “halogenated alkylene group or halogenated arylene group” is a group in which at least a part of hydrogen in the alkylene group or arylene group is substituted with halogen. In addition, the kind of halogen and the appropriate value of n2 are the same as the case where the sulfone compound (n1) shown in Formula (1) is demonstrated.

中でも、スルホン化合物は、式(3)あるいは式(4)で表されるものであることが好ましい。安定な被膜を形成できると共に、優れた溶解性および相溶性が得られるからである。また、容易に入手できるからである。   Especially, it is preferable that a sulfone compound is what is represented by Formula (3) or Formula (4). This is because a stable film can be formed and excellent solubility and compatibility can be obtained. Moreover, it is because it can obtain easily.

Figure 2010165549
(Y1は炭素数=2〜4のアルキレン基あるいはハロゲン化アルキレン基、炭素数=2〜4のアルケニレン基あるいはハロゲン化アルケニレン基、アリーレン基あるいはハロゲン化アリーレン基、またはそれらの誘導体である。)
Figure 2010165549
(Y1 is an alkylene group or halogenated alkylene group having 2 to 4 carbon atoms, an alkenylene group or halogenated alkenylene group having 2 to 4 carbon atoms, an arylene group or a halogenated arylene group, or a derivative thereof.)

Figure 2010165549
(Y2は炭素数=2〜4のアルキレン基あるいはハロゲン化アルキレン基、炭素数=2〜4のアルケニレン基あるいはハロゲン化アルケニレン基、アリーレン基あるいはハロゲン化アリーレン基、またはそれらの誘導体である。)
Figure 2010165549
(Y2 is an alkylene group or halogenated alkylene group having 2 to 4 carbon atoms, an alkenylene group or halogenated alkenylene group having 2 to 4 carbon atoms, an arylene group or a halogenated arylene group, or a derivative thereof.)

式(3)に示したスルホン化合物は、スルホニル基を含む部位(X2)として−S(=O)2 −O−S(=O)2 −を有する環状の化合物である。式(4)に示したスルホン化合物は、スルホニル基を含む部位(X2)として−S(=O)2 −O−C(=O)−を有する環状の化合物である。Y1あるいはY2の炭素数が2〜4であるのは、炭素数が5以上である場合よりも優れた溶解性および相溶性が得られるからである。なお、Y1およびY2は、上記したアルキレン基などの誘導体(アルキレン基などに1あるいは2以上の置換基が導入された基)でもよい。 The sulfone compound represented by formula (3) is a cyclic compound having —S (═O) 2 —O—S (═O) 2 — as the moiety (X2) containing a sulfonyl group. The sulfone compound represented by Formula (4) is a cyclic compound having —S (═O) 2 —O—C (═O) — as the moiety (X2) containing a sulfonyl group. The reason why Y1 or Y2 has 2 to 4 carbon atoms is that better solubility and compatibility than the case where the number of carbon atoms is 5 or more can be obtained. Y1 and Y2 may be a derivative such as the above-described alkylene group (a group in which one or two or more substituents are introduced into the alkylene group or the like).

このようなスルホン化合物の一例としては、式(3−1)〜式(3−22)あるいは式(4−1)〜式(4−20)で表されるものが挙げられる。これらのスルホン化合物には、幾何異性体も含まれる。   Examples of such sulfone compounds include those represented by formula (3-1) to formula (3-22) or formula (4-1) to formula (4-20). These sulfone compounds also include geometric isomers.

Figure 2010165549
Figure 2010165549

Figure 2010165549
Figure 2010165549

中でも、式(3−1)、式(3−2)、式(3−22)、式(4−1)、式(4−16)あるいは式(4−17)に示したものが好ましい。容易に入手できると共に、高い効果が得られるからである。   Among these, the compounds shown in Formula (3-1), Formula (3-2), Formula (3-22), Formula (4-1), Formula (4-16), or Formula (4-17) are preferable. This is because it can be easily obtained and a high effect can be obtained.

ただし、スルホン化合物は、式(1)あるいは式(2)に示した構造を有していれば、必ずしも式(3)あるいは式(4)(式(3−1)〜式(3−22)あるいは式(4−1)〜式(4−20))に示したものに限られず、他のものでもよい。   However, as long as the sulfone compound has the structure shown in Formula (1) or Formula (2), Formula (3) or Formula (4) (Formula (3-1) to Formula (3-22) is not necessarily used. Or it is not restricted to what was shown to Formula (4-1)-Formula (4-20)), Other things may be sufficient.

溶媒中におけるスルホン化合物の含有量は、特に限定されない。このスルホン化合物の含有量は、例えば、負極活物質の種類などの条件に応じて任意に設定可能である。一例を挙げると、負極22が負極活物質として炭素材料を含む場合には、溶媒中におけるスルホン化合物の含有量は、0.001質量%〜5質量%であることが好ましく、0.005質量%〜3質量%であることがより好ましい。また、負極22が負極活物質として金属系材料を含む場合には、溶媒中におけるスルホン化合物の含有量は、0.1質量%〜5質量%であることが好ましく、0.5質量%〜3質量%であることがより好ましい。充放電時において電解液の分解反応が十分に抑制されるからである。   The content of the sulfone compound in the solvent is not particularly limited. The content of the sulfone compound can be arbitrarily set according to conditions such as the type of the negative electrode active material. For example, when the negative electrode 22 includes a carbon material as a negative electrode active material, the content of the sulfone compound in the solvent is preferably 0.001% by mass to 5% by mass, and 0.005% by mass. More preferably, it is -3 mass%. Moreover, when the negative electrode 22 contains a metal-type material as a negative electrode active material, it is preferable that content of the sulfone compound in a solvent is 0.1 mass%-5 mass%, and 0.5 mass%-3 More preferably, it is mass%. This is because the decomposition reaction of the electrolyte is sufficiently suppressed during charging and discharging.

なお、溶媒は、上記したスルホン化合物を含んでいれば、他の材料を含んでいてもよい。このような他の材料としては、例えば、以下で説明する一連の材料(スルホン化合物に該当するものを除く)のいずれか1種あるいは2種以上が挙げられる。   The solvent may contain other materials as long as it contains the above-described sulfone compound. Examples of such other materials include any one or more of a series of materials described below (excluding those corresponding to sulfone compounds).

溶媒は、例えば、有機溶剤などの非水溶媒を含んでいる。この非水溶媒としては、例えば、以下のものが挙げられる。炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ブチレン、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸エチルメチル、炭酸メチルプロピル、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、1,2−ジメトキシエタンあるいはテトラヒドロフランである。また、2−メチルテトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソラン、1,3−ジオキサンあるいは1,4−ジオキサンである。また、酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、酪酸メチル、イソ酪酸メチル、トリメチル酢酸メチルあるいはトリメチル酢酸エチルである。また、アセトニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、メトキシアセトニトリル、3−メトキシプロピオニトリル、N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリジノンあるいはN−メチルオキサゾリジノンである。さらに、N,N’−ジメチルイミダゾリジノン、ニトロメタン、ニトロエタン、スルホラン、燐酸トリメチルあるいはジメチルスルホキシドである。優れた電池容量、サイクル特性および保存特性などが得られるからである。   The solvent includes, for example, a nonaqueous solvent such as an organic solvent. Examples of the non-aqueous solvent include the following. Ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, methyl propyl carbonate, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, 1,2-dimethoxyethane or tetrahydrofuran. Also, 2-methyltetrahydrofuran, tetrahydropyran, 1,3-dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxolane, 1,3-dioxane, or 1,4-dioxane. Further, methyl acetate, ethyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, methyl butyrate, methyl isobutyrate, methyl trimethyl acetate or ethyl trimethyl acetate. Acetonitrile, glutaronitrile, adiponitrile, methoxyacetonitrile, 3-methoxypropionitrile, N, N-dimethylformamide, N-methylpyrrolidinone or N-methyloxazolidinone. Further, N, N'-dimethylimidazolidinone, nitromethane, nitroethane, sulfolane, trimethyl phosphate or dimethyl sulfoxide. This is because excellent battery capacity, cycle characteristics, storage characteristics, and the like can be obtained.

中でも、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ジメチル、炭酸ジエチルおよび炭酸エチルメチルのうちの少なくとも1種が好ましい。優れた電池容量、サイクル特性および保存特性などが得られるからである。この場合には、炭酸エチレンあるいは炭酸プロピレンなどの高粘度(高誘電率)溶媒(例えば比誘電率ε≧30)と、炭酸ジメチル、炭酸エチルメチルあるいは炭酸ジエチルなどの低粘度溶媒(例えば粘度≦1mPa・s)との組み合わせがより好ましい。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。   Among these, at least one of ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate is preferable. This is because excellent battery capacity, cycle characteristics, storage characteristics, and the like can be obtained. In this case, a high viscosity (high dielectric constant) solvent such as ethylene carbonate or propylene carbonate (for example, a relative dielectric constant ε ≧ 30) and a low viscosity solvent such as dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate or diethyl carbonate (for example, viscosity ≦ 1 mPas). -A combination with s) is more preferred. This is because the dissociation property of the electrolyte salt and the ion mobility are improved.

特に、溶媒は、式(5)〜式(7)で表される不飽和炭素結合環状炭酸エステル(不飽和結合を有する環状炭酸エステル)のうちの少なくとも1種を含んでいることが好ましい。充放電時において正極21あるいは負極22の表面に安定な保護膜が形成されるため、電解液の分解反応が抑制されるからである。この不飽和炭素結合環状炭酸エステルには、幾何異性体も含まれる。溶媒中における不飽和炭素結合環状炭酸エステルの含有量は、例えば、0.01質量%〜10質量%である。ただし、不飽和炭素結合環状炭酸エステルの種類は、式(5)〜式(7)に示した構造を有していれば、必ずしも下記で説明するものに限られず、他のものでもよい。   In particular, the solvent preferably contains at least one of unsaturated carbon-bonded cyclic carbonates (cyclic carbonates having an unsaturated bond) represented by formulas (5) to (7). This is because a stable protective film is formed on the surface of the positive electrode 21 or the negative electrode 22 during charging / discharging, so that the decomposition reaction of the electrolytic solution is suppressed. This unsaturated carbon-bonded cyclic carbonate includes geometric isomers. Content of unsaturated carbon bond cyclic carbonate in a solvent is 0.01 mass%-10 mass%, for example. However, the type of unsaturated carbon bond cyclic ester carbonate is not necessarily limited to the one described below as long as it has the structure shown in Formula (5) to Formula (7), and other types may be used.

Figure 2010165549
(R21およびR22は水素基あるいはアルキル基である。)
Figure 2010165549
(R21 and R22 are a hydrogen group or an alkyl group.)

Figure 2010165549
(R23〜R26は水素基、アルキル基、ビニル基あるいはアリル基であり、それらのうちの少なくとも1つはビニル基あるいはアリル基である。)
Figure 2010165549
(R23 to R26 are a hydrogen group, an alkyl group, a vinyl group, or an allyl group, and at least one of them is a vinyl group or an allyl group.)

Figure 2010165549
(R27はアルキレン基である。)
Figure 2010165549
(R27 is an alkylene group.)

式(5)に示した不飽和炭素結合環状炭酸エステルは、炭酸ビニレン系化合物である。この炭酸ビニレン系化合物としては、例えば、以下のものが挙げられる。炭酸ビニレン(1,3−ジオキソール−2−オン)、炭酸メチルビニレン(4−メチル−1,3−ジオキソール−2−オン)あるいは炭酸エチルビニレン(4−エチル−1,3−ジオキソール−2−オン)である。また、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−オンである。中でも、炭酸ビニレンが好ましい。容易に入手可能であると共に、高い効果が得られるからである。   The unsaturated carbon bond cyclic carbonate represented by the formula (5) is a vinylene carbonate compound. Examples of the vinylene carbonate-based compound include the following. Vinylene carbonate (1,3-dioxol-2-one), methyl vinylene carbonate (4-methyl-1,3-dioxol-2-one) or 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. Among these, vinylene carbonate is preferable. This is because it is easily available and a high effect can be obtained.

式(6)に示した不飽和炭素結合環状炭酸エステルは、炭酸ビニルエチレン系化合物である。炭酸ビニルエチレン系化合物としては、例えば、以下のものが挙げられる。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−オンあるいは4−エチル−4−ビニル−1,3−ジオキソラン−2−オンである。また、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−オンである。中でも、炭酸ビニルエチレンが好ましい。容易に入手可能であると共に、高い効果が得られるからである。もちろん、R23〜R26としては、全てがビニル基でもよいし、全てがアリル基でもよいし、ビニル基とアリル基とが混在していてもよい。   The unsaturated carbon bond cyclic carbonate shown in Formula (6) is a vinyl ethylene carbonate compound. Examples of the vinyl carbonate-based compound include the following. Vinyl ethylene carbonate (4-vinyl-1,3-dioxolan-2-one), 4-methyl-4-vinyl-1,3-dioxolan-2-one or 4-ethyl-4-vinyl-1,3-dioxolane -2-one. Further, 4-n-propyl-4-vinyl-1,3-dioxolan-2-one, 5-methyl-4-vinyl-1,3-dioxolan-2-one, 4,4-divinyl-1,3- Dioxolan-2-one or 4,5-divinyl-1,3-dioxolan-2-one. Of these, vinyl ethylene carbonate is preferred. This is because it is easily available and a high effect can be obtained. Of course, as R23 to R26, all may be vinyl groups, all may be allyl groups, or vinyl groups and allyl groups may be mixed.

式(7)に示した不飽和炭素結合環状炭酸エステルは、炭酸メチレンエチレン系化合物である。炭酸メチレンエチレン系化合物としては、例えば、以下のものが挙げられる。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−オンである。この炭酸メチレンエチレン系化合物としては、1つのメチレン基を有するもの(式(7)に示した化合物)の他、2つのメチレン基を有するものでもよい。   The unsaturated carbon bond cyclic carbonate represented by the formula (7) is a methylene ethylene carbonate compound. Examples of the methylene ethylene carbonate compound include the following. 4-methylene-1,3-dioxolan-2-one, 4,4-dimethyl-5-methylene-1,3-dioxolan-2-one or 4,4-diethyl-5-methylene-1,3-dioxolane- 2-one. As this methylene ethylene carbonate compound, one having two methylene groups may be used in addition to one having one methylene group (compound shown in Formula (7)).

なお、不飽和炭素結合環状炭酸エステルとしては、式(5)〜式(7)に示したものの他、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)などでもよい。   In addition, as unsaturated carbon bond cyclic carbonate ester, the catechol carbonate (catechol carbonate) etc. which have a benzene ring other than what was shown to Formula (5)-Formula (7) may be sufficient.

