JP2017139068A - Electrolyte for lithium ion secondary battery - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrolyte for a Li ion secondary battery, by which superior battery characteristics including cycle and rate characteristics can be achieved.SOLUTION: The above purpose is achieved by an electrolyte for a Li ion secondary battery, which comprises a solvation ionic liquid containing methyl monoglyme (G1) and methyl diglyme (G2), and a Li salt. The ratio of a total mole number of oxygen atoms that the G1 and G2 include vs. the mole number of Li in the Li salt (i.e. a total mole number of oxygen atoms included in the G1 and G2 to that of Li in the Li salt) is 3.0 or more and less than 4.0. The mixing mole ratio of the G1 and G2 (i.e. G1 mole number/G2 mole number) is more than 1/4 and less than 3/2.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池用電解質およびこれを用いたリチウムイオン二次電池に関する。   The present invention relates to an electrolyte for a lithium ion secondary battery and a lithium ion secondary battery using the same.

近年、大気汚染や地球温暖化に対処するため、二酸化炭素量の低減が切に望まれている。自動車業界では、電気自動車(EV)やハイブリッド電気自動車(HEV)の導入による二酸化炭素排出量の低減に期待が集まっており、これらの実用化の鍵を握るモータ駆動用二次電池などの電気化学デバイスの開発が盛んに行われている。   In recent years, in order to cope with air pollution and global warming, reduction of the amount of carbon dioxide has been strongly desired. In the automobile industry, there are high expectations for reducing carbon dioxide emissions by introducing electric vehicles (EV) and hybrid electric vehicles (HEV). Electrochemicals such as secondary batteries for motor drive that hold the key to commercialization of these vehicles. Device development is actively underway.

モータ駆動用二次電池としては、携帯電話やノートパソコン等に使用される民生用リチウムイオン二次電池と比較して極めて高い出力特性、および高いエネルギーを有することが求められている。したがって、全ての電池の中で最も高い理論エネルギーを有するリチウムイオン二次電池が注目を集めており、現在急速に開発が進められている。   As a secondary battery for driving a motor, it is required to have extremely high output characteristics and high energy as compared with a consumer lithium ion secondary battery used in a mobile phone, a notebook personal computer or the like. Therefore, lithium ion secondary batteries having the highest theoretical energy among all the batteries are attracting attention, and are currently being developed rapidly.

リチウムイオン二次電池は、一般に、バインダーを用いて正極活物質等を正極集電体の両面に塗布した正極と、バインダーを用いて負極活物質等を負極集電体の両面に塗布した負極とが、電解質層を介して接続され、電池ケースに収納される構成を有している。   Generally, a lithium ion secondary battery includes a positive electrode in which a positive electrode active material or the like is applied to both surfaces of a positive electrode current collector using a binder, and a negative electrode in which a negative electrode active material or the like is applied to both surfaces of a negative electrode current collector using a binder. However, it has the structure connected through an electrolyte layer and accommodated in a battery case.

リチウムイオン二次電池では、航続距離を伸ばすために、貯蔵するエネルギー量をさらに増大する必要がある。そのため、従来のガソリン車と同等の商品性を兼ね備えたEVの実現には、高いエネルギー容量の保持が必要となり、そのため電池は高性能を備えつつ、高い技術水準で安全性を確保することも求められている。   In the lithium ion secondary battery, it is necessary to further increase the amount of energy to be stored in order to extend the cruising distance. Therefore, in order to realize an EV that has the same merchantability as a conventional gasoline vehicle, it is necessary to maintain a high energy capacity. Therefore, the battery is required to have high performance and ensure safety at a high technical level. It has been.

これまでのリチウムイオン二次電池では、電解質として主に非水電解液(液体電解質)または非水電解液を含むゲル電解質が用いられている。リチウムイオン二次電池用電解質に用いられる非水電解液の溶媒には、一般的にリチウム塩を良好に溶解することで高いリチウムイオン伝導度を発現してきた。溶媒としては、広い電位窓を持つことから、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート等のカーボネート系化合物が広く用いられてきた。しかし、これらカーボネート系化合物を含む非水電解液は引火点が低くなるといった難点を持っている。   In conventional lithium ion secondary batteries, a non-aqueous electrolyte (liquid electrolyte) or a gel electrolyte containing a non-aqueous electrolyte is mainly used as an electrolyte. In general, a non-aqueous electrolyte used in an electrolyte for a lithium ion secondary battery has a high lithium ion conductivity by well dissolving a lithium salt. As the solvent, carbonate compounds such as ethylene carbonate and dimethyl carbonate have been widely used because they have a wide potential window. However, non-aqueous electrolytes containing these carbonate compounds have the drawback that their flash point is low.

そこで不燃性(難燃性)を高める方策として、揮発性が極めて低い電解液を利用することが検討されている。揮発性が極めて低い電解質として、溶媒和イオン液体(溶媒和溶融塩)が着目を集めている。この溶媒和イオン液体は、リチウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド[LiTFSI]などのリチウム塩と、例えばメチルトリグライム(G3とも略記する)といったグライム系溶媒のエーテル性酸素原子とが強く相互作用をし、安定な錯体を形成する。これらの溶媒和イオン液体の安定性については、分子軌道法計算による錯カチオン構造の検討がなされている。   Therefore, as a measure for increasing nonflammability (flame retardancy), the use of an electrolyte having extremely low volatility has been studied. As an electrolyte having extremely low volatility, a solvated ionic liquid (solvated molten salt) has attracted attention. In this solvated ionic liquid, a lithium salt such as lithium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide [LiTFSI] interacts strongly with an etheric oxygen atom of a glyme-based solvent such as methyltriglyme (also abbreviated as G3). And forms a stable complex. The stability of these solvated ionic liquids has been studied for complex cation structures by molecular orbital calculation.

図21の分子構造(a)および(b)は、[Li(G3)][TFSI](a)と[Li(G4)][TFSI](b)の模式的な構造図を示す。図21では、Liカチオンに対して、グライム分子に含まれるエーテル酸素の非共有電子対が作用して、溶媒和している状態を模式的に示している。 The molecular structures (a) and (b) in FIG. 21 show schematic structural diagrams of [Li (G3) 1 ] [TFSI] (a) and [Li (G4) 1 ] [TFSI] (b). FIG. 21 schematically shows a state in which an unshared electron pair of ether oxygen contained in a glyme molecule acts on a Li cation and is solvated.

図21で示す溶媒和構造が実際どのような形態で最安定構造をとっているのかを確かめるため、以下の検討を行った。溶媒分子としてメチルトリグライム(G3)とメチルテト
ラグライム(G4とも略記する)を選択し、リチウム塩との1:1混合溶液に対して、Gaussian03プログラムを用いたab initio分子軌道計算にて検討を行った。上記分子構造(a)および(b)に示すとおり、グライム中に含まれるエーテル酸素に存在する非共有電子対をリチウムイオンに供与し、リチウムイオンの周囲にグライム分子が立体的に囲みこむ構造をとって錯カチオンを形成していることが確認できた。(実際の計算結果で得られた構造図は、カラー図面であるが、出願図面(モノクロ図面)とした場合には、各元素分子の判読が困難なため不図示とした)。同様に溶媒分子として、メチルモノグライム(G1とも略記する)とメチルジグライム(G2とも略記する)を選択し、リチウム塩との混合溶液についても同様に検討を行った。G1については1:2となるモル比の混合溶媒、またG2については1:1.33となるモル比の混合溶媒にて検討したところ、グライム中に含まれるエーテル酸素に存在する非共有電子対をリチウムイオンに供与し、リチウムイオンの周囲にグライム分子が囲みこむ構造をとって錯カチオンを形成していることがわかった。またNMRを用いた各イオン種、分子種の自己拡散係数の観測においても同様に錯カチオンを形成している結果が観測されている。特にLiTFSIなどイミド型のリチウム塩を用いた溶媒和イオン液体の中では、リチウムイオンの自己拡散係数とグライム分子の自己拡散係数が同じ値を示している。このことからも、この溶媒和イオン液体の中ではリチウムイオンに対してグライムが配位した錯カチオンが形成されていると考えられる。
In order to ascertain in what form the solvation structure shown in FIG. 21 actually takes the most stable structure, the following examination was performed. Select methyltriglyme (G3) and methyltetraglyme (also abbreviated as G4) as solvent molecules, and examine them with ab initio molecular orbital calculation using Gaussian 03 program for 1: 1 mixed solution with lithium salt. went. As shown in the molecular structures (a) and (b) above, a structure in which a glyme molecule is sterically surrounded around a lithium ion by donating an unshared electron pair present in ether oxygen contained in the glyme to the lithium ion. It was confirmed that a complex cation was formed. (The structure drawing obtained from the actual calculation result is a color drawing, but when it is made into an application drawing (monochrome drawing), it is not shown because each element molecule is difficult to read). Similarly, methyl monoglyme (abbreviated as G1) and methyl diglyme (abbreviated as G2) were selected as solvent molecules, and a mixed solution with a lithium salt was similarly examined. When G1 was studied with a mixed solvent having a molar ratio of 1: 2, and G2 with a mixed solvent having a molar ratio of 1: 1.33, unshared electron pairs present in ether oxygen contained in glyme were examined. It was found that a complex cation is formed by taking a structure in which glyme molecules are surrounded by lithium ions. Similarly, in the observation of the self-diffusion coefficient of each ion species and molecular species using NMR, the result of forming complex cations has been observed. In particular, in a solvated ionic liquid using an imide type lithium salt such as LiTFSI, the self-diffusion coefficient of lithium ions and the self-diffusion coefficient of glyme molecules show the same value. This also suggests that complex cations in which glyme is coordinated to lithium ions are formed in the solvated ionic liquid.

特にリチウム塩とメチルトリグライム等の酸素原子を4つ分子内に含むグライム類が等モルとなる条件、すなわち[O]/[Li]=4の時が錯体の安定性の観点では好ましい。(例えば、以下に示す特許文献1の実施例でも、表1のいずれの例(例1〜例12)も、グライム類に含まれる総酸素原子モル数とリチウム塩中のリチウムイオンのモル数との比[O]/[Li](=N/NLi)=4の例のみである)。この安定な錯体は、熱分析などの結果からはあたかも単一のイオン種としての挙動を示し、バーナーによる加熱によっても全く着火しないことが知られている。 In particular, the conditions under which equimolar amounts of glymes containing four oxygen atoms such as lithium salt and methyltriglyme in the molecule, that is, [O] / [Li] = 4 are preferable from the viewpoint of the stability of the complex. (For example, also in the Example of patent document 1 shown below, all the examples (Examples 1-12) of Table 1 are the total number of moles of oxygen atoms contained in glymes and the number of moles of lithium ions in the lithium salt. The ratio of [O] / [Li] (= N O / N Li ) = 4 only). It is known from the results of thermal analysis and the like that this stable complex behaves as a single ionic species and does not ignite at all by heating with a burner.

リチウム塩と、メチルトリグライム(G3)またはメチルテトラグライム(G4)との等モル混合物は、グライム類とリチウムが錯体を形成することで錯カチオンをつくる。よって、上記等モル混合物は、この錯カチオンとアニオン(リチウム塩のアニオン種)のみから構成されるため、これら一連の化合物は塩である。しかしながら、錯カチオンとアニオン間のイオン相互作用が錯体形成の影響を受けて弱くなり、塩でありながら液体の様相を呈する。この液体は、揮発性が極めて低く、イオン濃度が高くて高いイオン伝導性を示す。このような特性を持つ液体を溶媒和イオン液体と称する。   An equimolar mixture of a lithium salt and methyltriglyme (G3) or methyltetraglyme (G4) forms a complex cation by forming a complex between glymes and lithium. Therefore, since the equimolar mixture is composed only of this complex cation and anion (anion species of lithium salt), these series of compounds are salts. However, the ionic interaction between the complex cation and the anion is weakened by the influence of the complex formation, and it looks like a liquid despite being a salt. This liquid has extremely low volatility, high ion concentration, and high ion conductivity. A liquid having such characteristics is called a solvated ionic liquid.

しかし、これらのリチウム塩とメチルトリグライムの1:1(モル比)錯体は、溶媒和したLiカチオンのイオン半径が大きくなり、さらにLiカチオンと溶媒和するグライム分子との間に相互作用が発生する。これにより、これらの電解質は粘度が高く(有機溶媒系電解の10倍以上)、また伝導度が一般の有機系電解液と比較して一桁程度低いことから実用には適していない。   However, the 1: 1 (molar ratio) complex of these lithium salts and methyltriglyme increases the ionic radius of the solvated Li cation, and further causes an interaction between the Li cation and the solvated glyme molecule. To do. As a result, these electrolytes are not suitable for practical use because of their high viscosity (more than 10 times that of organic solvent-based electrolysis) and low conductivity by an order of magnitude compared to general organic electrolytes.

特に温度が低いところではその振る舞いは顕著となり、リチウム塩の溶解能力が低下し、リチウムイオンと溶媒分子の間の相互作用がますます高まる。これにより電解質自体の粘性が急激に増加し、そのためイオン伝導性の低下を招くことから、低温での電解質性能が十分ではない。   Especially at low temperatures, the behavior becomes remarkable, the lithium salt dissolution ability decreases, and the interaction between lithium ions and solvent molecules increases more and more. As a result, the viscosity of the electrolyte itself increases abruptly, resulting in a decrease in ionic conductivity, so that the electrolyte performance at low temperatures is not sufficient.

また、従来の黒鉛等の炭素系活物質よりも容量が大きなシリコン系活物質を用いた負極に対して、メチルトリグライム(G3)、及びメチルテトラグラム(G4)からなる溶媒和イオン液体の適用についても取り組んできている。既存の有機電解液系に比して、10倍以上もの粘性を持ちながらもほぼ同等の発電特性を示し、溶媒和イオン液体の中でもメ
チルテトラグライム(G4)がレート特性に優れていることを見出しているが、シリコン電極では十分なサイクル特性を発現することはできなかった。
Further, application of a solvated ionic liquid composed of methyltriglyme (G3) and methyltetragram (G4) to a negative electrode using a silicon-based active material having a larger capacity than a conventional carbon-based active material such as graphite. Has also been working on. It shows almost the same power generation characteristics while having a viscosity of more than 10 times compared with existing organic electrolyte systems, and it has been found that methyltetraglyme (G4) is superior in rate characteristics among solvated ionic liquids. However, sufficient cycle characteristics could not be expressed with the silicon electrode.

そこで、電解質での高いイオン伝導度等の電解質特性を確保しつつ、低温時でも優れた電池特性が得られるようにするため、グライム系溶媒に、フッ素系のエーテル系溶媒であるハイドロフルオロエーテルを添加することで解決に至っている(例えば、特許文献1参照)。   Therefore, in order to obtain excellent battery characteristics even at low temperatures while ensuring electrolyte characteristics such as high ionic conductivity in the electrolyte, hydrofluoroether, which is a fluorine-based ether solvent, is used as a glyme-based solvent. Addition has led to a solution (see, for example, Patent Document 1).

すなわち、特許文献1で開示されている特許技術で示されている電解質には、ハイドロフルオロエーテルが共存することが必須となっている。   That is, it is essential that hydrofluoroether coexists in the electrolyte shown in the patent technology disclosed in Patent Document 1.

国際公開第2012/086602号International Publication No. 2012/086602 特開2010−287481号公報JP 2010-287481 A 特開2014−112526号公報JP 2014-112526 A 特開2014−192042号公報JP 2014-192042 A

2006年 第47回電池討論会講演要旨集 1F062006 47th Battery Symposium Abstracts 1F06 2008年 第75回電気化学会講演要旨集 3D09Abstracts of the 75th Electrochemical Society of Japan 3D09

しかしながら、上記特許文献1では、電解液の粘性低減に対してフッ素系エーテル化合物(ハイドロフルオロエーテル)は、極めて良好な効果を発揮するが、一方で電解質の性状を安定して保持することは困難である。ハイドロフルオロエーテルは揮発性に富むため、ハイドロフルオロエーテルを含む電解液の組成は変化しやすく、電解質の物性を保持したまま長期間使用することは非常に難しい。特に電池の外装材(容器)にラミネートフィルムを用いたラミネート型リチウムイオン電池(図1、2参照)においては、たとえ電池の容器内に密封したとしても、ハイドロフルオロエーテルの蒸発を完全に防止することはできず、長期間の電池保管、電池の連続使用の間にハイドロフルオロエーテルが揮発して電解液組成が大きく変化してしまう。そのため、電解質の諸物性が当初と大きく変化するため、結果的に電池性能が大きく損なわれてしまう恐れがある。   However, in Patent Document 1 described above, a fluorine-based ether compound (hydrofluoroether) exhibits a very good effect on reducing the viscosity of the electrolytic solution, but it is difficult to stably maintain the properties of the electrolyte. It is. Since hydrofluoroether is rich in volatility, the composition of the electrolytic solution containing hydrofluoroether is likely to change, and it is very difficult to use it for a long time while maintaining the properties of the electrolyte. In particular, in a laminated lithium ion battery (see FIGS. 1 and 2) using a laminate film as a battery outer packaging (container), the evaporation of hydrofluoroether is completely prevented even if it is sealed in the battery container. In other words, the hydrofluoroether volatilizes during long-term battery storage and continuous battery use, resulting in a significant change in the electrolyte composition. For this reason, various physical properties of the electrolyte greatly change from the initial values, and as a result, the battery performance may be greatly impaired.

また、高容量化を目指してシリコン系負極を用いた高容量電池では、リチウムイオンと合金化したシリコン電極は電解液との反応性がより高まる。特に電子密度の高い、フッ素原子を含むハイドロフルオロエーテルとは容易に反応することが考えられ、このことも電解液の諸物性を低下させることになり、電解質の機能を損なうことにつながる。   Moreover, in a high capacity battery using a silicon-based negative electrode aiming at high capacity, the reactivity of the silicon electrode alloyed with lithium ions with the electrolyte is further increased. In particular, it can be considered that it easily reacts with a hydrofluoroether containing a fluorine atom, which has a high electron density, and this also deteriorates various physical properties of the electrolytic solution, leading to a deterioration in the function of the electrolyte.

そこで、本発明は、上記課題に鑑み、優れたサイクル特性やレート特性等の電池特性が得られるリチウムイオン二次電池用電解質を提供することを目的とする。   Then, in view of the said subject, this invention aims at providing the electrolyte for lithium ion secondary batteries with which battery characteristics, such as the outstanding cycling characteristics and rate characteristics, are acquired.

本発明者らは、上記課題を解決するため、鋭意研究を行った。その結果、Li塩と、G1及びG2とを用いた溶媒和イオン液体の[O]/[Li]を3.0以上4.0未満の間に制御し、かつG1/G2混合モル比を(1/4超)〜(3/2未満)とすることで、上記課題が解決されることを見出し、本発明を完成させるに至った。   In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have conducted intensive research. As a result, the [O] / [Li] of the solvated ionic liquid using Li salt and G1 and G2 is controlled between 3.0 and less than 4.0, and the G1 / G2 mixing molar ratio is ( It has been found that the above-mentioned problems can be solved by setting it to (over 1/4) to (less than 3/2), and the present invention has been completed.

本発明によれば、最適な溶媒和イオン液体電解質の組成とすることで、電解質の組成変化を起こしやすいフッ素系エーテル化合物等を使用することなく、電解質とシリコン電極が関わる電極反応の機能を保持することができる。これにより、優れたサイクル特性やレート特性等の電池特性が得られるリチウムイオン二次電池用電解質を提供するこができる。   According to the present invention, an optimal solvated ionic liquid electrolyte composition maintains the function of an electrode reaction involving an electrolyte and a silicon electrode without using a fluorine-based ether compound or the like that easily causes a change in the composition of the electrolyte. can do. Thereby, the electrolyte for lithium ion secondary batteries from which battery characteristics, such as the outstanding cycling characteristics and rate characteristics, are obtained can be provided.

本発明の一実施形態に係る、高出力(低抵抗)で高容量の非双極型のリチウムイオン二次電池の全体構造を模式的に表した断面概略図である。1 is a schematic cross-sectional view schematically showing the overall structure of a high output (low resistance) and high capacity non-bipolar lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る、高出力(低抵抗)で高容量の双極型のリチウムイオン二次電池の全体構造を模式的に表した断面概略図である。1 is a schematic cross-sectional view schematically showing the entire structure of a high output (low resistance) and high capacity bipolar lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention. 本発明における、実施例1のサイクル試験結果を示す図である。It is a figure which shows the cycle test result of Example 1 in this invention. 本発明における、実施例2のサイクル試験結果を示す図である。It is a figure which shows the cycle test result of Example 2 in this invention. 本発明における、実施例3のサイクル試験結果を示す図である。It is a figure which shows the cycle test result of Example 3 in this invention. 本発明における、実施例4のサイクル試験結果を示す図である。It is a figure which shows the cycle test result of Example 4 in this invention. 本発明における、比較例1のサイクル試験結果を示す図である。It is a figure which shows the cycle test result of the comparative example 1 in this invention. 本発明における、比較例2のサイクル試験結果を示す図である。It is a figure which shows the cycle test result of the comparative example 2 in this invention. 本発明における、比較例3のサイクル試験結果を示す図である。It is a figure which shows the cycle test result of the comparative example 3 in this invention. 本発明における、比較例4のサイクル試験結果を示す図である。It is a figure which shows the cycle test result of the comparative example 4 in this invention. 本発明における、実施例5のサイクル試験結果を示す図である。It is a figure which shows the cycle test result of Example 5 in this invention. 本発明における、比較例5のサイクル試験結果を示す図である。It is a figure which shows the cycle test result of the comparative example 5 in this invention. 本発明における、比較例6のサイクル試験結果を示す図である。It is a figure which shows the cycle test result of the comparative example 6 in this invention. 本発明における、比較例7のサイクル試験結果を示す図である。It is a figure which shows the cycle test result of the comparative example 7 in this invention. 本発明における、比較例8のサイクル試験結果を示す図である。It is a figure which shows the cycle test result of the comparative example 8 in this invention. 本発明における、実施例6のレート特性試験結果を示す図である。It is a figure which shows the rate characteristic test result of Example 6 in this invention. 本発明における、実施例7のレート特性試験結果を示す図である。It is a figure which shows the rate characteristic test result of Example 7 in this invention. 本発明における、比較例9のレート特性試験結果を示す図である。It is a figure which shows the rate characteristic test result of the comparative example 9 in this invention. 本発明における、実施例8および比較例10のインピーダンス計測結果を示す図である。It is a figure which shows the impedance measurement result of Example 8 and Comparative Example 10 in this invention. シリコン系負極の界面に電解質(溶媒和イオン液体)により形成される非常に薄い被膜物(疑似的な薄い被膜)の様子を模式的に表した図面である。It is drawing which represented typically the mode of the very thin film thing (pseudo thin film) formed of the electrolyte (solvated ionic liquid) in the interface of a silicon-type negative electrode. 分子構造(a)および(b)は、[Li(G3)][TFSI](a)と[Li(G4)][TFSI](b)の模式的な構造図を示す。The molecular structures (a) and (b) show schematic structural diagrams of [Li (G3) 1 ] [TFSI] (a) and [Li (G4) 1 ] [TFSI] (b).

以下、図面を参照しながら、本発明のリチウムイオン二次電池用電解質(以下、単に「電解質」、「本発明の電解質」とも称する)、ならびにこれを用いてなるリチウムイオン二次電池の実施形態を説明する。但し、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲の記載に基づいて定められるべきであり、以下の形態のみには制限されない。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。   Hereinafter, an embodiment of an electrolyte for a lithium ion secondary battery of the present invention (hereinafter simply referred to as “electrolyte” or “electrolyte of the present invention”) and a lithium ion secondary battery using the same with reference to the drawings Will be explained. However, the technical scope of the present invention should be determined based on the description of the scope of claims, and is not limited to the following modes. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. In addition, the dimensional ratios in the drawings are exaggerated for convenience of explanation, and may be different from the actual ratios.

