JP2013114934A - Metal salt, electrode protective film forming agent, secondary battery electrolyte including the salt, and secondary battery - Google Patents

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Yasuhiro Aoki
康浩 青木
Ryota Tatsumi
遼多 巽
Seiji Maeda
誠二 前田
Seiichiro Hayakawa
誠一郎 早川
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a metal salt having a protective film forming ability at a positive electrode and useful for an electrode protective film forming agent excellent in safety, an electrode protective film forming agent using the metal salt, a secondary battery electrolyte, and further a secondary battery.SOLUTION: A metal salt comprises a constituent (A) and a constituent (B). (A): metal cation and (B): cyano methane sulfonate-based anion represented by the following formula:OSOCF(CN)(1) (where, n represents an integer of 1-3.)

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た電極保護膜形成剤、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 for 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 An object of the present invention is to provide an electrolyte for a secondary battery, and further 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、金属カチオンとシアノ基を有するスルホナー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 research in view of such circumstances, the present inventors have found that a metal salt composed of a sulfonate anion having a metal cation and a cyano group is excellent in ability to form a protective film in the positive electrode, and completed the present invention. did.

即ち、本発明の要旨は、成分(A)及び(B)よりなる金属塩に関するものである。
(A)金属カチオン
(B)下記一般式(1)で示されるシアノメタンスルホナート系アニオン
That is, the gist of the present invention relates to a metal salt comprising components (A) and (B).
(A) Metal cation (B) Cyanomethanesulfonate anion represented by the following general formula (1)

(化1)
OSOCF(3−n)(CN) (1)
(ここで、nは1〜3の整数である。)
(Chemical formula 1)
- OSO 2 CF (3-n ) (CN) n (1)
(Here, n is an integer of 1 to 3.)

更に、本発明は、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, the present invention provides an electrode protective film forming agent containing the metal salt, a secondary battery electrolyte, and a secondary battery obtained by sandwiching the metal salt between a positive electrode and a negative electrode, particularly lithium secondary battery. 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、電池特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 an ability to form a positive electrode protective film, is effective as an electrode protective film forming agent, and further provides an electrolyte for a secondary battery and a secondary battery that are excellent in safety and battery characteristics. be able to.

実施例1の金属塩のESI−MS(−)を示すチャート図である。3 is a chart showing ESI-MS (−) of the metal salt of Example 1. FIG. 実施例1の金属塩の13C−NMRを示すチャート図である。3 is a chart showing 13 C-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.

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、金属カチオン(A)と、下記一般式(1)で示されるシアノメタンスルホナート系アニオン(B)よりなる金属塩である。   The metal salt of the present invention is a metal salt comprising a metal cation (A) and a cyanomethanesulfonate anion (B) represented by the following general formula (1).

(化2)
OSOCF(3−n)(CN) (1)
(ここで、nは1〜3の整数である。)
(Chemical formula 2)
- OSO 2 CF (3-n ) (CN) n (1)
(Here, n is an integer of 1 to 3.)

本発明の金属カチオン(A)としては、例えば、リチウムカチオン、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、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、アルミニウム等の三価の金属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リチウムカチオン、ナトリウムカチオン、カリウムカチオン等の一価の金属カチオンが好ましく、特に純度の点からナトリウムカチオン、リチウムカチオンが好ましい。   Examples of the metal cation (A) of the present invention include monovalent metal cations such as lithium cation, sodium cation, potassium cation and silver cation, divalent metal cations such as magnesium cation, calcium cation and copper cation, aluminum and the like. Among these metal cations, monovalent metal cations such as lithium cation, sodium cation, and potassium cation are preferable, and sodium cation is particularly preferable from the viewpoint of purity. The lithium cation is preferred.

本発明で用いる金属カチオンとして、同価の異なる金属カチオンを併用したり、一価の金属カチオンと二価の金属カチオンを併用したりして、金属塩の混合物とすることも可能である。 As the metal cation used in the present invention, it is possible to use a metal cation having a different valence, or to use a monovalent metal cation and a divalent metal cation together to form a mixture of metal salts.

本発明のシアノメタンスルホナート系アニオン(B)としては、上記一般式(1)において、nが、好ましくは、電極保護膜形成能力の点から1または2であり、特に好ましくは、電解質の導電率の点から1である。 In the cyanomethanesulfonate anion (B) of the present invention, in the above general formula (1), n is preferably 1 or 2 from the viewpoint of the ability to form an electrode protective film, and particularly preferably the conductivity of the electrolyte. 1 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ある。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ことができる。   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 inhibit 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 to stabilize 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やフッ素、及び/または硫黄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。   It is not clear by what mechanism the anion of the present invention forms SEI, but it is presumed that the cyano group, fluorine, and / or sulfur 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.

