JP2016222641A - Lithium salt compound, and nonaqueous electrolyte, lithium ion secondary battery, and lithium ion capacitor using the lithium salt compound - Google Patents

Lithium salt compound, and nonaqueous electrolyte, lithium ion secondary battery, and lithium ion capacitor using the lithium salt compound Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a new lithium salt compound, a nonaqueous electrolyte excellent in high temperature cycle characteristics and output characteristics after a high temperature cycle and capable of suppressing metal elution from a positive electrode and the like, and a lithium ion secondary battery and a lithium ion capacitor using the nonaqueous electrolyte.SOLUTION: (1) A lithium salt compound consists of a difluorophosphate anion and a lithium cation having, as a ligand, one or more ether compounds selected from 2,5,8,11-tetraoxadodecane and 2,5,8,11,14-pentaoxapentadecane. (2) A nonaqueous electrolyte, in which an electrolyte salt is dissolved in a nonaqueous solvent, contains the lithium salt compound. (3) A lithium ion secondary battery uses the lithium salt compound. (4) A lithium ion capacitor uses the lithium salt compound. (5) A production method of the lithium salt compound includes bringing the ether compound into contact with a lithium difluorophosphate.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、新規なリチウム塩化合物、それを用いた非水電解液、並びにその非水電解液を用いた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に関する。   The present invention relates to a novel lithium salt compound, a nonaqueous electrolytic solution using the same, a lithium ion secondary battery and a lithium ion capacitor using the nonaqueous electrolytic solution.

近年、電気自動車やハイブリッドカー等の自動車用電源、アイドリングストップ用の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注目されている。
リチウム二次電池の電解液としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等の環状カーボネートと、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート等の鎖状カーボネートに、LiPF、LiBF等の電解質を溶解させた非水電解液が用いられている。
こうしたリチウム二次電池の負荷特性、サイクル特性等の電池特性を改良するために、これらの非水電解液に用いられる非水系溶媒や電解質塩について種々の検討がなされている。
In recent years, power sources for automobiles such as electric cars and hybrid cars, lithium ion secondary batteries and lithium ion capacitors for idling stop have been attracting attention.
As an electrolyte for a lithium secondary battery, a non-aqueous solution in which an electrolyte such as LiPF 6 or LiBF 4 is dissolved in a cyclic carbonate such as ethylene carbonate or propylene carbonate and a chain carbonate such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, or ethyl methyl carbonate. A water electrolyte is used.
In order to improve battery characteristics such as load characteristics and cycle characteristics of such lithium secondary batteries, various studies have been made on non-aqueous solvents and electrolyte salts used in these non-aqueous electrolytes.

非特許文献1には、特定の構造のエーテル化合物を配位子として有する錯塩が提案されており、難揮発性を示すことが報告されており、当該エーテル錯塩を電解液とし利用することも提案されている。
特許文献1には、トリエチレングリコールジメチルエーテルやテトラエチレングリコールジメチルエーテル等のグライムと、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(LiTFSI)等のアルカリ金属塩との錯体電解質を用いる電解液及び二次電池が開示されており、熱安定性が高いと記載されている。
特許文献2には、ジフルオロリン酸リチウムを含有する非水電解液を用いた非水電解液二次電池が開示されており、保存特性が改善することが記載されている。
Non-Patent Document 1 proposes a complex salt having an ether compound having a specific structure as a ligand, and reports that it exhibits poor volatility, and also proposes to use the ether complex salt as an electrolyte. Has been.
Patent Document 1 discloses an electrolytic solution and a secondary battery using a complex electrolyte of glyme such as triethylene glycol dimethyl ether or tetraethylene glycol dimethyl ether and an alkali metal salt such as lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (LiTFSI). It is described that the thermal stability is high.
Patent Document 2 discloses a non-aqueous electrolyte secondary battery using a non-aqueous electrolyte containing lithium difluorophosphate, and describes that storage characteristics are improved.

特許文献3には、ジメトキシエタン、ジエトキシエタン、アセトニトリル等の25℃で液体であり、誘電率が5以上、粘性率が0.6cP以下のヘテロ元素を含む骨格を有する化合物と、ジフルオロリン酸リチウム(LiPO)を含有する電解液が、高温保存時における電池特性の劣化を抑制すると記載されている。
特許文献4には、ジフルオロリン酸リチウムを含む非水電解液が開示されており、その実施例3には、ジフルオロリン酸リチウムを4.6質量%添加した例が記載されている。
Patent Document 3 discloses a compound having a skeleton containing a heteroelement having a dielectric constant of 5 or more and a viscosity of 0.6 cP or less, such as dimethoxyethane, diethoxyethane, acetonitrile, and the like, and difluorophosphoric acid It is described that an electrolytic solution containing lithium (LiPO 2 F 2 ) suppresses deterioration of battery characteristics during high-temperature storage.
Patent Document 4 discloses a nonaqueous electrolytic solution containing lithium difluorophosphate, and Example 3 describes an example in which 4.6% by mass of lithium difluorophosphate is added.

特開2010−73489号JP 2010-73489 A 特開平11−067270号Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-067270 特開2008−277002号JP 2008-277002 A 特開2008−222484号JP 2008-222484 A

Journal of Chemical Physics, vol.117, 5929(2002)Journal of Chemical Physics, vol.117, 5929 (2002)

本発明は、新規なリチウム塩化合物、それを用いた高温サイクル特性及び高温サイクル後の出力特性に優れ、正極等からの金属溶出を抑制できる非水電解液、並びにその非水電解液を用いた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を提供することを課題とする。   The present invention uses a novel lithium salt compound, a non-aqueous electrolyte that is excellent in high-temperature cycle characteristics using the same, and output characteristics after a high-temperature cycle, and can suppress metal elution from the positive electrode, and the non-aqueous electrolyte. An object is to provide a lithium ion secondary battery and a lithium ion capacitor.

本発明者らは、上記従来技術の非水電解液の性能について詳細に検討した。その結果、特許文献1のグライム溶媒とアルカリ金属塩のみからなる非水電解液二次電池では、難揮発性のため安全性はある程度向上させることはできるものの、環状カーボネートと鎖状カーボネートに、LiPF、LiBF等の電解質を溶解させた非水電解液と比較して、電解液の粘性が非常に高くサイクル特性を向上させるという課題に対しては、殆ど効果が発揮できないことが判明した。
また、トリエチレングリコールジメチルエーテル(2,5,8,11−テトラオキサドデカン)やテトラエチレングリコールジメチルエーテル(2,5,8,11,14−ペンタオキサペンタデカン)と、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド〔(CF3SO2)2NLi:LiTFSI〕とを等モル混合した錯体塩を、LiPF、環状カーボネート及び鎖状カーボネートからなる非水電解液に添加して得た非水電解液においても、グライム溶媒とアルカリ金属塩のみからなる非水電解液よりも電解液の粘性は下がるが、サイクル特性及びサイクル後の出力特性を向上させるという課題に対しては殆ど効果が発揮できないことが判明した。
また、特許文献1には、グライムのエーテル構造の酸素部分がアルカリ金属イオンに1:1で配位し、電解液中の少なくとも一部に錯体が形成されると記載されているが、リチウム塩としてジフルオロリン酸リチウムを用いることについての記載は全くない。
The present inventors have examined in detail the performance of the above-described prior art non-aqueous electrolyte. As a result, in the non-aqueous electrolyte secondary battery consisting only of the glyme solvent and the alkali metal salt of Patent Document 1, the safety can be improved to some extent because of its low volatility, but LiPF is added to the cyclic carbonate and the chain carbonate. 6. Compared to non-aqueous electrolytes in which an electrolyte such as LiBF 4 is dissolved, it has been found that the effect of the electrolyte solution is extremely high and the effect of improving the cycle characteristics is hardly exhibited.
Further, triethylene glycol dimethyl ether (2,5,8,11-tetraoxadodecane) or tetraethylene glycol dimethyl ether (2,5,8,11,14-pentaoxapentadecane) and lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide [ Even in a non-aqueous electrolyte obtained by adding a complex salt obtained by mixing equimolar amounts of (CF 3 SO 2) 2 NLi: LiTFSI] to a non-aqueous electrolyte composed of LiPF 6 , a cyclic carbonate and a chain carbonate, a glyme solvent and an alkali metal Although the viscosity of the electrolytic solution is lower than that of a non-aqueous electrolytic solution composed only of salt, it has been found that the effect is hardly exerted on the problem of improving the cycle characteristics and the output characteristics after the cycle.
Patent Document 1 describes that the oxygen portion of the ether structure of glyme is coordinated 1: 1 with an alkali metal ion, and a complex is formed in at least a part of the electrolytic solution. No mention is made of using lithium difluorophosphate as

特許文献2の非水電解液二次電池では、高温サイクル特性を向上させ、正極からの金属イオンの溶出を抑制するという点については満足できるものではなかった。また、特許文献2には、ジフルオロリン酸リチウムとエーテル化合物の組み合わせについては、全く記載がない。   The nonaqueous electrolyte secondary battery of Patent Document 2 is not satisfactory in terms of improving high-temperature cycle characteristics and suppressing elution of metal ions from the positive electrode. Patent Document 2 does not describe any combination of lithium difluorophosphate and an ether compound.

特許文献3では、ジフルオロリン酸リチウムと短鎖のジメトキシエタン等を混合しているが、好適な混合割合についての記載もなく、単に電解液の粘度を下げるために添加しているに過ぎない。
特許文献4の実施例3では、環状カーボネートと鎖状カーボネートを含む非水電解液中にジフルオロリン酸リチウム4.6質量%を添加している。しかし、これではジフルオロリン酸リチウムを均一に完全溶解させることはできない。
In Patent Document 3, lithium difluorophosphate, short-chain dimethoxyethane, and the like are mixed, but there is no description about a suitable mixing ratio, and it is merely added to lower the viscosity of the electrolytic solution.
In Example 3 of Patent Document 4, 4.6% by mass of lithium difluorophosphate is added to a nonaqueous electrolytic solution containing a cyclic carbonate and a chain carbonate. However, this cannot completely dissolve lithium difluorophosphate uniformly.

上記現状を踏まえ、本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、上記ジフルオロリン酸リチウムを、新規な錯体である本発明のリチウム塩化合物にすることにより、ジフルオロリン酸リチウムよりも電解液に格段に溶解性が高い化合物を見出した。
また、比較的長鎖のエーテル化合物である、2,5,8,11−テトラオキサドデカン及び2,5,8,11,14−ペンタオキサペンタデカンから選ばれる1種以上のエーテル化合物を配位子としたリチウムカチオンと、ジフルオロリン酸アニオンからなる本発明のリチウム塩化合物を非水電解液中に含有させることにより、高温サイクル特性及び高温サイクル後の出力特性に優れ、正極等からの金属溶出を抑制できることを見出し、本発明を完成した。
Based on the above-mentioned present situation, the present inventors have made extensive studies to solve the above problems, and as a result, the lithium difluorophosphate is converted into a lithium salt compound of the present invention which is a novel complex, thereby obtaining difluorophosphorus. The present inventors have found a compound having significantly higher solubility in an electrolytic solution than lithium acid.
Also, one or more ether compounds selected from 2,5,8,11-tetraoxadodecane and 2,5,8,11,14-pentaoxapentadecane, which are relatively long chain ether compounds, are ligands. By incorporating the lithium salt compound of the present invention consisting of the lithium cation and the difluorophosphate anion into the non-aqueous electrolyte, it has excellent high-temperature cycle characteristics and output characteristics after high-temperature cycle, and elution of metals from the positive electrode, etc. The present invention has been completed by finding that it can be suppressed.

