JP2012248515A - Metal salt, electrode protection film forming agent, secondary battery electrolyte including the same, and secondary battery - Google Patents

Metal salt, electrode protection film forming agent, secondary battery electrolyte including the same, and secondary battery Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a metal salt having a protection film forming capability at a positive electrode and useful for an electrode protection film forming agent excellent in safety, and provide an electrode protection film forming agent, a secondary battery electrolyte and further a secondary battery, using the metal salt.SOLUTION: The metal salt comprises a composition (A1) or (A2) and a composition (B). (A1) represents a monovalent metal cation (where, excluding a lithium cation), (A2) represents a divalent metal cation, and (B) represents a cyano fluorophosphate-based anion represented by the following general formula (1).P(CN)F...(1) (where, n represents an integer of 1-5.)

Description

本発明は、新規な金属塩に関し、更には、電極保護膜形成能力を有し優れた電解質性能を有する電極保護膜形成剤、かかる金属塩を含有する二次電池用電解質、及び二次電池に関するものである。   The present invention relates to a novel metal salt, and further relates to an electrode protective film forming agent having an electrode protective film forming ability and excellent electrolyte performance, an electrolyte for a secondary battery containing such a metal salt, and a secondary battery. Is.

近年、ノート型パソコン、携帯電話、PDAなどの情報電子機器において、電池やキャパシタなどの蓄電デバイスの普及は著しく、より快適な携帯性を求め、小型化、薄型化、軽量化、高性能化が急速に進んでいる。特に、リチウム二次電池に代表される二次電池は、次世代の自動車として期待される電気自動車においても、その適用が検討されており、更なる高容量化、高出力化が必要となっている。   In recent years, power storage devices such as batteries and capacitors have become widespread in information electronic devices such as notebook computers, mobile phones, and PDAs, and more comfortable portability has been demanded, resulting in smaller, thinner, lighter, and higher performance. Progressing rapidly. In particular, secondary batteries typified by lithium secondary batteries are being considered for application in electric vehicles that are expected to be the next generation of vehicles, and further increases in capacity and output are required. Yes.

リチウム二次電池は、正極と負極の間に電解質を挟持して構成されるが、かかる電解質は、プロピレンカーボネートやジエチルカーボネートなどの有機溶媒に、LiPFやLiBFなどのリチウム塩と、電極保護膜形成剤などの添加剤を溶解して製造される。 A lithium secondary battery is configured by sandwiching an electrolyte between a positive electrode and a negative electrode. Such an electrolyte is composed of an organic solvent such as propylene carbonate or diethyl carbonate, a lithium salt such as LiPF 6 or LiBF 4 , and electrode protection. It is manufactured by dissolving additives such as a film forming agent.

電極保護膜形成剤としては、一般的に、ビニレンカーボネートなどが使用されているが、負極に保護膜を形成できるものの正極への保護機能は無く、正極活物質の電位領域を十分に活用できていない。例えば、正極活物質として、酸化電位が5V以上(vs Li/Li)の高性能材料が開発されているが、かかる正極活物質を含有する正極材料表面で有機溶剤やリチウム塩のカウンターアニオンが酸化分解するため、これら正極活物質を活かせない。また、過充電状態においても電池の安全性を確保するためにも、耐酸化電位が6V以上(vs Li/Li)、更には0.1Vでも耐酸化電位の高い電解質が望まれている。更に、上述した電気自動車用電池においては安全性の確保が至上命題であり、ショートによる発火や暴発の危険性を回避するためにも、有効な電極保護膜形成材料が要望されている。 As the electrode protective film forming agent, vinylene carbonate or the like is generally used, but although it can form a protective film on the negative electrode, it does not have a protective function for the positive electrode and can fully utilize the potential region of the positive electrode active material. Absent. For example, a high-performance material having an oxidation potential of 5 V or higher (vs Li / Li + ) has been developed as a positive electrode active material, and an organic solvent or a lithium salt counter anion is present on the surface of the positive electrode material containing the positive electrode active material. Because of oxidative decomposition, these positive electrode active materials cannot be utilized. Further, in order to ensure the safety of the battery even in an overcharged state, an electrolyte having a high oxidation resistance potential is desired even when the oxidation resistance potential is 6 V or more (vs Li / Li + ), and even 0.1 V. Furthermore, in the above-mentioned battery for electric vehicles, ensuring safety is the utmost proposition, and there is a demand for an effective electrode protective film forming material in order to avoid the risk of ignition or explosion due to a short circuit.

上述した電池の高性能化と安全性確保の点から、各種の電極保護膜形成材料が提案されており、例えば、1、3−プロパンスルトンなどの化合物が提案されている(例えば、特許文献1〜5参照。)。   Various electrode protective film forming materials have been proposed from the viewpoint of improving the performance and safety of the above-described battery. For example, compounds such as 1,3-propane sultone have been proposed (for example, Patent Document 1). ~ 5).

特開2002−367675号公報JP 2002-367675 A 特開2002−373704号公報JP 2002-373704 A 特開2005−026091号公報JP 2005-026091 A 特開2007−134282号公報JP 2007-134282 A 特開2009−140641号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-140641

しかしながら、上記特許文献1〜5の開示技術では、ビニレンカーボネートと同様に、負極にSEI(Solid Electrolyte Interface)を形成して還元側の使用電位を拡大するものの、正極に有効な保護膜は形成できない。   However, in the disclosed techniques of Patent Documents 1 to 5, as in the case of vinylene carbonate, SEI (Solid Electrolyte Interface) is formed on the negative electrode to increase the use potential on the reduction side, but an effective protective film cannot be formed on the positive electrode. .

そこで、本発明ではこのような背景下において、正極における保護膜形成能力を有し、安全性に優れる電極保護膜形成剤に有用な金属塩、かかる金属塩を用い電極保護膜形成剤、及び、二次電池用電解質、更には二次電池を提供することを目的とするものである。   Therefore, in the present invention, under such a background, a metal salt useful as an electrode protective film forming agent having a protective film forming ability in the positive electrode and excellent in safety, an electrode protective film forming agent using such a metal salt, and It aims at providing the electrolyte for secondary batteries, and also a secondary battery.

しかるに、本発明者らはかかる事情に鑑み鋭意研究を重ねた結果、特定の金属カチオンとシアノ基及びフッ素原子を有するホスフェイト系アニオンよりなる金属塩が、正極における保護膜形成能に優れることを見出し、本発明を完成した。   However, as a result of intensive studies in view of such circumstances, the present inventors have found that a metal salt comprising a specific metal cation and a phosphate anion having a cyano group and a fluorine atom is excellent in the ability to form a protective film in the positive electrode. The present invention has been completed.

即ち、本発明の要旨は、成分(A1)及び(B)よりなる金属塩に関するものである。
(A1)一価の金属カチオン(但し、リチウムカチオンを除く。)
(B)下記一般式(1)で示されるシアノフルオロホスフェイト系アニオン
That is, the gist of the present invention relates to a metal salt comprising components (A1) and (B).
(A1) Monovalent metal cation (excluding lithium cation)
(B) Cyanofluorophosphate anion represented by the following general formula (1)

[化1]
P(CN)6−n ・・・(1)
(ここで、nは1〜5の整数である。)
[Chemical 1]
- P (CN) n F 6 -n ··· (1)
(Here, n is an integer of 1 to 5.)

または、成分(A2)及び(B)よりなる金属塩に関するものである。
(A2)二価の金属カチオン
(B)下記一般式(1)で示されるシアノフルオロホスフェイト系アニオン
Or it is related with the metal salt which consists of component (A2) and (B).
(A2) Divalent metal cation (B) Cyanofluorophosphate anion represented by the following general formula (1)

[化2]
P(CN)6−n ・・・(1)
(ここで、nは1〜5の整数である。)
[Chemical 2]
- P (CN) n F 6 -n ··· (1)
(Here, n is an integer of 1 to 5.)

