JP2017117684A - Electrolytic solution for nonaqueous electrolyte battery, and nonaqueous electrolyte battery using the same - Google Patents

Electrolytic solution for nonaqueous electrolyte battery, and nonaqueous electrolyte battery using the same Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide: an electrolytic solution for a nonaqueous electrolyte battery, which includes a novel compound and shows high-temperature cycle characteristics equivalent to those in a case in which methylene methane disulfonate is added thereto; and a nonaqueous electrolyte battery using the electrolytic solution.SOLUTION: Provided are an electrolytic solution for a nonaqueous electrolyte battery and a nonaqueous electrolyte battery using the electrolytic solution. The electrolytic solution comprises (I) a nonaqueous organic solvent, (II) a solute which is an ionic salt, and (III) a cyclic sulfonic acid anhydride derivative having an ethylene skeleton given by formula (1) and including two sulfonyl groups. The cyclic sulfonic acid anhydride derivative is arranged by using, as a raw material, a sulfur trioxide and a compound including a double bond. The content of a sulfur dioxide which is an impurity resulting from the reaction of the sulfur trioxide and the compound including a double bond is 2.5 mass% or less. (The double bond is formed between Cand R, Cand Ror Cand C.)SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、非水電解液電池用非水電解液とこれを用いた非水電解液電池に関する。   The present invention relates to a non-aqueous electrolyte for a non-aqueous electrolyte battery and a non-aqueous electrolyte battery using the same.

電気化学デバイスである電池において、近年、情報関連機器、通信機器、すなわち、パソコン、ビデオカメラ、デジタルカメラ、携帯電話、スマートフォン等の小型、高エネルギー密度用途向けの蓄電システムや、電気自動車、ハイブリッド車、燃料電池車補助電源、電力貯蔵等の大型、パワー用途向けの蓄電システムが注目を集めている。その候補の一つがエネルギー密度や電圧が高く高容量が得られるリチウムイオン電池を始めとした非水電解液二次電池であり、現在、盛んに研究開発が行われている。   In recent years, in batteries that are electrochemical devices, information-related equipment and communication equipment, that is, personal computers, video cameras, digital cameras, mobile phones, smartphones, and other small-sized, high-energy-density power storage systems, electric vehicles, and hybrid vehicles In addition, large-scale power storage systems such as fuel cell vehicle auxiliary power supplies and power storage are attracting attention. One of the candidates is a non-aqueous electrolyte secondary battery such as a lithium ion battery that has a high energy density and voltage and can obtain a high capacity, and is currently actively researched and developed.

非水電解液電池用電解液(以下「非水電解液」と記載する場合がある)としては、環状カーボネートや、鎖状カーボネート、エステル等の溶媒に溶質としてLiPF6等の含フッ素電解質を溶解した非水電解液が、高電圧及び高容量の電池を得るのに好適であることからよく利用されている。しかしながら、このような非水電解液を用いる非水電解液電池は、サイクル特性、出力特性を始めとする電池特性において必ずしも満足できるものではない。 As a non-aqueous electrolyte battery electrolyte (hereinafter sometimes referred to as “non-aqueous electrolyte”), a fluorine-containing electrolyte such as LiPF 6 is dissolved as a solute in a solvent such as cyclic carbonate, chain carbonate, or ester. The non-aqueous electrolyte is often used because it is suitable for obtaining a battery having a high voltage and a high capacity. However, a non-aqueous electrolyte battery using such a non-aqueous electrolyte is not always satisfactory in terms of battery characteristics including cycle characteristics and output characteristics.

例えばリチウムイオン電池の場合、初充電時に負極にリチウムカチオンが挿入される際に、負極とリチウムカチオン、又は負極と電解液溶媒が反応し、負極表面上に酸化リチウムや炭酸リチウム、アルキル炭酸リチウムを主成分とする被膜を形成する。この電極表面上の皮膜はSolid Electrolyte Interface(SEI)と呼ばれ、溶媒の還元分解を抑制し電池性能の劣化や電池内部でのガス発生量を抑える等、その性質が電池性能に大きな影響を与える。また、同様に正極表面上にも酸化分解物による皮膜が形成され、これも同じく電池性能の劣化や電池内部でのガス発生を抑える等といった重要な役割を果たす事が知られている。   For example, in the case of a lithium ion battery, when a lithium cation is inserted into the negative electrode during the initial charge, the negative electrode and the lithium cation, or the negative electrode and the electrolyte solvent react, and lithium oxide, lithium carbonate, or lithium alkyl carbonate is present on the negative electrode surface. A film having a main component is formed. This film on the electrode surface is called Solid Electrolyte Interface (SEI), and its properties greatly affect the battery performance, such as suppressing the reductive decomposition of the solvent and suppressing the deterioration of the battery performance and the amount of gas generation inside the battery. . Similarly, it is known that a film made of an oxidative decomposition product is formed on the surface of the positive electrode, and this also plays an important role in, for example, suppressing battery performance deterioration and gas generation inside the battery.

そのため、サイクル特性や貯蔵特性などを始めとする電池特性を向上させるためには、リチウムイオン伝導性が高く、かつ、電子伝導性が低い安定なSEIを形成させることが重要であり、添加剤と称される化合物を電解液中に少量(通常は0.01質量%以上10質量%以下)加えることで、積極的に良好なSEIを形成させる試みが広くなされている。   Therefore, in order to improve battery characteristics such as cycle characteristics and storage characteristics, it is important to form stable SEI with high lithium ion conductivity and low electron conductivity. Attempts have been widely made to positively form good SEI by adding a small amount of the compound referred to in the electrolyte (usually 0.01% by mass or more and 10% by mass or less).

例えば、非特許文献1(1380項 2.2.Reduction−Type additive)には、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、酢酸ビニル、無水マレイン酸、ビニルピリジン等が溶媒よりも先に電気化学的に還元分解され、その分解物が負極上に溶媒に溶けずに安定なSEIを形成する事が記載されている。   For example, in Non-Patent Document 1 (Section 1380 2.2. Reduction-Type additive), vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, vinyl acetate, maleic anhydride, vinyl pyridine and the like are electrochemically reduced and decomposed before the solvent. It is described that the decomposition product forms stable SEI on the negative electrode without dissolving in the solvent.

また、特許文献1では、第19段落にてスルホニル基を2個有する環式スルホン酸エステルが電池の電極界面における不動態皮膜形成に関与し、結果として溶媒の分解抑制や、または正極成分であるマンガンの溶出抑制に有用な効果がある事も開示されている。ここで、特許文献1においてはスルホニル基を2個有する環式スルホン酸エステルとしてメチレンメタンジスルホネート(以下MMDS)が特に有用であるとされているが、このMMDSは特許文献2の実施例1〜3に示される通り、製造時の収率が40〜51モル%であり生産性が高くない事が大きな課題であった。   In Patent Document 1, the cyclic sulfonic acid ester having two sulfonyl groups in the 19th paragraph is involved in the formation of a passive film at the electrode interface of the battery, resulting in suppression of decomposition of the solvent or positive electrode component. It is also disclosed that there is a useful effect in suppressing manganese elution. Here, in Patent Document 1, methylenemethane disulfonate (hereinafter referred to as MMDS) is particularly useful as a cyclic sulfonic acid ester having two sulfonyl groups. As shown in FIG. 3, it was a big problem that the yield during production was 40 to 51 mol% and the productivity was not high.

このスルホニル基を2個有する環式スルホン酸エステルの具体例が特許文献1の表1に開示されている。この中で、表1の化合物No21はMMDSの異性体であり、同じ六員環を基本骨格としながらスルホン酸無水物としての構造も有する、カルビルサルフェート(以下CS)と称される化合物である。このCSは、非特許文献2の実験項(Carbyl Sulfate)に示されている通り、安価な原料であるエチレンと三酸化硫黄とにより定量的に製造する事が可能である。   Specific examples of the cyclic sulfonic acid ester having two sulfonyl groups are disclosed in Table 1 of Patent Document 1. Among them, Compound No. 21 in Table 1 is an isomer of MMDS, and is a compound called carbyl sulfate (hereinafter referred to as CS) having the same six-membered ring as a basic skeleton but also having a structure as a sulfonic anhydride. . This CS can be quantitatively produced with inexpensive raw materials such as ethylene and sulfur trioxide, as shown in the experimental section (Carbyl Sulfate) of Non-Patent Document 2.

特許第4033074号公報Japanese Patent No. 4033074 国際公開第2012/026266号パンフレットInternational Publication No. 2012/026266 Pamphlet 特許第5318420号公報Japanese Patent No. 5318420 特許第4772964号公報Japanese Patent No. 477964 特許第5630048号公報Japanese Patent No. 5630048 特許第3907446号公報Japanese Patent No. 3907446 特許第5277550号公報Japanese Patent No. 5277550 特許第4198992号公報Japanese Patent No. 4198992

Journal of Power Sources「A review of electrolyte additives for lithiumu−ion batteries」Sheng shui Zhang著 (2006)、162、P1379−1394Journal of Power Sources "A review of electritives for lithiumu-ion batteries" by Sheng Shui Zhang (2006), 162, P1379-1394. Journal of the American Chemical Society「The Synthesis of Sodium Ethylenesulfonate from Ethylene」David S. Breslow、Robert R.Hough著(1957)、79、P5000−5002Journal of the American Chemical Society "The Synthesis of Sodium Ethylsulfonate from Ethylene" David S. Breslow, Robert R.M. Hough (1957), 79, P5000-5002. Chemistry − A European Journal「Tris(oxalato)phosphorus Acid and Its Lithium Salt」Ulrich Wietelmann, Werner Bonrath, Thomas Netscher, Heinrich Noth, Jan−Christoph Panitz and Margret Wohlfahrt−Mehrens著(2004)、10、P2451−2458Chemistry - A European Journal "Tris (oxalato) phosphorus Acid and Its Lithium Salt" Ulrich Wietelmann, Werner Bonrath, Thomas Netscher, Heinrich Noth, Jan-Christoph Panitz and Margret Wohlfahrt-Mehrens al (2004), 10, P2451-2458

しかし、この工業的に有利なCSを非特許文献2に従って合成、精製し、添加剤として利用しても、MMDSを添加した場合に比べて60℃での高温サイクル特性が十分でなかった。
そこで本発明は、MMDSを添加した場合と同等の60℃高温サイクル特性を示す、CSを始めとするエチレン骨格を有しスルホニル基を2個有する環式スルホン酸無水物誘導体を含有する非水電解液電池用電解液、及びそれを用いた非水電解液電池を提供することを目的とする。
However, even when this industrially advantageous CS was synthesized and purified according to Non-Patent Document 2 and used as an additive, the high-temperature cycle characteristics at 60 ° C. were not sufficient as compared with the case where MMDS was added.
Therefore, the present invention provides a non-aqueous electrolysis comprising a cyclic sulfonic anhydride derivative having two sulfonyl groups and having an ethylene skeleton including CS, which exhibits the same high-temperature cycle characteristics at 60 ° C. as when MMDS is added. An object of the present invention is to provide a liquid battery electrolyte and a nonaqueous electrolyte battery using the same.

本発明者らが鋭意検討した結果、三酸化硫黄と二重結合を含む化合物とを反応させる従来の手法にて製造されたエチレン骨格を有しスルホニル基を2個有する環式スルホン酸無水物誘導体には、3〜5質量%程度の二酸化硫黄が含まれ、この二酸化硫黄が高温サイクル特性に悪影響を与えている事が判明した。
そして、二酸化硫黄の含有量を低減させた高純度な、エチレン骨格を有しスルホニル基を2個有する環式スルホン酸無水物誘導体を添加剤として使用した場合、MMDSと同等の高温サイクル特性を示すことを見出し、本発明に至った。
As a result of intensive studies by the present inventors, a cyclic sulfonic anhydride derivative having an ethylene skeleton and two sulfonyl groups, produced by a conventional method of reacting sulfur trioxide with a compound containing a double bond Was found to contain about 3 to 5% by mass of sulfur dioxide, and this sulfur dioxide had an adverse effect on the high-temperature cycle characteristics.
When a high-purity, cyclic sulfonic anhydride derivative having an ethylene skeleton and two sulfonyl groups with a reduced content of sulfur dioxide is used as an additive, high temperature cycle characteristics equivalent to MMDS are exhibited. As a result, they have reached the present invention.

非特許文献2の実験項(Carbyl Sulfate)にて報告されている手法を利用して、CSを合成した結果、純度96.2%の無色固体の目的物が得られた。これを非水電解液用の添加剤として用いたところ、高温サイクル試験においてその異性体であるMMDSと比べて劣化が非常に早く、容量が半減し電池そのものが成り立たないという結果になった。分析の結果、CSに含まれる不純物の大部分は二酸化硫黄である事が判明した。このCS中に含まれる二酸化硫黄を低減させるため、例えば、反応で得られたCSをガラス製容器に入れて内温を80℃に加熱したうえで、露点−75℃の窒素ガスを5時間導入した結果、二酸化硫黄の含有量は0.2質量%となった。そして、これを非水電解液用の添加剤として使用したところ、高温サイクル特性が大幅に向上することを見出した。また、CS以外のエチレン骨格を有しスルホニル基を2個有する環式スルホン酸無水物誘導体に関しても、製造工程由来で含まれる二酸化硫黄を低減させる事で、CSの場合と同様に高温サイクル特性の大幅な向上が確認された。   As a result of synthesizing CS using the method reported in the experimental section (Carbyl Sulfate) of Non-Patent Document 2, a colorless solid target product having a purity of 96.2% was obtained. When this was used as an additive for a non-aqueous electrolyte solution, the deterioration was very rapid in comparison with its isomer MMDS in a high-temperature cycle test, and the capacity was reduced by half and the battery itself was not realized. As a result of analysis, it was found that most of the impurities contained in CS are sulfur dioxide. In order to reduce the sulfur dioxide contained in this CS, for example, the CS obtained by the reaction is put in a glass container and the internal temperature is heated to 80 ° C., then nitrogen gas having a dew point of −75 ° C. is introduced for 5 hours. As a result, the sulfur dioxide content was 0.2% by mass. And when this was used as an additive for non-aqueous electrolytes, it discovered that a high temperature cycling characteristic improved significantly. In addition, regarding cyclic sulfonic anhydride derivatives having an ethylene skeleton other than CS and having two sulfonyl groups, by reducing the sulfur dioxide contained in the production process, the high temperature cycle characteristics are the same as in the case of CS. Significant improvement was confirmed.

一方で、特許文献3の請求項7、16、23にてR−SO−R’で示される非対称で非環式のスルホンを含む電解質溶媒において、二酸化硫黄が有用な添加剤である事が示されている。また、特許文献4では二酸化硫黄が全ての温度領域に関する導電性を改良し、電極上の保護皮膜を改良する事が第30段落にて、また非水電解液の導電率を大きく向上させるためにビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウムを溶質とする非水電解液に、二酸化硫黄を溶解、飽和させる手法が第75段落の例3に開示されている。
両文献共に、二酸化硫黄による高温サイクル特性への影響の有無に関しては言及されていない。仮に、今回本発明者らによって判明された、CS等と高濃度の二酸化硫黄が共存する場合の顕著な高温サイクル特性の劣化と同等の劣化が起こるのであれば、高温でのサイクル試験を行なわない場合でも他の基本的な電池試験に悪影響を与えると予想される。しかし両文献共に、開示している二酸化硫黄を添加した系(CS等と二酸化硫黄が共存する系ではない)では基本的な電池試験にも悪影響が起きていない。よって、二酸化硫黄を添加しても電池性能の低下は引き起こさないと考えることが極めて一般的である。
しかし、上記CSを始めとするエチレン骨格を有しスルホニル基を2個有する環式スルホン酸無水物誘導体とともに二酸化硫黄が非水電解液に含まれる場合においては、非水電解液電池の性能、とりわけ高温サイクル特性を低下させている。この事は、詳細は不明ではあるが以下の様に推測できる。
On the other hand, sulfur dioxide is a useful additive in the electrolyte solvent containing asymmetric and acyclic sulfone represented by R—SO 2 —R ′ in claims 7, 16, and 23 of Patent Document 3. It is shown. In Patent Document 4, sulfur dioxide improves conductivity in all temperature ranges, and the protective film on the electrode is improved in the 30th paragraph, and the conductivity of the nonaqueous electrolyte is greatly improved. A method for dissolving and saturating sulfur dioxide in a nonaqueous electrolytic solution containing bis (trifluoromethanesulfonyl) imide lithium as a solute is disclosed in Example 3 of the 75th paragraph.
Neither document mentions the effect of sulfur dioxide on the high-temperature cycle characteristics. If a deterioration equivalent to the remarkable deterioration in high-temperature cycle characteristics occurs when CS and the like and high-concentration sulfur dioxide coexist, which has been found by the present inventors, will not be subjected to a high-temperature cycle test. In some cases, other basic battery tests are expected to be adversely affected. However, in both of the documents, the disclosed system to which sulfur dioxide is added (not a system in which CS or the like and sulfur dioxide coexist) has no adverse effect on basic battery tests. Therefore, it is very common to think that adding sulfur dioxide does not cause a decrease in battery performance.
However, in the case where sulfur dioxide is contained in the non-aqueous electrolyte together with the cyclic sulfonic anhydride derivative having two sulfonyl groups having the ethylene skeleton including CS, the performance of the non-aqueous electrolyte battery, particularly High temperature cycle characteristics are degraded. Although this is not clear in detail, it can be estimated as follows.

