JP2014002976A - Nonaqueous electrolyte and nonaqueous electrolyte battery including the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、非水系電解液、及びそれを用いた非水系電解液電池に関するものである。 The present invention relates to a non-aqueous electrolyte and a non-aqueous electrolyte battery using the same.
携帯電話、ノートパソコンなどのいわゆる携帯用電子機器の電源から自動車用などの駆動用車載電源まで広範な用途に、リチウム二次電池などの非水系電解液電池が実用化されつつある。 Non-aqueous electrolyte batteries such as lithium secondary batteries are being put to practical use in a wide range of applications, from the power sources of so-called portable electronic devices such as mobile phones and notebook computers to in-vehicle power sources for automobiles.
非水系電解液電池に用いる電解液は、通常、主として電解質と非水溶媒とから構成されている。非水溶媒の主成分としては、エチレンカーボネートやプロピレンカーボネート等の環状カーボネート;ジメチルカーボネートやジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート等の鎖状カーボネート;γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン等の環状カルボン酸エステルなどが用いられている。
また、こうした非水系電解液電池の負荷特性、サイクル特性、保存特性等の電池特性を改良するために、非水溶媒や電解質について種々の検討がなされている。
特許文献1には、ハロゲン含有化合物を単一溶媒又は混合溶媒の一成分として含有する電解液を備えたリチウム電池において、前記電解液に、N−アルキルホルムアミド等の窒素含有化合物を添加することにより、リチウム電池の保存特性を改善することが開示されている。
The electrolyte used for a non-aqueous electrolyte battery is usually composed mainly of an electrolyte and a non-aqueous solvent. The main components of the non-aqueous solvent include cyclic carbonates such as ethylene carbonate and propylene carbonate; chain carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate and ethyl methyl carbonate; cyclic carboxylic acid esters such as γ-butyrolactone and γ-valerolactone. It is used.
In order to improve battery characteristics such as load characteristics, cycle characteristics, and storage characteristics of such non-aqueous electrolyte batteries, various studies have been made on non-aqueous solvents and electrolytes.
In Patent Document 1, in a lithium battery including an electrolytic solution containing a halogen-containing compound as a single solvent or one component of a mixed solvent, a nitrogen-containing compound such as N-alkylformamide is added to the electrolytic solution. It has been disclosed to improve the storage characteristics of lithium batteries.
しかしながら、近年の電池に対する高性能化への要求は、ますます高くなっており、高容量、高温保存特性、サイクル特性等の種々の電池特性を高い次元で達成することが求められている。
高容量化する方法として、例えば、電極の活物質層を加圧することにより高密度化して、電池内部の活物質以外の占める体積を極力少なくする方法や、正極の利用範囲を広げて高電位まで使用する方法が検討されている。しかし、電極の活物質層を加圧して高密度化すると、活物質を均一に使用しづらくなり、不均一な反応により活物質の劣化が促進されたりして、十分な特性が得られないという問題が発生しやすくなる。また、正極の利用範囲を広げて高電位まで使用すると、正極の活性は更に高くなり、正極と電解液との反応により劣化が促進される問題が発生しやすくなる。特に充電状態において高温条件下で保存した場合、電極と電解液との副反応により、電池容量が低下することが知られており、保存特性を改良するために、非水溶媒や電解質について種々の検討がなされている。
更に高容量化によって電池内部の空隙は減少し、電解液の分解で少量のガスが発生した場合でも電池内圧は顕著に上昇してしまうという問題も発生してくる。
特許文献1に記載されている電解液を用いた非水系電解液二次電池では、高温保存時における容量劣化の抑制とガス発生の抑制の面で、未だ満足しうるものではなかった。
However, the demand for higher performance of batteries in recent years is increasing, and it is required to achieve various battery characteristics such as high capacity, high temperature storage characteristics, and cycle characteristics at a high level.
As a method for increasing the capacity, for example, a method of increasing the density by pressurizing the active material layer of the electrode and reducing the volume occupied by the active material other than the active material inside the battery as much as possible, or expanding the usage range of the positive electrode to a high potential The method to use is being studied. However, if the active material layer of the electrode is pressurized and densified, it becomes difficult to use the active material uniformly, and deterioration of the active material is promoted by non-uniform reaction, so that sufficient characteristics cannot be obtained. Problems are likely to occur. Further, when the use range of the positive electrode is expanded to be used up to a high potential, the activity of the positive electrode is further increased, and the problem that the deterioration is accelerated by the reaction between the positive electrode and the electrolytic solution is likely to occur. In particular, when stored under high temperature conditions in a charged state, it is known that the battery capacity decreases due to a side reaction between the electrode and the electrolyte solution. In order to improve storage characteristics, various nonaqueous solvents and electrolytes are used. Consideration has been made.
Further, the increase in capacity reduces the gap in the battery, and there is a problem that the internal pressure of the battery increases remarkably even when a small amount of gas is generated by the decomposition of the electrolyte.
The non-aqueous electrolyte secondary battery using the electrolyte described in Patent Document 1 has not yet been satisfactory in terms of suppressing capacity deterioration and gas generation during high temperature storage.
本発明は、上記の問題を解決すべくされたものであり、非水系電解液電池において、高温保存時における容量劣化の抑制とガス発生を抑制する非水系電解液と、この非水系電解液を用いた非水系電解液電池を提供することを課題とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and in a non-aqueous electrolyte battery, a non-aqueous electrolyte that suppresses capacity deterioration and gas generation during high-temperature storage, and the non-aqueous electrolyte It is an object of the present invention to provide a used non-aqueous electrolyte battery.
本発明者らは、上記目的を達成するために種々の検討を重ねた結果、特定の構造を有する化合物を電解液中に含有させることによって、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明の要旨は、下記に示すとおりである。
(1) 電解質及び非水溶媒を含む非水系電解液において、該非水系電解液が一般式(1
)で表される化合物を含有することを特徴とする非水系電解液。
(一般式(1)中、R1およびR2はそれぞれ独立して、水素原子、フッ素原子、またはフッ素原子で置換されていてもよい炭素数1〜12の炭化水素基を表し、Xは炭素数1〜12の2価の連結基を表す。)
(2) 非水系電解液に占める一般式(1)で表される化合物の割合が、0.001〜1
0質量%である、上記(1)に記載の非水系電解液。
(3) 更に、炭素−炭素不飽和結合を有する環状カーボネート化合物、フッ素原子を有
する環状カーボネート化合物、モノフルオロリン酸塩およびジフルオロリン酸塩からなる群より選ばれる少なくとも一種を含有する、上記(1)または(2)に記載の非水系電解液。
(4) リチウムイオンを吸蔵・放出可能な負極及び正極、並びに非水系電解液を含む非
水系電解液電池であって、該非水系電解液が上記(1)乃至(3)のいずれかに記載の非水系電解液であることを特徴とする非水系電解液電池。
As a result of various studies to achieve the above object, the present inventors have found that the above problems can be solved by including a compound having a specific structure in the electrolytic solution, thereby completing the present invention. It came to.
That is, the gist of the present invention is as follows.
(1) In a non-aqueous electrolyte solution containing an electrolyte and a non-aqueous solvent, the non-aqueous electrolyte solution has the general formula (1
The non-aqueous electrolyte solution characterized by containing the compound represented by this.
(In General Formula (1), R 1 and R 2 each independently represent a hydrogen atom, a fluorine atom, or a hydrocarbon group having 1 to 12 carbon atoms which may be substituted with a fluorine atom, and X is carbon. Represents a divalent linking group of formula 1-12.
(2) The proportion of the compound represented by the general formula (1) in the non-aqueous electrolyte is 0.001-1.
The nonaqueous electrolytic solution according to (1) above, which is 0% by mass.
(3) The above (1) further containing at least one selected from the group consisting of a cyclic carbonate compound having a carbon-carbon unsaturated bond, a cyclic carbonate compound having a fluorine atom, a monofluorophosphate, and a difluorophosphate. ) Or the non-aqueous electrolyte solution according to (2).
(4) A non-aqueous electrolyte battery including a negative electrode and a positive electrode capable of inserting and extracting lithium ions, and a non-aqueous electrolyte solution, wherein the non-aqueous electrolyte solution is any one of (1) to (3) above A non-aqueous electrolyte battery characterized by being a non-aqueous electrolyte.
本発明によれば、高容量で、ガス発生が少なく、高温保存特性に優れた非水系電解液電池を提供することができ、非水系電解液電池の小型化、高性能化を達成することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a non-aqueous electrolyte battery that has a high capacity, generates less gas, and has excellent high-temperature storage characteristics, and can achieve downsizing and high performance of the non-aqueous electrolyte battery. it can.
以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、任意に変形して実施することができる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described, but the present invention is not limited to the following embodiments, and can be arbitrarily modified and implemented without departing from the gist of the present invention.
<非水系電解液>
本発明の非水系電解液は、一般的な非水系電解液と同様に、通常はその主成分として、電解質及びこれを溶解する非水溶媒を有しており、更に一般式(1)で表される化合物を含有している。
The non-aqueous electrolyte solution of the present invention, like a general non-aqueous electrolyte solution, usually has an electrolyte and a non-aqueous solvent that dissolves it as a main component, and is further represented by the general formula (1). The compound to be contained is contained.
一般式(1)中、R1およびR2はそれぞれ独立して、水素原子、フッ素原子、またはフッ素原子で置換されていてもよい炭素数1〜12の炭化水素基を表し、Xは炭素数1〜12の2価の連結基を表す。 In General Formula (1), R 1 and R 2 each independently represent a hydrogen atom, a fluorine atom, or a hydrocarbon group having 1 to 12 carbon atoms that may be substituted with a fluorine atom, and X is the number of carbon atoms 1 to 12 divalent linking groups are represented.
フッ素原子で置換されていてもよい炭素数1〜12の炭化水素基としては、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数2〜12のアルケニル基、炭素数6〜12のアリール基、又は炭素数7〜12のアラルキル基等が挙げられる。
炭素数1〜12のアルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、i−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基、ペンチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等が挙げられ、好ましくは炭素数1〜6、特に好ましくは1〜4の鎖状又は環状アルキル基が挙げられるが、鎖状アルキル基であるのが好ましい。
炭素数2〜12のアルケニル基としては、ビニル基、プロペニル基等が挙げられ、好ましくは2〜8、特に好ましくは2〜4のものが挙げられる。
炭素数6〜12のアリール基としては、フェニル基、トリル基、キシリル基、シクロヘキシルフェニル基、t−ブチルフェニル基等が挙げられ、なかでもフェニル基が好ましい。
炭素数7〜12のアラルキル基としては、ベンジル基、フェネチル基等が挙げられ、なかでもベンジル基が好ましい。
また、上記アルキル基、アルケニル基、アリール基およびアラルキル基はフッ素原子で置換されていてもよく、フッ素置換されている基としては、トリフルオロメチル基、トリフルオロエチル基、ペンタフルオロエチル基等のフッ化アルキル基、2−フルオロビニル基、3−フルオロ−2−プロペニル基等のフッ化アルケニル基、2−フルオロフェニル基、3−フルオロフェニル基、4−フルオロフェニル基等のフッ化アリール基、2−フルオロベンジル基、3−フルオロベンジル基、4−フルオロベンジル基等のフッ化アラルキル基が挙げられる。
As a C1-C12 hydrocarbon group which may be substituted by the fluorine atom, a C1-C12 alkyl group, a C2-C12 alkenyl group, a C6-C12 aryl group, or carbon Examples thereof include aralkyl groups of 7 to 12.
Examples of the alkyl group having 1 to 12 carbon atoms include methyl group, ethyl group, n-propyl group, i-propyl group, n-butyl group, i-butyl group, sec-butyl group, t-butyl group, pentyl group, A cyclopentyl group, a cyclohexyl group, etc. are mentioned, Preferably it is a C1-C6, Especially preferably, it is a 1-4 chain or cyclic alkyl group, However, It is preferable that it is a chain alkyl group.
As a C2-C12 alkenyl group, a vinyl group, a propenyl group, etc. are mentioned, Preferably it is 2-8, Most preferably, the thing of 2-4 is mentioned.
Examples of the aryl group having 6 to 12 carbon atoms include a phenyl group, a tolyl group, a xylyl group, a cyclohexylphenyl group, and a t-butylphenyl group, and among them, a phenyl group is preferable.
Examples of the aralkyl group having 7 to 12 carbon atoms include a benzyl group and a phenethyl group, and among them, a benzyl group is preferable.
The alkyl group, alkenyl group, aryl group and aralkyl group may be substituted with a fluorine atom. Examples of the fluorine-substituted group include a trifluoromethyl group, a trifluoroethyl group and a pentafluoroethyl group. Fluorinated alkyl groups, 2-fluorovinyl groups, fluorinated alkenyl groups such as 3-fluoro-2-propenyl group, 2-fluorophenyl groups, 3-fluorophenyl groups, fluorinated aryl groups such as 4-fluorophenyl groups, Examples thereof include fluorinated aralkyl groups such as 2-fluorobenzyl group, 3-fluorobenzyl group and 4-fluorobenzyl group.
中でも一般式(1)中、R1およびR2は、水素原子、フッ素原子、または炭素数1〜12のアルキル基のいずれかであることがより好ましく、水素原子または炭素数1〜12のアルキル基のいずれかであることが更に好ましく、水素原子であることが特に好ましい。 Among these, in general formula (1), R 1 and R 2 are more preferably any one of a hydrogen atom, a fluorine atom, or an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, and a hydrogen atom or an alkyl having 1 to 12 carbon atoms. It is more preferably any of groups, and particularly preferably a hydrogen atom.
一般式(1)中、Xで表される炭素数1〜12の2価の連結基としては、特に限定されないが、例えば2価の炭化水素基が挙げられ、炭素数2〜9であるものがより好ましい。
具体的には、メチレン基、エチレン基、トリメチレン基、テトラメチレン基、ペンタメチレン基、ヘキサメチレン基、ヘプタメチレン基、オクタメチレン基等が挙げられる。これらの2価の炭化水素基は水素原子の一部が他のアルキル基によって置換されていてもよい。
Although it does not specifically limit as a C1-C12 bivalent coupling group represented by X in General formula (1), For example, a bivalent hydrocarbon group is mentioned and it is C2-C9 Is more preferable.
Specific examples include a methylene group, an ethylene group, a trimethylene group, a tetramethylene group, a pentamethylene group, a hexamethylene group, a heptamethylene group, and an octamethylene group. In these divalent hydrocarbon groups, a part of hydrogen atoms may be substituted with other alkyl groups.
一般式(1)で表される化合物の分子量は、通常102以上であり、通常2000以下、好ましくは1000以下、より好ましくは500以下である。 The molecular weight of the compound represented by the general formula (1) is usually 102 or more, usually 2000 or less, preferably 1000 or less, more preferably 500 or less.
一般式(1)で表される化合物の具体例としては、例えば、以下の化合物が挙げられる。 Specific examples of the compound represented by the general formula (1) include the following compounds.
上記化合物の中で、高温保存時における容量劣化の抑制とガス発生を抑制の点から、一般式(1)におけるR1およびR2が、水素原子、フッ素原子、または炭素数1〜12のアルキル基のいずれかであることがより好ましく、水素原子または炭素数1〜12のアルキル基のいずれかであることが更に好ましく、水素原子であることが特に好ましい。 Among the above compounds, R 1 and R 2 in the general formula (1) are a hydrogen atom, a fluorine atom, or an alkyl having 1 to 12 carbon atoms from the viewpoint of suppressing capacity deterioration and gas generation during high-temperature storage. More preferably, it is either a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, and particularly preferably a hydrogen atom.
一般式(1)で表される化合物は単独で用いても、2種類以上を併用してもよい。
非水系電解液に占める一般式(1)で表される化合物の割合は、好ましくは0.001質量%以上、より好ましくは0.01質量%以上、更に好ましくは0.05質量%以上、特に好ましくは0.1質量%以上である。これより低濃度では、本発明の効果が発現しにくい場合がある。逆に濃度が高すぎると、電池の容量が低下する場合があるので、好ましくは10質量%以下、より好ましくは5質量%以下、更に好ましくは2質量%、特に好ましくは1質量%以下、最も好ましくは0.8質量%以下である。
The compound represented by the general formula (1) may be used alone or in combination of two or more.
The proportion of the compound represented by the general formula (1) in the non-aqueous electrolyte is preferably 0.001% by mass or more, more preferably 0.01% by mass or more, still more preferably 0.05% by mass or more, particularly Preferably it is 0.1 mass% or more. If the concentration is lower than this, the effects of the present invention may not be easily exhibited. On the other hand, if the concentration is too high, the capacity of the battery may decrease. Therefore, it is preferably 10% by mass or less, more preferably 5% by mass or less, still more preferably 2% by mass, and particularly preferably 1% by mass or less. Preferably it is 0.8 mass% or less.
本発明に係る非水系電解液が、ガス発生が少なく、高温保存特性に優れる理由は明らかではなく、また、本発明は下記作用原理に限定されるものではないが、次のように推察される。
まず、一般式(1)で表される化合物は分子内に2つのNH(C=O)基を有しており、NH(C=O)基の水素は、正極表面で容易に脱プロトンされると推測され、これにより分子内に2つの活性種が生成し、安定な保護層を速やかに形成すると思われる。この保護層により、活性の高い正極と電解液成分との接触を防ぎ、正極と電解液成分の副反応を抑制し、正極の劣化を抑制するとともにガス発生を抑制することができると思われる。
The reason why the non-aqueous electrolyte solution according to the present invention is low in gas generation and excellent in high-temperature storage characteristics is not clear, and the present invention is not limited to the following operation principle, but is presumed as follows. .