また、溶媒は、式(8)で表されるハロゲン化鎖状炭酸エステルおよび式(9)で表されるハロゲン化環状炭酸エステルのうちの少なくとも1種を含んでいることが好ましい。充放電時において負極22の表面に安定な保護膜が形成されるため、電解液の分解反応が抑制されるからである。「ハロゲン化鎖状炭酸エステル」とは、ハロゲンを構成元素として含む鎖状炭酸エステルであり、「ハロゲン化環状炭酸エステル」とは、ハロゲンを構成元素として含む環状炭酸エステルである。このハロゲン化環状炭酸エステルには、幾何異性体も含まれる。なお、式(8)中のR31〜R36は、同じ種類の基でもよいし、異なる種類の基でもよい。式(9)中のR37〜R40についても、同様である。溶媒中におけるハロゲン化鎖状炭酸エステルおよびハロゲン化環状炭酸エステルの含有量は、例えば、0.1質量%〜80質量%である。ただし、ハロゲン化鎖状炭酸エステルおよびハロゲン化環状炭酸エステルの種類は、式(8)および式(9)に示した構造を有していれば、必ずしも下記で説明するものに限られず、他のものでもよい。   Moreover, it is preferable that the solvent contains at least 1 sort (s) of the halogenated chain carbonate represented by Formula (8) and the halogenated cyclic carbonate represented by Formula (9). This is because a stable protective film is formed on the surface of the negative electrode 22 at the time of charge and discharge, so that the decomposition reaction of the electrolytic solution is suppressed. “Halogenated chain carbonate ester” is a chain carbonate ester containing halogen as a constituent element, and “halogenated cyclic carbonate ester” is a cyclic carbonate ester containing halogen as a constituent element. This halogenated cyclic carbonate includes geometric isomers. In addition, the same kind of group may be sufficient as R31-R36 in Formula (8), and a different kind of group may be sufficient as it. The same applies to R37 to R40 in the formula (9). The content of the halogenated chain carbonate and the halogenated cyclic carbonate in the solvent is, for example, 0.1% by mass to 80% by mass. However, the types of the halogenated chain carbonate and the halogenated cyclic carbonate are not necessarily limited to those described below as long as they have the structures shown in Formula (8) and Formula (9). It may be a thing.

Figure 2010165549
(R31〜R36は水素基、ハロゲン基、アルキル基あるいはハロゲン化アルキル基であり、それら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。)
Figure 2010165549
(R31 to R36 are a hydrogen group, a halogen group, an alkyl group or a halogenated alkyl group, and at least one of them is a halogen group or a halogenated alkyl group.)

Figure 2010165549
(R37〜R40は水素基、ハロゲン基、アルキル基あるいはハロゲン化アルキル基であり、それら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。)
Figure 2010165549
(R37 to R40 are a hydrogen group, a halogen group, an alkyl group or a halogenated alkyl group, and at least one of them is a halogen group or a halogenated alkyl group.)

ハロゲンの種類は、特に限定されないが、中でも、フッ素、塩素(Cl)あるいは臭素(Br)が好ましく、フッ素がより好ましい。他のハロゲンよりも高い効果が得られるからである。ただし、ハロゲンの数は、1つよりも2つが好ましく、さらに3つ以上でもよい。保護膜を形成する能力が高くなり、より強固で安定な保護膜が形成されるため、電解液の分解反応がより抑制されるからである。   The type of halogen is not particularly limited, but among them, fluorine, chlorine (Cl) or bromine (Br) is preferable, and fluorine is more preferable. This is because an effect higher than that of other halogens can be obtained. However, the number of halogens is preferably two rather than one, and may be three or more. This is because the ability to form a protective film is increased and a stronger and more stable protective film is formed, so that the decomposition reaction of the electrolytic solution is further suppressed.

ハロゲン化鎖状炭酸エステルとしては、例えば、炭酸フルオロメチルメチル、炭酸ビス(フルオロメチル)あるいは炭酸ジフルオロメチルメチルなどが挙げられる。   Examples of the halogenated chain carbonate include fluoromethyl methyl carbonate, bis (fluoromethyl) carbonate, difluoromethyl methyl carbonate, and the like.

ハロゲン化環状炭酸エステルとしては、例えば、式(9−1)〜式(9−21)で表されるものが挙げられる。中でも、式(9−1)に示した4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンあるいは式(9−3)に示した4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンが好ましく、後者がより好ましい。特に、4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンとしては、シス異性体よりもトランス異性体が好ましい。容易に入手可能であると共に、高い効果が得られるからである。   Examples of the halogenated cyclic carbonate include those represented by formula (9-1) to formula (9-21). Among them, 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one represented by the formula (9-1) or 4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one represented by the formula (9-3) is preferable. The latter is preferred and the latter is more preferred. In particular, 4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one is preferably a trans isomer rather than a cis isomer. This is because it is easily available and a high effect can be obtained.

Figure 2010165549
Figure 2010165549

また、溶媒は、スルトン(環状スルホン酸エステル)を含んでいることが好ましい。電解液の化学的安定性がより向上するからである。スルトンとしては、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が挙げられる。溶媒中におけるスルトンの含有量は、例えば、0.5質量%〜5質量%である。   Moreover, it is preferable that the solvent contains sultone (cyclic sulfonate ester). This is because the chemical stability of the electrolytic solution is further improved. Examples of sultone include propane sultone and propene sultone. The sultone content in the solvent is, for example, 0.5% by mass to 5% by mass.

さらに、溶媒は、酸無水物(上記したスルホン化合物に該当するものを除く)を含んでいることが好ましい。電解液の化学的安定性がより向上するからである。酸無水物としては、例えば、例えば、無水コハク酸、無水グルタル酸あるいは無水マレイン酸などのカルボン酸無水物などが挙げられる。溶媒中における酸無水物の含有量は、例えば、0.5質量%〜5質量%である。   Furthermore, it is preferable that the solvent contains an acid anhydride (excluding those corresponding to the above sulfone compounds). This is because the chemical stability of the electrolytic solution is further improved. Examples of the acid anhydride include carboxylic acid anhydrides such as succinic anhydride, glutaric anhydride, and maleic anhydride. The content of the acid anhydride in the solvent is, for example, 0.5% by mass to 5% by mass.

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種類あるいは2種類以上を含んでいる。以下で説明する一連の電解質塩は、単独でもよいし、2種以上混合されてもよい。   The electrolyte salt includes, for example, any one or more of light metal salts such as lithium salts. The series of electrolyte salts described below may be used alone or in combination of two or more.

リチウム塩としては、例えば、以下のものが挙げられる。六フッ化リン酸リチウム、四フッ化ホウ酸リチウム、過塩素酸リチウムあるいは六フッ化ヒ酸リチウムである。また、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 )あるいはテトラクロロアルミン酸リチウム(LiAlCl4 )である。さらに、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)である。優れた電池容量、サイクル特性および保存特性などが得られるからである。 Examples of the lithium salt include the following. Lithium hexafluorophosphate, lithium tetrafluoroborate, lithium perchlorate or lithium hexafluoroarsenate. Further, lithium tetraphenylborate (LiB (C 6 H 5 ) 4 ), lithium methanesulfonate (LiCH 3 SO 3 ), lithium trifluoromethanesulfonate (LiCF 3 SO 3 ) or lithium tetrachloroaluminate (LiAlCl 4 ) It is. Further, dilithium hexafluorosilicate (Li 2 SiF 6 ), lithium chloride (LiCl) or lithium bromide (LiBr). This is because excellent battery capacity, cycle characteristics, storage characteristics, and the like can be obtained.

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。内部抵抗が低下するため、より高い効果が得られるからである。なお、領域R2において正極21の電位が局所的に高くなることをより抑制するためには、四フッ化ホウ酸リチウムが好ましい。   Among these, at least one of lithium hexafluorophosphate, lithium tetrafluoroborate, lithium perchlorate, and lithium hexafluoroarsenate is preferable, and lithium hexafluorophosphate is more preferable. This is because a higher effect can be obtained because the internal resistance is lowered. Note that lithium tetrafluoroborate is preferable in order to further suppress the local increase in the potential of the positive electrode 21 in the region R2.

特に、電解質塩は、式(10)〜式(12)で表される化合物のうちの少なくとも1種を含んでていることが好ましい。より高い効果が得られるからである。この場合には、特に、領域R2において正極21の電位が局所的に高くなることをより抑制することができる。なお、式(10)のR51およびR53は、同じ種類の基でもよいし、異なる種類の基でもよい。このことは、式(11)中のR61〜R63および式(12)中のR71およびR72についても同様である。   In particular, the electrolyte salt preferably contains at least one of the compounds represented by the formulas (10) to (12). This is because a higher effect can be obtained. In this case, in particular, it is possible to further suppress the local increase in the potential of the positive electrode 21 in the region R2. In addition, R51 and R53 in the formula (10) may be the same type of group or different types of groups. The same applies to R61 to R63 in formula (11) and R71 and R72 in formula (12).

Figure 2010165549
(X51は短周期型周期表における1A族元素あるいは2A族元素、またはアルミニウムである。M51は遷移金属、または短周期型周期表における3B族元素、4B族元素あるいは5B族元素である。R51はハロゲン基である。Y51は−C(=O)−R52−C(=O)−、−C(=O)−CR532 −あるいは−C(=O)−C(=O)−である。ただし、R52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。R53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、a5は1〜4の整数であり、b5は0、2あるいは4の整数であり、c5、d5、m5およびn5は1〜3の整数である。)
Figure 2010165549
(X51 is a 1A group element or 2A group element or aluminum in the short period type periodic table. M51 is a transition metal, or a 3B group element, 4B group element or 5B group element in the short period type periodic table. R51 is R51. Y51 is —C (═O) —R52—C (═O) —, —C (═O) —CR53 2 — or —C (═O) —C (═O) —. R52 is an alkylene group, a halogenated alkylene group, an arylene group or a halogenated arylene group, R53 is an alkyl group, a halogenated alkyl group, an aryl group or a halogenated aryl group, and a5 is 1 to 4. (It is an integer, b5 is an integer of 0, 2 or 4, and c5, d5, m5 and n5 are integers of 1 to 3.)

Figure 2010165549
(X61は短周期型周期表における1A族元素あるいは2A族元素である。M61は遷移金属、または短周期型周期表における3B族元素、4B族元素あるいは5B族元素である。Y61は−C(=O)−(CR612 b6−C(=O)−、−R632 C−(CR622 c6−C(=O)−、−R632 C−(CR622 c6−CR632 −、−R632 C−(CR622 c6−S(=O)2 −、−S(=O)2 −(CR622 d6−S(=O)2 −あるいは−C(=O)−(CR622 d6−S(=O)2 −である。ただし、R61およびR63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。R62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、a6、e6およびn6は1あるいは2の整数であり、b6およびd6は1〜4の整数であり、c6は0〜4の整数であり、f6およびm6は1〜3の整数である。)
Figure 2010165549
(X61 is a group 1A element or a group 2A element in the short period type periodic table. M61 is a transition metal, or a group 3B element, a group 4B element or a group 5B element in the short period type periodic table. Y61 is -C ( = O) - (CR61 2) b6 -C (= O) -, - R63 2 C- (CR62 2) c6 -C (= O) -, - R63 2 C- (CR62 2) c6 -CR63 2 -, -R63 2 C- (CR62 2) c6 -S (= O) 2 -, - S (= O) 2 - (CR62 2) d6 -S (= O) 2 - or -C (= O) - (CR62 2 ) d6 —S (═O) 2 —, wherein R61 and R63 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. R62 is a hydrogen group, alkyl A6, e6 and n6 are integers of 1 or 2, b6 and d6 are integers of 1 to 4, c6 is an integer of 0 to 4, and f6 is a halogen group or a halogenated alkyl group. And m6 is an integer of 1 to 3.)

Figure 2010165549
(X71は短周期型周期表における1A族元素あるいは2A族元素である。M71は遷移金属、または短周期型周期表における3B族元素、4B族元素あるいは5B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。Y71は−C(=O)−(CR712 d7−C(=O)−、−R722 C−(CR712 d7−C(=O)−、−R722 C−(CR712 d7−CR722 −、−R722 C−(CR712 d7−S(=O)2 −、−S(=O)2 −(CR712 e7−S(=O)2 −あるいは−C(=O)−(CR712 e7−S(=O)2 −である。ただし、R71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。R72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、a7、f7およびn7は1あるいは2の整数であり、b7、c7およびe7は1〜4の整数であり、d7は0〜4の整数であり、g7およびm7は1〜3の整数である。)
Figure 2010165549
(X71 is a group 1A element or a group 2A element in the short period type periodic table. M71 is a transition metal, or a group 3B element, a group 4B element, or a group 5B element in the short period type periodic table. Rf is a fluorinated alkyl. Or a fluorinated aryl group, each having 1 to 10 carbon atoms, Y71 is —C (═O) — (CR71 2 ) d7 —C (═O) —, —R72 2 C— (CR71 2 D7 -C (= O)-, -R72 2 C- (CR71 2 ) d7 -CR72 2- , -R72 2 C- (CR71 2 ) d7 -S (= O) 2-, -S (= O) 2 — (CR71 2 ) e7 —S (═O) 2 — or —C (═O) — (CR71 2 ) e7 —S (═O) 2 —, wherein R71 is a hydrogen group, alkyl group, halogen R72 represents a hydrogen group or an alkyl group. A halogen group or a halogenated alkyl group, at least one of which is a halogen group or a halogenated alkyl group, wherein a7, f7 and n7 are integers of 1 or 2, and b7, c7 and e7 are 1 And d7 is an integer of 0 to 4, and g7 and m7 are integers of 1 to 3.)

なお、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。   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.

式(10)に示した化合物としては、例えば、式(10−1)〜式(10−6)で表される化合物などが挙げられる。式(11)に示した化合物としては、例えば、式(11−1)〜式(11−8)で表される化合物などが挙げられる。式(12)に示した化合物としては、例えば、式(12−1)で表される化合物などが挙げられる。なお、式(10)〜式(12)に示した構造を有していれば、上記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 the formula (10) include compounds represented by the formula (10-1) to the formula (10-6). Examples of the compound represented by Formula (11) include compounds represented by Formula (11-1) to Formula (11-8). Examples of the compound represented by the formula (12) include a compound represented by the formula (12-1). Needless to say, the compound is not limited to the above-described compound as long as it has a structure represented by Formula (10) to Formula (12).

Figure 2010165549
Figure 2010165549

Figure 2010165549
Figure 2010165549

Figure 2010165549
Figure 2010165549

また、電解質塩は、式(13)〜式(15)で表される化合物のうちの少なくとも1種を含んでいることが好ましい。より高い効果が得られるからである。なお、式(13)中のmおよびnは、同一でもよいし、異なってもよい。式(15)中のp、qおよびrについても、同様である。   Moreover, it is preferable that electrolyte salt contains at least 1 sort (s) of the compounds represented by Formula (13)-Formula (15). This is because a higher effect can be obtained. In addition, m and n in Formula (13) may be the same or different. The same applies to p, q and r in the formula (15).