すなわち本発明は、下記の(1)〜(5)を提供するものである。
(1)2,5,8,11−テトラオキサドデカン及び2,5,8,11,14−ペンタオキサペンタデカンから選ばれる1種以上のエーテル化合物を配位子としたリチウムカチオンと、ジフルオロリン酸アニオンとからなるリチウム塩化合物。
(2)非水溶媒に電解質塩が溶解されている非水電解液において、非水電解液中に前記(1)に記載のリチウム塩化合物を含有することを特徴とする非水電解液。
(3)前記(1)に記載のリチウム塩化合物を用いることを特徴とするリチウムイオン二次電池
(4)前記(1)に記載のリチウム塩化合物を用いることを特徴とするリチウムイオンキャパシタ。
(5)2,5,8,11−テトラオキサドデカン及び2,5,8,11,14−ペンタオキサペンタデカンから選ばれる1種以上のエーテル化合物とジフルオロリン酸リチウムとを接触させる前記(1)に記載のリチウム塩化合物の製造方法。
That is, the present invention provides the following (1) to (5).
(1) a lithium cation having at least one ether compound selected from 2,5,8,11-tetraoxadodecane and 2,5,8,11,14-pentaoxapentadecane as a ligand, and difluorophosphoric acid A lithium salt compound comprising an anion.
(2) A nonaqueous electrolytic solution in which an electrolyte salt is dissolved in a nonaqueous solvent, wherein the lithium salt compound according to (1) is contained in the nonaqueous electrolytic solution.
(3) A lithium ion secondary battery using the lithium salt compound described in (1) above (4) A lithium ion capacitor using the lithium salt compound described in (1) above.
(5) contacting the lithium difluorophosphate with at least one ether compound selected from 2,5,8,11-tetraoxadodecane and 2,5,8,11,14-pentaoxapentadecane (1) The manufacturing method of lithium salt compound as described in 2.

本発明によれば、新規なリチウム塩化合物、それを用いた高温サイクル特性及び高温サイクル後の出力特性に優れ、正極等からの金属溶出を抑制できる非水電解液、並びにその非水電解液を用いた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を提供することができる。   According to the present invention, a novel lithium salt compound, a high-temperature cycle characteristic using the same and an output characteristic after a high-temperature cycle, a non-aqueous electrolyte solution capable of suppressing metal elution from a positive electrode, and the non-aqueous electrolyte solution are provided. The used lithium ion secondary battery and lithium ion capacitor can be provided.

〔リチウム塩化合物〕
本発明のリチウム塩化合物は、2,5,8,11−テトラオキサドデカン(以下、「TOD」ともいう)及び2,5,8,11,14−ペンタオキサペンタデカン(以下、「POP」ともいう)から選ばれる1種以上のエーテル化合物を配位子としたリチウムカチオン(A)(以下、単に「リチウムカチオン(A)」ともいう)と、ジフルオロリン酸アニオン〔(PO〕とからなる。
本発明のリチウム塩化合物は、代表的には下記一般式(1)又は(2)で表される。また、リチウムカチオン(A)は、一般式(1)又は(2)の左部分で表される。
[Lithium salt compound]
The lithium salt compound of the present invention is 2,5,8,11-tetraoxadodecane (hereinafter also referred to as “TOD”) and 2,5,8,11,14-pentaoxapentadecane (hereinafter also referred to as “POP”). Lithium cation (A) (hereinafter also referred to simply as “lithium cation (A)”) having at least one ether compound selected from the group consisting of a difluorophosphate anion [(PO 2 F 2 ) ] It consists of.
The lithium salt compound of the present invention is typically represented by the following general formula (1) or (2). The lithium cation (A) is represented by the left part of the general formula (1) or (2).

[Li(TOD)]2+[(PO (1)
[Li(POP)]2+[(PO (2)
[Li 2 (TOD)] 2+ [(PO 2 F 2 ) ] 2 (1)
[Li 2 (POP)] 2+ [(PO 2 F 2 ) ] 2 (2)

本発明のリチウム塩化合物は、TOD及びPOPから選ばれる1種以上のエーテル化合物を配位子としたリチウムカチオン(A)と、ジフルオロリン酸アニオンとからなるため、リチウムイオンに配位していないエーテル化合物を含む錯体、例えば、特許文献1に記載のリチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド−TOD錯体や、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド−POP錯体と比較して電気化学的に分解しにくいという特性を有する。
また、用いるエーテル化合物が、ジメトキシエタンやジエトキシエタンのような短鎖のエーテル化合物であると、本発明のリチウム塩化合物のような効果は発現しない。
リチウムカチオン(A)における、エーテル化合物(配位子:TOD及び/又はPOP)のリチウムイオン(Li)に対するモル比は、好ましくは0.1〜0.7、より好ましくは0.15〜0.6、更に好ましくは0.25〜0.55であり、0.5であることが最も好ましい。
Since the lithium salt compound of the present invention comprises a lithium cation (A) having at least one ether compound selected from TOD and POP as a ligand and a difluorophosphate anion, it is not coordinated to a lithium ion. Complexes containing ether compounds, such as lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide-TOD complex described in Patent Document 1, and lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide-POP complex are less likely to be electrochemically decomposed. Has characteristics.
In addition, when the ether compound used is a short-chain ether compound such as dimethoxyethane or diethoxyethane, the effect of the lithium salt compound of the present invention is not exhibited.
The molar ratio of the ether compound (ligand: TOD and / or POP) to the lithium ion (Li + ) in the lithium cation (A) is preferably 0.1 to 0.7, more preferably 0.15 to 0. .6, more preferably 0.25 to 0.55, and most preferably 0.5.

〔リチウム塩化合物の製造方法〕
本発明のリチウム塩化合物の製造方法は、2,5,8,11−テトラオキサドデカン(TOD)及び2,5,8,11,14−ペンタオキサペンタデカン(POP)から選ばれる1種以上のエーテル化合物とジフルオロリン酸リチウムとを接触させることを特徴とする。
エーテル化合物(TOD及び/又はPOP)とジフルオロリン酸リチウムとの接触は、両者を混合して、攪拌しながら反応させる等の方法によって行うことができる。
本発明の製造方法では、反応溶媒を用いることなく反応を行うことができる。このため、工業的に有利かつ効率的にリチウム塩化合物を製造することができる。
[Method for producing lithium salt compound]
The method for producing the lithium salt compound of the present invention comprises one or more ethers selected from 2,5,8,11-tetraoxadodecane (TOD) and 2,5,8,11,14-pentaoxapentadecane (POP). It is characterized by contacting the compound with lithium difluorophosphate.
The contact between the ether compound (TOD and / or POP) and lithium difluorophosphate can be performed by a method of mixing the two and reacting them while stirring.
In the production method of the present invention, the reaction can be carried out without using a reaction solvent. For this reason, a lithium salt compound can be manufactured industrially advantageous and efficiently.

上記反応において、配位子であるエーテル化合物(TOD及び/又はPOP)のリチウムイオン(Li)に対するモル比は、好ましくは0.3〜5、より好ましくは0.4〜3、更に好ましくは0.45〜2、特に好ましくは0.45〜1.5である。
このようなモル比で反応させることで、TOD及び/又はPOPとジフルオロリン酸リチウムとを容易に反応させることができ、また、目的物であるリチウム塩化合物の純度を高めることができる。
前記エーテル化合物とジフルオロリン酸リチウムとの接触温度(反応温度)は、生成するリチウム塩化合物の分解を抑制する観点から、反応が進行する範囲で温度は低いことが好ましい。具体的には、−30〜80℃が好ましく、−28〜50℃がより好ましく、−25〜20℃が更に好ましく、−24〜10℃が特に好ましい。
反応圧力は特に制限されないが、常圧(大気圧)から1MPaであることが好ましく、常圧(大気圧)から0.3MPaであることがより好ましい。
反応時間も特に制限はないが、通常、1時間〜5日間であり、好ましくは2時間〜4日間、より好ましくは3時間〜3日間である。
In the above reaction, the molar ratio of the ether compound (TOD and / or POP) as a ligand to the lithium ion (Li + ) is preferably 0.3 to 5, more preferably 0.4 to 3, and still more preferably. 0.45 to 2, particularly preferably 0.45 to 1.5.
By reacting at such a molar ratio, TOD and / or POP and lithium difluorophosphate can be easily reacted, and the purity of the target lithium salt compound can be increased.
The contact temperature (reaction temperature) between the ether compound and lithium difluorophosphate is preferably low in the range in which the reaction proceeds from the viewpoint of suppressing the decomposition of the lithium salt compound to be produced. Specifically, −30 to 80 ° C. is preferable, −28 to 50 ° C. is more preferable, −25 to 20 ° C. is further preferable, and −24 to 10 ° C. is particularly preferable.
The reaction pressure is not particularly limited, but is preferably from normal pressure (atmospheric pressure) to 1 MPa, more preferably from normal pressure (atmospheric pressure) to 0.3 MPa.
The reaction time is not particularly limited, but is usually 1 hour to 5 days, preferably 2 hours to 4 days, and more preferably 3 hours to 3 days.

得られたリチウム塩化合物は、必要に応じて、tert−ブチルメチルエーテル等のエーテル溶媒等で洗浄した後、室温で真空乾燥する等して、固体として単離することができる。
また、メチルエチルカーボネート、ジメチルカーボネート等の電解液成分となる有機溶媒を加え、固体として単離せずに、そのままリチウムイオン二次電池やリチウムイオンキャパシタ等に用いる非水電解液として利用することもできる。
本発明の製造方法によって得られるリチウム塩化合物は、プロトン核磁気共鳴スペクトル(H−NMR)、フッ素の核磁気共鳴スペクトル(19F−NMR)、元素分析等により、その構造を確認することができる。
The obtained lithium salt compound can be isolated as a solid by washing with an ether solvent such as tert-butyl methyl ether, if necessary, followed by vacuum drying at room temperature.
Moreover, it can also be used as a non-aqueous electrolyte for use in lithium ion secondary batteries, lithium ion capacitors, etc. without adding an organic solvent as an electrolyte solution component such as methyl ethyl carbonate and dimethyl carbonate and isolating it as a solid. .
The structure of the lithium salt compound obtained by the production method of the present invention can be confirmed by proton nuclear magnetic resonance spectrum ( 1 H-NMR), fluorine nuclear magnetic resonance spectrum ( 19 F-NMR), elemental analysis, etc. it can.