First, the compound represented by the general formula (1) has two NH (C═O) groups in the molecule, and the hydrogen of the NH (C═O) group is easily deprotonated on the surface of the positive electrode. It is speculated that this generates two active species in the molecule, and promptly forms a stable protective layer. It seems that this protective layer prevents contact between the highly active positive electrode and the electrolytic solution component, suppresses side reactions between the positive electrode and the electrolytic solution component, suppresses deterioration of the positive electrode, and suppresses gas generation.
(電解質)
本発明の非水系電解液に用いる電解質に制限は無く、目的とする非水系電解液電池に電解質として用いられるものであれば公知のものを任意に用いることができる。
本発明の非水系電解液をリチウム二次電池に用いる場合には、通常は、電解質としてリチウム塩を用いる。
リチウム塩の具体例としては、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAlF4、LiSbF6、LiTaF6、LiWF7等の無機リチウム塩;
HCO2Li、CH3CO2Li、CH2FCO2Li、CHF2CO2Li、CF3CO2Li、CF3CH2CO2Li、CF3CF2CO2Li、CF3CF2CF2CO2Li、CF3CF2CF2CF2CO2Li等のカルボン酸リチウム塩類;
FSO3Li、CH3SO3Li、CH2FSO3Li、CHF2SO3Li、CF3SO3Li、CF3CF2SO3Li、CF3CF2CF2SO3Li、CF3CF2CF2CF2SO3Li等のスルホン酸リチウム塩類;
LiN(FCO)2、LiN(FCO)(FSO2)、LiN(FSO2)2、LiN(FSO2)(CF3SO2)、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2、リチウム環状1,2−パーフルオロエタンジスルホニルイミド、リチウム環状1,3−パーフルオロプロパンジスルホニルイミド、LiN(CF3SO2)(C4F9SO2)等のリチウムイミド塩類;
LiC(FSO2)3、LiC(CF3SO2)3、LiC(C2F5SO2)3等のリチウムメチド塩類;
リチウムジフルオロオキサラトボレート、リチウムビス(オキサラト)ボレート等のリチウムオキサラトボレート塩類;
リチウムテトラフルオロオキサラトホスフェート、リチウムジフルオロビス(オキサラト)ホスフェート、リチウムトリス(オキサラト)ホスフェート等のリチウムオキサラトホスフェート塩類;
その他、LiPF4(CF3)2、LiPF4(C2F5)2、LiPF4(CF3SO2)2、LiPF4(C2F5SO2)2、LiBF3CF3、LiBF3C2F5、LiBF3C3F7、LiBF2(CF3)2、LiBF2(C2F5)2、LiBF2(CF3SO2)2、LiBF2(C2F5SO2)2等の含フッ素有機リチウム塩類;等が挙げられる。
これらのうち、LiPF6、LiBF4、LiFSO3、LiCF3SO3、LiN(FSO2)2、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2、リチウム環状1,2−テトラフルオロエタンジスルホニルイミド、リチウム環状1,3−ヘキサフルオロプロパンジスルホニルイミド、リチウムビス(オキサラト)ボレート、リチウムジフル
オロオキサラトボレート、リチウムトリス(オキサラト)ホスフェート、リチウムジフルオロビス(オキサラト)ホスフェート、リチウムテトラフルオロオキサラトホスフェートが好ましく、特にLiPF6、LiBF4が好ましい。
(Electrolytes)
There is no restriction | limiting in the electrolyte used for the non-aqueous electrolyte of this invention, A well-known thing can be used arbitrarily if it is used as an electrolyte for the target non-aqueous electrolyte battery.
When the nonaqueous electrolytic solution of the present invention is used for a lithium secondary battery, a lithium salt is usually used as an electrolyte.
Specific examples of the lithium salt, LiPF 6, LiBF 4, LiClO 4, LiAlF 4, LiSbF 6, inorganic lithium salts LiTaF 6, LiWF 7 and the like;
HCO 2 Li, CH 3 CO 2 Li, CH 2 FCO 2 Li, CHF 2 CO 2 Li, CF 3 CO 2 Li, CF 3 CH 2 CO 2 Li, CF 3 CF 2 CO 2 Li, CF 3 CF 2 CF 2 Carboxylic acid lithium salts such as CO 2 Li, CF 3 CF 2 CF 2 CF 2 CO 2 Li;
FSO 3 Li, CH 3 SO 3 Li, CH 2 FSO 3 Li, CHF 2 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, CF 3 CF 2 SO 3 Li, CF 3 CF 2 CF 2 SO 3 Li, CF 3 CF 2 Sulfonic acid lithium salts such as CF 2 CF 2 SO 3 Li;
LiN (FCO) 2 , LiN (FCO) (FSO 2 ), LiN (FSO 2 ) 2 , LiN (FSO 2 ) (CF 3 SO 2 ), LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , Lithium imide salts such as lithium cyclic 1,2-perfluoroethanedisulfonylimide, lithium cyclic 1,3-perfluoropropane disulfonylimide, LiN (CF 3 SO 2 ) (C 4 F 9 SO 2 ) ;
Lithium metide salts such as LiC (FSO 2 ) 3 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiC (C 2 F 5 SO 2 ) 3 ;
Lithium oxalatoborate salts such as lithium difluorooxalatoborate and lithium bis (oxalato) borate;
Lithium oxalate phosphate salts such as lithium tetrafluorooxalatophosphate, lithium difluorobis (oxalato) phosphate, lithium tris (oxalato) phosphate;
In addition, LiPF 4 (CF 3 ) 2 , LiPF 4 (C 2 F 5 ) 2 , LiPF 4 (CF 3 SO 2 ) 2 , LiPF 4 (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiBF 3 CF 3 , LiBF 3 C 2 F 5, LiBF 3 C 3 F 7, LiBF 2 (CF 3) 2, LiBF 2 (C 2 F 5) 2, LiBF 2 (CF 3 SO 2) 2, LiBF 2 (C 2 F 5 SO 2) 2 Fluorine-containing organic lithium salts such as;
Among these, LiPF 6 , LiBF 4 , LiFSO 3 , LiCF 3 SO 3 , LiN (FSO 2 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , lithium cyclic 1,2 -Tetrafluoroethane disulfonylimide, lithium cyclic 1,3-hexafluoropropane disulfonylimide, lithium bis (oxalato) borate, lithium difluorooxalatoborate, lithium tris (oxalato) phosphate, lithium difluorobis (oxalato) phosphate, lithium Tetrafluorooxalatophosphate is preferable, and LiPF 6 and LiBF 4 are particularly preferable.
また、これらのリチウム塩は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。中でも、特定の無機リチウム塩の併用や、無機リチウム塩とスルホン酸リチウム塩、リチウムイミド塩、リチウムオキサラトボレート塩やリチウムオキサラトホスフェート塩との併用により、高温保存時のガス発生が抑制され、若しくは高温保存後の劣化が抑制されるので好ましい。
特に、LiPF6とLiBF4との併用や、LiPF6と、LiFSO3、LiCF3SO3、LiN(FSO2)2、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2、リチウム環状1,2−テトラフルオロエタンジスルホニルイミド、リチウム環状1,3−ヘキサフルオロプロパンジスルホニルイミド、リチウムビス(オキサラト)ボレート、リチウムジフルオロオキサラトボレート、リチウムトリス(オキサラト)ホスフェート、リチウムジフルオロビス(オキサラト)ホスフェート、リチウムテトラフルオロオキサラトホスフェートから選ばれるリチウム塩とを併用することが好ましい。
Moreover, these lithium salts may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio. Among them, the combined use of specific inorganic lithium salts and the combined use of inorganic lithium salts and lithium sulfonic acid salts, lithium imide salts, lithium oxalate borate salts and lithium oxalate phosphate salts suppresses gas generation during high-temperature storage, Or since deterioration after high-temperature storage is suppressed, it is preferable.
In particular, the combined use of LiPF 6 and LiBF 4 , LiPF 6 , LiFSO 3 , LiCF 3 SO 3 , LiN (FSO 2 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , Lithium cyclic 1,2-tetrafluoroethanedisulfonylimide, lithium cyclic 1,3-hexafluoropropane disulfonylimide, lithium bis (oxalato) borate, lithium difluorooxalatoborate, lithium tris (oxalato) phosphate, lithium difluorobis It is preferable to use in combination with a lithium salt selected from (oxalato) phosphate and lithium tetrafluorooxalate phosphate.
LiPF6とLiBF4を併用する場合には、LiPF6とLiBF4の合計に占めるLiBF4の含有割合は、好ましくは0.01質量%以上、より好ましくは0.05質量%以上、更に好ましくは0.1質量%以上であり、好ましくは20質量%以下、より好ましくは10質量%以下、更に好ましくは5質量%以下、特に好ましくは3質量%以下である。この範囲未満の場合には所望する効果が得られないことがあり、この範囲を超える場合は高負荷放電特性等の電池の特性が低下することがある。
一方、LiPF6と、LiFSO3、LiCF3SO3、LiN(FSO2)2、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2、リチウム環状1,2−テトラフルオロエタンジスルホニルイミド、リチウム環状1,3−ヘキサフルオロプロパンジスルホニルイミド、リチウムビス(オキサラト)ボレート、リチウムジフルオロオキサラトボレート、リチウムトリス(オキサラト)ホスフェート、リチウムジフルオロビス(オキサラト)ホスフェート、リチウムテトラフルオロオキサラトホスフェートから選ばれるリチウム塩とを併用する場合、両者の合計に占めるLiPF6の含有割合は、好ましくは70質量%以上、より好ましくは80質量%以上、更に好ましくは85質量%以上であり、好ましくは99質量%以下、より好ましく95質量%以下である。
When used in combination LiPF 6 and LiBF 4 are the content of LiBF 4 to the total of LiPF 6 and LiBF 4 is preferably 0.01 mass% or more, more preferably 0.05 mass% or more, more preferably It is 0.1% by mass or more, preferably 20% by mass or less, more preferably 10% by mass or less, still more preferably 5% by mass or less, and particularly preferably 3% by mass or less. If it is less than this range, the desired effect may not be obtained, and if it exceeds this range, battery characteristics such as high load discharge characteristics may deteriorate.
On the other hand, LiPF 6 , LiFSO 3 , LiCF 3 SO 3 , LiN (FSO 2 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , lithium cyclic 1,2-tetrafluoroethane Disulfonylimide, lithium cyclic 1,3-hexafluoropropane disulfonylimide, lithium bis (oxalato) borate, lithium difluorooxalatoborate, lithium tris (oxalato) phosphate, lithium difluorobis (oxalato) phosphate, lithium tetrafluorooxalato When a lithium salt selected from phosphates is used in combination, the content ratio of LiPF 6 in the total of both is preferably 70% by mass or more, more preferably 80% by mass or more, and further preferably 85% by mass or more, Is 99 The amount% or less, more preferably less 95 wt%.
非水系電解液中のこれらの電解質の濃度は、本願発明の効果を発現するためには、特に制限はないが、好ましくは0.5モル/リットル以上、より好ましくは0.8モル/リットル以上、更に好ましくは1.0モル/リットル以上である。また、好ましくは3モル/リットル以下、より好ましくは2モル/リットル以下、更に好ましくは1.8モル/リットル以下、特に好ましくは1.6モル/リットル以下である。濃度が低すぎると、電解液の電気伝導度が不十分の場合があり、一方、濃度が高すぎると、粘度上昇のため電気伝導度が低下する場合があり、電池性能が低下する場合がある。 The concentration of these electrolytes in the non-aqueous electrolyte solution is not particularly limited in order to exhibit the effects of the present invention, but is preferably 0.5 mol / liter or more, more preferably 0.8 mol / liter or more. More preferably, it is 1.0 mol / liter or more. Further, it is preferably 3 mol / liter or less, more preferably 2 mol / liter or less, still more preferably 1.8 mol / liter or less, and particularly preferably 1.6 mol / liter or less. If the concentration is too low, the electrical conductivity of the electrolyte solution may be insufficient. On the other hand, if the concentration is too high, the electrical conductivity may decrease due to an increase in viscosity, and the battery performance may decrease. .
(非水溶媒)
非水溶媒も、従来から非水系電解液の溶媒として公知のものの中から適宜選択して用いることができる。例えば、環状カーボネート類、鎖状カーボネート類、環状カルボン酸エステル類、鎖状カルボン酸エステル類、環状エーテル類、鎖状エーテル類、含硫黄有機溶媒、含燐有機溶媒、芳香族含フッ素溶媒等が挙げられる。
(Non-aqueous solvent)
The non-aqueous solvent can also be appropriately selected from conventionally known solvents for non-aqueous electrolyte solutions. For example, cyclic carbonates, chain carbonates, cyclic carboxylic acid esters, chain carboxylic acid esters, cyclic ethers, chain ethers, sulfur-containing organic solvents, phosphorus-containing organic solvents, aromatic fluorine-containing solvents, etc. Can be mentioned.
環状カーボネート類としては、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等の炭素数2〜4のアルキレン基を有するアルキレンカーボネート類が挙げられ、これらの中でも、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートが電池特性
向上の点から好ましく、特に、エチレンカーボネートが好ましい。また、これらの化合物の水素の一部又はすべてをフッ素で置換していてもよい。
Examples of the cyclic carbonates include alkylene carbonates having an alkylene group having 2 to 4 carbon atoms such as ethylene carbonate, propylene carbonate, and butylene carbonate. Among these, ethylene carbonate and propylene carbonate are preferable from the viewpoint of improving battery characteristics. In particular, ethylene carbonate is preferred. Further, some or all of hydrogen in these compounds may be substituted with fluorine.
フッ素で置換した環状カーボネート類としては、フルオロエチレンカーボネート、1,2−ジフルオロエチレンカーボネート、1,1−ジフルオロエチレンカーボネート、1,1,2−トリフルオロエチレンカーボネート、テトラフルオロエチレンカーボネート、1−フルオロ−2−メチルエチレンカーボネート、1−フルオロ−1−メチルエチレンカーボネート、1,2−ジフルオロ−1−メチルエチレンカーボネート、1,1,2−トリフルオロ−2−メチルエチレンカーボネート、トリフルオロメチルエチレンカーボネート等の炭素数2〜4のフッ素で置換したアルキレン基を有するアルキレンカーボネート類が挙げられ、これらの中でもフルオロエチレンカーボネート、1,2−ジフルオロエチレンカーボネートが好ましく、フルオロエチレンカーボネートがより好ましい。 Examples of cyclic carbonates substituted with fluorine include fluoroethylene carbonate, 1,2-difluoroethylene carbonate, 1,1-difluoroethylene carbonate, 1,1,2-trifluoroethylene carbonate, tetrafluoroethylene carbonate, 1-fluoro- Such as 2-methylethylene carbonate, 1-fluoro-1-methylethylene carbonate, 1,2-difluoro-1-methylethylene carbonate, 1,1,2-trifluoro-2-methylethylene carbonate, trifluoromethylethylene carbonate, etc. Examples thereof include alkylene carbonates having an alkylene group substituted with fluorine having 2 to 4 carbon atoms. Among these, fluoroethylene carbonate and 1,2-difluoroethylene carbonate are preferable, and fluorocarbons are preferred. Ethylene carbonate is more preferable.
鎖状カーボネート類としては、ジアルキルカーボネートが好ましく、構成するアルキル基の炭素数は、それぞれ、1〜5が好ましく、特に好ましくは1〜4である。具体的には例えば、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジ−n−プロピルカーボネート等の対称鎖状アルキルカーボネート類;エチルメチルカーボネート、メチル−n−プロピルカーボネート、エチル−n−プロピルカーボネート等の非対称鎖状アルキルカーボネート類が挙げられ、中でも、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネートが電池特性向上の点から好ましい。また、アルキル基の水素の一部又はすべてをフッ素で置換していてもよい。フッ素で置換した鎖状カーボネート類としては、ビス(フルオロメチル)カーボネート、ビス(ジフルオロメチル)カーボネート、ビス(トリフルオロメチル)カーボネート、ビス(2−フルオロエチル)カーボネート、ビス(2,2−ジフルオロエチル)カーボネート、ビス(2,2,2−トリフルオロエチル)カーボネート、2−フルオロエチルメチルカーボネート、2,2−ジフルオロエチルメチルカーボネート、2,2,2−トリフルオロエチルメチルカーボネート等が挙げられる。 As the chain carbonates, dialkyl carbonates are preferable, and the number of carbon atoms of the alkyl group constituting each is preferably 1 to 5, particularly preferably 1 to 4. Specifically, for example, symmetric chain alkyl carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and di-n-propyl carbonate; asymmetric chain alkyls such as ethyl methyl carbonate, methyl-n-propyl carbonate, and ethyl-n-propyl carbonate Examples include carbonates, and among them, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate are preferable from the viewpoint of improving battery characteristics. In addition, some or all of the alkyl group hydrogens may be substituted with fluorine. Examples of chain carbonates substituted with fluorine include bis (fluoromethyl) carbonate, bis (difluoromethyl) carbonate, bis (trifluoromethyl) carbonate, bis (2-fluoroethyl) carbonate, and bis (2,2-difluoroethyl). ) Carbonate, bis (2,2,2-trifluoroethyl) carbonate, 2-fluoroethyl methyl carbonate, 2,2-difluoroethyl methyl carbonate, 2,2,2-trifluoroethyl methyl carbonate, and the like.
環状カルボン酸エステル類としては、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン等及びこれらの化合物の水素の一部又はすべてをフッ素で置換した化合物が挙げられる。 Examples of the cyclic carboxylic acid esters include γ-butyrolactone, γ-valerolactone, and the like and compounds in which part or all of hydrogen of these compounds is substituted with fluorine.