更に、本発明においては、前記金属塩を含有する電極保護膜形成剤、更に、二次電池用電解質、並びに、かかる金属塩を正極と負極との間に挟持してなる二次電池、とりわけリチウム二次電池に関するものである。   Furthermore, in the present invention, the electrode protective film forming agent containing the metal salt, the electrolyte for the secondary battery, and the secondary battery obtained by sandwiching the metal salt between the positive electrode and the negative electrode, particularly lithium The present invention relates to a secondary battery.

本発明の金属塩は、正極保護膜形成能を有するものであり、電極保護膜形成剤に有効であり、更に安全性に優れる二次電池用電解質、及び二次電池を得ることができる。   The metal salt of the present invention has a positive electrode protective film-forming ability, is effective as an electrode protective film forming agent, and can provide a secondary battery electrolyte and a secondary battery that are excellent in safety.

実施例1の金属塩の31P−NMRを示すチャート図である。3 is a chart showing 31 P-NMR of the metal salt of Example 1. FIG. 実施例1の金属塩の19F−NMRを示すチャート図である。2 is a chart showing 19 F-NMR of the metal salt of Example 1. FIG. 実施例1の金属塩のESI(+)を示すチャート図である。3 is a chart showing ESI (+) of the metal salt of Example 1. FIG. 実施例1の金属塩のESI(−)を示すチャート図である。3 is a chart showing ESI (−) of the metal salt of Example 1. FIG.

以下に、本発明を詳細に説明する。
なお、本発明において使用される一価や二価は、それぞれの金属カチオンの安定な価数を表すものである。
The present invention is described in detail below.
In addition, the monovalence and divalence used in this invention represent the stable valence of each metal cation.

本発明の金属塩は、特定の一価の金属カチオン(A1)または特定の二価の金属カチオン(A2)と、下記一般式(1)で示されるシアノフルオロホスフェイト系アニオン(B)よりなる金属塩である。   The metal salt of the present invention comprises a specific monovalent metal cation (A1) or a specific divalent metal cation (A2) and a cyanofluorophosphate anion (B) represented by the following general formula (1). It is a metal salt.

[化3]
P(CN)6−n ・・・(1)
(ここで、nは1〜5の整数である。)
[Chemical 3]
- P (CN) n F 6 -n ··· (1)
(Here, n is an integer of 1 to 5.)

本発明の金属カチオン(A1)としては、一価の金属カチオンであればよく、例えば、ナトリウムカチオン、カリウムカチオン、銀カチオンなどが挙げられ、これらの金属カチオンの中でも、電解液に対する溶解度の点からカリウムカチオンと銀カチオンが好ましく、特に純度の点から銀カチオンが好ましい。なお、金属カチオン(A1)を2種以上用いてもよい。   The metal cation (A1) of the present invention may be a monovalent metal cation, and examples thereof include a sodium cation, a potassium cation, and a silver cation. Among these metal cations, from the viewpoint of solubility in an electrolytic solution. A potassium cation and a silver cation are preferred, and a silver cation is particularly preferred from the viewpoint of purity. Two or more metal cations (A1) may be used.

また、本発明の金属カチオン(A2)としては、二価の金属カチオンであればよく、例えば、マグネシウムカチオン、カルシウムカチオン、銅カチオンなどが挙げられ、これらの金属カチオンの中でも、電解質の導電率の点からマグネシウムカチオンとカルシウムカチオンが好ましく、特に電解質の耐還元性の点からカルシウムカチオンが好ましい。なお、金属カチオン(A2)を2種以上用いてもよい。   Further, the metal cation (A2) of the present invention may be a divalent metal cation, and examples thereof include a magnesium cation, a calcium cation, and a copper cation. Among these metal cations, the conductivity of the electrolyte may be mentioned. From the viewpoint, magnesium cation and calcium cation are preferable, and calcium cation is particularly preferable from the viewpoint of reduction resistance of the electrolyte. Two or more metal cations (A2) may be used.

本発明の金属カチオンとして、一価の金属カチオン(A1)と二価の金属カチオン(A2)を併用し、金属塩の混合物とすることも可能である。 As the metal cation of the present invention, a monovalent metal cation (A1) and a divalent metal cation (A2) can be used in combination to form a mixture of metal salts.

本発明のシアノフルオロホスフェイト系アニオン(B)としては、上記一般式(1)において、nは、好ましくは、電極保護膜形成能力の点から2〜4であり、特に好ましくは、電解質の導電率の点から3である。 As the cyanofluorophosphate anion (B) of the present invention, in the general formula (1), n is preferably 2 to 4 from the viewpoint of the ability to form an electrode protective film, and particularly preferably, the conductivity of the electrolyte. 3 in terms of rate.

本発明の金属塩の特筆すべき効果は、電池の充放電を行った場合に、アニオンの微量の分解生成物が、正極材料表面に電気化学的に安定なSEI(Solid Electrolyte Interface)を形成し、電極を保護すると同時に、電解質の更なる分解を抑止する点に有る。この効果により、本来正極活物質が有する広い電位領域の使用が可能になり、かつ電池の電位窓を安定化させる。   A remarkable effect of the metal salt of the present invention is that when a battery is charged and discharged, a small amount of anion decomposition products form an electrochemically stable SEI (Solid Electrolyte Interface) on the surface of the positive electrode material. In addition to protecting the electrode, it is also possible to prevent further decomposition of the electrolyte. This effect makes it possible to use a wide potential region inherently possessed by the positive electrode active material, and stabilizes the potential window of the battery.

本発明のアニオンがいかなる機構でSEIを形成するかは明らかでないが、アニオンのシアノ基、フッ素、及び/またはリンが電極表面と反応することにより安定なSEIを形成するものと推測される。なお、上述したビニレンカーボネートなどの電極保護膜形成剤は、一般的に、負極に保護膜を形成して還元電位を安定化させるが、本発明の金属塩は、正極に保護膜を形成して酸化電位を安定化させることができる。当然のことながら、両者を併用することにより、広範囲な電位で安定に動作する電池を製造することができる。   The mechanism by which the anion of the present invention forms SEI is not clear, but it is presumed that the cyano group, fluorine, and / or phosphorus of the anion reacts with the electrode surface to form stable SEI. The above-described electrode protective film forming agent such as vinylene carbonate generally forms a protective film on the negative electrode to stabilize the reduction potential. However, the metal salt of the present invention forms a protective film on the positive electrode. The oxidation potential can be stabilized. Naturally, by using both in combination, a battery that operates stably over a wide range of potentials can be manufactured.

一般的に、電解液に金属塩を溶解させると、得られる電解質は電解液より高粘度化する。その結果、例えば、リチウム二次電池においては、リチウムカチオンの移動度が低下し、電解質の導電率や充放電速度が低下する。この現象は、比較的大量のリチウムカチオンを必要とする大容量電池や、高速充放電を必要とする電気自動車用電池には好ましくない。   Generally, when a metal salt is dissolved in an electrolytic solution, the resulting electrolyte has a higher viscosity than the electrolytic solution. As a result, for example, in a lithium secondary battery, the mobility of lithium cations decreases, and the conductivity and charge / discharge rate of the electrolyte decrease. This phenomenon is not preferable for a large-capacity battery that requires a relatively large amount of lithium cations and an electric vehicle battery that requires high-speed charge / discharge.

しかし、本発明の金属塩は、金属カチオン(A1)または(A2)を含有するものの、電解液に溶解した場合、電解質の高粘度化を避け、高い導電率を発現し、かつ電池の高速充放電を可能にする。その効果は、一般式(1)におけるnが2〜4の場合に顕著であるが、かかる場合はアニオンに幾何異性体が存在するため、その混在が高粘度化を回避するためと推測される。特に、一般式(1)におけるnが3の場合は、該アニオンには幾何異性体(FacialとMeridional)が存在し、更に、両幾何異性体共に非対称の化学構造を有するため、その非対称性が電解質の高粘度化を回避するためと推察される。   However, the metal salt of the present invention contains a metal cation (A1) or (A2), but when dissolved in an electrolytic solution, it avoids an increase in the viscosity of the electrolyte, develops a high electrical conductivity, and charges the battery at high speed. Allow discharge. The effect is remarkable when n in the general formula (1) is 2 to 4, but in such a case, since an anion contains a geometric isomer, it is presumed that the mixture avoids the increase in viscosity. . In particular, when n in the general formula (1) is 3, the anion has geometric isomers (facial and meridional), and both geometric isomers have an asymmetric chemical structure. This is presumed to avoid increasing the viscosity of the electrolyte.