本発明の一実施形態のリチウムイオン二次電池用電解質は、メチルモノグライム(G1ともいう)およびメチルジグライム(G2ともいう)と、リチウム塩と、を含む溶媒和イオン液体を用いたリチウムイオン二次電池用電解質であって、前記メチルモノグライムおよびメチルジグライムに含まれる総酸素原子モル数と前記リチウム塩中のリチウムのモル数との比(=リチウム塩中のリチウムに対するメチルモノグライムおよびメチルジグライムに含まれる総酸素原子モル数;[O]/[Li])が、3.0以上4.0未満であり、前記メチルモノグライムとメチルジグライムの混合モル比(=メチルモノグライムモル数/メチルジグライムモル数)が(1/4超)〜(3/2未満)であることを特徴とする。
かかる構成とすることで、上記した発明の効果を有効に発現し得るものである。即ち、Li塩とグライム類にG1及びG2を用いた溶媒和イオン液体において、錯カチオンの電荷中性条件よりもグライム分子内に含まれる酸素原子数を少なくなるように、[O]/[Li]を3.0以上4.0未満の間に制御したものである。その上で、更に錯カチオン安定化にアニオン分子も寄与するように、G1/G2混合モル比を(1/4超)〜(3/2未満)に制御したものである。かかる構成とすることにより、電解質の性状を安定して保持しつつ、シリコン系負極に対して、反応性が低く電解質の諸物性を低下させることなく、高容量で、優れた電池特性(サイクル特性、レート特性等)が得られるLiイオン二次電池用電解質を提供できる。また本発明の一実施形態のリチウムイオン二次電池は、前記電解質を含有し、負極活物質としてシリコン系活物質を用いたことを特徴とするものである。かかる構成とすることで、容量の大きいシリコン系電極を適用することが可能となるので、より高容量の電池を実現することができる。以下、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池用電解質の構成成分についてまず説明し、その後、当該電解質の用途であるリチウムイオン二次電池に係る実施形態について説明する。
An electrolyte for a lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention is a lithium ion using a solvated ionic liquid containing methyl monoglyme (also referred to as G1) and methyldiglyme (also referred to as G2) and a lithium salt. An electrolyte for a secondary battery, wherein a ratio between the total number of moles of oxygen atoms contained in the methyl monoglyme and methyl diglyme and the number of moles of lithium in the lithium salt (= methyl monoglyme to lithium in the lithium salt and The total number of moles of oxygen atoms contained in methyl diglyme; [O] / [Li]) is 3.0 or more and less than 4.0, and the mixed molar ratio of methyl monoglyme and methyl diglyme (= methyl monoglyme) The number of moles / number of moles of methyl diglyme is (over 1/4) to (less than 3/2).
With such a configuration, the above-described effects of the invention can be effectively expressed. That is, in a solvated ionic liquid using G1 and G2 for Li salt and glymes, [O] / [Li is reduced so that the number of oxygen atoms contained in the glyme molecule is smaller than the charge neutral condition of the complex cation. ] Is controlled between 3.0 and less than 4.0. In addition, the G1 / G2 mixing molar ratio is controlled to (over ¼) to (less than 3/2) so that the anion molecules also contribute to the stabilization of the complex cation. By adopting such a configuration, while maintaining the properties of the electrolyte stably, it has low capacity with respect to the silicon-based negative electrode, and does not deteriorate various physical properties of the electrolyte. , Rate characteristics, etc.) can be provided. A lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention includes the electrolyte and uses a silicon-based active material as a negative electrode active material. By adopting such a configuration, it is possible to apply a silicon-based electrode having a large capacity, so that a battery with a higher capacity can be realized. Hereinafter, first, constituent components of the electrolyte for a lithium ion secondary battery according to the present embodiment will be described, and then an embodiment according to a lithium ion secondary battery that is an application of the electrolyte will be described.

<リチウムイオン二次電池用電解質>
本実施形態の電解質は、電解質の組成変化を起こしやすいフッ素系エーテル化合物等を使用することなく、メチルモノグライムおよびメチルジグライムと、リチウム塩と、を含む溶媒和イオン液体を用いたものである。この溶媒和イオン液体は、上記したように、リチウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド[LiTFSI]などのLi塩と、グライム系溶媒(グライム類)であるG1およびG2のエーテル性酸素原子とが強く相互作用をし、安定な錯体を形成している。即ち、リチウム塩とグライム類(G1+G2)との混合物は、グライム類とリチウムが錯体を形成することで錯カチオンをつくる。上記混合物は、この錯カチオンとアニオン(Li塩のアニオン種)のみから構成されるため、これら一連の化合物は塩である。しかしながら、錯カチオンとアニオン間のイオン相互作用が錯体形成の影響を受けて弱くなり、塩でありながら液体の様相を呈する。この液体は、揮発性が極めて低く、イオン濃度が高くて良好なイオン伝導性を示す。このような特性を持つ液体を溶媒和イオン液体と称する。なお、本実施形態において、溶媒和イオン液体を用いるとは、電解質の組成変化を起こしやすいフッ素系エーテル化合物等を使用することなく、溶媒和イオン液体を液体電解質(溶媒和イオン液体からなる電解液)として用いることを意味する。或いはゲル電解質を構成する(溶媒和イオン液体からなる)電解液成分として用いることを意味するものである。
<Electrolyte for lithium ion secondary battery>
The electrolyte of this embodiment uses a solvated ionic liquid containing methyl monoglyme and methyl diglyme and a lithium salt without using a fluorine-based ether compound or the like that easily causes a change in the composition of the electrolyte. . As described above, this solvated ionic liquid has a strong Li salt such as lithium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide [LiTFSI] and etheric oxygen atoms of G1 and G2 which are glyme solvents (glymes). It interacts to form a stable complex. That is, the mixture of lithium salt and glymes (G1 + G2) forms a complex cation by forming a complex between glymes and lithium. Since the above mixture is composed only of this complex cation and anion (anion species of Li salt), these series of compounds are salts. However, the ionic interaction between the complex cation and the anion is weakened by the influence of the complex formation, and it looks like a liquid despite being a salt. This liquid has a very low volatility, a high ion concentration, and good ion conductivity. A liquid having such characteristics is called a solvated ionic liquid. In the present embodiment, the use of the solvated ionic liquid means that the solvated ionic liquid is converted into a liquid electrolyte (an electrolytic solution comprising a solvated ionic liquid without using a fluorinated ether compound or the like that easily causes a change in the composition of the electrolyte. ). Alternatively, it means that the gel electrolyte is used as an electrolyte component (consisting of a solvated ionic liquid).

[グライム系溶媒(グライム類)]
本実施形態の電解質は、メチルモノグライム(G1)およびメチルジグライム(G2)の混合物(混合液)を含むものである。
[Glyme solvents (Glimes)]
The electrolyte of the present embodiment includes a mixture (mixed solution) of methyl monoglyme (G1) and methyldiglyme (G2).

このように、錯カチオンを形成するグライム類としてメチルモノグライムとメチルジグライムを用いると、メチルトリグライム(G3)やメチルテトラグライム(G4)を適用した場合と比較して、溶媒和イオン液体の粘性を大きく低減することができる。これは、溶媒として用いているグライム類の物性によるものと考えられる。つまり、溶媒自身の粘性は分子量の大きさの順にメチルテトラグライム(分子量=222.28)>メチルトリグライム(分子量=178.23)>メチルジグライム(分子量=134.17)>メチルモノグライム(分子量90.12)と粘性が低くなっている。さらに、溶媒自体の粘性も低いことが溶媒和イオン液体の粘性低減に寄与していると考えられる。これにより、温度が低いところでも、溶媒自体の粘性が低いため、溶媒和イオン液体(電解質)の粘性が増大するのを抑制できる。そのためイオン伝導性等の電解質の諸物性の低下を招くこともなく、低温でも優れた電解質性能を発現することができる。その結果、当該電解質を用いてなる、高容量シリコン系負極活物質を用いたリチウムイオン電池のサイクル特性やレート特性等の電池性能の向上に貢献し得るものと考えられる。   As described above, when methylmonoglyme and methyldiglyme are used as the glymes forming the complex cation, the solvated ionic liquid is compared with the case where methyltriglyme (G3) or methyltetraglyme (G4) is applied. The viscosity can be greatly reduced. This is considered to be due to the physical properties of glymes used as a solvent. That is, the viscosity of the solvent itself is in the order of molecular weight: methyltetraglyme (molecular weight = 222.28)> methyltriglyme (molecular weight = 178.23)> methyldiglyme (molecular weight = 134.17)> methylmonoglyme ( The molecular weight is 90.12) and the viscosity is low. Furthermore, it is considered that the low viscosity of the solvent itself contributes to the reduction of the viscosity of the solvated ionic liquid. Thereby, since the viscosity of the solvent itself is low even at a low temperature, it is possible to suppress an increase in the viscosity of the solvated ionic liquid (electrolyte). Therefore, excellent electrolyte performance can be exhibited even at low temperatures without causing deterioration of various physical properties of the electrolyte such as ion conductivity. As a result, it is thought that it can contribute to improvement of battery performance such as cycle characteristics and rate characteristics of a lithium ion battery using a high-capacity silicon-based negative electrode active material using the electrolyte.

本形態の電解質は、メチルモノグライム(G1)およびメチルジグライム(G2)との混合比は、当該メチルモノグライムとメチルジグライムの混合モル比(=メチルモノグライムモル数/メチルジグライムモル数)が(1/4超)〜(3/2未満)であることを特徴とする。サイクル特性をより一層向上させる観点から、前記G1モル数/G2モル数は、(9/31)〜(1/1)であることがより好ましく、(1/3)〜(19/21)であることがさらに好ましく、(11/29)〜(9/11)であることが特に好ましく、(3/7)〜(17/23)であることが最も好ましい。このように、本実施形態の電解質において、[O]/[Li]を3.0以上4.0未満の間に制御し、かつG1とG2の混合モル比を(1/4超)〜(3/2未満)とすることで、シリコン系活物質を用いた負極電極に対するサイクル安定性に優れた電解質を提供できる。   In the electrolyte of this embodiment, the mixing ratio of methyl monoglyme (G1) and methyl diglyme (G2) is the mixing molar ratio of methyl monoglyme and methyl diglyme (= methyl monoglyme mole number / methyl diglyme mole number). ) Is (over 1/4) to (less than 3/2). From the viewpoint of further improving the cycle characteristics, the G1 mole number / G2 mole number is more preferably (9/31) to (1/1), and (1/3) to (19/21). More preferably, it is more preferably (11/29) to (9/11), and most preferably (3/7) to (17/23). Thus, in the electrolyte of this embodiment, [O] / [Li] is controlled between 3.0 and less than 4.0, and the mixing molar ratio of G1 and G2 is (over 1/4) to ( By setting it to less than 3/2, it is possible to provide an electrolyte excellent in cycle stability for a negative electrode using a silicon-based active material.

ここで、溶媒和を形成するグライム類として、含有する酸素原子の数が異なるメチルモノグライムとメチルジグライムを混合利用すると優れた特性を発揮する理由は、以下のように考えられる。即ち、グライム類とリチウムイオンで構成される錯カチオンにおいて、その溶媒和/脱溶媒和の反応律速過程が異なる。このため、混合した状態ではそれぞれの異なる律速過程を回避しつつ、お互いの利点を有効活用できるため、電池特性として特にサイクル特性に優れた効果を発揮するものと考えられる。   Here, the reason for exhibiting excellent characteristics when methylmonoglyme and methyldiglyme having different numbers of oxygen atoms are mixed and used as glymes forming solvation is considered as follows. That is, in the complex cation composed of glymes and lithium ions, the solvation / desolvation reaction rate limiting process is different. For this reason, in the mixed state, each advantage can be effectively utilized while avoiding different rate-determining processes. Therefore, it is considered that the battery characteristics exhibit particularly excellent cycle characteristics.

また、メチルモノグライムモル数/メチルジグライムモル数(G1モル数/G2モル数)を(3/2以上)とすると、サイクル特性が急激に悪化する(各実施例(図3〜図6、および図11)と比較例6(図13)のサイクル特性を示す図面参照のこと)。これは、複数の分子間にわたるグライム類のネットワーク構造の広がりが抑制されることに起因するものと考えられる。G1は分子構造内に酸素原子を2個、G2は3個保有している。錯カチオンを形成する際、グライム類の酸素原子から不対電子対を提供してリチウムイオンの周りにグライム分子が配位する。リチウムイオンに対する酸素原子の配位数は4となる状態で安定することから、G1分子は1個では安定状態を満足するには酸素原子の数が不足している。G1単独使用の場合はリチウムイオンに対してG1が2分子配位することで安定な錯カチオンを形成する。   Further, when the number of moles of methyl monoglyme / number of moles of methyl diglyme (number of moles of G1 / number of moles of G2) is (3/2 or more), the cycle characteristics are rapidly deteriorated (each example (FIGS. 3 to 6, And FIG. 11) and the drawings showing the cycle characteristics of Comparative Example 6 (FIG. 13). This is considered to be caused by the suppression of the spread of the network structure of glymes across a plurality of molecules. G1 has two oxygen atoms and G2 has three in its molecular structure. When forming a complex cation, an unpaired electron pair is provided from the oxygen atom of the glyme, and the glyme molecule is coordinated around the lithium ion. Since the coordination number of oxygen atoms with respect to lithium ions is stable in a state of 4, one G1 molecule is insufficient in the number of oxygen atoms to satisfy the stable state. In the case of using G1 alone, a stable complex cation is formed by coordination of two molecules of G1 with lithium ions.

しかし、ここでは[O]/[Li]=4未満となるように溶媒和するグライム類に含まれる酸素原子の総モル数を削減すると、リチウムイオンに対して(2分子配位するうちの)一つ目のG1分子は安定して錯カチオンを形成できる。しかしながら、二つ目のG1グライム分子は、すべてのリチウムカチオンに対して[O]/[Li]=4を保持できなくなる。即ち、グライム類のみでは安定した錯カチオン形成に対して十分な効果を発揮できない。そのため、不足する溶媒和状態を補うため、一部の錯形成にアニオンであるLi塩(イミド型のLi塩)に含まれるスルホニル基を構成する酸素原子を活用することで、錯カチオンを形成するものと考えられる。   However, here, when the total number of moles of oxygen atoms contained in the glymes solvated so as to be less than [O] / [Li] = 4, the lithium ions (of which two molecules are coordinated) are reduced. The first G1 molecule can stably form a complex cation. However, the second G1 glyme molecule cannot hold [O] / [Li] = 4 for all lithium cations. That is, the glymes alone cannot exhibit a sufficient effect for the stable complex cation formation. Therefore, in order to compensate for the insufficient solvation state, complex cations are formed by utilizing oxygen atoms constituting sulfonyl groups contained in Li salts (imide-type Li salts) that are anions for forming some complexes. It is considered a thing.

この時、リチウムイオンに酸素原子一つで配位するG1分子は不安定な状態であり、隣接するリチウムカチオンとも配位構造を形成するが、リチウムイオンやグライム類は常に振動しているため、錯カチオンの安定した配位構造を常に保持することは難しく、常に配位先を切り替えながら錯カチオンを形成している。一部のG1分子はこの過渡的な挙動を伴うため、一時的に不安定な状態を生じることからこの過渡状態にさらされるG1分子は、活性の高いシリコン電極と反応して分解されて電極表面に分解生成物の被膜形成を生じるものと考えられる。そういった状況を回避するためG1分子の数はリチウムイオンのモル数と等モル量以上とならないように、G1とG2の混合比(G1モル数/G2モル数は(3/2未満)であることが望ましい。   At this time, the G1 molecule coordinated with one oxygen atom to the lithium ion is in an unstable state and forms a coordination structure with the adjacent lithium cation, but lithium ions and glymes constantly vibrate. It is difficult to always maintain a stable coordination structure of the complex cation, and the complex cation is always formed while switching the coordination destination. Since some G1 molecules are accompanied by this transient behavior, the G1 molecules exposed to this transient state are decomposed by reacting with a highly active silicon electrode because they are temporarily unstable. It is thought that the film formation of the decomposition product is caused in this. In order to avoid such a situation, the mixing ratio of G1 and G2 (G1 mole number / G2 mole number should be less than 3/2) so that the number of G1 molecules is not equal to or more than the mole number of lithium ions. Is desirable.

一方、G1とG2の混合比をG1モル数/G2モル数=(1/4以下)とすると、シリ
コン系活物質を用いた負極電極のサイクル特性が低下していく(各実施例(図3〜図6および図11)と比較例5(図12)のサイクル特性を示す図面参照のこと)。明確な機構は明らかではないが、G2の含有量が増えていくと、リチウムイオンとG2の溶媒和形成がより促進され、G1が錯カチオン形成に寄与する酸素原子の数が少なくなる。このような状況になると先のG1モル数/G2モル数=(3/2以上)のときと同様に錯カチオン形成に一部寄与したG1は過渡の安定状態にさらさせることとなり、G1がシリコン系負極電極と反応して分解していくこととなる。結果としてシリコン系電極の性能低下や電解質の特性低下を招くこととなる。またG1モル数/G2モル数=(1/4以下)になると溶媒和イオン液体の状態を安定して発現することが困難となり、固体化する。このため、電解質として使用することが困難となる。そういった状況を回避できるためG1の含有量に対するG2の含有量が増えすぎないように、G1とG2の混合比(G1モル数/G2モル数)は(1/4超)であることが望ましい。
On the other hand, when the mixing ratio of G1 and G2 is G1 mole number / G2 mole number = (1/4 or less), the cycle characteristics of the negative electrode using the silicon-based active material are deteriorated (each example (FIG. 3 To FIG. 6 and FIG. 11) and the drawings showing the cycle characteristics of Comparative Example 5 (FIG. 12). Although the clear mechanism is not clear, as the content of G2 increases, the solvation of lithium ions and G2 is further promoted, and the number of oxygen atoms that G1 contributes to complex cation formation decreases. In such a situation, G1 partially contributing to complex cation formation is exposed to a transient stable state as in the case of G1 mole number / G2 mole number = (3/2 or more), and G1 is exposed to silicon. It reacts with the system negative electrode and decomposes. As a result, the performance of the silicon-based electrode and the characteristics of the electrolyte are degraded. Further, when the number of moles of G1 / number of moles of G2 = (1/4 or less), it becomes difficult to stably express the state of the solvated ionic liquid, and solidifies. For this reason, it becomes difficult to use as an electrolyte. In order to avoid such a situation, it is desirable that the mixing ratio of G1 and G2 (number of moles of G1 / number of moles of G2) is (over 1/4) so that the content of G2 with respect to the content of G1 does not increase excessively.

[リチウム塩]
本実施形態の電解質は、リチウム塩(LiX)を含むものである。好ましくは、イミド型のリチウム塩である。これは、イミド型のリチウム塩では、アニオンの加水分解によるHFの発生が抑制できるため、リチウムイオン二次電池の安定性向上を促進する効果が期待できるためである。更にイミド型のリチウム塩のアニオン種(X)としてはスルホン化イミドが望ましく、イミド型のリチウム塩としては、LiN(FSO(単にLiFSIともいう)が望ましい。これは、錯カチオンとアニオン間の相互作用に対して、アニオン分子の分子構造も寄与しており、よりコンパクトな分子構造をとるFSIアニオンで効果が著しいためである。
[Lithium salt]
The electrolyte of the present embodiment includes a lithium salt (LiX). Preferably, it is an imide type lithium salt. This is because the imide-type lithium salt can suppress the generation of HF due to anion hydrolysis, and thus can be expected to promote the improvement of the stability of the lithium ion secondary battery. Further, as the anion species (X) of the imide type lithium salt, a sulfonated imide is desirable, and as the imide type lithium salt, LiN (FSO 2 ) 2 (also simply referred to as LiFSI) is desirable. This is because the molecular structure of the anion molecule contributes to the interaction between the complex cation and the anion, and the effect is remarkable with the FSI anion having a more compact molecular structure.

リチウム塩(LiX)中のX(アニオン種)としては、溶媒和イオン液体の融点、粘性、イオン伝導性などの観点から、Cl、Br、I、BF、PF、CFSO、ClO、CFCO、AsF、SbF、AlCl、N(FSO[ビス(フルオロスルホニル)イミド(単にFSIともいう)]、N(FSO)(CFSO)[(フルオロスルホニル)(トリフルオロメチルスルホニル)イミド(単にFTIともいう)]、N(CFSO[ビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド(単にTFSIともいう)]、N(CFCFSO[ビス(ペンタフルオロエチルスルホニル)イミド(単にBETIともいう)]等が挙げられるが、特に制限されない。これらのX(アニオン種)は、1種のみを単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用しても構わない。好ましくはFSI、FTI、TFSI、BETI等のイミド型のリチウム塩のアニオン種である。FSI、FTI、TFSI、BETI等のアニオン種を用いることで、得られる溶媒和イオン液体(電解質)の粘性が低く、イオン伝導性も8mS・cm−1を超え、電池用電解液の実用面でも十分使用に耐えうることから特に好適である。なかでも、よりコンパクトな分子構造をとるFSIアニオンで効果が著しい。これは、FSIは分子構造がTFSIより小さいことから、リチウムイオンに対する立体障害がより抑えられ、リチウムイオンへはTFSIより近づきやすく、リチウムイオンを核とした錯カチオンの構造を取りやすくなる。そのため、電解質の安定性がより向上するためであると考えられる。 X (anion species) in the lithium salt (LiX) includes Cl, Br, I, BF 4 , PF 6 , CF 3 SO 3 , and ClO from the viewpoints of the melting point, viscosity, and ionic conductivity of the solvated ionic liquid. 4 , CF 3 CO 2 , AsF 6 , SbF 6 , AlCl 4 , N (FSO 2 ) 2 [bis (fluorosulfonyl) imide (also simply referred to as FSI)], N (FSO 2 ) (CF 3 SO 2 ) [( Fluorosulfonyl) (trifluoromethylsulfonyl) imide (also simply referred to as FTI)], N (CF 3 SO 2 ) 2 [bis (trifluoromethylsulfonyl) imide (also simply referred to as TFSI)], N (CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 [Bis (pentafluoroethylsulfonyl) imide (also simply referred to as BETI)] and the like, but not particularly limited. These X (anionic species) may be used alone or in combination of two or more. Preferred are imide type lithium salt anion species such as FSI, FTI, TFSI, and BETI. By using anionic species such as FSI, FTI, TFSI, and BETI, the resulting solvated ionic liquid (electrolyte) has a low viscosity, and its ionic conductivity exceeds 8 mS · cm −1. It is particularly suitable because it can sufficiently withstand use. Among them, the effect is remarkable with the FSI anion having a more compact molecular structure. This is because FSI has a molecular structure smaller than that of TFSI, so that steric hindrance to lithium ions is further suppressed, lithium ions are more likely to be closer than TFSI, and a complex cation structure having lithium ions as a nucleus is easily formed. Therefore, it is considered that the stability of the electrolyte is further improved.

リチウム塩の具体例としては、例えば、LiCl、LiBr、LiI、LiBF、LiPF、LiCFSO、LiClO、LiCFCO、LiAsF、LiSbF、LiAlCl、LiN(FSO、N(FSO)(CFSO)、LiN(CFSOおよびLiN(CFCFSOなどが挙げられるが、これに制限されない。好ましくは、LiN(FSO(単にLiFSIともいう)、N(FSO)(CFSO)(単にLiFTIともいう)、LiN(CFSO(単にLiTFSIともいう)およびLiN(CFCFSO(単にLiBETIともいう)等のイミド型のリチウム塩であり、より好ましくはLiFSIである。これ
は、シリコン系活物質を用いた負極電極に対して溶媒和イオン液体を電解質として適用する場合、電解質を構成するリチウム塩として、イミド型のリチウム塩、なかでもLiFSIを適用することで、安定性に優れた電解質を形成(使用)することができるためである。即ち、イミド型のリチウム塩としてはリチウムスルホン化イミドが好ましく、特にLiFSIがより好ましい。これは、錯カチオンとアニオン間の相互作用に対して、アニオン分子の分子構造も寄与しており、よりコンパクトな分子構造をとるFSIアニオンで効果が著しいためでもある。
Specific examples of the lithium salt, for example, LiCl, LiBr, LiI, LiBF 4, LiPF 6, LiCF 3 SO 3, LiClO 4, LiCF 3 CO 2, LiAsF 6, LiSbF 6, LiAlCl 4, LiN (FSO 2) 2 , N (FSO 2 ) (CF 3 SO 2 ), LiN (CF 3 SO 2 ) 2, LiN (CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 and the like, but are not limited thereto. Preferably, LiN (FSO 2 ) 2 (also simply referred to as LiFSI), N (FSO 2 ) (CF 3 SO 2 ) (also simply referred to as LiFTI), LiN (CF 3 SO 2 ) 2 (also simply referred to as LiTFSI) and LiN An imide-type lithium salt such as (CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 (also simply referred to as LiBETI), and more preferably LiFSI. This is because, when a solvated ionic liquid is applied as an electrolyte to a negative electrode using a silicon-based active material, an imide-type lithium salt, particularly LiFSI, can be used as a lithium salt constituting the electrolyte. This is because an electrolyte having excellent properties can be formed (used). That is, as the imide-type lithium salt, lithium sulfonated imide is preferable, and LiFSI is more preferable. This is also because the molecular structure of the anion molecule contributes to the interaction between the complex cation and the anion, and the effect is remarkable with the FSI anion having a more compact molecular structure.

また、上記リチウム塩のうち、従来使用されているLiPFは、非常に反応性が高く、以下の反応式で示すように、系内に存在する水分により加水分解をおこしフッ化水素酸(HF)を生成する。このHFの生成によってリチウムイオン二次電池の劣化が引き起こされる。通常、水分ができるだけ混入しない環境下で二次電池用電解質に適用されるため、上記劣化速度は、実用上、問題にならないレベルではあるが、好ましくは、当該劣化を生じない電解質である。 Of the above lithium salts, LiPF 6 conventionally used is very reactive, and as shown by the following reaction formula, it is hydrolyzed by water present in the system and hydrofluoric acid (HF ) Is generated. The generation of HF causes deterioration of the lithium ion secondary battery. Usually, since it is applied to an electrolyte for a secondary battery in an environment in which moisture is not mixed as much as possible, the deterioration rate is at a level that does not cause a problem in practice, but is preferably an electrolyte that does not cause the deterioration.