鎖状カルボン酸エステル類としては、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸ブチル、酢酸sec−ブチル、酢酸イソブチル、酢酸t−ブチル、プロピ
オン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、プロピオン酸イソプロピル、酪酸メチル、酪酸エチル、酪酸プロピル、吉草酸メチル、吉草酸エチル等及びトリフルオロ酢酸プロピル、トリフルオロ酢酸ブチル等のこれらの化合物の水素の一部又はすべてをフッ素で置換した化合物等が挙げられ、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、酪酸メチル、酪酸エチル、吉草酸メチルがより好ましい。
Examples of chain carboxylates include methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, isopropyl acetate, butyl acetate, sec-butyl acetate, isobutyl acetate, t-butyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, propyl propionate, propion Compounds in which part or all of hydrogen of these compounds such as isopropyl acid, methyl butyrate, ethyl butyrate, propyl butyrate, methyl valerate, ethyl valerate, etc. and propyl trifluoroacetate, butyl trifluoroacetate, etc. are substituted with fluorine, etc. And methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, butyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, propyl propionate, methyl butyrate, ethyl butyrate, and methyl valerate are more preferable.
環状エーテル類としては、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン等及びこれらの化合物の水素の一部又はすべてをフッ素で置換した化合物等が挙げられる。 Examples of the cyclic ethers include tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran and the like, and compounds obtained by substituting some or all of hydrogen of these compounds with fluorine.
鎖状エーテル類としては、ジメトキシエタン、ジエトキシエタン等及び、これらの化合物の水素の一部又はすべてをフッ素で置換した化合物として、ビス(トリフルオロエトキ
シ)エタン、エトキシトリフルオロエトキシエタン、メトキシトリフルオロエトキシエタ
ン、1,1,1,2,2,3,4,5,5,5−デカフルオロ―3―メトキシ―4―トリフルオロメチル−ペンタン、1,1,1,2,2,3,4,5,5,5−デカフルオロ―3―エトキシ―4―トリフルオロメチル−ペンタン、1,1,1,2,2,3,4,5,5,5−デカフルオロ―3―プロポキシ―4―トリフルオロメチル−ペンタン、1,1,2,2−テトラフルオロエチル−2,2,3,3−テトラフルオロプロピルエーテル、2
,2−ジフルオロエチル−2,2,3,3−テトラフルオロプロピルエーテル等が挙げられる。
Examples of chain ethers include dimethoxyethane, diethoxyethane, and the like, and compounds in which some or all of hydrogen in these compounds are substituted with fluorine, such as bis (trifluoroethoxy) ethane, ethoxytrifluoroethoxyethane, methoxytriflic. Fluoroethoxyethane, 1,1,1,2,2,3,4,5,5,5-decafluoro-3-methoxy-4-trifluoromethyl-pentane, 1,1,1,2,2,3 , 4,5,5,5-decafluoro-3-ethoxy-4-trifluoromethyl-pentane, 1,1,1,2,2,3,4,5,5,5-decafluoro-3-propoxy -4-trifluoromethyl-pentane, 1,1,2,2-tetrafluoroethyl-2,2,3,3-tetrafluoropropyl ether, 2
, 2-difluoroethyl-2,2,3,3-tetrafluoropropyl ether and the like.
含硫黄有機溶媒としては、スルホラン、2−メチルスルホラン、3−メチルスルホラン、ジエチルスルホン、エチルメチルスルホン、メチルプロピルスルホン等及びこれらの化合物の水素の一部又はすべてをフッ素で置換した化合物が挙げられる。 Examples of the sulfur-containing organic solvent include sulfolane, 2-methylsulfolane, 3-methylsulfolane, diethylsulfone, ethylmethylsulfone, methylpropylsulfone, and the like, and compounds in which part or all of hydrogen in these compounds is substituted with fluorine. .
含リン有機溶媒としては、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、リン酸ジメチルエチル、リン酸メチルジエチル、リン酸エチレンメチル、リン酸エチレンエチル等及びこれらの化合物の水素の一部又はすべてをフッ素で置換した化合物が挙げられる。 Phosphorus-containing organic solvents include trimethyl phosphate, triethyl phosphate, dimethyl ethyl phosphate, methyl diethyl phosphate, ethylene methyl phosphate, ethylene ethyl phosphate, etc., and some or all of the hydrogen in these compounds is replaced with fluorine. Compounds.
芳香族含フッ素溶媒としては、フルオロベンゼン、ジフルオロベンゼン、トリフルオロベンゼン、テトラフルオロベンゼン、ペンタフルオロベンゼン、ヘキサフルオロベンゼン、ベンゾトリフルオライド等が挙げられる。 Examples of the aromatic fluorine-containing solvent include fluorobenzene, difluorobenzene, trifluorobenzene, tetrafluorobenzene, pentafluorobenzene, hexafluorobenzene, benzotrifluoride and the like.
これらは単独で用いても、2種以上を併用してもよいが、2種以上の化合物を併用するのが好ましい。例えば、環状カーボネート類や環状カルボン酸エステル類等の高誘電率溶媒と、鎖状カーボネート類や鎖状カルボン酸エステル類等の低粘度溶媒とを併用するのが好ましい。 These may be used alone or in combination of two or more, but it is preferable to use in combination of two or more. For example, it is preferable to use a high dielectric constant solvent such as cyclic carbonates or cyclic carboxylic acid esters in combination with a low viscosity solvent such as chain carbonates or chain carboxylic acid esters.
非水溶媒の好ましい組合せの一つは、アルキレンカーボネートとジアルキルカーボネートを主体とする組合せである。なかでも、非水溶媒に占めるアルキレンカーボネートとジアルキルカーボネートとの合計が、好ましくは70体積%以上、より好ましくは80体積%以上、更に好ましくは90体積%以上であり、かつアルキレンカーボネートとジアルキルカーボネートとの合計に対するアルキレンカーボネートの割合が好ましくは5体積%以上、より好ましくは10体積%以上、更に好ましくは15体積%以上であり、好ましくは50体積%以下、より好ましくは35体積%以下、更に好ましくは30体積%以下、特に好ましくは25体積%以下のものである。これらの非水溶媒の組み合わせを用いると、これを用いて作製された電池のサイクル特性と高温保存特性(特に、高温保存後の残存容量及び高負荷放電容量)のバランスが良くなることがある。 One preferable combination of the non-aqueous solvents is a combination mainly composed of alkylene carbonate and dialkyl carbonate. Among them, the total of alkylene carbonate and dialkyl carbonate in the non-aqueous solvent is preferably 70% by volume or more, more preferably 80% by volume or more, still more preferably 90% by volume or more, and the alkylene carbonate and the dialkyl carbonate. The proportion of alkylene carbonate with respect to the total amount of is preferably 5% by volume or more, more preferably 10% by volume or more, still more preferably 15% by volume or more, preferably 50% by volume or less, more preferably 35% by volume or less, still more preferably Is 30% by volume or less, particularly preferably 25% by volume or less. When a combination of these non-aqueous solvents is used, the balance between the cycle characteristics and high-temperature storage characteristics (particularly, the remaining capacity and high-load discharge capacity after high-temperature storage) of a battery produced using the non-aqueous solvent may be improved.
アルキレンカーボネートとしては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネートが電池のサイクル特性と高温保存特性向上の点から好ましい。 As the alkylene carbonate, ethylene carbonate, propylene carbonate, and fluoroethylene carbonate are preferable from the viewpoint of improving the cycle characteristics and high-temperature storage characteristics of the battery.
エチレンカーボネートとジアルキルカーボネートの好ましい組み合わせの具体例としては、エチレンカーボネートとジメチルカーボネート、エチレンカーボネートとジエチルカーボネート、エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネート、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとジエチルカーボネート、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとエチルメチルカーボネート、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとエチルメチルカーボネート、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとジエチルカーボネートとエチルメチルカーボネート等が挙げられる。
これらのエチレンカーボネートとジアルキルカーボネート類との組み合わせに、更にプロピレンカーボネートを加えた組み合わせも、好ましい組み合わせとして挙げられる。
Specific examples of preferred combinations of ethylene carbonate and dialkyl carbonate include ethylene carbonate and dimethyl carbonate, ethylene carbonate and diethyl carbonate, ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate, ethylene carbonate and dimethyl carbonate and diethyl carbonate, ethylene carbonate and dimethyl carbonate and ethyl methyl. Examples thereof include carbonate, ethylene carbonate, diethyl carbonate and ethyl methyl carbonate, ethylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate and ethyl methyl carbonate.
A combination in which propylene carbonate is further added to a combination of these ethylene carbonate and dialkyl carbonates is also mentioned as a preferable combination.
プロピレンカーボネートを含有する場合には、エチレンカーボネートとプロピレンカーボネートの体積比は、99:1〜40:60が好ましく、特に好ましくは95:5〜50:50である。更に、非水溶媒全体に占めるプロピレンカーボネートの割合は、好ましくは0.1体積%以上、より好ましくは1体積%以上、更に好ましくは2体積%以上、また、好ましくは20体積%以下、より好ましくは8体積%以下、更に好ましくは5体積%以
下である。この濃度範囲でプロピレンカーボネートを含有すると、エチレンカーボネートとジアルキルカーボネートとの組み合わせの特性を維持したまま、更に低温特性が優れることがあるので好ましい。
In the case of containing propylene carbonate, the volume ratio of ethylene carbonate to propylene carbonate is preferably 99: 1 to 40:60, particularly preferably 95: 5 to 50:50. Furthermore, the proportion of propylene carbonate in the entire non-aqueous solvent is preferably 0.1% by volume or more, more preferably 1% by volume or more, still more preferably 2% by volume or more, and preferably 20% by volume or less, more preferably Is 8% by volume or less, more preferably 5% by volume or less. It is preferable to contain propylene carbonate in this concentration range because the low temperature characteristics may be further improved while maintaining the combination characteristics of ethylene carbonate and dialkyl carbonate.
エチレンカーボネートとジアルキルカーボネートとの組み合わせの中で、ジアルキルカーボネートとして非対称鎖状アルキルカーボネート類を含有するものが更に好ましく、特に、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとエチルメチルカーボネート、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとエチルメチルカーボネート、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとジエチルカーボネートとエチルメチルカーボネートといったエチレンカーボネートと対称鎖状アルキルカーボネート類と非対称鎖状アルキルカーボネート類を含有するものが、サイクル特性と大電流放電特性のバランスが良いので好ましい。中でも、非対称鎖状アルキルカーボネート類がエチルメチルカーボネートであるのが好ましく、又、アルキルカーボネートのアルキル基は炭素数1〜2が好ましい。 Among the combinations of ethylene carbonate and dialkyl carbonate, those containing asymmetrical chain alkyl carbonates as dialkyl carbonate are more preferred, especially ethylene carbonate, dimethyl carbonate and ethyl methyl carbonate, ethylene carbonate, diethyl carbonate and ethyl methyl carbonate. Those containing ethylene carbonate, symmetric chain alkyl carbonates, and asymmetric chain alkyl carbonates such as ethylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate are preferred because of a good balance between cycle characteristics and large current discharge characteristics. Among them, the asymmetric chain alkyl carbonate is preferably ethyl methyl carbonate, and the alkyl group of the alkyl carbonate preferably has 1 to 2 carbon atoms.
フルオロエチレンカーボネートとジアルキルカーボネートの好ましい組み合わせの具体例としては、フルオロエチレンカーボネートとジメチルカーボネート、フルオロエチレンカーボネートとジエチルカーボネート、フルオロエチレンカーボネートとエチルメチルカーボネート、フルオロエチレンカーボネートとジメチルカーボネートとジエチルカーボネート、フルオロエチレンカーボネートとジメチルカーボネートとエチルメチルカーボネート、フルオロエチレンカーボネートとジエチルカーボネートとエチルメチルカーボネート、フルオロエチレンカーボネートとジメチルカーボネートとジエチルカーボネートとエチルメチルカーボネート等が挙げられる。
これらのフルオロエチレンカーボネートとジアルキルカーボネート類との組み合わせに、更にエチレンカーボネートおよび/またはプロピレンカーボネートを加えた組み合わせも、好ましい組み合わせとして挙げられる。
Specific examples of preferred combinations of fluoroethylene carbonate and dialkyl carbonate include fluoroethylene carbonate and dimethyl carbonate, fluoroethylene carbonate and diethyl carbonate, fluoroethylene carbonate and ethyl methyl carbonate, fluoroethylene carbonate and dimethyl carbonate and diethyl carbonate, and fluoroethylene carbonate. And dimethyl carbonate and ethyl methyl carbonate, fluoroethylene carbonate, diethyl carbonate and ethyl methyl carbonate, fluoroethylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate and ethyl methyl carbonate.
A combination obtained by further adding ethylene carbonate and / or propylene carbonate to the combination of these fluoroethylene carbonate and dialkyl carbonate is also mentioned as a preferable combination.
また、非水溶媒中にジエチルカーボネートを含有する場合は、全非水溶媒中に占めるジエチルカーボネートの割合が、好ましくは10体積%以上、より好ましくは20体積%以上、更に好ましくは25体積%以上、特に好ましくは30体積%以上であり、また、好ましくは90体積%以下、より好ましくは80体積%以下、更に好ましくは75体積%以下、特に好ましくは、70体積%以下となる範囲で含有させると、高温保存時におけるガス発生が抑制されることがある。
また、非水溶媒中にジメチルカーボネートを含有する場合は、全非水溶媒中に占めるジメチルカーボネートの割合が、好ましくは10体積%以上、より好ましくは20体積%以上、更に好ましくは25体積%以上、特に好ましくは30体積%以上であり、また、好ましくは90体積%以下、より好ましくは80体積%以下、更に好ましくは75体積%以下、特に好ましくは、70体積%以下となる範囲で含有させると、電池の負荷特性が向上することがある。
When diethyl carbonate is contained in the non-aqueous solvent, the proportion of diethyl carbonate in the total non-aqueous solvent is preferably 10% by volume or more, more preferably 20% by volume or more, and further preferably 25% by volume or more. In particular, it is 30% by volume or more, preferably 90% by volume or less, more preferably 80% by volume or less, still more preferably 75% by volume or less, and particularly preferably 70% by volume or less. And gas generation during high temperature storage may be suppressed.
Further, when dimethyl carbonate is contained in the non-aqueous solvent, the proportion of dimethyl carbonate in the total non-aqueous solvent is preferably 10% by volume or more, more preferably 20% by volume or more, and further preferably 25% by volume or more. In particular, it is 30% by volume or more, preferably 90% by volume or less, more preferably 80% by volume or less, still more preferably 75% by volume or less, and particularly preferably 70% by volume or less. As a result, the load characteristics of the battery may be improved.
中でも、ジメチルカーボネートとエチルメチルカーボネートを含有し、ジメチルカーボネートの含有割合をエチルメチルカーボネートの含有割合よりも多くすることにより、電解液の電気伝導度を確保しながら、高温保存後の電池特性が向上することがあり好ましい。 Above all, it contains dimethyl carbonate and ethyl methyl carbonate, and by increasing the content ratio of dimethyl carbonate over the content ratio of ethyl methyl carbonate, the battery characteristics after high-temperature storage are improved while ensuring the electrical conductivity of the electrolyte. This is preferable.
全非水溶媒中に占めるジメチルカーボネートのエチルメチルカーボネートに対する体積比(ジメチルカーボネート/エチルメチルカーボネート)は、電解液の電気伝導度の向上と保存後の電池特性を向上の点で、1.1以上が好ましく、1.5以上がより好ましく、2.5以上が更に好ましい。上記体積比(ジメチルカーボネート/エチルメチルカーボネート)は、低温での電池特性を向上の点で、40以下が好ましく、20以下がより好ましく、10以下が更に好ましく、8以下が特に好ましい。 The volume ratio of dimethyl carbonate to ethyl methyl carbonate in all non-aqueous solvents (dimethyl carbonate / ethyl methyl carbonate) is 1.1 or more in terms of improving the electric conductivity of the electrolyte and improving the battery characteristics after storage. Is preferably 1.5 or more, more preferably 2.5 or more. The volume ratio (dimethyl carbonate / ethyl methyl carbonate) is preferably 40 or less, more preferably 20 or less, still more preferably 10 or less, and particularly preferably 8 or less, from the viewpoint of improving battery characteristics at low temperatures.
また、上記アルキレンカーボネート類とジアルキルカーボネート類を主体とする組合せにおいては、上記アルキレンカーボネート類およびジアルキルカーボネート類以外の環状カーボネート類、鎖状カーボネート類、環状カルボン酸エステル類、鎖状カルボン酸エステル類、環状エーテル類、鎖状エーテル類、含硫黄有機溶媒、含燐有機溶媒、芳香族含フッ素溶媒等、他の溶媒を混合してもよい。 Further, in the combination mainly composed of the alkylene carbonates and dialkyl carbonates, cyclic carbonates other than the alkylene carbonates and dialkyl carbonates, chain carbonates, cyclic carboxylic acid esters, chain carboxylic acid esters, Other solvents such as cyclic ethers, chain ethers, sulfur-containing organic solvents, phosphorus-containing organic solvents, and aromatic fluorine-containing solvents may be mixed.