LiN(Cm 2m+1SO2 )(Cn 2n+1 SO2 )…(13)
(mおよびnは1以上の整数である。)
LiN (C m F 2m + 1 SO 2) (C n F 2n + 1 SO 2) ... (13)
(M and n are integers of 1 or more.)

Figure 2010165549
(R81は炭素数が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 2010165549
(R81 is a linear or branched perfluoroalkylene group having 2 to 4 carbon atoms.)

LiC(Cp 2p+1SO2 )(Cq 2q+1SO2 )(Cr 2r+1SO2 )…(15)
(p、qおよびrは1以上の整数である。)
LiC (C p F 2p + 1 SO 2) (C q F 2q + 1 SO 2) (C r F 2r + 1 SO 2) ... (15)
(P, q and r are integers of 1 or more.)

式(13)に示した化合物は、鎖状のイミド化合物であり、そのような化合物としては、例えば、以下のものが挙げられる。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 )あるいはビス(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 )である。また、(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 ))である。また、(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 ))である。さらに(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 ))である。 The compound represented by the formula (13) is a chain imide compound, and examples of such a compound include the following. Bis (trifluoromethanesulfonyl) imide lithium (LiN (CF 3 SO 2 ) 2 ) or bis (pentafluoroethanesulfonyl) imide lithium (LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 ). Further, it is (trifluoromethanesulfonyl) (pentafluoroethanesulfonyl) imidolithium (LiN (CF 3 SO 2 ) (C 2 F 5 SO 2 )). Further, it is (trifluoromethanesulfonyl) (heptafluoropropanesulfonyl) imidolithium (LiN (CF 3 SO 2 ) (C 3 F 7 SO 2 )). Further, (trifluoromethanesulfonyl) (nonafluorobutanesulfonyl) imidolithium (LiN (CF 3 SO 2 ) (C 4 F 9 SO 2 )).

式(14)に示した化合物は、環状のイミド化合物であり、そのような化合物としては、例えば、式(14−1)〜式(14−4)で表される化合物などが挙げられる。   The compound represented by Formula (14) is a cyclic imide compound, and examples of such a compound include compounds represented by Formula (14-1) to Formula (14-4).

Figure 2010165549
Figure 2010165549

式(15)に示した化合物は、鎖状のメチド化合物であり、そのような化合物としては、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。 The compound represented by the formula (15) is a chain methide compound, and examples of such a compound 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〜3.0mol/kg、あるいは0.3mol/dm3 〜3.0mol/dm3 であることが好ましい。高いイオン伝導性が得られるからである。また、電解質塩が四フッ化ホウ酸リチウムあるいは式(10)〜式(12)に示した化合物である場合には、溶媒中における含有量は、0.001質量%〜5質量%であることが好ましく、0.005質量%〜3質量%であることがより好ましい。領域R2における正極21の電位の局所的な上昇がより抑制されるからである。 The content of the electrolyte salt is preferably 0.3 mol / kg to 3.0 mol / kg, or 0.3 mol / dm 3 to 3.0 mol / dm 3 with respect to the solvent. This is because high ionic conductivity is obtained. Further, when the electrolyte salt is lithium tetrafluoroborate or a compound represented by formula (10) to formula (12), the content in the solvent is 0.001% by mass to 5% by mass. Is preferable, and it is more preferable that it is 0.005 mass%-3 mass%. This is because a local increase in the potential of the positive electrode 21 in the region R2 is further suppressed.

[二次電池の動作]
この二次電池では、充電時において、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、放電時において、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。
[Operation of secondary battery]
In this secondary battery, at the time of charging, for example, lithium ions are released 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, at the time of discharging, for example, lithium ions are released from the negative electrode 22 and inserted in the positive electrode 21 through the electrolytic solution impregnated in the separator 23.

[二次電池の製造方法]
この二次電池は、例えば、以下の手順により製造される。
[Method for producing secondary battery]
This secondary battery is manufactured by the following procedure, for example.

まず、正極21を作製する。最初に、正極活物質と、必要に応じて正極結着剤および正極導電剤などとを混合して正極合剤としたのち、有機溶剤に分散させてペースト状の正極合剤スラリーとする。続いて、正極集電体21Aの両面に正極合剤スラリーを均一に塗布してから乾燥させて、正極活物質層21Bを形成する。最後に、必要に応じて加熱しながら、ロールプレス機などを用いて正極活物質層21Bを圧縮成型する。この場合には、複数回に渡って圧縮成型を繰り返してもよい。   First, the positive electrode 21 is produced. First, a positive electrode active material and, if necessary, a positive electrode binder and a positive electrode conductive agent are mixed to form a positive electrode mixture, and then dispersed in an organic solvent to obtain a paste-like positive electrode mixture slurry. Subsequently, the positive electrode mixture slurry is uniformly applied to both surfaces of the positive electrode current collector 21A and then dried to form the positive electrode active material layer 21B. Finally, the positive electrode active material layer 21B is compression-molded using a roll press or the like while being heated as necessary. In this case, the compression molding may be repeated a plurality of times.

次に、上記した正極21と同様の手順により、負極22を作製する。この場合には、負極活物質と、必要に応じて負極結着剤および負極導電剤などとを混合した負極合剤を有機溶剤に分散させて、ペースト状の負極合剤スラリーとする。こののち、負極集電体22Aの両面に負極合剤スラリーを均一に塗布して負極活物質層22Bを形成したのち、その負極活物質層22Bを圧縮成型する。   Next, the negative electrode 22 is produced by the same procedure as that of the positive electrode 21 described above. In this case, a negative electrode mixture obtained by mixing a negative electrode active material and, if necessary, a negative electrode binder and a negative electrode conductive agent is dispersed in an organic solvent to obtain a paste-like negative electrode mixture slurry. After that, the negative electrode mixture slurry is uniformly applied to both surfaces of the negative electrode current collector 22A to form the negative electrode active material layer 22B, and then the negative electrode active material layer 22B is compression molded.

なお、正極21とは異なる手順により、負極22を作製してもよい。この場合には、蒸着法などの気相法を用いて負極集電体22Aの両面に負極材料を堆積させて、複数の負極活物質粒子を形成する。こののち、必要に応じて、液相析出法などの液相法を用いて酸化物含有膜を形成し、あるいは電解鍍金法などの液相法を用いて金属材料を形成し、または双方を形成して、負極活物質層22Bを形成する。   Note that the negative electrode 22 may be manufactured by a procedure different from that of the positive electrode 21. In this case, a plurality of negative electrode active material particles are formed by depositing a negative electrode material on both surfaces of the negative electrode current collector 22A using a vapor phase method such as an evaporation method. After that, if necessary, an oxide-containing film is formed using a liquid phase method such as a liquid phase deposition method, or a metal material is formed using a liquid phase method such as an electrolytic plating method, or both are formed. Thus, the negative electrode active material layer 22B is formed.

次に、スルホン化合物を含む溶媒に電解質塩を溶解させて、電解液を調製する。   Next, an electrolyte salt is dissolved in a solvent containing a sulfone compound to prepare an electrolytic solution.

最後に、正極21および負極22を用いて二次電池を組み立てる。最初に、正極21のうち、少なくとも正極集電体21Aと負極活物質層22Bとの対向領域に、接着剤を用いて絶縁部材28を貼り付ける。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とを積層および巻回させて巻回電極体20を作製したのち、その巻回中心にセンターピン24を挿入する。続いて、一対の絶縁板12,13で挟みながら、巻回電極体20を電池缶11の内部に収納する。この場合には、正極リード25の先端部を安全弁機構15に溶接などして取り付けると共に、負極リード26の先端部を電池缶11に溶接などして取り付ける。続いて、電池缶11の内部に電解液注入して、セパレータ23に含浸させる。最後に、ガスケット17を介して電池缶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をかしめる。これにより、図1〜図8に示した二次電池が完成する。   Finally, a secondary battery is assembled using the positive electrode 21 and the negative electrode 22. First, the insulating member 28 is attached to at least a facing region of the positive electrode 21 between the positive electrode current collector 21A and the negative electrode active material layer 22B using an adhesive. 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 stacked and wound through the separator 23 to produce the wound electrode body 20, the center pin 24 is inserted into the winding center. Subsequently, the wound electrode body 20 is accommodated in the battery can 11 while being sandwiched between the pair of insulating plates 12 and 13. In this case, the tip of the positive electrode lead 25 is attached to the safety valve mechanism 15 by welding or the like, and the tip of the negative electrode lead 26 is attached to the battery can 11 by welding or the like. Subsequently, an electrolytic solution 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 to the opening end of the battery can 11 through the gasket 17. Thereby, the secondary battery shown in FIGS. 1-8 is completed.

この二次電池によれば、電解液の溶媒が式(1)および式(2)に示したスルホン化合物のうちの少なくとも一種を含んでいるため、充放電時において正極21あるいは負極22の表面に高温環境中でも安定な被膜が形成される。これにより、電解液の化学的安定性が向上するため、高温環境中でも充放電時において電解液の分解反応が抑制される。しかも、正極21のうち、少なくとも正極集電体21Aと負極活物質層22Bとの対向領域(領域R2)に絶縁部材28が配設されているため、その領域R2における正極21の局所的な電位上昇が抑制される。これにより、電池内に存在する金属片あるいは金属屑などの溶解および析出が抑制されるため、充電時における電圧降下が抑制される。したがって、優れた高温サイクル特性および電圧維持特性を得ることができる。   According to this secondary battery, since the solvent of the electrolytic solution contains at least one of the sulfone compounds represented by the formula (1) and the formula (2), the surface of the positive electrode 21 or the negative electrode 22 is charged and discharged. A stable film is formed even in a high temperature environment. Thereby, since the chemical stability of the electrolytic solution is improved, the decomposition reaction of the electrolytic solution is suppressed during charging and discharging even in a high temperature environment. In addition, since the insulating member 28 is disposed in at least the facing region (region R2) between the positive electrode current collector 21A and the negative electrode active material layer 22B in the positive electrode 21, the local potential of the positive electrode 21 in the region R2 The rise is suppressed. Thereby, since dissolution and precipitation of metal pieces or metal scraps existing in the battery are suppressed, a voltage drop during charging is suppressed. Accordingly, excellent high-temperature cycle characteristics and voltage maintenance characteristics can be obtained.

特に、スルホン化合物が式(3)あるいは式(4)に示したものであれば、高い効果を得ることができる。また、溶媒中におけるスルホン化合物の含有量が負極活物質の種類に応じて適正化されていれば、高い効果を得ることができる。   In particular, if the sulfone compound is represented by the formula (3) or the formula (4), a high effect can be obtained. Moreover, if the content of the sulfone compound in the solvent is optimized according to the type of the negative electrode active material, a high effect can be obtained.

また、溶媒が不飽和炭素結合環状炭酸エステル、ハロゲン化鎖状炭酸エステル、ハロゲン化環状炭酸エステル、スルトンおよび酸無水物のうちの少なくとも1種を含んでいれば、より高い効果を得ることができる。さらに、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、六フッ化ヒ酸リチウムおよび式(10)〜式(15)に示した化合物のうちの少なくとも1種を含んでいれば、より高い効果を得ることができる。この場合には、電解質塩が四フッ化ホウ酸リチウムあるいは式(10)〜式(12)に示した化合物(特にホウ素およびフッ素を構成元素として含むもの)のうちの少なくとも1種を含んでいれば、電圧維持特性をより向上させることができる。   Further, if the solvent contains at least one of unsaturated carbon bond cyclic carbonate, halogenated chain carbonate, halogenated cyclic carbonate, sultone and acid anhydride, higher effects can be obtained. . Further, the electrolyte salt is at least one of lithium hexafluorophosphate, lithium tetrafluoroborate, lithium perchlorate, lithium hexafluoroarsenate, and compounds represented by formulas (10) to (15). If it contains, a higher effect can be acquired. In this case, the electrolyte salt may contain at least one of lithium tetrafluoroborate or the compounds shown in the formulas (10) to (12) (especially those containing boron and fluorine as constituent elements). Thus, the voltage maintenance characteristic can be further improved.

さらに、負極活物質として高容量化に有利な金属系材料を用いれば、炭素材料などを用いた場合よりも高い効果を得ることができる。   Furthermore, if a metal-based material advantageous for increasing the capacity is used as the negative electrode active material, higher effects can be obtained than when a carbon material or the like is used.

<2.巻回電極体の構成に関する変形例>
なお、図8では、正極21に絶縁部材28を配設する場合において、その配設範囲を領域R1,R3の双方まで拡張したが、必ずしもこれに限られない。例えば、図9に示したように、絶縁部材28の配設範囲を領域R1まで拡張せず、領域R3だけに拡張してもよい。また、例えば、図10に示したように、絶縁部材28の範囲を領域R1,R3まで拡張せず、それを領域R2だけに配設してもよい。これらの場合においても、図8に示した場合と同様の効果を得ることができる。なお、ここでは具体的に図示しないが、絶縁部材28の配設範囲を領域R1だけに拡張してもよい。
<2. Modification regarding configuration of wound electrode body>
In FIG. 8, in the case where the insulating member 28 is disposed on the positive electrode 21, the range of the expansion is extended to both the regions R1 and R3, but this is not necessarily limited thereto. For example, as shown in FIG. 9, the arrangement range of the insulating member 28 may be expanded only to the region R3 without extending to the region R1. Further, for example, as shown in FIG. 10, the range of the insulating member 28 may not be expanded to the regions R1 and R3, but may be disposed only in the region R2. In these cases, the same effect as that shown in FIG. 8 can be obtained. Although not specifically shown here, the arrangement range of the insulating member 28 may be expanded only to the region R1.

また、図8では、正極21に絶縁部材28を配設したが、必ずしもこれに限られない。例えば、図11に示したように、負極22に絶縁部材28を配設してもよい。また、例えば、図12に示したように、正極21および負極22の双方に絶縁部材28を配設してもよい。この場合における絶縁部材28の配設範囲は、図8〜図10を参照して説明したように、任意に設定可能である。これらの場合においても、図8に示した場合と同様の効果を得ることができる。なお、絶縁部材28を配設する場所としては、負極22が好ましい。絶縁部材28の位置合わせが容易になるからである。   In FIG. 8, the insulating member 28 is disposed on the positive electrode 21, but the present invention is not limited thereto. For example, an insulating member 28 may be disposed on the negative electrode 22 as shown in FIG. Further, for example, as shown in FIG. 12, insulating members 28 may be disposed on both the positive electrode 21 and the negative electrode 22. In this case, the arrangement range of the insulating member 28 can be arbitrarily set as described with reference to FIGS. In these cases, the same effect as that shown in FIG. 8 can be obtained. In addition, as a place where the insulating member 28 is disposed, the negative electrode 22 is preferable. This is because the alignment of the insulating member 28 is facilitated.

