JP2015111552A - Lithium secondary battery - Google Patents

Lithium secondary battery Download PDF

Info

Publication number
JP2015111552A
JP2015111552A JP2014201342A JP2014201342A JP2015111552A JP 2015111552 A JP2015111552 A JP 2015111552A JP 2014201342 A JP2014201342 A JP 2014201342A JP 2014201342 A JP2014201342 A JP 2014201342A JP 2015111552 A JP2015111552 A JP 2015111552A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
secondary battery
lithium secondary
mass
lithium
battery
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2014201342A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
龍太 韓
Ryongtae Han
龍太 韓
祐介 中村
Yusuke Nakamura
祐介 中村
貴子 西田
Takako Nishida
貴子 西田
春樹 上剃
Haruki Kamizori
春樹 上剃
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Maxell Holdings Ltd
Original Assignee
Hitachi Maxell Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Maxell Ltd filed Critical Hitachi Maxell Ltd
Priority to JP2014201342A priority Critical patent/JP2015111552A/en
Priority to CN201410641844.4A priority patent/CN104638292A/en
Priority to KR1020140155379A priority patent/KR20150054683A/en
Publication of JP2015111552A publication Critical patent/JP2015111552A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high-capacity nonaqueous secondary battery superior in high-temperature cycle characteristics, storage suitability, and reliability.SOLUTION: A lithium secondary battery comprises: a positive electrode; a negative electrode; a separator; and a nonaqueous electrolyte. The nonaqueous electrolyte includes: a compound having a nitrile group in its molecule; lithium tetrafluoroborate; and an electrolytic salt. In the nonaqueous electrolyte, the content of the compound having a nitrile group in its molecule is 0.05-5.0 mass%, and the content of the lithium tetrafluoroborate is 0.05-0.70 mass%.

Description

本発明は、充放電サイクル特性および貯蔵特性に優れたリチウム二次電池に関するものである。 The present invention relates to a lithium secondary battery excellent in charge / discharge cycle characteristics and storage characteristics.

近年、携帯電話、ノート型パソコンなどの携帯型電子機器の発達や、電気自動車の実用化などに伴って、小型軽量でかつ高容量のリチウム二次電池が必要とされるようになってきた。 In recent years, along with the development of portable electronic devices such as mobile phones and notebook computers, and the practical application of electric vehicles, small and light lithium secondary batteries with high capacity have been required.

そして、リチウム二次電池には、その適用機器の広がりなどに伴って、各種の電池特性を向上させることが求められている。 And lithium secondary battery is calculated | required to improve various battery characteristics with the breadth of the application apparatus.

リチウム二次電池の電池特性の向上を図る手段の一つとして、非水電解質の改良がある。例えば、特許文献1には、ジニトリル化合物を有機溶媒に用い、かつ特定種のリチウム塩を使用した非水電解液によって、電池の充放電を繰り返すことによる充放電量の低下を抑制し得ることが記載されている。   One means for improving the battery characteristics of a lithium secondary battery is to improve the nonaqueous electrolyte. For example, Patent Document 1 discloses that a non-aqueous electrolyte using a dinitrile compound as an organic solvent and a specific type of lithium salt can suppress a decrease in charge / discharge amount due to repeated charge / discharge of the battery. Have been described.

また、特許文献2には非水電解液中がニトリル化合物とS=O基含有化合物とを含有することで電池のサイクル特性や電気容量、保存特性などが優れた二次電池が開示されている。   Further, Patent Document 2 discloses a secondary battery in which the non-aqueous electrolyte contains a nitrile compound and an S═O group-containing compound and thus has excellent battery cycle characteristics, electric capacity, storage characteristics, and the like. .

特開2011−222473号公報JP 2011-222473 A 特開2004−179146号公報JP 2004-179146 A

リチウム二次電池には充放電を繰り返しても容量を維持するような良好なサイクル特性を持つことが要求されているが、ジニトリル化合物などのニトリル化合物を非水電解液に添加すると貯蔵特性、加熱特性、高温サイクルが向上する一方で、特に常温下でのサイクル特性が低下する。 Lithium secondary batteries are required to have good cycle characteristics that maintain capacity even after repeated charge and discharge, but storage characteristics and heating can be improved by adding nitrile compounds such as dinitrile compounds to non-aqueous electrolytes. While the characteristics and the high temperature cycle are improved, the cycle characteristics particularly at room temperature are deteriorated.

また、携帯電話などで使用後リチウム二次電池が放電した状態で車内など高温になる場所に長期間放置されると、電池が膨れてくるといった現象も生じ得る。 In addition, if the lithium secondary battery is discharged after use with a mobile phone or the like and left in a place where the temperature is high, such as in a car, for a long time, the battery may swell.

更に、電池の充電上限電圧を高めることで電池の放電容量を高くする手法が知られているが、高電圧下においては従来と比べて電池にとって過酷な状況に置かれるため、それによって生じる問題もある。   Furthermore, there is a known method of increasing the discharge capacity of the battery by increasing the upper limit voltage for charging the battery. However, under a high voltage, the battery is placed in a harsher situation compared to the conventional case, and there are problems caused thereby. is there.

このようにサイクル特性や放電状態での貯蔵特性の向上が要求されている。 As described above, improvement in cycle characteristics and storage characteristics in a discharged state is required.

本発明は前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は高容量かつサイクル特性、放電状態の貯蔵特性に優れた非水二次電池を提供することにある。 This invention is made | formed in view of the said situation, The objective is to provide the high capacity | capacitance and the non-aqueous secondary battery excellent in the cycling characteristics and the storage characteristics of the discharge state.

前記目的を達成し得た本発明のリチウム二次電池は、正極、負極、セパレータおよび非水電解質を用いたリチウム二次電池であって、前記非水電解質はホウフッ化リチウム、下記一般式(1)で表わされる分子内にニトリル基を有する化合物をそれぞれ所定量含有していることを特徴とするものである。
NC―R―CN (1)
[一般式(1)中、Rは、炭素数1〜10の直鎖又は分岐の炭化水素差鎖。]
The lithium secondary battery of the present invention that has achieved the above object is a lithium secondary battery using a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte, wherein the non-aqueous electrolyte is lithium borofluoride, the following general formula (1 ) Each containing a predetermined amount of a compound having a nitrile group in the molecule.
NC-R-CN (1)
[In General Formula (1), R is a linear or branched hydrocarbon difference chain having 1 to 10 carbon atoms. ]

本発明は高容量かつ高温サイクル特性、貯蔵特性、信頼性に優れた非水二次電池を提供することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can provide a non-aqueous secondary battery having high capacity and excellent high-temperature cycle characteristics, storage characteristics, and reliability.

本発明のリチウム二次電池の一例を模式的に表す部分縦断面図である。It is a fragmentary longitudinal cross-sectional view which represents typically an example of the lithium secondary battery of this invention. 図1の斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of FIG. 1.

本発明のリチウム二次電池では、例えばリチウム塩を有機溶媒に溶解した溶液(非水電解液)であって、ホウフッ化リチウムと、前記一般式(1)で表される分子内にニトリル基を有する化合物とを含有する非水電解質を使用する。 In the lithium secondary battery of the present invention, for example, a solution (non-aqueous electrolyte) in which a lithium salt is dissolved in an organic solvent, lithium borofluoride, and a nitrile group in the molecule represented by the general formula (1) The nonaqueous electrolyte containing the compound which has is used.

前記の通り、分子内にニトリル基を有する化合物を非水電解液添加剤に用いることで、リチウム二次電池の信頼性の向上に寄与する一方で、常温でのサイクル特性を低下させてしまう。 As described above, using a compound having a nitrile group in the molecule as a non-aqueous electrolyte additive contributes to improving the reliability of the lithium secondary battery, while reducing the cycle characteristics at room temperature.

本発明では分子内にニトリル基を有する化合物と、ホウフッ化リチウムとを添加した非水電解質を使用することとした。 In the present invention, a non-aqueous electrolyte to which a compound having a nitrile group in the molecule and lithium borofluoride are added is used.

非水電解液中にホウフッ化リチウムを添加することで負極表面にホウフッ化リチウム由来の被膜を形成する。負極表面に形成されるホウフッ化リチウム由来の被膜は強固であり、かつリチウムイオン伝導性を有していることから、負極表面での非水電解質成分の分解反応を良好に抑制する一方で、電池反応は阻害しない。 A lithium borofluoride-derived film is formed on the negative electrode surface by adding lithium borofluoride to the non-aqueous electrolyte. Since the coating derived from lithium borofluoride formed on the surface of the negative electrode is strong and has lithium ion conductivity, the battery effectively suppresses the decomposition reaction of the non-aqueous electrolyte component on the negative electrode surface. The reaction is not inhibited.

このようにホウフッ化リチウム由来の被膜は強固であるため、充放電を繰り返しても長期にわたって負極での非水電解質成分の分解反応を抑制し得ることから、優れた充放電サイクル特性を確保することができる。 As described above, since the lithium borofluoride-derived coating is strong, the decomposition reaction of the nonaqueous electrolyte component in the negative electrode can be suppressed over a long period of time even after repeated charging and discharging, so that excellent charge / discharge cycle characteristics are ensured. Can do.

また、非水二次電池は放電状態で高温下に長期間保存すると、過放電状態となりやすい。このような状態の電池はガスを発生させて膨れを引き起こすが、分子内にニトリル基を有する化合物と、ホウフッ化リチウムとを添加した非水電解質を用いた場合には係る膨れの発生も抑制できる。 Further, when the non-aqueous secondary battery is stored in a discharged state at a high temperature for a long time, it is likely to be in an overdischarged state. The battery in such a state generates gas and causes swelling, but when a non-aqueous electrolyte to which a compound having a nitrile group in the molecule and lithium borofluoride are used, the occurrence of such swelling can be suppressed. .

更に、本願発明では非水電解質中の前記ホウフッ化リチウムの含有量が0.05〜0.70質量%に限定している。ホウフッ化リチウムは多量に添加すると長期間高温での貯蔵(充電状態)での膨れや、一定電圧を保つような充電を長時間行うと正極活物質内の金属溶出に寄与することがある。そこで、ホウフッ化リチウムの量を限定することで、サイクル特性を改善し、充電状態での貯蔵特性の劣化や金属溶出を防止することが出来る。
また、ホウフッ化リチウムの量を限定したうえで分子内にニトリル基を有する化合物と併用すると、金属溶出の防止の効果が相乗的に向上する。
Furthermore, in this invention, content of the said lithium borofluoride in nonaqueous electrolyte is limited to 0.05-0.70 mass%. When lithium borofluoride is added in a large amount, it may contribute to swell in storage (charged state) at a high temperature for a long period of time, or elution of metal in the positive electrode active material when charged for a long time to maintain a constant voltage. Therefore, by limiting the amount of lithium borofluoride, cycle characteristics can be improved, and deterioration of storage characteristics and metal elution can be prevented in a charged state.
Further, when the amount of lithium borofluoride is limited and used in combination with a compound having a nitrile group in the molecule, the effect of preventing metal elution is synergistically improved.

このように、本発明の非水二次電池では、非水電解質に添加する特定の添加剤が複合的に作用することで、充放電サイクル特性を高めつつ、放電状態での貯蔵特性も優れたものとすることができる。 Thus, in the non-aqueous secondary battery of the present invention, the specific additive added to the non-aqueous electrolyte acts in a complex manner, so that the charge / discharge cycle characteristics are enhanced and the storage characteristics in the discharged state are also excellent. Can be.

本発明のリチウム二次電池では、例えばリチウム塩を有機溶媒に溶解した溶液(非水電解液)であって、添加剤としてホウフッ化リチウムと、前記一般式(1)で表わされる分子内にニトリル基を有する化合物とを含有する非水電解質を使用する。 In the lithium secondary battery of the present invention, for example, a solution (non-aqueous electrolyte) in which a lithium salt is dissolved in an organic solvent, lithium borofluoride as an additive, and nitrile in the molecule represented by the general formula (1) A nonaqueous electrolyte containing a compound having a group is used.