以下に、本発明の金属塩の具体的な製造例を、n=3の場合を例にとって説明する。かかる金属塩の化学式は、m+M・m−[P(CN)である。ここで、Mがナトリウム、カリウム、銀等の一価の金属カチオンの場合、mは1である。また、Mがマグネシウム、カルシウム、銅等の二価の金属カチオンの場合、mは2である。 Hereinafter, specific examples of the production of the metal salt of the present invention will be described by taking n = 3 as an example. The chemical formula of such a metal salt is m + M · m− [P (CN) 3 F 3 ] m . Here, when M is a monovalent metal cation such as sodium, potassium or silver, m is 1. When M is a divalent metal cation such as magnesium, calcium, or copper, m is 2.

三塩化リン1モルに対して1〜10当量、好ましくは3〜8当量のシアノ化合物を加えて攪拌し、通常−30〜120℃、好ましくは20〜120℃、特に好ましくは30〜110℃で、通常数分〜数十時間、好ましくは10分〜50時間、特に好ましくは1〜24時間反応させて、目的とするトリシアノホスフィンを得ることができる。反応は不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましく、特に、乾燥雰囲気下で行うことが好ましい。反応溶媒としては、アセトン、メチルエチルケトン、アセトニトリル、ジクロロメタン、ジクロロエチレン、クロロホルム、テトラヒドロフラン(THF)、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルスルホキシド(DMSO)、四塩化炭素、ベンゼン、トルエン、キシレンなどの溶媒、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)などの電解液が好ましく、特に、反応性の点からトルエン、キシレンが好ましい。シアノ化合物としては、例えば、シアン化水素、トリメチルシリルシアニド、シアン化カリウム、シアン化ナトリウム、シアン化銀、シアン化銅などが挙げられ、これらの中でも純度の点でシアン化銀、シアン化銅が好ましい。   1 to 10 equivalents, preferably 3 to 8 equivalents of a cyano compound is added to 1 mole of phosphorus trichloride and stirred. Usually, the temperature is -30 to 120 ° C, preferably 20 to 120 ° C, particularly preferably 30 to 110 ° C. Usually, the reaction is carried out for several minutes to several tens of hours, preferably 10 minutes to 50 hours, particularly preferably 1 to 24 hours to obtain the desired tricyanophosphine. The reaction is preferably performed in an inert gas atmosphere, and particularly preferably performed in a dry atmosphere. Examples of the reaction solvent include acetone, methyl ethyl ketone, acetonitrile, dichloromethane, dichloroethylene, chloroform, tetrahydrofuran (THF), dimethylformamide (DMF), dimethyl sulfoxide (DMSO), carbon tetrachloride, benzene, toluene, xylene and the like, propylene carbonate ( PC), ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC) and the like are preferable, and toluene and xylene are particularly preferable from the viewpoint of reactivity. Examples of the cyano compound include hydrogen cyanide, trimethylsilyl cyanide, potassium cyanide, sodium cyanide, silver cyanide, copper cyanide and the like. Among these, silver cyanide and copper cyanide are preferable in terms of purity.

次いで、トリシアノホスフィンに対して、1〜2当量のハロゲンを加え、反応溶媒中で攪拌し、通常−196〜50℃、好ましくは−78〜40℃で、通常数分〜数時間、好ましくは10分〜2時間反応させて、ジハロトリシアノホスフィンが得られる。反応は不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましく、特に、乾燥雰囲気下で行うことが好ましい。反応溶媒としては、アセトン、メチルエチルケトン、アセトニトリル、ジクロロメタン、ジクロロエチレン、クロロホルム、テトラヒドロフラン(THF)、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルスルホキシド(DMSO)などの極性溶媒、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)などの電解液が好ましく、特に、ジクロロメタン、アセトニトリルが好ましい。用いるハロゲンとしてはフッ素、塩素、臭素、ヨウ素があるが反応性の点から塩素が好ましい。ハロゲンの代わりに塩化スルフリルなどのハロゲン化剤を用いることも可能である。この場合は副生する二酸化硫黄をアルゴン置換で除去することにより、ジハロトリシアノホスフィンが得られる。   Next, 1-2 equivalents of halogen is added to tricyanophosphine, and the mixture is stirred in a reaction solvent. Usually, it is −196 to 50 ° C., preferably −78 to 40 ° C., usually several minutes to several hours, preferably The reaction is carried out for 10 minutes to 2 hours to obtain dihalotricyanophosphine. The reaction is preferably performed in an inert gas atmosphere, and particularly preferably performed in a dry atmosphere. As the reaction solvent, polar solvents such as acetone, methyl ethyl ketone, acetonitrile, dichloromethane, dichloroethylene, chloroform, tetrahydrofuran (THF), dimethylformamide (DMF), dimethyl sulfoxide (DMSO), propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), Electrolytic solutions such as dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), and ethyl methyl carbonate (EMC) are preferable, and dichloromethane and acetonitrile are particularly preferable. The halogen used includes fluorine, chlorine, bromine and iodine, but chlorine is preferred from the viewpoint of reactivity. It is also possible to use a halogenating agent such as sulfuryl chloride instead of halogen. In this case, dihalotricyanophosphine can be obtained by removing by-produced sulfur dioxide by argon substitution.

更に、ジハロトリシアノホスフィンを、ハロゲン化リチウムなどのリチオ化剤を用いてリチオ化することでリチウムトリハロトリシアノホスフェイトが得られる。より具体的には、ジハロトリシアノホスフィン1当量に対して1〜10当量のハロゲン化リチウムを加えて、通常−196〜100℃、好ましくは−78〜80℃、特に好ましくは−78〜60℃で、通常数分〜数十時間、好ましくは1〜24時間、特に好ましくは2〜8時間反応させることにより、リチウムトリハロトリシアノホスフェイトが得られる。   Furthermore, lithium trihalotricyanophosphate can be obtained by lithiation of dihalotricyanophosphine using a lithiating agent such as lithium halide. More specifically, 1 to 10 equivalents of lithium halide is added to 1 equivalent of dihalotricyanophosphine, and is usually −196 to 100 ° C., preferably −78 to 80 ° C., particularly preferably −78 to 60 ° C. Lithium trihalotricyanophosphate is obtained by reacting at a temperature of usually several minutes to several tens of hours, preferably 1 to 24 hours, particularly preferably 2 to 8 hours.

ハロゲン化リチウムとしては、例えば、LiF、LiCl、LiBr、LiIなどが挙げられ、これらの中でも、反応性の点でLiClが好ましく、この場合、リチウムトリクロロトリシアノホスフェイトが得られる。   Examples of the lithium halide include LiF, LiCl, LiBr, and LiI. Among these, LiCl is preferable in terms of reactivity. In this case, lithium trichlorotricyanophosphate is obtained.

