JP2016085885A - Lithium ion secondary battery - Google Patents

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Asami Ohashi
亜沙美 大橋
井上 克彦
Katsuhiko Inoue
克彦 井上
大石 義英
Yoshihide Oishi
義英 大石
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a battery which can be charged and discharged with stability over a long period of time and is superior in safety even if it is a high-energy density battery.SOLUTION: A lithium ion secondary battery comprises: a positive electrode; a negative electrode; a nonaqueous electrolyte; and a separator. When the lithium ion secondary battery is full-charged, its positive electrode potential is 4.1 V(vs Li/Li) or higher on a lithium basis. The positive electrode includes cobalt for a positive electrode active material. The separator has a layer including an inorganic substance at least on one side thereof. On the surface of the separator, facing the negative electrode, an inorganic substance layer is present.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、非水電解液を含む二次電池に関する。   The present invention relates to a secondary battery containing a non-aqueous electrolyte.

近年の電子技術の発展及び環境技術への関心の高まりに伴い、様々な電気化学デバイスが開発されている。それは創エネルギー(発電)、蓄エネルギー(蓄電)共に規模・用途・仕様等が多様化していることに基づく。このためそれらに対応した電気化学デバイス開発に対する要請が強く、これに対する期待はますます高くなっている。このような電気化学デバイスとしては、例えば、発電デバイスとして太陽電池等が挙げられ、蓄電デバイスとして、二次電池、キャパシタ、コンデンサ等が挙げられる。蓄電デバイスの代表例であるリチウムイオン二次電池は、従来、主に携帯機器用充電池として使用されていたが、近年では、ハイブリッド自動車及び電気自動車用電池としての使用、又は定置用蓄電池、航空産業用途、宇宙衛星産業用途などの大型用途での使用も行われ始めている。   With the recent development of electronic technology and increasing interest in environmental technology, various electrochemical devices have been developed. This is based on the diversification of scale, usage, and specifications of energy creation (power generation) and energy storage (storage). For this reason, the request | requirement with respect to the electrochemical device development corresponding to them is strong, and the expectation for this is increasing. As such an electrochemical device, a solar cell etc. are mentioned as an electric power generation device, for example, A secondary battery, a capacitor, a capacitor | condenser etc. are mentioned as an electrical storage device. Lithium ion secondary batteries, which are typical examples of power storage devices, have been used mainly as rechargeable batteries for portable devices, but in recent years, they have been used as batteries for hybrid and electric vehicles, or stationary storage batteries, aircraft It is also beginning to be used in large applications such as industrial applications and space satellite industrial applications.

リチウムイオン二次電池は、一般に、リチウムを吸蔵及び放出可能な活物質を主体として構成された正極と負極とがセパレータを介して配された構成を有する。リチウムイオン二次電池の正極は、正極活物質としてのLiCoO2、LiNiO2又はLiMn24等と、導電剤としてのカーボンブラック又は黒鉛等と、バインダーとしてのポリフッ化ビニリデン、ラテックス又はゴム等とが混合された正極合剤が、アルミニウム等からなる正極集電体上に被覆されて形成される。また、負極は、負極活物質としてのコークス又は黒鉛等と、バインダーとしてのポリフッ化ビニリデン、ラテックス又はゴム等とが混合された負極合剤及びリチウム金属が、銅等からなる負極集電体上に被覆されて形成される。さらに、セパレータは、多孔性ポリオレフィン等により形成され、その厚さは数μmから数百μmと非常に薄い。正極、負極及びセパレータは、電池内で電解液に浸漬されている。電解液は、例えば、LiPF6又はLiBF4のようなリチウム塩を、プロピレンカーボネート又はエチレンカーボネートのような非プロトン性溶媒に、又はポリエチレンオキシドのようなポリマーに溶解させることにより形成される。 A lithium ion secondary battery generally has a configuration in which a positive electrode and a negative electrode mainly composed of an active material capable of inserting and extracting lithium are arranged via a separator. The positive electrode of the lithium ion secondary battery includes LiCoO 2 , LiNiO 2 or LiMn 2 O 4 as a positive electrode active material, carbon black or graphite as a conductive agent, and polyvinylidene fluoride, latex or rubber as a binder. Is formed by covering a positive electrode current collector made of aluminum or the like. The negative electrode is a negative electrode mixture in which coke or graphite or the like as a negative electrode active material and polyvinylidene fluoride, latex or rubber as a binder are mixed, and a lithium metal on a negative electrode current collector made of copper or the like. It is formed by coating. Further, the separator is made of porous polyolefin or the like, and its thickness is very thin, from several μm to several hundred μm. The positive electrode, the negative electrode, and the separator are immersed in the electrolytic solution in the battery. The electrolyte is formed, for example, by dissolving a lithium salt such as LiPF 6 or LiBF 4 in an aprotic solvent such as propylene carbonate or ethylene carbonate, or in a polymer such as polyethylene oxide.

リチウムイオン二次電池は、他の蓄電池と比較して、高起電力、高エネルギー密度、充放電の繰り返し耐久性などの特徴があり、広く普及しているが、今後拡大が期待されている自動車、定置用等のリチウムイオン二次電池の用途では、従来よりも一層の高エネルギー密度化、繰り返し耐久性等が求められる。新規用途は主に大型の用途であることから安全性及び信頼性のより一層の向上も要求される。また、従来の小型機器用途においても機器が扱う情報量が増大しているため、高容量、高エネルギー密度の電池が求められる。   Compared to other storage batteries, lithium ion secondary batteries have features such as high electromotive force, high energy density, and repeated charge / discharge durability, and are widely used, but automobiles that are expected to expand in the future In the use of lithium ion secondary batteries such as stationary ones, higher energy density and repeated durability are required than before. Since new applications are mainly large-scale applications, further improvements in safety and reliability are required. In addition, since the amount of information handled by devices is increasing in conventional small device applications, batteries with high capacity and high energy density are required.

このような高エネルギー密度化の要求に答えるために、例えば、電池内の電極の高密度化、又は吸蔵・脱離できるリチウム量の多い正極材の開発が行われており、耐久性の向上のためには各種添加剤の検討が行われている。   In order to respond to such a demand for higher energy density, for example, a positive electrode material having a high lithium content that can be occluded / desorbed has been developed. For this purpose, various additives have been studied.

正極活物質としては、高エネルギー密度化への対応として、高容量の正極を用いた電池又は高電位の正極を用いて高電圧で駆動する電池が開発されている。   As a positive electrode active material, a battery using a high-capacity positive electrode or a battery driven at a high voltage using a high-potential positive electrode has been developed as a countermeasure for increasing the energy density.

従来、正極活物質には、LiCoO2が多く用いられている。しかし、4.2V〜3.0Vの電位範囲で充放電可能な正極単極の容量は、150mAh/g以下と低い。従って、更なる高エネルギー密度化のためには、材料自体の改良が必要である。そこで、正極活物質において、LiCoO2のCoの一部を、他の金属、例えばNi、Mnなどで置換した材料を用いることが検討されている。例えば、Ni、Mn及びCoを同量で用いたLiNi1/3Mn1/3Co1/32正極活物質が、開発されて、使用されている。ここで、エネルギー密度を増大させるためにはNiを用いることが一つの有効な方法であるため、Niの比率をさらに増やした正極材も開発されている。 Conventionally, LiCoO 2 is often used as the positive electrode active material. However, the capacity of the positive electrode single electrode that can be charged and discharged in the potential range of 4.2 V to 3.0 V is as low as 150 mAh / g or less. Therefore, in order to further increase the energy density, it is necessary to improve the material itself. Therefore, it has been studied to use a material in which a part of Co in LiCoO 2 is replaced with another metal such as Ni or Mn in the positive electrode active material. For example, a LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 positive electrode active material using Ni, Mn and Co in the same amount has been developed and used. Here, since Ni is one effective method for increasing the energy density, a positive electrode material having a further increased Ni ratio has been developed.

また、正極活物質として従来通りLiCoO2を用い、その表面又は内部に他の金属を少量ドープ又はコートし、高容量の正極や高電圧で駆動する電池用の正極が開発されている。
さらには、吸蔵・脱離できるリチウム量の多い正極材として、Li過剰型正極と呼ばれる、単位当たりのLi量の多い正極活物質が提案されるなど、様々な新しい正極材が開発されている。
このように、従来から使用されているものや新規に開発されているものなど様々な正極活物質があるが、電池の充放電特性、安全性、信頼性、入手性やハンドリング性などのバランスの観点から、その結晶構造中にはCoを含むものが多い。
Further, LiCoO 2 has been conventionally used as a positive electrode active material, and a high capacity positive electrode or a positive electrode for a battery driven at a high voltage has been developed by doping or coating a small amount of other metal on the surface or inside thereof.
In addition, various new positive electrode materials have been developed as positive electrode materials with a large amount of lithium that can be occluded / desorbed, such as a positive electrode active material with a large amount of Li per unit called a Li-rich positive electrode.
In this way, there are various positive electrode active materials such as those that have been used in the past and those that have been newly developed, but there is a balance between the charge / discharge characteristics, safety, reliability, availability, and handling properties of the battery. From the viewpoint, many of the crystal structures contain Co.

高容量の正極を用いた電池も高電位の正極を用いた電池も、従来の電池よりも正極を高電圧で駆動する必要がある。高電圧で駆動すると、酸化力の強さのため、電池は劣化及び性能低下が著しく、電池の高い品質を保持することは困難であった。具体的には、充放電に伴い、電解液やセパレータの構成成分が正極表面で分解し、長期にわたって信頼性の高い電池を達成することが困難であった。   Both a battery using a high capacity positive electrode and a battery using a high potential positive electrode need to drive the positive electrode at a higher voltage than a conventional battery. When driven at a high voltage, due to the strength of the oxidizing power, the battery is remarkably deteriorated and deteriorated in performance, and it is difficult to maintain the high quality of the battery. Specifically, with charge and discharge, the constituent components of the electrolytic solution and the separator are decomposed on the surface of the positive electrode, and it has been difficult to achieve a highly reliable battery over a long period of time.

そこで、電解液中に各種添加剤を含有させたり、セパレータ上に絶縁層を形成させたりする検討がなされている。   Therefore, studies have been made to include various additives in the electrolytic solution or to form an insulating layer on the separator.

電解液中に含有させる添加剤としては、例えば、含フッ素カーボネート化合物、含硫黄化合物、ニトリル化合物、リン酸化合物、含珪素化合物などが検討されており、一定の効果は認められている(例えば、特許文献1〜4参照)。添加剤は少量の添加で効果を奏するものであるから、他の特性を犠牲にすることがほとんどない点で有効である。
また、セパレータ上の一部又は全体に無機粒子を含む層を形成する検討もされている(例えば特許文献5参照)。無機粒子の層は熱暴走や短絡を抑制するなど安全性向上に寄与する点で有用であるが、高電位の正極を用いて電池を高電圧で駆動すると特に加速されるセパレータの劣化の抑制にも効果的である。
As additives to be contained in the electrolytic solution, for example, fluorine-containing carbonate compounds, sulfur-containing compounds, nitrile compounds, phosphoric acid compounds, silicon-containing compounds and the like have been studied, and certain effects have been recognized (for example, (See Patent Documents 1 to 4). Since the additive is effective when added in a small amount, it is effective in that the other characteristics are hardly sacrificed.
Moreover, examination which forms the layer containing an inorganic particle in part or the whole on a separator is also examined (for example, refer to patent documents 5). The inorganic particle layer is useful in that it contributes to improving safety by suppressing thermal runaway and short-circuiting, but it is particularly effective in suppressing deterioration of the separator that is accelerated when the battery is driven at high voltage using a positive electrode with a high potential. Is also effective.

このように、高エネルギー密度の電池を達成するために、正極活物質、電解液添加剤、セパレータなどの各部材のそれぞれが開発されている。しかし、それらを有効に組み合わせる検討はまだ少なく、各部材の有する能力や長所を最大限に引き出すことはできていなかった。   Thus, in order to achieve a battery having a high energy density, each member such as a positive electrode active material, an electrolyte solution additive, and a separator has been developed. However, there are still few studies to combine them effectively, and it has not been possible to maximize the capabilities and advantages of each member.

特開2012−123989号公報JP 2012-123989 A 特開2010−245020号公報JP 2010-244502 A 国際公開第2012/77712号パンフレットInternational Publication No. 2012/77712 Pamphlet 特開2000−223152号公報JP 2000-223152 A 国際公開2008/093575号パンフレットInternational Publication No. 2008/093575 Pamphlet

上記の通り、安全性、信頼性を兼ね備えるエネルギー密度の高い電池を達成するための電池材料は種々検討されているが、これらの性能を併せ持つ電池は達成できていなかった。特に、高エネルギー密度の電池は、従来型の電池と比べて、ガスが発生したり、金属が溶出したりし易く、それによって充放電の繰り返し耐久性が低下したり、安全性が低下したりする傾向にあった。   As described above, various battery materials for achieving a battery with high energy density that combines safety and reliability have been studied, but a battery having these performances has not been achieved. In particular, a battery with a high energy density is more likely to generate a gas or elute a metal than a conventional battery, thereby reducing repeated charge / discharge durability and safety. Tended to be.

したがって、本発明は、高エネルギー密度の電池であっても、長期に亘って安定した充放電が可能であり、かつ安全性に優れる電池を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a battery that can be stably charged / discharged over a long period of time and is excellent in safety even for a battery having a high energy density.

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、正極活物質にCоを含む正極材と、無機粒子の層を有するセパレータを含む電池であって、セパレータの無機粒子の層が負極に対向する側にあるものを用いると、上記課題を解決できることを見出して、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は下記のとおりである:   As a result of intensive research in order to solve the above problems, the inventors of the present invention have a battery including a positive electrode material containing Cо as a positive electrode active material and a separator having a layer of inorganic particles. It has been found that the use of the layer on the side facing the negative electrode can solve the above problems, and the present invention has been completed. That is, the present invention is as follows:

[1]
正極活物質にコバルトを含む正極と、
負極と、
非水電解液と、
無機物を含む層が少なくとも片面に存在しているセパレータと、
を含み、満充電時におけるリチウム基準の正極電位が、4.1V(vsLi/Li+)以上のリチウムイオン二次電池であって、
セパレータの、負極と対向する側の面に無機物の層が存在するリチウムイオン二次電池。
[2]
非水電解液が
非水溶媒と、
リチウム塩と、
無機酸、有機酸、酸アミド及びアミンから成る群より選ばれる一種以上の化合物の有する水素原子の一つ以上が珪素含有官能基で置換されている含珪素化合物と、
を含む、
[1]に記載のリチウムイオン二次電池。
[3]
前記含珪素化合物は、ホウ素又はリンを含む塩基と水素との結合により形成された無機酸、カルボン酸及びリン酸アミドから成る群より選ばれる一種以上の化合物の有する水素原子の一つ以上が珪素含有官能基で置換されている含珪素化合物である、[2]に記載のリチウムイオン二次電池。
[4]
前記含珪素化合物は−Si(R1)(R2)(R3)で表される部位を一つ以上有する化合物である、[2]から[3]のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池。(R1〜R3はそれぞれ独立にアルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、F置換アルキル基のいずれかを示す。)
[5]
前記非水電解液にはさらに、下記式(1):

Figure 2016085885
{式中、Mは、リン原子又はホウ素原子を示し、Mがリン原子のとき、wは0又は1であり、Mがホウ素原子のときwは0であり、R1、R2、及びR3は、各々独立に、置換されていてもよい炭素数1〜10の有機基を示し、そしてR4及びR5は、各々独立に、OH基、OLi基、置換されてもよい炭素数1〜10のアルキル基、置換されてもよい炭素数1〜10のアルコキシ基、炭素数3〜10のシロキシ基、炭素数6〜15のアリール基、及び炭素数6〜15のアリールオキシ基からなる群より選ばれる基を示す。}で表される化合物、及び/又は下記式(2):
Figure 2016085885
{式中、R1、R2、及びR3は、各々独立に、置換されていてもよい炭素数1〜10の有機基を示し、そしてR6は、置換されていてもよい炭素数1〜20の有機基を示す。}で表される化合物を含む、[1]〜[4]のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池。
[6]
前記無機物が金属酸化物、金属水酸化物、炭酸塩、硫酸塩又は粘土鉱物から選ばれる群のいずれか一種以上を含む、[1]〜[5]のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池
[7]
前記セパレータのベースの膜が有機樹脂である、[1]〜[6]のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池。
[8]
満充電時におけるリチウム基準の正極電位が、4.2V(vsLi/Li+)を上回る、[1]〜[7]のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池。
[9]
前記正極活物質が、
下記式(3):
LiCо1-uMeu2 (3)
{式中、Meは、Coを除く遷移金属から成る群より選ばれる1種以上を示し、そしてuは、0.1≦u≦0.9の範囲内にある数である。}
で表される酸化物、
下記式(4):
zLi2McO3−(1−z)LiMdO2 (4)
{式中、Mc及びMdは、各々独立に、遷移金属から成る群より選ばれる1種以上であっていずれか一方又は両方がCoを含むものを示し、そしてzは、0.1≦z≦0.9の範囲内にある数である。}
で表される複合酸化物、
下記式(5):
LiMb1-yCoyPO4 (5)
{式中、Mbは、遷移金属から成る群より選ばれる1種以上を示し、そしてyは、0≦y≦0.9の範囲内にある数である。}
で表される化合物、及び
下記式(6):
Li2Mf1-yCoyPO4F (6)
{式中、Mfは、遷移金属から成る群より選ばれる1種以上を示し、そしてyは、0≦y≦0.9の範囲内にある数である。}
で表される化合物、
から成る群より選ばれる1種以上である、[1]〜[8]のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池。
[10]
前記セパレータの正極に対向する面に存在する無機物量は、負極に対向する面に存在する無機物量以下である、[1]〜[9]のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池。
[11]
前記正極活物質が、4.4V(vsLi/Li+)以上の電位において10mAh/g以上の放電容量を有する、[1]〜[10]のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池。 [1]
A positive electrode containing cobalt in the positive electrode active material;
A negative electrode,
A non-aqueous electrolyte,
A separator having a layer containing an inorganic substance on at least one side;
A lithium-ion secondary battery having a lithium-based positive electrode potential of 4.1 V (vsLi / Li + ) or higher when fully charged,
A lithium ion secondary battery in which an inorganic layer is present on the surface of the separator facing the negative electrode.
[2]
A non-aqueous electrolyte and a non-aqueous solvent,
Lithium salt,
A silicon-containing compound in which one or more hydrogen atoms of one or more compounds selected from the group consisting of inorganic acids, organic acids, acid amides, and amines are substituted with silicon-containing functional groups;
including,
The lithium ion secondary battery according to [1].
[3]
In the silicon-containing compound, one or more hydrogen atoms of one or more compounds selected from the group consisting of an inorganic acid, a carboxylic acid, and a phosphoric acid amide formed by a bond of a base containing boron or phosphorus and hydrogen are silicon. The lithium ion secondary battery according to [2], which is a silicon-containing compound substituted with a containing functional group.
[4]
The lithium ion secondary according to any one of [2] to [3], wherein the silicon-containing compound is a compound having one or more sites represented by —Si (R 1 ) (R 2 ) (R 3 ). battery. (R 1 to R 3 each independently represents an alkyl group, an alkenyl group, an alkoxy group, or an F-substituted alkyl group.)
[5]
The non-aqueous electrolyte further includes the following formula (1):
Figure 2016085885
{In the formula, M represents a phosphorus atom or a boron atom; when M is a phosphorus atom, w is 0 or 1, and when M is a boron atom, w is 0, R 1 , R 2 , and R 3 each independently represents an optionally substituted organic group having 1 to 10 carbon atoms, and R 4 and R 5 each independently represents an OH group, an OLi group, or an optionally substituted carbon number of 1; An alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms that may be substituted, a siloxy group having 3 to 10 carbon atoms, an aryl group having 6 to 15 carbon atoms, and an aryloxy group having 6 to 15 carbon atoms. A group selected from the group is shown. } And / or the following formula (2):
Figure 2016085885
{Wherein R 1 , R 2 , and R 3 each independently represents an optionally substituted organic group having 1 to 10 carbon atoms, and R 6 represents an optionally substituted carbon number 1 -20 organic groups are shown. } The lithium ion secondary battery in any one of [1]-[4] containing the compound represented by these.
[6]
The lithium ion secondary battery according to any one of [1] to [5], wherein the inorganic substance includes at least one member selected from the group consisting of metal oxides, metal hydroxides, carbonates, sulfates, and clay minerals. [7]
The lithium ion secondary battery according to any one of [1] to [6], wherein the base film of the separator is an organic resin.
[8]
The lithium ion secondary battery according to any one of [1] to [7], wherein the lithium-based positive electrode potential at the time of full charge exceeds 4.2 V (vsLi / Li + ).
[9]
The positive electrode active material is
Following formula (3):
LiCо 1-u Me u O 2 (3)
{In the formula, Me represents one or more selected from the group consisting of transition metals excluding Co, and u is a number in the range of 0.1 ≦ u ≦ 0.9. }
An oxide represented by
Following formula (4):
zLi 2 McO 3 - (1- z) LiMdO 2 (4)
{In the formula, Mc and Md each independently represent one or more selected from the group consisting of transition metals, one or both of which contain Co, and z is 0.1 ≦ z ≦ A number in the range of 0.9. }
A composite oxide represented by
Following formula (5):
LiMb 1-y Co y PO 4 (5)
{In the formula, Mb represents one or more selected from the group consisting of transition metals, and y is a number in the range of 0 ≦ y ≦ 0.9. }
And a compound represented by the following formula (6):
Li 2 Mf 1-y Co y PO 4 F (6)
{Wherein Mf represents one or more selected from the group consisting of transition metals, and y is a number in the range of 0 ≦ y ≦ 0.9. }
A compound represented by
The lithium ion secondary battery according to any one of [1] to [8], which is at least one selected from the group consisting of:
[10]
The lithium ion secondary battery according to any one of [1] to [9], wherein an amount of an inorganic substance existing on a surface facing the positive electrode of the separator is equal to or less than an amount of an inorganic substance existing on a surface facing the negative electrode.
[11]
The lithium ion secondary battery according to any one of [1] to [10], wherein the positive electrode active material has a discharge capacity of 10 mAh / g or more at a potential of 4.4 V (vsLi / Li + ) or more.