上記反応式は、「微量水分が存在する電解液中でのLiPFの分解機構」(The TRC News No.108 (2009) P39)による。 The above reaction formula is based on “decomposition mechanism of LiPF 6 in an electrolyte containing a trace amount of water” (The TRC News No. 108 (2009) P39).

一方、上記リチウム塩のうち、イミド型のリチウム塩では、このようなアニオンの加水分解によるHFの発生が抑制できるため、リチウムイオン二次電池の安定性向上を促進する効果が期待できる点で優れている。   On the other hand, among the above lithium salts, the imide type lithium salt can suppress the generation of HF due to such anion hydrolysis, and thus is excellent in that the effect of promoting the stability improvement of the lithium ion secondary battery can be expected. ing.

なお、本願の出願後に開発されたリチウム塩であっても、特許請求の範囲の規定を満たす限り、本願の技術的範囲に包含されうる。   Note that even a lithium salt developed after the filing of the present application can be included in the technical scope of the present application as long as the claims are satisfied.

本実施形態の電解質は、メチルモノグライム(G1)およびメチルジグライム(G2)に含まれる総酸素原子モル数とリチウム塩中のリチウムイオンのモル数との比([O]/[Li])が、3.0以上4.0未満であることを必須とする。前記[O]/[Li]を3.0未満とすると、当該電解質を、シリコン系活物質を用いたリチウムイオン二次電池に適用した際に、急激にシリコン系活物質を用いた負極電極でのサイクル特性が悪くなることがある。明確な理由は明らかではないが、電極界面の電荷移動抵抗が大きくなっていることから、以下の仮説として考えられる。つまり、リチウムイオンと溶媒和を行う溶媒分子であるグライム類(G1+G2)の数が少なくなるため、Liイオンと溶媒分子間の相互作用がより強くなり、Liイオンの脱溶媒和過程が起こりにくくなる。また、錯カチオン形成に不足する配位構造をアニオンで補おうとするとカチオンとアニオンの電荷バランスの均衡が崩れ、電解質としての安定性が損なわれる。その結果、不可逆的な反応、脱溶媒和したフリーの溶媒分子、およびアニオンの還元反応が促進されることで、電極表面(電解質と負極電極との界面)での被膜形成が進み、サイクル特性が悪化するものと考えられる。   The electrolyte of this embodiment is a ratio ([O] / [Li]) of the total number of moles of oxygen atoms contained in methylmonoglyme (G1) and methyldiglyme (G2) to the number of moles of lithium ions in the lithium salt. However, it is essential that it is 3.0 or more and less than 4.0. When the [O] / [Li] is less than 3.0, when the electrolyte is applied to a lithium ion secondary battery using a silicon-based active material, a negative electrode using the silicon-based active material is suddenly used. The cycle characteristics may deteriorate. Although the reason is not clear, it is considered as the following hypothesis because the charge transfer resistance at the electrode interface is large. That is, since the number of glymes (G1 + G2), which are solvent molecules that solvate with lithium ions, decreases, the interaction between Li ions and solvent molecules becomes stronger, and the desolvation process of Li ions is less likely to occur. . Further, when an anion is used to supplement a coordination structure that is insufficient for complex cation formation, the balance of the charge balance between the cation and the anion is lost, and the stability as an electrolyte is impaired. As a result, irreversible reactions, desolvated free solvent molecules, and anion reduction reactions are promoted, and film formation on the electrode surface (interface between the electrolyte and the negative electrode) proceeds and cycle characteristics are improved. It is thought to get worse.

一方、前記[O]/[Li]が4.0以上の場合でも、サイクル特性が悪くなることが
ある。明確な理由は明らかではないが、定常状態では、リチウムイオンに対して溶媒分子が[O]/[Li]=4となるように溶媒和しているため溶媒和イオン液体は安定である。しかし、電池内にて電解質として機能する際には溶媒和状態からリチウムイオンが脱溶媒和して、電極反応にリチウムイオンが提供される。脱溶媒和の反応が進む結果フリーとなる溶媒分子が電解質中に発生するが、このフリーとなる溶媒分子の安定性は溶媒和している状態より劣るため、活性が高くなった電極界面(特にLiと合金化して活性化したシリコン電極界面)で溶媒分子の還元分解反応を発生させると考えられる。電池反応を繰り返して充放電を行うと、このフリーとなる溶媒分子の分解反応が継続的に発生するため、結果として電極界面での分解生成物が多く発生することとなり、最終的には電極の反応が低下するものと考えられる。
On the other hand, even when [O] / [Li] is 4.0 or more, the cycle characteristics may be deteriorated. Although the reason is not clear, in a steady state, the solvated ionic liquid is stable because the solvent molecules are solvated with respect to lithium ions so that [O] / [Li] = 4. However, when it functions as an electrolyte in the battery, lithium ions are desolvated from the solvated state, and lithium ions are provided to the electrode reaction. As a result of the progress of the desolvation reaction, free solvent molecules are generated in the electrolyte, but the stability of the free solvent molecules is inferior to that of the solvated state. It is considered that a reductive decomposition reaction of solvent molecules occurs at the silicon electrode interface activated by alloying with Li. When the battery reaction is repeated and charging and discharging are performed, the free solvent molecule decomposition reaction occurs continuously, resulting in the generation of many decomposition products at the electrode interface. It is thought that the reaction decreases.

本形態の電解質の前記[O]/[Li]は、3.0以上4.0未満であればよい。溶媒であるG1やG2の揮発性を抑制できるほか、電解液の電気化学的安定性が向上し、シリコン系活物質を用いた負極電極に適用した際の電池特性(特にサイクル特性やレート特性等)が向上する点から、好ましくは3.2〜3.95であり、より好ましくは3.3〜3.9であり、更に好ましくは3.4〜3.85であり、特に好ましくは3.5〜3.8である。   [O] / [Li] of the electrolyte of this embodiment may be 3.0 or more and less than 4.0. In addition to suppressing the volatility of the solvents G1 and G2, the electrochemical stability of the electrolyte is improved, and battery characteristics (especially cycle characteristics and rate characteristics, etc.) when applied to a negative electrode using a silicon-based active material ) Is preferably 3.2 to 3.95, more preferably 3.3 to 3.9, still more preferably 3.4 to 3.85, and particularly preferably 3. 5 to 3.8.

本形態の電解質は、負極活物質に高容量のシリコン系活物質を用いた二次電池に適用されるのが好ましい。これは、本形態の電解質を高容量のシリコン系活物質を含む負極を備えたリチウムイオン二次電池に適用することで、高容量で、サイクル特性やレート特性等の電池特性を向上することができるためである。詳しくは、本形態の溶媒和イオン液体の[O]/[Li]を3.0以上4.0未満の間に制御し、かつG1とG2の混合モル比を(1/4超)〜(3/2未満)とすることで、高容量でサイクル特性及びレート特性に優れたシリコン系負極を備えた電池を提供できるためである。   The electrolyte of this embodiment is preferably applied to a secondary battery using a high-capacity silicon-based active material as the negative electrode active material. This is because the electrolyte of this embodiment is applied to a lithium ion secondary battery including a negative electrode containing a high-capacity silicon-based active material, so that battery characteristics such as cycle characteristics and rate characteristics can be improved with high capacity. This is because it can. Specifically, the [O] / [Li] of the solvated ionic liquid of this embodiment is controlled between 3.0 and less than 4.0, and the mixing molar ratio of G1 and G2 is (over 1/4) to ( This is because it is possible to provide a battery including a silicon negative electrode having a high capacity and excellent cycle characteristics and rate characteristics.

詳しくは、[O]/[Li]を3.0以上4.0未満とするグライム類とLi塩で構成される溶媒和イオン液体を、シリコン系活物質を含む負極(シリコン(Si)系負極)を備えた電池に適用すると、以下の機構によりサイクル特性が向上すると考えられる。即ち前記電解質をSi系負極を用いた電池に適用すると、電解質中での錯カチオンへ一部アニオン種が配位する状態となっており、Liイオンと結合した状態のアニオンがLiカチオンを介して負極表面へ配向し、疑似的な薄い被膜を形成することになると予想される。この薄い疑似的な被膜がシリコン系負極表面の保護被膜として機能することで、シリコン系負極にて優れたサイクル特性を発現できたものと考えられる。これは、従来の電極被膜は、電解液の分解物(例えばエチレンカーボネート(EC)が分解して生成する炭酸リチウム、酸化リチウム等)が主体であり、ある程度の厚みをもっている。一方、本形態の電解質(溶媒和イオン液体)での電極界面に形成される被膜は図20のような電気二重層に準じて考えることができる非常に薄い被膜物(擬似的な薄い被膜)となっている。このように(擬似的な)薄い被膜であるため、電極反応における電荷移動抵抗が小さくなることから電池特性が優れていると考えられる。   Specifically, a solvated ionic liquid composed of a glyme having a [O] / [Li] of 3.0 or more and less than 4.0 and a Li salt is used as a negative electrode containing a silicon-based active material (silicon (Si) -based negative electrode). ), The cycle characteristics are considered to be improved by the following mechanism. That is, when the electrolyte is applied to a battery using a Si-based negative electrode, a part of the anion species is coordinated to the complex cation in the electrolyte, and the anion in a state of being bonded to the Li ion passes through the Li cation. It is expected that a pseudo thin film will be formed by orienting to the negative electrode surface. It is considered that this thin pseudo film functions as a protective film on the surface of the silicon-based negative electrode, so that excellent cycle characteristics can be expressed in the silicon-based negative electrode. This is because the conventional electrode coating is mainly composed of a decomposition product of the electrolytic solution (for example, lithium carbonate, lithium oxide, etc. generated by decomposition of ethylene carbonate (EC)), and has a certain thickness. On the other hand, the film formed on the electrode interface with the electrolyte (solvated ionic liquid) of this embodiment is a very thin film (pseudo thin film) that can be considered according to the electric double layer as shown in FIG. It has become. Since it is a (pseudo) thin film in this way, the charge transfer resistance in the electrode reaction is reduced, so that the battery characteristics are considered excellent.

電解質(溶媒和イオン液体)の調製方法としては特に制限はなく、グライム類(G1及びG2)とLi塩とを適宜適量混合することによって調製できる。例えば、(i)G1とG2とを予め適当な混合比にて混合したグライム混合物に、Li塩(特にイミド型のリチウム塩)を適量加えて電解質を調製する方法;(ii)G1にLi塩(特にイミド塩)を適量ずつ混合して得た混合物と、G2にLi塩(特にイミド型のリチウム塩)を適量ずつ混合して得た混合物とを、適当な混合比にて混合して電解質を調製する方法;(iii)G1にLi塩(特にイミド型のリチウム塩)を適量ずつ混合して得た混合物と、G2とを適当な混合比にて混合して電解質を調製する方法;(iv)G2にLi塩(特にイミド型のリチウム塩)を適量ずつ混合して得た混合物と、G1とを適当な混合比にて混合して電
解質を調製する方法などが挙げられるが、いずれの調製法によっても本形態の電解質(溶媒和イオン液体)が得られる。
There is no restriction | limiting in particular as a preparation method of electrolyte (solvation ionic liquid), It can prepare by mixing glymes (G1 and G2) and Li salt suitably suitably. For example, (i) a method of preparing an electrolyte by adding an appropriate amount of a Li salt (particularly an imide-type lithium salt) to a glyme mixture in which G1 and G2 are previously mixed at an appropriate mixing ratio; (ii) a Li salt in G1 A mixture obtained by mixing (especially an imide salt) by an appropriate amount and a mixture obtained by mixing an appropriate amount of Li salt (especially an imide type lithium salt) with G2 by mixing at an appropriate mixing ratio. (Iii) A method of preparing an electrolyte by mixing a mixture obtained by mixing an appropriate amount of Li salt (especially an imide type lithium salt) with G1 and G2 at an appropriate mixing ratio; iv) A method of preparing an electrolyte by mixing a mixture obtained by mixing an appropriate amount of Li salt (particularly an imide-type lithium salt) with G2 and G1 at an appropriate mixing ratio, and the like. The electrolyte of this form (solvation Down liquid) can be obtained.

混合の際の条件は、特に制限されないが、必要に応じて20〜80℃の温度下で均質になるまで攪拌混合することが好ましい。混合時間は、均質になるまで攪拌混合する観点から、12時間〜7日間が好ましく、24〜120時間がより好ましい。また、電解質の調製は、アルゴン、窒素、ヘリウムなどの不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましい。   The conditions for mixing are not particularly limited, but it is preferable to stir and mix as necessary at a temperature of 20 to 80 ° C. until it is homogeneous. From the viewpoint of stirring and mixing until homogeneous, the mixing time is preferably 12 hours to 7 days, more preferably 24 to 120 hours. The electrolyte is preferably prepared in an inert gas atmosphere such as argon, nitrogen or helium.

電解質中の水分は電池反応に影響を及ぼすため不活性ガス中の水分は極力低く抑えることが重要であり、露点−50℃以下で作業を行うことが好ましい。とりわけ露点−60℃以下であることがより好ましい。   Since the moisture in the electrolyte affects the battery reaction, it is important to keep the moisture in the inert gas as low as possible, and it is preferable to work at a dew point of −50 ° C. or lower. In particular, the dew point is more preferably −60 ° C. or lower.

[リチウムイオン二次電池]
続いて、上記した電解質を用いてなるリチウムイオン二次電池につき、その具体的な実施形態を説明する。ただし、本発明が、以下の実施形態のみには制限されるわけではない。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
[Lithium ion secondary battery]
Next, specific embodiments of the lithium ion secondary battery using the above-described electrolyte will be described. However, the present invention is not limited only to the following embodiments. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. In addition, the dimensional ratios in the drawings are exaggerated for convenience of explanation, and may be different from the actual ratios.

まず、上記した電解質およびこれを用いてなるリチウムイオン二次電池では、本電解質が正極/負極間でキャリアイオンを伝達することでエネルギーを供することができ、セル(単電池層)の電圧が大きく、高エネルギー密度、高出力密度が達成できる。また、上記した電解質をリチウムイオン二次電池へ適用したときに、Li塩の濃度が高くなること、すなわちLiイオンの活量が高くなることから、反応速度を高くすることができる。このため、電流値を高くしても性能を損なうことなくリチウムイオン二次電池(電気化学デバイス)の機能を発現させることができる。そのため本実施形態の電解質を用いてなるリチウムイオン二次電池では、車両の駆動電源用や補助電源用として優れている。その結果、車両の駆動電源用等のリチウムイオン二次電池として好適に利用できる。このほかにも、携帯電話などの携帯機器向けのリチウムイオン二次電池にも十分に適用可能である。   First, in the above-described electrolyte and a lithium ion secondary battery using the electrolyte, the present electrolyte can provide energy by transmitting carrier ions between the positive electrode and the negative electrode, and the voltage of the cell (single battery layer) is large. High energy density and high power density can be achieved. In addition, when the above-described electrolyte is applied to a lithium ion secondary battery, the Li salt concentration increases, that is, the Li ion activity increases, so that the reaction rate can be increased. For this reason, even if it raises an electric current value, the function of a lithium ion secondary battery (electrochemical device) can be expressed, without impairing performance. Therefore, the lithium ion secondary battery using the electrolyte of the present embodiment is excellent as a vehicle driving power source or an auxiliary power source. As a result, it can be suitably used as a lithium ion secondary battery for a vehicle driving power source or the like. In addition to this, the present invention can be sufficiently applied to lithium ion secondary batteries for portable devices such as mobile phones.

すなわち、本実施形態の対象となるリチウムイオン二次電池は、上記に説明する本実施形態の電解質を用いてなるものであればよく、他の構成要件に関しては、特に制限されるべきものではないが、負極に容量が大きなシリコン系活物質を用いたものが好ましい。これは、本形態で得られた溶媒和イオン液体で構成される新規電解質をリチウムイオン二次電池に適用することで、電池特性の優れた電池を得ることができる。上述の通り、本電解質は特にシリコン合金等といったシリコン系活物質を含む負極に対して、サイクル特性を大きく伸ばす特性を備えている。本発明の電解質をリチウムイオン二次電池に用いると、容量の大きいシリコン系電極を適用することが可能となるので、より高容量の電池を実現することができる。   That is, the lithium ion secondary battery that is the subject of the present embodiment is not particularly limited as long as it uses the electrolyte of the present embodiment described above. However, it is preferable to use a silicon-based active material having a large capacity for the negative electrode. By applying a novel electrolyte composed of the solvated ionic liquid obtained in this embodiment to a lithium ion secondary battery, a battery having excellent battery characteristics can be obtained. As described above, the present electrolyte has characteristics that greatly increase cycle characteristics, particularly with respect to a negative electrode containing a silicon-based active material such as a silicon alloy. When the electrolyte of the present invention is used for a lithium ion secondary battery, a silicon-based electrode having a large capacity can be applied, so that a battery with a higher capacity can be realized.

上記リチウムイオン二次電池を形態・構造で区別した場合には、積層型(扁平型)電池、巻回型(円筒型)電池など、従来公知のいずれの形態・構造にも適用し得るものである。積層型(扁平型)電池構造を採用することで簡単な熱圧着などのシール技術により長期信頼性を確保でき、コスト面や作業性の点では有利である。   When the lithium ion secondary battery is distinguished by its form / structure, it can be applied to any conventionally known form / structure, such as a stacked (flat) battery or a wound (cylindrical) battery. is there. By adopting a stacked (flat) battery structure, long-term reliability can be secured by a sealing technique such as simple thermocompression bonding, which is advantageous in terms of cost and workability.

また、リチウムイオン二次電池内の電気的な接続形態(電極構造)で見た場合、非双極型(内部並列接続タイプ)電池および双極型(内部直列接続タイプ)電池のいずれにも適用し得るものである。   Moreover, when viewed in terms of electrical connection form (electrode structure) in a lithium ion secondary battery, it can be applied to both non-bipolar (internal parallel connection type) batteries and bipolar (internal series connection type) batteries. Is.

本実施形態に係るリチウムイオン二次電池は、リチウムイオンを挿入・脱離可能な正極
活物質を含有する正極と、リチウムイオンを挿入・脱離可能な負極活物質を含有する負極と、前記正極および前記負極の間に介在する電解質層とを備えるものである。以下の説明では、リチウムイオン二次電池を例に挙げて説明するが、本発明はこれに限定されない。
The lithium ion secondary battery according to the present embodiment includes a positive electrode containing a positive electrode active material capable of inserting and removing lithium ions, a negative electrode containing a negative electrode active material capable of inserting and removing lithium ions, and the positive electrode And an electrolyte layer interposed between the negative electrodes. In the following description, a lithium ion secondary battery will be described as an example, but the present invention is not limited to this.

図1は、本発明の一実施形態に係る、高出力(低抵抗)で高容量の並列に積層したリチウムイオン二次電池(以下、単に「並列積層型電池」とも称する)の全体構造を模式的に表した断面概略図である。図1に示すように、本実施形態の並列積層型電池10aは、実際に充放電反応が進行する略矩形の発電要素17が、電池外装材であるラミネートフィルム22の内部に封止された構造を有する。詳しくは、高分子−金属複合ラミネートフィルムを電池外装材として用いて、その周辺部の全部を熱融着にて接合することにより、発電要素17を収納し密封した構成を有している。   FIG. 1 schematically illustrates the overall structure of a lithium ion secondary battery (hereinafter also simply referred to as “parallel stacked battery”) stacked in parallel with a high output (low resistance) and high capacity according to an embodiment of the present invention. FIG. As shown in FIG. 1, the parallel laminated battery 10a of the present embodiment has a structure in which a substantially rectangular power generation element 17 in which a charge / discharge reaction actually proceeds is sealed inside a laminate film 22 that is a battery exterior material. Have Specifically, the power generation element 17 is housed and sealed by using a polymer-metal composite laminate film as a battery exterior material and joining all of its peripheral parts by thermal fusion.

発電要素17は、負極集電体11の両面(発電要素の最下層用および最上層用は片面のみ)に負極活物質層12が配置された負極と、電解質層13と、正極集電体14の両面に正極活物質層15が配置された正極とを積層した構成を有している。具体的には、1つの負極活物質層12とこれに隣接する正極活物質層15とが、電解質層13を介して対向するようにして、負極、電解質層13、正極がこの順に積層されている。負極活物質層には、高容量のシリコン系活物質を使用するのが好ましい。   The power generation element 17 includes a negative electrode in which the negative electrode active material layer 12 is disposed on both sides of the negative electrode current collector 11 (only one side for the lowermost layer and the uppermost layer of the power generation element), an electrolyte layer 13, and a positive electrode current collector 14. And a positive electrode in which the positive electrode active material layer 15 is disposed on both sides. Specifically, the negative electrode, the electrolyte layer 13 and the positive electrode are laminated in this order so that one negative electrode active material layer 12 and the positive electrode active material layer 15 adjacent to the negative electrode active material layer 15 face each other with the electrolyte layer 13 therebetween. Yes. It is preferable to use a high-capacity silicon-based active material for the negative electrode active material layer.

これにより、隣接する負極、電解質層13、および正極は、1つの単電池層16を構成する。したがって、本実施形態の並列積層型電池10は、単電池層16が複数積層されることで、電気的に並列接続されてなる構成を有するといえる。また、単電池層16の外周には、隣接する負極集電体11と正極集電体14との間を絶縁するためのシール部(絶縁層)(図示せず)が設けられていてもよい。発電要素17の両最外層に位置する最外層負極集電体11aには、いずれも片面のみに負極活物質層12が配置されている。なお、図1とは負極および正極の配置を逆にすることで、発電要素17の両最外層に最外層正極集電体が位置するようにし、該最外層正極集電体の片面のみに正極活物質層が配置されているようにしてもよい。   Thus, the adjacent negative electrode, electrolyte layer 13 and positive electrode constitute one single cell layer 16. Therefore, it can be said that the parallel stacked battery 10 of the present embodiment has a configuration in which a plurality of single battery layers 16 are stacked and electrically connected in parallel. Further, a seal portion (insulating layer) (not shown) for insulating between the adjacent negative electrode current collector 11 and the positive electrode current collector 14 may be provided on the outer periphery of the unit cell layer 16. . The negative electrode active material layer 12 is disposed only on one side of the outermost layer negative electrode current collector 11 a located in both outermost layers of the power generation element 17. 1, the arrangement of the negative electrode and the positive electrode is reversed so that the outermost positive electrode current collector is positioned on both outermost layers of the power generation element 17, and the positive electrode is provided only on one side of the outermost positive electrode current collector. An active material layer may be arranged.

負極集電体11および正極集電体14には、各電極(負極および正極)と導通される負極集電板18および正極集電板19がそれぞれ取り付けられ、ラミネートフィルム22の端部に挟まれるようにラミネートフィルム22の外部に導出される構造を有している。負極集電板18および正極集電板19は、必要に応じて負極端子リード20および正極端子リード21を介して、各電極の負極集電体11および正極集電体14に超音波溶接や抵抗溶接等により取り付けられていてもよい(図1にはこの形態を示す)。ただし、負極集電体11が延長されて負極集電板18とされ、ラミネートフィルム22から導出されていてもよい。同様に、正極集電体14が延長されて正極集電板19とされ、同様に電池外装材22から導出される構造としてもよい。   The negative electrode current collector 11 and the positive electrode current collector 14 are attached with a negative electrode current collector plate 18 and a positive electrode current collector plate 19 that are electrically connected to the respective electrodes (negative electrode and positive electrode), and are sandwiched between ends of the laminate film 22. Thus, it has a structure led out of the laminate film 22. The negative electrode current collector 18 and the positive electrode current collector 19 are connected to the negative electrode current collector 11 and the positive electrode current collector 14 of each electrode by ultrasonic welding or resistance via a negative electrode terminal lead 20 and a positive electrode terminal lead 21 as necessary. It may be attached by welding or the like (this form is shown in FIG. 1). However, the negative electrode current collector 11 may be extended to form the negative electrode current collector plate 18 and may be led out from the laminate film 22. Similarly, the positive electrode current collector 14 may be extended to form a positive electrode current collector plate 19, which may be similarly derived from the battery exterior material 22.

図2は、本発明の一実施形態に係る、高出力(低抵抗)で高容量の直列に積層した双極型のリチウムイオン二次電池(以下、単に「直列積層型電池」とも称する)の全体構造を模式的に表した断面概略図である。図2に示す直列積層型電池10bは、実際に充放電反応が進行する略矩形の発電要素17が、電池外装材であるラミネートフィルム22の内部に封止された構造を有する。   FIG. 2 shows an overall configuration of a bipolar lithium ion secondary battery (hereinafter also simply referred to as “series stacked battery”) having a high output (low resistance) and a high capacity stacked in series according to an embodiment of the present invention. It is the cross-sectional schematic which represented the structure typically. The series stacked battery 10b shown in FIG. 2 has a structure in which a substantially rectangular power generation element 17 in which a charge / discharge reaction actually proceeds is sealed inside a laminate film 22 that is a battery exterior material.