エチレン骨格を有しスルホニル基を2個有する環式スルホン酸無水物誘導体はMMDS等と同様に、電気化学的に分解されて正負極表面上にSEIを形成する事により、非水電解液中の溶媒の分解や正極中の金属の溶出を抑制する事で60℃高温サイクル特性を向上させると思われる。ここで、二酸化硫黄はエチレン骨格を有しスルホニル基を2個有する環式スルホン酸無水物誘導体に比べて電気化学的に不安定であり、より低い電位にて分解が始まる。そのため、初充電時にはまず一段目に二酸化硫黄を由来とするSEIが形成され、その次の二段目にエチレン骨格を有しスルホニル基を2個有する環式スルホン酸無水物誘導体を由来としたSEIが形成される事になる。しかし、一段目に形成された二酸化硫黄由来のSEIの影響でエチレン骨格を有しスルホニル基を2個有する環式スルホン酸無水物誘導体の電気化学的な分解が効率よく進行せず、二段目のSEIが充分に形成されない事になる。   A cyclic sulfonic anhydride derivative having an ethylene skeleton and two sulfonyl groups is electrochemically decomposed to form SEI on the surface of the positive and negative electrodes, as in MMDS, etc. It seems that 60 degreeC high temperature cycling characteristic is improved by suppressing decomposition | disassembly of a solvent and elution of the metal in a positive electrode. Here, sulfur dioxide is electrochemically unstable as compared with a cyclic sulfonic anhydride derivative having an ethylene skeleton and two sulfonyl groups, and begins to decompose at a lower potential. Therefore, SEI derived from sulfur dioxide is formed in the first stage at the first charge, and SEI derived from a cyclic sulfonic anhydride derivative having an ethylene skeleton and two sulfonyl groups in the second stage. Will be formed. However, the electrochemical decomposition of the cyclic sulfonic anhydride derivative having an ethylene skeleton and two sulfonyl groups does not proceed efficiently due to the influence of SEI derived from sulfur dioxide formed in the first stage. SEI is not sufficiently formed.

単純に二酸化硫黄由来のSEIとエチレン骨格を有しスルホニル基を2個有する環式スルホン酸無水物誘導体由来のSEIを比較した場合、後者は炭素骨格を含むため、直接結合などで負極表面に強固に固定されるのに対して、前者はそれが無く、充放電が進む過程で剥離し、電極保護性能が失われやすい。その結果として、それぞれを添加した高温サイクル試験では、二酸化硫黄を添加した場合の方が、より性能が低下する事となる。すなわち、エチレン骨格を有しスルホニル基を2個有する環式スルホン酸無水物誘導体に二酸化硫黄が多く含まれる場合と、エチレン骨格を有しスルホニル基を2個有する環式スルホン酸無水物誘導体に二酸化硫黄が少量含まれる場合とを比較すると、後者の方が高温サイクル特性に優れる事となる。更には二酸化硫黄由来のSEIの影響で、電気化学的に分解しきれなかったエチレン骨格を有しスルホニル基を2個有する環式スルホン酸無水物誘導体の残留分が60℃にて化学的に分解し、その分解物が60℃高温サイクル特性に悪影響を与えていると推測できる。   When comparing SEI derived from sulfur dioxide and SEI derived from a cyclic sulfonic anhydride derivative having an ethylene skeleton and two sulfonyl groups, the latter contains a carbon skeleton, and the latter is strong on the negative electrode surface by direct bonding or the like. In contrast, the former is not, but the former is peeled off in the process of charging and discharging, and the electrode protection performance is easily lost. As a result, in the high-temperature cycle test in which each is added, the performance is further reduced when sulfur dioxide is added. That is, when the cyclic sulfonic acid anhydride derivative having an ethylene skeleton and two sulfonyl groups contains a large amount of sulfur dioxide, and when the cyclic sulfonic acid anhydride derivative having an ethylene skeleton and two sulfonyl groups is included in the carbon dioxide. When compared with the case where a small amount of sulfur is contained, the latter is superior in high-temperature cycle characteristics. Furthermore, due to the influence of SEI derived from sulfur dioxide, the residue of cyclic sulfonic anhydride derivative having two sulfonyl groups with an ethylene skeleton that could not be decomposed electrochemically was chemically decomposed at 60 ° C. It can be assumed that the decomposition product has an adverse effect on the high-temperature cycle characteristics at 60 ° C.

本発明は、
(I)非水有機溶媒、
(II)イオン性塩である、溶質、
(III)一般式(1)で示されるスルホニル基を2個有する環式スルホン酸無水物誘導体
を含む非水電解液電池用電解液であって、
上記環式スルホン酸無水物誘導体が、
三酸化硫黄と二重結合を含む化合物とを原料とし、
該三酸化硫黄と二重結合を含む化合物との反応由来の不純物である二酸化硫黄の含有量が2.5質量%以下である、
非水電解液電池用電解液である。

Figure 2017117684
[一般式(1)中、R、R、R、Rは、それぞれ互いに独立して水素、アルキル基、アルコキシ基、アルケニル基、アルケニルオキシ基、アルキニル基、アルキニルオキシ基、アリール基、及びアリールオキシ基からなる群から選ばれる基を示し、これらの基はフッ素原子、塩素原子、又は酸素原子を有していても良い。C−R 間、またはC−R 間が直接二重結合となる場合は、それぞれR,Rは存在しない。また、以下の(2)、(4)に示す様に、C−C 間に直接二重結合を形成しても良い。この場合、R、Rは存在しない。また、(3)、(4)に示す様に、R、Rが同一の環構造に含まれるような形をとっても良い。]
Figure 2017117684
The present invention
(I) a non-aqueous organic solvent,
(II) a solute that is an ionic salt,
(III) An electrolyte for a non-aqueous electrolyte battery comprising a cyclic sulfonic anhydride derivative having two sulfonyl groups represented by the general formula (1),
The cyclic sulfonic anhydride derivative is
Starting from sulfur trioxide and a compound containing a double bond,
The content of sulfur dioxide, which is an impurity derived from the reaction between the sulfur trioxide and a compound containing a double bond, is 2.5% by mass or less.
This is an electrolyte for a non-aqueous electrolyte battery.
Figure 2017117684
[In the general formula (1), R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently hydrogen, alkyl group, alkoxy group, alkenyl group, alkenyloxy group, alkynyl group, alkynyloxy group, aryl group. And a group selected from the group consisting of aryloxy groups, and these groups may have a fluorine atom, a chlorine atom, or an oxygen atom. In the case where a direct bond is formed between C 1 and R 1 or between C 2 and R 2 , R 3 and R 4 do not exist, respectively. Further, as shown in the following (2) and (4), a double bond may be directly formed between C 1 and C 2 . In this case, R 3 and R 4 do not exist. Further, as shown in (3) and (4), R 1 and R 2 may take the form of being included in the same ring structure. ]
Figure 2017117684

上記二酸化硫黄含有量は2.0質量%以下が好ましい。   The sulfur dioxide content is preferably 2.0% by mass or less.

また、上記一般式(1)で示されるスルホニル基を2個有する環式スルホン酸無水物誘導体が下記化合物No.1〜24からなる群から選択される少なくとも1つであることが好ましい。

Figure 2017117684
In addition, cyclic sulfonic anhydride derivatives having two sulfonyl groups represented by the general formula (1) are the following compound Nos. It is preferably at least one selected from the group consisting of 1 to 24.
Figure 2017117684

また、上記(I)、(II)の総量に対する、(III)の濃度が0.01質量%以上、10.0質量%以下であることが好ましい。より好ましくは0.05質量%以上、5.0質量%以下であり、さらに好ましくは0.1質量%以上、3.0質量%以下の範囲である。0.01質量%を下回ると非水電池の特性を向上させる効果が十分に得られず、一方、10.0質量%を超えると(III)由来で非水電解液に含まれる事になる二酸化硫黄の量が増加し、60℃高温サイクル特性が低下する恐れがある。   Moreover, it is preferable that the density | concentration of (III) with respect to the total amount of said (I) and (II) is 0.01 mass% or more and 10.0 mass% or less. More preferably, it is 0.05 mass% or more and 5.0 mass% or less, More preferably, it is the range of 0.1 mass% or more and 3.0 mass% or less. If the amount is less than 0.01% by mass, the effect of improving the characteristics of the non-aqueous battery cannot be sufficiently obtained. There is a possibility that the amount of sulfur increases and the high-temperature cycle characteristics at 60 ° C. deteriorate.

上記溶質であるイオン性塩が、
リチウム、及びナトリウムからなる群から選ばれる少なくとも1種のカチオンと、
ヘキサフルオロリン酸アニオン、テトラフルオロホウ酸アニオン、ジフルオロオキサラトホウ酸アニオン、テトラフルオロオキサラトリン酸アニオン、トリフルオロメタンスルホン酸アニオン、フルオロスルホン酸アニオン、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドアニオン、ビス(フルオロスルホニル)イミドアニオン、(トリフルオロメタンスルホニル)(フルオロスルホニル)イミドアニオン、ビス(ジフルオロホスホニル)イミドアニオン、(ジフルオロホスホニル)(フルオロスルホニル)イミドアニオン、及び(ジフルオロホスホニル)(トリフルオロスルホニル)イミドアニオンからなる群から選ばれる少なくとも1種のアニオンの対からなるイオン性塩であることが好ましい。
The ionic salt that is the solute is
At least one cation selected from the group consisting of lithium and sodium;
Hexafluorophosphate anion, tetrafluoroborate anion, difluorooxalatoborate anion, tetrafluorooxalatophosphate anion, trifluoromethanesulfonate anion, fluorosulfonate anion, bis (trifluoromethanesulfonyl) imide anion, bis (fluoro (Sulfonyl) imide anion, (trifluoromethanesulfonyl) (fluorosulfonyl) imide anion, bis (difluorophosphonyl) imide anion, (difluorophosphonyl) (fluorosulfonyl) imide anion, and (difluorophosphonyl) (trifluorosulfonyl) imide It is preferably an ionic salt composed of a pair of at least one anion selected from the group consisting of anions.

上記非水有機溶媒が、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、エチルプロピルカーボネート、メチルブチルカーボネート、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート、酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、2−フルオロプロピオン酸メチル、2−フルオロプロピオン酸エチル、ジエチルエーテル、アセトニトリル、プロピオニトリル、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、フラン、テトラヒドロピラン、1,3−ジオキサン、1,4−ジオキサン、ジブチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、1,2−ジメトキシエタン、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、スルホラン、γ−ブチロラクトン、及びγ−バレロラクトンからなる群から選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。   The non-aqueous organic solvent is ethyl methyl carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl propyl carbonate, ethyl propyl carbonate, methyl butyl carbonate, ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, fluoroethylene carbonate, methyl acetate, ethyl acetate, propionic acid Methyl, ethyl propionate, methyl 2-fluoropropionate, ethyl 2-fluoropropionate, diethyl ether, acetonitrile, propionitrile, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, furan, tetrahydropyran, 1,3-dioxane, 1,4 -Dioxane, dibutyl ether, diisopropyl ether, 1,2-dimethoxyethane, N, N-dimethylformamide, Methyl sulfoxide, sulfolane, and is preferably at least one selected from the group consisting of γ- butyrolactone, and γ- valerolactone.

また、上記非水有機溶媒が、環状カーボネート、鎖状カーボネート、及び、エステルからなる群から選ばれる少なくとも1種を含有することが好ましい。
このとき、上記環状カーボネートが、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、及びブチレンカーボネートからなる群から選ばれる少なくとも1種であり、上記鎖状カーボネートが、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、エチルプロピルカーボネート、及びメチルブチルカーボネートからなる群から選ばれる少なくとも1種であり、上記エステルが、酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、2−フルオロプロピオン酸メチル、及び2−フルオロプロピオン酸エチルからなる群から選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。
The non-aqueous organic solvent preferably contains at least one selected from the group consisting of cyclic carbonates, chain carbonates, and esters.
At this time, the cyclic carbonate is at least one selected from the group consisting of ethylene carbonate, propylene carbonate, and butylene carbonate, and the chain carbonate is ethyl methyl carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl propyl carbonate, ethyl And at least one selected from the group consisting of propyl carbonate and methyl butyl carbonate, and the ester is methyl acetate, ethyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, methyl 2-fluoropropionate, and 2-fluoropropionic acid It is preferably at least one selected from the group consisting of ethyl.

また、(IV)その他の成分、を本発明の要旨を損なわない限りにおいて、本発明の非水電解液電池用電解液に任意の比率でさらに添加しても良い。
従って本発明の非水電解液電池用電解液は、
さらに、
(IV)その他成分として
シクロヘキシルベンゼン、シクロヘキシルフルオロベンゼン、ビフェニル、ジフルオロアニソール、t−ブチルベンゼン、t−アミルベンゼン、2−フルオロトルエン、2−フルオロビフェニル、ビニレンカーボネート、ジメチルビニレンカーボネート、ビニ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、ジフルオロエチレンカーボネート、エチニルエチレンカーボネート、ジビニルエチレンカーボネート、メチルジフルオロビニルシラン、メチルフルオロジビニルシラン、ジメチルジビニルシラン、メチルトリビニルシラン、テトラビニルシラン、無水マレイン酸、無水コハク酸、スクシノニトリル、ビスオキサラトホウ酸リチウム、ビスオキサラトホウ酸ナトリウム、ビスオキサラトホウ酸カリウム、ジフルオロオキサラトホウ酸リチウム、ジフルオロオキサラトホウ酸ナトリウム、ジフルオロオキサラトホウ酸カリウム、テトラフルオロオキサラトリン酸リチウム、テトラフルオロオキサラトリン酸ナトリウム、テトラフルオロオキサラトリン酸カリウム、ジフルオロビス(オキサラト)リン酸リチウム、ジフルオロビス(オキサラト)リン酸ナトリウム、ジフルオロビス(オキサラト)リン酸カリウム、トリス(オキサラト)リン酸リチウム、トリス(オキサラト)リン酸ナトリウム、トリス(オキサラト)リン酸カリウム、ジフルオロリン酸リチウム、モノフルオロリン酸リチウム、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウム、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドナトリウム、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドカリウム、ビス(フルオロスルホニル)イミドリチウム、ビス(フルオロスルホニル)イミドナトリウム、ビス(フルオロスルホニル)イミドカリウム、(トリフルオロメタンスルホニル)(フルオロスルホニル)イミドリチウム、(トリフルオロメタンスルホニル)(フルオロスルホニル)イミドナトリウム、(トリフルオロメタンスルホニル)(フルオロスルホニル)イミドカリウム、ビス(ジフルオロホスホニル)イミドリチウム、ビス(ジフルオロホスホニル)イミドナトリウム、ビス(ジフルオロホスホニル)イミドカリウム、(ジフルオロホスホニル)(フルオロスルホニル)イミドリチウム、(ジフルオロホスホニル)(フルオロスルホニル)イミドナトリウム、(ジフルオロホスホニル)(フルオロスルホニル)イミドカリウム、(ジフルオロホスホニル)(トリフルオロスルホニル)イミドリチウム、(ジフルオロホスホニル)(トリフルオロスルホニル)イミドナトリウム、及び(ジフルオロホスホニル)(トリフルオロスルホニル)イミドカリウムからなる群から選ばれる少なくとも1種を含む、上記の非水電解液電池用電解液であってもよい。
In addition, (IV) other components may be further added to the non-aqueous electrolyte battery electrolyte of the present invention at an arbitrary ratio as long as the gist of the present invention is not impaired.
Therefore, the non-aqueous electrolyte battery electrolyte of the present invention is
further,
(IV) Other components include cyclohexylbenzene, cyclohexylfluorobenzene, biphenyl, difluoroanisole, t-butylbenzene, t-amylbenzene, 2-fluorotoluene, 2-fluorobiphenyl, vinylene carbonate, dimethyl vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, fluoro Ethylene carbonate, difluoroethylene carbonate, ethynyl ethylene carbonate, divinyl ethylene carbonate, methyl difluoro vinyl silane, methyl fluoro divinyl silane, dimethyl divinyl silane, methyl trivinyl silane, tetra vinyl silane, maleic anhydride, succinic anhydride, succinonitrile, bisoxalato boron Lithium acid, sodium bisoxalatoborate, potassium bisoxalatoborate , Lithium difluorooxalatoborate, sodium difluorooxalatoborate, potassium difluorooxalatoborate, lithium tetrafluorooxalate, sodium tetrafluorooxalate, potassium tetrafluorooxalate, difluorobis (oxalato ) Lithium phosphate, sodium difluorobis (oxalato) phosphate, potassium difluorobis (oxalato) phosphate, lithium tris (oxalato) phosphate, sodium tris (oxalato) phosphate, potassium tris (oxalato) phosphate, difluorophosphate Lithium, lithium monofluorophosphate, lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide, sodium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide, bis (trifluoromethanes Phosphonyl) imide potassium, bis (fluorosulfonyl) imide lithium, bis (fluorosulfonyl) imide sodium, bis (fluorosulfonyl) imide potassium, (trifluoromethanesulfonyl) (fluorosulfonyl) imide lithium, (trifluoromethanesulfonyl) (fluorosulfonyl) Sodium imido, (trifluoromethanesulfonyl) (fluorosulfonyl) imide potassium, bis (difluorophosphonyl) imide lithium, bis (difluorophosphonyl) imide sodium, bis (difluorophosphonyl) imide potassium, (difluorophosphonyl) (fluorosulfonyl) ) Imidolithium, (difluorophosphonyl) (fluorosulfonyl) imido sodium, (difluorophosphonyl) (fluorosulphonyl) And (difluorophosphonyl) (trifluorosulfonyl) imide lithium, (difluorophosphonyl) (trifluorosulfonyl) imide sodium, and (difluorophosphonyl) (trifluorosulfonyl) imide potassium. The electrolyte solution for a nonaqueous electrolyte battery including at least one kind may be used.