本発明によれば、電池の長期特性を高めた高エネルギー密度の電池を達成することができる。   According to the present invention, it is possible to achieve a high energy density battery with improved long-term characteristics of the battery.

以下、本発明を実施するための形態(以下、単に「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。   Hereinafter, a mode for carrying out the present invention (hereinafter, simply 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 scope of the present invention. Deformation is possible.

<リチウムイオン二次電池>
本実施形態では、リチウムイオン二次電池は、非水電解液、セパレータ、正極及び負極を含む高エネルギー密度電池である。正極は正極活物質中にCоを含むものであり、セパレータはその表面の片面又は両面に無機物を含む層を有し、少なくとも負極と対向する面には無機物が存在しているものである。
非水電解液は、無機酸、有機酸、酸アミド及びアミンから成る群より選ばれる一種以上の化合物の有する水素原子の一つ以上が珪素含有官能基で置換されている含珪素化合物を含むものであることが好ましい。
<Lithium ion secondary battery>
In the present embodiment, the lithium ion secondary battery is a high energy density battery including a non-aqueous electrolyte, a separator, a positive electrode, and a negative electrode. The positive electrode contains Cо in the positive electrode active material, and the separator has a layer containing an inorganic material on one or both surfaces of the surface, and the inorganic material exists at least on the surface facing the negative electrode.
The non-aqueous electrolyte contains a silicon-containing compound in which one or more hydrogen atoms of one or more compounds selected from the group consisting of inorganic acids, organic acids, acid amides, and amines are substituted with silicon-containing functional groups. It is preferable.

本実施形態に係る非水電解液は、充放電又は保存において電解液形成成分の分解が抑制されたり、正極活物質からの金属溶出が抑制されたり、負極デンドライドの針状成長が抑制されたりするため、長期にわたって安定した充放電を行うことができるような、信頼性及び安全性に優れた電池を形成することができる。   In the nonaqueous electrolytic solution according to the present embodiment, decomposition of the electrolytic solution-forming component is suppressed during charge / discharge or storage, metal elution from the positive electrode active material is suppressed, or needle-like growth of the negative electrode dendride is suppressed. Therefore, it is possible to form a battery with excellent reliability and safety that can perform stable charge and discharge over a long period of time.

非水電解液、セパレータ、正極、負極、などの構成要素について以下に説明する。   Components such as the non-aqueous electrolyte, the separator, the positive electrode, and the negative electrode will be described below.

[非水電解液]
本実施形態では、非水電解液は、リチウム塩、非水溶媒を含む。また、さらに添加剤を含んでもよく、含珪素化合物を添加剤として含むことが好ましい。また、フッ酸、水などの成分を含んでよい。
[Non-aqueous electrolyte]
In the present embodiment, the nonaqueous electrolytic solution includes a lithium salt and a nonaqueous solvent. Further, an additive may be included, and it is preferable that a silicon-containing compound is included as an additive. Further, it may contain components such as hydrofluoric acid and water.

〔リチウム塩〕
本実施形態に係る非水電解液は、電解質としてリチウム塩を用いる。リチウム塩としては、特に限定されないが、例えば、炭素原子をアニオンに含まない無機リチウム塩、炭素原子をアニオンに含む有機リチウム塩などが挙げられる。なお、リチウム塩としては、無機リチウム塩又は有機リチウム塩を一種単独で用いても、これらを併用してもよい。
[Lithium salt]
The non-aqueous electrolyte according to this embodiment uses a lithium salt as an electrolyte. Although it does not specifically limit as lithium salt, For example, the inorganic lithium salt which does not contain a carbon atom in an anion, the organic lithium salt which contains a carbon atom in an anion, etc. are mentioned. In addition, as lithium salt, inorganic lithium salt or organic lithium salt may be used individually by 1 type, or these may be used together.

上記無機リチウム塩としては、特に限定されないが、例えば、通常の非水電解質として用いられているものを使用することができる。このような無機リチウム塩としては、特に限定されないが、例えば、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、Li2SiF6、LiSbF6、LiAlO4、LiAlCl4、Li212b12-b(bは0〜3の整数)、多価アニオンと結合されたリチウム塩等が挙げられる。これら無機リチウム塩は一種単独で用いても、二種以上を併用してもよい。これらの中でも、LiPF6、及びLiBF4から成る群より選ばれる一種以上の無機リチウム塩がより好ましく、LiPF6がさらに好ましい。フッ素原子を有する無機リチウム塩を用いることにより、電池特性のバランスがより優れる傾向にある。また、リン原子又はホウ素原子を有する無機リチウム塩を用いることにより、イオン伝導性と取扱い性がより優れる傾向にある。 Although it does not specifically limit as said inorganic lithium salt, For example, what is used as a normal nonaqueous electrolyte can be used. Such an inorganic lithium salt is not particularly limited. For example, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , Li 2 SiF 6 , LiSbF 6 , LiAlO 4 , LiAlCl 4 , Li 2 B 12 F b H 12 -b (b is an integer of 0 to 3), a lithium salt bonded to a polyvalent anion, and the like. These inorganic lithium salts may be used alone or in combination of two or more. Among these, one or more inorganic lithium salts selected from the group consisting of LiPF 6 and LiBF 4 are more preferable, and LiPF 6 is more preferable. By using an inorganic lithium salt having a fluorine atom, the balance of battery characteristics tends to be more excellent. Further, by using an inorganic lithium salt having a phosphorus atom or a boron atom, ion conductivity and handleability tend to be more excellent.

上記有機リチウム塩としては、特に限定されないが、例えば、通常の非水電解質として用いられているものを使用することができる。このような有機リチウム塩としては、特に限定されないが、例えば、LiN(SO2CF32、LiN(SO2252等のLiN(SO2m2m+12(mは1〜8の整数)で表される有機リチウム塩;LiPF5(CF3)等のLiPFn(Cp2p+16-n(nは1〜5の整数、pは1〜8の整数)で表される有機リチウム塩;LiBF3(CF3)等のLiBFq(Cs2s+14-q(qは1〜3の整数、sは1〜8の整数)で表される有機リチウム塩;LiB(C242で表されるリチウムビス(オキサラト)ボレート(LiBOB);LiBF2(C24)で表されるリチウムオキサラトジフルオロボレート(LiODFB)に代表されるハロゲン化LiBOB;LiB(C3422で表されるリチウムビス(マロネート)ボレート(LiBMB);LiPF4(C22)で表されるリチウムテトラフルオロオキサラトフォスフェート;下記式(7a)、(7b)及び(7c)で表される有機リチウム塩などが挙げられる。
LiC(SO24)(SO25)(SO26) (7a)
LiN(SO2OR7)(SO2OR8) (7b)
LiN(SO29)(SO2OR10) (7c)
{式(7a)〜(7c)中、R4、R5、R6、R7、R8、R9及びR10は、各々独立に、炭素数1〜8のパーフルオロアルキル基を示す。}
Although it does not specifically limit as said organic lithium salt, For example, what is used as a normal nonaqueous electrolyte can be used. Such an organic lithium salt is not particularly limited. For example, LiN (SO 2 C m F 2m + 1 ) 2 (LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2, etc. m organolithium salt represented by an integer of 1 to 8); LiPF n (C p F 2p + 1) 6-n (n is an integer of from 1 to 5 such as LiPF 5 (CF 3), p is 1 An organic lithium salt represented by LiBF q (C s F 2s + 1 ) 4-q (q is an integer of 1 to 3, s is an integer of 1 to 8), such as LiBF 3 (CF 3 ) Lithium oxalate difluoroborate (LiODFB) represented by LiBF 2 (C 2 O 4 ); Lithium bis (oxalato) borate (LiBOB) represented by LiB (C 2 O 4 ) 2 Halogenated LiBOB typified by: LiB (C 3 O 4 H 2 ) 2 Malonate) borate (LiBMB); lithium tetrafluorooxalatophosphate represented by LiPF 4 (C 2 O 2 ); organic lithium salts represented by the following formulas (7a), (7b) and (7c) It is done.
LiC (SO 2 R 4 ) (SO 2 R 5 ) (SO 2 R 6 ) (7a)
LiN (SO 2 OR 7 ) (SO 2 OR 8 ) (7b)
LiN (SO 2 R 9 ) (SO 2 OR 10 ) (7c)
{In formulas (7a) to (7c), R 4 , R 5 , R 6 , R 7 , R 8 , R 9 and R 10 each independently represents a C 1-8 perfluoroalkyl group. }

これらのなかでも、ホウ素原子を有する有機リチウム塩が好ましい。このような有機リチウム塩は、構造上安定である。   Among these, an organic lithium salt having a boron atom is preferable. Such an organic lithium salt is structurally stable.

なお、上記リチウム塩は一種を単独で用いても、二種以上を併用してもよい。   In addition, the said lithium salt may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together.

非水電解液中のリチウム塩の濃度は、0.1mol/L〜5mol/Lが好ましく、0.5mol/L〜3mol/Lがより好ましく、0.8mol/L〜2mol/Lがさらに好ましい。リチウム塩の濃度が上記範囲内であることにより、非水電解液の導電率がより高い状態に保たれ、これを用いた非水二次電池の充放電効率もより高い状態に保たれる傾向にある。   The concentration of the lithium salt in the nonaqueous electrolytic solution is preferably from 0.1 mol / L to 5 mol / L, more preferably from 0.5 mol / L to 3 mol / L, still more preferably from 0.8 mol / L to 2 mol / L. When the concentration of the lithium salt is within the above range, the non-aqueous electrolyte has a higher conductivity, and the charge / discharge efficiency of the non-aqueous secondary battery using the non-aqueous electrolyte tends to be higher. It is in.

〔非水溶媒〕
本実施形態に係る非水電解液は、非水溶媒を含む。
[Nonaqueous solvent]
The nonaqueous electrolytic solution according to this embodiment includes a nonaqueous solvent.

非水溶媒としては、特に限定されないが、例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール等のアルコール類;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、プロピオン酸メチル、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、δ−バレロラクトン、ε−カプロラクトン等の酸エステル類;ジメチルケトン、ジエチルケトン、メチルエチルケトン、3−ペンタノン、アセトン等のケトン類;ペンタン、ヘキサン、オクタン、シクロヘキサン、ベンゼン、トルエン、キシレン、フルオロベンゼン、ヘキサフルオロベンゼン等の炭化水素類;ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、1,2−ジメトキシエタン、1,4−ジオキサン、クラウンエーテル類、グライム類、テトラヒドロフラン等のエーテル類;N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド等のアミド類;エチレンジアミン、ピリジン等のアミン類;プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、1,2−ブチレンカーボネート、トランス−2,3−ブチレンカーボネート、シス−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、トランス−2,3−ペンチレンカーボネート、シス−2,3−ペンチレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、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、メチルイソプロピルカーボネート、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等のカーボネート類;アセトニトリル、プロピオニトリル、アジポニトリル、スクシノニトリル、マロノニトリル、アクリロニトリル、メトキシアセトニトリル等のニトリル類;N−メチルピロリドン(NMP)等のラクタム類;スルホラン、3−メチルスルホラン、ジメチルスルホン、エチルメチルスルホン等のスルホン類;プロパンスルトン、ブタンスルトン等のスルホン酸エステル類;ジメチルスルホキシド等のスルホキシド類;シリコンオイル、石油等の工業オイル類;並びに、食用油が挙げられる。   Although it does not specifically limit as a nonaqueous solvent, For example, Alcohols, such as methanol, ethanol, isopropanol; Methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, butyl acetate, methyl propionate, (gamma) -butyrolactone, (gamma) -valerolactone, (delta)- Acid esters such as valerolactone and ε-caprolactone; ketones such as dimethyl ketone, diethyl ketone, methyl ethyl ketone, 3-pentanone and acetone; pentane, hexane, octane, cyclohexane, benzene, toluene, xylene, fluorobenzene, hexafluorobenzene Hydrocarbons such as dimethyl ether, diethyl ether, 1,2-dimethoxyethane, 1,4-dioxane, crown ethers, glymes, tetrahydrofuran, etc .; N, N-dimethylacetamide Amides such as N, N-dimethylformamide; amines such as ethylenediamine and pyridine; propylene carbonate, ethylene carbonate, vinylene carbonate, 1,2-butylene carbonate, trans-2,3-butylene carbonate, cis-2,3- Butylene carbonate, 1,2-pentylene carbonate, trans-2,3-pentylene carbonate, cis-2,3-pentylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, ethyl methyl carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl propyl carbonate, methyl Carbonates such as isopropyl carbonate, dipropyl carbonate, methyl butyl carbonate, dibutyl carbonate, ethyl propyl carbonate; acetonitrile, propylene Nitriles such as onitrile, adiponitrile, succinonitrile, malononitrile, acrylonitrile, methoxyacetonitrile; lactams such as N-methylpyrrolidone (NMP); sulfones such as sulfolane, 3-methylsulfolane, dimethylsulfone, and ethylmethylsulfone; propane Examples thereof include sulfonic acid esters such as sultone and butane sultone; sulfoxides such as dimethyl sulfoxide; industrial oils such as silicon oil and petroleum; and edible oils.

また、上記非水溶媒としては、溶媒分子中の水素原子の一個以上がハロゲン原子又は官能基で置換されているものを用いることもできる。このような溶媒としては、特に限定されないが、例えば、カーボネート化合物の有する水素原子の1個又は2個以上がフッ素原子又は塩素原子で置換されている化合物、ニトリル類の有する水素原子の1個又は2個以上がフッ素原子又は塩素原子で置換されている化合物、スルホン類の有する水素原子の1個又は2個以上がフッ素原子又は塩素原子で置換されている化合物、エステル化合物の有する水素原子の1個又は2個以上がフッ素原子又は塩素原子で置換されている化合物等が挙げられる。   In addition, as the non-aqueous solvent, a solvent in which one or more hydrogen atoms in the solvent molecule are substituted with a halogen atom or a functional group can be used. Such a solvent is not particularly limited. For example, a compound in which one or two or more hydrogen atoms of a carbonate compound are substituted with a fluorine atom or a chlorine atom, one hydrogen atom of a nitrile or Compound in which 2 or more are substituted with fluorine atom or chlorine atom, Compound in which 1 or 2 or more of hydrogen atoms of sulfones are substituted with fluorine atom or chlorine atom, 1 of hydrogen atoms in ester compound Examples thereof include compounds in which one or two or more of them are substituted with a fluorine atom or a chlorine atom.

また、非水溶媒として、イオン液体を用いることもできる。ここで、「イオン液体」とは、有機カチオンとアニオンとを組み合わせたイオンから成る液体をいう。   Moreover, an ionic liquid can also be used as a non-aqueous solvent. Here, the “ionic liquid” refers to a liquid composed of ions obtained by combining an organic cation and an anion.

有機カチオンとしては、特に限定されないが、例えば、ジアルキルイミダゾリウムカチオン、トリアルキルイミダゾリウムカチオン等のイミダゾリウムイオン;テトラアルキルアンモニウムイオン;アルキルピリジニウムイオン;ジアルキルピロリジニウムイオン;及びジアルキルピペリジニウムイオンが挙げられる。   The organic cation is not particularly limited, and examples thereof include imidazolium ions such as dialkylimidazolium cation and trialkylimidazolium cation; tetraalkylammonium ion; alkylpyridinium ion; dialkylpyrrolidinium ion; and dialkylpiperidinium ion. .

これらの有機カチオンのカウンターとなるアニオンとしては、特に限定されないが、例えば、PF6アニオン、PF3(C253アニオン、PF3(CF33アニオン、BF4アニオン、BF2(CF32アニオン、BF3(CF3)アニオン、ビスオキサラトホウ酸アニオン、Tf(トリフルオロメタンスルホニル)アニオン、Nf(ノナフルオロブタンスルホニル)アニオン、ビス(フルオロスルホニル)イミドアニオン、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドアニオン、ビス(ペンタフルオロエタンスルホニル)イミドアニオン、ジシアノアミンアニオン、ハロゲン化物アニオンなどを用いることができる。 The anion serving as a counter for these organic cations is not particularly limited. For example, PF 6 anion, PF 3 (C 2 F 5 ) 3 anion, PF 3 (CF 3 ) 3 anion, BF 4 anion, BF 2 ( CF 3 ) 2 anion, BF 3 (CF 3 ) anion, bisoxalatoborate anion, Tf (trifluoromethanesulfonyl) anion, Nf (nonafluorobutanesulfonyl) anion, bis (fluorosulfonyl) imide anion, bis (trifluoromethanesulfonyl) ) Imide anion, bis (pentafluoroethanesulfonyl) imide anion, dicyanoamine anion, halide anion, and the like can be used.