以下に、本発明の金属塩の具体的な製造例を、n=1の場合を例にとって説明する。かかる金属塩の化学式は、Mm+m−[OSOCFCN]である。ここで、Mがリチウム、ナトリウム、カリウム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 = 1 as an example. The chemical formula of such a metal salt is M m + · m− [OSO 2 CF 2 CN] m . Here, when M is a monovalent metal cation such as lithium, sodium, or potassium, m is 1. When M is a divalent metal cation such as magnesium, calcium, or copper, m is 2.

ハロゲン化ジフルオロアセトアミドに、通常1〜10等量、好ましくは1〜5等量の炭酸水素ナトリウムと、通常1〜10等量、好ましくは1〜5等量の亜ジチオン酸の金属塩を加えた後、超純水を加え、室温〜70℃、好ましくは室温〜40℃で1〜5時間、好ましくは2〜4時間撹拌を行うことで2−アミノ−1,1−ジフルオロ−2−オキソエタンスルフィン酸の金属塩を得ることができる。ハロゲン化ジフルロロアセトアミドとしては、例えば、クロロジフルロロアセトアミド、ブロモジフルオロアセトアミド、ヨードジフルロロアセトアミドが好ましく、特に反応性の点からブロモジフルロロアセトアミド、ヨードジフルオロアセトアミドが好ましい。反応は不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましい。反応溶媒としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、アセトニトリル、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)などが好ましく、溶解度の点からアセトニトリル、アセトンが好ましい。   1 to 10 equivalents, preferably 1 to 5 equivalents of sodium bicarbonate and usually 1 to 10 equivalents, preferably 1 to 5 equivalents of a metal salt of dithionite were added to the halogenated difluoroacetamide. Thereafter, ultrapure water is added, and 2-amino-1,1-difluoro-2-oxoethane is stirred at room temperature to 70 ° C., preferably at room temperature to 40 ° C. for 1 to 5 hours, preferably 2 to 4 hours. A metal salt of sulfinic acid can be obtained. As the halogenated difluroacetamide, for example, chlorodifluroacetamide, bromodifluoroacetamide, and iododifluroacetamide are preferable, and bromodifluroacetamide and iododifluoroacetamide are particularly preferable from the viewpoint of reactivity. The reaction is preferably performed in an inert gas atmosphere. As the reaction solvent, for example, acetone, methyl ethyl ketone, acetonitrile, tetrahydrofuran (THF), dimethylformamide (DMF), dimethyl sulfoxide (DMSO) and the like are preferable, and acetonitrile and acetone are preferable from the viewpoint of solubility.

次に、2−アミノ−1,1−ジフルオロ−2−オキソエタンスルフィン酸の金属塩に対して通常1〜10等量の酸化剤を加え水中で攪拌し、通常室温〜60℃、好ましくは室温〜40℃で通常数分〜数時間、好ましくは1〜2時間反応させ、2−アミノ−1,1−ジフルオロ−2−オキソエタンスルホン酸の金属塩が得られる。酸化剤としては、例えば、クロム酸カリウム、過マンガン酸カリウム、過酸化水素などが好ましく、特に水への溶解度の点から過酸化水素水が好ましい。   Next, 1 to 10 equivalents of an oxidizing agent is usually added to the metal salt of 2-amino-1,1-difluoro-2-oxoethanesulfinic acid and stirred in water, and usually room temperature to 60 ° C., preferably room temperature. The reaction is usually carried out at -40 ° C for several minutes to several hours, preferably 1-2 hours, to obtain a metal salt of 2-amino-1,1-difluoro-2-oxoethanesulfonic acid. As the oxidizing agent, for example, potassium chromate, potassium permanganate, hydrogen peroxide and the like are preferable, and hydrogen peroxide water is particularly preferable from the viewpoint of solubility in water.