リチウムトリハロトリシアノホスフェイトを、ナトリウムカチオン、カリウムカチオン、銀カチオン等の一価の金属カチオン、またはマグネシウムカチオン、カルシウムカチオン、銅カチオン等の二価の金属カチオンを含有するフッ素化剤を用いてフッ素化することによりトリフルオロトリシアノホスフェイトの金属塩が得られる。より具体的には、リチウムトリハロトリシアノホスフェイト1当量に対して3〜10当量のフッ素化剤を加えて、通常0〜100℃、好ましくは20〜80℃、特に好ましくは25〜60℃で、通常数分〜数十時間、好ましくは1〜24時間、特に好ましくは2〜8時間反応させることにより、トリフルオロトリシアノホスフェイトの金属塩が得られる。反応溶媒としては、アセトン、メチルエチルケトン、アセトニトリル、ジクロロメタン、ジクロロエチレン、クロロホルム、テトラヒドロフラン(THF)、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルスルホキシド(DMSO)、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)などが挙げられ、特に、溶解性の点からジクロロメタン、アセトニトリルが好ましい。フッ素化剤としては、NaF、KF、AgF、MgF、CaF、CuF、NaBF、KBF、AgBF、Mg(BF、Ca(BF、Cu(BFなどが挙げられ、これらの中でも反応性の点からAgBFが好ましい。 Lithium trihalotricyanophosphate is fluorinated using a fluorinating agent containing a monovalent metal cation such as sodium cation, potassium cation or silver cation, or a divalent metal cation such as magnesium cation, calcium cation or copper cation. To obtain a metal salt of trifluorotricyanophosphate. More specifically, 3 to 10 equivalents of a fluorinating agent is added to 1 equivalent of lithium trihalotricyanophosphate, and usually 0 to 100 ° C, preferably 20 to 80 ° C, particularly preferably 25 to 60 ° C. The metal salt of trifluorotricyanophosphate is usually obtained by reacting for several minutes to several tens of hours, preferably 1 to 24 hours, particularly preferably 2 to 8 hours. Reaction solvents include acetone, methyl ethyl ketone, acetonitrile, dichloromethane, dichloroethylene, chloroform, tetrahydrofuran (THF), dimethylformamide (DMF), dimethyl sulfoxide (DMSO), propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC). ), Diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC) and the like, and dichloromethane and acetonitrile are particularly preferred from the viewpoint of solubility. The fluorinating agent, NaF, KF, AgF, MgF 2, CaF 2, CuF 2, NaBF 4, KBF 4, AgBF 4, Mg (BF 4) 2, Ca (BF 4) 2, Cu (BF 4) 2 Among these, AgBF 4 is preferable from the viewpoint of reactivity.

得られたトリフルオロトリシアノホスフェイトよりなる金属塩は、生成するハロゲン化金属や不純物を除去するため、精製することが好ましい。精製の手法は、例えば、濾過、抽出、洗浄、カラムクロマトグラフ、再沈殿、吸着などの手法があげられる。これらの中でも、電気化学特性向上の点から、アセトニトリルやジメチルカーボネートによる抽出が好ましい。更に、得られた金属塩は、電気化学特性向上の点から、真空乾燥することが好ましく、更に乾燥雰囲気下で保管されることが好ましい。   The obtained metal salt comprising trifluorotricyanophosphate is preferably purified in order to remove the generated metal halide and impurities. Examples of the purification technique include techniques such as filtration, extraction, washing, column chromatography, reprecipitation, and adsorption. Among these, extraction with acetonitrile or dimethyl carbonate is preferable from the viewpoint of improving electrochemical characteristics. Furthermore, the obtained metal salt is preferably vacuum-dried from the viewpoint of improving electrochemical characteristics, and is preferably stored in a dry atmosphere.

かくして本発明の金属塩が得られるが、本発明の金属塩は、電極保護膜形成機能に優れるものであり、電極保護膜形成剤として非常に有用である。
そして、本発明においては、本発明の金属塩と、リチウム塩を電解液に配合することにより電極保護膜形成機能を有するリチウム二次電池用電解質を形成することができる。
Thus, although the metal salt of the present invention is obtained, the metal salt of the present invention is excellent in an electrode protective film forming function and is very useful as an electrode protective film forming agent.
And in this invention, the electrolyte for lithium secondary batteries which has an electrode protective film formation function can be formed by mix | blending the metal salt of this invention, and lithium salt with electrolyte solution.

リチウム塩としては、例えば、LiBF、LiF、LiCl、LiBr、LiI、LiPF、LiOH、LiCO2H、LiCO2CH3、LiCO2CF3、LiSO2CH3、LiSO2CF3、LiCN、LiN(CN)2、LiC(CN)、LiSCN、LiN(SO2CF32、LiN(SO2F)2等が挙げられる。これらの中では、有機溶剤に対する溶解度の点から、LiBF、LiPF、LiCO2H、LiCO2CH3、LiCO2CF3、LiSO2CH3、LiSO2CF3、LiN(SO2CF32が好ましく、さらに好ましくは、カウンターアニオンの安定性の点からLiBF、LiPF、LiCO2H、LiCO2CH3、LiCO2CF3、LiSO2CH3、LiSO2CF3が好ましい。 Examples of the lithium salt include LiBF 4 , LiF, LiCl, LiBr, LiI, LiPF 6 , LiOH, LiCO 2 H, LiCO 2 CH 3 , LiCO 2 CF 3 , LiSO 2 CH 3 , LiSO 2 CF 3 , LiCN, LiN. (CN) 2, LiC (CN ) 3, LiSCN, LiN (SO 2 CF 3) 2, LiN (SO 2 F) 2 and the like. Among these, from the viewpoint of solubility in organic solvents, LiBF 4 , LiPF 6 , LiCO 2 H, LiCO 2 CH 3 , LiCO 2 CF 3 , LiSO 2 CH 3 , LiSO 2 CF 3 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 is more preferable, and LiBF 4 , LiPF 6 , LiCO 2 H, LiCO 2 CH 3 , LiCO 2 CF 3 , LiSO 2 CH 3 , and LiSO 2 CF 3 are preferable from the viewpoint of the stability of the counter anion.

本発明で使用される電解液としては、有機溶媒、イオン液体など公知のものが使用できる。有機溶媒としては、例えば、カーボネート系溶媒(プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート等)、アミド系溶媒(N−メチルホルムアミド、N−エチルホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチルアセトアミド、N−エチルアセトアミド、N−メチルピロジリノン等)、ラクトン系溶媒(γ−ブチルラクトン、γ−バレロラクトン、δ−バレロラクトン、3−メチル−1,3−オキサゾリジン−2−オン等)、アルコール系溶媒(エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、メチルセロソルブ、1,2−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、ジグリセリン、ポリオキシアルキレングリコールシクロヘキサンジオール、キシレングリコール等)、エーテル系溶媒(メチラール、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、1−エトキシ−2−メトキシエタン、アルコキシポリアルキレンエーテル等)、ニトリル系溶媒(ベンゾニトリル、アセトニトリル、3−メトキシプロピオニトリル等)、燐酸類及び燐酸エステル溶媒(正燐酸、メタ燐酸、ピロ燐酸、ポリ燐酸、亜燐酸、トリメチルホスフェート等)、2−イミダゾリジノン類(1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン等)、ピロリドン類、スルホラン系溶媒(スルホラン、テトラメチレンスルホラン等)、フラン系溶媒(テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、2,5−ジメトキシテトラヒドロフラン等)、ジオキソラン、ジオキサン等が挙げられ、これらの単独あるいは2種以上の混合溶媒が使用できる。これらの中でもカーボネート系溶媒、エーテル系溶媒、フラン系溶媒、スルホラン系溶媒が、得られる電解質の導電率の点で好ましく、特にスルホラン系溶媒が電池の安全性の点でより好ましく用いられる。   As the electrolytic solution used in the present invention, known ones such as organic solvents and ionic liquids can be used. Examples of the organic solvent include carbonate solvents (propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, etc.), amide solvents (N-methylformamide, N-ethylformamide, N, N-dimethylformamide, N -Methylacetamide, N-ethylacetamide, N-methylpyrrolidinone, etc.), lactone solvents (γ-butyllactone, γ-valerolactone, δ-valerolactone, 3-methyl-1,3-oxazolidine-2-one Etc.), alcohol solvents (ethylene glycol, propylene glycol, glycerin, methyl cellosolve, 1,2-butanediol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, diglycerin, polyoxyalkylene glycol cyclo Xylenediol, xylene glycol, etc.), ether solvents (methylal, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, 1-ethoxy-2-methoxyethane, alkoxy polyalkylene ethers, etc.), nitrile solvents (benzo Nitrile, acetonitrile, 3-methoxypropionitrile, etc.), phosphoric acids and phosphoric acid ester solvents (eg orthophosphoric acid, metaphosphoric acid, pyrophosphoric acid, polyphosphoric acid, phosphorous acid, trimethyl phosphate, etc.), 2-imidazolidinones (1,3 -Dimethyl-2-imidazolidinone, etc.), pyrrolidones, sulfolane solvents (sulfolane, tetramethylene sulfolane, etc.), furan solvents (tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 2,5-dimethoxytetrahydrofuran, etc.), dioxolane, dioxane, etc. And this Et alone or as a mixture of two or more solvents can be used. Among these, carbonate-based solvents, ether-based solvents, furan-based solvents, and sulfolane-based solvents are preferable from the viewpoint of the conductivity of the obtained electrolyte, and sulfolane-based solvents are particularly preferable from the viewpoint of battery safety.