図2に示すように、直列積層型電池10bの発電要素17は、集電体23の一方の面に電気的に結合した正極活物質層15が形成され、集電体23の反対側の面に電気的に結合した負極活物質層12が形成された複数の双極型電極24を有する。負極活物質層には、高容量のシリコン系活物質を使用するのが好ましい。各双極型電極24は、電解質層13を介して積層されて発電要素17を形成する。なお、電解質層13は、基材としてのセパ
レータの面方向中央部に電解質が保持されてなる構成を有する。この際、一の双極型電極24の正極活物質層15と前記一の双極型電極24に隣接する他の双極型電極24の負極活物質層12とが電解質層13を介して向き合うように、各双極型電極24および電解質層13が交互に積層されている。すなわち、一の双極型電極24の正極活物質層15と前記一の双極型電極24に隣接する他の双極型電極24の負極活物質層12との間に電解質層13が挟まれて配置されている。
As shown in FIG. 2, the power generation element 17 of the series stacked battery 10 b is formed with a positive electrode active material layer 15 electrically coupled to one surface of the current collector 23, and the surface on the opposite side of the current collector 23. A plurality of bipolar electrodes 24 each having a negative electrode active material layer 12 electrically coupled thereto. It is preferable to use a high-capacity silicon-based active material for the negative electrode active material layer. Each bipolar electrode 24 is laminated via the electrolyte layer 13 to form the power generation element 17. The electrolyte layer 13 has a configuration in which an electrolyte is held at the center in the surface direction of a separator as a base material. At this time, the positive electrode active material layer 15 of one bipolar electrode 24 and the negative electrode active material layer 12 of another bipolar electrode 24 adjacent to the one bipolar electrode 24 face each other through the electrolyte layer 13. Each bipolar electrode 24 and the electrolyte layer 13 are alternately laminated. That is, the electrolyte layer 13 is sandwiched between the positive electrode active material layer 15 of one bipolar electrode 24 and the negative electrode active material layer 12 of another bipolar electrode 24 adjacent to the one bipolar electrode 24. ing.

隣接する正極活物質層15、電解質層13、および負極活物質層12は、一つの単電池層16を構成する。したがって、本実施形態の直列積層型電池10bは、単電池層16が複数積層されることで、電気的に直列接続されてなる構成を有するといえる。また、電解質層13からの電解液の漏れによる液絡を防止する目的で、単電池層16の外周部にはシール部(絶縁部)25が配置されている。なお、発電要素17の最外層に位置する正極側の最外層集電体23aには、片面のみに正極活物質層15が形成されている。また、発電要素17の最外層に位置する負極側の最外層集電体23bには、片面のみに負極活物質層12が形成されている。ただし、正極側の最外層集電体23aの両面に正極活物質層15が形成されてもよい。同様に、負極側の最外層集電体23bの両面に負極活物質層12が形成されてもよい。   The adjacent positive electrode active material layer 15, electrolyte layer 13, and negative electrode active material layer 12 constitute one unit cell layer 16. Therefore, it can be said that the serially stacked battery 10b of the present embodiment has a configuration in which a plurality of single battery layers 16 are stacked and electrically connected in series. Further, for the purpose of preventing liquid junction due to leakage of the electrolyte from the electrolyte layer 13, a seal portion (insulating portion) 25 is disposed on the outer peripheral portion of the unit cell layer 16. The positive electrode active material layer 15 is formed on only one side of the positive electrode outermost layer current collector 23 a located in the outermost layer of the power generation element 17. The negative electrode active material layer 12 is formed only on one side of the negative electrode side outermost current collector 23b located in the outermost layer of the power generation element 17. However, the positive electrode active material layer 15 may be formed on both surfaces of the outermost layer current collector 23a on the positive electrode side. Similarly, the negative electrode active material layer 12 may be formed on both surfaces of the outermost current collector 23b on the negative electrode side.

さらに、図2に示す直列積層型電池10bでは、正極側の最外層集電体23aに隣接するように正極集電板19が配置され、これが延長されて電池外装材であるラミネートフィルム22から導出している。一方、負極側の最外層集電体23bに隣接するように負極集電板18が配置され、同様にこれが延長されて電池の外装であるラミネートフィルム22から導出している。   Further, in the series laminated battery 10b shown in FIG. 2, the positive electrode current collector plate 19 is disposed so as to be adjacent to the outermost layer current collector 23a on the positive electrode side, and this is extended and led out from the laminate film 22 which is a battery exterior material. doing. On the other hand, the negative electrode current collector plate 18 is disposed so as to be adjacent to the outermost layer current collector 23b on the negative electrode side, and similarly, this is extended and led out from the laminate film 22 which is an exterior of the battery.

図2に示す直列積層型電池10bにおいては、通常、各単電池層16の周囲に絶縁部25が設けられる。この絶縁部25は、電池内で隣り合う集電体23どうしが接触したり、発電要素17における単電池層16の端部の僅かな不揃いなどに起因する短絡が起こったりするのを防止する目的で設けられる。かような絶縁部25の設置により、長期間の信頼性および安全性が確保され、高品質の直列積層型電池10bが提供されうる。   In the series stacked battery 10 b shown in FIG. 2, the insulating portion 25 is usually provided around each single cell layer 16. The insulating portion 25 is intended to prevent the adjacent current collectors 23 in the battery from contacting each other and the occurrence of a short circuit due to a slight irregularity of the end portions of the unit cell layer 16 in the power generation element 17. Is provided. By installing such an insulating portion 25, long-term reliability and safety can be ensured, and a high-quality series stacked battery 10b can be provided.

なお、単電池層16の積層回数は、所望する電圧に応じて調節する。また、直列積層型電池10bでは、電池の厚みを極力薄くしても十分な出力が確保できれば、単電池層16の積層回数を少なくしてもよい。直列積層型電池10bでも、使用する際の外部からの衝撃、環境劣化を防止する必要がある。よって、発電要素17を電池外装材であるラミネートフィルム22に減圧封入し、正極集電板19および負極集電板18をラミネートフィルム22の外部に取り出した構造とするのがよい。   Note that the number of stacks of the unit cell layers 16 is adjusted according to a desired voltage. Further, in the serially stacked battery 10b, the number of times the single battery layers 16 are stacked may be reduced if a sufficient output can be ensured even if the battery is made as thin as possible. Even in the case of the serially stacked battery 10b, it is necessary to prevent external impact and environmental degradation during use. Therefore, the power generation element 17 is preferably sealed in a laminate film 22 that is a battery exterior material, and the positive electrode current collector plate 19 and the negative electrode current collector plate 18 are taken out of the laminate film 22.

上記で説明したリチウムイオン二次電池、特に負極活物質に高容量のシリコン系活物質を用いたリチウムイオン二次電池において、電解質に特徴を有する。以下、当該電解質を含めた電池の主要な構成部材について、さらに詳細に説明する。   The lithium ion secondary battery described above, particularly a lithium ion secondary battery using a high-capacity silicon-based active material as the negative electrode active material, has a feature in the electrolyte. Hereinafter, main components of the battery including the electrolyte will be described in more detail.

[負極]
負極は、正極とともにリチウムイオンの授受により電気エネルギーを生み出す機能を有する。負極は、集電体および負極活物質層を必須に含み、集電体の表面に負極活物質層が形成されてなる。
[Negative electrode]
The negative electrode has a function of generating electrical energy by transferring lithium ions together with the positive electrode. The negative electrode essentially includes a current collector and a negative electrode active material layer, and the negative electrode active material layer is formed on the surface of the current collector.

(集電体)
集電体は導電性材料から構成され、その一方の面または両面に負極活物質層が配置される。集電体を構成する材料に特に制限はなく、例えば、金属や、導電性高分子材料または非導電性高分子材料に導電性フィラーが添加された導電性を有する樹脂が採用されうる。
(Current collector)
The current collector is made of a conductive material, and a negative electrode active material layer is disposed on one side or both sides thereof. There is no particular limitation on the material constituting the current collector, and for example, a conductive resin in which a conductive filler is added to a metal or a conductive polymer material or a non-conductive polymer material may be employed.

金属としては、アルミニウム、ニッケル、鉄、ステンレス鋼(SUS)、チタン、銅などが挙げられる。これらのほか、ニッケルとアルミニウムとのクラッド材、銅とアルミニウムとのクラッド材、あるいはこれらの金属の組み合わせのめっき材などが好ましく用いられうる。また、金属表面にアルミニウムが被覆されてなる箔であってもよい。これらのうち、導電性や電池作動電位の観点からは、アルミニウム、ステンレス鋼、または銅を用いることが好ましい。   Examples of the metal include aluminum, nickel, iron, stainless steel (SUS), titanium, and copper. In addition to these, a clad material of nickel and aluminum, a clad material of copper and aluminum, or a plating material of a combination of these metals can be preferably used. Moreover, the foil by which aluminum is coat | covered on the metal surface may be sufficient. Of these, aluminum, stainless steel, or copper is preferably used from the viewpoint of conductivity and battery operating potential.

また、導電性高分子材料としては、例えば、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリアクリロニトリル、およびポリオキサジアゾールなどが挙げられる。かような導電性高分子材料は、導電性フィラーを添加しなくても十分な導電性を有するため、製造工程の容易化または集電体の軽量化の点において有利である。   Examples of the conductive polymer material include polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacetylene, polyparaphenylene, polyphenylene vinylene, polyacrylonitrile, and polyoxadiazole. Since such a conductive polymer material has sufficient conductivity without adding a conductive filler, it is advantageous in terms of facilitating the manufacturing process or reducing the weight of the current collector.

非導電性高分子材料としては、例えば、ポリエチレン(PE;高密度ポリエチレン(HDPE)、低密度ポリエチレン(LDPE))、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエーテルニトリル(PEN)、ポリイミド(PI)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリアミド(PA)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメチルアクリレート(PMA)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、およびポリスチレン(PS)などが挙げられる。かような非導電性高分子材料は、優れた耐電位性または耐溶媒性を有しうる。   Examples of non-conductive polymer materials include polyethylene (PE; high density polyethylene (HDPE), low density polyethylene (LDPE)), polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), polyether nitrile (PEN), polyimide ( PI), polyamideimide (PAI), polyamide (PA), polytetrafluoroethylene (PTFE), styrene-butadiene rubber (SBR), polyacrylonitrile (PAN), polymethyl acrylate (PMA), polymethyl methacrylate (PMMA), Examples include polyvinyl chloride (PVC), polyvinylidene fluoride (PVdF), and polystyrene (PS). Such a non-conductive polymer material may have excellent potential resistance or solvent resistance.

上記の導電性高分子材料または非導電性高分子材料には、必要に応じて導電性フィラーが添加されうる。特に、集電体の基材となる樹脂が非導電性高分子のみからなる場合は、樹脂に導電性を付与するために必然的に導電性フィラーが必須となる。導電性フィラーは、導電性を有する物質であれば特に制限なく用いることができる。例えば、導電性、耐電位性、またはリチウムイオン遮断性に優れた材料として、金属および導電性カーボンなどが挙げられる。金属としては、特に制限されないが、Ni、Ti、Al、Cu、Pt、Fe、Cr、Sn、Zn、In、Sb、およびKからなる群から選択される少なくとも1種の金属もしくはこれらの金属を含む合金または金属酸化物を含むことが好ましい。また、導電性カーボンとしては、特に制限されないが、アセチレンブラック、バルカン、ブラックパール、カーボンナノファイバー、ケッチェンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノバルーン、およびフラーレンからなる群から選択される少なくとも1種を含むことが好ましい。導電性フィラーの添加量は、集電体に十分な導電性を付与できる量であれば特に制限はなく、一般的には、5〜35質量%程度である。   A conductive filler may be added to the conductive polymer material or the non-conductive polymer material as necessary. In particular, when the resin used as the base material of the current collector is made of only a non-conductive polymer, a conductive filler is inevitably necessary to impart conductivity to the resin. The conductive filler can be used without particular limitation as long as it is a substance having conductivity. For example, metals, conductive carbon, etc. are mentioned as a material excellent in electroconductivity, electric potential resistance, or lithium ion barrier | blocking property. The metal is not particularly limited, but at least one metal selected from the group consisting of Ni, Ti, Al, Cu, Pt, Fe, Cr, Sn, Zn, In, Sb, and K, or these metals. It is preferable to include an alloy or metal oxide. Further, the conductive carbon is not particularly limited, but is at least one selected from the group consisting of acetylene black, vulcan, black pearl, carbon nanofiber, ketjen black, carbon nanotube, carbon nanohorn, carbon nanoballoon, and fullerene. Preferably it contains seeds. The amount of the conductive filler added is not particularly limited as long as it is an amount capable of imparting sufficient conductivity to the current collector, and is generally about 5 to 35% by mass.

集電体の大きさは、電池の使用用途に応じて決定される。例えば、高エネルギー密度が要求される大型の電池に用いられるのであれば、面積の大きな集電体が用いられる。集電体の厚さについても特に制限はないが、通常は1〜100μm程度である。   The size of the current collector is determined according to the intended use of the battery. For example, if it is used for a large battery that requires a high energy density, a current collector having a large area is used. Although there is no restriction | limiting in particular also about the thickness of a collector, Usually, it is about 1-100 micrometers.

(負極活物質層)
負極活物質層は、負極活物質を含む。負極活物質層は、導電助剤、バインダー等の添加剤をさらに含んでもよい。
(Negative electrode active material layer)
The negative electrode active material layer includes a negative electrode active material. The negative electrode active material layer may further include additives such as a conductive additive and a binder.

<負極活物質>
負極活物質は、放電時にリチウムイオンを脱離し、充電時にリチウムイオンを吸蔵できる組成を有する。負極活物質は、リチウムを可逆的に吸蔵脱離することができるものであれば特に制限されない。負極活物質の例としては、SiやSnなどの金属、あるいはTiO、Ti、TiO、もしくはSiO、SiO、SnOなどの金属酸化物、L
Ti12もしくはLiMnNなどのリチウムと遷移金属との複合酸化物、Li−Pb系合金、Li−Al系合金、Li、または炭素粉末、グラファイト(天然黒鉛、人造黒鉛)、カーボンブラック、活性炭、カーボンファイバー、コークス、ソフトカーボン、もしくはハードカーボンなどの炭素材料などが好ましく挙げられる。このうち、リチウムと合金化する元素を用いることにより、従来の炭素系材料に比べて高いエネルギー密度を有する高容量および優れた出力特性の電池を得ることが可能となる。上記負極活物質は、単独で使用されてもあるいは2種以上の混合物の形態で使用されてもよい。上記のリチウムと合金化する元素としては、以下に制限されることはないが、具体的には、Si、Ge、Sn、Pb、Al、In、Zn、H、Ca、Sr、Ba、Ru、Rh、Ir、Pd、Pt、Ag、Au、Cd、Hg、Ga、Tl、C、N、Sb、Bi、O、S、Se、Te、Cl等が挙げられる。
<Negative electrode active material>
The negative electrode active material has a composition that can desorb lithium ions during discharge and occlude lithium ions during charging. The negative electrode active material is not particularly limited as long as it can reversibly absorb and desorb lithium. Examples of the negative electrode active material include metals such as Si and Sn, or metal oxides such as TiO, Ti 2 O 3 , TiO 2 , SiO 2 , SiO, and SnO 2 , L
Composite oxides of lithium and transition metals such as i 4 Ti 5 O 12 or Li 7 MnN, Li—Pb alloys, Li—Al alloys, Li, or carbon powder, graphite (natural graphite, artificial graphite), carbon Preferred examples include carbon materials such as black, activated carbon, carbon fiber, coke, soft carbon, and hard carbon. Among these, by using an element that forms an alloy with lithium, it becomes possible to obtain a battery having a high capacity and an excellent output characteristic having a higher energy density than that of a conventional carbon-based material. The negative electrode active material may be used alone or in the form of a mixture of two or more. The element alloying with lithium is not limited to the following, but specifically, Si, Ge, Sn, Pb, Al, In, Zn, H, Ca, Sr, Ba, Ru, Rh, Ir, Pd, Pt, Ag, Au, Cd, Hg, Ga, Tl, C, N, Sb, Bi, O, S, Se, Te, Cl, and the like.

上記負極活物質のうち、シリコン(ケイ素)系材料(シリコン(ケイ素)を含み、リチウムイオンを吸蔵放出することにより負極活物質として機能しうる材料)を含むことが好ましい。これは、特許文献1のようにシリコン系負極を用いた高容量電池では、リチウムイオンと合金化したシリコン電極は電解液との反応性がより高まる。特に電子密度の高い、フッ素原子を含むハイドロフルオロエーテルとは容易に反応することが考えられ、本形態の溶媒和イオン液体を用いた電解質では、リチウムイオンと合金化したシリコン電極に対する反応性が大幅に低減できる。そのため、シリコン系材料が持つ特性を損なうことなく高容量電池を提供できるためである。さらに、電解液中に含まれるLi濃度を高濃度に維持できる点で優れるためである。 Among the negative electrode active materials, a silicon (silicon) -based material (a material that includes silicon (silicon) and can function as a negative electrode active material by occluding and releasing lithium ions) is preferably included. This is because, as in Patent Document 1, in a high capacity battery using a silicon-based negative electrode, the reactivity of the silicon electrode alloyed with lithium ions with the electrolytic solution is further increased. In particular, it is thought that it easily reacts with hydrofluoroethers containing fluorine atoms, which have a high electron density, and in the electrolyte using the solvated ionic liquid of this embodiment, the reactivity to the silicon electrode alloyed with lithium ions is greatly increased. Can be reduced. Therefore, a high capacity battery can be provided without impairing the characteristics of the silicon-based material. Furthermore, it is because it is excellent in that the Li + concentration contained in the electrolytic solution can be maintained at a high concentration.

負極活物質として用いられるシリコン(ケイ素)系材料としては特に制限はなく、従来公知の知見が適宜参照されうる。例えば、シリコン金属(Si単体)、シリコンと合金化するアルミニウム、スズ、亜鉛、ニッケル、銅、チタン、バナジウム、マグネシウム、リチウム等の金属を含む(他に、炭素などの元素を含んでいてもよい)シリコン合金(2元系合金以上であればよいが、Si−Sn−Ti系合金などの3元系合金以上が好ましい)、SiO、SiO、アモルファスSiO粒子とSi粒子との混合体であるSiO(xはSiの原子価を満足する酸素数を表す)などのシリコン(ケイ素)酸化物、リチウム、炭素、アルミニウム、スズ、亜鉛、ニッケル、銅、チタン、バナジウムおよびマグネシウムからなる群から選ばれる少なくとも1種の成分を含有するシリコン(ケイ素)化合物、シリコン半導体などが挙げられる。負極活物質は1種類であってもよいし、2種以上が併用されてもよい。なお、負極活物質としてのシリコンには、所定の元素(ドーピング元素)がドーピングされていることが好ましい。本来、シリコン(Si)の導電性は低いものの、上記所定のドーピング元素をシリコン(Si)にドープして負極活物質(シリコン半導体)として用いることで、シリコン(Si)が半導体の性質を示すようになる。すなわち、これらの材料の低い導電性が改善され、負極活物質としてより一層有効に機能することが可能となる。当該ドーピング元素は、好ましくは、周期律表における13族または15族の元素からなる群から選択される1種または2種以上の元素である。具体的には、周期律表における13族の元素としては、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、タリウム(Tl)が挙げられる。また、周期律表における15族の元素としては、窒素(N)、リン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)、ビスマス(Bi)が挙げられる。なかでも、電池特性に優れた電池を提供するという観点からは、B、P、Al、Ga、In、N、P、As、Sb、またはBiが好ましく、より好ましくはB、P、Al、Ga、またはInであり、特に好ましくはB、PまたはAlである。これらのドーピング元素は1種のみが単独でドープされてもよいし、2種以上が組み合わせてドープされてもよい。この際、シリコン(Si)へのドーピング元素のドープ量について特に制限はないが、負極活物質層における導電性の向上という観点からは、好ましくは1×10−20atom/cm以上であり、より好ましくは1×10−18atom/cm以上であり、特に好ましくは1×10−15atom/cm以上で
ある。
There is no restriction | limiting in particular as a silicon (silicon) type material used as a negative electrode active material, A conventionally well-known knowledge can be referred suitably. For example, a metal such as silicon metal (Si simple substance), aluminum alloyed with silicon, tin, zinc, nickel, copper, titanium, vanadium, magnesium, lithium, etc. (in addition, an element such as carbon may be included. ) A silicon alloy (which may be a binary alloy or more, but preferably a ternary alloy such as a Si—Sn—Ti alloy), SiO 2 , SiO, a mixture of amorphous SiO 2 particles and Si particles; From the group consisting of silicon (silicon) oxides such as SiO x (where x represents the number of oxygen satisfying the valence of Si), lithium, carbon, aluminum, tin, zinc, nickel, copper, titanium, vanadium and magnesium Examples thereof include a silicon (silicon) compound and a silicon semiconductor containing at least one selected component. One type of negative electrode active material may be sufficient and 2 or more types may be used together. Note that silicon as the negative electrode active material is preferably doped with a predetermined element (doping element). Although silicon (Si) is inherently low in conductivity, silicon (Si) exhibits the properties of a semiconductor by doping silicon (Si) with the predetermined doping element and using it as a negative electrode active material (silicon semiconductor). become. That is, the low electrical conductivity of these materials is improved, and it becomes possible to function more effectively as a negative electrode active material. The doping element is preferably one or more elements selected from the group consisting of Group 13 or Group 15 elements in the Periodic Table. Specifically, elements of Group 13 in the periodic table include boron (B), aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In), and thallium (Tl). Examples of the Group 15 element in the periodic table include nitrogen (N), phosphorus (P), arsenic (As), antimony (Sb), and bismuth (Bi). Among these, from the viewpoint of providing a battery having excellent battery characteristics, B, P, Al, Ga, In, N, P, As, Sb, or Bi are preferable, and B, P, Al, Ga are more preferable. Or In, particularly preferably B, P or Al. Only one of these doping elements may be doped alone, or two or more may be doped in combination. At this time, the doping amount of the doping element into silicon (Si) is not particularly limited, but is preferably 1 × 10 −20 atoms / cm 3 or more from the viewpoint of improving conductivity in the negative electrode active material layer, More preferably, it is 1 × 10 −18 atom / cm 3 or more, and particularly preferably 1 × 10 −15 atom / cm 3 or more.

シリコン(Si)系材料としては、リチウム、炭素、アルミニウム、スズ、亜鉛、ニッケル、銅、チタン、バナジウムおよびマグネシウムからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含むシリコン化合物、シリコンを主成分として含有する純シリコン、ならびにホウ素、リン、およびアンチモンからなる群より選択される少なくとも1種のドーパントを含有する半導体シリコンからなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましい。   As a silicon (Si) -based material, a silicon compound containing at least one element selected from the group consisting of lithium, carbon, aluminum, tin, zinc, nickel, copper, titanium, vanadium and magnesium, containing silicon as a main component And at least one selected from the group consisting of semiconductor silicon containing at least one dopant selected from the group consisting of boron, phosphorus and antimony.

より好ましい実施形態において、負極活物質は、シリコン(Si)系材料を主成分として含むものである。ここでいう「主成分」とは、負極活物質層に含まれる負極活物質の総容量に占めるシリコン(Si)系材料の容量が50%以上であることを意味する。言い換えると、シリコン(Si)系材料の質量が10質量%以上であることを意味する。より大きい理論容量を達成可能であるという観点からは、好ましくは、当該質量は30質量%以上であり、より好ましくは50質量%以上であり、さらに好ましくは80質量%以上であり、特に好ましくは90質量%以上であり、最も好ましくは100質量%である。   In a more preferred embodiment, the negative electrode active material contains a silicon (Si) -based material as a main component. The term “main component” as used herein means that the capacity of the silicon (Si) -based material in the total capacity of the negative electrode active material contained in the negative electrode active material layer is 50% or more. In other words, it means that the mass of the silicon (Si) -based material is 10% by mass or more. From the viewpoint that a larger theoretical capacity can be achieved, the mass is preferably 30% by mass or more, more preferably 50% by mass or more, further preferably 80% by mass or more, and particularly preferably. It is 90 mass% or more, Most preferably, it is 100 mass%.

また、シリコン(Si)系材料は、シリコン(Si)を主成分として含む。ここでいう「主成分」とは、シリコン(Si)系材料の総質量に占めるシリコン(Si)の質量が50質量%以上であることを意味する。より大きい理論容量を達成可能であるという観点からは、好ましくは、当該質量は70質量%以上であり、より好ましくは80質量%以上であり、さらに好ましくは90質量%以上であり、特に好ましくは95質量%以上である。なお、より大きい理論容量を達成する上では、シリコン(Si)系材料中のSiの質量は100質量%が最もよい。ただし、シリコン合金、シリコン酸化物、シリコン化合物、シリコン半導体等の形態で用いる方が、電池特性、高容量化と高耐久性(サイクル特性)のバランスに優れる場合もある。   The silicon (Si) -based material contains silicon (Si) as a main component. Here, the “main component” means that the mass of silicon (Si) in the total mass of the silicon (Si) -based material is 50% by mass or more. From the viewpoint that a larger theoretical capacity can be achieved, the mass is preferably 70% by mass or more, more preferably 80% by mass or more, further preferably 90% by mass or more, and particularly preferably. It is 95 mass% or more. In order to achieve a larger theoretical capacity, the mass of Si in the silicon (Si) -based material is best 100% by mass. However, the use in the form of a silicon alloy, silicon oxide, silicon compound, silicon semiconductor, or the like may have a better balance between battery characteristics, higher capacity, and higher durability (cycle characteristics).

