JP2013145731A - Lithium secondary battery - Google Patents

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Kazuhisa Hirata
和久 平田
Shinya Shibata
慎弥 柴田
Takeo Kawase
健夫 川瀬
Miwako Tominaga
美和子 富永
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Nippon Shokubai Co Ltd
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Nippon Shokubai Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a lithium secondary battery excellent in long storage stability at high temperature.SOLUTION: A lithium secondary battery comprises a positive electrode containing a positive electrode active material capable of occluding and discharging lithium ion; a negative electrode containing a negative electrode active material capable of occluding and discharging lithium ion; and a nonaqueous electrolyte. The nonaqueous electrolyte contains an electrolyte (1); an ionic compound containing carbonyl group and/or sulfonyl group; and solvent. A residual ratio of the electrolyte (1) in the nonaqueous electrolyte after the nonaqueous electrolyte is preserved for 7 days under conditions of 80°C, is more than or equal to 93%.

Description

本発明は非水電解液を用いたリチウム二次電池に関する。   The present invention relates to a lithium secondary battery using a non-aqueous electrolyte.

近年、リチウム二次電池は、高エネルギー密度を有するため、移動体通信機器用電源、携帯用情報端末用電源などとして利用され、様々な情報端末の普及と共にその市場が急速に伸びており、安全性の確保、サイクル特性やエネルギー密度の向上、高温保存特性等の改良を目的として、さまざまな研究がなされている。   In recent years, since lithium secondary batteries have high energy density, they have been used as power supplies for mobile communication devices, power supplies for portable information terminals, etc., and the market has grown rapidly with the spread of various information terminals. Various researches have been conducted for the purpose of ensuring safety, improving cycle characteristics and energy density, and improving high-temperature storage characteristics.

上記リチウム二次電池の中でも、非水電解液を用いたリチウムイオン電池の分野においては、ビニレンカーボネートやビニルエチレンカーボネートなどの不飽和結合を有する環状カーボネートを非水電解液に添加することにより、負極上に被膜を形成し、非水電解質中に含まれる電解質などの分解を抑制することによりサイクル特性を改善することが知られている(特許文献1)。しかしながら、このようなリチウム二次電池においても、容量維持率や高温でのサイクル特性、保存特性に関しては改善の余地があった。   Among the lithium secondary batteries described above, in the field of lithium ion batteries using a non-aqueous electrolyte, by adding a cyclic carbonate having an unsaturated bond such as vinylene carbonate or vinyl ethylene carbonate to the non-aqueous electrolyte, the negative electrode It is known to improve cycle characteristics by forming a film on top and suppressing decomposition of an electrolyte contained in the nonaqueous electrolyte (Patent Document 1). However, even in such a lithium secondary battery, there is room for improvement in terms of capacity retention rate, cycle characteristics at high temperature, and storage characteristics.

特開平11−185806公報JP-A-11-185806

本発明は上記の様な事情に着目してなされたものであって、その目的は、保存特性のよいリチウム二次電池を提供することにある。本発明者らは、非水電解液中に特定の化合物を用いることにより、高温保存時において、非水電解液中に含まれる電解質の分解が抑制でき、高性能な電池を提供できることを見出して、本発明を完成するに至った。   The present invention has been made paying attention to the above-described circumstances, and an object thereof is to provide a lithium secondary battery having good storage characteristics. The present inventors have found that by using a specific compound in the non-aqueous electrolyte, decomposition of the electrolyte contained in the non-aqueous electrolyte can be suppressed during high-temperature storage, and a high-performance battery can be provided. The present invention has been completed.

上記目的を達成し得た本発明のリチウム二次電池は、
リリチウムイオンを吸蔵・放出可能な正極活物質を含有する正極、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な負極活物質を含有する負極、非水電解液を備えたリチウム二次電池であって、上記非水電解液が
電解質(1)、カルボニル基及び/又はスルホニル基を有するイオン性化合物、及び溶媒を含み、
80℃で7日間保存した後の非水電解液中の電解質(1)の残存率が93%以上であるところに特徴を有する。
The lithium secondary battery of the present invention that has achieved the above object is:
A lithium secondary battery including a positive electrode containing a positive electrode active material capable of inserting and extracting lithium ions, a negative electrode containing a negative electrode active material capable of inserting and extracting lithium ions, and a non-aqueous electrolyte, The electrolytic solution includes an electrolyte (1), an ionic compound having a carbonyl group and / or a sulfonyl group, and a solvent,
It is characterized in that the residual ratio of the electrolyte (1) in the nonaqueous electrolytic solution after being stored at 80 ° C. for 7 days is 93% or more.

上記カルボニル基及び/又はスルホニル基を有するイオン性化合物は、
一般式(2);(XSO)(X’SO)NLi(X、X’は、フッ素原子、炭素数1〜6のアルキル基又は炭素数1〜6のフルオロアルキル基を表し、X、X’の少なくとも一方はフッ素原子である。)で表される化合物であることが好ましい。
The ionic compound having the carbonyl group and / or sulfonyl group is
(XSO 2 ) (X′SO 2 ) N Li + (X and X ′ represent a fluorine atom, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or a fluoroalkyl group having 1 to 6 carbon atoms. , X and X ′ are preferably fluorine atoms.).

本発明のリチウム二次電池は、非水電解液中に特定の化合物を含有することにより、高温保存した際にも、安定して充放電を行うことの可能なリチウム二次電池を達成したものである。本発明のリチウム二次電池により、自動車搭載用(EV、PHEV、HEV)や電力貯蔵のための定置電源用途などの高温での安全性が要求される分野においても高い性能を発揮するものと考えられる。   The lithium secondary battery of the present invention achieves a lithium secondary battery that can stably charge and discharge even when stored at high temperature by containing a specific compound in the non-aqueous electrolyte. It is. The lithium secondary battery of the present invention is considered to exhibit high performance even in fields where safety at high temperatures is required, such as in-vehicle (EV, PHEV, HEV) and stationary power supply applications for power storage. It is done.

上記課題を解決した本発明のリチウム二次電池は、
リチウムイオンを吸蔵・放出可能な正極活物質を含有する正極、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な負極活物質を含有する負極、非水電解液を備えたリチウム二次電池であって、上記非水電解液が
電解質(1)、カルボニル基及び/又はスルホニル基を有するイオン性化合物、及び溶媒を含み、
80℃で7日間保存した後の非水電解液中の電解質(1)の残存率が93%以上であるところに特徴を有する。
The lithium secondary battery of the present invention that has solved the above problems is
A positive electrode containing a positive electrode active material capable of occluding and releasing lithium ions, a negative electrode containing a negative electrode active material capable of occluding and releasing lithium ions, a lithium secondary battery comprising a non-aqueous electrolyte, The electrolytic solution includes an electrolyte (1), an ionic compound having a carbonyl group and / or a sulfonyl group, and a solvent,
It is characterized in that the residual ratio of the electrolyte (1) in the nonaqueous electrolytic solution after being stored at 80 ° C. for 7 days is 93% or more.

