JP2015018713A - Nonaqueous electrolytic solution and lithium-ion secondary battery using the same - Google Patents

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将人 村上
真也 浜崎
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真也 浜崎
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Nobuyuki Uematsu
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nonaqueous electrolytic solution which achieves a lithium-ion secondary battery having a positive electrode potential higher than that of a conventional one, being excellent in cycle characteristics, and generating little gas, and to provide a lithium-ion secondary battery using the nonaqueous electrolytic solution.SOLUTION: The nonaqueous electrolytic solution contains a nonaqueous solvent, an electrolyte, and a phosphonic acid compound represented by formula (1). (In the formula (1), R1 represents an optionally substituted C1-C20 organic group; R2 is one selected from the group consisting of a hydrogen atom, an alkali metal atom, and an optionally substituted C1-C10 organic group; and R3 represents a hydrogen atom or an alkali metal atom.)

Description

本発明は、非水電解液、及び該非水電解液を用いたリチウムイオン二次電池に関する。   The present invention relates to a non-aqueous electrolyte and a lithium ion secondary battery using the non-aqueous electrolyte.

リチウムイオン二次電池は、高エネルギー密度、高耐久性といった優れた特徴を持つことから、携帯電話などのモバイル電子機器用電源として汎用されており、近年では電気自動車などの自動車用電源としても利用されている。   Lithium ion secondary batteries are widely used as power sources for mobile electronic devices such as mobile phones because they have excellent characteristics such as high energy density and high durability. In recent years, they are also used as power sources for automobiles such as electric vehicles. Has been.

幅広く普及したリチウムイオン電池であるが、モバイル電子機器や電気自動車のユーザーからは、依然として電池の高エネルギー密度化の要請がある。これに応えるべく、電池のエネルギー密度を向上させる試みが活発になされており、中でも、正極活物質の充電深度の拡大や高電位正極の開発が注目されている。   Although lithium-ion batteries are widely used, users of mobile electronic devices and electric vehicles still demand higher battery energy density. In order to respond to this, attempts to improve the energy density of the battery are actively made, and in particular, attention has been paid to the expansion of the charging depth of the positive electrode active material and the development of a high potential positive electrode.

特許文献1によると、リチウム・コバルト複合酸化物(LiCoO)は、正極電位がリチウム基準4.3Vになるまで充電すると、充電容量が約155mAh/gであるのに対して、4.5Vになるまで充電すると、190mAh/g以上となる。このように、満充電時の正極の電位を引き上げることで、正極活物質の利用率が向上し、結果として電池のエネルギー密度を高めることができる。 According to Patent Document 1, when lithium-cobalt composite oxide (LiCoO 2 ) is charged until the positive electrode potential becomes 4.3 V of lithium reference, the charging capacity is about 155 mAh / g, whereas it is 4.5 V. When it is charged until it becomes, it becomes 190 mAh / g or more. Thus, by raising the potential of the positive electrode during full charge, the utilization factor of the positive electrode active material is improved, and as a result, the energy density of the battery can be increased.

リチウムイオン二次電池では、非水溶媒にリチウム電解質を溶解させた電解液を用いている。非水溶媒としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートなどの環状カーボネート類と、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネートなどの鎖状カーボネート類とを、特定の比率で混合してなるカーボネート溶媒が採用されている。カーボネート溶媒は、従来の電池(満充電時の正極電位:リチウム基準約4.3V)においては十分な耐酸化性及び耐還元性を併せ持ち、リチウムイオン伝導性にも優れることから、汎用されるに至った。しかし、従来よりも正極電位が高い電池においては、カーボネート溶媒が分解してしまうため、分解物の堆積や電池内部でのガス発生が起こり、サイクル特性などの電池特性が低下するという問題が生じる。   In the lithium ion secondary battery, an electrolytic solution in which a lithium electrolyte is dissolved in a nonaqueous solvent is used. As the non-aqueous solvent, a carbonate solvent obtained by mixing cyclic carbonates such as ethylene carbonate and propylene carbonate and chain carbonates such as dimethyl carbonate and ethyl methyl carbonate in a specific ratio is employed. Carbonate solvent is widely used because it has both sufficient oxidation resistance and reduction resistance in a conventional battery (positive electrode potential at full charge: about 4.3 V lithium standard) and excellent lithium ion conductivity. It came. However, in a battery having a higher positive electrode potential than the conventional battery, since the carbonate solvent is decomposed, deposition of decomposition products and gas generation inside the battery occur, resulting in deterioration of battery characteristics such as cycle characteristics.

上記の問題を解決するために、特許文献2では、非水溶媒をフッ素化することで、電解液の耐酸化性を向上させることが提案されている。具体的には、フッ素化エステル及びフッ素化エーテルを合計50体積%と高濃度で用いることにより、電解液の耐酸化性向上を図っている。また、特許文献3では、トリエチルホスホノアセテートなどの特定の有機リンカルボン酸エステルを非水溶媒に含有させることで、電池内部でのガス発生量を低減させ、且つサイクル特性の向上を図ることが提案されている。   In order to solve the above problem, Patent Document 2 proposes to improve the oxidation resistance of the electrolytic solution by fluorinating a non-aqueous solvent. Specifically, the oxidation resistance of the electrolytic solution is improved by using fluorinated ester and fluorinated ether at a high concentration of 50% by volume in total. Further, in Patent Document 3, it is possible to reduce the amount of gas generated inside the battery and improve cycle characteristics by containing a specific organophosphorus carboxylic acid ester such as triethylphosphonoacetate in a non-aqueous solvent. Proposed.

国際公開2008−114739号公報International Publication No. 2008-114739 国際公開2012−132976号公報International Publication No. 2012-132976 国際公開2008−123038号公報International Publication No. 2008-123038

しかしながら、特許文献2に開示されているフッ素化された非水溶媒を用いる場合、非水溶媒へのリチウム電解質の溶解性が低下すると共に、電解液のイオン伝導性が大幅に低下するため、電池の入出力特性が損なわれるという問題がある。   However, when the fluorinated non-aqueous solvent disclosed in Patent Document 2 is used, the solubility of the lithium electrolyte in the non-aqueous solvent is lowered and the ionic conductivity of the electrolytic solution is greatly lowered. There is a problem that the input / output characteristics of the device are impaired.

また、特許文献3に開示されている有機リンカルボン酸エステルを非水溶媒に含有させる場合、本発明者らの検討結果によると、従来よりも高い正極電位を有する電池におけるガス発生量を低減させる効果は、充分とは言えない。   In addition, when the organophosphorus carboxylic acid ester disclosed in Patent Document 3 is contained in a non-aqueous solvent, according to the results of studies by the present inventors, the amount of gas generated in a battery having a higher positive electrode potential than that of the prior art is reduced. The effect is not enough.

上述のように、従来技術では、高い正極電位を有するリチウムイオン二次電池において、サイクル劣化やガス発生を充分に抑制する解決策は示されていない。   As described above, the conventional technology does not show a solution for sufficiently suppressing cycle deterioration and gas generation in a lithium ion secondary battery having a high positive electrode potential.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、従来よりも高い正極電位を有し、かつサイクル特性に優れ、その上、ガス発生の少ないリチウムイオン二次電池を実現する非水電解液、及び、該非水電解液を用いたリチウムイオン二次電池を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and has a positive electrode potential higher than that of the prior art, has excellent cycle characteristics, and further realizes a lithium ion secondary battery with less gas generation. And it aims at providing the lithium ion secondary battery using this non-aqueous electrolyte.

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、非水電解液中に特定のホスホン酸化合物を一種以上含有することで、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have found that the above-mentioned problems can be solved by containing one or more specific phosphonic acid compounds in the non-aqueous electrolyte, and the present invention has been completed. It came to do.

即ち、本発明は下記の通りである。
〔1〕
非水溶媒と、電解質と、下記式(1)で表されるホスホン酸化合物と、を含有する、
非水電解液。
(式(1)中、R1は、置換されていてもよい炭素数1〜20の有機基を表し、R2は、水素原子、アルカリ金属原子、及び置換されていてもよい炭素数1〜10の有機基からなる群より選ばれる一種であり、R3は、水素原子又はアルカリ金属原子を表す。)
〔2〕
前記ホスホン酸化合物が、前記R2が水素原子又はアルカリ金属原子である化合物を含む、前項〔1〕に記載の非水電解液。
〔3〕
前記ホスホン酸化合物が、下記式(2)で表される化合物を含む、前項〔1〕又は〔2〕に記載の非水電解液。
(式(2)中、R4は、水素原子、アルカリ金属原子、及び置換されていてもよい炭素数1〜6の有機基からなる群より選ばれる一種を表し、R5は、置換されていてもよい炭素数1〜10のアルキレン基を表し、R6は、水素原子、アルカリ金属原子、及び置換されていてもよい炭素数1〜10の有機基からなる群より選ばれる一種であり、R7は、水素原子又はアルカリ金属原子である。)
〔4〕
前記ホスホン酸化合物を、非水電解液の総量100質量%に対して、0.00001質量%以上10質量%以下含有する、前項〔1〕〜〔3〕のいずれか一項に記載の非水電解液。
〔5〕
前記非水溶媒が、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、ビニレンカーボネートからなる群より選ばれる1種以上の環状カーボネートを含有する、前項〔1〕〜〔4〕のいずれか一項に記載の非水電解液。
〔6〕
前記電解質が、LiPF、LiBF、LiB(C、及びLiBF(C)からなる群より選ばれる一種以上を含有する、前項〔1〕〜〔5〕のいずれか一項に記載の非水電解液。
〔7〕
正極と、負極と、前項〔1〕〜〔6〕のいずれか一項に記載の非水電解液と、を備え、
前記正極の満充電時の電位がリチウム基準で4.4V以上5.5V以下である、リチウムイオン二次電池。
That is, the present invention is as follows.
[1]
A nonaqueous solvent, an electrolyte, and a phosphonic acid compound represented by the following formula (1):
Non-aqueous electrolyte.
(In formula (1), R1 represents an optionally substituted organic group having 1 to 20 carbon atoms, and R2 represents a hydrogen atom, an alkali metal atom, and optionally substituted 1 to 10 carbon atoms. (It is a kind selected from the group consisting of organic groups, and R3 represents a hydrogen atom or an alkali metal atom.)
[2]
The non-aqueous electrolyte according to [1], wherein the phosphonic acid compound includes a compound in which R2 is a hydrogen atom or an alkali metal atom.
[3]
The nonaqueous electrolytic solution according to [1] or [2], wherein the phosphonic acid compound includes a compound represented by the following formula (2).
(In Formula (2), R4 represents a kind selected from the group consisting of a hydrogen atom, an alkali metal atom, and an optionally substituted organic group having 1 to 6 carbon atoms, and R5 may be substituted. Represents a good alkylene group having 1 to 10 carbon atoms, R6 is a kind selected from the group consisting of a hydrogen atom, an alkali metal atom, and an optionally substituted organic group having 1 to 10 carbon atoms; It is a hydrogen atom or an alkali metal atom.)
[4]
The non-aqueous solution according to any one of [1] to [3], wherein the phosphonic acid compound is contained in an amount of 0.00001 mass% to 10 mass% with respect to a total amount of 100 mass% of the nonaqueous electrolytic solution. Electrolytic solution.
[5]
The nonaqueous solvent according to any one of [1] to [4], wherein the nonaqueous solvent contains one or more cyclic carbonates selected from the group consisting of ethylene carbonate, propylene carbonate, fluoroethylene carbonate, and vinylene carbonate. Non-aqueous electrolyte.
[6]
Any one of [1] to [5] above, wherein the electrolyte contains one or more selected from the group consisting of LiPF 6 , LiBF 4 , LiB (C 2 O 4 ) 2 , and LiBF 2 (C 2 O 4 ). The non-aqueous electrolyte according to any one of the above.
[7]
A positive electrode, a negative electrode, and the nonaqueous electrolytic solution according to any one of [1] to [6] above,
A lithium ion secondary battery in which a potential of the positive electrode when fully charged is 4.4 V or more and 5.5 V or less based on lithium.

