JP2016192401A - Electrolyte additive for nonaqueous power storage device, electrolyte for nonaqueous power storage device, and lithium ion secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、非水蓄電デバイス用電解液添加剤、非水蓄電デバイス用電解液、及びリチウムイオン二次電池に関する。 The present invention relates to an electrolyte solution additive for a non-aqueous electricity storage device, an electrolyte solution for a non-aqueous electricity storage device, and a lithium ion secondary battery.
近年の電子技術の発展や環境技術への関心の高まりに伴い、様々な電気化学デバイスが開発されている。特に、省エネルギー化への要請が多くあるため、省エネルギー化に貢献できる電気化学デバイスへの期待はますます高くなっている。このような電気化学デバイスとしては、非水電解質二次電池等の蓄電デバイスがあげられる。非水電解質二次電池の代表例でもあるリチウムイオン二次電池は、従来、主として携帯機器用充電池として使用されていたが、近年ではハイブリッド自動車及び電気自動車用電池としての使用も期待されている。 With the recent development of electronic technology and increasing interest in environmental technology, various electrochemical devices have been developed. In particular, since there are many requests for energy saving, expectations for electrochemical devices that can contribute to energy saving are increasing. Examples of such electrochemical devices include power storage devices such as non-aqueous electrolyte secondary batteries. Lithium ion secondary batteries, which are also representative examples of nonaqueous electrolyte secondary batteries, have been used mainly as rechargeable batteries for portable devices, but in recent years, they are also expected to be used as batteries for hybrid and electric vehicles. .
従来の4V前後の電圧で作動するリチウムイオン二次電池では、カーボネート系溶媒を主成分とした非水溶媒に、リチウム塩を溶解した非水電解液が広く用いられている(例えば、特許文献1参照)。このカーボネート系溶媒を含む電解液の特徴は、4V前後の電圧において、耐酸化性と耐還元性とのバランスが良く、且つ、リチウムイオンの伝導性に優れる点である。 In a conventional lithium ion secondary battery that operates at a voltage of about 4 V, a nonaqueous electrolytic solution in which a lithium salt is dissolved in a nonaqueous solvent mainly composed of a carbonate-based solvent is widely used (for example, Patent Document 1). reference). The feature of the electrolytic solution containing the carbonate-based solvent is that it has a good balance between oxidation resistance and reduction resistance at a voltage of about 4 V, and is excellent in lithium ion conductivity.
リチウムイオン二次電池にはより一層高いエネルギー密度が求められており、その高いエネルギー密度を達成するため、電池の高電圧化が検討されている。電池の高電圧化を達成するためには高電位で作動する正極を用いる必要がある。 Lithium ion secondary batteries are required to have higher energy density, and in order to achieve the higher energy density, higher voltage of the battery is being studied. In order to achieve high voltage of the battery, it is necessary to use a positive electrode that operates at a high potential.
これに応えるため、4.3V(vsLi/Li+)以上で作動する種々の正極活物質が提案されている(例えば、特許文献2参照)。 In response to this, various positive electrode active materials that operate at 4.3 V (vsLi / Li + ) or higher have been proposed (see, for example, Patent Document 2).
しかしながら、4.3V(vsLi/Li+)以上の高電位で作動する正極活物質を含有する正極を備えたリチウムイオン二次電池において、従来のカーボネート系溶媒を主成分とする非水電解液を用いると、カーボネート系溶媒が正極表面で酸化分解するという現象が生じる。かかる現象により、電池のサイクル寿命が低下し、電池の抵抗が増大し、さらには電池内部にガスが発生するという課題が生じる。 However, in a lithium ion secondary battery including a positive electrode containing a positive electrode active material that operates at a high potential of 4.3 V (vs Li / Li + ) or higher, a conventional non-aqueous electrolyte mainly composed of a carbonate-based solvent is used. When used, a phenomenon occurs in which the carbonate-based solvent undergoes oxidative decomposition on the positive electrode surface. Such a phenomenon causes a problem that the cycle life of the battery is reduced, the resistance of the battery is increased, and further, gas is generated inside the battery.
この課題を解決する方法として、特許文献3には、非水電解液にシリル基含有化合物を添加することによって、リチウムイオン二次電池を高電圧で作動させても、電池のサイクル寿命の悪化を低減できることが提示されている。 As a method for solving this problem, Patent Document 3 describes that by adding a silyl group-containing compound to a non-aqueous electrolyte, even if the lithium ion secondary battery is operated at a high voltage, the cycle life of the battery is deteriorated. It has been suggested that it can be reduced.
しかしながら、特許文献3に記載のシリル基含有化合物を非水電解液に添加しても、電池の抵抗の増大を十分には抑制しきれていない。電気自動車への用途等の高出力を必要とする蓄電デバイスにおいては、高いサイクル寿命の達成と、更なる抵抗増大の抑制が求められており、上記高電圧のリチウムイオン二次電池のサイクル寿命を向上させ、且つ経時的な抵抗増大を抑制することが可能なリチウムイオン二次電池、そのようなリチウムイオン二次電池を与えることのできる電解液添加剤、電解液が望まれている。 However, even if the silyl group-containing compound described in Patent Document 3 is added to the non-aqueous electrolyte, an increase in battery resistance is not sufficiently suppressed. In power storage devices that require high output, such as for use in electric vehicles, it is required to achieve a high cycle life and further suppress the increase in resistance. The cycle life of the above-mentioned high-voltage lithium ion secondary battery is required. There is a demand for a lithium ion secondary battery that is capable of improving and suppressing an increase in resistance over time, and an electrolyte additive and electrolyte that can provide such a lithium ion secondary battery.
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、高電圧で作動し、且つ、サイクル寿命の低下、及びサイクル時の抵抗の増大を抑制することが可能なリチウムイオン二次電池、そのようなリチウムイオン二次電池を与えることのできる、非水蓄電デバイス用電解液添加剤、及び非水蓄電デバイス用電解液を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and is a lithium ion secondary battery that operates at a high voltage and can suppress a decrease in cycle life and an increase in resistance at the time of the cycle. An object of the present invention is to provide an electrolyte solution additive for a non-aqueous electricity storage device and an electrolyte solution for a non-aqueous electricity storage device that can provide a simple lithium ion secondary battery.
本発明者らは上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、特定の構造を有する化合物を電解液添加剤として含有する電解液を備えるリチウムイオン電池であれば、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have found that the above problem can be solved if a lithium ion battery is provided with an electrolytic solution containing a compound having a specific structure as an electrolytic solution additive. The invention has been completed.
すなわち、本発明は、以下のとおりである。
[1]1分子内にP原子を2個以上4個以下含み、且つ、下記式(1)で表される構造単位を含む化合物(A)を含有することを特徴とする、非水蓄電デバイス用電解液添加剤、
[2]前記化合物(A)は、下記式(2)、(3)又は(4)で表される化合物である、前記[1]に記載の非水蓄電デバイス用電解液添加剤、
[3]前記化合物(A)は、前記式(2)又は(3)で表される化合物である、前記[1]又は[2]に記載の非水蓄電デバイス用電解液添加剤、
[4]前記Rが下記式(5)で表される前記[1]〜[3]のいずれかに記載の非水蓄電デバイス用電解液添加剤、
SiRa3(5)
(上記式(5)中、Raは、各々独立に、置換されていてもよい炭素数1〜20の炭化水素基を示す。)
[5]前記電解液添加剤に含まれるリン化合物のモル数のうち、前記式(2)で表される化合物又は式(3)で表される化合物の含有率が50モル%以上である、前記[1]〜[4]のいずれかに記載の非水蓄電デバイス用電解液添加剤、
[6]前記[1]〜[5]のいずれかに記載の非水蓄電デバイス用電解液添加剤と、非水溶媒と、リチウム塩(B)と、を含有することを特徴とする、非水蓄電デバイス用電解液、
[7]前記電解液添加剤の前記化合物(A)の含有量が、前記電解液100質量%に対して、0.1質量%以上10質量%以下である、前記[6]に記載の非水蓄電デバイス用電解液、
[8]前記非水溶媒が、環状カーボネート及び鎖状カーボネートを含有する、前記[6]又は[7]に記載の非水蓄電デバイス用電解液、
[9]前記環状カーボネートが、エチレンカーボネート及びプロピレンカーボネートからなる群より選ばれる1種以上を含み、
前記鎖状カーボネートが、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、及びエチルメチルカーボネートからなる群より選ばれる1種以上を含む、前記[8]に記載の非水蓄電デバイス用電解液、
[10]正極活物質を含有する正極と、
負極活物質を含有する負極と、
前記[6]〜[9]のいずれかに記載の電解液と、
を備えることを特徴とする、リチウムイオン二次電池、
[11]前記正極活物質が、4.3V(vsLi/Li+)以上の電位で10mAh/g以上の放電容量を有する、請求項10に記載のリチウムイオン二次電池、
[12]前記正極活物質が、式(6)で表される酸化物、式(7)で表される酸化物、式(8)で表される複合酸化物、式(9)で表される化合物、及び式(10)で表される化合物からなる群より選ばれる1種以上を含む、前記[10]又は[11]に記載のリチウムイオン二次電池、
LiMn2−xMaxO4 (6)
(上記式(6)中、Maは遷移金属からなる群より選ばれる1種以上を示し、xは0.2≦x≦0.7である。)
LiMeO2 (7)
(上記式(7)中、Meは遷移金属からなる群より選ばれる1種以上を示す。)
zLi2McO3−(1−z)LiMdO2 (8)
(上記式(8)中、Mc及びMdは、各々独立に、遷移金属からなる群より選ばれる1種以上を示し、zは0.1≦z≦0.9である。)
LiMb1−yFeyPO4 (9)
(上記式(9)中、Mbは、Mn及びCoからなる群より選ばれる1種以上を示し、yは0≦y≦0.9である。)
Li2MfPO4F (10)
(上記式(10)中、Mfは遷移金属からなる群より選ばれる1種以上を示す。)
[13]満充電時におけるリチウム基準の正極電位が、4.3V(vsLi/Li+)以上である、前記[10]〜[12]のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池、
である。
That is, the present invention is as follows.
[1] A non-aqueous electricity storage device comprising a compound (A) containing 2 or more and 4 or less P atoms in one molecule and containing a structural unit represented by the following formula (1) Electrolytic solution additive,
[2] The compound (A) is a compound represented by the following formula (2), (3), or (4), the electrolyte solution additive for nonaqueous electricity storage devices according to the above [1],
[3] The electrolyte additive for a non-aqueous storage device according to [1] or [2], wherein the compound (A) is a compound represented by the formula (2) or (3),
[4] The electrolyte solution additive for a non-aqueous storage device according to any one of [1] to [3], wherein R is represented by the following formula (5):
SiRa 3 (5)
(In the formula (5), each Ra independently represents an optionally substituted hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms.)
[5] Of the number of moles of the phosphorus compound contained in the electrolytic solution additive, the content of the compound represented by the formula (2) or the compound represented by the formula (3) is 50 mol% or more. The electrolyte solution additive for non-aqueous electricity storage devices according to any one of [1] to [4],
[6] The non-aqueous storage device electrolytic solution additive according to any one of [1] to [5], a nonaqueous solvent, and a lithium salt (B). Electrolyte for water storage device,
[7] The content of the compound (A) in the electrolyte solution additive is 0.1% by mass or more and 10% by mass or less with respect to 100% by mass of the electrolyte solution. Electrolyte for water storage device,
[8] The electrolyte solution for a non-aqueous storage device according to [6] or [7], wherein the non-aqueous solvent contains a cyclic carbonate and a chain carbonate,
[9] The cyclic carbonate includes one or more selected from the group consisting of ethylene carbonate and propylene carbonate,
The electrolyte solution for a non-aqueous storage device according to [8], wherein the chain carbonate includes one or more selected from the group consisting of dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate,
[10] a positive electrode containing a positive electrode active material;
A negative electrode containing a negative electrode active material;
The electrolytic solution according to any one of [6] to [9];
A lithium ion secondary battery, comprising:
[11] The lithium ion secondary battery according to claim 10, wherein the positive electrode active material has a discharge capacity of 10 mAh / g or more at a potential of 4.3 V (vsLi / Li + ) or more.
[12] The positive electrode active material is represented by the oxide represented by the formula (6), the oxide represented by the formula (7), the composite oxide represented by the formula (8), and the formula (9). And the lithium ion secondary battery according to [10] or [11], including at least one selected from the group consisting of a compound represented by formula (10):
LiMn 2-x Ma x O 4 (6)
(In the above formula (6), Ma represents one or more selected from the group consisting of transition metals, and x is 0.2 ≦ x ≦ 0.7.)
LiMeO 2 (7)
(In the above formula (7), Me represents one or more selected from the group consisting of transition metals.)
zLi 2 McO 3 - (1- z) LiMdO 2 (8)
(In the above formula (8), Mc and Md each independently represent one or more selected from the group consisting of transition metals, and z is 0.1 ≦ z ≦ 0.9.)
LiMb 1-y Fe y PO 4 (9)
(In the above formula (9), Mb represents one or more selected from the group consisting of Mn and Co, and y is 0 ≦ y ≦ 0.9.)
Li 2 MfPO 4 F (10)
(In the above formula (10), Mf represents one or more selected from the group consisting of transition metals.)
[13] The lithium ion secondary battery according to any one of [10] to [12], wherein a lithium-based positive electrode potential at full charge is 4.3 V (vsLi / Li + ) or more.
It is.
本発明によれば、高電圧で作動し、且つ、サイクル寿命の低下、及びサイクル時の抵抗の増大を抑制することが可能なリチウムイオン二次電池、そのようなリチウムイオン二次電池を与えることのできる非水蓄電デバイス用電解液添加剤、非水蓄電池デバイス用電解液を提供することができる。 According to the present invention, a lithium ion secondary battery that operates at a high voltage and can suppress a decrease in cycle life and an increase in resistance during the cycle, and such a lithium ion secondary battery are provided. The electrolyte solution additive for non-aqueous storage devices and the electrolyte solution for non-aqueous storage battery devices can be provided.
以下、必要に応じて図面を参照しつつ、本発明を実施するための形態(以下、単に「本実施形態」という。)について詳細に説明する。以下の本実施形態は、本実施形態を説明するための例示であり、本実施形態を以下の内容に限定する趣旨ではない。本実施形態は、その要旨の範囲内で適宜に変形して実施できる。なお、本実施形態の各要素間の上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。更に、本実施形態の各要素の寸法比率は、図面に示される比率に限定されるものではない。 Hereinafter, a form for carrying out the present invention (hereinafter simply referred to as “the present embodiment”) will be described in detail with reference to the drawings as necessary. The following embodiment is an exemplification for explaining the embodiment, and is not intended to limit the embodiment to the following contents. The present embodiment can be appropriately modified and implemented within the scope of the gist. It should be noted that the positional relationship such as up, down, left and right between the elements of the present embodiment is based on the positional relationship shown in the drawings unless otherwise specified. Furthermore, the dimension ratio of each element of this embodiment is not limited to the ratio shown in drawing.
(化合物(A))
本実施形態の非水蓄電デバイス用電解液添加剤は、化合物(A)を含有する。
化合物(A)は、1分子内にP原子を2個以上4個以下含有し、且つ、下記式(1)で表される構造単位を含有する。
The electrolyte solution additive for non-aqueous electricity storage devices of this embodiment contains a compound (A).
The compound (A) contains 2 or more and 4 or less P atoms in one molecule and contains a structural unit represented by the following formula (1).
化合物(A)は、1分子内にP原子を2個以上4個以下含むことを特徴とする。1分子内にP原子を2個以上有することにより、非水蓄電デバイス用電解液添加剤として化合物(A)を用いた際の、サイクル試験時の抵抗の増大を効果的に抑制することが可能となる。また、添加剤の合成上の観点から、1分子内に有するP原子は、好ましくは2個以上3個以下であり、より好ましくは3個である。 The compound (A) is characterized by containing 2 or more and 4 or less P atoms in one molecule. By having two or more P atoms in one molecule, it is possible to effectively suppress an increase in resistance during a cycle test when the compound (A) is used as an electrolyte solution additive for non-aqueous electricity storage devices. It becomes. Further, from the viewpoint of synthesis of the additive, the number of P atoms in one molecule is preferably 2 or more and 3 or less, more preferably 3.