また、イオン液体としては、例えば、アニオンとして、塩素アニオン、臭素アニオン、ヨウ素アニオン、BF4 -、BF3CF3 -、BF325 -、PF6 -、NO3 -、CF3CO2 -、CF3SO3 -、(CF3SO22-、(FSO22-、(CF3SO2)(FSO2)N-、(CN)2-、(CN)3-、(CF3SO23-、(C25SO22-、AlCl4 -、Al2Cl7 -などを含有するイオン液体が挙げられる。これに対応するカチオンとしては、例えば、1,3−ジメチルイミダゾリウム、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウム、1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウム、1−オクチル−3−メチルイミダゾリウム、1−ブチル−2,3−ジメチルイミダゾリウム、1,2,3−トリメチルイミダゾリウム、1,2−ジメチル−3−エチルイミダゾリウムなどのアルキルイミダゾリウム系カチオンが挙げられ、イミダゾリウム系カチオン以外では、4級アンモニウム系カチオン、ピリジニウム系カチオン、4級ホスホニウム系カチオンなどを含有するイオン液体が挙げられる。これらのイオン液体は1種または2種以上併用して用いることができる。これらの中でもイミダゾリウム系カチオンよりなるイオン液体が、得られる電解質の導電率の点で好ましく用いられる。 Examples of the ionic liquid include, as an anion, a chlorine anion, a bromine anion, an iodine anion, BF 4 , BF 3 CF 3 , BF 3 C 2 F 5 , PF 6 , NO 3 , CF 3 CO. 2 , CF 3 SO 3 , (CF 3 SO 2 ) 2 N , (FSO 2 ) 2 N , (CF 3 SO 2 ) (FSO 2 ) N , (CN) 2 N , (CN) Examples thereof include ionic liquids containing 3 C , (CF 3 SO 2 ) 3 C , (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N , AlCl 4 , Al 2 Cl 7 − and the like. Corresponding cations include, for example, 1,3-dimethylimidazolium, 1-ethyl-3-methylimidazolium, 1-butyl-3-methylimidazolium, 1-hexyl-3-methylimidazolium, 1- Alkyl imidazolium cations such as octyl-3-methylimidazolium, 1-butyl-2,3-dimethylimidazolium, 1,2,3-trimethylimidazolium, 1,2-dimethyl-3-ethylimidazolium In addition to imidazolium cations, ionic liquids containing quaternary ammonium cations, pyridinium cations, quaternary phosphonium cations, and the like can be given. These ionic liquids can be used alone or in combination of two or more. Among these, an ionic liquid composed of an imidazolium cation is preferably used from the viewpoint of the conductivity of the obtained electrolyte.

本発明の電解質における金属塩の含有量は、電解質全体を100重量%とした場合に、0.1〜20重量%が好ましく、より好ましくは、0.2〜10重量%、更に好ましくは、0.3〜5重量%、特に好ましくは、0.3〜3重量%である。金属塩が少なすぎると、電解質の電極保護膜形成能力が低下する傾向にあり、多すぎると高粘度化により高速充放電が困難となる傾向にある。   The content of the metal salt in the electrolyte of the present invention is preferably 0.1 to 20% by weight, more preferably 0.2 to 10% by weight, still more preferably 0, when the entire electrolyte is 100% by weight. .3 to 5% by weight, particularly preferably 0.3 to 3% by weight. If the amount of the metal salt is too small, the ability of the electrolyte to form an electrode protective film tends to be reduced.

かくして本発明の金属塩を用いてなる本発明の電解質が得られるが、かかる電解質の耐酸化電位は、6V以上(vs Li/Li+)であることが好ましい。耐酸化電位のより好ましい範囲は6.5V以上、更に好ましくは6.8V以上、特に好ましくは7V以上である。耐酸化電位が小さすぎると、高容量、高出力が必要な自動車用電池への適用が困難となる傾向がある。   Thus, although the electrolyte of the present invention using the metal salt of the present invention is obtained, the oxidation resistance potential of the electrolyte is preferably 6 V or more (vs Li / Li +). A more preferable range of the oxidation resistance potential is 6.5 V or more, more preferably 6.8 V or more, and particularly preferably 7 V or more. If the oxidation resistance potential is too small, it tends to be difficult to apply to automobile batteries that require high capacity and high output.

なお、ここでいう耐酸化電位は後述する手法で測定されるものであるが、電解質の微量の分解に伴い検出されるピークを無視するものとする。通常、該測定中に電極保護膜が形成される際には微小な電流ピークが観測されるが、このピークは本発明の趣旨を損なうものではなく、繰り返し測定を行い十分な電極保護膜が形成された後は消滅するものである。具体的には、電流密度1mA/cm未満のピークは無視するものとする。 Here, the oxidation resistance potential is measured by a method described later, but the peak detected with a minute amount of decomposition of the electrolyte is ignored. Usually, when an electrode protective film is formed during the measurement, a minute current peak is observed, but this peak does not detract from the gist of the present invention, and a sufficient electrode protective film is formed by repeated measurement. After being done, it will disappear. Specifically, peaks with a current density of less than 1 mA / cm 2 are ignored.

本発明の電解質は、導電率が25℃において5mS/cm以上であることが好ましく、より好ましくは7mS/cm以上、更に好ましくは9mS/cm以上、特に好ましくは10mS/cm以上である。なお、25℃での導電率の上限は通常、100mS/cmである。25℃における導電率が、小さすぎると電池の高速充放電が困難となる傾向がある。   The electrolyte of the present invention preferably has a conductivity of 5 mS / cm or more at 25 ° C., more preferably 7 mS / cm or more, still more preferably 9 mS / cm or more, and particularly preferably 10 mS / cm or more. The upper limit of the conductivity at 25 ° C. is usually 100 mS / cm. If the conductivity at 25 ° C. is too small, high-speed charge / discharge of the battery tends to be difficult.

更に、本発明においては、低温での導電率が重要であり、例えば、電解質の−20℃での導電率は、0.01mS/cm以上であることが好ましく、より好ましくは0.1mS/cm以上、更に好ましくは1mS/cm以上、特に好ましくは2mS/cm以上である。なお、−20℃での導電率の上限は通常、10mS/cmである。−20℃における導電率が小さすぎると、寒冷地での電池の動作が困難となる傾向がある。   Furthermore, in the present invention, the electrical conductivity at low temperature is important. For example, the electrical conductivity of the electrolyte at −20 ° C. is preferably 0.01 mS / cm or more, more preferably 0.1 mS / cm. More preferably, it is 1 mS / cm or more, and particularly preferably 2 mS / cm or more. In addition, the upper limit of the conductivity at −20 ° C. is usually 10 mS / cm. If the conductivity at −20 ° C. is too small, the operation of the battery in a cold region tends to be difficult.

かくして本発明の電解質が得られるが、使用される金属塩は1種のみでも2種以上併用してもよく、例えば、金属カチオンが異なるものや、一般式(1)においてnの異なるもの等を2種以上併用することが挙げられる。   Thus, the electrolyte of the present invention can be obtained. The metal salts used may be used alone or in combination of two or more. For example, those having different metal cations, those having different n in the general formula (1), etc. Two or more types may be used in combination.