非水溶媒は、酸エステル類、ラクトン類、カーボネート類、エーテル類、及びニトリル類のいずれか一種以上を含むことが好ましく、酸エステル類、ラクトン類、及びカーボネート類のいずれか一種以上を含むことがより好ましく、カーボネート類のいずれか一種以上を含むことが特に好ましい。   The non-aqueous solvent preferably contains at least one of acid esters, lactones, carbonates, ethers, and nitriles, and contains at least one of acid esters, lactones, and carbonates. Is more preferable, and it is particularly preferable that one or more carbonates are included.

上記エーテル類としては、特に限定されないが、鎖状エーテル類が好ましく、鎖状エーテル類としては、例えば、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、1,2−ジメトキシエタン、1,4−ジオキサン、クラウンエーテル類、グライム類、テトラヒドロフランなどが挙げられる。   The ethers are not particularly limited, but chain ethers are preferable. Examples of chain ethers include dimethyl ether, diethyl ether, 1,2-dimethoxyethane, 1,4-dioxane, crown ethers, glyme. And tetrahydrofuran.

上記酸エステル類としては、特に限定されないが、鎖状エステル類が好ましく、鎖状エステル類としては、例えば、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸ブチル、シュウ酸ジメチル、コハク酸ジメチル、マロン酸ジメチルなどを挙げることができる。   The acid esters are not particularly limited, but chain esters are preferable. Examples of the chain esters include methyl acetate, ethyl acetate, butyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, butyl propionate, and And dimethyl succinate, dimethyl succinate, and dimethyl malonate.

上記非水溶媒は一種を単独で用いても、二種以上を併用してもよい。   The said non-aqueous solvent may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together.

二種以上の非水溶媒を併用する場合には、そのうち一種以上がカーボネート類であることが好ましい。カーボネート類としては環状カーボネート類と鎖状カーボネート類のいずれか一種類以上を用いる。   When two or more kinds of non-aqueous solvents are used in combination, one or more of them are preferably carbonates. As the carbonates, one or more of cyclic carbonates and chain carbonates are used.

上記環状カーボネート類としては、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、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン,ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンなどを挙げることができる。   Examples of the cyclic carbonates include ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one, vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, 4,5-difluoro-1,3-dioxolane. -2-one and the like.

上記鎖状カーボネート類としては、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、メチルプロピルカーボネート、メチルイソプロピルカーボネート、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などを挙げることができる。   The chain carbonates are not particularly limited, and examples thereof include ethyl methyl carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl propyl carbonate, methyl isopropyl carbonate, dipropyl carbonate, methyl butyl carbonate, dibutyl carbonate, and ethyl propyl carbonate. be able to.

〔添加剤〕
本実施形態に係る非水電解液は、必要に応じて、添加剤をさらに含有することができる。本実施形態で用いる添加剤としては、特に限定されないが、例えば、リチウム塩を溶解する溶媒としての役割を担う物質が挙げられる。このような物質は、上記の非水溶媒と実質的に重複してもよい。また、添加剤は、本実施形態に係る非水電解液及び非水二次電池の性能向上に寄与する物質であることが好ましく、電気化学的な反応には直接関与しない物質を用いることもできる。または、安全性を向上させたり、電池作製のハンドリング性を向上させたりする添加剤を用いることもできる。なお、添加剤は、一種単独で用いても、二種以上を併用してもよい。
〔Additive〕
The non-aqueous electrolyte according to the present embodiment can further contain an additive as necessary. Although it does not specifically limit as an additive used by this embodiment, For example, the substance which plays the role as a solvent which melt | dissolves lithium salt is mentioned. Such materials may substantially overlap with the non-aqueous solvent described above. Further, the additive is preferably a substance that contributes to improving the performance of the non-aqueous electrolyte and the non-aqueous secondary battery according to this embodiment, and a substance that does not directly participate in the electrochemical reaction can also be used. . Or the additive which improves safety | security or improves the handleability of battery preparation can also be used. In addition, an additive may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together.

添加剤としては、特に限定されないが、例えば、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネートに代表される不飽和結合含有環状カーボネート;γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、γ−カプロラクトン、δ−バレロラクトン、δ−カプロラクトン、ε−カプロラクトンに代表されるラクトン;1,2−ジオキサンに代表される環状エーテル;メチルホルメート、メチルアセテート、メチルプロピオネート、メチルブチレート、エチルホルメート、エチルアセテート、エチルプロピオネート、エチルブチレート、n−プロピルホルメート、n−プロピルアセテート、n−プロピルプロピオネート、n−プロピルブチレート、イソプロピルホルメート、イソプロピルアセテート、イソプロピルプロピオネート、イソプロピルブチレート、n−ブチルホルメート、n−ブチルアセテート、n−ブチルプロピオネート、n−ブチルブチレート、イソブチルホルメート、イソブチルアセテート、イソブチルプロピオネート、イソブチルブチレート、sec−ブチルホルメート、sec−ブチルアセテート、sec−ブチルプロピオネート、sec−ブチルブチレート、tert−ブチルホルメート、tert−ブチルアセテート、tert−ブチルプロピオネート、tert−ブチルブチレート、メチルピバレート、n−ブチルピバレート、n−ヘキシルピバレート、n−オクチルピバレート、ジメチルオキサレート、エチルメチルオキサレート、ジエチルオキサレート、ジフェニルオキサレート、マロン酸エステル、フマル酸エステル、マレイン酸エステルに代表されるカルボン酸エステル;N−メチルホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミドに代表されるアミド;エチレンサルファイト、プロピレンサルファイト、ブチレンサルファイト、ペンテンサルファイト、スルホラン、3−メチルスルホラン、3−スルホレン、1,3−プロパンスルトン、1,4−ブタンスルトン、1,3−プロパンジオール硫酸エステル、テトラメチレンスルホキシド、チオフェン1−オキシドに代表される環状硫黄化合物;モノフルオロベンゼン、ビフェニル、フッ素化ビフェニルに代表される芳香族化合物;ニトロメタンに代表されるニトロ化合物;シッフ塩基;シッフ塩基錯体;オキサラト錯体、置換又は無置換のベンゼン、ビフェニル、ナフタレン、ターフェニルに代表される芳香族化合物;リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、亜リン酸トリメチル、亜リン酸トリエチル、フッ素置換のリン酸又は亜リン酸エステルに代表されるリン酸エステル又は亜リン酸エステル;ジフルオロリン酸塩、モノフルオロリン酸塩、硝酸塩、炭酸塩に代表される塩構造のものが挙げられる。これらは一種単独で用いても、二種以上を併用してもよい。添加剤として、含珪素化合物を用いることが好ましい。   Although it does not specifically limit as an additive, For example, unsaturated bond containing cyclic carbonate represented by vinylene carbonate and vinyl ethylene carbonate; (gamma) -butyrolactone, (gamma) -valerolactone, (gamma) -caprolactone, (delta) -valerolactone, (delta) -caprolactone Lactone represented by ε-caprolactone; cyclic ether represented by 1,2-dioxane; methyl formate, methyl acetate, methyl propionate, methyl butyrate, ethyl formate, ethyl acetate, ethyl propionate, Ethyl butyrate, n-propyl formate, n-propyl acetate, n-propyl propionate, n-propyl butyrate, isopropyl formate, isopropyl acetate, isopropyl propionate, isopropyl butyrate n-butyl formate, n-butyl acetate, n-butyl propionate, n-butyl butyrate, isobutyl formate, isobutyl acetate, isobutyl propionate, isobutyl butyrate, sec-butyl formate, sec-butyl acetate , Sec-butyl propionate, sec-butyl butyrate, tert-butyl formate, tert-butyl acetate, tert-butyl propionate, tert-butyl butyrate, methyl pivalate, n-butyl pivalate, n-hexylpi Carboxyl represented by barate, n-octyl pivalate, dimethyl oxalate, ethyl methyl oxalate, diethyl oxalate, diphenyl oxalate, malonic acid ester, fumaric acid ester, maleic acid ester Esters; amides represented by N-methylformamide, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide; ethylene sulfite, propylene sulfite, butylene sulfite, pentene sulfite, sulfolane, 3-methylsulfolane, 3 -Cyclic sulfur compounds represented by sulfolene, 1,3-propane sultone, 1,4-butane sultone, 1,3-propanediol sulfate, tetramethylene sulfoxide, thiophene 1-oxide; monofluorobenzene, biphenyl, fluorinated biphenyl A nitro compound represented by nitromethane; a Schiff base; a Schiff base complex; an oxalate complex, an aromatic compound represented by substituted or unsubstituted benzene, biphenyl, naphthalene, and terphenyl; Trimethyl phosphate, triethyl phosphate, trimethyl phosphite, triethyl phosphite, phosphoric acid ester or phosphite represented by fluorine-substituted phosphoric acid or phosphite; difluorophosphate, monofluorophosphoric acid Examples of the salt structure include salts, nitrates, and carbonates. These may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together. As an additive, a silicon-containing compound is preferably used.

〔含珪素化合物〕
本実施形態の添加剤として好ましく使用される含珪素化合物は、無機酸、有機酸、酸アミド、及びアミンから成る群より選ばれる一種以上の化合物の有する水素原子の一つ以上を珪素含有官能基で置換することにより得られる。このような構造の化合物は、珪素含有官能基とその他の部位との効果によって、正極を保護する効果を示し、かつ、非水溶媒、リチウム塩及び他の添加剤の正極上での酸化及び副反応、並びに正極活物質成分の電解液への溶出を抑制することができる。これにより、電池特性がより向上する。
[Silicon-containing compound]
The silicon-containing compound preferably used as an additive of the present embodiment is a silicon-containing functional group having one or more hydrogen atoms of one or more compounds selected from the group consisting of inorganic acids, organic acids, acid amides, and amines. Is obtained by substituting The compound having such a structure exhibits an effect of protecting the positive electrode due to the effect of the silicon-containing functional group and other sites, and is effective in oxidizing and adsorbing a non-aqueous solvent, a lithium salt and other additives on the positive electrode. Reaction and elution of the positive electrode active material component into the electrolyte can be suppressed. Thereby, a battery characteristic improves more.

(無機酸)
無機酸としては、特に限定されないが、例えば、ホウ素、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素、硫黄、セレン、テルル、窒素、リン、ヒ素などの、非金属元素を含む無機酸が挙げられる。これらのなかでも、ホウ素、硫黄、リン、又は窒素を含む無機酸が好ましく、ホウ素又はリンを含む無機酸がより好ましく、リンを含む無機酸がさらに好ましい。具体的には、無機酸としては、例えば、リン酸、亜リン酸、ポリリン酸、ホスホン酸、ホスフィン酸又はホウ酸が好ましい。ホウ素又はリンを含む塩基と水素との結合により形成された無機酸の有する水素原子の一つ以上を珪素含有官能基で置換した化合物を用いることにより、正極を保護する効果がより向上し、かつ非水溶媒、リチウム塩及び他の添加剤の正極上での酸化及び副反応、並びに正極活物質成分の電解液への溶出をより抑制することができる傾向にある。これはホウ素やリンが正極活物質の金属と作用しやすい傾向にあることに由来する。これにより、電池特性がより向上する傾向にある。
(Inorganic acid)
The inorganic acid is not particularly limited, and examples thereof include inorganic acids containing nonmetallic elements such as boron, fluorine, chlorine, bromine, iodine, sulfur, selenium, tellurium, nitrogen, phosphorus, and arsenic. Among these, an inorganic acid containing boron, sulfur, phosphorus, or nitrogen is preferable, an inorganic acid containing boron or phosphorus is more preferable, and an inorganic acid containing phosphorus is more preferable. Specifically, as the inorganic acid, for example, phosphoric acid, phosphorous acid, polyphosphoric acid, phosphonic acid, phosphinic acid or boric acid is preferable. By using a compound in which one or more hydrogen atoms of an inorganic acid formed by the bond of a base containing boron or phosphorus and hydrogen are substituted with a silicon-containing functional group, the effect of protecting the positive electrode is further improved, and It tends to be possible to further suppress oxidation and side reactions of the nonaqueous solvent, lithium salt and other additives on the positive electrode, and elution of the positive electrode active material component into the electrolyte. This is because boron and phosphorus tend to easily act on the metal of the positive electrode active material. Thereby, the battery characteristics tend to be further improved.

(有機酸)
有機酸としては、特に限定されないが、例えば、スルホン酸又はカルボン酸部位を一種以上持つ化合物が挙げられる。これらの化合物の有する水素原子の一つ以上が珪素含有官能基で置換されている化合物を用いることにより、正極を保護する効果がより向上し、かつ、非水溶媒、リチウム塩及び他の添加剤の正極上での酸化及び副反応、並びに正極活物質成分の電解液への溶出をより抑制することができる傾向にある。これにより、電池特性がより向上する傾向にある。有機酸としては、カルボン酸部位を一種以上持つ化合物が好ましい。
(Organic acid)
Although it does not specifically limit as an organic acid, For example, the compound which has 1 or more types of sulfonic acid or a carboxylic acid site | part is mentioned. By using a compound in which one or more hydrogen atoms of these compounds are substituted with a silicon-containing functional group, the effect of protecting the positive electrode is further improved, and a non-aqueous solvent, a lithium salt, and other additives It tends to be possible to further suppress oxidation and side reactions on the positive electrode and elution of the positive electrode active material component into the electrolyte. Thereby, the battery characteristics tend to be further improved. As the organic acid, a compound having at least one carboxylic acid moiety is preferable.

スルホン酸部位を一種以上持つ化合物としては、特に限定されないが、例えば、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、プロパンスルホン酸、ブタンスルホン酸、アクリル酸スルホン酸、ビニルスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、アルキルベンゼンスルホン酸、トルエンスルホン酸、フルオロスルホン酸などが挙げられる。   The compound having one or more sulfonic acid moieties is not particularly limited. For example, methanesulfonic acid, ethanesulfonic acid, propanesulfonic acid, butanesulfonic acid, acrylic acid sulfonic acid, vinylsulfonic acid, benzenesulfonic acid, alkylbenzenesulfonic acid , Toluenesulfonic acid, fluorosulfonic acid and the like.

カルボン酸部位を一種以上持つ化合物としては、特に限定されないが、例えば、酢酸、トリフルオロ酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、アクリル酸、メタクリル酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、安息香酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、サリチル酸、マロン酸、フマル酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、イタコン酸などが挙げられる。これらのなかでも、安息香酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、サリチル酸、マロン酸、フマル酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、イタコン酸などが好ましく、アジピン酸、イタコン酸、コハク酸、マロン酸、フマル酸、グルタル酸、安息香酸、イソフタル酸、及びテレフタル酸がより好ましく、ジカルボン酸である、アジピン酸、イタコン酸、コハク酸、マロン酸、フマル酸、グルタル酸、イソフタル酸、及びテレフタル酸がさらに好ましく、アジピン酸、イタコン酸、コハク酸、イソフタル酸、及びテレフタル酸が最も好ましい。
カルボン酸部位を一種以上持つ化合物を使用することで正極を保護する効果がより向上し、かつ非水溶媒、リチウム塩及び他の添加剤の正極上での酸化及び副反応、並びに正極活物質成分の電解液への溶出をより抑制することができる傾向にある。それは、カルボキシル部位が正極活物質の金属と作用しやすい傾向にあることに由来する。また、一分子中にカルボキシル部位を二つ有するジカルボン酸はより高い効果を示す。
The compound having at least one carboxylic acid moiety is not particularly limited, for example, acetic acid, trifluoroacetic acid, propionic acid, butyric acid, valeric acid, acrylic acid, methacrylic acid, oleic acid, linoleic acid, linolenic acid, benzoic acid, Examples include phthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, salicylic acid, malonic acid, fumaric acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, and itaconic acid. Among these, benzoic acid, phthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, salicylic acid, malonic acid, fumaric acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, itaconic acid and the like are preferable, and adipic acid, itaconic acid, succinic acid, malon are preferable. More preferred are acids, fumaric acid, glutaric acid, benzoic acid, isophthalic acid, and terephthalic acid, which are dicarboxylic acids, adipic acid, itaconic acid, succinic acid, malonic acid, fumaric acid, glutaric acid, isophthalic acid, and terephthalic acid Are more preferred, with adipic acid, itaconic acid, succinic acid, isophthalic acid, and terephthalic acid being most preferred.
The effect of protecting the positive electrode is further improved by using a compound having one or more carboxylic acid moieties, and oxidation and side reactions of the nonaqueous solvent, lithium salt and other additives on the positive electrode, and positive electrode active material components There is a tendency that elution into the electrolyte can be further suppressed. This is because the carboxyl site tends to act with the metal of the positive electrode active material. In addition, a dicarboxylic acid having two carboxyl moieties in one molecule shows a higher effect.

(酸アミド)
酸アミドとしては、特に限定されないが、例えば、Nアルキル置換又は無置換のアセトアミド、及び、Nアルキル置換又は無置換のホルムアミドに代表されるカルボン酸アミド;スルホン酸アミド、Nアルキル置換又は無置換のリン酸モノアミド、Nアルキル置換又は無置換のリン酸ジアミド、及び、Nアルキル置換又は無置換のリン酸トリアミドに代表されるリン酸アミドなどが挙げられる。これらのなかでも、Nアルキル置換カルボン酸アミド、又はNアルキル置換リン酸トリアミドなどのリン酸アミドが好ましい。Nアルキル置換カルボン酸アミド又はリン酸アミドの有する水素原子の一つ以上が珪素含有官能基で置換されている化合物を用いることにより、正極を保護する効果がより向上し、かつ、非水溶媒、リチウム塩及び他の添加剤の正極上での酸化及び副反応、並びに正極活物質成分の電解液への溶出をより抑制することができる傾向にある。また、この化合物には、電池中で不要な酸分を除去する機能がある。これにより、電池特性がより向上する傾向にある。
(Acid amide)
The acid amide is not particularly limited, but examples thereof include N-alkyl substituted or unsubstituted acetamide and carboxylic acid amides represented by N-alkyl substituted or unsubstituted formamide; sulfonic acid amide, N-alkyl substituted or unsubstituted Examples thereof include phosphoric acid monoamide, N-alkyl-substituted or unsubstituted phosphoric acid diamide, and phosphoric acid amide represented by N-alkyl-substituted or unsubstituted phosphoric acid triamide. Among these, phosphoric acid amides such as N-alkyl-substituted carboxylic acid amides or N-alkyl-substituted phosphoric acid triamides are preferable. By using a compound in which one or more hydrogen atoms of the N-alkyl-substituted carboxylic acid amide or phosphoric acid amide are substituted with a silicon-containing functional group, the effect of protecting the positive electrode is further improved, and a non-aqueous solvent, There is a tendency that oxidation and side reaction of the lithium salt and other additives on the positive electrode and elution of the positive electrode active material component into the electrolytic solution can be further suppressed. This compound also has a function of removing unnecessary acid content in the battery. Thereby, the battery characteristics tend to be further improved.

(アミン)
アミンとしては、特に限定されないが、例えば、第一級アミン、第二級アミン、第三級アミン及び第四級アンモニウム塩が挙げられる。これらのなかでも、第二級アミン又は第三級アミンが好ましい。
(Amine)
Although it does not specifically limit as an amine, For example, a primary amine, a secondary amine, a tertiary amine, and a quaternary ammonium salt are mentioned. Among these, a secondary amine or a tertiary amine is preferable.