化合物(A)は、式(1)で表される構造単位を有する。化合物(A)がこのような構造単位を有することにより、電池中で正極若しくは負極、又は両方に良好な保護皮膜を形成し、サイクル試験時の容量低下を抑制するとともに、サイクル試験時の抵抗増大を抑制できたものと考えられるが詳細は明らかではない。 The compound (A) has a structural unit represented by the formula (1). When the compound (A) has such a structural unit, a good protective film is formed on the positive electrode or the negative electrode, or both in the battery, and the capacity decrease during the cycle test is suppressed, and the resistance increase during the cycle test is increased. The details are not clear.
化合物(A)は、式(1)で表される構造単位を含有することを特徴とするが、1分子内の構造単位同士の結合様式は特に限定されない。例えば、P原子が酸素原子を介して結合したP−O−P結合で結合されていてもよく、構造単位間に任意の炭化水素基を介したP−O−R−O−Pのような構造であっても差し支えない。電池中で良好な皮膜を形成し抵抗の増大を抑制する観点から、P原子が酸素原子を介して結合したP−O−P結合を有することが好ましい。 The compound (A) is characterized by containing the structural unit represented by the formula (1), but the bonding mode between the structural units in one molecule is not particularly limited. For example, a P atom may be bonded by a P—O—P bond bonded through an oxygen atom, such as P—O—R—O—P via an arbitrary hydrocarbon group between structural units. The structure may be used. From the viewpoint of forming a good film in the battery and suppressing an increase in resistance, it is preferable to have a P—O—P bond in which P atoms are bonded through oxygen atoms.
また、化合物(A)の1分子内の構造単位同士の結合様式は、全ての構造単位が鎖状に結合した結合様式でも、構造単位同士が環状に結合した結合様式でも、途中で枝分かれした結合様式でもよい。電解液中での化合物の安定性の観点から、好ましくは、(1)式の構造単位が全て鎖状に結合した構造であり、具体的には、下記(2)式、(3)式、又は(4)式で表される構造が好ましく、特に好ましくは、(2)式、(3)式で表される構造であり、最も好ましくは(3)式で表される構造である。
式(1)〜(4)中、Rは、各々独立に、置換されていてもよい炭素数1〜22の炭化水素基を示す。Rについての「置換されていてもよい炭化水素基」としては、特に限定されないが、例えば、脂肪族炭化水素基、フェニル基等の芳香族炭化水素基、及び炭化水素基中の水素原子が全てフッ素原子に置換されたトリフルオロメチル基等のフッ素置換炭化水素基が挙げられる。なお、上記炭化水素基は、必要に応じて、当該基中の任意の位置(すなわち、側鎖として、又は主鎖中若しくは側鎖中)に官能基や異種元素を有していてもよい。このような官能基や異種元素としては、特に限定されないが、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子等のハロゲン原子、ホウ素原子、窒素原子、ナトリウム原子、マグネシウム原子、アルミニウム原子、ケイ素原子、硫黄原子、カリウム原子、カルシウム原子、チタン原子等が挙げられる。また、官能基として、ニトリル基(−CN)、エーテル基(−O−)、カーボネート基(−OCO2−)、エステル基(−CO2−)、カルボニル基(−CO−)、スルフィド基(−S−)、スルホキシド基(−SO−)、スルホン基(−SO2−)、ウレタン基(−NHCO2−)等が挙げられる。ここで、これらの異種元素、官能基のうち2価のものを前記炭化水素が含む場合、該異種元素、官能基は、式(1)〜式(4)で表される構造のP原子とRに隣接する酸素原子に直接結合していてもよい。異種元素や官能基を有するRとして示される炭化水素基の好ましい一例としてトリアルキルシリル基などを挙げることができる。 In formulas (1) to (4), each R independently represents an optionally substituted hydrocarbon group having 1 to 22 carbon atoms. The “optionally substituted hydrocarbon group” for R is not particularly limited. For example, an aliphatic hydrocarbon group, an aromatic hydrocarbon group such as a phenyl group, and all the hydrogen atoms in the hydrocarbon group A fluorine-substituted hydrocarbon group such as a trifluoromethyl group substituted with a fluorine atom can be mentioned. In addition, the said hydrocarbon group may have a functional group and a heterogeneous element in the arbitrary positions in the said group (namely, as a side chain or in a main chain or in a side chain) as needed. Such functional groups and heterogeneous elements are not particularly limited. For example, halogen atoms such as fluorine atom, chlorine atom and bromine atom, boron atom, nitrogen atom, sodium atom, magnesium atom, aluminum atom, silicon atom, sulfur An atom, a potassium atom, a calcium atom, a titanium atom, etc. are mentioned. Moreover, as a functional group, a nitrile group (—CN), an ether group (—O—), a carbonate group (—OCO 2 —), an ester group (—CO 2 —), a carbonyl group (—CO—), a sulfide group ( -S-), sulfoxide group (-SO-), sulfone group (-SO 2 -), urethane group (-NHCO 2 -) and the like. Here, in the case where the hydrocarbon contains a divalent one of these different elements and functional groups, the different elements and functional groups are P atoms having a structure represented by the formulas (1) to (4). It may be directly bonded to the oxygen atom adjacent to R. A preferred example of the hydrocarbon group represented by R having a different element or functional group is a trialkylsilyl group.
式(1)〜(4)中、Rは、各々の炭化水素基の炭素数が1〜22であり、1〜10がより好ましく、1〜6が特に好ましい。Rの炭素数が、上記範囲内であることにより、非水溶媒との混和性により優れる傾向にある。 In formulas (1) to (4), R has 1 to 22 carbon atoms of each hydrocarbon group, more preferably 1 to 10, and particularly preferably 1 to 6. When the carbon number of R is within the above range, the miscibility with the nonaqueous solvent tends to be superior.
式(1)〜(4)中、Rの好ましい例としては、特に限定されないが、例えば、メチル基、エチル基、ビニル基、アリル基、1−メチルビニル基、n−プロピル基、iso−プロピル基、n−ブチル基、iso−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、フルオロメチル基等の脂肪族炭化水素基;及び、ベンジル基、フェニル基、ニトリル置換フェニル基、フルオロ化フェニル基等の芳香族炭化水素基;及び下記(5)式で表される基のうち、Raがアルキル基であるトリアルキルシリル基が挙げられる。これらの中でも、サイクル試験時の抵抗の増大を効果的に抑制する観点から、ビニル基、アリル基、(5)式に表されるトリアルキルシリル基がより好ましい。トリアルキルシリル基の好ましい例としては、トリメチルシリル基、トリエチルシリル基、ジメチルブチルシリル基、ジメチルプロピルシリル基、トリプロピルシリル基が挙げられる。
SiRa3 (5)
(上記式(5)中、Raは、各々独立に、置換されていてもよい炭素数1〜20の炭化水素基を示す。)
In formulas (1) to (4), preferred examples of R are not particularly limited. For example, methyl group, ethyl group, vinyl group, allyl group, 1-methylvinyl group, n-propyl group, iso-propyl Group, n-butyl group, iso-butyl group, sec-butyl group, tert-butyl group, fluoromethyl group and other aliphatic hydrocarbon groups; and benzyl group, phenyl group, nitrile-substituted phenyl group, fluorinated phenyl group And among the groups represented by the following formula (5), a trialkylsilyl group in which Ra is an alkyl group. Among these, a vinyl group, an allyl group, and a trialkylsilyl group represented by the formula (5) are more preferable from the viewpoint of effectively suppressing an increase in resistance during a cycle test. Preferable examples of the trialkylsilyl group include a trimethylsilyl group, a triethylsilyl group, a dimethylbutylsilyl group, a dimethylpropylsilyl group, and a tripropylsilyl group.
SiRa 3 (5)
(In the formula (5), each Ra independently represents an optionally substituted hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms.)
(5)式中、Raは、各々独立に、置換されていてもよい炭素数1〜20の炭化水素基を示す。Raについて、「置換されていてもよい炭化水素基」としては、特に限定されないが、例えば、脂肪族炭化水素基、フェニル基等の芳香族炭化水素基、及び炭化水素基中の水素原子が全てフッ素原子に置換されたトリフルオロメチル基等のフッ素置換炭化水素基が挙げられる。なお、上記炭化水素基は、必要に応じて、当該基中の任意の位置(すなわち、側鎖として、又は主鎖中若しくは側鎖中)に官能基を有していてもよい。このような官能基としては、特に限定されないが、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子等のハロゲン原子、及びニトリル基(−CN)、エーテル基(−O−)、カーボネート基(−OCO2−)、エステル基(−CO2−)、カルボニル基(−CO−)、スルフィド基(−S−)、スルホキシド基(−SO−)、スルホン基(−SO2−)、ウレタン基(−NHCO2−)等が挙げられる。 (5) In the formula, each Ra independently represents an optionally substituted hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms. Regarding Ra, the “optionally substituted hydrocarbon group” is not particularly limited, but for example, an aliphatic hydrocarbon group, an aromatic hydrocarbon group such as a phenyl group, and all the hydrogen atoms in the hydrocarbon group A fluorine-substituted hydrocarbon group such as a trifluoromethyl group substituted with a fluorine atom can be mentioned. In addition, the said hydrocarbon group may have a functional group in the arbitrary positions (namely, as a side chain or in a main chain or in a side chain) in the said group as needed. Such a functional group is not particularly limited. For example, halogen atoms such as fluorine atom, chlorine atom, bromine atom, nitrile group (—CN), ether group (—O—), carbonate group (—OCO 2 ). -), ester group (-CO 2 -), carbonyl group (-CO-), sulfide groups (-S-), sulfoxide group (-SO-), sulfone group (-SO 2 -), urethane group (-NHCO 2- ) and the like.
Raについては、各々の炭化水素基の炭素数は1〜20であり、1〜10がより好ましく、1〜6が特に好ましい。各Raの炭素数が、上記範囲内であることにより、非水溶媒との混和性により優れる傾向にある。 About Ra, carbon number of each hydrocarbon group is 1-20, 1-10 are more preferable, and 1-6 are especially preferable. When the number of carbon atoms of each Ra is within the above range, the miscibility with the non-aqueous solvent tends to be superior.
Raの好ましい例としては、特に限定されないが、例えば、メチル基、エチル基、ビニル基、アリル基、1−メチルビニル基、n−プロピル基、iso−プロピル基、n−ブチル基、iso−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、フルオロメチル基等の脂肪族炭化水素基;及び、ベンジル基、フェニル基、ニトリル置換フェニル基、フルオロ化フェニル基等の芳香族炭化水素基が挙げられる。これらの中でも、入手性、ハンドリング、及び化学的安定性の観点から、メチル基、エチル基、ビニル基、アリル基、n−プロピル基、iso−プロピル基、n−ブチル基、tert−ブチル基、フェニル基、又はフルオロメチル基がより好ましく、メチル基、エチル基、n−プロピル基、iso−プロピル基、n−ブチル基、tert−ブチル基が特に好ましい。また、Raのうちの2つが結合して環を形成していてもよい。環を形成するために、例えば、Raのうちの2つは、置換又は無置換で飽和又は不飽和のアルキレン基で置換されることができる。 Preferred examples of Ra include, but are not limited to, for example, methyl group, ethyl group, vinyl group, allyl group, 1-methylvinyl group, n-propyl group, iso-propyl group, n-butyl group, iso-butyl. Group, sec-butyl group, tert-butyl group, fluoromethyl group and other aliphatic hydrocarbon groups; and benzyl group, phenyl group, nitrile-substituted phenyl group, fluorinated phenyl group and other aromatic hydrocarbon groups. . Among these, from the viewpoint of availability, handling, and chemical stability, a methyl group, an ethyl group, a vinyl group, an allyl group, an n-propyl group, an iso-propyl group, an n-butyl group, a tert-butyl group, A phenyl group or a fluoromethyl group is more preferable, and a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an iso-propyl group, an n-butyl group, or a tert-butyl group is particularly preferable. Moreover, two of Ra may combine to form a ring. To form a ring, for example, two of Ra can be substituted with a substituted or unsubstituted, saturated or unsaturated alkylene group.
化合物(A)は式(1)で表される構造単位を含有するが、式(1)で表される構造単位の好ましい例として以下を挙げることができる。
化合物(A)の好ましい構造として、以下の式(2a)から式(4e)で表される構造を挙げることができる。この中でも、電解液中の化学的安定性、及び電池抵抗抑制の観点から、好ましくは、式(2a)、式(2b)、式(2c)、式(2d)、式(2e)、式(3a)、式(3b)、式(3c)、式(3d)、式(3e)が挙げられ、より好ましくは、式(2a)、式(2b)、式(2c)、式(3a)、式(3b)、式(3c)であり、最も好ましくは、式(3a)、式(3b)、式(3c)である。
なお、上記式(1)で表される化合物は、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。 In addition, the compound represented by the said Formula (1) can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.
本実施形態の化合物(A)の製造法としては、特に限定されないが、好ましい一例として以下が挙げられる。
乾燥させたピロリン酸塩、トリリン酸塩又はテトラリン酸塩を投入した反応容器に、ホルムアミドと、トリアルキルシリルクロライドに代表されるトリアルキルシリルハライドの過剰量とをそれぞれ添加し、室温にて反応を進行させる。
ここで上記の混合物を加熱しすぎると副反応が進行する可能性があり、温度の制御が重要となる。反応完結後、室温にて石油エーテル等の抽出溶媒を添加し反応生成物の抽出を行い、その後石油エーテル等の抽出溶媒を減圧留去することにより化合物(A)を純度良く得ることが可能となる。
Although it does not specifically limit as a manufacturing method of the compound (A) of this embodiment, The following is mentioned as a preferable example.
Into a reaction vessel charged with dried pyrophosphate, triphosphate or tetraphosphate, formamide and an excess of trialkylsilyl halide represented by trialkylsilyl chloride are added respectively, and the reaction is performed at room temperature. Make it progress.
If the above mixture is heated too much, side reactions may proceed, and temperature control becomes important. After completion of the reaction, an extraction solvent such as petroleum ether is added at room temperature to extract the reaction product, and then the extraction solvent such as petroleum ether is distilled off under reduced pressure to obtain compound (A) with high purity. Become.
((非水蓄電デバイス用電解液添加剤))
本実施形態の化合物(A)は、電池のサイクル寿命を改善し、サイクル時の抵抗の増大を抑制することができるため、非水蓄電デバイス用電解液添加剤として好適に用いられる。本実施形態の非水蓄電デバイス用電解液添加剤は、本実施形態の化合物(A)を含有する。
ここで、「非水蓄電デバイス」とは、蓄電デバイス中の電解液に水溶液を用いない蓄電デバイスであり、一例として、リチウムイオン二次電池、ナトリウムイオン二次電池、カルシウムイオン二次電池及びリチウムイオンキャパシタが挙げられる。このなかでも、実用性及び耐久性の観点から、非水蓄電デバイスとしてはリチウムイオン二次電池及びリチウムイオンキャパシタが好ましく、より好ましくはリチウムイオン二次電池である。
((Electrolyte additive for non-aqueous electricity storage devices))
Since the compound (A) of this embodiment can improve the cycle life of the battery and suppress an increase in resistance during the cycle, the compound (A) is suitably used as an electrolyte additive for non-aqueous energy storage devices. The electrolyte solution additive for non-aqueous electricity storage devices of this embodiment contains the compound (A) of this embodiment.
Here, the “non-aqueous electricity storage device” is an electricity storage device that does not use an aqueous solution for the electrolyte in the electricity storage device, and examples include a lithium ion secondary battery, a sodium ion secondary battery, a calcium ion secondary battery, and lithium. An ion capacitor is mentioned. Among these, from the viewpoints of practicality and durability, the non-aqueous storage device is preferably a lithium ion secondary battery and a lithium ion capacitor, and more preferably a lithium ion secondary battery.
ここで、本実施形態の非水蓄電デバイス用電解液添加剤は、本実施形態の化合物(A)を含有していればよく、電解液に添加する際に化合物(A)と、化合物(A)以外のリン化合物とを併用してもよく、また、電解液に添加する前に化合物(A)と化合物(A)以外のリン化合物とを混合した添加剤としてもよい。
化合物(A)以外のリン化合物としては、例えば、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、リン酸トリス(トリメチルシリル)、亜リン酸トリス(トリメチルシリル)、リン酸トリス(2,2,2−トリフルオロエチル)、亜リン酸トリス(2,2,2−トリフルオロエチル)等が挙げられる。
Here, the electrolyte solution additive for non-aqueous electricity storage devices of this embodiment should just contain the compound (A) of this embodiment, and when adding to an electrolyte solution, it adds a compound (A) and a compound (A ) Or a phosphorus compound other than the compound (A) may be used as an additive before being added to the electrolytic solution.