なお、場合によっては、グラファイト(黒鉛)、ソフトカーボン、ハードカーボン等の炭素材料、リチウム−遷移金属複合酸化物(例えば、LiTi12)、シリコン以外の金属材料(例えば、スズ(Sn)など)など、シリコン系材料以外の負極活物質が併用されてもよい。 In some cases, carbon materials such as graphite (graphite), soft carbon, and hard carbon, lithium-transition metal composite oxides (for example, Li 4 Ti 5 O 12 ), and metal materials other than silicon (for example, tin (Sn) ), Etc.) and other negative electrode active materials other than silicon-based materials may be used in combination.

前記炭素材料としては、リチウム対比放電電位が低い炭素質粒子が好ましく、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、天然黒鉛と人造黒鉛とのブレンド、天然黒鉛に非晶質炭素をコートした材料、ソフトカーボン、ハードカーボン等を使用し得る。炭素質粒子の形状は、特に制限されず、塊状、球状、繊維状等のいずれの形状であってもよいが、鱗片状ではないことが好ましく、球状、塊状であることが好ましい。鱗片状でないものは、性能および耐久性の観点から好ましい。   As the carbon material, carbonaceous particles having a low lithium relative discharge potential are preferable, for example, natural graphite, artificial graphite, blends of natural graphite and artificial graphite, materials obtained by coating natural graphite with amorphous carbon, soft carbon, Hard carbon or the like can be used. The shape of the carbonaceous particles is not particularly limited and may be any shape such as a lump shape, a sphere shape, and a fiber shape, but is preferably not a scale shape, and preferably a sphere shape and a lump shape. Those that are not scaly are preferred from the viewpoints of performance and durability.

また、炭素質粒子は、その表面を非晶質炭素で被覆したものが好ましい。その際、非晶質炭素は、炭素質粒子の全表面を被覆していることがより好ましいが、一部の表面のみの被覆であってもよい。炭素質粒子の表面が非晶質炭素で被覆されていることにより、電池の充放電時に、黒鉛と電解液とが反応することを防止できる。黒鉛粒子の表面に非晶質炭素を被覆する方法としては、特に制限はない。例えば、非晶質炭素を溶媒に溶解、または分散させた混合溶液に核となる炭素質粒子(粉末)を分散・混合した後、溶媒を除去する湿式方式が挙げられる。他にも、炭素質粒子と非晶質炭素を固体同士で混合し、その混合物に力学エネルギーを加え非晶質炭素を被覆する乾式方式、CVD法などの気相法等が挙げられる。炭素質粒子が非晶質炭素で被覆されていることは、レーザー分光法などの方法により確認することができる。   The carbonaceous particles are preferably those whose surfaces are coated with amorphous carbon. At that time, it is more preferable that the amorphous carbon covers the entire surface of the carbonaceous particles, but it may be a coating of only a part of the surface. By covering the surfaces of the carbonaceous particles with amorphous carbon, it is possible to prevent the graphite and the electrolytic solution from reacting during charging and discharging of the battery. The method for coating the surface of the graphite particles with amorphous carbon is not particularly limited. For example, there is a wet method in which carbonaceous particles (powder) serving as nuclei are dispersed and mixed in a mixed solution in which amorphous carbon is dissolved or dispersed in a solvent, and then the solvent is removed. Other examples include a dry method in which carbonaceous particles and amorphous carbon are mixed with each other, and mechanical energy is added to the mixture to coat the amorphous carbon, and a vapor phase method such as a CVD method. Whether the carbonaceous particles are coated with amorphous carbon can be confirmed by a method such as laser spectroscopy.

負極活物質層の積層方向の厚さは特に制限されない。ただし、電池特性に優れた電池を提供するという観点からは、好ましくは50nm〜100μmであり、より好ましくは70nm〜100μmであり、さらに好ましくは90nm〜50μmである。なお、負極活物質層はシリコン(ケイ素)系材料からなる薄膜でありうる。かような薄膜は、負極活物質としてのシリコン(ケイ素)系材料(例えば、ケイ素単体)を気相成膜プロセス(乾式法)により集電体に蒸着させることにより形成されうる。かような気相成膜プロセスの具体的な形態について特に制限はなく、従来公知の手法が適宜採用されうる。一例としては、真空蒸着法、スパッタリング法(例えば、RFスパッタリング法)、化学気相蒸着(CVD)法などが例示されうる。かような手法によれば、簡便な手法により均一な厚さを有する負極活物質層が形成されうる。   The thickness in the stacking direction of the negative electrode active material layer is not particularly limited. However, from the viewpoint of providing a battery having excellent battery characteristics, the thickness is preferably 50 nm to 100 μm, more preferably 70 nm to 100 μm, and still more preferably 90 nm to 50 μm. Note that the negative electrode active material layer may be a thin film made of a silicon (silicon) -based material. Such a thin film can be formed by vapor-depositing a silicon (silicon) -based material (for example, silicon alone) as a negative electrode active material on a current collector by a vapor deposition process (dry method). There is no restriction | limiting in particular about the specific form of such a vapor-phase film-forming process, A conventionally well-known method can be employ | adopted suitably. As an example, a vacuum deposition method, a sputtering method (for example, RF sputtering method), a chemical vapor deposition (CVD) method, etc. can be illustrated. According to such a method, the negative electrode active material layer having a uniform thickness can be formed by a simple method.

あるいは、負極活物質層は、従来の一般的な活物質層と同様の形状であってもよい。すなわち、負極活物質層は、シリコン(ケイ素)系材料を含む負極活物質と、必要により添加されるバインダーや導電助剤等の添加剤とが混合されてなる合剤層(活物質層)の形態であってもよい。これにより、従来の一般的な活物質層作成プロセスに類似の手法により活物質層を作成することが可能である。かような形態において、粒子状活物質である負極活物質粒子のサイズについて特に制限はない。一例を挙げると、電池特性に優れた電池を提供するという観点からは、粒子状の負極活物質の平均粒子径は、特に制限されないが、負極活物質の高容量化、反応性、サイクル耐久性の観点からは、好ましくは1nm〜100μmであり、より好ましくは1nm〜30μmであり、さらに好ましくは1nm〜10μmであり、特に好ましくは1〜500nmである。粒子状の負極活物質のBET比表面積は、0.8〜1.5m/gであることが好ましい。比表面積が前記範囲にあれば、非水電解質二次電池のサイクル特性が向上しうる。また、負極活物質のタップ密度は、0.9〜1.2g/cmであることが好ましい。タップ密度が上記範囲であると、エネルギー密度の観点から好ましい。なお、かような形態の負極活物質層は、従来公知の合剤層の形状の負極活物質層と同様の液相プロセス(乾式法)により作製されうる。例えば、まず、負極活物質層を構成する各成分(粒子状活物質ならびに、必要であればバインダーおよび導電助剤)を適量の溶媒(N−メチル−2−ピロリドンなど)に分散させて、スラリーを調整する。次いで、当該スラリーを集電体に塗布し、乾燥させることで、負極活物質層が作製されうる。 Alternatively, the negative electrode active material layer may have the same shape as a conventional general active material layer. That is, the negative electrode active material layer is a mixture layer (active material layer) formed by mixing a negative electrode active material containing a silicon (silicon) -based material and additives such as a binder and a conductive additive added as necessary. Form may be sufficient. Thereby, it is possible to create an active material layer by a method similar to a conventional general active material layer creation process. In such a form, there is no restriction | limiting in particular about the size of the negative electrode active material particle which is a particulate active material. For example, from the viewpoint of providing a battery having excellent battery characteristics, the average particle diameter of the particulate negative electrode active material is not particularly limited. However, the negative electrode active material has a higher capacity, reactivity, and cycle durability. From this viewpoint, it is preferably 1 nm to 100 μm, more preferably 1 nm to 30 μm, still more preferably 1 nm to 10 μm, and particularly preferably 1 to 500 nm. The BET specific surface area of the particulate negative electrode active material is preferably 0.8 to 1.5 m 2 / g. If the specific surface area is in the above range, the cycle characteristics of the nonaqueous electrolyte secondary battery can be improved. Moreover, it is preferable that the tap density of a negative electrode active material is 0.9-1.2 g / cm < 3 >. It is preferable from the viewpoint of energy density that the tap density is in the above range. In addition, the negative electrode active material layer of such a form can be produced by the same liquid phase process (dry method) as a negative electrode active material layer in the form of a conventionally known mixture layer. For example, first, each component (particulate active material and, if necessary, a binder and a conductive aid) constituting the negative electrode active material layer is dispersed in an appropriate amount of solvent (N-methyl-2-pyrrolidone, etc.) Adjust. Subsequently, the negative electrode active material layer can be produced by applying the slurry to a current collector and drying the slurry.

<バインダー>
負極活物質層がバインダーを含む場合には、水系バインダーを含むことが好ましい。水系バインダーは、原料としての水の調達が容易であることに加え、乾燥時に発生するのは水蒸気であるため、製造ラインへの設備投資が大幅に抑制でき、環境負荷の低減を図ることができるという利点がある。
<Binder>
When the negative electrode active material layer contains a binder, it is preferable to contain an aqueous binder. In addition to the easy procurement of water as a raw material, water-based binders can be greatly reduced in capital investment on the production line and reduced environmental load because it is water vapor that occurs during drying. There is an advantage.

水系バインダーとは水を溶媒もしくは分散媒体とするバインダーをいい、具体的には熱可塑性樹脂、ゴム弾性を有するポリマー、水溶性高分子など、またはこれらの混合物が該当する。ここで、水を分散媒体とするバインダーとは、ラテックスまたはエマルジョンと表現される全てを含み、水と乳化または水に懸濁したポリマーを指し、例えば自己乳化するような系で乳化重合したポリマーラテックス類が挙げられる。   The water-based binder refers to a binder using water as a solvent or a dispersion medium, and specifically includes a thermoplastic resin, a polymer having rubber elasticity, a water-soluble polymer, or a mixture thereof. Here, the binder using water as a dispersion medium refers to a polymer that includes all expressed as latex or emulsion and is emulsified or suspended in water. For example, a polymer latex that is emulsion-polymerized in a system that self-emulsifies. Kind.

水系バインダーとしては、具体的にはスチレン系高分子(スチレン−ブタジエンゴム、スチレン−酢酸ビニル共重合体、スチレン−アクリル共重合体等)、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、メタクリル酸メチル−ブタジエンゴム、(メタ)アクリル系高分子(ポリエチルアクリレート、ポリエチルメタクリレート、ポリプロピルアクリレート、ポリメチルメタクリレート(メタクリル酸メチルゴム)、ポリプロピルメタクリレート、ポリイソプロピルアクリレート、ポリイソプロピルメタクリレート、ポリブチルアクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリヘキシルアクリレート、ポリヘキシルメタクリレート、
ポリエチルヘキシルアクリレート、ポリエチルヘキシルメタクリレート、ポリラウリルアクリレート、ポリラウリルメタクリレート等)、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体、ポリブタジエン、ブチルゴム、フッ素ゴム、ポリエチレンオキシド、ポリエピクロルヒドリン、ポリフォスファゼン、ポリアクリロニトリル、ポリスチレン、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体、ポリビニルピリジン、クロロスルホン化ポリエチレン、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂;ポリビニルアルコール(平均重合度は、好適には200〜4000、より好適には、1000〜3000、ケン化度は好適には80モル%以上、より好適には90モル%以上)およびその変性体(エチレン/酢酸ビニル=(2/98)〜(30/70)モル比の共重合体の酢酸ビニル単位のうちの1〜80モル%ケン化物、ポリビニルアルコールの1〜50モル%部分アセタール化物等)、デンプンおよびその変性体(酸化デンプン、リン酸エステル化デンプン、カチオン化デンプン等)、セルロース誘導体(カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、およびこれらの塩等)、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸(塩)、ポリエチレングリコール、(メタ)アクリルアミドおよび/または(メタ)アクリル酸塩の共重合体[(メタ)アクリルアミド重合体、(メタ)アクリルアミド−(メタ)アクリル酸塩共重合体、(メタ)アクリル酸アルキル(炭素数1〜4)エステル−(メタ)アクリル酸塩共重合体など]、スチレン−マレイン酸塩共重合体、ポリアクリルアミドのマンニッヒ変性体、ホルマリン縮合型樹脂(尿素−ホルマリン樹脂、メラミン−ホルマリン樹脂等)、ポリアミドポリアミンもしくはジアルキルアミン−エピクロルヒドリン共重合体、ポリエチレンイミン、カゼイン、大豆蛋白、合成蛋白、並びにマンナンガラクタン誘導体等の水溶性高分子などが挙げられる。これらの水系バインダーは1種単独で用いてもよいし、2種以上併用して用いてもよい。
Specific examples of water-based binders include styrene polymers (styrene-butadiene rubber, styrene-vinyl acetate copolymer, styrene-acrylic copolymer, etc.), acrylonitrile-butadiene rubber, methyl methacrylate-butadiene rubber, (meta ) Acrylic polymers (polyethyl acrylate, polyethyl methacrylate, polypropyl acrylate, polymethyl methacrylate (methyl methacrylate rubber), polypropyl methacrylate, polyisopropyl acrylate, polyisopropyl methacrylate, polybutyl acrylate, polybutyl methacrylate, polyhexyl acrylate , Polyhexyl methacrylate,
Polyethylhexyl acrylate, polyethylhexyl methacrylate, polylauryl acrylate, polylauryl methacrylate, etc.), polytetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene copolymer, polybutadiene, butyl rubber, fluororubber, polyethylene oxide, polyepichlorohydrin, polyphosphazene , Polyacrylonitrile, polystyrene, ethylene-propylene-diene copolymer, polyvinyl pyridine, chlorosulfonated polyethylene, polyester resin, phenol resin, epoxy resin; polyvinyl alcohol (average polymerization degree is preferably 200 to 4000, more preferably Is 1000 to 3000, the degree of saponification is preferably 80 mol% or more, more preferably 90 mol% or more) and its modified product ( Tylene / vinyl acetate = (2/98) to (30/70) molar ratio of vinyl acetate unit of 1-80 mol% saponified product, 1-50 mol% partially acetalized product of polyvinyl alcohol) , Starch and modified products thereof (oxidized starch, phosphated starch, cationized starch, etc.), cellulose derivatives (carboxymethylcellulose, methylcellulose, hydroxypropylcellulose, hydroxyethylcellulose, and salts thereof), polyvinylpyrrolidone, polyacrylic acid (Salt), polyethylene glycol, (meth) acrylamide and / or (meth) acrylate copolymer [(meth) acrylamide polymer, (meth) acrylamide- (meth) acrylate copolymer, (meth) Alkyl acrylate (C1-C1 ) Ester- (meth) acrylate copolymer, etc.], styrene-maleate copolymer, Mannich modified polyacrylamide, formalin condensation type resin (urea-formalin resin, melamine-formalin resin, etc.), polyamide polyamine Alternatively, water-soluble polymers such as dialkylamine-epichlorohydrin copolymer, polyethyleneimine, casein, soy protein, synthetic protein, and mannangalactan derivative are exemplified. These aqueous binders may be used alone or in combination of two or more.

上記水系バインダーは、結着性の観点から、スチレン−ブタジエンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、メタクリル酸メチル−ブタジエンゴム、およびメタクリル酸メチルゴムからなる群から選択される少なくとも1つのゴム系バインダーを含むことが好ましい。さらに、結着性が良好であることから、水系バインダーはスチレン−ブタジエンゴムを含むことが好ましい。   The aqueous binder may contain at least one rubber binder selected from the group consisting of styrene-butadiene rubber, acrylonitrile-butadiene rubber, methyl methacrylate-butadiene rubber, and methyl methacrylate rubber from the viewpoint of binding properties. preferable. Furthermore, it is preferable that the water-based binder contains a styrene-butadiene rubber because the binding property is good.

水系バインダーとしてスチレン−ブタジエンゴムを用いる場合、塗工性向上の観点から、上記水溶性高分子を併用することが好ましい。スチレン−ブタジエンゴムと併用することが好適な水溶性高分子としては、ポリビニルアルコールおよびその変性体、デンプンおよびその変性体、セルロース誘導体(カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、およびこれらの塩等)、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸(塩)、またはポリエチレングリコールが挙げられる。中でも、バインダーとして、スチレン−ブタジエンゴムと、カルボキシメチルセルロースとを組み合わせることが好ましい。スチレン−ブタジエンゴムと、水溶性高分子との含有質量比は、特に制限されるものではないが、スチレン−ブタジエンゴム:水溶性高分子=1:(0.3〜0.7)であることが好ましい。   When styrene-butadiene rubber is used as the water-based binder, it is preferable to use the water-soluble polymer in combination from the viewpoint of improving coatability. Water-soluble polymers suitable for use in combination with styrene-butadiene rubber include polyvinyl alcohol and modified products thereof, starch and modified products thereof, cellulose derivatives (carboxymethyl cellulose, methyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, and salts thereof), polyvinyl Examples include pyrrolidone, polyacrylic acid (salt), or polyethylene glycol. Among them, it is preferable to combine styrene-butadiene rubber and carboxymethyl cellulose as a binder. The mass ratio of the styrene-butadiene rubber and the water-soluble polymer is not particularly limited, but is styrene-butadiene rubber: water-soluble polymer = 1: (0.3 to 0.7). Is preferred.

負極活物質層がバインダーを含む場合、負極活物質層に用いられるバインダーのうち、水系バインダーの含有量は80〜100質量%であることが好ましく、90〜100質量%であることが好ましく、100質量%であることが好ましい。水系バインダー以外のバインダーとしては、下記正極活物質層に用いられるバインダーが挙げられる。   When a negative electrode active material layer contains a binder, it is preferable that content of an aqueous binder is 80-100 mass% among the binders used for a negative electrode active material layer, and it is preferable that it is 90-100 mass%, 100 It is preferable that it is mass%. Examples of the binder other than the water-based binder include binders used in the following positive electrode active material layer.

負極活物質層中に含まれるバインダー量は、活物質を結着することができる量であれば特に限定されるものではないが、好ましくは負極活物質層の全量100質量%に対して、0.5〜15質量%であり、より好ましくは1〜10質量%であり、さらに好ましくは2〜4質量%であり、最も好ましくは2.5〜3.5質量%である。水系バインダーは結着
力が高いことから、有機溶媒系バインダーと比較して少量の添加で活物質層を形成できる。
The amount of the binder contained in the negative electrode active material layer is not particularly limited as long as it is an amount capable of binding the active material, but is preferably 0 with respect to 100% by mass of the total amount of the negative electrode active material layer. It is 0.5-15 mass%, More preferably, it is 1-10 mass%, More preferably, it is 2-4 mass%, Most preferably, it is 2.5-3.5 mass%. Since the water-based binder has high binding power, the active material layer can be formed with a small amount of addition as compared with the organic solvent-based binder.

負極活物質層は、必要に応じて、導電助剤、電解質(ポリマーマトリックス、イオン伝導性ポリマー、電解液など)、イオン伝導性を高めるためのリチウム塩などのその他の添加剤をさらに含む。   The negative electrode active material layer further includes a conductive additive, an electrolyte (polymer matrix, ion conductive polymer, electrolytic solution, etc.), and other additives such as a lithium salt for increasing ion conductivity, as necessary.

<導電助剤>
導電助剤とは、正極活物質層または負極活物質層の導電性を向上させるために配合される添加物をいう。特に制限されないが、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等のカーボンブラック、チャンネルブラック、サーマルブラック、グラファイト等のカーボン粉末や、気相成長炭素繊維(VGCF;登録商標)等の種々の炭素繊維、膨張黒鉛などの炭素材料が挙げられる。活物質層が導電助剤を含むと、活物質層の内部における電子ネットワークが効果的に形成され、電池の出力特性の向上に寄与しうる。
<Conductive aid>
The conductive auxiliary agent is an additive that is blended to improve the conductivity of the positive electrode active material layer or the negative electrode active material layer. Although not particularly limited, carbon black such as acetylene black, ketjen black and furnace black, carbon powder such as channel black, thermal black and graphite, various carbon fibers such as vapor grown carbon fiber (VGCF; registered trademark), Examples thereof include carbon materials such as expanded graphite. When the active material layer contains a conductive additive, an electronic network inside the active material layer is effectively formed, which can contribute to improvement of the output characteristics of the battery.

<リチウム塩>
リチウム塩は、上述した電解質が負極活物質層へと浸透することで、負極活物質層中に含まれることになる。したがって、負極活物質層に含まれうるリチウム塩の具体的な形態は、上述した電解質を構成するリチウム塩と同様である。
<Lithium salt>
The lithium salt is contained in the negative electrode active material layer when the electrolyte described above penetrates into the negative electrode active material layer. Therefore, the specific form of the lithium salt that can be contained in the negative electrode active material layer is the same as the lithium salt that constitutes the electrolyte described above.

<イオン伝導性ポリマー>
イオン伝導性ポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキシド(PEO)系およびポリプロピレンオキシド(PPO)系のポリマーが挙げられる。
<Ion conductive polymer>
Examples of the ion conductive polymer include polyethylene oxide (PEO) -based and polypropylene oxide (PPO) -based polymers.

負極活物質層中に含まれる成分の配合比は、特に限定されない。配合比は、リチウムイオン二次電池についての公知の知見を適宜参照することにより、調整されうる。   The compounding ratio of the components contained in the negative electrode active material layer is not particularly limited. The blending ratio can be adjusted by appropriately referring to known knowledge about lithium ion secondary batteries.

[正極]
正極は、負極とともにリチウムイオンの授受により電気エネルギーを生み出す機能を有する。正極は、集電体および正極活物質層を必須に含み、集電体の表面に正極活物質層が形成されてなる。
[Positive electrode]
The positive electrode has a function of generating electrical energy by transferring lithium ions together with the negative electrode. The positive electrode essentially includes a current collector and a positive electrode active material layer, and the positive electrode active material layer is formed on the surface of the current collector.

(集電体)
正極に用いられうる集電体は、負極に用いられうる集電体と同様であるため、ここでは説明を省略する。
(Current collector)
Since the current collector that can be used for the positive electrode is the same as the current collector that can be used for the negative electrode, description thereof is omitted here.

(正極活物質層)
正極活物質層は、活物質を必須に含み、必要に応じて、導電助剤、バインダー、電解質(ポリマーマトリックス、イオン伝導性ポリマー、電解液など)、イオン伝導性を高めるためのリチウム塩などのその他の添加剤をさらに含む。
(Positive electrode active material layer)
The positive electrode active material layer essentially includes an active material, and includes a conductive auxiliary agent, a binder, an electrolyte (polymer matrix, ion conductive polymer, electrolytic solution, etc.), and a lithium salt for enhancing ion conductivity, if necessary. It further contains other additives.

<正極活物質>
正極活物質は、充電時にリチウムイオンを放出し、放電時にリチウムイオンを吸蔵できる組成を有する。正極活物質としては、例えば、LiMn、LiCoO、LiNiO、Li(Ni−Mn−Co)Oおよびこれらの遷移金属の一部が他の元素により置換されたもの等のリチウム遷移金属複合酸化物、リン酸鉄リチウム等のリチウム遷移金属リン酸化合物、リチウム−遷移金属硫酸化合物などが挙げられる。場合によっては、2種以上の正極活物質が併用されてもよい。好ましくは、容量、出力特性の観点から、リチウム遷移金属複合酸化物またはリチウム遷移金属リン酸化合物が、正極活物質として用いられる。さらに、Li(Ni−Mn−Co)Oおよびこれらの遷移金属の一部が他の元
素により置換されたもの(以下、単に「NMC複合酸化物」とも称する)も用いられうる。NMC複合酸化物は、リチウム原子層と遷移金属(Mn、NiおよびCoが秩序正しく配置)原子層とが酸素原子層を介して交互に積み重なった層状結晶構造を持ち、遷移金属Mの1原子あたり1個のLi原子が含まれ、取り出せるLi量が、スピネル系リチウムマンガン酸化物の2倍、つまり供給能力が2倍になり、高い容量を持つことができる。
<Positive electrode active material>
The positive electrode active material has a composition capable of releasing lithium ions during charging and occluding lithium ions during discharging. Examples of the positive electrode active material include lithium transition such as LiMn 2 O 4 , LiCoO 2 , LiNiO 2 , Li (Ni—Mn—Co) O 2, and a part of these transition metals substituted with other elements. Examples thereof include metal composite oxides, lithium transition metal phosphate compounds such as lithium iron phosphate, and lithium-transition metal sulfate compounds. In some cases, two or more positive electrode active materials may be used in combination. Preferably, from the viewpoint of capacity and output characteristics, a lithium transition metal composite oxide or a lithium transition metal phosphate compound is used as the positive electrode active material. Furthermore, Li (Ni—Mn—Co) O 2 and those obtained by replacing a part of these transition metals with other elements (hereinafter also simply referred to as “NMC composite oxide”) can be used. The NMC composite oxide has a layered crystal structure in which a lithium atomic layer and a transition metal (Mn, Ni, and Co are arranged in order) are stacked alternately via an oxygen atomic layer. One Li atom is contained, and the amount of Li that can be taken out is twice that of the spinel lithium manganese oxide, that is, the supply capacity is doubled, so that a high capacity can be obtained.

