JP2016091724A - Lithium secondary battery and method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a lithium secondary battery reduced in internal resistance, which can exhibit high battery characteristics.SOLUTION: A lithium secondary battery comprises a positive electrode having a positive electrode active material, a negative electrode having a negative electrode active material, and a nonaqueous electrolyte, which are enclosed in a battery case. The nonaqueous electrolyte contains, at least, a lithium salt having a sulfonic acid skeleton expressed by the formula (I), and a vinylene carbonate compound. (Ris a straight or branched chain alkyl group with C1-12.)SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、リチウム二次電池とその製造方法に関する。   The present invention relates to a lithium secondary battery and a method for manufacturing the same.

リチウム二次電池(リチウムイオン二次電池)は、近年、パソコンや携帯端末等のいわゆるポータブル電源や車両駆動用電源として用いられている。特に、軽量で高エネルギー密度が得られるリチウムイオン二次電池は、電気自動車、ハイブリッド自動車等の車両の駆動用高出力電源として好ましく用いられている。   In recent years, lithium secondary batteries (lithium ion secondary batteries) have been used as so-called portable power sources such as personal computers and portable terminals and power sources for driving vehicles. In particular, a lithium ion secondary battery that is lightweight and obtains a high energy density is preferably used as a high-output power source for driving vehicles such as electric vehicles and hybrid vehicles.

このようなリチウム二次電池では、初期充電の際に非水電解液の一部が分解されて、負極活物質の表面にその分解物からなる被膜(SEI被膜)が形成される。かかる被膜によって以後の充放電に伴う非水電解液の分解が抑制されるため、電池の耐久性(サイクル特性)を向上させることができる。これに関連する技術として、例えば特許文献1には、非水電解液中にビニレンカーボネート化合物およびアルキン化合物を含むリチウム二次電池が開示されている。   In such a lithium secondary battery, a part of the non-aqueous electrolyte is decomposed during initial charging, and a coating (SEI coating) made of the decomposition product is formed on the surface of the negative electrode active material. Such a coating suppresses the decomposition of the non-aqueous electrolyte accompanying subsequent charging / discharging, so that the durability (cycle characteristics) of the battery can be improved. As a technology related to this, for example, Patent Document 1 discloses a lithium secondary battery including a vinylene carbonate compound and an alkyne compound in a nonaqueous electrolytic solution.

国際公開第WO2005/008829号International Publication No. WO2005 / 008829

特許文献1には、ビニレンカーボネート化合物とアルキン化合物とを併用することにより、初期充電の際に負極上に強固なSEI被膜を形成し得、これによって電池の耐久性(例えば、サイクル特性)を向上し得る旨が記載されている(特許文献1の段落0027、0028等)。
しかしながら、発明者らの検討によれば、特許文献1に記載の電池は、内部抵抗そのもの(内部抵抗の値)を低減する効果が十分ではない場合があった。内部抵抗が高い電池は入出力特性が低下する傾向にあるため、高性能な電池を提供する観点からは、内部抵抗の低減は重要な課題の一つである。特に、高い入出力密度での充放電を繰り返す用途のリチウム二次電池(例えば、車載用途の電池のように、ハイレート充放電を繰り返す用途のリチウム二次電池)においては、高い入出力特性、即ち内部抵抗の低減が強く望まれている。
また、本発明者らの検討によれば、特許文献1に記載の電池では、添加する化合物の種類や量等によっては電池の耐久性が低下(例えば、サイクル特性が悪化)する場合があった。かかる耐久性の低下は、例えば車載用の電池のように厳しい条件下で使用される場合(具体的には、高温環境下で長期保管する場合や高入出力密度で充放電を繰り返す場合)に特に無視できないものである。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、耐久性と入出力特性とを高いレベルで両立可能なリチウム二次電池を提供することである。換言すれば、内部抵抗が低減され、より高いサイクル特性(例えば、高い容量維持率、抵抗増大の低減)を発揮し得るリチウム二次電池を提供することである。
In Patent Document 1, by using a vinylene carbonate compound and an alkyne compound in combination, a strong SEI film can be formed on the negative electrode during initial charging, thereby improving battery durability (for example, cycle characteristics). (Patent Document 1, paragraphs 0027, 0028, etc.).
However, according to investigations by the inventors, the battery described in Patent Document 1 may not be sufficiently effective in reducing the internal resistance itself (internal resistance value). Since batteries with high internal resistance tend to have low input / output characteristics, reducing internal resistance is an important issue from the viewpoint of providing high-performance batteries. In particular, in a lithium secondary battery that is repeatedly used for charging and discharging at a high input / output density (for example, a lithium secondary battery that is repeatedly used for high-rate charging and discharging, such as a battery for vehicle use), high input / output characteristics, Reduction of internal resistance is strongly desired.
Further, according to the study by the present inventors, in the battery described in Patent Document 1, the durability of the battery may be reduced (for example, the cycle characteristics may be deteriorated) depending on the type and amount of the compound to be added. . For example, when the battery is used under severe conditions such as an in-vehicle battery (specifically, when it is stored for a long time in a high temperature environment or when charging and discharging are repeated at a high input / output density). In particular, it cannot be ignored.
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a lithium secondary battery capable of achieving both durability and input / output characteristics at a high level. In other words, it is to provide a lithium secondary battery that has reduced internal resistance and can exhibit higher cycle characteristics (for example, a high capacity retention ratio and a reduction in resistance increase).

本発明者らは、上記電池の耐久性が低下する要因の一つとして、非水電解液中の支持塩(例えば、LiPF)が充放電の過程で加水分解されて生じ得るフッ素アニオン(F)およびフッ化水素(HF)が影響し得ることを見出した。
非水電解液中の支持塩(例えば、LiPF)は、電池内に含まれる微量の水分と以下のように反応(加水分解反応)し得る。
LiPF + HO → POF + LiF + 2HF (S1)
POF +HO → PO + HF +H (S2)
PO +HO → PO2− + HF +H (S3)
PO2− +HO → PO 3− + HF +H (S4)
LiPFの加水分解反応によって生じたフッ素アニオン(F)は負に帯電しているため、通常、電圧を印加すると正極側に引き寄せられる。そして、正極の表面(例えば正極活物質の表面)で酸化分解され、フッ化リチウム(LiF)となって正極活物質に堆積する。かかる被膜は抵抗成分となるため、内部抵抗の増大や電池の耐久性(例えば、サイクル特性)の低下等を招来し得る。また、発生したフッ化水素(HF)によって正極活物質からの構成元素(典型的には遷移金属元素、例えばマンガン元素)の溶出が加速され、内部抵抗が増大したり、正極活物質の結晶構造が崩壊することがあり得る。
The present inventors have, as one of the factors that the durability of the battery is lowered, the supporting salt in the nonaqueous electrolytic solution (e.g., LiPF 6) fluorine anion can occur is hydrolyzed in the course of charging and discharging (F - ) And hydrogen fluoride (HF) have been found to be affected.
The supporting salt (for example, LiPF 6 ) in the nonaqueous electrolytic solution can react (hydrolysis reaction) with a trace amount of water contained in the battery as follows.
LiPF 6 + H 2 O → POF 3 + LiF + 2HF (S1)
POF 3 + H 2 O → PO 2 F 2 + HF + H + (S2)
PO 2 F 2 + H 2 O → PO 3 F 2 + + HF + H + (S3)
PO 3 F 2- + H 2 O → PO 4 3- + HF + H + (S4)
Since the fluorine anion (F ) generated by the hydrolysis reaction of LiPF 6 is negatively charged, it is usually attracted to the positive electrode side when a voltage is applied. Then, it is oxidatively decomposed on the surface of the positive electrode (for example, the surface of the positive electrode active material) and becomes lithium fluoride (LiF) and is deposited on the positive electrode active material. Since such a film becomes a resistance component, an increase in internal resistance and a decrease in battery durability (for example, cycle characteristics) can be caused. In addition, the generated hydrogen fluoride (HF) accelerates the elution of constituent elements (typically transition metal elements such as manganese elements) from the positive electrode active material, thereby increasing the internal resistance and the crystal structure of the positive electrode active material. Can collapse.

また、本発明者らは、上記内部抵抗の低減効果が不十分である要因の一つとして、充電時(特に高い入力密度での充電時)における負極活物質表面での電荷担体(即ちリチウムイオン)の不足が影響し得ることを見出した。換言すれば、負極活物質表面の電荷担体濃度(リチウムイオン濃度)を増大させることで、内部抵抗を低減させ得ることを見出した。   In addition, as one of the factors that the effect of reducing the internal resistance is insufficient, the inventors of the present invention have charge carriers (that is, lithium ions) on the negative electrode active material surface during charging (particularly during charging at a high input density). ) Was found to be affected. In other words, it has been found that the internal resistance can be reduced by increasing the charge carrier concentration (lithium ion concentration) on the surface of the negative electrode active material.

そこで、本発明者らは鋭意検討を重ね、上記フッ素アニオン(F)およびフッ化水素(HF)の影響を抑制して耐久性を向上しつつ、上記負極活物質表面の電荷担体濃度を増大させて内部抵抗を低減させ得る手段を見出し、本発明を完成するに至った。 Therefore, the present inventors have conducted intensive studies and suppressed the influence of the fluorine anion (F ) and hydrogen fluoride (HF) to improve the durability and increase the charge carrier concentration on the surface of the negative electrode active material. Thus, a means capable of reducing the internal resistance has been found, and the present invention has been completed.

本発明により、正極活物質を有する正極と、負極活物質を有する負極と、非水電解液とが電池ケース内に収容されたリチウム二次電池が提供される。ここで、上記非水電解液は、下式(I)で表されるスルホン酸骨格を有するリチウム塩と、ビニレンカーボネート化合物とを含有する。   The present invention provides a lithium secondary battery in which a positive electrode having a positive electrode active material, a negative electrode having a negative electrode active material, and a non-aqueous electrolyte are accommodated in a battery case. Here, the non-aqueous electrolyte contains a lithium salt having a sulfonic acid skeleton represented by the following formula (I) and a vinylene carbonate compound.

Figure 2016091724
(ここで、Rは、炭素原子数1〜12の直鎖状または分岐状のアルキル基である。)
Figure 2016091724
(Here, R 1 is a linear or branched alkyl group having 1 to 12 carbon atoms.)

非水電解液中に上記ビニレンカーボネート化合物を含むことで、負極活物質表面に該ビニレンカーボネート化合物由来のSEI被膜を形成し得る。上記ビニレンカーボネート化合物由来のSEI被膜は分解や劣化が生じ難い安定な被膜であり、充放電における非水電解液の還元分解を長期に渡り好適に抑制することができる。即ち、非水電解液中にビニレンカーボネート化合物を含ませることで、高い耐久性(例えばサイクル特性)を実現し得る。   By including the vinylene carbonate compound in the non-aqueous electrolyte, an SEI film derived from the vinylene carbonate compound can be formed on the surface of the negative electrode active material. The SEI coating derived from the vinylene carbonate compound is a stable coating that is unlikely to be decomposed or deteriorated, and can favorably suppress reductive decomposition of the non-aqueous electrolyte during charge and discharge over a long period of time. That is, high durability (for example, cycle characteristics) can be realized by including a vinylene carbonate compound in the nonaqueous electrolytic solution.

また、非水電解液中に、上記ビニレンカーボネート化合物に加えて上記式(I)に示すスルホン酸骨格を有するリチウム塩(以下、単に「スルホン酸リチウム塩」という場合がある。)とを含むことで、初期充電後、該ビニレンカーボネート化合物由来のSEI被膜中に該スルホン酸リチウム塩由来の成分(当該スルホン酸リチウム塩由来の分解産物、変性産物を包含する。以下同じ。)を取り込ませることができる。上記スルホン酸リチウム塩は、分子中にリチウム元素を含むため、負極活物質表面におけるリチウム元素の存在量(負極活物質表面における電荷担体濃度)、即ちリチウム二次電池における電荷担体濃度を増大させることができる。また、かかるスルホン酸リチウム塩は、電荷の偏り(分極)が大きい分子構造(非共有電子対(ローンペア)を多く有する分子構造)をしており、該分子へのカチオン(+イオン)の接近をアシスト(促進)し得る。即ち、非水電解液中のリチウムイオン(Li)をビニレンカーボネート化合物由来の被膜中(即ち、負極活物質表面)に引き寄せることができる。これによっても、負極活物質表面における電荷担体濃度を増大することができる。以上の効果により、負極活物質表面での電荷担体(即ちリチウムイオン)の不足が生じることを抑制することができる。即ち、非水電解液中にビニレンカーボネート化合物とスルホン酸リチウム塩を含むことで、電池の内部抵抗の低減を実現し得る。 In addition to the vinylene carbonate compound, the non-aqueous electrolyte contains a lithium salt having a sulfonic acid skeleton represented by the above formula (I) (hereinafter sometimes simply referred to as “lithium sulfonate”). Thus, after the initial charge, components derived from the lithium sulfonate (including decomposition products and modified products derived from the lithium sulfonate, the same shall apply hereinafter) are incorporated into the SEI coating derived from the vinylene carbonate compound. it can. Since the lithium sulfonate salt contains lithium element in the molecule, the amount of lithium element present on the surface of the negative electrode active material (charge carrier concentration on the surface of the negative electrode active material), that is, increase the charge carrier concentration in the lithium secondary battery. Can do. In addition, such lithium sulfonate has a molecular structure (molecular structure having many unshared electron pairs (law pairs)) with a large charge bias (polarization), and a cation (+ ion) approaches the molecule. Can be assisted (promoted). That is, lithium ions (Li + ) in the nonaqueous electrolytic solution can be attracted to the vinylene carbonate compound-derived film (that is, the negative electrode active material surface). This can also increase the charge carrier concentration on the negative electrode active material surface. With the above effects, it is possible to suppress the shortage of charge carriers (that is, lithium ions) on the surface of the negative electrode active material. That is, by including the vinylene carbonate compound and the sulfonic acid lithium salt in the nonaqueous electrolytic solution, it is possible to reduce the internal resistance of the battery.

さらに、非水電解液中のスルホン酸リチウム塩は、典型的に、充電時(典型的には初期充電時)において還元分解され、正極活物質表面および負極活物質表面(典型的にはビニレンカーボネート化合物由来のSEI被膜の表面)に結合(付着)して当該SEI被膜の一部を構成し得る。かかるスルホン酸リチウム塩由来の被膜は非共有電子対(ローンペア)を多く有し、電荷の偏り(分極)が大きい分子構造をしているため、静電相互作用によって、リチウムイオンが正極および負極に接近することを促進することができる。即ち、正極活物質および負極活物質の表面にスルホン酸リチウム塩由来の被膜を備えることで、非水電解液中のリチウムイオン(即ち電荷担体)が正極および負極に接近することを促進することができる。これにより、充放電時における正負極間での電荷担体の受け渡しがスムーズに行われることとなり、電池抵抗を低減することができる。
一方で、式(I)に示すスルホン酸リチウム塩由来の被膜は非共有電子対(ローンペア)を多く有し、静電相互作用および/または立体障害によって、フッ素アニオンが正極および負極に接近することを防止することができる。これにより、上述した支持塩の加水分解によって生じ得るフッ素アニオンおよびフッ化水素の影響を抑制することができる。即ち、正極にスルホン酸リチウム塩由来の被膜を備えることで、抵抗の高いフッ化リチウムで正極活物質が被覆され難いという格別の効果を奏し得る。また、正極活物質の表面にスルホン酸リチウム塩由来の被膜を備えることで、非水電解液の酸化分解を抑制することができ、さらには正極活物質の結晶構造をより安定な状態で保持することができる。特に、硫黄原子を含む被膜は熱的安定性に優れるため、高温環境下においても分解や劣化等を生じ難く、高い耐久性(例えば、高温保存特性や高温充放電サイクル特性)を実現し得る。このため、例えば高温環境下で溶出し易いマンガンを多く含む(典型的には30mol%〜40mol%程度含む)遷移金属複合酸化物を正極活物質として用いた場合であっても、長期に亘り安定した性能を発揮することができる。
Further, the lithium sulfonate in the non-aqueous electrolyte is typically reductively decomposed during charging (typically during initial charging), and the positive electrode active material surface and the negative electrode active material surface (typically vinylene carbonate). A part of the SEI film can be formed by binding (attaching) to the surface of the compound-derived SEI film. Such a film derived from lithium sulfonate has a molecular structure with many unshared electron pairs (lone pairs) and a large charge bias (polarization), so that lithium ions are positive and negative by electrostatic interaction. Can be approached. That is, by providing a coating derived from lithium sulfonate on the surfaces of the positive electrode active material and the negative electrode active material, it is possible to promote the approach of lithium ions (that is, charge carriers) in the nonaqueous electrolytic solution to the positive electrode and the negative electrode. it can. Thereby, the delivery of charge carriers between the positive and negative electrodes at the time of charging / discharging is performed smoothly, and the battery resistance can be reduced.
On the other hand, the coating derived from the lithium sulfonate salt represented by the formula (I) has many unshared electron pairs (lone pairs), and the fluorine anion approaches the positive electrode and the negative electrode due to electrostatic interaction and / or steric hindrance. This can be prevented. Thereby, the influence of the fluorine anion and hydrogen fluoride which can arise by hydrolysis of the support salt mentioned above can be suppressed. That is, by providing the positive electrode with a coating derived from a lithium sulfonate salt, it is possible to achieve a special effect that it is difficult to coat the positive electrode active material with lithium fluoride having high resistance. Further, by providing a coating derived from lithium sulfonate on the surface of the positive electrode active material, the oxidative decomposition of the non-aqueous electrolyte can be suppressed, and further the crystal structure of the positive electrode active material is maintained in a more stable state. be able to. In particular, since a film containing sulfur atoms is excellent in thermal stability, it does not easily decompose or deteriorate even in a high temperature environment, and can achieve high durability (for example, high temperature storage characteristics and high temperature charge / discharge cycle characteristics). For this reason, for example, even when a transition metal composite oxide containing a large amount of manganese that is easily eluted in a high-temperature environment (typically about 30 mol% to 40 mol%) is used as the positive electrode active material, it is stable for a long period of time. Performance can be demonstrated.

以上に述べたとおり、上述の構成のリチウム二次電池は、内部抵抗が低減され、より高いサイクル特性(例えば、高い容量維持率、抵抗増大の低減)を発揮し得るリチウム二次電池である。即ち、上記構成のリチウム電池では、耐久性と入出力特性とを高いレベルで両立可能である。   As described above, the lithium secondary battery having the above-described configuration is a lithium secondary battery that has reduced internal resistance and can exhibit higher cycle characteristics (for example, high capacity retention rate and reduced resistance increase). That is, the lithium battery having the above configuration can achieve both durability and input / output characteristics at a high level.

好適な一態様では、上記式(I)におけるRがエチル基である。即ち、ここで開示される好適な一態様のリチウム二次電池では、上記スルホン酸骨格を有するリチウム塩として、エトキシスルホン酸リチウムを含む。
エトキシスルホン酸リチウムは、負極活物質表面のビニレンカーボネート化合物由来の被膜中に取り込まれ易く、上記負極活物質表面の電荷担体濃度を増大する効果を高レベルで実現し得る。また、エトキシスルホン酸リチウムは非水電解液中の溶解性に優れているため、必要量のエトキシスルホン酸リチウムを非水電解液中に安定して溶解することができる。
In a preferred embodiment, R 1 in the above formula (I) is an ethyl group. That is, in a lithium secondary battery according to a preferred embodiment disclosed herein, lithium ethoxysulfonate is included as the lithium salt having the sulfonic acid skeleton.
Lithium ethoxysulfonate is easy to be incorporated into the coating derived from the vinylene carbonate compound on the surface of the negative electrode active material, and can achieve the effect of increasing the charge carrier concentration on the surface of the negative electrode active material at a high level. Further, since lithium ethoxysulfonate is excellent in solubility in the non-aqueous electrolyte, a required amount of lithium ethoxysulfonate can be stably dissolved in the non-aqueous electrolyte.

ここで開示される好適な一態様のリチウム二次電池では、上記ビニレンカーボネート化合物として、ビニレンカーボネート(C)を含む。
ビニレンカーボネートは、負極活物質上に安定で強固なSEI被膜を形成し得る。このため、高い耐久性を実現することができる。また、ビニレンカーボネート(C)は、SEI被膜形成時にスルホン酸リチウム塩を被膜中に取り込み易いため、上記負極活物質表面の電荷担体濃度を増大する効果を高レベルで実現し得る。
In a lithium secondary battery according to a preferred embodiment disclosed herein, vinylene carbonate (C 3 H 2 O 3 ) is included as the vinylene carbonate compound.
Vinylene carbonate can form a stable and strong SEI film on the negative electrode active material. For this reason, high durability is realizable. In addition, vinylene carbonate (C 3 H 2 O 3 ) can easily incorporate the lithium sulfonate into the coating when the SEI coating is formed, and thus can achieve a high level of effect of increasing the charge carrier concentration on the surface of the negative electrode active material. .

ここで開示される好適な一態様のリチウム二次電池では、上記負極活物質の表面には前記ビニレンカーボネート化合物に由来する被膜が、該被膜の構成に消費されたビニレンカーボネート化合物換算で、該負極活物質の単位表面積(1m)当たり27μmol以上64μmol以下の割合で形成されている。そして、上記ビニレンカーボネート化合物由来の被膜中には上記スルホン酸骨格を有するリチウム塩由来の成分が含まれている。さらに、該被膜中に含まれるスルホン酸リチウム塩由来の成分の含有量は、該被膜の構成に消費されたビニレンカーボネート化合物1mol当たり、スルホン酸基換算で0.04mol以上0.15mol以下である。
負極活物質表面のビニレンカーボネート化合物由来のSEI被膜の構成ならびに形成量を上記範囲とすることで、強固で安定なSEI被膜形成が実現される。また、かかる被膜量を上記範囲とすることで、電荷担体の反応の場を好適に確保することができる。
また、ビニレンカーボネート化合物由来のSEI被膜中に含まれるスルホン酸リチウム塩由来の成分の含有量(スルホン酸基換算でのモル比)を上記範囲とすることで、該スルホン酸リチウム塩による負極活物質表面での電荷担体濃度の増大効果を好適に発揮することができる。ここで、スルホン酸リチウム塩は、ビニレンカーボネート化合物が被膜を形成する重合反応には直接関与しないため、ビニレンカーボネート化合物由来の被膜中のスルホン酸リチウム塩由来の成分の含有量が多すぎると、該被膜の強度が低下する虞がある。ビニレンカーボネート化合物由来のSEI被膜中のスルホン酸リチウム塩由来の成分の含有量を上記の範囲とすることで、該被膜の強度を確保しつつ、負極活物質表面における電荷担体濃度の増大効果を好適に発揮することができる。
In the lithium secondary battery according to a preferred aspect disclosed herein, a coating derived from the vinylene carbonate compound is formed on the surface of the negative electrode active material in terms of the vinylene carbonate compound consumed in the configuration of the coating. It is formed at a rate of 27 μmol or more and 64 μmol or less per unit surface area (1 m 2 ) of the active material. And the component derived from the lithium salt which has the said sulfonic acid skeleton is contained in the film derived from the said vinylene carbonate compound. Furthermore, content of the component derived from lithium sulfonate contained in the coating is 0.04 mol or more and 0.15 mol or less in terms of sulfonic acid group per 1 mol of vinylene carbonate compound consumed in the configuration of the coating.
By setting the composition and the amount of the SEI coating derived from the vinylene carbonate compound on the surface of the negative electrode active material within the above range, a strong and stable SEI coating can be formed. In addition, by setting the amount of the coating within the above range, it is possible to suitably secure a field for the charge carrier reaction.
Moreover, the negative electrode active material by this sulfonic-acid lithium salt by making content (molar ratio in conversion of a sulfonic acid group) of the component derived from the sulfonic-acid lithium salt contained in the SEI film derived from a vinylene carbonate compound into the said range. The effect of increasing the charge carrier concentration on the surface can be suitably exhibited. Here, since the lithium sulfonic acid salt does not directly participate in the polymerization reaction in which the vinylene carbonate compound forms a film, if the content of the component derived from the lithium sulfonic acid salt in the film derived from the vinylene carbonate compound is too large, There exists a possibility that the intensity | strength of a film may fall. By setting the content of the component derived from lithium sulfonate in the SEI coating derived from the vinylene carbonate compound within the above range, the effect of increasing the charge carrier concentration on the negative electrode active material surface is preferable while ensuring the strength of the coating. Can be demonstrated.