また、絶縁部材28の配設位置および配設範囲については、図8〜図12に示した態様を2種以上組みあわせてもよい。また、絶縁部材28をセパレータ23に配設してもよい。もちろん、絶縁部材28を正極21およびセパレータ23に配設したり、負極22およびセパレータ23に配設したり、正極21、負極22およびセパレータ23に配設してもよい。   Moreover, about the arrangement | positioning position and arrangement | positioning range of the insulating member 28, you may combine 2 or more types of the aspect shown in FIGS. Further, the insulating member 28 may be disposed on the separator 23. Of course, the insulating member 28 may be disposed on the positive electrode 21 and the separator 23, disposed on the negative electrode 22 and the separator 23, or disposed on the positive electrode 21, the negative electrode 22, and the separator 23.

<3.他の二次電池(ラミネートフィルム型)>
なお、図1〜図12では、電池構造が円筒型である場合について説明したが、必ずしもこれに限られない。以下では、例えば、他の電池構造としてラミネートフィルム型を例に挙げて、他の二次電池の構成を説明する。
<3. Other secondary batteries (laminate film type)>
In addition, although FIGS. 1-12 demonstrated the case where the battery structure was a cylindrical type, it is not necessarily restricted to this. Below, for example, a laminated film type is taken as an example of another battery structure, and the configuration of another secondary battery will be described.

[他の二次電池の構成]
図13は、他の二次電池の分解斜視構成を表しており、図14は、図13に示した巻回電極体30のXIV−XIV線に沿った断面を拡大して示している。
[Configuration of other secondary batteries]
FIG. 13 shows an exploded perspective configuration of another secondary battery, and FIG. 14 shows an enlarged cross section taken along line XIV-XIV of the spirally wound electrode body 30 shown in FIG.

この二次電池は、上記した円筒型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。このような外装部材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。   This secondary battery is a lithium ion secondary battery similar to the above-described cylindrical secondary battery, and is mainly a winding in which a positive electrode lead 31 and a negative electrode lead 32 are attached inside a film-shaped exterior member 40. The rotating electrode body 30 is accommodated. A battery structure using such an 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。ただし、巻回電極体30に対する正極リード31および負極リード32の設置位置や、それらの導出方向などは、特に限定されるわけではない。正極リード31は、例えば、アルミニウムなどにより構成されており、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により構成されている。これらの材料は、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. However, the installation position of the positive electrode lead 31 and the negative electrode lead 32 with respect to the spirally wound electrode body 30, the lead-out direction thereof, and the like are not particularly limited. The positive electrode lead 31 is made of, for example, aluminum, and the negative electrode lead 32 is made of, for example, copper, nickel, stainless steel, or the like. These materials have, for example, a thin plate shape or a mesh shape.

外装部材40は、例えば、融着層、金属層および表面保護層がこの順に積層されたラミネートフィルムである。この場合には、例えば、融着層が巻回電極体30と対向するように、2枚のフィルムの融着層における外縁部同士が融着、あるいは接着剤などにより貼り合わされている。融着層としては、例えば、ポリエチレンあるいはポリプロピレンなどのフィルムが挙げられる。金属層としては、例えば、アルミニウム箔などが挙げられる。表面保護層としては、例えば、ナイロンあるいはポリエチレンテレフタレートなどのフィルムが挙げられる。   The exterior member 40 is, for example, a laminate film in which a fusion layer, a metal layer, and a surface protective layer are laminated in this order. In this case, for example, the outer edges of the fusion layers of the two films are bonded together by an adhesive or the like so that the fusion layer faces the wound electrode body 30. Examples of the fusion layer include a film of polyethylene or polypropylene. Examples of the metal layer include aluminum foil. Examples of the surface protective layer include films of nylon or polyethylene terephthalate.

中でも、外装部材40としては、ポリエチレンフィルム、アルミニウム箔およびナイロンフィルムがこの順に積層されたアルミラミネートフィルムが好ましい。ただし、外装部材40は、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でもよいし、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でもよい。   Among these, as the exterior member 40, an aluminum laminated film in which a polyethylene film, an aluminum foil, and a nylon film are laminated in this order is preferable. However, the exterior member 40 may be a laminated film having another laminated structure instead of the aluminum laminated film, or may be a polymer film such as polypropylene or a metal film.

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り構成されている。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.

巻回電極体30は、セパレータ35および電解質層36を介して正極33と負極34とが積層および巻回されたものであり、その最外周部は、保護テープ37により保護されている。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。正極集電体33Aおよび正極活物質層33Bの構成は、それぞれ円筒型の二次電池における正極集電体21Aおよび正極活物質層21Bと同様である。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る。負極集電体34Aおよび負極活物質層34Bの構成は、それぞれ円筒型の二次電池における負極集電体22Aおよび負極活物質層22Bの構成と同様である。この巻回電極体30では、少なくとも正極集電体33Aと負極活物質層34Bとが対向する領域に、絶縁部材が配設されている。この絶縁部材の構成材料、配設場所および配設範囲などに関する詳細は、円筒型の二次電池について説明した場合と同様である。セパレータ35の構成は、円筒型の二次電池におけるセパレータ23の構成と同様である。   The wound electrode body 30 is obtained by laminating and winding a positive electrode 33 and a negative electrode 34 via a separator 35 and an electrolyte layer 36, and an outermost peripheral portion thereof is protected by a protective tape 37. 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 configurations of the positive electrode current collector 33A and the positive electrode active material layer 33B are the same as those of the positive electrode current collector 21A and the positive electrode active material layer 21B in the cylindrical secondary battery, respectively. In the negative electrode 34, for example, a negative electrode active material layer 34B is provided on both surfaces of a negative electrode current collector 34A. The configurations of the negative electrode current collector 34A and the negative electrode active material layer 34B are the same as the configurations of the negative electrode current collector 22A and the negative electrode active material layer 22B in the cylindrical secondary battery, respectively. In this wound electrode body 30, an insulating member is disposed at least in a region where the positive electrode current collector 33A and the negative electrode active material layer 34B face each other. The details regarding the constituent material, the arrangement location, the arrangement range, and the like of the insulating member are the same as those described for the cylindrical secondary battery. The configuration of the separator 35 is the same as the configuration of the separator 23 in the cylindrical secondary battery.

電解質層36は、電解液が高分子化合物により保持されたものであり、必要に応じて、各種添加剤などの他の材料を含んでいてもよい。この電解質層36は、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)が得られると共に電解液の漏液が防止されるので好ましい。   The electrolyte layer 36 is one in which an electrolytic solution is held by a polymer compound, and may contain other materials such as various additives as necessary. The electrolyte layer 36 is a so-called gel electrolyte. A gel electrolyte is preferable because high ion conductivity (for example, 1 mS / cm or more at room temperature) is obtained and leakage of the electrolyte is prevented.

高分子化合物としては、例えば、以下の高分子材料うちの少なくとも1種が挙げられる。ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、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、ポリシロキサンあるいはポリフッ化ビニルである。また、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である。また、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロピレンとの共重合体である。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、ポリフッ化ビニリデン、あるいはフッ化ビニリデンとヘキサフルオロピレンとの共重合体が好ましい。電気化学的に安定だからである。   Examples of the polymer compound include at least one of the following polymer materials. Polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, polyhexafluoropropylene, polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyphosphazene, polysiloxane, or polyvinyl fluoride. Polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, polymethyl methacrylate, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, styrene-butadiene rubber, nitrile-butadiene rubber, polystyrene or polycarbonate. Further, it is a copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropyrene. These may be single and multiple types may be mixed. Among these, polyvinylidene fluoride or a copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropyrene is preferable. This is because it is electrochemically stable.

電解液の組成は、円筒型の二次電池における電解液の組成と同様であり、その電解液は、式(1)および式(2)に示したスルホン化合物のうちの少なくとも一種を含んでいる。ただし、ゲル状の電解質である電解質層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。よって、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。   The composition of the electrolytic solution is the same as the composition of the electrolytic solution in the cylindrical secondary battery, and the electrolytic solution contains at least one of the sulfone compounds represented by the formulas (1) and (2). . However, in the electrolyte layer 36 which is a gel electrolyte, the solvent of the electrolytic solution is a wide concept including not only a liquid solvent but also a material having ion conductivity capable of dissociating the electrolyte salt. Therefore, when using a polymer compound having ion conductivity, the polymer compound is also included in the solvent.

なお、電解液が高分子化合物により保持されたゲル状の電解質層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 layer 36 in which the electrolyte is held by the polymer compound, the electrolyte may be used as it is. In this case, the separator 35 is impregnated with the electrolytic solution.

この二次電池では、充電時において、例えば、正極33からリチウムイオンが放出され、電解質層36を介して負極34に吸蔵される。一方、放電時において、例えば、負極34からリチウムイオンが放出され、電解質層36を介して正極53に吸蔵される。   In this secondary battery, at the time of charging, for example, lithium ions are released from the positive electrode 33 and inserted in the negative electrode 34 through the electrolyte layer 36. On the other hand, at the time of discharging, for example, lithium ions are released from the negative electrode 34 and inserted in the positive electrode 53 through the electrolyte layer 36.

[他の二次電池の製造方法]
このゲル状の電解質層36を備えた二次電池は、例えば、以下の3種類の手順により製造される。
[Other secondary battery manufacturing methods]
The secondary battery provided with the gel electrolyte layer 36 is manufactured by, for example, the following three types of procedures.

第1の製造方法では、最初に、円筒型の二次電池における正極21および負極22と同様の手順により、正極33および負極34を作製する。具体的には、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、少なくとも正極集電体33Aと負極活物質層34Bとの対向領域に、絶縁部材を配設する。続いて、正極集電体33Aに正極リード31を溶接などして取り付けると共に、負極集電体34Aに負極リード32を溶接などして取り付ける。続いて、電解液、高分子化合物および溶剤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、その溶剤を揮発させてゲル状の電解質層36を形成する。続いて、電解質層36が形成された正極33と負極34とをセパレータ35を介して積層および巻回したのち、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を作製する。最後に、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13および図14に示した二次電池が完成する。   In the first manufacturing method, first, the positive electrode 33 and the negative electrode 34 are manufactured by the same procedure as the positive electrode 21 and the negative electrode 22 in the cylindrical secondary battery. Specifically, the positive electrode active material layer 33B is formed on both surfaces of the positive electrode current collector 33A to produce the positive electrode 33, and the negative electrode active material layer 34B is formed on both surfaces of the negative electrode current collector 34A to produce the negative electrode 34. To do. Subsequently, an insulating member is disposed at least in a region where the positive electrode current collector 33A and the negative electrode active material layer 34B are opposed to each other. Subsequently, the positive electrode lead 31 is attached to the positive electrode current collector 33A by welding or the like, and the negative electrode lead 32 is attached to the negative electrode current collector 34A by welding or the like. 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 layer 36 is formed. Subsequently, the positive electrode 33 and the negative electrode 34 on which the electrolyte layer 36 is formed are stacked and wound via a separator 35, and then a protective tape 37 is adhered to the outermost peripheral portion to produce the wound electrode body 30. Finally, after sandwiching the wound electrode body 30 between the 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, and the wound electrode body 30 is enclosed. . 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. 13 and 14 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を取り付ける。続いて、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、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、モノマーを熱重合させて高分子化合物とし、ゲル状の電解質層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, the positive electrode lead 31 is attached to the positive electrode 33 and the negative electrode lead 32 is attached to the negative electrode 34. Subsequently, after the positive electrode 33 and the negative electrode 34 are laminated and wound via the separator 35, a protective tape 37 is adhered to the outermost peripheral portion thereof, and a wound body that is a precursor of the wound electrode body 30. Is made. 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 of the exterior member 40 is sealed by heat fusion or the like. Finally, the monomer is thermally polymerized to obtain a polymer compound, and the gel electrolyte layer 36 is formed. 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(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て、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層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 (such as a homopolymer, a copolymer, or a multi-component copolymer) containing vinylidene fluoride as a component. Specifically, polyvinylidene fluoride, a binary copolymer containing vinylidene fluoride and hexafluoropropylene as components, and a ternary copolymer 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 to bring the separator 35 into close contact with the positive electrode 33 and the negative electrode 34 via 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 layer 36, thereby completing the secondary battery.

この第3の製造方法では、第1の製造方法よりも電池膨れが抑制される。また、第3の製造方法では、第2の製造方法よりも高分子化合物の原料であるモノマーあるいは溶媒などが電解質層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。このため、正極33、負極34およびセパレータ35と電解質層36との間において十分な密着性が得られる。   In the third manufacturing method, battery swelling is suppressed more than in the first manufacturing method. Further, in the third manufacturing method, almost no monomer or solvent, which is a raw material of the polymer compound, remains in the electrolyte layer 36 and the formation process of the polymer compound is better controlled than in the second manufacturing method. . For this reason, sufficient adhesion is obtained between the positive electrode 33, the negative electrode 34 and the separator 35 and the electrolyte layer 36.

この他の二次電池によれば、電解液の溶媒が式(1)および式(2)に示したスルホン化合物のうちの少なくとも1種を含んでいると共に、少なくとも正極集電体33Aと負極活物質層34Bとの対向領域に絶縁部材が配設されている。したがって、円筒型の二次電池と同様の作用により、優れた高温サイクル特性および電圧維持特性を得ることができる。この他の二次電池に関する上記以外の効果は、円筒型の二次電池と同様である。   According to the other secondary battery, the solvent of the electrolytic solution contains at least one of the sulfone compounds represented by the formulas (1) and (2), and at least the positive electrode current collector 33A and the negative electrode active material. An insulating member is disposed in a region facing the material layer 34B. Therefore, excellent high-temperature cycle characteristics and voltage maintenance characteristics can be obtained by the same action as the cylindrical secondary battery. Other effects of the secondary battery other than those described above are the same as those of the cylindrical secondary battery.

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

(実験例1−1〜1−9)
以下の手順により、図1、図2、図7、図8および図11に示した円筒型のリチウムイオン二次電池を作製した。
(Experimental Examples 1-1 to 1-9)
The cylindrical lithium ion secondary battery shown in FIG. 1, FIG. 2, FIG. 7, FIG. 8, and FIG.