本発明者らは、より高性能なリチウム二次電池を開発すべく検討を重ねていたところ、その非水電解液に、電解質(1)に加えて、カルボニル基及び/又はスルホニル基を有するイオン性化合物を使用すると、高温で保存した場合でも電解質(1)の分解が抑えられ、充分な電解質濃度を保つことが出来るため、保存後も放電容量の低下が起こるのを抑制し、高性能な電池とできることを見出し、本発明を完成した。以下、本発明について説明する。   The inventors of the present invention have repeatedly studied to develop a higher performance lithium secondary battery. In addition to the electrolyte (1), the nonaqueous electrolyte includes ions having a carbonyl group and / or a sulfonyl group. When the active compound is used, decomposition of the electrolyte (1) can be suppressed even when stored at a high temperature, and a sufficient electrolyte concentration can be maintained. The present invention was completed by finding out that it can be a battery. The present invention will be described below.

<リチウム二次電池>
本発明に係るリチウム二次電池は、正極と負極とが、本発明に係る電解液が含浸されているセパレーターを介して、ケースに収納された構造を有している。本発明に係るリチウム二次電池の形状は任意であり、例えば、円筒型、角型、ラミネート型、コイン型、大型等のいずれであってもよい。また、電気自動車、ハイブリッド電気自動車などに搭載するための数10V〜数100Vを必要とする高電圧電源として、個々の電池を直列に接続して構成する電池モジュールとしてもよい。
<Lithium secondary battery>
The lithium secondary battery according to the present invention has a structure in which a positive electrode and a negative electrode are housed in a case via a separator impregnated with the electrolytic solution according to the present invention. The shape of the lithium secondary battery according to the present invention is arbitrary, and may be any of a cylindrical shape, a square shape, a laminate shape, a coin shape, a large size, and the like. Moreover, it is good also as a battery module comprised by connecting each battery in series as a high voltage power supply which requires several 10V-several 100V for mounting in an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, etc.

本発明のリチウム二次電池は、80℃で7日間保存した後の非水電解液中の電解質(1)の残存率が93%以上であるところに特徴を有する。電解質(1)の残存率は、例えば、作成した電解液を高温状態で保存して、保存前後の電解質(1)の濃度を比較することにより算出できる。電解質(1)の残存率は93%以上が好ましく、より好ましくは95%以上である。さらに好ましい形態としては、満充電状態で80℃で7日間保存した後の非水電解液中の電解質(1)の残存率が93%以上であることである。満充電状態での評価としては、例えば、特定の組成の電解液を用いて作成した電池に、後述する高温保存試験を行った後に電解液を取り出し、高温保存試験前の電解液の電解質(1)の濃度と比較することにより算出できる。   The lithium secondary battery of the present invention is characterized in that the remaining ratio of the electrolyte (1) in the nonaqueous electrolytic solution after being stored at 80 ° C. for 7 days is 93% or more. The remaining rate of the electrolyte (1) can be calculated, for example, by storing the prepared electrolytic solution in a high temperature state and comparing the concentration of the electrolyte (1) before and after storage. The residual ratio of the electrolyte (1) is preferably 93% or more, more preferably 95% or more. In a more preferred form, the remaining rate of the electrolyte (1) in the nonaqueous electrolytic solution after being stored at 80 ° C. for 7 days in a fully charged state is 93% or more. As an evaluation in a fully charged state, for example, a battery prepared by using an electrolyte solution having a specific composition is subjected to a high-temperature storage test described later, and then the electrolyte solution is taken out. ) And the concentration can be calculated.

非水電解液中にカルボニル基及び/又はスルホニル基を有するイオン性化合物を含むことにより、電解質(1)の分解が抑制されるメカニズムに関しての詳細は不明であるが、本発明者らは下記のように考えている。例えば、電解質(1)がLiPFである場合、自己分解反応を起こし、PFを発生することが知られている。PF5はさらに水などと反応してHFを発生しながらPFO、PF等に分解していく。この過程において、PFに配位すると考えられるカルボニル基及び/又はスルホニル基を有する化合物が共存することにより、PFを安定化し、分解が進むのを抑制していると考えられる。 Although details regarding the mechanism by which the decomposition of the electrolyte (1) is suppressed by including an ionic compound having a carbonyl group and / or a sulfonyl group in the nonaqueous electrolytic solution are unclear, the present inventors have described the following. I think so. For example, when the electrolyte (1) is LiPF 6 , it is known to cause a self-decomposition reaction and generate PF 5 . PF5 further PF 3 O while react to generate HF and like water, will decompose PF 2 O 2 or the like. In this process, by a compound having a carbonyl group and / or a sulfonyl group is considered to coordinate to PF 5 coexist, to stabilize the PF 5, it is thought to inhibit the degradation proceed.

<正極>
正極は、正極活物質、導電助剤、結着剤および分散用溶媒などを含む正極活物質組成物が正極集電体に担持されているものであり、通常シート状である。
<Positive electrode>
The positive electrode is a sheet in which a positive electrode active material composition containing a positive electrode active material, a conductive additive, a binder, a dispersion solvent and the like is supported on a positive electrode current collector, and is usually in a sheet form.

正極の製造方法は、例えば、正極集電体に正極活物質組成物をドクターブレード法などで塗工したり、浸漬した後に、乾燥する方法;正極活物質組成物を混練成形し乾燥して得たシートを正極集電体に導電性接着剤を介して接合し、プレス、乾燥する方法;液状潤滑剤を添加した正極活物質組成物を正極集電体上に成形した後、液状潤滑剤を除去し、次いで一軸または多軸方向に延伸する方法などが挙げられる。   The method for producing the positive electrode is, for example, a method in which the positive electrode active material composition is applied to the positive electrode current collector by the doctor blade method or the like and then dried; the positive electrode active material composition is kneaded, molded and dried. A method of joining the sheet to the positive electrode current collector via a conductive adhesive, pressing and drying; forming a positive electrode active material composition to which a liquid lubricant has been added on the positive electrode current collector; The method of removing and then extending | stretching to a uniaxial or multiaxial direction etc. is mentioned.

正極集電体の材料としては特に限定されず、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、SUS、チタンなどの導電性金属を用いることができる。中でも、薄膜に加工しやすく、安価であるという観点から、アルミニウムが好ましい。   The material of the positive electrode current collector is not particularly limited, and for example, a conductive metal such as aluminum, an aluminum alloy, SUS, or titanium can be used. Among these, aluminum is preferable from the viewpoint of being easily processed into a thin film and being inexpensive.

導電助剤としては、アセチレンブラック、カーボンブラック、グラファイト、金属粉末材料、単相カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、気相法炭素繊維などが挙げられる。   Examples of the conductive assistant include acetylene black, carbon black, graphite, metal powder material, single-phase carbon nanotube, multi-walled carbon nanotube, and vapor grown carbon fiber.

結着剤としては、ポリビニリデンフロライド、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素系樹脂;スチレン−ブタジエンゴム、ニトリルブタジエンゴムなどの合成ゴム;ポリアミドイミドなどのポリアミド系樹脂;ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン系樹脂;ポリ(メタ)アクリル系樹脂;ポリアクリル酸;カルボキシメチルセルロースなどのセルロース系樹脂などが挙げられる。これらの結着剤は単独で使用してもよく、複数種を混合して使用してもよい。また、これらの結着剤は溶媒に溶けた状態であっても、溶媒に分散した状態であっても構わない。   As binders, fluorine resins such as polyvinylidene fluoride and polytetrafluoroethylene; synthetic rubbers such as styrene-butadiene rubber and nitrile butadiene rubber; polyamide resins such as polyamideimide; polyolefin resins such as polyethylene and polypropylene A poly (meth) acrylic resin; a polyacrylic acid; a cellulose resin such as carboxymethylcellulose; These binders may be used alone or in combination of two or more. These binders may be dissolved in a solvent or dispersed in a solvent.