本発明によれば、従来よりも高い正極電位を有し、かつサイクル特性に優れ、その上、ガス発生の少ないリチウムイオン二次電池を実現する非水電解液、及び、該非水電解液を用いたリチウムイオン二次電池を提供することができる。   According to the present invention, there is provided a non-aqueous electrolyte that has a higher positive electrode potential than the conventional one, has excellent cycle characteristics, and generates less gas, and uses the non-aqueous electrolyte. A lithium ion secondary battery can be provided.

以下、本発明を実施するための形態(以下、「本実施形態」という。)について詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, a mode for carrying out the present invention (hereinafter referred to as “the present embodiment”) will be described in detail. However, the present invention is not limited to this, and various modifications can be made without departing from the gist thereof. Is possible.

〔非水電解液〕
本実施形態に係る非水電解液は、非水溶媒と、電解質と、下記式(1)で表されるホスホン酸化合物と、を含有する。
(式中、R1は、置換されていてもよい炭素数1〜20の有機基を表し、R2は、水素原子、アルカリ金属原子、及び置換されていてもよい炭素数1〜10の有機基からなる群より選ばれる一種であり、R3は、水素原子又はアルカリ金属原子を表す。)
[Non-aqueous electrolyte]
The nonaqueous electrolytic solution according to this embodiment contains a nonaqueous solvent, an electrolyte, and a phosphonic acid compound represented by the following formula (1).
(In the formula, R 1 represents an optionally substituted organic group having 1 to 20 carbon atoms, and R 2 represents a hydrogen atom, an alkali metal atom, and an optionally substituted organic group having 1 to 10 carbon atoms. And R3 represents a hydrogen atom or an alkali metal atom.)

〔ホスホン酸化合物〕
本実施形態に係る非水電解液が、式(1)で表されるホスホン酸化合物を含有することにより、従来よりも高い正極電位を有し、かつサイクル特性に優れ、その上、ガス発生の少ないリチウムイオン二次電池を実現することができる。本実施形態に係る非水電解液を用いた場合に、従来よりも高い正極電位であっても、リチウムイオン二次電池のサイクル特性が向上し、ガス発生が抑制される理由は、必ずしも明らかではないが、ホスホン酸化合物は、電池内部において正極活物質及び/又は負極活物質表面と反応して、活物質表面上に被膜を形成し、この被膜によって非水溶媒の分解を抑制することで、結果的に、リチウムイオン二次電池のサイクル劣化やガス発生を抑制しているものと考えられる。しかしながら、理由は、これに限定されるものではない。
[Phosphonic acid compound]
By containing the phosphonic acid compound represented by the formula (1), the non-aqueous electrolyte according to the present embodiment has a higher positive electrode potential than the conventional one and is excellent in cycle characteristics. Fewer lithium ion secondary batteries can be realized. When the non-aqueous electrolyte according to the present embodiment is used, the reason why the cycle characteristics of the lithium ion secondary battery are improved and the gas generation is suppressed even when the positive electrode potential is higher than before is not always clear. Although the phosphonic acid compound reacts with the surface of the positive electrode active material and / or the negative electrode active material inside the battery to form a film on the surface of the active material, and by suppressing the decomposition of the nonaqueous solvent by this film, As a result, it is considered that cycle deterioration and gas generation of the lithium ion secondary battery are suppressed. However, the reason is not limited to this.

式(1)中、R1は、置換されていてもよい炭素数1〜20の有機基を表す。R1で表される有機基としては、特に限定されないが、例えば、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、シクロアルキル基、アリール基などが挙げられる。これらの有機基は必要に応じて置換基を有しても、ホウ素、ケイ素、窒素、リン、硫黄、フッ素、塩素、臭素などの異種元素を有してもよい。置換基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、トリフルオロメチル基、トリフルオロエチル基、シアノ基、ニトロ基、ヒドロキシ基、カルボキシ基、スルホ基、ホスホノ基、エーテル基、スルフィド基、カルボニル基、スルホニル基を挙げることができる。この中でも、フッ素原子、ヒドロキシ基、カルボキシ基、スルホ基、ホスホノ基が好ましく、カルボキシ基、ホスホノ基がより好ましい。   In formula (1), R1 represents the C1-C20 organic group which may be substituted. Although it does not specifically limit as an organic group represented by R1, For example, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, a cycloalkyl group, an aryl group etc. are mentioned. These organic groups may have a substituent as necessary, or may have different elements such as boron, silicon, nitrogen, phosphorus, sulfur, fluorine, chlorine, and bromine. As the substituent, methyl group, ethyl group, propyl group, butyl group, pentyl group, trifluoromethyl group, trifluoroethyl group, cyano group, nitro group, hydroxy group, carboxy group, sulfo group, phosphono group, ether group , Sulfide groups, carbonyl groups, and sulfonyl groups. Among these, a fluorine atom, a hydroxy group, a carboxy group, a sulfo group, and a phosphono group are preferable, and a carboxy group and a phosphono group are more preferable.

また、R1で表される有機基の炭素数は、1〜20であり、1〜15が好ましく、1〜10がより好ましく、1〜6がさらに好ましい。炭素数が1以上であることにより良好なサイクル性能を担保できる。また、炭素数が20以下であることにより良好な電解液のイオン電導性を担保することができる。   Moreover, carbon number of the organic group represented by R1 is 1-20, 1-15 are preferable, 1-10 are more preferable, and 1-6 are more preferable. When the number of carbon atoms is 1 or more, good cycle performance can be ensured. Moreover, when the number of carbon atoms is 20 or less, good ionic conductivity of the electrolytic solution can be ensured.

式(1)中、R2は、水素原子、アルカリ金属原子、及び置換されていてもよい炭素数1〜10の有機基からなる群より選ばれる一種を表す。   In formula (1), R2 represents a kind selected from the group consisting of a hydrogen atom, an alkali metal atom, and an optionally substituted organic group having 1 to 10 carbon atoms.

アルカリ金属原子としては、特に限定されないが、例えば、Li、Na、K、Rb、Csが挙げられる。このなかでもサイクル性能改善の観点から、Li、Na、Kが好ましく、より好ましくはLi、Naである。   Although it does not specifically limit as an alkali metal atom, For example, Li, Na, K, Rb, Cs is mentioned. Among these, from the viewpoint of improving cycle performance, Li, Na, and K are preferable, and Li and Na are more preferable.

R2で表される有機基としては、特に限定されないが、例えば、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、シクロアルキル基、アリール基などが挙げられる。ここで、これらの有機基は、ホウ素、ケイ素、窒素、リン、硫黄、フッ素、塩素、臭素などの異種元素を有しても、シアノ基、ニトロ基、ヒドロキシ基、カルボキシ基、スルホ基、ホスホノ基、エーテル基、スルフィド基、カルボニル基、スルホニル基などの置換基を有してもよい。   Although it does not specifically limit as an organic group represented by R2, For example, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, a cycloalkyl group, an aryl group etc. are mentioned. Here, these organic groups may have different elements such as boron, silicon, nitrogen, phosphorus, sulfur, fluorine, chlorine, bromine, cyano group, nitro group, hydroxy group, carboxy group, sulfo group, phosphono group. A substituent such as a group, an ether group, a sulfide group, a carbonyl group, or a sulfonyl group.

R2で表される有機基の炭素数は、1〜10であり、1〜6が好ましく、1〜3がより好ましい。   Carbon number of the organic group represented by R2 is 1-10, 1-6 are preferable, and 1-3 are more preferable.

R2は、ガス発生抑制の観点から、水素原子、アルカリ金属原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基が好ましく、水素原子、アルカリ金属原子、アルケニル基、アルキニル基がより好ましく、水素原子又はアルカリ金属原子がさらに好ましい。ホスホン酸化合物が、R2が水素原子又はアルカリ金属原子である化合物を含むことにより、ガスの発生をより抑制できる傾向にある。   R2 is preferably a hydrogen atom, an alkali metal atom, an alkyl group, an alkenyl group, or an alkynyl group, more preferably a hydrogen atom, an alkali metal atom, an alkenyl group, or an alkynyl group, from a viewpoint of suppressing gas generation, a hydrogen atom or an alkali metal atom Is more preferable. When the phosphonic acid compound contains a compound in which R2 is a hydrogen atom or an alkali metal atom, gas generation tends to be further suppressed.

また、R3は、水素原子又はアルカリ金属原子を表す。   R3 represents a hydrogen atom or an alkali metal atom.

ホスホン酸化合物は、下記式(2)で表されるホスホン酸化合物を含むことが好ましい。式(2)で表されるホスホン酸化合物を用いることにより、従来よりも高い正極電位を有し、かつサイクル特性により優れ、その上、ガス発生のより少ないリチウムイオン二次電池を実現することができる。   The phosphonic acid compound preferably contains a phosphonic acid compound represented by the following formula (2). By using the phosphonic acid compound represented by the formula (2), it is possible to realize a lithium ion secondary battery that has a higher positive electrode potential than the conventional one, is excellent in cycle characteristics, and generates less gas. it can.

(式中、R4は、水素原子、アルカリ金属原子、及び置換されていてもよい炭素数1〜6の有機基からなる群より選ばれる一種を表し、R5は、置換されていてもよい炭素数1〜10のアルキレン基を表し、R6は、水素原子、アルカリ金属原子、及び置換されていてもよい炭素数1〜10の有機基からなる群より選ばれる一種であり、R7は、水素原子又はアルカリ金属原子である。) (In the formula, R4 represents one selected from the group consisting of a hydrogen atom, an alkali metal atom, and an optionally substituted organic group having 1 to 6 carbon atoms, and R5 represents an optionally substituted carbon number. 1 to 10 represents an alkylene group, R6 is one selected from the group consisting of a hydrogen atom, an alkali metal atom, and an optionally substituted organic group having 1 to 10 carbon atoms, and R7 is a hydrogen atom or (It is an alkali metal atom.)

式(2)中、R4は、水素原子、アルカリ金属原子、及び置換されていてもよい炭素数1〜6の有機基からなる群より選ばれる一種を表す。   In formula (2), R4 represents a kind selected from the group consisting of a hydrogen atom, an alkali metal atom, and an optionally substituted organic group having 1 to 6 carbon atoms.

アルカリ金属原子としては、特に限定されないが、例えば、Li、Na、K、Rb、Csを用いることができる。中でも、Li、Na、Kが好ましく、より好ましくはLi、Naである。   Although it does not specifically limit as an alkali metal atom, For example, Li, Na, K, Rb, Cs can be used. Among these, Li, Na, and K are preferable, and Li and Na are more preferable.

R4で表される有機基としては、特に限定されないが、例えば、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、シクロアルキル基、フェニル基などが挙げられる。R4で表される有機基の炭素数は、1〜6が好ましく、1〜5がより好ましく、1〜3がさらに好ましい。また、R4で表される有機基は、ホウ素、ケイ素、窒素、リン、硫黄、フッ素、塩素、臭素などの異種元素を有してもよい。   Although it does not specifically limit as an organic group represented by R4, For example, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, a cycloalkyl group, a phenyl group etc. are mentioned. 1-6 are preferable, as for carbon number of the organic group represented by R4, 1-5 are more preferable, and 1-3 are more preferable. The organic group represented by R4 may have a different element such as boron, silicon, nitrogen, phosphorus, sulfur, fluorine, chlorine, or bromine.

R4は、水素原子、アルカリ金属原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基が好ましく、水素原子、アルカリ金属原子、アルケニル基、アルキニル基がより好ましく、水素原子又はアルカリ金属原子がさらに好ましい。   R4 is preferably a hydrogen atom, an alkali metal atom, an alkyl group, an alkenyl group or an alkynyl group, more preferably a hydrogen atom, an alkali metal atom, an alkenyl group or an alkynyl group, and even more preferably a hydrogen atom or an alkali metal atom.