〔非水電解液〕
本発明の非水電解液は、非水溶媒に電解質塩が溶解されている非水電解液において、2,5,8,11−テトラオキサドデカン(TOD)及び2,5,8,11,14−ペンタオキサペンタデカン(POP)から選ばれる1種以上のエーテル化合物を配位子としたリチウムカチオンと、ジフルオロリン酸アニオンとからなるリチウム塩化合物を含有することを特徴とする。
[Non-aqueous electrolyte]
The non-aqueous electrolyte solution of the present invention is a non-aqueous electrolyte solution in which an electrolyte salt is dissolved in a non-aqueous solvent. 2,5,8,11-tetraoxadodecane (TOD) and 2,5,8,11,14 -A lithium salt compound comprising a lithium cation having at least one ether compound selected from pentaoxapentadecane (POP) as a ligand and a difluorophosphate anion is characterized.

本発明の非水電解液が、高温サイクル特性及び高温サイクル後の出力特性に優れ、正極等からの金属溶出を抑制できる理由は必ずしも明らかではないが、以下のように考えられる。
本発明の非水電解液に含まれる化合物は、上記のとおり、TOD及びPOPから選ばれる1種以上のエーテル化合物を配位子としたリチウムカチオン(A)と、ジフルオロリン酸アニオン〔(PO〕とからなるリチウム塩化合物である。ここで、リチウムカチオン(A)はリチウムイオンに配位していないエーテル化合物と比較して電気化学的に分解しにくく、サイクル特性を向上させることができると考えられる。またジフルオロリン酸アニオンは電極上の活性点に素早く反応するため、リチウムイオンの透過を妨げない強固な電極被膜(Solid Electrolyte Interphase:SEI膜)を形成する。このため、ジフルオロリン酸アニオンではないビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドイオン〔(CF3SO2)2N〕等では、高温サイクル特性及び高温サイクル後の出力特性の向上効果が得られないが、本発明のリチウムカチオン(A)と、ジフルオロリン酸アニオン〔(PO〕とからなるリチウム塩化合物では、優れた高温サイクル特性及び高温サイクル後の出力特性を発現することができると考えられる。
The reason why the nonaqueous electrolytic solution of the present invention is excellent in high-temperature cycle characteristics and output characteristics after high-temperature cycles and can suppress metal elution from the positive electrode or the like is not necessarily clear, but is considered as follows.
As described above, the compound contained in the nonaqueous electrolytic solution of the present invention includes a lithium cation (A) having at least one ether compound selected from TOD and POP as a ligand, and a difluorophosphate anion [(PO 2 F 2 ) ]. Here, it is considered that the lithium cation (A) is not easily decomposed electrochemically as compared with the ether compound not coordinated to the lithium ion, and the cycle characteristics can be improved. In addition, since the difluorophosphate anion reacts quickly with the active sites on the electrode, it forms a strong electrode film (Solid Electrolyte Interphase: SEI film) that does not prevent the permeation of lithium ions. For this reason, bis (trifluoromethanesulfonyl) imide ion [(CF3SO2) 2N ], which is not a difluorophosphate anion, does not provide an effect of improving high-temperature cycle characteristics and output characteristics after high-temperature cycles. The lithium salt compound comprising (A) and the difluorophosphate anion [(PO 2 F 2 ) ] is considered to be able to exhibit excellent high temperature cycle characteristics and output characteristics after high temperature cycles.

本発明の非水電解液において、非水電解液に含有される前記リチウムカチオン(A)と、ジフルオロリン酸アニオンとからなるリチウム塩化合物の含有量は、非水電解液中に0.1〜10質量%であることが好ましい。該含有量が10質量%以下であれば、電極上に過度に被膜が形成され高温サイクル後の出力特性が低下するおそれが少なく、また0.1質量%以上であれば被膜の形成が十分であり、高温サイクル特性が高まるので上記範囲であることが好ましい。該含有量は、非水電解液中に0.3質量%以上がより好ましく、1質量%以上が更に好ましく、1.7質量%以上が特に好ましい。また、その上限は、9質量%以下がより好ましく、7質量%以下が更に好ましく、5質量%以下が特に好ましい。   In the non-aqueous electrolyte of the present invention, the content of the lithium salt compound comprising the lithium cation (A) and the difluorophosphate anion contained in the non-aqueous electrolyte is 0.1 to 0.1 in the non-aqueous electrolyte. It is preferable that it is 10 mass%. If the content is 10% by mass or less, a film is excessively formed on the electrode, and the output characteristics after the high temperature cycle are less likely to be deteriorated. If the content is 0.1% by mass or more, the film is sufficiently formed. In addition, since the high temperature cycle characteristics are enhanced, the above range is preferable. The content is more preferably 0.3% by mass or more in the nonaqueous electrolytic solution, further preferably 1% by mass or more, and particularly preferably 1.7% by mass or more. Moreover, the upper limit is more preferably 9% by mass or less, still more preferably 7% by mass or less, and particularly preferably 5% by mass or less.

〔非水溶媒〕
本発明の非水電解液に使用される非水溶媒としては、環状カーボネート及び鎖状エステルから選ばれる1種以上が好適に挙げられる。広い温度範囲、特に高温でのサイクル特性、サイクル後の出力特性等の電気化学特性が相乗的に向上させるため、鎖状エステルが含まれることが好ましく、鎖状カーボネートが含まれることが更に好ましく、環状カーボネートと鎖状カーボネートの両方が含まれることが特に好ましい。
なお、「鎖状エステル」なる用語は、鎖状カーボネート及び鎖状カルボン酸エステルを含む概念として用いる。
[Nonaqueous solvent]
As the non-aqueous solvent used in the non-aqueous electrolyte solution of the present invention, one or more selected from cyclic carbonates and chain esters are preferably exemplified. In order to synergistically improve electrochemical characteristics such as a wide temperature range, particularly cycle characteristics at high temperatures, and output characteristics after cycling, it is preferable that a chain ester is included, more preferably a chain carbonate is included, It is particularly preferable that both cyclic carbonate and chain carbonate are included.
The term “chain ester” is used as a concept including a chain carbonate and a chain carboxylic acid ester.

環状カーボネートとしては、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン(FEC)、及びビニレンカーボネート(VC)から選ばれる1種以上が挙げられる。
環状カーボネートの組み合わせとしては、ECとVCの組み合わせ、ECとFECの組み合わせ、PCとVCの組み合わせが特に好ましい。
Examples of the cyclic carbonate include one or more selected from ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one (FEC), and vinylene carbonate (VC).
As the combination of cyclic carbonates, a combination of EC and VC, a combination of EC and FEC, and a combination of PC and VC are particularly preferable.

また、非水溶媒がエチレンカーボネート及び/又はプロピレンカーボネートを含むと電極上に形成される被膜の安定性が増し、蓄電デバイスを高温、高電圧で使用した場合のサイクル特性、サイクル後の出力特性、及び正極等からの金属溶出抑制効果が向上するので好ましい。
エチレンカーボネート及び/又はプロピレンカーボネートの含有量は、非水溶媒の総体積に対し、好ましくは3体積%以上、より好ましくは5体積%以上、更に好ましくは7体積%以上であり、また、その上限は、好ましくは40体積%以下、より好ましくは35体積%以下、更に好ましくは25体積%以下である。
In addition, when the non-aqueous solvent contains ethylene carbonate and / or propylene carbonate, the stability of the film formed on the electrode increases, the cycle characteristics when the electricity storage device is used at high temperature and high voltage, the output characteristics after the cycle, In addition, the metal elution suppression effect from the positive electrode and the like is improved, which is preferable.
The content of ethylene carbonate and / or propylene carbonate is preferably 3% by volume or more, more preferably 5% by volume or more, still more preferably 7% by volume or more with respect to the total volume of the nonaqueous solvent, and the upper limit thereof. Is preferably 40% by volume or less, more preferably 35% by volume or less, and still more preferably 25% by volume or less.

鎖状エステルとしては、非対称鎖状カーボネート、対称鎖状カーボネート、及び非対称かつエトキシ基を含有する鎖状カルボン酸エステルが好適に挙げられる。
非対称鎖状カーボネートとしては、メチル基を有するものが好ましく、具体的には、メチルエチルカーボネート(MEC)、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が好ましく、メチルエチルカーボネート(MEC)がより好ましい。
対称鎖状カーボネートとしては、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)が好ましく、鎖状カルボン酸エステルとしては、酢酸エチル(EA)、プロピオン酸エチルが好ましい。
前記鎖状エステルの中でも、メチルエチルカーボネート(MEC)とジメチルカーボネート(DMC)の組み合わせ、メチルエチルカーボネート(MEC)と酢酸エチルの組み合わせ、メチルエチルカーボネート(MEC)とジメチルカーボネート(DMC)と酢酸エチルの組み合わせが更に好ましい。
Preferred examples of the chain ester include asymmetric chain carbonates, symmetric chain carbonates, and asymmetric chain carboxylic acid esters containing an ethoxy group.
As the asymmetric chain carbonate, those having a methyl group are preferable, and specifically, methyl ethyl carbonate (MEC), methyl propyl carbonate, and methyl isopropyl carbonate are preferable, and methyl ethyl carbonate (MEC) is more preferable.
As the symmetric chain carbonate, dimethyl carbonate (DMC) and diethyl carbonate (DEC) are preferable, and as the chain carboxylic acid ester, ethyl acetate (EA) and ethyl propionate are preferable.
Among the chain esters, a combination of methyl ethyl carbonate (MEC) and dimethyl carbonate (DMC), a combination of methyl ethyl carbonate (MEC) and ethyl acetate, methyl ethyl carbonate (MEC), dimethyl carbonate (DMC) and ethyl acetate. A combination is more preferred.

鎖状エステルの含有量は、特に制限されないが、非水溶媒の総体積に対して、60〜90体積%の範囲で用いるのが好ましい。該含有量が60体積%以上であれば非水電解液の粘度が高くなりすぎず、90体積%以下であれば非水電解液の電気伝導度が低下して広い温度範囲、特に高温でのサイクル特性、サイクル後の出力特性等の電気化学特性が低下するおそれが少ないので上記範囲であることが好ましい。
鎖状エステルの中でも酢酸エチル(EA)が占める体積の割合は、1体積%以上が好ましく、2体積%以上がより好ましく、3体積%以上が更に好ましい。その上限としては、10体積%以下が好ましく、8体積%以下がより好ましく、6体積%以下が更に好ましい。
上記配合組成の場合に、高温サイクル特性及び高温サイクル後の出力特性に優れ、正極等からの金属溶出を抑制することができるので好ましい。
環状カーボネートと鎖状エステルの割合は、広い温度範囲、特に高温での電気化学特性向上の観点から、(環状カーボネート/鎖状エステル)の体積比は、10/90〜45/55が好ましく、15/85〜40/60がより好ましく、20/80〜35/65が更に好ましい。
The content of the chain ester is not particularly limited, but it is preferably used in the range of 60 to 90% by volume with respect to the total volume of the nonaqueous solvent. If the content is 60% by volume or more, the viscosity of the non-aqueous electrolyte does not become too high, and if it is 90% by volume or less, the electrical conductivity of the non-aqueous electrolyte is lowered and the temperature is wide, particularly at high temperatures. The above range is preferable because there is little risk of deterioration of electrochemical characteristics such as cycle characteristics and output characteristics after cycling.
Among the chain esters, the proportion of volume occupied by ethyl acetate (EA) is preferably 1% by volume or more, more preferably 2% by volume or more, and still more preferably 3% by volume or more. The upper limit is preferably 10% by volume or less, more preferably 8% by volume or less, and still more preferably 6% by volume or less.
In the case of the said composition, since it is excellent in the high temperature cycle characteristic and the output characteristic after a high temperature cycle, and metal elution from a positive electrode etc. can be suppressed, it is preferable.
The ratio of the cyclic carbonate to the chain ester is preferably 10/90 to 45/55 in terms of the volume ratio of (cyclic carbonate / chain ester), from the viewpoint of improving electrochemical characteristics in a wide temperature range, particularly at high temperatures. / 85 to 40/60 is more preferable, and 20/80 to 35/65 is still more preferable.