無機酸、有機酸、酸アミド及びアミンのなかでも、無機酸又は有機酸が好ましい。無機酸又は有機酸の有する水素原子の一つ以上が珪素含有官能基で置換されている化合物を用いることにより、非水溶媒、リチウム塩及び添加剤の正極上での酸化及び副反応、並びに正極活物質成分の電解液への溶出を抑制する能力がより優れる傾向にある。   Among inorganic acids, organic acids, acid amides and amines, inorganic acids or organic acids are preferable. By using a compound in which one or more hydrogen atoms of an inorganic acid or an organic acid are substituted with a silicon-containing functional group, oxidation and side reactions on a positive electrode of a nonaqueous solvent, a lithium salt, and an additive, and a positive electrode There exists a tendency for the ability to suppress the elution to the electrolyte solution of an active material component to be more excellent.

本実施形態の珪素化合物は、無機酸、有機酸、酸アミド又はアミン部位を一つ含んでいても二つ以上含んでいてもよい。   The silicon compound of this embodiment may contain one or two or more inorganic acid, organic acid, acid amide, or amine sites.

(珪素含有官能基)
珪素含有官能基としては、特に限定されないが、例えば、−Si(R1)(R2)(R3)で表される部位を一つ以上有する官能基が挙げられる。ここで、R1〜R3の一つ以上が、ハロゲン置換又は無置換の、飽和又は不飽和の、炭素数1〜20の炭化水素基であることが好ましく、R1〜R3の二つ以上が、ハロゲン置換又は無置換の、飽和又は不飽和の、炭素数1〜20の炭化水素基であることがより好ましい。
(Silicon-containing functional group)
Although it does not specifically limit as a silicon-containing functional group, For example, the functional group which has one or more site | parts represented by -Si (R < 1 >) (R < 2 >) (R < 3 >) is mentioned. Here, one or more of R 1 to R 3 is a halogen-substituted or unsubstituted, saturated or unsaturated, preferably a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, two of R 1 to R 3 The above is more preferably a halogen-substituted or unsubstituted, saturated or unsaturated, hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms.

ハロゲン置換又は無置換の飽和又は不飽和の炭化水素基としては、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、アリル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、N置換アルキル基、F置換アルキル基、F置換アルコキシ基、ビニル基、アクリル基、メタクリル基などが挙げられ、アルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、F置換アルキル基が好ましい。   The halogen-substituted or unsubstituted saturated or unsaturated hydrocarbon group is not particularly limited, and examples thereof include alkyl groups, alkenyl groups, alkynyl groups, allyl groups, alkoxy groups, alkylthio groups, N-substituted alkyl groups, and F-substituted alkyls. Group, F-substituted alkoxy group, vinyl group, acrylic group, methacryl group and the like, and alkyl group, alkenyl group, alkoxy group and F-substituted alkyl group are preferable.

また、R1〜R3の少なくとも二つが結合して環を形成していてもよい。環を形成する場合には、例えば、R1〜R3の少なくとも二つが、ハロゲン置換又は無置換の、飽和又は不飽和の、共通のアルキレン基を示す。 Further, at least two of R 1 to R 3 may be bonded to form a ring. In the case of forming a ring, for example, at least two of R 1 to R 3 represent a halogenated or unsubstituted, saturated or unsaturated, common alkylene group.

1〜R3のうち、ハロゲン置換又は無置換の飽和又は不飽和の炭化水素基以外の官能基としては、特に限定されないが、例えば、水素原子、ハロゲン原子、水酸基、アミノ基、メルカプト基、スルフィド基などが挙げられる。 Among R 1 to R 3 , the functional group other than the halogen-substituted or unsubstituted saturated or unsaturated hydrocarbon group is not particularly limited, and examples thereof include a hydrogen atom, a halogen atom, a hydroxyl group, an amino group, a mercapto group, Examples thereof include a sulfide group.

含珪素化合物としては、特に限定されないが、例えば、無機酸、有機酸、酸アミド又はアミンの有する水素原子のうち、珪素含有官能基で置換されていない残りの水素原子が珪素不含有官能基で置換された化合物であってもよい。   The silicon-containing compound is not particularly limited. For example, among the hydrogen atoms possessed by inorganic acids, organic acids, acid amides or amines, the remaining hydrogen atoms not substituted with silicon-containing functional groups are silicon-free functional groups. It may be a substituted compound.

(珪素不含有官能基)
珪素不含有官能基としては、特に限定されないが、例えば、ハロゲン置換又は無置換の、飽和又は不飽和の、炭素数1〜20の炭化水素基が挙げられる。このような炭化水素基としては、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、アリル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、N置換アルキル基、F置換アルキル基、F置換アルコキシ基、ビニル基、アクリル基、メタクリル基などが挙げられる。
(Functional group containing no silicon)
Although it does not specifically limit as a silicon-free functional group, For example, a halogen-substituted or unsubstituted, saturated or unsaturated C1-C20 hydrocarbon group is mentioned. Such hydrocarbon groups are not particularly limited, and examples thereof include alkyl groups, alkenyl groups, alkynyl groups, allyl groups, alkoxy groups, alkylthio groups, N-substituted alkyl groups, F-substituted alkyl groups, F-substituted alkoxy groups, vinyls. Group, acrylic group, methacryl group and the like.

また、二つ以上の水素原子を置換する珪素不含有官能基が結合して環を形成していてもよい。環を形成する場合には、例えば二つの珪素不含有官能基が、置換又は無置換の、飽和又は不飽和の、共通のアルキレン基を示す。   Further, a silicon-free functional group that replaces two or more hydrogen atoms may be bonded to form a ring. In the case of forming a ring, for example, two silicon-free functional groups represent a substituted or unsubstituted, saturated or unsaturated, common alkylene group.

含珪素化合物としては、特に限定されないが、無機酸又は有機酸の有する水素原子の一つ以上が珪素含有官能基で置換されている化合物が好ましく、ホウ素若しくはリンを含む無機酸、又はカルボン酸の有する水素原子の一つ以上が珪素含有官能基で置換されている化合物がより好ましく、ホウ素又はリンを含む無機酸、又はカルボン酸の有する水素原子の二つ以上が珪素含有官能基で置換されている化合物がさらに好ましい。   The silicon-containing compound is not particularly limited, but is preferably a compound in which one or more hydrogen atoms of an inorganic acid or an organic acid are substituted with a silicon-containing functional group, and includes an inorganic acid or a carboxylic acid containing boron or phosphorus. More preferable is a compound in which one or more hydrogen atoms are substituted with a silicon-containing functional group, and two or more hydrogen atoms of a boron or phosphorus-containing inorganic acid or carboxylic acid are substituted with a silicon-containing functional group. More preferred are compounds.

このような含珪素化合物としては、特に限定されないが、例えば、トリス(トリメチルシリル)リン酸、トリス(トリメチルシリル)亜リン酸、トリメチルシリルポリリン酸、ビス(トリメチルシリル)ホスホン酸エチル、ビス(トリメチルシリル)ホスホン酸ブチル、ビス(トリメチルシリル)ホスホン酸アリル、ビス(トリメチルシリル)ホスホン酸ビニル、トリス(トリメチルシリル)ホウ酸、トリス(トリエチルシリル)リン酸、トリメチルシリル酢酸、ビス(トリメチルシリル)コハク酸、ビス(トリメチルシリル)マロン酸、ビス(トリメチルシリル)アジピン酸、ビス(トリメチルシリル)イソフタル酸、ビス(トリメチルシリル)テレフタル酸、ビス(トリエチルシリル)マロン酸、ビス(トリエチルシリル)アジピン酸、ビス(トリエチルシリル)イタコン酸、ビス(トリエチルシリル)フマル酸、ビス(トリメチルシリル)コハク酸、ビス(トリメチルシリル)シュウ酸、N,O−ビス(トリメチルシリル)アセトアミド、1,3−ビス(トリメチルシロキシ)−1,3−ジメチルジシロキサン、トリメチルシリルイソシアネートなどが挙げられる。   Examples of such silicon-containing compounds include, but are not limited to, tris (trimethylsilyl) phosphoric acid, tris (trimethylsilyl) phosphorous acid, trimethylsilylpolyphosphoric acid, ethyl bis (trimethylsilyl) phosphonate, butyl bis (trimethylsilyl) phosphonate Allyl, bis (trimethylsilyl) phosphonate, vinyl bis (trimethylsilyl) phosphonate, tris (trimethylsilyl) boric acid, tris (triethylsilyl) phosphoric acid, trimethylsilylacetic acid, bis (trimethylsilyl) succinic acid, bis (trimethylsilyl) malonic acid, bis (Trimethylsilyl) adipic acid, bis (trimethylsilyl) isophthalic acid, bis (trimethylsilyl) terephthalic acid, bis (triethylsilyl) malonic acid, bis (triethylsilyl) adipic acid, Sus (triethylsilyl) itaconic acid, bis (triethylsilyl) fumaric acid, bis (trimethylsilyl) succinic acid, bis (trimethylsilyl) oxalic acid, N, O-bis (trimethylsilyl) acetamide, 1,3-bis (trimethylsiloxy)- Examples include 1,3-dimethyldisiloxane and trimethylsilyl isocyanate.

非水電解液中の含珪素化合物の含有量は、特に限定されないが、非水電解液100質量%に対して、0.1質量%〜20質量%が好ましく、0.1質量%〜15質量%がより好ましく、0.5質量%〜10質量%がさらに好ましい。この含有量が上記範囲内であることにより、耐酸化性により優れ、より高い正極電位及び電池電圧を有する電池を得ることができる傾向にある。含珪素化合物の含有量は、電解液に混合された状態であっても、例えば核磁気共鳴分光分析法(NMR spectrometry)、ガスクロマトグラフィ等により測定することができる。核磁気共鳴分光分析法では珪素、ホウ素、リンなどを測定核種として選択できる。   The content of the silicon-containing compound in the nonaqueous electrolytic solution is not particularly limited, but is preferably 0.1% by mass to 20% by mass, and 0.1% by mass to 15% by mass with respect to 100% by mass of the nonaqueous electrolytic solution. % Is more preferable, and 0.5% by mass to 10% by mass is more preferable. When this content is within the above range, it tends to be possible to obtain a battery that is more excellent in oxidation resistance and has a higher positive electrode potential and battery voltage. The content of the silicon-containing compound can be measured, for example, by nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR spectroscopy), gas chromatography, or the like, even in a state where it is mixed in the electrolytic solution. In nuclear magnetic resonance spectroscopy, silicon, boron, phosphorus, or the like can be selected as a measurement nuclide.

〔フッ酸〕
また、本実施形態に係る非水電解液は、フッ酸を含有してもよい。フッ酸の含有量は、0.5〜50質量ppmが好ましく、1〜30質量ppmがより好ましく、2〜20質量ppmがさらに好ましい。フッ酸の含有率が上記範囲であることにより、SEI膜の継続的な修復及び形成がより容易となる傾向にある。
[Hydrofluoric acid]
Moreover, the non-aqueous electrolyte according to the present embodiment may contain hydrofluoric acid. The content of hydrofluoric acid is preferably 0.5 to 50 ppm by mass, more preferably 1 to 30 ppm by mass, and even more preferably 2 to 20 ppm by mass. When the content of hydrofluoric acid is in the above range, continuous repair and formation of the SEI film tend to be easier.

(水)
本実施形態に係る非水電解液は、水分を含まないことが好ましいが、本実施形態の課題解決を阻害しない範囲であれば、ごく微量の水分を含有してもよい。そのような水分の含有量は、非水電解液の全量に対して、0〜100質量ppmが好ましく、1〜50質量ppmがより好ましく、1〜30質量ppmがさらに好ましい。
(water)
The nonaqueous electrolytic solution according to the present embodiment preferably does not contain moisture, but may contain a very small amount of moisture as long as the solution of the problem of the present embodiment is not hindered. Such water content is preferably 0 to 100 ppm by mass, more preferably 1 to 50 ppm by mass, and even more preferably 1 to 30 ppm by mass with respect to the total amount of the non-aqueous electrolyte.

[セパレータ]
本実施形態では、リチウムイオン電池などの非水電解液電池は、正極と負極との間にセパレータを備える。セパレータには、イオン透過性が大きく、機械的強度に優れる絶縁性の薄膜を選択する。
[Separator]
In this embodiment, a nonaqueous electrolyte battery such as a lithium ion battery includes a separator between the positive electrode and the negative electrode. As the separator, an insulating thin film having high ion permeability and excellent mechanical strength is selected.

本実施形態におけるセパレータはベースの膜に対して、その表面の片面又は両面に無機物の層が形成されている。無機物の層を形成する前のベースの膜の材質は、特に限定されないが、例えば、セラミック、ガラス、樹脂、セルロースなどが挙げられる。樹脂としては、合成樹脂であっても天然樹脂(天然高分子)であってもよく、また、有機樹脂であっても無機樹脂であってもよいが、セパレータとしての性能に優れるという観点から、有機樹脂が好適に用いられる。   In the separator according to the present embodiment, an inorganic layer is formed on one or both surfaces of the base film. The material of the base film before forming the inorganic layer is not particularly limited, and examples thereof include ceramic, glass, resin, and cellulose. The resin may be a synthetic resin or a natural resin (natural polymer), and may be an organic resin or an inorganic resin. From the viewpoint of excellent performance as a separator, Organic resins are preferably used.

有機樹脂としては、特に限定されないが、例えば、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド、並びに、液晶ポリエステル及びアラミド等の耐熱樹脂が挙げられる。ポリオレフィンとしてはポリエチレンやポリプロピレンあるいはそれらを含む共重合体やポリマーアロイが用いられる。   Although it does not specifically limit as organic resin, For example, heat resistant resins, such as polyolefin, polyester, polyamide, liquid crystal polyester, and aramid, are mentioned. As the polyolefin, polyethylene, polypropylene, or a copolymer or polymer alloy containing them is used.

また、無機樹脂としては、特に限定されないが、例えば、シリコーン樹脂などが挙げられる。   Moreover, it does not specifically limit as inorganic resin, For example, a silicone resin etc. are mentioned.

ベースの膜の材質は、耐熱性の観点から、セラミック及びガラスが好ましく、ハンドリング性及び耐熱性の観点から、ポリエステル、ポリアミド、液晶ポリエステル、アラミド、及びセルロースが好ましい。また、コスト及び加工性、高温シャットダウン性能の観点から、ポリオレフィンが好ましい。これらの材質のうち、樹脂を採用する場合、単独重合体でも共重合体でもよく、また、複数種の樹脂の混合体及びアロイを用いてもよい。
なお、ベースの膜にセラミックやガラスを用いる場合、形成される無機物の層と実質的に同一のものであっても異なるものであってもよい。
ベースの膜としてポリオレフィンを用いる場合について説明する。シャットダウン性能等の観点から、膜構成成分の50質量%以上100質量%以下をポリオレフィン樹脂が占めるポリオレフィン樹脂組成物で形成されることが好ましく、ポリオレフィン樹脂が占める割合は60質量%以上100質量%以下であることがより好ましく、70質量%以上100質量%以下であることが更に好ましい。
ポリオレフィン樹脂としては特に限定されず、例えば、エチレン、プロピレン、1−ブテン、4−メチル−1−ペンテン、1−ヘキセン、及び1−オクテン等のホモ重合体、共重合体、又は多段重合体等が挙げられる。また、これらのポリオレフィン樹脂は、単独で用いても、2種以上を混合して用いてもよい。ポリオレフィン樹脂の具体例としては、低密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、超高分子量ポリエチレン、アイソタクチックポリプロピレン、アタクティックポリプロピレン、エチレン−プロピレンランダム共重合体、ポリブテン、エチレンプロピレンラバー等を挙げることができる。
シャットダウン性と高強度の観点から、ポリオレフィン樹脂として特に高密度ポリエチレンを主成分とする樹脂組成物を用いることが好ましい。
また、耐熱性の観点からポリプロピレンと他の樹脂との樹脂組成物であることが好ましい。
The material of the base film is preferably ceramic and glass from the viewpoint of heat resistance, and polyester, polyamide, liquid crystal polyester, aramid, and cellulose are preferable from the viewpoint of handling and heat resistance. Polyolefin is preferred from the viewpoints of cost, processability, and high-temperature shutdown performance. Among these materials, when a resin is employed, it may be a homopolymer or a copolymer, and a mixture of a plurality of types of resins and an alloy may be used.
When ceramic or glass is used for the base film, it may be substantially the same as or different from the formed inorganic layer.
A case where polyolefin is used as the base film will be described. From the viewpoint of shutdown performance and the like, it is preferably formed of a polyolefin resin composition in which the polyolefin resin occupies 50% by mass or more and 100% by mass or less of the film constituents, and the proportion of the polyolefin resin is 60% by mass or more and 100% by mass or less. It is more preferable that it is 70 mass% or more and 100 mass% or less.
The polyolefin resin is not particularly limited, and examples thereof include homopolymers such as ethylene, propylene, 1-butene, 4-methyl-1-pentene, 1-hexene, and 1-octene, copolymers, or multistage polymers. Is mentioned. Moreover, these polyolefin resins may be used independently or may be used in mixture of 2 or more types. Specific examples of the polyolefin resin include low density polyethylene, linear low density polyethylene, medium density polyethylene, high density polyethylene, ultrahigh molecular weight polyethylene, isotactic polypropylene, atactic polypropylene, ethylene-propylene random copolymer, polybutene, An ethylene propylene rubber etc. can be mentioned.
From the viewpoint of shutdown properties and high strength, it is preferable to use a resin composition mainly composed of high-density polyethylene as the polyolefin resin.
Moreover, it is preferable that it is a resin composition of a polypropylene and other resin from a heat resistant viewpoint.

また、ベースの膜は、複数の材質の膜を積層した積層体であってもよい。セパレータが積層体の場合、各層の材質が互いに同じものであっても異なるものであってもよい。   Further, the base film may be a laminated body in which films of a plurality of materials are laminated. When the separator is a laminate, the material of each layer may be the same or different.

積層体の膜を作製する場合、ある層を別の層上に形成することを繰り返すことで順に積層して、すなわち逐次多層化して作製してもよく、それぞれ別に作製した複数の膜を貼り合わせることで積層体を作製してもよい。   In the case of manufacturing a film of a laminated body, it may be formed in order by repeating the formation of one layer on another layer, that is, sequentially multilayered, and a plurality of films prepared separately are bonded together. Thus, a laminate may be produced.

本実施形態におけるベースの膜形態としては、例えば、合成樹脂を製膜して製造した合成樹脂性微多孔膜、合成樹脂又は天然高分子を紡糸した繊維、ガラス繊維又はセラミック繊維を加工した織布、不織布、編布、抄紙、並びに、合成樹脂、セラミック粒子及びガラスの微粒子を配列して作製した膜が挙げられる。   Examples of the base membrane form in the present embodiment include a synthetic resin microporous membrane manufactured by forming a synthetic resin, a fiber spun from a synthetic resin or a natural polymer, a woven fabric processed from glass fiber or ceramic fiber. , Nonwoven fabrics, knitted fabrics, papermaking, and films prepared by arranging fine particles of synthetic resin, ceramic particles and glass.