NMC複合酸化物は、上述したように、遷移金属元素の一部が他の金属元素により置換されている複合酸化物も含む。その場合の他の元素としては、Ti、Zr、Nb、W、P、Al、Mg、V、Ca、Sr、Cr、Fe、B、Ga、In、Si、Mo、Y、Sn、V、Cu、Ag、Znなどが挙げられ、好ましくは、Ti、Zr、Nb、W、P、Al、Mg、V、Ca、Sr、Crであり、より好ましくは、Ti、Zr、P、Al、Mg、Crであり、サイクル特性向上の観点から、さらに好ましくは、Ti、Zr、Al、Mg、Crである。   As described above, the NMC composite oxide includes a composite oxide in which a part of the transition metal element is substituted with another metal element. Other elements in that case include Ti, Zr, Nb, W, P, Al, Mg, V, Ca, Sr, Cr, Fe, B, Ga, In, Si, Mo, Y, Sn, V, Cu , Ag, Zn, etc., preferably Ti, Zr, Nb, W, P, Al, Mg, V, Ca, Sr, Cr, more preferably Ti, Zr, P, Al, Mg, From the viewpoint of improving cycle characteristics, Ti, Zr, Al, Mg, and Cr are more preferable.

NMC複合酸化物は、理論放電容量が高いことから、好ましくは、一般式(1):LiNiMnCo(但し、式中、a、b、c、d、xは、0.9≦a≦1.2、0<b<1、0<c≦0.5、0<d≦0.5、0≦x≦0.3、b+c+d=1を満たす。MはTi、Zr、Nb、W、P、Al、Mg、V、Ca、Sr、Crから選ばれる元素で少なくとも1種類である)で表される組成を有する。ここで、aは、Liの原子比を表し、bは、Niの原子比を表し、cは、Mnの原子比を表し、dは、Coの原子比を表し、xは、Mの原子比を表す。サイクル特性の観点からは、一般式(1)において、0.4≦b≦0.6であることが好ましい。なお、各元素の組成は、例えば、誘導結合プラズマ(ICP)発光分析法により測定できる。 Since the NMC composite oxide has a high theoretical discharge capacity, it is preferable that the general formula (1): Li a Ni b Mn c Co d M x O 2 (where a, b, c, d, x Satisfies 0.9 ≦ a ≦ 1.2, 0 <b <1, 0 <c ≦ 0.5, 0 <d ≦ 0.5, 0 ≦ x ≦ 0.3, and b + c + d = 1. And at least one element selected from Ti, Zr, Nb, W, P, Al, Mg, V, Ca, Sr, and Cr. Here, a represents the atomic ratio of Li, b represents the atomic ratio of Ni, c represents the atomic ratio of Mn, d represents the atomic ratio of Co, and x represents the atomic ratio of M. Represents. From the viewpoint of cycle characteristics, it is preferable that 0.4 ≦ b ≦ 0.6 in the general formula (1). The composition of each element can be measured by, for example, inductively coupled plasma (ICP) emission spectrometry.

一般に、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)およびマンガン(Mn)は、材料の純度向上および電子伝導性向上という観点から、容量および出力特性に寄与することが知られている。Ti等は、結晶格子中の遷移金属を一部置換するものである。サイクル特性の観点からは、遷移元素の一部が他の金属元素により置換されていることが好ましく、特に一般式(1)において0<x≦0.3であることが好ましい。Ti、Zr、Nb、W、P、Al、Mg、V、Ca、SrおよびCrからなる群から選ばれる少なくとも1種が固溶することにより結晶構造が安定化されるため、その結果、充放電を繰り返しても電池の容量低下が防止でき、優れたサイクル特性が実現し得ると考えられる。   In general, nickel (Ni), cobalt (Co), and manganese (Mn) are known to contribute to capacity and output characteristics from the viewpoint of improving the purity of materials and improving electronic conductivity. Ti or the like partially replaces the transition metal in the crystal lattice. From the viewpoint of cycle characteristics, it is preferable that a part of the transition element is substituted with another metal element, and it is particularly preferable that 0 <x ≦ 0.3 in the general formula (1). Since at least one selected from the group consisting of Ti, Zr, Nb, W, P, Al, Mg, V, Ca, Sr, and Cr is dissolved, the crystal structure is stabilized. It is considered that the battery capacity can be prevented from decreasing even if the above is repeated, and that excellent cycle characteristics can be realized.

より好ましい実施形態としては、一般式(1)において、b、cおよびdが、0.44≦b≦0.51、0.27≦c≦0.31、0.19≦d≦0.26であることが、容量と耐久性とのバランスに優れる点で好ましい。   As a more preferable embodiment, in the general formula (1), b, c and d are 0.44 ≦ b ≦ 0.51, 0.27 ≦ c ≦ 0.31, 0.19 ≦ d ≦ 0.26. It is preferable that it is excellent in balance between capacity and durability.

なお、上記以外の正極活物質が用いられてもよいことは勿論である。   Of course, positive electrode active materials other than those described above may be used.

正極活物質層に含まれるそれぞれの活物質の平均粒子径は特に制限されないが、高出力化の観点からは、好ましくは1〜100μm、より好ましくは1〜30μmである。さらに好ましくは10〜30μmであり、大面積電極を取扱う高出力(低抵抗)で高容量な電池とする上で望ましい。   The average particle diameter of each active material contained in the positive electrode active material layer is not particularly limited, but is preferably 1 to 100 μm, more preferably 1 to 30 μm from the viewpoint of increasing output. More preferably, the thickness is 10 to 30 μm, which is desirable for a high output (low resistance) and high capacity battery that handles a large area electrode.

<バインダー>
バインダーは、活物質層中の構成部材同士または活物質層と集電体とを結着させて電極構造を維持する目的で添加される。正極活物質層に用いられるバインダーとしては、特に限定されないが、例えば、以下の材料が挙げられる。ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエーテルニトリル、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリアミド、セルロース、カルボキシメチルセルロース(CMC)およびそ
の塩、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリ塩化ビニル、スチレン・ブタジエンゴム(SBR)、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム、エチレン・プロピレン・ジエン共重合体、スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体およびその水素添加物、スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体およびその水素添加物などの熱可塑性高分子、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、フッ化ビニリデン系共重合体(変性PVdF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、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(PFA)、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、エチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)、ポリフッ化ビニル(PVF)等のフッ素樹脂、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン系フッ素ゴム(VDF−HFP系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−HFP−TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−ペンタフルオロプロピレン系フッ素ゴム(VDF−PFP系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−ペンタフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−PFP−TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−パーフルオロメチルビニルエーテル−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−PFMVE−TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−クロロトリフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−CTFE系フッ素ゴム)等のビニリデンフルオライド系フッ素ゴム、エポキシ樹脂等が挙げられる。これらのバインダーは、単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
<Binder>
The binder is added for the purpose of maintaining the electrode structure by binding the constituent members in the active material layer or the active material layer and the current collector. Although it does not specifically limit as a binder used for a positive electrode active material layer, For example, the following materials are mentioned. Polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate (PET), polyether nitrile, polyacrylonitrile, polyimide, polyamide, cellulose, carboxymethyl cellulose (CMC) and its salts, ethylene-vinyl acetate copolymer, polyvinyl chloride, styrene-butadiene rubber (SBR) ), Isoprene rubber, butadiene rubber, ethylene / propylene rubber, ethylene / propylene / diene copolymer, styrene / butadiene / styrene block copolymer and hydrogenated product thereof, styrene / isoprene / styrene block copolymer and hydrogenated product thereof Thermoplastic polymers such as products, polyvinylidene fluoride (PVdF), vinylidene fluoride copolymer (modified PVdF), polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene Rene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), ethylene-tetrafluoroethylene copolymer (ETFE), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), ethylene- Fluoropolymers such as chlorotrifluoroethylene copolymer (ECTFE) and polyvinyl fluoride (PVF), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene fluororubber (VDF-HFP fluoropolymer), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetra Fluoroethylene fluoro rubber (VDF-HFP-TFE fluoro rubber), vinylidene fluoride-pentafluoropropylene fluoro rubber (VDF-PFP fluoro rubber), vinylidene fluoride-pe Tafluoropropylene-tetrafluoroethylene fluorine rubber (VDF-PFP-TFE fluorine rubber), vinylidene fluoride-perfluoromethyl vinyl ether-tetrafluoroethylene fluorine rubber (VDF-PFMVE-TFE fluorine rubber), vinylidene fluoride -Vinylidene fluoride-based fluororubber such as chlorotrifluoroethylene-based fluororubber (VDF-CTFE-based fluororubber), epoxy resin and the like. These binders may be used independently and may use 2 or more types together.

正極活物質層中に含まれるバインダーの含有量は、活物質を結着することができる量であれば特に限定されるものではないが、正極活物質層に対して、好ましくは0〜30質量%である。より好ましくは0.5〜15質量%であり、さらに好ましくは1〜10質量%であり、よりさらに好ましくは2〜8質量%であり、特に好ましくは3〜7質量%である。親水性の変性PVdF等のバインダー(有機溶媒系バインダ)は、その含有量を増加させることによって吸液速度が上がるが、エネルギー密度の観点では不利になる。また、多すぎるバインダー量は電池の抵抗を増加させてしまう。よって、正極活物質層中に含まれるバインダー量を上記範囲内とすることにより、活物質を効率よく結着することができ、本実施形態の効果をより一層高めることができる。   The content of the binder contained in the positive electrode active material layer is not particularly limited as long as it is an amount capable of binding the active material, but is preferably 0 to 30 mass with respect to the positive electrode active material layer. %. More preferably, it is 0.5-15 mass%, More preferably, it is 1-10 mass%, More preferably, it is 2-8 mass%, Most preferably, it is 3-7 mass%. A binder (organic solvent-based binder) such as hydrophilic modified PVdF increases the liquid absorption speed by increasing its content, but it is disadvantageous in terms of energy density. Also, an excessive amount of binder increases the resistance of the battery. Therefore, by making the amount of the binder contained in the positive electrode active material layer within the above range, the active material can be bound efficiently, and the effect of this embodiment can be further enhanced.

<導電助剤>
導電助剤は、活物質層の導電性を向上させるために配合される添加物をいう。導電助剤としては、特に制限されないが、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等のカーボンブラック、チャンネルブラック、サーマルブラック、グラファイト等のカーボン粉末や、気相成長炭素繊維(VGCF;登録商標)等の種々の炭素繊維、膨張黒鉛などの炭素材料が挙げられる。活物質層が導電助剤を含むと、活物質層の内部における電子ネットワークが効果的に形成され、電池の出力特性の向上に寄与しうる。
<Conductive aid>
The conductive auxiliary agent is an additive blended to improve the conductivity of the active material layer. Although it does not restrict | limit especially as a conductive support agent, Carbon powder, such as acetylene black, Ketjen black, furnace black, carbon powder, such as channel black, thermal black, a graphite, vapor growth carbon fiber (VGCF; registered trademark), etc. Various carbon fibers, carbon materials such as expanded graphite. When the active material layer contains a conductive additive, an electronic network inside the active material layer is effectively formed, which can contribute to improvement of the output characteristics of the battery.

正極活物質層中に含まれる導電助剤の含有量は、活物質の導電性を向上させることができる量であれば特に限定されるものではなく、正極活物質層に対して、好ましくは0.5〜15質量%の範囲である。より好ましくは1〜10質量%であり、さらに好ましくは2〜8質量%であり、特に好ましくは3〜7質量%の範囲である。   The content of the conductive additive contained in the positive electrode active material layer is not particularly limited as long as it is an amount that can improve the conductivity of the active material, and is preferably 0 with respect to the positive electrode active material layer. It is the range of 5-15 mass%. More preferably, it is 1-10 mass%, More preferably, it is 2-8 mass%, Most preferably, it is the range of 3-7 mass%.

正極活物質層は、必要に応じて、導電助剤、電解質(ポリマーマトリックス、イオン伝導性ポリマー、電解液など)、イオン伝導性を高めるためのリチウム塩などのその他の添加剤をさらに含む。このうち、バインダーおよび導電助剤に関しては、上記した通りである。   The positive electrode active material layer further includes other additives such as a conductive additive, an electrolyte (polymer matrix, ion conductive polymer, electrolytic solution, etc.), and a lithium salt for enhancing ion conductivity, as necessary. Among these, the binder and the conductive assistant are as described above.

<リチウム塩>
リチウム塩は、上述した電解質が負極活物質層へと浸透することで、負極活物質層中に含まれることになる。したがって、負極活物質層に含まれうるリチウム塩の具体的な形態は、上述した電解質を構成するリチウム塩と同様である。
<Lithium salt>
The lithium salt is contained in the negative electrode active material layer when the electrolyte described above penetrates into the negative electrode active material layer. Therefore, the specific form of the lithium salt that can be contained in the negative electrode active material layer is the same as the lithium salt that constitutes the electrolyte described above.

<イオン伝導性ポリマー>
イオン伝導性ポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキシド(PEO)系およびポリプロピレンオキシド(PPO)系のポリマーが挙げられる。
<Ion conductive polymer>
Examples of the ion conductive polymer include polyethylene oxide (PEO) -based and polypropylene oxide (PPO) -based polymers.

正極活物質層中に含まれる成分の配合比は、特に規定していないものについては、限定されるものではなく、これらの配合量(配合比)は、リチウムイオン二次電池についての公知の知見を適宜参照することにより、調整されうる。   The compounding ratio of the components contained in the positive electrode active material layer is not particularly limited if not specified, and these compounding amounts (compounding ratios) are known knowledge about lithium ion secondary batteries. Can be adjusted by appropriately referring to.

正極活物質層の厚さについては、特に制限はなく、電池についての従来公知の知見が適宜参照されうる。一例を挙げると、正極活物質層の厚さは、2〜100μm程度である。   There is no restriction | limiting in particular about the thickness of a positive electrode active material layer, The conventionally well-known knowledge about a battery can be referred suitably. For example, the thickness of the positive electrode active material layer is about 2 to 100 μm.

正極(正極活物質層)は、通常のスラリーを塗布(コーティング)する方法のほか、混練法、スパッタ法、蒸着法、CVD法、PVD法、イオンプレーティング法および溶射法のいずれかの方法によって形成することができる。   The positive electrode (positive electrode active material layer) can be applied by any one of a kneading method, a sputtering method, a vapor deposition method, a CVD method, a PVD method, an ion plating method, and a thermal spraying method in addition to a method of applying (coating) a normal slurry. Can be formed.

[電解質層]
電解質層は、電解質を保持(含浸)したセパレータで構成されてなる。電解質としては、上記した本形態の電解質(溶媒和イオン液体)が適用される。
[Electrolyte layer]
The electrolyte layer is composed of a separator that holds (impregnates) the electrolyte. As the electrolyte, the above-described electrolyte of the present embodiment (solvated ionic liquid) is applied.

(セパレータ)
セパレータは、上記した本形態の電解質を保持して正極と負極との間のリチウムイオン(キャリアイオン)の伝導性を確保する機能、および正極と負極との間の隔壁としての機能を有する。
(Separator)
The separator has a function of holding the electrolyte of this embodiment as described above to ensure the conductivity of lithium ions (carrier ions) between the positive electrode and the negative electrode, and a function as a partition between the positive electrode and the negative electrode.

セパレータの形態としては、例えば、上記電解質(溶媒和イオン液体)を吸収保持するポリマーや繊維からなる多孔性シートのセパレータや不織布セパレータ等を挙げることができる。   Examples of the separator include a porous sheet separator or a nonwoven fabric separator made of a polymer or fiber that absorbs and holds the electrolyte (solvated ionic liquid).

ポリマーないし繊維からなる多孔性シートのセパレータとしては、例えば、微多孔質(微多孔膜)を用いることができる。該ポリマーないし繊維からなる多孔性シートの具体的な形態としては、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)などのポリオレフィン;これらを複数積層した積層体(例えば、PP/PE/PPの3層構造をした積層体など)、ポリイミド、アラミド、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン(PVdF−HFP)等の炭化水素系樹脂、ガラス繊維などからなる微多孔質(微多孔膜)セパレータが挙げられる。   As a separator for a porous sheet made of a polymer or fiber, for example, a microporous (microporous film) can be used. Specific examples of the porous sheet made of the polymer or fiber include polyolefins such as polyethylene (PE) and polypropylene (PP); a laminate in which a plurality of these are laminated (for example, three layers of PP / PE / PP) And a microporous (microporous membrane) separator made of a hydrocarbon resin such as polyimide, aramid, polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene (PVdF-HFP), glass fiber, and the like.

微多孔質(微多孔膜)セパレータの厚みとして、使用用途により異なることから一義的に規定することはできない。一例を示せば、電気自動車(EV)やハイブリッド電気自動車(HEV)、燃料電池自動車(FCV)などのモータ駆動用二次電池などの用途においては、単層あるいは多層で4〜60μmであることが望ましい。前記微多孔質(微多孔膜)セパレータの微細孔径は、最大で1μm以下(通常、数十nm程度の孔径である)であることが望ましい。   The thickness of the microporous (microporous membrane) separator cannot be uniquely defined because it varies depending on the intended use. For example, in applications such as secondary batteries for driving motors such as electric vehicles (EV), hybrid electric vehicles (HEV), and fuel cell vehicles (FCV), it may be 4 to 60 μm in a single layer or multiple layers. desirable. The fine pore diameter of the microporous (microporous membrane) separator is desirably 1 μm or less (usually a pore diameter of about several tens of nm).

不織布セパレータとしては、綿、レーヨン、アセテート、ナイロン、ポリエステル;PP、PEなどのポリオレフィン;ポリイミド、アラミドなど従来公知のものを、単独また
は混合して用いる。また、不織布のかさ密度は、含浸させた電解質により十分な電池特性が得られるものであればよく、特に制限されるべきものではない。さらに、不織布セパレータの厚さは、電解質層と同じであればよく、好ましくは5〜200μmであり、特に好ましくは10〜100μmである。
As the nonwoven fabric separator, cotton, rayon, acetate, nylon, polyester; polyolefins such as PP and PE; conventionally known ones such as polyimide and aramid are used alone or in combination. The bulk density of the nonwoven fabric is not particularly limited as long as sufficient battery characteristics can be obtained by the impregnated electrolyte. Furthermore, the thickness of the nonwoven fabric separator may be the same as that of the electrolyte layer, preferably 5 to 200 μm, particularly preferably 10 to 100 μm.

ここで、セパレータは、樹脂多孔質基体の少なくとも一方の面に耐熱絶縁層が積層されたセパレータでありうる。耐熱絶縁層は、無機粒子およびバインダーを含むセラミック層である。耐熱絶縁層を有することによって、温度上昇の際に増大するセパレータの内部応力が緩和されるため熱収縮抑制効果が得られうる。また、耐熱絶縁層を有することによって、耐熱絶縁層付セパレータの機械的強度が向上し、セパレータの破膜が起こりにくい。さらに、熱収縮抑制効果および機械的強度の高さから、電気デバイスの製造工程でセパレータがカールしにくくなる。   Here, the separator may be a separator in which a heat-resistant insulating layer is laminated on at least one surface of the resin porous substrate. The heat-resistant insulating layer is a ceramic layer containing inorganic particles and a binder. By having the heat-resistant insulating layer, the internal stress of the separator that increases when the temperature rises is relieved, so that the effect of suppressing thermal shrinkage can be obtained. Moreover, by having a heat-resistant insulating layer, the mechanical strength of the separator with a heat-resistant insulating layer is improved, and it is difficult for the separator to break. Furthermore, the separator is less likely to curl in the electrical device manufacturing process due to the effect of suppressing thermal shrinkage and high mechanical strength.

このように、耐熱絶縁層としてのセラミック層が積層されてなる構造を有するセパレータにおいては、当該セラミック層が、発電要素の内部で発生したガスを前記発電要素の外部へと放出させるガス放出手段としても機能する。   As described above, in a separator having a structure in which ceramic layers as heat-resistant insulating layers are laminated, the ceramic layer serves as a gas release means for releasing the gas generated inside the power generation element to the outside of the power generation element. Also works.

また、本形態では、上述した電解質(溶媒和イオン液体)がセパレータ中に保持される。セパレータに保持される上述の電解質は、液体電解質(溶媒和イオン液体からなる電解液)の形態であってもよい。或いは、ゲルポリマー電解質の形態であってもよい。ここで、ゲルポリマー電解質は、イオン伝導性ポリマーからなるマトリックスポリマー(ホストポリマー)に、上記の液体電解質(溶媒和イオン液体からなる電解液成分)が注入されてなる構成を有する。ゲルポリマー電解質を用いることで電解質の流動性がなくなり、各層間のイオン伝導性を遮断することが容易になる点で優れている。マトリックスポリマー(ホストポリマー)として用いられるイオン伝導性ポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド(PPO)、およびこれらの共重合体等が挙げられる。かようなポリアルキレンオキシド系ポリマーには、リチウム塩(電解質塩)がよく溶解しうる。   In this embodiment, the above-described electrolyte (solvated ionic liquid) is held in the separator. The above-described electrolyte held in the separator may be in the form of a liquid electrolyte (electrolytic solution made of a solvated ionic liquid). Alternatively, it may be in the form of a gel polymer electrolyte. Here, the gel polymer electrolyte has a configuration in which the above liquid electrolyte (electrolyte component composed of solvated ionic liquid) is injected into a matrix polymer (host polymer) composed of an ion conductive polymer. Use of the gel polymer electrolyte is superior in that the fluidity of the electrolyte is lost, and it becomes easy to block the ion conductivity between the layers. Examples of the ion conductive polymer used as the matrix polymer (host polymer) include polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), and copolymers thereof. Lithium salts (electrolyte salts) can be well dissolved in such polyalkylene oxide polymers.

ゲル電解質のマトリックスポリマーは、架橋構造を形成することによって、優れた機械的強度を発現しうる。架橋構造を形成させるには、適当な重合開始剤を用いて、高分子電解質形成用の重合性ポリマー(例えば、PEOやPPO)に対して熱重合、紫外線重合、放射線重合、電子線重合等の重合処理を施せばよい。   The matrix polymer of gel electrolyte can express excellent mechanical strength by forming a crosslinked structure. In order to form a crosslinked structure, thermal polymerization, ultraviolet polymerization, radiation polymerization, electron beam polymerization, etc. are performed on a polymerizable polymer (for example, PEO or PPO) for forming a polymer electrolyte using an appropriate polymerization initiator. A polymerization treatment may be performed.

[集電板(タブ)]
リチウムイオン二次電池においては、電池外部に電流を取り出す目的で、集電体に電気的に接続された集電板(タブ)が外装材であるラミネートフィルムの外部に取り出されている。
[Current collector (tab)]
In a lithium ion secondary battery, a current collector plate (tab) electrically connected to a current collector is taken out of a laminate film as an exterior material for the purpose of taking out current outside the battery.

集電板(18、19)を構成する材料は、特に制限されず、リチウムイオン二次電池用の集電板として従来用いられている公知の高導電性材料が用いられうる。集電板の構成材料としては、例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼(SUS)、これらの合金等の金属材料が好ましい。軽量、耐食性、高導電性の観点から、より好ましくはアルミニウム、銅であり、特に好ましくはアルミニウムである。なお、正極集電板19と負極集電板18とでは、同一の材料が用いられてもよいし、異なる材料が用いられてもよい。   The material which comprises a current collector plate (18, 19) is not restrict | limited in particular, The well-known highly electroconductive material conventionally used as a current collector plate for lithium ion secondary batteries can be used. As a constituent material of the current collector plate, for example, metal materials such as aluminum, copper, titanium, nickel, stainless steel (SUS), and alloys thereof are preferable. From the viewpoint of light weight, corrosion resistance, and high conductivity, aluminum and copper are more preferable, and aluminum is particularly preferable. Note that the positive electrode current collector plate 19 and the negative electrode current collector plate 18 may be made of the same material or different materials.

[シール部]
シール部は、直列積層型電池に特有の部材であり、電解質層の漏れを防止する機能を有する。このほかにも、電池内で隣り合う集電体同士が接触したり、積層電極の端部の僅か
な不ぞろいなどによる短絡が起こったりするのを防止することもできる。
[Seal part]
The seal portion is a member unique to the serially stacked battery and has a function of preventing leakage of the electrolyte layer. In addition to this, it is possible to prevent current collectors adjacent in the battery from coming into contact with each other and a short circuit due to a slight unevenness at the end of the laminated electrode.

シール部の構成材料としては、特に制限されないが、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂、エポキシ樹脂、ゴム、ポリイミド等が用いられうる。これらのうち、耐蝕性、耐薬品性、製膜性、経済性などの観点からは、ポリオレフィン樹脂を用いることが好ましい。   The constituent material of the seal portion is not particularly limited, but polyolefin resin such as polyethylene and polypropylene, epoxy resin, rubber, polyimide and the like can be used. Among these, it is preferable to use a polyolefin resin from the viewpoints of corrosion resistance, chemical resistance, film-forming property, economy, and the like.