(添加剤)
本発明の非水電解液においては、本発明のリチウム塩化合物と組み合わせて用いることができる添加剤として、SO基含有化合物、芳香族化合物、炭素−炭素三重結合含有化合物、リチウム含有イオン性化合物、及びホスファゼン化合物から選ばれる1種以上が挙げられる。
(Additive)
In the non-aqueous electrolyte of the present invention, as an additive that can be used in combination with the lithium salt compound of the present invention, an SO 2 group-containing compound, an aromatic compound, a carbon-carbon triple bond-containing compound, a lithium-containing ionic compound And one or more selected from phosphazene compounds.

SO基含有化合物としては、分子内に「SO基」を有する化合物であれば特にその種類は限定されない。その具体的としては、1,3−プロパンスルトン、1,3−ブタンスルトン、2,4−ブタンスルトン、1,4−ブタンスルトン、1,3−プロペンスルトン、2,2−ジオキシド−1,2−オキサチオラン−4−イル アセテート、エチレンサルフェート、プロピレンサルフェート、ブタン−1,4−ジイル ジメタンスルホネート、及びメチレンメタンジスルホネート等から選ばれる1種以上が好適に挙げられる。 The SO 2 group-containing compound is not particularly limited as long as it is a compound having “SO 2 group” in the molecule. Specific examples thereof include 1,3-propane sultone, 1,3-butane sultone, 2,4-butane sultone, 1,4-butane sultone, 1,3-propene sultone, 2,2-dioxide-1,2-oxathiolane- One or more kinds selected from 4-yl acetate, ethylene sulfate, propylene sulfate, butane-1,4-diyl dimethanesulfonate, methylenemethane disulfonate, and the like are preferable.

芳香族化合物としては、分子内に「ベンゼン環」を有する化合物であれば特にその種類は限定されない。その具体的としては、シクロヘキシルベンゼン、tert−ブチルベンゼン、tert−アミルベンゼン、ビフェニル、ターフェニル(o−、m−、p−体)、フルオロベンゼン、ヘキサフルオロベンゼン、オクタフルオロトルエン、ペンタフルオロフェニルメタンスルホネート、リン酸2−フェニルフェニル ジメチル、リン酸2−フェニルフェニル ジエチル、メチルフェニルカーボネート、エチルフェニルカーボネート、メチル 2−フェニルフェニルカーボネート、及びフェニル 2−フェニルフェニルカーボネート等から選ばれる1種以上が好適に挙げられる。   The aromatic compound is not particularly limited as long as it is a compound having a “benzene ring” in the molecule. Specific examples thereof include cyclohexylbenzene, tert-butylbenzene, tert-amylbenzene, biphenyl, terphenyl (o-, m-, p-isomer), fluorobenzene, hexafluorobenzene, octafluorotoluene, pentafluorophenylmethane. One or more selected from sulfonate, 2-phenylphenyl dimethyl phosphate, 2-phenylphenyl diethyl phosphate, methylphenyl carbonate, ethylphenyl carbonate, methyl 2-phenylphenyl carbonate, phenyl 2-phenylphenyl carbonate, and the like are preferable. Can be mentioned.

炭素−炭素三重結合含有化合物としては、分子内に「炭素−炭素三重結合」を有する化合物であれば特にその種類は限定されない。その具体的としては、メチル 2−プロピニル カーボネート、メタンスルホン酸 2−プロピニル、ビニルスルホン酸 2−プロピニル、ジ(2−プロピニル)オギザレート、エチニル エチレンカーボネート、2−プロピニル 2−オキソ−1,3−ジオキソラン−4−カルボキシレート、及び2−ブチン−1,4−ジイル ジメタンスルホネート等から選ばれる1種以上が好適に挙げられる。   The carbon-carbon triple bond-containing compound is not particularly limited as long as it is a compound having a “carbon-carbon triple bond” in the molecule. Specific examples thereof include methyl 2-propynyl carbonate, 2-propynyl methanesulfonate, 2-propynyl vinylsulfonate, di (2-propynyl) oxalate, ethynyl ethylene carbonate, 2-propynyl 2-oxo-1,3-dioxolane. One or more kinds selected from -4-carboxylate, 2-butyne-1,4-diyl dimethanesulfonate, and the like are preferable.

リチウム含有イオン性化合物としてはカチオン種として「リチウム」を有する化合物であれば特にその種類は限定されない。その具体的としては、ジフルオロリン酸リチウム、フルオロスルホン酸リチウム、ジフルオロビス[オキサレート−O,O’]リン酸リチウム(LiPFO)、テトラフルオロ[オキサレート−O,O’]リン酸リチウム、ビス[オキサレート−O,O’]ホウ酸リチウム(LiBOB)やジフルオロ[オキサレート−O,O’]ホウ酸リチウム、リチウム メチルサルフェート、リチウム エチルサルフェート、及びリチウム 2,2,2−トリフルオロエチルサルフェート等から選ばれる1種以上が好適に挙げられ、2種以上併用することがより好適である。   The type of lithium-containing ionic compound is not particularly limited as long as it is a compound having “lithium” as a cationic species. Specific examples thereof include lithium difluorophosphate, lithium fluorosulfonate, difluorobis [oxalate-O, O ′] lithium phosphate (LiPFO), lithium tetrafluoro [oxalate-O, O ′] lithium phosphate, and bis [oxalate. -O, O '] lithium borate (LiBOB), difluoro [oxalate-O, O'] lithium borate, lithium methyl sulfate, lithium ethyl sulfate, lithium 2,2,2-trifluoroethyl sulfate, etc. One or more types are preferably mentioned, and two or more types are more preferably used in combination.

ホスファゼン化合物としては、分子内に「N=P−N基」を有する化合物であれば、その種類は特に限定されない。その具体的としては、メトキシペンタフルオロシクロトリホスファゼン、エトキシペンタフルオロシクロトリホスファゼン、フェノキシペンタフルオロシクロトリホスファゼン、エトキシヘプタフルオロシクロテトラホスファゼン、ジメチルアミノペンタフルオロシクロトリホスファゼン、及びジエチルアミノペンタフルオロシクロトリホスファゼン等から選ばれる1種以上が好適に挙げられる。   The type of the phosphazene compound is not particularly limited as long as it is a compound having “N═PN group” in the molecule. Specific examples thereof include methoxypentafluorocyclotriphosphazene, ethoxypentafluorocyclotriphosphazene, phenoxypentafluorocyclotriphosphazene, ethoxyheptafluorocyclotetraphosphazene, dimethylaminopentafluorocyclotriphosphazene, and diethylaminopentafluorocyclotriphosphazene. 1 or more types chosen from are mentioned suitably.

前記SO基含有化合物、芳香族化合物、炭素−炭素三重結合含有化合物、リチウム含有イオン性化合物、又はホスファゼン化合物の含有量は、それぞれ非水電解液中に0.001〜5質量%が好ましい。この範囲では、被膜が厚くなり過ぎずに十分に形成され、高温サイクル特性及び高温サイクル後の出力特性が高まる。該含有量は、非水電解液中に0.01質量%以上がより好ましく、0.1質量%以上が更に好ましく、その上限は、3.5質量%以下がより好ましく、2.5質量%以下が更に好ましい。 The content of the SO 2 group-containing compound, aromatic compound, carbon-carbon triple bond-containing compound, lithium-containing ionic compound, or phosphazene compound is preferably 0.001 to 5% by mass in the non-aqueous electrolyte. In this range, the film is sufficiently formed without becoming too thick, and the high temperature cycle characteristics and the output characteristics after the high temperature cycle are enhanced. The content is more preferably 0.01% by mass or more, more preferably 0.1% by mass or more in the non-aqueous electrolyte, and the upper limit thereof is more preferably 3.5% by mass or less, and 2.5% by mass. The following is more preferable.

また、本発明のリチウム塩化合物と組み合わせて用いる化合物は、2種以上を併用することが好ましい。その組み合わせの中でも、リチウム含有イオン性化合物と、SO基含有化合物、芳香族化合物、炭素−炭素三重結合含有化合物、及びホスファゼン化合物から選ばれる少なくとも1種を併用することがより好ましい。 Moreover, it is preferable to use together 2 or more types of compounds used in combination with the lithium salt compound of this invention. Among the combinations, it is more preferable to use a lithium-containing ionic compound in combination with at least one selected from an SO 2 group-containing compound, an aromatic compound, a carbon-carbon triple bond-containing compound, and a phosphazene compound.

本発明の非水電解液に含まれるHF濃度の下限は、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の出力を向上させる観点から、好ましくは1ppm以上、より好ましくは2ppm以上であり、HF濃度の上限は、好ましくは50ppm以下、より好ましくは20ppm以下であり、更に好ましくは8ppm以下である。
本発明の非水電解液に含まれるアルコール含有量の下限は、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の出力を向上させる観点から、好ましくは1ppm以上、より好ましくは2ppm以上であり、アルコール含有量の上限は、好ましくは50ppm以下、より好ましくは20ppm以下、更に好ましくは8ppm以下である。
From the viewpoint of improving the output of the lithium ion secondary battery and the lithium ion capacitor, the lower limit of the HF concentration contained in the non-aqueous electrolyte of the present invention is preferably 1 ppm or more, more preferably 2 ppm or more, and the upper limit of the HF concentration. Is preferably 50 ppm or less, more preferably 20 ppm or less, and still more preferably 8 ppm or less.
From the viewpoint of improving the output of the lithium ion secondary battery and the lithium ion capacitor, the lower limit of the alcohol content contained in the non-aqueous electrolyte of the present invention is preferably 1 ppm or more, more preferably 2 ppm or more. Is preferably 50 ppm or less, more preferably 20 ppm or less, still more preferably 8 ppm or less.