上記(IV)が、ビニレンカーボネート、ビニ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、ジメチルジビニルシラン、メチルトリビニルシラン、テトラビニルシラン、ビスオキサラトホウ酸リチウム、ジフルオロオキサラトホウ酸リチウム、テトラフルオロオキサラトリン酸リチウム、ジフルオロビス(オキサラト)リン酸リチウム、トリス(オキサラト)リン酸リチウム、ジフルオロリン酸リチウム、モノフルオロリン酸リチウム、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウム、ビス(フルオロスルホニル)イミドリチウム、、ビス(ジフルオロホスホニル)イミドリチウム、(ジフルオロホスホニル)(フルオロスルホニル)イミドリチウムからなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましい。   The above (IV) is vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, fluoroethylene carbonate, dimethyldivinylsilane, methyltrivinylsilane, tetravinylsilane, lithium bisoxalate borate, lithium difluorooxalatoborate, lithium tetrafluorooxalatophosphate, difluoro Lithium bis (oxalato) phosphate, lithium tris (oxalato) phosphate, lithium difluorophosphate, lithium monofluorophosphate, lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide, lithium bis (fluorosulfonyl) imide, bis (difluorophosphonyl) It is preferably at least one selected from the group consisting of) imidolithium and (difluorophosphonyl) (fluorosulfonyl) imidolithium.

また本発明は、正極と、リチウム又はリチウムの吸蔵放出の可能な負極材料からなる負極と、或いはナトリウム又はナトリウムの吸蔵放出の可能な負極材料からなる負極と、上記の非水電解液電池用電解液とを含む、非水電解液電池である。   The present invention also provides a positive electrode, a negative electrode made of lithium or a negative electrode material capable of occluding and releasing lithium, or a negative electrode made of sodium or a negative electrode material capable of occluding and releasing sodium, and the above electrolysis for non-aqueous electrolyte batteries. And a non-aqueous electrolyte battery.

本発明によると、MMDSを添加した場合と同等の高温サイクル特性を示す、エチレン骨格を有しスルホニル基を2個有する環式スルホン酸無水物誘導体を含有する非水電解液電池用電解液、及びそれを用いた非水電解液電池を提供することができる。   According to the present invention, an electrolyte solution for a non-aqueous electrolyte battery containing a cyclic sulfonic anhydride derivative having an ethylene skeleton and two sulfonyl groups, exhibiting high-temperature cycle characteristics equivalent to when MMDS is added, and A nonaqueous electrolyte battery using the same can be provided.

実施例1−1〜1−10、比較例1−1〜1−6に係る、二酸化硫黄含有量に対する放電容量維持率のグラフ。The graph of the discharge capacity maintenance factor with respect to sulfur dioxide content based on Examples 1-1 to 1-10 and Comparative Examples 1-1 to 1-6. 実施例2−1〜2−15、比較例2−1〜2−5に係る、二酸化硫黄含有量に対する放電容量維持率のグラフ。The graph of the discharge capacity maintenance factor with respect to sulfur dioxide content based on Examples 2-1 to 2-15 and Comparative Examples 2-1 to 2-5.

以下の実施形態における各構成およびそれらの組み合わせは例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。   Configurations and combinations thereof in the following embodiments are examples, and additions, omissions, substitutions, and other modifications of the configurations can be made without departing from the spirit of the present invention. Further, the present invention is not limited by the embodiments, and is limited only by the scope of the claims.

(I)非水有機溶媒について
本発明の非水電解液電池用電解液に用いられる非水有機溶媒として、例えば、カーボネート類、エステル類、エーテル類、ラクトン類、ニトリル類、アミド類、及びスルホン類が挙げられる。
(I) Nonaqueous organic solvent Examples of the nonaqueous organic solvent used in the electrolyte solution for a nonaqueous electrolyte battery of the present invention include carbonates, esters, ethers, lactones, nitriles, amides, and sulfones. Kind.

上記非水有機溶媒の具体例として、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、エチルプロピルカーボネート、メチルブチルカーボネート、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート、酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、2−フルオロプロピオン酸メチル、2−フルオロプロピオン酸エチル、ジエチルエーテル、アセトニトリル、プロピオニトリル、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、フラン、テトラヒドロピラン、1,3−ジオキサン、1,4−ジオキサン、ジブチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、1,2−ジメトキシエタン、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、スルホラン、γ−ブチロラクトン、及びγ−バレロラクトンが挙げられる。   Specific examples of the non-aqueous organic solvent include ethyl methyl carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl propyl carbonate, ethyl propyl carbonate, methyl butyl carbonate, ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, fluoroethylene carbonate, methyl acetate, ethyl acetate. , Methyl propionate, ethyl propionate, methyl 2-fluoropropionate, ethyl 2-fluoropropionate, diethyl ether, acetonitrile, propionitrile, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, furan, tetrahydropyran, 1,3-dioxane, 1,4-dioxane, dibutyl ether, diisopropyl ether, 1,2-dimethoxyethane, N, N-dimethylphenol Muamido, dimethyl sulfoxide, sulfolane, .gamma.-butyrolactone, and .gamma.-valerolactone.

上記非水有機溶媒が、環状カーボネート及び鎖状カーボネートからなる群から選ばれる少なくとも1種であると、高温でのサイクル特性に優れる点で好ましい。また、上記非水有機溶媒が、エステルからなる群から選ばれる少なくとも1種であると、低温での入出力特性に優れる点で好ましい。上記環状カーボネートの具体例として、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、及びブチレンカーボネートが挙げられ、上記鎖状カーボネートの具体例として、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、エチルプロピルカーボネート、及びメチルブチルカーボネートが挙げられる。上記エステルの具体例として、酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、2−フルオロプロピオン酸メチル、及び2−フルオロプロピオン酸エチルが挙げられる。   It is preferable that the non-aqueous organic solvent is at least one selected from the group consisting of cyclic carbonates and chain carbonates from the viewpoint of excellent cycle characteristics at high temperatures. Moreover, it is preferable that the non-aqueous organic solvent is at least one selected from the group consisting of esters because of excellent input / output characteristics at low temperatures. Specific examples of the cyclic carbonate include ethylene carbonate, propylene carbonate, and butylene carbonate. Specific examples of the chain carbonate include ethyl methyl carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl propyl carbonate, ethyl propyl carbonate, and methyl. Examples include butyl carbonate. Specific examples of the ester include methyl acetate, ethyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, methyl 2-fluoropropionate, and ethyl 2-fluoropropionate.

本発明の非水電解液電池用電解液は、ポリマーを含む事もでき、一般にポリマー固体電解質と呼ばれるものであってもよい。ポリマー固体電解質には、可塑剤として非水有機溶媒を含有するものも含まれる。   The electrolyte solution for a non-aqueous electrolyte battery of the present invention may contain a polymer, and may be generally called a polymer solid electrolyte. The polymer solid electrolyte includes those containing a non-aqueous organic solvent as a plasticizer.

ポリマーは、上記(II)及び上記(III)を溶解できる非プロトン性のポリマーであれば特に限定されるものではない。例えば、ポリエチレンオキシドを主鎖又は側鎖に持つポリマー、ポリビニリデンフロライドのホモポリマー又はコポリマー、メタクリル酸エステルポリマー、ポリアクリロニトリルなどが挙げられる。これらのポリマーに可塑剤を加える場合は、上記の非水有機溶媒のうち非プロトン性非水有機溶媒が用いられる。   The polymer is not particularly limited as long as it is an aprotic polymer capable of dissolving the above (II) and (III). Examples thereof include polymers having polyethylene oxide in the main chain or side chain, homopolymers or copolymers of polyvinylidene fluoride, methacrylic acid ester polymers, polyacrylonitrile and the like. When adding a plasticizer to these polymers, an aprotic nonaqueous organic solvent is used among the above nonaqueous organic solvents.

(II)溶質について
本発明の非水電解液電池用電解液に用いられる溶質として、例えば、
アルカリ金属カチオン、及びアルカリ土類金属カチオンからなる群から選ばれる少なくとも1種のカチオンと、
ヘキサフルオロリン酸アニオン、テトラフルオロホウ酸アニオン、ヘキサフルオロヒ酸アニオン、ヘキサフルオロアンチモン酸アニオン、ジフルオロオキサラトホウ酸アニオン、ジオキサラトホウ酸アニオン、テトラフルオロオキサラトリン酸アニオン、トリオキサラトリン酸アニオン、トリフルオロメタンスルホン酸アニオン、フルオロスルホン酸アニオン、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドアニオン、ビス(ペンタフルオロエタンスルホニル)イミドアニオン、(トリフルオロメタンスルホニル)(ペンタフルオロエタンスルホニル)イミドアニオン、ビス(フルオロスルホニル)イミドアニオン、(トリフルオロメタンスルホニル)(フルオロスルホニル)イミドアニオン、(ペンタフルオロエタンスルホニル)(フルオロスルホニル)イミドアニオン、トリス(トリフルオロメタンスルホニル)メチドアニオン、ビス(ジフルオロホスホニル)イミドアニオン、(ジフルオロホスホニル)(フルオロスルホニル)イミドアニオン、及び(ジフルオロホスホニル)(トリフルオロスルホニル)イミドアニオンからなる群から選ばれる少なくとも1種のアニオンとの対からなるイオン性塩が挙げられる。
中でも、リチウム、及びナトリウムからなる群から選ばれる少なくとも1種のカチオンと、
ヘキサフルオロリン酸アニオン、テトラフルオロホウ酸アニオン、ジフルオロオキサラトホウ酸アニオン、テトラフルオロオキサラトリン酸アニオン、トリフルオロメタンスルホン酸アニオン、フルオロスルホン酸アニオン、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドアニオン、ビス(フルオロスルホニル)イミドアニオン、(トリフルオロメタンスルホニル)(フルオロスルホニル)イミドアニオン、ビス(ジフルオロホスホニル)イミドアニオン、(ジフルオロホスホニル)(フルオロスルホニル)イミドアニオン、及び(ジフルオロホスホニル)(トリフルオロスルホニル)イミドアニオンからなる群から選ばれる少なくとも1種のアニオンの対からなるイオン性塩であることが好ましい。
(II) Solute As the solute used in the electrolyte for a non-aqueous electrolyte battery of the present invention, for example,
At least one cation selected from the group consisting of an alkali metal cation and an alkaline earth metal cation;
Hexafluorophosphate anion, tetrafluoroborate anion, hexafluoroarsenate anion, hexafluoroantimonate anion, difluorooxalatoborate anion, dioxalate borate anion, tetrafluorooxalatophosphate anion, trioxalatrate anion, trifluoro Lomethanesulfonate anion, fluorosulfonate anion, bis (trifluoromethanesulfonyl) imide anion, bis (pentafluoroethanesulfonyl) imide anion, (trifluoromethanesulfonyl) (pentafluoroethanesulfonyl) imide anion, bis (fluorosulfonyl) imide anion , (Trifluoromethanesulfonyl) (fluorosulfonyl) imide anion, (pentafluoroethanesulfonyl) (fluoro The group consisting of a sulfonyl) imide anion, a tris (trifluoromethanesulfonyl) methide anion, a bis (difluorophosphonyl) imide anion, a (difluorophosphonyl) (fluorosulfonyl) imide anion, and a (difluorophosphonyl) (trifluorosulfonyl) imide anion An ionic salt composed of a pair with at least one anion selected from
Among them, at least one cation selected from the group consisting of lithium and sodium,
Hexafluorophosphate anion, tetrafluoroborate anion, difluorooxalatoborate anion, tetrafluorooxalatophosphate anion, trifluoromethanesulfonate anion, fluorosulfonate anion, bis (trifluoromethanesulfonyl) imide anion, bis (fluoro (Sulfonyl) imide anion, (trifluoromethanesulfonyl) (fluorosulfonyl) imide anion, bis (difluorophosphonyl) imide anion, (difluorophosphonyl) (fluorosulfonyl) imide anion, and (difluorophosphonyl) (trifluorosulfonyl) imide It is preferably an ionic salt composed of a pair of at least one anion selected from the group consisting of anions.

これら溶質の濃度については、特に制限はないが、下限は0.5mol/L以上、好ましくは0.7mol/L以上、さらに好ましくは0.9mol/L以上であり、また、上限は2.5mol/L以下、好ましくは2.2mol/L以下、さらに好ましくは2.0mol/L以下の範囲である。0.5mol/Lを下回るとイオン伝導度が低下することにより非水電解液電池のサイクル特性、出力特性が低下し、一方、2.5mol/Lを超えると非水電解液電池用電解液の粘度が上昇することによりやはりイオン伝導を低下させ、非水電解液電池のサイクル特性、出力特性を低下させる恐れがある。また、これら溶質は単独で用いても良いし、複数を組み合わせて使用しても良い。   The concentration of these solutes is not particularly limited, but the lower limit is 0.5 mol / L or more, preferably 0.7 mol / L or more, more preferably 0.9 mol / L or more, and the upper limit is 2.5 mol / L. / L or less, preferably 2.2 mol / L or less, more preferably 2.0 mol / L or less. If it is less than 0.5 mol / L, the ionic conductivity is lowered, so that the cycle characteristics and output characteristics of the nonaqueous electrolyte battery are lowered. On the other hand, if it exceeds 2.5 mol / L, the electrolyte solution for the nonaqueous electrolyte battery is If the viscosity increases, the ionic conduction may be lowered, and the cycle characteristics and output characteristics of the nonaqueous electrolyte battery may be degraded. These solutes may be used alone or in combination.

一度に多量の該溶質を非水有機溶媒に溶解すると、溶質の溶解熱のため非水電解液の温度が上昇することがあり、該液温が著しく上昇すると、溶質や溶媒の分解が進行し、非水電解液電池用電解液の着色や性能低下を引き起こす恐れがあるため好ましくない。このため、該溶質を非水有機溶媒に溶解する際の液温は特に限定されないが、−20〜55℃が好ましく、0〜45℃がより好ましい。   When a large amount of the solute is dissolved in the non-aqueous organic solvent at one time, the temperature of the non-aqueous electrolyte may increase due to the heat of dissolution of the solute, and when the temperature of the solution increases significantly, the decomposition of the solute and the solvent proceeds. This is not preferable because it may cause coloring or performance deterioration of the electrolyte for nonaqueous electrolyte batteries. For this reason, although the liquid temperature at the time of melt | dissolving this solute in a non-aqueous organic solvent is not specifically limited, -20-55 degreeC is preferable and 0-45 degreeC is more preferable.

(III)三酸化硫黄と二重結合を含む化合物とを反応させる従来の手法にて製造され、その反応由来にて不純物として含まれる二酸化硫黄の含有量が2.5質量%以下の一般式(1)で示されるスルホニル基を2個有する環式スルホン酸無水物誘導体について
一般式(1)で示されるスルホニル基を2個有する環式スルホン酸無水物誘導体の具体例として、以下の化合物No.1〜24が挙げられる。

Figure 2017117684
(III) It is produced by a conventional method in which sulfur trioxide and a compound containing a double bond are reacted, and the content of sulfur dioxide contained as an impurity derived from the reaction is 2.5% by mass or less. Regarding the cyclic sulfonic anhydride derivative having two sulfonyl groups represented by 1) As specific examples of the cyclic sulfonic anhydride derivative having two sulfonyl groups represented by the general formula (1), the following compound No. 1 is used. 1-24 are mentioned.
Figure 2017117684

上記一般式(1)で示されるスルホニル基を2個有する環式スルホン酸無水物誘導体中の二酸化硫黄含有量が2.5質量%以下であることが重要である。
当該含有量が2.5質量%以下であれば、(III)の60℃高温サイクル特性の向上効果を損なうことはない(MMDSを添加した場合と同等やそれ以上の高温サイクル特性を示す)。当該含有量は少ないほど好ましく、より好ましくは2.0質量%以下、さらに好ましくは0.5質量%以下、特に好ましくは0.01質量%以下である。二酸化硫黄の含有量は0質量%であることが最も好ましいが、その完全除去は工程数の増加や工程の長時間化といった製造の問題や、二酸化硫黄の定量分析の精度の問題を引き起こす事になる。
なお、一般式(1)で示されるスルホニル基を2個有する環式スルホン酸無水物誘導体中の二酸化硫黄含有量は、例えば、水酸化ナトリウム水溶液を添加することで二酸化硫黄を亜硫酸ナトリウムに変換し、それをヨウ素で酸化したときに消費されるヨウ素量を定量する事によって測定できる。
It is important that the sulfur dioxide content in the cyclic sulfonic anhydride derivative having two sulfonyl groups represented by the general formula (1) is 2.5% by mass or less.
When the content is 2.5% by mass or less, the effect of improving the high-temperature cycle characteristics at 60 ° C. of (III) is not impaired (high temperature cycle characteristics equivalent to or higher than when MMDS is added). The content is preferably as low as possible, more preferably 2.0% by mass or less, still more preferably 0.5% by mass or less, and particularly preferably 0.01% by mass or less. The content of sulfur dioxide is most preferably 0% by mass, but its complete removal causes manufacturing problems such as an increase in the number of processes and a prolonged process, and problems in the accuracy of quantitative analysis of sulfur dioxide. Become.
In addition, the sulfur dioxide content in the cyclic sulfonic anhydride derivative having two sulfonyl groups represented by the general formula (1) is converted into sodium sulfite by adding, for example, an aqueous sodium hydroxide solution. It can be measured by quantifying the amount of iodine consumed when it is oxidized with iodine.

上記一般式(1)で示されるスルホニル基を2個有する環式スルホン酸無水物誘導体は、例えば、二重結合を有する化合物と三酸化硫黄とを混合し、加熱することにより得られ、これを例えば60℃以上に加熱して乾燥窒素を吹き込むことや、昇華精製を行うことや、再結晶を行うことにより該誘導体中の二酸化硫黄の含有量を2.5質量%以下に低減することができる。   The cyclic sulfonic anhydride derivative having two sulfonyl groups represented by the general formula (1) is obtained, for example, by mixing a compound having a double bond and sulfur trioxide and heating. For example, the content of sulfur dioxide in the derivative can be reduced to 2.5% by mass or less by heating to 60 ° C. or more and blowing dry nitrogen, performing sublimation purification, or recrystallization. .