[正極リードおよび負極リード]
また、図示は省略するが、集電体23と集電板(18、19)との間を正極リードや負極リードを介して電気的に接続してもよい。正極および負極リードの構成材料としては、公知のリチウムイオン二次電池において用いられる材料が同様に採用されうる。なお、外装から取り出された部分は、周辺機器や配線などに接触して漏電したりして製品(例えば、自動車部品、特に電子機器等)に影響を与えないように、耐熱絶縁性の熱収縮チューブなどにより被覆することが好ましい。
[Positive lead and negative lead]
Moreover, although illustration is abbreviate | omitted, you may electrically connect between the electrical power collector 23 and a collector plate (18, 19) via a positive electrode lead or a negative electrode lead. As a constituent material of the positive electrode and the negative electrode lead, materials used in known lithium ion secondary batteries can be similarly employed. In addition, heat-shrinkable heat-shrinkable parts are removed from the exterior so that they do not affect products (for example, automobile parts, especially electronic devices) by touching peripheral devices or wiring and causing leakage. It is preferable to coat with a tube or the like.

[電池外装体]
電池外装体22は、その内部に発電要素を封入する部材であり、発電要素を覆うことができる、アルミニウムを含むラミネートフィルムを用いた袋状のケースなどが用いられうる。該ラミネートフィルムとしては、例えば、ポリプロピレン(PP)、アルミニウム、ナイロンをこの順に積層してなる3層構造のラミネートフィルム等を用いることができるが、これらに何ら制限されるものではない。高出力化や冷却性能に優れ、EV、HEV用の大型機器用電池に好適に利用することができるという観点から、ラミネートフィルムが望ましい。また、外部から掛かる発電要素への群圧を容易に調整することができ、電池が大型化できることから、発電要素が積層構造であり、かつ外装体はアルミニウムを含むラミネートフィルムがより好ましい。
[Battery exterior]
The battery outer body 22 is a member that encloses the power generation element therein, and a bag-like case using a laminate film containing aluminum that can cover the power generation element may be used. As the laminate film, for example, a laminate film having a three-layer structure in which polypropylene (PP), aluminum, and nylon are laminated in this order can be used, but the laminate film is not limited thereto. A laminate film is desirable from the viewpoint that it is excellent in high output and cooling performance, and can be suitably used for a battery for large equipment for EV and HEV. Moreover, since the group pressure to the power generation element applied from the outside can be easily adjusted and the battery can be enlarged, the power generation element has a laminated structure, and the exterior body is more preferably a laminate film containing aluminum.

電池外装体22の内容積は発電要素17を封入できるように、発電要素17の容積よりも大きくなるように構成されている。ここで外装体の内容積とは、外装体で封止した後の真空引きを行う前の外装体内の容積を指す。また、発電要素の容積とは、発電要素が空間的に占める部分の容積であり、発電要素内の空孔部を含む。外装体の内容積が発電要素の容積よりも大きいことで、ガスが発生した際にガスを溜めることができる空間が存在する。これにより、発電要素からのガスの放出性が向上し、発生したガスが電池挙動に影響することが少なく、電池特性が向上する。   The internal volume of the battery outer body 22 is configured to be larger than the volume of the power generation element 17 so that the power generation element 17 can be enclosed. Here, the internal volume of the exterior body refers to the volume in the exterior body before evacuation after sealing with the exterior body. The volume of the power generation element is the volume of the space occupied by the power generation element, and includes a hole in the power generation element. Since the inner volume of the exterior body is larger than the volume of the power generation element, there is a space in which gas can be stored when gas is generated. Thereby, the gas release property from the power generation element is improved, the generated gas is less likely to affect the battery behavior, and the battery characteristics are improved.

以上で説明したリチウムイオン二次電池は、本形態の電解質を使用することにより、優れたサイクル特性を発揮し得る。よって、本形態の電解質を適用した二次電池は、必要に応じて組電池化して、電動車両の電源装置として好適に用いられる。   The lithium ion secondary battery described above can exhibit excellent cycle characteristics by using the electrolyte of this embodiment. Therefore, the secondary battery to which the electrolyte of the present embodiment is applied is assembled as necessary and is suitably used as a power supply device for an electric vehicle.

[組電池]
組電池は、本形態のリチウムイオン二次電池を複数個接続して構成したものである。詳しくは、当該二次電池を少なくとも2つ以上用いて、直列化あるいは並列化あるいはその両方で構成されるものである。直列、並列化することで容量および電圧を自由に調節することが可能になる。また容量が大きく、サイクル特性に優れた本形態のリチウムイオン二次電を複数個接続して組電池を形成することで、更なる高容量の(組)電池(電気自動車用電源)を実現することができる。
[Battery]
The assembled battery is configured by connecting a plurality of lithium ion secondary batteries of this embodiment. In detail, at least two or more of the secondary batteries are used to be serialized or parallelized or both. Capacitance and voltage can be freely adjusted by paralleling in series. In addition, a battery pack (electric vehicle power supply) with higher capacity can be realized by forming a battery pack by connecting a plurality of lithium ion secondary batteries of this embodiment with large capacity and excellent cycle characteristics. be able to.

二次電池が複数、直列にまたは並列に接続して装脱着可能な小型の組電池を形成することもできる。そして、この装脱着可能な小型の組電池をさらに複数、直列に又は並列に接続して、高体積エネルギー密度、高体積出力密度が求められる車両駆動用電源や補助電源に適した大容量、大出力を持つ組電池を形成することもできる。何個の二次電池を接続し
て組電池を作製するか、また、何段の小型組電池を積層して大容量の組電池を作製するかは、搭載される車両(電気自動車)の電池容量や出力に応じて決めればよい。
A plurality of secondary batteries can be connected in series or in parallel to form a small assembled battery that can be attached and detached. Then, a plurality of small assembled batteries that can be attached and detached are connected in series or in parallel to provide a large capacity and large capacity suitable for vehicle drive power supplies and auxiliary power supplies that require high volume energy density and high volume output density. An assembled battery having an output can also be formed. How many secondary batteries are connected to make an assembled battery, and how many small assembled batteries are stacked to make a large-capacity assembled battery depends on the vehicle (electric vehicle) battery It may be determined according to the capacity and output.

[車両]
本実施形態の自動車用の高出力(低抵抗)で高容量のリチウムイオン二次電池は、出力特性に優れ、また長期使用しても放電容量が維持され、サイクル特性が良好である。電気自動車やハイブリッド電気自動車や燃料電池車やハイブリッド燃料電池自動車などの車両用途においては、電気・携帯電子機器用途と比較して、高容量、大型化が求められるとともに、長寿命化が必要となる。したがって、本実施形態の自動車用の高出力(低抵抗)で高容量のリチウムイオン二次電池は、車両用の電源として、例えば、車両駆動用電源や補助電源に好適に利用することができる。
[vehicle]
The high-output (low resistance) and high-capacity lithium ion secondary battery for automobiles of this embodiment has excellent output characteristics, maintains discharge capacity even after long-term use, and has good cycle characteristics. Vehicle applications such as electric vehicles, hybrid electric vehicles, fuel cell vehicles, and hybrid fuel cell vehicles require higher capacity, larger size, and longer life than electric and portable electronic devices. . Therefore, the high output (low resistance) and high capacity lithium ion secondary battery for automobiles of this embodiment can be suitably used as a power source for vehicles, for example, as a power source for driving vehicles or an auxiliary power source.

具体的には、本実施形態のリチウムイオン二次電池またはこれらを複数個組み合わせてなる組電池を車両に搭載することができる。本実施形態では、長期信頼性および出力特性に優れた高寿命のリチウムイオン二次電池を構成できることから、こうした二次電池を搭載するとEV走行距離の長いプラグインハイブリッド電気自動車や、一充電走行距離の長い電気自動車を構成できる。本実施形態のリチウムイオン二次電池またはこれらを複数個組み合わせてなる組電池を、例えば、自動車ならばハイブリット車、燃料電池車、電気自動車(いずれも四輪車(乗用車、トラック、バスなどの商用車、軽自動車など)のほか、二輪車(バイク)や三輪車を含む)に用いることにより高寿命で信頼性の高い自動車となるからである。ただし、用途が自動車に限定されるわけではなく、例えば、他の車両、例えば、電車などの移動体の各種電源であっても適用は可能であるし、無停電電源装置などの載置用電源として利用することも可能である。   Specifically, the lithium ion secondary battery of this embodiment or an assembled battery formed by combining a plurality of these can be mounted on a vehicle. In this embodiment, since a long-life lithium ion secondary battery excellent in long-term reliability and output characteristics can be configured, a plug-in hybrid electric vehicle having a long EV mileage when mounted with such a secondary battery, or a single charge mileage A long electric vehicle can be constructed. The lithium ion secondary battery of the present embodiment or an assembled battery obtained by combining a plurality of these batteries may be a hybrid vehicle, a fuel cell vehicle, an electric vehicle (for example, a four-wheel vehicle (passenger car, truck, bus, etc. (In addition to cars, light vehicles, etc.), motorcycles (including motorcycles) and tricycles) can be used to provide a long-life and highly reliable vehicle. However, the application is not limited to automobiles. For example, it can be applied to various power sources for moving vehicles such as other vehicles, for example, trains, and power sources for mounting such as uninterruptible power supplies. It is also possible to use as.

以下、実施例にて本発明をさらに詳細に説明する。なお、下記の室温は20〜25℃を示す。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. In addition, the following room temperature shows 20-25 degreeC.

(実施例1)
[溶媒和イオン液体 [Li(G1)0.6(G2)0.6][FSI]の評価]
[電解質合成]
Li塩として、購入したリチウムビスフルオロスルホニルイミド(以下、LiFSIと表記する)(キシダ化学株式会社製)をサンプル容器に所定量を量りとった。LiFSIの重量に対して0.6モルとなるようにメチルモノグライム(以下、G1と表記する)とメチルジグライム(以下、G2と表記する)(G1、G2共に日本乳化剤株式会社製)を量りいれ、60℃となるように保温した容器内で5日間撹拌した。これにより、所定の溶媒和イオン液体電解質([Li(G1)0.6(G2)0.6][FSI])を得た。一連の作業はすべて露点−60℃以下となるアルゴン雰囲気下のグローブボックス内で行なった。Li塩、G1、G2のモル数、溶媒和イオン液体の[O]/[Li]を下記表1に示す。
Example 1
[Evaluation of Solvated Ionic Liquid [Li (G1) 0.6 (G2) 0.6 ] [FSI]]
[Electrolyte synthesis]
As a Li salt, a purchased lithium bisfluorosulfonylimide (hereinafter referred to as LiFSI) (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) was weighed into a sample container. Weigh methylmonoglyme (hereinafter referred to as G1) and methyldiglyme (hereinafter referred to as G2) (both G1 and G2 are manufactured by Nippon Emulsifier Co., Ltd.) so as to be 0.6 mol with respect to the weight of LiFSI. The mixture was stirred for 5 days in a container kept at 60 ° C. Thus, a predetermined solvated ionic liquid electrolyte ([Li (G1) 0.6 (G2) 0.6 ] [FSI]) was obtained. A series of operations were all performed in a glove box under an argon atmosphere with a dew point of −60 ° C. or lower. The number of moles of Li salt, G1, and G2, and [O] / [Li] of the solvated ionic liquid are shown in Table 1 below.

[シリコン電極の作製]
電極集電体として、ニッケル箔(厚み20μm)を準備した。次いで、このニッケル箔の表面に、RFスパッタ成膜法により負極活物質層であるアモルファスシリコン(ケイ素)薄膜(厚み100nm)を形成することで目的とするアモルファスシリコン電極シート(負極電極シート)を作製した。このシリコン電極シートの大きさは、縦100mm×横
100mmとした。
[Production of silicon electrode]
A nickel foil (thickness 20 μm) was prepared as an electrode current collector. Next, an amorphous silicon (silicon) thin film (thickness: 100 nm), which is a negative electrode active material layer, is formed on the surface of the nickel foil by an RF sputtering film forming method to produce a target amorphous silicon electrode sheet (negative electrode sheet). did. The size of the silicon electrode sheet was 100 mm long × 100 mm wide.

[電池の作製]
上記で得られた負極電極シートから、直径(φ)15mmに電極を打ち抜き、別途、上
記で得られた電解質を含浸させた多孔質ガラスフィルム(厚さ200μm)をセパレータとして挟み込み、対極にLi箔を用いて、市販の組み立て式セル(電池)に組み込んだ。一連の作業はすべて露点−60℃以下となるアルゴン雰囲気下のグローブボックス内で行なった。
[Production of battery]
An electrode is punched out from the negative electrode sheet obtained above to a diameter (φ) of 15 mm, and a porous glass film (thickness: 200 μm) impregnated with the electrolyte obtained above is sandwiched as a separator, and a Li foil is provided as a counter electrode. Was assembled into a commercially available assembled cell (battery). A series of operations were all performed in a glove box under an argon atmosphere with a dew point of −60 ° C. or lower.

[サイクル試験]
組み立てた電池をグローブボックスから取り出し、温度30℃一定となる恒温槽内に設置した後、0.5Cの電流値にて、5mV〜2.0Vの電位範囲で、定電流モードで充放電を行った。この充放電操作を1サイクルとして、100サイクル目まで充電・放電を繰り返すことで、サイクル試験を実施した。サイクル試験結果として、サイクル数と容量維持率との関係を示すグラフ(サイクル特性グラフ)を図3に示す。
[Cycle test]
Take out the assembled battery from the glove box and place it in a thermostatic chamber at a constant temperature of 30 ° C, then charge and discharge in a constant current mode at a current value of 0.5 C and a potential range of 5 mV to 2.0 V. It was. This charge / discharge operation was defined as one cycle, and the cycle test was performed by repeating the charge / discharge up to the 100th cycle. As a cycle test result, a graph (cycle characteristic graph) showing the relationship between the number of cycles and the capacity retention rate is shown in FIG.

図3から、100サイクル後、シリコン電極を用いた電池の放電容量は初期最大容量(1〜10サイクル目までの最大放電容量)の90%以上の容量維持率を示すことが確認できた。   From FIG. 3, it was confirmed that after 100 cycles, the discharge capacity of the battery using the silicon electrode showed a capacity retention rate of 90% or more of the initial maximum capacity (maximum discharge capacity up to the 1st to 10th cycles).

ここで、各サイクル毎の容量維持率は、下記式(式中のnは1〜100の整数)により算出した。   Here, the capacity maintenance rate for each cycle was calculated by the following formula (where n is an integer of 1 to 100).

(実施例2)
[溶媒和イオン液体 [Li(G1)0.7(G2)0.7][FSI]の評価]
電解質として用いる溶媒和イオン液体の組成を[Li(G1)0.7(G2)0.7][FSI]となるように、所定のLiFSI量に対して、G1、G2それぞれ0.7モルとなるように量りいれた。これ以外は実施例1と同様にして、電解質合成、シリコン電極の作製、電池の作製及びサイクル試験を行った。Li塩、G1、G2のモル数、溶媒和イオン液体の[O]/[Li]を下記表1に示す。また、サイクル試験結果として、サイクル数と容量維持率との関係を示すグラフ(サイクル特性グラフ)を図4に示す。
(Example 2)
[Evaluation of Solvated Ionic Liquid [Li (G1) 0.7 (G2) 0.7 ] [FSI]]
The composition of the solvated ionic liquid used as the electrolyte is [Li (G1) 0.7 (G2) 0.7 ] [FSI]. Weighed to be. Except this, it carried out similarly to Example 1, and performed electrolyte synthesis, preparation of a silicon electrode, preparation of a battery, and a cycle test. The number of moles of Li salt, G1, and G2, and [O] / [Li] of the solvated ionic liquid are shown in Table 1 below. Further, as a cycle test result, a graph (cycle characteristic graph) showing the relationship between the number of cycles and the capacity retention rate is shown in FIG.

図4から、100サイクル後、シリコン電極を用いた電池の放電容量は初期容量の95%以上の容量維持率を示すことが確認できた。   From FIG. 4, it was confirmed that after 100 cycles, the discharge capacity of the battery using the silicon electrode showed a capacity retention rate of 95% or more of the initial capacity.

(実施例3)
[溶媒和イオン液体 [Li(G1)0.76(G2)0.76][FSI]の評価]
電解質として用いる溶媒和イオン液体の組成を[Li(G1)0.76(G2)0.76][FSI]となるように、所定のLiFSI量に対して、G1、G2それぞれ0.76モルとなるように量りいれた。これ以外は実施例1と同様して、電解質合成、シリコン電極の作製、電池の作製及びサイクル試験を行った。Li塩、G1、G2のモル数、溶媒和イオン液体の[O]/[Li]を下記表1に示す。また、サイクル試験結果として、サイクル数と容量維持率との関係を示すグラフ(サイクル特性グラフ)を図5に示す。
(Example 3)
[Evaluation of Solvated Ionic Liquid [Li (G1) 0.76 (G2) 0.76 ] [FSI]]
The composition of the solvated ionic liquid used as the electrolyte is [Li (G1) 0.76 (G2) 0.76 ] [FSI]. Weighed to be. Except this, it carried out similarly to Example 1, and performed electrolyte synthesis, preparation of a silicon electrode, preparation of a battery, and a cycle test. The number of moles of Li salt, G1, and G2, and [O] / [Li] of the solvated ionic liquid are shown in Table 1 below. In addition, as a cycle test result, a graph (cycle characteristic graph) showing the relationship between the number of cycles and the capacity retention rate is shown in FIG.

図5から、100サイクル後、シリコン電極を用いた電池の放電容量は初期容量の92%以上の容量維持率を示すことが確認できた。   From FIG. 5, it was confirmed that after 100 cycles, the discharge capacity of the battery using the silicon electrode showed a capacity retention rate of 92% or more of the initial capacity.

(実施例4)
[溶媒和イオン液体 [Li(G1)0.7(G2)0.7][TFSI]の評価]
実施例2で使用したLiFSIをリチウムビストリフルオロメタンスルホニルイミド(
以下、LiTFSIと表記する)に置き換えた以外は、実施例2に従って電解質合成、シリコン電極の作製、電池の作製及びサイクル試験を行った。Li塩、G1、G2のモル数、溶媒和イオン液体の[O]/[Li]を下記表1に示す。また、サイクル試験結果として、サイクル数と容量維持率との関係を示すグラフ(サイクル特性グラフ)を図6に示す。
Example 4
[Evaluation of Solvated Ionic Liquid [Li (G1) 0.7 (G2) 0.7 ] [TFSI]]
LiFSI used in Example 2 was replaced with lithium bistrifluoromethanesulfonylimide (
Hereinafter, electrolyte synthesis, production of a silicon electrode, production of a battery, and a cycle test were performed in accordance with Example 2 except that it was replaced with LiTFSI. The number of moles of Li salt, G1, and G2, and [O] / [Li] of the solvated ionic liquid are shown in Table 1 below. Further, as a cycle test result, a graph (cycle characteristic graph) showing the relationship between the number of cycles and the capacity retention rate is shown in FIG.

図6から、100サイクル後、シリコン電極を用いた電池の放電容量は初期容量の88%以上の容量維持率を示すことが確認できた。   From FIG. 6, it was confirmed that after 100 cycles, the discharge capacity of the battery using the silicon electrode showed a capacity retention rate of 88% or more of the initial capacity.

(比較例1)
[溶媒和イオン液体 [Li(G1)0.58(G2)0.58][FSI]の評価]
実施例1で用いたG1およびG2を、LiFSIに対してそれぞれ0.58モルとなるように添加量を変更させた以外は、実施例1に従って電解質合成、シリコン電極の作製、電池の作製及びサイクル試験を行った。Li塩、G1、G2のモル数、溶媒和イオン液体の[O]/[Li]を下記表1に示す。また、サイクル試験結果として、サイクル数と容量維持率との関係を示すグラフ(サイクル特性グラフ)を図7に示す。
(Comparative Example 1)
[Evaluation of Solvated Ionic Liquid [Li (G1) 0.58 (G2) 0.58 ] [FSI]]
Except that the amount of G1 and G2 used in Example 1 was changed to 0.58 mol with respect to LiFSI, according to Example 1, electrolyte synthesis, silicon electrode production, battery production and cycle A test was conducted. The number of moles of Li salt, G1, and G2, and [O] / [Li] of the solvated ionic liquid are shown in Table 1 below. Further, as a cycle test result, a graph (cycle characteristic graph) showing the relationship between the number of cycles and the capacity retention rate is shown in FIG.

図7から、100サイクル後、シリコン電極を用いた電池の放電容量は初期容量の83%以下の容量維持率しか得られないことが確認できた。   From FIG. 7, it was confirmed that after 100 cycles, the discharge capacity of the battery using the silicon electrode can only obtain a capacity maintenance rate of 83% or less of the initial capacity.

(比較例2)
[溶媒和イオン液体 [Li(G1)0.8(G2)0.8][FSI]の評価]
実施例1で用いたG1およびG2を、LiFSIに対してそれぞれ0.8モルとなるように添加量を変更させた以外は、実施例1に従って電解質合成、シリコン電極の作製、電池の作製及びサイクル試験を行った。Li塩、G1、G2のモル数、溶媒和イオン液体の[O]/[Li]を下記表1に示す。また、サイクル試験結果として、サイクル数と容量維持率との関係を示すグラフ(サイクル特性グラフ)を図8に示す。
(Comparative Example 2)
[Evaluation of Solvated Ionic Liquid [Li (G1) 0.8 (G2) 0.8 ] [FSI]]
Except that the amount of G1 and G2 used in Example 1 was changed to 0.8 mol with respect to LiFSI, respectively, according to Example 1, electrolyte synthesis, silicon electrode production, battery production, and cycle A test was conducted. The number of moles of Li salt, G1, and G2, and [O] / [Li] of the solvated ionic liquid are shown in Table 1 below. Further, as a cycle test result, a graph (cycle characteristic graph) showing the relationship between the number of cycles and the capacity retention rate is shown in FIG.

図8から、100サイクル後、シリコン電極を用いた電池の放電容量は初期容量の80%以下の容量維持率しか得られないことが確認できた。   From FIG. 8, it was confirmed that after 100 cycles, the discharge capacity of the battery using the silicon electrode can only obtain a capacity retention rate of 80% or less of the initial capacity.

(比較例3)
[溶媒和イオン液体 [Li(G1)0.58(G2)0.58][TFSI]の評価]
比較例1で用いたLiFSIをLiTFSIに置き換えた以外は、比較例1に従って電解質合成、シリコン電極の作製、電池の作製及びサイクル試験を行った。Li塩、G1、G2のモル数、溶媒和イオン液体の[O]/[Li]を下記表1に示す。また、サイクル試験結果として、サイクル数と容量維持率との関係を示すグラフ(サイクル特性グラフ)を図9に示す。
(Comparative Example 3)
[Evaluation of Solvated Ionic Liquid [Li (G1) 0.58 (G2) 0.58 ] [TFSI]]
Except that LiFSI used in Comparative Example 1 was replaced with LiTFSI, electrolyte synthesis, silicon electrode production, battery production, and cycle test were performed according to Comparative Example 1. The number of moles of Li salt, G1, and G2, and [O] / [Li] of the solvated ionic liquid are shown in Table 1 below. Further, as a cycle test result, a graph (cycle characteristic graph) showing the relationship between the number of cycles and the capacity retention rate is shown in FIG.

図9から、100サイクル後、シリコン電極を用いた電池の放電容量は初期容量の25%以下の容量維持率しか得られないことが確認できた。   From FIG. 9, it was confirmed that after 100 cycles, the discharge capacity of the battery using the silicon electrode can only obtain a capacity retention rate of 25% or less of the initial capacity.

(比較例4)
[溶媒和イオン液体 [Li(G1)0.8(G2)0.8][TFSI]の評価]
比較例3で用いたG1およびG2を、LiTFSIに対してそれぞれ0.8モルとなるように添加量を変更させた以外は、比較例3に従って電解質合成、シリコン電極の作製、電池の作製及びサイクル試験を行った。Li塩、G1、G2のモル数、溶媒和イオン液体の[O]/[Li]を下記表1に示す。また、サイクル試験結果として、サイクル数と容量維持率との関係を示すグラフ(サイクル特性グラフ)を図10に示す。
(Comparative Example 4)
[Evaluation of Solvated Ionic Liquid [Li (G1) 0.8 (G2) 0.8 ] [TFSI]]
Except for changing the addition amount of G1 and G2 used in Comparative Example 3 to 0.8 mol with respect to LiTFSI, according to Comparative Example 3, electrolyte synthesis, silicon electrode production, battery production and cycle A test was conducted. The number of moles of Li salt, G1, and G2, and [O] / [Li] of the solvated ionic liquid are shown in Table 1 below. Further, as a cycle test result, a graph (cycle characteristic graph) showing the relationship between the number of cycles and the capacity retention rate is shown in FIG.

図10から、100サイクル後、シリコン電極を用いた電池の放電容量は初期容量の52%以下の容量維持率しか得られないことが確認できた。   From FIG. 10, it was confirmed that after 100 cycles, the discharge capacity of the battery using the silicon electrode can only obtain a capacity retention rate of 52% or less of the initial capacity.