分子内にニトリル基を有する化合物はリチウム二次電池内において正極に吸着し、被膜を形成することで高電圧下で非水電解質への遷移金属溶出を抑制することができる。よって本発明のリチウムイ二次電池では分子内にニトリル基を有する化合物を非水電解質に添加することで、高電圧下で安定に使用することができる。 A compound having a nitrile group in the molecule is adsorbed on the positive electrode in the lithium secondary battery and can form a film to suppress elution of transition metal into the non-aqueous electrolyte under high voltage. Therefore, the lithium secondary battery of the present invention can be stably used under high voltage by adding a compound having a nitrile group in the molecule to the non-aqueous electrolyte.

前記一般式(1)で表わされる分子内にニトリル基を有する化合物は粘度が高くなることを考慮して炭素数は1〜10とし、例えば、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、1,4−ジシアノヘプタン、1,5−ジシアノペンタン、1,6−ジシアノヘキサン、1,7−ジシアノヘプタン、2,6−ジシアノヘプタン、1,8−ジシアノオクタン、2,7−ジシアノオクタン、1,9−ジシアノノナン、2,8−ジシアノノナン、1,10−ジシアノデカン、1,6−ジシアノデカン、2,4−ジメチルグルタロニトリルなどが挙げられ、これらのうちの1種のみを用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 A compound having a nitrile group in the molecule represented by the general formula (1) has a carbon number of 1 to 10 in consideration of an increase in viscosity. For example, malononitrile, succinonitrile, glutaronitrile, adiponitrile, 1 , 4-dicyanoheptane, 1,5-dicyanopentane, 1,6-dicyanohexane, 1,7-dicyanoheptane, 2,6-dicyanoheptane, 1,8-dicyanooctane, 2,7-dicyanooctane, 1, 9-dicyanononane, 2,8-dicyanononane, 1,10-dicyanodecane, 1,6-dicyanodecane, 2,4-dimethylglutaronitrile and the like may be used, and only one of these may be used, Two or more kinds may be used in combination.

前記例示のニトリル化合物のうち、ジニトリル化合物がより好ましく、その中でもサイクル特性向上効果の良好なアジポニトリルがさらに好ましい。 Of the above-exemplified nitrile compounds, dinitrile compounds are more preferable, and among them, adiponitrile having a good effect of improving cycle characteristics is more preferable.

電池に使用する非水電解質における分子内にニトリル基を有する化合物の含有量は、これらの化合物の使用による作用をより有効に発揮させる観点から、0.05質量%以上であることが必要で、0.1質量%以上であることが好ましく、0.2質量%以上であることがより好ましい。ただし、分子内にニトリル基を有する化合物の添加量が多すぎると、例えば電池の充電状態での貯蔵特性がより改善されるものの、室温での充放電サイクル特性が低下したり、放電状態での貯蔵時に膨れに寄与する虞がある。よって、電池に使用する非水電解質における分子内にニトリル基を有する化合物の含有量は、5質量%以下とし、2質量%以下であることがより好ましい。 The content of the compound having a nitrile group in the molecule in the non-aqueous electrolyte used in the battery is required to be 0.05% by mass or more from the viewpoint of more effectively exerting the action due to the use of these compounds. The content is preferably 0.1% by mass or more, and more preferably 0.2% by mass or more. However, if the amount of the compound having a nitrile group in the molecule is too large, for example, the storage characteristics in the charged state of the battery are further improved, but the charge / discharge cycle characteristics at room temperature are reduced, or in the discharged state. There is a risk of contributing to swelling during storage. Therefore, the content of the compound having a nitrile group in the molecule in the non-aqueous electrolyte used for the battery is 5% by mass or less, and more preferably 2% by mass or less.

ホウフッ化リチウムの含有量は、上述した効果を得られる観点から0.05質量%以上、更に好ましくは0.1質量%以上である。また、0.70質量%以下であり、更に好ましくは0.60質量%以下である。
The content of lithium borofluoride is 0.05% by mass or more, more preferably 0.1% by mass or more from the viewpoint of obtaining the above-described effect. Moreover, it is 0.70 mass% or less, More preferably, it is 0.60 mass% or less.

非水電解質に係る電解質塩としては、溶媒中で解離してLiイオンを形成し、電池として使用される電圧範囲で分解などの副反応を起こしにくいものであれば特に制限はない。例えば、LiClO、LiPF、LiAsF、LiSbFなどの無機リチウム塩;LiN(FSO、LiCBO、LiCFSO、LiCFCO、Li(SO、LiN(CFSO、LiC(CFSO、LiC2n+1SO(n≧2)、LiN(RfOSO〔ここでRfはフルオロアルキル基〕などの有機リチウム塩;などを用いることができる。 The electrolyte salt related to the non-aqueous electrolyte is not particularly limited as long as it dissociates in a solvent to form Li + ions and hardly causes a side reaction such as decomposition in a voltage range used as a battery. For example, inorganic lithium salts such as LiClO 4 , LiPF 6 , LiAsF 6 , LiSbF 6 ; LiN (FSO 2 ) 2 , LiC 4 BO 8 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , Li 2 C 2 F 4 (SO 3 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiC n F 2n + 1 SO 3 (n ≧ 2), LiN (RfOSO 2 ) 2 [where Rf is a fluoroalkyl group] Organic lithium salt; etc. can be used.

このリチウム塩の非水電解質中の濃度としては、0.5〜1.5mol/lであることが好ましく、0.9〜1.25mol/lであることがより好ましい。 The concentration of the lithium salt in the nonaqueous electrolyte is preferably 0.5 to 1.5 mol / l, more preferably 0.9 to 1.25 mol / l.

非水電解質に用いる有機溶媒としては、前記のリチウム塩を溶解し、電池として使用される電圧範囲で分解などの副反応を起こさないものであれば特に限定されない。例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネートなどの環状カーボネート;ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネートなどの鎖状カーボネート;プロピオン酸メチルなどの鎖状エステル;γ−ブチロラクトンなどの環状エステル;ジメトキシエタン、ジエチルエーテル、1,3−ジオキソラン、ジグライム、トリグライム、テトラグライムなどの鎖状エーテル;1,4−ジオキサン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフランなどの環状エーテル;エチレングリコールサルファイトなどの亜硫酸エステル類;などが挙げられ、これらは2種以上混合して用いることもできる。なお、より良好な特性の電池とするためには、エチレンカーボネートと鎖状カーボネートの混合溶媒など、高い導電率を得ることができる組み合わせで用いることが望ましい。 The organic solvent used for the non-aqueous electrolyte is not particularly limited as long as it dissolves the lithium salt and does not cause a side reaction such as decomposition in a voltage range used as a battery. For example, cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate; chain carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and methyl ethyl carbonate; chain esters such as methyl propionate; cyclic esters such as γ-butyrolactone; dimethoxyethane; Chain ethers such as diethyl ether, 1,3-dioxolane, diglyme, triglyme and tetraglyme; cyclic ethers such as 1,4-dioxane, tetrahydrofuran and 2-methyltetrahydrofuran; sulfites such as ethylene glycol sulfite; These may be used, and two or more of these may be used in combination. In order to obtain a battery with better characteristics, it is desirable to use a combination that can obtain high conductivity, such as a mixed solvent of ethylene carbonate and chain carbonate.

また、リチウム二次電池に使用する非水電解質に、1,3−ジオキサンを含有していることにより、ホウフッ化リチウムと共に負極表面に被膜を形成し、リチウム二次電池の充放電サイクル特性劣化を抑制することができる。 In addition, by including 1,3-dioxane in the non-aqueous electrolyte used in the lithium secondary battery, a film is formed on the negative electrode surface together with lithium borofluoride, and the charge / discharge cycle characteristics of the lithium secondary battery are deteriorated. Can be suppressed.

更に、1,3−ジオキサンと前記分子内にニトリル基を有する化合物とを含有する非水電解質では、正極表面にも作用する。前述のようにニトリル基を有する化合物は正極上に被膜を形成するが、このニトリル基を有する化合物が正極上に被膜を形成する前に、1、3−ジオキサンが正極上での被膜を形成する。これにより、遷移金属の溶出を抑制することが出来る。また、正極と非水電解質とが反応を抑制し、電解質の分解を防いで抵抗成分の生成を抑制することが出来る。
しかしながら、高温・高電圧下などの過酷な環境下で、特に充電状態の正極は酸化力が強いため、1、3−ジオキサン由来の正極上の被膜が破壊されてしまうことがある。その場合電解質に残存するニトリル基を有する化合物により、再び正極上に被膜が形成されるので、引き続き遷移金属の溶出、電解質の正極での分解を抑制することが出来る。
Furthermore, the nonaqueous electrolyte containing 1,3-dioxane and the compound having a nitrile group in the molecule also acts on the positive electrode surface. As described above, a compound having a nitrile group forms a film on the positive electrode, but 1,3-dioxane forms a film on the positive electrode before the compound having the nitrile group forms a film on the positive electrode. . Thereby, the elution of a transition metal can be suppressed. Further, the reaction between the positive electrode and the non-aqueous electrolyte can be suppressed, so that the decomposition of the electrolyte can be prevented and the generation of the resistance component can be suppressed.
However, under severe conditions such as high temperatures and high voltages, the positive electrode in a charged state has a strong oxidizing power, and the coating on the positive electrode derived from 1,3-dioxane may be destroyed. In that case, since the coating film is formed again on the positive electrode by the compound having a nitrile group remaining in the electrolyte, the elution of the transition metal and the decomposition of the electrolyte at the positive electrode can be suppressed.

リチウム二次電池に使用する非水電解質における1,3−ジオキサンの含有量は、これの使用による前記の各効果をより良好に確保する観点から、0.1質量%以上であることが好ましく、0.5質量%以上であることがより好ましい。一方、非水電解質中の1,3−ジオキサンの量が多すぎると、電池の負荷特性や充放電サイクル特性が低下する虞がある。よって、リチウム二次電池に使用する非水電解質における1,3−ジオキサンの含有量は、5質量%以下であることが好ましく、2質量%以下であることがより好ましい。 The content of 1,3-dioxane in the non-aqueous electrolyte used for the lithium secondary battery is preferably 0.1% by mass or more from the viewpoint of ensuring the above-mentioned effects by using the better. More preferably, it is 0.5 mass% or more. On the other hand, if the amount of 1,3-dioxane in the nonaqueous electrolyte is too large, the load characteristics and charge / discharge cycle characteristics of the battery may be degraded. Therefore, the content of 1,3-dioxane in the non-aqueous electrolyte used for the lithium secondary battery is preferably 5% by mass or less, and more preferably 2% by mass or less.

また、非水電解質に下記一般式(2)で表わされるホスホノアセテート類化合物を含有することにより、ホウフッ化リチウムと共にリチウム二次電池の負極表面に皮膜を形成し、負極活物質の劣化や非水電解質の劣化を抑制することができる。
更に、非水電解質にホウフッ化リチウム、ホスホノアセテート類化合物と、1、3−ジオキサンとを含有すると、更にサイクル特性が改善される。
Further, by containing a phosphonoacetate compound represented by the following general formula (2) in the nonaqueous electrolyte, a film is formed on the negative electrode surface of the lithium secondary battery together with lithium borofluoride, and the negative electrode active material is Degradation of the water electrolyte can be suppressed.
Furthermore, when the nonaqueous electrolyte contains lithium borofluoride, a phosphonoacetate compound and 1,3-dioxane, the cycle characteristics are further improved.