(IV)その他の成分について
本発明の要旨を損なわない限りにおいて、本発明の非水電解液電池用電解液に一般に用いられる添加成分を任意の比率でさらに添加しても良い。具体例としては、
シクロヘキシルベンゼン、シクロヘキシルフルオロベンゼン、ビフェニル、ジフルオロアニソール、t−ブチルベンゼン、t−アミルベンゼン、2−フルオロトルエン、2−フルオロビフェニル、ビニレンカーボネート、ジメチルビニレンカーボネート、ビニ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、ジフルオロエチレンカーボネート、エチニルエチレンカーボネート、ジビニルエチレンカーボネート、メチルジフルオロビニルシラン、メチルフルオロジビニルシラン、ジメチルジビニルシラン、メチルトリビニルシラン、テトラビニルシラン、無水マレイン酸、無水コハク酸、スクシノニトリル、ビスオキサラトホウ酸リチウム、ビスオキサラトホウ酸ナトリウム、ビスオキサラトホウ酸カリウム、ジフルオロオキサラトホウ酸リチウム、ジフルオロオキサラトホウ酸ナトリウム、ジフルオロオキサラトホウ酸カリウム、テトラフルオロオキサラトリン酸リチウム、テトラフルオロオキサラトリン酸ナトリウム、テトラフルオロオキサラトリン酸カリウム、ジフルオロビス(オキサラト)リン酸リチウム、ジフルオロビス(オキサラト)リン酸ナトリウム、ジフルオロビス(オキサラト)リン酸カリウム、トリス(オキサラト)リン酸リチウム、トリス(オキサラト)リン酸ナトリウム、トリス(オキサラト)リン酸カリウム、ジフルオロリン酸リチウム、モノフルオロリン酸リチウム、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウム、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドナトリウム、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドカリウム、ビス(フルオロスルホニル)イミドリチウム、ビス(フルオロスルホニル)イミドナトリウム、ビス(フルオロスルホニル)イミドカリウム、(トリフルオロメタンスルホニル)(フルオロスルホニル)イミドリチウム、(トリフルオロメタンスルホニル)(フルオロスルホニル)イミドナトリウム、(トリフルオロメタンスルホニル)(フルオロスルホニル)イミドカリウム、ビス(ジフルオロホスホニル)イミドリチウム、ビス(ジフルオロホスホニル)イミドナトリウム、ビス(ジフルオロホスホニル)イミドカリウム、(ジフルオロホスホニル)(フルオロスルホニル)イミドリチウム、(ジフルオロホスホニル)(フルオロスルホニル)イミドナトリウム、(ジフルオロホスホニル)(フルオロスルホニル)イミドカリウム、(ジフルオロホスホニル)(トリフルオロスルホニル)イミドリチウム、(ジフルオロホスホニル)(トリフルオロスルホニル)イミドナトリウム、及び(ジフルオロホスホニル)(トリフルオロスルホニル)イミドカリウム等の過充電防止効果、負極皮膜形成効果や正極保護効果を有する化合物が挙げられる。
中でも、上記(IV)が、ビニレンカーボネート、ビニ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、ジメチルジビニルシラン、メチルトリビニルシラン、テトラビニルシラン、ビスオキサラトホウ酸リチウム、ジフルオロオキサラトホウ酸リチウム、テトラフルオロオキサラトリン酸リチウム、ジフルオロビス(オキサラト)リン酸リチウム、トリス(オキサラト)リン酸リチウム、ジフルオロリン酸リチウム、モノフルオロリン酸リチウム、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウム、ビス(フルオロスルホニル)イミドリチウム、、ビス(ジフルオロホスホニル)イミドリチウム、(ジフルオロホスホニル)(フルオロスルホニル)イミドリチウムから選択されるものであると、高温サイクル特性をさらに向上しやすいため好ましい。
また、ポリマー電池と呼ばれる非水電解液電池に使用される場合のように非水電解液電池用電解液をゲル化剤や架橋ポリマーにより擬固体化して使用することも可能である。
(IV) Other components As long as the gist of the present invention is not impaired, additive components generally used in the electrolyte solution for a non-aqueous electrolyte battery of the present invention may be further added at an arbitrary ratio. As a specific example,
Cyclohexylbenzene, cyclohexylfluorobenzene, biphenyl, difluoroanisole, t-butylbenzene, t-amylbenzene, 2-fluorotoluene, 2-fluorobiphenyl, vinylene carbonate, dimethyl vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, fluoroethylene carbonate, difluoroethylene carbonate , Ethynyl ethylene carbonate, divinyl ethylene carbonate, methyl difluoro vinyl silane, methyl fluoro divinyl silane, dimethyl divinyl silane, methyl trivinyl silane, tetra vinyl silane, maleic anhydride, succinic anhydride, succinonitrile, lithium bisoxalatoborate, bisoxalato boron Sodium phosphate, potassium bisoxalatoborate, difluorooxalato Lithium oxalate, sodium difluorooxalatoborate, potassium difluorooxalatoborate, lithium tetrafluorooxalatotrinate, sodium tetrafluorooxalatophosphate, potassium tetrafluorooxalatophosphate, lithium difluorobis (oxalato) phosphate , Sodium difluorobis (oxalato) phosphate, potassium difluorobis (oxalato) phosphate, lithium tris (oxalato) phosphate, sodium tris (oxalato) phosphate, potassium tris (oxalato) phosphate, lithium difluorophosphate, monofluoro Lithium phosphate, bis (trifluoromethanesulfonyl) imide lithium, bis (trifluoromethanesulfonyl) imide sodium, bis (trifluoromethanesulfonyl) imide potassium Bis (fluorosulfonyl) imide lithium, bis (fluorosulfonyl) imide sodium, bis (fluorosulfonyl) imide potassium, (trifluoromethanesulfonyl) (fluorosulfonyl) imide lithium, (trifluoromethanesulfonyl) (fluorosulfonyl) imide sodium, (trifluoro Lomethanesulfonyl) (fluorosulfonyl) imide potassium, bis (difluorophosphonyl) imide lithium, bis (difluorophosphonyl) imide sodium, bis (difluorophosphonyl) imide potassium, (difluorophosphonyl) (fluorosulfonyl) imide lithium, Difluorophosphonyl) (fluorosulfonyl) imide sodium, (difluorophosphonyl) (fluorosulfonyl) imide potassium, (di Overcharge prevention effect such as fluorophosphonyl) (trifluorosulfonyl) imide lithium, (difluorophosphonyl) (trifluorosulfonyl) imide sodium and (difluorophosphonyl) (trifluorosulfonyl) imide potassium, Examples thereof include compounds having a positive electrode protective effect.
Among them, the above (IV) is vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, fluoroethylene carbonate, dimethyldivinylsilane, methyltrivinylsilane, tetravinylsilane, lithium bisoxalate borate, lithium difluorooxalate, lithium tetrafluorooxalate. , Lithium difluorobis (oxalato) phosphate, lithium tris (oxalato) phosphate, lithium difluorophosphate, lithium monofluorophosphate, lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide, lithium bis (fluorosulfonyl) imide, bis (difluoro When selected from (phosphonyl) imidolithium and (difluorophosphonyl) (fluorosulfonyl) imidolithium, the high-temperature cycle characteristics are further improved. It preferred for easy to.
Moreover, it is also possible to use the non-aqueous electrolyte battery electrolyte in a quasi-solid state with a gelling agent or a crosslinked polymer, as in the case of use in a non-aqueous electrolyte battery called a polymer battery.

なお、前述した(II)の具体例と上記(IV)の具体例で、一部重複するものがあるが、(II)として用いる場合はその含有量が0.5〜2.5mol/Lであることが好ましく、(IV)として用いる場合はその含有量が0.02〜10.0質量%であることが好ましい。また、(II)及び(IV)として、それぞれ同じ化合物を用いる場合は、両者を合計した含有量が0.5〜2.5mol/Lであることが好ましい。   In addition, in the specific example of the above (II) and the specific example of the above (IV), there are some overlapping, but when used as (II), the content is 0.5 to 2.5 mol / L. It is preferable that when used as (IV), the content is preferably 0.02 to 10.0% by mass. Moreover, when using the same compound as (II) and (IV), respectively, it is preferable that content which added both is 0.5-2.5 mol / L.

非水電解液電池について
本発明の非水電解液電池は、正極と、リチウム又はリチウムの吸蔵放出の可能な負極材料からなる負極と、上記非水電解液電池用電解液と、集電体、セパレーター、容器等から成る。あるいは、本発明の電池は、正極と、ナトリウム又はナトリウムの吸蔵放出の可能な負極材料からなる負極と、上記非水電解液電池用電解液と、集電体、セパレーター、容器等から成る。
About the non-aqueous electrolyte battery The non-aqueous electrolyte battery of the present invention includes a positive electrode, a negative electrode made of lithium or a negative electrode material capable of occluding and releasing lithium, the non-aqueous electrolyte battery electrolyte, a current collector, Consists of separators, containers, etc. Or the battery of this invention consists of a positive electrode, the negative electrode which consists of a negative electrode material which can occlude / release sodium or sodium, the said electrolyte solution for non-aqueous electrolyte batteries, a collector, a separator, a container, etc.

正極について
正極は正極活物質、アルミニウムを含む集電体、導電材、バインダーから成り、正極活物質の種類は特に限定されるものでないが、リチウムイオンやナトリウムイオンを始めとするアルカリ金属イオン、又はアルカリ土類金属イオンが可逆的に挿入−脱離可能な材料が用いられる。
About the positive electrode The positive electrode is composed of a positive electrode active material, a current collector containing aluminum, a conductive material, and a binder. The type of the positive electrode active material is not particularly limited, but alkali metal ions such as lithium ions and sodium ions, or A material in which alkaline earth metal ions can be reversibly inserted and removed is used.

カチオンがリチウムの場合、正極活物質として、LiCoO、LiNiO、LiMnO、LiMn等のリチウム含有遷移金属複合酸化物、それらのリチウム含有遷移金属複合酸化物のCo、Mn、Ni等の遷移金属が複数混合したもの、それらのリチウム含有遷移金属複合酸化物の遷移金属の一部が他の遷移金属以外の金属に置換されたもの、TiO、V、MoO等の酸化物、TiS、FeS等の硫化物、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリアニリン、及びポリピロール等の導電性高分子、活性炭、ラジカルを発生するポリマー、カーボン材料等が用いられる。 When the cation is lithium, as the positive electrode active material, lithium-containing transition metal composite oxides such as LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , Co, Mn, Ni, etc. of those lithium-containing transition metal composite oxides A mixture of a plurality of transition metals, a part of the transition metal of the lithium-containing transition metal composite oxide substituted with a metal other than the transition metal, TiO 2 , V 2 O 5 , MoO 3, etc. Oxides, sulfides such as TiS 2 and FeS, conductive polymers such as polyacetylene, polyparaphenylene, polyaniline, and polypyrrole, activated carbon, polymers that generate radicals, and carbon materials are used.

負極について
負極は負極活物質、集電体、導電材、バインダーから成り、負極活物質の種類は特に限定されるものでないが、リチウムイオンやナトリウムイオンをはじめとするアルカリ金属イオン、又はアルカリ土類金属イオンが可逆的に挿入−脱離可能な材料が用いられる。
About the negative electrode The negative electrode comprises a negative electrode active material, a current collector, a conductive material, and a binder. The type of the negative electrode active material is not particularly limited, but alkali metal ions such as lithium ions and sodium ions, or alkaline earths. A material capable of reversibly inserting and removing metal ions is used.

カチオンがリチウムの場合、負極活物質として、リチウム金属、リチウムと他の金属との合金及び金属間化合物やリチウムを吸蔵および放出することが可能な種々の炭素材料、金属酸化物、金属窒化物、活性炭、導電性ポリマー等が用いられる。上記の炭素材料としては、例えば、易黒鉛化性炭素や(002)面の面間隔が0.37nm以上の難黒鉛化性炭素(ハードカーボンとも呼ばれる)や、(002)面の面間隔が0.37nm以下の黒鉛などが挙げられ、後者は、人造黒鉛、天然黒鉛などが用いられる。   When the cation is lithium, as the negative electrode active material, lithium metal, alloys of lithium and other metals and intermetallic compounds, various carbon materials capable of inserting and extracting lithium, metal oxides, metal nitrides, Activated carbon, conductive polymer, etc. are used. Examples of the carbon material include graphitizable carbon, non-graphitizable carbon (also referred to as hard carbon) having a (002) plane spacing of 0.37 nm or more, and a (002) plane spacing of 0. And graphite of 37 nm or less, and the latter is made of artificial graphite or natural graphite.

導電材、バインダーについて
正極や負極には、導電材として、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブラック、炭素繊維、黒鉛、フッ素化黒鉛等が使用される。また、バインダーとして、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン(以下PVDF)、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、スチレンブタジエンゴム、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、酢酸フタル酸セルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ポリビニルアルコール等が用いられる。
Conductive Material and Binder For the positive electrode and the negative electrode, acetylene black, ketjen black, furnace black, carbon fiber, graphite, fluorinated graphite, etc. are used as the conductive material. In addition, as a binder, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride (hereinafter referred to as PVDF), tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer, styrene butadiene rubber, carboxymethyl cellulose, methyl cellulose, cellulose acetate phthalate, hydroxypropyl methylcellulose, polyvinyl alcohol Etc. are used.

活物質(正極、又は負極)、導電材、バインダーを、有機溶剤又は水に溶解又は分散させた液を、負極であれば例えば銅箔上に、正極であれば例えばアルミニウム箔上に塗布・乾燥・プレスする事で、シート状に成型された電極シートが得られる。   A solution obtained by dissolving or dispersing an active material (positive electrode or negative electrode), a conductive material, and a binder in an organic solvent or water is applied and dried on a copper foil for a negative electrode, for example, on an aluminum foil for a positive electrode. -By pressing, an electrode sheet molded into a sheet is obtained.

正極と負極の接触を防ぐためのセパレーターとしては、ポリプロピレン、ポリエチレン、セルロース、ガラス繊維等で作られた不織布や多孔質シートが使用される。   As a separator for preventing contact between the positive electrode and the negative electrode, a nonwoven fabric or a porous sheet made of polypropylene, polyethylene, cellulose, glass fiber or the like is used.

以上の各要素から、コイン状、円筒状、角形、又はアルミラミネートシート型等の形状の電気化学デバイスが組み立てられる。   From the above elements, an electrochemical device having a shape such as a coin shape, a cylindrical shape, a square shape, or an aluminum laminate sheet type is assembled.

以下、実施例により、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの記載に何ら制限を受けるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention does not receive a restriction | limiting at all in these description.

〔LCO正極の作製〕
LiCoO粉末90質量%に、バインダーとしてPVDFを5質量%、導電材としてアセチレンブラックを5質量%混合し、さらににN−メチル−2−ピロリドン(以下NMP)を添加し、正極合材ペーストを作製した。このペーストをアルミニウム箔上に塗布して、乾燥、加圧を行った後に、直径15.5mmの円形に打ち抜くことで試験用LCO正極を得た。
[Production of LCO positive electrode]
Mixing 90% by mass of LiCoO 2 powder with 5% by mass of PVDF as a binder and 5% by mass of acetylene black as a conductive material, and further adding N-methyl-2-pyrrolidone (hereinafter NMP), Produced. This paste was applied on an aluminum foil, dried and pressurized, and then punched into a circle having a diameter of 15.5 mm to obtain a test LCO positive electrode.

〔NCM正極の作製〕
LiNi1/3Mn1/3Co1/3粉末90質量%に、バインダーとしてPVDFを5質量%、導電材としてアセチレンブラックを5質量%混合し、さらにNMPを添加し、正極合材ペーストを作製した。このペーストをアルミニウム箔上に塗布して、乾燥、加圧を行った後に、直径15.5mmの円形に打ち抜くことで試験用NCM正極を得た。
[Production of NCM positive electrode]
Mixing 90% by mass of LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 powder, 5% by mass of PVDF as a binder, 5% by mass of acetylene black as a conductive material, and further adding NMP, a positive electrode mixture paste Was made. This paste was applied on an aluminum foil, dried and pressurized, and then punched into a circle having a diameter of 15.5 mm to obtain a test NCM positive electrode.

〔LFP正極の作製〕
非晶質炭素でコーティングされたLiFePO粉末90質量%に、バインダーとしてPVDFを5質量%、導電材としてアセチレンブラックを5質量%混合し、さらにNMPを添加し、正極合材ペーストを作製した。このペーストをアルミニウム箔上に塗布して、乾燥、加圧を行った後に、直径15.5mmの円形に打ち抜くことで試験用LFP正極を得た。
[Production of LFP positive electrode]
90% by mass of LiFePO 4 powder coated with amorphous carbon was mixed with 5% by mass of PVDF as a binder and 5% by mass of acetylene black as a conductive material, and further NMP was added to prepare a positive electrode mixture paste. This paste was applied onto an aluminum foil, dried and pressurized, and then punched into a circle having a diameter of 15.5 mm to obtain a test LFP positive electrode.

〔黒鉛負極の作製〕
黒鉛粉末90質量%に、バインダーとして10質量%のPVDFを混合し、さらにNMPを添加し、負極合材ペーストを作製した。このペーストを銅箔上に塗布して、乾燥、加圧を行った後に、直径15.5mmの円形に打ち抜くことで試験用黒鉛負極を得た。
(Production of graphite negative electrode)
90% by mass of graphite powder was mixed with 10% by mass of PVDF as a binder, and NMP was further added to prepare a negative electrode mixture paste. This paste was applied on a copper foil, dried and pressed, and then punched into a circle having a diameter of 15.5 mm to obtain a test graphite negative electrode.

〔シリコン負極の作製〕
単体ケイ素粉末70質量%に、バインダーとして15質量%のドリームボンド(株式会社I.S.T製)、導電材として15質量%のアセチレンブラックを混合し、さらにNMPを添加し、負極合材ペーストを作製した。このペーストを銅箔上に塗布して、乾燥、加圧を行った後に、所定のサイズに打ち抜く事で試験用シリコン負極を得た。
[Production of silicon negative electrode]
Mixed with 70% by mass of simple silicon powder, 15% by mass of Dream Bond (manufactured by IST Co., Ltd.) as a binder, 15% by mass of acetylene black as a conductive material, NMP is further added, and negative electrode mixture paste Was made. This paste was applied onto a copper foil, dried and pressurized, and then punched into a predetermined size to obtain a test silicon negative electrode.