(実施例5)
[溶媒和イオン液体 [Li(G1)0.32(G2)0.95][FSI]の評価]
実施例1で用いたG1をLiFSIに対して0.32モル、G2をLiFSIに対して0.95モルとなるように添加量を変更させた以外は、実施例1に従って電解質合成、シリコン電極の作製、電池の作製及びサイクル試験を行った。Li塩、G1、G2のモル数、溶媒和イオン液体の[O]/[Li]を下記表1に示す。また、サイクル試験結果として、サイクル数と容量維持率との関係を示すグラフ(サイクル特性グラフ)を図11に示す。なお、本実施例の溶媒和イオン液体は、正確には[Li(G1)0.318(G2)0.954][FSI]であり、G1は0.318モル、G2は0.954モルであるが上記では小数点以下3桁目を四捨五入して表記している。
(Example 5)
[Evaluation of Solvated Ionic Liquid [Li (G1) 0.32 (G2) 0.95 ] [FSI]]
Except for changing the addition amount so that G1 used in Example 1 is 0.32 mol with respect to LiFSI and G2 is 0.95 mol with respect to LiFSI, electrolyte synthesis and silicon electrode Fabrication, battery fabrication and cycle testing were performed. The number of moles of Li salt, G1, and G2, and [O] / [Li] of the solvated ionic liquid are shown in Table 1 below. Further, as a cycle test result, a graph (cycle characteristic graph) showing the relationship between the number of cycles and the capacity retention rate is shown in FIG. The solvated ionic liquid of this example is precisely [Li (G1) 0.318 (G2) 0.954 ] [FSI], G1 is 0.318 mol, and G2 is 0.954 mol. However, in the above, the third decimal place is rounded off.

図11から、100サイクル後、シリコン電極を用いた電池の放電容量は初期容量の93%以上の容量維持率を示すことが確認できた。   From FIG. 11, it was confirmed that after 100 cycles, the discharge capacity of the battery using the silicon electrode showed a capacity retention rate of 93% or more of the initial capacity.

(比較例5)
[溶媒和イオン液体 [Li(G1)0.25(G2)1.00][FSI]の評価]
実施例1で用いたG1をLiFSIに対して0.25モル、G2をLiFSIに対して1.00モルとなるように添加量を変更させた以外は、実施例1に従って電解質合成、シリコン電極の作製、電池の作製及びサイクル試験を行った。Li塩、G1、G2のモル数、溶媒和イオン液体の[O]/[Li]を下記表1に示す。また、サイクル試験結果として、サイクル数と容量維持率との関係を示すグラフ(サイクル特性グラフ)を図12に示す。
(Comparative Example 5)
[Evaluation of Solvated Ionic Liquid [Li (G1) 0.25 (G2) 1.00 ] [FSI]]
Except for changing the addition amount so that G1 used in Example 1 is 0.25 mol with respect to LiFSI and G2 is 1.00 mol with respect to LiFSI, electrolyte synthesis and silicon electrode Fabrication, battery fabrication and cycle testing were performed. The number of moles of Li salt, G1, and G2, and [O] / [Li] of the solvated ionic liquid are shown in Table 1 below. In addition, as a cycle test result, a graph (cycle characteristic graph) showing the relationship between the number of cycles and the capacity retention rate is shown in FIG.

図12から、100サイクル後、シリコン電極を用いた電池の放電容量は初期容量の51%以下の容量維持率しか得られないことが確認できた。   From FIG. 12, it was confirmed that after 100 cycles, the discharge capacity of the battery using the silicon electrode can only obtain a capacity retention rate of 51% or less of the initial capacity.

(比較例6)
[溶媒和イオン液体 [Li(G1)0.88(G2)0.58][FSI]の評価]
実施例1で用いたG1をLiFSIに対して0.88モル、G2をLiFSIに対して0.58モルとなるように添加量を変更させた以外は、実施例1に従って電解質合成、シリコン電極の作製、電池の作製及びサイクル試験を行った。Li塩、G1、G2のモル数、溶媒和イオン液体の[O]/[Li]を下記表1に示す。また、サイクル試験結果として、サイクル数と容量維持率との関係を示すグラフ(サイクル特性グラフ)を図13に示す。なお、本実施例の溶媒和イオン液体は、正確には[Li(G1)0.875(G2)0.583][FSI]であり、G1は0.875モル、G2は0.583モルであるが上記では小数点以下3桁目を四捨五入して表記している。
(Comparative Example 6)
[Evaluation of Solvated Ionic Liquid [Li (G1) 0.88 (G2) 0.58 ] [FSI]]
Except for changing the addition amount so that G1 used in Example 1 is 0.88 mol with respect to LiFSI and G2 is 0.58 mol with respect to LiFSI, electrolyte synthesis and silicon electrode Fabrication, battery fabrication and cycle testing were performed. The number of moles of Li salt, G1, and G2, and [O] / [Li] of the solvated ionic liquid are shown in Table 1 below. As a cycle test result, a graph (cycle characteristic graph) showing the relationship between the number of cycles and the capacity retention rate is shown in FIG. It should be noted that the solvated ionic liquid of this example is precisely [Li (G1) 0.875 (G2) 0.583 ] [FSI], G1 is 0.875 mol, and G2 is 0.583 mol. However, in the above, the third decimal place is rounded off.

図13から、100サイクル後、シリコン電極を用いた電池の放電容量は初期容量の70%以下の容量維持率しか得られないことが確認できた。   From FIG. 13, it was confirmed that after 100 cycles, the discharge capacity of the battery using the silicon electrode can only obtain a capacity retention rate of 70% or less of the initial capacity.

(比較例7)
[溶媒和イオン液体 [Li(G1)1.75(G2)0.00][FSI]の評価]
実施例1で用いたG1をLiFSIに対して1.75モル、G2をLiFSIに対して0モルとなるように添加量を変更させた以外は、実施例1に従って電解質合成、シリコン電極の作製、電池の作製及びサイクル試験を行った。Li塩、G1、G2のモル数、溶媒和イオン液体の[O]/[Li]を下記表1に示す。また、サイクル試験結果として、サ
イクル数と容量維持率との関係を示すグラフ(サイクル特性グラフ)を図14に示す。
(Comparative Example 7)
[Evaluation of Solvated Ionic Liquid [Li (G1) 1.75 (G2) 0.00 ] [FSI]]
Except for changing the addition amount so that G1 used in Example 1 is 1.75 mol with respect to LiFSI and G2 is 0 mol with respect to LiFSI, electrolyte synthesis, production of a silicon electrode according to Example 1, A battery was prepared and a cycle test was performed. The number of moles of Li salt, G1, and G2, and [O] / [Li] of the solvated ionic liquid are shown in Table 1 below. As a cycle test result, a graph (cycle characteristic graph) showing the relationship between the number of cycles and the capacity retention rate is shown in FIG.

図14から、100サイクル後、シリコン電極を用いた電池の放電容量は初期容量の56%以下の容量維持率しか得られないことが確認できた。   From FIG. 14, it was confirmed that after 100 cycles, the discharge capacity of the battery using the silicon electrode can only obtain a capacity retention rate of 56% or less of the initial capacity.

(比較例8)
[溶媒和イオン液体 [Li(G1)0.00(G2)1.17][TFSI]の評価]
実施例1で用いたLiFSIをLiTFSIに置き換え、G1をLiTFSIに対して0モル、G2をLiTFSIに対して1.17モルとなるように添加量を変更させた。それ以外は、実施例1に従って電解質合成、シリコン電極の作製、電池の作製及びサイクル試験を行った。Li塩、G1、G2のモル数、溶媒和イオン液体の[O]/[Li]を下記表1に示す。また、サイクル試験結果として、サイクル数と容量維持率との関係を示すグラフ(サイクル特性グラフ)を図15に示す。なお、本実施例の溶媒和イオン液体は、正確には[Li(G1)0.000(G2)1.167][TFSI]であり、G1は0.000モル、G2は1.167モルであるが上記では小数点以下3桁目を四捨五入して表記している。
(Comparative Example 8)
[Evaluation of Solvated Ionic Liquid [Li (G1) 0.00 (G2) 1.17 ] [TFSI]]
LiFSI used in Example 1 was replaced with LiTFSI, and the addition amount was changed so that G1 was 0 mole relative to LiTFSI and G2 was 1.17 mole relative to LiTFSI. Other than that, according to Example 1, electrolyte synthesis, production of a silicon electrode, production of a battery, and a cycle test were performed. The number of moles of Li salt, G1, and G2, and [O] / [Li] of the solvated ionic liquid are shown in Table 1 below. As a cycle test result, a graph (cycle characteristic graph) showing the relationship between the number of cycles and the capacity retention rate is shown in FIG. The solvated ionic liquid of this example is precisely [Li (G1) 0.000 (G2) 1.167 ] [TFSI], where G1 is 0.000 mol and G2 is 1.167 mol. However, in the above, the third decimal place is rounded off.

図15から、100サイクル後、シリコン電極を用いた電池の放電容量は初期容量の44%以下の容量維持率しか得られないことが確認できた。   From FIG. 15, it was confirmed that after 100 cycles, the discharge capacity of the battery using the silicon electrode was only 44% or less of the initial capacity.

(実施例6)
[溶媒和イオン液体 [Li(G1)0.6(G2)0.6][FSI]のレート特性]
実施例1と同様にして電解質合成、シリコン電極の作製及び電池の作製を行ってセル(電池)を組み立てた。組み立てた電池を用いて、レート試験を以下の手順で実施した。まず、10サイクル0.5Cで充放電を行った後、充電過程を0.2C〜5Cと変化させ、放電レートは0.5Cと一定とする条件で充電・放電を繰り返すことで、レート試験を実施した。0.2Cでの放電容量を基準に規格化した放電容量について充電レートの値でプロットした。その結果をレート特性グラフ(放電レートと規格化した放電容量との関係を示す片対数グラフ)として図16に示した。図16から、5Cの時の放電容量は、0.2Cにおける放電容量に対して87%以上を示すことが確認できた。なお、0.2Cでの放電容量を基準に規格化した放電容量は、下記式により求められる。
(Example 6)
[Rate characteristics of solvated ionic liquid [Li (G1) 0.6 (G2) 0.6 ] [FSI]]
A cell (battery) was assembled by performing electrolyte synthesis, production of a silicon electrode, and production of a battery in the same manner as in Example 1. Using the assembled battery, a rate test was performed according to the following procedure. First, after charging and discharging at 0.5 C for 10 cycles, the charge process was changed from 0.2 C to 5 C, and the rate test was performed by repeating charging and discharging under the condition that the discharge rate was constant at 0.5 C. Carried out. The discharge capacity normalized with respect to the discharge capacity at 0.2 C was plotted as the charge rate value. The results are shown in FIG. 16 as a rate characteristic graph (a semi-logarithmic graph showing the relationship between the discharge rate and the normalized discharge capacity). From FIG. 16, it was confirmed that the discharge capacity at 5C was 87% or more with respect to the discharge capacity at 0.2C. In addition, the discharge capacity normalized with reference to the discharge capacity at 0.2 C is obtained by the following formula.

ここで評価しているのは放電容量(Siから放出されるLi量)である。   What is being evaluated here is the discharge capacity (the amount of Li released from Si).

(実施例7)
[溶媒和イオン液体 [Li(G1)0.7(G2)0.7][FSI]のレート特性]
実施例2と同様にして電解質合成、シリコン電極の作製及び電池の作製を行ってセル(電池)を組み立てた。組み立てた電池を用いて、レート試験を実施例6に示した手順で実施した。その結果をレート特性グラフ(放電レートと容量維持率との関係を示す片対数グラフ)として図17に示した。図17から、5Cの時の放電容量は、0.2Cにおける放電容量に対して88%以上を示すことが確認できた。
(Example 7)
[Rate characteristics of solvated ionic liquid [Li (G1) 0.7 (G2) 0.7 ] [FSI]]
In the same manner as in Example 2, electrolyte synthesis, silicon electrode production, and battery production were performed to assemble a cell (battery). Using the assembled battery, a rate test was performed according to the procedure shown in Example 6. The results are shown in FIG. 17 as a rate characteristic graph (a semi-logarithmic graph showing the relationship between the discharge rate and the capacity retention rate). From FIG. 17, it was confirmed that the discharge capacity at 5C was 88% or more with respect to the discharge capacity at 0.2C.

(比較例9)
[溶媒和イオン液体 [Li(G1)0.00(G2)1.17][FSI]のレート
特性]
実施例1で用いたG1をLiFSIに対して0モル、G2をLiFSIに対して1.17モルとなるように添加量を変更させた以外は、実施例1に従って電解質合成、シリコン電極の作製及び電池の作製を行ってセル(電池)を組み立てた。Li塩、G1、G2のモル数、溶媒和イオン液体の[O]/[Li]を下記表1に示す。組み立てた電池を用いて、レート試験を実施例6に示した手順で実施した。その結果をレート特性グラフ(放電レートと容量維持率との関係を示す片対数グラフ)として図18に示す。なお、本実施例の溶媒和イオン液体は、正確には[Li(G1)0.000(G2)1.167][FSI]であり、G1は0.000モル、G2は1.167モルであるが上記では小数点以下3桁目を四捨五入して表記している。図18から、5Cの時の放電容量は、0.2Cにおける放電容量に対して31%以下しか得られないことが確認できた。
(Comparative Example 9)
[Rate characteristics of solvated ionic liquid [Li (G1) 0.00 (G2) 1.17 ] [FSI]]
Except that the addition amount was changed so that G1 used in Example 1 was 0 mol with respect to LiFSI and G2 was 1.17 mol with respect to LiFSI, electrolyte synthesis, production of a silicon electrode, and A battery was fabricated to assemble a cell (battery). The number of moles of Li salt, G1, and G2, and [O] / [Li] of the solvated ionic liquid are shown in Table 1 below. Using the assembled battery, a rate test was performed according to the procedure shown in Example 6. The results are shown in FIG. 18 as a rate characteristic graph (a semi-logarithmic graph showing the relationship between the discharge rate and the capacity retention rate). The solvated ionic liquid of this example is precisely [Li (G1) 0.000 (G2) 1.167 ] [FSI], G1 is 0.000 mol, and G2 is 1.167 mol. However, in the above, the third decimal place is rounded off. From FIG. 18, it was confirmed that the discharge capacity at 5C was only 31% or less with respect to the discharge capacity at 0.2C.

(実施例8)
[溶媒和イオン液体 [Li(G1)0.7(G2)0.7][FSI]のインピーダンス測定]
実施例2と同様にして電解質合成、シリコン電極の作製及び電池の作製を行ってセル(電池)を組み立てた。組み立てたセル(電池)のインピーダンスを以下の手順で測定した。
(Example 8)
[Impedance measurement of solvated ionic liquid [Li (G1) 0.7 (G2) 0.7 ] [FSI]]
In the same manner as in Example 2, electrolyte synthesis, silicon electrode production, and battery production were performed to assemble a cell (battery). The impedance of the assembled cell (battery) was measured by the following procedure.

0.5Cの定電流モードで9サイクル充放電を行った後、10サイクル目の満充電状態で充放電を終了させた。このセル(電池)をPrinceton Applied Research社製 EG8/G PAR、VMP2 Multi Potenstiostatを用いて周波数範囲1MHzから50mHz、印加電圧10mVとして応答周波数を計測した。セル(電池)は30℃の恒温槽内にセットして、一連の測定を行った。得られた結果を図19に示す。実施例8における電極反応の電荷移動抵抗(=コールコールプロットの円弧のサイズ)は、約77Ωを示した。   After charging and discharging for 9 cycles in a constant current mode of 0.5 C, charging and discharging were terminated in a fully charged state at the 10th cycle. The response frequency was measured for this cell (battery) using EG8 / G PAR, VMP2 Multi Potentiostat manufactured by Princeton Applied Research, with a frequency range of 1 MHz to 50 MHz and an applied voltage of 10 mV. The cell (battery) was set in a constant temperature bath at 30 ° C. and a series of measurements were performed. The obtained result is shown in FIG. The charge transfer resistance of the electrode reaction in Example 8 (= the size of the arc of the Cole-Cole plot) was about 77Ω.

(比較例10)
[溶媒和イオン液体 [Li(G1)0.00(G2)1.33][FSI]のインピーダンス測定]
実施例1で用いたG1をLiFSIに対して0モル、G2をLiFSIに対して1.33モルとなるように添加量を変更させた以外は、実施例1に従って電解質合成、シリコン電極の作製及び電池の作製を行ってセル(電池)を組み立てた。Li塩、G1、G2のモル数、溶媒和イオン液体の[O]/[Li]を下記表1に示す。組み立てたセル(電池)を用いて、実施例8に従ってインピーダンス測定を行った。その結果を図19に、実施例8と並べて示す。なお、本実施例の溶媒和イオン液体は、正確には[Li(G1)0.000(G2)1.333][FSI]であり、G1は0.000モル、G2は1.333モルであるが上記では小数点以下3桁目を四捨五入して表記している。
(Comparative Example 10)
[Measurement of Impedance of Solvated Ionic Liquid [Li (G1) 0.00 (G2) 1.33 ] [FSI]]
Except that the addition amount was changed so that G1 used in Example 1 was 0 mol with respect to LiFSI and G2 was 1.33 mol with respect to LiFSI, electrolyte synthesis, production of a silicon electrode, and A battery was fabricated to assemble a cell (battery). The number of moles of Li salt, G1, and G2, and [O] / [Li] of the solvated ionic liquid are shown in Table 1 below. Impedance measurement was performed according to Example 8 using the assembled cell (battery). The results are shown side by side with Example 8 in FIG. Note that the solvated ionic liquid of this example is precisely [Li (G1) 0.000 (G2) 1.333 ] [FSI], where G1 is 0.000 mol, and G2 is 1.333 mol. However, in the above, the third decimal place is rounded off.

比較例10における電極反応の電荷移動抵抗(=コールコールプロットの円弧のサイズ)は、約115Ωを示した。   The charge transfer resistance of the electrode reaction in Comparative Example 10 (= the size of the Cole-Cole plot arc) was about 115Ω.

表1及び図3〜18の結果から、本実施例の電解質(溶媒和イオン液体)は、比較例の電解質(溶媒和イオン液体)に比して、シリコン系活物質を用いた負極電極に対するサイクル安定性(サイクル特性)及びレート特性に優れることが確認できた。また、図19から、本実施例で用いた電解質(溶媒和イオン液体)は、比較例で用いた電解質(溶媒和イオン液体)に比して、電解液/電極界面での電荷移動抵抗が極めて低くなることがわかる。   From the results of Table 1 and FIGS. 3 to 18, the electrolyte (solvated ionic liquid) of this example is a cycle for a negative electrode using a silicon-based active material as compared with the electrolyte (solvated ionic liquid) of the comparative example. It was confirmed that the stability (cycle characteristics) and the rate characteristics were excellent. Further, from FIG. 19, the electrolyte (solvated ionic liquid) used in this example has extremely high charge transfer resistance at the electrolyte / electrode interface as compared with the electrolyte (solvated ionic liquid) used in the comparative example. It turns out that it becomes low.

また、実施例同士で比較した場合、共にG1、G2が0.7モルで、[O]/[Li]=3.5の例である実施例2、4では、Li塩にLiFSIを用いた実施例2の方が、Li塩にLiTFSIで用いた実施例4よりも、サイクル安定性(サイクル特性)が優れていることが確認できた。   Moreover, when compared between Examples, both G1 and G2 are 0.7 mol, and in Examples 2 and 4, which are examples of [O] / [Li] = 3.5, LiFSI was used as the Li salt. It was confirmed that Example 2 was superior in cycle stability (cycle characteristics) to Example 4 in which LiTFSI was used as the Li salt.

また、共に同じLi塩の例である実施例1〜3では、[O]/[Li]が3.0の実施例1、[O]/[Li]が3.8の実施例3、[O]/[Li]が3.5の実施例2の順でサイクル安定性(サイクル特性)が向上していることがわかった。   In Examples 1 to 3, which are examples of the same Li salt, Example 1 in which [O] / [Li] is 3.0, Example 3 in which [O] / [Li] is 3.8, [ It was found that the cycle stability (cycle characteristics) was improved in the order of Example 2 where O] / [Li] was 3.5.

また、共に同じLi塩の例である実施例6〜7では、[O]/[Li]が3.0の実施例6、[O]/[Li]が3.5の実施例7の順でレート特性も向上していることがわかった。   In Examples 6 to 7, which are examples of the same Li salt, [O] / [Li] is 3.0, and [O] / [Li] is 3.5. It was found that the rate characteristics were also improved.

10a リチウムイオン二次電池(並列積層型電池)、
10b リチウムイオン二次電池(直列積層型電池)、
11 負極集電体、
12 負極活物質層、
13 電解質層、
14 正極集電体、
15 正極活物質層、
16 単電池層、
17 発電要素、
18 負極集電板、
19 正極集電板、
20 負極端子リード、
21 正極端子リード、
22 ラミネートフィルム(電池外装体)、
23 集電体、
23a 正極側の最外層集電体、
23b 負極側の最外層集電体、
24 双極型電極、
25 シール部(絶縁部)。
10a Lithium ion secondary battery (parallel stacked battery),
10b Lithium ion secondary battery (series stacked battery),
11 negative electrode current collector,
12 negative electrode active material layer,
13 electrolyte layer,
14 positive electrode current collector,
15 positive electrode active material layer,
16 cell layer,
17 Power generation elements,
18 negative electrode current collector plate,
19 positive current collector,
20 Negative terminal lead,
21 positive terminal lead,
22 Laminate film (battery casing),
23 current collector,
23a outermost layer current collector on the positive electrode side,
23b The outermost layer current collector on the negative electrode side,
24 bipolar electrodes,
25 Sealing part (insulating part).

Claims (5)

メチルモノグライムおよびメチルジグライムと、リチウム塩と、を含む溶媒和イオン液体を用いたリチウムイオン二次電池用電解質であって、
前記メチルモノグライムおよびメチルジグライムに含まれる総酸素原子モル数と前記リチウム塩中のリチウムのモル数との比(=リチウム塩中のリチウムに対するメチルモノグライムおよびメチルジグライムに含まれる総酸素原子モル数)が、3.0以上4.0未満であり、
前記メチルモノグライムとメチルジグライムの混合モル比(=メチルモノグライムモル数/メチルジグライムモル数)が(1/4超)〜(3/2未満)であることを特徴とするリチウムイオン二次電池用電解質。
An electrolyte for a lithium ion secondary battery using a solvated ionic liquid containing methyl monoglyme and methyl diglyme and a lithium salt,
Ratio of the total number of moles of oxygen atoms contained in methyl monoglyme and methyl diglyme to the number of moles of lithium in the lithium salt (= total oxygen atoms contained in methyl monoglyme and methyl diglyme with respect to lithium in the lithium salt) Number of moles) is 3.0 or more and less than 4.0,
The mixing ratio of methyl monoglyme and methyl diglyme (= methyl monoglyme mole number / methyl diglyme mole number) is (over 1/4) to (less than 3/2). Secondary battery electrolyte.
前記リチウム塩が、イミド型のリチウム塩であることを特徴とする請求項1に記載のリチウムイオン二次電池用電解質。   The electrolyte for a lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the lithium salt is an imide type lithium salt. 負極活物質にシリコン系活物質を用いた二次電池に適用されることを特徴とする請求項1または2に記載のリチウムイオン二次電池用電解質。   The electrolyte for a lithium ion secondary battery according to claim 1 or 2, which is applied to a secondary battery using a silicon-based active material as a negative electrode active material. 請求項1〜3のいずれか1項に記載された電解質を含有し、負極活物質としてシリコン系活物質を用いたことを特徴とするリチウムイオン二次電池。   A lithium ion secondary battery comprising the electrolyte according to claim 1 and using a silicon-based active material as a negative electrode active material. 前記シリコン系活物質が、シリコン金属、シリコン合金、シリコン酸化物、シリコン化合物およびシリコン半導体からなる群から選択される1種または2種以上であることを特徴とする請求項4に記載のリチウムイオン二次電池。   5. The lithium ion according to claim 4, wherein the silicon-based active material is one or more selected from the group consisting of silicon metal, silicon alloy, silicon oxide, silicon compound, and silicon semiconductor. Secondary battery.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019198716A1 (en) * 2018-04-09 2019-10-17 日産自動車株式会社 Nonaqueous electrolyte secondary battery
WO2020145338A1 (en) * 2019-01-09 2020-07-16 日立化成株式会社 Electrolytic solution, electrolyte slurry composition, and secondary cell

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019198716A1 (en) * 2018-04-09 2019-10-17 日産自動車株式会社 Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2019186012A (en) * 2018-04-09 2019-10-24 日産自動車株式会社 Nonaqueous electrolyte secondary battery
CN111954952A (en) * 2018-04-09 2020-11-17 日产自动车株式会社 Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP7169763B2 (en) 2018-04-09 2022-11-11 日産自動車株式会社 Non-aqueous electrolyte secondary battery
CN111954952B (en) * 2018-04-09 2024-06-28 日产自动车株式会社 Nonaqueous electrolyte secondary battery
WO2020145338A1 (en) * 2019-01-09 2020-07-16 日立化成株式会社 Electrolytic solution, electrolyte slurry composition, and secondary cell
JP2020113386A (en) * 2019-01-09 2020-07-27 日立化成株式会社 Electrolyte, electrolytic slurry composition and secondary battery

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