導電助剤または結着剤の配合量は、電池の使用目的(出力重視、エネルギー重視など)、イオン伝導性などを考慮して適宜調整することができる。   The blending amount of the conductive auxiliary agent or the binder can be appropriately adjusted in consideration of the intended use of the battery (emphasis on output, importance on energy, etc.), ion conductivity, and the like.

正極を製造する際にして、正極材料の分散に用いられる溶媒としては、N−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、テトラヒドロフラン、アセトン、エタノール、酢酸エチル、水などが挙げられる。   Examples of the solvent used for dispersing the positive electrode material when producing the positive electrode include N-methylpyrrolidone, dimethylformamide, dimethylacetamide, methyl ethyl ketone, tetrahydrofuran, acetone, ethanol, ethyl acetate, and water.

<正極活物質>
本発明のリチウム二次電池においては、正極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵・放出可能であれば良く、従来公知のリチウム二次電池で使用される正極活物質を用いることができる。
<Positive electrode active material>
In the lithium secondary battery of the present invention, the positive electrode active material only needs to be able to occlude and release lithium ions, and a positive electrode active material used in a conventionally known lithium secondary battery can be used.

具体的には、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウム、LiNi1−x−yCoMn2やLiNi1−x−yCoAl(0≦x≦1、0≦y≦1)で表される三元系酸化物などの遷移金属酸化物、LiAPO(A=Fe、Mn、Ni、Co)などのオリビン構造を有する化合物、遷移金属を複数取り入れた固溶材料(電気化学的に不活性な層状のLiMnOと、電気化学的に活性な層状のLiMO(M=Co、Niなどの遷移金属)との固溶体)などを用いることができる。これらを単独で使用してもよく、複数組み合わせて使用してもよい。また、これらの正極活物質は、炭素などの導電性材料で被覆されていても良い。 Specifically, lithium cobalt acid, lithium nickel acid, lithium manganese acid, LiNi 1-x-y Co x Mn y O 2 or LiNi 1-x-y Co x Al y O 2 (0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1) transition metal oxides such as ternary oxides, compounds having an olivine structure such as LiAPO 4 (A = Fe, Mn, Ni, Co), and solid solutions incorporating a plurality of transition metals A material (a solid solution of an electrochemically inactive layered Li 2 MnO 3 and an electrochemically active layered LiMO (transition metals such as M = Co and Ni)) can be used. These may be used alone or in combination. Moreover, these positive electrode active materials may be coat | covered with electroconductive materials, such as carbon.

<負極>
負極は、負極活物質、分散用溶媒、結着剤および必要に応じて導電助剤などを含む負極活物質組成物が負極集電体に担持されているものであり、通常シート状である。
<Negative electrode>
The negative electrode is a sheet in which a negative electrode active material composition containing a negative electrode active material, a dispersion solvent, a binder, and a conductive auxiliary agent as necessary is supported on a negative electrode current collector, and is usually in the form of a sheet.

負極集電体の材料としては、銅、鉄、ニッケル、銀、ステンレス鋼SUS(SUSステンレス鋼)などの導電性金属を用いることができるが、薄膜に加工しやすいという観点から、銅が好ましい。   As a material of the negative electrode current collector, a conductive metal such as copper, iron, nickel, silver, and stainless steel SUS (SUS stainless steel) can be used. However, copper is preferable from the viewpoint of easy processing into a thin film.

負極活物質としては、従来公知のリチウム二次電池で使用される負極活物質を用いることができ、リチウムイオンを吸蔵・放出可能なものであればよい。具体的には、人造黒鉛、天然黒鉛などの黒鉛材料、石炭・石油ピッチから作られるメソフェーズ焼成体、難黒鉛化性炭素などの炭素材料、Si、Si合金、SiO等などのシリコンSi系負極材料、Sn合金等などのSn系負極材料、リチウム金属、リチウム−アルミニウム合金などのリチウム合金を用いることができる。   As a negative electrode active material, the negative electrode active material used with a conventionally well-known lithium secondary battery can be used, What is necessary is just what can occlude / release lithium ion. Specifically, graphite materials such as artificial graphite and natural graphite, mesophase fired bodies made from coal / petroleum pitch, carbon materials such as non-graphitizable carbon, silicon Si-based negative electrode materials such as Si, Si alloy, and SiO Sn-based negative electrode materials such as Sn alloy, and lithium alloys such as lithium metal and lithium-aluminum alloy can be used.

なお、負極の製造方法は正極の製造方法と同様の方法を採用することができる。負極に使用し得る導電助剤、結着剤、材料分散用の溶媒は、正極で用いられるものと同様のものを用いることができる。
<セパレータ>
セパレータは正負極を隔てるように配置されるものである。セパレータとしては、特に制限されるべきものではなく、従来公知のものを用いることができる。例えば、非水電解液を吸収・保持するポリマーからなる多孔性シート(例えば、ポリオレフィン系微多孔質セパレータやセルロース系セパレータなど)、不織布セパレータ、多孔質金属体などが挙げられる。中でも、有機溶媒に対して化学的に安定であるという性質を持つポリオレフィン系微多孔質セパレータが好適である。
In addition, the manufacturing method of a negative electrode can employ | adopt the method similar to the manufacturing method of a positive electrode. As the conductive auxiliary agent, binder, and material dispersion solvent that can be used for the negative electrode, the same ones as those used for the positive electrode can be used.
<Separator>
The separator is disposed so as to separate the positive and negative electrodes. The separator is not particularly limited, and a conventionally known separator can be used. For example, a porous sheet (for example, a polyolefin-based microporous separator or a cellulose-based separator) made of a polymer that absorbs and retains a nonaqueous electrolytic solution, a nonwoven fabric separator, a porous metal body, and the like can be given. Among these, a polyolefin microporous separator having a property of being chemically stable with respect to an organic solvent is preferable.

上記多孔性シートの材質は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリプロピレン/ポリエチレン/ポリプロピレンの3層構造を有する積層体などが挙げられる。   Examples of the material for the porous sheet include polyethylene, polypropylene, and a laminate having a three-layer structure of polypropylene / polyethylene / polypropylene.

上記不織布セパレータの材質は、例えば、綿、レーヨン、アセテート、ナイロン、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリイミド、アラミド、ガラスなどが挙げられ、非水電解液層に要求される機械強度などに応じて単独または混合して用いる。   Examples of the material of the nonwoven fabric separator include cotton, rayon, acetate, nylon, polyester, polypropylene, polyethylene, polyimide, aramid, glass, and the like, depending on the mechanical strength required for the nonaqueous electrolyte layer or the like. Used by mixing.

