JP2017182946A - Electrolyte solution for lithium secondary battery and lithium secondary battery including the same - Google Patents

Electrolyte solution for lithium secondary battery and lithium secondary battery including the same Download PDF

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匡佑 中村
Kyosuke Nakamura
匡佑 中村
長谷川 智彦
Tomohiko Hasegawa
智彦 長谷川
平林 幸子
Sachiko Hirabayashi
幸子 平林
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide: an electrolyte solution arranged by use of an ammonium salt which suppresses the worsening of a discharge rate characteristic; and a lithium secondary battery using the electrolyte solution.SOLUTION: An electrolyte solution for a lithium secondary battery comprises: an ammonium salt; and a solvent. The solvent has a highest occupied molecular orbital (HOMO) lower than that of the ammonium salt.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、リチウム二次電池用電解液およびこれを備えるリチウム二次電池に関する。   The present invention relates to an electrolytic solution for a lithium secondary battery and a lithium secondary battery including the same.

近年、モバイル機器向けにリチウムイオン電池の高エネルギー密度化が課題となっているが、高エネルギー密度化に伴い有機溶媒電解液を使用した電池では安全性に問題があった。そこで有機溶媒電解液に代わり、イオン液体と呼ばれる室温において液体状態を取る塩を電解液として用いることでこの問題を解決する手段が検討されている。イオン液体は、不燃性、不揮発性、高い熱安定性という優れた安全性を有している。この特徴を活かし、イオン液体をリチウム二次電池、色素増感太陽電池、アクチュエータ及び電気二重層キャパシタなどの各種電気化学デバイス用の電解液として利用しようと、盛んに研究がなされている。   In recent years, increasing the energy density of lithium-ion batteries for mobile devices has become a problem, but with higher energy densities, batteries using organic solvent electrolytes have had problems with safety. Therefore, a means for solving this problem has been studied by using, as an electrolytic solution, a salt that is in a liquid state at room temperature, called an ionic liquid, instead of the organic solvent electrolytic solution. The ionic liquid has excellent safety such as nonflammability, non-volatility, and high thermal stability. Taking advantage of this feature, extensive research has been conducted to use ionic liquids as electrolytes for various electrochemical devices such as lithium secondary batteries, dye-sensitized solar cells, actuators, and electric double layer capacitors.

イオン液体の中でもアンモニウム塩に代表されるような窒素原子をカチオンとした構造のものは熱的安定性に優れ、特に研究が進められている。中でも、環状アンモニウム塩は熱的安定性に優れ、リチウム二次電池用電解液として有望な材料と期待視されている。(特許文献1参照)   Among the ionic liquids, those having a structure with a nitrogen atom as a cation as typified by an ammonium salt are excellent in thermal stability, and are particularly being researched. Among them, the cyclic ammonium salt is excellent in thermal stability and is expected to be a promising material as an electrolyte for a lithium secondary battery. (See Patent Document 1)

特開2013−020835号公報JP 2013-020835 A

しかしながら、従来技術のアンモニウム塩を用いた電池は放電レート特性が悪いという課題があった。本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、アンモニウム塩を用いた電池では電子ドナー性の高いSEI膜が形成されることで、リチウムイオンがSEI膜中にトラップされていることを見出した。   However, the battery using the ammonium salt of the prior art has a problem of poor discharge rate characteristics. As a result of intensive studies, the present inventors have found that lithium ions are trapped in the SEI film by forming a SEI film having a high electron donor property in a battery using an ammonium salt.

本発明は上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、電解液の熱的安定性を保持しつつ放電レート特性の低下を抑制する電解液及びこれを用いたリチウム二次電池を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and provides an electrolytic solution that suppresses a decrease in discharge rate characteristics while maintaining the thermal stability of the electrolytic solution, and a lithium secondary battery using the electrolytic solution. The purpose is to do.

上記課題を解決するため、本発明に係るリチウム二次電池用電解液は、アンモニウム塩及び溶媒を含み、上記溶媒が上記アンモニウム塩よりも低い最高被占軌道(HOMO)を有することを特徴とする。
In order to solve the above problems, an electrolyte for a lithium secondary battery according to the present invention includes an ammonium salt and a solvent, and the solvent has a highest occupied orbit (HOMO) lower than that of the ammonium salt. .

かかる構成によれば、アンモニウム塩よりもHOMOの低い溶媒は電子ドナー性が低いため、リチウムイオンに対するトラップ性が低いSEI膜を形成できる。そのため、アンモニウム塩を用いた電解液であっても電解液の熱的安定性を保持しつつ放電レート特性の低下を抑制することができる。 According to such a configuration, since a solvent having a lower HOMO than an ammonium salt has a low electron donor property, an SEI film having a low trapping property for lithium ions can be formed. For this reason, even in an electrolytic solution using an ammonium salt, it is possible to suppress a decrease in discharge rate characteristics while maintaining the thermal stability of the electrolytic solution.