好ましい非水溶媒の他の例は、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よりなる群から選ばれた1種の有機溶媒、又は該群から選ばれた2以上の有機溶媒からなる混合溶媒を全体の60体積%以上を占めるものである。この混合溶媒を用いた非水系電解液は、高温で使用しても溶媒の蒸発や液漏れが少なくなることがある。中でも、非水溶媒に占めるエチレンカーボネートとプロピレンカーボネートとの合計が、好ましくは70体積%以上、より好ましくは80体積%以上、更に好ましくは90体積%以上であり、かつエチレンカーボネートとプロピレンカーボネートの体積比が好ましくは30:70〜60:40であるものを用いると、サイクル特性と高温保存特性等のバランスがよくなることがある。
なお、本明細書において、非水溶媒の容量は25℃での測定値であるが、エチレンカーボネートのように25℃で固体のものは融点での測定値を用いる。
Another example of the preferred non-aqueous solvent is an organic solvent selected from the group consisting of ethylene carbonate, propylene carbonate and butylene carbonate, or a mixed solvent consisting of two or more organic solvents selected from the group. It occupies 60% by volume or more. A non-aqueous electrolyte using this mixed solvent may reduce solvent evaporation and liquid leakage even when used at high temperatures. Among them, the total of ethylene carbonate and propylene carbonate in the non-aqueous solvent is preferably 70% by volume or more, more preferably 80% by volume or more, still more preferably 90% by volume or more, and the volume of ethylene carbonate and propylene carbonate. When the ratio is preferably 30:70 to 60:40, the balance between cycle characteristics and high-temperature storage characteristics may be improved.
In the present specification, the capacity of the non-aqueous solvent is a measured value at 25 ° C., but a measured value at the melting point is used for a solid at 25 ° C. such as ethylene carbonate.
(他の化合物)
本発明に係る非水系電解液は、本発明の効果を損ねない範囲で、炭素−炭素不飽和結合を有する環状カーボネート化合物、フッ素原子を有する環状カーボネート化合物、モノフルオロリン酸塩およびジフルオロリン酸塩からなる群より選ばれる少なくとも一種や従来公知の過充電防止剤などの種々の他の化合物を助剤として含有していてもよい。
これらの中でも、炭素−炭素不飽和結合を有する環状カーボネート化合物、フッ素原子を有する環状カーボネート化合物、モノフルオロリン酸塩およびジフルオロリン酸塩からなる群より選ばれる少なくとも一種を含有する場合、負極に安定な皮膜を形成するため、サイクル特性や高温保存後の電池特性が向上することがあり好ましい。
(Other compounds)
The nonaqueous electrolytic solution according to the present invention is a cyclic carbonate compound having a carbon-carbon unsaturated bond, a cyclic carbonate compound having a fluorine atom, a monofluorophosphate, and a difluorophosphate within a range not impairing the effects of the present invention. Various other compounds such as at least one selected from the group consisting of the above and a conventionally known overcharge inhibitor may be contained as an auxiliary agent.
Among these, when containing at least one selected from the group consisting of a cyclic carbonate compound having a carbon-carbon unsaturated bond, a cyclic carbonate compound having a fluorine atom, a monofluorophosphate and a difluorophosphate, the negative electrode is stable. In order to form a simple film, the cycle characteristics and battery characteristics after high temperature storage may be improved, which is preferable.
((炭素−炭素不飽和結合を有する環状カーボネート化合物))
炭素−炭素不飽和結合を有する環状カーボネート化合物としては、例えば、ビニレンカーボネート、メチルビニレンカーボネート、エチルビニレンカーボネート、1,2−ジメチルビニレンカーボネート、1,2−ジエチルビニレンカーボネート、フルオロビニレンカーボネート、トリフルオロメチルビニレンカーボネート等のビニレンカーボネート化合物;ビニルエチレンカーボネート、1−メチル−2−ビニルエチレンカーボネート、1−エチル−2−ビニルエチレンカーボネート、1−n−プロピル−2−ビニルエチレンカーボネート、1,1−ジビニルエチレンカーボネート、1,2−ジビニルエチレンカーボネート等のビニルエチレンカーボネート化合物;エチニルエチレンカーボネート、1−メチル−2−エチニルエチレンカーボネート、1−エチル−2−エチニルエチレンカーボネート、1,1−ジエチニルエチレンカーボネート、1,2−ジエチニルエチレンカーボネート等のエチニルエチレンカーボネート化合物;1,1−ジメチル−2−メチレンエチレンカーボネート、1,1−ジエチル−2−メチレンエチレンカーボネート等のメチレンエチレンカーボネート化合物等が挙げられる。これらのうち、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、1,2−ジビニルエチレンカーボネート、エチニルエチレンカーボネートがサイクル特性や高温保存後の容量維持特性向上の点から好ましく、中でもビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、エチニルエチレンカーボネートがより好ましく、特にビニレンカーボネートが好ましい。これらは単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
2種以上を併用する場合は、ビニレンカーボネートとビニルエチレンカーボネートまたはエチニルエチレンカーボネートとを併用するのが好ましい。
((Cyclic carbonate compound having a carbon-carbon unsaturated bond))
Examples of the cyclic carbonate compound having a carbon-carbon unsaturated bond include vinylene carbonate, methyl vinylene carbonate, ethyl vinylene carbonate, 1,2-dimethyl vinylene carbonate, 1,2-diethyl vinylene carbonate, fluoro vinylene carbonate, trifluoromethyl. Vinylene carbonate compounds such as vinylene carbonate; vinyl ethylene carbonate, 1-methyl-2-vinylethylene carbonate, 1-ethyl-2-vinylethylene carbonate, 1-n-propyl-2-vinylethylene carbonate, 1,1-divinylethylene Vinyl ethylene carbonate compounds such as carbonate and 1,2-divinylethylene carbonate; ethynyl ethylene carbonate, 1-methyl-2-ethynyl ethylene car Ethenyl ethylene carbonate compounds such as 1-ethyl-2-ethynyl ethylene carbonate, 1,1-diethynyl ethylene carbonate, 1,2-diethynyl ethylene carbonate; 1,1-dimethyl-2-methylene ethylene carbonate, 1, Examples include methylene ethylene carbonate compounds such as 1-diethyl-2-methylene ethylene carbonate. Of these, vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, 1,2-divinyl ethylene carbonate, and ethynyl ethylene carbonate are preferred from the viewpoint of improving cycle characteristics and capacity maintenance characteristics after high-temperature storage. Among them, vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, ethynyl ethylene carbonate are preferred. Is more preferable, and vinylene carbonate is particularly preferable. These may be used alone or in combination of two or more.
When using 2 or more types together, it is preferable to use together vinylene carbonate and vinyl ethylene carbonate or ethynyl ethylene carbonate.
((フッ素原子を有する環状カーボネート化合物))
フッ素原子を有する環状カーボネート化合物としては、例えば、フルオロエチレンカーボネート、1,2−ジフルオロエチレンカーボネート、1,1−ジフルオロエチレンカーボネート、1,1,2−トリフルオロエチレンカーボネート、テトラフルオロエチレンカーボネート、1−フルオロ−2−メチルエチレンカーボネート、1−フルオロ−1−メチルエチレンカーボネート、1,2−ジフルオロ−1−メチルエチレンカーボネート、1,1,2−トリフルオロ−2−メチルエチレンカーボネート、トリフルオロメチルエチレンカーボネート等が挙げられる。これらのうち、フルオロエチレンカーボネート、1,2−ジフルオロエチレンカーボネートがサイクル特性向上や高温保存特性向上の点から好ましい。これらは単独で用いても、2種類以上を併用してもよい。
また、炭素−炭素不飽和結合を有する環状カーボネート化合物や次に記載するモノフルオロリン酸塩およびジフルオロリン酸塩と併用してもよく、サイクル特性向上や高温保存特性向上の点から、併用するのが好ましい。
((Cyclic carbonate compound having fluorine atom))
Examples of the cyclic carbonate compound having a fluorine atom include fluoroethylene carbonate, 1,2-difluoroethylene carbonate, 1,1-difluoroethylene carbonate, 1,1,2-trifluoroethylene carbonate, tetrafluoroethylene carbonate, 1- Fluoro-2-methylethylene carbonate, 1-fluoro-1-methylethylene carbonate, 1,2-difluoro-1-methylethylene carbonate, 1,1,2-trifluoro-2-methylethylene carbonate, trifluoromethylethylene carbonate Etc. Of these, fluoroethylene carbonate and 1,2-difluoroethylene carbonate are preferable from the viewpoint of improving cycle characteristics and high-temperature storage characteristics. These may be used alone or in combination of two or more.
In addition, it may be used in combination with a cyclic carbonate compound having a carbon-carbon unsaturated bond and the monofluorophosphate and difluorophosphate described below. Is preferred.
((モノフルオロリン酸塩およびジフルオロリン酸塩))
モノフルオロリン酸塩およびジフルオロリン酸塩のカウンターカチオンとしては特に限定はないが、リチウム、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウム、及び、NR1R2R3R4(式中、R1〜R4は、各々独立に、水素原子又は炭素数1〜12の有機基を表わす。)で表されるアンモニウム等が例示として挙げられる。
((Monofluorophosphate and difluorophosphate))
The counter cation of monofluorophosphate and difluorophosphate is not particularly limited, but lithium, sodium, potassium, magnesium, calcium, and NR 1 R 2 R 3 R 4 (wherein R 1 to R 4 Are each independently a hydrogen atom or an organic group having 1 to 12 carbon atoms.)
上記アンモニウムのR1〜R4で表わされる炭素数1〜12の有機基としては特に限定はないが、例えば、ハロゲン原子で置換されていてもよいアルキル基、ハロゲン原子又はアルキル基で置換されていてもよいシクロアルキル基、ハロゲン原子又はアルキル基で置換されていてもよいアリール基、置換基を有していてもよい窒素原子含有複素環基等が挙げられる。中でもR1〜R4として、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、又は窒素原子含有複素環基等が好ましい。 Although there is no particular limitation on the organic group having 1 to 12 carbon atoms represented by R 1 to R 4 of the above ammonium, for example, which may be substituted with a halogen atom an alkyl group, substituted with a halogen atom or an alkyl group Examples thereof include an cycloalkyl group which may be substituted, an aryl group which may be substituted with a halogen atom or an alkyl group, and a nitrogen atom-containing heterocyclic group which may have a substituent. Among these, as R 1 to R 4 , a hydrogen atom, an alkyl group, a cycloalkyl group, or a nitrogen atom-containing heterocyclic group is preferable.
モノフルオロリン酸塩およびジフルオロリン酸塩の具体例としては、モノフルオロリン酸リチウム、モノフルオロリン酸ナトリウム、モノフルオロリン酸カリウム、モノフルオロリン酸テトラメチルアンモニウム、モノフルオロリン酸テトラエチルアンモニウム、ジフルオロリン酸リチウム、ジフルオロリン酸ナトリウム、ジフルオロリン酸カリウム、ジフルオロリン酸テトラメチルアンモニウム、ジフルオロリン酸テトラエチルアンモニウム等が挙げられ、モノフルオロリン酸リチウム、ジフルオロリン酸リチウムが好ましく、ジフルオロリン酸リチウムがより好ましい。これらは単独で用いても、2種類以上を併用してもよい。 Specific examples of monofluorophosphate and difluorophosphate include lithium monofluorophosphate, sodium monofluorophosphate, potassium monofluorophosphate, tetramethylammonium monofluorophosphate, tetraethylammonium monofluorophosphate, difluoro Examples include lithium phosphate, sodium difluorophosphate, potassium difluorophosphate, tetramethylammonium difluorophosphate, tetraethylammonium difluorophosphate, etc., preferably lithium monofluorophosphate and lithium difluorophosphate, more preferably lithium difluorophosphate. preferable. These may be used alone or in combination of two or more.
また、炭素−炭素不飽和結合を有する環状カーボネート化合物やフッ素原子を有する環状カーボネート化合物と併用して用いても良く、サイクル特性向上や高温保存後の特性向上の点から併用するのが好ましい。 Moreover, you may use together with the cyclic carbonate compound which has a carbon-carbon unsaturated bond, and the cyclic carbonate compound which has a fluorine atom, and it is preferable to use together from the point of a cycling characteristic improvement or the characteristic improvement after high temperature storage.
非水系電解液が炭素−炭素不飽和結合を有する環状カーボネート化合物を含有する場合、非水系電解液中におけるその割合は、好ましくは0.001質量%以上、より好ましくは0.01質量%以上、更に好ましくは0.1質量%以上、特に好ましくは0.3質量%以上である。炭素−炭素不飽和結合を有する環状カーボネート化合物の割合が小さすぎると、電池のサイクル特性や高温保存後の容量維持特性を向上させるという効果を十分に発揮できない場合がある。しかし、炭素−炭素不飽和結合を有する環状カーボネート化合物の割合が大きすぎると、高温保存時にガス発生量が増大したり、低温での放電特性が低下する場合があるので、好ましくは8質量%以下、より好ましくは4質量%以下、更に好ましくは3質量%以下である。 When the non-aqueous electrolyte contains a cyclic carbonate compound having a carbon-carbon unsaturated bond, the proportion in the non-aqueous electrolyte is preferably 0.001% by mass or more, more preferably 0.01% by mass or more, More preferably, it is 0.1 mass% or more, Most preferably, it is 0.3 mass% or more. If the proportion of the cyclic carbonate compound having a carbon-carbon unsaturated bond is too small, the effect of improving the cycle characteristics of the battery and the capacity maintenance characteristics after high-temperature storage may not be sufficiently exhibited. However, if the ratio of the cyclic carbonate compound having a carbon-carbon unsaturated bond is too large, the amount of gas generated may increase during storage at high temperatures, or the discharge characteristics at low temperatures may decrease. More preferably, it is 4 mass% or less, More preferably, it is 3 mass% or less.
非水系電解液がフッ素原子を有する環状カーボネート化合物を助剤として含有する場合、非水系電解液中におけるその割合は、好ましくは0.001質量%以上、より好ましくは0.1質量%以上、更に好ましくは0.3質量%以上、特に好ましくは0.5質量%以上であり、好ましくは10質量%以下、より好ましくは5質量%以下、更に好ましくは4質量%以下、特に好ましくは3質量%以下である。割合が上記範囲未満では、電池のサイクル特性や高温保存特性を向上させるという効果を十分に発揮できない可能性があり、上記範囲を超える場合は、高温保存時にガス発生量が増大したり、低温での放電特性が低下することがある。 When the non-aqueous electrolyte contains a cyclic carbonate compound having a fluorine atom as an auxiliary agent, the proportion in the non-aqueous electrolyte is preferably 0.001% by mass or more, more preferably 0.1% by mass or more, and further Preferably it is 0.3% by mass or more, particularly preferably 0.5% by mass or more, preferably 10% by mass or less, more preferably 5% by mass or less, still more preferably 4% by mass or less, particularly preferably 3% by mass. It is as follows. If the ratio is less than the above range, there is a possibility that the effect of improving the cycle characteristics and high temperature storage characteristics of the battery may not be sufficiently exhibited.If the ratio exceeds the above range, the amount of gas generated during high temperature storage may increase, The discharge characteristics may deteriorate.
非水系電解液がモノフルオロリン酸塩および/またはジフルオロリン酸塩を含有する場合、非水系電解液中におけるその割合は、好ましくは0.001質量%以上、より好ましくは0.01質量%以上、更に好ましくは0.1質量%以上、特に好ましくは0.2質量%以上であり、好ましくは5質量%以下、より好ましくは3質量%以下、更に好ましくは2質量%以下である。上記割合が上記範囲未満では、電池のサイクル特性や高温保存特性を向上させるという効果を十分に発揮できない可能性があり、上記範囲を超える場合は、電解液に溶解しにくくなり、効果が飽和する傾向がある。 When the non-aqueous electrolyte contains a monofluorophosphate and / or difluorophosphate, the proportion in the non-aqueous electrolyte is preferably 0.001% by mass or more, more preferably 0.01% by mass or more. More preferably, it is 0.1% by mass or more, particularly preferably 0.2% by mass or more, preferably 5% by mass or less, more preferably 3% by mass or less, and further preferably 2% by mass or less. If the ratio is less than the above range, there is a possibility that the effect of improving the cycle characteristics and high-temperature storage characteristics of the battery may not be sufficiently exhibited. If the ratio exceeds the above range, it becomes difficult to dissolve in the electrolytic solution, and the effect is saturated. Tend.