〔電解質塩〕
本発明に使用される電解質塩としては、リチウム塩が好適に挙げられる。
リチウム塩としては、LiPF、LiBF、LiN(SOF)、及びLiN(SOCFから選ばれる1種以上が好ましく、LiPFがより好ましい。
リチウム塩の濃度は、前記の非水溶媒に対して、通常0.8M以上が好ましく、1.0M以上がより好ましく、1.2M以上が更に好ましい。またその上限は、1.6M以下が好ましく、1.5M以下がより好ましく、1.4M以下が更に好ましい。
[Electrolyte salt]
A preferable example of the electrolyte salt used in the present invention is a lithium salt.
The lithium salt, LiPF 6, LiBF 4, LiN (SO 2 F) 2, and LiN (SO 2 CF 3) is preferably one or more selected from 2, LiPF 6 is more preferable.
The concentration of the lithium salt is usually preferably 0.8 M or more, more preferably 1.0 M or more, and further preferably 1.2 M or more with respect to the non-aqueous solvent. Moreover, the upper limit is preferably 1.6 M or less, more preferably 1.5 M or less, and even more preferably 1.4 M or less.

〔非水電解液の製造〕
本発明の非水電解液は、例えば、前記の非水溶媒を混合し、これに前記の電解質塩及び該非水電解液に対して、前記リチウムカチオン(A)と、ジフルオロリン酸アニオンからなるリチウム塩化合物を添加することにより得ることができる。
この際、用いる非水溶媒及び非水電解液に加える化合物は、生産性を著しく低下させない範囲内で、予め精製して、不純物が極力少ないものを用いることが好ましい。
[Production of non-aqueous electrolyte]
The nonaqueous electrolytic solution of the present invention includes, for example, the above-mentioned nonaqueous solvent mixed therein, and the lithium salt comprising the lithium cation (A) and the difluorophosphate anion with respect to the electrolyte salt and the nonaqueous electrolytic solution. It can be obtained by adding a salt compound.
At this time, it is preferable that the compound added to the non-aqueous solvent and the non-aqueous electrolyte to be used is one that is purified in advance and has as few impurities as possible within a range that does not significantly reduce the productivity.

本発明の非水電解液は、下記の第1、第2の蓄電デバイスに使用することができ、非水電解質として、液体状のものだけでなくゲル化されているものも使用し得る。更に本発明の非水電解液は固体高分子電解質用としても使用できる。中でも電解質塩にリチウム塩を使用する第1の蓄電デバイス用(即ち、リチウム電池用)又は第2の蓄電デバイス用(即ち、リチウムイオンキャパシタ用)として用いることが好ましく、リチウム電池用として用いることがより好ましく、リチウム二次電池用として用いることが更に好ましい。   The nonaqueous electrolytic solution of the present invention can be used in the following first and second electric storage devices, and as the nonaqueous electrolyte, not only a liquid but also a gelled one can be used. Furthermore, the non-aqueous electrolyte of the present invention can be used for a solid polymer electrolyte. In particular, it is preferably used for a first electricity storage device (ie, for a lithium battery) or a second electricity storage device (ie, for a lithium ion capacitor) using a lithium salt as an electrolyte salt, and is used for a lithium battery. More preferably, it is more preferably used for a lithium secondary battery.

〔第1の蓄電デバイス(リチウム二次電池)〕
本発明のリチウム二次電池は、正極、負極及び非水溶媒に電解質塩が溶解されている前記非水電解液からなる。非水電解液以外の正極、負極等の構成部材は特に制限なく使用できる。
例えば、リチウム二次電池用正極活物質としては、コバルト、マンガン、及びニッケルからなる群より選ばれる1種以上を含有するリチウムとの複合金属酸化物が使用される。これらの正極活物質は、1種単独で用いるか又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
このようなリチウム複合金属酸化物としては、例えば、LiCoO、LiCo1−x(但し、MはSn、Mg、Fe、Ti、Al、Zr、Cr、V、Ga、Zn、及びCuから選ばれる1種又は2種以上の元素、0.001≦x≦0.05)、LiMn、LiNiO、LiCo1−xNi(0.01<x<1)、LiCo1/3Ni1/3Mn1/3、LiNi0.5Mn0.3Co0.2Mn0.3、LiNi0.8Mn0.1Co0.1、LiNi0.8Co0.15Al0.05、LiMnOとLiMO(Mは、Co、Ni、Mn、Fe等の遷移金属)との固溶体、及びLiNi1/2Mn3/2から選ばれる1種以上が好適に挙げられる。また、LiCoOとLiMn、LiCoOとLiNiO、LiMnとLiNiOのように併用してもよい。
[First power storage device (lithium secondary battery)]
The lithium secondary battery of the present invention is composed of the nonaqueous electrolytic solution in which an electrolyte salt is dissolved in a positive electrode, a negative electrode, and a nonaqueous solvent. Components other than the non-aqueous electrolyte, such as a positive electrode and a negative electrode, can be used without particular limitation.
For example, as the positive electrode active material for a lithium secondary battery, a composite metal oxide with lithium containing one or more selected from the group consisting of cobalt, manganese, and nickel is used. These positive electrode active materials can be used alone or in combination of two or more.
Examples of such lithium composite metal oxides include LiCoO 2 , LiCo 1-x M x O 2 (where M is Sn, Mg, Fe, Ti, Al, Zr, Cr, V, Ga, Zn, and One or more elements selected from Cu, 0.001 ≦ x ≦ 0.05), LiMn 2 O 4 , LiNiO 2 , LiCo 1-x Ni x O 2 (0.01 <x <1), LiCo 1/3 Ni 1/3 Mn 1/3 O 2 , LiNi 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 , LiNi 0.8 Mn 0.1 Co 0.1 O 2 , LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 , Li 2 MnO 3 and LiMO 2 (M is a transition metal such as Co, Ni, Mn, Fe), and LiNi 1/2 Mn 3/2 O 1 or more is preferably used selected from 4 It is done. Moreover, LiCoO 2 and LiMn 2 O 4, LiCoO 2 and LiNiO 2, may be used in combination as LiMn 2 O 4 and LiNiO 2.

これらの中では、LiCo1/3Ni1/3Mn1/3、LiNi0.5Mn0.3Co0.2、LiNi1/2Mn3/2、LiMnOとLiMO(Mは、Co、Ni、Mn、Fe等の遷移金属)との固溶体のような4.4V(正極のLi基準の電位は4.5V)以上で使用可能なリチウム複合金属酸化物がより好ましく、Niの含有量が多いLiNi0.5Mn0.3Co0.2、LiNi1/2Mn3/2が特に好ましい。NiやMnを含む正極を用いた場合、正極からNiやMnが金属イオンとなって溶出する量が増加し、負極に析出したNiやMnの触媒効果により負極上での電解液の分解が促進され、高温サイクル特性等の電気化学特性が低下する。しかしながら、本発明の非水電解液を用いた蓄電デバイスでは、特に高温でのサイクル特性、サイクル後の出力特性等の電気化学特性の低下や正極からの金属溶出を抑制することができるので好ましい。 Among these, LiCo 1/3 Ni 1/3 Mn 1/3 O 2 , LiNi 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 O 2 , LiNi 1/2 Mn 3/2 O 4 , Li 2 MnO 3 LiMO 2 (M is a transition metal such as Co, Ni, Mn, Fe, etc.) and a lithium mixed metal oxide that can be used at a voltage of 4.4 V (positive electrode Li reference potential is 4.5 V) or more LiNi 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 O 2 and LiNi 1/2 Mn 3/2 O 4 having a high Ni content are particularly preferable. When a positive electrode containing Ni or Mn is used, the amount of Ni or Mn eluted from the positive electrode as metal ions increases, and the catalytic effect of Ni or Mn deposited on the negative electrode accelerates the decomposition of the electrolyte on the negative electrode. As a result, electrochemical characteristics such as high-temperature cycle characteristics deteriorate. However, an electricity storage device using the non-aqueous electrolyte of the present invention is preferable because deterioration of electrochemical characteristics such as cycle characteristics at high temperatures and output characteristics after cycling and metal elution from the positive electrode can be suppressed.

正極の導電剤は、化学変化を起こさない電子伝導材料であれば特に制限はない。例えば、天然黒鉛(鱗片状黒鉛等)、人造黒鉛等のグラファイト、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック、及びカーボンナノチューブから選ばれる1種以上の炭素材料が挙げられる。また、グラファイトとカーボンブラックとカーボンナノチューブを適宜混合して用いてもよい。
導電剤の正極合剤への添加量は、好ましくは1〜10質量%、より好ましくは2〜5質量%である。
The conductive agent for the positive electrode is not particularly limited as long as it is an electron conductive material that does not cause a chemical change. For example, natural graphite (such as flake graphite), graphite such as artificial graphite, carbon black such as acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, thermal black, and one or more selected from carbon nanotubes Examples thereof include carbon materials. Further, graphite, carbon black, and carbon nanotubes may be appropriately mixed and used.
The amount of the conductive agent added to the positive electrode mixture is preferably 1 to 10% by mass, more preferably 2 to 5% by mass.

正極は、前記の正極活物質をアセチレンブラック、カーボンブラック等の導電剤、及びポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、スチレンとブタジエンの共重合体(SBR)、アクリロニトリルとブタジエンの共重合体(NBR)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、又はエチレンプロピレンジエンターポリマー等の結着剤と混合し、これに1−メチル−2−ピロリドン等の高沸点溶剤を加えて混練して正極合剤とした後、この正極合剤を集電体のアルミニウム箔やステンレス製のラス板等に塗布して、乾燥、加圧成型した後、50℃〜250℃程度の温度で2時間程度真空下で加熱処理することにより作製することができる。
正極の集電体を除く部分の密度は、通常は1.5g/cm以上であり、電池の容量を更に高めるため、好ましくは2g/cm以上、より好ましくは3g/cm以上、更に好ましくは3.6g/cm以上である。なお、その上限としては、4g/cm以下が好ましい。
The positive electrode is composed of a conductive agent such as acetylene black and carbon black, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), a copolymer of styrene and butadiene (SBR), acrylonitrile and butadiene. This is mixed with a binder such as copolymer (NBR), carboxymethyl cellulose (CMC), or ethylene propylene diene terpolymer, and a high boiling point solvent such as 1-methyl-2-pyrrolidone is added thereto and kneaded. After forming this agent, this positive electrode mixture is applied to an aluminum foil as a current collector or a stainless steel lath plate, etc., dried and pressure-molded, and then vacuumed at a temperature of about 50 ° C. to 250 ° C. for about 2 hours. It can produce by heat-processing with.
The density of the part except the collector of the positive electrode is usually at 1.5 g / cm 3 or more, to further enhance the capacity of the battery, preferably 2 g / cm 3 or more, more preferably 3 g / cm 3 or more, further Preferably it is 3.6 g / cm 3 or more. The upper limit is preferably 4 g / cm 3 or less.