Figure 2015111552
[一般式(2)中、R、RおよびRは、それぞれ独立して、ハロゲン原子で置換されていてもよい炭素数1〜12のアルキル基、アルケニル基又はアルキニル基を示し、nは0〜6の整数を示す。]
Figure 2015111552
[In General Formula (2), R 1 , R 2 and R 3 each independently represent an alkyl group, alkenyl group or alkynyl group having 1 to 12 carbon atoms which may be substituted with a halogen atom, and n Represents an integer of 0-6. ]

前記一般式(2)で表わされるホスホノアセテート類化合物の具体例としては、例えば、以下のものが挙げられる。 Specific examples of the phosphonoacetate compound represented by the general formula (2) include the following.

<前記一般式(2)においてn=0である化合物>
トリメチル ホスホノフォルメート、メチル ジエチルホスホノフォルメート、メチルジプロピルホスホノフォルメート、メチル ジブ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、エチルジメチルホスホノフォルメート、エチル ジプロピルホスホノフォルメート、エチルジブチルホスホノフォルメート、トリプロピル ホスホノフォルメート、プロピル ジメチルホスホノフォルメート、プロピルジエチルホスホノフォルメート、プロピル ジブチルホスホノフォルメート、トリブチル ホスホノフォルメート、ブチルジメチルホスホノフォルメート、ブチル ジエチルホスホノフォルメート、ブチル ジプロピルホスホノフォルメート、メチルビス(2,2,2−トリフルオロエチル)ホスホノフォルメート、エチル ビス(2,2,2−トリフルオロエチル)ホスホノフォルメート、プロピル ビス(2,2,2−トリフルオロエチル)ホスホノフォルメート、ブチルビス(2,2,2−トリフルオロエチル)ホスホノフォルメートなど。
<Compound wherein n = 0 in the general formula (2)>
Trimethyl phosphonoformate, methyl diethyl phosphonoformate, methyl dipropyl phosphonoformate, methyl dibutyl phosphonoformate, triethyl phosphonoformate, ethyl dimethyl phosphonoformate, ethyl dipropyl phosphonoformate, ethyl Dibutylphosphonoformate, tripropylphosphonoformate, propyl dimethylphosphonoformate, propyldiethylphosphonoformate, propyl dibutylphosphonoformate, tributylphosphonoformate, butyldimethylphosphonoformate, butyldiethylphospho Noformate, butyl dipropylphosphonoformate, methyl bis (2,2,2-trifluoroethyl) phosphonoformate, ethyl bis (2,2 2-trifluoroethyl) phosphonoacetate formate, propyl bis (2,2,2-trifluoroethyl) phosphonoacetate formate, etc. butyl bis (2,2,2-trifluoroethyl) phosphonoacetate formate.

<前記一般式(2)においてn=1である化合物>
トリメチル ホスホノアセテート、メチル ジエチルホスホノアセテート、メチルジプロピルホスホノアセテート、メチル ジブ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、エチルジメチルホスホノアセテート、エチル ジプロピルホスホノアセテート、エチルジブチルホスホノアセテート、トリプロピルホスホノアセテート、プロピル ジメチルホスホノアセテート、プロピルジエチルホスホノアセテート、プロピル ジブチルホスホノアセテート、トリブチル ホスホノアセテート、ブチルジメチルホスホノアセテート、ブチル ジエチルホスホノアセテート、ブチルジプロピルホスホノアセテート、メチル ビス(2,2,2−トリフルオロエチル)ホスホノアセテート、エチル ビス(2,2,2−トリフルオロエチル)ホスホノアセテート、プロピルビス(2,2,2−トリフルオロエチル)ホスホノアセテート、ブチル ビス(2,2,2−トリフルオロエチル)ホスホノアセテート、アリル ジメチルホスホノアセテート、アリルジエチルホスホノアセテート、2−プロピニル ジメチルホスホノアセテート、2−プロピニル ジエチルホスホノアセテートなど。
<Compound with n = 1 in the general formula (2)>
Trimethyl phosphonoacetate, methyl diethylphosphonoacetate, methyldipropylphosphonoacetate, methyldibutylphosphonoacetate, triethylphosphonoacetate, ethyldimethylphosphonoacetate, ethyldipropylphosphonoacetate, ethyldibutylphosphonoacetate, tripropyl Phosphonoacetate, propyl dimethylphosphonoacetate, propyldiethylphosphonoacetate, propyldibutylphosphonoacetate, tributylphosphonoacetate, butyldimethylphosphonoacetate, butyldiethylphosphonoacetate, butyldipropylphosphonoacetate, methylbis (2 , 2,2-trifluoroethyl) phosphonoacetate, ethyl bis (2,2,2-trifluoroethyl) phosphonoa Cetate, propyl bis (2,2,2-trifluoroethyl) phosphonoacetate, butyl bis (2,2,2-trifluoroethyl) phosphonoacetate, allyl dimethylphosphonoacetate, allyldiethylphosphonoacetate, 2- Propinyl dimethylphosphonoacetate, 2-propynyl diethylphosphonoacetate and the like.

<前記一般式(2)においてn=2である化合物>
トリメチル 3−ホスホノプロピオネート、メチル 3−(ジエチルホスホノ)プロピオネート、メチル3−(ジプロピルホスホノ)プロピオネート、メチル 3−(ジブチルホスホノ)プロピオネート、トリエチル 3−ホスホノプロピオネート、エチル3−(ジメチルホスホノ)プロピオネート、エチル 3−(ジプロピルホスホノ)プロピオネート、エチル 3−(ジブチルホスホノ)プロピオネート、トリプロピル3−ホスホノプロピオネート、プロピル 3−(ジメチルホスホノ)プロピオネート、プロピル3−(ジエチルホスホノ)プロピオネート、プロピル 3−(ジブチルホスホノ)プロピオネート、トリブチル 3−ホスホノプロピオネート、ブチル3−(ジメチルホスホノ)プロピオネート、ブチル 3−(ジエチルホスホノ)プロピオネート、ブチル 3−(ジプロピルホスホノ)プロピオネート、メチル3−(ビス(2,2,2−トリフルオロエチル)ホスホノ)プロピオネート、エチル 3−(ビス(2,2,2−トリフルオロエチル)ホスホノ)プロピオネート、プロピル 3−(ビス(2,2,2−トリフルオロエチル)ホスホノ)プロピオネート、ブチル3−(ビス(2,2,2−トリフルオロエチル)ホスホノ)プロピオネートなど。
<Compound wherein n = 2 in the general formula (2)>
Trimethyl 3-phosphonopropionate, methyl 3- (diethylphosphono) propionate, methyl 3- (dipropylphosphono) propionate, methyl 3- (dibutylphosphono) propionate, triethyl 3-phosphonopropionate, ethyl 3- (dimethylphosphono) propionate, ethyl 3- (dipropylphosphono) propionate, ethyl 3- (dibutylphosphono) propionate, tripropyl 3-phosphonopropionate, propyl 3- (dimethylphosphono) propionate, Propyl 3- (diethylphosphono) propionate, propyl 3- (dibutylphosphono) propionate, tributyl 3-phosphonopropionate, butyl 3- (dimethylphosphono) propionate, butyl 3- (diethylphosphono) propionate Onate, butyl 3- (dipropylphosphono) propionate, methyl 3- (bis (2,2,2-trifluoroethyl) phosphono) propionate, ethyl 3- (bis (2,2,2-trifluoroethyl) phosphono ) Propionate, propyl 3- (bis (2,2,2-trifluoroethyl) phosphono) propionate, butyl 3- (bis (2,2,2-trifluoroethyl) phosphono) propionate, and the like.

<前記一般式(2)においてn=3である化合物>
トリメチル 4−ホスホノブチレート、メチル 4−(ジエチルホスホノ)ブチレート、メチル4−(ジプロピルホスホノ)ブチレート、メチル4−(ジブチルホスホノ)ブチレート、トリエチル4−ホスホノブチレート、エチル 4−(ジメチルホスホノ)ブチレート、エチル4−(ジプロピルホスホノ)ブチレート、エチル 4−(ジブチルホスホノ)ブチレート、トリプロピル 4−ホスホノブチレート、プロピル4−(ジメチルホスホノ)ブチレート、プロピル 4−(ジエチルホスホノ)ブチレート、プロピル ジブチルホスホノ)ブチレート、トリブチル4−ホスホノブチレート、ブチル 4−(ジメチルホスホノ)ブチレート、ブチル4−(ジエチルホスホノ)ブチレート、ブチル 4−(ジプロピルホスホノ)ブチレートなど。
<Compound wherein n = 3 in the general formula (2)>
Trimethyl 4-phosphonobutyrate, methyl 4- (diethylphosphono) butyrate, methyl 4- (dipropylphosphono) butyrate, methyl 4- (dibutylphosphono) butyrate, triethyl 4-phosphonobutyrate, ethyl 4- (Dimethylphosphono) butyrate, ethyl 4- (dipropylphosphono) butyrate, ethyl 4- (dibutylphosphono) butyrate, tripropyl 4-phosphonobutyrate, propyl 4- (dimethylphosphono) butyrate, propyl 4- (Diethylphosphono) butyrate, propyl dibutylphosphono) butyrate, tributyl 4-phosphonobutyrate, butyl 4- (dimethylphosphono) butyrate, butyl 4- (diethylphosphono) butyrate, butyl 4- (dipropylphosphono) ) Butyrate etc.

ホスホノアセテート類化合物の中でも、2−プロピニルジエチルホスホノアセテート(PDEA)、エチル ジエチルホスホノアセテート(EDPA)を使用することが好ましい。 Among the phosphonoacetate compounds, 2-propynyl diethylphosphonoacetate (PDEA) and ethyl diethylphosphonoacetate (EDPA) are preferably used.

リチウム二次電池に使用する非水電解質における前記ホスホノアセテート類化合物の含有量は、その使用による効果をより良好に確保する観点から、0.1質量%以上であることが好ましく、0.5質量%以上であることが好ましく、1質量%以上であることがより好ましい。ただし、非水電解質中の前記ホスホノアセテート類化合物の含有量が多すぎると、電池の充放電サイクル特性が低下する虞がある。よって、リチウム二次電池に使用する非水電解質における前記ホスホノアセテート類化合物の含有量は、5.0質量%以下であることが好ましい。 The content of the phosphonoacetate compound in the non-aqueous electrolyte used in the lithium secondary battery is preferably 0.1% by mass or more from the viewpoint of ensuring better the effect of the use, The content is preferably at least mass%, more preferably at least 1 mass%. However, if the content of the phosphonoacetate compound in the non-aqueous electrolyte is too large, the charge / discharge cycle characteristics of the battery may be deteriorated. Therefore, the content of the phosphonoacetate compound in the non-aqueous electrolyte used for the lithium secondary battery is preferably 5.0% by mass or less.

また、リチウム二次電池に使用する電解質に、ビニレンカーボネート、4‐フルオロ‐1,3‐ジオキソラン‐2‐オンを添加することでサイクル特性劣化を抑制することができる。 In addition, deterioration of cycle characteristics can be suppressed by adding vinylene carbonate, 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one to the electrolyte used in the lithium secondary battery.

また、リチウム二次電池に使用する非水電解質には、充放電サイクル特性の更なる改善や、高温貯蔵性や過充電防止などの安全性を向上させる目的で、無水酸、スルホン酸エステル、1,3−プロパンサルトン、ジフェニルジスルフィド、シクロヘキシルベンゼン、ビフェニル、フルオロベンゼン、t−ブチルベンゼンなどの添加剤(これらの誘導体も含む)を適宜加えることもできる。 Non-aqueous electrolytes used in lithium secondary batteries include acid anhydrides, sulfonic acid esters, 1 for the purpose of further improving charge / discharge cycle characteristics and improving safety such as high-temperature storage and prevention of overcharge. , 3-propane sultone, diphenyl disulfide, cyclohexyl benzene, biphenyl, fluorobenzene, t-butylbenzene and other additives (including these derivatives) can also be added as appropriate.