Examples of phosphorus compounds other than the compound (A) include trimethyl phosphate, triethyl phosphate, tris phosphate (trimethylsilyl), tris phosphite (trimethylsilyl), and tris phosphate (2,2,2-trifluoroethyl). And tris phosphite (2,2,2-trifluoroethyl).
電池のサイクル性能の改善、及びサイクル時の抵抗増大の抑制効果を得る観点から、電解質添加剤に含まれるリン化合物のモル数のうち、式(2)で表される化合物及び式(3)で表される化合物の含有率が50モル%以上であることが好ましい。より好ましくは当該含有率が70モル%以上であり、特に好ましくは、80モル%以上である。なお、「式(2)で表される化合物及び式(3)で表される化合物の含有率」とは、電解質添加剤中の、式(2)で表される化合物の含有率及び式(3)で表される化合物の含有率の合計を意味し、いずれか一方の化合物のみが電解質添加剤に含まれる場合には、当該一方の化合物についての含有率を指し、当該化合物の含有率が上記の範囲であることを意味する。また、電解質添加剤に式(1)で表される化合物(A)以外のリン化合物を含有させることもでき、かかる場合、「電解質添加剤に含まれるリン化合物のモル数」には、当該化合物(A)以外のリン化合物のモル数も含めるものとする。 From the viewpoint of improving the cycle performance of the battery and suppressing the increase in resistance during cycling, among the number of moles of the phosphorus compound contained in the electrolyte additive, the compound represented by the formula (2) and the formula (3) It is preferable that the content rate of the represented compound is 50 mol% or more. More preferably, the content is 70 mol% or more, and particularly preferably 80 mol% or more. In addition, "the content rate of the compound represented by Formula (2) and the compound represented by Formula (3)" means the content rate and the formula of the compound represented by Formula (2) in the electrolyte additive ( 3) means the total content of the compounds represented by 3), and when only one of the compounds is included in the electrolyte additive, it refers to the content of the one compound, and the content of the compound is It means the above range. In addition, a phosphorus compound other than the compound (A) represented by the formula (1) can be contained in the electrolyte additive. In such a case, “the number of moles of the phosphorus compound contained in the electrolyte additive” includes the compound. The number of moles of phosphorus compounds other than (A) is also included.
(((非水蓄電デバイス用電解液)))
本実施形態の化合物(A)を含有する本実施形態の非水蓄電デバイス用電解液添加剤は、電池のサイクル寿命を改善し、サイクル時の抵抗の増大を抑制することができるため、非水蓄電デバイス用電解液として好適に用いられる。本実施形態の非水蓄電デバイス用電解液は、本実施形態の非水蓄電デバイス用電解液添加剤と、リチウム塩(B)と、非水溶媒と、必要に応じて、他の添加剤とを含有する。
(((Electrolytic solution for non-aqueous electricity storage device))))
The electrolyte additive for a non-aqueous electricity storage device of the present embodiment containing the compound (A) of the present embodiment can improve the cycle life of the battery and suppress an increase in resistance during the cycle. It is suitably used as an electrolytic solution for an electricity storage device. The electrolyte solution for a non-aqueous electricity storage device of the present embodiment includes an electrolyte solution additive for the non-aqueous electricity storage device of this embodiment, a lithium salt (B), a non-aqueous solvent, and other additives as necessary. Containing.
ここで、本実施形態の非水蓄電デバイス用電解液における化合物(A)の含有量は、特に限定されないが、電池のサイクル寿命の改善、抵抗の増大の抑制の観点から、好ましくは、電解液100質量%に対して、0.1質量%以上であり、電解液のイオン伝導性の観点から、10質量%以下が好ましい。より好ましくは当該含有量が0.2質量%以上8質量%以下であり、特に好ましくは0.3質量%以上5質量%以下、最も好ましくは0.5質量%以上3質量%以下である。リチウムイオン二次電池中の電解液中の化合物(A)の含有量は、1H−NMR、31P−NMRなどのNMR測定により算出することができる。 Here, the content of the compound (A) in the electrolyte solution for a non-aqueous electricity storage device of the present embodiment is not particularly limited, but from the viewpoint of improving the cycle life of the battery and suppressing the increase in resistance, preferably the electrolyte solution It is 0.1 mass% or more with respect to 100 mass%, and 10 mass% or less is preferable from a viewpoint of the ionic conductivity of electrolyte solution. More preferably, the content is 0.2% by mass or more and 8% by mass or less, particularly preferably 0.3% by mass or more and 5% by mass or less, and most preferably 0.5% by mass or more and 3% by mass or less. The content of the compound (A) in the electrolyte solution in the lithium ion secondary battery can be calculated by NMR measurement such as 1 H-NMR and 31 P-NMR.
−リチウム塩(B)−
本実施形態の非水蓄電デバイス用電解液に用いられるリチウム塩(B)としては、特に限定されないが、例えば、LiPF6、LiBF4、LiB(C2O4)2、LiBF2(C2O4)、LiClO4、LiAsF6、Li2SiF6、LiOSO2CkF2k+1〔kは1〜8の整数〕、LiN(SO2CkF2k+1)2〔kは1〜8の整数〕、LiPFn(CkF2k+1)6−n〔nは1〜5の整数、kは1〜8の整数〕、LiPF4(C2O4)、LiPF2(C2O4)2等が挙げられ、中でも、イオン伝導性の観点、及び電池のサイクル寿命を向上させる観点から、LiPF6、LiBF4、LiB(C2O4)2、LiBF2(C2O4)、LiOSO2CkF2k+1〔kは1〜8の整数〕、LiN(SO2CkF2k+1)2〔kは1〜8の整数〕、LiPFn(CkF2k+1)6−n〔nは1〜5の整数、kは1〜8の整数〕、LiPF4(C2O4)、及びLiPF2(C2O4)2が好ましく、LiPF6、LiBF4、LiB(C2O4)2、LiBF2(C2O4)が特に好ましい。
これらは、1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて併用してもよい。
-Lithium salt (B)-
The nonaqueous electricity storage device for electrolyte lithium salt used in the present embodiment (B), is not particularly limited, for example, LiPF 6, LiBF 4, LiB (C 2 O 4) 2, LiBF 2 (C 2 O 4 ), LiClO 4 , LiAsF 6 , Li 2 SiF 6 , LiOSO 2 C k F 2k + 1 [k is an integer of 1 to 8], LiN (SO 2 C k F 2k + 1 ) 2 [k is an integer of 1 to 8], LiPF n (C k F 2k + 1) 6-n [n is an integer of 1 to 5, k is an integer of 1 to 8], LiPF 4 (C 2 O 4 ), LiPF 2 (C 2 O 4) 2 and the like can be mentioned Among them, from the viewpoint of ion conductivity and from the viewpoint of improving the cycle life of the battery, LiPF 6 , LiBF 4 , LiB (C 2 O 4 ) 2 , LiBF 2 (C 2 O 4 ), LiOSO 2 C k F 2k + 1 [k is an integer of 1 to 8], LiN (SO 2 C k F 2k + 1 ) 2 [k is an integer of 1 to 8], LiPF n (C k F 2k + 1 ) 6-n [n is an integer of 1 to 5 , K is an integer of 1 to 8], LiPF 4 (C 2 O 4 ), and LiPF 2 (C 2 O 4 ) 2 are preferable, and LiPF 6 , LiBF 4 , LiB (C 2 O 4 ) 2 , LiBF 2 ( C 2 O 4 ) is particularly preferred.
These may be used alone or in combination of two or more.
本実施形態の非水蓄電デバイス用電解液には、リチウムイオン二次電池のサイクル特性を改善するために、上記リチウム塩に加えて、ジフルオロリン酸リチウム及びモノフルオロリン酸リチウムのいずれか1種以上が含まれていてもよい。 In order to improve the cycle characteristics of the lithium ion secondary battery, the electrolyte for a non-aqueous storage device of this embodiment includes any one of lithium difluorophosphate and lithium monofluorophosphate in addition to the lithium salt. The above may be included.
ここで、本実施形態の非水蓄電デバイス用電解液におけるリチウム塩(B)の含有量は、特に限定されないが、リチウムイオン二次電池のイオン伝導性をより向上させる観点から、電解液100質量%に対して、1.0質量%以上であることが好ましく、5.0質量%以上であることが更に好ましく、7.0質量%以上であることが特に好ましく、また、リチウム塩(B)の低温における溶解性をより向上させる観点から、電解液100質量%に対して、40質量%以下であることが好ましく、35質量%以下であることが更に好ましく、30質量%以下であることが特に好ましい。
なお、電解液中のリチウム塩(B)の含有量は、19F−NMR、31P−NMR等のNMR測定により算出することができる。
Here, the content of the lithium salt (B) in the electrolyte solution for a non-aqueous electricity storage device of the present embodiment is not particularly limited, but from the viewpoint of further improving the ion conductivity of the lithium ion secondary battery, 100 masses of the electrolyte solution. % Is preferably 1.0% by mass or more, more preferably 5.0% by mass or more, particularly preferably 7.0% by mass or more, and lithium salt (B) From the viewpoint of further improving the solubility at a low temperature, it is preferably 40% by mass or less, more preferably 35% by mass or less, and further preferably 30% by mass or less with respect to 100% by mass of the electrolytic solution. Particularly preferred.
In addition, content of lithium salt (B) in electrolyte solution can be computed by NMR measurement, such as < 19 > F-NMR and < 31 > P-NMR.
−非水溶媒−
本実施形態の非水蓄電デバイス用電解液に用いられる非水溶媒としては、特に限定されないが、例えば、非プロトン性極性溶媒等が挙げられる。
非プロトン性極性溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、1,2−ブチレンカーボネート、2,3−ブチレンカーボネート、1,2−ペンチレンカーボネート、2,3−ペンチレンカーボネート、トリフルオロメチルエチレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート、4,5−ジフルオロエチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート等の環状カーボネート;γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン等のラクトン;スルホラン等の環状スルホン;テトラヒドロフラン、ジオキサン等の環状エーテル;エチルメチルカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、メチルイソプロピルカーボネート、ジプロピルカーボネート、メチルブチルカーボネート、ジブチルカーボネート、エチルプロピルカーボネート、メチルトリフルオロエチルカーボネート等の鎖状カーボネート;アセトニトリル、プロピオニトリル、アジポニトリル、スクシノニトリル、マロノニトリル、グルタロニトリル等のニトリル;ジメチルエーテル等の鎖状エーテル;プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル等の鎖状カルボン酸エステル;1,2−ジメトキシエタン等の鎖状ジエーテル等が挙げられ、
中でも、環状カーボネート、鎖状カーボネート等のカーボネート系溶媒が好ましく、
特に、環状カーボネートとしては、上記のものが挙げられ、特に、電解液のイオン伝導性をより向上させる観点から、エチレンカーボネート及びプロピレンカーボネートからなる群より選ばれる1種以上であることが好ましく、また、鎖状カーボネートとしては、上記のものが挙げられ、特に、電解液のイオン伝導性をより向上させる観点から、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、及びエチルメチルカーボネートからなる群より選ばれる1種以上であることが好ましい。
これらは、1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて併用してもよい。
なお、特に、ビニレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート、スクシノニトリル、アジポニトリルについては、リチウムイオン二次電池のサイクル特性をより向上させる機能を備えている。
-Non-aqueous solvent-
Although it does not specifically limit as a nonaqueous solvent used for the electrolyte solution for nonaqueous electrical storage devices of this embodiment, For example, an aprotic polar solvent etc. are mentioned.
Examples of the aprotic polar solvent include ethylene carbonate, propylene carbonate, 1,2-butylene carbonate, 2,3-butylene carbonate, 1,2-pentylene carbonate, 2,3-pentylene carbonate, and trifluoromethylethylene. Cyclic carbonates such as carbonate, fluoroethylene carbonate, 4,5-difluoroethylene carbonate, vinylene carbonate, vinylethylene carbonate; lactones such as γ-butyrolactone and γ-valerolactone; cyclic sulfones such as sulfolane; cyclic ethers such as tetrahydrofuran and dioxane Ethyl ethyl carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl propyl carbonate, methyl isopropyl carbonate, dipropyl carbonate Chain carbonates such as methyl butyl carbonate, dibutyl carbonate, ethyl propyl carbonate, methyl trifluoroethyl carbonate; nitriles such as acetonitrile, propionitrile, adiponitrile, succinonitrile, malononitrile, glutaronitrile; chain ethers such as dimethyl ether Chain carboxylic acid esters such as methyl propionate and ethyl propionate; and chain diethers such as 1,2-dimethoxyethane, etc.
Among these, carbonate solvents such as cyclic carbonate and chain carbonate are preferable,
In particular, examples of the cyclic carbonate include those described above. In particular, from the viewpoint of further improving the ionic conductivity of the electrolytic solution, the cyclic carbonate is preferably at least one selected from the group consisting of ethylene carbonate and propylene carbonate. As the chain carbonate, the above-mentioned ones are mentioned, and in particular, from the viewpoint of further improving the ionic conductivity of the electrolytic solution, it is at least one selected from the group consisting of dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate. It is preferable.
These may be used alone or in combination of two or more.
In particular, vinylene carbonate, fluoroethylene carbonate, succinonitrile, and adiponitrile have a function of further improving the cycle characteristics of the lithium ion secondary battery.
また、上記カーボネート系溶媒としては、イオン伝導性をより優れたものとする観点から、環状カーボネートと鎖状カーボネートとを組み合わせて併用したものが更に好ましい。
この場合、環状カーボネートと鎖状カーボネートとの混合比は、得られるリチウムイオン二次電池のイオン伝導性をより向上させる観点から、体積比で、1:10〜5:1であることが好ましく、1:5〜3:1であることが更に好ましく、1:5〜1:1であることが特に好ましい。
Moreover, as said carbonate type solvent, what combined and used the cyclic carbonate and the chain carbonate from a viewpoint which shall make ion conductivity more excellent is still more preferable.
In this case, the mixing ratio of the cyclic carbonate and the chain carbonate is preferably 1:10 to 5: 1 by volume from the viewpoint of further improving the ion conductivity of the obtained lithium ion secondary battery, It is more preferable that it is 1: 5 to 3: 1, and it is especially preferable that it is 1: 5 to 1: 1.
非水溶媒としてカーボネート系溶媒を用いる場合、電解液には、リチウムイオン二次電池の電池物性をより改善する目的で、必要に応じて、上記カーボネート系溶媒に加えて、アセトニトリル等のニトリル系溶媒、スルホラン等のスルホン系溶媒等の上記カーボネート系溶媒とは異なる非水溶媒が併用されてもよい。 When using a carbonate-based solvent as the non-aqueous solvent, in order to further improve the battery physical properties of the lithium ion secondary battery, in addition to the carbonate-based solvent, a nitrile-based solvent such as acetonitrile is used as the electrolyte solution. In addition, a non-aqueous solvent different from the carbonate solvent such as sulfolane solvent such as sulfolane may be used in combination.
−添加剤−
本実施形態の非水蓄電デバイス用電解液は、リチウムイオン二次電池のサイクル特性をより向上させる観点から、本実施形態の非水蓄電デバイス用電解液添加剤、リチウム塩(B)、及び非水溶媒以外に、必要に応じて、添加剤を含有してよい。
本実施形態の非水蓄電デバイス用電解液に用いられる添加剤としては、特に限定されないが、例えば、エチレンサルファイト、1,3−プロパンスルトン、1−プロペン−1,3−スルトン、1,4−ブタンスルトン、ジフェニルホスファゼン類等が挙げられる。
これらは、1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて併用してもよい。
-Additives-
From the viewpoint of further improving the cycle characteristics of the lithium ion secondary battery, the electrolyte for a non-aqueous storage device of the present embodiment, the electrolyte additive for the non-aqueous storage device, the lithium salt (B), and the non In addition to the aqueous solvent, additives may be contained as necessary.
Although it does not specifically limit as an additive used for the electrolyte solution for nonaqueous electrical storage devices of this embodiment, For example, ethylene sulfite, 1, 3- propane sultone, 1-propene-1, 3- sultone, 1, 4 -Butane sultone, diphenylphosphazenes and the like.
These may be used alone or in combination of two or more.
本実施形態の非水蓄電デバイス用電解液は、各成分を公知の手法により混合することによって所定の組成となるように調製してもよく、また、電解液中での反応により所定の組成となるように調製してもよい。ここで、「電解液中で反応により調製する」とは、具体的には、初期状態において電解液中に含まれていた物質同士が反応することによって、所定の組成を有する電解液が調製されることをいう。 The electrolyte solution for a non-aqueous electricity storage device of the present embodiment may be prepared so as to have a predetermined composition by mixing each component by a known technique, and may have a predetermined composition by a reaction in the electrolyte solution. It may be prepared as follows. Here, “preparing by reaction in an electrolytic solution” specifically means that an electrolytic solution having a predetermined composition is prepared by a reaction between substances contained in the electrolytic solution in the initial state. That means.