まず、正極21を作製した。この場合には、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、空気中で890℃×5時間焼成してリチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2 )を得た。得られたLiCoO2 をX線回折分析したところ、JCPDS(joint committee of powder diffraction standard)ファイルに登録されたLiCoO2 のピークとよく一致していた。続いて、LiCoO2 を粉砕して粉末状(平均粒子径(メジアン径)=10μm)にした。続いて、LiCoO2 95質量部とLi2 CO3 5質量部とを混合して、正極活物質とした。続いて、正極活物質91質量部と、正極導電剤として人造黒鉛(ロンザ製KS−15)6質量部と、正極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。続いて、N−メチル−2−ピロリドンに正極合剤を分散させて、ペースト状の正極合剤スラリーとした。続いて、帯状のアルミニウム箔(厚さ=20μm)からなる正極集電体21Aの両面に、コーティング装置を用いて正極合剤スラリーを均一に塗布してから乾燥させて、正極活物質層21Bを形成した。最後に、ロールプレス機を用いて正極活物質層21Bを圧縮成型した。 First, the positive electrode 21 was produced. In this case, 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 890 ° C. for 5 hours. A cobalt composite oxide (LiCoO 2 ) was obtained. When the obtained LiCoO 2 was analyzed by X-ray diffraction, it was in good agreement with the LiCoO 2 peak registered in the JCPDS (joint committee of powder diffraction standard) file. Subsequently, LiCoO 2 was pulverized into a powder (average particle diameter (median diameter) = 10 μm). Subsequently, 95 parts by mass of LiCoO 2 and 5 parts by mass of Li 2 CO 3 were mixed to obtain a positive electrode active material. Subsequently, 91 parts by mass of the positive electrode active material, 6 parts by mass of artificial graphite (KS-15 manufactured by Lonza) as the positive electrode conductive agent, and 3 parts by mass of polyvinylidene fluoride as the positive electrode binder were mixed, did. Subsequently, the positive electrode mixture was dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone to obtain a paste-like positive electrode mixture slurry. Subsequently, a positive electrode mixture slurry is uniformly applied to both surfaces of a positive electrode current collector 21A made of a strip-shaped aluminum foil (thickness = 20 μm) using a coating apparatus, and then dried to form a positive electrode active material layer 21B. Formed. Finally, the positive electrode active material layer 21B was compression molded using a roll press.

次に、負極22を作製した。この場合には、最初に、負極活物質として人造黒鉛(JFE製)94質量部と、負極導電剤としてVGCF1質量部と、負極結着剤としてポリフッ化ビニリデン5質量部とを混合して、負極合剤とした。続いて、N−メチル−2−ピロリドンに負極合剤を分散させて、ペースト状の負極合剤スラリーとした。続いて、帯状の電解銅箔(厚さ=15μm)からなる負極集電体22Aの両面に、コーティング装置を用いて負極合剤スラリーを均一に塗布してから乾燥させて、負極活物質層22Bを形成した。最後に、ロールプレス機を用いて負極活物質層22Bを圧縮成型した。   Next, the negative electrode 22 was produced. In this case, first, 94 parts by mass of artificial graphite (manufactured by JFE) as a negative electrode active material, 1 part by mass of VGCF as a negative electrode conductive agent, and 5 parts by mass of polyvinylidene fluoride as a negative electrode binder are mixed. A mixture was prepared. Subsequently, the negative electrode mixture was dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone to obtain a paste-like negative electrode mixture slurry. Subsequently, the negative electrode mixture slurry is uniformly applied to both surfaces of the negative electrode current collector 22A made of a strip-shaped electrolytic copper foil (thickness = 15 μm) using a coating apparatus, and then dried, and the negative electrode active material layer 22B Formed. Finally, the negative electrode active material layer 22B was compression molded using a roll press.

次に、液状の電解質である電解液を調製した。この場合には、最初に、溶媒として,
炭酸エチレン(EC)と、炭酸プロピレン(PC)と、炭酸ビニレン(VC)と、炭酸ジメチル(DMC)と、炭酸エチルメチル(EMC)と、スルホン化合物とを混合した。溶媒中におけるスルホン化合物の含有量をZとしたとき、溶媒の組成(EC:PC:VC:DMC:EMC:スルホン化合物)は、質量比で30−Z:5:1:60:4:Zとした。このスルホン化合物の種類および含有量は、表1に示した通りである。こののち、電解質塩として六フッ化リン酸リチウム(LiPF6 )を溶媒に溶解させた。電解質塩の含有量は、溶媒に対して1mol/dm3 とした。
Next, an electrolytic solution that is a liquid electrolyte was prepared. In this case, first as a solvent,
Ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), vinylene carbonate (VC), dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC), and a sulfone compound were mixed. When the content of the sulfone compound in the solvent is Z, the composition of the solvent (EC: PC: VC: DMC: EMC: sulfone compound) is 30-Z: 5: 1: 60: 4: Z by mass ratio. did. The type and content of the sulfone compound are as shown in Table 1. After that, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) was dissolved in a solvent as an electrolyte salt. The content of the electrolyte salt was 1 mol / dm 3 with respect to the solvent.

最後に、正極21および負極22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21あるいは負極22のうち、正極集電体21Aと負極活物質層22Bとの対向領域およびその周辺領域に、接着剤を用いて絶縁部材28を貼り付けた。この絶縁部材28としては、ポリプロピレンフィルム(透気度=5000s/100cm3 )を用いた。続いて、正極集電体21Aにアルミニウム製の正極リード25を溶接すると共に、負極集電体22Aにニッケル製の負極リード26を溶接した。続いて、ポリエチレンフィルム(厚さ=16μm)からなるセパレータ23を介して正極21と負極22とを積層および巻回したのち、粘着テープを用いて巻き終わり部分を固定して巻回電極体20を作製した。続いて、巻回電極体20の巻回中心にセンターピン24を挿入した。続いて、一対の絶縁板12,13で挟みながら、ニッケル鍍金された鉄製の電池缶11(直径18mm×高さ65mm)の内部に巻回電極体20を収納した。この場合には、正極リード25の先端部を安全弁機構15に溶接すると共に、負極リード26の先端部を電池缶11に溶接した。続いて、減圧方式により電池缶11の内部に電解液を注入してセパレータ23に含浸させた。最後に、ガスケット17を介して電池缶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をかしめた。これにより、円筒型の二次電池が完成した。この二次電池を作製する場合には、正極活物質層21Bの厚さを調節して、満充電時において負極22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 electrolyte together with the positive electrode 21 and the negative electrode 22. First, in the positive electrode 21 or the negative electrode 22, the insulating member 28 was attached to the opposing region of the positive electrode current collector 21 </ b> A and the negative electrode active material layer 22 </ b> B and its peripheral region using an adhesive. As this insulating member 28, a polypropylene film (air permeability = 5000 s / 100 cm 3 ) was used. Subsequently, the positive electrode lead 25 made of aluminum was welded to the positive electrode current collector 21A, and the negative electrode lead 26 made of nickel was welded to the negative electrode current collector 22A. Subsequently, after laminating and winding the positive electrode 21 and the negative electrode 22 through a separator 23 made of a polyethylene film (thickness = 16 μm), the winding electrode 20 is fixed by fixing the winding end portion using an adhesive tape. Produced. Subsequently, the center pin 24 was inserted into the winding center of the wound electrode body 20. Subsequently, the wound electrode body 20 was housed in an iron battery can 11 (diameter 18 mm × height 65 mm) plated with nickel while being sandwiched between a pair of insulating plates 12 and 13. In this case, the tip of the positive electrode lead 25 was welded to the safety valve mechanism 15 and the tip of the negative electrode lead 26 was welded to the battery can 11. Subsequently, an electrolytic solution was injected into the battery can 11 by a reduced pressure method to impregnate the separator 23. Finally, the battery lid 14, the safety valve mechanism 15, and the heat sensitive resistance element 16 were caulked to the opening end of the battery can 11 through the gasket 17. Thereby, a cylindrical secondary battery was completed. When producing this secondary battery, the thickness of the positive electrode active material layer 21B was adjusted so that lithium metal did not deposit on the negative electrode 22 during full charge.

(実験例1−10〜1−19)
表1に示したように、スルホン化合物および絶縁部材28の双方を組みあわせて用いなかったことを除き、実験例1−1〜1−8と同様の手順を経た。
(Experimental Examples 1-10 to 1-19)
As shown in Table 1, the same procedure as in Experimental Examples 1-1 to 1-8 was performed, except that both the sulfone compound and the insulating member 28 were not used in combination.

(実験例1−20〜1−23)
表1に示したように、スルホン化合物の代わりにエチレンスルフィト(ES)あるいは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(LiPFSI)を用いたことを除き、実験例1−6,1−16と同様の手順を経た。
(Experimental Examples 1-20 to 1-23)
As shown in Table 1, Experimental Examples 1-6 and 1-16 except that ethylene sulfite (ES) or 1,3-perfluoropropane disulfonylimide lithium (LiPFSI) was used instead of the sulfone compound. The same procedure was followed.

これらの実験例1−1〜1−23の二次電池について高温サイクル特性および電圧維持特性を調べたところ、表1に示した結果が得られた。   When the high temperature cycle characteristics and voltage maintenance characteristics of the secondary batteries of Examples 1-1 to 1-23 were examined, the results shown in Table 1 were obtained.

高温サイクル特性を調べる際には、最初に、50℃の高温環境中で1サイクル充放電させて、1サイクル目の放電容量を測定した。続いて、同雰囲気中でサイクル数の合計が150サイクルとなるまで繰り返し充放電させて、150サイクル目の放電容量を測定した。最後に、放電容量維持率(%)=(150サイクル目の放電容量/1サイクル目の放電容量)×100を算出した。充電時には、2500mAの電流で上限電圧4.2Vまで定電流定電圧充電した。放電時には、2000mAの電流で終止電圧2.5Vまで定電流放電した。   When investigating the high-temperature cycle characteristics, first, charging and discharging were performed for 1 cycle in a high temperature environment of 50 ° C., and the discharge capacity at the first cycle was measured. Subsequently, the battery was repeatedly charged and discharged in the same atmosphere until the total number of cycles reached 150 cycles, and the discharge capacity at the 150th cycle was measured. Finally, discharge capacity retention rate (%) = (discharge capacity at the 150th cycle / discharge capacity at the first cycle) × 100 was calculated. At the time of charging, constant current and constant voltage charging was performed up to an upper limit voltage of 4.2 V at a current of 2500 mA. At the time of discharge, constant current discharge was performed with a current of 2000 mA to a final voltage of 2.5V.

電圧維持特性を調べる際には、最初に、25℃の雰囲気中で充電させた。この場合には、500mAの電流で上限電圧4.2Vまで定電流定電圧充電した。続いて、同雰囲気中に充電状態のままで2週間放置した。続いて、放置後の開回路電圧を測定した。この場合には、開回路電位が4.1V未満である場合を大幅な電圧降下発生あり、4.1V以上である場合を大幅な圧降下発生なしと判定した。最後に、大幅な電圧降下が発生した割合として、電圧降下発生率(%)=(大幅な電圧降下発生ありの個数/全個数)×100を算出した。この場合の全個数は、60個〜130個である。   When examining the voltage maintenance characteristics, first, the battery was charged in an atmosphere at 25 ° C. In this case, constant current and constant voltage charging was performed up to an upper limit voltage of 4.2 V at a current of 500 mA. Subsequently, the battery was left in the same atmosphere for 2 weeks while being charged. Subsequently, the open circuit voltage after standing was measured. In this case, it was determined that a significant voltage drop occurred when the open circuit potential was less than 4.1 V, and no significant pressure drop occurred when the open circuit potential was 4.1 V or more. Finally, as a ratio of occurrence of a significant voltage drop, a voltage drop occurrence rate (%) = (number of occurrence of significant voltage drop / total number) × 100 was calculated. In this case, the total number is 60 to 130.

なお、上記した高温サイクル特性および電圧維持特性を調べる際の手順および条件は、以降の一連の実験例においても同様である。   The procedure and conditions for examining the above-described high-temperature cycle characteristics and voltage maintenance characteristics are the same in the following series of experimental examples.

Figure 2010165549
Figure 2010165549

負極活物質として人造黒鉛を用いた二次電池では、スルホン化合物および絶縁部材28を組みあわせて用いた場合において、それらを組みあわせて用いなかった場合よりも良好な放電容量維持率および電圧降下発生率が得られた。詳細には、スルホン化合物および絶縁部材28を組みあわせて用いた場合には、電圧降下発生率が1桁台前半に低く抑えられたまま、放電容量維持率がより高くなった。このような傾向は、スルホン化合物の代わりにESあるいはLiPFSIを用いた場合と比較した場合においても、同様に得られた。特に、スルホン化合物および絶縁部材28を組みあわせて用いた場合には、溶媒中におけるスルホン化合物0.005質量%〜3質量%であると、より良好な結果が得られた。   In the secondary battery using artificial graphite as the negative electrode active material, when the sulfone compound and the insulating member 28 are used in combination, the discharge capacity maintenance rate and voltage drop generation are better than when they are not used in combination. The rate was obtained. Specifically, when the sulfone compound and the insulating member 28 were used in combination, the discharge capacity retention rate was higher while the voltage drop occurrence rate was kept low in the first half of the single digit range. Such a tendency was similarly obtained when compared with the case where ES or LiPFSI was used instead of the sulfone compound. In particular, when the sulfone compound and the insulating member 28 were used in combination, a better result was obtained when the sulfone compound was 0.005 mass% to 3 mass% in the solvent.

なお、確認までに、放電容量維持率および電圧降下発生率を調べたのち、絶縁部材28を配設していない実験例1−11〜1−18の二次電池を解体して、正極集電体21Aと負極活物質層22Bとの対向領域の状態を目視で調べてみた。その結果、大幅な電圧降下発生ありと判定された二次電池の大部分では、セパレータ23のうちの対向領域に対応する部分にニッケル金属が析出していた。このニッケル金属の析出に起因して内部短絡が発生したため、大幅な電圧降下が発生したようである。なお、ニッケル金属は、負極リード26を溶接する際に生じたニッケル粉や、電池缶11から剥がれたニッケル鍍金が溶解したのちに析出したものであると考えられる。   Before the confirmation, after checking the discharge capacity maintenance rate and the voltage drop occurrence rate, the secondary batteries of Experimental Examples 1-1 to 1-18 in which the insulating member 28 is not disposed are disassembled, and the positive electrode current collector is collected. The state of the opposing region between the body 21A and the negative electrode active material layer 22B was examined visually. As a result, in most of the secondary batteries determined to have a significant voltage drop, nickel metal was deposited on the portion of the separator 23 corresponding to the facing region. An internal short circuit occurred due to the deposition of this nickel metal, which seems to have caused a significant voltage drop. The nickel metal is considered to be deposited after the nickel powder generated when the negative electrode lead 26 is welded or the nickel plating peeled off from the battery can 11 is dissolved.

これらのことから、本発明の二次電池では、負極活物質として人造黒鉛を用いた場合において、電解液の溶媒がスルホン化合物を含んでいると共に、正極集電体21Aと負極活物質層22Bとの対向領域に絶縁部材28が配設されている。これにより、優れた高温サイクル特性および電圧維持特性が得られる。   Therefore, in the secondary battery of the present invention, when artificial graphite is used as the negative electrode active material, the electrolyte solution contains the sulfone compound, and the positive electrode current collector 21A and the negative electrode active material layer 22B An insulating member 28 is disposed in the opposite region. Thereby, excellent high-temperature cycle characteristics and voltage maintenance characteristics can be obtained.