更に、2−アミノ−1,1−ジフルオロ−2−オキソエタンスルホン酸の金属塩に、通常−20℃〜室温、好ましくは−15℃〜室温で、脱水剤を1〜10等量、好ましくは1〜5等量を加え数分〜数時間、好ましくは10分〜2時間撹拌した後、室温〜100℃、好ましくは50〜80℃に加熱し、溶媒及び副生成物を減圧留去することで、1−シアノ−1,1−ジフルオロメタンスルホン酸の金属塩が得られる。脱水剤としては、例えば、塩化チオニル、五酸化二リン、無水酢酸、無水トリフルオロ酢酸、ピリジンなどが挙げられるが、反応性の点から五酸化二リン、無水トリフルロロ酢酸が好ましく、特に精製の点から無水トリフルオロ酢酸が好ましい。   Furthermore, the metal salt of 2-amino-1,1-difluoro-2-oxoethanesulfonic acid is usually -20 ° C to room temperature, preferably -15 ° C to room temperature, and 1 to 10 equivalents of dehydrating agent, preferably Add 1 to 5 equivalents, stir for several minutes to several hours, preferably 10 minutes to 2 hours, then heat to room temperature to 100 ° C, preferably 50 to 80 ° C, and distill off the solvent and by-products under reduced pressure. Thus, a metal salt of 1-cyano-1,1-difluoromethanesulfonic acid is obtained. Examples of the dehydrating agent include thionyl chloride, diphosphorus pentoxide, acetic anhydride, trifluoroacetic anhydride, pyridine and the like. From the viewpoint of reactivity, diphosphorus pentoxide and trifluoroacetic anhydride are preferable, and particularly in terms of purification. To trifluoroacetic anhydride is preferred.

得られた1−シアノ−1,1−ジフルオロメタンスルホン酸よりなる金属塩は、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、再結晶、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、再結晶が好ましい。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 composed of 1-cyano-1,1-difluoromethanesulfonic acid is preferably purified in order to remove the generated metal halide and impurities. Examples of the purification technique include filtration, extraction, washing, column chromatography, reprecipitation, recrystallization, adsorption, and the like. Among these, recrystallization 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二次電池用電解質、とりわけリチウム二次電池用電解質を形成することができる。
本発明の金属塩がリチウム塩の場合は、該リチウム塩を電解液に配合するだけで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 secondary batteries which has an electrode protective film formation function, especially the electrolyte for lithium secondary batteries can be formed by mix | blending the metal salt of this invention and lithium salt with electrolyte solution. .
When the metal salt of the present invention is a lithium salt, an electrolyte can be formed simply by blending the lithium salt into an electrolytic 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。これらの中でも、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 More preferably, 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等のジアルキルイミダゾリウム系カチオン、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等のトリアルキルイミダゾリウム系カチオン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- Dialkylimidazolium cations such as octyl-3-methylimidazolium, 1-butyl-2,3-dimethylimidazolium, 1,2,3-trimethylimidazolium, 1,2-dimethyl-3-ethylimidazolium, etc. Examples include alkyl imidazolium cations such as trialkyl imidazolium cations. In addition to imidazolium cations, examples include ionic liquids containing quaternary ammonium cations, pyridinium cations, quaternary phosphonium cations, and the like. 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、本発明以外の公知の電極保護膜形成剤を配合してもよい。   You may mix | blend well-known electrode protective film forming agents other than this invention with the electrolyte obtained using the metal salt of this invention as needed.

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の効果が得難い傾向がある。   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. When the content is too large, the conductivity of the electrolyte tends to decrease, and when the content is too small, the effect of stabilizing the potential window of the lithium secondary battery tends to be difficult to obtain.

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 or acetylene black, a binder such as polyvinylidene fluoride, and an ion conductive polymer as required. 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).

実施例1
〔金属塩(I)の製造〕
(1)ヨードジフルオロアセトアミドの製造
500mLのエレンマイヤーフラスコにヨードジフルオロ酢酸エチル200gを入れ、ジエチルエーテル120mLを加えて溶かし、氷冷しながら28%アンモニア水溶液97.1gを加えた。その溶液を室温で3時間撹拌した後、エーテル200ml、超純水100mlを加えて抽出を行い、エーテル層を捕集した。更に水層をエーテル50mlで2回洗い、エーテル層を捕集し、先のエーテル層と一緒に捕集し、濃縮を行った。得られたものにヘキサン50mlを加え、孔径0.45μmのメンブランフィルター(日本ミリポール社製)により減圧濾過を行い、残渣を回収し、50℃真空乾燥3時間を行うことでヨードジフルオロアセトアミド129g(収率73%)を得た。
Example 1
[Production of metal salt (I)]
(1) Production of iododifluoroacetamide 200 g of ethyl iododifluoroacetate was placed in a 500 mL Erlenmeyer flask, dissolved by adding 120 mL of diethyl ether, and 97.1 g of 28% aqueous ammonia solution was added while cooling with ice. The solution was stirred at room temperature for 3 hours, extracted by adding 200 ml of ether and 100 ml of ultrapure water, and the ether layer was collected. Further, the aqueous layer was washed twice with 50 ml of ether, the ether layer was collected, collected together with the previous ether layer, and concentrated. To the obtained product, 50 ml of hexane was added, filtered under reduced pressure through a membrane filter (manufactured by Nippon Millipole) having a pore size of 0.45 μm, the residue was recovered, and 129 g of iododifluoroacetamide was collected by vacuum drying at 50 ° C. for 3 hours. 73%) was obtained.