本発明に係る溶媒は、1,3−ジオキソラン(DOL)、1,2−ジメトキシエタン(DME)、ビニルエチレンカーボネート(VEC)、プロピレンカーボネート(PC)、ジエチルカーボネート(DEC)、テトラヒドロフラン(THF)、2−メチルテトラヒドロフラン(2−MeTHF)、γ-ブチロラクトン(BL)からなる群から選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。   Solvents according to the present invention are 1,3-dioxolane (DOL), 1,2-dimethoxyethane (DME), vinyl ethylene carbonate (VEC), propylene carbonate (PC), diethyl carbonate (DEC), tetrahydrofuran (THF), It is preferably at least one selected from the group consisting of 2-methyltetrahydrofuran (2-MeTHF) and γ-butyrolactone (BL).

これによれば、本発明の溶媒としてより好適であり、より放電レート特性の低下を抑制するリチウム二次電池用電解液が得られる。   According to this, the electrolyte solution for lithium secondary batteries which is more suitable as a solvent of this invention and suppresses the fall of a discharge rate characteristic more is obtained.

上記溶媒の含有量は、リチウム二次電池用電解液全体に対して、0.010〜9.0体積%であることが好ましい。   It is preferable that content of the said solvent is 0.010-9.0 volume% with respect to the whole electrolyte solution for lithium secondary batteries.

これによれば、添加量として最適であり、より放電レート特性の低下を抑制するリチウム二次電池用電解液が得られる。   According to this, an electrolytic solution for a lithium secondary battery that is optimal as an addition amount and further suppresses a decrease in discharge rate characteristics can be obtained.

上記アンモニウム塩は、環状アンモニウムであることが好ましい。   The ammonium salt is preferably cyclic ammonium.

上記環状アンモニウム塩は、ピロリジニウム塩またはピペリジニウム塩であることが好ましい。   The cyclic ammonium salt is preferably a pyrrolidinium salt or a piperidinium salt.

これによれば、アンモニウム塩として好適であり、より放電レート特性の低下を抑制するリチウム二次電池用電解液が得られる。   According to this, it is suitable as an ammonium salt and the electrolyte solution for lithium secondary batteries which suppresses the fall of a discharge rate characteristic more is obtained.

本発明に係るリチウム二次電池は、上記リチウム二次電池用電解液を有することが好ましい。   It is preferable that the lithium secondary battery which concerns on this invention has the said electrolyte solution for lithium secondary batteries.

これによれば、より放電レート特性の低下を抑制するリチウム二次電池が提供される。   According to this, the lithium secondary battery which suppresses the fall of a discharge rate characteristic more is provided.

本発明によれば、電解液の熱的安定性を保持しつつ放電レート特性の低下を抑制するリチウムイオン二次電池用電解液及びこれを用いたリチウム二次電池が提供される。



ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the electrolyte solution for lithium ion secondary batteries which suppresses the fall of a discharge rate characteristic, maintaining a thermal stability of electrolyte solution, and a lithium secondary battery using the same are provided.



本実施形態のリチウムイオン二次電池の模式断面図である。It is a schematic cross section of the lithium ion secondary battery of this embodiment.

以下、図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに以下に記載した構成要素は、適宜組み合わせることができる。   DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments according to the invention will be described with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the following embodiment. The constituent elements described below include those that can be easily assumed by those skilled in the art and those that are substantially the same. Furthermore, the constituent elements described below can be appropriately combined.

<リチウムイオン二次電池>
図1に示すように、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池100は、互いに対向する板状の負極20及び板状の正極10と、負極20と正極10との間に隣接して配置される板状のセパレータ18と、を備える積層体30と、リチウムイオンを含む電解液と、これらを密閉した状態で収容するケース50と、負極20に一方の端部が電気的に接続されると共に他方の端部がケースの外部に突出されるリード62と、正極10に一方の端部が電気的に接続されると共に他方の端部がケースの外部に突出されるリード60とを備える。
<Lithium ion secondary battery>
As shown in FIG. 1, a lithium ion secondary battery 100 according to the present embodiment is disposed adjacent to each other between a plate-like negative electrode 20 and a plate-like positive electrode 10 facing each other, and the negative electrode 20 and the positive electrode 10. A laminated body 30 including a plate-like separator 18, an electrolytic solution containing lithium ions, a case 50 containing these in a sealed state, and one end of the negative electrode 20 being electrically connected. A lead 62 whose other end protrudes outside the case and a lead 60 whose one end is electrically connected to the positive electrode 10 and whose other end protrudes outside the case are provided.