式(2)中、R5は、置換されていてもよい炭素数1〜10のアルキレン基を表す。R5で表されるアルキレン基としては、特に限定されないが、例えば、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ペンチレン基、へキシレン基、ヘプシレン基、オクチレン基、ノニレン基、デシレン基が挙げられる。R5で表されるアルキレン基は、フッ素、塩素、臭素などのハロゲン原子を有していても、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、トリフルオロメチル基、トリフルオロエチル基といった置換基を有していてもよい。R5の炭素数は、1〜10が好ましく、1〜8がより好ましく、1〜6がさらに好ましく、1〜3がよりさらに好ましい。   In formula (2), R5 represents an optionally substituted alkylene group having 1 to 10 carbon atoms. The alkylene group represented by R5 is not particularly limited, and examples thereof include a methylene group, an ethylene group, a propylene group, a butylene group, a pentylene group, a hexylene group, a hepsylene group, an octylene group, a nonylene group, and a decylene group. . Even if the alkylene group represented by R5 has a halogen atom such as fluorine, chlorine, bromine, etc., a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, a pentyl group, a trifluoromethyl group, a trifluoroethyl group, etc. It may have a substituent. 1-10 are preferable, as for carbon number of R5, 1-8 are more preferable, 1-6 are more preferable, and 1-3 are more preferable.

式(2)中、R6は、水素原子、アルカリ金属原子、及び置換されていてもよい炭素数1〜10の有機基からなる群より選ばれる一種を表す。   In formula (2), R6 represents a kind selected from the group consisting of a hydrogen atom, an alkali metal atom, and an optionally substituted organic group having 1 to 10 carbon atoms.

アルカリ金属原子としては、特に限定されないが、例えば、Li、Na、K、Rb、Csが挙げられる。サイクル性能改善の観点から、Li、Na、Kが好ましく、より好ましくはLi、Naである。   Although it does not specifically limit as an alkali metal atom, For example, Li, Na, K, Rb, Cs is mentioned. From the viewpoint of improving cycle performance, Li, Na, and K are preferable, and Li and Na are more preferable.

R6で表される有機基としては、特に限定されないが、例えば、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、シクロアルキル基、アリール基などが挙げられる。ここで、R6で表される有機基は、ホウ素、ケイ素、窒素、リン、硫黄、フッ素、塩素、臭素などの異種元素を有しても、シアノ基、ニトロ基、ヒドロキシ基、カルボキシ基、スルホ基、ホスホノ基、エーテル基、スルフィド基、カルボニル基、スルホニル基などの置換基を有していてもよい。R6で表される有機基の炭素数としては、1〜10が好ましく、1〜6がより好ましく、1〜3がさらに好ましい。R6は、ガス発生抑制の観点から、水素原子、アルカリ金属原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基が好ましく、水素原子、アルカリ金属原子、アルケニル基、アルキニル基がより好ましく、水素原子又はアルカリ金属原子がさらに好ましい。   Although it does not specifically limit as an organic group represented by R6, For example, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, a cycloalkyl group, an aryl group etc. are mentioned. Here, the organic group represented by R6 may be a cyano group, a nitro group, a hydroxy group, a carboxy group, a sulfo group, even if it has a different element such as boron, silicon, nitrogen, phosphorus, sulfur, fluorine, chlorine, or bromine. Group, phosphono group, ether group, sulfide group, carbonyl group, sulfonyl group and the like. As carbon number of the organic group represented by R6, 1-10 are preferable, 1-6 are more preferable, and 1-3 are more preferable. R6 is preferably a hydrogen atom, an alkali metal atom, an alkyl group, an alkenyl group or an alkynyl group, more preferably a hydrogen atom, an alkali metal atom, an alkenyl group or an alkynyl group, from a viewpoint of suppressing gas generation, a hydrogen atom or an alkali metal atom Is more preferable.

また、R7は、水素原子又はアルカリ金属原子を表す。   R7 represents a hydrogen atom or an alkali metal atom.

なお、式(1)及び式(2)で表されるホスホン酸化合物は、NMR、FTIR、MASSなど従来公知の方法により同定することができる。   In addition, the phosphonic acid compound represented by Formula (1) and Formula (2) can be identified by conventionally well-known methods, such as NMR, FTIR, and MASS.

式(1)及び/又は式(2)で表されるホスホン酸化合物としては、具体的に以下の化合物が挙げられる。   Specific examples of the phosphonic acid compound represented by the formula (1) and / or the formula (2) include the following compounds.

式(1)及び/又は式(2)で表されるホスホン酸化合物は、1種を単独で用いても、又は2種以上を併用してもよい。   The phosphonic acid compound represented by Formula (1) and / or Formula (2) may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together.

〔非水溶媒〕
本実施形態に係る非水電解液は、非水溶媒を含有する。非水溶媒としては、特に限定されないが、非プロトン性極性溶媒が好ましい。非プロトン性極性溶媒としては、特に限定されないが、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、1,2−ブチレンカーボネート、2,3−ブチレンカーボネート、1,2−ペンチレンカーボネート、2,3−ペン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、フルオロエチレンカーボネート及び4,5−ジフルオロエチレンカーボネートなどの環状カーボネート;γーブチロラクトン及びγーバレロラクトンなどのラクトン;スルホランなどの環状スルホン;テトラヒドロフラン及びジオキサンなどの環状エーテル;エチルメチルカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、メチルイソプロビルカーボネート、ジプロピルカーボネート、メチルブチルカーボネート、ジブチルカーボネート、エチルプロピルカーボネート及びメチルトリフルオロエチルカーボネートなどの鎖状カーボネート;アセトニトリル及びプロピオニトリルなどのニトリル;ジメチルエーテル及びジメトキシエタンなどの鎖状エーテル;酢酸メチル及びプロピオン酸メチルなどの鎖状カルボン酸エステルが挙げられる。非水溶媒は1種を単独で用いても、又は2種以上を併用してもよい。
[Nonaqueous solvent]
The nonaqueous electrolytic solution according to this embodiment contains a nonaqueous solvent. The non-aqueous solvent is not particularly limited, but an aprotic polar solvent is preferable. The aprotic polar solvent is not particularly limited. For example, ethylene carbonate, propylene carbonate, 1,2-butylene carbonate, 2,3-butylene carbonate, 1,2-pentylene carbonate, 2,3-pentylene carbonate. Cyclic carbonates such as trifluoromethylethylene carbonate, fluoroethylene carbonate and 4,5-difluoroethylene carbonate; lactones such as γ-butyrolactone and γ-valerolactone; cyclic sulfones such as sulfolane; cyclic ethers such as tetrahydrofuran and dioxane; , Dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl propyl carbonate, methyl isopropyl carbonate, dipropyl carbonate, methyl butyl carbonate Chain carbonates such as boronate, dibutyl carbonate, ethylpropyl carbonate and methyl trifluoroethyl carbonate; Nitriles such as acetonitrile and propionitrile; Chain ethers such as dimethyl ether and dimethoxyethane; Chain carboxyls such as methyl acetate and methyl propionate Examples include acid esters. A non-aqueous solvent may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together.

非水溶媒としては、環状カーボネートと鎖状カーボネートを特定の比率で混合したカーボネート溶媒を用いることが好ましい。環状カーボネートと鎖状カーボネートを混合する場合、環状カーボネートと鎖状カーボネートの混合比は、体積比で1:10〜5:1が好ましく、1:5〜3:1がより好ましく、1:4〜2:1がさらに好ましい。混合比が上記範囲内であることにより、イオン伝導性がより向上する傾向にある。   As the non-aqueous solvent, it is preferable to use a carbonate solvent obtained by mixing a cyclic carbonate and a chain carbonate at a specific ratio. When mixing the cyclic carbonate and the chain carbonate, the mixing ratio of the cyclic carbonate and the chain carbonate is preferably 1:10 to 5: 1, more preferably 1: 5 to 3: 1, and more preferably 1: 4 to 1: 4. 2: 1 is more preferred. When the mixing ratio is within the above range, the ionic conductivity tends to be further improved.

環状カーボネートとしては、特に限定されないが、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、及びフルオロエチレンカーボネート、ビニレンカーボネートからなる群より選ばれる1種以上の環状カーボネートが好ましく、このなかでもエチレンカーボネート、プロピレンカーボネートがより好ましい。このような環状カーボネートを用いることにより、サイクル特性により優れる傾向にある。   The cyclic carbonate is not particularly limited, but for example, ethylene carbonate, propylene carbonate, and one or more cyclic carbonates selected from the group consisting of fluoroethylene carbonate and vinylene carbonate are preferable. Among these, ethylene carbonate and propylene carbonate are more preferable. preferable. By using such a cyclic carbonate, the cycle characteristics tend to be more excellent.

鎖状カーボネートとしては、特に限定されないが、例えば、エチルメチルカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネートが好ましい。   Although it does not specifically limit as a chain carbonate, For example, ethyl methyl carbonate, dimethyl carbonate, and diethyl carbonate are preferable.

また、非水溶媒は、必要に応じて、アセトニトリル、エーテルなどの他の溶媒をさらに含有することもできる。   In addition, the non-aqueous solvent can further contain other solvents such as acetonitrile and ether as necessary.

〔電解質〕
本実施形態に係る非水電解液は、電解質を含有する。電解質としては、任意の電解質を1種単独で用いても、又は2種以上を併用してもよい。電解質としては、特に限定されないが、例えば、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiSbF、LiFSO、LiCFSO、LiN(SOF)、LiN(SOF)、LiN(SOCF、LiN(SOCFCF、LiN(SOCF)(SOCFCF)、LiPO、LiPOF、LiPF(C、LiB(CF、LiB(C、LiBF(C)、LiB(CN)、LiP(CO4)、LiPF(C、LiPF(C)などを挙げることができる。
〔Electrolytes〕
The nonaqueous electrolytic solution according to this embodiment contains an electrolyte. As an electrolyte, an arbitrary electrolyte may be used alone or in combination of two or more. The electrolyte is not particularly limited, for example, LiPF 6, LiBF 4, LiClO 4, LiAsF 6, LiSbF 6, LiFSO 3, LiCF 3 SO 3, LiN (SO 2 F) 2, LiN (SO 2 F) 2, LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 CF 2 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 CF 3 ) (SO 2 CF 2 CF 3 ), LiPO 2 F 2 , Li 2 PO 3 F, LiPF 3 ( C 3 F 7 ) 3 , LiB (CF 3 ) 4 , LiB (C 2 O 4 ) 2 , LiBF 2 (C 2 O 4 ), LiB (CN) 4 , LiP (C 2 O 4 ) 3 , LiPF 2 (C 2 O 4 ) 2 and LiPF 4 (C 2 O 4 ).

この中でも、電解質が、LiPF、LiBF、LiB(C、及びLiBF(C)からなる群より選ばれる一種以上を含有することが好ましく、このなかでもLiPF、LiBFがより好ましい。このような電解質を用いることにより、入出力特性がより向上する傾向にある。 Among these, the electrolyte preferably contains one or more selected from the group consisting of LiPF 6 , LiBF 4 , LiB (C 2 O 4 ) 2 , and LiBF 2 (C 2 O 4 ), and among these, LiPF 6 LiBF 4 is more preferable. By using such an electrolyte, the input / output characteristics tend to be further improved.

電解質の濃度は、0.5mol/L以上1.8mol/L以下が好ましく、より好ましくは0.8mol/L以上1.5mol/L以下であり、さらに好ましくは1mol/L以上1.2mol/L以下である。電解質の濃度が上記範囲内であることにより、入出力特性がより向上する傾向にある。   The concentration of the electrolyte is preferably from 0.5 mol / L to 1.8 mol / L, more preferably from 0.8 mol / L to 1.5 mol / L, and even more preferably from 1 mol / L to 1.2 mol / L. It is as follows. When the concentration of the electrolyte is within the above range, the input / output characteristics tend to be further improved.