上記「負極活物質の単位表面積当たりのビニレンカーボネート化合物由来の被膜量(μmol/m)」は、例えば、使用した非水電解液中のビニレンカーボネート化合物の消費量、即ち分解量(μmol)を負極活物質の総表面積(m)で除すことによって求められる。かかるビニレンカーボネート化合物の消費量=分解量(μmol)は、電池構築時に電池ケース内に供給したビニレンカーボネート化合物の供給量(μmol)から、電池ケース内に残存するビニレンカーボネート化合物の残存量(μmol)を減算することで算出することができる。なお、上記電池ケース内に残存するビニレンカーボネート化合物の残存量(μmol)は、例えばガスクロマトグラフィー(GC:Gas Chromatography)の手法によって測定することができる。なお、かかるGCによるビニレンカーボネート化合物の測定方法については、後述する。また、上記「負極活物質の総表面積(m)」は、例えば負極活物質層の形成に用いた負極活物質の総質量(g)と、活物質のBET比表面積(m/g)の積によって求めることができる。「BET比表面積(m/g)」は、例えば吸着質として窒素(N)ガスを用いたガス吸着法(定容量式吸着法)によって測定されたガス吸着量を、BET法(例えば、BET1点法)で解析することによって求めることができる。 The “amount of coating derived from the vinylene carbonate compound per unit surface area of the negative electrode active material (μmol / m 2 )” is, for example, the consumption amount of the vinylene carbonate compound in the used non-aqueous electrolyte, that is, the decomposition amount (μmol). It is obtained by dividing by the total surface area (m 2 ) of the negative electrode active material. The amount of vinylene carbonate compound consumed = decomposition amount (μmol) is the amount of vinylene carbonate compound remaining in the battery case (μmol) from the amount of vinylene carbonate compound supplied in the battery case (μmol) during battery construction. Can be calculated by subtracting. The residual amount (μmol) of the vinylene carbonate compound remaining in the battery case can be measured by, for example, a gas chromatography (GC) method. In addition, the measuring method of the vinylene carbonate compound by this GC is mentioned later. The “total surface area (m 2 ) of the negative electrode active material” is, for example, the total mass (g) of the negative electrode active material used for forming the negative electrode active material layer and the BET specific surface area (m 2 / g) of the active material. It can be obtained by the product of “BET specific surface area (m 2 / g)” is, for example, a gas adsorption amount measured by a gas adsorption method (fixed capacity adsorption method) using nitrogen (N 2 ) gas as an adsorbate, and a BET method (for example, It can be obtained by analyzing by the BET 1-point method.

上記「ビニレンカーボネート化合物に由来の被膜中に含まれるスルホン酸骨格を有するリチウム塩由来の成分の含有量(モル比)」は、例えば、負極活物質層の単位面積あたりに存在する全スルホン酸リチウム塩由来の成分の量(μmol/m)から負極活物質層の単位面積あたりのスルホン酸リチウム塩由来の被膜の量(μmol/m)を減じて得られるスルホン酸リチウム塩由来の成分の量(μmol/m)を、負極活物質層の単位面積あたりのビニレンカーボネ―ト化合物由来の被膜量(μmol/m)で除すことによって求めることができる。
上記「負極活物質層の単位面積あたりに存在する全スルホン酸リチウム塩由来の成分の量(μmol/m)」は、例えば誘導結合プラズマ発光分光分析(ICP‐AES:Inductively Coupled Plasma−Atomic Emission Spectrometry)の手法によって測定することができる。なお、上記ICP‐AESを用いたビニレンカーボネート化合物中のリチウム塩量の測定方法については、後述する。
また、上記「負極活物質層の単位面積あたりのビニレンカーボネ―ト化合物由来の被膜量(μmol/m)」は、被膜形成に消費されたビニレンカーボネート化合物の量(分解量)(μmol)を、負極活物質層の形成面積(m)で除すことによって求めることができる。「ビニレンカーボネート化合物の分解量(μmol)」は、上述の手法により求め得る。
また、上記「負極活物質層の単位面積あたりのスルホン酸リチウム塩由来の被膜の量(μmol/m)」は、例えば、イオンクロマトグラフィー(IC:Ion Chromatography)の手法によって測定することができる。なお、上記ICを用いた被膜の測定方法については、後述する。
The above “content (molar ratio) of components derived from a lithium salt having a sulfonic acid skeleton contained in a coating derived from a vinylene carbonate compound” is, for example, all lithium sulfonate present per unit area of the negative electrode active material layer Of the component derived from lithium sulfonate obtained by subtracting the amount of coating derived from lithium sulfonate (μmol / m 2 ) per unit area of the negative electrode active material layer from the amount of component derived from salt (μmol / m 2 ) the amount (μmol / m 2), Binirenkabone per unit area of the negative electrode active material layer - can be determined by dividing the coating weight of from bets compound (μmol / m 2).
The “amount of the component derived from the total sulfonic acid lithium salt present per unit area of the negative electrode active material layer (μmol / m 2 )” is, for example, inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP-AES: Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission). Spectrometry can be used for measurement. A method for measuring the amount of lithium salt in the vinylene carbonate compound using ICP-AES will be described later.
The “amount of coating derived from the vinylene carbonate compound per unit area of the negative electrode active material layer (μmol / m 2 )” is the amount of vinylene carbonate compound consumed for forming the coating (decomposition amount) (μmol). Is divided by the formation area (m 2 ) of the negative electrode active material layer. The “decomposition amount (μmol) of the vinylene carbonate compound” can be obtained by the above-described method.
The “amount of coating derived from lithium sulfonate per unit area of negative electrode active material layer (μmol / m 2 )” can be measured by, for example, an ion chromatography (IC) method. . A method for measuring a film using the IC will be described later.

また、ここで開示される好適な一態様のリチウム二次電池では、上記正極活物質の表面には、上記スルホン酸リチウム塩に由来する被膜が、スルホン酸基換算で、該正極活物質の単位表面積(1m)当たり8μmol以上18μmol以下の割合で形成されている。
正極活物質表面に形成されるスルホン酸リチウム塩に由来する成分の含有量(被膜の形成量)を上記範囲とすることで、電荷担体の反応の場を好適に確保しつつ、上記フッ素アニオンの接近抑制効果と、電荷担体の接近アシスト(促進)効果とを高レベルに発揮することができる。
Moreover, in the lithium secondary battery according to a preferred embodiment disclosed herein, a coating derived from the lithium sulfonate salt has a unit of the positive electrode active material in terms of a sulfonic acid group on the surface of the positive electrode active material. It is formed at a rate of 8 μmol or more and 18 μmol or less per surface area (1 m 2 ).
By setting the content of the component derived from the lithium sulfonate salt formed on the surface of the positive electrode active material (the amount of film formation) within the above range, it is possible to suitably secure the field of charge carrier reaction and The approach suppression effect and the charge carrier approach assist (promotion) effect can be exhibited at a high level.

上記「活物質の単位表面積当たりのスルホン酸骨格を有するリチウム塩に由来する成分の含有量=被膜量(μmol/m)」は、例えば、イオンクロマトグラフィー(IC:Ion Chromatography)の手法によって測定されたスルホン酸リチウム塩由来の成分の含有量=被膜量(μmol/cm)を、単位面積当たりに含まれる活物質の表面積(m/cm)で除すことによって求めることができる。なお、上記ICを用いた被膜の測定方法については、後述する。また、上記「単位面積当たりに含まれる活物質の表面積(m/cm)」は、活物質の目付量(g/cm)と活物質のBET比表面積(m/g)の積によって求めることができる。「BET比表面積(m/g)」は、例えば吸着質として窒素(N)ガスを用いたガス吸着法(定容量式吸着法)によって測定されたガス吸着量を、BET法(例えば、BET1点法)で解析することによって求めることができる。 The above “content of component derived from lithium salt having sulfonic acid skeleton per unit surface area of active material = film amount (μmol / m 2 )” is measured by, for example, ion chromatography (IC: Ion Chromatography) method The content of the component derived from the lithium sulfonate salt = the coating amount (μmol / cm 2 ) can be obtained by dividing the content by the surface area (m 2 / cm 2 ) of the active material contained per unit area. A method for measuring a film using the IC will be described later. Further, the “surface area of active material contained per unit area (m 2 / cm 2 )” is a product of the basis weight of active material (g / cm 2 ) and the BET specific surface area of active material (m 2 / g). Can be obtained. “BET specific surface area (m 2 / g)” is, for example, a gas adsorption amount measured by a gas adsorption method (fixed capacity adsorption method) using nitrogen (N 2 ) gas as an adsorbate, and a BET method (for example, It can be obtained by analyzing by the BET 1-point method.

なお、本明細書中にいう「ビニレンカーボネート化合物由来の被膜」あるいは、「スルホン酸骨格を有するリチウム塩に由来する被膜」は、被膜の構成要素について用いられる表現であり、初期充電後に形成されるSEI被膜中には上記ビニレンカーボネート化合物やスルホン酸リチウム塩に由来しない他の成分、例えば非水電解液を構成する他の成分(具体的には、支持塩や非水溶媒)の分解生成物等が混入し得ることは勿論であり、本明細書中にいう「ビニレンカーボネート化合物由来の被膜」あるいは、「スルホン酸骨格を有するリチウム塩に由来する被膜」は、これら他の成分の存在を許容するものである。
また、本明細書において「リチウム二次電池」とは、常温(例えば25℃)において液状を呈する非水電解液(典型的には、非水溶媒中に電荷担体を含む電解液)を備えた電池であって、電荷担体としてリチウムイオンを利用し、正負極間におけるリチウムイオンの移動により充放電が実現される二次電池をいう。
The term “coating derived from a vinylene carbonate compound” or “coating derived from a lithium salt having a sulfonic acid skeleton” as used in the present specification is an expression used for components of the coating, and is formed after the initial charge. In the SEI coating, other components not derived from the vinylene carbonate compound or lithium sulfonate, such as decomposition products of other components constituting the nonaqueous electrolyte (specifically, supporting salts and nonaqueous solvents), etc. Of course, the “coating derived from a vinylene carbonate compound” or the “coating derived from a lithium salt having a sulfonic acid skeleton” in the present specification allows the presence of these other components. Is.
In this specification, the “lithium secondary battery” includes a non-aqueous electrolyte that is liquid at room temperature (for example, 25 ° C.) (typically, an electrolyte containing a charge carrier in a non-aqueous solvent). A battery that uses lithium ions as a charge carrier and is charged and discharged by the movement of lithium ions between positive and negative electrodes.

また、本発明は他の側面として、ここで開示される構成のリチウム二次電池を製造する方法を提供する。即ち、ここで開示されるリチウム二次電池の製造方法は、
(1)正極活物質を有する正極と、負極活物質を有する負極と、非水電解液とを電池ケース内に収容して電池組立体を構築することと、(2)上記正極と上記負極との間の電圧が所定の値となるよう初期充電処理を行うことを包含する。
そして、ここで開示される製造方法では、上記非水電解液として、下式(I)で表されるスルホン酸リチウム塩と、ビニレンカーボネート化合物とを含有する非水電解液を使用することを特徴とする。
Moreover, this invention provides the method of manufacturing the lithium secondary battery of the structure disclosed here as another side surface. That is, the manufacturing method of the lithium secondary battery disclosed here is:
(1) housing a positive electrode having a positive electrode active material, a negative electrode having a negative electrode active material, and a non-aqueous electrolyte in a battery case, and (2) constructing a battery assembly. The initial charging process is performed so that the voltage between the two becomes a predetermined value.
And in the manufacturing method disclosed here, a non-aqueous electrolyte containing a sulfonic acid lithium salt represented by the following formula (I) and a vinylene carbonate compound is used as the non-aqueous electrolyte. And

Figure 2016091724
(ここで、Rは、炭素原子数1〜12の直鎖状または分岐状のアルキル基である。)
Figure 2016091724
(Here, R 1 is a linear or branched alkyl group having 1 to 12 carbon atoms.)

初期充電(コンディショニング)時には、ビニレンカーボネート化合物が負極で還元分解され、負極活物質の表面に該ビニレンカーボネート化合物由来のSEI被膜が形成される。このとき、該ビニレンカーボネート化合物由来のSEI被膜中には式(1)に示すスルホン酸リチウム塩由来の成分が取り込まれる。また、かかるスルホン酸リチウム塩の一部も、上記初期充電(コンディショニング)時に負極で還元分解され得る。かかる還元分解によって生じたR−SO基の一部は正極側へ移動し、負極活物質および正極活物質の表面にスルホン酸リチウム塩に由来の被膜(典型的にはスルホニルオキシ基を有する被膜、例えばスルホニルオキシ基とリチウム元素とを含有する被膜)となって結合(付着)する。 During initial charging (conditioning), the vinylene carbonate compound is reduced and decomposed at the negative electrode, and an SEI coating derived from the vinylene carbonate compound is formed on the surface of the negative electrode active material. At this time, the component derived from the lithium sulfonate salt represented by the formula (1) is taken into the SEI coating derived from the vinylene carbonate compound. In addition, a part of the lithium sulfonate can be reduced and decomposed at the negative electrode during the initial charging (conditioning). A part of the R 1 —SO 3 group generated by such reductive decomposition moves to the positive electrode side, and a coating derived from lithium sulfonate (typically having a sulfonyloxy group) on the surface of the negative electrode active material and the positive electrode active material A film (for example, a film containing a sulfonyloxy group and lithium element) is bonded (attached).

ここで開示されるリチウム二次電池の製造方法の好適な一態様では、上記非水電解液として、該非水電解液中のビニレンカーボネート化合物の濃度C(質量%)と、該非水電解液中のスルホン酸リチウム塩の濃度C(質量%)との比(C/C)が0.5以上1.8以下である非水電解液を使用する。かかる(C/C)比を上記範囲とすることで、ビニレンカーボネート化合物由来の被膜の強度を保ちつつ、該被膜中に好適量のスルホン酸リチウム塩由来の成分を含有するSEI被膜を負極活物質層上に形成することができる。 In a preferred embodiment of the method for producing a lithium secondary battery disclosed herein, as the non-aqueous electrolyte, the concentration C a (% by mass) of the vinylene carbonate compound in the non-aqueous electrolyte and the non-aqueous electrolyte A nonaqueous electrolytic solution having a ratio (C a / C b ) to a concentration C b (mass%) of lithium sulfonate of 0.5 to 1.8 is used. By setting the (C a / C b ) ratio in the above range, an SEI coating containing a suitable amount of a component derived from lithium sulfonate in the coating is maintained while maintaining the strength of the coating derived from the vinylene carbonate compound. It can be formed on the active material layer.

ここで開示されるリチウム二次電池製造方法の好適な一態様では、上記非水電解液として、スルホン酸リチウム塩の濃度Cが0.75質量%以上2.0質量%以下であり、且つ、ビニレンカーボネート化合物の濃度Cが0.7質量%以上1.8質量%以下である非水電解液を使用する。ビニレンカーボネート化合物の濃度とスルホン酸リチウム塩の濃度とをいずれも上記範囲とすることで、ビニレンカーボネート化合物由来の被膜中に好適量のスルホン酸リチウム塩由来の成分を含ませることができる。したがって、本発明の適用効果をより高いレベルで発揮することができる。 In a preferred aspect of the method for producing a lithium secondary battery disclosed herein, the non-aqueous electrolyte has a sulfonic acid lithium salt concentration Cb of 0.75% by mass to 2.0% by mass, and , the concentration C a vinylene carbonate compound using a non-aqueous electrolyte is not more than 1.8 mass% to 0.7 mass%. By setting both the concentration of the vinylene carbonate compound and the concentration of the lithium sulfonic acid salt within the above ranges, a suitable amount of the component derived from the lithium sulfonic acid salt can be included in the coating derived from the vinylene carbonate compound. Therefore, the application effect of the present invention can be exhibited at a higher level.

上述の通り、ここで開示されるリチウム二次電池(例えばリチウムイオン二次電池)は、内部抵抗が低減され高いサイクル特性(高い容量維持率、低い抵抗増加率等)を発揮し得ることを特徴とする。すなわち、ここで開示される電池は初期の電池特性(例えば初期の入出力特性)が高く、例えば高温環境下で長期間保存した場合や長期間の使用後であっても電池容量の低下を生じ難い。したがって、かかる特徴を活かして、高エネルギー密度や高出力密度、あるいは広範な温度域において高い耐久性が要求され得る用途(例えば車両に搭載されるモーター駆動のための動力源(駆動用電源))で特に好適に使用し得る。   As described above, the lithium secondary battery disclosed herein (for example, a lithium ion secondary battery) is characterized in that internal resistance is reduced and high cycle characteristics (high capacity retention rate, low resistance increase rate, etc.) can be exhibited. And In other words, the battery disclosed herein has high initial battery characteristics (for example, initial input / output characteristics), and, for example, when the battery is stored for a long period of time in a high temperature environment or after a long period of use, the battery capacity is reduced. hard. Therefore, taking advantage of these features, applications that require high energy density, high output density, or high durability in a wide range of temperatures (for example, power sources for driving motors mounted on vehicles (drive power supplies)) And can be used particularly preferably.

一実施形態に係るリチウム二次電池の外形を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the external shape of the lithium secondary battery which concerns on one Embodiment. 図1中のII−II線に沿う縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which follows the II-II line | wire in FIG. 一実施形態に係る捲回電極体の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the wound electrode body which concerns on one Embodiment.

以下、適宜図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態を説明する。本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。なお、以下の図面において、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明し、重複する説明は省略または簡略化することがある。また、各図における寸法関係(長さ、幅、厚さ等)は必ずしも実際の寸法関係を反映するものではない。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings as appropriate. Matters necessary for the implementation of the present invention other than matters specifically mentioned in the present specification can be grasped as design matters of those skilled in the art based on the prior art in this field. The present invention can be carried out based on the contents disclosed in this specification and common technical knowledge in the field. In the following drawings, members / parts having the same action are described with the same reference numerals, and redundant descriptions may be omitted or simplified. Further, the dimensional relationship (length, width, thickness, etc.) in each drawing does not necessarily reflect the actual dimensional relationship.

本発明により、正極活物質を有する正極と、負極活物質を有する負極と、非水電解液と、が電池ケース内に収容された構成のリチウム二次電池が提供される。特に限定することを意図したものではないが、以下では一実施形態に係るリチウム二次電池の概略構成として、扁平に捲回された電極体(捲回電極体)と非水電解液とを扁平な直方体形状(箱型)の容器に収容した形態のリチウム二次電池を例として本発明を詳細に説明する。   According to the present invention, there is provided a lithium secondary battery having a configuration in which a positive electrode having a positive electrode active material, a negative electrode having a negative electrode active material, and a non-aqueous electrolyte are accommodated in a battery case. Although not intended to be particularly limited, in the following, as a schematic configuration of a lithium secondary battery according to an embodiment, a flatly wound electrode body (wound electrode body) and a nonaqueous electrolyte solution are flattened. The present invention will be described in detail by taking as an example a lithium secondary battery that is housed in a rectangular parallelepiped (box) container.

本発明の一実施形態に係るリチウム二次電池の概略構成を図1、図2に示す。図1は、リチウム二次電池100の外形を模式的に示す斜視図である。図2は、図1に示したリチウム二次電池100のII−II線に沿う断面構造を模式的に示す縦断面図である。
図1および図2に示すように、リチウム二次電池100は、長尺状の正極(正極シート)50と長尺状の負極(負極シート)60とが長尺状のセパレータ(セパレータシート)70を介して扁平に捲回された形態の電極体(捲回電極体)20が、図示しない非水電解液とともに扁平な箱型形状の電池ケース30に収容された構成を有する。
1 and 2 show a schematic configuration of a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a perspective view schematically showing the outer shape of the lithium secondary battery 100. FIG. 2 is a longitudinal sectional view schematically showing a sectional structure taken along line II-II of the lithium secondary battery 100 shown in FIG.
As shown in FIGS. 1 and 2, the lithium secondary battery 100 includes a long positive electrode (positive electrode sheet) 50 and a long negative electrode (negative electrode sheet) 60 having a long separator (separator sheet) 70. An electrode body (winding electrode body) 20 that is wound flatly via a non-aqueous electrolyte solution (not shown) is housed in a flat box-shaped battery case 30.

≪電池ケース30≫
電池ケース30は、上端が開放された扁平な直方体形状(箱型)の電池ケース本体32と、その開口部を塞ぐ蓋体34とを備える。電池ケース30の上面(すなわち蓋体34)には、捲回電極体20の正極と電気的に接続する外部接続用の正極端子42、および捲回電極体20の負極と電気的に接続する負極端子44が設けられている。蓋体34にはまた、従来のリチウム二次電池の電池ケースと同様に、電池ケース30の内部で発生したガスを電池ケース30の外部に排出するための安全弁36が備えられている。
電池ケース30の材質としては、アルミニウム、スチール等の金属材料;ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリイミド樹脂等の樹脂材料;が例示される。なかでも、放熱性向上やエネルギー密度を高める目的から、比較的軽量な金属(例えばアルミニウムやアルミニウム合金)を好ましく採用し得る。また、該ケースの形状(容器の外形)は、例えば円形(円筒形、コイン形、ボタン形)、六面体形(直方体形、立方体形)、袋体形、およびそれらを加工し変形させた形状等であり得る。
≪Battery case 30≫
The battery case 30 includes a flat rectangular (box-shaped) battery case main body 32 having an open upper end, and a lid 34 that closes the opening. On the upper surface (that is, the lid 34) of the battery case 30, a positive terminal 42 for external connection that is electrically connected to the positive electrode of the wound electrode body 20, and a negative electrode that is electrically connected to the negative electrode of the wound electrode body 20. A terminal 44 is provided. The lid body 34 is also provided with a safety valve 36 for discharging the gas generated inside the battery case 30 to the outside of the battery case 30 as in the case of the battery case of the conventional lithium secondary battery.
Examples of the material of the battery case 30 include metal materials such as aluminum and steel; resin materials such as polyphenylene sulfide resin and polyimide resin. Among these, relatively light metals (for example, aluminum and aluminum alloys) can be preferably employed for the purpose of improving heat dissipation and increasing energy density. The shape of the case (outer shape of the container) is, for example, circular (cylindrical shape, coin shape, button shape), hexahedron shape (rectangular shape, cubic shape), bag shape, and a shape obtained by processing and deforming them. possible.

≪捲回電極体20≫
図3は、図2に示す捲回電極体20の構成を示す模式図である。図3に示すように、本実施形態に係る捲回電極体20は、組み立てる前段階において長尺状のシート構造(シート状電極体)を有している。かかる捲回電極体20は、長尺状の正極集電体52の片面または両面(ここでは両面)に長手方向に沿って正極活物質層54が形成された正極シート50と、長尺状の負極集電体62の片面または両面(ここでは両面)に長手方向に沿って負極活物質層64が形成された負極シート60とを、長尺状のセパレータシート70を介して重ね合わせて長尺方向に捲回し、更に側面方向から押しつぶして拉げさせることによって扁平形状に成形されている。
Winded electrode body 20≫
FIG. 3 is a schematic diagram showing a configuration of the wound electrode body 20 shown in FIG. As shown in FIG. 3, the wound electrode body 20 according to the present embodiment has a long sheet structure (sheet-like electrode body) in a stage before assembly. The wound electrode body 20 includes a positive electrode sheet 50 in which a positive electrode active material layer 54 is formed on one or both surfaces (here, both surfaces) of the long positive electrode current collector 52 along the longitudinal direction, and a long electrode body. A negative electrode sheet 60 in which a negative electrode active material layer 64 is formed along the longitudinal direction on one side or both sides (here, both sides) of the negative electrode current collector 62 is overlapped with a long separator sheet 70 to be long. It is formed into a flat shape by winding it in the direction and further crushing it from the side direction.

捲回電極体20の捲回軸方向における中央部分には、捲回コア部分(すなわち、正極シート50の正極活物質層54と、負極シート60の負極活物質層64と、セパレータシート70とが密に積層された部分)が形成されている。また、捲回電極体20の捲回軸方向の両端部では、正極シート50および負極シート60の電極活物質層非形成部分(52a、62a)の一部が、それぞれ捲回コア部分から外方にはみ出ている。かかる正極側はみ出し部分および負極側はみ出し部分には、正極集電板42aおよび負極集電板44aがそれぞれ付設され、正極端子42(図2)および負極端子44(図2)とそれぞれ電気的に接続されている。   In the central portion of the wound electrode body 20 in the winding axis direction, there is a wound core portion (that is, the positive electrode active material layer 54 of the positive electrode sheet 50, the negative electrode active material layer 64 of the negative electrode sheet 60, and the separator sheet 70). A densely stacked portion) is formed. In addition, at both ends of the wound electrode body 20 in the winding axis direction, a part of the positive electrode sheet 50 and the negative electrode sheet 60 where the electrode active material layer is not formed (52a, 62a) is outward from the wound core portion. It sticks out. The positive electrode side protruding portion and the negative electrode side protruding portion are respectively provided with a positive electrode current collecting plate 42a and a negative electrode current collecting plate 44a, and are electrically connected to the positive electrode terminal 42 (FIG. 2) and the negative electrode terminal 44 (FIG. 2), respectively. Has been.