負極20は、負極集電体22と、負極集電体22上に形成された負極活物質層24と、を有する。また、正極10は、正極集電体12と、正極集電体12上に形成された正極活物質層14と、を有する。セパレータ18は、負極活物質層24と正極活物質層14との間に位置している。
<正極>
The negative electrode 20 includes a negative electrode current collector 22 and a negative electrode active material layer 24 formed on the negative electrode current collector 22. The positive electrode 10 includes a positive electrode current collector 12 and a positive electrode active material layer 14 formed on the positive electrode current collector 12. The separator 18 is located between the negative electrode active material layer 24 and the positive electrode active material layer 14.
<Positive electrode>

(正極集電体)
正極集電体12は、導電性の板材であればよく、例えば、アルミニウム又はそれらの合金、ステンレス等の金属薄板(金属箔)を用いることができる。
(Positive electrode current collector)
The positive electrode current collector 12 may be a conductive plate material, and for example, a metal thin plate (metal foil) such as aluminum, an alloy thereof, or stainless steel can be used.

(正極活物質層)
正極活物質層14は、正極活物質、正極用バインダー、及び、必要に応じた量の正極用導電助剤から主に構成されるものである。
(Positive electrode active material layer)
The positive electrode active material layer 14 is mainly composed of a positive electrode active material, a positive electrode binder, and a necessary amount of positive electrode conductive additive.

(正極活物質)
正極活物質としては、リチウムイオンの吸蔵及び放出、リチウムイオンの脱離及び挿入(インターカレーション)、又は、該リチウムイオンのカウンターアニオン(例えば、PF )のドープ及び脱ドープを可逆的に進行させることが可能であれば特に限定されず、公知の電極活物質を使用できる。例えば、コバルト酸リチウム(LiCoO)、ニッケル酸リチウム(LiNiO)、リチウムマンガンスピネル(LiMn)、及び、化学式:LiNiCoMnMaO(x+y+z+a=1、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、0≦a≦1、MはAl、Mg、Nb、Ti、Cu、Zn、Crより選ばれる1種類以上の元素)で表される複合金属酸化物、リチウムバナジウム化合物(LiV)、オリビン型LiMPO(ただし、Mは、Co、Ni、Mn、Fe、Mg、Nb、Ti、Al、Zrより選ばれる1種類以上の元素又はVOを示す)、チタン酸リチウム(LiTi12)、LiNiCoAl(0.9<x+y+z<1.1)等の複合金属酸化物が挙げられる。
(Positive electrode active material)
As the positive electrode active material, lithium ion occlusion and release, lithium ion desorption and insertion (intercalation), or doping and dedoping of a counter anion (for example, PF 6 ) of the lithium ion are reversibly performed. If it can be made to advance, it will not specifically limit, A well-known electrode active material can be used. For example, lithium cobaltate (LiCoO 2 ), lithium nickelate (LiNiO 2 ), lithium manganese spinel (LiMn 2 O 4 ), and the chemical formula: LiNi x Co y Mn z MaO 2 (x + y + z + a = 1, 0 ≦ x ≦ 1) , 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1, 0 ≦ a ≦ 1, and M is one or more elements selected from Al, Mg, Nb, Ti, Cu, Zn, and Cr) Product, lithium vanadium compound (LiV 2 O 5 ), olivine-type LiMPO 4 (where M is one or more elements selected from Co, Ni, Mn, Fe, Mg, Nb, Ti, Al, Zr or VO) shown), and composite metal oxides such as lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12) , LiNi x Co y Al z O 2 (0.9 <x + y + z <1.1)

(正極用バインダー)
正極用バインダーは、正極活物質同士を結合すると共に、正極活物質層14と正極用集電体12とを結合している。バインダーは、上述の結合が可能なものであればよく、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のフッ素樹脂や、セルロース、スチレン・ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂等を用いてもよい。また、バインダーとして電子伝導性の導電性高分子やイオン伝導性の導電性高分子を用いてもよい。電子伝導性の導電性高分子としては、例えば、ポリアセチレン、ポリチオフェン、ポリアニリン等が挙げられる。イオン伝導性の導電性高分子としては、例えば、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド等のポリエーテル系高分子化合物と、LiClO、LiBF、LiPF等のリチウム塩とを複合化させたもの等が挙げられる。
(Binder for positive electrode)
The positive electrode binder bonds the positive electrode active materials to each other and bonds the positive electrode active material layer 14 to the positive electrode current collector 12. The binder is not particularly limited as long as it can be bonded as described above. For example, fluorine resin such as polyvinylidene fluoride (PVDF) and polytetrafluoroethylene (PTFE), cellulose, styrene / butadiene rubber, ethylene / propylene rubber, polyimide A resin, a polyamideimide resin, or the like may be used. Alternatively, an electron conductive conductive polymer or an ion conductive conductive polymer may be used as the binder. Examples of the electron conductive conductive polymer include polyacetylene, polythiophene, and polyaniline. Examples of the ion conductive conductive polymer include those obtained by combining a polyether polymer compound such as polyethylene oxide and polypropylene oxide and a lithium salt such as LiClO 4 , LiBF 4 , and LiPF 6. It is done.