本実施形態におけるセパレータは、膜表面に無機物の層を形成している。無機物を含むことで電池を高電圧で駆動しても耐久性に優れる電池が達成できると共に、膜の補強や耐熱性向上などにも寄与する。無機物の層は膜表面の少なくとも片面にあればよく、両面にあってもよい。また、両面に無機物の層がある場合でも両面の無機物の種類や量が同一でなくてもよい。なお、セパレータの、負極に対向する面には無機物の層を含むことが必要である。セパレータ両面の無機物量が同一ではない場合には,負極に対向する面により多くの無機物が存在することが好ましい。セパレータ上の無機物は負極表面に堆積する金属や負極表面から発生するガスに作用して電池性能を向上させる働きを有するため,多くの無機物が負極対向面に存在することでより高い効果を奏すると考えている。なお、セパレータの両面にほぼ均等に無機物の層が存在する場合には膜のハンドリン性が良好となる点に優れる。また、ベースの膜の全体を無機物で保護することになるため、安全性や信頼性の一層の向上に寄与する膜が形成する。一方、片面のみに無機物の層が存在する場合、あるいは両面の無機物量に違いがある場合には薄膜化がしやすく、出力特性の高い膜が形成しやすい。また、それによって電池外装体の中により多くの電極を入れることができ、高容量化に寄与する膜が形成する。
本実施形態のセパレータは塗工面の数は限定しないが、高容量化及び高出力化の観点から、片面塗工又は両面の塗工量に差異があることが好ましい。
無機物の形状は限定されず、粒子状であっても繊維状であっても板状であっても紡錘状であってもよい。
無機物の種類はリチウムイオン電池の充放電を阻害するものでなければ特に限定はないが、融点と電気絶縁性が高いものが好ましい。無機粒子としては、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化クロム、水酸化ジルコニウム、水酸化ニッケル、水酸化ホウ素などの金属水酸化物;シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、マグネシア、セリア、イットリア、酸化亜鉛、酸化鉄やITO等の金属酸化物;窒化ケイ素、窒化チタン、窒化ホウ素、窒化アルミニウム等の金属窒化物;炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム等の炭酸塩;硫酸バリウム、硫酸アルミニウムや硫酸カルシウム等の硫酸塩;ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム、タルク、カオリン、カオリナイト、ハロイサイト、パイロフィライト、モンモリロナイト、セリサイト、マイカ、アメサイト、ベントナイト、アパタイト、ゼオライト、ベーマイト、ムライト、スピネル、ディカイト、ナクライト、ハロイサイト、パイロフィライト、ケイ藻土、ケイ砂等の粘土鉱物、フッ化カルシウム、フッ化バリウムなどのフッ化物、カーボンブラックやグラファイトなどの炭素材;シリコンカーバイド、チタン酸カリウム、チタン酸バリウム、シリコン、ダイヤモンド、ガラス繊維などがあげられる。これらの無機物は一種または二種以上を併用して用いる。同種の無機物で、形状や性質の異なるものを複数併用することもできる。
無機物としては電気的、熱的安定性の観点から、金属酸化物、金属水酸化物、炭酸塩、硫酸塩又は粘土鉱物が好ましく、金属酸化物、炭酸塩又は粘土鉱物がより好ましく、金属酸化物又は粘土鉱物がさらに好ましい。金属酸化物又は粘土鉱物の中でもアルミニウムを含む化合物が好ましい。入手性を加味すると焼成カオリン及びベーマイトが好適に使用される。
無機物の形状は特に限定はなく、球状、板状、針状、紡錘状等の様々な形状のものを使用することができる。短絡防止の観点からは板状粒子が好適に使用され、イオン透過性の観点からは複数の面からなる多面体状、柱状、紡錘状が好適に使用される。
また、無機物の表面は表面処理をされていてもよい。例えばシランカップリング剤等のカップリング剤を用いたり、親水化又は疎水化処理を行ったりしてもよい。このような処理を行うことで無機物とベースの膜やバインダーとの接着性や無機物同士の凝集性を制御することができる。
本実施形態の無機物の平均一次粒子径は1nm以上15μm以下であることが好ましく、10nm以上10μm以下であることがより好ましく、30nm以上5μm以下であることがさらに好ましい。
なお、実際にセパレータに形成される層においては一次粒子が凝集した二次粒子となっていることが多い。二次粒子は一次粒子の3倍から30倍程度の粒子径を有する。
無機物の平均粒子径が上記範囲にあることで、ベースの膜の厚みや孔構造にかかわらず、高温や高電圧環境下において熱収縮を抑制するなどの耐熱性、耐電圧性を有する。
なお、無機物の粒子径を制御する方法としては、ボールミル、ビーズミル、ジェットミル等を用いて無機物を粉砕して粒径を小さくする方法等がある。
本実施形態の無機物がベースの膜中に占める割合としては、無機物の結着性、ベースの膜の透過性、耐熱性等の観点から決定することができるが、50質量%以上100質量%未満であることが好ましい。
本実施形態のセパレータは無機物に加えて有機物をも有していてもよい。有機物としては無機物の層を形成するために用いる有機バインダーをあげることができる。セパレータの表面に無機の多孔層を形成する際には有機バインダーを含むことが好ましい。有機バインダーとしては、特に制限はないが、リチウムイオン電池の使用条件下において、電気化学的に安定であって、かつ、電解液に対して不溶なものを使用する。有機バインダーとしては、例えば、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、エチレン―テトラフルオロエチレン共重合体、フッ素系ゴムなどの含フッ素ポリマー、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール(PVB)などのゴム類、エチレン−アクリル酸エステル共重合体、メタクリル酸エステル―アクリル酸エステル共重合体、スチレン―アクリル酸エステル共重合体、アクリロニトリ―アクリル酸エステル共重合体などのアクリル酸エステルを含む共重合体、スチレン―ブタジエンゴム(SBR)及びその水素化物、アクリロニトリル―ブタジエン―スチレン共重合体及びその水素化物、エチルセルロース、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ヒドロキシエチルセルロース(HEC)等のセルロース誘導体、ポリフェニレンエーテル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリアミド、ポリエステル、ポリビニルピロリドン(PVP)、架橋アクリル樹脂、ポリウレタン、エポキシ樹脂などが挙げられるが、特に、150℃以上の耐熱温度を有する耐熱性のバインダーが好ましく、180℃以上の耐熱温度を有する耐熱性のバインダーがより好ましく用いられる。有機バインダーは、上記例示のものを1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
本実施形態の有機バインダーとしては、ラテックスバインダーを使用することもできる。ラテックスバインダーとしては、電気化学的安定性と結着性の観点から、脂肪族共役ジエン系単量体や不飽和カルボン酸単量体、及びこれらと共重合可能な他の単量体を乳化重合して得られるものが好ましい。乳化重合は常法によっておこなうことができる。
共役ジエン系化合物としては例えば1,3−ブタジエン、2−メチル―1,3−ブタジエン、2,3−ジメチル―1,3−ブタジエン、2−クロル―1,3−ブタジエン置換直鎖共役ペンタジエン類、置換及び側鎖共役ヘキサジエン類などがあげられる。
不飽和カルボン酸単量体としては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸などのモノ又はジカルボン酸等があげられ、特にアクリル酸、メタクリル酸が好ましい。
本実施形態の無機物の層または無機物と有機物が含まれた層においては上記に述べた材料以外のものをさらに含んでいてもよい。また、セパレータの内部に無機物が含まれていることも妨げない。セパレータの機械強度や耐熱性を向上させるためにセパレータの内部にも無機物やセパレータベースの膜以外の有機物を含ませたりすることがある。
The separator in the present embodiment forms an inorganic layer on the film surface. By containing an inorganic substance, a battery having excellent durability can be achieved even when the battery is driven at a high voltage, and it contributes to reinforcement of the film and improvement of heat resistance. The inorganic layer may be on at least one side of the film surface, or may be on both sides. Even when there are inorganic layers on both sides, the types and amounts of the inorganics on both sides may not be the same. In addition, it is necessary to include an inorganic layer on the surface of the separator that faces the negative electrode. When the amount of inorganic material on both sides of the separator is not the same, it is preferable that more inorganic material is present on the surface facing the negative electrode. Since the inorganic material on the separator works to improve the battery performance by acting on the metal deposited on the negative electrode surface and the gas generated from the negative electrode surface, the presence of a large amount of inorganic material on the negative electrode facing surface has a higher effect. thinking. In addition, it is excellent in the point that the handlinability of a film | membrane becomes favorable when an inorganic layer exists on both surfaces of a separator substantially equally. Further, since the entire base film is protected with an inorganic substance, a film that contributes to further improvement in safety and reliability is formed. On the other hand, when there is an inorganic layer only on one side, or when there is a difference in the amount of inorganic matter on both sides, it is easy to make a thin film, and it is easy to form a film with high output characteristics. Further, more electrodes can be put in the battery outer package, and a film contributing to high capacity is formed.
Although the separator of this embodiment does not limit the number of coating surfaces, it is preferable from a viewpoint of high capacity | capacitance and high output that there exists a difference in the coating amount of single-sided coating or both surfaces.
The shape of the inorganic substance is not limited, and may be particulate, fibrous, plate-shaped, or spindle-shaped.
The kind of the inorganic substance is not particularly limited as long as it does not inhibit charging / discharging of the lithium ion battery, but those having a high melting point and electrical insulation are preferable. Inorganic particles include metal hydroxides such as aluminum hydroxide, magnesium hydroxide, calcium hydroxide, chromium hydroxide, zirconium hydroxide, nickel hydroxide, boron hydroxide; silica, alumina, titania, zirconia, magnesia, ceria , Yttria, zinc oxide, metal oxides such as iron oxide and ITO; metal nitrides such as silicon nitride, titanium nitride, boron nitride and aluminum nitride; carbonates such as calcium carbonate and magnesium carbonate; barium sulfate, aluminum sulfate and sulfuric acid Sulfates such as calcium; calcium silicate, magnesium silicate, talc, kaolin, kaolinite, halloysite, pyrophyllite, montmorillonite, sericite, mica, amicite, bentonite, apatite, zeolite, boehmite, mullite, spinel, diel Ito, nacrite, halloysite, pyrophyllite, clay minerals such as diatomaceous earth, silica sand, fluorides such as calcium fluoride and barium fluoride, carbon materials such as carbon black and graphite; silicon carbide, potassium titanate, titanium Examples include barium acid, silicon, diamond, and glass fiber. These inorganic substances are used alone or in combination of two or more. A plurality of the same kind of inorganic substances having different shapes and properties can be used in combination.
From the viewpoint of electrical and thermal stability, the inorganic substance is preferably a metal oxide, metal hydroxide, carbonate, sulfate or clay mineral, more preferably a metal oxide, carbonate or clay mineral, and a metal oxide. Or a clay mineral is more preferable. Among metal oxides or clay minerals, compounds containing aluminum are preferred. In consideration of availability, calcined kaolin and boehmite are preferably used.
The shape of the inorganic substance is not particularly limited, and various shapes such as a spherical shape, a plate shape, a needle shape, and a spindle shape can be used. From the viewpoint of short circuit prevention, plate-like particles are preferably used, and from the viewpoint of ion permeability, a polyhedral shape having a plurality of faces, a columnar shape, and a spindle shape are preferably used.
Moreover, the surface of the inorganic substance may be surface-treated. For example, a coupling agent such as a silane coupling agent may be used, or a hydrophilic or hydrophobic treatment may be performed. By performing such treatment, it is possible to control the adhesion between the inorganic material and the base film or binder and the cohesiveness between the inorganic materials.
The average primary particle diameter of the inorganic substance in the present embodiment is preferably 1 nm or more and 15 μm or less, more preferably 10 nm or more and 10 μm or less, and further preferably 30 nm or more and 5 μm or less.
In addition, in the layer actually formed in the separator, the primary particles are often agglomerated secondary particles. Secondary particles have a particle size of about 3 to 30 times that of primary particles.
When the average particle diameter of the inorganic material is in the above range, it has heat resistance and voltage resistance such as suppression of thermal shrinkage under high temperature and high voltage environment regardless of the thickness of the base film and the pore structure.
In addition, as a method for controlling the particle size of the inorganic material, there is a method of reducing the particle size by pulverizing the inorganic material using a ball mill, a bead mill, a jet mill or the like.
The proportion of the inorganic material in the present embodiment in the base film can be determined from the viewpoints of the binding property of the inorganic material, the permeability of the base film, heat resistance, etc., but is 50% by mass or more and less than 100% by mass. It is preferable that
The separator of this embodiment may have an organic substance in addition to the inorganic substance. Examples of the organic material include organic binders used for forming an inorganic layer. When forming the inorganic porous layer on the surface of the separator, it is preferable to include an organic binder. The organic binder is not particularly limited, and an organic binder that is electrochemically stable and insoluble in the electrolytic solution under the use conditions of the lithium ion battery is used. Examples of organic binders include polyolefins such as polyethylene and polypropylene, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, ethylene-tetrafluoroethylene copolymers, fluorine-containing polymers such as fluorine rubber, polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, and polyvinyl butyral. (PVB) rubbers, ethylene-acrylic acid ester copolymers, methacrylic acid ester-acrylic acid ester copolymers, styrene-acrylic acid ester copolymers, acrylic acid esters such as acrylonitrile-acrylic acid ester copolymers , Styrene-butadiene rubber (SBR) and its hydride, acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer and its hydride, ethyl cellulose, methyl cellulose, carboxymethyl Cellulose derivatives such as cellulose (CMC) and hydroxyethyl cellulose (HEC), polyphenylene ether, polysulfone, polyethersulfone, polyphenylene sulfide, polyetherimide, polyamideimide, polyamide, polyester, polyvinylpyrrolidone (PVP), crosslinked acrylic resin, polyurethane, Although an epoxy resin etc. are mentioned, the heat resistant binder which has a heat resistant temperature of 150 degreeC or more is especially preferable, and the heat resistant binder which has a heat resistant temperature of 180 degreeC or more is used more preferably. As the organic binder, those exemplified above may be used alone or in combination of two or more.
As the organic binder of this embodiment, a latex binder can also be used. Latex binders are emulsion polymerized from aliphatic conjugated diene monomers, unsaturated carboxylic acid monomers, and other monomers copolymerizable with these from the viewpoints of electrochemical stability and binding properties. What is obtained is preferable. Emulsion polymerization can be performed by a conventional method.
Examples of the conjugated diene compound include 1,3-butadiene, 2-methyl-1,3-butadiene, 2,3-dimethyl-1,3-butadiene, and 2-chloro-1,3-butadiene substituted linear conjugated pentadienes. , Substituted and side chain conjugated hexadienes, and the like.
Examples of the unsaturated carboxylic acid monomer include mono- or dicarboxylic acids such as acrylic acid, methacrylic acid, crotonic acid, maleic acid, fumaric acid, and itaconic acid, and acrylic acid and methacrylic acid are particularly preferable.
The inorganic layer or the layer containing the inorganic and organic substances in the present embodiment may further contain materials other than those described above. Moreover, it does not prevent that the inorganic substance is contained in the separator. In order to improve the mechanical strength and heat resistance of the separator, the separator may contain an inorganic substance or an organic substance other than the separator base film.

[正極]
正極は、リチウムイオン二次電池の正極として作用するものであって、Coを含むものであれば特に限定されず、既知のものを用いることができる。正極は、正極活物質としてリチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な材料から成る群より選ばれる1種以上を含有する。
[Positive electrode]
The positive electrode functions as the positive electrode of the lithium ion secondary battery, and is not particularly limited as long as it contains Co, and a known one can be used. The positive electrode contains one or more selected from the group consisting of materials capable of inserting and extracting lithium ions as a positive electrode active material.

正極活物質としては、例えば、
下記式(3):
LiCо1-uMeu2 (3)
{式中、Meは、Coを除く遷移金属から成る群より選ばれる1種以上を示し、そしてuは、0.1≦u≦0.9の範囲内にある数である。}
で表される酸化物、
下記式(4):
zLi2McO3−(1−z)LiMdO2 (4)
{式中、Mc及びMdは、各々独立に、遷移金属から成る群より選ばれる1種以上であっていずれか一方又は両方がCoを含むものを示し、そしてzは、0.1≦z≦0.9の範囲内にある数である。}
で表される複合酸化物、
下記式(5):
LiMb1-yCoyPO4 (5)
{式中、Mbは、遷移金属から成る群より選ばれる1種以上を示し、そしてyは、0≦y≦0.9の範囲内にある数である。}
で表される化合物、及び
下記式(6):
Li2Mf1-yCoyPO4F (6)
{式中、Mfは、遷移金属から成る群より選ばれる1種以上を示し、そしてyは、0≦y≦0.9の範囲内にある数である。}
で表される化合物、
から成る群より選ばれる1種以上であることが好ましい。これらの正極活物質は、構造安定性がより優れる傾向にある。
As the positive electrode active material, for example,
Following formula (3):
LiCо 1-u Me u O 2 (3)
{In the formula, Me represents one or more selected from the group consisting of transition metals excluding Co, and u is a number in the range of 0.1 ≦ u ≦ 0.9. }
An oxide represented by
Following formula (4):
zLi 2 McO 3 - (1- z) LiMdO 2 (4)
{In the formula, Mc and Md each independently represent one or more selected from the group consisting of transition metals, one or both of which contain Co, and z is 0.1 ≦ z ≦ A number in the range of 0.9. }
A composite oxide represented by
Following formula (5):
LiMb 1-y Co y PO 4 (5)
{In the formula, Mb represents one or more selected from the group consisting of transition metals, and y is a number in the range of 0 ≦ y ≦ 0.9. }
And a compound represented by the following formula (6):
Li 2 Mf 1-y Co y PO 4 F (6)
{Wherein Mf represents one or more selected from the group consisting of transition metals, and y is a number in the range of 0 ≦ y ≦ 0.9. }
A compound represented by
It is preferably at least one selected from the group consisting of These positive electrode active materials tend to be more excellent in structural stability.

式(3)で表される酸化物は、層状酸化物正極活物質でよい。層状酸化物正極活物質としては、特に限定されないが、例えば、LiCoO2又は、下記式(3a):
LiMn1-v-wCovNiw2 (3a)
{式中、vは、0.1≦v≦0.4の範囲内にある数であり、そしてwは、0.1≦w≦0.8の範囲内にある数である。}
で表される酸化物が好ましい。
The oxide represented by the formula (3) may be a layered oxide positive electrode active material. The layered oxide positive electrode active material is not particularly limited, for example, LiCoO 2 or the following formula (3a):
LiMn 1-vw Co v Ni w O 2 (3a)
{Wherein v is a number within the range of 0.1 ≦ v ≦ 0.4, and w is a number within the range of 0.1 ≦ w ≦ 0.8. }
The oxide represented by these is preferable.

式(3a)で表される層状酸化物としては、特に限定されないが、例えば、LiMn1/3Co1/3Ni1/32、LiMn0.1Co0.1Ni0.82、LiMn0.3Co0.2Ni0.52などが挙げられる。式(8)で表される化合物を用いることにより、正極活物質の安定性により優れる傾向にある。式(3)で表される化合物は、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。 The layered oxide represented by the formula (3a) is not particularly limited. For example, LiMn 1/3 Co 1/3 Ni 1/3 O 2 , LiMn 0.1 Co 0.1 Ni 0.8 O 2 , LiMn 0.3 Co 0.2 Ni 0.5 O 2 and the like can be mentioned. By using the compound represented by the formula (8), the stability of the positive electrode active material tends to be more excellent. The compound represented by Formula (3) is used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.