リチウム二次電池用負極活物質としては、リチウム金属、リチウム合金、及びリチウムを吸蔵及び放出することが可能な炭素材料〔易黒鉛化炭素や、(002)面の面間隔が0.37nm以上の難黒鉛化炭素や、(002)面の面間隔が0.34nm以下の黒鉛等〕、スズ(単体)、スズ化合物、ケイ素(単体)、ケイ素化合物、LiTi12等のチタン酸リチウム化合物等から選ばれる1種又は2種以上を組み合わせて用いることができる。特に好ましい組合せは、黒鉛とケイ素、又は黒鉛とケイ素化合物である。
負極活物質として、黒鉛とケイ素、又は黒鉛とケイ素化合物を組み合わせて用いる場合、全負極活物質中のケイ素及びケイ素化合物の含有量は、好ましくは1〜45質量%、より好ましくは、2〜15質量%である。該含有量が、前記範囲であると、本発明に係るリチウム二次電池の電気化学特性の低下や電極厚みの増加を抑制しつつ高容量化できるので好ましい。
Examples of the negative electrode active material for a lithium secondary battery include lithium metal, a lithium alloy, and a carbon material that can occlude and release lithium (e.g., graphitizable carbon, or a (002) plane spacing of 0.37 nm or more. Non-graphitizable carbon, graphite with (002) plane spacing of 0.34 nm or less, etc.], tin (single), tin compound, silicon (single), silicon compound, lithium titanate such as Li 4 Ti 5 O 12 One or two or more selected from compounds and the like can be used in combination. Particularly preferred combinations are graphite and silicon, or graphite and silicon compound.
When graphite and silicon or graphite and silicon compound are used in combination as the negative electrode active material, the content of silicon and silicon compound in the total negative electrode active material is preferably 1 to 45% by mass, more preferably 2 to 15%. % By mass. It is preferable for the content to be in the above-mentioned range since the capacity can be increased while suppressing a decrease in electrochemical characteristics and an increase in electrode thickness of the lithium secondary battery according to the present invention.

その他のリチウム二次電池用負極活物質としてはチタンを含む酸化物が好ましく、LiTi12等のスピネル構造を有するチタン酸リチウム化合物が好ましい。チタンを含む酸化物を負極活物質と本発明の非水電解液を用いると、リチウムイオン二次電池の高温でのサイクル特性、サイクル後の出力特性を一段と向上させることができるので好ましい。
また、導電助剤として、カーボンナノチューブを用いると、上記効果が一段と発揮され易くなるので好ましい。
チタンを含む酸化物の比表面積は、4m/g以上100m/g以下が好ましく、レーザー回折・散乱法により求めた体積基準の平均粒径は、0.1μm以上50μm以下が好ましい。
As another negative electrode active material for a lithium secondary battery, an oxide containing titanium is preferable, and a lithium titanate compound having a spinel structure such as Li 4 Ti 5 O 12 is preferable. It is preferable to use an oxide containing titanium as the negative electrode active material and the nonaqueous electrolytic solution of the present invention because the cycle characteristics at high temperatures and the output characteristics after cycling of the lithium ion secondary battery can be further improved.
In addition, it is preferable to use carbon nanotubes as the conductive assistant because the above effects are more easily exhibited.
The specific surface area of the oxide containing titanium is preferably 4 m 2 / g or more and 100 m 2 / g or less, and the volume-based average particle diameter determined by the laser diffraction / scattering method is preferably 0.1 μm or more and 50 μm or less.

負極は、上記の正極の作製と同様な導電剤、結着剤、高沸点溶剤を用いて混練して負極合剤とした後、この負極合剤を集電体の銅箔等に塗布して、乾燥、加圧成型した後、50℃〜250℃程度の温度で2時間程度真空下で加熱処理することにより作製することができる。
負極の集電体を除く部分の密度は、通常は1.1g/cm以上であり、電池の容量を更に高めるため、好ましくは1.5g/cm以上である。なお、その上限としては、2g/cm以下が好ましい。
The negative electrode is kneaded using the same conductive agent, binder, and high-boiling solvent as in the production of the positive electrode, and then the negative electrode mixture is applied to the copper foil of the current collector. After being dried and pressure-molded, it can be produced by heat treatment under vacuum at a temperature of about 50 ° C. to 250 ° C. for about 2 hours.
The density of the portion excluding the current collector of the negative electrode is usually 1.1 g / cm 3 or more, and preferably 1.5 g / cm 3 or more in order to further increase the capacity of the battery. The upper limit is preferably 2 g / cm 3 or less.

電池用セパレータとしては、特に制限はないが、ポリプロピレン、ポリエチレン、エチレン−プロピレン共重合体等のポリオレフィンの単層又は積層の微多孔性フィルム、織布、又は不織布等を使用できる。ポリオレフィンの積層としては、ポリエチレンとポリプロピレンの積層が好ましく、中でもポリプロピレン/ポリエチレン/ポリプロピレンの3層構造がより好ましい。
セパレータの厚みは、好ましくは2μm以上、より好ましくは3μm以上、更に好ましくは4μm以上であり、また、その上限は、好ましくは30μm以下、より好ましくは20μm以下、更に好ましくは15μm以下である。
Although there is no restriction | limiting in particular as a battery separator, The monolayer or laminated | stacked microporous film, woven fabric, or nonwoven fabric etc. of polyolefin, such as a polypropylene, polyethylene, an ethylene propylene copolymer, can be used. As the lamination of polyolefin, a lamination of polyethylene and polypropylene is preferable, and a three-layer structure of polypropylene / polyethylene / polypropylene is more preferable.
The thickness of a separator becomes like this. Preferably it is 2 micrometers or more, More preferably, it is 3 micrometers or more, More preferably, it is 4 micrometers or more, Moreover, the upper limit becomes like this. Preferably it is 30 micrometers or less, More preferably, it is 20 micrometers or less, More preferably, it is 15 micrometers or less.

リチウム電池の構造には特に限定はなく、コイン型電池、円筒型電池、角型電池、又はラミネート電池等を適用できる。   The structure of the lithium battery is not particularly limited, and a coin-type battery, a cylindrical battery, a square battery, a laminate battery, or the like can be applied.

本発明におけるリチウム二次電池は、充電終止電圧が4.2V以上、特に4.3V以上の場合にも広い温度範囲での電気化学特性に優れ、更に、4.4V以上においても特性は良好である。放電終止電圧は、通常2.8V以上、更には2.5V以上とすることができるが、本発明におけるリチウム二次電池は、2.0V以上とすることができる。電流値については特に限定されないが、通常0.1〜30Cの範囲で使用される。また、本発明におけるリチウム電池は、−40〜100℃、好ましくは−10〜80℃で充放電することができる。   The lithium secondary battery according to the present invention has excellent electrochemical characteristics in a wide temperature range even when the end-of-charge voltage is 4.2 V or more, particularly 4.3 V or more, and the characteristics are also good at 4.4 V or more. is there. The end-of-discharge voltage is usually 2.8 V or more, and further 2.5 V or more, but the lithium secondary battery in the present invention can be 2.0 V or more. Although it does not specifically limit about an electric current value, Usually, it uses in the range of 0.1-30C. Moreover, the lithium battery in this invention can be charged / discharged at -40-100 degreeC, Preferably it is -10-80 degreeC.

本発明においては、リチウム電池の内圧上昇の対策として、電池蓋に安全弁を設けたり、電池缶やガスケット等の部材に切り込みを入れる方法も採用することができる。また、過充電防止の安全対策として、電池の内圧を感知して電流を遮断する電流遮断機構を電池蓋に設けることができる。   In the present invention, as a countermeasure against an increase in the internal pressure of the lithium battery, a method of providing a safety valve on the battery lid or cutting a member such as a battery can or a gasket can be employed. Further, as a safety measure for preventing overcharge, the battery lid can be provided with a current interruption mechanism that senses the internal pressure of the battery and interrupts the current.

〔第2の蓄電デバイス(リチウムイオンキャパシタ)〕
本発明の第2の蓄電デバイスは、本発明の非水電解液を含み、負極であるグラファイト等の炭素材料へのリチウムイオンのインターカレーションを利用してエネルギーを貯蔵する蓄電デバイスであり、リチウムイオンキャパシタ(LIC)と呼ばれる。正極は、例えば活性炭電極と電解液との間の電気二重層を利用したものや、π共役高分子電極のドープ/脱ドープ反応を利用したもの等が挙げられる。電解液には少なくともLiPF等のリチウム塩が含まれる。
リチウムイオンキャパシタは、負極材料として活性炭の代わりに予めチタン酸リチウムやリチウムイオンが吸蔵又はドープされた炭素材料を用いることで、負極電位が通常の電気二重層キャパシタよりも低く保つことができる。そのため、セルの使用電圧範囲を広くとることができる。
本発明の非水電解液を用いれば、高温サイクル特性及び高温サイクル後の出力特性に優れたリチウムイオンキャパシタを提供することができる。
[Second power storage device (lithium ion capacitor)]
A second electricity storage device of the present invention is an electricity storage device that stores the energy by using intercalation of lithium ions to a carbon material such as graphite, which is a negative electrode, containing the non-aqueous electrolyte of the present invention. It is called an ion capacitor (LIC). Examples of the positive electrode include those using an electric double layer between an activated carbon electrode and an electrolytic solution, and those using a π-conjugated polymer electrode doping / dedoping reaction. The electrolytic solution contains at least a lithium salt such as LiPF 6 .
In the lithium ion capacitor, a negative electrode potential can be kept lower than that of a normal electric double layer capacitor by using a carbon material in which lithium titanate or lithium ions are previously inserted or doped instead of activated carbon as the negative electrode material. As a result, the cell operating voltage range can be widened.
If the non-aqueous electrolyte of the present invention is used, a lithium ion capacitor excellent in high-temperature cycle characteristics and output characteristics after high-temperature cycles can be provided.

合成例1
ビス(ジフルオロホスホリル)(2,5,8,11−テトラオキサドデカン)ジリチウムの合成
100mlフラスコに、2,5,8,11−テトラオキサドデカン20.0g(112mmol)とジフルオロリン酸リチウム12.0g(111mmol)を仕込んだ。室温で3時間撹拌した後、−20℃に冷却した。2日間静置した後、析出物をろ過し、ろ物をtert−ブチルメチルエーテルで洗浄した。得られた固体を室温で真空乾燥し、ビス(ジフルオロホスホリル)(2,5,8,11−テトラオキサドデカン)ジリチウム19.33gを白色固体として得た(収率88.4%)。
得られたビス(ジフルオロホスホリル)(2,5,8,11−テトラオキサドデカン)ジリチウムについて、H−NMR、19F−NMR、元素分析の測定を行い、その構造を確認した。結果を以下に示す。
H−NMR測定結果>
H−NMR(400MHz,CDCN):3.55−3.60(8H,m),3.49−3.55(4H,m),3.33(6H,s)
19F−NMR測定結果>
19F−NMR(376.5MHz,CDCN):84.60(4F,d,J=928.2Hz)
<元素分析結果>
Anal.Calcd For C18Li:C,24.39;H,4.60.Found:C,24.05;H,4.62.
Synthesis example 1
Synthesis of bis (difluorophosphoryl) (2,5,8,11-tetraoxadodecane) dilithium In a 100 ml flask, 20.0 g (112 mmol) of 2,5,8,11-tetraoxadodecane and 12.0 g of lithium difluorophosphate (111 mmol) was charged. The mixture was stirred at room temperature for 3 hours and then cooled to -20 ° C. After standing for 2 days, the precipitate was filtered, and the residue was washed with tert-butyl methyl ether. The obtained solid was vacuum-dried at room temperature to obtain 19.33 g of bis (difluorophosphoryl) (2,5,8,11-tetraoxadodecane) dilithium as a white solid (yield 88.4%).
The obtained bis (difluorophosphoryl) (2,5,8,11-tetraoxadodecane) dilithium was measured by 1 H-NMR, 19 F-NMR, and elemental analysis to confirm its structure. The results are shown below.
<1 H-NMR measurement results>
1 H-NMR (400 MHz, CD 3 CN): 3.55 to 3.60 (8H, m), 3.49 to 3.55 (4H, m), 3.33 (6H, s)
< 19 F-NMR measurement result>
19 F-NMR (376.5 MHz, CD 3 CN): 84.60 (4F, d, J = 928.2 Hz)
<Results of elemental analysis>
Anal. Calcd For C 8 H 18 F 4 Li 2 O 8 P 2: C, 24.39; H, 4.60. Found: C, 24.05; H, 4.62.