従来公知の過充電防止剤としては、ビフェニル、2−メチルビフェニル、2−エチルビフェニル等のアルキルビフェニル、ターフェニル、ターフェニルの部分水素化体、シクロペンチルベンゼン、シクロヘキシルベンゼン、シス−1−プロピル−4−フェニルシクロヘキサン、トランス−1−プロピル−4−フェニルシクロヘキサン、シス−1−ブチル−4−フェニルシクロヘキサン、トランス−1−ブチル−4−フェニルシクロヘキサン、t−ブチルベンゼン、t−アミルベンゼン、ジフェニルエーテル、ジベンゾフラン、メチルフェニルカーボネート、エチルフェニルカーボネート、ジフェニルカーボネート、トリフェニルホスフェート、トリス(2−t−ブチルフェニル)ホスフェート、トリス(3−t−
ブチルフェニル)ホスフェート、トリス(4−t−ブチルフェニル)ホスフェート、トリス(2−t−アミルフェニル)ホスフェート、トリス(3−t−アミルフェニル)ホスフェート
、トリス(4−t−アミルフェニル)ホスフェート、トリス(2−シクロヘキシルフェニル)ホスフェート、トリス(3−シクロヘキシルフェニル)ホスフェート、トリス(4−シクロ
ヘキシルフェニル)ホスフェート等の芳香族化合物;2−フルオロビフェニル、3−フル
オロビフェニル、4−フルオロビフェニル、4,4’−ジフルオロビフェニル、2,4−ジフルオロビフェニル、o−シクロヘキシルフルオロベンゼン、p−シクロヘキシルフル
オロベンゼン等の上記芳香族化合物の部分フッ素化物;2,4−ジフルオロアニソール、2,5−ジフルオロアニソール、2,6−ジフルオロアニソール、3,5−ジフルオロアニソール等の含フッ素アニソール化合物等が挙げられる。
これらの中でもビフェニル、2−メチルビフェニル等のアルキルビフェニル、ターフェニル、ターフェニルの部分水素化体、シクロペンチルベンゼン、シクロヘキシルベンゼン、シス−1−プロピル−4−フェニルシクロヘキサン、トランス−1−プロピル−4−フェニルシクロヘキサン、シス−1−ブチル−4−フェニルシクロヘキサン、トランス−1−ブチル−4−フェニルシクロヘキサン、t−ブチルベンゼン、t−アミルベンゼン、ジフェニルエーテル、ジベンゾフラン、メチルフェニルカーボネート、ジフェニルカーボネート、トリフェニルホスフェート、トリス(4−t−ブチルフェニル)ホスフェート、トリス(4−シクロヘキシルフェニル)ホスフェート等の芳香族化合物;2−フルオロビフェニル、3−フルオロビフェニル、4−フルオロビフェニル、4,4’−ジフルオロビフェニル、o−シクロヘキシルフルオロベンゼン、p−シクロヘキシルフルオロベンゼン等の上
記芳香族化合物の部分フッ素化物が好ましく、ターフェニルの部分水素化体、シクロペンチルベンゼン、シクロヘキシルベンゼン、シス−1−プロピル−4−フェニルシクロヘキサン、トランス−1−プロピル−4−フェニルシクロヘキサン、シス−1−ブチル−4−フェニルシクロヘキサン、トランス−1−ブチル−4−フェニルシクロヘキサン、t−ブ
チルベンゼン、t−アミルベンゼン、メチルフェニルカーボネート、ジフェニルカーボネート、トリフェニルホスフェート、トリス(4−t−ブチルフェニル)ホスフェート、トリス(4−シクロヘキシルフェニル)ホスフェート、o−シクロヘキシルフルオロベンゼン、p−シクロヘキシルフルオロベンゼンがより好ましく、ターフェニルの部分水素化体及び
シクロヘキシルベンゼンが特に好ましい。
これらは2種以上併用して用いてもよい。2種以上併用する場合は、特に、ターフェニルの部分水素化体やシクロヘキシルベンゼンとt−ブチルベンゼンやt−アミルベンゼンとの組み合わせや、ビフェニル、アルキルビフェニル、ターフェニル、ターフェニルの部分水素化体、シクロヘキシルベンゼン、t−ブチルベンゼン、t−アミルベンゼン等の酸素を含有しない芳香族化合物から選ばれるものと、ジフェニルエーテル、ジベンゾフラン等の含酸素芳香族化合物から選ばれるものとを併用するのが過充電防止特性と高温保存特性のバランスの点から好ましい。
Conventionally known overcharge inhibitors include alkylbiphenyls such as biphenyl, 2-methylbiphenyl, 2-ethylbiphenyl, terphenyl, partially hydrogenated terphenyl, cyclopentylbenzene, cyclohexylbenzene, cis-1-propyl-4 -Phenylcyclohexane, trans-1-propyl-4-phenylcyclohexane, cis-1-butyl-4-phenylcyclohexane, trans-1-butyl-4-phenylcyclohexane, t-butylbenzene, t-amylbenzene, diphenyl ether, dibenzofuran , Methylphenyl carbonate, ethylphenyl carbonate, diphenyl carbonate, triphenyl phosphate, tris (2-t-butylphenyl) phosphate, tris (3-t-
Butylphenyl) phosphate, tris (4-t-butylphenyl) phosphate, tris (2-t-amylphenyl) phosphate, tris (3-t-amylphenyl) phosphate, tris (4-t-amylphenyl) phosphate, tris Aromatic compounds such as (2-cyclohexylphenyl) phosphate, tris (3-cyclohexylphenyl) phosphate, tris (4-cyclohexylphenyl) phosphate; 2-fluorobiphenyl, 3-fluorobiphenyl, 4-fluorobiphenyl, 4,4 ′ -Partially fluorinated products of the above aromatic compounds such as difluorobiphenyl, 2,4-difluorobiphenyl, o-cyclohexylfluorobenzene, p-cyclohexylfluorobenzene; 2,4-difluoroanisole, 2,5-difluoroanisole, 2,6 Difluoroanisole, fluorinated anisole compound such as 3,5-difluoro anisole, and the like.
Among these, alkylbiphenyl such as biphenyl and 2-methylbiphenyl, terphenyl, partially hydrogenated terphenyl, cyclopentylbenzene, cyclohexylbenzene, cis-1-propyl-4-phenylcyclohexane, trans-1-propyl-4- Phenylcyclohexane, cis-1-butyl-4-phenylcyclohexane, trans-1-butyl-4-phenylcyclohexane, t-butylbenzene, t-amylbenzene, diphenyl ether, dibenzofuran, methylphenyl carbonate, diphenyl carbonate, triphenyl phosphate, Aromatic compounds such as tris (4-t-butylphenyl) phosphate and tris (4-cyclohexylphenyl) phosphate; 2-fluorobiphenyl, 3-fluorobiphenyl, 4 -Partially fluorinated products of the above aromatic compounds such as -fluorobiphenyl, 4,4'-difluorobiphenyl, o-cyclohexylfluorobenzene, p-cyclohexylfluorobenzene, etc. are preferred. Partially hydrogenated terphenyl, cyclopentylbenzene, cyclohexylbenzene, Cis-1-propyl-4-phenylcyclohexane, trans-1-propyl-4-phenylcyclohexane, cis-1-butyl-4-phenylcyclohexane, trans-1-butyl-4-phenylcyclohexane, t-butylbenzene, t -Amylbenzene, methylphenyl carbonate, diphenyl carbonate, triphenyl phosphate, tris (4-tert-butylphenyl) phosphate, tris (4-cyclohexylphenyl) phosphate, o-cyclohexyl Fluorobenzene, more preferably p- cyclohexyl fluorobenzene, partially hydrogenated member and cyclohexylbenzene terphenyl is particularly preferred.
Two or more of these may be used in combination. When two or more types are used in combination, in particular, a partially hydrogenated terphenyl, a combination of cyclohexylbenzene and t-butylbenzene or t-amylbenzene, or a partially hydrogenated biphenyl, alkylbiphenyl, terphenyl or terphenyl. It is overcharged to use together those selected from oxygen-free aromatic compounds such as cyclohexylbenzene, t-butylbenzene and t-amylbenzene and those selected from oxygen-containing aromatic compounds such as diphenyl ether and dibenzofuran. This is preferable from the viewpoint of the balance between prevention characteristics and high-temperature storage characteristics.
非水系電解液中におけるこれらの過充電防止剤の含有割合は、好ましくは0.1質量%以上、より好ましくは0.2質量%以上、更に好ましくは0.3質量%以上、特に好ましくは0.5質量%以上であり、好ましくは5質量%以下、より好ましくは3質量%以下、更に好ましくは2質量%以下である。濃度が低すぎると所望する過充電防止剤の効果がほとんど発現しない場合がある。逆に濃度が高すぎると高温保存特性等の電池の特性が低下する傾向がある。 The content ratio of these overcharge inhibitors in the non-aqueous electrolyte is preferably 0.1% by mass or more, more preferably 0.2% by mass or more, still more preferably 0.3% by mass or more, and particularly preferably 0%. 0.5% by mass or more, preferably 5% by mass or less, more preferably 3% by mass or less, and still more preferably 2% by mass or less. If the concentration is too low, the desired effect of the overcharge inhibitor may hardly be exhibited. On the other hand, if the concentration is too high, battery characteristics such as high-temperature storage characteristics tend to deteriorate.
他の助剤としては、エリスリタンカーボネート、スピロ−ビス−ジメチレンカーボネート、メトキシエチル−メチルカーボネート、メトキシエチル−エチルカーボネート、エトキシエチル−メチルカーボネート、エトキシエチル−エチル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、無水イタコン酸、無水シトラコン酸、無水グルタコン酸、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及びフェニルコハク酸無水物等のカルボン酸無水物;コハク酸ジメチル、コハク酸ジエチル、コハク酸ジアリル、マレイン酸ジメチル、マレイン酸ジエチル、マレイン酸ジアリル、マレイン酸ジプロピル、マレイン酸ジブチル、マレイン酸ビス(トリフルオロメチル)、マレイン酸ビス(ペンタフルオロエチル)、マレイン酸ビス(2,2,2−トリフルオロエチル)等のジカルボン酸ジエステル化合物;2,4,8,10−テトラオキサスピロ[5.5]ウンデカン、3,9−ジビニル−2,4,8,10−テトラオキサスピロ[5.5]ウンデカン等のスピロ化合物;エチレンサルファイト、プロピレンサルファイト、1,3−プロパンスルトン、1,4−ブタンスルトン、1,3−プロペンスルトン、1,4−ブテンスルトン、メチルメタンスルホネート、エチルメタンスルホネート、メチル−メトキシメタンスルホネート、メチル−2−メトキシエタンスルホネート、ブスルファン、ジエチレングリコールジメタンスルホネート、1,2−エタンジオールビス(2,2,2−トリフルオロエタンスルホネート)、1,4−ブタンジオールビス(2,2,2−トリフルオロエタンスルホネート)、スルホラン、3−スルホレン、2−スルホレン、ジメチルスルホン、ジエチルスルホン、ジビニルスルホン、ジフェニルスルホン、ビス(メチルスルホニル)メタン、ビス(メチルスルホニル)エタン、ビス(エチルスルホニル)メタン、ビス(エチルスルホニル)エタン、ビス(ビニルスルホニル)メタン、ビス(ビニルスルホニル)エタン、N,N−ジメチルメタンスルホンアミド、N,N−ジエチルメタンスルホンアミド、N,N−ジメチルトリフルオロメタンスルホンアミド、N,N−ジエチルトリフルオロメタンスルホンアミ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−イミダゾリジノン及びN−メチルスクシイミド等の含窒素化合物;ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、シクロヘプタン、メチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、プロピルシクロヘキサン、n−ブチルシクロヘキサン、t−ブチルシクロヘキサン、ジシクロヘキシル等の炭化水素化合物;フルオロベンゼン、ジフルオロベンゼン、ペンタフルオロベンゼン、ヘキサフルオロベンゼン等のフ
ッ化ベンゼン;2−フルオロトルエン、3−フルオロトルエン、4−フルオロトルエン、ベンゾトリフルオライド等のフッ化トルエン;アセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリル、マロノニトリル、スクシノニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、ピメロニトリル、3,9−ビス(2−シアノエチル)−2,4,8,10−テトラオキサスピロ[5,5]ウンデカン
等のニトリル化合物;メチルイソシアネート、エチルイソシアネート、プロピルイソシアネート、ブチルイソシアネート、ペンチルイソシアネート、ヘキシルイソシアネート、ビニルイソシアネート、アリルイソシアネート、エチニルイソシアネート、プロピニルイソシアネート、フェニルイソシアネート、モノメチレンジイソシアネート、ジメチレンジイソシアネート、トリメチレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、ペンタメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、ヘプタメチレンジイソシアネート、オクタメチレンジイソシアネート、1,2−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン、1,3−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン、1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン等のイソシアネート化合物;メチルジメチルホスフィネート、エチルジメチルホスフィネート、エチルジエチルホスフィネート、トリメチルホスホノフォルメート、トリエチルホスホノフォルメート、トリメチルホスホノアセテート、トリエチルホスホノアセテート、トリメチル−3−ホスホノプロピオネート、トリエチル−3−ホスホノプロピオネート等の含リン化合物等が挙げられる。
これらの中で、高温保存後の電池特性向上の点から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、1,3−プロペンスルトン、1,4−ブテンスルトン、ブスルファン、1,4−ブタンジオールビス(2,2,2−トリフルオロエタンスルホネート)等の含硫黄化合物;アセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリル、マロノニトリル、スクシノニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、ピメロニトリル、3,9−ビス(2−シアノエチル)−2,4,8,10−テトラオキサスピロ[5,5]ウンデカン等のニトリル化合物が好ましい。これらは2種以上併用して用いてもよい。
Other auxiliaries include carbonate compounds such as erythritan carbonate, spiro-bis-dimethylene carbonate, methoxyethyl-methyl carbonate, methoxyethyl-ethyl carbonate, ethoxyethyl-methyl carbonate, ethoxyethyl-ethyl carbonate; succinic anhydride Carboxylic acids such as glutaric anhydride, maleic anhydride, itaconic anhydride, citraconic anhydride, glutaconic anhydride, diglycolic anhydride, cyclohexanedicarboxylic anhydride, cyclopentanetetracarboxylic dianhydride and phenylsuccinic anhydride Anhydride: dimethyl succinate, diethyl succinate, diallyl succinate, dimethyl maleate, diethyl maleate, diallyl maleate, dipropyl maleate, dibutyl maleate, bis maleate (trifluoro Dicarboxylic acid diester compounds such as bis (pentafluoroethyl) maleate, bis (2,2,2-trifluoroethyl) maleate; 2,4,8,10-tetraoxaspiro [5.5] undecane Spiro compounds such as 3,9-divinyl-2,4,8,10-tetraoxaspiro [5.5] undecane; ethylene sulfite, propylene sulfite, 1,3-propane sultone, 1,4-butane sultone, 1,3-propene sultone, 1,4-butene sultone, methyl methanesulfonate, ethyl methanesulfonate, methyl-methoxymethanesulfonate, methyl-2-methoxyethanesulfonate, busulfan, diethylene glycol dimethanesulfonate, 1,2-ethanediol bis ( 2,2,2-trifluoroethane Sulfonate), 1,4-butanediol bis (2,2,2-trifluoroethanesulfonate), sulfolane, 3-sulfolene, 2-sulfolene, dimethylsulfone, diethylsulfone, divinylsulfone, diphenylsulfone, bis (methylsulfonyl) Methane, bis (methylsulfonyl) ethane, bis (ethylsulfonyl) methane, bis (ethylsulfonyl) ethane, bis (vinylsulfonyl) methane, bis (vinylsulfonyl) ethane, N, N-dimethylmethanesulfonamide, N, N- Sulfur-containing compounds such as diethylmethanesulfonamide, N, N-dimethyltrifluoromethanesulfonamide, N, N-diethyltrifluoromethanesulfonamide; 1-methyl-2-pyrrolidinone, 1-methyl-2-piperidone, 3-methyl- 2-o Nitrogen-containing compounds such as xazolidinone, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone and N-methylsuccinimide; heptane, octane, nonane, decane, cycloheptane, methylcyclohexane, ethylcyclohexane, propylcyclohexane, n-butylcyclohexane , T-butylcyclohexane, dicyclohexyl and other hydrocarbon compounds; fluorobenzene, difluorobenzene, pentafluorobenzene, hexafluorobenzene and other fluorinated benzenes; 2-fluorotoluene, 3-fluorotoluene, 4-fluorotoluene, benzotrifluoride Such as fluorinated toluene; acetonitrile, propionitrile, butyronitrile, malononitrile, succinonitrile, glutaronitrile, adiponitrile, pimeonitrile, 3,9-bis ( -Cyanoethyl) -2,4,8,10-tetraoxaspiro [5,5] undecane and other nitrile compounds; methyl isocyanate, ethyl isocyanate, propyl isocyanate, butyl isocyanate, pentyl isocyanate, hexyl isocyanate, vinyl isocyanate, allyl isocyanate, Ethynyl isocyanate, propynyl isocyanate, phenyl isocyanate, monomethylene diisocyanate, dimethylene diisocyanate, trimethylene diisocyanate, tetramethylene diisocyanate, pentamethylene diisocyanate, hexamethylene diisocyanate, heptamethylene diisocyanate, octamethylene diisocyanate, 1,2-bis (isocyanatomethyl) ) Cyclohexane, 1,3-bis (i Isocyanate compounds such as cyanatomethyl) cyclohexane and 1,4-bis (isocyanatomethyl) cyclohexane; methyldimethylphosphinate, ethyldimethylphosphinate, ethyldiethylphosphinate, trimethylphosphonoformate, triethylphosphonoformate, trimethylphosphono Examples thereof include phosphorus-containing compounds such as acetate, triethylphosphonoacetate, trimethyl-3-phosphonopropionate, and triethyl-3-phosphonopropionate.
Among these, ethylene sulfite, 1,3-propane sultone, 1,4-butane sultone, 1,3-propene sultone, 1,4-butene sultone, busulfan, 1,4 in terms of improving battery characteristics after high-temperature storage -Sulfur-containing compounds such as butanediol bis (2,2,2-trifluoroethanesulfonate); acetonitrile, propionitrile, butyronitrile, malononitrile, succinonitrile, glutaronitrile, adiponitrile, pimelonitrile, 3,9-bis ( Nitrile compounds such as 2-cyanoethyl) -2,4,8,10-tetraoxaspiro [5,5] undecane are preferred. Two or more of these may be used in combination.