<非水電解液>
[電解質(1)]
電解質(1)とは、本発明のリチウム二次電池の非水電解液中で主たる電解質として機能する物質である。本発明は、電解質(1)に加えて、化合物(2)を使用するところに要旨を有するものであるので、電解質(1)については特に限定されず、各種蓄電デバイスの電解液において電解質として用いられる従来公知の電解質はいずれも使用することができる。電解質(1)としては、電解液中での解離定数が大きく、また、後述する溶媒と溶媒和し難いアニオンを生成するものが好ましい。具体的には、LiPF、LiClO、LiBF、LiAsF、LiSbF、LiAlO、LiAlCl、LiCl及びLiIなどが挙げられ、これらの群から選択される1種以上の化合物等が本発明に係る電解質(1)として用いられる。これらの中でも、LiPF、LiBFが好ましく、より好ましくはLiPFである。上記電解質(1)は、単独で又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。
<Non-aqueous electrolyte>
[Electrolyte (1)]
The electrolyte (1) is a substance that functions as a main electrolyte in the nonaqueous electrolytic solution of the lithium secondary battery of the present invention. Since the present invention has a gist in that the compound (2) is used in addition to the electrolyte (1), the electrolyte (1) is not particularly limited, and is used as an electrolyte in electrolytes of various power storage devices. Any conventionally known electrolyte can be used. The electrolyte (1) is preferably one that has a large dissociation constant in the electrolyte and generates an anion that is difficult to solvate with the solvent described below. Specific examples include LiPF 6 , LiClO 4 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiSbF 6 , LiAlO 4 , LiAlCl 4 , LiCl, and LiI. One or more compounds selected from these groups, and the like are included in the present invention. It is used as the electrolyte (1) according to the above. Among these, LiPF 6 and LiBF 4 are preferable, and LiPF 6 is more preferable. The electrolyte (1) may be used alone or in combination of two or more.

また、非水電解液中の電解質(1)の濃度は0.1mol/L以上、飽和濃度以下である事が好ましい。より好ましくは0.1mol/L〜2.5mol/Lであり、さらに好ましくは0.3mol/L〜2mol/L、さらに好ましくは0.4mol/L〜1.5mol/L、であり、最も好ましくは0.5mol/L〜1.2mol/Lである。電解質(1)の濃度が高すぎると非水電解液の粘度が高くなり伝導度が低下し電池性能が充分に発揮できない恐れがある。   Moreover, it is preferable that the density | concentration of the electrolyte (1) in a non-aqueous electrolyte is 0.1 mol / L or more and below a saturation concentration. More preferably, it is 0.1 mol / L to 2.5 mol / L, more preferably 0.3 mol / L to 2 mol / L, still more preferably 0.4 mol / L to 1.5 mol / L, and most preferably Is 0.5 mol / L to 1.2 mol / L. If the concentration of the electrolyte (1) is too high, the viscosity of the non-aqueous electrolyte solution becomes high, the conductivity is lowered, and the battery performance may not be sufficiently exhibited.

電解質(1)の非水電解液中に占める電解質の割合としては、本発明の非水電解液に含まれる電解質の総量中30mol%以上であるのが好ましい。より好ましくは50mol%以上である。また上限としては99mol%以下であればよい。   The proportion of the electrolyte (1) in the nonaqueous electrolytic solution is preferably 30 mol% or more in the total amount of the electrolyte contained in the nonaqueous electrolytic solution of the present invention. More preferably, it is 50 mol% or more. The upper limit may be 99 mol% or less.

[カルボニル基及び/又はスルホニル基を有するイオン性化合物]
本発明の非水電解液はカルボニル基及び/又はスルホニル基を有するイオン性化合物を含む。電解質(1)と同様、カルボニル基及び/又はスルホニル基を有するイオン性化合物も電解液中においてアニオンとカチオンを解離するため、電荷のキャリアの供給源ともなり得るものである。本発明者らは、電解質(1)に対して特定量のカルボニル基及び/又はスルホニル基を有するイオン性化合物を使用することにより、電荷のキャリアとしての機能以外に、後述するように電極上の被膜に作用し、さらに前述したようにPFを安定化し、分解を抑制するため、満充電状態で保存する際に電解質(1)を分解しにくくすることを見出した。さらに、カルボニル基及び/又はスルホニル基を有するイオン性化合物を含むことにより、上述したとおり、電解質(1)の分解を抑制し、高温保存にも耐える電池とすることができる。カルボニル基及び/又はスルホニル基を有するイオン性化合物としては、化合物中の一部にカルボニル基及び/又はスルホニル基を有していれば良く特に限定されないが、環状構造を持つホウ酸リチウム、ホウ酸リチウム、環状構造を持つリン酸リチウム、後述する一般式(2)で表される化合物(2)等が挙げられる。中でも、一般式(2)で表される化合物(2)が、PFを安定化する性能が高い為に好ましい。
[Ionic compound having carbonyl group and / or sulfonyl group]
The nonaqueous electrolytic solution of the present invention contains an ionic compound having a carbonyl group and / or a sulfonyl group. Similar to the electrolyte (1), an ionic compound having a carbonyl group and / or a sulfonyl group dissociates an anion and a cation in the electrolytic solution, and thus can serve as a source of charge carriers. By using an ionic compound having a specific amount of a carbonyl group and / or a sulfonyl group with respect to the electrolyte (1), the present inventors have a function on the electrode as described later in addition to the function as a charge carrier. It has been found that the electrolyte (1) is hardly decomposed when stored in a fully charged state in order to act on the coating and further stabilize PF 5 and suppress decomposition as described above. Furthermore, by including an ionic compound having a carbonyl group and / or a sulfonyl group, as described above, it is possible to suppress the decomposition of the electrolyte (1) and to make a battery that can withstand high-temperature storage. The ionic compound having a carbonyl group and / or a sulfonyl group is not particularly limited as long as it has a carbonyl group and / or a sulfonyl group in a part of the compound, but lithium borate having a cyclic structure, boric acid Examples thereof include lithium, lithium phosphate having a cyclic structure, and a compound (2) represented by the general formula (2) described later. Among them, the compound represented by the general formula (2) (2) is preferred because a high capacity to stabilize the PF 5.