(実験例2−1〜2−10)
表2に示したように、スルホン化合物の種類を変更したことを除き、実験例1−5,1−15と同様の手順を経た。これらの実験例2−1〜2−10の二次電池について高温サイクル特性および電圧維持特性を調べたところ、表2に示した結果が得られた。
(Experimental examples 2-1 to 2-10)
As shown in Table 2, the same procedures as in Experimental Examples 1-5 and 1-15 were performed except that the type of the sulfone compound was changed. When the high-temperature cycle characteristics and voltage maintenance characteristics of the secondary batteries of Examples 2-1 to 2-10 were examined, the results shown in Table 2 were obtained.

Figure 2010165549
Figure 2010165549

スルホン化合物の種類を変更した場合においても、表1と同様の結果が得られた。このことから、負極活物質として人造黒鉛を用いた本発明の二次電池では、スルホン化合物の種類を変更しても、優れた高温サイクル特性および電圧維持保存特性が得られる。   Even when the type of the sulfone compound was changed, the same results as in Table 1 were obtained. Therefore, in the secondary battery of the present invention using artificial graphite as the negative electrode active material, excellent high-temperature cycle characteristics and voltage maintenance / storage characteristics can be obtained even if the type of the sulfone compound is changed.

(実験例3−1〜3−6)
表3に示したように、溶媒の組成を変更したことを除き、実験例1−5,1−15と同様の手順を経た。この場合には、溶媒として、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン(FEC)あるいはトランス−4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン(DFEC)などを用いた。なお、FECなどを用いる場合には、それらをECと置き換えて含有量を10質量%とした。これらの実験例3−1〜3−6の二次電池について高温サイクル特性および電圧維持特性を調べたところ、表3に示した結果が得られた。
(Experimental examples 3-1 to 3-6)
As shown in Table 3, the same procedure as in Experimental Examples 1-5 and 1-15 was performed, except that the composition of the solvent was changed. In this case, 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one (FEC) or trans-4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one (DFEC) or the like was used as a solvent. In addition, when using FEC etc., they were replaced with EC and content was 10 mass%. When the high-temperature cycle characteristics and the voltage maintenance characteristics of the secondary batteries of Examples 3-1 to 3-6 were examined, the results shown in Table 3 were obtained.

Figure 2010165549
Figure 2010165549

溶媒の組成を変更した場合においても、表1と同様の結果が得られた。この場合には、VCなどを用いると、それらを用いなかった場合と比較して、電圧降下発生率がほぼ維持されたままで放電容量維持率が高くなった。これらのことから、負極活物質として人造黒鉛を用いた本発明の二次電池では、溶媒の組成を変更しても、優れた高温サイクル特性および電圧維持保存特性が得られる。また、溶媒として不飽和結合環状炭酸エステルあるいはハロゲン化環状炭酸エステルを用いれば、高温サイクル特性がより向上する。   Even when the composition of the solvent was changed, the same results as in Table 1 were obtained. In this case, when VC or the like is used, the discharge capacity maintenance rate is increased while the voltage drop occurrence rate is substantially maintained as compared with the case where they are not used. From these facts, in the secondary battery of the present invention using artificial graphite as the negative electrode active material, excellent high-temperature cycle characteristics and voltage maintenance and storage characteristics can be obtained even if the composition of the solvent is changed. Moreover, if an unsaturated bond cyclic carbonate or a halogenated cyclic carbonate is used as a solvent, the high-temperature cycle characteristics are further improved.

(実験例4−1〜4−6)
表4に示したように、電解質塩の組成を変更したことを除き、実験例1−5,1−15と同様の手順を経た。この場合には、電解質塩として、四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4 )、式(10−1)に示したリチウムジフルオロオキサレートボレート(LiFOB)あるいは式(10−6)に示したリチウムビスオキサレートボレート(LiBOB)などを用いた。なお、LiBF4 などを用いる場合には、それらをECと置き換えて含有量を0.5質量%とした。これらの実験例4−1〜4−6の二次電池について高温サイクル特性および電圧維持特性を調べたところ、表4に示した結果が得られた。
(Experimental examples 4-1 to 4-6)
As shown in Table 4, the same procedures as in Experimental Examples 1-5 and 1-15 were performed except that the composition of the electrolyte salt was changed. In this case, as the electrolyte salt, lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium difluorooxalate borate (LiFOB) represented by formula (10-1), or lithium bisoxalate represented by formula (10-6) Rate borate (LiBOB) or the like was used. Incidentally, in the case of using a LiBF 4 was them with 0.5 wt% and the content is replaced with EC. When the high-temperature cycle characteristics and the voltage maintenance characteristics of the secondary batteries of Examples 4-1 to 4-6 were examined, the results shown in Table 4 were obtained.

Figure 2010165549
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電解質塩の組成を変更した場合においても、表1と同様の結果が得られた。この場合には、LiBF4 などを用いると、放電容量維持率がほぼ維持されたままで電圧降下発生率がより低くなった。これらのことから、負極活物質として人造黒鉛を用いた本発明の二次電池では、電解質塩の組成を変更しても、優れた高温サイクル特性および電圧維持特性が得られる。また、ホウ素およびフッ素を構成元素として含む電解質塩(LiBF4 など)を用いれば、電圧維持特性がより向上する。 Even when the composition of the electrolyte salt was changed, the same results as in Table 1 were obtained. In this case, when LiBF 4 or the like was used, the voltage drop occurrence rate was lower while the discharge capacity maintenance rate was substantially maintained. For these reasons, in the secondary battery of the present invention using artificial graphite as the negative electrode active material, excellent high-temperature cycle characteristics and voltage maintenance characteristics can be obtained even if the composition of the electrolyte salt is changed. Further, when an electrolyte salt (such as LiBF 4 ) containing boron and fluorine as constituent elements is used, the voltage maintaining characteristics are further improved.

(実験例5−1〜5−6)
表5に示したように、電解質塩の含有量を変更したことを除き、実験例4−1と同様の手順を経た。これらの実験例5−1〜5−6の二次電池について高温サイクル特性および電圧維持特性を調べたところ、表5に示した結果が得られた。
(Experimental examples 5-1 to 5-6)
As shown in Table 5, the same procedure as in Experimental Example 4-1 was performed except that the content of the electrolyte salt was changed. When the high-temperature cycle characteristics and voltage maintenance characteristics of the secondary batteries of Examples 5-1 to 5-6 were examined, the results shown in Table 5 were obtained.

Figure 2010165549
Figure 2010165549

電解質塩の含有量を変更した場合においても、表1と同様の結果が得られた。この場合には、電解質塩の含有量が0.005質量%〜3質量%であると良好な結果が得られた。これらのことから、負極活物質として人造黒鉛を用いた本発明の二次電池では、電解質塩の含有量を変更しても、優れた高温サイクル特性および電圧維持特性が得られる。   Even when the content of the electrolyte salt was changed, the same results as in Table 1 were obtained. In this case, good results were obtained when the content of the electrolyte salt was 0.005% by mass to 3% by mass. For these reasons, in the secondary battery of the present invention using artificial graphite as the negative electrode active material, excellent high-temperature cycle characteristics and voltage maintenance characteristics can be obtained even if the content of the electrolyte salt is changed.

(実験例6−1〜6−49)
表6および表7に示したように、負極活物質としてSn含有材料であるSnMC(Mはコバルトなどの遷移金属元素の1種あるいは2種以上)を用いたことを除き、実験例1−5,1−10,1−15と同様の手順を経た。
(Experimental examples 6-1 to 6-49)
As shown in Tables 6 and 7, Experimental Example 1-5 except that SnMC (M is one or more of transition metal elements such as cobalt) which is a Sn-containing material was used as the negative electrode active material. , 1-10, 1-15.

SnMCを準備する場合には、最初に、スズ粉末および遷移金属粉末を合金化してスズ含有合金粉末としたのち、炭素粉末を加えて乾式混合した。続いて、伊藤製作所製の遊星ボールミルの反応容器中に、上記した混合物10gを直径9mmの鋼玉約400gと一緒にセットした。続いて、反応容器中をアルゴン雰囲気に置換したのち、毎分250回転の回転速度による10分間の運転と10分間の休止とを運転時間の合計が20時間になるまで繰り返した。続いて、反応容器を室温まで冷却してSnMCを取り出したのち、280メッシュのふるいを通して粗粉を取り除いた。   When preparing SnMC, first, tin powder and transition metal powder were alloyed to form tin-containing alloy powder, and then carbon powder was added and dry mixed. Subsequently, 10 g of the above mixture was set together with about 400 g of steel balls having a diameter of 9 mm in a reaction vessel of a planetary ball mill manufactured by Ito Seisakusho. Subsequently, after replacing the inside of the reaction vessel with an argon atmosphere, an operation for 10 minutes and a pause for 10 minutes at a rotation speed of 250 revolutions per minute were repeated until the total operation time reached 20 hours. Subsequently, after the reaction vessel was cooled to room temperature and SnMC was taken out, coarse powder was removed through a 280 mesh sieve.

得られたSnMCの組成を分析したところ、その組成(質量比)は表6および表7に示した通りであった。この場合には、スズおよび遷移金属の含有量については誘導結合プラズマ(Inductively Coupled Plasma:ICP)発光分析装置、炭素の含有量については炭素・硫黄分析装置を用いて測定した。また、X線回折法によりSnMCを分析したところ、回折角2θ=20°〜50°の範囲に、回折角2θで1.0°以上の半値幅を有する回折ピークが観察された。さらに、XPSによりSnMCを代表してSnCoCを分析したところ、図15に示したように、ピークP1が得られた。このピークP1を解析すると、表面汚染炭素のピークP2と、それよりも低エネルギー側(284.5eVよりも低い領域)にSnCoC中におけるC1sのピークP3とが得られた。この結果から、SnCoC中の炭素は他の元素と結合していることが確認された。   When the composition of the obtained SnMC was analyzed, the composition (mass ratio) was as shown in Table 6 and Table 7. In this case, the content of tin and transition metal was measured using an inductively coupled plasma (ICP) emission analyzer, and the content of carbon was measured using a carbon / sulfur analyzer. Further, when SnMC was analyzed by the X-ray diffraction method, a diffraction peak having a half-value width of 1.0 ° or more at a diffraction angle 2θ was observed in a diffraction angle 2θ = 20 ° to 50 °. Further, when SnCoC was analyzed on behalf of SnMC by XPS, peak P1 was obtained as shown in FIG. When this peak P1 was analyzed, a peak P2 of surface contamination carbon and a peak P3 of C1s in SnCoC on the lower energy side (region lower than 284.5 eV) were obtained. From this result, it was confirmed that carbon in SnCoC was bonded to other elements.

(実験例7−1〜7−4)
表8に示したように、SnCoCの組成を変更したことを除き、実験例6−1,6−25と同様の手順を経た。この場合においても、X線回折およびXPSによりSnCoCを分析したところ、実験例6−1〜6−49と同様の結果が得られた。
(Experimental examples 7-1 to 7-4)
As shown in Table 8, the same procedure as in Experimental Examples 6-1 and 6-25 was performed, except that the composition of SnCoC was changed. Also in this case, when SnCoC was analyzed by X-ray diffraction and XPS, the same results as in Experimental Examples 6-1 to 6-49 were obtained.

(実験例8−1〜8−6)
表9に示したように、負極活物質としてSn含有材料であるSnCoX(Xはホウ素など)を用いたことを除き、実験例6−1,6−25と同様の手順を経た。SnCoXを準備する手順は、炭素粉末の代わりにホウ素粉末などを用いたことを除き、SnMCを準備した場合と同様である。この場合においても、X線回折およびXPSによりSnCoXを分析したところ、実験例6−1〜6−49と同様の結果が得られた。
(Experimental examples 8-1 to 8-6)
As shown in Table 9, the same procedure as in Experimental Examples 6-1 and 6-25 was performed, except that SnCoX (X is boron or the like) which is a Sn-containing material was used as the negative electrode active material. The procedure for preparing SnCoX is the same as that for preparing SnMC except that boron powder or the like is used instead of carbon powder. Also in this case, when SnCoX was analyzed by X-ray diffraction and XPS, the same results as in Experimental Examples 6-1 to 6-49 were obtained.

これらの実験例6−1〜6−49,7−1〜7−4,8−1〜8−6の二次電池について高温サイクル特性および電圧維持特性を調べたところ、表6〜表9に示した結果が得られた。   The secondary batteries of Examples 6-1 to 6-49, 7-1 to 7-4, and 8-1 to 8-6 were examined for high-temperature cycle characteristics and voltage maintenance characteristics. The results shown are obtained.

Figure 2010165549
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Figure 2010165549
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Figure 2010165549
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Figure 2010165549
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負極活物質としてSnMCあるいはSnCoXを用いた場合においても、表1と同様の結果が得られた。これらのことから、本発明の二次電池では、負極活物質としてSn含有材料を用いた場合において、電解液の溶媒がスルホン化合物を含んでいると共に、正極集電体21Aと負極活物質層22Bとの対向領域に絶縁部材28を配設されている。これにより、優れた高温サイクル特性および電圧維持特性が得られる。   Even when SnMC or SnCoX was used as the negative electrode active material, the same results as in Table 1 were obtained. For these reasons, in the secondary battery of the present invention, when the Sn-containing material is used as the negative electrode active material, the solvent of the electrolytic solution contains the sulfone compound, and the positive electrode current collector 21A and the negative electrode active material layer 22B. An insulating member 28 is disposed in a region facing the surface. Thereby, excellent high-temperature cycle characteristics and voltage maintenance characteristics can be obtained.

(実験例9−1〜9−11)
表10に示したように、負極活物質としてケイ素を用いて負極活物質層22Bを形成すると共に、溶媒の組成および電解質塩の含有量を変更したことを除き、実験例1−1〜1−23,2−1〜2−10と同様の手順を経た。負極活物質層22Bを形成する場合には、蒸着法(電子ビーム蒸着法)を用いて負極集電体22Aの表面にケイ素を堆積させて、複数の負極活物質粒子を形成した。この場合には、10回の堆積工程を繰り返して、負極活物質層22Bの総厚を6μmとした。溶媒としては、ECおよび炭酸ジエチル(DEC)を用いると共に、それらの組成(EC:DEC)は、質量比で30:70とした。電解質塩の含有量は、溶媒に対して1mol/kgとした。これらの実験例9−1〜9−11の二次電池について高温サイクル特性および電圧維持特性を調べたところ、表10に示した結果が得られた。
(Experimental examples 9-1 to 9-11)
As shown in Table 10, except that the negative electrode active material layer 22B was formed using silicon as the negative electrode active material, and the composition of the solvent and the content of the electrolyte salt were changed, Experimental Examples 1-1 to 1- 23, 2-1 to 2-10. In the case of forming the negative electrode active material layer 22B, a plurality of negative electrode active material particles were formed by depositing silicon on the surface of the negative electrode current collector 22A using a vapor deposition method (electron beam vapor deposition method). In this case, the deposition process was repeated 10 times so that the total thickness of the negative electrode active material layer 22B was 6 μm. EC and diethyl carbonate (DEC) were used as the solvent, and their composition (EC: DEC) was 30:70 by mass ratio. The content of the electrolyte salt was 1 mol / kg with respect to the solvent. When the high-temperature cycle characteristics and voltage maintenance characteristics of the secondary batteries of Examples 9-1 to 9-11 were examined, the results shown in Table 10 were obtained.