非水系電解液中におけるこれらの助剤の含有割合は、特に制限はないが、好ましくは0.01質量%以上、より好ましくは0.1質量%以上、更に好ましくは0.2質量%以上であり、好ましくは8質量%以下、より好ましくは5質量%以下、更に好ましくは3質量%以下、特に好ましくは1質量%以下である。これらの助剤を添加することは、高温保存後の容量維持特性やサイクル特性を向上させる点で好ましい。この下限より低濃度では助剤の効果がほとんど発現しない場合がある。また、逆に濃度が高すぎると高負荷放電特性等の電池の特性が低下する場合がある。 The content ratio of these auxiliaries in the non-aqueous electrolyte solution is not particularly limited, but is preferably 0.01% by mass or more, more preferably 0.1% by mass or more, and further preferably 0.2% by mass or more. Yes, preferably 8% by mass or less, more preferably 5% by mass or less, still more preferably 3% by mass or less, and particularly preferably 1% by mass or less. The addition of these auxiliaries is preferable in terms of improving capacity maintenance characteristics and cycle characteristics after high-temperature storage. If the concentration is lower than this lower limit, the effect of the auxiliary agent may be hardly exhibited. Conversely, if the concentration is too high, battery characteristics such as high load discharge characteristics may be degraded.
(電解液の調製)
本発明に係る非水系電解液は、非水溶媒に、電解質、一般式(1)で表される化合物、必要に応じて他の化合物を溶解することにより調製することができる。非水系電解液の調製に際しては、各原料は、電解液とした場合の水分を低減させるため予め脱水しておくのが好ましい。好ましくは50ppm以下、より好ましくは30ppm以下、更に好ましくは10ppm以下までそれぞれ脱水するのがよい。また、電解液調製後に、脱水、脱酸処理等を実施してもよい。
(Preparation of electrolyte)
The nonaqueous electrolytic solution according to the present invention can be prepared by dissolving an electrolyte, a compound represented by the general formula (1), and if necessary, other compounds in a nonaqueous solvent. In preparing the non-aqueous electrolyte solution, each raw material is preferably dehydrated in advance in order to reduce the water content when the electrolyte solution is used. The dehydration is preferably performed to 50 ppm or less, more preferably 30 ppm or less, and even more preferably 10 ppm or less. Moreover, you may implement dehydration, a deoxidation process, etc. after electrolyte solution preparation.
本発明の非水系電解液は、非水系電解液電池の中でも二次電池用、即ち非水系電解液二次電池、例えばリチウム二次電池用の非水系電解液として用いるのに好適である。以下、本発明の非水系電解液を用いた非水系電解液二次電池について説明する。 The non-aqueous electrolyte solution of the present invention is suitable for use as a non-aqueous electrolyte solution for a secondary battery, that is, a non-aqueous electrolyte secondary battery, for example, a lithium secondary battery, among non-aqueous electrolyte batteries. Hereinafter, a non-aqueous electrolyte secondary battery using the non-aqueous electrolyte of the present invention will be described.
<非水系電解液二次電池>
本発明の非水系電解液二次電池は、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な負極及び正極、並びに非水系電解液を含む非水系電解液電池であって、該非水系電解液が上記本発明の非
水系電解液であることを特徴とするものである。
<Non-aqueous electrolyte secondary battery>
The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is a non-aqueous electrolyte battery including a negative electrode and a positive electrode capable of occluding and releasing lithium ions, and a non-aqueous electrolyte, and the non-aqueous electrolyte is a non-aqueous electrolyte of the present invention. It is an aqueous electrolyte solution.
(電池構成)
本発明に係る非水系電解液二次電池は、上記本発明の非水系電解液を用いて作製される以外は従来公知の非水系電解液二次電池と同様、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な負極及び正極、並びに非水系電解液を含む非水系電解液電池であり、通常、正極と負極とを上記本発明の非水系電解液が含浸されている多孔膜を介してケースに収納することで得られる。従って、本発明の非水系電解液二次電池の形状は特に制限されるものではなく、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。
(Battery configuration)
The non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention can occlude and release lithium ions as in the case of a conventionally known non-aqueous electrolyte secondary battery except that it is produced using the non-aqueous electrolyte of the present invention. A non-aqueous electrolyte battery including a negative electrode and a positive electrode and a non-aqueous electrolyte solution. Usually, the positive electrode and the negative electrode are accommodated in a case through a porous film impregnated with the non-aqueous electrolyte solution of the present invention. can get. Therefore, the shape of the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is not particularly limited, and may be any of a cylindrical shape, a square shape, a laminate shape, a coin shape, a large size, and the like.
(負極活物質)
負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵・放出可能なものであれば特に制限はない。その具体例としては、炭素質材料、合金系材料、リチウム含有金属複合酸化物材料等が挙げられる。
これらの負極活物質は、単独で用いても、2種以上を混合して用いてもよい。
中でも好ましいものは炭素質材料、合金系材料である。
(Negative electrode active material)
The negative electrode active material is not particularly limited as long as it can occlude and release lithium ions. Specific examples thereof include carbonaceous materials, alloy-based materials, lithium-containing metal composite oxide materials, and the like.
These negative electrode active materials may be used alone or in combination of two or more.
Of these, carbonaceous materials and alloy materials are preferred.
炭素質材料のなかでは、非晶質炭素材料、黒鉛、黒鉛の表面を黒鉛に比べて非晶質の炭素で被覆したものが好ましく、特に、黒鉛や黒鉛の表面を黒鉛に比べて非晶質の炭素で被覆したものが、一般にエネルギー密度が高く、好ましい。 Among the carbonaceous materials, amorphous carbon materials, graphite, and those in which the surface of graphite is coated with amorphous carbon compared to graphite are preferred, and in particular, the surface of graphite or graphite is amorphous compared to graphite. Those coated with carbon are generally preferred because of their high energy density.
黒鉛は、学振法によるX線回折で求めた格子面(002面)のd値(層間距離)が0.335〜0.338nm、特に0.335〜0.337nmであるものが好ましい。また、学振法によるX線回折で求めた結晶子サイズ(Lc)は、好ましくは10nm以上、より好ましくは50nm以上、更に好ましくは100nm以上である。灰分は、好ましくは1質量%以下、より好ましくは0.5質量%以下、更に好ましくは0.1質量%以下である。 Graphite preferably has a lattice plane (002 plane) d value (interlayer distance) of 0.335 to 0.338 nm, particularly 0.335 to 0.337 nm, as determined by X-ray diffraction using the Gakushin method. The crystallite size (Lc) determined by X-ray diffraction by the Gakushin method is preferably 10 nm or more, more preferably 50 nm or more, and still more preferably 100 nm or more. The ash content is preferably 1% by mass or less, more preferably 0.5% by mass or less, and still more preferably 0.1% by mass or less.
黒鉛の表面を非晶質の炭素で被覆したものとして好ましいのは、X線回折における格子面(002面)のd値が0.335〜0.338nmである黒鉛を核材とし、その表面に該核材よりもX線回折における格子面(002面)のd値が大きい炭素質材料が付着しており、かつ核材と核材よりもX線回折における格子面(002面)のd値が大きい炭素質材料との割合が質量比で99/1〜80/20であるものである。これを用いると、高い容量で、かつ電解液と反応しにくい負極を製造することができる。 The graphite surface coated with amorphous carbon is preferably graphite having a d-value of 0.335 to 0.338 nm on the lattice plane (002 plane) in X-ray diffraction as a core material. A carbonaceous material having a larger d-value on the lattice plane (002 plane) in X-ray diffraction than the core material is attached, and the d-value on the lattice plane (002 plane) in X-ray diffraction is greater than that of the core material and the core material. The ratio with respect to the carbonaceous material having a large is 99/1 to 80/20 in mass ratio. When this is used, a negative electrode having a high capacity and hardly reacting with the electrolytic solution can be produced.
炭素質材料の粒径は、レーザー回折・散乱法によるメジアン径で、好ましくは1μm以上、より好ましくは3μm以上、更に好ましくは5μm以上、特に好ましくは7μm以上であり、好ましくは100μm以下、より好ましくは50μm以下、更に好ましくは40μm以下、特に好ましくは30μm以下である。 The particle size of the carbonaceous material is a median diameter by a laser diffraction / scattering method, preferably 1 μm or more, more preferably 3 μm or more, still more preferably 5 μm or more, particularly preferably 7 μm or more, preferably 100 μm or less, more preferably Is 50 μm or less, more preferably 40 μm or less, and particularly preferably 30 μm or less.
炭素質材料のBET法による比表面積は、好ましくは0.3m2/g以上、より好ましくは0.5m2/g以上、更に好ましくは0.7m2/g以上、特に好ましくは0.8m2/g以上であり、好ましくは25.0m2/g以下、より好ましくは20.0m2/g以下、更に好ましくは15.0m2/g以下、特に好ましくは10.0m2/g以下である。 The specific surface area of the carbonaceous material by the BET method is preferably 0.3 m 2 / g or more, more preferably 0.5 m 2 / g or more, still more preferably 0.7 m 2 / g or more, and particularly preferably 0.8 m 2. / g or more, preferably 25.0 m 2 / g or less, more preferably 20.0 m 2 / g or less, more preferably 15.0 m 2 / g or less, particularly preferably not more than 10.0 m 2 / g .
また、炭素質材料は、アルゴンイオンレーザー光を用いたラマンスペクトルで分析し、1570〜1620cm−1の範囲にあるピークPAのピーク強度をIA、1300〜1400cm−1の範囲にあるピークPBのピーク強度をIBとした場合、IBとIAの比で表されるR値(=IB/IA)が、0.01〜0.7の範囲であるものが好ましい。ま
た、1570〜1620cm−1の範囲にあるピークの半値幅が、26cm−1以下、特に25cm−1以下であるものが好ましい。
Further, the carbonaceous material is analyzed by Raman spectrum using argon ion laser light, the peak is the peak intensity of the peak P A in the range of 1570~1620cm -1 I A, in the range of 1300~1400cm -1 P If the peak intensity of the B was I B, R value represented by the ratio of I B and I a (= I B / I a) is what is preferably in the range of 0.01 to 0.7. Further, the half width of the peak in the range of 1570~1620Cm -1 is, 26cm -1 or less, are preferred in particular 25 cm -1 or less.
合金系材料としては、リチウムを吸蔵・放出可能であれば特に限定はされず、リチウム合金を形成する単体金属及び合金、又はそれらの酸化物、炭化物、窒化物、珪化物、硫化物、リン化物等の化合物のいずれであってもよい。好ましくはリチウム合金を形成する単体金属及び合金を含む材料であり、13族及び14族の金属・半金属元素(即ち炭素を除く)を含む材料あることがより好ましく、更にはアルミニウム、ケイ素、及びスズ(これらを以下「特定金属元素」という場合がある)の単体金属、及びこれらの元素を含む合金又は化合物である事が好ましい。 The alloy material is not particularly limited as long as it can occlude / release lithium, and single metals and alloys forming lithium alloys, or oxides, carbides, nitrides, silicides, sulfides, and phosphides thereof. Any of these compounds may be used. Preferably, it is a material containing a single metal and an alloy forming a lithium alloy, more preferably a material containing a group 13 and group 14 metal / metalloid element (that is, excluding carbon), and further, aluminum, silicon, and It is preferably a simple metal of tin (which may be hereinafter referred to as “specific metal element”), and an alloy or compound containing these elements.
特定金属元素から選ばれる少なくとも1種の元素を有する負極活物質の例としては、何れか1種の特定金属元素の金属単体、2種以上の特定金属元素からなる合金、1種又は2種以上の特定金属元素とその他の1種又は2種以上の金属元素とからなる合金、並びに、1種又は2種以上の特定金属元素を含有する化合物、及びその化合物の酸化物、炭化物、窒化物、珪化物、硫化物、リン化物等の複合化合物が挙げられる。負極活物質としてこれらの金属単体、合金又は金属化合物を用いることで、電池の高容量化が可能である。 Examples of the negative electrode active material having at least one element selected from specific metal elements include a single metal element of any one specific metal element, an alloy composed of two or more specific metal elements, one type, or two or more types An alloy composed of the specific metal element and one or more other metal elements, a compound containing one or more specific metal elements, and oxides, carbides, nitrides of the compounds, Examples include composite compounds such as silicides, sulfides, and phosphides. By using these simple metals, alloys or metal compounds as the negative electrode active material, the capacity of the battery can be increased.
また、これらの複合化合物が、金属単体、合金、又は非金属元素等の数種の元素と複雑に結合した化合物も例として挙げることができる。より具体的には、例えばケイ素やスズでは、これらの元素と負極として動作しない金属との合金を用いることができる。また例えばスズでは、スズとケイ素以外で負極として作用する金属と、更に負極として動作しない金属と、非金属元素との組み合わせで5〜6種の元素を含むような複雑な化合物も用いることができる。 Moreover, the compound which these complex compounds combined with several elements, such as a metal simple substance, an alloy, or a nonmetallic element, can also be mentioned as an example. More specifically, for example, in silicon and tin, an alloy of these elements and a metal that does not operate as a negative electrode can be used. In addition, for example, in the case of tin, a complex compound containing 5 to 6 kinds of elements in combination with a metal that acts as a negative electrode other than tin and silicon, a metal that does not operate as a negative electrode, and a nonmetallic element can also be used. .
これらの負極活物質の中でも、電池にしたときに単位質量当りの容量が大きいことから、何れか1種の特定金属元素の金属単体、2種以上の特定金属元素の合金、特定金属元素の酸化物や炭化物、窒化物等が好ましく、特に、ケイ素及び/又はスズの金属単体、合金、酸化物や炭化物、窒化物等が、単位質量当りの容量が大きく好ましい。 Among these negative electrode active materials, since the capacity per unit mass is large when a battery is formed, any one metal element of a specific metal element, an alloy of two or more specific metal elements, oxidation of a specific metal element A material, carbide, nitride or the like is preferable, and silicon and / or tin metal alone, an alloy, an oxide, carbide, nitride, or the like is particularly preferable because of its large capacity per unit mass.
また、金属単体又は合金を用いるよりは単位質量当りの容量には劣るものの、サイクル特性に優れることから、ケイ素及び/又はスズを含有する以下の化合物も好ましい。
・ケイ素及び/又はスズと酸素との元素比が好ましくは0.5以上、より好ましくは0.7以上、更に好ましくは0.9以上であり、また、好ましくは1.5以下、より好ましくは1.3以下、更に好ましくは1.1以下であるケイ素及び/又はスズの酸化物。
・ケイ素及び/又はスズと窒素との元素比が好ましくは0.5以上、より好ましくは0.7以上、更に好ましくは0.9以上であり、また、好ましくは1.5以下、より好ましくは1.3以下、更に好ましくは1.1以下であるケイ素及び/又はスズの窒化物。
・ケイ素及び/又はスズと炭素との元素比が好ましくは0.5以上、より好ましくは0.7以上、更に好ましくは0.9以上であり、また、好ましくは1.5以下、より好ましくは1.3以下、更に好ましくは1.1以下であるケイ素及び/又はスズの炭化物。
In addition, although the capacity per unit mass is inferior to that of using a single metal or an alloy, the following compounds containing silicon and / or tin are also preferred because of excellent cycle characteristics.
The element ratio of silicon and / or tin to oxygen is preferably 0.5 or more, more preferably 0.7 or more, still more preferably 0.9 or more, and preferably 1.5 or less, more preferably Silicon and / or tin oxides of 1.3 or less, more preferably 1.1 or less.
The element ratio of silicon and / or tin and nitrogen is preferably 0.5 or more, more preferably 0.7 or more, still more preferably 0.9 or more, and preferably 1.5 or less, more preferably Silicon and / or tin nitride of 1.3 or less, more preferably 1.1 or less.
The element ratio of silicon and / or tin to carbon is preferably 0.5 or more, more preferably 0.7 or more, still more preferably 0.9 or more, and preferably 1.5 or less, more preferably Silicon and / or tin carbides of 1.3 or less, more preferably 1.1 or less.
また、これらの合金系材料は粉末のものでも薄膜状のものでもよく、結晶質のものでもアモルファスのものでもよい。 These alloy materials may be in the form of powder or thin film, and may be crystalline or amorphous.
合金系材料の平均粒径は、本願発明の効果を発現するためには、特に制限はないが、好ましくは50μm以下、より好ましくは20μm以下、更に好ましくは10μm以下、好ましくは0.1μm以上、より好ましくは1μm以上、更に好ましくは2μm以上である。粒径が大きすぎる場合、電極の膨張が大きくなり、サイクル特性が低下してしまう可能性がある。また、小さ過ぎる場合、集電が取りにくくなり、容量が十分に発現しない可能
性がある。
The average particle size of the alloy-based material is not particularly limited in order to exhibit the effects of the present invention, but is preferably 50 μm or less, more preferably 20 μm or less, still more preferably 10 μm or less, preferably 0.1 μm or more, More preferably, it is 1 micrometer or more, More preferably, it is 2 micrometers or more. If the particle size is too large, the expansion of the electrode is increased, and the cycle characteristics may be deteriorated. Moreover, when too small, it will become difficult to collect current, and capacity | capacitance may not fully express.
負極活物質として用いられるリチウム含有金属複合酸化物材料としては、リチウムを吸蔵・放出可能であれば、特に限定はされないが、リチウムとチタンの複合酸化物(以下、「リチウムチタン複合酸化物」と略記する)が好ましい。 The lithium-containing metal composite oxide material used as the negative electrode active material is not particularly limited as long as it can occlude and release lithium. However, a lithium-titanium composite oxide (hereinafter referred to as “lithium-titanium composite oxide”) (Abbreviated) is preferred.
また、リチウムチタン複合酸化物のリチウムやチタンの一部が、他の金属元素、例えば、Na、K、Co、Al、Fe、Mg、Cr、Ga、Cu、Zn及びNbからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素で置換されているものも好ましい。 In addition, a part of lithium or titanium in the lithium titanium composite oxide is selected from the group consisting of other metal elements such as Na, K, Co, Al, Fe, Mg, Cr, Ga, Cu, Zn, and Nb. Those substituted with at least one element are also preferred.