((((リチウムイオン二次電池))))
本実施形態のリチウムイオン二次電池は、本実施形態の化合物(A)を含有する本実施形態の非水蓄電デバイス用電解液添加剤を含有する本実施形態の非水蓄電デバイス用電解液と、正極活物質を含有する正極と、負極活物質を含有する負極と、必要に応じて、セパレータと、電池外装とを備える。この電池は、本実施形態の非水蓄電デバイス用電解液を備える点以外は、従来のリチウムイオン二次電池と同様の構成を有していてもよい。
((((Lithium ion secondary battery))))
The lithium ion secondary battery of this embodiment includes the electrolyte solution for a nonaqueous electricity storage device of this embodiment containing the electrolyte solution additive for the nonaqueous electricity storage device of this embodiment containing the compound (A) of this embodiment; And a positive electrode containing a positive electrode active material, a negative electrode containing a negative electrode active material, a separator, and a battery exterior as needed. This battery may have the same configuration as that of a conventional lithium ion secondary battery except that the battery includes the electrolyte for a non-aqueous storage device of the present embodiment.
本実施形態のリチウムイオン二次電池の満充電時におけるリチウム基準の正極電位は、リチウムイオン二次電池の有する正極活物質の充放電容量を効率的に活用する観点、及びリチウムイオン二次電池のエネルギー密度をより向上させる観点から、4.3V(vsLi/Li+)以上であることが好ましく、4.35V(vsLi/Li+)以上であることが更に好ましく、4.4V(vsLi/Li+)以上であることが特に好ましいまた、上記リチウム基準の正極電位は、5.2V(vsLi/Li+)以下であることが好ましい。なお、「(vsLi/Li+)」とは、リチウム基準の電位であることを示す。またなお、満充電時におけるリチウム基準の正極電位は、満充電時の電池の電圧を制御することによって制御することができる。 The positive electrode potential based on lithium at the time of full charge of the lithium ion secondary battery of the present embodiment is the viewpoint of efficiently utilizing the charge / discharge capacity of the positive electrode active material of the lithium ion secondary battery, and the lithium ion secondary battery from the viewpoint of improving the energy density, 4.3 V is preferably (vsLi / Li +) or higher, further preferably 4.35V (vsLi / Li +) or more, 4.4V (vsLi / Li + It is particularly preferable that the positive electrode potential based on lithium is 5.2 V (vsLi / Li + ) or less. Note that “(vsLi / Li + )” indicates that the potential is based on lithium. In addition, the positive electrode potential based on lithium at the time of full charge can be controlled by controlling the voltage of the battery at the time of full charge.
なお、満充電時におけるリチウム基準の正極電位は、満充電状態のリチウムイオン二次電池をArグローブボックス中で解体して正極を取り出し、対極に金属リチウムを用いて再度電池を組み立ててその電圧を測定することによって、測定することができる。
特に、満充電時におけるリチウム基準の負極電位が既知である場合、満充電時におけるリチウムイオン二次電池の電圧(Va)にその負極電位を加えることによって、満充電時におけるリチウム基準の正極電位を算出することができる。例えば、負極に炭素負極活物質を用いた場合、満充電時におけるリチウム基準の負極電位は0.05V(vsLi/Li+)であることは既知であり、ここで、満充電時におけるリチウムイオン二次電池の電圧(Va)が4.3Vであった場合、満充電時におけるリチウム基準の正極電位は、4.3V+0.05V=4.35Vと算出することができる。
The lithium-based positive electrode potential during full charge is determined by disassembling a fully charged lithium ion secondary battery in an Ar glove box, taking out the positive electrode, reassembling the battery using metallic lithium as the counter electrode, It can be measured by measuring.
In particular, when the lithium-based negative electrode potential at full charge is known, the negative electrode potential is added to the voltage (Va) of the lithium ion secondary battery at full charge to obtain the lithium-based positive electrode potential at full charge. Can be calculated. For example, when a carbon negative electrode active material is used for the negative electrode, it is known that the lithium-based negative electrode potential at full charge is 0.05 V (vsLi / Li + ). When the voltage (Va) of the secondary battery is 4.3V, the positive electrode potential based on lithium at the time of full charge can be calculated as 4.3V + 0.05V = 4.35V.
4.3V(vsLi/Li+)以上という本実施形態のリチウムイオン二次電池の満充電時におけるリチウム基準の正極電位は、通常、4.1V(vsLi/Li+)から4.2V(vsLi/Li+)以下に設定されている従来のリチウムイオン二次電池の満充電時におけるリチウム基準の正極電位と比較して高い。 The lithium-based positive electrode potential at the time of full charge of the lithium ion secondary battery of the present embodiment of 4.3 V (vsLi / Li + ) or higher is usually from 4.1 V (vsLi / Li + ) to 4.2 V (vsLi /). Li + ), which is higher than the lithium-based positive electrode potential at the time of full charge of the conventional lithium ion secondary battery set below.
−正極−
本実施形態のリチウムイオン二次電池は、正極を備えることが好ましい。
本実施形態のリチウムイオン二次電池に用いられる正極は、リチウムイオン二次電池の正極として作用するものであれば、特に限定されず、公知のものとすることができる。
正極は、リチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な材料を含有する正極活物質を含むことが好ましく必要に応じて、正極集電体、導電助剤、バインダーを含んでよい。
-Positive electrode-
The lithium ion secondary battery of this embodiment preferably includes a positive electrode.
The positive electrode used for the lithium ion secondary battery of this embodiment will not be specifically limited if it acts as a positive electrode of a lithium ion secondary battery, and can be a well-known thing.
The positive electrode preferably includes a positive electrode active material containing a material capable of inserting and extracting lithium ions, and may include a positive electrode current collector, a conductive additive, and a binder as necessary.
−−正極活物質−−
正極活物質は、リチウムイオン二次電池においてより高い電圧を実現する観点から、4.3V(vsLi/Li+)以上の電位で10mAh/g以上の放電容量を有することが好ましい。かかる正極を備えた場合、本実施形態のリチウムイオン二次電池において高電圧で作動しながらサイクル寿命を向上させることが可能となる。
--- Positive electrode active material-
The positive electrode active material preferably has a discharge capacity of 10 mAh / g or more at a potential of 4.3 V (vsLi / Li + ) or more from the viewpoint of realizing a higher voltage in the lithium ion secondary battery. When such a positive electrode is provided, the cycle life can be improved while operating at a high voltage in the lithium ion secondary battery of the present embodiment.
ここで、4.3V(vsLi/Li+)以上の電位で10mAh/g以上の放電容量を有する正極活物質とは、4.3V(vsLi/Li+)以上の電位でリチウムイオン二次電池の正極として充電及び放電反応を起こすことが可能であり、且つ0.1Cの定電流で放電したときに活物質質量1g当たりの放電容量が10mAh以上である正極活物質である。この点、正極活物質は、4.3V(vsLi/Li+)以上の電位で10mAh/g以上の放電容量を有していればよく、4.3V(vsLi/Li+)未満の電位での放電容量は問わない。 Here, 4.3 V and a positive electrode active material having a 10 mAh / g or more discharge capacity (vsLi / Li +) or more potential, 4.3V (vsLi / Li +) of the lithium ion secondary battery or a potential It is a positive electrode active material capable of causing charge and discharge reactions as a positive electrode and having a discharge capacity of 10 mAh or more per gram of active material when discharged at a constant current of 0.1 C. In this respect, the positive electrode active material only needs to have a discharge capacity of 10 mAh / g or more at a potential of 4.3 V (vsLi / Li + ) or more, and a potential of less than 4.3 V (vsLi / Li + ). The discharge capacity does not matter.
本実施形態のリチウムイオン二次電池は、4.3V(vsLi/Li+)以上の電位で10mAh/g以上の放電容量を有する正極活物質を含有する正極を備えるリチウムイオン二次電池であり、満充電時におけるリチウム基準の正極電位が4.3V(vsLi/Li+)以上で使用されるものであることが好ましい。
リチウムイオン二次電池を満充電時におけるリチウム基準の正極電位が4.3V(vsLi/Li+)以上で使用するという本実施形態の用途においては、電解液に含まれるカーボネート系溶媒が正極表面にて酸化分解し、電池のサイクル寿命が低下すると共に、正極と電解液との界面の抵抗が増大するという課題が生じ得る。このような課題は、リチウムイオン二次電池を満充電時における正極電位が4.3V(vsLi/Li+)未満で使用するという従来の用途では、生じにくい課題である。
本実施形態のリチウムイオン二次電池は、4.3V(vsLi/Li+)以上の電位で10mAh/g以上の放電容量を有する正極活物質を含有する正極という構成を有するため、上記の本実施形態の用途における課題を解決して、高電圧で作動でき、且つ高サイクル寿命を備えられるものとなる。
The lithium ion secondary battery of the present embodiment is a lithium ion secondary battery including a positive electrode containing a positive electrode active material having a discharge capacity of 10 mAh / g or more at a potential of 4.3 V (vsLi / Li + ) or more, It is preferable that the positive electrode potential based on lithium at full charge is 4.3 V (vsLi / Li + ) or more.
In the application of this embodiment in which the lithium-based secondary battery is used with a lithium-based positive electrode potential of 4.3 V (vs Li / Li + ) or more when fully charged, a carbonate-based solvent contained in the electrolyte is present on the positive electrode surface. As a result, the battery may have a problem that the cycle life of the battery decreases and the resistance at the interface between the positive electrode and the electrolyte increases. Such a problem is unlikely to occur in a conventional application in which a lithium ion secondary battery is used at a positive electrode potential of less than 4.3 V (vsLi / Li + ) when fully charged.
Since the lithium ion secondary battery of this embodiment has a configuration of a positive electrode containing a positive electrode active material having a discharge capacity of 10 mAh / g or more at a potential of 4.3 V (vsLi / Li + ) or more, It solves the problem in the application of the form, and can operate at a high voltage and has a high cycle life.
本実施形態のリチウムイオン二次電池に用いられる正極活物質の放電容量は、電池を高電圧で駆動することによって、高いエネルギー密度を達成することを可能にする観点から、4.3V(vsLi/Li+)以上の電位において、10mAh/g以上であることが好ましく、15mAh/g以上であることが更に好ましく、20mAh/g以上であることが特に好ましい。また、上記正極活物質の放電容量は、4.3V(vsLi/Li+)以上の電位において、400mAh/g以下であることが好ましい。
なお、正極活物質の放電容量は、実施例に記載の方法により測定することができる。
The discharge capacity of the positive electrode active material used in the lithium ion secondary battery of the present embodiment is 4.3 V (vsLi / V) from the viewpoint of enabling a high energy density to be achieved by driving the battery at a high voltage. Li + ) or higher is preferably 10 mAh / g or higher, more preferably 15 mAh / g or higher, and particularly preferably 20 mAh / g or higher. The discharge capacity of the positive electrode active material is preferably 400 mAh / g or less at a potential of 4.3 V (vsLi / Li + ) or more.
The discharge capacity of the positive electrode active material can be measured by the method described in the examples.
上記4.3V(vsLi/Li+)以上の電位で10mAh/g以上の放電容量を有する正極活物質は、1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて併用してもよい。また、正極活物質として、4.3V(vsLi/Li+)以上の電位で10mAh/g以上の放電容量を有する正極活物質と、4.3V(vsLi/Li+)以上の電位で10mAh/g以上の放電容量を有しない正極活物質とを組み合わせて用いることもできる。ここで、4.3V(vsLi/Li+)以上の電位で10mAh/g以上の放電容量を有しない正極活物質としては、特に限定されないが、例えば、LiFePO4等が挙げられる。 The positive electrode active materials having a discharge capacity of 10 mAh / g or more at a potential of 4.3 V (vsLi / Li + ) or more may be used alone or in combination of two or more. Also, as the positive electrode active material, 4.3V (vsLi / Li +) and the positive electrode active material having a 10 mAh / g or more discharge capacity than the potential, 4.3V (vsLi / Li +) or more potential 10 mAh / g A positive electrode active material having no discharge capacity as described above can also be used in combination. Here, the positive electrode active material not having a discharge capacity of 10 mAh / g or more at a potential of 4.3 V (vsLi / Li + ) or more is not particularly limited, and examples thereof include LiFePO 4 .
このような正極活物質としては、特に限定されないが、例えば、式(6)で表される酸化物、式(7)で表される酸化物、式(8)で表される複合酸化物、式(9)で表される化合物、及び式(10)で表される化合物からなる群より選ばれる1種以上であることが好ましい。このような正極活物質を用いることにより、正極活物質の構造安定性がより優れる傾向にある。この中でもより好ましくは、式(6)で表される酸化物、式(7)で表される酸化物、式(8)で表される複合酸化物であり、最も好ましくは、式(7)で表される酸化物である。
LiMn2−xMaxO4 (6)
(上記式(6)中、Maは遷移金属からなる群より選ばれる1種以上を示し、xは0.2≦x≦0.7である。)
LiMeO2 (7)
(上記式(7)中、Meは遷移金属からなる群より選ばれる1種以上を示す。)
zLi2McO3−(1−z)LiMdO2 (8)
(上記式(8)中、Mc及びMdは、各々独立に、遷移金属からなる群より選ばれる1種以上を示し、zは0.1≦z≦0.9である。)
LiMb1−yFeyPO4 (9)
(上記式(9)中、Mbは、Mn及びCoからなる群より選ばれる1種以上を示し、yは0≦y≦0.9である。)
Li2MfPO4F (10)
(上記式(10)中、Mfは遷移金属からなる群より選ばれる1種以上を示す。)
これらは、1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて併用してもよい。
Such a positive electrode active material is not particularly limited. For example, an oxide represented by the formula (6), an oxide represented by the formula (7), a composite oxide represented by the formula (8), It is preferable that it is 1 or more types chosen from the group which consists of a compound represented by Formula (9), and a compound represented by Formula (10). By using such a positive electrode active material, the structural stability of the positive electrode active material tends to be more excellent. Among these, an oxide represented by the formula (6), an oxide represented by the formula (7), and a composite oxide represented by the formula (8) are more preferable, and the formula (7) is most preferable. It is an oxide represented by.
LiMn 2-x Ma x O 4 (6)
(In the above formula (6), Ma represents one or more selected from the group consisting of transition metals, and x is 0.2 ≦ x ≦ 0.7.)
LiMeO 2 (7)
(In the above formula (7), Me represents one or more selected from the group consisting of transition metals.)
zLi 2 McO 3 - (1- z) LiMdO 2 (8)
(In the above formula (8), Mc and Md each independently represent one or more selected from the group consisting of transition metals, and z is 0.1 ≦ z ≦ 0.9.)
LiMb 1-y Fe y PO 4 (9)
(In the above formula (9), Mb represents one or more selected from the group consisting of Mn and Co, and y is 0 ≦ y ≦ 0.9.)
Li 2 MfPO 4 F (10)
(In the above formula (10), Mf represents one or more selected from the group consisting of transition metals.)
These may be used alone or in combination of two or more.
上記式(6)で表される酸化物としては、特に限定されないが、正極活物質の構造安定性をより優れたものとする観点から、スピネル型酸化物が好ましく、式(6a)で表される酸化物がより好ましい。
LiMn2−xNixO4 (6a)
(上記式(6a)中、xは0.2≦x≦0.7を満たす。)
上記式(6)で表される化合物は、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。
Although it does not specifically limit as an oxide represented by the said Formula (6), From a viewpoint of making the structural stability of a positive electrode active material more excellent, a spinel type oxide is preferable and represented by Formula (6a). More preferred is an oxide.
LiMn 2-x Ni x O 4 (6a)
(In the above formula (6a), x satisfies 0.2 ≦ x ≦ 0.7.)
The compounds represented by the above formula (6) are used singly or in combination of two or more.
上記式(6a)で表される酸化物としては、特に限定されないが、例えば、LiMn1.5Ni0.5O4が挙げられる。 The oxide represented by the formula (6a), is not particularly limited, and examples thereof include LiMn 1.5 Ni 0.5 O 4.