環状構造を持つホウ酸リチウムとしては、ジフルオロ(オキサラト)ホウ酸リチウム、テトラフルオロ(オキサラト)リン酸リチウム、ビス(オキサラト)ホウ酸リチウム、(2,2−ジフルオロマロナトオキサラト−O,O’)ホウ酸リチウム、[ビス(3,3,3−トリフルオロメチル)グリコラトオキサラト−O,O’]ホウ酸リチウム、(2−トリフルオロメチルプロピオナトオキサラト−O,O’)ホウ酸リチウム、(3,3,3−トリフルオロメチルプロピオナトオキサラト−O,O’)ホウ酸リチウム、フルオロトリフルオロメチル[オキサラト−O,O’]ホウ酸リチウム、フルオロペンタフルオロメチル[オキサラト−O,O’]ホウ酸リチウム、フルオロトリフルオロメチル[マロナート−O,O’]ホウ酸リチウム、フルオロトリフルオロメチル[ジフルオロマロナート−O,O’]ホウ酸リチウム、フルオロトリフルオロメチル[3,3,3−トリフルオロ−2−オキシド−2−トリフルオロメチルプロピナート(2−)−O,O’]ホウ酸リチウム、フルオロトリフルオロメチル[メチレンジスルホナート−O,O’]ホウ酸リチウム、フルオロトリフルオロメチル[スルホアセテート−O,O’]ホウ酸リチウム等が挙げられる。   As lithium borate having a cyclic structure, lithium difluoro (oxalato) borate, lithium tetrafluoro (oxalato) phosphate, lithium bis (oxalato) borate, (2,2-difluoromalonatooxalato-O, O ′ ) Lithium borate, [bis (3,3,3-trifluoromethyl) glycolatooxalato-O, O ′] lithium borate, (2-trifluoromethylpropionatooxalato-O, O ′) boric acid Lithium, (3,3,3-trifluoromethylpropionatooxalato-O, O ') lithium borate, fluorotrifluoromethyl [oxalato-O, O'] lithium borate, fluoropentafluoromethyl [oxalato-O , O ′] lithium borate, fluorotrifluoromethyl [malonate-O, O ′] lithium borate, fluoro Lifluoromethyl [difluoromalonate-O, O ′] lithium borate, fluorotrifluoromethyl [3,3,3-trifluoro-2-oxide-2-trifluoromethylpropinate (2-)-O, O '] Lithium borate, fluorotrifluoromethyl [methylene disulfonate-O, O'] lithium borate, fluorotrifluoromethyl [sulfoacetate-O, O '] lithium borate and the like.

ホウ酸リチウム化合物としては、テトラキス(トリフルオロアセテート)ホウ酸リチウム、テトラキス(ジフルオロアセテート)ホウ酸リチウム、テトラキス(フルオロアセテート)ホウ酸リチウム、テトラキス(クロロジフルオロアセテート)ホウ酸リチウム、テトラキス(トリクロロアセテート)ホウ酸リチウム、テトラキス(ジクロロアセテート)ホウ酸リチウム、テトラキス(ペンタフルオロプロパノエート)ホウ酸リチウム、テトラキス(3−クロロテトラフルオロプロパノエート)ホウ酸リチウム、テトラキス(ヘプタフルオロブタノエート)ホウ酸リチウム、テトラキス(2,2−ビス−トリフルオロメチルブタノエート)ホウ酸リチウム等が挙げられる。   Lithium borate compounds include tetrakis (trifluoroacetate) lithium borate, tetrakis (difluoroacetate) lithium borate, tetrakis (fluoroacetate) lithium borate, tetrakis (chlorodifluoroacetate) lithium borate, tetrakis (trichloroacetate) Lithium borate, tetrakis (dichloroacetate) lithium borate, tetrakis (pentafluoropropanoate) lithium borate, tetrakis (3-chlorotetrafluoropropanoate) lithium borate, tetrakis (heptafluorobutanoate) boric acid Examples include lithium and tetrakis (2,2-bis-trifluoromethylbutanoate) lithium borate.

環状構造を有するリン酸リチウムとしては、フルオロトリスペンタフルオロエチル[オキサラト−O,O’]リン酸リチウム、フルオロトリスペンタフルオロエチル[マロナート−O,O’]リン酸リチウム、フルオロトリスペンタフルオロエチル[ジフルオロマロナート−O,O’]リン酸リチウム等が挙げられる。   Examples of the lithium phosphate having a cyclic structure include fluorotrispentafluoroethyl [oxalato-O, O ′] lithium phosphate, fluorotrispentafluoroethyl [malonate-O, O ′] lithium phosphate, fluorotrispentafluoroethyl [ And difluoromalonate-O, O ′] lithium phosphate.

[化合物(2)]
本発明の化合物(2)は一般式(2);(XSO)(X’SO)NLiで表される化合物(2)である。
上記一般式(2)中、X、X’は、フッ素原子、炭素数1〜6のアルキル基又は炭素数1〜6のフルオロアルキル基を表し、X、X’の少なくとも一方はフッ素原子である。炭素数1〜6アルキル基としては、直鎖状のアルキル基であるのが好ましく、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基が挙げられる。炭素数1〜6のフルオロアルキル基としては、上記アルキル基が有する水素原子の一部又は全部がフッ素原子で置換されたものが挙げられ、例えば、フルオロメチル基、ジフルオロメチル基、トリフルオロメチル基、フルオロエチル基、ジフルオロエチル基、トリフルオロエチル基、ペンタフルオロエチル基等が挙げられる。上記アルキル基又はフルオロアルキル基の中でも、フッ素原子、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基が好ましい。好ましい化合物(2)としては、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド、リチウム(フルオロスルホニル)(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、リチウム(フルオロスルホニル)(メチルスルホニル)イミド、リチウム(フルオロスルホニル)(ペンタフルオロエチルスルホニル)イミド、リチウム(フルオロスルホニル)(エチルスルホニル)イミドが挙げられ、より好ましくはリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド、リチウム(フルオロスルホニル)(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、リチウム(フルオロスルホニル)(ペンタフルオロエチルスルホニル)イミドであり、更に好ましくはリチウムビス(フルオロスルホニル)イミドである。
[Compound (2)]
The compound (2) of the present invention is a compound (2) represented by the general formula (2); (XSO 2 ) (X′SO 2 ) N Li + .
In the general formula (2), X and X ′ represent a fluorine atom, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms or a fluoroalkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and at least one of X and X ′ is a fluorine atom. . The alkyl group having 1 to 6 carbon atoms is preferably a linear alkyl group, and examples thereof include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, a butyl group, a pentyl group, and a hexyl group. Examples of the fluoroalkyl group having 1 to 6 carbon atoms include those in which some or all of the hydrogen atoms of the alkyl group are substituted with fluorine atoms, such as a fluoromethyl group, a difluoromethyl group, and a trifluoromethyl group. , Fluoroethyl group, difluoroethyl group, trifluoroethyl group, pentafluoroethyl group and the like. Among the alkyl groups or fluoroalkyl groups, a fluorine atom, a trifluoromethyl group, and a pentafluoroethyl group are preferable. Preferred compounds (2) include lithium bis (fluorosulfonyl) imide, lithium (fluorosulfonyl) (trifluoromethylsulfonyl) imide, lithium (fluorosulfonyl) (methylsulfonyl) imide, lithium (fluorosulfonyl) (pentafluoroethylsulfonyl) ) Imide, lithium (fluorosulfonyl) (ethylsulfonyl) imide, and more preferably lithium bis (fluorosulfonyl) imide, lithium (fluorosulfonyl) (trifluoromethylsulfonyl) imide, lithium (fluorosulfonyl) (pentafluoroethyl) Sulfonyl) imide, more preferably lithium bis (fluorosulfonyl) imide.