≪正極シート50≫
正極シート50は、正極集電体52と、該正極集電体上に形成された少なくとも正極活物質を含む正極活物質層54とを備える。そして、正極活物質の表面には、スルホン酸リチウム塩に由来する被膜が形成されている。
正極集電体52には、導電性の良好な金属(例えばアルミニウム、ニッケル、チタン、ステンレス鋼等)からなる導電性部材が好適に使用され得る。
Positive electrode sheet 50≫
The positive electrode sheet 50 includes a positive electrode current collector 52 and a positive electrode active material layer 54 including at least a positive electrode active material formed on the positive electrode current collector. A film derived from lithium sulfonate is formed on the surface of the positive electrode active material.
For the positive electrode current collector 52, a conductive member made of a metal having good conductivity (for example, aluminum, nickel, titanium, stainless steel, etc.) can be suitably used.

<正極活物質層54>
正極活物質層54は、少なくとも正極活物質を含んでいる。正極活物質としては、リチウム二次電池の正極活物質として使用し得ることが知られている各種の材料の1種または2種以上を、特に限定なく採用し得る。好適例として、層状系、スピネル系等のリチウム複合金属酸化物(LiNiO、LiCoO、LiFeO、LiMn、LiNi0.5Mn1.5,LiCrMnO、LiFePO等)が挙げられる。なかでも、構成元素としてLi,Ni,CoおよびMnを含む、層状構造(典型的には、六方晶系に属する層状岩塩型構造)のリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物(例えば、LiNi1/3Co1/3Mn1/3)は、熱安定性に優れ、且つ他の化合物に比べて理論エネルギー密度が高いため好ましい。一般に、遷移金属元素(特に、マンガン元素)を含む複合酸化物では、例えば支持塩の加水分解で生じたフッ酸により、構成元素の溶出が加速することがあり得る。しかしながら、ここで開示される技術によれば、正極活物質の表面に被膜を有することで構成元素の溶出が生じ難く、正極活物質の結晶構造をより安定な状態で保持することができる。このため、例えば高温環境下で溶出し易いマンガンを多く含む(典型的には30mol%〜40mol%程度含む)遷移金属複合酸化物を正極活物質として用いた場合であっても、長期に渡り高い性能を安定して発揮することができる。
<Positive electrode active material layer 54>
The positive electrode active material layer 54 includes at least a positive electrode active material. As a positive electrode active material, 1 type, or 2 or more types of various materials known to be usable as a positive electrode active material of a lithium secondary battery can be adopted without particular limitation. Preferred examples include lithium composite metal oxides such as layered and spinel (LiNiO 2 , LiCoO 2 , LiFeO 2 , LiMn 2 O 4 , LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 , LiCrMnO 4 , LiFePO 4, etc.). Can be mentioned. Among them, lithium nickel cobalt manganese composite oxide (for example, LiNi 1/3 Co) having a layered structure (typically a layered rock salt structure belonging to a hexagonal system) containing Li, Ni, Co, and Mn as constituent elements. 1/3 Mn 1/3 O 2 ) is preferable because it is excellent in thermal stability and has a higher theoretical energy density than other compounds. In general, in a complex oxide containing a transition metal element (in particular, a manganese element), elution of constituent elements may be accelerated by hydrofluoric acid generated by hydrolysis of a supporting salt, for example. However, according to the technique disclosed here, the elution of the constituent elements is difficult to occur due to the coating on the surface of the positive electrode active material, and the crystal structure of the positive electrode active material can be maintained in a more stable state. For this reason, for example, even when a transition metal composite oxide containing a large amount of manganese that easily elutes under a high temperature environment (typically about 30 mol% to 40 mol%) is used as the positive electrode active material, it is high for a long period of time. The performance can be exhibited stably.

ここで、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物とは、Li,Ni,CoおよびMnのみを構成金属元素とする酸化物のほか、Li,Ni,CoおよびMn以外に他の少なくとも1種の金属元素(すなわち、Li,Ni,CoおよびMn以外の遷移金属元素および/または典型金属元素)を含む酸化物をも包含する意味である。かかる金属元素は、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、バナジウム(V)、ニオブ(Nb)、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、鉄(Fe)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pb)、白金(Pt)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、スズ(Sn)、ランタン(La)、セリウム(Ce)のうちの1種または2種以上の元素であり得る。これらの金属元素の添加量(配合量、含有量)は特に限定されないが、通常0.01質量%〜5質量%(例えば0.05質量%〜2質量%、典型的には0.1質量%〜0.8質量%)であり得る。上記添加量の範囲とすることで、優れた電池特性(例えば、高エネルギー密度)を実現し得る。   Here, the lithium nickel cobalt manganese composite oxide is an oxide containing only Li, Ni, Co and Mn as constituent metal elements, and at least one other metal element in addition to Li, Ni, Co and Mn ( That is, it is meant to include oxides containing transition metal elements and / or typical metal elements other than Li, Ni, Co and Mn. Such metal elements include magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), titanium (Ti), zirconium (Zr), vanadium (V), niobium (Nb), chromium (Cr), molybdenum (Mo), Tungsten (W), iron (Fe), rhodium (Rh), palladium (Pb), platinum (Pt), copper (Cu), zinc (Zn), boron (B), aluminum (Al), gallium (Ga), It may be one or more elements of indium (In), tin (Sn), lanthanum (La), and cerium (Ce). The addition amount (blending amount, content) of these metal elements is not particularly limited, but is usually 0.01% by mass to 5% by mass (for example, 0.05% by mass to 2% by mass, typically 0.1% by mass). % To 0.8% by weight). By setting the amount within the above range, excellent battery characteristics (for example, high energy density) can be realized.

正極活物質の性状は特に限定されないが、例えば粒子状や粉末状であり得る。かかる粒子状正極活物質の平均粒径は、20μm以下(典型的には1μm〜20μm、例えば5μm〜15μm)であり得る。また、比表面積は0.1m/g以上(典型的には0.7m/g以上、例えば0.8m/g以上)であって、5m/g以下(典型的には1.3m/g以下、例えば1.2m/g以下)であり得る。上記性状のうち1つまたは2つを満たす正極活物質は、被膜が形成された状態であっても電荷担体の反応場が広く確保されているため、高い電池特性(例えば高い入出力特性)を発揮することができる。 Although the property of a positive electrode active material is not specifically limited, For example, it may be a particle form or a powder form. The average particle diameter of the particulate positive electrode active material may be 20 μm or less (typically 1 μm to 20 μm, for example, 5 μm to 15 μm). The specific surface area is 0.1 m 2 / g or more (typically 0.7 m 2 / g or more, for example, 0.8 m 2 / g or more), and 5 m 2 / g or less (typically 1.m 2 / g or more). 3 m 2 / g or less, for example 1.2 m 2 / g or less). The positive electrode active material satisfying one or two of the above properties has high battery characteristics (for example, high input / output characteristics) because a reaction field of charge carriers is widely ensured even when a film is formed. It can be demonstrated.

なお、本明細書において「平均粒径」とは一般的なレーザー回折・光散乱法に基づく粒度分布測定により測定した体積基準の粒度分布おいて、微粒子側からの累積50%に相当する粒径(D50粒径、メジアン径ともいう。)をいう。 In the present specification, the “average particle size” means a particle size distribution corresponding to 50% cumulative from the fine particle side in a volume-based particle size distribution measured by a particle size distribution measurement based on a general laser diffraction / light scattering method. (D 50 particle diameter, also called median diameter).

正極活物質の表面には、スルホン酸リチウム塩に由来する被膜が形成されている。かかる被膜は、典型的にはS元素含有基(例えばスルホニル基やスルホニルオキシ基)を含んでいる。例えば、SO(ここで、X=2〜4)で表されるS元素含有基を含んでいる。具体的には、SO 2−、SO 2−、SO 2−等を含み得る。かかる被膜を備えることで、静電相互作用および/または立体障害を利用して、フッ素アニオンが正極に接近することを好適に抑制することができる。したがって、抵抗の高いフッ化リチウムが生成され難く、正極の抵抗をより低く保つことができる。特に、硫黄原子を含む被膜は熱的安定性に優れるため、高温環境下においても分解や劣化等を生じ難く、高い耐久性(例えば、高温保存特性や高温充放電サイクル特性)を実現し得る。 A film derived from lithium sulfonate is formed on the surface of the positive electrode active material. Such a film typically contains an S element-containing group (for example, a sulfonyl group or a sulfonyloxy group). For example, an S element-containing group represented by SO X (where X = 2 to 4) is included. Specifically, SO 2 2− , SO 3 2− , SO 4 2− and the like may be included. By providing such a film, it is possible to suitably suppress the fluorine anion from approaching the positive electrode by utilizing electrostatic interaction and / or steric hindrance. Therefore, lithium fluoride having high resistance is hardly generated, and the resistance of the positive electrode can be kept lower. In particular, since a film containing sulfur atoms is excellent in thermal stability, it does not easily decompose or deteriorate even in a high temperature environment, and can achieve high durability (for example, high temperature storage characteristics and high temperature charge / discharge cycle characteristics).

正極活物質の表面に形成されたスルホン酸リチウム塩由来の被膜の量は、該正極活物質の単位表面積(1m)当たり、スルホン酸基換算で、8μmol以上(好ましくは10μmol以上)18μmol以下(好ましくは15μmol以下)である。被膜量を8μmol以上とすることで、本願発明の効果(例えば、フッ素アニオンの接近抑制効果)を高いレベルで発揮することができる。また、被膜量を18μmol以下とすることで、電荷担体(即ち、リチウムイオン)の反応場を好適に確保することができ、抵抗を低く抑えることができる。 The amount of the film derived from lithium sulfonate formed on the surface of the positive electrode active material is 8 μmol or more (preferably 10 μmol or more) and 18 μmol or less in terms of sulfonic acid group per unit surface area (1 m 2 ) of the positive electrode active material. Preferably, it is 15 μmol or less. By setting the coating amount to 8 μmol or more, the effect of the present invention (for example, the effect of suppressing the approach of fluorine anions) can be exhibited at a high level. Further, by setting the coating amount to 18 μmol or less, a reaction field of charge carriers (that is, lithium ions) can be suitably secured, and the resistance can be suppressed low.

上記「正極活物質の単位表面積当たりのスルホン酸リチウム塩に由来する成分の含有量=被膜量(μmol/m)」は、イオンクロマトグラフィー(IC)によって測定された正極活物質層の単位面積あたりのスルホン酸リチウム塩由来の成分の含有量=被膜量(μmol/cm)を、単位面積当たりに含まれる正極活物質の表面積(m/cm)で除すことによって求めることができる。具体的には、先ず電池を解体して取り出した正極活物質層54を適当な溶媒(例えばEMC)に浸漬した後、適当な大きさに切り出して採取する。次に、かかる測定試料を50%アセトニトリル(CHCN)水溶液中に所定の時間(例えば1分〜30分程度)浸漬することで、測定対象となる被膜成分(典型的にはスルホン酸リチウム塩に由来する成分、例えば硫化物イオン)を溶媒中に抽出する。この溶液をICの測定に供し、得られた結果から測定対象のイオン(例えば、SO 2−、SO 2−、SO 2−)の含有量(μmol)を定量する。各イオンの定量値(μmol)を合計して、測定に供した正極活物質層の面積(cm)(典型的には、測定に供した正極活物質層の平面視における面積(cm))で除すことにより、測定試料中のスルホン酸リチウム塩由来の被膜量(μmol/cm)を、スルホン酸基換算として求めることができる。そして、この値を正極活物質の目付量(g/cm)と正極活物質のBET比表面積(m/g)の積で除すことにより、上記「正極活物質の単位表面積当たりのスルホン酸リチウム塩由来の被膜量(μmol/m)」を求めることができる。 The above “content of component derived from lithium sulfonate per unit surface area of positive electrode active material = coating amount (μmol / m 2 )” is the unit area of the positive electrode active material layer measured by ion chromatography (IC). The content of the component derived from the lithium sulfonate per liter = the coating amount (μmol / cm 2 ) can be obtained by dividing by the surface area (m 2 / cm 2 ) of the positive electrode active material contained per unit area. . Specifically, first, the positive electrode active material layer 54 disassembled and taken out from the battery is immersed in an appropriate solvent (for example, EMC), and then cut into an appropriate size and collected. Next, by immersing the measurement sample in a 50% acetonitrile (CH 3 CN) aqueous solution for a predetermined time (for example, about 1 to 30 minutes), the film component (typically lithium sulfonate) to be measured Components derived from (eg, sulfide ions) are extracted into a solvent. This solution is subjected to IC measurement, and the content (μmol) of ions (for example, SO 2 2− , SO 3 2− , SO 4 2− ) to be measured is quantified from the obtained results. The total area (cm 2 ) of the positive electrode active material layer subjected to measurement by summing the quantitative value (μmol) of each ion (typically, the area (cm 2 ) in plan view of the positive electrode active material layer subjected to measurement) ), The coating amount (μmol / cm 2 ) derived from the lithium sulfonic acid salt in the measurement sample can be determined in terms of sulfonic acid group. Then, by dividing this value by the product of the basis weight (g / cm 2 ) of the positive electrode active material and the BET specific surface area (m 2 / g) of the positive electrode active material, the “sulfone per unit surface area of the positive electrode active material” The coating amount derived from the lithium acid salt (μmol / m 2 ) ”can be determined.

なお、被膜の量を測定する手法として上記にはICを用いる場合を例示したが、これに限定されず、例えば従来公知の誘導結合プラズマ発光分光分析(ICP‐AES:Inductively Coupled Plasma−Atomic Emission Spectrometry)やX線吸収微細構造解析法(XAFS:X-ray Absorption Fine Structure)等によっても概ね把握することができる。   In addition, although the case where IC was used was illustrated above as a technique for measuring the amount of the coating, it is not limited to this, and for example, a conventionally known inductively coupled plasma-atomic emission spectroscopy (ICP-AES) is used. ) And X-ray absorption fine structure analysis (XAFS: X-ray Absorption Fine Structure).

正極活物質層54には、上記正極活物質に加え、一般的なリチウム二次電池において正極活物質層54の構成成分として使用され得る1種または2種以上の材料を必要に応じて含有し得る。そのような材料の例として、導電材やバインダが挙げられる。導電材としては、例えば、種々のカーボンブラック(典型的にはアセチレンブラック、ケッチェンブラック)、コークス、活性炭、黒鉛、炭素繊維、カーボンナノチューブ等の炭素材料を好適に用いることができる。また、バインダとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)等のハロゲン化ビニル樹脂;ポリエチレンオキサイド(PEO)等のポリアルキレンオキサイド;等を好適に用いることができる。   The positive electrode active material layer 54 contains, in addition to the above positive electrode active material, one or more materials that can be used as a constituent component of the positive electrode active material layer 54 in a general lithium secondary battery as necessary. obtain. Examples of such materials include conductive materials and binders. As the conductive material, for example, carbon materials such as various carbon blacks (typically acetylene black and ketjen black), coke, activated carbon, graphite, carbon fiber, and carbon nanotube can be suitably used. As the binder, for example, a vinyl halide resin such as polyvinylidene fluoride (PVdF); a polyalkylene oxide such as polyethylene oxide (PEO); and the like can be preferably used.

正極活物質層54全体に占める正極活物質の割合は、凡そ60質量%以上(典型的には60質量%〜99質量%)とすることが適当であり、通常は凡そ70質量%〜95質量%であることが好ましい。導電材を使用する場合、正極活物質層54全体に占める導電材の割合は、例えば凡そ2質量%〜20質量%とすることができ、通常は凡そ3質量%〜10質量%とすることが好ましい。バインダを使用する場合、正極活物質層54全体に占めるバインダの割合は、例えば凡そ0.5質量%〜10質量%とすることができ、通常は凡そ1質量%〜5質量%とすることが好ましい。   The proportion of the positive electrode active material in the entire positive electrode active material layer 54 is suitably about 60% by mass or more (typically 60% by mass to 99% by mass), and usually about 70% by mass to 95% by mass. % Is preferred. In the case of using a conductive material, the ratio of the conductive material to the entire positive electrode active material layer 54 can be, for example, about 2% by mass to 20% by mass, and usually about 3% by mass to 10% by mass. preferable. When using a binder, the ratio of the binder to the whole positive electrode active material layer 54 can be, for example, about 0.5 mass% to 10 mass%, and usually about 1 mass% to 5 mass%. preferable.

正極集電体52の単位面積当たりに設けられる正極活物質層54の質量(目付量)は、充分な電池容量を確保する観点から、正極集電体52の片面当たり3mg/cm以上(例えば5mg/cm以上、典型的には7mg/cm以上)とすることができる。また、電池特性(例えば入出力特性)を確保する観点から、正極集電体の片面当たり100mg/cm以下(例えば70mg/cm以下、典型的には50mg/cm以下)とすることができる。これにより、本発明の効果をより高いレベルで発揮し得る。なお、この実施形態のように正極集電体52の両面に正極活物質層54を有する構成では、正極集電体52の各々の面に設けられる正極活物質層54の質量は、概ね同程度とすることが好ましい。 The mass (weight per unit area) of the positive electrode active material layer 54 provided per unit area of the positive electrode current collector 52 is 3 mg / cm 2 or more per side of the positive electrode current collector 52 from the viewpoint of securing sufficient battery capacity (for example, 5 mg / cm 2 or more, typically 7 mg / cm 2 or more). Further, from the viewpoint of securing battery characteristics (for example, input / output characteristics), it is set to 100 mg / cm 2 or less (for example, 70 mg / cm 2 or less, typically 50 mg / cm 2 or less) per side of the positive electrode current collector. it can. Thereby, the effect of this invention can be exhibited at a higher level. In the configuration having the positive electrode active material layer 54 on both surfaces of the positive electrode current collector 52 as in this embodiment, the mass of the positive electrode active material layer 54 provided on each surface of the positive electrode current collector 52 is approximately the same. It is preferable that

正極活物質層54の片面当たりの平均厚みは、例えば20μm以上(典型的には40μm以上、好ましくは50μm以上)であって、100μm以下(典型的には80μm以下)であり得る。また、正極活物質層54の密度は、例えば1g/cm〜4g/cm(例えば1.5g/cm〜3.5g/cm)であり得る。また、正極活物質層54の空隙率(空孔率)は、例えば10体積%〜50体積%(典型的には20体積%〜40体積%)であり得る。
上記性状のうち1つまたは2つ以上を満たす場合、正極活物質層54内に適度な空隙を保つことができ、非水電解液を十分に浸潤させることができる。このため、電荷担体との反応場を広く確保することができ、高い入出力特性を発揮することができる。また、正極活物質層54内の導電性を良好に保つことができ、抵抗の増大を抑制し得る。さらに、正極活物質層の機械的強度(形状保持性)を確保することができ、良好なサイクル特性を発揮することができる。このため、上記性状のうち1つまたは2つ以上を上記範囲内とすることで、優れた電池特性(例えば高エネルギー密度や入出力特性)を発揮することができる。
The average thickness per one side of the positive electrode active material layer 54 is, for example, 20 μm or more (typically 40 μm or more, preferably 50 μm or more), and may be 100 μm or less (typically 80 μm or less). The density of the positive electrode active material layer 54 can be, for example, 1 g / cm 3 to 4 g / cm 3 (eg, 1.5 g / cm 3 to 3.5 g / cm 3 ). The porosity (porosity) of the positive electrode active material layer 54 can be, for example, 10% to 50% by volume (typically 20% to 40% by volume).
In the case where one or more of the above properties are satisfied, an appropriate void can be maintained in the positive electrode active material layer 54, and the nonaqueous electrolyte can be sufficiently infiltrated. Therefore, a wide reaction field with the charge carrier can be secured, and high input / output characteristics can be exhibited. Moreover, the electrical conductivity in the positive electrode active material layer 54 can be kept good, and an increase in resistance can be suppressed. Furthermore, the mechanical strength (shape retention) of the positive electrode active material layer can be ensured, and good cycle characteristics can be exhibited. For this reason, the outstanding battery characteristic (for example, a high energy density and an input-output characteristic) can be exhibited by making one or two or more of the said characteristics into the said range.

なお、本明細書において「空隙率」とは、水銀ポロシメータの測定によって得られた全細孔容積(cm)を活物質層の見かけの体積(cm)で除して100を掛けた値をいう。見かけの体積は、平面視での面積(cm)と厚み(cm)との積によって算出することができる。具体的には、例えばまず測定対象たる正極シートを打ち抜き機やカッター等で正方形や長方形に切りだす。次に、上記切り出したサンプルの正極活物質層の平面視における面積(cm)と厚み(cm)とを計測し、これらの値を乗ずることにより見かけの体積を算出する。厚みは、例えばマイクロメータや厚み計(例えばロータリーキャリパー計)等により計測することができる。 Incidentally, the "porosity" in the present specification, multiplied by 100 and dividing the total pore volume obtained by the measurement of the mercury porosimeter a (cm 3) in the apparent volume of the active material layer (cm 3) value Say. The apparent volume can be calculated by the product of the area (cm 2 ) and the thickness (cm) in plan view. Specifically, for example, a positive electrode sheet to be measured is first cut into a square or a rectangle with a punching machine or a cutter. Next, the area (cm 2 ) and the thickness (cm) of the cut-out sample in the plan view of the positive electrode active material layer are measured, and the apparent volume is calculated by multiplying these values. The thickness can be measured by, for example, a micrometer or a thickness meter (for example, a rotary caliper meter).

このような正極シート50を作製する方法は特に限定されないが、例えば以下のように行うことができる。まず、正極活物質と必要に応じて用いられる材料とを適当な溶媒に分散させ、ペースト状またはスラリー状の組成物(正極活物質層形成用スラリー)を調製する。そして、調製した正極活物質層形成用スラリーを長尺状の正極集電体52に付与し、該スラリーに含まれる溶媒を除去する。これにより、正極集電体52上に正極活物質層54を備えた正極シート50を作製することができる。上記溶媒としては水性溶媒および有機溶媒のいずれも使用可能であり、例えばN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を用いることができる。また、上記スラリーを付与する操作は、例えば、グラビアコーター、スリットコーター、ダイコーター、コンマコーター、ディップコーター等の適当な塗付装置を使用して行うことができる。また、上記溶媒の除去も、従来の一般的な手段(例えば加熱乾燥や真空乾燥)により行うことができる。   Although the method of producing such a positive electrode sheet 50 is not specifically limited, For example, it can carry out as follows. First, a positive electrode active material and a material used as necessary are dispersed in an appropriate solvent to prepare a paste-like or slurry-like composition (positive electrode active material layer forming slurry). And the prepared slurry for positive electrode active material layer formation is provided to the elongate positive electrode collector 52, and the solvent contained in this slurry is removed. Thereby, the positive electrode sheet 50 provided with the positive electrode active material layer 54 on the positive electrode current collector 52 can be produced. As the solvent, any of an aqueous solvent and an organic solvent can be used. For example, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) can be used. The operation of applying the slurry can be performed using an appropriate coating apparatus such as a gravure coater, a slit coater, a die coater, a comma coater, or a dip coater. Moreover, the removal of the solvent can also be performed by conventional general means (for example, heat drying or vacuum drying).

なお、上述のような正極活物質層54の性状(すなわち平均厚み、密度、空隙率)は、例えば、上記正極活物質層54の形成後に、正極シート50に対して適当なプレス処理を施すことによって調整し得る。プレス処理には、ロールプレス法、平板プレス法等の従来公知の各種プレス方法を採用することができる。また、かかる処理は1回でもよく、2回以上の複数回行うこともできる。   In addition, the property (namely, average thickness, density, porosity) of the positive electrode active material layer 54 as described above is, for example, that the positive electrode sheet 50 is appropriately pressed after the positive electrode active material layer 54 is formed. Can be adjusted by. Various conventionally known press methods such as a roll press method and a flat plate press method can be employed for the press treatment. Further, such processing may be performed once or may be performed two or more times.

≪負極シート60≫
負極シート60は、負極集電体62と、該負極集電体上に形成された少なくとも負極活物質を含む負極活物質層64とを備える。そして、負極活物質の表面には、ビニレンカーボネート化合物に由来するSEI被膜が形成されている。かかるSEI被膜は、スルホン酸リチウム塩由来の成分を含んでいる。また、負極活物質の表面(典型的にはビニレンカーボネート化合物由来のSEI被膜の表面)には、さらに、スルホン酸リチウム塩由来の被膜(S元素含有基を含む被膜)が形成されている。
負極集電体62には、導電性の良好な金属(例えば、銅、ニッケル、チタン、ステンレス鋼等)からなる導電性材料が好適に使用され得る。
Negative electrode sheet 60≫
The negative electrode sheet 60 includes a negative electrode current collector 62 and a negative electrode active material layer 64 including at least a negative electrode active material formed on the negative electrode current collector. An SEI film derived from the vinylene carbonate compound is formed on the surface of the negative electrode active material. Such SEI coating contains components derived from lithium sulfonate. Further, on the surface of the negative electrode active material (typically the surface of the SEI coating derived from the vinylene carbonate compound), a coating derived from lithium sulfonate (a coating containing an S element-containing group) is further formed.
For the negative electrode current collector 62, a conductive material made of a metal having good conductivity (for example, copper, nickel, titanium, stainless steel, etc.) can be suitably used.