上記式(7)で表される酸化物としては、特に限定されないが、例えば、正極活物質の構造安定性をより優れたものとする観点から、層状酸化物であることが好ましく、下記式(7a)又は(7b)又は(7c)で表される酸化物であることがより好ましい。
LiMn1−v−wCovNiwO2 (7a)
(上記式(7a)中、0.1≦v≦0.4、0.1≦w≦0.8である。)
LiCoO2 (7b)
LiNi1−u−tCouAltO2 (7c)
(上記式(7c)中、0.1≦u≦0.2、0.01≦t≦0.1である。)
上記式(7)で表される化合物は、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。
Although it does not specifically limit as an oxide represented by the said Formula (7), For example, it is preferable that it is a layered oxide from a viewpoint of making the structural stability of a positive electrode active material more excellent, and following formula ( The oxide represented by 7a) or (7b) or (7c) is more preferable.
LiMn 1- vw Co v Ni w O 2 (7a)
(In the above formula (7a), 0.1 ≦ v ≦ 0.4 and 0.1 ≦ w ≦ 0.8.)
LiCoO 2 (7b)
LiNi 1- ut Co u Al t O 2 (7c)
(In the above formula (7c), 0.1 ≦ u ≦ 0.2 and 0.01 ≦ t ≦ 0.1.)
The compounds represented by the above formula (7) are used singly or in combination of two or more.
上記式(7a)で表される層状酸化物としては、特に限定されないが、例えば、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2、LiNi0.7Co0.2Mn0.1O2、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2、などが挙げられる。また、上記式(7c)で表される層状酸化物としては、LiNi0.8Co0.15Al0.05O2などが挙げられる。 The layered oxide represented by the above formula (7a) is not particularly limited. For example, LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 , LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 , LiNi 0.6 Co 0.2 Mn 0.2 O 2 , LiNi 0.7 Co 0.2 Mn 0.1 O 2 , LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 , and the like. It is done. Examples of the layered oxide represented by the above formula (7c) include LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 .
上記式(8)で表される複合酸化物としては、特に限定されないが、例えば、正極活物質の構造安定性をより優れたものとする観点から、複合層状酸化物であることが好ましく、下記式(8a)で表される複合酸化物であることがより好ましい。
zLi2MnO3−(1−z)LiNiaMnbCocO2 (8a)
(上記式(8a)中、zは0.3≦z≦0.7を満たし、a、b、及びcは、a+b+c=1、0.2≦a≦0.6、0.2≦b≦0.6、0.05≦c≦0.4を満たす。)
上記式(8)で表される複合酸化物は、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。
Although it does not specifically limit as complex oxide represented by the said Formula (8), For example, it is preferable that it is a composite layered oxide from a viewpoint of making the structural stability of a positive electrode active material more excellent, The composite oxide represented by the formula (8a) is more preferable.
zLi 2 MnO 3 - (1- z) LiNi a Mn b Co c O 2 (8a)
(In the above formula (8a), z satisfies 0.3 ≦ z ≦ 0.7, and a, b, and c are a + b + c = 1, 0.2 ≦ a ≦ 0.6, 0.2 ≦ b ≦ 0.6, 0.05 ≦ c ≦ 0.4 is satisfied.)
The composite oxide represented by the above formula (8) is used singly or in combination of two or more.
このなかでも、上記式(8a)において、0.4≦z≦0.6、a+b+c=1、0.3≦a≦0.4、0.3≦b≦0.4、0.2≦c≦0.3である複合酸化物がより好ましい。 Among these, in the above formula (8a), 0.4 ≦ z ≦ 0.6, a + b + c = 1, 0.3 ≦ a ≦ 0.4, 0.3 ≦ b ≦ 0.4, 0.2 ≦ c A composite oxide satisfying ≦ 0.3 is more preferable.
上記式(9)で表される化合物としては、特に限定されないが、例えば、正極活物質の構造安定性及び電子伝導性をより優れたものとする観点から、オリビン型化合物が好ましく、下記式(9a)及び、下記式(9b)で表される化合物がより好ましい。
LiMn1−yFeyPO4 (9a)
(上記式(9a)中、yは0.05≦y≦0.8を満たす。)
LiCo1−yFeyPO4 (9b)
(上記式(9b)中、yは0.05≦y≦0.8を満たす。)
上記式(9)で表される化合物は、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。
Although it does not specifically limit as a compound represented by the said Formula (9), For example, an olivine type compound is preferable from a viewpoint of making the structural stability and electronic conductivity of a positive electrode active material more excellent, and following formula ( 9a) and a compound represented by the following formula (9b) are more preferable.
LiMn 1-y Fe y PO 4 (9a)
(In the above formula (9a), y satisfies 0.05 ≦ y ≦ 0.8.)
LiCo 1-y Fe y PO 4 (9b)
(In the above formula (9b), y satisfies 0.05 ≦ y ≦ 0.8.)
The compounds represented by the above formula (9) are used singly or in combination of two or more.
上記式(10)で表される化合物であるフッ化オリビン型正極活物質としては、特に限定されないが、例えば、正極活物質の構造安定性をより優れたものとする観点から、Li2FePO4F、Li2MnPO4F及びLi2CoPO4Fが好ましい。式(10)で表される化合物は、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。 The fluoride olivine-type positive electrode active material is a compound represented by the above formula (10), is not particularly limited, for example, from the viewpoint of the excellent more structural stability of the positive electrode active material, Li 2 FePO 4 F, Li 2 MnPO 4 F and Li 2 CoPO 4 F are preferred. The compound represented by Formula (10) is used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.
正極活物質は、一般的な無機酸化物の製造方法と同様の方法で製造することができる。
正極活物質の製造方法としては、特に限定されないが、例えば、所定の割合で金属塩(例えば、硫酸塩及び/又は硝酸塩)を混合した混合物を、酸素を含む雰囲気環境下で焼成することによって、無機酸化物を含む正極活物質を得る方法、金属塩を溶解させた液に炭酸塩及び/又は水酸化物塩を作用させて、難溶性の金属塩を析出させ、それを抽出分離し、次いで、これにリチウム源として炭酸リチウム及び/又は水酸化リチウムを混合し、その後、酸素を含む雰囲気環境下で焼成することによって、無機酸化物を含む正極活物質を得る方法等が挙げられる。
The positive electrode active material can be manufactured by a method similar to a general method for manufacturing an inorganic oxide.
Although it does not specifically limit as a manufacturing method of a positive electrode active material, For example, by baking the mixture which mixed metal salt (for example, sulfate and / or nitrate) in a predetermined ratio in the atmospheric environment containing oxygen, A method for obtaining a positive electrode active material containing an inorganic oxide, a carbonate salt and / or a hydroxide salt is allowed to act on a solution in which a metal salt is dissolved to precipitate a hardly soluble metal salt, which is then extracted and separated. A method of obtaining a positive electrode active material containing an inorganic oxide by mixing lithium carbonate and / or lithium hydroxide as a lithium source and then firing the mixture in an atmosphere containing oxygen can be used.
正極は、例えば、下記のようにして作製することができる。
まず、上記正極活物質に対して、必要に応じて、導電助剤やバインダー等を加えて混合した正極合剤を溶剤に分散させて正極合剤を含有するペーストを調製する。次いで、このペーストを正極集電体に塗布し、乾燥して正極合剤層を形成し、それを必要に応じて加圧し厚さを調整することによって、正極を作製することができる。
正極集電体としては、特に限定されないが、例えば、アルミニウム箔、又はステンレス箔等の金属箔により構成されるもの等が挙げられる。
The positive electrode can be produced as follows, for example.
First, a paste containing a positive electrode mixture is prepared by dispersing, in a solvent, a positive electrode mixture obtained by adding a conductive additive or a binder to the positive electrode active material, if necessary. Next, this paste is applied to a positive electrode current collector and dried to form a positive electrode mixture layer, which is pressurized as necessary to adjust the thickness, whereby a positive electrode can be produced.
Although it does not specifically limit as a positive electrode electrical power collector, For example, what is comprised with metal foil, such as aluminum foil or stainless steel foil, is mentioned.
正極の作製において、必要に応じて用いられる導電助剤としては、特に限定されないが、例えば、グラファイト、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等のカーボンブラック、炭素繊維等が挙げられる。
正極の作製において、必要に応じて用いられるバインダーとしては、特に限定されないが、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリアクリル酸、スチレン−ブタジエンゴム、フッ素ゴム等が挙げられる。
In the production of the positive electrode, the conductive aid used as necessary is not particularly limited, and examples thereof include carbon black such as graphite, acetylene black, and ketjen black, carbon fiber, and the like.
In the production of the positive electrode, the binder used as necessary is not particularly limited, and examples thereof include polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyacrylic acid, styrene-butadiene rubber, and fluorine rubber. Can be mentioned.
−負極−
本実施形態のリチウムイオン二次電池は、負極を備えることが好ましい。
本実施形態のリチウムイオン二次電池に用いられる負極は、リチウムイオン二次電池の負極として作用するものであれば、特に限定されず、公知のものとすることができる。
負極は、リチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な材料を含有する負極活物質を含むことが好ましく、必要に応じて、負極集電体、導電助剤、バインダーを含んでよい。
-Negative electrode-
The lithium ion secondary battery of this embodiment preferably includes a negative electrode.
The negative electrode used for the lithium ion secondary battery of this embodiment will not be specifically limited if it acts as a negative electrode of a lithium ion secondary battery, and can be a well-known thing.
The negative electrode preferably includes a negative electrode active material containing a material capable of inserting and extracting lithium ions, and may include a negative electrode current collector, a conductive additive, and a binder as necessary.
−−負極活物質−−
負極活物質としては、特に限定されないが、例えば、炭素負極活物質;ケイ素合金負極活物質及びスズ合金負極活物質に代表されるリチウムと合金形成が可能な元素を含む負極活物質;ケイ素酸化物負極活物質;スズ酸化物負極活物質;及びチタン酸リチウム負極活物質に代表されるリチウム含有化合物等が挙げられる。これらの負極活物質は、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。
--- Negative electrode active material-
Although it does not specifically limit as a negative electrode active material, For example, a carbon negative electrode active material; Negative electrode active material containing the element which can be alloyed with lithium represented by a silicon alloy negative electrode active material and a tin alloy negative electrode active material; Silicon oxide Examples thereof include a negative electrode active material; a tin oxide negative electrode active material; and a lithium-containing compound typified by a lithium titanate negative electrode active material. These negative electrode active materials are used singly or in combination of two or more.
炭素負極活物質としては、特に限定されないが、例えば、ハードカーボン、ソフトカーボン、人造黒鉛、天然黒鉛、黒鉛、熱分解炭素、コークス、ガラス状炭素、有機高分子化合物の焼成体、メソカーボンマイクロビーズ、炭素繊維、活性炭、グラファイト、炭素コロイド、カーボンブラック等が挙げられる。
コークスとしては、特に限定されないが、例えば、ピッチコークス、ニードルコークス、石油コークス等が挙げられる。また、有機高分子化合物の焼成体とは、特に限定されないが、フェノール樹脂やフラン樹脂等の高分子材料を適当な温度で焼成して、炭素化したものである。
The carbon negative electrode active material is not particularly limited. For example, hard carbon, soft carbon, artificial graphite, natural graphite, graphite, pyrolytic carbon, coke, glassy carbon, a fired body of an organic polymer compound, mesocarbon microbeads , Carbon fiber, activated carbon, graphite, carbon colloid, carbon black and the like.
Although it does not specifically limit as coke, For example, pitch coke, needle coke, petroleum coke, etc. are mentioned. The fired body of the organic polymer compound is not particularly limited, but is a carbonized material obtained by firing a polymer material such as a phenol resin or a furan resin at an appropriate temperature.
リチウムと合金形成が可能な元素を含む負極活物質としては、特に限定されないが、例えば、金属又は半金属の単体であっても、合金や化合物であってもよく、また、金属及び半金属の1種又は2種以上の相を少なくとも一部に有するようなものであってもよい。
なお、合金としては、2種以上の金属元素からなるものに加えて、1種以上の金属元素と1種以上の半金属元素とを含むものも含む。また、合金は、その全体として金属の性質を有するものであれば、非金属元素を有していてもよい。
金属元素及び半金属元素としては、特に限定されないが、例えば、チタン(Ti)、スズ(Sn)、鉛(Pb)、アルミニウム(Al)、インジウム(In)、ケイ素(Si)、亜鉛(Zn)、アンチモン(Sb)、ビスマス(Bi)、ガリウム(Ga)、ゲルマニウム(Ge)、ヒ素(As)、銀(Ag)、ハフニウム(Hf)、ジルコニウム(Zr)、イットリウム(Y)等が挙げられる。これらの中でも、長周期型周期表における4族又は14族の金属元素及び半金属元素が好ましく、チタン(Ti)、ケイ素(Si)、及びスズ(Sn)が特に好ましい。
これらは、1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて併用してもよい。
The negative electrode active material containing an element capable of forming an alloy with lithium is not particularly limited. For example, it may be a metal or a metalloid simple substance, an alloy or a compound, or a metal or metalloid. It may have at least a part of one or two or more phases.
Note that alloys include those containing one or more metal elements and one or more metalloid elements, in addition to those composed of two or more metal elements. Further, the alloy may have a nonmetallic element as long as it has metal properties as a whole.
Although it does not specifically limit as a metal element and a metalloid element, For example, titanium (Ti), tin (Sn), lead (Pb), aluminum (Al), indium (In), silicon (Si), zinc (Zn) , Antimony (Sb), bismuth (Bi), gallium (Ga), germanium (Ge), arsenic (As), silver (Ag), hafnium (Hf), zirconium (Zr), yttrium (Y), and the like. Among these, metal elements and metalloid elements of Group 4 or Group 14 in the long-period periodic table are preferable, and titanium (Ti), silicon (Si), and tin (Sn) are particularly preferable.
These may be used alone or in combination of two or more.
負極は、例えば、下記のようにして作製することができる。
まず、負極に必要に応じて上記負極活物質と共に含められる導電助剤やバインダー等を加えて混合した負極合剤を溶剤に分散させて負極合剤を含有するペーストを調製する。次いで、このペーストを負極集電体に塗布し、乾燥させることによって、負極集電体上に負極合剤層を形成する。続いて、これを必要に応じて加圧して負極合剤層の厚さを調整することによって、負極を得る。
負極集電体としては、特に限定されないが、例えば、銅箔、ニッケル箔又はステンレス箔等の金属箔により構成されるものが挙げられる。
なお、導電助剤及びバインダーは、正極の作製において用いられるものと同様としてよい。
The negative electrode can be produced as follows, for example.
First, a negative electrode mixture containing a negative electrode mixture, which is mixed with the negative electrode active material, if necessary, added to the negative electrode as necessary is dispersed in a solvent to prepare a paste containing the negative electrode mixture. Next, the paste is applied to the negative electrode current collector and dried to form a negative electrode mixture layer on the negative electrode current collector. Subsequently, this is pressurized as necessary to adjust the thickness of the negative electrode mixture layer, thereby obtaining a negative electrode.
Although it does not specifically limit as a negative electrode electrical power collector, For example, what is comprised with metal foil, such as copper foil, nickel foil, or stainless steel foil, is mentioned.
The conductive auxiliary agent and the binder may be the same as those used in the production of the positive electrode.
−セパレータ−
本実施形態のリチウムイオン二次電池は、正負極の短絡を防止する観点、及びシャットダウン等の安全性を付与する観点から、正極と負極との間にセパレータを備えることが好ましい。
セパレータとしては、特に限定されないが、例えば、公知のリチウムイオン二次電池に備えられるものと同様のものとしてよく、中でも、イオン透過性が大きく機械的強度に優れる絶縁性の薄膜が好ましい。具体的には、セパレータとしては、例えば、織布、不織布、合成樹脂製微多孔膜等が挙げられ、中でも、合成樹脂製微多孔膜が好ましい。ここで、不織布としては、特に限定されないが、例えば、セラミック、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド、液晶ポリエステル、アラミド等の耐熱樹脂製の多孔膜等が挙げられる。合成樹脂製微多孔膜としては、特に限定されないが、例えば、ポリエチレン又はポリプロピレンを主成分として含有する微多孔膜、これらのポリオレフィンを共に含有する微多孔膜等のポリオレフィン系微多孔膜等が挙げられる。
セパレータは、1種の微多孔膜を単層又は複数層積層したものであってもよく、2種以上の微多孔膜を積層したものであってもよい。
-Separator-
The lithium ion secondary battery of the present embodiment preferably includes a separator between the positive electrode and the negative electrode from the viewpoint of preventing a short circuit between the positive and negative electrodes and providing safety such as shutdown.