更に、LixTiyMzO4で表されるリチウムチタン複合酸化物であり、0.7≦x≦1.5、1.5≦y≦2.3、0≦z≦1.6であることが、リチウムイオンの吸蔵・放出の際の構造が安定であることから好ましい(Mは、Na、K、Co、Al、Fe、Mg、Cr、Ga、Cu、Zn及びNbからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を表わす)。 Furthermore, it is a lithium titanium composite oxide represented by Li x Ti y M z O 4 , and 0.7 ≦ x ≦ 1.5, 1.5 ≦ y ≦ 2.3, and 0 ≦ z ≦ 1.6. It is preferable that the structure at the time of occlusion / release of lithium ions is stable (M is a group consisting of Na, K, Co, Al, Fe, Mg, Cr, Ga, Cu, Zn, and Nb). Represents at least one element selected).
中でも、LixTiyMzO4で表されるリチウムチタン複合酸化物のZ=0の場合、x、yが以下の(a)〜(c)のいずれかを満足する場合の構造が、電池性能のバランスが良好なために好ましい。
(a)1.2≦x≦1.4、1.5≦y≦1.7、z=0
(b)0.9≦x≦1.1、1.9≦y≦2.1、z=0
(c)0.7≦x≦0.9、2.1≦y≦2.3、z=0
より好ましい代表的な組成は、(a)ではLi4/3Ti5/3O4、(b)ではLi1Ti2O4、(c)ではLi4/5Ti11/5O4である。
また、Z≠0の場合の構造については、例えば、Li4/3Ti4/3Al1/3O4が好ましいものとして挙げられる。
Among them, when Z = 0 of the lithium titanium composite oxide represented by Li x Ti y M z O 4 , the structure in the case where x and y satisfy any of the following (a) to (c): This is preferable because of a good balance of battery performance.
(A) 1.2 ≦ x ≦ 1.4, 1.5 ≦ y ≦ 1.7, z = 0
(B) 0.9 ≦ x ≦ 1.1, 1.9 ≦ y ≦ 2.1, z = 0
(C) 0.7 ≦ x ≦ 0.9, 2.1 ≦ y ≦ 2.3, z = 0
More preferred representative compositions are Li 4/3 Ti 5/3 O 4 in (a), Li 1 Ti 2 O 4 in (b), and Li 4/5 Ti 11/5 O 4 in (c). .
As for the structure when Z ≠ 0, for example, Li 4/3 Ti 4/3 Al 1/3 O 4 is preferable.
(正極活物質)
正極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵・放出可能なものであれば特に制限はない。リチウムと少なくとも1種の遷移金属を含有する物質が好ましく、例えば、リチウム遷移金属複合酸化物、リチウム含有遷移金属リン酸化合物が挙げられる。
(Positive electrode active material)
The positive electrode active material is not particularly limited as long as it can occlude and release lithium ions. A substance containing lithium and at least one transition metal is preferable, and examples thereof include a lithium transition metal composite oxide and a lithium-containing transition metal phosphate compound.
リチウム遷移金属複合酸化物の遷移金属としてはV、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu等が好ましく、具体例としては、LiCoO2等のリチウム・コバルト複合酸
化物、LiNiO2等のリチウム・ニッケル複合酸化物、LiMnO2、LiMn2O4、Li2MnO3等のリチウム・マンガン複合酸化物が挙げられる。また、上記リチウム遷移金属複合酸化物の主体となる遷移金属原子の一部を他の金属で置換したもの、即ち、リチウム・コバルト複合酸化物のCoの一部を、Al、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Li、Ni、Cu、Zn、Mg、Ga、Zr、Si等の他の金属で置換したもの、リチウム・ニッケル複合酸化物のNiの一部をAl、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Li、Cu、Zn、Mg、Ga、Zr、Si等の他の金属で置換したもの、リチウム・マンガン複合酸化物のMnの一部をAl、Ti、V、Cr、Fe、Co、Li、Ni、Cu、Zn、Mg、Ga、Zr、Si等の他の金属で置換したもの、等が挙げられる。リチウム遷移金属複合酸化物の主体となる遷移金属原子の一部を他の金属で置換したものの中では、LiNi1−a−bMnaCobO2(a、bは0以上1未満の数字を表すが、a、bが共に0の場合を除く)、LiNi1−c−d−eCocAldMgeO2(c、d、eは0以上1未満の数字を表すが、c、d、eが共に0の場合を除く)が好ましく、更にはLiNi1−a−bMnaCobO2(0≦a<0.4、0≦b<0.4)、LiNi1−c−d−eCocAldMgeO2(0≦c<0.3、0≦d<0.1、0≦e<0.05)が好ましく、特に、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2、LiNi0.5Co0
.3Mn0.2O2、LiNi0.5Mn0.5O2、LiNi0.85Co0.10Al0.05O2、LiNi0.85Co0.10Al0.03Mg0.02O2が好ましい。
The transition metal of the lithium transition metal composite oxide is preferably V, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu or the like. Specific examples include lithium-cobalt composite oxide such as LiCoO 2 , LiNiO 2 or the like. Examples of the lithium / nickel composite oxide include lithium / manganese composite oxides such as LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , and Li 2 MnO 3 . In addition, a part of the transition metal atom that is the main component of the lithium transition metal composite oxide is replaced with another metal, that is, a part of Co in the lithium-cobalt composite oxide is replaced with Al, Ti, V, Cr. , Mn, Fe, Li, Ni, Cu, Zn, Mg, Ga, Zr, Si substituted with other metals, part of Ni in the lithium-nickel composite oxide is Al, Ti, V, Cr, Substituted with other metals such as Mn, Fe, Co, Li, Cu, Zn, Mg, Ga, Zr, Si, and a part of Mn of the lithium-manganese composite oxide Al, Ti, V, Cr, Fe , Co, Li, Ni, Cu, Zn, Mg, Ga, Zr, Si substituted with other metals, and the like. Among those in which a part of the transition metal atom that is the main component of the lithium transition metal composite oxide is substituted with another metal, LiNi 1-ab Mn a Co b O 2 (a and b are numbers from 0 to less than 1) , Except for the case where both a and b are 0), LiNi 1-c- dE Co C Al d Mg e O 2 (c, d, e represents a number from 0 to less than 1, , d, excluding) is preferably the case of e are both 0, more LiNi 1-a-b Mn a Co b O 2 (0 ≦ a <0.4,0 ≦ b <0.4), LiNi 1- c-d-e Co c Al d Mg e O 2 (0 ≦ c <0.3,0 ≦ d <0.1,0 ≦ e <0.05) are preferred, in particular, LiNi 1/3 Co 1 / 3 Mn 1/3 O 2 , LiNi 0.5 Co 0
. 3 Mn 0.2 O 2 , LiNi 0.5 Mn 0.5 O 2 , LiNi 0.85 Co 0.10 Al 0.05 O 2 , LiNi 0.85 Co 0.10 Al 0.03 Mg 0.02 O 2 is preferred.
リチウム含有遷移金属リン酸化合物の遷移金属としては、V、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu等が好ましく、具体例としては、例えば、LiFePO4、Li3Fe2(PO4)3、LiFeP2O7等のリン酸鉄類、LiCoPO4等のリン酸コバルト類が挙げられる。また、上記リチウム遷移金属リン酸化合物の主体となる遷移金属原子の一部を他の金属で置換したもの、即ち、リン酸鉄類のFeの一部をAl、Ti、V、Cr、Mn、Co、Li、Ni、Cu、Zn、Mg、Ga、Zr、Nb、Si等の他の金属で置換したもの、リン酸コバルト類のCoの一部をAl、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Li、Ni、Cu、Zn、Mg、Ga、Zr、Nb、Si等の他の金属で置換したもの、等が挙げられる。これらの正極活物質は単独で用いても、複数を併用してもよい。 As the transition metal of the lithium-containing transition metal phosphate compound, V, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu and the like are preferable, and specific examples include, for example, LiFePO 4 , Li 3 Fe 2 (PO 4 ). 3 , iron phosphates such as LiFeP 2 O 7 and cobalt phosphates such as LiCoPO 4 . In addition, a part of the transition metal atom that is the main component of the lithium transition metal phosphate compound is substituted with another metal, that is, a part of Fe of iron phosphates is Al, Ti, V, Cr, Mn, Co, Li, Ni, Cu, Zn, Mg, Ga, Zr, Nb, Si and other metals substituted, Co cobalt phosphates part of Co Al, Ti, V, Cr, Mn, Fe , Li, Ni, Cu, Zn, Mg, Ga, Zr, Nb, Si substituted with other metals, and the like. These positive electrode active materials may be used alone or in combination.
また、これら正極活物質の表面に、主体となる正極活物質を構成する物質とは異なる組成の物質(表面付着物質)が付着したものを用いることもできる。表面付着物質としては酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ホウ素、酸化アンチモン、酸化ビスマス等の酸化物、硫酸リチウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸マグネシウム、硫酸カルシウム、硫酸アルミニウム等の硫酸塩、炭酸リチウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム等の炭酸塩等が挙げられる。 In addition, a material in which a substance (surface adhering substance) having a composition different from that of the substance constituting the main cathode active material is attached to the surface of the cathode active material can be used. Surface adhering substances include aluminum oxide, silicon oxide, titanium oxide, zirconium oxide, magnesium oxide, calcium oxide, boron oxide, antimony oxide, bismuth oxide, lithium sulfate, sodium sulfate, potassium sulfate, magnesium sulfate, calcium sulfate And sulfates such as aluminum sulfate and carbonates such as lithium carbonate, calcium carbonate and magnesium carbonate.
表面付着物質の量としては、本願発明の効果を発現するためには、特に制限はないが、正極活物質に対して質量で、好ましくは0.1ppm以上、より好ましくは1ppm以上、更に好ましくは10ppm以上、好ましくは20%以下、より好ましくは10%以下、更に好ましくは5%以下で用いられる。表面付着物質により、正極活物質表面での非水系電解液の酸化反応を抑制することができ、電池寿命を向上させることができるが、その付着量が少なすぎる場合その効果は十分に発現せず、多すぎる場合には、リチウムイオンの出入りを阻害するため抵抗が増加する場合がある。 The amount of the surface adhering substance is not particularly limited in order to exhibit the effect of the present invention, but is preferably 0.1 ppm or more, more preferably 1 ppm or more, and still more preferably, by mass with respect to the positive electrode active material. It is used at 10 ppm or more, preferably 20% or less, more preferably 10% or less, and still more preferably 5% or less. The surface adhering substance can suppress the oxidation reaction of the non-aqueous electrolyte solution on the surface of the positive electrode active material, and can improve the battery life. However, when the amount of the adhering quantity is too small, the effect is not sufficiently exhibited. If the amount is too large, the resistance may increase in order to inhibit the entry and exit of lithium ions.
(電極の製造)
活物質を結着する結着剤としては、電極製造時に使用する溶媒や電解液に対して安定な材料であれば、任意のものを使用することができる。例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、スチレン・ブタジエンゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム等の不飽和結合を有するポリマー、エチレン−アクリル酸共重合体、エチレン−メタクリル酸共重合体等のアクリル酸系ポリマー等が挙げられる。
(Manufacture of electrodes)
As the binder for binding the active material, any material can be used as long as it is a material that is stable with respect to the solvent and the electrolytic solution used during electrode production. For example, fluorine resins such as polyvinylidene fluoride and polytetrafluoroethylene, polyolefins such as polyethylene and polypropylene, polymers having unsaturated bonds such as styrene / butadiene rubber, isoprene rubber and butadiene rubber, ethylene-acrylic acid copolymers, An acrylic acid polymer such as an ethylene-methacrylic acid copolymer may be used.
電極中には、機械的強度や電気伝導度を高めるために増粘剤、導電材、充填剤等を含有させてもよい。
増粘剤としては、カルボキシルメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、エチルセルロース、ポリビニルアルコール、酸化スターチ、リン酸化スターチ、ガゼイン等が挙げられる。
導電材としては、銅又はニッケル等の金属材料、グラファイト又はカーボンブラック等の炭素材料等が挙げられる。
The electrode may contain a thickener, a conductive material, a filler and the like in order to increase mechanical strength and electrical conductivity.
Examples of the thickener include carboxymethyl cellulose, methyl cellulose, hydroxymethyl cellulose, ethyl cellulose, polyvinyl alcohol, oxidized starch, phosphorylated starch, and casein.
Examples of the conductive material include metal materials such as copper and nickel, and carbon materials such as graphite and carbon black.
電極の製造は、常法によればよい。例えば、負極又は正極活物質に、結着剤、増粘剤、導電材、溶媒等を加えてスラリー化し、これを集電体に塗布、乾燥した後に、プレスすることによって形成することができる。
また、活物質に結着剤や導電材等を加えたものをそのままロール成形してシート電極と
したり、圧縮成型によりペレット電極としたり、蒸着・スパッタ・メッキ等の手法で集電体上に電極材料の薄膜を形成することもできる。
The electrode may be manufactured by a conventional method. For example, it can be formed by adding a binder, a thickener, a conductive material, a solvent or the like to a negative electrode or a positive electrode active material to form a slurry, applying the slurry to a current collector, drying it, and then pressing it.
In addition, a material obtained by adding a binder or a conductive material to an active material is roll-formed as it is to form a sheet electrode, a pellet electrode is formed by compression molding, and an electrode is formed on the current collector by techniques such as vapor deposition, sputtering, or plating. A thin film of material can also be formed.
負極活物質に黒鉛を用いた場合、負極活物質層の乾燥、プレス後の密度は、好ましくは1.45g/cm3以上、より好ましくは1.55g/cm3以上、更に好ましくは1.60g/cm3以上、特に好ましくは1.65g/cm3以上、である。 When graphite is used for the negative electrode active material, the density of the negative electrode active material layer after drying and pressing is preferably 1.45 g / cm 3 or more, more preferably 1.55 g / cm 3 or more, and even more preferably 1.60 g. / Cm 3 or more, particularly preferably 1.65 g / cm 3 or more.
また、正極活物質層の乾燥、プレス後の密度は、好ましくは2.0g/cm3以上、より好ましくは2.5g/cm3以上、更に好ましくは3.0g/cm3以上である。 The density after drying and pressing of the positive electrode active material layer is preferably 2.0 g / cm 3 or more, more preferably 2.5 g / cm 3 or more, and further preferably 3.0 g / cm 3 or more.
集電体としては各種のものが用いることができるが、通常は金属や合金が用いられる。負極の集電体としては、銅、ニッケル、ステンレス等が挙げられ、好ましいのは銅である。また、正極の集電体としては、アルミニウム、チタン、タンタル等の金属又はその合金が挙げられ、好ましいのはアルミニウム又はその合金である。
集電体の形状としては、金属材料の場合、金属箔、金属円柱、金属コイル、金属板、金属薄膜、エキスパンドメタル、パンチメタル、発泡メタル等が挙げられ、炭素材料の場合、炭素板、炭素薄膜、炭素円柱等が挙げられる。これらのうち、金属薄膜が好ましい。なお、薄膜は適宜メッシュ状に形成してもよい。
集電体の厚みは、電池容量の確保、取扱い性の観点から、通常1μm以上、好ましくは5μm以上であり、通常100μm以下、好ましくは50μm以下である。
Various types of current collectors can be used, but metals and alloys are usually used. Examples of the current collector for the negative electrode include copper, nickel, and stainless steel, and copper is preferred. Examples of the positive electrode current collector include metals such as aluminum, titanium, and tantalum, and alloys thereof, and aluminum or an alloy thereof is preferable.
Examples of the shape of the current collector include metal foil, metal cylinder, metal coil, metal plate, metal thin film, expanded metal, punch metal, and foam metal in the case of a metal material. A thin film, a carbon cylinder, etc. are mentioned. Of these, metal thin films are preferred. In addition, you may form a thin film suitably in mesh shape.
The thickness of the current collector is usually 1 μm or more, preferably 5 μm or more, and usually 100 μm or less, preferably 50 μm or less, from the viewpoint of securing battery capacity and handling properties.
集電体と負極活物質層の厚さの比は特に制限されないが、「(非水系電解液注液直前の片面の負極活物質層厚さ)/(集電体の厚さ)」の値が、150以下が好ましく、20以下がさらに好ましく、10以下が特に好ましく、また、0.1以上が好ましく、0.4以上がさらに好ましく、1以上が特に好ましい。集電体と負極活物質層の厚さの比が、上記範囲であると、電池容量を確保することができるとともに、高電流密度充放電時における集電体の発熱を抑制することができる。
集電体と正極活物質層の厚さの比は特には限定されないが、(電解液注液直前の片面の正極活物質層の厚さ)/(集電体の厚さ)の値が20以下であることが好ましく、より好ましくは15以下、最も好ましくは10以下であり、下限は、0.5以上が好ましく、より好ましくは0.8以上、最も好ましくは1以上の範囲である。この範囲を上回ると、高電流密度充放電時に集電体がジュール熱による発熱を生じる場合がある。上記範囲であると、高電流密度充放電時の集電体の発熱を抑制し、電池容量を確保することができる。
The ratio of the thickness of the current collector to the negative electrode active material layer is not particularly limited, but the value of “(the thickness of the negative electrode active material layer on one side immediately before the nonaqueous electrolyte injection) / (thickness of the current collector)” However, 150 or less is preferable, 20 or less is more preferable, 10 or less is particularly preferable, 0.1 or more is preferable, 0.4 or more is more preferable, and 1 or more is particularly preferable. When the ratio of the thickness of the current collector to the negative electrode active material layer is in the above range, battery capacity can be secured and heat generation of the current collector during high current density charge / discharge can be suppressed.