正極活物質層14中のバインダーの含有量は特に限定されないが、添加する場合には正極活物質の質量に対して0.5〜5質量部であることが好ましい。   Although content of the binder in the positive electrode active material layer 14 is not specifically limited, When adding, it is preferable that it is 0.5-5 mass parts with respect to the mass of a positive electrode active material.

(正極用導電助剤)
正極用導電助剤は、正極活物質層14の導電性を良好にするものであれば特に限定されず、公知の導電助剤を使用できる。例えば、黒鉛、カーボンブラック等の炭素系材料や、銅、ニッケル、ステンレス、鉄等の金属微粉、ITO等の導電性酸化物が挙げられる。
(Conductive aid for positive electrode)
The conductive aid for positive electrode is not particularly limited as long as it improves the conductivity of the positive electrode active material layer 14, and a known conductive aid can be used. Examples thereof include carbon-based materials such as graphite and carbon black, metal fine powders such as copper, nickel, stainless steel, and iron, and conductive oxides such as ITO.

<負極>   <Negative electrode>

(負極集電体)
負極集電体22は、導電性の板材であればよく、例えば、銅等の金属薄板(金属箔)を用いることができる。
(Negative electrode current collector)
The negative electrode current collector 22 may be a conductive plate material, and for example, a metal thin plate (metal foil) such as copper can be used.

(負極活物質層)
負極活物質層24は、負極活物質、および必要に応じて負極用バインダー、負極用導電助剤から主に構成されるものである。
(Negative electrode active material layer)
The negative electrode active material layer 24 is mainly composed of a negative electrode active material and, if necessary, a negative electrode binder and a negative electrode conductive additive.

(負極活物質)
負極活物質としても、金属リチウム、リチウムイオンの吸蔵及び放出、リチウムイオンの脱離及び挿入(インターカレーション)を可逆的に進行させることが可能であれば特に限定されず、公知の電極活物質を使用できる。例えば、グラファイト、ハードカーボン等の炭素系材料、酸化シリコン(SiO)金属シリコン(Si)等の珪素系材料、チタン酸リチウム(LTO)等の金属酸化物、リチウム、スズ、亜鉛等の金属材料が挙げられる。
(Negative electrode active material)
The negative electrode active material is not particularly limited as long as it can reversibly advance metal lithium, lithium ion occlusion and release, and lithium ion desorption and insertion (intercalation). Can be used. For example, carbon materials such as graphite and hard carbon, silicon materials such as silicon oxide (SiO x ) metal silicon (Si), metal oxides such as lithium titanate (LTO), metal materials such as lithium, tin, and zinc Is mentioned.

(負極用バインダー)
負極用バインダーとしては特に限定は無く、上記で記載した正極用バインダーと同様のものを用いることができる。
(Binder for negative electrode)
There is no limitation in particular as a binder for negative electrodes, The thing similar to the binder for positive electrodes described above can be used.

(負極用導電助剤)
負極用導電助剤としては特に限定は無く、上記で記載した正極用導電助剤と同様のものを用いることができる。
(Conductive aid for negative electrode)
There is no limitation in particular as a conductive support agent for negative electrodes, The thing similar to the conductive support agent for positive electrodes described above can be used.

上記負極活物質としては金属リチウムを用いた場合、リチウムデンドライトの形成が抑制され、より安全でエネルギー密度の高い負極が得られるため好ましい。この場合、負極用バインダー及び負極用導電助剤は用いない。   When metallic lithium is used as the negative electrode active material, formation of lithium dendrite is suppressed, and a safer and higher energy density negative electrode is obtained. In this case, the negative electrode binder and the negative electrode conductive additive are not used.

上記金属リチウムは厚さ100μm以下の金属リチウム箔であることがさらに好ましい。 The metal lithium is more preferably a metal lithium foil having a thickness of 100 μm or less.

<電解液>
本実施形態に係る電解液は、アンモニウム塩及び前記アンモニウム塩よりも最高被占軌道(HOMO)が低い溶媒を含むものである。
<Electrolyte>
The electrolytic solution according to the present embodiment contains an ammonium salt and a solvent having a lower maximum occupied orbital (HOMO) than the ammonium salt.