実施例1〜13、比較例1〜4
〔リチウムイオン二次電池の作製〕
LiNi0.34Mn0.33Co0.3394質量%、アセチレンブラック(導電剤) 3質量%を混合し、予めポリフッ化ビニリデン(結着剤) 3質量%を1−メチル−2−ピロリドンに溶解させておいた溶液に加えて混合し、正極合剤ペーストを調製した。この正極合剤ペーストをアルミニウム箔(集電体)上の両面に塗布し、乾燥、加圧処理して所定の大きさに裁断し、帯状の正極シートを作製した。正極の集電体を除く部分の密度は3.6g/cmであった。
また、SiO(負極活物質)5質量%、人造黒鉛(d002=0.335nm、負極活物質)90質量%を混合し、予めポリフッ化ビニリデン(結着剤)5質量%を1−メチル−2−ピロリドンに溶解させておいた溶液に加えて混合し、負極合剤ペーストを調製した。この負極合剤ペーストを銅箔(集電体)上の両面に塗布し、乾燥、加圧処理して所定の大きさに裁断し、帯状の負極シートを作製した。負極の集電体を除く部分の密度は1.55g/cmであった。
また、この電極シートを用いてX線回折測定した結果、黒鉛結晶の(110)面のピーク強度I(110)と(004)面のピーク強度I(004)の比〔I(110)/I(004)〕は0.1であった。
そして、上記で得られた正極シート、微多孔性ポリエチレンフィルム製セパレータ、上記で得られた負極シートの順に積層し、これを渦巻き状に巻回した。この巻回体を負極端子を兼ねるニッケルメッキを施した鉄製の円筒型電池缶に収納した。更に、表1及び表2に記載の組成の非水電解液を注入し、正極端子を有する電池蓋をガスケットを介してかしめて、18650型円筒電池を作製した。なお正極端子は正極シートとアルミニウムのリードタブを用いて、負極缶は負極シートとニッケルのリードタブを用いて予め電池内部で接続した。
Examples 1-13, Comparative Examples 1-4
[Production of lithium ion secondary battery]
94% by mass of LiNi 0.34 Mn 0.33 Co 0.33 O 2 and 3% by mass of acetylene black (conductive agent) are mixed, and 3% by mass of polyvinylidene fluoride (binder) is previously added to 1-methyl-2- A positive electrode mixture paste was prepared by adding to and mixing with the solution dissolved in pyrrolidone. This positive electrode mixture paste was applied to both surfaces of an aluminum foil (current collector), dried and pressurized, and cut into a predetermined size to produce a belt-like positive electrode sheet. The density of the portion excluding the current collector of the positive electrode was 3.6 g / cm 3 .
Further, 5% by mass of SiO (negative electrode active material) and 90% by mass of artificial graphite (d 002 = 0.335 nm, negative electrode active material) were mixed, and 5% by mass of polyvinylidene fluoride (binder) was previously added to 1-methyl- In addition to the solution dissolved in 2-pyrrolidone, the mixture was mixed to prepare a negative electrode mixture paste. This negative electrode mixture paste was applied to both surfaces of a copper foil (current collector), dried and pressurized, and cut into a predetermined size to produce a strip-shaped negative electrode sheet. The density of the portion excluding the current collector of the negative electrode was 1.55 g / cm 3 .
As a result of X-ray diffraction measurement using this electrode sheet, the ratio of the peak intensity I (110) of the (110) plane of the graphite crystal to the peak intensity I (004) of the (004) plane [I (110) / I (004)] was 0.1.
And it laminated | stacked in order of the positive electrode sheet obtained above, the separator made from a microporous polyethylene film, and the negative electrode sheet obtained above, and wound this in the shape of a spiral. The wound body was housed in an iron cylindrical battery can plated with nickel which also serves as a negative electrode terminal. Further, a nonaqueous electrolytic solution having the composition shown in Tables 1 and 2 was injected, and the battery lid having the positive electrode terminal was caulked through a gasket to produce an 18650 type cylindrical battery. The positive electrode terminal was previously connected inside the battery using a positive electrode sheet and an aluminum lead tab, and the negative electrode can was previously connected using a negative electrode sheet and a nickel lead tab.

〔高温サイクル特性の評価〕
上記の方法で作製した円筒電池を用いて55℃の恒温槽中、1Cの定電流及び定電圧で、終止電圧4.25V(正極のLi基準の電位は4.35V)まで3時間充電し、次に1Cの定電流下、放電電圧3.0Vまで放電することを1サイクルとし、これを300サイクルに達するまで繰り返した。そして、下記の式によりサイクル後の放電容量維持率を求め、高温サイクル特性を評価した。
放電容量維持率(%)=(300サイクル目の放電容量/1サイクル目の放電容量)×100
[Evaluation of high-temperature cycle characteristics]
Using the cylindrical battery produced by the above method, in a constant temperature bath of 55 ° C., charge at a constant current of 1 C and a constant voltage for 3 hours to a final voltage of 4.25 V (positive electrode Li reference potential is 4.35 V), Next, discharging to a discharge voltage of 3.0 V under a constant current of 1 C was defined as one cycle, and this was repeated until 300 cycles were reached. And the discharge capacity maintenance factor after a cycle was calculated | required by the following formula, and the high temperature cycling characteristic was evaluated.
Discharge capacity retention ratio (%) = (discharge capacity at 300th cycle / discharge capacity at 1st cycle) × 100

〔高温サイクル後の出力特性の評価〕
高温サイクル後の円筒電池を25℃の恒温槽中、1Cの定電流及び定電圧で、終止電圧4.25Vまで3時間充電し、次に1Cの定電流下、放電電圧3.0Vまで放電した(1C容量)。その後、1Cの定電流及び定電圧で、終止電圧4.25Vまで3時間充電を行い、5Cの定電流下、放電電圧3.0Vまで放電した(5C容量)。その容量比(5C容量/1C容量)をサイクル後の出力特性とした。
高温サイクル後の出力特性は、比較例1の出力特性を100%としたときを基準とし、相対的な出力特性を評価した。
[Evaluation of output characteristics after high-temperature cycle]
The cylindrical battery after the high temperature cycle was charged in a constant temperature bath at 25 ° C. with a constant current and a constant voltage of 1 C for 3 hours to a final voltage of 4.25 V, and then discharged to a discharge voltage of 3.0 V under a constant current of 1 C. (1C capacity). Thereafter, the battery was charged with a constant current and a constant voltage of 1 C to a final voltage of 4.25 V for 3 hours, and discharged to a discharge voltage of 3.0 V under a constant current of 5 C (5 C capacity). The capacity ratio (5C capacity / 1C capacity) was defined as output characteristics after the cycle.
As for the output characteristics after the high temperature cycle, relative output characteristics were evaluated based on the output characteristics of Comparative Example 1 as 100%.

〔高温サイクル後の金属溶出量の評価〕
高温サイクル後の金属溶出量は負極上に電析した金属量を同定することで求めた。負極上に電析した金属量は高温サイクル後の円筒電池を解体し、洗浄した負極シートを酸で溶解させた後、ICP(高周波誘導結合プラズマ)発光分光分析法(株式会社日立ハイテクサイエンス製、「SPS3520UV」使用)により、Ni、Mn及びCo量の合計の金属溶出量を分析した。
金属溶出量は、比較例1のNi、Mn及びCoの合計の金属溶出量を100%としたときを基準とし、相対的な金属溶出量を評価した。
電池の作製条件及び電池特性を表1〜2に示す。
なお、表1〜2中の、Li(TOD)(POは、ビス(ジフルオロホスホリル)(2,5,8,11−テトラオキサドデカン)ジリチウムの略称であり、Li(G3)TFSIは、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド−2,5,8,11−テトラオキサドデカンの略称である。
表3〜5においても同様である。
[Evaluation of metal dissolution after high-temperature cycle]
The amount of metal elution after the high-temperature cycle was determined by identifying the amount of metal deposited on the negative electrode. The amount of metal deposited on the negative electrode was dismantled from the cylindrical battery after the high temperature cycle, dissolved the washed negative electrode sheet with acid, and then ICP (high frequency inductively coupled plasma) emission spectroscopy (manufactured by Hitachi High-Tech Science Co., Ltd., The total metal elution amount of Ni, Mn and Co was analyzed by “SPS3520UV”).
The metal elution amount was evaluated based on the total metal elution amount of Ni, Mn and Co in Comparative Example 1 as 100%.
The production conditions and battery characteristics of the battery are shown in Tables 1-2.
Incidentally, in Table 1~2, Li 2 (TOD) ( PO 2 F 2) 2 , the bis (difluoromethyl phosphoryl) (2,5,8,11-tetra oxa dodecane) is an abbreviation of dilithium, Li (G3 1 TFSI is an abbreviation for lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide-2,5,8,11-tetraoxadodecane.
The same applies to Tables 3 to 5.