〔非水電解液電池の作製〕
露点−50℃以下のアルゴン雰囲気で、上記の各活物質(LCO/NCM/LFP)を使用した試験用正極の何れかと、上記の各活物質(黒鉛/シリコン)を使用した試験用黒鉛負極と、後述する実施例及び比較例で調製した電解液を浸み込ませたポリエチレン製セパレーターと、アルミラミネートフィルムを使用してラミネート型セル(300mAh)を組み立てた。
[Production of non-aqueous electrolyte battery]
A test negative electrode using each of the above active materials (LCO / NCM / LFP) and a test graphite negative electrode using each of the above active materials (graphite / silicon) in an argon atmosphere with a dew point of −50 ° C. or less; A laminate type cell (300 mAh) was assembled using a polyethylene separator impregnated with an electrolyte prepared in Examples and Comparative Examples described later, and an aluminum laminate film.

〔初期充放電〕
組み立てたセルを25℃恒温槽に入れその状態で充放電装置と接続した。充電レート0.2C(正極活物質量で規格化した容量値のセルが5時間で放電終了となる電流値)にて表1に示す上限電圧まで充電を行った。上限電圧に到達後、その電圧を1時間維持した後に放電レート0.2Cにて表1に示す下限電圧まで放電を行った。この時に得られた放電容量を初放電容量とした。これを充放電1サイクルとし、計3サイクルの充放電を行ってセルを安定化させた。
(Initial charge / discharge)
The assembled cell was put into a 25 degreeC thermostat, and it connected with the charging / discharging apparatus in the state. The battery was charged up to the upper limit voltage shown in Table 1 at a charge rate of 0.2 C (current value at which discharge of a cell with a capacity value normalized by the amount of the positive electrode active material was completed in 5 hours). After reaching the upper limit voltage, the voltage was maintained for 1 hour and then discharged to the lower limit voltage shown in Table 1 at a discharge rate of 0.2C. The discharge capacity obtained at this time was defined as the initial discharge capacity. This was defined as one charge / discharge cycle, and a total of three charge / discharge cycles were performed to stabilize the cell.

Figure 2017117684
Figure 2017117684

〔高温サイクル試験〕
恒温槽の温度を60℃に設定し、温度が充分に安定した後に充電レート2Cにて表1に示す上限電圧まで充電を行った。上限電圧に到達後はその電圧を1時間維持した後、放電レート2Cにて表1に示す下限電圧まで放電を行った。この60℃の環境下での2Cでの充放電を500サイクル繰り返した。そして500サイクル後の放電容量維持率でセルの劣化の具合を評価した(高温サイクル特性評価)。放電容量維持率は下記式で求めた。
[500サイクル後の放電容量維持率]
放電容量維持率(%)=(500サイクル後の放電容量/初放電容量)×100
[High temperature cycle test]
The temperature of the thermostat was set to 60 ° C., and after the temperature was sufficiently stabilized, the battery was charged to the upper limit voltage shown in Table 1 at a charge rate of 2C. After reaching the upper limit voltage, the voltage was maintained for 1 hour and then discharged to the lower limit voltage shown in Table 1 at a discharge rate of 2C. This charge and discharge at 2C in an environment of 60 ° C. was repeated 500 cycles. Then, the degree of deterioration of the cell was evaluated based on the discharge capacity maintenance rate after 500 cycles (high temperature cycle characteristic evaluation). The discharge capacity retention rate was determined by the following formula.
[Discharge capacity maintenance rate after 500 cycles]
Discharge capacity retention rate (%) = (discharge capacity after 500 cycles / initial discharge capacity) × 100

〔基本組成非水電解液の調製〕
(基本組成非水電解液A)
露点−50℃以下のアルゴンで満たされたグローブボックス内で、
(I)エチレンカーボネート(以下EC)とエチルメチルカーボネート(以下EMC)の混合溶媒(体積比で1:2)に対して、
(II)ヘキサフルオロリン酸リチウム(以下LiPF)を1.0mol/Lの濃度となるように添加し、完全に溶解させた。このとき、液温が45℃を超えない添加速度を保った。これを基本組成非水電解液Aとする。
(Preparation of basic composition non-aqueous electrolyte)
(Basic composition non-aqueous electrolyte A)
In a glove box filled with argon with a dew point of -50 ° C or lower,
(I) For a mixed solvent (1: 2 by volume) of ethylene carbonate (hereinafter EC) and ethyl methyl carbonate (hereinafter EMC),
(II) Lithium hexafluorophosphate (hereinafter LiPF 6 ) was added to a concentration of 1.0 mol / L and completely dissolved. At this time, the addition rate at which the liquid temperature did not exceed 45 ° C. was maintained. This is designated as a basic composition non-aqueous electrolyte A.

(基本組成非水電解液B)
露点−50℃以下のアルゴンで満たされたグローブボックス内で、
(I)ECとジメチルカーボネート(以下DMC)とプロピオン酸エチル(以下PE)の混合溶媒(体積比で1:1:1)に対して、
(II)LiPFを1.0mol/Lの濃度となるように添加し、完全に溶解させた。このとき、液温が45℃を超えない添加速度を保った。これを基本組成非水電解液Bとする。
(Basic composition non-aqueous electrolyte B)
In a glove box filled with argon with a dew point of -50 ° C or lower,
(I) For a mixed solvent of EC, dimethyl carbonate (hereinafter DMC) and ethyl propionate (hereinafter PE) (1: 1: 1 by volume),
(II) LiPF 6 was added to a concentration of 1.0 mol / L and completely dissolved. At this time, the addition rate at which the liquid temperature did not exceed 45 ° C. was maintained. This is designated as a basic composition non-aqueous electrolyte B.

(基本組成非水電解液C)
特許文献5の実施例2に開示された、フッ化スルフリルと無水アンモニアを反応させ水酸化リチウムでカチオン交換する手法にて、ビス(フルオロスルホニル)イミドリチウム(以下LiFSI)を合成した。
露点−50℃以下のアルゴンで満たされたグローブボックス内で、
(I)ECとEMCの混合溶媒(体積比で1:2)に対して、
(II)LiPFを0.50mol/L、LiFSIを0.50mol/Lの濃度となるように添加し(イオン性塩である溶質の合計濃度が1.0mol/L)、完全に溶解させた。このとき、液温が45℃を超えない添加速度を保った。これを基本組成非水電解液Cとする。
(Basic composition non-aqueous electrolyte C)
Bis (fluorosulfonyl) imidolithium (hereinafter referred to as LiFSI) was synthesized by the method disclosed in Example 2 of Patent Document 5 in which sulfuryl fluoride and anhydrous ammonia were reacted and cation exchange was performed with lithium hydroxide.
In a glove box filled with argon with a dew point of -50 ° C or lower,
(I) For a mixed solvent of EC and EMC (volume ratio 1: 2),
(II) LiPF 6 was added to a concentration of 0.50 mol / L, and LiFSI was added to a concentration of 0.50 mol / L (the total concentration of solutes as ionic salts was 1.0 mol / L) and completely dissolved. . At this time, the addition rate at which the liquid temperature did not exceed 45 ° C. was maintained. This is designated as a basic composition non-aqueous electrolyte C.

(基本組成非水電解液D)
露点−50℃以下のアルゴンで満たされたグローブボックス内で、
(I)ECとEMCとフルオロエチレンカーボネート(以下FEC)の混合溶媒(体積比で3:8:1)に対して、
(II)LiPFを1.0mol/Lの濃度となるように添加し、完全に溶解させた。このとき、液温が45℃を超えない添加速度を保った。これを基本組成非水電解液Dとする。
(Basic composition non-aqueous electrolyte D)
In a glove box filled with argon with a dew point of -50 ° C or lower,
(I) For a mixed solvent of EC, EMC and fluoroethylene carbonate (hereinafter FEC) (3: 8: 1 by volume),
(II) LiPF 6 was added to a concentration of 1.0 mol / L and completely dissolved. At this time, the addition rate at which the liquid temperature did not exceed 45 ° C. was maintained. This is designated as a basic composition non-aqueous electrolyte D.

〔二酸化硫黄含有量測定〕
測定対象である化合物を1.0Mの水酸化ナトリム水溶液にて完全に加水分解させた後に、ヨウ素溶液(0.1M)を添加し、化合物に含まれる二酸化硫黄と水酸化ナトリウムとにより生成した亜硫酸ナトリウムを完全に酸化させた。次にチオ硫酸ナトリウム溶液(0.1M)を用いて逆滴定を行い、消費されたヨウ素の量を求め、この値より化合物に含まれる二酸化硫黄の含有量を算出した。なお、二酸化硫黄濃度が0.1質量%未満である場合は、0.01Mのヨウ素溶液と0.01Mのチオ硫酸ナトリウム溶液を用いた。
[Measurement of sulfur dioxide content]
A compound to be measured is completely hydrolyzed with a 1.0 M aqueous sodium hydroxide solution, and then an iodine solution (0.1 M) is added to form sulfurous acid produced by sulfur dioxide and sodium hydroxide contained in the compound. Sodium was completely oxidized. Next, back titration was performed using a sodium thiosulfate solution (0.1 M), the amount of consumed iodine was determined, and the content of sulfur dioxide contained in the compound was calculated from this value. When the sulfur dioxide concentration was less than 0.1% by mass, a 0.01M iodine solution and a 0.01M sodium thiosulfate solution were used.

〔(III)一般式(1)で示される化合物の準備〕
(化合物No.1)
非特許文献2の実験項(Carbyl Sulfate)に示された、所定量の、エチレンと三酸化硫黄とを反応させる製法にて合成を行ったところ、純度96.2質量%、二酸化硫黄含有量が3.1質量%、その他不純物が0.7質量%である化合物No.1が(33.4g)得られた。その他不純物の構造は不明であるが、H−NMRより原料エチレン由来の化合物であると推測できる。このうち22.5gを、150℃で24時間乾燥させた後に露点−75℃の窒素気流下で25℃まで冷却させた100mLガラス製二口フラスコ容器に加えた。フラスコの内温を80℃まで上昇させた後、露点−75℃の窒素を二口フラスコの片方の口より導入し(5mL/分)、もう片方の口より外部へ抜き出した。2時間後に窒素の導入を停止して内容物の一部を取り出したところ、純度97.5質量%、二酸化硫黄含有量が1.8質量%、その他不純物が0.7質量%である化合物No.1が得られた。窒素の導入を再開し、更に3時間経過後に測定したところ、純度99.1質量%、二酸化硫黄含有量が0.2質量%、その他不純物が0.7質量%である化合物No.1が得られた。
残りの、二酸化硫黄含有量が3.1質量%である化合物No.1(10.2g)を同様に乾燥させた100mLガラス製二口フラスコ容器に加え、フラスコの内温を80℃まで上昇させた後、露点−75℃の窒素を二口フラスコの片方の口より導入し(2mL/分)、もう片方の口より外部へ抜き出した。2時間後に窒素の導入を停止して内容物の一部を取り出したところ、純度96.5質量%、二酸化硫黄含有量が2.8質量%、その他不純物が0.7質量%である化合物No.1が得られた。窒素の導入を再開し、更に2時間経過後に測定したところ、純度96.9質量%、二酸化硫黄含有量が2.4質量%、その他不純物が0.7質量%である化合物No.1が得られた。
二酸化硫黄含有量が0.2質量%の化合物No.1を50℃に加熱した最低限量のクロロホルムに溶解させ、その後、液温を5℃/hの降温速度にて5℃に到達するまで冷却した。得られた析出物をろ過にて回収すると、純度99.3質量%、二酸化硫黄含有量が0.01質量%未満、その他不純物が0.7質量%である化合物No.1が得られた(前述した二酸化硫黄濃度測定法の検出下限は0.01質量%である)。
[(III) Preparation of Compound Shown by General Formula (1)]
(Compound No. 1)
When the synthesis was carried out by a method of reacting a predetermined amount of ethylene and sulfur trioxide shown in the experimental section (Carbyl Sulfate) of Non-Patent Document 2, the purity was 96.2% by mass and the sulfur dioxide content was Compound No. 3.1% by mass and other impurities of 0.7% by mass 1 (33.4 g) was obtained. Although the structure of other impurities is unknown, it can be estimated from H-NMR that the compound is derived from raw material ethylene. Of this, 22.5 g was added to a 100 mL glass two-necked flask container that had been dried at 150 ° C. for 24 hours and then cooled to 25 ° C. under a nitrogen stream with a dew point of −75 ° C. After raising the internal temperature of the flask to 80 ° C., nitrogen having a dew point of −75 ° C. was introduced from one mouth of the two-necked flask (5 mL / min), and extracted from the other mouth to the outside. When the introduction of nitrogen was stopped after 2 hours and a part of the content was taken out, compound No. having a purity of 97.5% by mass, a sulfur dioxide content of 1.8% by mass and other impurities of 0.7% by mass . 1 was obtained. When the introduction of nitrogen was restarted and further measured after 3 hours, the compound No. 1 had a purity of 99.1% by mass, a sulfur dioxide content of 0.2% by mass and other impurities of 0.7% by mass. 1 was obtained.
The remaining compound No. having a sulfur dioxide content of 3.1% by mass was used. 1 (10.2 g) was added to a similarly dried 100 mL glass two-necked flask container, and after raising the internal temperature of the flask to 80 ° C., nitrogen at a dew point of −75 ° C. was added from one end of the two-necked flask. It was introduced (2 mL / min) and extracted outside through the other mouth. When the introduction of nitrogen was stopped after 2 hours and a part of the content was taken out, Compound No. having a purity of 96.5% by mass, a sulfur dioxide content of 2.8% by mass, and other impurities of 0.7% by mass . 1 was obtained. When the introduction of nitrogen was restarted and further measured after 2 hours, the compound No. 1 had a purity of 96.9% by mass, a sulfur dioxide content of 2.4% by mass and other impurities of 0.7% by mass. 1 was obtained.
Compound No. 2 having a sulfur dioxide content of 0.2% by mass. 1 was dissolved in a minimum amount of chloroform heated to 50 ° C., and then the liquid temperature was cooled to 5 ° C. at a temperature lowering rate of 5 ° C./h. When the obtained precipitate was recovered by filtration, the compound No. 1 had a purity of 99.3% by mass, a sulfur dioxide content of less than 0.01% by mass, and other impurities of 0.7% by mass. 1 was obtained (the lower limit of detection of the sulfur dioxide concentration measurement method described above is 0.01% by mass).

(化合物No.2)
非特許文献2の実験項(Carbyl Sulfate)に示された、所定量の、エチレンと三酸化硫黄とを反応させる製法を参考にして、原料をエチレンからイソブテン(東京化成工業製)に変更して合成を行ったところ、純度96.3質量%、二酸化硫黄含有量が3.2質量%、その他不純物が0.5質量%である化合物No.2が得られた。上記同様、80℃に加熱し露点−75℃の窒素を2時間導入(5mL/分)することで純度98.0質量%、二酸化硫黄含有量が1.5質量%、その他不純物が0.5質量%である化合物No.2が、更に窒素導入を3時間追加することにより純度99.0質量%、二酸化硫黄含有量が0.5質量%、その他不純物が0.5質量%である化合物No.2が得られた。
二酸化硫黄含有量が3.2質量%である化合物No.2を同様に乾燥させた100mLガラス製二口フラスコ容器に加え、フラスコの内温を80℃まで上昇させた後、露点−75℃の窒素を二口フラスコの片方の口より導入し(2mL/分)、もう片方の口より外部へ抜き出した。2時間後に窒素の導入を停止して内容物の一部を取り出したところ、純度96.8質量%、二酸化硫黄含有量が2.7質量%、その他不純物が0.5質量%である化合物No.2が得られた。窒素の導入を再開し、更に2時間経過後に測定したところ、純度97.2質量%、二酸化硫黄含有量が2.3質量%、その他不純物が0.5質量%である化合物No.2が得られた。
(Compound No. 2)
The raw material was changed from ethylene to isobutene (manufactured by Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd.) with reference to a method for reacting a predetermined amount of ethylene and sulfur trioxide, which is shown in the experimental section (Carbyl Sulfate) of Non-Patent Document 2. As a result of the synthesis, compound No. 1 having a purity of 96.3% by mass, a sulfur dioxide content of 3.2% by mass and other impurities of 0.5% by mass was obtained. 2 was obtained. As above, heating to 80 ° C. and introducing nitrogen at a dew point of −75 ° C. for 2 hours (5 mL / min) gave a purity of 98.0% by mass, sulfur dioxide content of 1.5% by mass, and other impurities of 0.5%. Compound No. which is mass%. 2 further added nitrogen introduction for 3 hours to obtain a compound No. 2 having a purity of 99.0% by mass, a sulfur dioxide content of 0.5% by mass, and other impurities of 0.5% by mass. 2 was obtained.
Compound No. 2 having a sulfur dioxide content of 3.2% by mass. 2 was added to a similarly dried 100 mL glass two-necked flask container, and the flask internal temperature was raised to 80 ° C., and then nitrogen at a dew point of −75 ° C. was introduced from one mouth of the two-necked flask (2 mL / Min) and pulled out from the other mouth. When the introduction of nitrogen was stopped after 2 hours and a part of the content was taken out, compound No. having a purity of 96.8% by mass, a sulfur dioxide content of 2.7% by mass, and other impurities of 0.5% by mass . 2 was obtained. When the introduction of nitrogen was restarted and further measured after 2 hours, the compound No. 1 had a purity of 97.2% by mass, a sulfur dioxide content of 2.3% by mass and other impurities of 0.5% by mass. 2 was obtained.