更に、リチウム二次電池の非水電解質には、前記の非水電解質(非水電解液)に、ポリマーなどの公知のゲル化剤を添加してゲル化したもの(ゲル状電解質)を用いることもできる。 Further, as the non-aqueous electrolyte of the lithium secondary battery, a gel (gel electrolyte) obtained by adding a known gelling agent such as a polymer to the non-aqueous electrolyte (non-aqueous electrolyte) is used. You can also.

本発明のリチウム二次電池は、正極、負極、非水電解質およびセパレータを有しており、非水電解質に前記の非水電解質を使用していればよく、その他の構成および構造については特に制限はなく、従来から知られているリチウム二次電池で採用されている各種構成および構造を適用することができる。 The lithium secondary battery of the present invention has a positive electrode, a negative electrode, a non-aqueous electrolyte, and a separator, and the non-aqueous electrolyte may be used as the non-aqueous electrolyte, and other configurations and structures are particularly limited. Rather, various configurations and structures employed in conventionally known lithium secondary batteries can be applied.

リチウム二次電池に係る正極には、例えば、集電体の片面または両面に、正極活物質、バインダおよび導電助剤などを含有する正極合剤層を有する構造のものを使用することができる。 As the positive electrode according to the lithium secondary battery, for example, one having a structure having a positive electrode mixture layer containing a positive electrode active material, a binder, a conductive additive and the like on one side or both sides of a current collector can be used.

正極活物質には、Li1+xMO(−0.1<x<0.1、M:Co、Ni、Mn、Al、Mgなど)で表される層状構造のリチウム含有遷移金属酸化物;LiMn、Li4/3Ti5/3などのスピネル構造のリチウム含有複合酸化物;LiMPO(M:Co、Ni、Mn、Feなど)で表されるオリビン型化合物;前記の酸化物を基本組成とし各種元素で置換した酸化物;などのリチウム含有複合酸化物のうちの1種または2種以上を使用することができる。前記層状構造のリチウム含有遷移金属酸化物の具体例としては、LiCoOなどの他、少なくともCo、NiおよびMnを含む酸化物(LiMn1/3Ni1/3Co1/3、LiNi0.5Co0.3Mn0.2、LiNi0.85Co0.10Al0.05、など)などを例示することができる。 The positive electrode active material includes a lithium-containing transition metal oxide having a layered structure represented by Li 1 + x MO 2 (−0.1 <x <0.1, M: Co, Ni, Mn, Al, Mg, etc.); LiMn 2 O 4 , Li 4/3 Ti 5/3 O 4 and other spinel-structure lithium-containing composite oxides; LiMPO 4 (M: Co, Ni, Mn, Fe, etc.) olivine type compounds; One or two or more of lithium-containing composite oxides such as oxides having a basic composition and substituted with various elements can be used. Specific examples of the lithium-containing transition metal oxide having a layered structure include LiCoO 2 and the like, and oxides containing at least Co, Ni, and Mn (LiMn 1/3 Ni 1/3 Co 1/3 O 2 , LiNi 0 .5 Co 0.3 Mn 0.2 O 2 , LiNi 0.85 Co 0.10 Al 0.05 O 2 , etc.).

正極合剤層に係るバインダには、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、カルボキシメチルセルロース(CMC)などが好適に用いられる。また、正極合剤層に係る導電助剤としては、例えば、天然黒鉛(鱗片状黒鉛など)、人造黒鉛などの黒鉛(黒鉛質炭素材料);アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラックなどのカ−ボンブラック;炭素繊維;などの炭素材料などが挙げられる。 For example, polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), styrene butadiene rubber (SBR), carboxymethyl cellulose (CMC), or the like is preferably used for the binder related to the positive electrode mixture layer. In addition, as the conductive auxiliary agent related to the positive electrode mixture layer, for example, graphite (graphite carbon material) such as natural graphite (flaky graphite), artificial graphite; acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, Carbon materials such as carbon black such as lamp black and thermal black; carbon fiber;

正極は、例えば、正極活物質、バインダおよび導電助剤などを、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)などの溶剤に分散させたペースト状やスラリー状の正極合剤含有組成物を調製し(ただし、バインダは溶剤に溶解していてもよい)、これを集電体の片面または両面に塗布し、乾燥した後に、必要に応じてカレンダー処理を施す工程を経て製造される。ただし、正極は、前記の製造方法で製造されたものに限定される訳ではなく、他の方法で製造されたものであってもよい。 For the positive electrode, for example, a paste-like or slurry-like positive electrode mixture-containing composition in which a positive electrode active material, a binder, a conductive auxiliary agent, and the like are dispersed in a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) is prepared ( However, the binder may be dissolved in a solvent), and this is applied to one or both sides of the current collector, dried, and then subjected to a calendering process as necessary. However, the positive electrode is not limited to those manufactured by the above manufacturing method, and may be manufactured by other methods.

また、正極には必要に応じて、リチウム二次電池内の他の部材と電気的に接続するためのリード体を、常法に従って形成してもよい。 Moreover, you may form the lead body for electrically connecting with the other member in a lithium secondary battery according to a conventional method as needed to a positive electrode.

正極合剤層の厚みは、例えば、集電体の片面あたり10〜100μmであることが好ましい。また、正極合剤層の組成としては、例えば、正極活物質の量が60〜98質量%であることが好ましく、バインダの量が1〜15質量%であることが好ましく、導電助剤の量が1〜20質量%であることが好ましい。 The thickness of the positive electrode mixture layer is preferably, for example, 10 to 100 μm per one side of the current collector. Moreover, as a composition of a positive mix layer, it is preferable that the quantity of a positive electrode active material is 60-98 mass%, for example, it is preferable that the quantity of a binder is 1-15 mass%, and the quantity of a conductive support agent. Is preferably 1 to 20% by mass.

正極の集電体は、従来から知られているリチウム二次電池の正極に使用されているものと同様のものが使用でき、例えば、厚みが10〜30μmのアルミニウム箔が好ましい。 The positive electrode current collector can be the same as that used for the positive electrode of a conventionally known lithium secondary battery. For example, an aluminum foil having a thickness of 10 to 30 μm is preferable.

リチウム二次電池に係る負極には、例えば、負極活物質およびバインダ、更には必要に応じて導電助剤を含有する負極合剤からなる負極合剤層を、集電体の片面または両面に有する構造のものが使用できる。 The negative electrode related to the lithium secondary battery has, for example, a negative electrode active material, a binder, and, if necessary, a negative electrode mixture layer including a negative electrode mixture containing a conductive auxiliary agent on one side or both sides of the current collector. A structure can be used.

負極活物質としては、例えば、黒鉛、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物の焼成体、メソカーボンマイクロビーズ、炭素繊維、活性炭、リチウムと合金化可能な金属(Si、Snなど)またはその合金、酸化物などが挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を用いることができる。 Examples of the negative electrode active material include graphite, pyrolytic carbons, cokes, glassy carbons, fired bodies of organic polymer compounds, mesocarbon microbeads, carbon fibers, activated carbon, and metals that can be alloyed with lithium (Si , Sn, etc.) or alloys thereof, oxides, etc., and one or more of these can be used.

Si合金としては、例えば、SiSn、SiCu、SiCr、SiTiなどが挙げられる。また、Siの酸化物としてはSiOxで表わすことが出来る。 Examples of the Si alloy include SiSn, SiCu, SiCr, and SiTi. The oxide of Si can be represented by SiOx.

SiOxは、Siの微結晶または非晶質相を含んでいてもよく、この場合、SiとOの原子比は、Siの微結晶または非晶質相のSiを含めた比率となる。すなわち、SiOxには、非晶質のSiO2マトリックス中に、Si(例えば、微結晶Si)が分散した構造のものが含まれ、この非晶質のSiO2と、その中に分散しているSiを合わせて、前記の原子比xが0.5≦x≦1.5を満足していればよい。例えば、非晶質のSiO2マトリックス中に、Siが分散した構造で、SiO2とSiのモル比が1:1の材料の場合、x=1であるので、構造式としてはSiOで表記される。このような構造の材料の場合、例えば、X線回折分析では、Si(微結晶Si)の存在に起因するピークが観察されない場合もあるが、透過型電子顕微鏡で観察すると、微細なSiの存在が確認できる。 SiOx may contain Si microcrystal or amorphous phase. In this case, the atomic ratio of Si and O is a ratio including Si microcrystal or amorphous phase Si. That is, the SiOx includes a structure in which Si (for example, microcrystalline Si) is dispersed in an amorphous SiO2 matrix, and the amorphous SiO2 and Si dispersed in the amorphous SiO2 matrix. In addition, it is sufficient that the atomic ratio x satisfies 0.5 ≦ x ≦ 1.5. For example, in the case of a material in which Si is dispersed in an amorphous SiO 2 matrix and the material has a molar ratio of SiO 2 to Si of 1: 1, x = 1, so that the structural formula is represented by SiO. In the case of a material having such a structure, for example, in X-ray diffraction analysis, a peak due to the presence of Si (microcrystalline Si) may not be observed, but when observed with a transmission electron microscope, the presence of fine Si Can be confirmed.

SiOxは、炭素材料と複合化した複合体として使用することができ、例えば、SiOxの表面が炭素材料で被覆されていることが好ましい。SiOxは導電性が乏しいため、これを負極活物質として用いる際には、良好な電池特性確保の観点から、導電性材料(導電助剤)を使用し、負極内におけるSiOxと導電性材料との混合・分散を良好にして、優れた導電ネットワークを形成する必要がある。SiOxを炭素材料と複合化した複合体であれば、例えば、単にSiOxと炭素材料などの導電性材料とを混合して得られた材料を用いた場合よりも、負極における導電ネットワークが良好に形成される。 SiOx can be used as a composite compounded with a carbon material. For example, the surface of SiOx is preferably covered with a carbon material. Since SiOx has poor conductivity, when using it as a negative electrode active material, from the viewpoint of ensuring good battery characteristics, a conductive material (conductive aid) is used, and the SiOx and conductive material in the negative electrode are used. There is a need for good mixing and dispersion to form an excellent conductive network. If the composite is a composite of SiOx and a carbon material, for example, a conductive network in the negative electrode is formed better than when a material obtained by simply mixing SiOx and a conductive material such as a carbon material is used. Is done.

負極にSiOxと炭素材料との複合体を使用する場合、SiOxと炭素材料との比率は、炭素材料との複合化による作用を良好に発揮させる観点から、SiOx:100質量部に対して、炭素材料が、5質量部以上であることが好ましく、10質量部以上であることがより好ましい。また、前記複合体において、SiOxと複合化する炭素材料の比率が多すぎると、負極合剤層中のSiOx量の低下に繋がり、高容量化の効果が小さくなる虞があることから、SiOx:100質量部に対して、炭素材料は、50質量部以下であることが好ましく、40質量部以下であることがより好ましい。 When a composite of SiOx and carbon material is used for the negative electrode, the ratio of SiOx and carbon material is carbon from SiOx: 100 parts by mass from the viewpoint of satisfactorily exerting the effect of the composite with the carbon material. The material is preferably 5 parts by mass or more, and more preferably 10 parts by mass or more. In the composite, if the ratio of the carbon material to be combined with SiOx is too large, the amount of SiOx in the negative electrode mixture layer may be reduced, and the effect of increasing the capacity may be reduced. The carbon material is preferably 50 parts by mass or less and more preferably 40 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass.