Figure 2010165549
Figure 2010165549

負極活物質としてケイ素を用いた場合においても、表1と同様の結果が得られた。この場合には、溶媒中におけるスルホン化合物の含有量が0.1質量%〜5質量%であると、より良好な結果が得られた。これらのことから、本発明の二次電池では、負極活物質としてケイ素を用いた場合において、電解液の溶媒がスルホン化合物を含んでいると共に、正極集電体21Aと負極活物質層22Bとの対向領域に絶縁部材28が配設されている。これにより、優れた高温サイクル特性および電圧維持特性が得られる。   Even when silicon was used as the negative electrode active material, the same results as in Table 1 were obtained. In this case, better results were obtained when the content of the sulfone compound in the solvent was 0.1% by mass to 5% by mass. For these reasons, in the secondary battery of the present invention, when silicon is used as the negative electrode active material, the solvent of the electrolytic solution contains the sulfone compound, and the positive electrode current collector 21A and the negative electrode active material layer 22B An insulating member 28 is disposed in the facing region. Thereby, excellent high-temperature cycle characteristics and voltage maintenance characteristics can be obtained.

(実験例10−1〜10−13)
表11に示したように、溶媒の組成を変更したことを除き、実験例9−3,9−10と同様の手順を経た。この場合には、溶媒として、炭酸ビス(フルオロメチル)(DFDMC)、プロペンスルトン(PRS)あるいは無水コハク酸(SCAH)などを用いた。溶媒の組成(EC:PC:DEC)は、質量比で10:20:70とした。また、溶媒中におけるVC等の含有量は、5質量%とした。これらの実験例10−1〜10−13の二次電池について高温サイクル特性および電圧維持特性を調べたところ、表11に示した結果が得られた。
(Experimental examples 10-1 to 10-13)
As shown in Table 11, the same procedures as in Experimental Examples 9-3 and 9-10 were performed except that the composition of the solvent was changed. In this case, bis (fluoromethyl) carbonate (DFDMC), propene sultone (PRS), succinic anhydride (SCAH), or the like was used as a solvent. The composition of the solvent (EC: PC: DEC) was 10:20:70 by mass ratio. Moreover, content of VC etc. in the solvent was 5 mass%. When the high-temperature cycle characteristics and the voltage maintenance characteristics of the secondary batteries of Examples 10-1 to 10-13 were examined, the results shown in Table 11 were obtained.

Figure 2010165549
Figure 2010165549

溶媒の組成を変更した場合においても、表10と同様の結果が得られた。この場合には、VCなどを用いると、それらを用いなかった場合と比較して、電圧降下発生率がほぼ維持されたままで放電容量維持率が高くなった。これらのことから、負極活物質としてケイ素を用いた本発明の二次電池では、溶媒の組成を変更しても、優れた高温サイクル特性および電圧維持保存特性が得られる。また、溶媒として不飽和結合環状炭酸エステルあるいはハロゲン化環状炭酸エステルを用いれば、高温サイクル特性がより向上する。   Even when the composition of the solvent was changed, the same results as in Table 10 were obtained. In this case, when VC or the like is used, the discharge capacity maintenance rate is increased while the voltage drop occurrence rate is substantially maintained as compared to the case where they are not used. For these reasons, in the secondary battery of the present invention using silicon as the negative electrode active material, excellent high-temperature cycle characteristics and voltage maintenance and storage characteristics can be obtained even if the composition of the solvent is changed. Moreover, if unsaturated bond cyclic carbonate or halogenated cyclic carbonate is used as the solvent, the high-temperature cycle characteristics are further improved.

(実験例11−1〜11−4)
表12に示したように、電解質塩の組成を変更したことを除き、実験例9−3,9−10と同様の手順を経た。この場合には、電解質塩としてビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウム(LiTFSI)などを用いた。なお、LiBF4 などを用いる場合には、LiPF6 の含有量を0.9mol/kg、LiBF4 等の含有量を0.1mol/kgとした。これらの実験例11−1〜11−4の二次電池について高温サイクル特性および電圧維持特性を調べたところ、表12に示した結果が得られた。
(Experimental examples 11-1 to 11-4)
As shown in Table 12, the same procedures as in Experimental Examples 9-3 and 9-10 were performed except that the composition of the electrolyte salt was changed. In this case, bis (trifluoromethanesulfonyl) imide lithium (LiTFSI) or the like was used as the electrolyte salt. Incidentally, in the case of using a LiBF 4 is, 0.9 mol / kg content of LiPF 6, the content of such LiBF 4 was 0.1 mol / kg. When the high-temperature cycle characteristics and voltage maintenance characteristics of the secondary batteries of Examples 11-1 to 11-4 were examined, the results shown in Table 12 were obtained.

Figure 2010165549
Figure 2010165549

電解質塩の組成を変更した場合においても、表10と同様の結果が得られた。この場合には、LiBF4 などを用いると、電圧降下発生率がほぼ維持されたままで放電容量維持率が高くなった。これらのことから、負極活物質としてケイ素を用いた本発明の二次電池では、電解質塩の組成を変更しても、優れた高温サイクル特性および電圧維持特性が得られる。 Even when the composition of the electrolyte salt was changed, the same results as in Table 10 were obtained. In this case, when LiBF 4 or the like was used, the discharge capacity maintenance rate increased while the voltage drop occurrence rate was substantially maintained. For these reasons, in the secondary battery of the present invention using silicon as the negative electrode active material, excellent high-temperature cycle characteristics and voltage maintenance characteristics can be obtained even if the composition of the electrolyte salt is changed.

上記した表1〜表12の結果から、本発明の二次電池において、電解液の溶媒は、式(1)および式(2)に示したスルホン化合物のうちの少なくとも1種を含んでいる。また、少なくとも正極の正極集電体と負極の負極活物質層とが対向する領域には、絶縁部材が配設されている。これにより、負極活物質の種類、溶媒の組成、あるいは電解質塩の組成などに依存せずに、優れた高温サイクル特性および電圧維持特性を得ることができる。   From the results shown in Tables 1 to 12, in the secondary battery of the present invention, the solvent of the electrolytic solution contains at least one of the sulfone compounds represented by Formula (1) and Formula (2). An insulating member is disposed at least in a region where the positive electrode current collector of the positive electrode and the negative electrode active material layer of the negative electrode face each other. Thus, excellent high-temperature cycle characteristics and voltage maintenance characteristics can be obtained without depending on the type of the negative electrode active material, the composition of the solvent, the composition of the electrolyte salt, or the like.

この場合には、負極活物質として炭素材料(人造黒鉛)を用いた場合よりも金属系材料(ケイ素、SnMCあるいはSnCoX)を用いた場合において、放電容量維持率の増加率が大きくなった。したがって、炭素材料を用いた場合よりも金属系材料を用いた場合において、より高い効果を得ることができる。この結果は、負極活物質として高容量化に有利な金属系材料を用いると、炭素材料を用いる場合よりも電解液が分解しやすくなるため、電解液の分解抑制効果が際立って発揮されたものと考えられる。   In this case, when the metal material (silicon, SnMC or SnCoX) was used as the negative electrode active material, the increase rate of the discharge capacity retention rate was larger than when the carbon material (artificial graphite) was used. Therefore, a higher effect can be obtained when a metal-based material is used than when a carbon material is used. This result shows that the use of a metal material that is advantageous for increasing the capacity as the negative electrode active material makes the electrolyte solution more easily decomposed than when a carbon material is used. it is conceivable that.

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で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、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リチウムイオン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。本発明の二次電池は、負極の容量がリチウムイオンの吸蔵および放出による容量とリチウム金属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り表される二次電池についても、同様に適用可能である。この場合には、負極活物質として、リチウムイオンを吸蔵および放出することが可能な負極材料が用いられると共に、負極材料の充電可能な容量は、正極の放電容量よりも小さくなるように設定される。   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, in the above-described embodiments and examples, the lithium ion secondary battery has been described as the type of the secondary battery, but the present invention is not necessarily limited thereto. The secondary battery of the present invention also includes a secondary battery in which the capacity of the negative electrode includes a capacity due to insertion and extraction of lithium ions and a capacity due to precipitation and dissolution of lithium metal, and is represented by the sum of these capacities. , As well as applicable. In this case, a negative electrode material capable of inserting and extracting lithium ions is used as the negative electrode active material, and the chargeable capacity of the negative electrode material is set to be smaller than the discharge capacity of the positive electrode. .

また、上記した実施の形態および実施例では、電池構造が円筒型あるいは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、必ずしもこれに限られない。本発明の二次電池は、角型、コイン型あるいは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。   In the above-described embodiments and examples, the case where the battery structure is a cylindrical type or a laminate film type and the case where the battery element has a winding structure have been described as examples, but the present invention is not necessarily limited thereto. . The secondary battery of the present invention can be similarly applied to a case where it has another battery structure such as a square shape, a coin shape or a button shape, 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、電極反応物質の元素としてリチウムを用いる場合について説明したが、必ずしもこれに限られない。電極反応物質は、例えば、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、マグネシウムあるいはカルシウムなどの2族元素や、アルミニウムなどの他の軽金属でもよい。本発明の効果は、電極反応物質の種類に依存せずに得られるはずであるため、その電極反応物質の種類を変更しても、同様の効果を得ることができる。   In the above-described embodiments and examples, the case where lithium is used as the element of the electrode reactant is described, but the present invention is not necessarily limited thereto. The electrode reactant may be, for example, another group 1 element such as sodium (Na) or potassium (K), a group 2 element such as magnesium or calcium, or another light metal such as aluminum. Since the effect of the present invention should be obtained without depending on the type of the electrode reactant, the same effect can be obtained even if the type of the electrode reactant is changed.

また、上記した実施の形態および実施例では、スルホン化合物の含有量について、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るため、本発明の効果が得られるのであれば、上記した範囲から含有量が多少外れてもよい。   In the above-described embodiments and examples, the appropriate range derived from the results of the examples is described for the content of the sulfone compound. However, the description may be outside the above-described range. It does not completely deny sex. In other words, the appropriate range described above is a particularly preferable range for obtaining the effects of the present invention. Therefore, as long as the effects of the present invention can be obtained, the content may slightly deviate from the above ranges.

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、28…絶縁部材、36…電解質層、37…保護テープ、40…外装部材、41…密着フィルム、221…負極活物質粒子、222…酸化物含有膜、224(224A,224B)…隙間、225…空隙、226…金属材料。   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, 28 ... Insulating member, 36 ... Electrolyte layer, 37 ... Protective tape, 40 ... Exterior member, 41 ... Adhesive film, 221 ... Negative electrode active material Particles 222 ... Oxide-containing film, 224 (224A, 224B) ... gap, 225 ... gap, 226 ... metal material.

Claims (18)