式(4)で表される複合酸化物は、複合層状酸化物でよい。複合層状酸化物としては、特に限定されないが、例えば、下記式(4a):
zLi2MnO3−(1−z)LiNiaMnbCoc2 (4a)
{式中、zは、0.3≦z≦0.7の範囲内にある数であり、aは、0.2≦a≦0.6の範囲内にある数であり、bは、0.2≦b≦0.6の範囲内にある数であり、cは、0.05≦c≦0.4の範囲内にある数であり、そしてa、b及びcは、a+b+c=1の関係を満たす。}
で表される複合酸化物が好ましい。
The composite oxide represented by the formula (4) may be a composite layered oxide. Although it does not specifically limit as a composite layered oxide, For example, following formula (4a):
zLi 2 MnO 3 - (1- z) LiNi a Mn b Co c O 2 (4a)
{Wherein z is a number within a range of 0.3 ≦ z ≦ 0.7, a is a number within a range of 0.2 ≦ a ≦ 0.6, and b is 0 .2 ≦ b ≦ 0.6, c is a number in the range of 0.05 ≦ c ≦ 0.4, and a, b and c are a + b + c = 1. Satisfy the relationship. }
A composite oxide represented by

式(4a)において、0.4≦z≦0.6、a+b+c=1、0.3≦a≦0.4、0.3≦b≦0.4、0.2≦c≦0.3である複合酸化物がより好ましい。式(4)で表される複合酸化物を用いることにより、正極活物質の安定性により優れる傾向にある。式(4)で表される複合層状酸化物は、正極活物質の安定性、電子伝導性等の観点から、Mn、Ni及びCo原子のモル数の総和に対して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してもよい。式(4)で表される複合酸化物は、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。   In Formula (4a), 0.4 ≦ z ≦ 0.6, a + b + c = 1, 0.3 ≦ a ≦ 0.4, 0.3 ≦ b ≦ 0.4, 0.2 ≦ c ≦ 0.3 A certain complex oxide is more preferable. By using the composite oxide represented by the formula (4), the stability of the positive electrode active material tends to be more excellent. The composite layered oxide represented by the formula (4) is within a range of 10 mol% or less with respect to the total number of moles of Mn, Ni and Co atoms from the viewpoint of stability of the positive electrode active material, electronic conductivity and the like. In addition to the above structure, a transition metal or a transition metal oxide may be further contained. The composite oxide represented by the formula (4) is used singly or in combination of two or more.

式(5)で表される化合物は、オリビン型正極活物質でよい。オリビン型正極活物質としては、特に限定されないが、例えば、下記式(5a):
LiMh1-y-zFeyCozPO4 (5a)
{式中、yは、0.05≦y+z≦0.8の範囲内にある数であり、そしてMhは、Mn、Niなどの遷移金属を示す。}、又は下記式(5b):
LiMh1-yCoyPO4 (5b)
{式中、yは、0.05≦y≦0.8の範囲内にある数であり、そしてMhは、Mn、Tiなどの遷移金属を示す。}
で表される化合物が好ましい。
The compound represented by the formula (5) may be an olivine type positive electrode active material. Although it does not specifically limit as an olivine type positive electrode active material, For example, following formula (5a):
LiMh 1-yz Fe y Co z PO 4 (5a)
{Wherein y is a number in the range of 0.05 ≦ y + z ≦ 0.8, and Mh represents a transition metal such as Mn or Ni. } Or the following formula (5b):
LiMh 1-y Co y PO 4 (5b)
{Wherein y is a number in the range of 0.05 ≦ y ≦ 0.8, and Mh represents a transition metal such as Mn or Ti. }
The compound represented by these is preferable.

式(5)で表される化合物を用いることにより、正極活物質の安定性及び電子伝導性により優れる傾向にある。式(5)で表される化合物は、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。   By using the compound represented by Formula (5), the stability and electronic conductivity of the positive electrode active material tend to be superior. The compound represented by Formula (5) is used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.

式(6)で表される化合物は、フッ化オリビン型正極活物質でよい。フッ化オリビン型正極活物質としては、特に限定されないが、例えば、Li2CoPO4Fが用いられる。式(6)で表される化合物を用いることにより、正極活物質の安定性により優れる傾向にある。式(6)で表される化合物は、正極活物質の安定性、電子伝導性等の観点から、Fe及びCo原子のモル数の総和に対して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してもよい。式(6)で表される化合物は、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。 The compound represented by the formula (6) may be a fluorinated olivine type positive electrode active material. The fluoride olivine-type positive electrode active material is not particularly limited, for example, Li 2 CoPO 4 F is used. By using the compound represented by Formula (6), the stability of the positive electrode active material tends to be superior. The compound represented by the formula (6) has a structure other than the above structure in a range of 10 mol% or less with respect to the total number of moles of Fe and Co atoms from the viewpoint of stability of the positive electrode active material, electronic conductivity, and the like. Further, a transition metal or a transition metal oxide may be contained. The compound represented by Formula (6) is used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.

また、下記式(8)で表される、スピネル型正極活物質を用いることもできる。
LiMn2-xyMaxCoy4 (8)
{式中、Maは、遷移金属から成る群より選ばれる1種以上を示し、そしてxは、0.2≦x+y≦0.7の範囲内にある数である。}
スピネル型正極活物質としては、特に限定されないが、下記式(8a):
LiMn2-x-yNixCoy4 (8a)
{式中、xは、0.2≦x+y≦0.7の範囲内にある数である。}
で表される酸化物が好ましく、下記式(8b):
LiMn2-x-yNixCoy4 (8b)
{式中、xは、0.3≦x+y≦0.6の範囲内にある数である。}
で表される酸化物が用いられる。
A spinel positive electrode active material represented by the following formula (8) can also be used.
LiMn 2-x - y Ma x Co y O 4 (8)
{In the formula, Ma represents one or more selected from the group consisting of transition metals, and x is a number in the range of 0.2 ≦ x + y ≦ 0.7. }
Although it does not specifically limit as a spinel type positive electrode active material, following formula (8a):
LiMn 2-xy Ni x Co y O 4 (8a)
{Wherein x is a number within a range of 0.2 ≦ x + y ≦ 0.7. }
An oxide represented by the following formula (8b):
LiMn 2-xy Ni x Co y O 4 (8b)
{Wherein x is a number within a range of 0.3 ≦ x + y ≦ 0.6. }
The oxide represented by is used.

式(8)で表されるスピネル型酸化物は、正極活物質の安定性、電子伝導性等の観点から、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してもよい。式(8)で表される化合物は、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。   From the viewpoint of stability of the positive electrode active material, electronic conductivity, and the like, the spinel oxide represented by the formula (8) is within a range of 10 mol% or less with respect to the number of moles of Mn atoms. Further, a transition metal or a transition metal oxide may be contained. The compound represented by Formula (8) is used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.

正極活物質の数平均粒子径(一次粒子径)は、好ましくは0.05μm〜100μmであり、より好ましくは1μm〜10μmである。この数平均粒子径は、透過型電子顕微鏡にて観察した粒子100個をランダムに抽出し、画像解析ソフトで解析し、その相加平均(arithmetic average)を算出することで得られる。この場合、同じ試料に対して、測定方法間で数平均粒子径が異なる場合は、標準試料を対象として作成した検量線を用いてもよい。   The number average particle diameter (primary particle diameter) of the positive electrode active material is preferably 0.05 μm to 100 μm, more preferably 1 μm to 10 μm. This number average particle diameter is obtained by randomly extracting 100 particles observed with a transmission electron microscope, analyzing them with image analysis software, and calculating the arithmetic average thereof. In this case, when the number average particle diameter differs between measurement methods for the same sample, a calibration curve created for the standard sample may be used.

本実施形態のリチウムイオン二次電池はこのような正極活物質は1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。また、正極活物質として、4.4V(vsLi/Li+)以上の電位で10mAh/g以上の放電容量を有する正極活物質と、4.4V(vsLi/Li+)以上の電位で10mAh/g以上の放電容量を有しない正極活物質とを組み合わせて用いることもできる。4.4V(vsLi/Li+)以上の電位で10mAh/g以上の放電容量を有しない正極活物質としては、特に限定されないが、例えば、LiFePO4が挙げられる。 In the lithium ion secondary battery of this embodiment, such positive electrode active materials can be used alone or in combination of two or more. Also, as the positive electrode active material, 4.4V (vsLi / Li +) and the positive electrode active material having a 10 mAh / g or more discharge capacity than the potential, 4.4V (vsLi / Li +) or more potential 10 mAh / g A positive electrode active material having no discharge capacity as described above can also be used in combination. The positive electrode active material that does not have a discharge capacity of 10 mAh / g or more at a potential of 4.4 V (vsLi / Li + ) or more is not particularly limited, and examples thereof include LiFePO 4 .

本実施形態で用いる正極活物質の放電容量は、4.4V(vsLi/Li+)以上の電位において、10mAh/g以上有することが好ましく、15mAh/g以上が有することがより好ましく、20mAh/g以上が有することがさらに好ましい。正極活物質の放電容量が上記範囲内であることにより、電池を高電圧で駆動して、高いエネルギー密度を達成することができる。また、低い電圧で駆動する場合においても、容量に余裕が持て、より信頼性や安全性の高い電池が達成できる。なお、正極活物質の放電容量は、実施例に記載の方法により測定することができる。
本実施形態の電池では充電上限電圧が4.1Vを上回るものが好ましく、好ましく、4.153V以上、さらに好ましくは4.3V以上である。
ここで、4.4V(vsLi/Li+)以上の電位で10mAh/g以上の放電容量を有する正極活物質とは、4.4V(vsLi/Li+)以上の電位でリチウムイオン二次電池の正極として充電及び放電反応を起こし得る正極活物質であり、0.1Cの定電流放電時の放電容量が活物質の質量1gに対して10mAh以上であるものである。よって、正極活物質が、4.4V(vsLi/Li+)以上の電位で10mAh/g以上の放電容量を有していればよく、4.4V(vsLi/Li+)以下の電位において放電容量を有していても何ら差支えない。
The discharge capacity of the positive electrode active material used in the present embodiment is preferably 10 mAh / g or more, more preferably 15 mAh / g or more, and more preferably 20 mAh / g at a potential of 4.4 V (vsLi / Li + ) or more. More preferably, the above has. When the discharge capacity of the positive electrode active material is within the above range, the battery can be driven at a high voltage to achieve a high energy density. In addition, even when driving at a low voltage, a battery with sufficient capacity and higher reliability and safety can be achieved. The discharge capacity of the positive electrode active material can be measured by the method described in the examples.
In the battery of the present embodiment, the battery whose upper limit voltage for charging exceeds 4.1 V is preferable, preferably 4.153 V or higher, and more preferably 4.3 V or higher.
Here, 4.4 V and a positive electrode active material having a 10 mAh / g or more discharge capacity (vsLi / Li +) or more potential, 4.4V (vsLi / Li +) of the lithium ion secondary battery or a potential It is a positive electrode active material capable of causing charge and discharge reactions as a positive electrode, and has a discharge capacity at a constant current discharge of 0.1 C of 10 mAh or more with respect to 1 g of mass of the active material. Therefore, it is sufficient that the positive electrode active material has a discharge capacity of 10 mAh / g or more at a potential of 4.4 V (vsLi / Li + ) or more, and a discharge capacity at a potential of 4.4 V (vsLi / Li + ) or less. There is no problem even if it has.

(満充電時におけるリチウム基準の正極電位)
本実施形態に係るリチウムイオン二次電池の満充電時におけるリチウム基準の正極電位は、4.1V(vsLi/Li+)以上が好ましく、4.2V(vsLi/Li+)以上がより好ましく、4.3V(vsLi/Li+)以上がさらに好ましい。満充電時における正極電位が上記であることにより、リチウムイオン二次電池の有する正極活物質の充放電容量を効率的に活用でき、また、リチウムイオン二次電池のエネルギー密度がより向上する傾向にある。なお、満充電時におけるリチウム基準の正極電位は、満充電時の電池の電圧を制御することにより、制御することができる。
(Lithium standard positive electrode potential at full charge)
The positive electrode potential of the lithium reference when fully charged lithium ion secondary battery according to the present embodiment is preferably 4.1V (vsLi / Li +) or higher, more preferably 4.2V (vsLi / Li +) or higher, 4 More preferably, 3 V (vsLi / Li + ) or more. When the positive electrode potential at full charge is the above, the charge / discharge capacity of the positive electrode active material of the lithium ion secondary battery can be used efficiently, and the energy density of the lithium ion secondary battery tends to be further improved. is there. The lithium-based positive electrode potential at the time of full charge can be controlled by controlling the voltage of the battery at the time of full charge.

満充電時におけるリチウム基準の正極電位は、満充電状態のリチウムイオン二次電池をArグローブボックス中で解体し、正極を取り出し、対極に金属リチウムを用いて再度電池を組み、電圧を測定することで容易に測定することができる。
また、負極に炭素負極活物質を用いる場合、満充電時の炭素負極活物質の電位が0.05V(vsLi/Li+)であることから、満充電時におけるリチウムイオン二次電池の電圧(Va)に0.05Vを足すことで、容易に満充電時における正極の電位を算出することができる。例えば、負極に炭素負極活物質を用いたリチウムイオン二次電池において、満充電時におけるリチウムイオン二次電池の電圧(Va)が4.4Vであった場合、満充電時の正極の電位は、4.4V+0.05V=4.45Vと算出することができる。
Lithium-based positive electrode potential at full charge is to disassemble a fully charged lithium ion secondary battery in an Ar glove box, take out the positive electrode, reassemble the battery using metallic lithium as the counter electrode, and measure the voltage Can be measured easily.
Further, when a carbon negative electrode active material is used for the negative electrode, the potential of the lithium ion secondary battery at the time of full charge (Va) since the potential of the carbon negative electrode active material at the time of full charge is 0.05 V (vsLi / Li + ) ) To 0.05V, the potential of the positive electrode at full charge can be easily calculated. For example, in a lithium ion secondary battery using a carbon negative electrode active material for the negative electrode, when the voltage (Va) of the lithium ion secondary battery at full charge is 4.4 V, the potential of the positive electrode at full charge is It can be calculated as 4.4V + 0.05V = 4.45V.

(正極活物質の製造方法)
正極活物質は、一般的な無機酸化物の製造方法と同様の方法で製造できる。正極活物質の製造方法としては、特に限定されないが、例えば、所定の割合で金属塩(例えば硫酸塩及び/又は硝酸塩)を混合した混合物を、酸素を含む雰囲気環境下で焼成することで無機酸化物を含む正極活物質を得る方法が挙げられる。また、金属塩を溶解させた液に炭酸塩及び/又は水酸化物塩を作用させて難溶性の金属塩を析出させ、それを抽出分離したものに、リチウム源として炭酸リチウム及び/又は水酸化リチウムを混合した後、酸素を含む雰囲気環境下で焼成することで、無機酸化物を含む正極活物質を得る方法が挙げられる。
(Method for producing positive electrode active material)
The positive electrode active material can be produced by the same method as that for producing a general inorganic oxide. The method for producing the positive electrode active material is not particularly limited. For example, inorganic oxide is obtained by firing a mixture in which metal salts (for example, sulfate and / or nitrate) are mixed at a predetermined ratio in an atmosphere containing oxygen. And a method of obtaining a positive electrode active material containing a product. In addition, a carbonate and / or hydroxide salt is allowed to act on a solution in which the metal salt is dissolved to precipitate a hardly soluble metal salt, which is extracted and separated into a lithium source and lithium carbonate and / or hydroxide as a lithium source. After lithium is mixed, a method of obtaining a positive electrode active material containing an inorganic oxide by firing in an atmosphere containing oxygen can be given.

(正極の製造方法)
ここで、正極の製造方法の一例を以下に示す。まず、上記正極活物質に対して、必要に応じて、導電助剤、バインダー等を加えて混合した正極合剤を溶剤に分散させて正極合剤を含有するペーストを調製する。次いで、このペーストを正極集電体に塗布し、乾燥して正極合剤層を形成し、正極合剤層を必要に応じて加圧し厚さを調整することによって、正極を作製することができる。
(Production method of positive electrode)
Here, an example of the manufacturing method of a positive electrode is shown below. First, a paste containing a positive electrode mixture is prepared by dispersing, in a solvent, a positive electrode mixture obtained by adding a conductive auxiliary agent, a binder, and the like to the positive electrode active material as necessary. Next, this paste is applied to a positive electrode current collector, dried to form a positive electrode mixture layer, and the positive electrode mixture layer is pressurized as necessary to adjust the thickness, whereby a positive electrode can be produced. .

正極集電体としては、特に限定されないが、例えば、アルミニウム箔、又はステンレス箔などの金属箔により構成されるものが挙げられる。   Although it does not specifically limit as a positive electrode electrical power collector, For example, what is comprised with metal foil, such as aluminum foil or stainless steel foil, is mentioned.

[負極]
負極は、リチウムイオン二次電池の負極として作用するものであれば特に限定されず、既知のものであってもよい。負極は、負極活物質としてリチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な材料及び金属リチウムから成る群より選ばれる一種以上の材料を含有する。このような負極は、負極活物質として、金属リチウム、炭素材料、珪素材料、リチウムと合金形成が可能な元素を含む材料、及び、リチウム含有化合物から成る群より選ばれる一種以上を含有すると好ましい。このなかでも、金属リチウム、炭素材料、珪素材料、及びリチウムと合金形成が可能な元素を含む材料から成る群より選ばれる一種以上の材料を含有するとより好ましい。このような負極活物質を用いることにより、電池容量がより向上する傾向にある。
[Negative electrode]
A negative electrode will not be specifically limited if it acts as a negative electrode of a lithium ion secondary battery, A well-known thing may be used. The negative electrode contains one or more materials selected from the group consisting of a material capable of inserting and extracting lithium ions as a negative electrode active material and metallic lithium. Such a negative electrode preferably contains, as a negative electrode active material, at least one selected from the group consisting of metallic lithium, carbon materials, silicon materials, materials containing elements capable of forming an alloy with lithium, and lithium-containing compounds. Among these, it is more preferable to contain one or more materials selected from the group consisting of metallic lithium, carbon materials, silicon materials, and materials containing elements capable of forming an alloy with lithium. By using such a negative electrode active material, the battery capacity tends to be further improved.

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、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、メソカーボンマイクロビーズ、炭素繊維、活性炭、グラファイト、炭素コロイド、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しては、特に限定されないが、例えば、フェノール樹脂、フラン樹脂等の高分子材料を適当な温度で焼成して炭素化したものである。なお、本実施形態においては、負極活物質に金属リチウムを採用した電池もリチウムイオン二次電池に含めるものとする。   The carbon material is not particularly limited. For example, hard carbon, soft carbon, artificial graphite, natural graphite, graphite, pyrolytic carbon, coke, glassy carbon, fired body of organic polymer compound, mesocarbon microbead, carbon Examples thereof include fibers, activated carbon, graphite, carbon colloid, and carbon black. Although it does not specifically limit as coke, For example, pitch coke, needle coke, and petroleum coke are mentioned. Further, the fired body of the organic polymer compound is not particularly limited. For example, a polymer material such as a phenol resin or a furan resin is fired at a suitable temperature and carbonized. In the present embodiment, a battery employing metallic lithium as the negative electrode active material is also included in the lithium ion secondary battery.

珪素材料としては、特に限定されないが、例えば、結晶性珪素化合物、アモルファス珪素化合物、有機珪素化合物、珪素と金属との合金等が挙げられる。また、ナノ珪素材料、繊維状珪素材料等の各種形態の珪素材料が挙げられる。   Although it does not specifically limit as a silicon material, For example, a crystalline silicon compound, an amorphous silicon compound, an organic silicon compound, an alloy of silicon and a metal, etc. are mentioned. In addition, various forms of silicon materials such as nano silicon materials and fibrous silicon materials can be used.