本実施形態に係るホスホン酸化合物は、活物質との親和性が高いため、少量であっても充分に非水溶媒の分解を抑制できる。ホスホン酸化合物の非水電解液中の含有量は、非水電解液の総量100質量%に対して、0.00001質量%以上が好ましく、0.0001質量%以上がより好ましく、0.001質量%以上がさらに好ましい。ホスホン酸化合物の含有量が0.00001質量%以上であることにより、被膜形成により電池特性がより改善する傾向にある。一方、ホスホン酸化合物の含有量は、非水電解液の総量100質量%に対して、15質量%以下が好ましく、10質量%以下がより好ましく、5質量%以下がさらに好ましい。ホスホン酸化合物の含有量が15質量%以下であることにより、電池の入出力特性が十分に維持される傾向にある。   Since the phosphonic acid compound according to the present embodiment has a high affinity with the active material, the decomposition of the nonaqueous solvent can be sufficiently suppressed even in a small amount. The content of the phosphonic acid compound in the non-aqueous electrolyte is preferably 0.00001% by mass or more, more preferably 0.0001% by mass or more, and 0.001% by mass with respect to 100% by mass of the total amount of the non-aqueous electrolyte. % Or more is more preferable. When the content of the phosphonic acid compound is 0.00001% by mass or more, the battery characteristics tend to be further improved by forming the film. On the other hand, the content of the phosphonic acid compound is preferably 15% by mass or less, more preferably 10% by mass or less, and still more preferably 5% by mass or less with respect to 100% by mass of the total amount of the non-aqueous electrolyte. When the content of the phosphonic acid compound is 15% by mass or less, the input / output characteristics of the battery tend to be sufficiently maintained.

本実施形態に係る非水電解液は、非水蓄電デバイス用電解液として好適に用いられる。ここで、「非水蓄電デバイス」とは、蓄電デバイス中の電解液に水溶液を用いない蓄電デバイスの総称であり、具体的には、リチウムイオン二次電池、ナトリウムイオン二次電池、リチウムイオンキャパシタなどが挙げられる。上記の中でも、実用性の観点から、リチウムイオン二次電池、リチウムイオンキャパシタが好ましく、より好ましくはリチウムイオン二次電池である。   The nonaqueous electrolytic solution according to the present embodiment is suitably used as an electrolytic solution for a nonaqueous storage device. Here, “non-aqueous electricity storage device” is a general term for electricity storage devices that do not use an aqueous solution as the electrolyte in the electricity storage device, and specifically includes lithium ion secondary batteries, sodium ion secondary batteries, lithium ion capacitors. Etc. Among these, from the viewpoint of practicality, a lithium ion secondary battery and a lithium ion capacitor are preferable, and a lithium ion secondary battery is more preferable.

〔リチウムイオン二次電池〕
本実施形態に係るリチウムイオン二次電池は、正極と、負極と、上記非水電解液と、を備え、前記正極の満充電時の電位がリチウム基準で4.4V以上5.5V以下である。ここで、「正極の満充電時の電位」とは、充電電圧に満充電時の負極の電位を加えた値を指す。例えば、満充電時の電位がリチウム基準約0.05Vになる黒鉛を負極活物質として単独で用いる場合、正極と黒鉛負極からなる電池を充電電圧4.35Vで満充電すると、正極の電位はリチウム基準約4.4Vとなる。満充電時の正極の電位は、三極式セルを用いて容易に特定することができる。具体的には、満充電状態の正極を作用極、リチウム金属を参照極、満充電状態の負極を対極とする構成の三極式セルを作製した場合、作用極と参照極の電位差が「満充電状態の正極の電位」となる。
[Lithium ion secondary battery]
The lithium ion secondary battery according to the present embodiment includes a positive electrode, a negative electrode, and the non-aqueous electrolyte, and a potential of the positive electrode when fully charged is 4.4 V or more and 5.5 V or less on a lithium basis. . Here, “the potential when the positive electrode is fully charged” refers to a value obtained by adding the potential of the negative electrode when fully charged to the charging voltage. For example, when graphite having a fully charged potential of about 0.05 V based on lithium is used alone as the negative electrode active material, if the battery comprising the positive electrode and the graphite negative electrode is fully charged at a charging voltage of 4.35 V, the potential of the positive electrode is lithium. The reference is about 4.4V. The potential of the positive electrode when fully charged can be easily specified using a triode cell. Specifically, when a three-electrode cell having a fully charged positive electrode as a working electrode, lithium metal as a reference electrode, and a fully charged negative electrode as a counter electrode is produced, the potential difference between the working electrode and the reference electrode is “full”. The potential of the positive electrode in the charged state ”.

〔正極〕
満充電時の正極の電位がリチウム基準4.4V以上に達するためには、正極は、リチウム基準4.4V以上の電位でリチウムイオンを吸蔵、放出する正極活物質を単独で、又は二種以上を組み合わせて含有することが好ましい。
[Positive electrode]
In order for the potential of the positive electrode when fully charged to reach 4.4 V or higher with respect to the lithium, the positive electrode is a positive electrode active material that occludes and releases lithium ions at a potential of 4.4 V or higher with respect to the lithium. It is preferable to contain in combination.

リチウム基準4.4V以上の電位でリチウムイオンを吸蔵、放出する正極活物質としては、正極活物質の構造安定性の観点から、好ましくは、式LiMn2−xMa〔Maは遷移金属からなる群より選ばれる1種以上を示し、0.2≦x≦0.7である。〕で示されるスピネル型酸化物、LiMcOとLiMdO〔Mc及びMdは別個独立に遷移金属からなる群より選ばれる1種以上を示す。〕との複合酸化物であって、式zLiMcO−(1−z)LiMdO〔0.1≦z≦0.9である。〕で示されるLi過剰層状酸化物正極活物質、LiMb1−yFePO〔MbはMn又はCoからなる群より選ばれる1種以上を示し、0≦y≦0.9である。〕で示されるオリビン型正極活物質、及び、LiMePOF〔Meは遷移金属からなる群より選ばれる1種以上を示す。〕で示されるフッ化オリビン型正極活物質からなる群より選ばれる1種以上の正極活物質が挙げられる。 Occluding lithium ions in lithium reference 4.4V or more potential as the cathode active material that emits, from the viewpoint of structural stability of the positive electrode active material, preferably of the formula LiMn 2-x Ma x O 4 [Ma is a transition metal 1 or more selected from the group consisting of: 0.2 ≦ x ≦ 0.7. Spinel oxide represented by], Li 2 MCO 3 and LiMdO 2 [Mc and Md represents one or more members selected from the group consisting of independently transition metal. And a compound oxide of the formula zLi 2 McO 3- (1-z) LiMdO 2 [0.1 ≦ z ≦ 0.9. LiMb 1-y Fe y PO 4 [Mb represents one or more selected from the group consisting of Mn or Co, and 0 ≦ y ≦ 0.9. And Li 2 MePO 4 F [Me represents one or more selected from the group consisting of transition metals. ] One or more types of positive electrode active materials selected from the group consisting of fluorinated olivine type positive electrode active materials.

式LiMn2−xMaで示されるスピネル型酸化物としては、構造安定性の観点から、LiMn2−xNi〔0.2≦x≦0.7〕で示される組成を有することが好ましく、LiMn2−xNi〔0.3≦x≦0.6〕で示される組成を有することがより好ましく、LiMn1.5Ni0.5又はLiMn1.6Ni0.4で示される組成を有することがさらに好ましい。ここで、上記式LiMn2−xMaで示されるスピネル型酸化物には、正極活物質の安定性、電子伝導性などの観点から、Mn原子のモル数に対して10モル%以下の範囲で上記構造以外にさらに遷移金属又は遷移金属酸化物を含有させることができる。 As a spinel type oxide represented by the formula LiMn 2−x Ma x O 4 , from the viewpoint of structural stability, a composition represented by LiMn 2−x Ni x O 4 [0.2 ≦ x ≦ 0.7] is used. It is preferable to have LiMn 2-x Ni x O 4 [0.3 ≦ x ≦ 0.6], more preferably LiMn 1.5 Ni 0.5 O 4 or LiMn 1.6 More preferably, it has a composition represented by Ni 0.4 O 4 . Here, the spinel type oxide represented by the above formula LiMn 2−x Ma x O 4 is 10 mol% or less with respect to the number of moles of Mn atoms from the viewpoint of stability of the positive electrode active material, electron conductivity, and the like. In addition to the above structure, a transition metal or a transition metal oxide can be further contained within the above range.

式zLiMcO−(1−z)LiMdOで示されるLi過剰層状酸化物正極活物質としては、安定性の観点から、LiMcOのMcがMnであり、zLiMnO−(1−z)LiNiMnCo〔0.3≦z≦0.7、a+b+c=1、0.2≦a≦0.6、0.2≦b≦0.6、0.05≦c≦0.4〕で示される組成を有することが好ましい。中でも、0.4≦z≦0.6、a+b+c=1、0.3≦a≦0.4、0.3≦b≦0.4、0.2≦c≦0.3である組成を有することがより好ましい。 As the Li-excess layered oxide positive electrode active material represented by the formula zLi 2 McO 3 — (1-z) LiMdO 2 , from the viewpoint of stability, Mc of Li 2 McO 3 is Mn, and zLi 2 MnO 3 — ( 1-z) LiNi a Mn b Co c O 2 [0.3 ≦ z ≦ 0.7, a + b + c = 1, 0.2 ≦ a ≦ 0.6, 0.2 ≦ b ≦ 0.6, 0.05 ≦ c ≦ 0.4] is preferable. Among them, it has a composition of 0.4 ≦ z ≦ 0.6, a + b + c = 1, 0.3 ≦ a ≦ 0.4, 0.3 ≦ b ≦ 0.4, 0.2 ≦ c ≦ 0.3. It is more preferable.

LiMb1−yFePOで示されるオリビン型正極活物質としては、安定性、電子伝導性の観点から、LiMn1−yFePO〔0.05≦y≦0.8〕、LiCo1−yFePO〔0.05≦y≦0.8〕で示される組成を有することが好ましい。 As the olivine-type positive electrode active material represented by LiMb 1-y Fe y PO 4 , LiMn 1-y Fe y PO 4 [0.05 ≦ y ≦ 0.8], LiCo from the viewpoint of stability and electronic conductivity. It is preferable to have a composition represented by 1-y Fe y PO 4 [0.05 ≦ y ≦ 0.8].

LiMePOFで示されるフッ化オリビン型正極活物質としては、安定性の観点から、LiFePOF、LiMnPOF、LiCoPOFで示される組成を有することが好ましい。 The fluoride olivine-type positive electrode active material represented by Li 2 MePO 4 F, in terms of stability, Li 2 FePO 4 F, Li 2 MnPO 4 F, to have a composition represented by Li 2 CoPO 4 F preferred .

リチウムイオン二次電池を構成するための正極は、上記の正極活物質に、アセチレンブラックなどの導電助剤や、ポリフッ化ビニリデンなどの結着剤を適量加えて、正極合剤を調製し、これをアルミニウム箔などの集電材料に塗布乾燥後に加圧することで、集電材料上に正極合剤層を固着させて作製される。ただし、正極の作製方法は、上記例示のもののみに限られることはない。   A positive electrode for constituting a lithium ion secondary battery was prepared by adding an appropriate amount of a conductive additive such as acetylene black and a binder such as polyvinylidene fluoride to the above positive electrode active material, and preparing a positive electrode mixture. Is applied to a current collecting material such as an aluminum foil and then pressed, and then the positive electrode mixture layer is fixed onto the current collecting material. However, the method for manufacturing the positive electrode is not limited to the above-described examples.