これによれば、アンモニウム塩を用いた電解液であっても放電レート特性の低下を抑制することができる。アンモニウム塩よりもHOMOの低い溶媒は電子ドナー性が低いため、リチウムイオンに対するトラップ性が低く、また、充電時にアンモニウム塩よりも優先的に分解されSEI膜を形成すると考えられる。 According to this, even if it is the electrolyte solution which uses ammonium salt, the fall of a discharge rate characteristic can be suppressed. A solvent having a HOMO lower than that of an ammonium salt has a low electron donor property, and thus has a low trapping property for lithium ions, and is preferentially decomposed to form an SEI film over an ammonium salt during charging.

上記溶媒の最高被占軌道(HOMO)が−12eV以上であることが好ましい。   It is preferable that the highest occupied orbital (HOMO) of the solvent is −12 eV or more.

これによれば溶媒のHOMOの値として好適であり、より放電レート特性の低下を抑制するリチウム二次電池用電解液が得られる。   According to this, it is suitable as a value of the HOMO of the solvent, and an electrolytic solution for a lithium secondary battery that further suppresses a decrease in discharge rate characteristics can be obtained.

上記溶媒は、1,3−ジオキソラン(DOL)、1,2−ジメトキシエタン(DME)、ビニルエチレンカーボネート(VEC)、プロピレンカーボネート(PC)、ジエチルカーボネート(DEC)、テトラヒドロフラン(THF)、2−メチルテトラヒドロフラン(2−MeTHF)、γ-ブチロラクトン(BL)からなる群から選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。 The solvent is 1,3-dioxolane (DOL), 1,2-dimethoxyethane (DME), vinyl ethylene carbonate (VEC), propylene carbonate (PC), diethyl carbonate (DEC), tetrahydrofuran (THF), 2-methyl It is preferably at least one selected from the group consisting of tetrahydrofuran (2-MeTHF) and γ-butyrolactone (BL).

上記アンモニウム塩を用いた電池では電子ドナー性の高いSEI膜が形成され、高い放電レートでリチウムイオンがSEI膜中にトラップされることで、放電レート特性が悪かった。本実施形態に係る溶媒を混合することで電子ドナー性が低く、リチウムイオンに対するトラップ性が低いSEI膜を形成し、放電レート特性の低下を抑制することができる。
In the battery using the ammonium salt, an SEI film having a high electron donor property is formed, and lithium ions are trapped in the SEI film at a high discharge rate, resulting in poor discharge rate characteristics. By mixing the solvent according to the present embodiment, an SEI film having a low electron donor property and a low trapping property for lithium ions can be formed, and a decrease in discharge rate characteristics can be suppressed.

上記溶媒の含有量は前記リチウム二次電池用電解液全体に対して0.010〜9.0体積%であることが好ましい。   It is preferable that content of the said solvent is 0.010-9.0 volume% with respect to the said electrolyte solution for lithium secondary batteries.

これによれば添加量として最適であり、より放電レート特性の低下を抑制するリチウム二次電池用電解液が得られる。   According to this, the amount of addition is optimal, and an electrolytic solution for a lithium secondary battery that further suppresses a decrease in discharge rate characteristics can be obtained.

上記アンモニウム塩は環状アンモニウム塩であることが好ましく、ピロリジニウム塩またはピペリジニウム塩であることがより好ましい。   The ammonium salt is preferably a cyclic ammonium salt, more preferably a pyrrolidinium salt or a piperidinium salt.

これによればイオン液体を構成するアンモニウム塩として好適であり、より放電レート特性の低下を抑制するリチウム二次電池用電解液が得られる。   According to this, it is suitable as ammonium salt which comprises an ionic liquid, and the electrolyte solution for lithium secondary batteries which suppresses the fall of a discharge rate characteristic more is obtained.

更に、上記電解液にリチウムイオンのキャリアとなる電解質を加えても良く、例えば、LiPF、LiBF、リチウムビスオキサレートボラート等の無機酸陰イオン塩、LiCFSO、(CFSONLi、(FSONLi等の有機酸陰イオン塩等が挙げられ、これらを単独あるいは複数成分を混合して使用することができる。 Further, an electrolyte that becomes a carrier of lithium ions may be added to the electrolyte solution. For example, inorganic acid anion salts such as LiPF 6 , LiBF 4 , and lithium bisoxalate borate, LiCF 3 SO 3 , (CF 3 SO 2 ) 2 NLi, organic acid anion salts such as (FSO 2 ) 2 NLi, and the like can be mentioned, and these can be used alone or in admixture of plural components.

以上、本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。   As mentioned above, although preferred embodiment which concerns on this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment.