<負極活物質層64>
負極活物質層64は、少なくとも負極活物質を含んでいる。負極活物質としては、リチウム二次電池の負極活物質として使用し得ることが知られている各種の材料の1種または2種以上を、特に限定なく使用することができる。好適例として、黒鉛(グラファイト)、難黒鉛化炭素(ハードカーボン)、易黒鉛化炭素(ソフトカーボン)、カーボンナノチューブ、これらを組み合わせた構造を有するもの等の少なくとも一部にグラファイト構造(層状構造)を含む炭素材料が挙げられる。なかでも、高いエネルギー密度が得られることから、天然黒鉛(石墨)や人造黒鉛等の黒鉛系材料を好ましく用いることができる。通常、炭素材料を負極に備えた電池では、例えば厳しい条件で充放電を繰り返した場合等に、非水電解液に含まれる成分(例えば非水溶媒や支持塩)が徐々に分解され、エネルギー密度が低下することがあり得る。しかしながら、ここで開示される負極活物質の表面にはビニレンカーボネート化合物由来の被膜が形成されているため、低抵抗で、且つ、非水電解液の還元分解を長期に渡り好適に抑制することができる。
<Negative electrode active material layer 64>
The negative electrode active material layer 64 includes at least a negative electrode active material. As a negative electrode active material, 1 type, or 2 or more types of various materials known to be usable as a negative electrode active material of a lithium secondary battery can be used without particular limitation. Preferable examples include graphite (graphite), non-graphitizable carbon (hard carbon), graphitizable carbon (soft carbon), carbon nanotubes, at least part of those having a combination of these, etc. The carbon material containing is mentioned. Especially, since a high energy density is obtained, graphite-based materials such as natural graphite (graphite) and artificial graphite can be preferably used. Usually, in a battery equipped with a carbon material as a negative electrode, when charging / discharging is repeated under severe conditions, for example, components (for example, nonaqueous solvent and supporting salt) contained in the nonaqueous electrolyte are gradually decomposed, resulting in energy density. Can be reduced. However, since the coating film derived from the vinylene carbonate compound is formed on the surface of the negative electrode active material disclosed herein, it has low resistance and can suitably suppress reductive decomposition of the non-aqueous electrolyte over a long period of time. it can.

負極活物質の性状は特に限定されないが、例えば粒子状や粉末状であり得る。かかる粒子状負極活物質の平均粒径は、例えば50μm以下(典型的には20μm以下、例えば1μm〜20μm、好ましくは5μm〜15μm)であり得る。また、比表面積は1m/g以上(典型的には2.5m/g以上、例えば2.8m/g以上)であって、10m/g以下(典型的には3.5m/g以下、例えば3.4m/g以下)であり得る。上記性状のうち1つまたは2つを満たす負極活物質は、被膜が形成された状態であっても電荷担体の反応場が広く確保されているため、高い電池特性(例えば高い入出力特性)を発揮することができる。 Although the property of a negative electrode active material is not specifically limited, For example, it may be a particle form or a powder form. The average particle diameter of the particulate negative electrode active material can be, for example, 50 μm or less (typically 20 μm or less, for example, 1 μm to 20 μm, preferably 5 μm to 15 μm). The specific surface area is 1 m 2 / g or more (typically 2.5 m 2 / g or more, for example, 2.8 m 2 / g or more), and 10 m 2 / g or less (typically 3.5 m 2 / G or less, for example 3.4 m 2 / g or less). The negative electrode active material satisfying one or two of the above properties has high battery characteristics (for example, high input / output characteristics) because a reaction field of charge carriers is widely secured even when a film is formed. It can be demonstrated.

負極活物質の表面には、ビニレンカーボネート化合物由来のSEI被膜が形成されている。かかる被膜は、典型的には、C元素含有基(例えばカルボニル基やカルボキシラト基)を含んでいる。具体的には、CO2−、CO 2−、CO 2−等を含み得る。
上記ビニレンカーボネート化合物は、充放電に伴う負極活物質の体積変化に追随して膨張収縮し得る強固な被膜を負極活物質上に形成し得る。このため、かかる化合物由来の被膜を負極上に備えることで、高い耐久性(例えば、ハイレート充放電特性やサイクル特性等)を実現し得る。
また、ここで開示の技術によると、上記ビニレンカーボネート化合物由来のSEI被膜は、かかる被膜中に上記スルホン酸リチウム塩由来の成分を含むため、被膜内(典型的には負極活物質表面)のリチウム濃度(即ち電荷担体の濃度)を増させることができる。また、かかるスルホン酸リチウム塩由来の成分は、電荷の偏り(分極)が大きい分子構造であるため、静電相互作用を利用してカチオンを引き寄せる特性を持つ。このため、被膜内(典型的には負極活物質表面)に非水電解液中のリチウムイオンが接近することを好適に促進することができる。即ち、かかる構成のSEI被膜を備えることで、負極活物質の表面のリチウム濃度を好適に増大させることができる。これにより、負極の抵抗を低く保つことが可能となり、高い入出力特性を実現し得る。
A SEI film derived from a vinylene carbonate compound is formed on the surface of the negative electrode active material. Such a film typically contains a C element-containing group (for example, a carbonyl group or a carboxylate group). Specifically, CO 2− , CO 2 2− , CO 3 2− and the like may be included.
The vinylene carbonate compound can form a strong film on the negative electrode active material that can expand and contract following the volume change of the negative electrode active material accompanying charge and discharge. For this reason, high durability (for example, a high-rate charge / discharge characteristic, a cycle characteristic, etc.) can be implement | achieved by providing the coating film derived from this compound on a negative electrode.
In addition, according to the technique disclosed herein, the SEI coating derived from the vinylene carbonate compound contains a component derived from the lithium sulfonate salt in the coating, and therefore lithium in the coating (typically the surface of the negative electrode active material). The concentration (ie the concentration of charge carriers) can be increased. In addition, since the component derived from the lithium sulfonate salt has a molecular structure with a large charge bias (polarization), it has a characteristic of attracting cations using electrostatic interaction. For this reason, it can accelerate | stimulate suitably that the lithium ion in a nonaqueous electrolyte solution approaches the inside of a film (typically the negative electrode active material surface). That is, by providing the SEI film having such a configuration, the lithium concentration on the surface of the negative electrode active material can be suitably increased. Thereby, the resistance of the negative electrode can be kept low, and high input / output characteristics can be realized.

負極活物質の表面に形成されたビニレンカーボネート化合物由来のSEI被膜の量は、該負極活物質の単位表面積(1m)当たり、該被膜の構成に消費されたビニレンカーボネート化合物換算で、27μmol以上(好ましくは30μmol以上)64μmol以下(好ましくは60μmol以下)が好適である。また、上記ビニレンカーボネート化合物由来のSEI被膜中に含まれるスルホン酸リチウム塩由来の成分のスルホン酸基換算の含有量は、該ビニレンカーボネート化合物由来のSEI被膜1mol当たり0.04mol以上(好ましくは0.07mol以上)0.15mol以下(好ましくは0.11mol以下)が好適である。
負極活物質の単位表面積(1m)当たりのビニレンカーボネート化合物由来のSEI被膜の被膜量を、該被膜の構成に消費されたビニレンカーボネート化合物換算で、27μmol/m以上(好ましくは30μmol/m以上)とすることで、負極活物質の体積変化に好適に追随して膨張収縮し得る強度の高い被膜(即ち、負極活物質の体積変化に対する耐久性の高い被膜)を形成することができる。これにより、優れた耐久性(例えば、ハイレート充放電特性やサイクル特性等)を確保することができる。また、負極活物質の単位表面積(1m)当たりのビニレンカーボネート化合物由来のSEI被膜の被膜量を、該被膜の構成に消費されたビニレンカーボネート化合物換算で、64μmol/m以下(好ましくは60μmol/m以下)とすることで、電荷担体(即ち、リチウムイオン)の反応場を好適に確保することができ、抵抗を低く抑えることができる。
また、ビニレンカーボネート化合物由来のSEI被膜中に含まれるスルホン酸リチウム塩由来の成分の割合(モル比)を、上記範囲とすることで、ビニレンカーボネート化合物由来の被膜の強度を好適に確保しつつ、上述した負極活物質表面の電荷担体濃度の増大効果を好適に発揮することができるため好ましい。
The amount of the SEI coating derived from the vinylene carbonate compound formed on the surface of the negative electrode active material is 27 μmol or more in terms of the vinylene carbonate compound consumed in the configuration of the coating per unit surface area (1 m 2 ) of the negative electrode active material ( The amount is preferably 30 μmol or more and 64 μmol or less (preferably 60 μmol or less). Further, the content in terms of sulfonic acid group of the component derived from the lithium sulfonate salt contained in the SEI coating derived from the vinylene carbonate compound is 0.04 mol or more per 1 mol of the SEI coating derived from the vinylene carbonate compound (preferably 0.00. 07 mol or more) 0.15 mol or less (preferably 0.11 mol or less) is suitable.
The amount of the SEI coating derived from the vinylene carbonate compound per unit surface area (1 m 2 ) of the negative electrode active material is 27 μmol / m 2 or more (preferably 30 μmol / m 2 ) in terms of the vinylene carbonate compound consumed in the configuration of the coating. With the above, it is possible to form a high-strength coating film (that is, a coating film having high durability against the volume change of the negative electrode active material) that can expand and contract appropriately following the volume change of the negative electrode active material. Thereby, the outstanding durability (for example, a high-rate charge / discharge characteristic, a cycle characteristic, etc.) is securable. In addition, the coating amount of the SEI coating derived from the vinylene carbonate compound per unit surface area (1 m 2 ) of the negative electrode active material is 64 μmol / m 2 or less (preferably 60 μmol / m) in terms of the vinylene carbonate compound consumed in the configuration of the coating. By setting it to m 2 or less, a reaction field of charge carriers (that is, lithium ions) can be suitably secured, and the resistance can be kept low.
Moreover, while ensuring the intensity | strength of the film derived from a vinylene carbonate compound suitably by making the ratio (molar ratio) of the component derived from lithium sulfonate contained in the SEI film derived from a vinylene carbonate compound into the said range, This is preferable because the above-described effect of increasing the charge carrier concentration on the surface of the negative electrode active material can be suitably exhibited.

上記「負極活物質の単位表面積当たりのビニレンカーボネート化合物由来の被膜の量(μmol/m)」は、使用した非水電解液中のビニレンカーボネート化合物のうち、被膜形成に消費されたビニレンカーボネート化合物の量(分解量)(μmol)を、負極活物質層の形成に用いた負極活物質の表面積の総和(総表面積)(m)で除すことによって求めることができる。
負極活物質層の形成に用いた負極活物質の総表面積(m)は、負極活物質層の形成に用いた負極活物質の総質量(g)と負極活物質のBET比表面積(m/g)との積から算出することができる。即ち、負極活物質層の形成に用いた負極活物質の総表面積(m)は、負極活物質のBET比表面積(m/g)と負極活物質の目付量(g/cm)と負極活物質層の形成面積(cm)との積から算出することができる。
被膜形成に消費されたビニレンカーボネート化合物の量(分解量)(μmol)は、具体的には、以下のようにして求めることができる。先ず、電池を解体して電池ケース内に貯留している非水電解液を回収する。また、電極体(典型的には電極の層間)および電池ケース内等の非水電解液が接触し得る部材の表面を適当な溶媒(例えばEMC)で洗浄し、該洗浄液を回収する。上記非水電解液と上記洗浄液とをガスクロマトグラフィー(GC:Gas Chromatography)で定量分析することによって、これらの溶液中に含まれるビニレンカーボネート化合物の量(μmol)を定量する。そして、電池の構築に用いた非水電解液中に含まれるビニレンカーボレートの量(μmol)から上記定量したビニレンカーボネート化合物の量(μmol)を減算することで、被膜の形成に消費されたビニレンカーボネート化合物の量(分解量)を算出することができる。
The “amount of the coating derived from the vinylene carbonate compound per unit surface area of the negative electrode active material (μmol / m 2 )” is the vinylene carbonate compound consumed for film formation among the vinylene carbonate compounds in the non-aqueous electrolyte used. Is divided by the total surface area (total surface area) (m 2 ) of the negative electrode active material used for forming the negative electrode active material layer.
The total surface area (m 2 ) of the negative electrode active material used for forming the negative electrode active material layer is the total mass (g) of the negative electrode active material used for forming the negative electrode active material layer and the BET specific surface area (m 2 ) of the negative electrode active material. / G). That is, the total surface area (m 2 ) of the negative electrode active material used for the formation of the negative electrode active material layer is the BET specific surface area (m 2 / g) of the negative electrode active material and the basis weight (g / cm 2 ) of the negative electrode active material. It can be calculated from the product with the formation area (cm 2 ) of the negative electrode active material layer.
Specifically, the amount (decomposition amount) (μmol) of the vinylene carbonate compound consumed for film formation can be determined as follows. First, the battery is disassembled and the non-aqueous electrolyte stored in the battery case is collected. In addition, the surface of the electrode body (typically between the electrodes) and the surface of the member that can come into contact with the non-aqueous electrolyte such as in the battery case is washed with an appropriate solvent (for example, EMC), and the washing solution is recovered. The amount of the vinylene carbonate compound (μmol) contained in these solutions is quantified by quantitatively analyzing the non-aqueous electrolyte and the cleaning solution by gas chromatography (GC). Then, the vinylene consumed for the formation of the coating film is subtracted from the amount (μmol) of the vinylene carbonate compound determined above from the amount (μmol) of vinylene carbonate contained in the non-aqueous electrolyte used for battery construction. The amount (decomposition amount) of the carbonate compound can be calculated.

なお、ビニレンカーボネート化合物由来の被膜の量を測定する手法として上記にはGCを用いる場合を例示したが、これに限定されず、例えば従来公知の誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP‐AES:Inductively Coupled Plasma−Atomic Emission Spectrometry)やX線吸収微細構造解析法(XAFS:X-ray Absorption Fine Structure)、等によっても概ね把握することができる。   In addition, although the case where GC is used as an example of the method for measuring the amount of the coating derived from the vinylene carbonate compound is exemplified above, the present invention is not limited thereto, and for example, a conventionally known inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP-AES: Inductively) is used. It can be generally grasped by a coupled plasma-atomic emission spectrometry (XAFS) or an X-ray absorption fine structure analysis method (XAFS).

ビニレンカーボネート化合物由来の被膜中に含まれるスルホン酸リチウム塩由来の成分の割合(モル比)は、負極活物質層の単位面積あたりに存在する全スルホン酸リチウム塩由来の成分の量(μmol/m)から負極活物質層の単位面積あたりのスルホン酸リチウム塩由来の被膜の量(μmol/m)を減じて得られるスルホン酸リチウム塩由来の成分の量(μmol/m)を、負極活物質層の単位面積あたりのビニレンカーボネート化合物由来の被膜量(μmol/m)で除すことによって求めることができる。
負極活物質層の単位面積あたりのビニレンカーボネ―ト化合物由来の被膜量(μmol/m)は、被膜形成に消費されたビニレンカーボネート化合物の量(分解量)(μmol)を、負極活物質層の形成面積(m)で除すことによって、被膜の形成に消費されたビニレンカーボネート化合物換算として求めることができる。なお、被膜の形成に消費されたビニレンカーボネート化合物の量(分解量)(μmol)は、上記ビニレンカーボネート化合物由来の被膜の被膜量を求める場合と同様の方法により求めることができる。
負極活物質層の単位面積あたりに存在する全スルホン酸リチウム塩由来の成分の量(μmol/m)は、具体的には以下のようにして求めることができる。先ず、電池を解体して取り出した負極活物質層64を適当な溶媒(例えばEMC)に浸漬した後、適当な大きさに切り出して採取する。次に、かかる測定試料を王水中に所定の時間(例えば1分〜30分程度)浸漬することで、測定対象となるスルホン酸リチウム塩由来の成分を溶媒中に抽出する。この溶液をICP−AES分析に供し、得られた結果(典型的には硫黄元素の含有量)からスルホン酸リチウム塩由来の成分の含有量(μmol)を定量する。かかるスルホン酸リチウム塩由来の成分の含有量(μmol)を測定に供した負極活物質層の面積(m)(典型的には、測定に供した負極活物質層の平面視における面積(m))で除すことにより、負極活物質層の単位面積当たりに存在する全スルホン酸リチウム塩由来の成分の量(μmol/m)を、スルホン酸基換算で求めることができる。
負極活物質層の単位面積あたりのスルホン酸リチウム塩由来の被膜の量(μmol/m)は、例えば、上述する正極活物質の単位表面積(1m)当たりのスルホン酸リチウム塩由来の被膜の量(μmol/m)を求める場合と同様に、適当な大きさに切り出した負極活物質を浸漬して被膜成分を抽出した50%アセトニトリル水溶液をICの測定に供し、得られた結果から測定対象のイオン(例えば、SO 2−、SO 2−、SO 2−)の含有量(μmol)を定量する。各イオンの定量値(μmol)を合計して、測定に供した負極活物質層の面積(m)(典型的には、測定に供した負極活物質層の平面視における面積(m))で除すことにより、負極活物質層の単位面積当たりのスルホン酸リチウム塩由来の被膜の量(μmol/m)を、スルホン酸基換算で求めることができる。
The proportion (molar ratio) of the component derived from lithium sulfonate contained in the vinylene carbonate compound-derived film is the amount of component derived from all lithium sulfonate (μmol / m) per unit area of the negative electrode active material layer. 2 ) the amount of the component derived from lithium sulfonate (μmol / m 2 ) obtained by subtracting the amount of the coating derived from lithium sulfonate per unit area of the negative electrode active material layer (μmol / m 2 ) It can be determined by dividing by the coating amount (μmol / m 2 ) derived from the vinylene carbonate compound per unit area of the active material layer.
The amount of coating (μmol / m 2 ) derived from the vinylene carbonate compound per unit area of the negative electrode active material layer is the amount (decomposition amount) (μmol) of the vinylene carbonate compound consumed for forming the coating. By dividing by the formation area (m 2 ) of the layer, it can be obtained in terms of vinylene carbonate compound consumed for the formation of the film. In addition, the amount (decomposition amount) (μmol) of the vinylene carbonate compound consumed for forming the coating can be obtained by the same method as that for obtaining the coating amount of the coating derived from the vinylene carbonate compound.
Specifically, the amount (μmol / m 2 ) of the component derived from the total sulfonic acid lithium salt present per unit area of the negative electrode active material layer can be determined as follows. First, the negative electrode active material layer 64 taken out by disassembling the battery is immersed in an appropriate solvent (for example, EMC), cut out to an appropriate size, and collected. Next, by immersing the measurement sample in aqua regia for a predetermined time (for example, about 1 to 30 minutes), a component derived from a lithium sulfonate salt to be measured is extracted into a solvent. This solution is subjected to ICP-AES analysis, and the content (μmol) of the component derived from lithium sulfonate is quantified from the obtained result (typically the content of elemental sulfur). The area (m 2 ) of the negative electrode active material layer subjected to the measurement of the content (μmol) of the component derived from the lithium sulfonate salt (typically, the area (m in plan view) of the negative electrode active material layer subjected to the measurement By dividing by 2 )), the amount (μmol / m 2 ) of components derived from all lithium sulfonates present per unit area of the negative electrode active material layer can be determined in terms of sulfonic acid groups.
The amount of the sulfonic acid lithium salt-derived film per unit area of the negative electrode active material layer (μmol / m 2 ) is, for example, the above-described film of the lithium sulfonate salt derived from the unit surface area (1 m 2 ) of the positive electrode active material. Similar to the case of obtaining the amount (μmol / m 2 ), a 50% acetonitrile aqueous solution in which the negative electrode active material cut out to an appropriate size was immersed to extract the coating component was subjected to IC measurement, and measurement was performed from the obtained results. The content (μmol) of the target ion (for example, SO 2 2− , SO 3 2− , SO 4 2− ) is quantified. The area (m 2 ) of the negative electrode active material layer subjected to measurement by summing the quantitative value (μmol) of each ion (typically, the area (m 2 ) in plan view of the negative electrode active material layer subjected to measurement) ), The amount of the sulfonic acid lithium salt-derived coating per unit area of the negative electrode active material layer (μmol / m 2 ) can be determined in terms of sulfonic acid groups.

なお、負極活物質層の単位面積あたりに存在する全スルホン酸リチウム塩由来の成分の量を測定する手法として上記にはICP−AESを用いる場合を例示したが、これに限定されず、例えば従来公知のIC、XAFS、MS等によっても概ね把握することができる。   In addition, although the case where ICP-AES is used is exemplified above as a method for measuring the amount of the component derived from the total sulfonic acid lithium salt present per unit area of the negative electrode active material layer, the present invention is not limited thereto. It can be generally grasped by a known IC, XAFS, MS or the like.

また、好適な一態様では負極活物質の表面(典型的には負極活物質の表面に形成されたビニレンカーボネート化合物由来のSEI被膜の表面)には、S元素含有基(例えばスルホニル基やスルホニルオキシ基、典型的にはSO(ここで、X=2〜4)で表されるS元素含有基)を含む被膜(以下、かかる被膜を単に「S元素含有被膜」ともいう)が形成されている。典型的には、上記S元素含有基はスルホン酸リチウム塩の分解物であり得る。また、かかるS元素含有被膜は該S元素含有基が負極活物質表面(典型的には負極活物質の表面に形成されたビニレンカーボネート化合物由来の被膜の表面)に結合または結合(付着)した形態であり得る。換言すると、負極活物質の表面に、上記ビニレンカーボネート化合物由来のSEI被膜の他に、スルホン酸リチウム塩由来の被膜が形成された態様であり得る。典型的には、スルホン酸リチウム塩由来の成分が、負極活物質層表面に形成されるSEI被膜の一部を構成する態様であり得る。
上記S元素含有基(典型的にはSO(ここで、X=2〜4)で表されるS元素含有基、具体的にはSO 2−、SO 2−、SO 2−等)は、分子内の電荷の偏りが大きいため、負極表面にカチオンが接近することを好適に促進することができる。このため、負極活物質の表面(好ましくは負極活物質の最表面)に上記S元素含有被膜を備えることで、S元素含有基の静電相互作用を利用して、リチウムイオンが負極に接近することを好適に促進することができる。したがって、負極活物質の近傍のリチウムイオン濃度を増大し、負極の抵抗をより低く保つことができる。
In a preferred embodiment, the surface of the negative electrode active material (typically, the surface of the SEI film derived from the vinylene carbonate compound formed on the surface of the negative electrode active material) has an S element-containing group (for example, a sulfonyl group or sulfonyloxy). A film containing a group, typically SO X (herein, an S element-containing group represented by X = 2 to 4) (hereinafter, this film is also simply referred to as “S element-containing film”) is formed. Yes. Typically, the S element-containing group may be a decomposition product of lithium sulfonate. Further, the S element-containing coating has a form in which the S element-containing group is bonded or bonded (attached) to the surface of the negative electrode active material (typically, the surface of the vinylene carbonate compound-derived coating formed on the surface of the negative electrode active material). It can be. In other words, in addition to the SEI film derived from the vinylene carbonate compound, a film derived from a lithium sulfonate salt may be formed on the surface of the negative electrode active material. Typically, the component derived from the lithium sulfonate salt may be a part of the SEI film formed on the surface of the negative electrode active material layer.
S element-containing group represented by the S element-containing group (typically represented by SO X (where X = 2 to 4), specifically SO 2 2− , SO 3 2− , SO 4 2−, etc. ) Can be favorably promoted by the cation approaching the negative electrode surface because of the large bias of charge in the molecule. For this reason, by providing the S element-containing coating on the surface of the negative electrode active material (preferably, the outermost surface of the negative electrode active material), lithium ions approach the negative electrode using the electrostatic interaction of the S element-containing group. This can be favorably promoted. Therefore, the lithium ion concentration in the vicinity of the negative electrode active material can be increased, and the negative electrode resistance can be kept lower.

負極活物質の表面に形成されたスルホン酸リチウム塩由来の被膜の量は、該負極活物質の単位表面積(1m)当たり、スルホン酸基換算で、8μmol以上(好ましくは10μmol以上)23μmol以下(好ましくは20μmol以下)が好適である。
負極活物質の単位表面積(1m)当たりのスルホン酸リチウム塩由来の被膜の量を、スルホン酸基換算で、8μmol/m以上(好ましくは10μmol/m以上)とすることで、上記負極活物質表面へのリチウムイオンの接近促進効果を高いレベルで発揮することができる。また、負極活物質の単位表面積(1m)当たりのスルホン酸リチウム塩由来の被膜の量を、スルホン酸基換算で、23μmol/m以下(好ましくは20μmol/m以下)とすることで、電荷担体(リチ即ち、リチウムイオン)の反応場を好適に確保することができ、抵抗を低く抑えることができる。
The amount of the coating derived from lithium sulfonate formed on the surface of the negative electrode active material is 8 μmol or more (preferably 10 μmol or more) and 23 μmol or less in terms of sulfonic acid group per unit surface area (1 m 2 ) of the negative electrode active material. 20 μmol or less is preferable.
By setting the amount of the coating derived from the lithium sulfonate per unit surface area (1 m 2 ) of the negative electrode active material to 8 μmol / m 2 or more (preferably 10 μmol / m 2 or more) in terms of sulfonic acid group, the above negative electrode The effect of promoting the approach of lithium ions to the active material surface can be exhibited at a high level. Further, the amount of coating from the lithium sulfonate of unit surface area (1 m 2) per electrode active material, with a sulfonic acid group in terms of, 23μmol / m 2 or less (preferably 20 [mu] mol / m 2 or less) by a, A reaction field of charge carriers (Lithium, that is, lithium ions) can be suitably secured, and the resistance can be kept low.