(化合物No.6)
非特許文献2の実験項(Carbyl Sulfate)に示された、所定量の、エチレンと三酸化硫黄とを反応させる製法を参考にして、原料をエチレンからシクロヘキセン(東京化成工業製)に変更して合成を行ったところ、純度94.1質量%、二酸化硫黄含有量が5.0質量%、その他不純物が0.9質量%の化合物No.6が得られた。上記同様、80℃に加熱し露点−75℃の窒素を2時間導入(5mL/分)することで純度97.2質量%、二酸化硫黄含有量が1.9質量%、その他不純物が0.9質量%である化合物No.6が、更に窒素導入を3時間追加することにより純度98.8質量%、二酸化硫黄含有量が0.3質量%、その他不純物が0.9質量%である化合物No.6が得られた。
二酸化硫黄含有量が5.0質量%である化合物No.2を同様に乾燥させた100mLガラス製二口フラスコ容器に加え、フラスコの内温を80℃まで上昇させた後、露点−75℃の窒素を二口フラスコの片方の口より導入し(2mL/分)、もう片方の口より外部へ抜き出した。6時間後に窒素の導入を停止して内容物の一部を取り出したところ、純度96.3質量%、二酸化硫黄含有量が2.8質量%、その他不純物が0.9質量%である化合物No.6が得られた。窒素の導入を再開し、更に2時間経過後に測定したところ、純度96.7質量%、二酸化硫黄含有量が2.4質量%、その他不純物が0.9質量%である化合物No.6が得られた。
(Compound No. 6)
The raw material was changed from ethylene to cyclohexene (manufactured by Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd.) with reference to a method of reacting a predetermined amount of ethylene and sulfur trioxide, which is shown in the experimental section (Carbyl Sulfate) of Non-Patent Document 2. As a result of the synthesis, compound No. 1 having a purity of 94.1% by mass, a sulfur dioxide content of 5.0% by mass, and other impurities of 0.9% by mass were obtained. 6 was obtained. As above, by heating to 80 ° C. and introducing nitrogen at a dew point of −75 ° C. for 2 hours (5 mL / min), the purity was 97.2 mass%, the sulfur dioxide content was 1.9 mass%, and other impurities were 0.9 Compound No. which is mass%. No. 6 is a compound No. 6 having a purity of 98.8% by mass, sulfur dioxide content of 0.3% by mass, and other impurities of 0.9% by mass by further introducing nitrogen for 3 hours. 6 was obtained.
Compound No. 2 having a sulfur dioxide content of 5.0% by mass. 2 was added to a similarly dried 100 mL glass two-necked flask container, and the flask internal temperature was raised to 80 ° C., and then nitrogen at a dew point of −75 ° C. was introduced from one mouth of the two-necked flask (2 mL / Min) and pulled out from the other mouth. After 6 hours, when the introduction of nitrogen was stopped and a part of the content was taken out, the compound No. having a purity of 96.3% by mass, a sulfur dioxide content of 2.8% by mass, and other impurities of 0.9% by mass . 6 was obtained. When the introduction of nitrogen was restarted and further measured after 2 hours, the compound No. 1 had a purity of 96.7% by mass, a sulfur dioxide content of 2.4% by mass and other impurities of 0.9% by mass. 6 was obtained.

〔(IV)その他の成分の準備〕
(ビニレンカーボネート 以下「VC」)
Aldrich製のものを使用した。
[(IV) Preparation of other ingredients]
(Vinylene carbonate “VC”)
A product made by Aldrich was used.

(ビスオキサラトホウ酸リチウム 以下「LBOB」)
特許文献6の実施例6に開示された、所定量の、シュウ酸とテトラフルオロホウ酸リチウムを四塩化ケイ素存在下で反応させる手法にて得られたものを、DMCに溶解、再結晶精製したものを使用した。
(Lithium bisoxalatoborate, "LBOB")
What was obtained by the method of reacting oxalic acid and lithium tetrafluoroborate in the presence of silicon tetrachloride disclosed in Example 6 of Patent Document 6 was dissolved in DMC and recrystallized and purified. I used something.

(ジフルオロビス(オキサラト)ホウ酸リチウム 以下「LDFBOP」)
特許文献6の実施例1に開示された、所定量の、シュウ酸とテトラフルオロホウ酸リチウムを四塩化ケイ素存在下で反応させる手法にて得られたものを、EMCに溶解させた後にシス−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロ−1−プロペン(セントラル硝子製)を添加する事で再沈殿精製したものを使用した。
(Lithium difluorobis (oxalato) borate hereinafter referred to as “LDFBOP”)
What was obtained by the method of reacting a predetermined amount of oxalic acid and lithium tetrafluoroborate in the presence of silicon tetrachloride disclosed in Example 1 of Patent Document 6 was dissolved in EMC and then cis- 1-Chloro-3,3,3-trifluoro-1-propene (manufactured by Central Glass) was used for reprecipitation purification.

(トリス(オキサラト)リン酸リチウム 以下「LTOP」)
非特許文献3の実験項に示された、所定量の、シュウ酸と五塩化リンをジエチルエーテル溶媒中で反応させた後に、水素化リチウムにて中和する手法にて製造したものを使用した。
(Lithium tris (oxalato) phosphate "LTOP")
As shown in the experimental section of Non-Patent Document 3, a predetermined amount of oxalic acid and phosphorus pentachloride reacted in a diethyl ether solvent and then manufactured by a method of neutralizing with lithium hydride was used. .

(ジフルオロリン酸リチウム 以下「LDFP」)
特許文献7の実施例1に開示された、LiPFと水と塩化リチウムとを反応させる手法にてジフルオロリン酸リチウムが2.7質量%含まれたEMC溶液を得た後、更に濃縮を行った。そこで析出したジフルオロリン酸リチウムを濾過にて回収し、酢酸エチルに溶解させて再結晶精製したものを使用した。
(Lithium difluorophosphate "LDFP")
After obtaining an EMC solution containing 2.7% by mass of lithium difluorophosphate by the method of reacting LiPF 6 with water and lithium chloride, disclosed in Example 1 of Patent Document 7, concentration was further performed. It was. Then, the precipitated lithium difluorophosphate was collected by filtration, dissolved in ethyl acetate, and recrystallized and purified.

(ビス(ジフルオロホスホニル)イミドリチウム 以下「LBDFA」)
特許文献8の実施例5に開示された、フッ化カリウムとビス(ジクロロホスホリル)イミドを反応させる手法にてビス(ジフルオロホスホニル)イミドカリウムを製造した。ダウケミカル製強酸性陽イオン交換樹脂252(以後、イオン交換樹脂)を500g量り取り、0.1規定の水酸化リチウム水溶液(2.5kg)に浸漬させ、25℃で6時間攪拌を行った。ろ過でイオン交換樹脂を回収し、洗液のpHが8以下になるまで純水で充分に洗浄した。その後、12時間の減圧乾燥(120℃、1.3kPa)にて水分を除去した。
上記ビス(ジフルオロホスホニル)イミドカリウムの濃度が10質量%となるようにEMC溶液を調製し、そこに液重量の半分の重量の乾燥済み上記イオン交換樹脂を加え、25℃にて6時間攪拌を行った。その後、ろ過にてイオン交換樹脂を取り除く事で、カチオンがカリウムからリチウムへ交換されたLBDFAが得られた。イオンクロマトグラフィーにてカチオンの定量を行うと、リチウム/カリウムの比率は99.3であった。
(Bis (difluorophosphonyl) imidolithium hereinafter "LBDFA")
Bis (difluorophosphonyl) imide potassium was produced by the method of reacting potassium fluoride and bis (dichlorophosphoryl) imide disclosed in Example 5 of Patent Document 8. 500 g of Dow Chemical's strongly acidic cation exchange resin 252 (hereinafter referred to as ion exchange resin) was weighed and immersed in a 0.1 N aqueous lithium hydroxide solution (2.5 kg) and stirred at 25 ° C. for 6 hours. The ion exchange resin was collected by filtration and washed thoroughly with pure water until the pH of the washing solution was 8 or less. Thereafter, moisture was removed by drying under reduced pressure (120 ° C., 1.3 kPa) for 12 hours.
Prepare an EMC solution so that the concentration of potassium bis (difluorophosphonyl) imide is 10% by mass, add the dried ion exchange resin half the weight of the solution, and stir at 25 ° C. for 6 hours. Went. Thereafter, by removing the ion exchange resin by filtration, LBDFA in which the cation was exchanged from potassium to lithium was obtained. When the cation was quantified by ion chromatography, the lithium / potassium ratio was 99.3.

(メチルトリビニルシラン 以下「TVSI」)
Gelest製品を蒸留精製し、純度99%以上としたものを用いた。
(Methyltrivinylsilane "TVSI")
The Gelest product was purified by distillation to a purity of 99% or higher.

(スクシノニトリル 以下「SUNI」)
Aldrich製(純度99%)のものを使用した。
(Succinonitrile "SUNI")
A product made by Aldrich (purity 99%) was used.

〔試験液の準備〕
(試験液1)
基本組成非水電解液Aに、(III)成分として、1.0質量%の濃度となるように化合物No.1(二酸化硫黄含有量0.01質量%未満)を溶解させることで試験液1を調製した。
[Preparation of test solution]
(Test solution 1)
In the basic composition non-aqueous electrolyte A, as the component (III), Compound No. Test solution 1 was prepared by dissolving 1 (sulfur dioxide content less than 0.01% by mass).

(試験液2)
基本組成非水電解液Aに、(III)成分として、1.0質量%の濃度となるように化合物No.1(二酸化硫黄含有量0.2質量%)を溶解させることで試験液2を調製した。
(Test solution 2)
In the basic composition non-aqueous electrolyte A, as the component (III), Compound No. Test solution 2 was prepared by dissolving 1 (sulfur dioxide content 0.2 mass%).

(試験液3)
基本組成非水電解液Aに、(III)成分として、1.0質量%の濃度となるように化合物No.1(二酸化硫黄含有量1.8質量%)を溶解させることで試験液3を調製した。
(Test solution 3)
In the basic composition non-aqueous electrolyte A, as the component (III), Compound No. Test solution 3 was prepared by dissolving 1 (sulfur dioxide content 1.8% by mass).

(試験液4)
基本組成非水電解液Aに、(III)成分として、1.0質量%の濃度となるように化合物No.1(二酸化硫黄含有量2.4質量%)を溶解させることで試験液4を調製した。
(Test solution 4)
In the basic composition non-aqueous electrolyte A, as the component (III), Compound No. Test solution 4 was prepared by dissolving 1 (sulfur dioxide content 2.4 mass%).

(試験液5)
基本組成非水電解液Aに、(III)成分として、1.0質量%の濃度となるように化合物No.1(二酸化硫黄含有量2.8質量%)を溶解させることで試験液5を調製した。
(Test solution 5)
In the basic composition non-aqueous electrolyte A, as the component (III), Compound No. Test solution 5 was prepared by dissolving 1 (sulfur dioxide content 2.8% by mass).

(試験液6)
基本組成非水電解液Aに、(III)成分として、1.0質量%の濃度となるように化合物No.1(二酸化硫黄含有量3.1質量%)を溶解させることで試験液6を調製した。
(Test solution 6)
In the basic composition non-aqueous electrolyte A, as the component (III), Compound No. Test solution 6 was prepared by dissolving 1 (sulfur dioxide content 3.1 mass%).

(試験液7)
基本組成非水電解液Aに、(III)成分として、1.0質量%の濃度となるように化合物No.2(二酸化硫黄含有量0.5質量%)を溶解させることで試験液7を調製した。
(Test solution 7)
In the basic composition non-aqueous electrolyte A, as the component (III), Compound No. Test solution 7 was prepared by dissolving 2 (sulfur dioxide content 0.5 mass%).

(試験液8)
基本組成非水電解液Aに、(III)成分として、1.0質量%の濃度となるように化合物No.2(二酸化硫黄含有量1.5質量%)を溶解させることで試験液8を調製した。
(Test solution 8)
In the basic composition non-aqueous electrolyte A, as the component (III), Compound No. Test solution 8 was prepared by dissolving 2 (sulfur dioxide content 1.5 mass%).

(試験液9)
基本組成非水電解液Aに、(III)成分として、1.0質量%の濃度となるように化合物No.2(二酸化硫黄含有量2.3質量%)を溶解させることで試験液9を調製した。
(Test solution 9)
In the basic composition non-aqueous electrolyte A, as the component (III), Compound No. Test solution 9 was prepared by dissolving 2 (sulfur dioxide content 2.3 mass%).

(試験液10)
基本組成非水電解液Aに、(III)成分として、1.0質量%の濃度となるように化合物No.2(二酸化硫黄含有量2.7質量%)を溶解させることで試験液10を調製した。
(Test solution 10)
In the basic composition non-aqueous electrolyte A, as the component (III), Compound No. Test solution 10 was prepared by dissolving 2 (sulfur dioxide content 2.7% by mass).

(試験液11)
基本組成非水電解液Aに、(III)成分として、1.0質量%の濃度となるように化合物No.2(二酸化硫黄含有量3.2質量%)を溶解させることで試験液11を調製した。
(Test solution 11)
In the basic composition non-aqueous electrolyte A, as the component (III), Compound No. Test solution 11 was prepared by dissolving 2 (sulfur dioxide content 3.2 mass%).

(試験液12)
基本組成非水電解液Aに、(III)成分として、1.0質量%の濃度となるように化合物No.6(二酸化硫黄含有量0.3質量%)を溶解させることで試験液12を調製した。
(Test solution 12)
In the basic composition non-aqueous electrolyte A, as the component (III), Compound No. Test solution 12 was prepared by dissolving 6 (sulfur dioxide content 0.3 mass%).

(試験液13)
基本組成非水電解液Aに、(III)成分として、1.0質量%の濃度となるように化合物No.6(二酸化硫黄含有量1.9質量%)を溶解させることで試験液13を調製した。
(Test solution 13)
In the basic composition non-aqueous electrolyte A, as the component (III), Compound No. Test solution 13 was prepared by dissolving 6 (sulfur dioxide content 1.9% by mass).

(試験液14)
基本組成非水電解液Aに、(III)成分として、1.0質量%の濃度となるように化合物No.6(二酸化硫黄含有量2.4質量%)を溶解させることで試験液14を調製した。
(Test solution 14)
In the basic composition non-aqueous electrolyte A, as the component (III), Compound No. Test solution 14 was prepared by dissolving 6 (sulfur dioxide content 2.4 mass%).

(試験液15)
基本組成非水電解液Aに、(III)成分として、1.0質量%の濃度となるように化合物No.6(二酸化硫黄含有量2.8質量%)を溶解させることで試験液15を調製した。
(Test solution 15)
In the basic composition non-aqueous electrolyte A, as the component (III), Compound No. Test solution 15 was prepared by dissolving 6 (sulfur dioxide content 2.8% by mass).

(試験液16)
基本組成非水電解液Aに、(III)成分として、1.0質量%の濃度となるように化合物No.6(二酸化硫黄含有量5.0質量%)を溶解させることで試験液16を調製した。
(Test solution 16)
In the basic composition non-aqueous electrolyte A, as the component (III), Compound No. Test solution 16 was prepared by dissolving 6 (sulfur dioxide content 5.0 mass%).

(試験液17)
基本組成非水電解液Bに、(III)成分として、1.0質量%の濃度となるように化合物No.1(二酸化硫黄含有量0.2質量%)を溶解させることで試験液17を調製した。
(Test solution 17)
In the basic composition non-aqueous electrolyte B, as the component (III), the compound no. Test solution 17 was prepared by dissolving 1 (sulfur dioxide content 0.2 mass%).

(試験液18)
基本組成非水電解液Bに、(III)成分として、1.0質量%の濃度となるように化合物No.1(二酸化硫黄含有量1.8質量%)を溶解させることで試験液18を調製した。
(Test Solution 18)
In the basic composition non-aqueous electrolyte B, as the component (III), the compound no. Test solution 18 was prepared by dissolving 1 (sulfur dioxide content 1.8% by mass).

(試験液19)
基本組成非水電解液Bに、(III)成分として、1.0質量%の濃度となるように化合物No.1(二酸化硫黄含有量2.4質量%)を溶解させることで試験液19を調製した。
(Test solution 19)
In the basic composition non-aqueous electrolyte B, as the component (III), the compound no. Test solution 19 was prepared by dissolving 1 (sulfur dioxide content 2.4 mass%).

(試験液20)
基本組成非水電解液Bに、(III)成分として、1.0質量%の濃度となるように化合物No.1(二酸化硫黄含有量2.8質量%)を溶解させることで試験液20を調製した。
(Test solution 20)
In the basic composition non-aqueous electrolyte B, as the component (III), the compound no. Test solution 20 was prepared by dissolving 1 (sulfur dioxide content 2.8 mass%).

(試験液21)
基本組成非水電解液Cに、(III)成分として、1.0質量%の濃度となるように化合物No.1(二酸化硫黄含有量0.2質量%)を溶解させることで試験液21を調製した。
(Test solution 21)
In the basic composition non-aqueous electrolyte C, as the component (III), Compound No. Test liquid 21 was prepared by dissolving 1 (sulfur dioxide content 0.2 mass%).

(試験液22)
基本組成非水電解液Cに、(III)成分として、1.0質量%の濃度となるように化合物No.1(二酸化硫黄含有量1.8質量%)を溶解させることで試験液22を調製した。
(Test solution 22)
In the basic composition non-aqueous electrolyte C, as the component (III), Compound No. Test solution 22 was prepared by dissolving 1 (sulfur dioxide content 1.8% by mass).

(試験液23)
基本組成非水電解液Cに、(III)成分として、1.0質量%の濃度となるように化合物No.1(二酸化硫黄含有量2.4質量%)を溶解させることで試験液23を調製した。
(Test Solution 23)
In the basic composition non-aqueous electrolyte C, as the component (III), Compound No. Test solution 23 was prepared by dissolving 1 (sulfur dioxide content 2.4 mass%).

(試験液24)
基本組成非水電解液Cに、(III)成分として、1.0質量%の濃度となるように化合物No.1(二酸化硫黄含有量2.8質量%)を溶解させることで試験液24を調製した。
(Test solution 24)
In the basic composition non-aqueous electrolyte C, as the component (III), Compound No. Test solution 24 was prepared by dissolving 1 (sulfur dioxide content 2.8% by mass).