以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated more concretely based on an Example and a comparative example, this invention is not limited to a following example.

[実施例1]
(正極の作製)
LiNi1/3Co1/3Mn1/3(NCM):カーボンブラック:PVDF=80:10:10(質量%)の比率となるように混合し、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)中に均一に分散させたスラリーを、厚さ20μmのアルミ金属箔上に塗布後、NMPを蒸発させることで正極シートを得た。
[Example 1]
(Preparation of positive electrode)
LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 (NCM): carbon black: PVDF = 80: 10: 10 (mass%) The mixture was mixed to obtain N-methyl-2-pyrrolidone (NMP ) Was applied to an aluminum metal foil having a thickness of 20 μm, and NMP was evaporated to obtain a positive electrode sheet.

(負極の作製)
厚さ100μmの金属リチウム箔を厚さ16μmの銅箔上に貼付することで負極シートを得た。
(Preparation of negative electrode)
A negative electrode sheet was obtained by sticking a metal lithium foil having a thickness of 100 μm onto a copper foil having a thickness of 16 μm.

(電解液の調整)
アンモニウム塩としてN−メチル−N−プロピルピロリジニウムビス(フルオロスルホニル)イミド(P13−FSI)を用い、1mol/Lの濃度となるようにLiPFを溶解させた後、濃度が0.010体積%となるように、溶媒として1,3−ジオキソラン(DOL)を混合した。
(Electrolyte adjustment)
Using N-methyl-N-propylpyrrolidinium bis (fluorosulfonyl) imide (P 13 -FSI) as an ammonium salt, LiPF 6 was dissolved to a concentration of 1 mol / L, and then the concentration was 0.010. 1,3-Dioxolane (DOL) was mixed as a solvent so that it might become volume%.

(評価用リチウムイオン二次電池の作製)
上記で作製した正極および負極と、それらの間にポリエチレン微多孔膜からなるセパレータを挟んでアルミラミネートパックに入れ、このアルミラミネートパックに、上記で調製した電解液を注入した後、真空シールし、評価用のリチウムイオン二次電池を作製した。
(Production of evaluation lithium-ion secondary battery)
The positive electrode and negative electrode produced above, and a separator made of a polyethylene microporous film sandwiched between them and put in an aluminum laminate pack, into this aluminum laminate pack, after injecting the electrolyte prepared above, vacuum sealed, A lithium ion secondary battery for evaluation was produced.

(熱的安定性試験)
上記で作製した評価用リチウムイオン二次電池について、恒温槽を用い、温度を80℃とし、6時間恒温槽内に静置しガス発生を観察し、電解液の熱的安定性を確認した。実施例1で作製したリチウムイオン二次電池においてガス発生が見られず、電解液の熱的安定性が確認された。
(Thermal stability test)
About the lithium ion secondary battery for evaluation produced above, the temperature was set to 80 ° C. using a thermostatic bath, and left in the thermostatic bath for 6 hours to observe gas generation, and the thermal stability of the electrolytic solution was confirmed. In the lithium ion secondary battery produced in Example 1, no gas generation was observed, and the thermal stability of the electrolyte was confirmed.

(放電容量維持率の測定)
上記で作製した評価用リチウムイオン二次電池について、二次電池充放電試験装置(北斗電工株式会社製)を用い、電圧範囲を2.5Vから4.2Vまでとし、1C=3.06mAとしたときの0.1Cでの電流値で充放電を行い、初期放電容量を求めた。続いて、1Cの電流値で充放電を行い、放電容量維持率(1C時放電容量/初期放電容量×100)を求めた。この値が高いほど、放電レート増大に伴う放電容量の劣化が抑制されていることを意味する。得られた結果を表1に示す。
(Measurement of discharge capacity maintenance rate)
About the lithium ion secondary battery for evaluation produced above, using a secondary battery charge / discharge test apparatus (manufactured by Hokuto Denko Co., Ltd.), the voltage range was 2.5 V to 4.2 V, and 1 C = 3.06 mA. The battery was charged and discharged at a current value of 0.1 C, and the initial discharge capacity was determined. Subsequently, charging / discharging was performed at a current value of 1 C, and a discharge capacity retention ratio (discharge capacity at 1 C / initial discharge capacity × 100) was obtained. A higher value means that the deterioration of the discharge capacity accompanying the increase in the discharge rate is suppressed. The obtained results are shown in Table 1.

表1から、実施例1の電池は比較例1の電池よりも放電容量維持率が高く、放電レート特性の低下が抑制されたことが明らかとなった。   From Table 1, it was revealed that the battery of Example 1 had a higher discharge capacity retention rate than the battery of Comparative Example 1, and the deterioration of the discharge rate characteristics was suppressed.