(2)2−アミノ−1,1−ジフルオロ−2−オキソエタンスルフィン酸ナトリウムの製造
アルゴン雰囲気下、500mLのエレンマイヤーフラスコに(1)で得たヨードジフルオロアセトアミド49.7gを入れ、アセトニトリル300mlを加えて溶かし、炭酸水素ナトリウム38.0g、亜ジチオン酸ナトリウム59.0g、超純水300mlを順に加え、室温で2時間撹拌を行った後、濾過、濃縮を行った。得られたものにメタノール100mlを加え、濾過し、ろ液を濃縮し、60℃真空乾燥3時間行うことで2−アミノ−1,1−ジフルオロ−2−オキソエタンスルフィン酸ナトリウム40.6g(収率100%)を得た。
(2) Preparation of sodium 2-amino-1,1-difluoro-2-oxoethanesulfinate 49.7 g of iododifluoroacetamide obtained in (1) was placed in a 500 mL Erlenmeyer flask under an argon atmosphere, and 300 ml of acetonitrile was added. In addition, 38.0 g of sodium hydrogen carbonate, 59.0 g of sodium dithionite, and 300 ml of ultrapure water were added in order, and the mixture was stirred at room temperature for 2 hours, followed by filtration and concentration. 100 ml of methanol was added to the obtained product, filtered, and the filtrate was concentrated and dried at 60 ° C. under vacuum for 3 hours to obtain 40.6 g of sodium 2-amino-1,1-difluoro-2-oxoethanesulfinate (recovery). 100%).

(3)2−アミノ−1,1−ジフルオロ−2−オキソエタンスルホン酸ナトリウムの製造
2Lのエレンマイヤーフラスコに(2)で得た2−アミノ−1,1−ジフルオロ−2−オキソエタンスルフィン酸ナトリウム40.0gを入れ、超純水1Lを加えて溶かし、30%過酸化水素52ml、タングステン酸ナトリウム二水和物179mgを順次加え、室温で2時間撹拌した後、泡が出なくなるまで酸化マンガンを加え、室温で30分撹拌し、濾過を行い、濾液を濃縮し、60℃真空乾燥3時間行うことで2−アミノ−1,1−ジフルオロ−2−オキソエタンスルホン酸ナトリウム25g(収率81%)を得た。
(3) Preparation of sodium 2-amino-1,1-difluoro-2-oxoethanesulfonate 2-amino-1,1-difluoro-2-oxoethanesulfinic acid obtained in (2) in a 2 L Erlenmeyer flask Add 40.0 g of sodium, add 1 L of ultrapure water to dissolve, add 52 ml of 30% hydrogen peroxide and 179 mg of sodium tungstate dihydrate successively, stir at room temperature for 2 hours, and then manganese oxide until no bubbles appear The mixture was stirred at room temperature for 30 minutes, filtered, and the filtrate was concentrated and vacuum dried at 60 ° C. for 3 hours to obtain 25 g of sodium 2-amino-1,1-difluoro-2-oxoethanesulfonate (yield 81). %).