〔負極〕
リチウムイオン二次電池を構成するための負極に用いることができる負極活物質としては、リチウムやリチウムイオンの吸蔵、放出が可能な化合物が使用できる。例えば、Al、Si、Snなどの合金化合物、CuO、CoOなどの金属酸化物、チタン酸リチウムなどのリチウム含有化合物、及び炭素材料などを負極活物質として用いることができる。本実施形態に係るリチウムイオン二次電池における負極活物質としては、電池のエネルギー密度の観点から、低電位でのリチウムイオンの吸蔵、放出が可能である炭素材料が好ましい。このような炭素材料としては、特に限定されないが、例えば、ハードカーボン、ソフトカーボン、人造黒鉛、天然黒鉛、熱分解炭素、コークス、ガラス状炭素、有機高分子化合物の焼成体、有機天然物の焼成体、炭素繊維、メソカーボンマイクロビーズ、カーボンブラックが挙げられる。コークスとしては、特に限定されないが、例えば、ピッチコークス、ニードルコークス及び石油コークスが挙げられる。また、有機高分子化合物の焼成体とは、フェノール樹脂などの高分子材料を適当な温度で焼成して炭素化したものを指し、有機天然物の焼成体とは、コーヒー殻などの天然由来材料を適当な温度で焼成して炭素化したものを指す。
[Negative electrode]
As a negative electrode active material that can be used for a negative electrode for constituting a lithium ion secondary battery, lithium or a compound capable of occluding and releasing lithium ions can be used. For example, alloy compounds such as Al, Si, and Sn, metal oxides such as CuO and CoO, lithium-containing compounds such as lithium titanate, and carbon materials can be used as the negative electrode active material. As the negative electrode active material in the lithium ion secondary battery according to this embodiment, a carbon material capable of occluding and releasing lithium ions at a low potential is preferable from the viewpoint of the energy density of the battery. Such a carbon material is not particularly limited. For example, hard carbon, soft carbon, artificial graphite, natural graphite, pyrolytic carbon, coke, glassy carbon, a fired body of an organic polymer compound, firing of an organic natural product Body, carbon fiber, mesocarbon microbeads, carbon black. Although it does not specifically limit as coke, For example, pitch coke, needle coke, and petroleum coke are mentioned. In addition, a fired body of an organic polymer compound refers to a carbon material obtained by firing a polymer material such as a phenol resin at an appropriate temperature, and a fired body of an organic natural product refers to a naturally derived material such as coffee husk. Refers to carbonized by firing at an appropriate temperature.

負極活物質に炭素材料を用いる場合、該炭素材料の(002)面の層間距離d002は、好ましくは0.37nm以下であり、より好ましくは0.35nm以下であり、さらに好ましくは0.34nm以下である。d002の下限値は特に限定されないが、理論的には約0.335nmである。   When a carbon material is used for the negative electrode active material, the interlayer distance d002 of the (002) plane of the carbon material is preferably 0.37 nm or less, more preferably 0.35 nm or less, and further preferably 0.34 nm or less. It is. The lower limit of d002 is not particularly limited, but is theoretically about 0.335 nm.

また、炭素材料のc軸方向の結晶子の大きさは、好ましくは3nm以上であり、より好ましくは8nm以上であり、さらに好ましくは25nm以上である。結晶子の上限は、特に限定されないが、通例200nm程度である。そして、炭素材料の平均粒径は、好ましくは3μm以上であって15μm以下、より好ましくは5μm以上であって13μm以下である。また、その純度は、99.9%以上である。   Further, the size of the crystallite in the c-axis direction of the carbon material is preferably 3 nm or more, more preferably 8 nm or more, and further preferably 25 nm or more. The upper limit of the crystallite is not particularly limited, but is usually about 200 nm. The average particle diameter of the carbon material is preferably 3 μm or more and 15 μm or less, more preferably 5 μm or more and 13 μm or less. Moreover, the purity is 99.9% or more.

リチウムイオン二次電池を構成するための負極は、上記の負極活物質に、カルボキシメチルセルロースなどの増粘剤や、スチレンブタジエンゴムなどの結着剤を適量加えて、負極合剤を調製し、これを銅箔などの集電材料に塗布乾燥後に加圧することで、集電材料上に負極合剤層を固着させて作製される。ただし、負極の作製方法は、上記例示のもののみに限られることはない。   A negative electrode for constituting a lithium ion secondary battery was prepared by adding an appropriate amount of a thickener such as carboxymethyl cellulose and a binder such as styrene butadiene rubber to the above negative electrode active material, and preparing a negative electrode mixture. Is applied to a current collecting material such as a copper foil and then pressed, and then the negative electrode mixture layer is fixed on the current collecting material. However, the manufacturing method of the negative electrode is not limited to the above-described examples.

〔セパレータ〕
本実施形態におけるリチウムイオン二次電池は、正負極の短絡防止などの安全性付与の観点から、正極と負極の間にセパレータを備えることが望ましい。セパレータは、特に制限されず、従来公知のリチウムイオン二次電池で採用されている各種セパレータを用いることができる。このようなセパレータとしては、特に限定されないが、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂;ポリエチレンテレフタラートなどのポリエステル系樹脂;ポリアラミドなどのポリアミド樹脂に代表される樹脂類を成形した微多孔膜又は不織布などが好適に用いられる。安全性付与の観点から、セパレータの厚みは、好ましくは5μm以上であり、より好ましくは10μm以上である。また、セパレータの厚みは、好ましくは30μm以下であり、より好ましくは20μm以下である。セパレータの厚みが30μm以下であることにより、電池の入出力特性がより向上する傾向にある。
[Separator]
The lithium ion secondary battery in the present embodiment preferably includes a separator between the positive electrode and the negative electrode from the viewpoint of providing safety such as prevention of short circuit between the positive and negative electrodes. A separator in particular is not restrict | limited, The various separator employ | adopted with a conventionally well-known lithium ion secondary battery can be used. Such a separator is not particularly limited, but, for example, a microporous film or a nonwoven fabric formed by molding a resin represented by a polyolefin resin such as polyethylene or polypropylene; a polyester resin such as polyethylene terephthalate; or a polyamide resin such as polyaramid Etc. are preferably used. From the viewpoint of imparting safety, the thickness of the separator is preferably 5 μm or more, and more preferably 10 μm or more. Moreover, the thickness of a separator becomes like this. Preferably it is 30 micrometers or less, More preferably, it is 20 micrometers or less. When the thickness of the separator is 30 μm or less, the input / output characteristics of the battery tend to be further improved.

本実施形態に係るリチウムイオン二次電池は、例えば、上述の正極と負極とを、セパレータを介して重ね合わせて、必要に応じて巻回して、積層電極体又は巻回電極体とした後、これを外装体に装填し、正負極と外装体の正負極端子とをリード体などを介して接続し、さらに上記本実施形態に係る非水電解液を外装体内に注入した後に外装体を封止して作製される。電池の外装体としては、金属製の缶容器や、金属箔ラミネートフィルムからなるラミネート容器などを好適に用いることができる。なお、リチウムイオン二次電池の形状は、特に限定されず、一例を挙げると、円筒形、角型、コイン型、扁平形、シート状などの形状が採用される。   The lithium ion secondary battery according to the present embodiment, for example, after the above positive electrode and negative electrode are overlapped via a separator and wound as necessary to form a laminated electrode body or a wound electrode body, This is loaded into the exterior body, the positive and negative electrodes and the positive and negative electrode terminals of the exterior body are connected via a lead body, and the nonaqueous electrolyte according to the present embodiment is injected into the exterior body, and then the exterior body is sealed. It is made to stop. As a battery outer package, a metal can container, a laminate container made of a metal foil laminate film, or the like can be suitably used. The shape of the lithium ion secondary battery is not particularly limited. For example, a cylindrical shape, a square shape, a coin shape, a flat shape, a sheet shape, or the like is adopted.

本実施形態に係るリチウムイオン二次電池は、エネルギー密度が高く、実用上の耐久性にも優れることから、携帯電話などのモバイル電子機器用電源としてのみならず、様々な機器の電源として幅広く利用することができる。   The lithium ion secondary battery according to the present embodiment has high energy density and excellent practical durability. Therefore, the lithium ion secondary battery is widely used not only as a power source for mobile electronic devices such as mobile phones but also as a power source for various devices. can do.

以下、実施例に基づいて本発明をさらに詳細に説明するが、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。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated further in detail based on an Example, this invention is not limited to these Examples, unless the summary is exceeded.

[実施例1]
1:正極の製造
正極活物質としてLiNi1/3Mn1/3Co1/3(日本化学工業社製)と、導電助剤としてアセチレンブラックの粉末(電気化学工業社製)と、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン溶液(クレハ社製)とを、90:6:4の固形分質量比で混合し、分散溶媒としてN−メチル−2−ピロリドンを固形分40質量%となるように添加してさらに混合して、スラリー状の溶液を調製した。このスラリー状の溶液を厚さ20μmのアルミニウム箔の片面に塗布し、溶剤を乾燥除去した後、ロールプレスで圧延して正極とした。
[Example 1]
1: Manufacture of positive electrode LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 (manufactured by Nippon Chemical Industry Co., Ltd.) as a positive electrode active material, acetylene black powder (manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.) as a conductive auxiliary agent, binder As a dispersion solvent, a polyvinylidene fluoride solution (manufactured by Kureha Co., Ltd.) is mixed at a solid content mass ratio of 90: 6: 4, and N-methyl-2-pyrrolidone is added as a dispersion solvent to a solid content of 40% by mass. Further mixing was performed to prepare a slurry solution. This slurry-like solution was applied to one side of an aluminum foil having a thickness of 20 μm, and the solvent was removed by drying, followed by rolling with a roll press to obtain a positive electrode.

2:負極の製造
負極活物質としてグラファイト粉末(大阪ガスケミカル社製)及びグラファイト粉末(TIMCAL社製)と、バインダーとしてスチレンブタジエンゴム及びカルボキシメチルセルロース水溶液とを、90:10:1.5:1.8の固形分質量比で混合し、分散溶媒として水を固形分45質量%となるように添加してさらに混合して、スラリー状の溶液を調製した。このスラリー状の溶液を厚さ18μmの銅箔の片面に塗布し、溶剤を乾燥除去した後、ロールプレスで圧延して負極とした。
2: Manufacture of negative electrode Graphite powder (manufactured by Osaka Gas Chemical Co., Ltd.) and graphite powder (manufactured by TIMCAL) as a negative electrode active material, and styrene-butadiene rubber and carboxymethylcellulose aqueous solution as a binder, The mixture was mixed at a solid content mass ratio of 8, water was added as a dispersion solvent so as to have a solid content of 45 mass%, and further mixed to prepare a slurry solution. This slurry-like solution was applied to one side of a copper foil having a thickness of 18 μm, and after removing the solvent by drying, it was rolled with a roll press to obtain a negative electrode.

3:非水電解液の調製
エチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とを体積比1:2で混合した混合溶媒に、LiPFを1mol/Lを含有させた溶液に対して、ヘキシルホスホン酸を0.1質量%添加して、電解液とした。
3: Preparation of non-aqueous electrolyte solution Hexyl was used for a solution containing 1 mol / L of LiPF 6 in a mixed solvent in which ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC) were mixed at a volume ratio of 1: 2. 0.1% by mass of phosphonic acid was added to obtain an electrolytic solution.

4:試験用電池の作製
上述のようにして作製した正極と負極とを、ポリプロピレン製の微多孔膜からなるセパレータ(膜厚25μm、空孔率50%、孔径0.1μm〜1μm)の両側に重ね合わせた積層体を作製した。得られた積層体を、アルミニウム箔(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、上述のようにして調製した非水電解液を袋内に注入し、真空封止を行って、シート状リチウムイオン二次電池を作製した。
4: Production of test battery The positive electrode and the negative electrode produced as described above were placed on both sides of a separator (thickness 25 μm, porosity 50%, pore diameter 0.1 μm to 1 μm) made of a polypropylene microporous film. A laminated body was produced. The obtained laminate was inserted into a bag made of a laminate film in which both surfaces of an aluminum foil (thickness 40 μm) were covered with a resin layer while projecting positive and negative terminals, and then prepared as described above. A water electrolyte was poured into the bag and vacuum sealed to produce a sheet-like lithium ion secondary battery.