[実施例2〜5、17〜18]
1,3−ジオキソラン(DOL)の混合量を、下掲の表1に示す通りに変えた以外は実施例1と同様として、実施例2〜5、17〜18の評価用リチウムイオン二次電池を作製した。
[Examples 2 to 5, 17 to 18]
Lithium ion secondary batteries for evaluation of Examples 2 to 5 and 17 to 18 were the same as Example 1 except that the amount of 1,3-dioxolane (DOL) was changed as shown in Table 1 below. Was made.

[実施例6〜12、14]
溶媒を、下掲の表1に示す通りに変えた以外は実施例1と同様として、実施例6〜12、14の評価用リチウムイオン二次電池を作製した。
[Examples 6 to 12, 14]
Lithium ion secondary batteries for evaluation of Examples 6 to 12 and 14 were prepared in the same manner as in Example 1 except that the solvent was changed as shown in Table 1 below.

[実施例13、15〜16]
アンモニウム塩を、下掲の表1に示す通りに変えた以外は実施例1と同様として、実施例13〜15の評価用リチウムイオン二次電池を作製した
[Examples 13, 15-16]
Lithium ion secondary batteries for evaluation of Examples 13 to 15 were produced in the same manner as in Example 1 except that the ammonium salt was changed as shown in Table 1 below.

実施例2〜18で作製した評価用リチウムイオン二次電池に対し、実施例1に記載の熱的安定性測定を行った結果、ガス発生が見られず、電解液の熱的安定性が確認された。   As a result of performing the thermal stability measurement described in Example 1 for the lithium ion secondary batteries for evaluation produced in Examples 2 to 18, no gas generation was observed, and the thermal stability of the electrolyte was confirmed. It was done.

実施例2〜18で作製した評価用リチウムイオン二次電池に対し、実施例1に記載の放電容量維持率の測定を行った結果を表1に示す。   Table 1 shows the results of measurement of the discharge capacity retention rate described in Example 1 for the evaluation lithium ion secondary batteries produced in Examples 2 to 18.

[比較例1]
電解液として、溶媒を混合しないものを用いた。すなわち、アンモニウム塩としてN−メチル−N−プロピルピロリジニウムビス(フルオロスルホニル)イミド(P13−FSI)を用いて、1mol/LとなるようにLiPFを溶解させた電解液を用いた。以上のこと以外は、実施例1と同様にしてラミネートフィルム型電池を作製した。
[Comparative Example 1]
As the electrolytic solution, one not mixed with a solvent was used. That is, an electrolytic solution in which LiPF 6 was dissolved to 1 mol / L using N-methyl-N-propylpyrrolidinium bis (fluorosulfonyl) imide (P 13 -FSI) as an ammonium salt was used. A laminate film type battery was produced in the same manner as in Example 1 except for the above.

比較例1で作製した評価用リチウムイオン二次電池に対し、実施例1に記載の熱的安定性測定を行った結果、ガス発生が見られず、電解液の熱的安定性が確認された。   As a result of measuring the thermal stability described in Example 1 for the lithium ion secondary battery for evaluation produced in Comparative Example 1, no gas was generated and the thermal stability of the electrolyte was confirmed. .

比較例1で作成した評価用リチウムイオン二次電池に対し、実施例1に記載の放電容量維持率の測定を行った結果を表1に示す。   Table 1 shows the results of measuring the discharge capacity retention rate described in Example 1 for the lithium ion secondary battery for evaluation prepared in Comparative Example 1.

比較例1で作製した評価用リチウムイオン二次電池は、実施例1〜18の電池よりも放電容量維持率が低いことから、アンモニウム塩よりも最高被占軌道(HOMO)が低い溶媒を混合しないアンモニウム塩を用いた電池では放電レート特性の劣化が抑制されないことが明らかになった。 The lithium ion secondary battery for evaluation produced in Comparative Example 1 has a lower discharge capacity maintenance rate than the batteries of Examples 1 to 18, and therefore does not mix a solvent having a lower maximum occupied orbit (HOMO) than the ammonium salt. It has been clarified that the battery using the ammonium salt does not suppress the deterioration of the discharge rate characteristics.

実施例2及び6〜12の結果から、溶媒としてDOLとDMEとVECを用いれば放電レート特性の劣化がより抑制できることが明らかとなった。   From the results of Examples 2 and 6 to 12, it was found that the use of DOL, DME, and VEC as solvents can further suppress the deterioration of the discharge rate characteristics.