本発明の非水電解液中の化合物(2)の濃度は、0.01mol/L〜2.0mol/Lの範囲であることが好ましく、より好ましくは0.05mol/L〜1.0mol/L、さらに好ましくは0.1mol/L〜0.5mol/Lである。化合物(2)の濃度が0.01mol/L以下である場合は、電極上の被膜への作用ならびにPFの安定化が充分でなく、所望の電池性能が得られない恐れがある。化合物(2)の濃度が2.0mol/L以上である場合は非水電解液の粘度が高くなり伝導度が低下し電池性能が充分に発揮できない恐れがある。 The concentration of the compound (2) in the nonaqueous electrolytic solution of the present invention is preferably in the range of 0.01 mol / L to 2.0 mol / L, more preferably 0.05 mol / L to 1.0 mol / L. More preferably, it is 0.1 mol / L to 0.5 mol / L. When the concentration of the compound (2) is 0.01 mol / L or less, the effect on the film on the electrode and the stabilization of PF 5 are not sufficient, and the desired battery performance may not be obtained. When the concentration of the compound (2) is 2.0 mol / L or more, the viscosity of the nonaqueous electrolytic solution is increased, the conductivity is lowered, and the battery performance may not be sufficiently exhibited.

本発明の非水電解液中における化合物(2)の配合量は、上記電解質(1)と化合物(2)の合計を100mol%としたときに化合物(2)が50mol%以下、0.1mol%以上であることが好ましい。より好ましくは0.5mol%以上、30mol%以下であり、さらに好ましくは1mol%以上、20mol%以下である。化合物(2)の配合量が少なすぎると、PFの安定化、電極上の被膜への作用が充分でなく、所望の電池性能が得られない恐れがある。
化合物(2)は、市販品を使用してもよく、また、従来公知の方法により合成した物を用いてもよい。
The compounding amount of the compound (2) in the nonaqueous electrolytic solution of the present invention is such that the compound (2) is 50 mol% or less and 0.1 mol% when the total of the electrolyte (1) and the compound (2) is 100 mol%. The above is preferable. More preferably, they are 0.5 mol% or more and 30 mol% or less, More preferably, they are 1 mol% or more and 20 mol% or less. If the compounding amount of the compound (2) is too small, the stabilization of PF 5 and the effect on the coating on the electrode are not sufficient, and the desired battery performance may not be obtained.
As compound (2), a commercially available product may be used, or a compound synthesized by a conventionally known method may be used.

[溶媒]
本発明の非水電解液において、上記電解質類を溶解させる溶媒としては、従来、非水電解液に使用されている種々の非水溶媒を使用することができる。例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、クロロエチレンカーボネートなどの環状カーボネート類;ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネートなどの鎖状カーボネート類;テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、1,1−ジメトキシエタン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、1,2−ジブトキシエタンなどのエーテル類;γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、α−メチル−γ−ブチロラクトンなどのラクトン類;プロピオン酸メチルや酪酸メチルなどの鎖状カルボン酸エステル類などを使用することができる。これらの非水溶媒の中でも環状カーボネート類、鎖状カーボネート類等のカーボネート系溶媒は、電圧印加時に分解しにくく安定であるため好ましく使用できる。なお、上記非水溶媒は単独で使用してもよく、2種以上を混合して使用してもよい。
[solvent]
In the non-aqueous electrolyte of the present invention, various non-aqueous solvents conventionally used in non-aqueous electrolytes can be used as the solvent for dissolving the electrolytes. For example, cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, and chloroethylene carbonate; chain carbonates such as dimethyl carbonate, ethylmethyl carbonate, and diethyl carbonate; tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4-dioxane, 1 Ethers such as 1,2-dimethoxyethane, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, 1,2-dibutoxyethane; γ-butyrolactone, γ-valerolactone, α-methyl-γ-butyrolactone, etc. Lactones of the above; chain carboxylic acid esters such as methyl propionate and methyl butyrate can be used. Among these non-aqueous solvents, carbonate solvents such as cyclic carbonates and chain carbonates are preferably used because they are difficult to decompose upon application of voltage and are stable. In addition, the said non-aqueous solvent may be used independently and may mix and use 2 or more types.

[添加剤]
本発明のリチウム二次電池の非水電解液にはサイクル特性の改善や安全性の向上のため、電解質(1)、化合物(2)、溶媒以外に添加剤を含んでいても良い。添加剤としては、ビニレンカーボネート(VC)、ビニルエチレンカーボネート(VEC)、メチルビニレンカーボネート(MVC)、エチルビニレンカーボネート(EVC)などの不飽和結合を有する環状カーボネート化合物;フルオロエチレンカーボネート、トリフルオロプロピレンカーボネート、フェニルエチレンカーボネート及びエリスリタンカーボネート等のカーボネート化合物;無水コハク酸、無水グルタル酸、無水マレイン酸、無水シトラコン酸、無水グルタコン酸、無水イタコン酸、無水ジグリコール酸、シクロヘキサンジカルボン酸無水物、シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物、フェニルコハク酸無水物等のカルボン酸無水物;エチレンサルファイト、1,3−プロパンスルトン、1,4−ブタンスルトン、メタンスルホン酸メチル、ブサルファン、スルホラン、スルホレン、ジメチルスルホン、テトラメチルチウラムモノスルフィド等の含硫黄化合物;1−メチル−2−ピロリジノン、1−メチル−2−ピペリドン、3−メチル−2−オキサゾリジノン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、N−メチルスクシイミド等の含窒素化合物;モノフルオロリン酸塩、ジフルオロリン酸塩などのリン酸塩;ヘプタン、オクタン、シクロヘプタン等の炭化水素化合物などがあげられる。非水電解液にこれらの添加剤を用いる場合、その濃度としては0.1重量%〜5重量%であることが好ましい。
[Additive]
The non-aqueous electrolyte of the lithium secondary battery of the present invention may contain additives in addition to the electrolyte (1), the compound (2) and the solvent in order to improve cycle characteristics and safety. As additives, cyclic carbonate compounds having an unsaturated bond such as vinylene carbonate (VC), vinyl ethylene carbonate (VEC), methyl vinylene carbonate (MVC), ethyl vinylene carbonate (EVC); fluoroethylene carbonate, trifluoropropylene carbonate Carbonate compounds such as phenylethylene carbonate and erythritan carbonate; succinic anhydride, glutaric anhydride, maleic anhydride, citraconic anhydride, glutaconic anhydride, itaconic anhydride, diglycolic anhydride, cyclohexanedicarboxylic anhydride, cyclopentane Carboxylic anhydrides such as tetracarboxylic dianhydride and phenyl succinic anhydride; ethylene sulfite, 1,3-propane sultone, 1,4-butane sultone, methane Sulfur-containing compounds such as methyl sulfonate, busulfan, sulfolane, sulfolene, dimethyl sulfone, tetramethylthiuram monosulfide; 1-methyl-2-pyrrolidinone, 1-methyl-2-piperidone, 3-methyl-2-oxazolidinone, 1, Nitrogen-containing compounds such as 3-dimethyl-2-imidazolidinone and N-methylsuccinimide; phosphates such as monofluorophosphate and difluorophosphate; hydrocarbon compounds such as heptane, octane and cycloheptane Can be given. When these additives are used in the non-aqueous electrolyte, the concentration is preferably 0.1% by weight to 5% by weight.

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited by the following examples, but may be appropriately modified within a range that can meet the purpose described above and below. Of course, it is possible to implement them, and they are all included in the technical scope of the present invention.