(4)1−シアノ−1,1−ジフルオロメタンスルホン酸ナトリウムの製造
アルゴン雰囲気下、200mlの四つ口丸底フラスコに(3)で得た2−アミノ−1,1−ジフルオロ−2−オキソエタンスルホン酸ナトリウム15.5gを入れ、脱水ジメチルホルムアミド110mlを加えて溶かし、5℃を超えないように無水トリフルオロ酢酸14.1mlを加え、氷冷中30分撹拌した後、80℃に加熱し、溶媒及び副生成物を減圧留去し、残留物を80℃で真空乾燥2時間行った後、室温まで放冷し、脱水アセトニトリル30mlで溶解させ、ジクロロメタン60mlを加え再結晶させ、孔径0.45μmのメンブランフィルター(日本ミリポール社製)により減圧濾過を行い、残渣を回収し、アセトニトリル100mlを加え溶解させ、孔径0.45μmのメンブランフィルター(日本ミリポール社製)により減圧濾過を行い、濾液を濃縮し、60℃真空乾燥3時間行うことで白色粉末の1−シアノ−1,1−ジフルオロメタンスルホン酸ナトリウム(金属塩(I))7.66g(50%)を得た。
(4) Preparation of sodium 1-cyano-1,1-difluoromethanesulfonate 2-amino-1,1-difluoro-2-oxo obtained in (3) in a 200 ml four-necked round bottom flask under an argon atmosphere Add 15.5 g of sodium ethanesulfonate, dissolve in 110 ml of dehydrated dimethylformamide, add 14.1 ml of trifluoroacetic anhydride so that the temperature does not exceed 5 ° C., stir for 30 minutes under ice cooling, and then heat to 80 ° C. The solvent and by-products were distilled off under reduced pressure, and the residue was vacuum-dried at 80 ° C. for 2 hours, then allowed to cool to room temperature, dissolved in 30 ml of dehydrated acetonitrile, recrystallized by adding 60 ml of dichloromethane, Filtration under reduced pressure through a 45 μm membrane filter (manufactured by Nihon Millipole), the residue was recovered, 100 ml of acetonitrile was added and dissolved, Filtration under reduced pressure using a 0.45 μm membrane filter (manufactured by Nihon Millipole), the filtrate was concentrated and vacuum dried at 60 ° C. for 3 hours to obtain white powder of sodium 1-cyano-1,1-difluoromethanesulfonate ( 7.66 g (50%) of metal salt (I) was obtained.

得られた金属塩(I)を下記の分析装置を用いて同定を行った。
即ち、分析装置については、質量分析は日本電子社製「JMS-T100LP AccuTOF LC-plus」を用い、NMRはVarian社製、「Unity−300」(溶媒:重水)を用いて測定した。チャートの帰属について主なものを以下に示す。なお、ESI−MS(−)、13C−NMR及び19F−NMRチャートは図1〜3に示す。
The obtained metal salt (I) was identified using the following analyzer.
That is, for the analyzer, mass spectrometry was performed using “JMS-T100LP AccuTOF LC-plus” manufactured by JEOL Ltd., and NMR was measured using “Unity-300” (solvent: heavy water) manufactured by Varian. The main chart attributions are shown below. The ESI-MS (-), 13 C-NMR and 19 F-NMR charts are shown in FIGS.

・ESI−MS(−)
m/z=155.95333
13C−NMR
110.34ppm[t,Hz=41.7Hz,CN]
107.20ppm[t,Hz=279.1Hz,CF
19F−NMR
−99.57ppm[s,CF
・ ESI-MS (-)
m / z = 155.95333
13 C-NMR
110.34 ppm [t, Hz = 41.7 Hz, CN]
107.20 ppm [t, Hz = 279.1 Hz, CF 2 ]
19 F-NMR
−99.57 ppm [s, CF 2 ]

〔電解質(I)の製造〕
得られた金属塩(I)(1−シアノ−1,1−ジフルオロメタンスルホン酸ナトリウム)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(I)を得た。
得られた電解質(I)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ものであり、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(I)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。
[Production of electrolyte (I)]
0.37 g (0.001 mol) of the obtained metal salt (I) (sodium 1-cyano-1,1-difluoromethanesulfonate) and 7.6 g (0.05 mol) of LiPF 6 were used as an electrolyte. Dissolved in 100 g of carbonate (50% by volume) / dimethyl carbonate (50% by volume) to obtain an electrolyte (I).
Various characteristics of the obtained electrolyte (I) are as shown in Table 1. It has high conductivity and a wide potential window even at low temperatures, and it was confirmed that it has excellent electrochemical characteristics.
Moreover, the obtained electrolyte (I) 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(I)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 (I) is impregnated into a separator (Celguard # 2400 manufactured by Celgard Inc., 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.

実施例2
実施例1と同様にして得られた金属塩(I)0.74g(0.002モル)と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(II)を調製し、実施例1と同様に評価した。
Example 2
0.74 g (0.002 mol) of the metal salt (I) obtained in the same manner as in Example 1 and 7.6 g (0.05 mol) of LiPF 6 were mixed with ethylene carbonate (50 vol%) / dimethyl carbonate (50 vol). %) Was dissolved in 100 g to prepare an electrolyte (II) and evaluated in the same manner as in Example 1.