実施例14及び比較例5
実施例5及び比較例1で用いた正極活物質に変えて、LiNi1/2Mn3/2(正極活物質)を用いて、正極シートを作製した。非晶質炭素で被覆されたLiNi1/2Mn3/2 94質量%、アセチレンブラック(導電剤)3質量%を混合し、予めポリフッ化ビニリデン(結着剤)3質量%を1−メチル−2−ピロリドンに溶解させておいた溶液に加えて混合し、正極合剤ペーストを調製した。
この正極合剤ペーストをアルミニウム箔(集電体)上の片面に塗布し、乾燥、加圧処理して所定の大きさに裁断し正極シートを作製したこと、電池評価の際の充電終止電圧を4.9V、放電終止電圧を2.7Vとしたこと、非水電解液の組成を所定のものに変えたことの他は、実施例1、比較例1と同様にして円筒電池を作製し、電池評価を行った。
金属溶出量は、比較例5の金属溶出量を100%としたときを基準として求めた。
結果を表3に示す。
Example 14 and Comparative Example 5
A positive electrode sheet was produced using LiNi 1/2 Mn 3/2 O 4 (positive electrode active material) instead of the positive electrode active material used in Example 5 and Comparative Example 1. 94% by mass of LiNi 1/2 Mn 3/2 O 4 coated with amorphous carbon and 3% by mass of acetylene black (conductive agent) are mixed, and 3% by mass of polyvinylidene fluoride (binder) is pre- A positive electrode mixture paste was prepared by adding to and mixing with the solution dissolved in methyl-2-pyrrolidone.
This positive electrode mixture paste was applied to one side of an aluminum foil (current collector), dried and pressurized, and cut into a predetermined size to produce a positive electrode sheet. A cylindrical battery was fabricated in the same manner as in Example 1 and Comparative Example 1, except that the discharge end voltage was 4.9 V, the discharge end voltage was 2.7 V, and the composition of the nonaqueous electrolyte was changed to a predetermined one. Battery evaluation was performed.
The metal elution amount was determined based on the metal elution amount of Comparative Example 5 as 100%.
The results are shown in Table 3.

実施例15、比較例6
実施例5及び比較例1で用いた負極活物質に変えて、チタン酸リチウム(LiTi12;負極活物質)を用いて、負極シートを作製した。
チタン酸リチウム90質量%、アセチレンブラック(導電剤)4質量%、カーボンナノチューブ(導電剤)1質量%を混合し、予めポリフッ化ビニリデン(結着剤)5質量%を1−メチル−2−ピロリドンに溶解させておいた溶液に加えて混合し、負極合剤ペーストを調製した。
この負極合剤ペーストを銅箔(集電体)上に塗布し、乾燥、加圧処理して所定の大きさに裁断し、負極シートを作製したこと、電池評価の際の充電終止電圧を2.8V、放電終止電圧を1.2Vとしたこと、非水電解液の組成を所定のものに変えたことの他は、実施例1、比較例1と同様に円筒電池を作製し、電池評価を行った。
結果を表4に示す。
Example 15 and Comparative Example 6
A negative electrode sheet was prepared using lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12 ; negative electrode active material) instead of the negative electrode active material used in Example 5 and Comparative Example 1.
90% by mass of lithium titanate, 4% by mass of acetylene black (conductive agent) and 1% by mass of carbon nanotubes (conductive agent) are mixed, and 5% by mass of polyvinylidene fluoride (binder) is previously added to 1-methyl-2-pyrrolidone. The negative electrode mixture paste was prepared by adding to and mixing with the solution previously dissolved in the mixture.
This negative electrode mixture paste was applied onto a copper foil (current collector), dried, pressurized and cut into a predetermined size to produce a negative electrode sheet, and the end-of-charge voltage during battery evaluation was 2 A cylindrical battery was produced in the same manner as in Example 1 and Comparative Example 1 except that the discharge end voltage was set to 0.8 V, the discharge end voltage was set to 1.2 V, and the composition of the nonaqueous electrolyte was changed to a predetermined one. Went.
The results are shown in Table 4.

実施例16〜17、比較例7
〔溶解性試験〕
比較例1で用いた電解液50gに、合成例1と同様の製法で得たビス(ジフルオロホスホリル)(2,5,8,11−テトラオキサドデカン)ジリチウムを所定量添加し、25℃で10分攪拌した(実施例16、17)。
また、比較例1で用いた非水電解液50gに、ジフルオロリン酸リチウムを0.75g添加し、25℃で10分攪拌した(比較例7)。
攪拌後、溶け残りがない完全に均一な液体が得られた場合は溶解性○とし、溶け残っている場合は溶解性×とした。結果を表5に示す。
Examples 16-17, Comparative Example 7
[Solubility test]
A predetermined amount of bis (difluorophosphoryl) (2,5,8,11-tetraoxadodecane) dilithium obtained by the same production method as in Synthesis Example 1 was added to 50 g of the electrolytic solution used in Comparative Example 1, and 10% at 25 ° C. The mixture was stirred for a minute (Examples 16 and 17).
Further, 0.75 g of lithium difluorophosphate was added to 50 g of the nonaqueous electrolytic solution used in Comparative Example 1, and the mixture was stirred at 25 ° C. for 10 minutes (Comparative Example 7).
When a completely uniform liquid with no undissolved residue was obtained after stirring, the solubility was evaluated as o, and when it remained undissolved, the solubility was evaluated as x. The results are shown in Table 5.

特定のエーテル化合物を配位子としたリチウムカチオンと、ジフルオロリン酸アニオンからなるリチウム塩化合物を含む非水電解液を用いた実施例1〜13のリチウム二次電池は何れも、比較例1〜4のリチウム二次電池に比べ、高温サイクル特性、高温サイクル後の出力特性、及び正極からの金属溶出抑制効果が向上している。
また、実施例14と比較例5の対比、実施例15と比較例6の対比から、正極にLiNi1/2Mn3/2を用いた場合や、負極にチタン酸リチウムを用いた場合にも同様な効果がみられることから、特定の正極や負極に依存した効果でないことは明らかである。
さらに、実施例16及び17と比較例7の対比からエーテル化合物を配位子としたリチウムカチオンと、ジフルオロリン酸アニオンからなるリチウム塩化合物は、ジフルオロリン酸リチウムと比較して、溶解性が格段に向上していることが分かる。
本発明の非水電解液は、リチウムイオンキャパシタ等の蓄電デバイス用非水電解液として、高温サイクル特性及び高温サイクル後の出力特性等を改善する効果も有する。
Each of the lithium secondary batteries of Examples 1 to 13 using a non-aqueous electrolyte containing a lithium cation having a specific ether compound as a ligand and a lithium salt compound composed of a difluorophosphate anion is Comparative Examples 1 to 1. Compared with the lithium secondary battery of No. 4, the high temperature cycle characteristics, the output characteristics after the high temperature cycle, and the metal elution suppression effect from the positive electrode are improved.
Further, from the comparison between Example 14 and Comparative Example 5 and the comparison between Example 15 and Comparative Example 6, when LiNi 1/2 Mn 3/2 O 4 is used for the positive electrode or when lithium titanate is used for the negative electrode Since the same effect is also observed, it is clear that the effect is not dependent on a specific positive electrode or negative electrode.
Further, from the comparison between Examples 16 and 17 and Comparative Example 7, a lithium cation compound composed of an ether compound as a ligand and a lithium salt compound composed of a difluorophosphate anion has much higher solubility than lithium difluorophosphate. It can be seen that there is an improvement.
The nonaqueous electrolytic solution of the present invention has an effect of improving high temperature cycle characteristics, output characteristics after high temperature cycling, and the like as a nonaqueous electrolytic solution for an electricity storage device such as a lithium ion capacitor.

本発明の非水電解液を使用すれば、高温サイクル特性及び高温サイクル後の出力特性に優れ、正極等からの金属溶出を抑制できる蓄電デバイスを得ることができる。特にハイブリッド電気自動車、プラグインハイブリッド電気自動車、バッテリー電気自動車、タブレット端末やウルトラブック等の高温下で使用される可能性が高い機器に搭載されるリチウムイオン二次電池やリチウムイオンキャパシタ等の蓄電デバイス用非水電解液として使用すると、高温サイクル特性及び高温サイクル後の出力特性に優れ、正極等からの金属溶出を抑制できる蓄電デバイスを得ることができる。   If the non-aqueous electrolyte of the present invention is used, it is possible to obtain an electricity storage device that is excellent in high-temperature cycle characteristics and output characteristics after high-temperature cycles and that can suppress metal elution from the positive electrode and the like. Power storage devices such as lithium-ion secondary batteries and lithium-ion capacitors that are particularly likely to be used at high temperatures, such as hybrid electric vehicles, plug-in hybrid electric vehicles, battery electric vehicles, tablet terminals, and ultrabooks When used as a nonaqueous electrolytic solution, it is possible to obtain an electricity storage device that is excellent in high-temperature cycle characteristics and output characteristics after high-temperature cycles, and that can suppress metal elution from the positive electrode or the like.

Claims (8)

2,5,8,11−テトラオキサドデカン及び2,5,8,11,14−ペンタオキサペンタデカンから選ばれる1種以上のエーテル化合物を配位子としたリチウムカチオンと、ジフルオロリン酸アニオンとからなるリチウム塩化合物。   From a lithium cation having at least one ether compound selected from 2,5,8,11-tetraoxadodecane and 2,5,8,11,14-pentaoxapentadecane as a ligand, and a difluorophosphate anion A lithium salt compound. 前記リチウムカチオンにおける、エーテル化合物のリチウムイオン(Li)に対するモル比が0.1〜0.7である、請求項1に記載のリチウム塩化合物。 The lithium salt compound according to claim 1, wherein a molar ratio of the ether compound to lithium ions (Li + ) in the lithium cation is 0.1 to 0.7. ビス(ジフルオロホスホリル)(2,5,8,11−テトラオキサドデカン)ジリチウム、又はビス(ジフルオロホスホリル)(2,5,8,11,14−ペンタオキサペンタデカン)ジリチウムである、請求項1又は2に記載のリチウム塩化合物。   3. Bis (difluorophosphoryl) (2,5,8,11-tetraoxadodecane) dilithium or bis (difluorophosphoryl) (2,5,8,11,14-pentaoxapentadecane) dilithium The lithium salt compound described in 1. 非水溶媒に電解質塩が溶解されている非水電解液において、非水電解液中に請求項1〜3のいずれかに記載のリチウム塩化合物を含有することを特徴とする非水電解液。   A non-aqueous electrolytic solution in which an electrolyte salt is dissolved in a non-aqueous solvent, wherein the lithium salt compound according to any one of claims 1 to 3 is contained in the non-aqueous electrolytic solution. 環状カーボネート及び鎖状カーボネートから選ばれる1種以上を含有する非水溶媒を含む、請求項4に記載の非水電解液。   The nonaqueous electrolytic solution according to claim 4, comprising a nonaqueous solvent containing one or more selected from cyclic carbonates and chain carbonates. 請求項4又は5に記載の非水電解液を用いることを特徴とするリチウムイオン二次電池。   A lithium ion secondary battery using the nonaqueous electrolytic solution according to claim 4. 請求項4又は5に記載の非水電解液を用いることを特徴とするリチウムイオンキャパシタ。   A lithium ion capacitor using the nonaqueous electrolytic solution according to claim 4. 2,5,8,11−テトラオキサドデカン及び2,5,8,11,14−ペンタオキサペンタデカンから選ばれる1種以上のエーテル化合物とジフルオロリン酸リチウムとを接触させる請求項1〜3のいずれかに記載のリチウム塩化合物の製造方法。   Any one of the ether compounds chosen from 2,5,8,11-tetraoxadodecane and 2,5,8,11,14-pentaoxapentadecane and lithium difluorophosphate are brought into contact. A method for producing a lithium salt compound according to claim 1.
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