(試験液25)
基本組成非水電解液Dに、(III)成分として、1.0質量%の濃度となるように化合物No.1(二酸化硫黄含有量0.2質量%)を溶解させることで試験液25を調製した。
(Test solution 25)
In the basic composition non-aqueous electrolyte D, as the component (III), the compound No. Test solution 25 was prepared by dissolving 1 (sulfur dioxide content 0.2 mass%).

(試験液26)
基本組成非水電解液Dに、(III)成分として、1.0質量%の濃度となるように化合物No.1(二酸化硫黄含有量1.8質量%)を溶解させることで試験液26を調製した。
(Test solution 26)
In the basic composition non-aqueous electrolyte D, as the component (III), the compound No. Test solution 26 was prepared by dissolving 1 (sulfur dioxide content 1.8% by mass).

(試験液27)
基本組成非水電解液Dに、(III)成分として、1.0質量%の濃度となるように化合物No.1(二酸化硫黄含有量2.4質量%)を溶解させることで試験液27を調製した。
(Test solution 27)
In the basic composition non-aqueous electrolyte D, as the component (III), the compound No. Test solution 27 was prepared by dissolving 1 (sulfur dioxide content 2.4 mass%).

(試験液28)
基本組成非水電解液Dに、(III)成分として、1.0質量%の濃度となるように化合物No.1(二酸化硫黄含有量2.8質量%)を溶解させることで試験液28を調製した。
(Test solution 28)
In the basic composition non-aqueous electrolyte D, as the component (III), the compound No. Test solution 28 was prepared by dissolving 1 (sulfur dioxide content 2.8% by mass).

[実施例1−1]
試験液1を用いて、上述の通り非水電解液電池の作製(正極 NCM/負極 黒鉛)を行い、更にセルの安定化を経てから高温サイクル試験を行い、得られた放電容量維持率(%)の値を、参考例1−1の値を100としたときの相対値として表2及び図1に示す。
[Example 1-1]
Using test solution 1, a non-aqueous electrolyte battery was produced as described above (positive electrode NCM / negative electrode graphite), and after further cell stabilization, a high-temperature cycle test was conducted, and the obtained discharge capacity retention rate (% ) Are shown in Table 2 and FIG. 1 as relative values when the value of Reference Example 1-1 is taken as 100.

[実施例1−2〜1−10、比較例1−1〜1−6]
表2に示すような試験液を用いた以外は実施例1−1と同様に、非水電解液電池の作製と評価を行った。結果を表2及び図1に示す。
[Examples 1-2 to 1-10, Comparative Examples 1-1 to 1-6]
A nonaqueous electrolyte battery was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1-1 except that the test solution as shown in Table 2 was used. The results are shown in Table 2 and FIG.

[参考例1−1]
基本組成非水電解液Aに、(III)成分を添加せずに、代わりに、1.0質量%の濃度となるようにメチレンメタンジスルホネート(MMDS)を溶解させることで参考例1−1に係る試験液を調製した。なお、MMDSは特許文献2に開示された、メタンジスルホン酸ナトリウムと濃硫酸と五酸化リンとパラホルムアルデヒドを反応させる手法によって得られたものを使用した。
[Reference Example 1-1]
Instead of adding the component (III) to the basic composition non-aqueous electrolyte A, instead of dissolving methylenemethane disulfonate (MMDS) to a concentration of 1.0% by mass, Reference Example 1-1 A test solution according to was prepared. As the MMDS, the one obtained by the method of reacting sodium methanedisulfonate, concentrated sulfuric acid, phosphorus pentoxide and paraformaldehyde disclosed in Patent Document 2 was used.

Figure 2017117684
Figure 2017117684

化合物No.1を添加した系で比較する。化合物No.1に含まれる二酸化硫黄の含有量が2.8質量%(比較例1−1)や3.1質量%(比較例1−2)の場合、MMDSを使用した系(参考例1−1)に比べて大きく放電容量維持率が低下し、参考例1−1を基準として80%未満となっている。しかし、二酸化硫黄の含有量が2.5質量%以下である実施例1−4(二酸化硫黄の含有量は2.4質量%)では、参考例1−1を基準として放電容量維持率が95%を達成し、参考例1−1と同等の60℃高温サイクル特性を示すことが確認された。更に二酸化硫黄の含有量が2.0質量%以下であると、放電容量維持率が参考例1−1を超える値となることが確認された。また、二酸化硫黄の含有量が、1.8質量%(実施例1−3)、0.2質量%(実施例1−2)、0.01質量%未満(実施例1−1)と、少なくなるにつれて、より優れた放電容量維持率が得られる傾向が確認された。   Compound No. Comparison is made with the system to which 1 is added. Compound No. When the content of sulfur dioxide contained in 1 is 2.8% by mass (Comparative Example 1-1) or 3.1% by mass (Comparative Example 1-2), a system using MMDS (Reference Example 1-1) The discharge capacity retention rate is significantly lower than that of No. 1, and is less than 80% based on Reference Example 1-1. However, in Example 1-4 (the content of sulfur dioxide is 2.4% by mass) in which the content of sulfur dioxide is 2.5% by mass or less, the discharge capacity maintenance ratio is 95 based on Reference Example 1-1. % And 60 ° C. high temperature cycle characteristics equivalent to those of Reference Example 1-1 were confirmed. Furthermore, when the content of sulfur dioxide was 2.0% by mass or less, it was confirmed that the discharge capacity retention ratio exceeded the value of Reference Example 1-1. Moreover, the content of sulfur dioxide is 1.8% by mass (Example 1-3), 0.2% by mass (Example 1-2), less than 0.01% by mass (Example 1-1), It was confirmed that as the amount decreased, a better discharge capacity retention rate was obtained.

添加剤を化合物No.1から化合物No.2や化合物No.6に替えた場合も同様に、二酸化硫黄の含有量を2.5質量%以下に低減させる事で、放電容量維持率がMMDSを使用した系(参考例1−1)を基準として85%以上を達成することが確認された。更に二酸化硫黄の含有量が2.0質量%以下であると、放電容量維持率が参考例1−1を基準として90%以上を達成することが確認された。また、二酸化硫黄の含有量が少ないほどより優れた放電容量維持率が得られる傾向が確認された。   The additive is compound No. 1 to compound no. 2 and compound no. Similarly, when the amount is changed to 6, the content of sulfur dioxide is reduced to 2.5% by mass or less, so that the discharge capacity retention rate is 85% or more based on the system using MMDS (Reference Example 1-1). Was confirmed to achieve. Furthermore, when the content of sulfur dioxide was 2.0% by mass or less, it was confirmed that the discharge capacity retention rate achieved 90% or more based on Reference Example 1-1. Moreover, the tendency for the more excellent discharge capacity maintenance factor to be obtained was confirmed, so that there was little content of sulfur dioxide.

図1より明らかな様に、二酸化硫黄の含有量と放電容量維持率とは比例関係ではない。
二酸化硫黄の含有量が2.5質量%を超える領域では、MMDSを使用した系(参考例1−1)を基準とする放電容量維持率が二酸化硫黄の含有量の増大とともに大きく低下している。
一方で、二酸化硫黄の含有量が2.5質量%以下の領域では、参考例1−1を基準とする放電容量維持率が二酸化硫黄の含有量の減少とともに向上し、参考例1−1と同等の60℃高温サイクル特性を示すことが確認された。特に、二酸化硫黄の含有量が2.0質量%以下の領域では、参考例1−1を基準とする放電容量維持率がより優れた値となることが確認された。また、二酸化硫黄の含有量が2.0質量%以下から0.5質量%以下へ、更には0.5質量%以下から0.01質量%未満へ減少するにつれて、若干ではあるが放電容量維持率の向上が見られている。
これらの結果より、二酸化硫黄の含有量は、2.5質量%以下である事が好ましく、より好ましくは2.0質量%以下、さらに好ましくは0.5質量%以下、特に好ましくは0.01質量%未満である。
As is clear from FIG. 1, the sulfur dioxide content and the discharge capacity retention ratio are not proportional.
In the region where the sulfur dioxide content exceeds 2.5% by mass, the discharge capacity retention rate based on the system using MMDS (Reference Example 1-1) is greatly reduced as the sulfur dioxide content increases. .
On the other hand, in the region where the content of sulfur dioxide is 2.5% by mass or less, the discharge capacity maintenance rate based on Reference Example 1-1 improves with a decrease in the content of sulfur dioxide, and Reference Example 1-1 and It was confirmed that the same 60 ° C. high temperature cycle characteristics were exhibited. In particular, in the region where the content of sulfur dioxide is 2.0% by mass or less, it was confirmed that the discharge capacity retention rate based on Reference Example 1-1 was a more excellent value. Further, as the sulfur dioxide content decreases from 2.0% by mass or less to 0.5% by mass or less, and further from 0.5% by mass or less to less than 0.01% by mass, the discharge capacity is maintained to a slight extent. The rate has been improved.
From these results, the sulfur dioxide content is preferably 2.5% by mass or less, more preferably 2.0% by mass or less, still more preferably 0.5% by mass or less, and particularly preferably 0.01% by mass. It is less than mass%.

[実施例2−1〜2−15、比較例2−1〜2−5、参考例2−1〜2−5]
表3に示すように、正極、負極、試験液を組み合わせて用いた以外は実施例1−1と同様に、非水電解液電池の作製と評価を行った。結果を表3及び図2に示す。
[Examples 2-1 to 2-15, Comparative examples 2-1 to 2-5, Reference examples 2-1 to 2-5]
As shown in Table 3, a nonaqueous electrolyte battery was produced and evaluated in the same manner as in Example 1-1 except that a positive electrode, a negative electrode, and a test solution were used in combination. The results are shown in Table 3 and FIG.

Figure 2017117684
Figure 2017117684

正極NCM、負極黒鉛はそのままで、非水電解液をEC/EMC系(表2)からEC/DMC/PE系に変更した場合(基本組成非水電解液Bの系)においては、(III)に含まれる二酸化硫黄の含有量を2.5質量%以下に低減させる事により放電容量維持率が大幅に向上し、MMDSを使用した系(参考例2−1)と同等以上となることが確認された。特に、二酸化硫黄の含有量が2.0質量%以下であると、放電容量維持率が参考例2−1を上回ることが確認され、また、二酸化硫黄の含有量が少ないほどより優れた放電容量維持率が得られる傾向が確認された。
また、溶質としてLiPFだけでなくLiFSIも含まれる非水電解液を用いた場合(基本組成非水電解液Cの系)においても同様に、二酸化硫黄の含有量を2.5質量%以下に低減させる事により放電容量維持率が大きく向上し、MMDSを使用した系(参考例2−2)を上回ることが確認され、また、上記と同様に、二酸化硫黄の含有量が少ないほどより優れた放電容量維持率が得られる傾向が確認された。
When the non-aqueous electrolyte is changed from the EC / EMC system (Table 2) to the EC / DMC / PE system (basic composition non-aqueous electrolyte B system) with the positive electrode NCM and the negative electrode graphite as they are, (III) It is confirmed that the discharge capacity retention rate is significantly improved by reducing the sulfur dioxide content contained in the slag to 2.5% by mass or less, and is equal to or higher than the system using MMDS (Reference Example 2-1). It was done. In particular, when the content of sulfur dioxide is 2.0% by mass or less, it is confirmed that the discharge capacity retention rate exceeds Reference Example 2-1, and the smaller the sulfur dioxide content, the better the discharge capacity. The tendency to obtain the maintenance rate was confirmed.
Similarly, in the case of using a non-aqueous electrolyte containing not only LiPF 6 but also LiFSI as a solute (basic composition non-aqueous electrolyte C), the sulfur dioxide content is reduced to 2.5% by mass or less. It is confirmed that the discharge capacity retention rate is greatly improved by reducing the amount, and it is confirmed that the discharge capacity maintenance rate exceeds the system using MMDS (Reference Example 2-2). As in the above, the lower the sulfur dioxide content, the better. A tendency to obtain a discharge capacity maintenance rate was confirmed.

正極をNCMからLCOやLFPに替えた場合においても、二酸化硫黄の含有量を2.5質量%以下に低減させる事により放電容量維持率がMMDSを使用した系(それぞれ、参考例2−3、参考例2−4)と同等の値となることが確認され、また、上記と同様に、二酸化硫黄の含有量が少ないほどより優れた放電容量維持率が得られる傾向が確認された。
また、非水電解液をEC/EMC/FEC系に変更する(基本組成非水電解液Dの系)とともに、負極を黒鉛からシリコンに替えた場合においては、二酸化硫黄の含有量を2.5質量%以下に低減させる事により、MMDSを使用した系(参考例2−5)と同等の値となることが確認され、また、上記と同様に、二酸化硫黄の含有量が少ないほどより優れた放電容量維持率が得られる傾向が確認された。
Even when the positive electrode is changed from NCM to LCO or LFP, the discharge capacity retention rate is reduced to 2.5% by mass or less by using MMDS (respectively reference examples 2-3, It was confirmed that the value was the same as that of Reference Example 2-4), and, similarly to the above, it was confirmed that the smaller the content of sulfur dioxide, the better the discharge capacity retention rate.
In addition, when the non-aqueous electrolyte is changed to EC / EMC / FEC (basic composition non-aqueous electrolyte D) and the negative electrode is changed from graphite to silicon, the content of sulfur dioxide is 2.5. By reducing to less than mass%, it was confirmed that the value was the same as the system using MMDS (Reference Example 2-5), and as described above, the smaller the sulfur dioxide content, the better. A tendency to obtain a discharge capacity maintenance rate was confirmed.

以上の結果より、正負極や、非水溶媒の種類や、(III)の種類に拠らず、(III)に含まれる二酸化硫黄の含有量を2.5質量%以下に低減させる事により、放電容量維持率を大きく向上させ、(III)の代わりにMMDSを使用した対応する系の放電容量維持率と同等程度とすることができる。   From the above results, regardless of the type of positive and negative electrodes, non-aqueous solvent, and type (III), the content of sulfur dioxide contained in (III) is reduced to 2.5% by mass or less, It is possible to greatly improve the discharge capacity maintenance rate and to be comparable to the discharge capacity maintenance rate of the corresponding system using MMDS instead of (III).

図2より明らかな様に、二酸化硫黄の含有量と放電容量維持率とは比例関係ではない。
二酸化硫黄の含有量が2.5質量%を超える領域では、MMDSを使用した系(対応するそれぞれの参考例)を基準とする放電容量維持率が二酸化硫黄の含有量の増大とともに大きく低下している。
一方で、二酸化硫黄の含有量が2.5質量%以下の領域では、対応するそれぞれの参考例を基準とする放電容量維持率が二酸化硫黄の含有量の減少とともに向上し、対応するそれぞれの参考例と同等の60℃高温サイクル特性を示すことが確認された。特に、二酸化硫黄の含有量が2.0質量%以下の領域では、対応するそれぞれの参考例を基準とする放電容量維持率がより優れた値となることが確認された。また、二酸化硫黄の含有量が2.0質量%以下から0.5質量%以下へ、更には0.5質量%以下から0.01質量%未満へ減少するにつれて、若干ではあるが放電容量維持率の向上が見られている。
これらの結果より、二酸化硫黄の含有量は、2.5質量%以下である事が好ましく、より好ましくは2.0質量%以下、さらに好ましくは0.5質量%以下、特に好ましくは0.01質量%未満である。
As is apparent from FIG. 2, the sulfur dioxide content and the discharge capacity retention ratio are not proportional.
In the region where the sulfur dioxide content exceeds 2.5% by mass, the discharge capacity maintenance rate based on the system using MMDS (corresponding reference examples) greatly decreases as the sulfur dioxide content increases. Yes.
On the other hand, in the region where the sulfur dioxide content is 2.5% by mass or less, the discharge capacity maintenance rate based on the corresponding reference examples is improved with the decrease in the sulfur dioxide content, and the corresponding reference It was confirmed that the same high-temperature cycle characteristics at 60 ° C. as in the examples were exhibited. In particular, it was confirmed that in the region where the content of sulfur dioxide is 2.0% by mass or less, the discharge capacity retention rate based on each corresponding reference example becomes a more excellent value. Further, as the sulfur dioxide content decreases from 2.0% by mass or less to 0.5% by mass or less, and further from 0.5% by mass or less to less than 0.01% by mass, the discharge capacity is maintained to a slight extent. The rate has been improved.
From these results, the sulfur dioxide content is preferably 2.5% by mass or less, more preferably 2.0% by mass or less, still more preferably 0.5% by mass or less, and particularly preferably 0.01% by mass. It is less than mass%.

[実施例3−1〜3−8、参考例3−1〜3−8]
表4に示すように、電解液中にその他の成分(IV)を含有させた以外は実施例1−3と同様に、非水電解液電池の作製と評価を行った。結果を表4に示す。
なお、実施例3−1、参考例3−1では、VCを濃度が2.0質量%となるように添加した。
また、実施例3−2、参考例3−2では、LBOBを濃度が1.0質量%となるように添加した。
また、実施例3−3、参考例3−3では、LDFBOPを濃度が1.0質量%となるように添加した。
また、実施例3−4、参考例3−4では、LTOPを濃度が1.0質量%となるように添加した。
また、実施例3−5、参考例3−5では、LDFPを濃度が1.0質量%となるように添加した。
また、実施例3−6、参考例3−6では、LBDFAを濃度が1.0質量%となるように添加した。
また、実施例3−7、参考例3−7では、TVSIを濃度が0.5質量%となるように添加した。
また、実施例3−8、参考例3−8では、SUNIを濃度が1.0質量%となるように添加した。
[Examples 3-1 to 3-8, Reference examples 3-1 to 3-8]
As shown in Table 4, a nonaqueous electrolyte battery was produced and evaluated in the same manner as in Example 1-3, except that the electrolyte component contained other component (IV). The results are shown in Table 4.
In Example 3-1 and Reference Example 3-1, VC was added so that the concentration became 2.0 mass%.
Moreover, in Example 3-2 and Reference Example 3-2, LBOB was added so that the concentration was 1.0 mass%.
In Example 3-3 and Reference Example 3-3, LDFBOP was added so that the concentration was 1.0 mass%.
Moreover, in Example 3-4 and Reference Example 3-4, LTOP was added so that the concentration was 1.0 mass%.
Moreover, in Example 3-5 and Reference Example 3-5, LDFP was added so that the concentration was 1.0 mass%.
In Example 3-6 and Reference Example 3-6, LBDFA was added so that the concentration was 1.0 mass%.
Moreover, in Example 3-7 and Reference Example 3-7, TVSI was added so that the concentration was 0.5 mass%.
Moreover, in Example 3-8 and Reference Example 3-8, SUN was added so that the concentration was 1.0 mass%.