実施例3
実施例1と同様にして得られた金属塩(I)0.74g(0.002モル)とLiPF15.2g(0.1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(III)を調製し、実施例1と同様に評価した。
Example 3
0.74 g (0.002 mol) of the metal salt (I) obtained in the same manner as in Example 1 and 15.2 g (0.1 mol) of LiPF 6 were mixed with ethylene carbonate (50 vol%) / dimethyl carbonate (50 vol). %) Was dissolved in 100 g to prepare an electrolyte (III) and evaluated in the same manner as in Example 1.

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製し、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
An electrolyte was prepared by dissolving 7.6 g (0.05 mol) of LiPF 6 in 100 g of ethylene carbonate (50 vol%) / dimethyl carbonate (50 vol%), and evaluated in the same manner as in Example 1.
The results are as shown in Table 1.

Figure 2013114934
Figure 2013114934

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、二次電池、とりわけ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 secondary battery, particularly 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、二次電池用、とりわけ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 electrode protective film forming function, excellent in performance as an electrolyte such as having high conductivity and a wide potential window, and also excellent in safety, secondary It is very useful as an electrolyte for batteries, particularly for lithium 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.

〔電解質(I)の製造〕
得られた金属塩(I)(1−シアノ−1,1−ジフルオロメタンスルホン酸ナトリウム)0.37g(0.002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(I)を得た。
得られた電解質(I)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ものであり、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(I)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。
[Production of electrolyte (I)]
Using 0.37 g ( 0.002 mol) of the obtained metal salt (I) (sodium 1-cyano-1,1-difluoromethanesulfonate) and 7.6 g (0.05 mol) of LiPF 6 as an electrolyte, ethylene was used. Dissolved in 100 g of carbonate (50% by volume) / dimethyl carbonate (50% by volume) to obtain an electrolyte (I).
Various characteristics of the obtained electrolyte (I) are as shown in Table 1. It has high conductivity and a wide potential window even at low temperatures, and it was confirmed that it has excellent electrochemical characteristics.
Moreover, the obtained electrolyte (I) can manufacture a lithium secondary battery as follows, for example, and is useful as an electrolyte for lithium secondary batteries.

実施例2
実施例1と同様にして得られた金属塩(I)0.74g(0.004モル)と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(II)を調製し、実施例1と同様に評価した。
Example 2
0.74 g ( 0.004 mol) of the metal salt (I) obtained in the same manner as in Example 1 and 7.6 g (0.05 mol) of LiPF 6 were mixed with ethylene carbonate (50 vol%) / dimethyl carbonate (50 vol). %) Was dissolved in 100 g to prepare an electrolyte (II) and evaluated in the same manner as in Example 1.

実施例3
実施例1と同様にして得られた金属塩(I)0.74g(0.004モル)とLiPF15.2g(0.1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(III)を調製し、実施例1と同様に評価した。
Example 3
0.74 g ( 0.004 mol) of metal salt (I) obtained in the same manner as in Example 1 and 15.2 g (0.1 mol) of LiPF 6 were mixed with ethylene carbonate (50 vol%) / dimethyl carbonate (50 vol). %) Was dissolved in 100 g to prepare an electrolyte (III) and evaluated in the same manner as in Example 1.

Figure 2013114934
Figure 2013114934

Claims (6)

成分(A)及び(B)よりなることを特徴とする金属塩。
(A)金属カチオン
(B)下記一般式(1)で示されるシアノメタンスルホナート系アニオン
(化1)
OSOCF(3−n)(CN) (1)
(ここで、nは1〜3の整数である。)
A metal salt comprising components (A) and (B).
(A) Metal cation (B) Cyanomethanesulfonate anion represented by the following general formula (1)
- OSO 2 CF (3-n ) (CN) n (1)
(Here, n is an integer of 1 to 3.)
成分(B)がシアノフルオロメタンスルホナート系アニオンであることを特徴とする請求項1記載の金属塩。 The metal salt according to claim 1, wherein component (B) is a cyanofluoromethanesulfonate anion. 成分(A)が一価の金属カチオンであることを特徴とする請求項1または2記載の金属塩。 The metal salt according to claim 1 or 2, wherein the component (A) is a monovalent metal cation. 請求項1〜3いずれか記載の金属塩から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1〜3いずれか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 any one of claims 1 to 3. 請求項5記載の二次電池用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。 6. A secondary battery comprising the secondary battery electrolyte according to claim 5 sandwiched between a positive electrode and a negative electrode.
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