負極活物質には、Si,Si合金またはSiOxと共に、黒鉛を使用すると好ましい。黒鉛は、非水電解液二次電池の負極活物質として汎用されており、比較的容量が大きい一方で、電池の充放電に伴う体積変化量が前記高容量負極材料に比べて小さい。よって、負極活物質に前記高容量負極材料と黒鉛とを併用することで、高容量負極材料の使用量の低減に伴って電池の容量向上効果が小さくなることと、電池の充放電に伴う負極合剤層の体積変化量とを可及的に抑制することができる。 As the negative electrode active material, it is preferable to use graphite together with Si, Si alloy or SiOx. Graphite is widely used as a negative electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary batteries, and has a relatively large capacity, while its volume change accompanying charging / discharging of the battery is smaller than that of the high capacity negative electrode material. Therefore, by using the high-capacity negative electrode material and graphite in combination with the negative electrode active material, the effect of improving the capacity of the battery is reduced as the amount of the high-capacity negative electrode material used is reduced. The volume change amount of the mixture layer can be suppressed as much as possible.

負極活物質として使用する黒鉛としては、例えば、鱗片状黒鉛などの天然黒鉛;熱分解炭素類、メソフェーズカーボンマイクロビーズ(MCMB)、炭素繊維などの易黒鉛化炭素を2800℃以上で黒鉛化処理した人造黒鉛;などが挙げられる。 As the graphite used as the negative electrode active material, for example, natural graphite such as flaky graphite; graphitized carbon such as pyrolytic carbons, mesophase carbon microbeads (MCMB), and carbon fiber was graphitized at 2800 ° C. or higher. Artificial graphite; and the like.

全負極活物質中におけるSi,Si合金またはSiOxの含有量(いずれか1種のみを用いる場合には、その量であり、これらのうちの2種以上を使用する場合には、それらの合計量である。)は、高容量化の効果を良好に確保する観点から、0.01質量%以上であることが好ましく、1質量%以上であることがより好ましく、3質量%以上であることがより好ましい。また、充放電に伴うSi,Si合金またはSiOxの体積変化による問題をより良好に回避する観点から、全負極活物質中におけるSi,Si合金またはSiOxの含有量は、20質量%以下であることが好ましく、15質量%以下であることがより好ましい。 Content of Si, Si alloy or SiOx in all negative electrode active materials (when only one of them is used, this is the amount, and when using two or more of these, the total amount thereof) Is preferably 0.01% by mass or more, more preferably 1% by mass or more, and more preferably 3% by mass or more from the viewpoint of favorably securing the effect of increasing the capacity. More preferred. Further, from the viewpoint of better avoiding the problem due to the volume change of Si, Si alloy or SiOx accompanying charge / discharge, the content of Si, Si alloy or SiOx in the entire negative electrode active material is 20% by mass or less. Is preferable, and it is more preferable that it is 15 mass% or less.

負極活物質には、SiOx、Si、Si合金および黒鉛の他に、他の活物質を、これらの活物質と共に使用してもよい。このような他の活物質としては、例えば、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物の焼成体、MCMB、炭素繊維、活性炭、リチウムと合金化可能な金属(Snなど)またはその合金、酸化物などが挙げられる。ただし、これらの他の活物質の使用量は、全負極活物質中、10質量%以下とすることが好ましい。 As the negative electrode active material, in addition to SiOx, Si, Si alloy and graphite, other active materials may be used together with these active materials. Examples of such other active materials include pyrolytic carbons, cokes, glassy carbons, fired bodies of organic polymer compounds, MCMB, carbon fibers, activated carbon, metals that can be alloyed with lithium (Sn, etc. ) Or an alloy or oxide thereof. However, the amount of these other active materials used is preferably 10% by mass or less in the total negative electrode active material.

また、負極のバインダおよび導電助剤には、正極に使用し得るものとして先に例示したものと同じものが使用できる。 Moreover, the same thing as what was illustrated previously as what can be used for a positive electrode can be used for the binder and conductive support agent of a negative electrode.

負極は、例えば、負極活物質およびバインダ、更には必要に応じて使用される導電助剤を、NMPや水などの溶剤に分散させたペースト状やスラリー状の負極合剤含有組成物を調製し(ただし、バインダは溶剤に溶解していてもよい)、これを集電体の片面または両面に塗布し、乾燥した後に、必要に応じてカレンダー処理を施す工程を経て製造される。ただし、負極は、前記の製造方法で製造されたものに限定される訳ではなく、他の方法で製造されたものであってもよい。 For the negative electrode, for example, a negative electrode active material, a binder, and a conductive auxiliary agent used as necessary are prepared in a paste-like or slurry-like negative electrode mixture-containing composition in which a solvent such as NMP or water is dispersed. (However, the binder may be dissolved in a solvent), which is applied to one or both sides of the current collector, dried, and then subjected to a calendering process as necessary. However, the negative electrode is not limited to those manufactured by the above manufacturing method, and may be manufactured by other methods.

また、負極には、必要に応じて、リチウム二次電池内の他の部材と電気的に接続するためのリード体を、常法に従って形成してもよい。 Moreover, you may form in the negative electrode the lead body for electrically connecting with the other member in a lithium secondary battery according to a conventional method as needed.

負極合剤層の厚みは、例えば、集電体の片面あたり10〜100μmであることが好ましい。また、負極合剤層の組成としては、例えば、負極活物質を80.0〜99.8質量%とし、バインダを0.1〜10質量%とすることが好ましい。更に、負極合剤層に導電助剤を含有させる場合には、負極合剤層における導電助剤の量を0.1〜10質量%とすることが好ましい。 The thickness of the negative electrode mixture layer is preferably 10 to 100 μm per one surface of the current collector, for example. Moreover, as a composition of a negative mix layer, it is preferable that a negative electrode active material shall be 80.0-99.8 mass% and a binder shall be 0.1-10 mass%, for example. Furthermore, when making a negative mix layer contain a conductive support agent, it is preferable that the quantity of the conductive support agent in a negative mix layer shall be 0.1-10 mass%.

負極の集電体としては、銅製やニッケル製の箔、パンチングメタル、網、エキスパンドメタルなどを用い得るが、通常、銅箔が用いられる。この負極集電体は、高エネルギー密度の電池を得るために負極全体の厚みを薄くする場合、厚みの上限は30μmであることが好ましく、機械的強度を確保するために下限は5μmであることが望ましい。   As the current collector for the negative electrode, a foil made of copper or nickel, a punching metal, a net, an expanded metal, or the like can be used, but a copper foil is usually used. In the negative electrode current collector, when the thickness of the entire negative electrode is reduced in order to obtain a battery having a high energy density, the upper limit of the thickness is preferably 30 μm, and the lower limit is 5 μm in order to ensure mechanical strength. Is desirable.

リチウム二次電池に係るセパレータには、80℃以上(より好ましくは100℃以上)170℃以下(より好ましくは150℃以下)において、その孔が閉塞する性質(すなわちシャットダウン機能)を有していることが好ましく、通常のリチウム二次電池などで使用されているセパレータ、例えば、ポリエチレン(PE)やポリプロピレン(PP)などのポリオレフィン製の微多孔膜を用いることができる。セパレータを構成する微多孔膜は、例えば、PEのみを使用したものやPPのみを使用したものであってもよく、また、PE製の微多孔膜とPP製の微多孔膜との積層体であってもよい。更に、シャットダウン特性を確保するための樹脂多孔質層(I)と、セパレータの耐熱性を高めるための耐熱多孔質層(II)とを有するセパレータを用いても構わない。例えば、樹脂多孔質層(I)はポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン性の微多孔膜を用い、耐熱多孔質層(II)は耐熱温度が150℃以上の無機微粒子をフィラーをバインダで結着させて樹脂多孔質層(I)と積層させることが出来る。 The separator according to the lithium secondary battery has a property that the pores are closed at 80 ° C. or higher (more preferably 100 ° C. or higher) and 170 ° C. or lower (more preferably 150 ° C. or lower) (that is, a shutdown function). It is preferable that a separator used in a normal lithium secondary battery, for example, a microporous membrane made of polyolefin such as polyethylene (PE) or polypropylene (PP) can be used. The microporous film constituting the separator may be, for example, one using only PE or one using PP, or a laminate of a PE microporous film and a PP microporous film. There may be. Furthermore, you may use the separator which has resin porous layer (I) for ensuring a shutdown characteristic, and heat resistant porous layer (II) for improving the heat resistance of a separator. For example, the resin porous layer (I) uses a polyolefin microporous film such as polyethylene or polypropylene, and the heat-resistant porous layer (II) includes inorganic fine particles having a heat-resistant temperature of 150 ° C. or more bound with a binder. The resin porous layer (I) can be laminated.

セパレータの厚みは、例えば、10〜30μmであることが好ましい。 The thickness of the separator is preferably 10 to 30 μm, for example.

前記の正極と前記の負極と前記のセパレータとは、正極と負極との間にセパレータを介在させて重ねた積層電極体や、更にこれを渦巻状に巻回した巻回電極体の形態で本発明のリチウム電池に使用することができる。 The positive electrode, the negative electrode, and the separator are formed in the form of a laminated electrode body in which a separator is interposed between the positive electrode and the negative electrode, or a wound electrode body in which the separator is wound in a spiral shape. It can be used for the lithium battery of the invention.

本発明のリチウム二次電池の形態としては、スチール缶やアルミニウム缶などを外装缶として使用した筒形(角筒形や円筒形など)などが挙げられる。また、金属を蒸着したラミネートフィルムを外装体としたソフトパッケージ電池とすることもできる。 Examples of the form of the lithium secondary battery of the present invention include a cylindrical shape (such as a rectangular tube shape or a cylindrical shape) using a steel can or an aluminum can as an outer can. Moreover, it can also be set as the soft package battery which used the laminated film which vapor-deposited the metal as an exterior body.

本発明のリチウム二次電池は、充電の上限電圧を4.3V以上に設定して使用するものであり、これにより高容量化を図ると共に、このような高電圧で使用しても、高い信頼性と貯蔵特性を発揮することができる。なお、本発明のリチウム二次電池における充電の上限電圧は4.7V以下であることが好ましい。 The lithium secondary battery of the present invention is used by setting the upper limit voltage of charging to 4.3 V or higher, thereby achieving high capacity and high reliability even when used at such a high voltage. And exhibit storage properties. In addition, it is preferable that the upper limit voltage of charge in the lithium secondary battery of this invention is 4.7V or less.

本発明のリチウム二次電池は、従来から知られているリチウム二次電池が適用されている各種用途と同じ用途に用いることができる。 The lithium secondary battery of the present invention can be used for the same applications as various applications to which conventionally known lithium secondary batteries are applied.

以下、実施例に基づいて本発明を詳細に述べる。ただし、下記実施例は本発明を制限するものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples. However, the following examples do not limit the present invention.

実施例1
<正極の作製>
LiCoOとLi1.0Ni0.5Co0.2Mn0.3とを8:2の割合(質量比)で混合した正極活物質100質量部と、バインダであるPVDFを10質量%の濃度で含むNMP溶液20質量部と、導電助剤である人造黒鉛1質量部およびケッチェンブラック1質量部とを、二軸混練機を用いて混練し、更にNMPを加えて粘度を調節して、正極合剤含有ペーストを調製した。
Example 1
<Preparation of positive electrode>
100 parts by mass of a positive electrode active material obtained by mixing LiCoO 2 and Li 1.0 Ni 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 at a ratio (mass ratio) of 8: 2, and 10 parts by mass of PVDF as a binder. 20 parts by weight of NMP solution contained at a concentration of 1%, 1 part by weight of artificial graphite and 1 part by weight of ketjen black, which are conductive assistants, are kneaded using a biaxial kneader, and NMP is added to adjust the viscosity. Thus, a positive electrode mixture-containing paste was prepared.