Although it does not specifically limit as a separator, For example, it may be the same as what is equipped in a well-known lithium ion secondary battery, Especially, the insulating thin film which is large in ion permeability and excellent in mechanical strength is preferable. Specifically, examples of the separator include a woven fabric, a non-woven fabric, and a synthetic resin microporous membrane, and among them, a synthetic resin microporous membrane is preferable. Here, the nonwoven fabric is not particularly limited, and examples thereof include a porous film made of a heat resistant resin such as ceramic, polyolefin, polyester, polyamide, liquid crystal polyester, and aramid. The microporous membrane made of synthetic resin is not particularly limited, and examples thereof include a microporous membrane containing polyethylene or polypropylene as a main component, and a polyolefin microporous membrane such as a microporous membrane containing both of these polyolefins. .
The separator may be a single microporous film or a multilayer of two or more microporous films.
本実施形態のリチウムイオン二次電池は、前述の、本実施形態の非水蓄電デバイス用電解液と、正極活物質を含有する正極と、負極活物質を含有する負極と、必要に応じて、セパレータと、電池外装とを用いて、公知の方法により作製することができる。
例えば、正極と負極とをその間にセパレータを介在させた積層状態で巻回して巻回構造の積層体に成形したり、正極及び負極を折り曲げたり複数ずつ積層したりすることによって交互に積層させて、正極と負極との間にセパレータを介在させて得られる積層体に成形したりし、次いで、電池外装(電池ケース)内にその積層体を収容し、続いて、本実施形態の非水蓄電デバイス用電解液をケース内部に注液して、上記積層体をその電解液に浸漬し、最後に、電池外装を封印することによって、本実施形態のリチウムイオン二次電池を作製することができる。
The lithium ion secondary battery of the present embodiment is the non-aqueous storage device electrolyte of the present embodiment, a positive electrode containing a positive electrode active material, a negative electrode containing a negative electrode active material, and, if necessary, It can be produced by a known method using a separator and a battery exterior.
For example, the positive electrode and the negative electrode are wound in a laminated state with a separator interposed therebetween and formed into a laminate having a wound structure, or the positive electrode and the negative electrode are alternately laminated by bending or laminating a plurality of layers. Then, it is molded into a laminate obtained by interposing a separator between the positive electrode and the negative electrode, and then the laminate is accommodated in a battery exterior (battery case), and then the non-aqueous electricity storage of this embodiment The lithium ion secondary battery of this embodiment can be produced by injecting a device electrolyte into the case, immersing the laminate in the electrolyte, and finally sealing the battery exterior. .
本実施形態のリチウムイオン二次電池の形状は、特に限定されないが、例えば、円筒形、楕円形、角筒型、ボタン形、コイン形、扁平形、及びラミネート形が好適に採用される。 The shape of the lithium ion secondary battery of the present embodiment is not particularly limited, and for example, a cylindrical shape, an elliptical shape, a rectangular tube shape, a button shape, a coin shape, a flat shape, and a laminate shape are suitably employed.
図1に、本実施形態におけるリチウムイオン二次電池の一例を概略的に断面図で示す。
本実施形態のリチウムイオン二次電池の一例100は、セパレータ110と、正極活物質等を含有する正極活物質含有層120を正極集電体140に塗布してなる正極200と、負極活物質等を含有する負極活物質含有層130を負極集電体150に塗布してなる負極300と、これらからなる積層体を収容する電池外装160とを備える。ここで、正極200と負極300とは、正極活物質含有層120と負極活物質含有層130とを対向させる態様で、セパレータ110を両側から挟んでいる。また、正極200とセパレータ110と負極300とを積層した積層体は、電解液(図示せず)に含浸されている。
なお、図1に示す一例では、セパレータ110、正極200、負極300を含む積層体を1つ含むものであるが、本発明のリチウムイオン二次電池は、これに限定されることなく、積層体を複数含むものとしてよい。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a lithium ion secondary battery in the present embodiment.
An example 100 of the lithium ion secondary battery of the present embodiment includes a
Note that the example shown in FIG. 1 includes one stacked body including the
以下、本発明を実施例を用いてより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail using an Example, this invention is not limited to these Examples.
実施例及び比較例において使用された分析方法及び評価方法は、以下の通りである。 Analytical methods and evaluation methods used in Examples and Comparative Examples are as follows.
(1)核磁気共鳴分析(NMR):1H−NMR、13C−NMR、31P−NMRによる分子構造解析
測定装置:JNM−GSX400G型核磁気共鳴装置(400MHz)(日本電子株式会社製)
溶媒:重クロロホルム
基準物質:1H−NMR クロロホルム(7.26ppm)、13C−NMR クロロホルム(77.16ppm)、31P−NMR 85%リン酸(0ppm)
内部標準物質:リン酸トリメチル(31P−NMRと1H−NMRの量比算出のため)
(1) Nuclear magnetic resonance analysis (NMR): Molecular structure analysis by 1 H-NMR, 13 C-NMR, 31 P-NMR Measuring apparatus: JNM-GSX400G type nuclear magnetic resonance apparatus (400 MHz) (manufactured by JEOL Ltd.)
Solvent: deuterated chloroform Reference material: 1 H-NMR chloroform (7.26 ppm), 13 C-NMR chloroform (77.16 ppm), 31 P-NMR 85% phosphoric acid (0 ppm)
Internal standard: Trimethyl phosphate (for calculation of quantitative ratio between 31 P-NMR and 1 H-NMR)
(2)リチウムイオン二次電池の電池性能評価(1)
得られたシート状リチウムイオン二次電池を、25℃に設定した恒温槽(二葉科学社製、商品名:PLM−73S)に収容し、充放電装置(アスカ電子(株)製、商品名:ACD−01)に接続し、16時間静置した。次いで、その電池を、0.05Cの定電流で充電して、電圧が4.35Vに到達してから4.35Vの定電圧で2時間充電した後、0.2Cの定電流で3.0Vまで放電するという充放電サイクルを、3回繰り返すことによって、電池の初期充放電を行った。なお、1Cとは、電池の全容量を1時間で放電させる場合の電流値を示す。
上記初期充放電後、50℃に設定した恒温槽に上記電池を収容し、その電池を、1Cの定電流で充電して、電圧が4.35Vに到達してから4.35Vの定電圧で1時間充電した後、1Cの定電流で3.0Vまで放電するという充放電サイクルを、150回繰り返すことによって、電池のサイクル試験を行った。
1サイクル目の放電容量(mAh)、100サイクル目の放電容量(mAh)、150サイクル目の放電容量(mAh)を、1.0Cの定電流で放電するという条件で測定し、正極活物質の重量(g)で除した(mAh/g)。また、サイクル試験での電池の容量維持率(%)(1サイクル目の初期容量:100%)を算出した。
また、1サイクル目、100サイクル目、150サイクル目の放電時初期10秒のIRドロップから、各サイクル目における電池抵抗(Ω)を測定した。
(2) Battery performance evaluation of lithium ion secondary battery (1)
The obtained sheet-like lithium ion secondary battery is housed in a thermostatic bath set at 25 ° C. (trade name: PLM-73S manufactured by Futaba Kagaku Co., Ltd.), and a charge / discharge device (manufactured by Asuka Electronics Co., Ltd., product name: ACD-01) and allowed to stand for 16 hours. The battery was then charged at a constant current of 0.05C, charged for 4. hours at a constant voltage of 4.35V after the voltage reached 4.35V, and then 3.0V at a constant current of 0.2C. The battery was initially charged / discharged by repeating the charge / discharge cycle of discharging until 3 times. In addition, 1C shows the electric current value in the case of discharging the full capacity of a battery in 1 hour.
After the initial charge / discharge, the battery is housed in a thermostat set at 50 ° C., and the battery is charged with a constant current of 1 C. After the voltage reaches 4.35 V, the battery is charged with a constant voltage of 4.35 V. After charging for 1 hour, the cycle test of the battery was performed by repeating a charge / discharge cycle of discharging to 3.0 V at a constant current of 1
The discharge capacity (mAh) at the first cycle, the discharge capacity (mAh) at the 100th cycle, and the discharge capacity (mAh) at the 150th cycle were measured under the condition of discharging at a constant current of 1.0 C. Divided by weight (g) (mAh / g). Further, the capacity retention rate (%) of the battery in the cycle test (initial capacity at the first cycle: 100%) was calculated.
Further, the battery resistance (Ω) at each cycle was measured from the IR drop of the initial 10 seconds at the first cycle, 100th cycle and 150th cycle.
(3)リチウムイオン二次電池の電池性能評価(2)
得られたコイン型リチウムイオン二次電池を、25℃に設定した恒温槽(二葉科学社製、商品名:PLM−73S)に収容し、充放電装置(アスカ電子(株)製、商品名:ACD−01)に接続し、16時間静置した。次いで、その電池を、0.05Cの定電流で充電して、電圧が4.45Vに到達してから4.45Vの定電圧で2時間充電した後、0.2Cの定電流で3.0Vまで放電するという充放電サイクルを、3回繰り返すことによって、電池の初期充放電を行った。
上記初期充放電後、25℃に設定した恒温槽に上記電池を収容し、その電池を、1Cの定電流で充電して、電圧が4.35Vに到達してから4.35Vの定電圧で1時間充電した後、1Cの定電流で3.0Vまで放電するという充放電サイクルを、1200回繰り返すことによって、電池のサイクル試験を行った。
1サイクル目の放電容量(mAh)、600サイクル目の放電容量(mAh)、1200サイクル目の放電容量(mAh)を、1.0Cの定電流で放電するという条件で測定し、正極活物質の重量(g)で除した(mAh/g)。また、サイクル試験での電池の容量維持率(%)(1サイクル目の初期容量:100%)を算出した。
また、1サイクル目、600サイクル目、1200サイクル目の放電時初期10秒のIRドロップから、各サイクル目における電池抵抗(Ω)を測定した。
(3) Battery performance evaluation of lithium ion secondary battery (2)
The obtained coin-type lithium ion secondary battery is housed in a thermostatic chamber (manufactured by Futaba Kagaku Co., Ltd., trade name: PLM-73S) set at 25 ° C., and a charge / discharge device (manufactured by Asuka Electronics Co., Ltd., trade name: ACD-01) and allowed to stand for 16 hours. The battery was then charged at a constant current of 0.05C, charged for 2. hours at a constant voltage of 4.45V after the voltage reached 4.45V, and then 3.0V at a constant current of 0.2C. The battery was initially charged / discharged by repeating the charge / discharge cycle of discharging until 3 times.
After the initial charging / discharging, the battery is housed in a thermostat set at 25 ° C., and the battery is charged with a constant current of 1 C. After the voltage reaches 4.35 V, the battery is charged with a constant voltage of 4.35 V. A cycle test of the battery was performed by repeating a charge / discharge cycle of charging to 3.0 V at a constant current of 1 C after charging for 1 hour, 1200 times.
The discharge capacity (mAh) at the first cycle, the discharge capacity (mAh) at the 600th cycle, and the discharge capacity (mAh) at the 1200th cycle were measured under the condition of discharging at a constant current of 1.0 C. Divided by weight (g) (mAh / g). Further, the capacity retention rate (%) of the battery in the cycle test (initial capacity at the first cycle: 100%) was calculated.
In addition, the battery resistance (Ω) at each cycle was measured from the IR drop of the initial 10 seconds at the first cycle, 600th cycle and 1200th cycle.
(4)正極活物質の放電容量評価
得られたシート状リチウムイオン二次電池を、25℃に設定した恒温槽(二葉科学社製、商品名:PLM−73S)に収容し、充放電装置(アスカ電子(株)製、商品名:ACD−01)に接続し、16時間静置した。次いで、その電池を、0.05Cの定電流で充電して、電圧が4.45Vに到達してから4.45Vの定電圧で2時間充電した後、0.2Cの定電流で3.0Vまで放電するという充放電サイクルを、3回繰り返すことによって、電池の初期充放電を行った。
上記初期充放電後、0.05Cの定電流で充電して、電圧が4.45Vに到達してから4.45Vの定電圧で2時間充電した後、0.1Cの定電流で3.0Vまで放電し、放電開始から電池電圧が4.25Vまでの放電容量を確認した。なお、得られたシート状リチウムイオン二次電池は、負極に後述の炭素負極活物質を用いており、二次電池の電圧が4.25Vの場合に、リチウム基準の正極電位は4.3V(vsLi/Li+)であるとみなすことができる。
(4) Discharge capacity evaluation of positive electrode active material The obtained sheet-like lithium ion secondary battery was accommodated in the thermostat set to 25 degreeC (the Futaba Kagaku company make, brand name: PLM-73S), and charging / discharging apparatus ( The product was connected to Asuka Electronics Co., Ltd. (trade name: ACD-01) and allowed to stand for 16 hours. The battery was then charged at a constant current of 0.05C, charged for 2. hours at a constant voltage of 4.45V after the voltage reached 4.45V, and then 3.0V at a constant current of 0.2C. The battery was initially charged / discharged by repeating the charge / discharge cycle of discharging until 3 times.
After the initial charge / discharge, the battery is charged with a constant current of 0.05C, charged for 2. hours at a constant voltage of 4.45V after the voltage reaches 4.45V, and then charged with a constant current of 0.1C to 3.0V. The discharge capacity from the start of discharge to a battery voltage of 4.25 V was confirmed. The obtained sheet-like lithium ion secondary battery uses a later-described carbon negative electrode active material for the negative electrode. When the voltage of the secondary battery is 4.25 V, the lithium-based positive electrode potential is 4.3 V ( vsLi / Li + ).
(実施例1)
<化合物(A1)の合成>
ピロリン酸ナトリウム(H2Na2O7P2、Aldrich社製、商品名:P8135−500G)4.44gを180℃で真空乾燥させ、窒素置換した反応容器に投入し、さらにホルムアミド(Aldrich社製、商品名:221198−1L)10mLと、トリメチルシリルクロライド(東京化成工業株式会社製、商品名:C0306)9.56gとを投入し、混合物を、撹拌しながら室温で1時間反応させた。得られた反応物を、石油エーテルを用いて抽出し、40℃で石油エーテルを減圧除去することにより無色透明の液体7.83gを得た。以下に得られた液体の1H−NMR、31P−NMRの測定結果を示す。
1H−NMR:0.56ppmppm(m、36H)
31P−NMR:−30.40ppm(s、2P)、
上記NMRの結果から、化合物(A1)が下記式(2a)の構造であることを確認した。また、上記NMRより、2%のO=P(OSi(CH3)3)3が上記液体中に含まれており化合物(A1)の純度は98%であることがわかった。
<Synthesis of Compound (A1)>
4.44 g of sodium pyrophosphate (H 2 Na 2 O 7 P 2 , manufactured by Aldrich, trade name: P8135-500G) was vacuum-dried at 180 ° C., charged into a reaction vessel purged with nitrogen, and formamide (manufactured by Aldrich) , Trade name: 221198-1L) and 9.56 g of trimethylsilyl chloride (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., trade name: C0306) were added, and the mixture was reacted at room temperature for 1 hour with stirring. The obtained reaction product was extracted with petroleum ether, and petroleum ether was removed under reduced pressure at 40 ° C. to obtain 7.83 g of a colorless and transparent liquid. The measurement results of 1 H-NMR and 31 P-NMR of the obtained liquid are shown below.
1 H-NMR: 0.56 ppm ppm (m, 36H)
31 P-NMR: -30.40 ppm (s, 2P),
From the NMR results, it was confirmed that the compound (A1) had a structure represented by the following formula (2a). From the NMR, it was found that 2% O = P (OSi (CH 3 ) 3 ) 3 was contained in the liquid, and the purity of the compound (A1) was 98%.
<電解液の作製>
非水溶媒としてのエチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとを体積比1:2で混合したものに、リチウム塩としてのLiPF6を1mol/L含有させた溶液(9.80g)に、上記合成により得た化合物(A1)0.20gを含有させて、電解液を調製した。電解液中の化合物(A1)の含有量は2.0質量%であり、且つ電解液中のLiPF6の含有量は13質量%であった。
<Preparation of electrolyte>
A solution (9.80 g) containing 1 mol / L of LiPF 6 as a lithium salt in a mixture of ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate as a nonaqueous solvent in a volume ratio of 1: 2 was obtained by the above synthesis. An electrolyte solution was prepared by containing 0.20 g of the compound (A1). The content of the compound (A1) in the electrolytic solution was 2.0% by mass, and the content of LiPF 6 in the electrolytic solution was 13% by mass.