本発明の金属塩を用いて得られる電解質には、必要に応じて、本発明以外の電極保護膜形成剤を配合してもよい。   In the electrolyte obtained using the metal salt of the present invention, an electrode protective film forming agent other than the present invention may be blended as necessary.

本発明以外の電極保護膜形成剤としては、例えば、ビニレンカーボネート、1,3−プロパンスルトン、エチレンサルファイト、トリエチルボレート、ブチルメチルスルフォネートなどが挙げられる。この中でも、負極側に安定なSEIを形成する点から、ビニレンカーボネートが特に好ましい。   Examples of the electrode protective film forming agent other than the present invention include vinylene carbonate, 1,3-propane sultone, ethylene sulfite, triethyl borate, and butyl methyl sulfonate. Among these, vinylene carbonate is particularly preferable from the viewpoint of forming stable SEI on the negative electrode side.

かかる電極保護膜形成剤の含有量としては、電解質全体を100重量部とした場合に、0.1〜5重量部であることが好ましく、更に好ましくは0.2〜3重量部、特に好ましくは0.3〜1重量部である。かかる含有量が多すぎると電解質の導電率が低下する傾向があり、少なすぎるとリチウム二次電池の電位窓の安定化効果が得られない傾向がある。   The content of the electrode protective film forming agent is preferably 0.1 to 5 parts by weight, more preferably 0.2 to 3 parts by weight, particularly preferably 100 parts by weight of the entire electrolyte. 0.3 to 1 part by weight. If the content is too large, the conductivity of the electrolyte tends to decrease, and if it is too small, the effect of stabilizing the potential window of the lithium secondary battery tends not to be obtained.

次に、本発明の電解質を用いて得られる二次電池、とりわけリチウム二次電池について説明する。
本発明では、上記で得られる本発明の電解質を正極と負極との間に挟持してリチウム二次電池を製造する。
Next, a secondary battery obtained by using the electrolyte of the present invention, particularly a lithium secondary battery will be described.
In the present invention, the lithium secondary battery is produced by sandwiching the electrolyte of the present invention obtained above between a positive electrode and a negative electrode.

かかる正極については、複合正極であることが好ましい。複合正極とは、正極活物質に、ケッチェンブラック、アセチレンブラック等の導電助剤、ポリフッ化ビニリデンなどの結着剤、及び、必要に応じてイオン導電性ポリマーを混合した組成物を、アルミニウム箔などの導電性金属板に塗布したものである。   Such a positive electrode is preferably a composite positive electrode. A composite positive electrode refers to a composition in which a positive electrode active material is mixed with a conductive additive such as ketjen black and acetylene black, a binder such as polyvinylidene fluoride, and if necessary, an ion conductive polymer. It is applied to a conductive metal plate.

正極活物質としては、無機系活物質、有機系活物質、これらの複合体が例示できるが、無機系活物質あるいは無機系活物質と有機系活物質の複合体が、電池のエネルギー密度が大きくなる点から好ましい。   Examples of the positive electrode active material include an inorganic active material, an organic active material, and a composite thereof. However, an inorganic active material or a composite of an inorganic active material and an organic active material has a large energy density. This is preferable.

無機系活物質として、3V系ではLi0.3MnO2、Li4Mn512、V25、LiFePO、LiMnO等、4V系ではLiCoO2、LiMn24、LiNiO2、LiNi1/3Mn1/3Co1/32、LiNi1/2Mn1/22、LiNi0.8Co0.22、LiMnPO、LiMnO等、5V系ではLiMnO、LiNi0.5Mn1.5等の金属酸化物、TiS2、MoS2、FeS等の金属硫化物、これらの化合物とリチウムの複合酸化物が挙げられる。有機系活物質としてはポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリパラフェニレン等の導電性高分子、有機ジスルフィド化合物、カーボンジスルフィド、活性硫黄等が用いられる。 As the inorganic active material, Li 0.3 MnO 2 , Li 4 Mn 5 O 12 , V 2 O 5 , LiFePO 4 , LiMnO 3, etc. in the 3V system, LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 , LiNiO 2 , LiNi 1 / 3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 , LiNi 1/2 Mn 1/2 O 2 , LiNi 0.8 Co 0.2 O 2 , LiMnPO 4 , Li 2 MnO 3, etc. In the 5V system, Li 2 MnO 3 And metal oxides such as LiNi 0.5 Mn 1.5 O 2 , metal sulfides such as TiS 2 , MoS 2 and FeS, and composite oxides of these compounds and lithium. Examples of the organic active material include conductive polymers such as polyacetylene, polyaniline, polypyrrole, polythiophene, and polyparaphenylene, organic disulfide compounds, carbon disulfide, and active sulfur.

負極については、例えば、集電体に負極活物質を直接塗布した金属系負極、合金系の集電体にポリフッ化ビニリデンなどの結着材で導電性高分子、炭素体、酸化物などの活物質を塗布した負極等が挙げられる。   With regard to the negative electrode, for example, a metal-based negative electrode in which a negative electrode active material is directly applied to a current collector, an active material such as a conductive polymer, a carbon body, and an oxide with a binder such as polyvinylidene fluoride on an alloy-based current collector. Examples thereof include a negative electrode coated with a substance.

負極活物質としては、例えば、リチウム金属やシリコン金属、アルミニウム、鉛、スズ、シリコン、マグネシウム等の金属とリチウムとの合金、SnO2、TiO2などの金属酸化物、ポリピリジン、ポリアセチレン、ポリチオフェン、あるいはこれらの誘導体よりなるカチオンドープ可能な導電性高分子、リチウムを吸蔵可能な炭素体などが挙げられるが、中でも特に、本発明の電解質を用いる場合は、エネルギー密度が高いリチウム金属とシリコン金属が好ましい。 Examples of the negative electrode active material include lithium metal and silicon metal, alloys of metals such as lithium, silicon, aluminum, lead, tin, silicon, and magnesium, metal oxides such as SnO 2 and TiO 2 , polypyridine, polyacetylene, polythiophene, or Examples thereof include cation-doped conductive polymers composed of these derivatives, carbon bodies capable of occluding lithium, and in particular, when the electrolyte of the present invention is used, lithium metal and silicon metal having high energy density are preferable. .

本発明においては、かかるリチウム金属を用いる場合では、リチウム金属の厚みとしては1〜500μmが好ましく、更には10〜100μmが好ましく、特には20〜50μmが好ましい。リチウム金属としては薄いリチウム箔を使用することが経済的で好ましい。   In the present invention, when such lithium metal is used, the thickness of the lithium metal is preferably 1 to 500 μm, more preferably 10 to 100 μm, and particularly preferably 20 to 50 μm. It is economical and preferable to use a thin lithium foil as the lithium metal.

本発明のリチウム二次電池は、電解質を上記の正極及び負極の間に挟持させることにより製造されるが、短絡防止の点からセパレーターを使用することが好ましい。具体的には、セパレーターに電解質を含浸させ、正極と負極とで挟み込むことによりリチウム二次電池が得られる。   The lithium secondary battery of the present invention is manufactured by sandwiching an electrolyte between the positive electrode and the negative electrode, but it is preferable to use a separator from the viewpoint of preventing a short circuit. Specifically, a lithium secondary battery is obtained by impregnating a separator with an electrolyte and sandwiching the separator between a positive electrode and a negative electrode.

セパレーターとしては、リチウムイオンのイオン移動に対して低抵抗であるものが用いられ、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエステル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニルアルコール、エチレン−酢酸ビニル系共重合体ケン化物より選ばれる1種以上の材質からなる微多孔膜、有機若しくは無機の不織布又は織布が挙げられる。これらの中では、短絡防止や経済性の点で、ポリプロピレンやポリエチレンよりなる微多孔膜とガラス不織布が好ましい。   As the separator, those having low resistance to ion migration of lithium ions are used, and for example, selected from polypropylene, polyethylene, polyester, polytetrafluoroethylene, polyvinyl alcohol, and saponified ethylene-vinyl acetate copolymer. Examples thereof include a microporous film made of one or more materials, an organic or inorganic nonwoven fabric, or a woven fabric. In these, the microporous film and glass nonwoven fabric which consist of polypropylene or polyethylene are preferable at the point of short circuit prevention and economical efficiency.