上記「負極活物質の単位表面積(1m)当たりのスルホン酸リチウム塩由来の被膜の量(μmol/m)」は、例えば、イオンクロマトグラフィー(IC)によってスルホン酸基換算として測定された負極活物質層の単位面積あたりのスルホン酸リチウム塩由来の被膜量(μmol/cm)を、単位面積当たりに含まれる負極活物質の表面積(m/cm)で除すことによって求めることができる。例えば、上述の正極活物質の単位表面積(1m)当たりのスルホン酸リチウム塩由来の被膜の量(μmol/m)を求める場合と同様の手法により求めることができる。 The above-mentioned “amount (μmol / m 2 ) of coating film derived from lithium sulfonate per unit surface area (1 m 2 ) of negative electrode active material” is measured by, for example, ion chromatography (IC) as sulfonic acid group conversion. Obtaining by dividing the coating amount (μmol / cm 2 ) derived from lithium sulfonate per unit area of the active material layer by the surface area (m 2 / cm 2 ) of the negative electrode active material contained per unit area. it can. For example, it can be obtained by the same method as in the case of obtaining the amount (μmol / m 2 ) of the coating film derived from lithium sulfonate per unit surface area (1 m 2 ) of the positive electrode active material described above.

負極活物質層64には、上記負極活物質に加え、一般的なリチウム二次電池において負極活物質層の構成成分として使用され得る1種または2種以上の材料を必要に応じて含有し得る。そのような材料の例として、バインダや各種添加剤が挙げられる。バインダとしては、例えば、スチレンブタジエンゴム(SBR)、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)等のポリマー材料を好適に用いることができる。その他、増粘剤、分散剤、導電材等の各種添加剤を適宜使用することもでき、例えば増粘剤としてはカルボキシメチルセルロース(CMC)やメチルセルロース(MC)を好適に用いることができる。   In addition to the above negative electrode active material, the negative electrode active material layer 64 may contain one or more materials that can be used as a constituent component of the negative electrode active material layer in a general lithium secondary battery, if necessary. . Examples of such materials include binders and various additives. As the binder, for example, a polymer material such as styrene butadiene rubber (SBR), polyvinylidene fluoride (PVdF), polytetrafluoroethylene (PTFE), or the like can be suitably used. In addition, various additives such as a thickener, a dispersant, and a conductive material can be used as appropriate. For example, carboxymethylcellulose (CMC) or methylcellulose (MC) can be suitably used as the thickener.

負極活物質層64全体に占める負極活物質の割合は、凡そ50質量%以上とすることが適当であり、通常は90質量%〜99質量%(例えば95質量%〜99質量%)とすることが好ましい。バインダを使用する場合には、負極活物質層64全体に占めるバインダの割合は例えば凡そ1質量%〜10質量%とすることができ、通常は凡そ1質量%〜5質量%とすることが好ましい。   The proportion of the negative electrode active material in the entire negative electrode active material layer 64 is suitably about 50% by mass or more, and is usually 90% by mass to 99% by mass (eg, 95% by mass to 99% by mass). Is preferred. When using a binder, the ratio of the binder to the whole negative electrode active material layer 64 can be, for example, about 1% by mass to 10% by mass, and usually about 1% by mass to 5% by mass is preferable. .

負極集電体62の単位面積当たりに設けられる負極活物質層64の質量(目付量)は、負極集電体62の片面当たり5mg/cm〜20mg/cm(典型的には7mg/cm〜15mg/cm)程度とすることができる。なお、この実施形態のように負極集電体62の両面に負極活物質層64を有する構成では、負極集電体62の各々の面に設けられる負極活物質層64の質量を概ね同程度とすることが好ましい。 Negative electrode current collector 62 negative electrode active mass of the material layer 64 provided per unit area of (basis weight), the per side of the negative electrode current collector 62 5mg / cm 2 ~20mg / cm 2 ( typically 7 mg / cm 2 to 15 mg / cm 2 ). In the configuration having the negative electrode active material layers 64 on both surfaces of the negative electrode current collector 62 as in this embodiment, the mass of the negative electrode active material layers 64 provided on each surface of the negative electrode current collector 62 is approximately the same. It is preferable to do.

負極活物質層64の空隙率は、例えば5体積%〜50体積%(好ましくは35体積%〜50体積%)程度であり得る。また、負極活物質層64の片面当たりの厚みは、例えば40μm以上(典型的には50μm以上)であって、100μm以下(典型的には80μm以下)とすることができる。また、負極活物質層64の密度は、例えば0.5g/cm〜2g/cm(典型的には1g/cm〜1.5g/cm)程度とすることができる。負極活物質層の性状を上記範囲とすることで、非水電解液との界面を好適に保つことができ、通常使用時には耐久性(サイクル特性)と出力特性とを高いレベルで両立させることができる。また、過充電時には正極で生じた水素イオンを好適に還元し得、迅速に大量のガスを発生させることができる。なお、負極活物質層64の空隙率や厚み、密度は、上述した正極活物質層54と同様に、適当なプレス処理を施すこと等によって調整することができる。 The porosity of the negative electrode active material layer 64 may be, for example, about 5% to 50% by volume (preferably 35% to 50% by volume). Moreover, the thickness per one side of the negative electrode active material layer 64 is, for example, 40 μm or more (typically 50 μm or more), and can be 100 μm or less (typically 80 μm or less). Moreover, the density of the negative electrode active material layer 64 can be set to, for example, about 0.5 g / cm 3 to 2 g / cm 3 (typically 1 g / cm 3 to 1.5 g / cm 3 ). By setting the properties of the negative electrode active material layer in the above range, the interface with the non-aqueous electrolyte can be suitably maintained, and both durability (cycle characteristics) and output characteristics can be achieved at a high level during normal use. it can. In addition, hydrogen ions generated at the positive electrode can be suitably reduced during overcharge, and a large amount of gas can be generated quickly. In addition, the porosity, thickness, and density of the negative electrode active material layer 64 can be adjusted by performing an appropriate press process or the like, similarly to the positive electrode active material layer 54 described above.

このような負極シート60を作製する方法は特に限定されないが、例えば以下のように行うことができる。まず、負極活物質と必要に応じて用いられる材料とを適当な溶媒に分散させ、ペースト状またはスラリー状の組成物(負極活物質層形成用スラリー)を調製する。そして、調製した負極活物質層形成用スラリーを長尺状の負極集電体62に付与し、該スラリーに含まれる溶媒を除去する。これにより、負極集電体62上に負極活物質層64を備えた負極シート60を作製することができる。上記溶媒としては、水性溶媒および有機溶媒のいずれも使用可能であり、例えば水を用いることができる。また、上記スラリーの付与や溶媒の除去、プレス処理等は、正極シート50の場合と同様に行うことができる。   Although the method for producing such a negative electrode sheet 60 is not particularly limited, it can be performed, for example, as follows. First, a negative electrode active material and a material used as necessary are dispersed in a suitable solvent to prepare a paste-like or slurry-like composition (a slurry for forming a negative electrode active material layer). And the prepared slurry for negative electrode active material layer formation is provided to the elongate negative electrode collector 62, and the solvent contained in this slurry is removed. Thereby, the negative electrode sheet 60 provided with the negative electrode active material layer 64 on the negative electrode collector 62 can be produced. As the solvent, any of an aqueous solvent and an organic solvent can be used. For example, water can be used. Further, the application of the slurry, the removal of the solvent, the press treatment, and the like can be performed in the same manner as in the case of the positive electrode sheet 50.

≪セパレータシート70≫
正負極シート50、60間に介在されるセパレータシート70としては、正極活物質層54と負極活物質層64とを絶縁するとともに非水電解液の保持機能やシャットダウン機能を有するものであればよい。好適例として、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリエステル、セルロース、ポリアミド等の樹脂から成る多孔質樹脂シート(フィルム)が挙げられる。なかでも、ポリオレフィン系の多孔質樹脂シート(例えばPEやPP)は、シャットダウン温度が80℃〜140℃(典型的には110℃〜140℃、例えば120℃〜135℃)と、電池の耐熱温度(典型的には凡そ200℃以上)よりも充分に低いため、適切なタイミングでシャットダウン機能を発揮することができる。
≪Separator sheet 70≫
The separator sheet 70 interposed between the positive and negative electrode sheets 50 and 60 may be any sheet as long as it insulates the positive electrode active material layer 54 and the negative electrode active material layer 64 and has a nonaqueous electrolyte holding function and a shutdown function. . Preferable examples include porous resin sheets (films) made of a resin such as polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyester, cellulose, and polyamide. Among them, a polyolefin-based porous resin sheet (for example, PE or PP) has a shutdown temperature of 80 ° C. to 140 ° C. (typically 110 ° C. to 140 ° C., for example, 120 ° C. to 135 ° C.), and the heat resistant temperature of the battery. Since it is sufficiently lower than (typically about 200 ° C. or more), the shutdown function can be exhibited at an appropriate timing.

セパレータシート70の性状は特に限定されないが、例えば、平均厚みは、通常、10μm以上(典型的には15μm以上、例えば17μm以上)であって、40μm以下(典型的には30μm以下、例えば25μm以下)であることが好ましい。セパレータシート70の厚みが上記範囲内にあることで、イオン透過性がより良好となり、且つ、電池内に異物が混入した場合であっても内部短絡(セパレータの破膜)がより生じにくくなる。   Although the properties of the separator sheet 70 are not particularly limited, for example, the average thickness is usually 10 μm or more (typically 15 μm or more, for example, 17 μm or more) and 40 μm or less (typically 30 μm or less, for example, 25 μm or less). ) Is preferable. When the thickness of the separator sheet 70 is within the above range, the ion permeability is further improved, and an internal short circuit (separator film breakage) is less likely to occur even when foreign matter is mixed in the battery.

セパレータシート70は、単層構造であってもよく、あるいは材質や性状(厚みや空孔率等)の異なる2種以上の多孔質樹脂シートが積層された構造であってもよい。多層構造のものとしては、例えば、ポリエチレン(PE)層の両面にポリプロピレン(PP)層が積層された三層構造(すなわちPP/PE/PPの三層構造)のセパレータシートを好適に採用し得る。また、捲回電極体20に備えられた2枚のセパレータシート70には、それぞれ材質や性状の異なるものを採用することもできる。   Separator sheet 70 may have a single-layer structure, or may have a structure in which two or more porous resin sheets having different materials and properties (thickness, porosity, etc.) are laminated. As the multilayer structure, for example, a separator sheet having a three-layer structure in which a polypropylene (PP) layer is laminated on both sides of a polyethylene (PE) layer (that is, a three-layer structure of PP / PE / PP) can be suitably employed. . Further, the two separator sheets 70 provided in the wound electrode body 20 may be different in material and properties.

セパレータシート70は、上記多孔質シートの片面または両面(典型的には片面)に多孔質の耐熱層を備えた耐熱性セパレータであってもよい。この耐熱層は、例えば、無機フィラーとバインダとを含む層であり得る。無機フィラーとしては、例えばアルミナ、ベーマイト、シリカ、チタニア、カルシア、マグネシア、ジルコニア、窒化ホウ素、窒化アルミニウム等を好ましく採用し得る。耐熱層の平均厚みは、例えば1μm〜10μm程度とし得る。   Separator sheet 70 may be a heat-resistant separator having a porous heat-resistant layer on one side or both sides (typically one side) of the porous sheet. This heat-resistant layer can be, for example, a layer containing an inorganic filler and a binder. As the inorganic filler, for example, alumina, boehmite, silica, titania, calcia, magnesia, zirconia, boron nitride, aluminum nitride and the like can be preferably used. The average thickness of the heat-resistant layer can be, for example, about 1 μm to 10 μm.

≪非水電解液≫
非水電解液は、非水溶媒中に少なくとも支持塩と、スルホン酸リチウム塩とビニレンカーボネート化合物とを含んでいる。非水電解液は常温(例えば25℃)で液状を呈し、好ましい一態様では、電池の使用環境下(例えば0℃〜60℃の温度環境下)で常に液状を呈する。
≪Nonaqueous electrolyte≫
The nonaqueous electrolytic solution contains at least a supporting salt, a sulfonic acid lithium salt, and a vinylene carbonate compound in a nonaqueous solvent. The non-aqueous electrolyte exhibits a liquid state at normal temperature (for example, 25 ° C.), and in a preferred embodiment, the non-aqueous electrolyte always exhibits a liquid state under the battery usage environment (for example, a temperature environment of 0 ° C. to 60 ° C.).

非水溶媒としては、一般的なリチウム二次電池の電解液に用いられる各種のカーボネート類、エーテル類、エステル類、ニトリル類、スルホン類、ラクトン類等の有機溶媒を用いることができる。具体例として、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)等が例示される。このような非水溶媒は、1種を単独で、あるいは2種以上を適宜組み合わせて用いることができる。なかでも、比誘電率の高いECや、酸化電位が高い(電位窓の広い)DMCやEMCを好適に用いることができる。例えば、非水溶媒として1種または2種以上のカーボネート類を含み、それらカーボネート類の合計体積が非水溶媒全体の体積の60体積%以上(より好ましくは75体積%以上、さらに好ましくは90体積%以上であり、実質的に100体積%であってもよい。)を占める非水溶媒を好ましく用いることができる。   As the non-aqueous solvent, organic solvents such as various carbonates, ethers, esters, nitriles, sulfones, and lactones that are used in an electrolytic solution of a general lithium secondary battery can be used. Specific examples include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC) and the like. Such a non-aqueous solvent can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types as appropriate. Among these, EC having a high relative dielectric constant, DMC and EMC having a high oxidation potential (wide potential window) can be preferably used. For example, one or more carbonates are included as the non-aqueous solvent, and the total volume of these carbonates is 60% by volume or more (more preferably 75% by volume or more, more preferably 90% by volume) of the total volume of the non-aqueous solvent. % Or more and may be substantially 100% by volume).

支持塩としては、電荷担体イオン(即ち、リチウムイオン)を含むものであれば、一般的なリチウム二次電池と同様のものを適宜選択して使用することができる。例えば、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF等のリチウム塩が例示される。このような支持塩は、1種を単独で、または2種以上を組み合わせて用いることができる。特に好ましい支持塩としてLiPFが挙げられる。また、非水電解液は上記支持塩の濃度が0.7mol/L〜1.3mol/Lの範囲内となるように調製することが好ましい。例えば、1.1mol/Lとすることができる。 As the supporting salt, those containing a charge carrier ion (that is, lithium ion) can be appropriately selected and used in the same manner as a general lithium secondary battery. For example, lithium salts such as LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 are exemplified. Such a supporting salt can be used singly or in combination of two or more. LiPF 6 may be mentioned as particularly preferred support salt. Moreover, it is preferable to prepare the non-aqueous electrolyte so that the concentration of the supporting salt is within a range of 0.7 mol / L to 1.3 mol / L. For example, it can be 1.1 mol / L.

スルホン酸リチウム塩としては、少なくとも1つの−SOH基(スルホ基)と、アルコキシ基とを備えた有機スルホン酸化合物のリチウム塩を用いることができる。例えば、上記式(I)で表されるようなアルコキシスルホン酸のリチウム塩を好適に用いることができる。かかるスルホン酸リチウム塩は、公知の方法により作製したもの、あるいは市販品の購入等により入手したものを特に限定せず1種または2種以上用いることができる。 As the lithium sulfonic acid salt, a lithium salt of an organic sulfonic acid compound having at least one —SO 3 H group (sulfo group) and an alkoxy group can be used. For example, a lithium salt of alkoxysulfonic acid represented by the above formula (I) can be preferably used. Such lithium sulfonic acid salts are not particularly limited and those prepared by a known method or obtained by purchasing a commercially available product can be used alone or in combination of two or more.

式(I)において、Rは、メチル基、エチル基、プロピル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、tert−ブチル基、又はペンチル基等の炭素原子数1〜12(好ましくは1〜6、より好ましくは1〜3)の直鎖状または分岐状のアルキル基である。好適な一態様では、上記式(I)におけるRが、炭素数1〜3のアルキル基(メチル基、エチル基またはプロピル基)であり得る。かかるスルホン酸リチウム塩を用いた場合、正極活物質表面および負極活物質表面に低抵抗かつ安定した被膜を形成することができる。また、かかる被膜はカチオン接近促進効果およびアニオン接近抑制効果のいずれも高レベルで発揮することができる。特に好適な一態様では、Rとして炭素数2のアルキル基(エチル基)であり得る。すなわち、上記式(I)で表される化合物がエトキシ基(CH−CH−O−)を有することが好ましい。かかる場合、非水電解液に対するスルホン酸リチウム塩の溶解度が向上するため好ましい。 In the formula (I), R 1 represents 1 to 12 carbon atoms (preferably a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, a tert-butyl group, or a pentyl group). Are 1-6, more preferably 1-3) linear or branched alkyl groups. In a preferred embodiment, R 1 in the above formula (I) may be an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms (methyl group, ethyl group or propyl group). When such a lithium sulfonic acid salt is used, a low resistance and stable film can be formed on the surface of the positive electrode active material and the surface of the negative electrode active material. Further, such a coating can exhibit both a cation approach promoting effect and an anion approach inhibiting effect at a high level. In a particularly preferred embodiment, R 1 may be an alkyl group having 2 carbon atoms (ethyl group). That is, the compound represented by the formula (I) preferably has an ethoxy group (CH 3 —CH 2 —O—). In such a case, the solubility of the lithium sulfonate in the non-aqueous electrolyte is improved, which is preferable.

このようなスルホン酸リチウム塩の具体例として、メトキシスルホン酸リチウム、エトキシスルホン酸リチウム、プロポキシスルホン酸リチウム、ブトキシスルホン酸リチウム等が挙げられる。なかでも、下式(II)で表されるエトキシスルホン酸リチウムを好適に用いることができる。   Specific examples of such lithium sulfonate include lithium methoxysulfonate, lithium ethoxysulfonate, lithium propoxysulfonate, lithium butoxysulfonate, and the like. Among these, lithium ethoxysulfonate represented by the following formula (II) can be preferably used.

Figure 2016091724
Figure 2016091724

ビニレンカーボネート化合物としては、下式(III)で表される化合物を用いることができ、公知の方法により作製したもの、あるいは市販品の購入等により入手したものを特に限定せず1種または2種以上用いることができる。
下式(III)において、R,Rは、それぞれ独立して、水素原子;メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等の炭素原子数1〜4のアルキル基である。下式(III)で示されるビニレンカーボネート化合物の具体例として、ビニレンカーボネート、メチルビニレンカーボネート、エチルビニレンカーボネート、ジメチルビニレンカーボネート、エチルメチルビニレンカーボネート、ジエチルビニレンカーボネート、プロピルビニレンカーボネート、ブチルビニレンカーボネート等が挙げられる。特に好適な一態様では、RおよびRがいずれも水素元素であり得る。即ち、ビニレンカーボネート化合物として、ビニレンカーボネートを好適に用いることができる。
As the vinylene carbonate compound, a compound represented by the following formula (III) can be used, and those prepared by a known method or those obtained by purchasing a commercially available product are not particularly limited, but one or two types The above can be used.
In the following formula (III), R 2 and R 3 are each independently a hydrogen atom; an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms such as a methyl group, an ethyl group, a propyl group, or a butyl group. Specific examples of the vinylene carbonate compound represented by the following formula (III) include vinylene carbonate, methyl vinylene carbonate, ethyl vinylene carbonate, dimethyl vinylene carbonate, ethyl methyl vinylene carbonate, diethyl vinylene carbonate, propyl vinylene carbonate, butyl vinylene carbonate and the like. It is done. In a particularly preferred embodiment, both R 2 and R 3 can be an elemental hydrogen. That is, vinylene carbonate can be suitably used as the vinylene carbonate compound.

Figure 2016091724
Figure 2016091724

上記非水電解液中含まれるスルホン酸リチウム塩およびビニレンカーボネート化合物は、典型的には電池構築(組み立て)後の初期充電において分解され、このことによって正極活物質および/または負極活物質の表面に良質な皮膜が形成され得る。したがって、電池構築時において非水電解液中に含まれるこれらの化合物の全量が、必ずしも充放電後(典型的には初期充電後、例えばエージング処理後)において非水電解液中に残存していることを要しない。典型的には、これらの化合物の一部は充放電後(典型的には初期充電後、例えばエージング処理後)においても非水電解液中に残存しているため、かかる化合物を含む非水電解液を用いて構築された電池であることは、非水電解液中にこれらの化合物(スルホン酸リチウム塩およびビニレンカーボネート化合物)が存在することを確認することで把握することができる。   The sulfonic acid lithium salt and vinylene carbonate compound contained in the non-aqueous electrolyte are typically decomposed in the initial charge after the battery is constructed (assembled), whereby the positive electrode active material and / or the negative electrode active material are formed on the surface. A good quality film can be formed. Therefore, the total amount of these compounds contained in the non-aqueous electrolyte at the time of battery construction always remains in the non-aqueous electrolyte after charging / discharging (typically after initial charging, for example, after aging treatment). I don't need it. Typically, some of these compounds remain in the non-aqueous electrolyte even after charge / discharge (typically after initial charge, for example, after aging treatment), and therefore, non-aqueous electrolysis containing such compounds It can be grasped by confirming that these compounds (lithium sulfonate and vinylene carbonate compound) are present in the non-aqueous electrolyte solution.

なお、電池の構成に用いられたスルホン酸リチウム塩の量(換言すれば、電池ケース内に供給されたスルホン酸リチウム塩の量)は、例えば、上述したICP−AES等の手法によって、負極活物質上に形成された被膜中に取り込まれたスルホン酸リチウム塩の量を定量すること;上述したイオンクロマトグラフィーの手法によって、正負極活物質層の表面に結合(付着)したスルホン酸リチウム塩由来の被膜(典型的にはSO吸着層(被膜))中のSO 2−、SO 2−、SO 2−の量を定量すること;電池ケース内に溜まった非水電解液をICの手法で分析してスルホン酸リチウム塩およびそれらの分解物に起因する化学種を定量すること;等の方法により、概ね把握することができる。 Note that the amount of lithium sulfonate used in the battery configuration (in other words, the amount of lithium sulfonate supplied in the battery case) is determined by, for example, the above-described ICP-AES method. Quantifying the amount of lithium sulfonate incorporated into the film formed on the material; derived from lithium sulfonate bound to (attached to) the surface of the positive and negative electrode active material layers by the above-described ion chromatography technique The amount of SO 2 2− , SO 3 2− , and SO 4 2− in the coating film (typically the SO X adsorption layer (coating film)); The amount of chemical species derived from lithium sulfonic acid salts and their decomposition products is quantified by the above-described method;

なお、上記非水電解液中には、本発明の効果を著しく損なわない限りにおいて、上述した非水溶媒、支持塩、ビニレンカーボネート化合物、スルホン酸リチウム塩以外の成分(添加剤)を含みうる。かかる添加剤として、例えば、ビフェニル化合物、アルキルビフェニル化合物、シクロアルキルベンゼン化合物、アルキルベンゼン化合物、有機リン化合物、フッ素原子置換芳香族化合物、カーボネート化合物、環状カルバメート化合物、脂環式炭化水素等の芳香族化合物等のガス発生剤;分散剤;増粘剤;等の各種添加剤を含み得る。   The non-aqueous electrolyte solution may contain components (additives) other than the non-aqueous solvent, the supporting salt, the vinylene carbonate compound, and the lithium sulfonic acid salt as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. Examples of such additives include biphenyl compounds, alkylbiphenyl compounds, cycloalkylbenzene compounds, alkylbenzene compounds, organic phosphorus compounds, fluorine atom-substituted aromatic compounds, carbonate compounds, cyclic carbamate compounds, and aromatic compounds such as alicyclic hydrocarbons. Various additives such as a gas generating agent, a dispersant, a thickener, and the like.

≪リチウム二次電池の製造方法≫
上述のようなリチウム二次電池は、以下の(1)、(2)の工程を包含する製造方法によって好適に製造し得る。即ちここで開示されるリチウム二次電池の製造方法は、(1)電池組立体構築工程と、(2)充電処理(初期充電)工程とを包含する。
以下、各工程を順に説明する。
≪Method for manufacturing lithium secondary battery≫
The lithium secondary battery as described above can be preferably manufactured by a manufacturing method including the following steps (1) and (2). That is, the method for manufacturing a lithium secondary battery disclosed herein includes (1) a battery assembly construction process and (2) a charging process (initial charging) process.
Hereinafter, each process is demonstrated in order.