電極反応物質を吸蔵および放出することが可能な正極および負極と、溶媒および電解質塩を含む電解質とを備え、
前記溶媒は、式(1)および式(2)で表されるスルホン化合物のうちの少なくとも1種を含み、
前記正極は、正極集電体上の一部領域に正極活物質層を有し、前記負極は、負極集電体上のうちの前記正極活物質層に対向する領域および前記正極集電体に対向する領域に負極活物質層を有し、
少なくとも前記正極集電体と前記負極活物質層とが対向している領域に、絶縁部材が配設されている
二次電池。
Figure 2010165549
(R11およびR12はアルキル基、アリール基、ハロゲン化アルキル基あるいはハロゲン化アリール基である。X1は−S(=O)2 −、−S(=O)2 −O−、−O−S(=O)2 −O−、−S(=O)2 −O−S(=O)2 −あるいは−S(=O)2 −O−C(=O)−である。n1は1以上4以下の整数である。)
Figure 2010165549
(R13はアルキレン基、アリーレン基、ハロゲン化アルキレン基あるいはハロゲン化アリーレン基である。X2は−S(=O)2 −、−S(=O)2 −O−、−O−S(=O)2 −O−、−S(=O)2 −O−S(=O)2 −あるいは−S(=O)2 −O−C(=O)−である。n2は1以上4以下の整数である。)
A positive electrode and a negative electrode capable of occluding and releasing an electrode reactant, and an electrolyte containing a solvent and an electrolyte salt;
The solvent includes at least one of the sulfone compounds represented by formula (1) and formula (2),
The positive electrode has a positive electrode active material layer in a partial region on the positive electrode current collector, and the negative electrode is formed on a region of the negative electrode current collector facing the positive electrode active material layer and the positive electrode current collector. Having a negative electrode active material layer in the opposing region;
A secondary battery in which an insulating member is disposed at least in a region where the positive electrode current collector and the negative electrode active material layer face each other.
Figure 2010165549
(R11 and R12 are an alkyl group, an aryl group, a halogenated alkyl group or a halogenated aryl group. X1 represents —S (═O) 2 —, —S (═O) 2 —O—, —O—S ( ═O) 2 —O—, —S (═O) 2 —O—S (═O) 2 — or —S (═O) 2 —O—C (═O) —, where n1 is 1 or more and 4 The following integers.)
Figure 2010165549
(R13 is an alkylene group, an arylene group, a halogenated alkylene group or a halogenated arylene group. X2 is —S (═O) 2 —, —S (═O) 2 —O—, —O—S (═O ) 2 —O—, —S (═O) 2 —O—S (═O) 2 — or —S (═O) 2 —O—C (═O) —, where n2 is 1 or more and 4 or less. (It is an integer.)
前記スルホン化合物は、式(3)あるいは式(4)で表されるものである請求項1記載の二次電池。
Figure 2010165549
(Y1は炭素数=2〜4のアルキレン基あるいはハロゲン化アルキレン基、炭素数=2〜4のアルケニレン基あるいはハロゲン化アルケニレン基、アリーレン基あるいはハロゲン化アリーレン基、またはそれらの誘導体である。)
Figure 2010165549
(Y2は炭素数=2〜4のアルキレン基あるいはハロゲン化アルキレン基、炭素数=2〜4のアルケニレン基あるいはハロゲン化アルケニレン基、アリーレン基あるいはハロゲン化アリーレン基、またはそれらの誘導体である。)
The secondary battery according to claim 1, wherein the sulfone compound is represented by Formula (3) or Formula (4).
Figure 2010165549
(Y1 is an alkylene group or halogenated alkylene group having 2 to 4 carbon atoms, an alkenylene group or halogenated alkenylene group having 2 to 4 carbon atoms, an arylene group or a halogenated arylene group, or a derivative thereof.)
Figure 2010165549
(Y2 is an alkylene group or halogenated alkylene group having 2 to 4 carbon atoms, an alkenylene group or halogenated alkenylene group having 2 to 4 carbon atoms, an arylene group or a halogenated arylene group, or a derivative thereof.)
前記スルホン化合物は、式(3−1)〜式(3−22)あるいは式(4−1)〜式(4−20)で表されるものである請求項1記載の二次電池。
Figure 2010165549
Figure 2010165549
The secondary battery according to claim 1, wherein the sulfone compound is represented by Formula (3-1) to Formula (3-22) or Formula (4-1) to Formula (4-20).
Figure 2010165549
Figure 2010165549
前記スルホン化合物は、式(3−1)、式(3−2)、式(3−22)、式(4−1)、式(4−16)あるいは式(4−17)に示したものである請求項3記載の二次電池。   The sulfone compound is represented by formula (3-1), formula (3-2), formula (3-22), formula (4-1), formula (4-16) or formula (4-17). The secondary battery according to claim 3. 前記負極は、負極活物質として炭素材料を含み、前記溶媒中における前記スルホン化合物の含有量は、0.001質量%以上5質量%以下である請求項1記載の二次電池。   The secondary battery according to claim 1, wherein the negative electrode includes a carbon material as a negative electrode active material, and the content of the sulfone compound in the solvent is 0.001% by mass to 5% by mass. 前記負極は、負極活物質として、ケイ素(Si)およびスズ(Sn)のうちの少なくとも一方を構成元素として含む材料を含む請求項1記載の二次電池。   The secondary battery according to claim 1, wherein the negative electrode includes a material containing at least one of silicon (Si) and tin (Sn) as a constituent element as a negative electrode active material. 前記ケイ素およびスズのうちの少なくとも一方を構成元素として含む材料は、ケイ素の単体である請求項6記載の二次電池。   The secondary battery according to claim 6, wherein the material containing at least one of silicon and tin as a constituent element is a simple substance of silicon. 前記ケイ素およびスズのうちの少なくとも一方を構成元素として含む材料は、スズと、コバルト(Co)、鉄(Fe)、マグネシウム(Mg)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)、ジルコニウム(Zr)、ニオブ(Nb)、モリブデン(Mo)、銀(Ag)、インジウム(In)、セリウム(Ce)、ハフニウム(Hf)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、ビスマス(Bi)およびケイ素のうちの少なくとも1種と、ホウ素(B)、炭素(C)、リン(P)およびアルミニウム(Al)のうちの少なくとも1種とを構成元素として含む材料であり、その材料では、X線回折により得られる回折ピークの半値幅が1.0°以上である請求項6記載の二次電池。   The material containing at least one of silicon and tin as a constituent element is tin, cobalt (Co), iron (Fe), magnesium (Mg), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), Manganese (Mn), Nickel (Ni), Copper (Cu), Zinc (Zn), Gallium (Ga), Zirconium (Zr), Niobium (Nb), Molybdenum (Mo), Silver (Ag), Indium (In), At least one of cerium (Ce), hafnium (Hf), tantalum (Ta), tungsten (W), bismuth (Bi) and silicon, and boron (B), carbon (C), phosphorus (P) and aluminum A material containing at least one of (Al) as a constituent element, in which the half-value width of a diffraction peak obtained by X-ray diffraction is 1.0 ° or more. Secondary battery is claimed in claim 6, wherein. 前記ケイ素およびスズのうちの少なくとも一方を構成元素として含む材料は、スズと、コバルトと、炭素とを構成元素として含む材料であり、その材料では、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割合(Co/(Sn+Co))が20質量%以上70質量%以下であると共に、X線回折により得られる回折ピークの半値幅が1.0°以上である請求項6記載の二次電池。   The material containing at least one of silicon and tin as a constituent element is a material containing tin, cobalt, and carbon as constituent elements, and in the material, the carbon content is 9.9 mass% or more 29 0.7 mass% or less, the ratio of tin and cobalt (Co / (Sn + Co)) is 20 mass% or more and 70 mass% or less, and the half width of the diffraction peak obtained by X-ray diffraction is 1.0 ° or more. The secondary battery according to claim 6. 前記溶媒中における前記スルホン化合物の含有量は、0.1質量%以上5質量%以下である請求項6記載の二次電池。   The secondary battery according to claim 6, wherein the content of the sulfone compound in the solvent is 0.1% by mass or more and 5% by mass or less. 前記絶縁部材は、前記正極および前記負極のうちの少なくとも一方に配設されている請求項1記載の二次電池。   The secondary battery according to claim 1, wherein the insulating member is disposed on at least one of the positive electrode and the negative electrode. 前記絶縁部材は、合成樹脂である請求項1記載の二次電池。   The secondary battery according to claim 1, wherein the insulating member is a synthetic resin. 前記溶媒は、式(5)〜式(7)で表される不飽和炭素結合環状炭酸エステル、式(8)で表されるハロゲン化鎖状炭酸エステル、式(9)で表されるハロゲン化環状炭酸エステル、スルトン、および酸無水物のうちの少なくとも1種を含む請求項1載の二次電池。
Figure 2010165549
(R21およびR22は水素基あるいはアルキル基である。)
Figure 2010165549
(R23〜R26は水素基、アルキル基、ビニル基あるいはアリル基であり、それらのうちの少なくとも1つはビニル基あるいはアリル基である。)
Figure 2010165549
(R27はアルキレン基である。)
Figure 2010165549
(R31〜R36は水素基、ハロゲン基、アルキル基あるいはハロゲン化アルキル基であり、それら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。)
Figure 2010165549
(R37〜R40は水素基、ハロゲン基、アルキル基あるいはハロゲン化アルキル基であり、それら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。)
The solvent is an unsaturated carbon bond cyclic ester carbonate represented by formula (5) to formula (7), a halogenated chain carbonate ester represented by formula (8), or a halogenation represented by formula (9). The secondary battery according to claim 1, comprising at least one of cyclic carbonate, sultone, and acid anhydride.
Figure 2010165549
(R21 and R22 are a hydrogen group or an alkyl group.)
Figure 2010165549
(R23 to R26 are a hydrogen group, an alkyl group, a vinyl group, or an allyl group, and at least one of them is a vinyl group or an allyl group.)
Figure 2010165549
(R27 is an alkylene group.)
Figure 2010165549
(R31 to R36 are a hydrogen group, a halogen group, an alkyl group or a halogenated alkyl group, and at least one of them is a halogen group or a halogenated alkyl group.)
Figure 2010165549
(R37 to R40 are a hydrogen group, a halogen group, an alkyl group or a halogenated alkyl group, and at least one of them is a halogen group or a halogenated alkyl group.)
前記不飽和炭素結合環状炭酸エステルは、炭酸ビニレン、炭酸ビニルエチレンあるいは炭酸メチレンエチレンであり、前記ハロゲン化鎖状炭酸エステルは、炭酸フルオロメチルメチルあるいは炭酸ビス(フルオロメチル)であり、前記ハロゲン化環状炭酸エステルは、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンあるいは4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンである請求項13記載の二次電池。   The unsaturated carbon-bonded cyclic ester carbonate is vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate or methylene ethylene carbonate, the halogenated chain ester carbonate is fluoromethyl methyl carbonate or bis (fluoromethyl) carbonate, and the halogenated cyclic ester carbonate The secondary battery according to claim 13, wherein the carbonate is 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one or 4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one. 前記電解質塩は、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6 )、四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4 )、過塩素酸リチウム(LiClO4 )、六フッ化ヒ酸リチウム(LiAsF6 )、および式(10)〜式(15)で表される化合物のうちの少なくとも1種を含む請求項1記載の二次電池。
Figure 2010165549
(X51は短周期型周期表における1A族元素あるいは2A族元素、またはアルミニウムである。M51は遷移金属、または短周期型周期表における3B族元素、4B族元素あるいは5B族元素である。R51はハロゲン基である。Y51は−C(=O)−R52−C(=O)−、−C(=O)−CR532 −あるいは−C(=O)−C(=O)−である。ただし、R52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。R53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、a5は1〜4の整数であり、b5は0、2あるいは4の整数であり、c5、d5、m5およびn5は1〜3の整数である。)
Figure 2010165549
(X61は短周期型周期表における1A族元素あるいは2A族元素である。M61は遷移金属、または短周期型周期表における3B族元素、4B族元素あるいは5B族元素である。Y61は−C(=O)−(CR612 b6−C(=O)−、−R632 C−(CR622 c6−C(=O)−、−R632 C−(CR622 c6−CR632 −、−R632 C−(CR622 c6−S(=O)2 −、−S(=O)2 −(CR622 d6−S(=O)2 −あるいは−C(=O)−(CR622 d6−S(=O)2 −である。ただし、R61およびR63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。R62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、a6、e6およびn6は1あるいは2の整数であり、b6およびd6は1〜4の整数であり、c6は0〜4の整数であり、f6およびm6は1〜3の整数である。)
Figure 2010165549
(X71は短周期型周期表における1A族元素あるいは2A族元素である。M71は遷移金属、または短周期型周期表における3B族元素、4B族元素あるいは5B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。Y71は−C(=O)−(CR712 d7−C(=O)−、−R722 C−(CR712 d7−C(=O)−、−R722 C−(CR712 d7−CR722 −、−R722 C−(CR712 d7−S(=O)2 −、−S(=O)2 −(CR712 e7−S(=O)2 −あるいは−C(=O)−(CR712 e7−S(=O)2 −である。ただし、R71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。R72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、a7、f7およびn7は1あるいは2の整数であり、b7、c7およびe7は1〜4の整数であり、d7は0〜4の整数であり、g7およびm7は1〜3の整数である。)
LiN(Cm 2m+1SO2 )(Cn 2n+1 SO2 ) …(13)
(mおよびnは1以上の整数である。)
Figure 2010165549
(R81は炭素数が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。)
LiC(Cp 2p+1SO2 )(Cq 2q+1 SO2 )(Cr 2r+1 SO2 ) …(15)
(p、qおよびrは1以上の整数である。)
The electrolyte salt includes lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium hexafluoroarsenate (LiAsF 6 ), and a formula ( The secondary battery according to claim 1, comprising at least one of compounds represented by 10) to formula (15).
Figure 2010165549
(X51 is a 1A group element or 2A group element or aluminum in the short period type periodic table. M51 is a transition metal, or a 3B group element, 4B group element or 5B group element in the short period type periodic table. R51 is R51. Y51 is —C (═O) —R52—C (═O) —, —C (═O) —CR53 2 — or —C (═O) —C (═O) —. R52 is an alkylene group, a halogenated alkylene group, an arylene group or a halogenated arylene group, R53 is an alkyl group, a halogenated alkyl group, an aryl group or a halogenated aryl group, and a5 is 1 to 4. (It is an integer, b5 is an integer of 0, 2 or 4, and c5, d5, m5 and n5 are integers of 1 to 3.)
Figure 2010165549
(X61 is a group 1A element or a group 2A element in the short period type periodic table. M61 is a transition metal, or a group 3B element, a group 4B element or a group 5B element in the short period type periodic table. Y61 is -C ( = O) - (CR61 2) b6 -C (= O) -, - R63 2 C- (CR62 2) c6 -C (= O) -, - R63 2 C- (CR62 2) c6 -CR63 2 -, -R63 2 C- (CR62 2) c6 -S (= O) 2 -, - S (= O) 2 - (CR62 2) d6 -S (= O) 2 - or -C (= O) - (CR62 2 ) d6 —S (═O) 2 —, wherein R61 and R63 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. R62 is a hydrogen group, alkyl A6, e6 and n6 are integers of 1 or 2, b6 and d6 are integers of 1 to 4, c6 is an integer of 0 to 4, and f6 is a halogen group or a halogenated alkyl group. And m6 is an integer of 1 to 3.)
Figure 2010165549
(X71 is a group 1A element or a group 2A element in the short period type periodic table. M71 is a transition metal, or a group 3B element, a group 4B element, or a group 5B element in the short period type periodic table. Rf is a fluorinated alkyl. Or a fluorinated aryl group, each having 1 to 10 carbon atoms, Y71 is —C (═O) — (CR71 2 ) d7 —C (═O) —, —R72 2 C— (CR71 2 D7 -C (= O)-, -R72 2 C- (CR71 2 ) d7 -CR72 2- , -R72 2 C- (CR71 2 ) d7 -S (= O) 2-, -S (= O) 2 — (CR71 2 ) e7 —S (═O) 2 — or —C (═O) — (CR71 2 ) e7 —S (═O) 2 —, wherein R71 is a hydrogen group, alkyl group, halogen R72 represents a hydrogen group or an alkyl group. A halogen group or a halogenated alkyl group, at least one of which is a halogen group or a halogenated alkyl group, wherein a7, f7 and n7 are integers of 1 or 2, and b7, c7 and e7 are 1 And d7 is an integer of 0 to 4, and g7 and m7 are integers of 1 to 3.)
LiN (C m F 2m + 1 SO 2) (C n F 2n + 1 SO 2) ... (13)
(M and n are integers of 1 or more.)
Figure 2010165549
(R81 is a linear or branched perfluoroalkylene group having 2 to 4 carbon atoms.)
LiC (C p F 2p + 1 SO 2 ) (C q F 2q + 1 SO 2 ) (C r F 2r + 1 SO 2 ) (15)
(P, q and r are integers of 1 or more.)
前記式(10)に示した化合物は、式(10−1)〜式(10−6)で表されるものであり、前記式(11)に示した化合物は、式(11−1)〜式(11−8)で表されるものであり、前記式(12)に示した化合物は、式(12−1)で表されるものである請求項15記載の二次電池。
Figure 2010165549
Figure 2010165549
Figure 2010165549
The compound represented by formula (10) is represented by formula (10-1) to formula (10-6), and the compound represented by formula (11) is represented by formula (11-1) to The secondary battery according to claim 15, wherein the secondary battery is represented by the formula (11-8), and the compound represented by the formula (12) is represented by the formula (12-1).
Figure 2010165549
Figure 2010165549
Figure 2010165549
前記電解質塩は、四フッ化ホウ酸リチウムあるいは式(10)〜式(12)に示した化合物であり、それらの前記溶媒中における含有量は、0.005質量%以上3質量%以下である請求項15記載の二次電池。   The electrolyte salt is lithium tetrafluoroborate or a compound represented by formula (10) to formula (12), and the content thereof in the solvent is 0.005 mass% or more and 3 mass% or less. The secondary battery according to claim 15. 前記電極反応物質は、リチウムイオンである請求項1記載の二次電池。   The secondary battery according to claim 1, wherein the electrode reactant is lithium ion.
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