電解液調整例1
電解質(1)としてヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF、キシダ化学株式会社製、LBGグレード)1.52g(10mmol)、化合物(2)としてリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiFSI)0.38g(2mmol)を10mLのメスフラスコに測り取り、エチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)(いずれも、キシダ化学株式会社製、LBGグレード)の体積比が3/7(EC/EMC)である混合溶媒でメスアップして電解液を調製し、これを電解液1とした。
Electrolyte adjustment example 1
Electrolyte (1) lithium hexafluorophosphate as (LiPF 6, manufactured by Kishida Chemical Co., LBG grade) 1.52 g (10 mmol), lithium bis (fluorosulfonyl) as the compound (2) imide (LiFSI) 0.38 g (2 mmol ) Was measured in a 10 mL volumetric flask, and the volume ratio of ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC) (both manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd., LBG grade) was 3/7 (EC / EMC). An electrolyte was prepared by measuring the volume with a solvent, and this was designated as electrolyte 1.

電解液調整例2
電解質(1)としてヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF、キシダ化学株式会社製、LBGグレード)1.82g(12mmol)を用いた事以外は電解液調整例1と同様にして電解液を調整し、これを電解液2とした。
Electrolyte adjustment example 2
An electrolyte solution was prepared in the same manner as in the electrolyte solution adjustment example 1 except that 1.82 g (12 mmol) of lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 , LBG grade, manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) was used as the electrolyte (1). Was used as electrolytic solution 2.

<電池作成>
正極活物質層の面積が12cm(3×4cm)の市販の正極シート(活物質:コバルト酸リチウム、3mAh/cm)1枚と、負極活物質層の面積が13.44cm(3.2×4.2cm)の市販の負極シート(活物質:グラファイト、3.2mAh/cm)1枚とを対向するように積層し、その間に1枚のポリオレフィン系セパレータを挟んだ。2枚のアルミニウムラミネートフィルムで正、負極のシートを挟み込み、アルミニウムラミネートフィルム内を電解液で満たし、真空状態で密閉した。
<Battery creation>
One commercially available positive electrode sheet (active material: lithium cobaltate, 3 mAh / cm 2 ) having an area of the positive electrode active material layer of 12 cm 2 (3 × 4 cm) and an area of the negative electrode active material layer of 13.44 cm 2 (3. 2 × 4.2 cm) of a commercially available negative electrode sheet (active material: graphite, 3.2 mAh / cm 2 ) was laminated so as to face each other, and one polyolefin separator was sandwiched therebetween. The positive and negative electrode sheets were sandwiched between two aluminum laminate films, and the aluminum laminate film was filled with an electrolytic solution and sealed in a vacuum state.

充放電試験装置(ACD−01、アスカ電子株式会社製)を使用して、30℃で充放電速度0.2C(定電流モード)、3.5V〜4.2Vで1度充放電を行った後、ラミネートセルを開封してから、再度真空状態で密閉した。同条件で充放電を5回繰り返してラミネート型リチウム電池を完成させた。
実験例1
電解液1を用いてラミネート型リチウムイオン電池を二個作成し、そのうちの片方に高温保存試験を行った。それぞれの電池を、下記の通り処理し、19F−NMRの測定を行った。
実験例2
電解液2を用いた以外は実施例1と同様の操作を行い、高温保存試験と、19F−NMRの測定を行った。
Using a charge / discharge test apparatus (ACD-01, manufactured by Asuka Electronics Co., Ltd.), charge / discharge was performed once at 30 ° C. at a charge / discharge rate of 0.2 C (constant current mode) and 3.5 V to 4.2 V Thereafter, the laminate cell was opened and then sealed again in a vacuum state. Under the same conditions, charging / discharging was repeated 5 times to complete a laminated lithium battery.
Example 1
Two laminated lithium ion batteries were prepared using the electrolytic solution 1, and one of them was subjected to a high-temperature storage test. Each battery was processed as follows and measured for 19 F-NMR.
Experimental example 2
The same operation as in Example 1 was performed except that the electrolytic solution 2 was used, and a high-temperature storage test and 19 F-NMR measurement were performed.

<高温保存試験>
作成したラミネート型リチウム電池を、30℃で充放電速度0.2C(定電流モード)で充放電を行った。このときの放電容量を初期放電容量(A)とする。ラミネート型リチウム電池を、30℃で充放電速度0.2C(定電流モード)で4.2Vまで充電を行い、80℃で1週間保管を行った。その後、30℃で0.2Cで放電を行った。このときの放電容量を高温保管後の放電容量(B)とする。高温保管前後での容量維持率を以下の式により算出し、結果を表1に示した。
容量維持率=高温保管後の放電容量(B)/初期放電容量(A)×100
<High temperature storage test>
The laminate type lithium battery thus prepared was charged and discharged at 30 ° C. at a charge / discharge rate of 0.2 C (constant current mode). The discharge capacity at this time is defined as the initial discharge capacity (A). The laminated lithium battery was charged to 4.2 V at 30 ° C. at a charge / discharge rate of 0.2 C (constant current mode), and stored at 80 ° C. for 1 week. Then, discharge was performed at 30 ° C. and 0.2C. Let the discharge capacity at this time be the discharge capacity (B) after high-temperature storage. The capacity retention rate before and after high temperature storage was calculated by the following formula, and the results are shown in Table 1.
Capacity retention rate = discharge capacity after high temperature storage (B) / initial discharge capacity (A) × 100

Figure 2013145731
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<残存率評価>
LiPFの残存率の評価を、下記の通り行った。
まず、電解液1を、ジフルオロアニソールを内部標準として添加した重水素化メタノールで希釈し、19F−NMR測定を行った。ジフルオロアニソールの120.6ppmを基準としてLiPF、LiPF、LiFSIの濃度を算出したところ、下記の表2のようになった。
<Remaining rate evaluation>
The residual ratio of LiPF 6 was evaluated as follows.
First, the electrolytic solution 1 was diluted with deuterated methanol to which difluoroanisole was added as an internal standard, and 19 F-NMR measurement was performed. When the concentrations of LiPF 6 , LiPF 2 O 2 and LiFSI were calculated based on 120.6 ppm of difluoroanisole, the results were as shown in Table 2 below.

Figure 2013145731
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19F−NMR測定条件]
装置名 :ECA400 (日本電子製)
測定核:19
観測周波数:376MHz
溶媒:重水素化メタノール
内部標準 :2,4−ジフルオロアニソール(DFA)
NMRの帰属は以下のようにした。
LiPF・・・71.4ppm、73.3ppm
LiPF・・・81.2ppm、83.74ppm
ジフルオロアニソール・・・120.6ppm、130.3ppm
LiFSI・・・52.8ppm
仕込みの濃度がLiPFが1.0mol/L、LiFSIが0.2mol/Lであることから、LiPFの換算係数を1/0.905=1.105、LiFSIの換算係数を0.2/0.138=1.449とした。19F−NMR測定による濃度の算出は、19F−NMR測定から算出された濃度(mol/kg)に上記の換算係数を乗することにより算出した。
[ 19 F-NMR measurement conditions]
Device name: ECA400 (manufactured by JEOL)
Measurement nucleus: 19 F
Observation frequency: 376 MHz
Solvent: Deuterated methanol Internal standard: 2,4-Difluoroanisole (DFA)
The assignment of NMR was as follows.
LiPF 6 ... 71.4ppm, 73.3ppm
LiPF 2 O 2 ... 81.2 ppm, 83.74 ppm
Difluoroanisole ... 120.6ppm, 130.3ppm
LiFSI ... 52.8ppm
Since the concentration of preparation was 1.0 mol / L for LiPF 6 and 0.2 mol / L for LiFSI, the conversion factor for LiPF 6 was 1 / 0.905 = 1.105, and the conversion factor for LiFSI was 0.2 / 0.138 = 1.449. The concentration calculated by 19 F-NMR measurement was calculated by multiplying the concentration (mol / kg) calculated from 19 F-NMR measurement by the above conversion factor.