前記正極合剤含有ペーストを、厚みが15μmのアルミニウム箔(正極集電体)の両面に塗布した後、120℃で12時間の真空乾燥を行って、アルミニウム箔の両面に正極合剤層を形成した。その後、プレス処理を行って、正極合剤層の厚さおよび密度を調節し、アルミニウム箔の露出部にニッケル製のリード体を溶接して、長さ375mm、幅43mmの帯状の正極を作製した。得られた正極における正極合剤層は、片面あたりの厚みが55μmであった。 After coating the positive electrode mixture-containing paste on both surfaces of an aluminum foil (positive electrode current collector) having a thickness of 15 μm, vacuum drying is performed at 120 ° C. for 12 hours to form a positive electrode mixture layer on both surfaces of the aluminum foil. did. Thereafter, press treatment was performed to adjust the thickness and density of the positive electrode mixture layer, and a nickel lead body was welded to the exposed portion of the aluminum foil to produce a strip-like positive electrode having a length of 375 mm and a width of 43 mm. . The positive electrode mixture layer in the obtained positive electrode had a thickness of 55 μm per one side.

<負極の作製>
負極活物質である平均粒子径D50%が8μmであるSiO表面を炭素材料で被覆した複合体(複合体における炭素材料の量が10質量%)と、平均粒子径D50%が16μmである黒鉛とを、SiO表面を炭素材料で被覆した複合体の量が3.75質量%となる量で混合した混合物:97.5質量部と、バインダであるSBR:1.5質量部と、増粘剤であるCMC:1質量部とに、水を加えて混合し、負極合剤含有ペーストを調製した。
<Production of negative electrode>
A composite in which the surface of SiO having an average particle diameter D50% of 8 μm, which is a negative electrode active material, is coated with a carbon material (the amount of the carbon material in the composite is 10% by mass), and graphite having an average particle diameter D50% of 16 μm A mixture in which the amount of the composite having the SiO surface coated with a carbon material is 3.75% by mass: 97.5 parts by mass, SBR as a binder: 1.5 parts by mass, and a thickener CMC: 1 part by mass of water was added and mixed to prepare a negative electrode mixture-containing paste.

前記負極合剤含有ペーストを、厚みが8μmの銅箔(負極集電体)の両面に塗布した後、120℃で12時間の真空乾燥を行って、銅箔の両面に負極合剤層を形成した。その後、プレス処理を行って、負極合剤層の厚さおよび密度を調節し、銅箔の露出部にニッケル製のリード体を溶接して、長さ380mm、幅44mmの帯状の負極を作製した。得られた負極における負極合剤層は、片面あたりの厚みが65μmであった。 After applying the negative electrode mixture-containing paste to both sides of a copper foil (negative electrode current collector) having a thickness of 8 μm, vacuum drying is performed at 120 ° C. for 12 hours to form a negative electrode mixture layer on both sides of the copper foil. did. Thereafter, press treatment was performed to adjust the thickness and density of the negative electrode mixture layer, and a nickel lead body was welded to the exposed portion of the copper foil to produce a strip-shaped negative electrode having a length of 380 mm and a width of 44 mm. . The negative electrode mixture layer in the obtained negative electrode had a thickness of 65 μm per one surface.

<非水電解液の調製>
エチレンカーボネートとジエチルカーボネートの体積比3:7の混合溶媒に、LiPFを1.1mol/lの濃度で溶解させ、アジポニトリルを0.5質量%となる量で、ホウフッ化リチウムを0.3質量%となる量で、VCを2.75質量%となる量で、およびFECを1.75質量%となる量で、それぞれ添加して非水電解質を調製した。
<Preparation of non-aqueous electrolyte>
In a mixed solvent of ethylene carbonate and diethyl carbonate in a volume ratio of 3: 7, LiPF 6 is dissolved at a concentration of 1.1 mol / l, adiponitrile is 0.5 mass%, and lithium borofluoride is 0.3 mass. A nonaqueous electrolyte was prepared by adding VC in an amount of 2.75% by mass and FEC in an amount of 1.75% by mass.

<電池の組み立て>
前記帯状の正極を、厚みが16μmの微孔性ポリエチレンセパレータ(空孔率:41%)を介して前記帯状の負極に重ね、渦巻状に巻回した後、扁平状になるように加圧して扁平状巻回構造の巻回電極体とし、この電極巻回体をポリプロピレン製の絶縁テープで固定した。次に、外寸が厚さ4.0mm、幅34mm、高さ50mmのアルミニウム合金製の角形の電池ケースに前記巻回電極体を挿入し、リード体の溶接を行うとともに、アルミニウム合金製の蓋板を電池ケースの開口端部に溶接した。その後、蓋板に設けた注入口から前記非水電解質を注入し、1時間静置した後注入口を封止して、図1に示す構造で、図2に示す外観のリチウム二次電池を得た。
<Battery assembly>
The belt-like positive electrode is stacked on the belt-like negative electrode through a microporous polyethylene separator (porosity: 41%) having a thickness of 16 μm, wound in a spiral shape, and then pressed so as to be flat. A wound electrode body having a flat wound structure was formed, and this electrode wound body was fixed with an insulating tape made of polypropylene. Next, the wound electrode body is inserted into a prismatic battery case made of aluminum alloy having an outer dimension of 4.0 mm in thickness, 34 mm in width, and 50 mm in height, and the lead body is welded, and the lid made of aluminum alloy The plate was welded to the open end of the battery case. Thereafter, the non-aqueous electrolyte is injected from the inlet provided in the cover plate, and left for 1 hour, and then the inlet is sealed. The lithium secondary battery having the structure shown in FIG. Obtained.

ここで図1および図2に示す電池について説明すると、図1はその部分断面図であって、正極1と負極2はセパレータ3を介して渦巻状に巻回した後、扁平状になるように加圧して扁平状の巻回電極体6として、角形(角筒形)の電池ケース4に非水電解質と共に収容されている。ただし、図1では、煩雑化を避けるため、正極1や負極2の作製にあたって使用した集電体としての金属箔や非水電解質などは図示していない。 Here, the battery shown in FIGS. 1 and 2 will be described. FIG. 1 is a partial sectional view of the battery, and the positive electrode 1 and the negative electrode 2 are spirally wound via a separator 3 and then flattened. The flat wound electrode body 6 is pressurized and accommodated in a rectangular (rectangular tube) battery case 4 together with a nonaqueous electrolyte. However, in FIG. 1, in order to avoid complication, a metal foil, a non-aqueous electrolyte, and the like as a current collector used for manufacturing the positive electrode 1 and the negative electrode 2 are not illustrated.

電池ケース4はアルミニウム合金製で電池の外装体を構成するものであり、この電池ケース4は正極端子を兼ねている。そして、電池ケース4の底部にはPEシートからなる絶縁体5が配置され、正極1、負極2およびセパレータ3からなる扁平状巻回電極体6からは、正極1および負極2のそれぞれ一端に接続された正極リード体7と負極リード体8が引き出されている。また、電池ケース4の開口部を封口するアルミニウム合金製の封口用蓋板9にはポリプロピレン製の絶縁パッキング10を介してステンレス鋼製の端子11が取り付けられ、この端子11には絶縁体12を介してステンレス鋼製のリード板13が取り付けられている。 The battery case 4 is made of an aluminum alloy and constitutes an outer package of the battery. The battery case 4 also serves as a positive electrode terminal. And the insulator 5 which consists of PE sheets is arrange | positioned at the bottom part of the battery case 4, and it connects to each one end of the positive electrode 1 and the negative electrode 2 from the flat wound electrode body 6 which consists of the positive electrode 1, the negative electrode 2, and the separator 3. The positive electrode lead body 7 and the negative electrode lead body 8 thus drawn are drawn out. A stainless steel terminal 11 is attached to a sealing lid plate 9 made of aluminum alloy for sealing the opening of the battery case 4 via a polypropylene insulating packing 10, and an insulator 12 is attached to the terminal 11. A stainless steel lead plate 13 is attached.

そして、この蓋板9は電池ケース4の開口部に挿入され、両者の接合部を溶接することによって、電池ケース4の開口部が封口され、電池内部が密閉されている。また、図1の電池では、蓋板9に非水電解質注入口14が設けられており、この非水電解質注入口14には、封止部材が挿入された状態で、例えばレーザー溶接などにより溶接封止されて、電池の密閉性が確保されている。更に、蓋板9には、電池の温度が上昇した際に内部のガスを外部に排出する機構として、開裂ベント15が設けられている。 And this cover plate 9 is inserted in the opening part of the battery case 4, and the opening part of the battery case 4 is sealed by welding the joint part of both, and the inside of the battery is sealed. Further, in the battery of FIG. 1, a non-aqueous electrolyte inlet 14 is provided in the lid plate 9, and the non-aqueous electrolyte inlet 14 is welded by, for example, laser welding with a sealing member inserted. The battery is sealed to ensure the battery hermeticity. Further, the lid plate 9 is provided with a cleavage vent 15 as a mechanism for discharging the internal gas to the outside when the temperature of the battery rises.

この実施例1の電池では、正極リード体7を蓋板9に直接溶接することによって外装缶5と蓋板9とが正極端子として機能し、負極リード体8をリード板13に溶接し、そのリード板13を介して負極リード体8と端子11とを導通させることによって端子11が負極端子として機能するようになっているが、電池ケース4の材質などによっては、その正負が逆になる場合もある。 In the battery of this Example 1, the outer can 5 and the cover plate 9 function as a positive electrode terminal by directly welding the positive electrode lead body 7 to the lid plate 9, and the negative electrode lead body 8 is welded to the lead plate 13, The terminal 11 functions as a negative electrode terminal by conducting the negative electrode lead body 8 and the terminal 11 through the lead plate 13, but depending on the material of the battery case 4, the sign may be reversed. There is also.

図2は前記図1に示す電池の外観を模式的に示す斜視図であり、この図2は前記電池が角形電池であることを示すことを目的として図示されたものであって、この図1では電池を概略的に示しており、電池の構成部材のうち特定のものしか図示していない。また、図1においても、電極体の内周側の部分は断面にしていない。 FIG. 2 is a perspective view schematically showing the external appearance of the battery shown in FIG. 1. FIG. 2 is shown for the purpose of showing that the battery is a square battery. FIG. 1 schematically shows a battery, and only specific members of the battery are shown. Also in FIG. 1, the inner peripheral portion of the electrode body is not cross-sectional.

実施例2
アジポニトリルを0.5質量%となる量で、ホウフッ化リチウムを0.3質量%となる量で、VCを2.75質量%となる量で、およびFECを1.75質量%となる量で、1,3−ジオキサンを0.75質量%となる量で、添加した以外は実施例1と同様にして非水電解質を調製し、この非水電解質を用いた以外は実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
Example 2
An amount of 0.5% by mass of adiponitrile, an amount of 0.3% by mass of lithium borofluoride, an amount of 2.75% by mass of VC, and an amount of 1.75% by mass of FEC The nonaqueous electrolyte was prepared in the same manner as in Example 1 except that 1,3-dioxane was added in an amount of 0.75% by mass, and the same procedure as in Example 1 was performed except that this nonaqueous electrolyte was used. Thus, a lithium secondary battery was produced.

実施例3
アジポニトリルを0.5質量%となる量で、ホウフッ化リチウムを0.3質量%となる量で、VCを2.75質量%となる量で、およびFECを1.75質量%となる量で、1,3−ジオキサン0.75質量%と、PDEAを1.25質量%添加した以外は実施例1と同様にして非水電解質を調製し、この非水電解質を用いた以外は実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
Example 3
An amount of 0.5% by mass of adiponitrile, an amount of 0.3% by mass of lithium borofluoride, an amount of 2.75% by mass of VC, and an amount of 1.75% by mass of FEC A non-aqueous electrolyte was prepared in the same manner as in Example 1 except that 0.75% by mass of 1,3-dioxane and 1.25% by mass of PDEA were added. Example 1 except that this non-aqueous electrolyte was used. In the same manner, a lithium secondary battery was produced.