The ratio of the thickness of the current collector to the positive electrode active material layer is not particularly limited, but the value of (thickness of the positive electrode active material layer on one side immediately before electrolyte injection) / (thickness of the current collector) is 20 The lower limit is preferably 15 or less, most preferably 10 or less, and the lower limit is preferably 0.5 or more, more preferably 0.8 or more, and most preferably 1 or more. Above this range, the current collector may generate heat due to Joule heat during high current density charge / discharge. Within the above range, heat generation of the current collector during high current density charge / discharge can be suppressed, and battery capacity can be secured.
負極板の厚さは、用いられる正極板に合わせて設計されるものであり、特に制限されないが、芯材の金属箔厚さを差し引いた合材層の厚さは通常15μm以上、好ましくは20μm以上、より好ましくは30μm以上、また、通常300μm以下、好ましくは280μm以下、より好ましくは250μm以下が望ましい。
正極板の厚さは特に限定されないが、高容量かつ高出力の観点から、芯材の金属箔厚さを差し引いた合材層の厚さは、集電体の片面に対して下限として、好ましくは10μm以上、より好ましくは20μm以上で、上限としては、好ましくは500μm以下、より好ましくは450μm以下である。
The thickness of the negative electrode plate is designed according to the positive electrode plate to be used, and is not particularly limited. However, the thickness of the composite layer obtained by subtracting the metal foil thickness of the core material is usually 15 μm or more, preferably 20 μm. Above, more preferably 30 μm or more, and usually 300 μm or less, preferably 280 μm or less, more preferably 250 μm or less.
The thickness of the positive electrode plate is not particularly limited, but from the viewpoint of high capacity and high output, the thickness of the composite layer obtained by subtracting the metal foil thickness of the core material is preferably as a lower limit with respect to one side of the current collector. Is 10 μm or more, more preferably 20 μm or more, and the upper limit is preferably 500 μm or less, more preferably 450 μm or less.
(セパレータ、外装体)
正極と負極の間には、短絡を防止するために多孔膜(セパレータ)を介在させる。この場合、電解液は多孔膜に含浸させて用いる。多孔膜の材質や形状は、電解液に安定であり、かつ保液性に優れていれば、特に制限はなく、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンを原料とする多孔性シート又は不織布等が好ましい。
(Separator, exterior body)
A porous film (separator) is interposed between the positive electrode and the negative electrode to prevent a short circuit. In this case, the electrolytic solution is used by impregnating the porous membrane. The material and shape of the porous film are not particularly limited as long as it is stable to the electrolytic solution and excellent in liquid retention, and a porous sheet or nonwoven fabric made of a polyolefin such as polyethylene or polypropylene is preferable.
セパレータの厚さは任意であるが、通常1μm以上であり、5μm以上が好ましく、8
μm以上がさらに好ましく、また、通常50μm以下であり、40μm以下が好ましく、30μm以下がさらに好ましい。上記範囲であると、絶縁性及び機械的強度を確保できる一方、レート特性等の電池性能及びエネルギー密度を確保することができる。
The thickness of the separator is arbitrary, but is usually 1 μm or more, preferably 5 μm or more, and 8
More preferably, it is 50 μm or less, preferably 40 μm or less, more preferably 30 μm or less. Within the above range, insulation and mechanical strength can be secured, while battery performance such as rate characteristics and energy density can be secured.
さらに、セパレータとして多孔性シートや不織布等の多孔質のものを用いる場合、セパレータの空孔率は任意であるが、通常20%以上であり、35%以上が好ましく、45%以上がさらに好ましく、また、通常90%以下であり、85%以下が好ましく、75%以下がさらに好ましい。空孔率が、上記範囲であると、絶縁性及び機械的強度を確保できる一方、膜抵抗を抑え良好なレート特性を得ることができる。 Furthermore, when using a porous material such as a porous sheet or nonwoven fabric as the separator, the porosity of the separator is arbitrary, but is usually 20% or more, preferably 35% or more, more preferably 45% or more, Further, it is usually 90% or less, preferably 85% or less, and more preferably 75% or less. When the porosity is in the above range, insulation and mechanical strength can be secured, while film resistance can be suppressed and good rate characteristics can be obtained.
また、セパレータの平均孔径も任意であるが、通常0.5μm以下であり、0.2μm以下が好ましく、また、通常0.05μm以上である。平均孔径が、上記範囲を上回ると、短絡が生じ易くなる。平均孔径が、上記範囲であると、短絡を防止ししつつ、膜抵抗を抑え良好なレート特性を得ることができる。一方、無機物の材料としては、例えば、アルミナや二酸化ケイ素等の酸化物、窒化アルミや窒化ケイ素等の窒化物、硫酸バリウムや硫酸カルシウム等の硫酸塩が用いられ、粒子形状もしくは繊維形状のものが用いられる。 Moreover, although the average pore diameter of a separator is also arbitrary, it is 0.5 micrometer or less normally, 0.2 micrometer or less is preferable, and it is 0.05 micrometer or more normally. If the average pore diameter exceeds the above range, a short circuit tends to occur. When the average pore diameter is in the above range, the film resistance can be suppressed and good rate characteristics can be obtained while preventing a short circuit. On the other hand, as inorganic materials, for example, oxides such as alumina and silicon dioxide, nitrides such as aluminum nitride and silicon nitride, and sulfates such as barium sulfate and calcium sulfate are used. Used.
本発明に係る電池に使用する電池の外装体の材質も任意であり、ニッケルメッキを施した鉄、ステンレス、アルミニウム又はその合金、ニッケル、チタン、ラミネートフィルム等が用いられる。
上記した本発明の非水系電解液二次電池の作動電圧は通常2V〜5Vの範囲である。
The material of the battery casing used in the battery according to the present invention is also arbitrary, and nickel-plated iron, stainless steel, aluminum or an alloy thereof, nickel, titanium, a laminate film, or the like is used.
The operating voltage of the above-described non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is usually in the range of 2V to 5V.
以下に、実施例及び比較例を挙げて本発明をさら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これらの実施例に限定されるものではない。
尚、下記実施例および比較例で得られた電池の各評価方法を以下に示す。
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples. However, the present invention is not limited to these examples as long as the gist thereof is not exceeded.
In addition, each evaluation method of the battery obtained by the following Example and the comparative example is shown below.
[容量評価]
シート状非水系電解液電池を、電極間の密着性を高めるためにガラス板で挟んで加圧した状態で、25℃において、0.2Cに相当する電流で4.1Vまで定電流充電した後、0.2Cの定電流で3Vまで放電し、さらに0.2Cに相当する電流で4.33Vまで定電流−定電圧充電(以下適宜、「CCCV充電」という)(0.05Cカット)した後、0.2Cで3Vまで放電して電池を安定させた。次いで、0.2Cで4.33VまでCCCV充電(0.05Cカット)した後、0.2Cで3Vまで再度放電し、初期放電容量を求めた。
ここで、1Cとは電池の基準容量を1時間で放電する電流値を表し、例えば、0.2Cとはその1/5の電流値を表す。
[Capacity evaluation]
After charging the sheet-like non-aqueous electrolyte battery at a constant current of up to 4.1 V at a current corresponding to 0.2 C at 25 ° C. in a state of being pressed between glass plates in order to enhance the adhesion between the electrodes. After discharging to 3 V at a constant current of 0.2 C, and further to constant current-constant voltage charging (hereinafter referred to as “CCCV charging” as appropriate) (0.05 C cut) to 4.33 V at a current equivalent to 0.2 C The battery was stabilized by discharging to 3 V at 0.2 C. Next, after CCCV charge (0.05 C cut) to 4.33 V at 0.2 C, the battery was discharged again to 3 V at 0.2 C, and the initial discharge capacity was determined.
Here, 1C represents a current value for discharging the reference capacity of the battery in one hour, and for example, 0.2C represents a current value of 1/5 thereof.
[高温保存特性の評価]
初期容量評価を行った後の非水系電解液電池を、25℃において、0.2Cで4.33VまでCCCV充電(0.05Cカット)を行った後、85℃、24時間の条件で高温保存を行った。電池を十分に冷却させた後、エタノール浴中に浸して体積を測定し、保存前後の体積変化から発生ガス量を求めた。次に、25℃において0.2Cで3Vまで放電させ、高温保存特性評価後の残存容量を測定し、初期放電容量に対する残存容量の割合を求め、これを高温保存後の残存容量(%)とした。再度、0.2Cで4.33VまでCCCV充電(0.05Cカット)を行い、0.2Cで3Vまで放電させ、高温保存特性評価後の0.2C放電容量を測定し、初期放電容量に対する保存試験後の0.2C放電容量の割合を求め、これを高温保存後の回復容量(%)とした。
[Evaluation of high-temperature storage characteristics]
After the initial capacity evaluation, the non-aqueous electrolyte battery was CCCV charged (0.05 C cut) at 25 ° C. to 4.33 V at 0.2 C, and then stored at 85 ° C. for 24 hours at a high temperature. Went. After sufficiently cooling the battery, the volume was measured by immersion in an ethanol bath, and the amount of generated gas was determined from the volume change before and after storage. Next, discharge at 25 ° C. to 3 V at 0.2 C, measure the remaining capacity after evaluating the high-temperature storage characteristics, determine the ratio of the remaining capacity to the initial discharge capacity, this is the remaining capacity (%) after high-temperature storage did. Again, charge CCCV (0.05C cut) to 4.33V at 0.2C, discharge to 3V at 0.2C, measure 0.2C discharge capacity after evaluating high-temperature storage characteristics, and store against initial discharge capacity The ratio of the 0.2C discharge capacity after the test was determined, and this was defined as the recovery capacity (%) after high-temperature storage.
(実施例1)
[負極の製造]
負極活物質としてグラファイト粉末100質量部に、増粘剤、バインダーとしてそれぞれ、カルボキシメチルセルロースナトリウムの水性ディスパージョン(カルボキシメチルセルロースナトリウムの濃度1質量%)1質量部、及び、スチレン−ブタジエンゴムの水性ディスパージョン(スチレン−ブタジエンゴムの濃度50質量%)1質量部を加え、ディスパーザーで混合してスラリー化した。このスラリーを厚さ12μmの銅箔の片面に均一に塗布、乾燥した後、プレスして負極とした。
Example 1
[Manufacture of negative electrode]
100 parts by weight of graphite powder as the negative electrode active material, 1 part by weight of aqueous dispersion of sodium carboxymethyl cellulose (concentration of 1% by weight of sodium carboxymethyl cellulose) as the thickener and binder, respectively, and aqueous dispersion of styrene-butadiene rubber 1 part by mass (concentration of styrene-butadiene rubber 50% by mass) was added and mixed with a disperser to form a slurry. This slurry was uniformly applied to one side of a 12 μm thick copper foil, dried, and then pressed to obtain a negative electrode.
[正極の製造]
正極活物質としてコバルト酸リチウム(LiCoO2)97質量%と、導電材としてアセチレンブラック1.5質量%と、結着材としてポリフッ化ビニリデン(PVdF)1.5質量%とを、N−メチルピロリドン溶媒中で、ディスパーザーで混合してスラリー化した。これを厚さ21μmのアルミニウム箔の両面に均一に塗布、乾燥した後、プレスして正極とした。
[Production of positive electrode]
97% by mass of lithium cobaltate (LiCoO 2 ) as a positive electrode active material, 1.5% by mass of acetylene black as a conductive material, and 1.5% by mass of polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder, N-methylpyrrolidone In a solvent, the mixture was slurried by mixing with a disperser. This was uniformly applied to both sides of a 21 μm thick aluminum foil, dried, and then pressed to obtain a positive electrode.
[非水系電解液の製造]
乾燥アルゴン雰囲気下、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートの混合物(体積比30:70)に、非水系電解液中の含有量としてビニレンカーボネート2質量%と前記化合物A20を0.3質量%となるように混合し、次いで十分に乾燥したLiPF6を1.0モル/リットルの割合となるように溶解して電解液とした。
[Production of non-aqueous electrolyte]
Under a dry argon atmosphere, a mixture of ethylene carbonate and dimethyl carbonate (volume ratio 30:70) was mixed so that 2% by mass of vinylene carbonate and 0.3% by mass of the compound A20 were contained in the non-aqueous electrolyte. Then, sufficiently dried LiPF 6 was dissolved at a rate of 1.0 mol / liter to obtain an electrolytic solution.
[非水系電解液二次電池の製造]
上記の正極、負極、及びポリエチレン製のセパレータ(厚さ25μm)を、負極、セパレータ、正極、セパレータ、負極の順に積層して電池要素を作製した。この電池要素をアルミニウム(厚さ40μm)の両面を樹脂層で被覆したラミネートフィルムからなる袋内に正・負極の端子を突設させながら挿入した後、上記非水系電解液を袋内に注入し、真空封止を行い、シート状の非水系電解液電池を作製し、高温保存特性の評価を行った。評価結果を表1に示す。
[Manufacture of non-aqueous electrolyte secondary batteries]
The positive electrode, the negative electrode, and a polyethylene separator (thickness 25 μm) were laminated in the order of the negative electrode, the separator, the positive electrode, the separator, and the negative electrode to produce a battery element. This battery element was inserted into a bag made of a laminate film in which both surfaces of aluminum (thickness: 40 μm) were coated with a resin layer while projecting positive and negative terminals, and then the non-aqueous electrolyte was poured into the bag. Then, vacuum sealing was performed to produce a sheet-like non-aqueous electrolyte battery, and the high-temperature storage characteristics were evaluated. The evaluation results are shown in Table 1.
(実施例2)
実施例1の電解液において、A20の添加量を0.5質量%としたこと以外、実施例1と同様にしてシート状の非水系電解液電池を作製し、高温保存特性の評価を行った。評価結果を表1に示す。
(Example 2)
In the electrolytic solution of Example 1, a sheet-like non-aqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the amount of A20 added was 0.5% by mass, and the high-temperature storage characteristics were evaluated. . The evaluation results are shown in Table 1.
(比較例1)
エチレンカーボネートとジメチルカーボネートの混合物(体積比3:7)に、非水系電解液中の含有量としてビニレンカーボネート2質量%を混合した。次いで十分に乾燥したLiPF6を1.0モル/リットルの割合となるように溶解して調製した電解液を使用した以外、実施例1と同様にしてシート状の非水系電解液電池を作製し、高温保存特性の評価を行った。評価結果を表1に示す。
(Comparative Example 1)
2% by mass of vinylene carbonate was mixed as a content in the non-aqueous electrolyte with a mixture of ethylene carbonate and dimethyl carbonate (volume ratio 3: 7). Subsequently, a sheet-like non-aqueous electrolyte battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that an electrolyte prepared by dissolving LiPF 6 sufficiently dried to a ratio of 1.0 mol / liter was used. The high-temperature storage characteristics were evaluated. The evaluation results are shown in Table 1.
表1から明らかなように、本発明に係る電池は、高温保存後のガス発生量が少なく、高温保存後の残存容量、回復容量に優れていることがわかる。 As is apparent from Table 1, the battery according to the present invention has a small amount of gas generated after high-temperature storage and is excellent in remaining capacity and recovery capacity after high-temperature storage.
本発明の非水系電解液を用いた非水系電解液電池は、高容量で、高温保存特性に優れているため、公知の各種の用途に用いることが可能である。具体例としては、例えば、ノートパソコン、ペン入力パソコン、モバイルパソコン、電子ブックプレーヤー、携帯電話、携帯ファックス、携帯コピー、携帯プリンター、ヘッドフォンステレオ、ビデオムービー、液晶テレビ、ハンディークリーナー、ポータブルCD、ミニディスク、トランシーバー、電子手帳、電卓、メモリーカード、携帯テープレコーダー、ラジオ、バックアップ電源、モーター、自動車、バイク、原動機付自転車、自転車、照明器具、玩具、ゲーム機器、時計、電動工具、ストロボ、カメラ、負荷平準化用電源、自然エネルギー貯蔵電源等を挙げることができる。 Since the nonaqueous electrolyte battery using the nonaqueous electrolyte of the present invention has a high capacity and excellent high temperature storage characteristics, it can be used for various known applications. Specific examples include notebook computers, pen input computers, mobile computers, electronic book players, mobile phones, mobile faxes, mobile copy, mobile printers, headphone stereos, video movies, LCD TVs, handy cleaners, portable CDs, minidiscs, etc. , Walkie Talkie, Electronic Notebook, Calculator, Memory Card, Portable Tape Recorder, Radio, Backup Power Supply, Motor, Automobile, Motorcycle, Motorbike, Bicycle, Lighting Equipment, Toy, Game Equipment, Clock, Electric Tool, Strobe, Camera, Load A power source for leveling, a natural energy storage power source, and the like can be given.
Claims (4)
(一般式(1)中、R1およびR2はそれぞれ独立して、水素原子、フッ素原子、またはフッ素原子で置換されていてもよい炭素数1〜12の炭化水素基を表し、Xは炭素数1〜12の2価の連結基を表す。) A non-aqueous electrolyte containing a compound represented by the general formula (1) in a non-aqueous electrolyte containing an electrolyte and a non-aqueous solvent.
(In General Formula (1), R 1 and R 2 each independently represent a hydrogen atom, a fluorine atom, or a hydrocarbon group having 1 to 12 carbon atoms which may be substituted with a fluorine atom, and X is carbon. Represents a divalent linking group of formula 1-12.
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