不活性ガス(Ar)雰囲気のグローブボックス内で、ラミネートセルの角を切り各電池の電解液を回収した。回収した電解液約60mgを重水素化メタノール(約0.6mL))に溶解させ、上記の測定条件で19F−NMR測定を行い、残存率を算出した。結果を表3に示す。 In a glove box in an inert gas (Ar) atmosphere, the corners of the laminate cell were cut and the electrolyte solution of each battery was collected. About 60 mg of the recovered electrolyte solution was dissolved in deuterated methanol (about 0.6 mL), 19 F-NMR measurement was performed under the above measurement conditions, and the residual rate was calculated. The results are shown in Table 3.

Figure 2013145731
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表3の結果から、LiPFのみを電解質として用いた実験例2と比較して、LiFSIを併用した実験例1では、高温保存試験前後でLiPFの濃度の低下が抑えられていることがわかる。また、LiPFの分解により生成するLiPFの生成もLiFSIが共存しているほうが約半分に抑えられていることが判明した。また、表1に示したように、LiFSIとLiPFを併用した実験例1の方が高温保存後の容量維持率が良いことがわかる。これは、上記のように、LiFSIがLiPFと共存することによってLiPFの分解が抑制されているためであると考えられる。 From the results shown in Table 3, it can be seen that, compared with Experimental Example 2 using only LiPF 6 as the electrolyte, in Experimental Example 1 in which LiFSI is used together, the decrease in the concentration of LiPF 6 is suppressed before and after the high-temperature storage test. . It has also been found that the production of LiPF 2 O 2 produced by the decomposition of LiPF 6 is suppressed to about half when LiFSI coexists. Moreover, as shown in Table 1, it can be seen that Experimental Example 1 in which LiFSI and LiPF 6 are used together has a better capacity retention rate after high-temperature storage. This is considered to be because the decomposition of LiPF 6 is suppressed when LiFSI coexists with LiPF 6 as described above.

本発明の電解液では、LiFSIが共存することにより主たる電解質であるLiPFの分解を抑制することが判明した。一般的に、LiPFは分解すると電池内の微量の水と反応しフッ化水素を発生することが知られている。強酸であるフッ化水素は、正極または負極の活物質を劣化し、性能を低下させると考えられ、酸に弱いマンガン系複合酸化物を正極に用いた電池ではその傾向は顕著になると予測される。さらにはフッ化水素は集電体であるアルミニウム箔をも腐食し、性能を低下させる。本発明の電解液の構成を採用することにより、電池性能の劣化を防止し、安定的に駆動する電池を供給することが出来る。また、LiFSIによるLiPFの分解抑制機能は、電池内に組み込まれ、充放電状態にある電解液には限定されず、電池に組み込まれる前の電解液であっても同様の作用を発現すると考えられる。 In the electrolyte solution of the present invention, it has been found that the LiFSI coexists to suppress decomposition of LiPF 6 which is the main electrolyte. Generally, it is known that when LiPF 6 is decomposed, it reacts with a small amount of water in the battery to generate hydrogen fluoride. Hydrogen fluoride, which is a strong acid, is thought to degrade the active material of the positive electrode or negative electrode and reduce performance, and this tendency is expected to be significant in batteries using manganese-based composite oxides that are weak against acids. . Furthermore, hydrogen fluoride also corrodes the aluminum foil which is a current collector, and deteriorates the performance. By adopting the configuration of the electrolytic solution of the present invention, it is possible to supply a battery that can be stably driven while preventing deterioration of battery performance. Moreover, the decomposition suppression function of LiPF 6 by LiFSI is not limited to the electrolyte solution that is incorporated in the battery and is in a charge / discharge state, and it is considered that the same effect is exhibited even in the electrolyte solution before being incorporated in the battery. It is done.

上記の通り、LiFSIを非水電解液に含むことにより、満充電、高温保存という厳しい環境において、主たる電解質の分解抑制剤として機能していることが判明した。これにより、当該化合物を用いることにより、電解質の濃度低下による電池の容量低下などを防止し、高温で長期に安定的に駆動する電池を提供することが出来る。   As described above, it has been found that inclusion of LiFSI in the nonaqueous electrolytic solution functions as a main electrolyte decomposition inhibitor in a severe environment of full charge and high temperature storage. Accordingly, by using the compound, it is possible to prevent a decrease in battery capacity due to a decrease in electrolyte concentration, and to provide a battery that can be stably driven at a high temperature for a long time.

Claims (5)

リチウムイオンを吸蔵・放出可能な正極活物質を含有する正極、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な負極活物質を含有する負極、非水電解液を備えたリチウム二次電池であって、
上記非水電解液は、電解質(1)、カルボニル基及び/又はスルホニル基を有するイオン性化合物、及び溶媒を含み、
80℃で7日間保存した後の非水電解液中の電解質(1)の残存率が93%以上であることを特徴とするリチウム二次電池。
A positive electrode containing a positive electrode active material capable of occluding and releasing lithium ions, a negative electrode containing a negative electrode active material capable of occluding and releasing lithium ions, and a lithium secondary battery comprising a non-aqueous electrolyte,
The non-aqueous electrolyte includes an electrolyte (1), an ionic compound having a carbonyl group and / or a sulfonyl group, and a solvent,
A lithium secondary battery, wherein the remaining ratio of the electrolyte (1) in the nonaqueous electrolytic solution after being stored at 80 ° C. for 7 days is 93% or more.
上記カルボニル基及び/又はスルホニル基を有するイオン性化合物が、一般式(2);(XSO)(X’SO)NLi(X、X’は、フッ素原子、炭素数1〜6のアルキル基又は炭素数1〜6のフルオロアルキル基を表し、X、X’の少なくとも一方はフッ素原子である)で表される化合物である請求項1に記載のリチウム二次電池。 The ionic compound having the carbonyl group and / or the sulfonyl group is represented by the general formula (2); (XSO 2 ) (X′SO 2 ) N Li + (X and X ′ are fluorine atoms, carbon atoms 1 to 6). 2. The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the lithium secondary battery is a compound represented by the formula (1): a C 1-6 fluoroalkyl group, wherein at least one of X and X ′ is a fluorine atom. 上記電解質(1)がLiPFである請求項1または2に記載のリチウム二次電池。 The lithium secondary battery according to claim 1 or 2 the electrolyte (1) is LiPF 6. 上記一般式(2)で表される化合物が、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミドである請求項1〜3のいずれかに記載のリチウム二次電池。   The lithium secondary battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the compound represented by the general formula (2) is lithium bis (fluorosulfonyl) imide. 上記溶媒はカーボネート系溶媒を含むことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のリチウム二次電池。   The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the solvent includes a carbonate-based solvent.
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