5:試験用電池の評価
5−1:初充放電
得られたシート状リチウムイオン二次電池を、25℃の環境下、0.05Cの定電流で4.35Vの電圧に達するまで充電後、4.35Vの定電圧で2時間充電し、0.2Cの定電流で3.0Vまで放電した。これを3サイクル繰り返した。なお、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、0.05Cとはその1/20の電流値を表す。
5: Evaluation of test battery 5-1: Initial charge / discharge After charging the obtained sheet-like lithium ion secondary battery in a 25 ° C. environment at a constant current of 0.05 C until reaching a voltage of 4.35 V, The battery was charged at a constant voltage of 4.35V for 2 hours and discharged to 3.0V at a constant current of 0.2C. This was repeated for 3 cycles. Note that 1C represents a current value for discharging the reference capacity of the battery in one hour, and 0.05C represents a current value of 1/20.

5−2:サイクル試験
初充放電後のシート状リチウムイオン二次電池を、50℃の環境下、1Cの定電流で4.35Vの電圧に達するまで充電後、4.35Vの定電圧で1時間充電し、1Cの定電流で3.0Vまで放電した。上記一連の充放電を1サイクルとして、これを100サイクル実施し、100サイクル後容量維持率(%)を測定した。その結果、100サイクル後容量維持率(%)は82%と高かった。なお、100サイクル後容量維持率(%)は、以下の式で求めた。
100サイクル後容量維持率(%)=(100サイクル目の放電容量/1サイクル目の放電容量)×100
5-2: Cycle test After charging the sheet-like lithium ion secondary battery after the initial charge and discharge until reaching a voltage of 4.35 V at a constant current of 1 C in an environment of 50 ° C., 1 at a constant voltage of 4.35 V The battery was charged for a period of time and discharged to 3.0 V at a constant current of 1C. The above series of charging / discharging was regarded as one cycle, and this was carried out for 100 cycles, and the capacity retention rate (%) was measured after 100 cycles. As a result, the capacity retention rate (%) after 100 cycles was as high as 82%. The capacity retention rate (%) after 100 cycles was obtained by the following formula.
Capacity maintenance rate after 100 cycles (%) = (discharge capacity at the 100th cycle / discharge capacity at the first cycle) × 100

5−3:ガス発生試験
初充放電後のシート状リチウムイオン二次電池を、水浴中に浸して体積を測定した後、50℃の環境下、1Cの定電流で4.35Vの電圧に達するまで充電後、4.35Vの定電圧で一週間連続充電し、1Cの定電流で3.0Vまで放電した。
5-3: Gas generation test After the first charge / discharge sheet-like lithium ion secondary battery is immersed in a water bath and measured for volume, it reaches a voltage of 4.35 V at a constant current of 1 C in an environment of 50 ° C. The battery was continuously charged at a constant voltage of 4.35 V for one week and discharged to 3.0 V at a constant current of 1 C.

電池を室温まで冷却させた後、水浴中に浸して体積を測定し、連続充電前後の電池の体積変化から、連続充電後発生ガス量(mL)を求めた。その結果、連続充電後発生ガス量(mL)は0.25mLと少なかった。   After the battery was cooled to room temperature, the volume was measured by immersing in a water bath, and the amount of generated gas (mL) after continuous charge was determined from the volume change of the battery before and after continuous charge. As a result, the amount of generated gas (mL) after continuous charging was as low as 0.25 mL.

[実施例2]
実施例1の非水電解液の調製において、ヘキシルホスホン酸に代えて、オクチルホスホン酸を用いた以外、実施例1と同様にしてシート状電池を作製し、サイクル試験及びガス発生試験を行った。その結果、100サイクル後容量維持率(%)は81%と高く、連続充電後発生ガス量(mL)は0.29mLと少なかった。
[Example 2]
In the preparation of the nonaqueous electrolytic solution of Example 1, a sheet-like battery was produced in the same manner as in Example 1 except that octylphosphonic acid was used instead of hexylphosphonic acid, and a cycle test and a gas generation test were performed. . As a result, the capacity retention rate (%) after 100 cycles was as high as 81%, and the amount of generated gas (mL) after continuous charging was as low as 0.29 mL.

[実施例3]
実施例1の非水電解液の調製において、ヘキシルホスホン酸に代えて、デシルホスホン酸を用いた以外、実施例1と同様にしてシート状電池を作製し、サイクル試験及びガス発生試験を行った。その結果、100サイクル後容量維持率(%)は80%と高く、連続充電後発生ガス量(mL)は0.36mLと少なかった。
[Example 3]
In the preparation of the nonaqueous electrolytic solution of Example 1, a sheet-like battery was produced in the same manner as in Example 1 except that decylphosphonic acid was used instead of hexylphosphonic acid, and a cycle test and a gas generation test were performed. . As a result, the capacity retention rate (%) after 100 cycles was as high as 80%, and the amount of generated gas (mL) after continuous charging was as low as 0.36 mL.

[実施例4]
実施例1の非水電解液の調製において、ヘキシルホスホン酸に代えて、テトラデシルホスホン酸を用いた以外、実施例1と同様にしてシート状電池を作製し、サイクル試験及びガス発生試験を行った。その結果、100サイクル後容量維持率(%)は78%と高く、連続充電後発生ガス量(mL)は0.41mLと少なかった。
[Example 4]
In the preparation of the nonaqueous electrolytic solution of Example 1, a sheet-like battery was produced in the same manner as in Example 1 except that tetradecylphosphonic acid was used instead of hexylphosphonic acid, and a cycle test and a gas generation test were performed. It was. As a result, the capacity retention rate (%) after 100 cycles was as high as 78%, and the amount of generated gas (mL) after continuous charging was as low as 0.41 mL.

[実施例5]
実施例1の非水電解液の調製において、ヘキシルホスホン酸に代えて、ホスホノ酢酸を用いた以外、実施例1と同様にしてシート状電池を作製し、サイクル試験及びガス発生試験を行った。その結果、100サイクル後容量維持率(%)は86%と高く、連続充電後発生ガス量(mL)は0.22mLと少なかった。
[Example 5]
In the preparation of the nonaqueous electrolytic solution of Example 1, a sheet battery was produced in the same manner as in Example 1 except that phosphonoacetic acid was used instead of hexylphosphonic acid, and a cycle test and a gas generation test were performed. As a result, the capacity retention rate (%) after 100 cycles was as high as 86%, and the amount of generated gas (mL) after continuous charging was as low as 0.22 mL.

[実施例6]
実施例1の非水電解液の調製において、ヘキシルホスホン酸に代えて、6−ホスホノヘキサン酸を用いた以外、実施例1と同様にしてシート状電池を作製し、サイクル試験及びガス発生試験を行った。その結果、100サイクル後容量維持率(%)は85%と高く、連続充電後発生ガス量(mL)は0.26mLと少なかった。
[Example 6]
In the preparation of the nonaqueous electrolytic solution of Example 1, a sheet-like battery was produced in the same manner as in Example 1 except that 6-phosphonohexanoic acid was used instead of hexylphosphonic acid, and a cycle test and a gas generation test were performed. Went. As a result, the capacity retention rate (%) after 100 cycles was as high as 85%, and the amount of generated gas (mL) after continuous charging was as low as 0.26 mL.

[実施例7]
実施例1の非水電解液の調製において、ヘキシルホスホン酸に代えて、1H,1H,2H,2H−パーフルオロヘキシルホスホン酸を用いた以外、実施例1と同様にしてシート状電池を作製し、サイクル試験及びガス発生試験を行った。その結果、100サイクル後容量維持率(%)は80%と高く、連続充電後発生ガス量(mL)は0.30mLと少なかった。
[Example 7]
A sheet battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that 1H, 1H, 2H, 2H-perfluorohexylphosphonic acid was used in place of hexylphosphonic acid in the preparation of the nonaqueous electrolytic solution of Example 1. A cycle test and a gas generation test were conducted. As a result, the capacity retention rate (%) after 100 cycles was as high as 80%, and the amount of generated gas (mL) after continuous charging was as low as 0.30 mL.

[実施例8]
実施例1の非水電解液の調製において、ヘキシルホスホン酸を0.1質量%添加する代わりに、ホスホノ酢酸を0.01質量%添加した以外、実施例1と同様にしてシート状電池を作製し、サイクル試験及びガス発生試験を行った。その結果、100サイクル後容量維持率(%)は82%と高く、連続充電後発生ガス量(mL)は0.35mLと少なかった。
[Example 8]
A sheet-like battery was produced in the same manner as in Example 1 except that 0.01% by mass of phosphonoacetic acid was added instead of adding 0.1% by mass of hexylphosphonic acid in the preparation of the nonaqueous electrolytic solution of Example 1. Then, a cycle test and a gas generation test were performed. As a result, the capacity retention rate (%) after 100 cycles was as high as 82%, and the amount of generated gas (mL) after continuous charging was as low as 0.35 mL.

[実施例9]
実施例1の非水電解液の調製において、ヘキシルホスホン酸を0.1質量%添加する代わりに、6−ホスホノヘキサン酸を0.01質量%添加した以外、実施例1と同様にしてシート状電池を作製し、サイクル試験及びガス発生試験を行った。その結果、100サイクル後容量維持率(%)は82%と高く、連続充電後発生ガス量(mL)は0.38mLと少なかった。
[Example 9]
In the preparation of the nonaqueous electrolytic solution of Example 1, a sheet was obtained in the same manner as in Example 1 except that 0.01% by mass of 6-phosphonohexanoic acid was added instead of 0.1% by mass of hexylphosphonic acid. A cell battery was prepared and subjected to a cycle test and a gas generation test. As a result, the capacity retention rate (%) after 100 cycles was as high as 82%, and the amount of generated gas (mL) after continuous charging was as low as 0.38 mL.

[実施例10]
実施例1の非水電解液の調製において、ヘキシルホスホン酸を0.1質量%添加する代わりに、ホスホノ酢酸を1質量%添加した以外、実施例1と同様にしてシート状電池を作製し、サイクル試験及びガス発生試験を行った。その結果、100サイクル後容量維持率(%)は78%と高く、連続充電後発生ガス量(mL)は0.20mLと少なかった。
[Example 10]
In the preparation of the nonaqueous electrolytic solution of Example 1, a sheet-like battery was produced in the same manner as in Example 1 except that 1% by mass of phosphonoacetic acid was added instead of adding 0.1% by mass of hexylphosphonic acid. A cycle test and a gas generation test were conducted. As a result, the capacity retention rate (%) after 100 cycles was as high as 78%, and the amount of generated gas (mL) after continuous charging was as low as 0.20 mL.

[比較例1]
エチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とを体積比1:2で混合した混合溶媒に、LiPFを1mol/Lを含有させた溶液を非水電解液として用いた以外、実施例1と同様にしてシート状電池を作製し、サイクル試験及びガス発生試験を行った。その結果、100サイクル後容量維持率(%)は76%と低く、連続充電後発生ガス量(mL)は0.54mLと多かった。
[Comparative Example 1]
Example 1 except that a solution containing 1 mol / L of LiPF 6 in a mixed solvent obtained by mixing ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC) at a volume ratio of 1: 2 was used as a non-aqueous electrolyte. In the same manner as above, a sheet-like battery was produced and subjected to a cycle test and a gas generation test. As a result, the capacity retention rate (%) after 100 cycles was as low as 76%, and the amount of generated gas (mL) after continuous charging was as large as 0.54 mL.