<正極シートの作製1>
正極活物質として粒子径7.9μm(D50)を有するリチウム・ニッケル・マンガン・コバルト混合酸化物(LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2)(式(4a))と、導電助剤としてカーボンブラック粉末(Timcal社製、商品名:SuperP Li)と、バインダーとしてPVDFとを、混合酸化物:導電助剤:バインダー=100:3.5:3の質量比で混合した。得られた混合物にN−メチル−2−ピロリドンを全体の固形分濃度が58質量%となるように投入し、混合物を更に混合して、スラリー状の溶液を調製した。このスラリー状の溶液を厚さ15μmの正極集電体としてのアルミニウム箔の両面に塗布し、溶剤を乾燥除去し、その後、塗布されたアルミニウム箔をロールプレスでプレスして、正極シートを得た。
<Preparation of positive electrode sheet 1>
Lithium / nickel / manganese / cobalt mixed oxide (LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 ) (formula (4a)) having a particle size of 7.9 μm (D50) as a positive electrode active material, Carbon black powder (manufactured by Timcal, trade name: SuperP Li) as an agent and PVDF as a binder were mixed at a mass ratio of mixed oxide: conductive auxiliary agent: binder = 100: 3.5: 3. N-methyl-2-pyrrolidone was added to the obtained mixture so that the total solid content concentration was 58% by mass, and the mixture was further mixed to prepare a slurry-like solution. This slurry solution was applied to both sides of an aluminum foil as a positive electrode current collector having a thickness of 15 μm, the solvent was removed by drying, and then the applied aluminum foil was pressed with a roll press to obtain a positive electrode sheet. .
<負極シートの作製1>
負極活物質として粒子径22μm(D50)の黒鉛粉末(日立化成社製、商品名:MAG)と、バインダー(日本ゼオン社製、商品名:BM400B)と、増粘剤としてカルボキシメチルセルロース(ダイセル社製、商品名:#2200)とを、黒鉛粉末:バインダー:増粘剤=100:1.5:1.1の質量比で、全体の固形分濃度が45質量%になるように混合して、スラリー状の溶液を調製した。このスラリー状の溶液を厚さ10μmの負極集電体としての銅箔の片面、及び両面に塗布し、溶剤を乾燥除去し、その後、塗布された銅箔をロールプレスでプレスして、負極シートを得た。
<Preparation 1 of negative electrode sheet>
Graphite powder (product name: MAG, manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd., product name: MAG) having a particle size of 22 μm (D50) as a negative electrode active material, carboxymethyl cellulose (product of Daicel Corp., manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd., product name: BM400B). , Trade name: # 2200) and graphite powder: binder: thickener = 100: 1.5: 1.1 in a mass ratio of 45% by mass of the total solid content, A slurry solution was prepared. The slurry solution is applied to one side and both sides of a copper foil as a negative electrode current collector having a thickness of 10 μm, the solvent is removed by drying, and then the applied copper foil is pressed with a roll press to form a negative electrode sheet Got.
<シート状リチウムイオン二次電池の作製1>
上述のようにして作製した正極シート及び負極シートを角型に打ち抜いて、正極及び負極を得た。得られた正極及び負極を、それぞれの活物質の対向面にポリエチレン製の微多孔膜からなるセパレータを挟みながら、片面塗工負極/両面塗工正極/両面塗工負極/両面塗工正極/片面塗工負極の順に積層した。次いで、得られた4対向積層体を、アルミニウム箔(厚さ40μm)の両面を樹脂層で被覆したラミネートフィルムからなる袋(電池外装)の内部に正負極の端子を突設させながら挿入した。その後、上述のようにして作製した電解液を0.8mL袋内に注入し、袋に真空封止を行うことによって、シート状リチウムイオン二次電池を作製した。
<Preparation 1 of sheet-like lithium ion secondary battery>
The positive electrode sheet and the negative electrode sheet produced as described above were punched into a square shape to obtain a positive electrode and a negative electrode. The obtained positive electrode and negative electrode are sandwiched with a separator made of a polyethylene microporous film between the opposing surfaces of the respective active materials, with a single-side coated negative electrode / double-sided coated positive electrode / double-sided coated negative electrode / double-sided coated positive electrode / single-sided. The layers were laminated in the order of the coated negative electrode. Next, the obtained 4 facing laminate was inserted while projecting positive and negative terminals inside a bag (battery exterior) made of a laminate film in which both surfaces of an aluminum foil (thickness 40 μm) were coated with a resin layer. Thereafter, the electrolytic solution prepared as described above was poured into a 0.8 mL bag, and the bag was vacuum-sealed to prepare a sheet-like lithium ion secondary battery.
実施例1のシート状リチウムイオン二次電池について、(2)に記載の方法で、サイクル試験を行ったところ、1サイクル目の放電容量は184mAh/gであり、100サイクル目、150サイクル目の放電容量は、それぞれ167mAh/g、156mAh/gと高く、また、1サイクル目の電池抵抗は0.33Ωであり、100サイクル目、150サイクル目の電池抵抗はそれぞれ、0.83Ω、1.04Ωと低い値を示した。電池性能評価の結果を表1に示す。
また、実施例1のシート状リチウムイオン二次電池について、(4)に記載の方法で、正極活物質の放電容量評価を行ったところ、16mAh/gであった。よって、実施例1のシート状リチウムイオン二次電池における正極活物質は、4.3V(vsLi/Li+)以上の電位で10mAh/g以上の放電容量を有することがわかった。正極活物質の放電容量評価の結果を表1に示す。
About the sheet-like lithium ion secondary battery of Example 1, when the cycle test was performed by the method as described in (2), the discharge capacity of the 1st cycle is 184 mAh / g, and the 100th cycle and the 150th cycle The discharge capacities are as high as 167 mAh / g and 156 mAh / g, respectively, and the battery resistance at the first cycle is 0.33Ω, and the battery resistances at the 100th and 150th cycles are 0.83Ω and 1.04Ω, respectively. And showed a low value. The results of battery performance evaluation are shown in Table 1.
Further, the discharge capacity of the positive electrode active material was evaluated for the sheet-like lithium ion secondary battery of Example 1 by the method described in (4), and the result was 16 mAh / g. Therefore, it was found that the positive electrode active material in the sheet-like lithium ion secondary battery of Example 1 had a discharge capacity of 10 mAh / g or more at a potential of 4.3 V (vsLi / Li + ) or more. Table 1 shows the results of the evaluation of the discharge capacity of the positive electrode active material.
(実施例2)
<化合物(A2)の合成>
トリリン酸ナトリウム(Na5O10P3、Aldrich社製、商品名:72061−100G)7.36gを130℃で真空乾燥させ、窒素置換した反応容器に投入し、さらにホルムアミド(Aldrich社製、商品名:221198−1L)10mLと、トリメチルシリルクロライド(東京化成工業株式会社製、商品名:C0306)12.0gとを投入し、混合物を、撹拌しながら室温で1時間反応させた。得られた反応物を、石油エーテルを用いて抽出し、その後、40℃で石油エーテルを減圧除去することにより無色透明の液体12.1gを得た(収率98%)。以下に得られた液体の1H−NMR、31P−NMRの測定結果を示す。
1H−NMR:0.53ppm(m、45H)
31P−NMR:−31.02ppm(d、2P)、−36.02ppm(m、1P)
上記NMRの結果から、化合物(A2)が下記式(3a)の構造であることを確認した。また、上記NMRより、上記液体中における化合物(A2)の純度は88%であることがわかった。
<Synthesis of Compound (A2)>
7.36 g of sodium triphosphate (Na 5 O 10 P 3 , manufactured by Aldrich, trade name: 72061-100G) was vacuum-dried at 130 ° C., charged into a reaction vessel purged with nitrogen, and formamide (produced by Aldrich, product) Name: 221981-1L) 10 mL and 12.0 g of trimethylsilyl chloride (trade name: C0306, manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) were added, and the mixture was reacted at room temperature for 1 hour with stirring. The obtained reaction product was extracted with petroleum ether, and then the petroleum ether was removed under reduced pressure at 40 ° C. to obtain 12.1 g of a colorless transparent liquid (yield 98%). The measurement results of 1 H-NMR and 31 P-NMR of the obtained liquid are shown below.
1 H-NMR: 0.53 ppm (m, 45H)
31 P-NMR: −31.02 ppm (d, 2P), −36.02 ppm (m, 1P)
From the NMR results, it was confirmed that the compound (A2) had a structure represented by the following formula (3a). From the NMR, it was found that the purity of the compound (A2) in the liquid was 88%.
<電解液の作製>
非水溶媒としてのエチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとを体積比1:2で混合したものに、リチウム塩としてのLiPF6を1mol/L含有させた溶液(9.80g)に、上記合成により得た化合物(A2)0.20gを含有させて、電解液を調製した。電解液中の化合物(A2)の含有量は2.0質量%であり、且つ電解液中のLiPF6の含有量は13質量%であった。
<Preparation of electrolyte>
A solution (9.80 g) containing 1 mol / L of LiPF 6 as a lithium salt in a mixture of ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate as a nonaqueous solvent in a volume ratio of 1: 2 was obtained by the above synthesis. An electrolyte solution was prepared by containing 0.20 g of the compound (A2). The content of the compound (A2) in the electrolytic solution was 2.0% by mass, and the content of LiPF 6 in the electrolytic solution was 13% by mass.
上記の点以外については実施例1と同様に、正極シートの作製、負極シートの作製、シート状リチウムイオン二次電池の作製を行った。 Except for the above points, in the same manner as in Example 1, a positive electrode sheet, a negative electrode sheet, and a sheet-like lithium ion secondary battery were manufactured.
実施例2のシート状リチウムイオン二次電池について、(2)に記載の方法で、サイクル試験を行ったところ、1サイクル目の放電容量は185mAh/gであり、100サイクル目、150サイクル目の放電容量は、それぞれ165mAh/g、154mAh/gと高く、また、1サイクル目の電池抵抗は0.3Ωであり、100サイクル目、150サイクル目の電池抵抗はそれぞれ、0.72Ω、0.82Ωと低い値を示した。電池性能評価の結果を表1に示す。
また、実施例2のシート状リチウムイオン二次電池について、(4)に記載の方法で、正極活物質の放電容量評価を行ったところ、16mAh/gであった。よって、実施例2のシート状リチウムイオン二次電池における正極活物質は、4.3V(vsLi/Li+)以上の電位で10mAh/g以上の放電容量を有することがわかった。正極活物質の放電容量評価の結果を表1に示す。
With respect to the sheet-like lithium ion secondary battery of Example 2, when the cycle test was performed by the method described in (2), the discharge capacity at the first cycle was 185 mAh / g, and at the 100th cycle and the 150th cycle. The discharge capacities are as high as 165 mAh / g and 154 mAh / g, respectively, the battery resistance at the first cycle is 0.3Ω, and the battery resistances at the 100th and 150th cycles are 0.72Ω and 0.82Ω, respectively. And showed a low value. The results of battery performance evaluation are shown in Table 1.
In addition, the discharge capacity of the positive electrode active material was evaluated for the sheet-like lithium ion secondary battery of Example 2 by the method described in (4), and the result was 16 mAh / g. Therefore, it was found that the positive electrode active material in the sheet-like lithium ion secondary battery of Example 2 had a discharge capacity of 10 mAh / g or more at a potential of 4.3 V (vsLi / Li + ) or more. Table 1 shows the results of the evaluation of the discharge capacity of the positive electrode active material.
(実施例3)
実施例1及び2の方法と同様な方法で、化合物(A1)及び化合物(A2)を合成した。
Example 3
Compound (A1) and compound (A2) were synthesized in the same manner as in Examples 1 and 2.
<電解液の作製>
非水溶媒としてのエチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとを体積比1:2で混合した混合溶媒にリチウム塩としてのLiPF6を1mol/L含有させた溶液(9.60g)に、上記合成により得た化合物(A1)0.20gと、上記合成により得た化合物(A2)0.20gとを含有させて、電解液を調製した。電解液中の化合物(A1)の含有量と化合物(A2)の含有量はそれぞれ2.0質量%であり、且つ電解液中のLiPF6の含有量は13質量%であった。
<Preparation of electrolyte>
A solution (9.60 g) containing 1 mol / L of LiPF 6 as a lithium salt in a mixed solvent obtained by mixing ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate as a nonaqueous solvent in a volume ratio of 1: 2 was obtained by the above synthesis. An electrolytic solution was prepared by containing 0.20 g of the compound (A1) and 0.20 g of the compound (A2) obtained by the above synthesis. The content of the compound (A1) and the content of the compound (A2) in the electrolytic solution were 2.0% by mass, respectively, and the content of LiPF 6 in the electrolytic solution was 13% by mass.
上記の点以外については実施例1と同様に、正極シートの作製、負極シートの作製、シート状リチウムイオン二次電池の作製を行った。 Except for the above points, in the same manner as in Example 1, a positive electrode sheet, a negative electrode sheet, and a sheet-like lithium ion secondary battery were manufactured.
実施例3のシート状リチウムイオン二次電池について、(2)に記載の方法で、サイクル試験を行ったところ、1サイクル目の放電容量は184mAh/gであり、100サイクル目、150サイクル目の放電容量は、それぞれ166mAh/g、155mAh/gと高く、また、1サイクル目の電池抵抗は0.31Ωであり、100サイクル目、150サイクル目の電池抵抗はそれぞれ、0.78Ω、0.92Ωと低い値を示した。電池性能評価の結果を表1に示す。
また、実施例3のシート状リチウムイオン二次電池について、(4)に記載の方法で、正極活物質の放電容量評価を行ったところ、16mAh/gであった。よって、実施例3のシート状リチウムイオン二次電池における正極活物質は、4.3V(vsLi/Li+)以上の電位で10mAh/g以上の放電容量を有することがわかった。正極活物質の放電容量評価の結果を表1に示す。
The sheet-like lithium ion secondary battery of Example 3 was subjected to a cycle test by the method described in (2). As a result, the first cycle discharge capacity was 184 mAh / g, and the 100th cycle and the 150th cycle The discharge capacities are as high as 166 mAh / g and 155 mAh / g, respectively, and the battery resistance at the first cycle is 0.31Ω, and the battery resistances at the 100th cycle and 150th cycle are 0.78Ω and 0.92Ω, respectively. And showed a low value. The results of battery performance evaluation are shown in Table 1.
Further, the discharge capacity of the positive electrode active material was evaluated for the sheet-like lithium ion secondary battery of Example 3 by the method described in (4), and the result was 16 mAh / g. Therefore, it was found that the positive electrode active material in the sheet-like lithium ion secondary battery of Example 3 had a discharge capacity of 10 mAh / g or more at a potential of 4.3 V (vsLi / Li + ) or more. Table 1 shows the results of the evaluation of the discharge capacity of the positive electrode active material.
(比較例1)
<電解液の作製>
非水溶媒としてのエチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとを体積比1:2で混合したものに、リチウム塩としてLiPF6を1mol/L含有させた溶液(10.00g)を電解液として用いた。電解液中のLiPF6の含有量は13質量%であった。比較例1では、化合物(A)を用いなかった。
(Comparative Example 1)
<Preparation of electrolyte>
A solution (10.00 g) containing 1 mol / L of LiPF 6 as a lithium salt in a mixture of ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate as a non-aqueous solvent in a volume ratio of 1: 2 was used as an electrolytic solution. The content of LiPF 6 in the electrolytic solution was 13% by mass. In Comparative Example 1, compound (A) was not used.
上記の点以外については実施例1と同様に、正極シートの作製、負極シートの作製、シート状リチウムイオン二次電池の作製を行った。 Except for the above points, in the same manner as in Example 1, a positive electrode sheet, a negative electrode sheet, and a sheet-like lithium ion secondary battery were manufactured.
比較例1のシート状リチウムイオン二次電池について、(2)に記載の方法で、サイクル試験を行ったところ、1サイクル目の放電容量は184mAh/gであり、100サイクル目、150サイクル目の放電容量はそれぞれ、144mAh/g、67mAh/gであり、また、1サイクル目の電池抵抗は0.32Ωであり、100サイクル目、150サイクル目の電池抵抗はそれぞれ、2.01Ω、3.34Ωであった。電池性能評価の結果を表1に示す。
また、比較例1のシート状リチウムイオン二次電池について、(4)に記載の方法で、正極活物質の放電容量評価を行ったところ、16mAh/gであった。よって、比較例1のシート状リチウムイオン二次電池における正極活物質は、4.3V(vsLi/Li+)以上の電位で10mAh/g以上の放電容量を有することがわかった。正極活物質の放電容量評価の結果を表1に示す。
About the sheet-like lithium ion secondary battery of Comparative Example 1, when the cycle test was performed by the method described in (2), the discharge capacity at the first cycle was 184 mAh / g, and the 100th cycle and the 150th cycle The discharge capacities are 144 mAh / g and 67 mAh / g, respectively, the battery resistance at the first cycle is 0.32Ω, and the battery resistances at the 100th and 150th cycles are 2.01Ω and 3.34Ω, respectively. Met. The results of battery performance evaluation are shown in Table 1.