本発明のリチウム二次電池の形態としては、特に限定するものではないが、コイン、シート、円筒等、種々の形態の電池セルが挙げられる。   Although it does not specifically limit as a form of the lithium secondary battery of this invention, The battery cell of various forms, such as a coin, a sheet | seat, a cylinder, is mentioned.

以下、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り以下の実施例に限定されるものではない。
尚、例中「部」、「%」とあるのは、重量基準を意味する。
各特性の測定条件は以下の通りである。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated further more concretely, this invention is not limited to a following example, unless the summary is exceeded.
In the examples, “parts” and “%” mean weight basis.
The measurement conditions for each characteristic are as follows.

(導電率)
測定用セルとして東亜DKK社製、CG−511B型セルを用いて、電解質に5時間浸漬後、電気化学測定システム「ソーラートロン1280Z」(英国ソーラートロン社製)を用い、交流インピーダンス法で測定した。交流振幅は5mV、周波数範囲は20k〜0.1Hzで測定した。
(conductivity)
Using a CG-511B cell made by Toa DKK as a measurement cell, immersed in an electrolyte for 5 hours, and then measured by an alternating current impedance method using an electrochemical measurement system “Solartron 1280Z” (manufactured by Solartron, UK). . The AC amplitude was measured at 5 mV, and the frequency range was 20 k to 0.1 Hz.

(耐酸化電位)
測定用セルとしてビーエーエス社製 V−4Cボルタンメトリー用セルを用い、電極はビーエーエス社製のものを用いた。作用極にはグラッシーカーボン(直径1mm)、対極は白金、参照電極にはリチウムを用いた。電位掃引速度は5mV/sec、温度は25℃で実施した。測定装置は電気化学測定システム「ソーラートロン1280Z」(英国ソーラートロン社製)を用いた。限界電流密度を±1mA/cmとし、+1mA/cmに到達する電位を耐酸化電位(V)とした。
(Oxidation resistance)
As a measurement cell, a V-4C voltammetry cell manufactured by BAES Co., Ltd. was used, and an electrode manufactured by BAS Co., Ltd. was used. Glassy carbon (diameter 1 mm) was used for the working electrode, platinum was used for the counter electrode, and lithium was used for the reference electrode. The potential sweep rate was 5 mV / sec, and the temperature was 25 ° C. As a measuring apparatus, an electrochemical measuring system “Solartron 1280Z” (manufactured by Solartron, UK) was used. The limiting current density was ± 1 mA / cm 2, and the potential reaching +1 mA / cm 2 was defined as oxidation resistance potential (V).

(分析装置)
質量分析(MS)は日本電子社製「JMS-T100LP AccuTOF LC-plus」を用い、IRスペクトルはNicolet社製「Avatar360」を用い、NMRはVarian社製、「Unity−300」(溶媒:重アセトニトリル)を用いて測定した。
(Analysis equipment)
Mass spectrometry (MS) uses “JMS-T100LP AccuTOF LC-plus” manufactured by JEOL Ltd., IR spectrum uses “Avatar 360” manufactured by Nicolet, NMR uses “Unity-300” (solvent: heavy acetonitrile) manufactured by Varian. ).

実施例1
〔金属塩(1)の製造〕
アルゴン気流下、500mLの四口フラスコに、シアン化銀40.17g(0.30mol)と脱水キシレン150mLを加え、滴下漏斗にて三塩化リン8.74mL(0.10mol)を氷浴中で滴下した。その後、100℃に加熱し5時間攪拌した後、反応液をろ過し沈殿物を得た。得られた沈殿物に、脱水ジエチルエーテル150mLを加え、ろ過し、得られたろ液を濃縮することで、白色固体のトリシアノホスフィンが10g得られた。得られたトリシアノホスフィンの分析結果を以下に示す。
31P−NMR −132.5ppm
IR 2190cm-1[CN]
Example 1
[Production of metal salt (1)]
Under a stream of argon, 40.17 g (0.30 mol) of silver cyanide and 150 mL of dehydrated xylene were added to a 500 mL four-necked flask, and 8.74 mL (0.10 mol) of phosphorus trichloride was added dropwise in an ice bath using a dropping funnel. did. Then, after heating to 100 degreeC and stirring for 5 hours, the reaction liquid was filtered and the deposit was obtained. To the resulting precipitate, 150 mL of dehydrated diethyl ether was added and filtered, and the obtained filtrate was concentrated to obtain 10 g of white solid tricyanophosphine. The analysis results of the obtained tricyanophosphine are shown below.
31 P-NMR -132.5 ppm
IR 2190cm -1 [CN]

次に、アルゴン気流下、100mL三口フラスコに脱水ジクロロメタン20mL中、塩化リチウム1.87g(0.028mol)を加え、−78℃に冷却したところに塩素ガスを1.2当量(0.034mol)吹き込んだ。さらに、アセトニトリル20mLに溶かしたトリシアノホスフィン3.05g(0.028mol)を滴下した。その後、徐々に室温に温度を上げ、2時間攪拌した。その後、反応溶液をろ過し、得られたろ液を濃縮することで、黄土色固体を得た。さらに、得られた固体に脱水アセトニトリルを加え、ろ過し、ろ液を濃縮することで薄黄色固体が6.081g得られた。得られた固体の分析結果は以下の通りであり、リチウムトリクロロトリシアノホスフェイトであることが確認された。   Next, 1.87 g (0.028 mol) of lithium chloride in 20 mL of dehydrated dichloromethane was added to a 100 mL three-necked flask in an argon stream, and 1.2 equivalents (0.034 mol) of chlorine gas was blown into the cooled to −78 ° C. It is. Further, 3.05 g (0.028 mol) of tricyanophosphine dissolved in 20 mL of acetonitrile was added dropwise. Thereafter, the temperature was gradually raised to room temperature and stirred for 2 hours. Thereafter, the reaction solution was filtered, and the obtained filtrate was concentrated to obtain an ocherous solid. Further, dehydrated acetonitrile was added to the obtained solid, followed by filtration, and the filtrate was concentrated to obtain 6.081 g of a pale yellow solid. The analysis result of the obtained solid was as follows and confirmed to be lithium trichlorotricyanophosphate.

MS(−) m/z=213.92696[PCl(CN)
IR 2200cm-1[CN]
31P−NMR −333.579ppm[s,P]
MS (−) m / z = 213.92696 [PCl 3 (CN) 3 ]
IR 2200cm -1 [CN]
31 P-NMR −333.579 ppm [s, P]

次に、アルゴン気流下、300mL三口フラスコにテトラフルオロホウ酸銀(AgBF)を36.9g(0.190mol)と脱水ジクロロメタン100mLを加え、氷浴中で脱水アセトニトリル10mLを加え、溶解させた。そこに、脱水アセトニトリル25mLに溶かしたリチウムトリクロロトリシアノホスフェイト6.0g(0.0027mol)を滴下した。室温で2時間攪拌した後、反応溶液をろ過し、得られたろ液を濃縮した。さらに、超純水400mLで洗浄し、ろ過を行った後、得られた沈殿を真空乾燥することで黄土色固体3.77gが得られた。得られた固体の分析結果は以下の通りであり、トリフルオロトリシアノホスフェイトの銀塩(金属塩(1))であることが確認された。 Next, 36.9 g (0.190 mol) of silver tetrafluoroborate (AgBF 4 ) and 100 mL of dehydrated dichloromethane were added to a 300 mL three-necked flask in an argon stream, and 10 mL of dehydrated acetonitrile was added and dissolved in an ice bath. Thereto was added dropwise 6.0 g (0.0027 mol) of lithium trichlorotricyanophosphate dissolved in 25 mL of dehydrated acetonitrile. After stirring at room temperature for 2 hours, the reaction solution was filtered, and the resulting filtrate was concentrated. Further, after washing with 400 mL of ultrapure water and filtration, the obtained precipitate was vacuum-dried to obtain 3.77 g of an ocher solid. The analysis result of the obtained solid was as follows and was confirmed to be a silver salt of trifluorotricyanophosphate (metal salt (1)).