<(1)電池構築工程>
電池構築工程では、正極と負極と非水電解液とを電池ケース内に収容して電池を構築する。正極および負極は、既に上述したものを用いることができる。
<(1) Battery construction process>
In the battery construction process, the positive electrode, the negative electrode, and the non-aqueous electrolyte are housed in a battery case to construct a battery. As the positive electrode and the negative electrode, those already described above can be used.

非水電解液には上述の非水溶媒と支持塩に加え、スルホン酸リチウム塩とビニレンカーボネート化合物とを含んでいる。これらの非水電解液の構成材料は、上述のものを特に制限なく使用することができる。ビニレンカーボネート化合物およびスルホン酸リチウム塩の一部は、後述する充電処理工程(初期充電工程)において分解され、負極活物質および/または正極活物質の表面に被膜を形成し得る。また、スルホン酸リチウム塩(および該スルホン酸リチウム塩由来の成分)の一部は、上記ビニレンカーボネート化合物に由来のSEI被膜中に取り込まれる。   The non-aqueous electrolyte contains a sulfonic acid lithium salt and a vinylene carbonate compound in addition to the above-described non-aqueous solvent and supporting salt. As the constituent materials of these non-aqueous electrolytes, those described above can be used without particular limitation. A part of the vinylene carbonate compound and the lithium sulfonic acid salt can be decomposed in a charge treatment step (initial charge step) described later to form a film on the surface of the negative electrode active material and / or the positive electrode active material. Further, a part of the lithium sulfonate (and the component derived from the lithium sulfonate) is incorporated into the SEI coating derived from the vinylene carbonate compound.

非水電解液中に添加するビニレンカーボネート化合物の添加量は、例えば非水電解液の組成や負極活物質の種類や性状(例えば、粒径や比表面積)等によって異なり得る。一般的には、かかる添加量が少なすぎると被膜の形成効率が低下し、負極活物質表面に形成されるSEI被膜が薄くなる(被膜の形成量が少なくなる)傾向にある。このため、非水電解液中のビニレンカーボネート化合物の濃度が低すぎると、電池の耐久性(例えばサイクル特性や保存特性等)が低下する虞がある。一方で、かかる添加量が多すぎると負極活物質表面に形成されるSEI被膜の形成量が過大となり、充放電に伴う抵抗が増大する虞がある。このため、好適な一態様では、非水電解液中に添加するビニレンカーボネート化合物の添加量を、非水電解液100質量%に対して、0.7質量%以上(好ましくは1.0質量%以上)1.8質量%以下(好ましくは1.5質量%以下)の割合のとなるように調整することが好ましい。或いはまた、非水電解液中に添加するビニレンカーボネート化合物の添加量を、負極活物質の単位表面積(1m)当たり40μmol以上110μmol以下となるよう調整してもよい。 The amount of vinylene carbonate compound added to the non-aqueous electrolyte may vary depending on, for example, the composition of the non-aqueous electrolyte, the type and properties of the negative electrode active material (for example, particle size and specific surface area), and the like. In general, if the amount added is too small, the formation efficiency of the film is lowered, and the SEI film formed on the surface of the negative electrode active material tends to be thin (the amount of film formation is reduced). For this reason, when the density | concentration of the vinylene carbonate compound in a non-aqueous electrolyte is too low, there exists a possibility that durability (for example, cycling characteristics, storage characteristics, etc.) of a battery may fall. On the other hand, when there is too much such addition amount, the formation amount of the SEI film formed on the negative electrode active material surface will become excessive, and there exists a possibility that the resistance accompanying charging / discharging may increase. Therefore, in a preferred embodiment, the amount of vinylene carbonate compound added to the non-aqueous electrolyte is 0.7% by mass or more (preferably 1.0% by mass) with respect to 100% by mass of the non-aqueous electrolyte. It is preferable to adjust the ratio to 1.8% by mass or less (preferably 1.5% by mass or less). Or you may adjust the addition amount of the vinylene carbonate compound added in a non-aqueous electrolyte so that it may become 40 to 110 micromol per unit surface area (1m < 2 >) of a negative electrode active material.

非水電解液中のスルホン酸リチウム塩の添加量は、例えば非水電解液の組成や活物質の種類や性状(例えば、粒径や比表面積)等によって異なり得る。一般的には、かかる添加量が少なすぎると、ビニレンカーボネート化合物由来のSEI被膜中に含まれるスルホン酸リチウム塩由来の成分の含有量が低下し、また、正負極表面に形成されるスルホン酸リチウム塩に由来する被膜の形成量が低下する傾向にある。これにより、負極表面での電荷担体濃度の増大効果やアニオン(典型的にはフッ素アニオン)の接近抑制効果が十分に発揮できない虞がある。一方で、かかる添加量が多すぎると、ビニレンカーボネート化合物由来のSEI被膜中に含まれるスルホン酸リチウム塩由来の成分の含有量が過大となり、かかるSEI被膜の耐久性が低下する虞がある。また、正負極活物質表面に形成されるスルホン酸リチウム塩由来の被膜の形成量が過大となり、充放電に伴う抵抗が増大する虞がある。このため、好適な一態様では、非水電解液中に添加するスルホン酸リチウム塩の添加量を、非水電解液100質量%に対して、0.75質量%以上(好ましくは1.0質量%以上)2.0質量%以下(好ましくは1.5質量%以下)の割合となるように調整することが好ましい。   The amount of lithium sulfonate added in the non-aqueous electrolyte may vary depending on, for example, the composition of the non-aqueous electrolyte, the type and properties of the active material (for example, particle size and specific surface area), and the like. In general, if the amount added is too small, the content of the component derived from the lithium sulfonate salt contained in the SEI coating derived from the vinylene carbonate compound decreases, and the lithium sulfonate formed on the surface of the positive and negative electrodes There is a tendency that the amount of the film derived from the salt is lowered. Thereby, there is a possibility that the effect of increasing the charge carrier concentration on the negative electrode surface and the effect of suppressing the approach of anions (typically fluorine anions) cannot be sufficiently exhibited. On the other hand, when there is too much such addition amount, content of the component derived from lithium sulfonate contained in the SEI film derived from a vinylene carbonate compound will become excessive, and there exists a possibility that durability of this SEI film may fall. In addition, the amount of the coating derived from the lithium sulfonate salt formed on the surface of the positive and negative electrode active materials becomes excessive, and there is a concern that the resistance accompanying charge / discharge increases. Therefore, in a preferred embodiment, the amount of the sulfonic acid lithium salt added to the non-aqueous electrolyte is 0.75% by mass or more (preferably 1.0% by mass) with respect to 100% by mass of the non-aqueous electrolyte. % Or more) is preferably adjusted to a ratio of 2.0% by mass or less (preferably 1.5% by mass or less).

さらに、ビニレンカーボネート化合物由来の被膜中に、好適量のスルホン酸リチウム塩由来の成分を含有させる(取り込ませる)観点からは、非水電解液中のビニレンカーボネート化合物の濃度(質量%)が非水電解液中のスルホン酸リチウム塩の濃度(質量%)の0.5倍以上(好ましくは0.7倍以上)1.8倍以下(好ましくは1.5倍以下)になるように、ビニレンカーボネート化合物の添加量とスルホン酸リチウム塩の添加量とを調整することが好ましい。換言すると、非水電解液中のビニレンカーボネート化合物の濃度C(質量%)と、非水電解液中のスルホン酸リチウム塩の濃度C(質量%)との比(C/C)が、0.5≦C/C≦2.0(好ましくは0.7≦C/C≦1.5)を満たすように、非水電解液中に添加するビニレンカーボネート化合物の添加量とスルホン酸リチウム塩の添加量とを調整することが好ましい。 Furthermore, from the viewpoint of incorporating (incorporating) a suitable amount of a component derived from a lithium sulfonate into the film derived from the vinylene carbonate compound, the concentration (% by mass) of the vinylene carbonate compound in the nonaqueous electrolytic solution is nonaqueous. Vinylene carbonate so that the concentration (mass%) of the sulfonic acid lithium salt in the electrolytic solution is 0.5 times or more (preferably 0.7 times or more) and 1.8 times or less (preferably 1.5 times or less). It is preferable to adjust the addition amount of the compound and the addition amount of the lithium sulfonate. In other words, the ratio (C a / C b ) between the concentration C a (% by mass) of the vinylene carbonate compound in the non-aqueous electrolyte and the concentration C b (% by mass) of the lithium sulfonate in the non-aqueous electrolyte. Of vinylene carbonate compound added to the non-aqueous electrolyte so as to satisfy 0.5 ≦ C a / C b ≦ 2.0 (preferably 0.7 ≦ C a / C b ≦ 1.5) It is preferable to adjust the amount and the addition amount of the sulfonic acid lithium salt.

<(2)充電処理工程>
充電処理工程では、上記正極と上記負極の間に電流を付与する充電処理を行う。この充電処理は、負極の電位(vs. Li/Li+)が、非水電解液に含まれる上記スルホン酸リチウム塩およびビニレンカーボネート化合物の還元電位以下となるよう行う。好適な一態様では、上記電解液中に含まれるこれら化合物の還元電位より0.05V以上(典型的には0.1V以上、例えば0.3V以上、特に0.5V)低くなるまで、充電処理を行う。例えば、充電処理工程における正負極端子間の電圧(典型的には最高到達電圧)は、使用するスルホン酸リチウム塩やビニレンカーボネート化合物の種類等によっても若干異なるが、3.95V〜4.05V程度とすることができる。
<(2) Charging process>
In the charging process, a charging process for applying a current between the positive electrode and the negative electrode is performed. This charging process is performed so that the potential of the negative electrode (vs. Li / Li + ) is equal to or lower than the reduction potential of the lithium sulfonate and vinylene carbonate compound contained in the non-aqueous electrolyte. In a preferred embodiment, the charge treatment is carried out until 0.05 V or more (typically 0.1 V or more, such as 0.3 V or more, particularly 0.5 V) lower than the reduction potential of these compounds contained in the electrolytic solution. I do. For example, the voltage between the positive and negative terminals (typically the highest voltage reached) in the charging process varies slightly depending on the type of lithium sulfonic acid salt or vinylene carbonate compound used, etc., but is about 3.95V to 4.05V. It can be.

充電処理は、例えば充電開始から負極の電位が所定の値に到達するまで(または負極端子間電圧が所定値に到達するまで)、定電流で充電する方式(CC充電)により行ってもよく、上記所定の電位(または電圧)になるまで定電流で充電した後、定電圧で充電する方式(CCCV充電)により行ってもよい。CC充電における充電レートは特に限定されないが、あまりに低すぎると処理効率が低下しがちである。一方、あまりに高すぎると、形成される被膜の質が低下したり、活物質が劣化したりすることがあり得る。このため、例えば0.1C〜2C(典型的には0.5C〜1.5C、例えば0.6C〜1C)とすることが好ましい。これによって、より短時間で、好適な緻密性の(すなわち、低抵抗で、且つ非水電解液との反応を十分抑制し得る)被膜を精度よく形成することができる。このことは、作業効率の観点からも好ましい。なお、「1C」とは正極の理論容量より予測した電池容量(Ah)を1時間で充電できる電流量を意味する。   The charging process may be performed by, for example, a method of charging with a constant current (CC charging) from the start of charging until the negative electrode potential reaches a predetermined value (or until the negative electrode terminal voltage reaches a predetermined value), After charging with a constant current until the predetermined potential (or voltage) is reached, charging may be performed with a constant voltage (CCCV charging). The charging rate in CC charging is not particularly limited, but if it is too low, the processing efficiency tends to decrease. On the other hand, if it is too high, the quality of the formed film may be lowered, or the active material may be deteriorated. For this reason, it is preferable to set it as 0.1C-2C (typically 0.5C-1.5C, for example, 0.6C-1C), for example. As a result, it is possible to accurately form a film having a suitable denseness (that is, a low resistance and capable of sufficiently suppressing the reaction with the non-aqueous electrolyte) in a shorter time. This is also preferable from the viewpoint of work efficiency. “1C” means the amount of current that can charge the battery capacity (Ah) predicted from the theoretical capacity of the positive electrode in one hour.

好適な一態様では、充電処理をCCCV充電方式で行う。これによって上記正負極表面に好適な態様の被膜を好適量形成することができる。CV充電を行う時間(上記電位または電圧で保持する時間)は特に限定されないが、あまりに短すぎると被膜の形成が不十分または不均一となって、充放電効率やサイクル特性が低下することがあり得る。一方、あまりに長すぎると作業性が低下したり、条件等によっては被膜の形成が進行しすぎて電池の内部抵抗(例えば、初期抵抗)が上昇したりすることがあり得る。したがって、電池の構成要素や充電処理条件等を変更した場合は、都度、簡単な予備実験を行い、その結果から決定することが好ましい。あるいは、上記所定の電位(または電圧)に到達するまでCC充電した後に、一定時間エージング(放置)することによっても、正極活物質の表面に好適な態様の被膜を好適量の被膜を形成することができる。   In a preferred aspect, the charging process is performed by a CCCV charging method. This makes it possible to form a suitable amount of a film having a suitable aspect on the positive and negative electrode surfaces. The time for performing CV charging (the time for holding at the above-mentioned potential or voltage) is not particularly limited, but if it is too short, the formation of the film may be insufficient or uneven, and charge / discharge efficiency and cycle characteristics may be reduced. obtain. On the other hand, if the length is too long, workability may be reduced, or depending on conditions or the like, the formation of a film may proceed too much, and the internal resistance (for example, initial resistance) of the battery may increase. Therefore, it is preferable to perform a simple preliminary experiment each time the battery components or the charging process conditions are changed, and to determine the result from the result. Alternatively, a suitable amount of a coating film is formed on the surface of the positive electrode active material by CC charging until reaching the predetermined potential (or voltage) and then aging for a certain period of time. Can do.

なお、上記充電処理は一回でもよく、例えば放電処理工程を挟んで、二回以上繰り返し行うこともできる。さらに、電池特性に悪影響を与えない範囲で、上記化合物の還元分解を促進し得るようなその他の操作(例えば、圧力の負荷や超音波の照射)を適宜併用することもできる。   In addition, the said charge process may be performed once, for example, can also be repeatedly performed twice or more on both sides of a discharge process process. Furthermore, other operations (for example, pressure load or ultrasonic irradiation) that can promote the reductive decomposition of the above compound can be used in combination as long as the battery characteristics are not adversely affected.

ここで開示される電池は各種用途に利用可能であるが、活物質表面の被膜形成の効果(内部抵抗の低減効果、サイクル特性の向上効果等)が好適に発揮され、従来に比べ電池特性が優れていること(例えば、優れた入出力特性、高い耐久性等)を特徴とする。したがって、このような性質を活かして、例えば、車両に搭載される駆動用電源として好適に用いることができる。車両の種類は特に限定されないが、例えばプラグインハイブリッド自動車(PHV)、ハイブリッド自動車(HV)、電気自動車(EV)、電気トラック、原動機付自転車、電動アシスト自転車、電動車いす、電気鉄道等が挙げられる。したがって、本発明によれば、ここで開示されるいずれかのリチウム二次電池を、好ましくは動力源として備えた車両が提供される。車両に備えられるリチウム二次電池は、複数個が接続された組電池の形態であり得る。   Although the battery disclosed here can be used for various applications, the effect of forming a film on the surface of the active material (the effect of reducing internal resistance, the effect of improving cycle characteristics, etc.) is suitably exhibited, and the battery characteristics are better than those of the prior art. It is characterized by superiority (for example, excellent input / output characteristics, high durability, etc.). Therefore, taking advantage of such properties, for example, it can be suitably used as a driving power source mounted on a vehicle. The type of vehicle is not particularly limited, and examples include plug-in hybrid vehicles (PHV), hybrid vehicles (HV), electric vehicles (EV), electric trucks, motorbikes, electric assist bicycles, electric wheelchairs, electric railways, and the like. . Therefore, according to the present invention, there is provided a vehicle provided with any of the lithium secondary batteries disclosed herein, preferably as a power source. The lithium secondary battery provided in the vehicle may be in the form of an assembled battery in which a plurality of lithium secondary batteries are connected.

以下、本発明に関するいくつかの実施例(試験例)を説明するが、本発明をかかる具体例に示すものに限定することを意図したものではない。   Several examples (test examples) relating to the present invention will be described below, but the present invention is not intended to be limited to those shown in the specific examples.

まず、以下の材料およびプロセスによって、例1〜例10に係るリチウム二次電池を構築した。   First, lithium secondary batteries according to Examples 1 to 10 were constructed by the following materials and processes.

[リチウム二次電池の構築]
まず、正極活物質粉末として、LiNi0.33Co0.33Mn0.33(LNCM)を用意した。かかるLNCMと、導電材としてのアセチレンブラック(AB)と、バインダとしてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)とを、これら材料の質量比率がLNCM:AB:PVdF=93.55:3.75:2.70となるよう混練機に投入し、N−メチルピロリドン(NMP)で粘度を調整しながら混練して、正極活物質スラリーを調製した。このスラリーを、厚み12μmのアルミニウム箔(正極集電体)の両面に塗布して、乾燥後にプレスすることによって正極集電体上に正極活物質層を有する正極シート(例1〜例10)を作製した。
[Construction of lithium secondary battery]
First, LiNi 0.33 Co 0.33 Mn 0.33 O 2 (LNCM) was prepared as a positive electrode active material powder. Such LNCM, acetylene black (AB) as a conductive material, and polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder have a mass ratio of these materials of LNCM: AB: PVdF = 93.55: 3.75: 2.70. Was added to a kneader and kneaded while adjusting the viscosity with N-methylpyrrolidone (NMP) to prepare a positive electrode active material slurry. A positive electrode sheet (Example 1 to Example 10) having a positive electrode active material layer on the positive electrode current collector is obtained by applying the slurry to both surfaces of an aluminum foil (positive electrode current collector) having a thickness of 12 μm and pressing the slurry after drying. Produced.

次に、負極活物質としての天然黒鉛(C)と、バインダとしてのスチレンブタジエンゴム(SBR)と、分散剤としてのカルボキシメチルセルロース(CMC)とを、これら材料の質量比がC:SBR:CMC=99:0.5:0.5となるよう混練機に投入し、イオン交換水で粘度を調整しながら混練して、負極活物質スラリーを調製した。このスラリーを、厚み8μmの長尺状銅箔(負極集電体)の両面に塗布して、乾燥後にプレスすることによって負極集電体上に負極活物質層を有する負極シート(例1〜例10)を作製した。   Next, natural graphite (C) as a negative electrode active material, styrene butadiene rubber (SBR) as a binder, and carboxymethyl cellulose (CMC) as a dispersant, the mass ratio of these materials is C: SBR: CMC = The mixture was charged into a kneader so that the ratio was 99: 0.5: 0.5, and kneaded while adjusting the viscosity with ion-exchanged water to prepare a negative electrode active material slurry. A negative electrode sheet (Example 1 to Example) having a negative electrode active material layer on the negative electrode current collector by applying this slurry to both sides of a long copper foil (negative electrode current collector) having a thickness of 8 μm and pressing after drying. 10) was produced.

セパレータとして、ポリエチレン(PE)の両面にポリプロピレン(PP)が積層された三層構造であって、片面に多孔質の耐熱層(Heat Resistance Layer:HRL)を備えたものを準備した。かかる耐熱層は、無機フィラーとしてベーマイトと、バインダとしてのSBRとを、それらの材料の質量比が96:4となるように水中で分散し、無機フィラー層形成用組成物を調製した。この無機フィラー層形成用組成物を、上記セパレータ基材の表面(片面)に塗布し乾燥することによって、セパレータ基材の上に厚さ4μmの耐熱層を形成した。このようにして、総厚み(平均総厚み)が、16μmのセパレータを作製した。   A separator having a three-layer structure in which polypropylene (PP) is laminated on both sides of polyethylene (PE) and having a porous heat resistant layer (HRL) on one side was prepared. This heat-resistant layer was prepared by dispersing boehmite as an inorganic filler and SBR as a binder in water so that the mass ratio of these materials was 96: 4 to prepare an inorganic filler layer forming composition. This inorganic filler layer forming composition was applied to the surface (one side) of the separator substrate and dried to form a heat-resistant layer having a thickness of 4 μm on the separator substrate. In this way, a separator having a total thickness (average total thickness) of 16 μm was produced.

上記で作製した正極シートと負極シートとを、上述のとおりに準備した2枚のセパレータシートとともに捲回し、扁平形状に成形して電極体を作製した。ここで、上記セパレータは、HRL層が正極活物質層に対向する方向となるように、正負極シートと積層した。   The positive electrode sheet and the negative electrode sheet prepared above were wound together with the two separator sheets prepared as described above, and formed into a flat shape to prepare an electrode body. Here, the separator was laminated with the positive and negative electrode sheets so that the HRL layer was in the direction facing the positive electrode active material layer.

次に、電池ケースの蓋体に正極端子および負極端子を取り付け、これらの端子を、捲回電極体端部に露出した正極集電体および負極集電体にそれぞれ溶接した。このようにして蓋体と連結された捲回電極体を、電池ケースの開口部からその内部に収容し、開口部と蓋体を溶接した。   Next, the positive electrode terminal and the negative electrode terminal were attached to the lid of the battery case, and these terminals were welded to the positive electrode current collector and the negative electrode current collector exposed at the ends of the wound electrode body, respectively. The wound electrode body thus connected to the lid body was housed inside the battery case from the opening, and the opening and the lid were welded.

そして、上記蓋体に設けられた電解液注入孔から非水電解液を注入し、当該電解液注入孔を気密に封止した。非水電解液としては、エチレンカーボネート(EC)とジメチルカーボネート(DMC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とをEC:DMC:EMC=30:40:30の体積比で含む混合溶媒に、支持塩としてのLiPFを1.1mol/Lの濃度で溶解させ、さらにガス発生剤としてのシクロヘキシルベンゼン(CHB)およびビフェニル(BP)と、スルホン酸リチウム塩と、ビニレンカーボネート化合物と、を含有させたものを用いた。ここで、スルホン酸リチウム塩としては、エトキシスルホン酸リチウムを用い、ビニレンカーボネート化合物としては、ビニレンカーボネート(VC)を用いた。
上記エトキシスルホン酸リチウムの添加は、非水電解液中のエトキシスルホン酸リチウムの濃度が、非水電解液100質量%に対して表1の「LS濃度(質量%)」の欄に示す濃度となるよう行った。また、上記ビニレンカーボネートの添加は、非水電解液中のビニレンカーボネートの濃度が、非水電解液100質量%に対して表1の「VC濃度(質量%)」の欄に示す濃度となるよう行った。このとき、非水電解液中のビニレンカーボネート化合物の濃度C(質量%)と非水電解液中のスルホン酸リチウム塩の濃度C(質量%)との濃度比(C/C)を算出した。かかる濃度比を、表1の「濃度比(C/C)」の欄に示す。また、上記CHBの添加は、非水電解液中のCHB濃度が、非水電解液100質量%に対して4質量%となるよう行った。また、上記BPの添加は、非水電解液中のBP濃度が、非水電解液100質量%に対して1質量%となるよう行った。
このようにして、例1〜例10に係る電池組立体を構築した。
And the non-aqueous electrolyte was inject | poured from the electrolyte solution injection hole provided in the said cover body, and the said electrolyte solution injection hole was sealed airtightly. As a non-aqueous electrolyte, a mixed solvent containing ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC), and ethyl methyl carbonate (EMC) in a volume ratio of EC: DMC: EMC = 30: 40: 30 is used as a supporting salt. In which LiPF 6 was dissolved at a concentration of 1.1 mol / L, and cyclohexylbenzene (CHB) and biphenyl (BP) as gas generating agents, lithium sulfonate, and a vinylene carbonate compound were contained. Using. Here, lithium ethoxysulfonate was used as the lithium sulfonate salt, and vinylene carbonate (VC) was used as the vinylene carbonate compound.
The lithium ethoxysulfonate is added in such a manner that the concentration of lithium ethoxysulfonate in the non-aqueous electrolyte is the concentration shown in the column of “LS concentration (% by mass)” in Table 1 with respect to 100% by mass of the non-aqueous electrolyte. I went to be. Further, the addition of the above-mentioned vinylene carbonate is such that the concentration of vinylene carbonate in the non-aqueous electrolyte becomes the concentration shown in the column of “VC concentration (% by mass)” in Table 1 with respect to 100% by mass of the non-aqueous electrolyte. went. At this time, the concentration ratio (C a / C b ) between the concentration C a (mass%) of the vinylene carbonate compound in the non-aqueous electrolyte and the concentration C b (mass%) of the sulfonic acid lithium salt in the non-aqueous electrolyte. Was calculated. This concentration ratio is shown in the column “Concentration ratio (C a / C b )” in Table 1. The CHB was added so that the CHB concentration in the non-aqueous electrolyte was 4% by mass with respect to 100% by mass of the non-aqueous electrolyte. The BP was added so that the BP concentration in the non-aqueous electrolyte was 1% by mass with respect to 100% by mass of the non-aqueous electrolyte.
In this way, battery assemblies according to Examples 1 to 10 were constructed.