[比較例2]
実施例1の非水電解液の調製において、ヘキシルホスホン酸に代えて、トリエチルホスホノアセテートを用いた以外、実施例1と同様にしてシート状電池を作製し、サイクル試験及びガス発生試験を行った。その結果、100サイクル後容量維持率(%)は77%と低く、連続充電後発生ガス量(mL)は0.42mLと多かった。
[Comparative Example 2]
In the preparation of the nonaqueous electrolytic solution of Example 1, a sheet-like battery was produced in the same manner as in Example 1 except that triethylphosphonoacetate was used instead of hexylphosphonic acid, and a cycle test and a gas generation test were performed. It was. As a result, the capacity retention rate (%) after 100 cycles was as low as 77%, and the amount of generated gas (mL) after continuous charging was as large as 0.42 mL.

以上の実施例1〜10、及び比較例1〜2で得られた結果を、表1に示す。表1から、実施例1〜10のリチウムイオン二次電池は何れも、ホスホン酸化合物を含まない非水電解液を用いた比較例1、特許文献3に記載されているトリエチルホスホノアセテートを添加した非水電解液を用いた比較例2と比して、サイクル特性が向上し、ガス発生量が大幅に低減していることが明らかとなった。以上より、本発明の効果は、非水電解液中にホスホン酸化合物を含有させた場合に、特有の効果であることが示された。   The results obtained in Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 and 2 are shown in Table 1. From Table 1, all the lithium ion secondary batteries of Examples 1 to 10 were added with triethylphosphonoacetate described in Comparative Example 1 and Non-Patent Document 3 using a non-aqueous electrolyte containing no phosphonic acid compound. As compared with Comparative Example 2 using the nonaqueous electrolytic solution, it was revealed that the cycle characteristics were improved and the gas generation amount was greatly reduced. From the above, it was shown that the effect of the present invention is a unique effect when a phosphonic acid compound is contained in the nonaqueous electrolytic solution.

[実施例11]
1:正極活物質の製造
遷移金属元素のモル比として1:3の割合の硫酸ニッケルと硫酸マンガンとを、水に溶解し、金属イオン濃度の総和が2mol/Lになるようにニッケル−マンガン混合水溶液を調製した。次いで、このニッケル−マンガン混合水溶液を、70℃に加温した濃度2mol/Lの炭酸ナトリウム水溶液3000mL中に、12.5mL/minの添加速度で120分間滴下した。なお、滴下時には、攪拌の下、200mL/minの流量の空気を水溶液中にバブリングしながら吹き込んだ。これにより析出物質が発生し、得られた析出物質を蒸留水で十分洗浄し、乾燥して、ニッケルマンガン化合物を得た。得られたニッケルマンガン化合物と粒径2μmの炭酸リチウムとを、リチウム:ニッケル:マンガンのモル比が1:0.5:1.5になるように秤量し、1時間乾式混合した後、得られた混合物を酸素雰囲気下において1000℃で5時間焼成し、LiNi0.5Mn1.5で表される正極活物質を得た。
[Example 11]
1: Manufacture of positive electrode active material Nickel sulfate and manganese sulfate at a molar ratio of transition metal element of 1: 3 are dissolved in water and mixed with nickel-manganese so that the total concentration of metal ions is 2 mol / L. An aqueous solution was prepared. Subsequently, this nickel-manganese mixed aqueous solution was dropped into 3000 mL of a 2 mol / L sodium carbonate aqueous solution heated to 70 ° C. at an addition rate of 12.5 mL / min for 120 minutes. At the time of dropping, air with a flow rate of 200 mL / min was blown into the aqueous solution while stirring. As a result, a precipitated substance was generated, and the obtained precipitated substance was sufficiently washed with distilled water and dried to obtain a nickel manganese compound. The obtained nickel-manganese compound and lithium carbonate having a particle size of 2 μm were weighed so that the molar ratio of lithium: nickel: manganese was 1: 0.5: 1.5, and obtained after dry-mixing for 1 hour. The obtained mixture was baked at 1000 ° C. for 5 hours in an oxygen atmosphere to obtain a positive electrode active material represented by LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 .

2:正極の製造
上述のようにして得られた正極活物質と、導電助剤としてアセチレンブラックの粉末(電気化学工業社製)と、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン溶液(クレハ社製)とを、88:6:6の固形分質量比で混合し、分散溶媒としてN−メチル−2−ピロリドンを固形分40質量%となるように添加してさらに混合して、スラリー状の溶液を調製した。このスラリー状の溶液を厚さ20μmのアルミニウム箔の片面に塗布し、溶剤を乾燥除去した後、ロールプレスで圧延して正極とした。
2: Production of positive electrode A positive electrode active material obtained as described above, an acetylene black powder (manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.) as a conductive auxiliary agent, and a polyvinylidene fluoride solution (manufactured by Kureha Co., Ltd.) as a binder, The mixture was mixed at a solid content mass ratio of 6: 6, N-methyl-2-pyrrolidone as a dispersion solvent was added so as to have a solid content of 40% by mass, and further mixed to prepare a slurry solution. This slurry-like solution was applied to one side of an aluminum foil having a thickness of 20 μm, and the solvent was removed by drying, followed by rolling with a roll press to obtain a positive electrode.

3:負極の製造
負極活物質としてグラファイト粉末(大阪ガスケミカル社製)及びグラファイト粉末(TIMCAL社製)と、バインダーとしてスチレンブタジエンゴム及びカルボキシメチルセルロース水溶液とを、90:10:1.5:1.8の固形分質量比で混合し、分散溶媒として水を固形分45質量%となるように添加してさらに混合して、スラリー状の溶液を調製した。このスラリー状の溶液を厚さ18μmの銅箔の片面に塗布し、溶剤を乾燥除去した後、ロールプレスで圧延して負極とした。
3: Production of negative electrode Graphite powder (manufactured by Osaka Gas Chemical Co., Ltd.) and graphite powder (manufactured by TIMCAL) as a negative electrode active material, and styrene-butadiene rubber and carboxymethylcellulose aqueous solution as a binder, 90: 10: 1.5: 1. The mixture was mixed at a solid content mass ratio of 8, water was added as a dispersion solvent so as to have a solid content of 45 mass%, and further mixed to prepare a slurry solution. This slurry-like solution was applied to one side of a copper foil having a thickness of 18 μm, and after removing the solvent by drying, it was rolled with a roll press to obtain a negative electrode.

4:非水電解液の調製
エチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とを体積比1:2で混合した混合溶媒に、LiPFを1mol/Lを含有させた溶液に対して、ヘキシルホスホン酸を0.1質量%添加して、電解液とした。
4: Preparation of non-aqueous electrolyte solution Hexyl was added to a solution containing 1 mol / L of LiPF 6 in a mixed solvent in which ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC) were mixed at a volume ratio of 1: 2. 0.1% by mass of phosphonic acid was added to obtain an electrolytic solution.

5:試験用電池の作製
上述のようにして作製した正極と負極とを、ポリプロピレン製の微多孔膜からなるセパレータ(膜厚25μm、空孔率50%、孔径0.1μm〜1μm)の両側に重ね合わせた積層体を作製した。得られた積層体を、アルミニウム箔(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、上述のようにして調製した非水電解液を袋内に注入し、真空封止を行って、シート状リチウムイオン二次電池を作製した。
5: Production of test battery The positive electrode and the negative electrode produced as described above were placed on both sides of a separator (thickness 25 μm, porosity 50%, pore diameter 0.1 μm to 1 μm) made of a polypropylene microporous film. A laminated body was produced. The obtained laminate was inserted into a bag made of a laminate film in which both surfaces of an aluminum foil (thickness 40 μm) were covered with a resin layer while projecting positive and negative terminals, and then prepared as described above. A water electrolyte was poured into the bag and vacuum sealed to produce a sheet-like lithium ion secondary battery.

6:試験用電池の評価
6−1:初充放電
得られたシート状リチウムイオン二次電池を、25℃の環境下、0.05Cの定電流で4.8Vの電圧に達するまで充電後、4.8Vの定電圧で2時間充電し、0.2Cの定電流で3.0Vまで放電した。これを3サイクル繰り返した。なお、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、0.05Cとはその1/20の電流値を表す。
6: Evaluation of test battery 6-1: Initial charge / discharge After charging the obtained sheet-like lithium ion secondary battery in a 25 ° C. environment at a constant current of 0.05 C until reaching a voltage of 4.8 V, The battery was charged at a constant voltage of 4.8 V for 2 hours and discharged to 3.0 V at a constant current of 0.2C. This was repeated for 3 cycles. Note that 1C represents a current value for discharging the reference capacity of the battery in one hour, and 0.05C represents a current value of 1/20.

6−2:サイクル試験
初充放電後のシート状リチウムイオン二次電池を、50℃の環境下、1Cの定電流で4.8Vの電圧に達するまで充電後、4.8Vの定電圧で1時間充電し、1Cの定電流で3.0Vまで放電した。上記一連の充放電を1サイクルとして、これを100サイクル実施し、100サイクル後容量維持率(%)を測定した。その結果、100サイクル後容量維持率(%)は51%と高かった。なお、100サイクル後容量維持率(%)は、以下の式で求めた。
100サイクル後容量維持率(%)=(100サイクル目の放電容量/1サイクル目の放電容量)×100
6-2: Cycle test After charging the sheet-like lithium ion secondary battery after initial charge and discharge until reaching a voltage of 4.8 V at a constant current of 1 C in an environment of 50 ° C., 1 at a constant voltage of 4.8 V The battery was charged for a period of time and discharged to 3.0 V at a constant current of 1C. The above series of charging / discharging was regarded as one cycle, and this was carried out for 100 cycles, and the capacity retention rate (%) was measured after 100 cycles. As a result, the capacity retention rate (%) after 100 cycles was as high as 51%. The capacity retention rate (%) after 100 cycles was obtained by the following formula.
Capacity maintenance rate after 100 cycles (%) = (discharge capacity at the 100th cycle / discharge capacity at the first cycle) × 100

5−3:ガス発生試験
初充放電後のシート状リチウムイオン二次電池を、水浴中に浸して体積を測定した後、50℃の環境下、1Cの定電流で4.8Vの電圧に達するまで充電後、4.8Vの定電圧で一週間連続充電し、1Cの定電流で3.0Vまで放電した。
5-3: Gas generation test After the first charge / discharge sheet-like lithium ion secondary battery is immersed in a water bath and measured for volume, it reaches a voltage of 4.8 V at a constant current of 1 C in an environment of 50 ° C. The battery was continuously charged at a constant voltage of 4.8 V for one week and discharged to 3.0 V at a constant current of 1 C.

電池を室温まで冷却させた後、水浴中に浸して体積を測定し、連続充電前後の電池の体積変化から、連続充電後発生ガス量(mL)を求めた。その結果、連続充電後発生ガス量(mL)は2.21mLと少なかった。   After the battery was cooled to room temperature, the volume was measured by immersing in a water bath, and the amount of generated gas (mL) after continuous charge was determined from the volume change of the battery before and after continuous charge. As a result, the amount of generated gas (mL) after continuous charging was as small as 2.21 mL.

[実施例12]
実施例11の非水電解液の調製において、ヘキシルホスホン酸に代えて、オクチルホスホン酸を用いた以外、実施例11と同様にしてシート状電池を作製し、サイクル試験及びガス発生試験を行った。その結果、100サイクル後容量維持率(%)は49%と高く、連続充電後発生ガス量(mL)は2.36mLと少なかった。
[Example 12]
In the preparation of the nonaqueous electrolytic solution of Example 11, a sheet-like battery was produced in the same manner as in Example 11 except that octylphosphonic acid was used instead of hexylphosphonic acid, and a cycle test and a gas generation test were performed. . As a result, the capacity retention rate (%) after 100 cycles was as high as 49%, and the amount of generated gas (mL) after continuous charging was as small as 2.36 mL.