MS(+) m/z=188.92361[Ag+2CHCN]
MS(−) m/z=166.00182[PF(CN)
IR 2200cm-1[CN]
31P−NMR −218.964ppm[q,Hz=740.8Hz,P]
19 F−NMR −36.6605ppm[d,Hz=740.8Hz,F]
〔電解質(1)の製造〕
得られた金属塩(1)0.37g(0.001モル)とLiPF7.6g(0.05モル)を、電解液としてエチレンカーボネート(50体積%)/ジメチルカーボネート(50体積%)100gに溶解し、電解質(1)を得た。
得られた電解質の諸特性は表1に示されるとおりである。低温においても高い導電率と、広い電位窓を有することより電気化学特性に優れていることが確認された。
また、得られた電解質(1)は、例えば、以下のようにして、リチウム二次電池を製造することが可能であり、リチウム二次電池用の電解質として有用である。
MS (+) m / z = 188.92361 [Ag + 2CH 3 CN]
MS (−) m / z = 166.00182 [PF 3 (CN) 3 ]
IR 2200cm -1 [CN]
31 P-NMR 218.964 ppm [q, Hz = 740.8 Hz, P]
19 F-NMR -36.6605 ppm [d, Hz = 740.8 Hz, F]
[Manufacture of electrolyte (1)]
0.37 g (0.001 mol) of the obtained metal salt (1) and 7.6 g (0.05 mol) of LiPF 6 were used as an electrolytic solution. Ethylene carbonate (50 vol%) / dimethyl carbonate (50 vol%) 100 g To obtain an electrolyte (1).
Various characteristics of the obtained electrolyte are as shown in Table 1. It was confirmed that the electrochemical characteristics were excellent by having high conductivity and a wide potential window even at low temperatures.
Moreover, the obtained electrolyte (1) can manufacture a lithium secondary battery as follows, for example, and is useful as an electrolyte for lithium secondary batteries.

〔リチウム二次電池の製造〕
(1)正極の作製
LiCoO2粉末9.0g、ケチェンブラック0.5g、ポリフッ化ビニリデン0.5gを混合し、更に1−メチル−2−ピロリドン7.0gを添加して乳鉢でよく混合し、正極スラリーを得る。得られる正極スラリーをワイヤーバーを用いて厚さ20μmアルミニウム箔上に大気中で塗布し、100℃で15分間乾燥させた後、更に、減圧下130℃で1時間乾燥して、膜厚30μmの複合正極を作製する。
[Manufacture of lithium secondary batteries]
(1) Preparation of positive electrode 9.0 g of LiCoO 2 powder, 0.5 g of ketjen black, and 0.5 g of polyvinylidene fluoride were mixed, and 7.0 g of 1-methyl-2-pyrrolidone was further added and mixed well in a mortar. A positive electrode slurry is obtained. The obtained positive electrode slurry was applied on a 20 μm thick aluminum foil using a wire bar in the air, dried at 100 ° C. for 15 minutes, and further dried at 130 ° C. for 1 hour under reduced pressure to obtain a film thickness of 30 μm. A composite positive electrode is produced.

(2)電池の組立
上記の電解質(1)を、セパレーター(セルガード社製セルガード#2400、厚さ20μm)と複合正極に含浸させて、複合正極の上にセパレーター、負極としてのリチウム箔(厚さ50μm)の順で重ね、2032型コインセルに挿入し封缶し、リチウム二次電池を得る。
(2) Battery assembly The above electrolyte (1) is impregnated into a separator (Celguard # 2400 manufactured by Celgard, thickness 20 μm) and a composite positive electrode, and a separator and a lithium foil (thickness) as a negative electrode are formed on the composite positive electrode. 50 μm), and inserted into a 2032 coin cell and sealed to obtain a lithium secondary battery.

比較例1
LiPF7.6g(0.05モル)をエチレンカーボネート(50体積%)/ジメチルカーボネート(50体積%)100gに溶解して電解質を調整し、実施例1と同様にして評価した。
結果は表1に示されるとおりである。
Comparative Example 1
7.6 g (0.05 mol) of LiPF 6 was dissolved in 100 g of ethylene carbonate (50% by volume) / dimethyl carbonate (50% by volume) to prepare an electrolyte, which was evaluated in the same manner as in Example 1.
The results are as shown in Table 1.

Figure 2012248515
Figure 2012248515

上記の実施例及び比較例の評価結果から明らかなように、比較例の電解質に対して、実施例の電解質は、低温での導電率に優れるうえ、耐酸化電位に優れ、広い電位窓を有するものであり、このため、リチウム二次電池の電解質として非常に有効である。   As is clear from the evaluation results of the above examples and comparative examples, the electrolytes of the examples have excellent conductivity at low temperatures, excellent oxidation resistance, and a wide potential window with respect to the electrolytes of the comparative examples. Therefore, it is very effective as an electrolyte for a lithium secondary battery.

本発明の金属塩は、電極保護膜形成機能に優れたものであり、高導電率や広電位窓を有するなどの電解質としての性能に優れ、更に、安全性に優れたものであり、リチウム二次電池用の電解質として非常に有用である。また、他の二次電池、一次電池、キャパシタ、コンデンサー、アクチュエーター、エレクトロクロミック素子、各種センサー、色素増感太陽電池、燃料電池用の電解質としても有用であり、更に、帯電防止剤、重合開始剤、イオン交換膜用材料、イオンガラス用材料としても有用である。   The metal salt of the present invention is excellent in the function of forming an electrode protective film, is excellent in performance as an electrolyte such as having high conductivity and a wide potential window, and is excellent in safety. It is very useful as an electrolyte for secondary batteries. It is also useful as an electrolyte for other secondary batteries, primary batteries, capacitors, capacitors, actuators, electrochromic elements, various sensors, dye-sensitized solar cells, fuel cells, and further, antistatic agents, polymerization initiators. It is also useful as an ion exchange membrane material or an ion glass material.

Claims (5)

成分(A1)及び(B)よりなることを特徴とする金属塩。
(A1)一価の金属カチオン(但し、リチウムカチオンを除く。)
(B)下記一般式(1)で示されるシアノフルオロホスフェイト系アニオン
[化1]
P(CN)6−n ・・・(1)
(ここで、nは1〜5の整数である。)
A metal salt comprising components (A1) and (B).
(A1) Monovalent metal cation (excluding lithium cation)
(B) Cyanofluorophosphate anion represented by the following general formula (1)
- P (CN) n F 6 -n ··· (1)
(Here, n is an integer of 1 to 5.)
成分(A2)及び(B)よりなることを特徴とする金属塩。
(A2)二価の金属カチオン
(B)下記一般式(1)で示されるシアノフルオロホスフェイト系アニオン
[化2]
P(CN)6−n ・・・(1)
(ここで、nは1〜5の整数である。)
A metal salt comprising components (A2) and (B).
(A2) Divalent metal cation (B) Cyanofluorophosphate anion represented by the following general formula (1)
- P (CN) n F 6 -n ··· (1)
(Here, n is an integer of 1 to 5.)
請求項1または2記載の金属塩よりなることを特徴とする電極保護膜形成剤。 An electrode protective film forming agent comprising the metal salt according to claim 1. 請求項1または2記載の金属塩を含有してなることを特徴とする二次電池用電解質。   An electrolyte for a secondary battery comprising the metal salt according to claim 1 or 2. 請求項4記載の電解質を正極と負極との間に挟持してなることを特徴とする二次電池。 A secondary battery comprising the electrolyte according to claim 4 sandwiched between a positive electrode and a negative electrode.
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