上記のとおりに構築した例1〜例10に係る電池組立体について、充電処理(初期充電)およびエージング処理を行い、各例に係る電池を構築した。具体的には、充電処理(初期充電処理)として、25℃の温度環境下において、1Cの充電レート(定電流)で、正負極端子間の電圧が3.95Vに到達するまで定電流充電(CC充電)を行った後、電流値が0.02Cになるまで定電圧充電(CV充電)を行った。そして、エージング処理として、上記充電処理後の各電池を60℃の温度環境下(典型的には60℃に調温した恒温槽内)に24時間放置した。
このようにして、例1〜10にかかるリチウム二次電池を、それぞれ電池特性評価用および被膜分析用に構築した。
About the battery assembly which concerns on Examples 1-10 constructed | assembled as mentioned above, the charging process (initial charge) and the aging process were performed, and the battery which concerns on each example was constructed | assembled. Specifically, as a charging process (initial charging process), a constant current charge (until the voltage between positive and negative terminals reaches 3.95 V at a charging rate (constant current) of 1 C in a temperature environment of 25 ° C. After performing (CC charge), constant voltage charge (CV charge) was performed until the current value reached 0.02C. And as an aging process, each battery after the said charge process was left to stand for 24 hours in a 60 degreeC temperature environment (typically in the thermostat adjusted to 60 degreeC).
In this way, lithium secondary batteries according to Examples 1 to 10 were constructed for battery characteristic evaluation and film analysis, respectively.

Figure 2016091724
Figure 2016091724

[初期電池容量(定格容量)の測定]
上記エージング処理後の電池について、温度25℃、3.0Vから4.1Vの電圧範囲で、以下の手順1〜3にしたがって定格容量を測定した。
(手順1)0.1Cの定電流放電によって3.0Vに到達後、定電圧放電にて2時間放電し、その後、10分間休止する。
(手順2)0.1Cの定電流充電によって4.1Vに到達後、電流が1/100Cとなるまで定電圧充電し、その後、10分間休止する。
(手順3)0.1Cの定電流放電によって、3.0Vに到達後、電流が1/100Cとなるまで定電圧放電し、その後、10分間休止する。
そして、手順3における定電流放電から定電圧放電に至る放電における放電容量(CCCV放電容量)を初期電池容量とした。
[Measurement of initial battery capacity (rated capacity)]
About the battery after the said aging process, the rated capacity was measured according to the following procedures 1-3 at the temperature of 25 degreeC and the voltage range of 3.0V to 4.1V.
(Procedure 1) After reaching 3.0 V by constant current discharge of 0.1 C, discharge at constant voltage discharge for 2 hours, and then rest for 10 minutes.
(Procedure 2) After reaching 4.1 V by constant current charging of 0.1 C, constant voltage charging is performed until the current becomes 1/100 C, and then rested for 10 minutes.
(Procedure 3) After reaching 3.0 V by constant current discharge of 0.1 C, constant voltage discharge until the current becomes 1/100 C, and then rest for 10 minutes.
And the discharge capacity (CCCV discharge capacity) in the discharge from the constant current discharge in the procedure 3 to the constant voltage discharge was made into the initial stage battery capacity.

[初期抵抗(IV抵抗)の測定]
次に、上述のとおりに構築した各電池の初期抵抗(IV抵抗)を測定した。まず、SOC(State of Charge:充電状態)が60%の状態となるまでCC充電を行った。次に、−10℃の温度条件下において、かかるSOC60%に調整した各電池に対し、10Cの放電レートで10秒間のCC充電を行って、電圧上昇の値(V)を測定した。そして、測定された電圧上昇の値(V)を、対応する電流値で除してIV抵抗(mΩ)を算出し(典型的には、電流(I)−電圧(V)のプロット値の一次近似直線の傾きからIV抵抗(mΩ)を算出し)、その平均値を初期抵抗とした。結果を、表1の「初期IV抵抗」の欄に示す。
[Measurement of initial resistance (IV resistance)]
Next, the initial resistance (IV resistance) of each battery constructed as described above was measured. First, CC charge was performed until SOC (State of Charge: charge state) reached 60%. Next, under a temperature condition of −10 ° C., each battery adjusted to 60% SOC was subjected to CC charging for 10 seconds at a discharge rate of 10 C, and a voltage increase value (V) was measured. Then, the IV resistance (mΩ) is calculated by dividing the measured voltage rise value (V) by the corresponding current value (typically the primary value of the plot value of current (I) −voltage (V)). The IV resistance (mΩ) was calculated from the slope of the approximate line), and the average value was taken as the initial resistance. The results are shown in the column of “Initial IV resistance” in Table 1.

[高温保存耐久試験]
次に、SOCが85%の状態となるまでCC充電を行った。SOC85%に調整した各電池を、60℃の温度環境下で(ここでは60℃に調温した恒温槽内で)凡そ4800時間(200日間)放置(保存)した。そして、かかる高温保存耐久試験終了後の各電池を恒温槽から取り出して、上記初期容量測定および上記初期IV抵抗測定と同様の方法で、高温保存耐久試験後の電池容量およびIV抵抗を測定した。高温保存耐久試験後のIV抵抗について、各電池の測定結果を表1の「耐久後IV抵抗(mΩ)」の欄に示す。
次いで、以下の式:容量維持率(%)=高温保存耐久試験後の電池容量÷初期電池容量×100;から容量維持率(%)を算出した。結果を表1の「容量維持率(%)」の欄に示す。また、以下の式:抵抗増加率(%)=高温保存耐久試験後のIV抵抗÷初期IV抵抗×100;から抵抗増加率(%)を算出した。結果を表1の「抵抗増加率(%)」の欄に示す。
[High temperature storage durability test]
Next, CC charge was performed until the SOC reached 85%. Each battery adjusted to SOC 85% was left (stored) for about 4800 hours (200 days) under a temperature environment of 60 ° C. (here, in a thermostatic chamber adjusted to 60 ° C.). And each battery after completion | finish of this high temperature storage durability test was taken out from the thermostat, and the battery capacity and IV resistance after a high temperature storage durability test were measured by the method similar to the said initial stage capacity | capacitance measurement and the said initial stage IV resistance measurement. Regarding the IV resistance after the high temperature storage durability test, the measurement results of each battery are shown in the column of “IV resistance after durability (mΩ)” in Table 1.
Subsequently, the capacity maintenance ratio (%) was calculated from the following formula: capacity maintenance ratio (%) = battery capacity after high-temperature storage durability test ÷ initial battery capacity × 100. The results are shown in the column “Capacity maintenance ratio (%)” in Table 1. Further, the resistance increase rate (%) was calculated from the following formula: resistance increase rate (%) = IV resistance after high-temperature storage durability test ÷ initial IV resistance × 100; The results are shown in the column of “resistance increase rate (%)” in Table 1.

[被膜分析]
また、別途作成した各電池(エージング処理後の電池)を正負極端子間電位が3Vの状態(SOC0%の状態)までCC−CV放電した後、解体して電極および非水電解液を取り出して被膜の分析を行った。
[Coating analysis]
In addition, each separately prepared battery (the battery after aging treatment) was subjected to CC-CV discharge until the potential between the positive and negative terminals was 3 V (SOC 0%), and then disassembled to take out the electrode and the non-aqueous electrolyte. The coating was analyzed.

スルホン酸リチウム塩由来の被膜量(μmol/m)は、以下の方法で測定した。具体的には、先ず、エージング処理後の各電池をグローブボックス内で解体し、正極および負極を取り出した。次に、この正極および負極を非水電解液として用いたEMC中に10分程度浸漬した後、それぞれ適当な大きさ(ここではΦ40mm)にて各10枚ずつを切り出した。そして、切り出した正極および負極(IC測定用の試料)を、50%アセトニトリル(CHCN)水溶液中に凡そ10分間浸漬させて、スルホン酸リチウム塩由来の被膜成分(スルホン酸リチウム塩由来の成分)を抽出した。次に、かかる溶液をICで定量分析し、得られた結果から測定対象のイオン(例えば、SO 2−、SO 2−、SO 2−)の含有量(μmol)を定量する。各イオンの定量値(μmol)を合計して、測定に供した負極活物質層の面積(cm)で除すことにより、活物質層の単位面積あたりのスルホン酸リチウム塩由来の被膜の量(μmol/cm)を、スルホン酸基換算として定量した。なお、分析装置としては、日本ダイオネクス社製のイオンクロマトグラフ装置(ICS−3000)を使用した。そして、得られた活物質層の単位面積あたりのスルホン酸リチウム塩由来の被膜量(μmol/cm)を、活物質のBET比表面積(m/g)と活物質の目付量(g/cm)の積で除すことによって、正極活物質および負極活物質の単位表面積(1m)当たりの被膜量(μmol/m)を、スルホン酸基換算で算出した。結果を、表1の「LS被膜量(μmol/m)」の欄に示す。 The coating amount derived from lithium sulfonate (μmol / m 2 ) was measured by the following method. Specifically, first, each battery after the aging treatment was disassembled in a glove box, and the positive electrode and the negative electrode were taken out. Next, the positive electrode and the negative electrode were immersed in EMC using a non-aqueous electrolyte solution for about 10 minutes, and then each 10 sheets were cut out at an appropriate size (here, Φ40 mm). Then, the cut out positive electrode and negative electrode (sample for IC measurement) were immersed in a 50% acetonitrile (CH 3 CN) aqueous solution for about 10 minutes to form a coating component derived from lithium sulfonate (component derived from lithium sulfonate) ) Was extracted. Next, this solution is quantitatively analyzed by IC, and the content (μmol) of ions to be measured (for example, SO 2 2− , SO 3 2− , SO 4 2− ) is quantified from the obtained results. The total amount of each ion (μmol) is divided by the area (cm 2 ) of the negative electrode active material layer subjected to the measurement, whereby the amount of the coating derived from lithium sulfonate per unit area of the active material layer (Μmol / cm 2 ) was quantified in terms of sulfonic acid group. As an analyzer, an ion chromatograph (ICS-3000) manufactured by Nippon Dionex Co., Ltd. was used. Then, the coating amount (μmol / cm 2 ) derived from the lithium sulfonic acid salt per unit area of the obtained active material layer, the BET specific surface area (m 2 / g) of the active material and the basis weight of the active material (g / g) By dividing by the product of cm 2 ), the coating amount (μmol / m 2 ) per unit surface area (1 m 2 ) of the positive electrode active material and the negative electrode active material was calculated in terms of sulfonic acid group. The results are shown in the column of “LS coating amount (μmol / m 2 )” in Table 1.

また、ビニレンカーボネート化合物由来のSEI被膜の量(μmol/m)は、以下の方法で測定した。具体的には、先ず、エージング処理後の各電池をグローブボックス内で解体し、電池ケース内に貯留している非水電解液を回収した。また、電極体(典型的には電極の層間)および電池ケース内等の非水電解液が接触し得る部材の表面を適当な溶媒(例えばEMC)で洗浄し、該洗浄液を回収した。上記非水電解液と上記洗浄液とをガスクロマトグラフィー(GC:Gas Chromatography)で定量分析することによって、これらの溶液中に含まれるビニレンカーボネート化合物の量(μmol)を定量した。カラムはAgirent Technologies社製のHP−1カラム(長さ60m、内径0.32mm、膜厚1.00μm)を用い、検出器はFID検出器(水素炎イオン化検出器:Flame Ionization Detector)を用いた。なお、カラムの温度条件は、50℃に調温しておいたカラムを、5℃/分の速度で110℃まで昇温し、110℃に3分間保持した後で、20℃/分の速度で280℃まで昇温するものとした。なお、分析装置としては、島津製作所社製のガスクロマトグラフ装置(GC17A)を使用した。
そして、電池の構築に用いた非水電解液中に含まれるビニレンカーボレート化合物の量(μmol)から上記定量したビニレンカーボネート化合物の量(μmol)を減算することで、被膜の形成に消費されたビニレンカーボネート化合物の量(分解量)を算出した。かかるビニレンカーボネート化合物の分解量(μmol)を、活物質の表面積の総和(総表面積)(m)、即ち、負極活物質層の形成に用いた負極活物質の総質量(g)と負極活物質のBET比表面積(m/g)との積で除すことによって、負極活物質の単位表面積(1m)当たりの被膜量(μmol/m)を、被膜の構成に消費されたビニレンカーボネート化合物換算の被膜量として算出した。結果を、表1の「VC被膜量(μmol/m)」の欄に示す。
The amount of SEI coating derived from the vinylene carbonate compound (μmol / m 2 ) was measured by the following method. Specifically, first, each battery after the aging treatment was disassembled in a glove box, and the non-aqueous electrolyte stored in the battery case was recovered. In addition, the surface of the electrode body (typically between the electrodes) and the surface of the member that can come into contact with the nonaqueous electrolyte solution such as in the battery case was washed with an appropriate solvent (for example, EMC), and the washing solution was recovered. The amount of the vinylene carbonate compound (μmol) contained in these solutions was quantified by quantitatively analyzing the non-aqueous electrolyte and the cleaning solution by gas chromatography (GC). The column used was HP-1 column (length 60 m, inner diameter 0.32 mm, film thickness 1.00 μm) manufactured by Agilent Technologies, and the detector was an FID detector (Flame Ionization Detector). . The temperature condition of the column is that the temperature of the column adjusted to 50 ° C. is increased to 110 ° C. at a rate of 5 ° C./min, held at 110 ° C. for 3 minutes, and then the rate of 20 ° C./min. The temperature was raised to 280 ° C. Note that a gas chromatograph (GC17A) manufactured by Shimadzu Corporation was used as the analyzer.
Then, the amount of the vinylene carbonate compound (μmol) determined above was subtracted from the amount (μmol) of the vinylene carbonate compound contained in the non-aqueous electrolyte used for the construction of the battery. The amount (decomposition amount) of the vinylene carbonate compound was calculated. The decomposition amount (μmol) of the vinylene carbonate compound is defined as the sum of the surface areas of the active material (total surface area) (m 2 ), that is, the total mass (g) of the negative electrode active material used for forming the negative electrode active material layer and the negative electrode active material. By dividing the product by the product with the BET specific surface area (m 2 / g) of the material, the amount of coating (μmol / m 2 ) per unit surface area (1 m 2 ) of the negative electrode active material is consumed for the vinylene consumed in the composition of the coating The coating amount was calculated in terms of carbonate compound. The results are shown in the column of “VC coating amount (μmol / m 2 )” in Table 1.

また、ビニレンカーボネート化合物由来の被膜中に含まれるスルホン酸リチウム塩由来の成分の比率(モル比)は、以下の方法で測定した。
先ず、エージング処理後の各電池をグローブボックス内で解体し、負極を取り出した。次に、この負極を非水電解液として用いたEMC中に10分程度浸漬した後、それぞれ適当な大きさ(ここではΦ40mm)にて各10枚ずつを切り出した。そして、切り出した負極(ICP−AES測定用の試料)を、王水中に凡そ10分間浸漬させて、測定対象となるスルホン酸リチウム塩由来の成分を溶媒中に抽出した。次に、かかる溶液をICP−AES分析することによって、負極活物質層の単位面積あたりに存在する全スルホン酸基(典型的にはS元素)の量(μmol)を定量した。即ち、負極活物質層の単位面積あたりに存在する全スルホン酸リチウム塩由来の成分の含有量を、スルホン酸基(典型的にはS元素)換算で測定した。なお、分析装置としては、島津製作所社製のICP−AES分析装置(ICPS−8100)を使用した。そして、得られたスルホン酸リチウム塩由来の成分の元素量(μmol)を、測定に供した負極(ICP−AES測定用の試料)の面積で除すことにより、負極活物質層の単位面積当たりに存在する全スルホン酸リチウム塩由来の成分の量(μmol/m)を、スルホン酸基換算で算出した。
そして、得られた負極活物質層の単位面積(1m)あたりに存在する全スルホン酸リチウム塩由来の成分の量(μmol/m)から、負極活物質層の単位面積(1m)あたりのスルホン酸リチウム塩由来の被膜量(μmol/m)を減算した。ここで、該負極活物質層の単位面積(1m)当たりのスルホン酸リチウム塩由来の被膜量(μmol/m)として、上述のとおりの方法(段落0110に記載の方法)で負極活物質の単位表面積(1m)当たりのスルホン酸リチウム塩由来の被膜量(μmol/m)を測定する過程で算出された負極活物質層の単位面積当たりのスルホン酸リチウム塩由来の被膜量(μmol/cm)を、1mあたりの被膜量(μmol/m)に換算した値を採用した。
次いで、上述のとおりの方法で測定した、負極活物質表面のビニレンカーボネ―ト化合物由来のSEI被膜の形成に消費されたビニレンカーボネート化合物の量(分解量)を、負極活物質層の形成面積(m)で除した。これにより、負極活物質層の単位面積あたりのビニレンカーボネート由来の被膜量(μmol/m)を、被膜の形成に消費されたビニレンカーボネート化合物換算で算出した。
そして、上述のとおり、負極活物質層の単位面積あたりに存在する全スルホン酸リチウム塩由来の成分の量(μmol/m)から負極活物質層の単位面積当たりのスルホン酸リチウム塩由来の被膜量(μmol/m)を減じて得られたスルホン酸リチウム塩由来の成分の量(μmol/m)を、負極活物質層の単位面積あたりのビニレンカーボネート化合物由来の被膜量(μmol/m)で除すことで、ビニレンカーボネート化合物由来の被膜中に含まれるスルホン酸骨格を有するリチウム塩の割合(モル比)を算出した。結果を、表1の「VC被膜中のLS含有割合」の欄に示す。
Moreover, the ratio (molar ratio) of the component derived from the lithium sulfonic acid salt contained in the film derived from the vinylene carbonate compound was measured by the following method.
First, each battery after the aging treatment was disassembled in a glove box, and the negative electrode was taken out. Next, this negative electrode was immersed in EMC used as a non-aqueous electrolyte solution for about 10 minutes, and then 10 pieces each were cut out at an appropriate size (here, Φ40 mm). And the cut-out negative electrode (sample for ICP-AES measurement) was immersed in aqua regia for about 10 minutes, and the component derived from lithium sulfonate used as a measuring object was extracted in the solvent. Next, the amount (μmol) of total sulfonic acid groups (typically S element) present per unit area of the negative electrode active material layer was quantified by ICP-AES analysis of the solution. That is, the content of components derived from all lithium sulfonates present per unit area of the negative electrode active material layer was measured in terms of sulfonic acid groups (typically S elements). Note that an ICP-AES analyzer (ICPS-8100) manufactured by Shimadzu Corporation was used as the analyzer. Then, by dividing the element amount (μmol) of the component derived from the obtained lithium sulfonic acid salt by the area of the negative electrode (sample for ICP-AES measurement) used for the measurement, per unit area of the negative electrode active material layer The amount (μmol / m 2 ) of the component derived from the total sulfonic acid lithium salt present in the sulfonic acid group was calculated.
Then, from the amount of components from whole acid lithium salt present per unit area of the negative electrode active material layer obtained (1m 2) (μmol / m 2), unit area of the negative electrode active material layer (1 m 2) per The coating amount (μmol / m 2 ) derived from lithium sulfonate was subtracted. Here, as the coating amount (μmol / m 2 ) derived from lithium sulfonate per unit area (1 m 2 ) of the negative electrode active material layer, the negative electrode active material was obtained by the method described above (the method described in paragraph 0110). coating amount of from lithium sulfonate of unit surface area (1 m 2) per (μmol / m 2) coating weight of from sulfonic acid lithium salt per unit area of the negative electrode active material layer which is calculated in the process of measuring ([mu] mol / Cm 2 ) was converted to a coating amount per 1 m 2 (μmol / m 2 ).
Next, the amount (decomposition amount) of the vinylene carbonate compound consumed for the formation of the SEI film derived from the vinylene carbonate compound on the surface of the negative electrode active material, measured by the method as described above, Divided by (m 2 ). Thereby, the coating amount (μmol / m 2 ) derived from vinylene carbonate per unit area of the negative electrode active material layer was calculated in terms of the vinylene carbonate compound consumed for forming the coating.
And as above-mentioned, the film | membrane derived from the lithium sulfonate salt per unit area of a negative electrode active material layer from the quantity (micromol / m < 2 >) of the component derived from the total lithium sulfonate salt which exists per unit area of a negative electrode active material layer. The amount (μmol / m 2 ) of the component derived from lithium sulfonic acid salt obtained by reducing the amount (μmol / m 2 ) is the amount of coating derived from the vinylene carbonate compound per unit area of the negative electrode active material layer (μmol / m By dividing by 2 ), the ratio (molar ratio) of the lithium salt having a sulfonic acid skeleton contained in the coating derived from the vinylene carbonate compound was calculated. The results are shown in the column of “LS content ratio in VC coating” in Table 1.

まず、ビニレンカーボネート化合物とスルホン酸リチウム塩の両方を用いた例1〜例9と、スルホン酸リチウム塩を用いずにビニレンカーボネート化合物のみを用いた例10について比較する。
表1に示すように、本発明に係る例1〜例9では、初期抵抗が4mΩ以下(好ましくは3.9mΩ以下)と低く、また、耐久試験後の抵抗も4.5mΩ以下(好ましくは4.2mΩ以下)と低かった。そして、耐久試験後の抵抗増加率も130%以下(好ましくは129%以下)と低く抑えられていた。さらには、耐久試験後の容量維持率も85%よりも大きい(より具体的には89%以上の)高い値を示した。この理由としては、(1)ビニレンカーボネート化合物を用いたことで充電処理時に該ビニレンカーボネート化合物の共重合が進行し、良質な(低抵抗且つ強固な)SEI被膜が負極上に形成されたこと、(2)ビニレンカーボネート化合物およびスルホン酸リチウム塩を用いたことで、上記ビニレンカーボネート化合物由来のSEI被膜中に該スルホン酸リチウム塩由来の成分が取り込まれ、負極活物質表面の電荷担体の濃度が増大したこと、(3)スルホン酸リチウム塩を用いたことで、負極上にスルホン酸リチウム塩由来の成分(典型的にはSO(ここで、X=2〜4)で表されるS元素含有基)を有する被膜がされ、負極活物質層表面の電荷担体の濃度が増大したこと、(4)スルホン酸リチウム塩を用いたことで、正極上にスルホン酸リチウム塩由来の成分(典型的にはSO(ここで、X=2〜4)で表されるS元素含有基)を有する被膜が形成され、フッ素アニオンの接近が抑制され、抵抗成分たるフッ化リチウムの生成量が減少したこと、等が考えられる。
First, Examples 1 to 9 using both a vinylene carbonate compound and a lithium sulfonic acid salt are compared with Example 10 using only a vinylene carbonate compound without using a lithium sulfonic acid salt.
As shown in Table 1, in Examples 1 to 9 according to the present invention, the initial resistance is as low as 4 mΩ or less (preferably 3.9 mΩ or less), and the resistance after the durability test is 4.5 mΩ or less (preferably 4 .2 mΩ or less). The resistance increase rate after the durability test was also kept low at 130% or less (preferably 129% or less). Furthermore, the capacity retention rate after the durability test was also higher than 85% (more specifically, 89% or more). The reason for this is that (1) copolymerization of the vinylene carbonate compound progressed during the charging process by using the vinylene carbonate compound, and a high-quality (low resistance and strong) SEI film was formed on the negative electrode. (2) By using the vinylene carbonate compound and the lithium sulfonate, the component derived from the lithium sulfonate is taken into the SEI film derived from the vinylene carbonate compound, and the concentration of the charge carrier on the surface of the negative electrode active material is increased. (3) By using a lithium sulfonate, a component derived from a lithium sulfonate (typically SO X (where X = 2 to 4)) is contained on the negative electrode. Group), the concentration of the charge carrier on the surface of the negative electrode active material layer increased, and (4) the use of lithium sulfonate, (In SO X (wherein typically, X = 2 to 4) S element-containing group represented by) component derived from lithium acid salt coating with is formed, approaching the fluorine anion is suppressed, the resistance component It can be considered that the amount of lithium fluoride produced has decreased.