さらに、上記リチウムと合金を形成可能な元素を含む材料としては、特に限定されないが、例えば、金属又は半金属の単体であっても合金であっても化合物であってもよく、また、これらの一種又は二種以上の相を少なくとも一部に有するようなものであってもよい。   Furthermore, the material containing an element capable of forming an alloy with lithium is not particularly limited. For example, the material may be a metal or a semimetal alone, an alloy, or a compound. It may have at least a part of one or two or more phases.

なお、本明細書において、「合金」には、二種以上の金属元素から成るものに加えて、一種以上の金属元素と一種以上の半金属元素とを有するものも含む。また、合金は、その全体として金属の性質を有するものであれば、非金属元素を有していてもよい。その合金の組織には固溶体、共晶(共融混合物)、金属間化合物又はこれらのうちの二種以上が共存する。   In the present specification, the “alloy” includes an alloy having one or more metal elements and one or more metalloid elements in addition to an alloy composed of two or more metal elements. Further, the alloy may have a nonmetallic element as long as it has metal properties as a whole. In the structure of the alloy, a solid solution, a eutectic (eutectic mixture), an intermetallic compound, or two or more of these coexist.

金属元素及び半金属元素としては、特に限定されないが、例えば、チタン(Ti)、スズ(Sn)、鉛(Pb)、アルミニウム、インジウム(In)、珪素(Si)、亜鉛(Zn)、アンチモン(Sb)、ビスマス(Bi)、ガリウム(Ga)、ゲルマニウム(Ge)、ヒ素(As)、銀(Ag)、ハフニウム(Hf)、ジルコニウム(Zr)及びイットリウム(Y)が挙げられる。これらの中でも、長周期型周期表における4族又は14族の金属元素及び半金属元素が好ましく、より好ましくはチタン、珪素及びスズである。   Although it does not specifically limit as a metal element and a metalloid element, For example, titanium (Ti), tin (Sn), lead (Pb), aluminum, indium (In), silicon (Si), zinc (Zn), antimony ( Sb), bismuth (Bi), gallium (Ga), germanium (Ge), arsenic (As), silver (Ag), hafnium (Hf), zirconium (Zr) and yttrium (Y). Among these, metal elements and metalloid elements of Group 4 or Group 14 in the long-period periodic table are preferable, and titanium, silicon, and tin are more preferable.

珪素の合金としては、特に限定されないが、例えば、珪素以外の第2の構成元素として、スズ、マグネシウム、ニッケル、銅、鉄、コバルト、マンガン、亜鉛、インジウム、銀、チタン、ゲルマニウム、ビスマス、アンチモン及びクロムから成る群より選ばれる一種以上の元素を有するものが挙げられる。   Although it does not specifically limit as an alloy of silicon, For example, as a 2nd element other than silicon, tin, magnesium, nickel, copper, iron, cobalt, manganese, zinc, indium, silver, titanium, germanium, bismuth, antimony And those having one or more elements selected from the group consisting of chromium.

スズの合金としては、特に限定されないが、例えば、スズ以外の第2の構成元素として、珪素、マグネシウム(Mg)、ニッケル、銅、鉄、コバルト、マンガン、亜鉛、インジウム、銀、チタン(Ti)、ゲルマニウム、ビスマス、アンチモン及びクロム(Cr)から成る群より選ばれる一種以上の元素を有するものが挙げられる。   Although it does not specifically limit as an alloy of tin, For example, as a 2nd structural element other than tin, silicon, magnesium (Mg), nickel, copper, iron, cobalt, manganese, zinc, indium, silver, titanium (Ti) And one having at least one element selected from the group consisting of germanium, bismuth, antimony and chromium (Cr).

チタンの化合物、スズの化合物及び珪素の化合物としては、特に限定されないが、例えば酸素(O)又は炭素(C)を有するものが挙げられ、チタン、スズ又は珪素に加えて、上述の第2の構成元素を有していてもよい。   The titanium compound, the tin compound, and the silicon compound are not particularly limited, and examples thereof include those having oxygen (O) or carbon (C). In addition to titanium, tin, or silicon, the second compound described above is used. It may have a constituent element.

リチウム含有化合物としては、特に限定されないが、例えば、正極材料として例示したものと同じものを用いることができる。   Although it does not specifically limit as a lithium containing compound, For example, the same thing as what was illustrated as a positive electrode material can be used.

負極活物質は一種を単独で又は二種以上を組み合わせて用いられる。   A negative electrode active material is used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.

負極活物質の数平均粒子径(一次粒子径)は、好ましくは0.1μm〜100μmであり、より好ましくは1μm〜10μmである。負極活物質の数平均粒子径は、正極活物質の数平均粒子径と同様にして測定される。   The number average particle diameter (primary particle diameter) of the negative electrode active material is preferably 0.1 μm to 100 μm, more preferably 1 μm to 10 μm. The number average particle size of the negative electrode active material is measured in the same manner as the number average particle size of the positive electrode active material.

(負極の製造方法)
負極は、例えば、下記のようにして得られる。すなわち、まず、上記負極活物質に対して、必要に応じて、導電助剤、バインダー等を加えて混合した負極合剤を溶剤に分散させて負極合剤含有ペーストを調製する。次いで、この負極合剤含有ペーストを負極集電体に塗布し、乾燥して負極合剤層を形成し、それを必要に応じて加圧し厚みを調整することによって、負極を作製することができる。
(Method for producing negative electrode)
A negative electrode is obtained as follows, for example. That is, first, a negative electrode mixture-containing paste is prepared by dispersing, in a solvent, a negative electrode mixture obtained by adding a conductive additive, a binder, and the like to the negative electrode active material as necessary. Next, the negative electrode mixture-containing paste is applied to a negative electrode current collector and dried to form a negative electrode mixture layer, which is pressurized as necessary to adjust the thickness, whereby a negative electrode can be produced. .

ここで、負極合剤含有ペースト中の固形分濃度は、好ましくは30〜80質量%であり、より好ましくは40〜70質量%である。   Here, the solid content concentration in the negative electrode mixture-containing paste is preferably 30 to 80% by mass, and more preferably 40 to 70% by mass.

負極集電体は、特に限定されないが、例えば、銅箔、ニッケル箔又はステンレス箔等の金属箔が挙げられる。   Although a negative electrode collector is not specifically limited, For example, metal foil, such as copper foil, nickel foil, or stainless steel foil, is mentioned.

〔正極及び負極の作製に使用される導電助剤又はバインダー〕
正極及び負極の作製時に、必要に応じて用いられる導電助剤としては、特に限定されないが、例えば、グラファイト、アセチレンブラック及びケッチェンブラックに代表されるカーボンブラック、並びに炭素繊維が挙げられる。導電助剤の数平均粒子径(一次粒子径)は、好ましくは0.1μm〜100μmであり、より好ましくは1μm〜10μmである。導電助剤の数平均粒子径は、正極活物質の数平均粒子径と同様にして測定される。また、バインダーとしては、特に限定されないが、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)、ポリアクリル酸、スチレンブタジエンゴム及びフッ素ゴムが挙げられる。
[Conductive aid or binder used to produce positive and negative electrodes]
Although it does not specifically limit as a conductive support agent used as needed at the time of preparation of a positive electrode and a negative electrode, For example, carbon black represented by graphite, acetylene black, and ketjen black, and carbon fiber are mentioned. The number average particle diameter (primary particle diameter) of the conductive assistant is preferably 0.1 μm to 100 μm, more preferably 1 μm to 10 μm. The number average particle size of the conductive additive is measured in the same manner as the number average particle size of the positive electrode active material. The binder is not particularly limited, and examples thereof include polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyacrylic acid, styrene butadiene rubber, and fluorine rubber.

<リチウムイオン二次電池の作製方法>
本実施形態におけるリチウムイオン二次電池の作製方法としては、一般的な方法を用いればよく、特に限定されないが、例えば下記の方法を選択することができる。
<Method for manufacturing lithium ion secondary battery>
A general method may be used as a method for manufacturing the lithium ion secondary battery in the present embodiment, and is not particularly limited. For example, the following method can be selected.

まず、電池ケース(外装)に、正極、負極及びセパレータを用いて作製された積層体を収容することで電池構造体を作製する。そして、その中に、本実施形態の非水電解液を注入することで電池を作製することができる。   First, a battery structure is produced by housing a laminate produced using a positive electrode, a negative electrode, and a separator in a battery case (exterior). And a battery can be produced by injecting the non-aqueous electrolyte of the present embodiment into it.

積層体は、例えば、まず、正極と負極とを、その間にセパレータを介在させた積層状態で巻回して巻回構造の積層体に成形したり、それらの折り曲げ、複数層の積層等によって、交互に積層した複数の正極と負極との間にセパレータが介在する積層体に成形したりすることで作製できる。ここで、積層体を形成する際には、セパレータのうち負極に対向する面は必ず無機物を含む層を有するように配置する。また、セパレータの両面で無機物の存する量が異なる場合には、どちらの面に無機物の層を配してもよいが、負極に対向する面で無機物が存在する量が多くなるように設置することが好ましい。このようにセパレータを設置することで、充電電位や電圧が高いリチウムイオン二次電池で性能低下を引き起こす原因には、負極で発生する気体成分や、負極表面に堆積する金属があり、その性能低下を低減できる。   For example, the laminated body is formed by alternately winding a positive electrode and a negative electrode in a laminated state with a separator interposed therebetween to form a laminated structure having a wound structure, or bending them, laminating a plurality of layers, etc. It can produce by shape | molding into the laminated body in which a separator interposes between the some positive electrode and negative electrode which were laminated | stacked. Here, when forming a laminated body, it arrange | positions so that the surface which opposes a negative electrode among separators may necessarily have a layer containing an inorganic substance. In addition, when the amount of inorganic matter is different on both sides of the separator, an inorganic layer may be arranged on either side, but it should be installed so that the amount of inorganic matter on the surface facing the negative electrode is increased. Is preferred. By installing the separator in this way, the causes of performance degradation in lithium ion secondary batteries with high charging potential and voltage include gas components generated at the negative electrode and metal deposited on the negative electrode surface, and the performance degradation Can be reduced.

本実施形態における電池の製造方法においては、電池内部を加圧したり、減圧したりする工程を含むこともできる。加圧及び減圧の方法は特に限定されず、また、上記加熱と、減圧及び加圧を同時に行っても別々に行ってもよい。これらの工程を経ることにより、電池構造体の電極及びセパレータへの電解液の含浸性が向上したり、電池製造時間が短縮したりすることがある。   The battery manufacturing method according to the present embodiment may include a step of pressurizing or depressurizing the inside of the battery. The method of pressurization and pressure reduction is not particularly limited, and the heating and the pressure reduction and pressurization may be performed simultaneously or separately. By passing through these steps, the impregnation property of the electrolyte into the electrode and separator of the battery structure may be improved, or the battery manufacturing time may be shortened.

上述の各工程を経た後、必要に応じて、電池構造体に残りの部材を組み込んだり、電池ケース(外装)が完全に密閉(シール)されていない場合には密閉したりして、電池を得ることができる。なお、必要に応じて、上述の各工程を経た後に、電池の余剰部の除去等によって電池の形状を整えたり、電池の再締め付け又は再シールを行ったりしてもよい。   After passing through the above steps, if necessary, the remaining members are incorporated into the battery structure, and if the battery case (exterior) is not completely sealed (sealed), the battery is sealed. Can be obtained. If necessary, after passing through the above-described steps, the shape of the battery may be adjusted by removing an excess part of the battery, or the battery may be retightened or resealed.

本実施形態における電池の形状としては、特に限定されず、例えば、円筒形、楕円形、角筒型、ボタン形、コイン形、扁平形、ラミネート形などが挙げられる。それらの中でも、コイン型、円筒型、角筒型、扁平型及びラミネート型が好ましく、コイン型、円筒型、扁平型及びラミネート型がより好ましい。このような形状の電池は、電解液と電池構造体との親和性をより高めることができ、本実施形態における電解液が有する様々な性能を一層高く発現し、また、電池の製造も比較的容易である。また、電池の大きさについても特に限定されず、複数個の電池を重ねたり並べたりする構造も、多数種の電池を併用することも可能である。また、ラミネート型の電池は、軽量性、耐久性、取扱い性及びコスト等の観点から、電池ケース(外装)が、アルミニウムラミネート材のようにアルミニウムフィルムと樹脂とを積層して構成されるものであることがさらに好ましい。   The shape of the battery in the present embodiment is not particularly limited, and examples thereof include a cylindrical shape, an oval shape, a rectangular tube shape, a button shape, a coin shape, a flat shape, and a laminate shape. Among these, a coin type, a cylindrical type, a rectangular tube type, a flat type and a laminate type are preferable, and a coin type, a cylindrical type, a flat type and a laminate type are more preferable. The battery having such a shape can further enhance the affinity between the electrolytic solution and the battery structure, expresses various performances of the electrolytic solution in the present embodiment to a higher level, and is relatively easy to manufacture the battery. Easy. Also, the size of the battery is not particularly limited, and a structure in which a plurality of batteries are stacked or arranged can be used in combination with many kinds of batteries. In addition, a laminated battery has a battery case (exterior) configured by laminating an aluminum film and a resin like an aluminum laminate material from the viewpoints of lightness, durability, handleability, and cost. More preferably it is.

本実施形態のリチウムイオン二次電池は、初回充電により電池として機能し得る。本実施形態における初回充電の方法について特に制限はないが、初回充電は0.001C〜0.5Cで行われることが好ましく、0.002C〜0.3Cで行われることがより好ましく、0.003C〜0.2Cで行われることがさらに好ましい。また、初回充電が定電圧充電を途中に経由して行われることも好ましい結果を与える。なお、定格容量を1時間で放電する定電流が1Cである。リチウム塩が電気化学的な反応に関与する電圧範囲を長く設定することによって、SEI(solid electrolyte interface)膜が電極表面に形成され、正極を含めた内部抵抗の増加を抑制する効果がある。このような電気化学的な反応を考慮して初回充電を行うことは非常に有効である。   The lithium ion secondary battery of this embodiment can function as a battery by initial charge. Although there is no restriction | limiting in particular about the method of the initial charge in this embodiment, It is preferable that initial charge is performed at 0.001C-0.5C, It is more preferable to be performed at 0.002C-0.3C, 0.003C More preferably, it is carried out at ~ 0.2C. In addition, it is also preferable that the initial charging is performed via the constant voltage charging in the middle. In addition, the constant current which discharges rated capacity in 1 hour is 1C. By setting the voltage range in which the lithium salt is involved in the electrochemical reaction to be long, a SEI (Solid Electrolyte Interface) film is formed on the electrode surface, which has an effect of suppressing an increase in internal resistance including the positive electrode. It is very effective to perform the first charge in consideration of such an electrochemical reaction.

なお、本実施形態の非水二次電池は、直列又は並列につないで使用することもできる。   In addition, the non-aqueous secondary battery of this embodiment can also be used by connecting in series or in parallel.

以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、非水二次電池の各種特性は下記のようにして測定、評価した。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited to these Examples. Various characteristics of the nonaqueous secondary battery were measured and evaluated as follows.

(1)非水電解液の調製
非水溶媒としてエチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートを体積比3:7で混合し、非水溶媒に対してLiPF6が1Mになるように添加して非水電解液(A)を調製した。電解液(A)100重量部に対して、リン酸トリス(トリメチルシリル)を2.0質量部添加することで電解液(B)を得た。
(1) Preparation of non-aqueous electrolyte solution Non-aqueous electrolyte solution obtained by mixing ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate as a non-aqueous solvent at a volume ratio of 3: 7, and adding LiPF 6 to 1M with respect to the non-aqueous solvent. (A) was prepared. An electrolyte solution (B) was obtained by adding 2.0 parts by weight of tris (trimethylsilyl) phosphate to 100 parts by weight of the electrolyte solution (A).

(2)セパレータの製造1
ポリエチレンとポリプロピレンとが95:5でブレンドされたポリオレフィン樹脂製であって、膜厚が17μm、気孔率60%、のセパレータをベースの膜(D)とし、(D)に対して焼成カオリン(カオリナイト(Al2Si25(OH)4)を主成分とする湿式カオリンを高温焼成処理したもの、平均粒径1.8μm)を塗布して(D)上に厚さ7μmの多孔層を形成したセパレータ(d)を得た。焼成カオリンの塗布は、焼成カオリン95.0質量部とアクリルラテックス(固形分濃度40%、平均粒径220nm、最低成膜温度0℃以下)5.0質量部、ポリカルボン酸アンモニウム水溶液(サンノプコ社製 SNディスパーサント5468)0.5質量部を180質量部の水に均一に分散させて塗布液を調製し、上記ベース膜の表面(片面)に塗布・乾燥することで行った。
(2) Manufacture of separator 1
A separator made of a polyolefin resin in which polyethylene and polypropylene are blended at a ratio of 95: 5 and having a film thickness of 17 μm and a porosity of 60% is used as a base film (D). A wet kaolin mainly composed of knight (Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4 ) is applied at a high temperature, and an average particle size of 1.8 μm is applied to form a porous layer having a thickness of 7 μm on (D). The formed separator (d) was obtained. Application of the calcined kaolin is 95.0 parts by mass of calcined kaolin, 5.0 parts by mass of acrylic latex (solid concentration 40%, average particle size 220 nm, minimum film forming temperature 0 ° C. or less), ammonium polycarboxylate aqueous solution (San Nopco) (Manufactured by SN Dispersant 5468) 0.5 parts by mass was uniformly dispersed in 180 parts by mass of water to prepare a coating solution, which was applied to the surface (one side) of the base film and dried.

(D)及び(d)を直径25mmの円盤状に打ち抜き、セパレータ(D1)および(d1)を、3cm×4cmに打ち抜き、セパレータ(D2)及び(d2)を得た。   (D) and (d) were punched into a disk shape having a diameter of 25 mm, and the separators (D1) and (d1) were punched into 3 cm × 4 cm to obtain separators (D2) and (d2).

(3)セパレータの製造2
ベースの膜の両面に対して焼成カオリンを塗布し、塗布多孔層の膜厚が10μmのセパレータ(e)を得た。(e)を直径25mmの円盤状に打ち抜き(e1)を、3cm×4cmに打ち抜き(e2)を得た。
(3) Manufacture of separator 2
Firing kaolin was applied to both sides of the base film to obtain a separator (e) having a coating porous layer thickness of 10 μm. (E) was punched into a disk shape having a diameter of 25 mm (e1), and 3 cm × 4 cm was punched (e2).

(4)正極の調製
コバルト酸リチウムを正極活物質として用いて、アセチレンブラック及びPVDFバインダーを混合して、NMP溶媒を加えてスラリーを調製した。調製したスラリーをアルミニウム箔(厚さ15μm)に塗工し、溶媒を乾燥させた後、ロールプレス処理をして正極板を得た。得られた正極板を直径16mmの円盤状に打ち抜いて正極(a1)及び、正極板を3cm×4cmの長方形状に打ち抜いて正極(a2)を得た。
また、リチウム、コバルト、ニッケル、マンガンの複合酸化物(LiNi1/3Mn1/3Co1/32)を正極活物質として用い、上記同様に正極を製造し、直径16mmの円盤状正極板(b1)及び3cm×4cmの長方形状正極板(b2)を得た。
(4) Preparation of positive electrode Lithium cobaltate was used as the positive electrode active material, acetylene black and PVDF binder were mixed, and an NMP solvent was added to prepare a slurry. The prepared slurry was applied to an aluminum foil (thickness: 15 μm), and the solvent was dried, followed by roll press treatment to obtain a positive electrode plate. The obtained positive electrode plate was punched into a disk shape having a diameter of 16 mm, and the positive electrode (a1) and the positive electrode plate were punched into a rectangular shape of 3 cm × 4 cm to obtain a positive electrode (a2).
In addition, using a composite oxide of lithium, cobalt, nickel and manganese (LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 ) as a positive electrode active material, a positive electrode was produced in the same manner as described above, and a disc-shaped positive electrode having a diameter of 16 mm A plate (b1) and a 3 cm × 4 cm rectangular positive plate (b2) were obtained.