実施例4〜実施例13、比較例1〜8
表1に表わすように非水電解質を調整し、この非水電解質を用いた以外は実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作成した。
実施例および比較例のリチウム二次電池について、以下の各評価を行った。
Examples 4 to 13 and Comparative Examples 1 to 8
A non-aqueous electrolyte was prepared as shown in Table 1, and a lithium secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that this non-aqueous electrolyte was used.
The following evaluation was performed about the lithium secondary battery of the Example and the comparative example.

<充放電サイクル特性評価>
実施例および比較例のリチウム二次電池について、まず、23℃の環境下で、0.5Cの電流値で4.35Vまで定電流充電し、引き続いて4.35Vで定電圧充電し(定電流充電と定電圧充電との総充電時間が5時間)、その後に0.2Cの定電流で2.75Vで放電を行って、初回放電容量を求めた。次に、各電池について、23℃で、1Cの電流値で4.35Vまで定電流充電し、引き続いて4.35Vの定電圧で電流値が0.05Cになるまで充電した後に、1Cの電流値で3.0Vまで放電する一連の操作を1サイクルとして、これを多数繰り返した。そして、各電池について、500サイクル行い、前記の初回放電容量測定時と同じ条件で定電流−定電圧充電および定電流放電を行って、放電容量を求めた。そして、これらの放電容量を初回放電容量で除した値を百分率で表して、容量維持率を算出した。その後、容量維持率が50%に達するまで充放電を行った。
<Charge / discharge cycle characteristics evaluation>
For the lithium secondary batteries of Examples and Comparative Examples, first, constant current charging was performed up to 4.35 V at a current value of 0.5 C in an environment of 23 ° C., followed by constant voltage charging at 4.35 V (constant current). The total charge time of charging and constant voltage charging was 5 hours), and then discharging was performed at 2.75 V with a constant current of 0.2 C to obtain the initial discharge capacity. Next, each battery was charged at a constant current up to 4.35V at a current value of 1C at 23 ° C. and subsequently charged at a constant voltage of 4.35V until the current value reached 0.05C. A series of operations for discharging to a value of 3.0 V was taken as one cycle, and this was repeated many times. Each battery was subjected to 500 cycles, and a constant current-constant voltage charge and a constant current discharge were performed under the same conditions as in the initial discharge capacity measurement, to determine a discharge capacity. Then, the capacity retention rate was calculated by expressing the value obtained by dividing these discharge capacities by the initial discharge capacity as a percentage. Thereafter, charge and discharge were performed until the capacity retention rate reached 50%.

また、実施例および比較例の各リチウム二次電池について、環境温度を45℃に変更した以外は、前記と同様にして初回放電容量測定、充放電サイクル、および放電容量測定を行い、放電容量を初回放電容量で除した値を百分率で表して、容量維持率を算出した。その後、容量維持率が50%に達するまで充放電を行った。 For each of the lithium secondary batteries of Examples and Comparative Examples, the initial discharge capacity measurement, the charge / discharge cycle, and the discharge capacity measurement were performed in the same manner as described above except that the environmental temperature was changed to 45 ° C. The value divided by the initial discharge capacity was expressed as a percentage, and the capacity maintenance rate was calculated. Thereafter, charge and discharge were performed until the capacity retention rate reached 50%.

<放電状態での高温貯蔵特性評価>
実施例および比較例の各リチウム二次電池について、0.1Cの定電流で2.75Vになるまで放電を行い、その後にインピーダンス測定および厚み測定を行った。その後、各電池を60℃に保った恒温槽内に入れ、20日間貯蔵した。その後各電池を恒温槽から取り出し、2時間経過後にインピーダンス測定および厚み測定を行った。
そして、インピーダンスについては、貯蔵後の値から貯蔵前の値を引いて、インピーダンスの変化量(Ω)を算出した。
また、電池の厚みについては、以下の式を用いて厚みの変化率(%)を算出した。
厚みの変化量(%)
= 100 × 貯蔵後の厚み ÷ 貯蔵前の厚み−100
<High temperature storage characteristics evaluation in the discharge state>
About each lithium secondary battery of the Example and the comparative example, it discharged until it became 2.75V with the constant current of 0.1C, and the impedance measurement and the thickness measurement were performed after that. Thereafter, each battery was placed in a thermostat kept at 60 ° C. and stored for 20 days. Then, each battery was taken out from the thermostat, and impedance measurement and thickness measurement were performed after 2 hours.
And about the impedance, the value before storage was subtracted from the value after storage, and the amount of change in impedance (Ω) was calculated.
Moreover, about the thickness of the battery, the change rate (%) of thickness was computed using the following formula | equation.
Change in thickness (%)
= 100 x thickness after storage ÷ thickness before storage -100

<1C放電負荷特性評価>
実施例および比較例のリチウム二次電池について、0.5Cの電流値で4.35Vまで定電流充電し、引き続いて4.35Vで定電圧充電した後0.2Cで放電した。その後、0.5Cの電流値で4.35Vまで定電流充電し、引き続いて4.35Vで定電圧充電した後1Cで放電した。1Cでの放電容量を0.2Cでの放電容量で除した値を百分率で表わして、レート特性を算出した。
<1C discharge load characteristic evaluation>
The lithium secondary batteries of Examples and Comparative Examples were charged at a constant current up to 4.35 V at a current value of 0.5 C, subsequently charged at a constant voltage of 4.35 V, and then discharged at 0.2 C. Thereafter, the battery was charged at a constant current up to 4.35 V at a current value of 0.5 C, subsequently charged at a constant voltage of 4.35 V, and then discharged at 1 C. The rate characteristic was calculated by expressing the value obtained by dividing the discharge capacity at 1 C by the discharge capacity at 0.2 C as a percentage.

<フロート充電評価>
実施例および比較例の各リチウム二次電池について、60℃の環境下で、1.0Cの電流値で4.35Vまで定電流充電を行った後、4.4Vの電圧で定電圧充電を行い、定電圧充電を継続させながら、電流値の上昇が生じるまでの時間を測定した。 具体的には、定電圧充電領域での電流値が最小になった後、1.5mA以上増加した時点で「上昇した」と判断した。
<Float charging evaluation>
About each lithium secondary battery of an Example and a comparative example, after carrying out the constant current charge to 4.35V with the electric current value of 1.0C in the environment of 60 degreeC, the constant voltage charge was performed with the voltage of 4.4V. The time until the current value increased was measured while continuing constant voltage charging. Specifically, after the current value in the constant voltage charging region was minimized, it was determined that the current value had increased by 1.5 mA or more.

実施例および比較例のリチウム二次電池に係る非水電解質の添加剤の含有量を表1に示し、前記の各評価結果を表2および表3に示す。 Table 1 shows the contents of the nonaqueous electrolyte additives related to the lithium secondary batteries of Examples and Comparative Examples, and Tables 2 and 3 show the evaluation results.

Figure 2015111552
Figure 2015111552

Figure 2015111552
Figure 2015111552

Figure 2015111552
Figure 2015111552

表1および表2に示す通り、アジポニトリルと、ホウフッ化リチウムとを含有する非水電解質を用いた実施例1のリチウム二次電池は、充放電サイクル特性評価時の容量が45℃での500サイクル後の容量維持率が、良好な充放電サイクル特性を有していた。また、1,3−ジオキサンを添加するとさらに良好になり、PDEAを添加するとさらに良好なサイクル特性を示した。また、実施例1〜2のリチウム二次電池は、放電状態での高温貯蔵後において、インピーダンスの増大、および厚みの変化(膨れの発生)が抑制されており、放電状態での高温貯蔵特性が良好であった。そして、ホウフッ化リチウムの非水電解質中0.7質量%までの時は、フロート試験で良好な特性を示していた。 As shown in Table 1 and Table 2, the lithium secondary battery of Example 1 using a nonaqueous electrolyte containing adiponitrile and lithium borofluoride has 500 cycles at a capacity of 45 ° C. at the time of charge / discharge cycle characteristics evaluation. The subsequent capacity retention rate had good charge / discharge cycle characteristics. Moreover, when 1,3-dioxane was added, it became more favorable, and when PDEA was added, even better cycle characteristics were shown. In addition, the lithium secondary batteries of Examples 1 and 2 have suppressed impedance increase and change in thickness (occurrence of swelling) after high temperature storage in a discharged state, and have high temperature storage characteristics in a discharged state. It was good. And when it was up to 0.7 mass% in the non-aqueous electrolyte of lithium borofluoride, the float test showed good characteristics.

ホウフッ化リチウムを含有しない比較例1の電池および、ホウフッ化リチウムを0.3質量%含有し、アジポニトリルを7.0%含有する非水電解質を用いた比較例4の電池では、45℃でのサイクル特性は良好なものの、室温でのサイクル特性がアジポニトリル、ホウフッ化リチウムを添加していない比較例5の結果よりも低下しており、放電状態での高温貯蔵後において、インピーダンスの増大量が、実施例の電池よりも大きかった。これは負極の保護被膜が強固でないこともしくはアジポニトリルの添加量が多いことでアジポニトリルが負極で分解し、抵抗成分となっているためであると考えられる。 In the battery of Comparative Example 1 not containing lithium borofluoride and the battery of Comparative Example 4 using a non-aqueous electrolyte containing 0.3% by mass of lithium borofluoride and 7.0% of adiponitrile, Although the cycle characteristics are good, the cycle characteristics at room temperature are lower than the result of Comparative Example 5 in which adiponitrile and lithium borofluoride are not added, and after high-temperature storage in a discharged state, the amount of increase in impedance is It was larger than the battery of the example. This is presumably because the protective film of the negative electrode is not strong or the amount of adiponitrile added is large, so that adiponitrile decomposes at the negative electrode and becomes a resistance component.

アジポニトリルを添加していない比較例2の電池はホウフッ化リチウムの効果で、室温、45℃でのサイクル特性はアジポニトリルおよびホウフッ化リチウムを含有していない比較例5の電池よりも向上しているが、実施例と比較すると45℃でのサイクル特性が劣っている。 Although the battery of Comparative Example 2 to which no adiponitrile was added was an effect of lithium borofluoride, the cycle characteristics at room temperature and 45 ° C. were improved as compared with the battery of Comparative Example 5 not containing adiponitrile and lithium borofluoride. Compared with the examples, the cycle characteristics at 45 ° C. are inferior.

また、ホウフッ化リチウムを4.0%含有した非水電解質を用いた比較例3の電池は、サイクル特性は良好なものの貯蔵特性、1Cでのレート特性が劣っている。 In addition, the battery of Comparative Example 3 using a nonaqueous electrolyte containing 4.0% lithium borofluoride has poor cycle characteristics but poor storage characteristics and 1C rate characteristics.

アジポニトリルおよびホウフッ化リチウムを含有していない非水電解質を用いた比較例5の電池は、45℃での充放電サイクル特性が実施例よりも劣っており、放電状態での高温貯蔵後において、インピーダンスの増大量および厚みの変化率が、実施例の電池よりも大きかった。 The battery of Comparative Example 5 using a non-aqueous electrolyte containing no adiponitrile and lithium borofluoride has inferior charge / discharge cycle characteristics at 45 ° C. compared to the Examples. The increase amount and the rate of change in thickness were larger than those of the batteries of the examples.

更に、ホウフッ化リチウムを0.8質量%含有した非水電解質を用いた比較例6は、フロート試験結果が劣っていた。
Further, Comparative Example 6 using a nonaqueous electrolyte containing 0.8% by mass of lithium borofluoride was inferior in the float test result.