Moreover, when the discharge capacity evaluation of the positive electrode active material was performed by the method described in (4) for the sheet-like lithium ion secondary battery of Comparative Example 1, it was 16 mAh / g. Therefore, it turned out that the positive electrode active material in the sheet-like lithium ion secondary battery of Comparative Example 1 has a discharge capacity of 10 mAh / g or more at a potential of 4.3 V (vsLi / Li + ) or more. Table 1 shows the results of the evaluation of the discharge capacity of the positive electrode active material.
(比較例2)
<電解液の作製>
非水溶媒としてのエチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとを体積比1:2で混合したものに、リチウム塩としてLiPF6を1mol/L含有させた溶液(9.80g)に、O=P(OSi(CH3)3)3(アルドリッチ社製、商品名:275794)0.20gを含有させて、電解液を調製した。電解液中のO=P(OSi(CH3)3)3の含有量は2.0質量%であり、且つ電解液中のLiPF6の含有量は13質量%であった。
(Comparative Example 2)
<Preparation of electrolyte>
To a solution (9.80 g) containing 1 mol / L of LiPF 6 as a lithium salt in a mixture of ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate as a non-aqueous solvent in a volume ratio of 1: 2, O═P (OSi ( An electrolyte solution was prepared by containing 0.20 g of CH 3 ) 3 ) 3 (manufactured by Aldrich, trade name: 275794). The content of O═P (OSi (CH 3 ) 3 ) 3 in the electrolytic solution was 2.0% by mass, and the content of LiPF 6 in the electrolytic solution was 13% by mass.
上記の点以外については実施例1と同様に、正極シートの作製、負極シートの作製、シート状リチウムイオン二次電池の作製を行った。 Except for the above points, in the same manner as in Example 1, a positive electrode sheet, a negative electrode sheet, and a sheet-like lithium ion secondary battery were manufactured.
比較例2のシート状リチウムイオン二次電池について、(2)に記載の方法で、サイクル試験を行ったところ、1サイクル目の放電容量は179mAh/gであり、100サイクル目、150サイクル目の放電容量はそれぞれ、162mAh/g、152mAh/gであり、また、1サイクル目の電池抵抗は0.40Ωであり、100サイクル目、150サイクル目の電池抵抗はそれぞれ、1.51Ω、1.65Ωであった。電池性能評価の結果を表1に示す。
また、比較例2のシート状リチウムイオン二次電池について、(4)に記載の方法で、正極活物質の放電容量評価を行ったところ、16mAh/gであった。よって、比較例2のシート状リチウムイオン二次電池における正極活物質は、4.3V(vsLi/Li+)以上の電位で10mAh/g以上の放電容量を有することがわかった。正極活物質の放電容量評価の結果を表1に示す。
The sheet-like lithium ion secondary battery of Comparative Example 2 was subjected to a cycle test by the method described in (2). As a result, the first cycle discharge capacity was 179 mAh / g, and the 100th cycle and the 150th cycle. The discharge capacities are 162 mAh / g and 152 mAh / g, respectively, the battery resistance at the first cycle is 0.40Ω, and the battery resistances at the 100th and 150th cycles are 1.51Ω and 1.65Ω, respectively. Met. The results of battery performance evaluation are shown in Table 1.
The discharge capacity of the positive electrode active material was evaluated by the method described in (4) for the sheet-like lithium ion secondary battery of Comparative Example 2, and the result was 16 mAh / g. Therefore, it turned out that the positive electrode active material in the sheet-like lithium ion secondary battery of Comparative Example 2 has a discharge capacity of 10 mAh / g or more at a potential of 4.3 V (vsLi / Li + ) or more. Table 1 shows the results of the evaluation of the discharge capacity of the positive electrode active material.
得られた結果を表1に示す。表1からもわかるように、化合物(A)を用いることによって、サイクル試験での容量維持率が改善されるだけでなく、サイクル試験での電池抵抗の増大も大幅に抑制されることがわかる。 The obtained results are shown in Table 1. As can be seen from Table 1, it can be seen that the use of the compound (A) not only improves the capacity retention rate in the cycle test, but also significantly suppresses the increase in battery resistance in the cycle test.
(実施例4)
<電解液の作製>
非水溶媒としてのエチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとを体積比1:2で混合したものに、リチウム塩としてのLiPF6を1mol/L含有させた溶液(9.95g)に、上記合成により得た化合物(A2)0.05gを含有させて、電解液を調製した。電解液中の化合物(A2)の含有量は0.5質量%であり、且つ電解液中のLiPF6の含有量は13質量%であった。
Example 4
<Preparation of electrolyte>
Obtained by the above synthesis into a solution (9.95 g) containing 1 mol / L of LiPF 6 as a lithium salt in a mixture of ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate as a non-aqueous solvent in a volume ratio of 1: 2. An electrolyte solution was prepared by containing 0.05 g of the compound (A2). The content of the compound (A2) in the electrolytic solution was 0.5% by mass, and the content of LiPF 6 in the electrolytic solution was 13% by mass.
<正極シートの作製2>
正極活物質としてLiCoO2(日本化学工業社製)と、導電助剤としてアセチレンブラックの粉末(電気化学工業社製)と、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン溶液(クレハ社製)とを、90:6:4の質量比で混合した。ここに、分散溶媒としてN−メチル−2−ピロリドンを固形分濃度が40質量%となるように添加してさらに混合して、スラリーを調製した。このスラリーを厚さ20μmのアルミニウム箔の片面に塗布し、溶剤を乾燥除去した後、ロールプレスで圧延することにより、正極シートを得た。
<Preparation 2 of positive electrode sheet>
90: 6: LiCoO 2 (manufactured by Nippon Kagaku Kogyo Co., Ltd.) as the positive electrode active material, acetylene black powder (manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.) as the conductive additive, and a polyvinylidene fluoride solution (manufactured by Kureha Co., Ltd.) as the binder. Mixed at a mass ratio of 4. A slurry was prepared by adding N-methyl-2-pyrrolidone as a dispersion solvent so that the solid concentration was 40% by mass and further mixing. The slurry was applied to one side of an aluminum foil having a thickness of 20 μm, and after removing the solvent by drying, the positive electrode sheet was obtained by rolling with a roll press.
<負極シートの作製2>
負極活物質としてグラファイト粉末(大阪ガスケミカル社製、商品名「OMAC1.2H/SS」)及び別のグラファイト粉末(TIMCAL社製、商品名「SFG6」)と、バインダーとしてスチレンブタジエンゴム(SBR)及びカルボキシメチルセルロース水溶液とを、90:10:1.5:1.8の質量比で混合した。得られた混合物を、固形分濃度が45質量%となるように、分散溶媒としての水に添加して、スラリーを調製した。このスラリーを厚さ18μmの銅箔の片面に塗布し、溶剤を乾燥除去した後、ロールプレスで圧延することにより、負極シートを得た。
<Preparation of negative electrode sheet 2>
Graphite powder (made by Osaka Gas Chemical Co., trade name “OMAC1.2H / SS”) and another graphite powder (made by TIMCAL, trade name “SFG6”) as a negative electrode active material, and styrene butadiene rubber (SBR) as a binder and The aqueous carboxymethyl cellulose solution was mixed at a mass ratio of 90: 10: 1.5: 1.8. The obtained mixture was added to water as a dispersion solvent so as to have a solid content concentration of 45% by mass to prepare a slurry. The slurry was applied to one side of a copper foil having a thickness of 18 μm, and after removing the solvent by drying, the negative electrode sheet was obtained by rolling with a roll press.
<リチウムイオン二次電池の作製2>
上述のようにして作製した正極シート及び負極シートを、それぞれ、直径16mmの円盤状に打ち抜いて正極及び負極を得た。得られた正極及び負極をポリプロピレン製の微多孔膜からなるセパレータ(膜厚25μm、空孔率50%、孔径0.1〜1μm)の両側に重ね合わせた積層体を、ステンレス製の円盤型電池ケース(外装体)に挿入した。次いで、そこに、下記実施例及び比較例にそれぞれ記載した電解液を0.2mL注入し、積層体を電解液に浸漬した後、電池ケースを密閉することにより、コイン型のリチウムイオン二次電池を作製した。
<Preparation of lithium ion secondary battery 2>
The positive electrode sheet and the negative electrode sheet prepared as described above were each punched into a disk shape having a diameter of 16 mm to obtain a positive electrode and a negative electrode. A laminated body in which the obtained positive electrode and negative electrode are superimposed on both sides of a separator (film thickness: 25 μm, porosity: 50%, pore diameter: 0.1 to 1 μm) made of a polypropylene microporous film is formed into a stainless steel disk type battery. Inserted into the case (exterior body). Next, 0.2 mL of the electrolytic solution described in each of the following Examples and Comparative Examples was injected therein, the laminate was immersed in the electrolytic solution, and then the battery case was sealed, thereby coin-type lithium ion secondary battery. Was made.
実施例4のコイン型リチウムイオン二次電池について、(3)に記載の方法で、サイクル試験を行ったところ、1サイクル目の放電容量は155mAh/gであり、600サイクル目、1200サイクル目の放電容量は、それぞれ111mAh/g、81mAh/gと高く、また、1サイクル目の電池抵抗は16Ωであり、600サイクル目、1200サイクル目の電池抵抗はそれぞれ、27Ω、47Ωと低い値を示した。電池性能評価の結果を表2に示す。 With respect to the coin-type lithium ion secondary battery of Example 4, when the cycle test was performed by the method described in (3), the discharge capacity at the first cycle was 155 mAh / g, and the 600th cycle and the 1200th cycle The discharge capacities were as high as 111 mAh / g and 81 mAh / g, respectively, the battery resistance in the first cycle was 16Ω, and the battery resistances in the 600th cycle and 1200th cycle were as low as 27Ω and 47Ω, respectively. . Table 2 shows the results of battery performance evaluation.
(比較例3)
比較例1と同様の電解液を調製し,それ以外については実施例4と同様に、正極シートの作製、負極シートの作製、コイン型リチウムイオン二次電池の作製を行った。
(Comparative Example 3)
An electrolyte solution similar to that of Comparative Example 1 was prepared, and other than that, a positive electrode sheet, a negative electrode sheet, and a coin-type lithium ion secondary battery were manufactured in the same manner as in Example 4.
比較例3のコイン型リチウムイオン二次電池について、(3)に記載の方法で、サイクル試験を行ったところ、1サイクル目の放電容量は159mAh/gであり、600サイクル目、1200サイクル目の放電容量は、それぞれ106mAh/g、45mAh/gであった。また、1サイクル目の電池抵抗は13Ωであり、600サイクル目、1200サイクル目の電池抵抗はそれぞれ、31Ω、71Ωであった。電池性能評価の結果を表2に示す。 With respect to the coin-type lithium ion secondary battery of Comparative Example 3, when the cycle test was performed by the method described in (3), the first cycle discharge capacity was 159 mAh / g, and the 600th cycle and the 1200th cycle The discharge capacities were 106 mAh / g and 45 mAh / g, respectively. The battery resistance at the first cycle was 13Ω, and the battery resistances at the 600th cycle and 1200th cycle were 31Ω and 71Ω, respectively. Table 2 shows the results of battery performance evaluation.
得られた結果を表2に示す。表2からもわかるように、化合物(A)を用いることによって、サイクル試験での容量維持率が改善されるだけでなく、サイクル試験での電池抵抗の増大も大幅に抑制されることがわかる。 The obtained results are shown in Table 2. As can be seen from Table 2, it can be seen that the use of the compound (A) not only improves the capacity retention rate in the cycle test, but also significantly suppresses the increase in battery resistance in the cycle test.
本発明によれば、高電圧で作動し、且つ、サイクル寿命の低下、及びサイクル時の抵抗の増大を抑制することが可能なリチウムイオン二次電池、そのようなリチウムイオン二次電池を与えることのできる、化合物、非水蓄電デバイス用電解液添加剤、非水蓄電デバイス用電解液を提供することができる。
本発明の非水蓄電デバイス用電解液添加剤、非水蓄電デバイス用電解液、リチウムイオン二次電池は、各種民生用機器用電源、自動車用電源の分野において産業上の利用可能性を有する。
According to the present invention, a lithium ion secondary battery that operates at a high voltage and can suppress a decrease in cycle life and an increase in resistance during the cycle, and such a lithium ion secondary battery are provided. The compound, the electrolyte solution additive for non-aqueous electricity storage devices, and the electrolyte solution for non-aqueous electricity storage devices can be provided.
The electrolyte solution additive for non-aqueous electricity storage devices, the electrolyte solution for non-aqueous electricity storage devices, and the lithium ion secondary battery of the present invention have industrial applicability in the fields of various consumer equipment power supplies and automotive power supplies.
100:リチウムイオン二次電池、110:セパレータ、120:正極活物質含有層、130:負極活物質含有層、140:正極集電体、150:負極集電体、160:電池外装、200:正極、300:負極 100: lithium ion secondary battery, 110: separator, 120: positive electrode active material-containing layer, 130: negative electrode active material-containing layer, 140: positive electrode current collector, 150: negative electrode current collector, 160: battery exterior, 200: positive electrode , 300: negative electrode
Claims (13)
SiRa3 (5)
(上記式(5)中、Raは、各々独立に、置換されていてもよい炭素数1〜20の炭化水素基を示す。) The electrolyte solution additive for nonaqueous energy storage devices according to any one of claims 1 to 3, wherein R is represented by the following formula (5).
SiRa 3 (5)
(In the formula (5), each Ra independently represents an optionally substituted hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms.)
前記鎖状カーボネートが、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、及びエチルメチルカーボネートからなる群より選ばれる1種以上を含む、請求項8に記載の非水蓄電デバイス用電解液。 The cyclic carbonate includes one or more selected from the group consisting of ethylene carbonate and propylene carbonate,
The electrolyte solution for a non-aqueous electricity storage device according to claim 8, wherein the chain carbonate includes one or more selected from the group consisting of dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate.
負極活物質を含有する負極と、
請求項6〜9のいずれかに記載の電解液と、
を備えることを特徴とする、リチウムイオン二次電池。 A positive electrode containing a positive electrode active material;
A negative electrode containing a negative electrode active material;
The electrolyte solution according to any one of claims 6 to 9,
A lithium ion secondary battery comprising:
LiMn2−xMaxO4 (6)
(上記式(6)中、Maは遷移金属からなる群より選ばれる1種以上を示し、xは0.2≦x≦0.7である。)
LiMeO2 (7)
(上記式(7)中、Meは遷移金属からなる群より選ばれる1種以上を示す。)
zLi2McO3−(1−z)LiMdO2 (8)
(上記式(8)中、Mc及びMdは、各々独立に、遷移金属からなる群より選ばれる1種以上を示し、zは0.1≦z≦0.9である。)
LiMb1−yFeyPO4 (9)
(上記式(9)中、Mbは、Mn及びCoからなる群より選ばれる1種以上を示し、yは0≦y≦0.9である。)
Li2MfPO4F (10)
(上記式(10)中、Mfは遷移金属からなる群より選ばれる1種以上を示す。) The positive electrode active material is an oxide represented by formula (6), an oxide represented by formula (7), a complex oxide represented by formula (8), a compound represented by formula (9), The lithium ion secondary battery of Claim 10 or 11 containing 1 or more types chosen from the group which consists of and the compound represented by Formula (10).
LiMn 2-x Ma x O 4 (6)
(In the above formula (6), Ma represents one or more selected from the group consisting of transition metals, and x is 0.2 ≦ x ≦ 0.7.)
LiMeO 2 (7)
(In the above formula (7), Me represents one or more selected from the group consisting of transition metals.)
zLi 2 McO 3 - (1- z) LiMdO 2 (8)
(In the above formula (8), Mc and Md each independently represent one or more selected from the group consisting of transition metals, and z is 0.1 ≦ z ≦ 0.9.)
LiMb 1-y Fe y PO 4 (9)
(In the above formula (9), Mb represents one or more selected from the group consisting of Mn and Co, and y is 0 ≦ y ≦ 0.9.)
Li 2 MfPO 4 F (10)
(In the above formula (10), Mf represents one or more selected from the group consisting of transition metals.)
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