これに対し、ビニレンカーボネート化合物のみを用いた例10では、初期抵抗が高かった(初期特性が劣っていた)。この理由としては、ビニレンカーボネート化合物由来の被膜中にスルホン酸リチウム塩由来の成分が取り込まれなかったこと、および、負極表面にスルホン酸リチウム塩由来の被膜(典型的にはSO(ここで、X=2〜4)で表されるS元素含有基を有する被膜)が形成されなかったために、負極活物質表面の電荷担体濃度の増大効果が発揮されなかったことが考えられる。また、例10では、耐久試験後の抵抗が高い値を示しており、抵抗増加率が大きかった。また、例10では、耐久試験後の容量維持率が低かった。この理由としては、正極表面にS元素含有基を有する被膜が形成されなかったためにフッ素アニオンの接近を抑制することができず、フッ化リチウム(抵抗成分)が増大したことが考えられる。
かかる結果は、本発明の技術的意義を示すものである。
On the other hand, in Example 10 using only the vinylene carbonate compound, the initial resistance was high (initial characteristics were inferior). The reason for this is that the component derived from the lithium sulfonate salt was not incorporated into the coating derived from the vinylene carbonate compound, and the coating derived from the lithium sulfonate salt (typically SO X (where, It is considered that the effect of increasing the charge carrier concentration on the surface of the negative electrode active material was not exhibited because the film having the S element-containing group represented by X = 2 to 4) was not formed. Further, in Example 10, the resistance after the durability test showed a high value, and the resistance increase rate was large. In Example 10, the capacity retention rate after the durability test was low. The reason for this is thought to be that lithium fluoride (resistance component) increased because the approach of the fluorine anion could not be suppressed because the coating having the S element-containing group was not formed on the positive electrode surface.
This result shows the technical significance of the present invention.

また、表1に示すように、本発明に係る例1〜例9は、非水電解液中のビニレンカーボネート化合物の濃度C(質量%)とスルホン酸リチウム塩の濃度C(質量%)の比(C/C)が、0.5≦C/C≦1.8の範囲内であった。即ち上記の比(C/C)が、0.5≦C/C≦1.8となるように、非水電解液中に添加するビニレンカーボネート化合物の添加量とスルホン酸リチウム塩の添加量を調整することで、本発明の効果を好適に発揮し得ることを確認した。
この理由としては、(1)上記C/Cが大きくなると、ビニレンカーボネート化合物由来のSEI被膜中に含まれるスルホン酸リチウム塩由来の成分の含有割合(モル比)が低下する傾向にあるため、上記C/Cが大きすぎると負極活物質表面での電荷担体濃度の増大効果が十分に発揮されない場合があること、(2)上記C/Cが小さくなると、ビニレンカーボネート化合物由来のSEI被膜中に含まれるスルホン酸リチウム塩由来の成分の含有割合(モル比)が増大する傾向にあるため、上記C/Cが小さすぎるとビニレンカーボネート化合物由来のSEI被膜の強度が低下し、耐久特性が低下する場合があることが考えられる。
なかでも、例1〜5、7、9の初期特性および高温保存耐久特性についての試験結果から、上記Ca/Cbが、0.7≦C/C≦1.5の範囲を満たす非水電解液を用いることで、初期特性と耐久特性の両方をより高レベルで実現可能であることを確認した。ここで、例1〜5、7、9は、初期抵抗が3.6mΩ以下であり、耐久試験後の容量維持率が90%以上(例えば91%以上)であり、耐久試験後の抵抗が4.1mΩ以下であり、且つ、耐久試験後の抵抗増加率が123%以下であった。
Further, as shown in Table 1, Examples 1 to 9 according to the present invention, the concentration of the concentration C a (wt%) and acid lithium salt of vinylene carbonate compound in the nonaqueous electrolytic solution C b (wt%) The ratio (C a / C b ) was in the range of 0.5 ≦ C a / C b ≦ 1.8. That is, the amount of vinylene carbonate compound added to the non-aqueous electrolyte and the lithium sulfonate so that the above ratio (C a / C b ) satisfies 0.5 ≦ C a / C b ≦ 1.8. It was confirmed that the effects of the present invention can be suitably exerted by adjusting the amount of addition.
This is because (1) when the C a / C b increases, the content ratio (molar ratio) of the component derived from lithium sulfonate contained in the SEI film derived from the vinylene carbonate compound tends to decrease. If the C a / C b is too large, the effect of increasing the charge carrier concentration on the negative electrode active material surface may not be sufficiently exhibited. (2) If the C a / C b is small, the vinylene carbonate compound is derived. Since the content ratio (molar ratio) of the component derived from the lithium sulfonate contained in the SEI coating tends to increase, if the C a / C b is too small, the strength of the SEI coating derived from the vinylene carbonate compound decreases. However, it is conceivable that the durability characteristics may deteriorate.
Especially, from the test results on the initial characteristics and the high-temperature storage durability characteristics of Examples 1 to 5, 7, and 9, the non-aqueous Ca / Cb satisfies the range of 0.7 ≦ C a / C b ≦ 1.5. It was confirmed that both the initial characteristics and the durability characteristics can be realized at a higher level by using the electrolytic solution. Here, in Examples 1 to 5, 7, and 9, the initial resistance is 3.6 mΩ or less, the capacity retention rate after the durability test is 90% or more (for example, 91% or more), and the resistance after the durability test is 4 The resistance increase rate after the durability test was 123% or less.

また、表1に示すように、本発明に係る例1〜例9は、非水電解液中に添加するビニレンカーボネート化合物の添加量が0.7質量%以上1.8質量%以下であった。即ち、即ち、ビニレンカーボネート化合物の添加量を上記範囲内となるように調整することで、本発明の効果を好適に発揮し得ることを確認した。
この理由としては、例えば以下のことが考えられる。上記ビニレンカーボネート化合物の添加量が多すぎると、負極活物質上に形成される該化合物由来のSEI被膜の形成量が増大し(被膜が厚くなり)、リチウムイオンの吸蔵および放出が妨げられ、初期抵抗および耐久試験後の抵抗(即ち、抵抗の絶対値)が増大する場合があることが考えられる。一方で、上記ビニレンカーボネート化合物の添加量が少なすぎると、負極活物質上に十分な量のSEI被膜を形成することができず、非水電解液が還元分解され、耐久特性が低下(容量維持率の低下、耐久試験後の抵抗の増大、耐久試験後の抵抗増加率の増大)する場合があることが考えられる。
なかでも、非水電解液中のビニレンカーボネート化合物の濃度が1.0質量%以上1.5質量%以下である例1〜3は、例7、8に比べて、初期特性および高温保存耐久特性のいずれも優れていた。例1〜3、7、8は、それぞれ非水電解液中に添加したスルホン酸リチウム塩の添加量が同じであり且つビニレンカーボネート化合物の添加量が異なっている。即ち、ビニレンカーボネート化合物の添加量を1.0質量%以上1.5質量%以下の範囲に調整することで、初期特性と耐久特性の両方をさらに高レベルで実現可能であることを確認した。
Moreover, as shown in Table 1, in Examples 1 to 9 according to the present invention, the amount of vinylene carbonate compound added to the non-aqueous electrolyte was 0.7% by mass or more and 1.8% by mass or less. . That is, it was confirmed that the effects of the present invention can be suitably achieved by adjusting the amount of the vinylene carbonate compound to be within the above range.
As this reason, the following can be considered, for example. When the amount of the vinylene carbonate compound added is too large, the amount of SEI coating derived from the compound formed on the negative electrode active material increases (the coating becomes thicker), and the occlusion and release of lithium ions are hindered. It is conceivable that the resistance and resistance after the durability test (that is, the absolute value of the resistance) may increase. On the other hand, if the amount of the vinylene carbonate compound added is too small, a sufficient amount of SEI film cannot be formed on the negative electrode active material, and the nonaqueous electrolytic solution is reduced and decomposed, resulting in decreased durability characteristics (capacity maintenance). It is conceivable that there are cases where the rate decreases, the resistance increases after the durability test, and the resistance increases after the durability test.
Among them, Examples 1 to 3 in which the concentration of the vinylene carbonate compound in the nonaqueous electrolytic solution is 1.0% by mass or more and 1.5% by mass or less are more initial characteristics and high temperature storage durability characteristics than Examples 7 and 8. None of them were excellent. In Examples 1 to 3, 7 and 8, the addition amount of the lithium sulfonate added to the non-aqueous electrolyte is the same and the addition amount of the vinylene carbonate compound is different. That is, it was confirmed that both the initial characteristics and the durability characteristics can be realized at a higher level by adjusting the addition amount of the vinylene carbonate compound to a range of 1.0 mass% to 1.5 mass%.

また、表1に示すように、本発明に係る例1〜例9は、非水電解液中に添加するスルホン酸リチウム塩の添加量が0.75質量%以上2質量%以下であった。即ち、スルホン酸リチウム塩の添加量を上記範囲内となるように調整することで、本発明の効果を好適に発揮し得ることを確認した。
この理由としては、例えば以下の理由が考えられる。上記スルホン酸リチウム塩の添加量が多すぎると、ビニレンカーボネート化合物由来のSEI被膜中に含まれる該リチウム塩の割合が多くなり、該ビニレンカーボネート化合物由来のSEI被膜の強度が低下するために耐久特性が低下(容量維持率の低下、耐久試験後の抵抗の増大、耐久試験後の抵抗増加率の増大)する場合があることが考えられる。一方で、上記スルホン酸リチウム塩の添加量が少なすぎると、ビニレンカーボネート化合物由来のSEI被膜中に含まれる該リチウム塩由来の成分の割合が少なくなり、負極活物質表面での電荷担体濃度の増大効果が十分に発揮できない場合があることが考えられる。
なかでも、非水電解液中のスルホン酸リチウム塩の濃度が1.0質量%以上1.5質量%以下である例1、3、4は、例6、9に比べて、初期特性および高温保存耐久特性のいずれも優れていた。例1、3、4、6、9は、それぞれ非水電解液中に添加したビニレンカーボネート化合物の添加量が同じであり且つスルホン酸リチウム塩の添加量が異なっている。即ち、スルホン酸リチウム塩の添加量を1.0質量%以上1.5質量%以下の範囲に調整することで、初期特性と耐久特性の両方をさらに高レベルで実現可能であることを確認した。
Moreover, as shown in Table 1, in Examples 1 to 9 according to the present invention, the addition amount of the sulfonic acid lithium salt added to the nonaqueous electrolytic solution was 0.75 mass% or more and 2 mass% or less. That is, it was confirmed that the effects of the present invention can be suitably achieved by adjusting the amount of lithium sulfonate added within the above range.
As this reason, the following reasons can be considered, for example. If the amount of the lithium sulfonate added is too large, the proportion of the lithium salt contained in the SEI coating derived from the vinylene carbonate compound will increase, and the strength of the SEI coating derived from the vinylene carbonate compound will decrease, resulting in durability characteristics. May decrease (decrease in capacity retention rate, increase in resistance after endurance test, increase in resistance increase rate after endurance test). On the other hand, when the amount of the sulfonic acid lithium salt added is too small, the proportion of the lithium salt-derived component contained in the SEI film derived from the vinylene carbonate compound decreases, and the charge carrier concentration on the negative electrode active material surface increases. It is possible that the effect may not be fully exhibited.
Among them, Examples 1, 3, and 4 in which the concentration of the lithium sulfonate in the non-aqueous electrolyte solution is 1.0% by mass or more and 1.5% by mass or less are higher in initial characteristics and higher temperature than Examples 6 and 9. All of the storage durability characteristics were excellent. Examples 1, 3, 4, 6, and 9 have the same amount of vinylene carbonate compound added to the non-aqueous electrolyte and different amounts of lithium sulfonate. That is, it was confirmed that both the initial characteristics and the durability characteristics can be realized at a higher level by adjusting the addition amount of the lithium sulfonic acid salt to a range of 1.0 mass% to 1.5 mass%. .

また、表1に示すように、例1〜9は、負極活物質表面にはビニレンカーボネート化合物由来のSEI被膜が形成されており、該被膜の形成量は、負極活物質の単位表面積(1m)当たり、該被膜の形成に消費されたビニレンカーボネート化合物換算で25μmol〜65μmol(好ましくは27μmol〜64μmol)であった。また、かかるビニレンカーボネート化合物由来のSEI被膜中には、該被膜を構成するビニレンカーボネート化合物1mol当たり、スルホン酸基換算で0.05〜0.15molのスルホン酸リチウム塩由来の成分が含まれていた。即ち、負極活物質表面に形成されるビニレンカーボネート化合物由来のSEI被膜の形成量と、該SEI被膜中に含まれるスルホン酸リチウム塩由来の成分の含有量を上記範囲とすることで、本発明の効果を好適に発揮し得ることを確認した。
なかでも、例1〜5は、例6〜9に比べて、初期特性および高温保存耐久特性のいずれも優れていた。例1〜5は、負極表面に形成されたビニレンカーボネート化合物由来のSEI被膜の形成量が、負極活物質の単位表面積(1m)当たり、該被膜の形成に消費されたビニレンカーボネート化合物換算で30μmol〜60μmolであり、また、該ビニレンカーボネート化合物由来のSEI被膜中には、該被膜を構成するビニレンカーボネート化合物1mol当たり0.07〜0.11molのスルホン酸リチウム塩由来の成分が含まれていることを確認した。このことから、負極活物質表面に形成されるビニレンカーボネート化合物由来のSEI被膜の形成量、および、該被膜中に含まれるスルホン酸リチウム塩由来の成分の含有量を上記範囲とすることが好ましい。さらに、上記例1〜5は、負極活物質表面に形成されたスルホン酸リチウム塩由来の被膜の被膜量が、スルホン酸基換算で、負極活物質の単位表面積(1m)当たり10μmol〜20μmolであった。このことから、上記負極活物質表面に形成されるビニレンカーボネート化合物由来の被膜の形成量、および、該被膜中に含まれるスルホン酸リチウム塩由来の成分の含有量を上記範囲とすることに加え、さらに負極活物質表面に形成されるスルホン酸リチウム塩由来の被膜の被膜量を上記範囲とすることが好ましい。
As shown in Table 1, in Examples 1 to 9, the surface of the negative electrode active material had a SEI coating derived from a vinylene carbonate compound, and the amount of the coating formed was determined by the unit surface area (1 m 2 of the negative active material). ) In terms of vinylene carbonate compound consumed for forming the coating film, it was 25 μmol to 65 μmol (preferably 27 μmol to 64 μmol). In addition, in the SEI coating derived from the vinylene carbonate compound, 0.05 to 0.15 mol of a sulfonic acid lithium salt-derived component in terms of sulfonic acid group was contained per 1 mol of the vinylene carbonate compound constituting the coating. . That is, the amount of the SEI coating derived from the vinylene carbonate compound formed on the surface of the negative electrode active material and the content of the component derived from the lithium sulfonate salt contained in the SEI coating are within the above ranges. It was confirmed that the effect can be suitably exerted.
In particular, Examples 1 to 5 were superior to Examples 6 to 9 in both initial characteristics and high-temperature storage durability characteristics. In Examples 1 to 5, the amount of the SEI coating derived from the vinylene carbonate compound formed on the negative electrode surface was 30 μmol in terms of the vinylene carbonate compound consumed for forming the coating per unit surface area (1 m 2 ) of the negative electrode active material. The SEI coating derived from the vinylene carbonate compound contains 0.07 to 0.11 mol of a sulfonic acid lithium salt-derived component per 1 mol of the vinylene carbonate compound constituting the coating. It was confirmed. From this, it is preferable to make the formation amount of the SEI coating derived from the vinylene carbonate compound formed on the surface of the negative electrode active material and the content of the component derived from the lithium sulfonate contained in the coating within the above range. Furthermore, in Examples 1 to 5, the coating amount of the sulfonic acid lithium salt-derived coating formed on the negative electrode active material surface is 10 μmol to 20 μmol per unit surface area (1 m 2 ) of the negative electrode active material in terms of sulfonic acid group. there were. From this, in addition to setting the amount of the coating derived from the vinylene carbonate compound formed on the surface of the negative electrode active material and the content of the component derived from the lithium sulfonate contained in the coating within the above range, Furthermore, it is preferable that the coating amount of the coating derived from lithium sulfonate formed on the surface of the negative electrode active material is within the above range.

特に、例1〜4は、例5に比べて、さらに初期特性および高温保存耐久特性のいずれも優れていた。例1〜4と例5について、正極上に形成された被膜を分析した結果を比較してみると、例1〜4は正極活物質上に形成されたスルホン酸リチウム塩由来の被膜が、正極活物質の単位表面積(1m)当たり、スルホン酸基塩換算で、10μmol〜15μmol形成されていることを確認した。正極活物質表面に形成されるスルホン酸リチウム塩由来の被膜の形成量は、多すぎると正極活物質表面の被膜が厚くなり、リチウムイオンの吸蔵および放出が妨げられる場合があると考えられる。一方で、正極活物質表面に形成されるスルホン酸リチウム塩由来の被膜の形成量は、少なすぎると正極表面で非水電解液が酸化分解され、LiFの生成量が増大する場合があると考えられる。このことから、正極活物質表面に形成されるルホン酸リチウム塩由来の被膜の形成量は、上記範囲とすることが好ましい。 In particular, Examples 1 to 4 were superior to Example 5 in both initial characteristics and high-temperature storage durability characteristics. Comparing the results of analyzing the film formed on the positive electrode for Examples 1 to 4 and Example 5, Example 1 to 4 shows that the film derived from the lithium sulfonate salt formed on the positive electrode active material is a positive electrode. It was confirmed that 10 μmol to 15 μmol were formed per unit surface area (1 m 2 ) of the active material in terms of sulfonic acid group salt. If the amount of the coating derived from the lithium sulfonate salt formed on the surface of the positive electrode active material is too large, it is considered that the coating on the surface of the positive electrode active material becomes thick and the occlusion and release of lithium ions may be hindered. On the other hand, if the amount of the coating derived from the lithium sulfonate salt formed on the surface of the positive electrode active material is too small, the nonaqueous electrolyte solution is oxidatively decomposed on the surface of the positive electrode, and the amount of LiF generated may increase. It is done. For this reason, it is preferable that the amount of the coating derived from lithium sulfonic acid salt formed on the surface of the positive electrode active material is in the above range.

以上、本発明を詳細に説明したが、上記実施形態および実施例は例示にすぎず、ここで開示される発明には上述の具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。   As mentioned above, although this invention was demonstrated in detail, the said embodiment and Example are only illustrations and what changed and changed the above-mentioned specific example is contained in the invention disclosed here.

20 捲回電極体
30 電池ケース
32 電池ケース本体
34 蓋体
36 安全弁
42 正極端子
42a 正極集電板
44 負極端子
44a 負極集電板
50 正極(正極シート)
52 正極集電体
52a 正極活物質層非形成部分
54 正極活物質層
60 負極(負極シート)
62 負極集電体
62a 負極活物質層非形成部分
64 負極活物質層
70 セパレータシート(セパレータ)
100 リチウム二次電池(リチウムイオン二次電池)
20 Winding electrode body 30 Battery case 32 Battery case body 34 Cover body 36 Safety valve 42 Positive electrode terminal 42a Positive electrode current collector plate 44 Negative electrode terminal 44a Negative electrode current collector plate 50 Positive electrode (positive electrode sheet)
52 Positive Electrode Current Collector 52a Positive Electrode Active Material Layer Non-Forming Part 54 Positive Electrode Active Material Layer 60 Negative Electrode (Negative Electrode Sheet)
62 Negative electrode current collector 62a Negative electrode active material layer non-formed portion 64 Negative electrode active material layer 70 Separator sheet (separator)
100 Lithium secondary battery (lithium ion secondary battery)

Claims (8)

正極活物質を有する正極と、負極活物質を有する負極と、非水電解液とが電池ケース内に収容されたリチウム二次電池であって、
前記非水電解液は、下式(I)で表されるスルホン酸骨格を有するリチウム塩と、ビニレンカーボネート化合物とを含有する非水電解液である、リチウム二次電池。
Figure 2016091724
(ここで、Rは、炭素原子数1〜12の直鎖状または分岐状のアルキル基である。)
A lithium secondary battery in which a positive electrode having a positive electrode active material, a negative electrode having a negative electrode active material, and a non-aqueous electrolyte are housed in a battery case,
The non-aqueous electrolyte is a lithium secondary battery, which is a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt having a sulfonic acid skeleton represented by the following formula (I) and a vinylene carbonate compound.
Figure 2016091724
(Here, R 1 is a linear or branched alkyl group having 1 to 12 carbon atoms.)
前記スルホン酸骨格を有するリチウム塩として、エトキシスルホン酸リチウムを含む、請求項1に記載のリチウム二次電池。   The lithium secondary battery according to claim 1, comprising lithium ethoxysulfonate as the lithium salt having a sulfonic acid skeleton. 前記ビニレンカーボネート化合物として、ビニレンカーボネートを含む、請求項1または2に記載のリチウム二次電池。   The lithium secondary battery according to claim 1 or 2, comprising vinylene carbonate as the vinylene carbonate compound. 前記負極活物質の表面には、前記ビニレンカーボネート化合物に由来する被膜が、該被膜の構成に消費されたビニレンカーボネート化合物換算で、該負極活物質の単位表面積(1m)当たり27μmol以上64μmol以下の割合で形成されており、
前記ビニレンカーボネート化合物由来の被膜中には前記スルホン酸骨格を有するリチウム塩由来の成分が含まれており、該被膜中に含まれるスルホン酸骨格を有するリチウム塩由来の成分の含有量は、該被膜の構成に消費されたビニレンカーボネート化合物1mol当たり、スルホン酸基換算で0.04mol以上0.15mol以下である、請求項1〜3のいずれか一項に記載のリチウム二次電池。
On the surface of the negative electrode active material, a film derived from the vinylene carbonate compound is 27 μmol or more and 64 μmol or less per unit surface area (1 m 2 ) of the negative electrode active material in terms of the vinylene carbonate compound consumed in the structure of the film. Formed in proportion,
The coating derived from the vinylene carbonate compound contains a component derived from a lithium salt having the sulfonic acid skeleton, and the content of the component derived from a lithium salt having a sulfonic acid skeleton contained in the coating is The lithium secondary battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the amount is 0.04 mol or more and 0.15 mol or less in terms of sulfonic acid group per 1 mol of the vinylene carbonate compound consumed in the structure.
前記正極活物質の表面には、前記スルホン酸骨格を有するリチウム塩に由来する被膜が、スルホン酸基換算で、該正極活物質の単位表面積(1m)当たり8μmol以上18μmol以下の割合で形成されている、請求項1〜4のいずれか一項に記載のリチウム二次電池。 A film derived from a lithium salt having a sulfonic acid skeleton is formed on the surface of the positive electrode active material at a rate of 8 μmol or more and 18 μmol or less per unit surface area (1 m 2 ) of the positive electrode active material in terms of sulfonic acid group. The lithium secondary battery according to any one of claims 1 to 4. リチウム二次電池の製造方法であって、
正極活物質を有する正極と、負極活物質を有する負極と、非水電解液とを電池ケース内に収容して電池組立体を構築すること、
ここで、前記非水電解液として、下式(I)で表されるスルホン酸骨格を有するリチウム塩と、ビニレンカーボネート化合物とを含有する非水電解液を使用する;および
前記電池組立体に対して、前記正極と前記負極との間の電圧が所定の値となるよう初期充電処理を行うこと;
を包含する、リチウム二次電池の製造方法。
Figure 2016091724
(ここで、Rは、炭素原子数1〜12の直鎖状または分岐状のアルキル基である。)
A method for manufacturing a lithium secondary battery, comprising:
Housing a positive electrode having a positive electrode active material, a negative electrode having a negative electrode active material, and a non-aqueous electrolyte in a battery case;
Here, as the non-aqueous electrolyte, a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt having a sulfonic acid skeleton represented by the following formula (I) and a vinylene carbonate compound is used; and Performing an initial charging process so that a voltage between the positive electrode and the negative electrode becomes a predetermined value;
A method for manufacturing a lithium secondary battery.
Figure 2016091724
(Here, R 1 is a linear or branched alkyl group having 1 to 12 carbon atoms.)
前記非水電解液として、該非水電解液中の前記スルホン酸骨格を有するリチウム塩の濃度C(質量%)と、該非水電解液中の前記ビニレンカーボネート化合物の濃度C(質量%)との比(C/C)が0.5以上1.8以下である非水電解液を使用する、請求項6に記載のリチウム二次電池の製造方法。 As the non-aqueous electrolyte, the concentration C b (mass%) of the lithium salt having the sulfonic acid skeleton in the non-aqueous electrolyte, the concentration C a (mass%) of the vinylene carbonate compound in the non-aqueous electrolyte, and The method for producing a lithium secondary battery according to claim 6, wherein a nonaqueous electrolytic solution having a ratio (C a / C b ) of 0.5 to 1.8 is used. 前記非水電解液として、前記スルホン酸骨格を有するリチウム塩の濃度Cが0.75質量%以上2.0質量%以下であり、且つ、前記ビニレンカーボネート化合物の濃度Cが0.7質量%以上1.8質量%以下である非水電解液を使用する、請求項6または7に記載のリチウム二次電池の製造方法。
As the nonaqueous electrolytic solution, the concentration C b of the lithium salt having a sulfonic acid skeleton is 2.0 mass% or more 0.75% by mass, and the concentration C a 0.7 mass of the vinylene carbonate compound The method for producing a lithium secondary battery according to claim 6 or 7, wherein a non-aqueous electrolyte solution having a concentration of from 1% to 1.8% by mass is used.
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