1 正極
2 負極
3 セパレータ
1 Positive electrode 2 Negative electrode 3 Separator

Claims (10)

正極、負極、セパレータおよび非水電解質を用いたリチウム二次電池であって、前記非水電解質はホウフッ化リチウム、下記一般式(1)で表わされる分子内にニトリル基を有する化合物を含有しており、
前記非水電解質中の前記ホウフッ化リチウムの含有量が0.05〜0.70質量%であり、
前記非水電解質中の前記分子内にニトリル基を有する化合物の含有量が0.05〜5.0質量%であることを特徴とするリチウム二次電池。
NC―R―CN (1)
[一般式(1)中、Rは、炭素数1〜10の直鎖又は分岐の炭化水素鎖。]
A lithium secondary battery using a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a nonaqueous electrolyte, wherein the nonaqueous electrolyte contains lithium borofluoride and a compound having a nitrile group in a molecule represented by the following general formula (1) And
The content of the lithium borofluoride in the non-aqueous electrolyte is 0.05 to 0.70 mass%,
Content of the compound which has a nitrile group in the said molecule | numerator in the said nonaqueous electrolyte is 0.05-5.0 mass%, The lithium secondary battery characterized by the above-mentioned.
NC-R-CN (1)
[In General Formula (1), R is a linear or branched hydrocarbon chain having 1 to 10 carbon atoms. ]
前記非水電解質が、電解質塩としてLiPFを含有する請求項1に記載のリチウム二次電池。 The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the non-aqueous electrolyte contains LiPF 6 as an electrolyte salt. 前記ニトリル基を有する化合物の含有量が0.05〜2.0質量%の非水電解質を使用した請求項1〜2のいずれかに記載のリチウム二次電池。 The lithium secondary battery according to any one of claims 1 to 2, wherein a nonaqueous electrolyte having a content of the compound having a nitrile group of 0.05 to 2.0 mass% is used. 前記ホウフッ化リチウムの含有量が0.05〜0.60質量%の非水電解質を使用した請求項1〜3のいずれかに記載のリチウム二次電池。 The lithium secondary battery according to any one of claims 1 to 3, wherein a nonaqueous electrolyte having a content of the lithium borofluoride of 0.05 to 0.60 mass% is used. 1,3−ジオキサンを含有した非水電解質を使用した請求項1〜4のいずれかに記載のリチウム二次電池。 The lithium secondary battery according to claim 1, wherein a nonaqueous electrolyte containing 1,3-dioxane is used. 1,3−ジオキサンの含有量が0.1〜5.0質量%の非水電解非水を使用した請求項5に記載のリチウム二次電池。 The lithium secondary battery according to claim 5, wherein non-aqueous electrolytic non-water having a content of 1,3-dioxane of 0.1 to 5.0% by mass is used. 前記非水電解質が、下記一般式(2)で表わされるホスホノアセテート類化合物を含有する請求項1〜6のいずれかに記載のリチウム二次電池。
Figure 2015111552
[一般式(2)中、R、RおよびRは、それぞれ独立して、ハロゲン原子で置換されていてもよい炭素数1〜12のアルキル基、アルケニル基又はアルキニル基を示し、nは0〜6の整数を示す。]
The lithium secondary battery according to any one of claims 1 to 6, wherein the non-aqueous electrolyte contains a phosphonoacetate compound represented by the following general formula (2).
Figure 2015111552
[In General Formula (2), R 1 , R 2 and R 3 each independently represent an alkyl group, alkenyl group or alkynyl group having 1 to 12 carbon atoms which may be substituted with a halogen atom, and n Represents an integer of 0-6. ]
前記一般式(2)で表わされるホスホノアセテート類化合物の含有量が0.1〜5.0質量%の非水電解液を使用した請求項7に記載のリチウム二次電池。 The lithium secondary battery according to claim 7, wherein a nonaqueous electrolytic solution having a content of the phosphonoacetate compound represented by the general formula (2) of 0.1 to 5.0% by mass is used. 前記非水電解質が、ビニレンカーボネートを含有する請求項1〜8のいずれかに記載のリチウム二次電池。 The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the nonaqueous electrolyte contains vinylene carbonate. 前記非水電解質が、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンを含有する請求項1〜9のいずれかに記載のリチウム二次電池。 The lithium secondary battery according to any one of claims 1 to 9, wherein the nonaqueous electrolyte contains 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one.
JP2014201342A 2013-11-11 2014-09-30 Lithium secondary battery Pending JP2015111552A (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014201342A JP2015111552A (en) 2013-11-11 2014-09-30 Lithium secondary battery
CN201410641844.4A CN104638292A (en) 2013-11-11 2014-11-07 Lithium secondary battery
KR1020140155379A KR20150054683A (en) 2013-11-11 2014-11-10 Lithium secondary battery

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013233191 2013-11-11
JP2013233191 2013-11-11
JP2014201342A JP2015111552A (en) 2013-11-11 2014-09-30 Lithium secondary battery

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2015111552A true JP2015111552A (en) 2015-06-18

Family

ID=53526231

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014201341A Active JP6396153B2 (en) 2013-11-11 2014-09-30 Lithium secondary battery
JP2014201342A Pending JP2015111552A (en) 2013-11-11 2014-09-30 Lithium secondary battery

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014201341A Active JP6396153B2 (en) 2013-11-11 2014-09-30 Lithium secondary battery

Country Status (1)

Country Link
JP (2) JP6396153B2 (en)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017013848A1 (en) 2015-07-23 2017-01-26 パナソニックIpマネジメント株式会社 Positive electrode active material and battery
WO2017047022A1 (en) 2015-09-16 2017-03-23 パナソニックIpマネジメント株式会社 Positive electrode active material and battery
WO2017047023A1 (en) 2015-09-16 2017-03-23 パナソニックIpマネジメント株式会社 Battery
JP6861402B2 (en) 2015-09-16 2021-04-21 パナソニックIpマネジメント株式会社 battery
CN107408687B (en) 2015-09-16 2022-01-28 松下知识产权经营株式会社 Positive electrode active material and battery
EP3352262B1 (en) 2015-09-16 2019-10-16 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Positive electrode active material and battery
WO2017047019A1 (en) 2015-09-16 2017-03-23 パナソニックIpマネジメント株式会社 Battery
JP6861399B2 (en) 2015-09-16 2021-04-21 パナソニックIpマネジメント株式会社 battery
WO2017047018A1 (en) * 2015-09-16 2017-03-23 パナソニックIpマネジメント株式会社 Battery
JP6571521B2 (en) * 2015-12-28 2019-09-04 マクセルホールディングス株式会社 Lithium ion secondary battery
WO2018092359A1 (en) 2016-11-15 2018-05-24 パナソニックIpマネジメント株式会社 Positive electrode active material for batteries, and battery
JP6979586B2 (en) 2016-11-15 2021-12-15 パナソニックIpマネジメント株式会社 Positive electrode active material for batteries and batteries using positive electrode active materials for batteries
JP6964246B2 (en) 2016-12-02 2021-11-10 パナソニックIpマネジメント株式会社 Positive electrode active material and battery using positive electrode active material
JP7065341B2 (en) 2017-01-19 2022-05-12 パナソニックIpマネジメント株式会社 Positive electrode active material and battery
JP6952247B2 (en) 2017-01-19 2021-10-20 パナソニックIpマネジメント株式会社 Positive electrode active material and battery

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004179146A (en) * 2002-07-15 2004-06-24 Ube Ind Ltd Nonaqueous electrolyte solution and lithium cell using the same
JP2006244723A (en) * 2005-02-28 2006-09-14 Sanyo Electric Co Ltd Non-aqueous electrolyte secondary battery
JP2010198916A (en) * 2009-02-25 2010-09-09 Sanyo Electric Co Ltd Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2011198747A (en) * 2010-02-26 2011-10-06 Sanyo Electric Co Ltd Nonaqueous electrolyte secondary cell
JP2012169253A (en) * 2011-02-16 2012-09-06 Samsung Sdi Co Ltd Electrolyte for lithium secondary battery and lithium secondary battery including the same
WO2013094465A1 (en) * 2011-12-19 2013-06-27 日立マクセル株式会社 Lithium secondary battery
US20140342242A1 (en) * 2013-05-15 2014-11-20 Samsung Sdi Co., Ltd. Organic electrolyte solution and lithium battery comprising the same
WO2015033619A1 (en) * 2013-09-05 2015-03-12 石原産業株式会社 Nonaqueous-electrolyte secondary battery and manufacturing method therefor

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150039751A (en) * 2012-07-31 2015-04-13 우베 고산 가부시키가이샤 Non-aqueous electrolyte and power storage device using same

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004179146A (en) * 2002-07-15 2004-06-24 Ube Ind Ltd Nonaqueous electrolyte solution and lithium cell using the same
JP2006244723A (en) * 2005-02-28 2006-09-14 Sanyo Electric Co Ltd Non-aqueous electrolyte secondary battery
JP2010198916A (en) * 2009-02-25 2010-09-09 Sanyo Electric Co Ltd Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2011198747A (en) * 2010-02-26 2011-10-06 Sanyo Electric Co Ltd Nonaqueous electrolyte secondary cell
JP2012169253A (en) * 2011-02-16 2012-09-06 Samsung Sdi Co Ltd Electrolyte for lithium secondary battery and lithium secondary battery including the same
WO2013094465A1 (en) * 2011-12-19 2013-06-27 日立マクセル株式会社 Lithium secondary battery
US20140342242A1 (en) * 2013-05-15 2014-11-20 Samsung Sdi Co., Ltd. Organic electrolyte solution and lithium battery comprising the same
WO2015033619A1 (en) * 2013-09-05 2015-03-12 石原産業株式会社 Nonaqueous-electrolyte secondary battery and manufacturing method therefor

Also Published As

Publication number Publication date
JP6396153B2 (en) 2018-09-26
JP2015111551A (en) 2015-06-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6396153B2 (en) Lithium secondary battery
JP6255722B2 (en) Non-aqueous electrolyte battery electrolyte and non-aqueous electrolyte battery using the same
JP6279233B2 (en) Lithium secondary battery
JP5942849B2 (en) Nonaqueous electrolyte for secondary battery and secondary battery
WO2017183696A1 (en) Lithium secondary cell and method for manufacturing lithium secondary cell
JP7223221B2 (en) Additive for non-aqueous electrolyte, non-aqueous electrolyte, and non-aqueous electrolyte battery
JP7172015B2 (en) Additive for non-aqueous electrolyte, electrolyte for non-aqueous electrolyte battery, and non-aqueous electrolyte battery
JP6476611B2 (en) Non-aqueous electrolyte battery electrolyte and non-aqueous electrolyte battery using the same
JP2016048624A (en) Lithium secondary battery
JP6208560B2 (en) Lithium secondary battery
JP6755182B2 (en) Lithium ion secondary battery
JP6396136B2 (en) Lithium secondary battery
JP6191602B2 (en) Lithium ion secondary battery
JP6224382B2 (en) Lithium secondary battery
JP6177042B2 (en) Lithium secondary battery
JP2013062164A (en) Nonaqueous electrolyte for electrochemical element, and electrochemical element
JP6258180B2 (en) ELECTROLYTE SOLUTION FOR LITHIUM SECONDARY BATTERY, ELECTROLYTE SOLUTION FOR LITHIUM SECONDARY BATTERY USING THE SAME, LITHIUM SECONDARY BATTERY
JP5708598B2 (en) Non-aqueous electrolyte for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery
KR102129499B1 (en) Lithium secondary battery
JP2020173998A (en) Non-aqueous electrolyte storage element and manufacturing method thereof
JP2017041389A (en) ADDITIVE FOR Li BATTERY AND Li BATTERY INCLUDING THE SAME
JP5218589B2 (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2015041511A (en) Additive for electrolyte in lithium secondary battery
KR20150054683A (en) Lithium secondary battery
JP2021096912A (en) Power storage element, nonaqueous electrolytic solution for power storage element, compound and method for producing compound

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20170619

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20180302

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20180315

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20180417

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20180918