Figure 2017117684
Figure 2017117684

表4に示した通り、何れのその他の成分(IV)を加えた場合においても、(III)に含まれる二酸化硫黄の含有量を2.5質量%以下に低減させる事により、放電容量維持率を、(III)の代わりにMMDSを使用し対応する(IV)を含有する系の放電容量維持率と同等とすることができる。また、上記実施例3−1〜3−8は、その他の成分(IV)を加えていない試験液を用いた実施例1−3に比べて放電容量維持率が向上している事が分かる。その中でもLBOB(実施例3−2)、LDFBOP(実施例3−3)、LTOP(実施例3−4)、TVSI(実施例3−7)の効果が特に優れていた。   As shown in Table 4, when any other component (IV) is added, the discharge capacity retention rate is reduced by reducing the content of sulfur dioxide contained in (III) to 2.5% by mass or less. Can be made equivalent to the discharge capacity maintenance rate of the system containing MMDS instead of (III) and containing the corresponding (IV). Moreover, it turns out that the said discharge capacity maintenance factor is improving the said Examples 3-1 to 3-8 compared with Example 1-3 using the test liquid which has not added the other component (IV). Among them, the effects of LBOB (Example 3-2), LDFBOP (Example 3-3), LTOP (Example 3-4), and TVSI (Example 3-7) were particularly excellent.

以上の結果より、二酸化硫黄の含有量を2.5質量%以下に低減させた(III)とともに、その他の成分(IV)を添加することで、更に放電容量維持率を向上させる事が可能である。   From the above results, it is possible to further improve the discharge capacity maintenance rate by adding the other component (IV) together with (III) in which the content of sulfur dioxide is reduced to 2.5% by mass or less. is there.

Claims (12)

(I)非水有機溶媒、
(II)イオン性塩である、溶質、
(III)一般式(1)で示されるスルホニル基を2個有する環式スルホン酸無水物誘導体
を含む非水電解液電池用電解液であって、
前記環式スルホン酸無水物誘導体が、
三酸化硫黄と二重結合を含む化合物とを原料とし、
該三酸化硫黄と二重結合を含む化合物との反応由来の不純物である二酸化硫黄の含有量が2.5質量%以下である、
非水電解液電池用電解液。
Figure 2017117684
[一般式(1)中、R、R、R、Rは、それぞれ互いに独立して水素、アルキル基、アルコキシ基、アルケニル基、アルケニルオキシ基、アルキニル基、アルキニルオキシ基、アリール基、及びアリールオキシ基からなる群から選ばれる基を示し、これらの基はフッ素原子、塩素原子、又は酸素原子を有していても良い。C−R 間、またはC−R 間が直接二重結合となる場合は、それぞれR,Rは存在しない。また、以下の(2)、(4)に示す様に、C−C 間に直接二重結合を形成しても良い。この場合、R、Rは存在しない。また、(3)、(4)に示す様に、R、Rが同一の環構造に含まれるような形をとっても良い。]
Figure 2017117684
(I) a non-aqueous organic solvent,
(II) a solute that is an ionic salt,
(III) An electrolyte for a non-aqueous electrolyte battery comprising a cyclic sulfonic anhydride derivative having two sulfonyl groups represented by the general formula (1),
The cyclic sulfonic anhydride derivative is
Starting from sulfur trioxide and a compound containing a double bond,
The content of sulfur dioxide, which is an impurity derived from the reaction between the sulfur trioxide and a compound containing a double bond, is 2.5% by mass or less.
Non-aqueous electrolyte battery electrolyte.
Figure 2017117684
[In the general formula (1), R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently hydrogen, alkyl group, alkoxy group, alkenyl group, alkenyloxy group, alkynyl group, alkynyloxy group, aryl group. And a group selected from the group consisting of aryloxy groups, and these groups may have a fluorine atom, a chlorine atom, or an oxygen atom. In the case where a direct bond is formed between C 1 and R 1 or between C 2 and R 2 , R 3 and R 4 do not exist, respectively. Further, as shown in the following (2) and (4), a double bond may be directly formed between C 1 and C 2 . In this case, R 3 and R 4 do not exist. Further, as shown in (3) and (4), R 1 and R 2 may take the form of being included in the same ring structure. ]
Figure 2017117684
前記二酸化硫黄含有量が2.0質量%以下である、請求項1に記載の非水電解液電池用電解液。 The electrolyte solution for nonaqueous electrolyte batteries according to claim 1, wherein the sulfur dioxide content is 2.0 mass% or less. 前記一般式(1)で示されるスルホニル基を2個有する環式スルホン酸無水物誘導体が下記化合物No.1〜24からなる群から選択される少なくとも1つである、請求項1又は2に記載の非水電解液電池用電解液。
Figure 2017117684
The cyclic sulfonic anhydride derivative having two sulfonyl groups represented by the general formula (1) is represented by the following compound No. The electrolyte solution for nonaqueous electrolyte batteries according to claim 1 or 2, wherein the electrolyte solution is at least one selected from the group consisting of 1 to 24.
Figure 2017117684
前記(I)、(II)の総量に対する、(III)の濃度が0.01質量%以上、10.0質量%以下である、請求項1〜3のいずれかに記載の非水電解液電池用電解液。 The nonaqueous electrolyte battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the concentration of (III) with respect to the total amount of (I) and (II) is 0.01% by mass or more and 10.0% by mass or less. Electrolyte. 前記濃度が0.05質量%以上、5.0質量%以下である、請求項1〜3のいずれかに記載の非水電解液電池用電解液。 The electrolyte solution for nonaqueous electrolyte batteries according to any one of claims 1 to 3, wherein the concentration is 0.05% by mass or more and 5.0% by mass or less. 前記溶質であるイオン性塩が、リチウム、及びナトリウムからなる群から選ばれる少なくとも1種のカチオンと、
ヘキサフルオロリン酸アニオン、テトラフルオロホウ酸アニオン、ジフルオロオキサラトホウ酸アニオン、テトラフルオロオキサラトリン酸アニオン、トリフルオロメタンスルホン酸アニオン、フルオロスルホン酸アニオン、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドアニオン、ビス(フルオロスルホニル)イミドアニオン、(トリフルオロメタンスルホニル)(フルオロスルホニル)イミドアニオン、ビス(ジフルオロホスホニル)イミドアニオン、(ジフルオロホスホニル)(フルオロスルホニル)イミドアニオン、及び(ジフルオロホスホニル)(トリフルオロスルホニル)イミドアニオンからなる群から選ばれる少なくとも1種のアニオンの対からなるイオン性塩である、請求項1〜5のいずれかに記載の非水電解液電池用電解液。
The ionic salt as the solute is at least one cation selected from the group consisting of lithium and sodium;
Hexafluorophosphate anion, tetrafluoroborate anion, difluorooxalatoborate anion, tetrafluorooxalatophosphate anion, trifluoromethanesulfonate anion, fluorosulfonate anion, bis (trifluoromethanesulfonyl) imide anion, bis (fluoro (Sulfonyl) imide anion, (trifluoromethanesulfonyl) (fluorosulfonyl) imide anion, bis (difluorophosphonyl) imide anion, (difluorophosphonyl) (fluorosulfonyl) imide anion, and (difluorophosphonyl) (trifluorosulfonyl) imide The electrolysis for a non-aqueous electrolyte battery according to any one of claims 1 to 5, which is an ionic salt comprising a pair of at least one anion selected from the group consisting of anions. .
前記非水有機溶媒が、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、エチルプロピルカーボネート、メチルブチルカーボネート、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート、酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、2−フルオロプロピオン酸メチル、2−フルオロプロピオン酸エチル、ジエチルエーテル、アセトニトリル、プロピオニトリル、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、フラン、テトラヒドロピラン、1,3−ジオキサン、1,4−ジオキサン、ジブチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、1,2−ジメトキシエタン、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、スルホラン、γ−ブチロラクトン、及びγ−バレロラクトンからなる群から選ばれる少なくとも1種である、請求項1〜6のいずれかに記載の非水電解液電池用電解液。 The non-aqueous organic solvent is ethyl methyl carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl propyl carbonate, ethyl propyl carbonate, methyl butyl carbonate, ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, fluoroethylene carbonate, methyl acetate, ethyl acetate, propionic acid Methyl, ethyl propionate, methyl 2-fluoropropionate, ethyl 2-fluoropropionate, diethyl ether, acetonitrile, propionitrile, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, furan, tetrahydropyran, 1,3-dioxane, 1,4 -Dioxane, dibutyl ether, diisopropyl ether, 1,2-dimethoxyethane, N, N-dimethylformamide, Methyl sulfoxide, sulfolane, .gamma.-butyrolactone, and .gamma. is at least one valerolactone consisting lactone selected from the group, the non-aqueous electrolyte battery electrolyte solution according to any one of claims 1 to 6. 前記非水有機溶媒が、環状カーボネート、鎖状カーボネート、及び、エステルからなる群から選ばれる少なくとも1種を含有する、請求項1〜6のいずれかに記載の非水電解液電池用電解液。 The electrolyte solution for a nonaqueous electrolyte battery according to any one of claims 1 to 6, wherein the nonaqueous organic solvent contains at least one selected from the group consisting of cyclic carbonates, chain carbonates, and esters. 前記環状カーボネートが、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、及びブチレンカーボネートからなる群から選ばれる少なくとも1種であり、前記鎖状カーボネートが、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、エチルプロピルカーボネート、及びメチルブチルカーボネートからなる群から選ばれる少なくとも1種であり、前記エステルが、酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、2−フルオロプロピオン酸メチル、及び2−フルオロプロピオン酸エチルからなる群から選ばれる少なくとも1種である、請求項8に記載の非水電解液電池用電解液。 The cyclic carbonate is at least one selected from the group consisting of ethylene carbonate, propylene carbonate, and butylene carbonate, and the chain carbonate is ethyl methyl carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl propyl carbonate, ethyl propyl carbonate, And at least one selected from the group consisting of methyl butyl carbonate, and the ester comprises methyl acetate, ethyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, methyl 2-fluoropropionate, and ethyl 2-fluoropropionate The electrolyte solution for a non-aqueous electrolyte battery according to claim 8, which is at least one selected from the group. さらに、
(IV)その他成分として
シクロヘキシルベンゼン、シクロヘキシルフルオロベンゼン、ビフェニル、ジフルオロアニソール、t−ブチルベンゼン、t−アミルベンゼン、2−フルオロトルエン、2−フルオロビフェニル、ビニレンカーボネート、ジメチルビニレンカーボネート、ビニ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、ジフルオロエチレンカーボネート、エチニルエチレンカーボネート、ジビニルエチレンカーボネート、メチルジフルオロビニルシラン、メチルフルオロジビニルシラン、ジメチルジビニルシラン、メチルトリビニルシラン、テトラビニルシラン、無水マレイン酸、無水コハク酸、スクシノニトリル、ビスオキサラトホウ酸リチウム、ビスオキサラトホウ酸ナトリウム、ビスオキサラトホウ酸カリウム、ジフルオロオキサラトホウ酸リチウム、ジフルオロオキサラトホウ酸ナトリウム、ジフルオロオキサラトホウ酸カリウム、テトラフルオロオキサラトリン酸リチウム、テトラフルオロオキサラトリン酸ナトリウム、テトラフルオロオキサラトリン酸カリウム、ジフルオロビス(オキサラト)リン酸リチウム、ジフルオロビス(オキサラト)リン酸ナトリウム、ジフルオロビス(オキサラト)リン酸カリウム、トリス(オキサラト)リン酸リチウム、トリス(オキサラト)リン酸ナトリウム、トリス(オキサラト)リン酸カリウム、ジフルオロリン酸リチウム、モノフルオロリン酸リチウム、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウム、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドナトリウム、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドカリウム、ビス(フルオロスルホニル)イミドリチウム、ビス(フルオロスルホニル)イミドナトリウム、ビス(フルオロスルホニル)イミドカリウム、(トリフルオロメタンスルホニル)(フルオロスルホニル)イミドリチウム、(トリフルオロメタンスルホニル)(フルオロスルホニル)イミドナトリウム、(トリフルオロメタンスルホニル)(フルオロスルホニル)イミドカリウム、ビス(ジフルオロホスホニル)イミドリチウム、ビス(ジフルオロホスホニル)イミドナトリウム、ビス(ジフルオロホスホニル)イミドカリウム、(ジフルオロホスホニル)(フルオロスルホニル)イミドリチウム、(ジフルオロホスホニル)(フルオロスルホニル)イミドナトリウム、(ジフルオロホスホニル)(フルオロスルホニル)イミドカリウム、(ジフルオロホスホニル)(トリフルオロスルホニル)イミドリチウム、(ジフルオロホスホニル)(トリフルオロスルホニル)イミドナトリウム、及び(ジフルオロホスホニル)(トリフルオロスルホニル)イミドカリウムからなる群から選ばれる少なくとも1種を含む、請求項1〜9に記載の非水電解液電池用電解液。
further,
(IV) Other components include cyclohexylbenzene, cyclohexylfluorobenzene, biphenyl, difluoroanisole, t-butylbenzene, t-amylbenzene, 2-fluorotoluene, 2-fluorobiphenyl, vinylene carbonate, dimethyl vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, fluoro Ethylene carbonate, difluoroethylene carbonate, ethynyl ethylene carbonate, divinyl ethylene carbonate, methyl difluoro vinyl silane, methyl fluoro divinyl silane, dimethyl divinyl silane, methyl trivinyl silane, tetra vinyl silane, maleic anhydride, succinic anhydride, succinonitrile, bisoxalato boron Lithium acid, sodium bisoxalatoborate, potassium bisoxalatoborate , Lithium difluorooxalatoborate, sodium difluorooxalatoborate, potassium difluorooxalatoborate, lithium tetrafluorooxalate, sodium tetrafluorooxalate, potassium tetrafluorooxalate, difluorobis (oxalato ) Lithium phosphate, sodium difluorobis (oxalato) phosphate, potassium difluorobis (oxalato) phosphate, lithium tris (oxalato) phosphate, sodium tris (oxalato) phosphate, potassium tris (oxalato) phosphate, difluorophosphate Lithium, lithium monofluorophosphate, lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide, sodium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide, bis (trifluoromethanes Phosphonyl) imide potassium, bis (fluorosulfonyl) imide lithium, bis (fluorosulfonyl) imide sodium, bis (fluorosulfonyl) imide potassium, (trifluoromethanesulfonyl) (fluorosulfonyl) imide lithium, (trifluoromethanesulfonyl) (fluorosulfonyl) Sodium imido, (trifluoromethanesulfonyl) (fluorosulfonyl) imide potassium, bis (difluorophosphonyl) imide lithium, bis (difluorophosphonyl) imide sodium, bis (difluorophosphonyl) imide potassium, (difluorophosphonyl) (fluorosulfonyl) ) Imidolithium, (difluorophosphonyl) (fluorosulfonyl) imido sodium, (difluorophosphonyl) (fluorosulphonyl) And (difluorophosphonyl) (trifluorosulfonyl) imide lithium, (difluorophosphonyl) (trifluorosulfonyl) imide sodium, and (difluorophosphonyl) (trifluorosulfonyl) imide potassium. The electrolyte solution for nonaqueous electrolyte batteries according to claim 1, comprising at least one kind.
前記(IV)が、ビニレンカーボネート、ビニ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、ジメチルジビニルシラン、メチルトリビニルシラン、テトラビニルシラン、ビスオキサラトホウ酸リチウム、ジフルオロオキサラトホウ酸リチウム、テトラフルオロオキサラトリン酸リチウム、ジフルオロビス(オキサラト)リン酸リチウム、トリス(オキサラト)リン酸リチウム、ジフルオロリン酸リチウム、モノフルオロリン酸リチウム、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウム、ビス(フルオロスルホニル)イミドリチウム、、ビス(ジフルオロホスホニル)イミドリチウム、(ジフルオロホスホニル)(フルオロスルホニル)イミドリチウムからなる群から選択される少なくとも1種である、請求項10に記載の非水電解液電池用電解液。 (IV) is vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, fluoroethylene carbonate, dimethyldivinylsilane, methyltrivinylsilane, tetravinylsilane, lithium bisoxalate borate, lithium difluorooxalate borate, lithium tetrafluorooxalate triphosphate, difluoro Lithium bis (oxalato) phosphate, lithium tris (oxalato) phosphate, lithium difluorophosphate, lithium monofluorophosphate, lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide, lithium bis (fluorosulfonyl) imide, bis (difluorophosphonyl) It is at least 1 sort (s) selected from the group which consists of) imido lithium and (difluorophosphonyl) (fluorosulfonyl) imide lithium. Non-aqueous electrolyte battery electrolyte solution. 正極と、
リチウム又はリチウムの吸蔵放出の可能な負極材料からなる負極と、或いはナトリウム又はナトリウムの吸蔵放出の可能な負極材料からなる負極と、
請求項1〜11のいずれかに記載の非水電解液電池用電解液とを含む、非水電解液電池。
A positive electrode;
A negative electrode made of lithium or a negative electrode material capable of occluding and releasing lithium, or a negative electrode made of negative electrode material capable of occluding and releasing sodium or sodium;
A non-aqueous electrolyte battery comprising the non-aqueous electrolyte battery electrolyte according to claim 1.
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