実施例1〜5及び17〜18で作成した評価用リチウムイオン二次電池は、比較例1よりも放電容量維持率が高いことから、1,3−ジオキソラン(DOL)の混合量が0.010〜9.0体積%であれば放電レート特性の劣化が抑制できることが明らかとなった。   Since the lithium ion secondary batteries for evaluation created in Examples 1 to 5 and 17 to 18 have a higher discharge capacity retention rate than Comparative Example 1, the mixing amount of 1,3-dioxolane (DOL) is 0.010. It became clear that the deterioration of the discharge rate characteristics can be suppressed if it is ˜9.0 vol%.

実施例2〜3で作製した評価用リチウムイオン二次電池は、実施例1及び4〜5よりも放電容量維持率が高いことから、1,3−ジオキソラン(DOL)の混合量が、1.0〜2.0体積%であれば放電レート特性の劣化がより抑制できることが明らかとなった。   Since the evaluation lithium ion secondary batteries produced in Examples 2-3 have a higher discharge capacity retention rate than Examples 1 and 4-5, the amount of 1,3-dioxolane (DOL) mixed is 1. It has been clarified that the deterioration of the discharge rate characteristics can be further suppressed when the content is 0 to 2.0% by volume.

実施例2,15,16の結果から、鎖状アンモニウム塩よりも環状アンモニウム塩を用いた方が放電レート特性の劣化がより抑制されることが明らかになった。
From the results of Examples 2, 15, and 16, it has been clarified that the deterioration of the discharge rate characteristics is further suppressed when the cyclic ammonium salt is used rather than the chain ammonium salt.

Figure 2017182946
Figure 2017182946

本発明により、放電レート特性の低下を抑制する電解液及びこれを用いたリチウム二次電池を提供される。   According to the present invention, an electrolytic solution that suppresses a decrease in discharge rate characteristics and a lithium secondary battery using the electrolytic solution are provided.

10…正極、12…正極集電体、14…正極活物質層、18…セパレータ、20…負極、22…負極集電体、24…負極活物質層、30…積層体、50…ケース、60,62…リード、100…リチウムイオン二次電池。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Positive electrode, 12 ... Positive electrode collector, 14 ... Positive electrode active material layer, 18 ... Separator, 20 ... Negative electrode, 22 ... Negative electrode collector, 24 ... Negative electrode active material layer, 30 ... Laminate, 50 ... Case, 60 62 ... Lead, 100 ... Lithium ion secondary battery.

Claims (6)

アンモニウム塩及び溶媒を含み、前記溶媒が前記アンモニウム塩よりも低い最高被占軌道(HOMO)を有することを特徴とするリチウム二次電池用電解液。   An electrolyte for a lithium secondary battery, comprising an ammonium salt and a solvent, wherein the solvent has a highest occupied orbit (HOMO) lower than that of the ammonium salt. 前記溶媒が、1,3−ジオキソラン(DOL)、1,2−ジメトキシエタン(DME)、ビニルエチレンカーボネート(VEC)、プロピレンカーボネート(PC)、ジエチルカーボネート(DEC)、テトラヒドロフラン(THF)、2−メチルテトラヒドロフラン(2−MeTHF)、γ−ブチロラクトン(BL)からなる群から選ばれる少なくとも1種である請求項1または2のいずれかに記載のリチウム二次電池用電解液。   The solvent is 1,3-dioxolane (DOL), 1,2-dimethoxyethane (DME), vinyl ethylene carbonate (VEC), propylene carbonate (PC), diethyl carbonate (DEC), tetrahydrofuran (THF), 2-methyl. 3. The electrolytic solution for a lithium secondary battery according to claim 1, which is at least one selected from the group consisting of tetrahydrofuran (2-MeTHF) and γ-butyrolactone (BL). 前記リチウム二次電池用電解液全体に対して、前記溶媒の含有量が0.010〜9.0体積%である請求項1〜3のいずれかに記載のリチウム二次電池用電解液。   The electrolyte solution for a lithium secondary battery according to any one of claims 1 to 3, wherein a content of the solvent is 0.010 to 9.0% by volume with respect to the entire electrolyte solution for the lithium secondary battery. 前記アンモニウム塩は、環状アンモニウム塩である請求項1に記載のリチウム二次電池用電解液。   The electrolyte solution for a lithium secondary battery according to claim 1, wherein the ammonium salt is a cyclic ammonium salt. 前記環状アンモニウム塩が、ピロリジニウム塩またはピペリジニウム塩である請求項4に記載のリチウム二次電池用電解液。   The electrolyte solution for a lithium secondary battery according to claim 4, wherein the cyclic ammonium salt is a pyrrolidinium salt or a piperidinium salt. 請求項1〜5のいずれか一項に記載のリチウム二次電池用電解液を備えるリチウム二次電池。





A lithium secondary battery provided with the electrolyte solution for lithium secondary batteries as described in any one of Claims 1-5.





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