[実施例13]
実施例11の非水電解液の調製において、ヘキシルホスホン酸に代えて、デシルホスホン酸を用いた以外、実施例11と同様にしてシート状電池を作製し、サイクル試験及びガス発生試験を行った。その結果、100サイクル後容量維持率(%)は47%と高く、連続充電後発生ガス量(mL)は2.87mLと少なかった。
[Example 13]
In the preparation of the nonaqueous electrolytic solution of Example 11, a sheet-like battery was produced in the same manner as in Example 11 except that decylphosphonic acid was used instead of hexylphosphonic acid, and a cycle test and a gas generation test were performed. . As a result, the capacity retention rate (%) after 100 cycles was as high as 47%, and the amount of generated gas (mL) after continuous charging was as low as 2.87 mL.

[実施例14]
実施例11の非水電解液の調製において、ヘキシルホスホン酸に代えて、ホスホノ酢酸を用いた以外、実施例11と同様にしてシート状電池を作製し、サイクル試験及びガス発生試験を行った。その結果、100サイクル後容量維持率(%)は55%と高く、連続充電後発生ガス量(mL)は1.75mLと少なかった。
[Example 14]
In the preparation of the nonaqueous electrolytic solution of Example 11, a sheet-like battery was produced in the same manner as in Example 11 except that phosphonoacetic acid was used instead of hexylphosphonic acid, and a cycle test and a gas generation test were performed. As a result, the capacity retention rate (%) after 100 cycles was as high as 55%, and the amount of generated gas (mL) after continuous charging was as low as 1.75 mL.

[実施例15]
実施例11の非水電解液の調製において、ヘキシルホスホン酸に代えて、6−ホスホノヘキサン酸を用いた以外、実施例11と同様にしてシート状電池を作製し、サイクル試験及びガス発生試験を行った。その結果、100サイクル後容量維持率(%)は57%と高く、連続充電後発生ガス量(mL)は1.89mLと少なかった。
[Example 15]
In the preparation of the nonaqueous electrolytic solution of Example 11, a sheet-like battery was produced in the same manner as in Example 11 except that 6-phosphonohexanoic acid was used instead of hexylphosphonic acid, and a cycle test and a gas generation test were performed. Went. As a result, the capacity retention rate (%) after 100 cycles was as high as 57%, and the amount of generated gas (mL) after continuous charging was as low as 1.89 mL.

[実施例16]
実施例11の非水電解液の調製において、ヘキシルホスホン酸を0.1質量%添加する代わりに、ホスホノ酢酸を0.01質量%添加した以外、実施例11と同様にしてシート状電池を作製し、サイクル試験及びガス発生試験を行った。その結果、100サイクル後容量維持率(%)は49%と高く、連続充電後発生ガス量(mL)は2.92mLと少なかった。
[Example 16]
A sheet-like battery was produced in the same manner as in Example 11 except that 0.01% by mass of phosphonoacetic acid was added instead of adding 0.1% by mass of hexylphosphonic acid in the preparation of the nonaqueous electrolytic solution of Example 11. Then, a cycle test and a gas generation test were performed. As a result, the capacity retention rate (%) after 100 cycles was as high as 49%, and the amount of generated gas (mL) after continuous charging was as low as 2.92 mL.

[実施例17]
実施例11の非水電解液の調製において、ヘキシルホスホン酸を0.1質量%添加する代わりに、6−ホスホノヘキサン酸を0.01質量%添加した以外、実施例11と同様にしてシート状電池を作製し、サイクル試験及びガス発生試験を行った。その結果、100サイクル後容量維持率(%)は51%と高く、連続充電後発生ガス量(mL)は3.09mLと少なかった。
[Example 17]
In the preparation of the nonaqueous electrolytic solution of Example 11, a sheet was obtained in the same manner as in Example 11 except that 0.01% by mass of 6-phosphonohexanoic acid was added instead of 0.1% by mass of hexylphosphonic acid. A cell battery was prepared and subjected to a cycle test and a gas generation test. As a result, the capacity retention rate (%) after 100 cycles was as high as 51%, and the amount of generated gas (mL) after continuous charging was as small as 3.09 mL.

[実施例18]
実施例11の非水電解液の調製において、ヘキシルホスホン酸1質量%に代えて、ホスホノ酢酸を1質量%用いた以外、実施例11と同様にしてシート状電池を作製し、サイクル試験及びガス発生試験を行った。その結果、100サイクル後容量維持率(%)は44%と高く、連続充電後発生ガス量(mL)は1.67mLと少なかった。
[Example 18]
A sheet battery was prepared in the same manner as in Example 11 except that 1% by mass of phosphonoacetic acid was used in place of 1% by mass of hexylphosphonic acid in the preparation of the nonaqueous electrolytic solution of Example 11, and the cycle test and gas were performed. A developmental test was performed. As a result, the capacity retention rate (%) after 100 cycles was as high as 44%, and the amount of generated gas (mL) after continuous charging was as low as 1.67 mL.

[比較例3]
エチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とを体積比1:2で混合した混合溶媒に、LiPFを1mol/Lを含有させた溶液を非水電解液として用いた以外、実施例11と同様にしてシート状電池を作製し、サイクル試験及びガス発生試験を行った。その結果、100サイクル後容量維持率(%)は32%と低く、連続充電後発生ガス量(mL)は4.32mLと多かった。
[Comparative Example 3]
Example 11 except that a solution containing 1 mol / L of LiPF 6 in a mixed solvent in which ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC) were mixed at a volume ratio of 1: 2 was used as a nonaqueous electrolytic solution. In the same manner as above, a sheet-like battery was produced and subjected to a cycle test and a gas generation test. As a result, the capacity retention rate (%) after 100 cycles was as low as 32%, and the amount of generated gas (mL) after continuous charging was as large as 4.32 mL.

[比較例4]
実施例11の非水電解液の調製において、ヘキシルホスホン酸に代えて、トリエチルホスホノアセテートを用いた以外、実施例11と同様にしてシート状電池を作製し、サイクル試験及びガス発生試験を行った。その結果、100サイクル後容量維持率(%)は42%と低く、連続充電後発生ガス量(mL)は3.43mLと多かった。
[Comparative Example 4]
In the preparation of the nonaqueous electrolytic solution of Example 11, a sheet-like battery was produced in the same manner as in Example 11 except that triethylphosphonoacetate was used instead of hexylphosphonic acid, and a cycle test and a gas generation test were performed. It was. As a result, the capacity retention rate (%) after 100 cycles was as low as 42%, and the amount of generated gas (mL) after continuous charging was as large as 3.43 mL.

以上の実施例11〜18、及び比較例3〜4で得られた結果を、表2に示す。表2から、実施例11〜18のリチウムイオン二次電池は何れも、ホスホン酸化合物を含まない非水電解液を用いた比較例3、特許文献3に記載されているトリエチルホスホノアセテートを添加した非水電解液を用いた比較例4と比して、サイクル特性が向上し、ガス発生量が大幅に低減していることが明らかとなった。以上より、本発明の効果は、非水電解液中にホスホン酸化合物を含有させた場合に、特有の効果であることが示された。   Table 2 shows the results obtained in Examples 11 to 18 and Comparative Examples 3 to 4. From Table 2, all of the lithium ion secondary batteries of Examples 11 to 18 were added with triethylphosphonoacetate described in Comparative Example 3 and Non-Patent Document 3 using a non-aqueous electrolyte containing no phosphonic acid compound. As compared with Comparative Example 4 using the non-aqueous electrolyte, it was revealed that the cycle characteristics were improved and the gas generation amount was greatly reduced. From the above, it was shown that the effect of the present invention is a unique effect when a phosphonic acid compound is contained in the nonaqueous electrolytic solution.

本発明の非水電解液を用いたリチウムイオン二次電池は、各種民生機器用電源、自動車用電源への産業上利用可能性を有する。   The lithium ion secondary battery using the non-aqueous electrolyte of the present invention has industrial applicability to various consumer equipment power supplies and automobile power supplies.

Claims (7)

非水溶媒と、電解質と、下記式(1)で表されるホスホン酸化合物と、を含有する、
非水電解液。
(式(1)中、R1は、置換されていてもよい炭素数1〜20の有機基を表し、R2は、水素原子、アルカリ金属原子、及び置換されていてもよい炭素数1〜10の有機基からなる群より選ばれる一種であり、R3は、水素原子又はアルカリ金属原子を表す。)
A nonaqueous solvent, an electrolyte, and a phosphonic acid compound represented by the following formula (1):
Non-aqueous electrolyte.
(In formula (1), R1 represents an optionally substituted organic group having 1 to 20 carbon atoms, and R2 represents a hydrogen atom, an alkali metal atom, and optionally substituted 1 to 10 carbon atoms. (It is a kind selected from the group consisting of organic groups, and R3 represents a hydrogen atom or an alkali metal atom.)
前記ホスホン酸化合物が、前記R2が水素原子又はアルカリ金属原子である化合物を含む、請求項1に記載の非水電解液。   The non-aqueous electrolyte according to claim 1, wherein the phosphonic acid compound includes a compound in which R 2 is a hydrogen atom or an alkali metal atom. 前記ホスホン酸化合物が、下記式(2)で表される化合物を含む、請求項1又は2に記載の非水電解液。
(式(2)中、R4は、水素原子、アルカリ金属原子、及び置換されていてもよい炭素数1〜6の有機基からなる群より選ばれる一種を表し、R5は、置換されていてもよい炭素数1〜10のアルキレン基を表し、R6は、水素原子、アルカリ金属原子、及び置換されていてもよい炭素数1〜10の有機基からなる群より選ばれる一種であり、R7は、水素原子又はアルカリ金属原子である。)
The non-aqueous electrolyte according to claim 1 or 2, wherein the phosphonic acid compound contains a compound represented by the following formula (2).
(In Formula (2), R4 represents a kind selected from the group consisting of a hydrogen atom, an alkali metal atom, and an optionally substituted organic group having 1 to 6 carbon atoms, and R5 may be substituted. Represents a good alkylene group having 1 to 10 carbon atoms, R6 is a kind selected from the group consisting of a hydrogen atom, an alkali metal atom, and an optionally substituted organic group having 1 to 10 carbon atoms; It is a hydrogen atom or an alkali metal atom.)
前記ホスホン酸化合物を、非水電解液の総量100質量%に対して、0.00001質量%以上10質量%以下含有する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の非水電解液。   The non-aqueous electrolyte according to any one of claims 1 to 3, wherein the phosphonic acid compound is contained in an amount of 0.00001% by mass to 10% by mass with respect to 100% by mass of the total amount of the non-aqueous electrolyte. 前記非水溶媒が、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、ビニレンカーボネートからなる群より選ばれる1種以上の環状カーボネートを含有する、請求項1〜4のいずれか一項に記載の非水電解液。   The nonaqueous electrolysis according to any one of claims 1 to 4, wherein the nonaqueous solvent contains one or more cyclic carbonates selected from the group consisting of ethylene carbonate, propylene carbonate, fluoroethylene carbonate, and vinylene carbonate. liquid. 前記電解質が、LiPF、LiBF、LiB(C、及びLiBF(C)からなる群より選ばれる一種以上を含有する、請求項1〜5のいずれか一項に記載の非水電解液。 6. The electrolyte according to claim 1, wherein the electrolyte contains one or more selected from the group consisting of LiPF 6 , LiBF 4 , LiB (C 2 O 4 ) 2 , and LiBF 2 (C 2 O 4 ). The non-aqueous electrolyte described in 1. 正極と、負極と、請求項1〜6のいずれか一項に記載の非水電解液と、を備え、
前記正極の満充電時の電位がリチウム基準で4.4V以上5.5V以下である、リチウムイオン二次電池。
A positive electrode, a negative electrode, and the non-aqueous electrolyte according to any one of claims 1 to 6,
A lithium ion secondary battery in which a potential of the positive electrode when fully charged is 4.4 V or more and 5.5 V or less based on lithium.
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