(5)負極の調製
グラファイト粉末(大阪ガスケミカル社製、商品名「OMAC1.2H/SS」)を負極活物質として用いて、他のグラファイト粉末(TIMCAL社製、商品名「SFG6」)と、スチレンブタジエンゴムとカルボキシメチルセルロースを混合して水溶媒でスラリーを調製した。調製したスラリーを銅箔(厚さ18μm)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版を得た。得られた負極シートを直径16mmの円盤状に打ち抜いて負極(c1)及び3cm×4cmの長方形状に打ち抜いて負極(c2)を得た。
(5) Preparation of negative electrode Using graphite powder (trade name “OMAC1.2H / SS” manufactured by Osaka Gas Chemical Co., Ltd.) as a negative electrode active material, other graphite powder (trade name “SFG6” manufactured by TIMCAL), Styrene butadiene rubber and carboxymethyl cellulose were mixed and a slurry was prepared with an aqueous solvent. The prepared slurry was applied to one side of a copper foil (thickness: 18 μm), the solvent was removed by drying, and then rolled with a roll press to obtain a negative electrode plate. The obtained negative electrode sheet was punched into a disk shape having a diameter of 16 mm and punched into a negative electrode (c1) and a rectangular shape of 3 cm × 4 cm to obtain a negative electrode (c2).

(6)リチウムイオン電池の製造1
上述のようにして作製したセパレータ(d1)又は(D1)の両側に正極(a1)又は(b1)と負極(c1)とを重ね合わせて積層体を得た。この積層体をSUS製の円盤型電池ケースに挿入した。次いで、その電池ケース内に電解液を0.4mL注入し、積層体を電解液に浸漬した後、電池ケースを密閉してリチウムイオン二次電池(小型電池)を作製した。この電池を25℃に設定した恒温槽で24時間保持し、積層体に非水電解液を十分馴染ませ、1C=6.0mAとなるように作製した。作製した電池は充放電装置(アスカ電子(株)製、商品名「ACD−01」)に接続し、0.2Cの定電流−定電圧で8時間充電し、0.3Cの定電流で3.0Vまで放電することで初期コンディショニングを行って完成させた。なお、充電は4.35Vまで行った。
(6) Production of lithium ion battery 1
The positive electrode (a1) or (b1) and the negative electrode (c1) were superimposed on both sides of the separator (d1) or (D1) produced as described above to obtain a laminate. This laminate was inserted into a disk-type battery case made of SUS. Next, 0.4 mL of the electrolytic solution was injected into the battery case, and the laminate was immersed in the electrolytic solution. Then, the battery case was sealed to produce a lithium ion secondary battery (small battery). This battery was kept in a thermostatic bath set at 25 ° C. for 24 hours, and the non-aqueous electrolyte was sufficiently adapted to the laminated body so that 1C = 6.0 mA. The produced battery was connected to a charge / discharge device (trade name “ACD-01” manufactured by Asuka Electronics Co., Ltd.), charged for 8 hours at a constant current of 0.2 C-constant voltage, and 3 at a constant current of 0.3 C. It was completed by initial conditioning by discharging to 0.0V. Charging was performed up to 4.35V.

(7)リチウムイオン電池の製造2
上述のようにして製造したセパレータ(d2)または(D2)の両側に、正極(a2)または(b2)と負極(c2)とに電極タブを溶接し、電極とセパレータの積層体を作製した。次いで、該積層体を、アルミニウムと樹脂の積層体で構成される外装体で挟み、3片を熱シールしてラミネート型の電池とした。次いで、その電池ケース内に電解液(A)又は(B)を0.5mL注入し、積層体を電解液に浸漬した後、電池ケースを密閉してリチウムイオン二次電池を作製した。この電池を25℃に設定した恒温槽で24時間保持し、積層体に非水電解液を十分馴染ませ、1C=40.0mAとなるように作製した。作製した電池は充放電装置(アスカ電子(株)製、商品名「ACD−01」)に接続し、0.1Cの定電流−定電圧で8時間充電し、0.3Cの定電流で3.0Vまで放電することで初期コンディショニングを行って完成させた。なお、充電は、4.35Vまで行った。
(7) Manufacture of lithium-ion batteries 2
Electrode tabs were welded to the positive electrode (a2) or (b2) and the negative electrode (c2) on both sides of the separator (d2) or (D2) produced as described above to produce a laminate of the electrode and the separator. Next, the laminate was sandwiched between exterior bodies composed of a laminate of aluminum and a resin, and the three pieces were heat-sealed to obtain a laminate type battery. Next, 0.5 mL of the electrolytic solution (A) or (B) was injected into the battery case and the laminate was immersed in the electrolytic solution, and then the battery case was sealed to produce a lithium ion secondary battery. This battery was kept in a thermostat set at 25 ° C. for 24 hours, and the non-aqueous electrolyte solution was sufficiently adapted to the laminate so that 1C = 40.0 mA. The produced battery was connected to a charge / discharge device (trade name “ACD-01” manufactured by Asuka Electronics Co., Ltd.), charged for 8 hours at a constant current of 0.1 C-constant voltage, and 3 at a constant current of 0.3 C. It was completed by initial conditioning by discharging to 0.0V. The charging was performed up to 4.35V.

(8)評価
上述のようにして得られた電解液を用いて充放電サイクル試験を行った。これらの評価は、アスカ電子(株)製充放電装置ACD−01(商品名)及び二葉科学社製恒温槽PLM−63S(商品名)を用いて行った。
〔高温サイクル試験1〕
1Cの定電流で充電し、4.35Vに到達した後、4.35Vの定電圧で充電し、合計1.5時間充電を行った。その後、1C定電流で3.0Vまで放電し、ここまでを1サイクルの充放電サイクルとした。この充放電サイクルを50℃で実施し、1サイクル目放電容量に対する各サイクル目の放電容量の値を放電容量維持率として算出した。放電容量維持率が80%に低下するまで充放電サイクルを続け、その時のサイクル数を求めた。
(8) Evaluation A charge / discharge cycle test was performed using the electrolytic solution obtained as described above. These evaluations were performed using a charge / discharge device ACD-01 (trade name) manufactured by Asuka Electronics Co., Ltd. and a thermostat PLM-63S (trade name) manufactured by Futaba Kagaku Co., Ltd.
[High temperature cycle test 1]
The battery was charged with a constant current of 1 C, reached 4.35 V, charged with a constant voltage of 4.35 V, and charged for a total of 1.5 hours. Thereafter, the battery was discharged to 3.0 V at a constant current of 1 C, and this was defined as one charge / discharge cycle. This charge / discharge cycle was carried out at 50 ° C., and the value of the discharge capacity at each cycle relative to the discharge capacity at the first cycle was calculated as the discharge capacity retention rate. The charge / discharge cycle was continued until the discharge capacity retention rate decreased to 80%, and the number of cycles at that time was determined.

(実施例1)
セパレータとして(d1)を、正極として(a1)を、負極として(c1)を用い、セパレータの無機物塗工面が負極側に向くように設置して積層体を製造した。次いで電解液として(B)を用い、上述の方法に従って電池を製造し、高温サイクル試験を行った。結果を表1に示す。
(実施例2)
正極として(b1)を用いる以外は実施例1と同様に実施した。結果を表1に示す。
(実施例3)
電解液として(A)を用いる以外は実施例1と同様に実施した。結果を表1に示す。
(実施例4)
セパレータとして(e1)を用いる以外は実施例3と同様に実施した。結果を表1に示す。
(比較例1)
セパレータの無機物塗工面が正極側に向くように設置した以外は実施例1と同様に実施した。結果を表1に示す。
(比較例2)
セパレータとして(D1)を用いた以外は実施例1と同様に実施した。結果を表1に示す。
(比較例3)
セパレータとして(D1)を用い、電解液として(A)を用いる以外は実施例1と同様に実施した。結果を表1に示す。
(実施例5)
セパレータとして(d2)を、正極として(a2)を、負極として(c2)を用い、セパレータの無機物塗工面が負極側に向くように設置して積層体を製造した。次いで電解液として(B)を用い、上述の方法に従って電池を製造し、高温サイクル試験を行った。結果を表1に示す。
(実施例6)
正極として(b2)を用いる以外は実施例5と同様に実施した。結果を表1に示す。
(実施例7)
電解液として(A)を用いる以外は実施例5と同様に実施した。結果を表1に示す。
(実施例8)
セパレータとして(e2)を用いる以外は実施例5と同様に実施した。結果を表1に示す。
(比較例4)
セパレータの無機物塗工面が正極側に向くように設置した以外は実施例5と同様に実施した。結果を表1に示す。
(比較例5)
セパレータとして(D2)を用いた以外は実施例5と同様に実施した。結果を表1に示す。
(比較例6)
セパレータとして(D2)を用い、電解液として(A)を用いる以外は実施例5と同様に実施した。結果を表1に示す。
Example 1
Using (d1) as the separator, (a1) as the positive electrode, and (c1) as the negative electrode, the separator was installed so that the inorganic coating surface was directed to the negative electrode side to produce a laminate. Next, using (B) as the electrolytic solution, a battery was produced according to the above-described method, and a high-temperature cycle test was performed. The results are shown in Table 1.
(Example 2)
The same operation as in Example 1 was performed except that (b1) was used as the positive electrode. The results are shown in Table 1.
(Example 3)
It implemented similarly to Example 1 except using (A) as electrolyte solution. The results are shown in Table 1.
Example 4
It implemented like Example 3 except using (e1) as a separator. The results are shown in Table 1.
(Comparative Example 1)
It implemented similarly to Example 1 except having installed so that the inorganic substance coating surface of a separator might face a positive electrode side. The results are shown in Table 1.
(Comparative Example 2)
It implemented like Example 1 except having used (D1) as a separator. The results are shown in Table 1.
(Comparative Example 3)
The same procedure as in Example 1 was performed except that (D1) was used as the separator and (A) was used as the electrolytic solution. The results are shown in Table 1.
(Example 5)
Using (d2) as a separator, (a2) as a positive electrode, and (c2) as a negative electrode, the separator was installed so that the inorganic coating surface was directed to the negative electrode side, to produce a laminate. Next, using (B) as the electrolytic solution, a battery was produced according to the above-described method, and a high-temperature cycle test was performed. The results are shown in Table 1.
(Example 6)
The same operation as in Example 5 was performed except that (b2) was used as the positive electrode. The results are shown in Table 1.
(Example 7)
It implemented similarly to Example 5 except using (A) as electrolyte solution. The results are shown in Table 1.
(Example 8)
It implemented like Example 5 except using (e2) as a separator. The results are shown in Table 1.
(Comparative Example 4)
It implemented like Example 5 except having installed so that the inorganic substance coating surface of a separator might face a positive electrode side. The results are shown in Table 1.
(Comparative Example 5)
The same operation as in Example 5 was performed except that (D2) was used as a separator. The results are shown in Table 1.
(Comparative Example 6)
The same operation as in Example 5 was performed except that (D2) was used as the separator and (A) was used as the electrolytic solution. The results are shown in Table 1.

Figure 2016085885
Figure 2016085885

Claims (11)

正極活物質にコバルトを含む正極と、
負極と、
非水電解液と、
無機物を含む層が少なくとも片面に存在しているセパレータと、
を含み、満充電時におけるリチウム基準の正極電位が、4.1V(vsLi/Li+)以上のリチウムイオン二次電池であって、
セパレータの、負極と対向する側の面に無機物の層が存在するリチウムイオン二次電池。
A positive electrode containing cobalt in the positive electrode active material;
A negative electrode,
A non-aqueous electrolyte,
A separator having a layer containing an inorganic substance on at least one side;
A lithium-ion secondary battery having a lithium-based positive electrode potential of 4.1 V (vsLi / Li + ) or higher when fully charged,
A lithium ion secondary battery in which an inorganic layer is present on the surface of the separator facing the negative electrode.
非水電解液が
非水溶媒と、
リチウム塩と、
無機酸、有機酸、酸アミド及びアミンから成る群より選ばれる一種以上の化合物の有する水素原子の一つ以上が珪素含有官能基で置換されている含珪素化合物と、
を含む、
請求項1に記載のリチウムイオン二次電池。
A non-aqueous electrolyte and a non-aqueous solvent,
Lithium salt,
A silicon-containing compound in which one or more hydrogen atoms of one or more compounds selected from the group consisting of inorganic acids, organic acids, acid amides, and amines are substituted with silicon-containing functional groups;
including,
The lithium ion secondary battery according to claim 1.
前記含珪素化合物は、ホウ素又はリンを含む塩基と水素との結合により形成された無機酸、カルボン酸及びリン酸アミドから成る群より選ばれる一種以上の化合物の有する水素原子の一つ以上が珪素含有官能基で置換されている含珪素化合物である、請求項2に記載のリチウムイオン二次電池。   In the silicon-containing compound, one or more hydrogen atoms of one or more compounds selected from the group consisting of an inorganic acid, a carboxylic acid, and a phosphoric acid amide formed by a bond of a base containing boron or phosphorus and hydrogen are silicon. The lithium ion secondary battery according to claim 2, wherein the lithium ion secondary battery is a silicon-containing compound substituted with a containing functional group. 前記含珪素化合物は−Si(R1)(R2)(R3)で表される部位を一つ以上有する化合物である、請求項2から3のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池。(R1〜R3はそれぞれ独立にアルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、F置換アルキル基のいずれかを示す。) The lithium ion secondary according to any one of claims 2 to 3, wherein the silicon-containing compound is a compound having one or more sites represented by -Si (R 1 ) (R 2 ) (R 3 ). battery. (R 1 to R 3 each independently represents an alkyl group, an alkenyl group, an alkoxy group, or an F-substituted alkyl group.) 前記非水電解液にはさらに、下記式(1):
Figure 2016085885
{式中、Mは、リン原子又はホウ素原子を示し、Mがリン原子のとき、wは0又は1であり、Mがホウ素原子のときwは0であり、R1、R2、及びR3は、各々独立に、置換されていてもよい炭素数1〜10の有機基を示し、そしてR4及びR5は、各々独立に、OH基、OLi基、置換されてもよい炭素数1〜10のアルキル基、置換されてもよい炭素数1〜10のアルコキシ基、炭素数3〜10のシロキシ基、炭素数6〜15のアリール基、及び炭素数6〜15のアリールオキシ基からなる群より選ばれる基を示す。}で表される化合物、及び/又は下記式(2):
Figure 2016085885
{式中、R1、R2、及びR3は、各々独立に、置換されていてもよい炭素数1〜10の有機基を示し、そしてR6は、置換されていてもよい炭素数1〜20の有機基を示す。}で表される化合物を含む、請求項2〜4のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池。
The non-aqueous electrolyte further includes the following formula (1):
Figure 2016085885
{In the formula, M represents a phosphorus atom or a boron atom; when M is a phosphorus atom, w is 0 or 1, and when M is a boron atom, w is 0, R 1 , R 2 , and R 3 each independently represents an optionally substituted organic group having 1 to 10 carbon atoms, and R 4 and R 5 each independently represents an OH group, an OLi group, or an optionally substituted carbon number of 1; An alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms that may be substituted, a siloxy group having 3 to 10 carbon atoms, an aryl group having 6 to 15 carbon atoms, and an aryloxy group having 6 to 15 carbon atoms. A group selected from the group is shown. } And / or the following formula (2):
Figure 2016085885
{Wherein R 1 , R 2 , and R 3 each independently represents an optionally substituted organic group having 1 to 10 carbon atoms, and R 6 represents an optionally substituted carbon number 1 -20 organic groups are shown. } The lithium ion secondary battery as described in any one of Claims 2-4 containing the compound represented by these.
前記無機物が金属酸化物、金属水酸化物、炭酸塩、硫酸塩又は粘土鉱物から選ばれる群のいずれか一種以上を含む、請求項1〜5のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 5, wherein the inorganic substance includes at least one member selected from the group consisting of metal oxides, metal hydroxides, carbonates, sulfates, and clay minerals. . 前記セパレータのベースの膜が有機樹脂である、請求項1〜6のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the separator base film is an organic resin. 満充電時におけるリチウム基準の正極電位が、4.2V(vsLi/Li+)を上回る、請求項1〜7のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池。 The lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 7, wherein a positive electrode potential based on lithium at a time of full charge exceeds 4.2 V (vsLi / Li + ). 前記正極活物質が、
下記式(3):
LiCо1-uMeu2 (3)
{式中、Meは、Coを除く遷移金属から成る群より選ばれる1種以上を示し、そしてuは、0.1≦u≦0.9の範囲内にある数である。}
で表される酸化物、
下記式(4):
zLi2McO3−(1−z)LiMdO2 (4)
{式中、Mc及びMdは、各々独立に、遷移金属から成る群より選ばれる1種以上であっていずれか一方又は両方がCoを含むものを示し、そしてzは、0.1≦z≦0.9の範囲内にある数である。}
で表される複合酸化物、
下記式(5):
LiMb1-yCoyPO4 (5)
{式中、Mbは、遷移金属から成る群より選ばれる1種以上を示し、そしてyは、0≦y≦0.9の範囲内にある数である。}
で表される化合物、及び
下記式(6):
Li2Mf1-yCoyPO4F (6)
{式中、Mfは、遷移金属から成る群より選ばれる1種以上を示し、そしてyは、0≦y≦0.9の範囲内にある数である。}
で表される化合物、
から成る群より選ばれる1種以上である、請求項1〜8のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池。
The positive electrode active material is
Following formula (3):
LiCо 1-u Me u O 2 (3)
{In the formula, Me represents one or more selected from the group consisting of transition metals excluding Co, and u is a number in the range of 0.1 ≦ u ≦ 0.9. }
An oxide represented by
Following formula (4):
zLi 2 McO 3 - (1- z) LiMdO 2 (4)
{In the formula, Mc and Md each independently represent one or more selected from the group consisting of transition metals, one or both of which contain Co, and z is 0.1 ≦ z ≦ A number in the range of 0.9. }
A composite oxide represented by
Following formula (5):
LiMb 1-y Co y PO 4 (5)
{In the formula, Mb represents one or more selected from the group consisting of transition metals, and y is a number in the range of 0 ≦ y ≦ 0.9. }
And a compound represented by the following formula (6):
Li 2 Mf 1-y Co y PO 4 F (6)
{Wherein Mf represents one or more selected from the group consisting of transition metals, and y is a number in the range of 0 ≦ y ≦ 0.9. }
A compound represented by
The lithium ion secondary battery as described in any one of Claims 1-8 which is 1 or more types chosen from the group which consists of.
前記セパレータの正極に対向する面に存在する無機物量は、負極に対向する面に存在する無機物量以下である、請求項1〜9のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 9, wherein an amount of an inorganic substance existing on a surface facing the positive electrode of the separator is equal to or less than an amount of an inorganic substance existing on a surface facing the negative electrode. 前記正極活物質が、4.4V(vsLi/Li+)以上の電位において10mAh/g以上の放電容量を有する、請求項1〜10のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池。 11. The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the positive electrode active material has a discharge capacity of 10 mAh / g or more at a potential of 4.4 V (vsLi / Li + ) or more.
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