JP2018055934A - Nonaqueous secondary battery - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nonaqueous secondary battery using an electrolyte solution containing a compound having a nitrile group, and superior in the balance between a viscosity and a relative dielectric constant, which is superior in high-temperature preservation characteristic, and in which the pull-out of a hydrogen atom at an α-position of the compound having a nitrile group as a result of a reaction with an impurity can be suppressed.SOLUTION: A nonaqueous secondary battery comprises a positive electrode, a negative electrode, and a nonaqueous electrolyte. The nonaqueous electrolyte comprises: a nonaqueous solvent including a compound having a nitrile group; and an additive agent which has a peak in a range of -50 to -70 ppm according toF-NMR analysis.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、非水系二次電池に関する。詳しくは、アセトニトリルに代表されるニトリル基を有する化合物を含む非水系溶媒を用いる場合に、不純物との反応によるα位水素の引き抜きを防止することによって、優れた出力特性と高温時の保存特性とを両立することのできる非水系二次電池に関するものである。   The present invention relates to a non-aqueous secondary battery. Specifically, when using a non-aqueous solvent containing a compound having a nitrile group typified by acetonitrile, by preventing the extraction of α-position hydrogen due to reaction with impurities, excellent output characteristics and storage characteristics at high temperatures The present invention relates to a non-aqueous secondary battery that can achieve both of the above.

リチウムイオン二次電池に代表される非水系二次電池は軽量、高エネルギー密度、高耐久であることが特徴であり、例えば携帯デバイス用の電源として広く用いられている。近年では、電気自動車;電動自転車;電動工具等のパワーツール;住宅用蓄電デバイスとしても注目されている。それに伴い、リチウムイオン二次電池には、更なる高エネルギー密度化、高出力化、高耐久、及び高い安全性が求められている。これらの課題を解決するために、非水系リチウムイオン二次電池において、主溶媒、リチウム塩、添加剤等、様々な角度から特性改善が行われている。   Non-aqueous secondary batteries represented by lithium ion secondary batteries are characterized by light weight, high energy density, and high durability, and are widely used, for example, as power sources for portable devices. In recent years, electric vehicles; electric bicycles; power tools such as electric tools; Accordingly, lithium ion secondary batteries are required to have higher energy density, higher output, higher durability, and higher safety. In order to solve these problems, in non-aqueous lithium ion secondary batteries, characteristics are improved from various angles such as a main solvent, a lithium salt, and an additive.

これらの課題を解決する手段の1つとして、非水系二次電池における非水系溶媒に、ニトリル基を有する化合物を添加することが挙げられる。中でもアセトニトリルは、粘度と比誘電率とのバランスに優れており、リチウムイオン二次電池の電解液に用いる溶媒として、高いポテンシャルを有する。しかしながら、アセトニトリルは、負極で電気化学的に還元分解するという致命的な欠点があるため、これまで実用性能を発揮することができていなかった。この問題に対して、幾つかの改善策が提案されている。
これまでに提案されている改善策のうち主なものは、以下の3つに分類される。
One means for solving these problems is to add a compound having a nitrile group to a non-aqueous solvent in a non-aqueous secondary battery. Among them, acetonitrile has an excellent balance between viscosity and relative dielectric constant, and has a high potential as a solvent used in an electrolyte solution of a lithium ion secondary battery. However, acetonitrile has a fatal defect of electrochemically reducing and decomposing at the negative electrode, and thus has not been able to exhibit practical performance until now. Several improvements have been proposed for this problem.
The main improvement measures proposed so far are classified into the following three.

(1)特定の電解質塩、添加剤等との組み合わせによって負極を保護し、アセトニトリルの還元分解を抑制する方法
例えば、特許文献1及び2には、溶媒であるアセトニトリルを特定の電解質塩及び添加剤と組み合わせることによって、アセトニトリルの還元分解の影響を低減した電解液が報告されている。なお、リチウムイオン二次電池の黎明期には、特許文献3のように、アセトニトリルをプロピレンカーボネート及びエチレンカーボネートで希釈しただけの溶媒を含む電解液も報告されている。しかしながら、特許文献3では、高温耐久性能について高温保存後の内部抵抗及び電池厚みのみの評価により判定しているため、高温環境下に置かれた場合に実際に電池として作動するか否かという情報は開示されていない。単純にエチレンカーボネート及びプロピレンカーボネートで希釈するだけの措置によってアセトニトリルをベースとする溶媒を含む電解液の還元分解を抑制することは、実際には至難の業である。溶媒の還元分解の抑制方法としては、特許文献1及び2のように、複数の電解質塩及び添加剤を組み合わせる方法が現実的である。
(1) Method for protecting negative electrode by combination with specific electrolyte salt, additive, etc. and suppressing reductive decomposition of acetonitrile For example, Patent Documents 1 and 2 include acetonitrile as a solvent as a specific electrolyte salt and an additive. There has been reported an electrolyte solution that reduces the influence of reductive decomposition of acetonitrile by combining with the above. In the early days of lithium ion secondary batteries, as disclosed in Patent Document 3, an electrolytic solution containing a solvent obtained by simply diluting acetonitrile with propylene carbonate and ethylene carbonate has been reported. However, in Patent Document 3, since the high-temperature durability performance is determined by evaluating only the internal resistance and battery thickness after high-temperature storage, information on whether or not the battery actually operates when placed in a high-temperature environment. Is not disclosed. In practice, it is extremely difficult to suppress the reductive decomposition of an electrolytic solution containing an acetonitrile-based solvent by simply diluting with ethylene carbonate and propylene carbonate. As a method for suppressing reductive decomposition of a solvent, a method of combining a plurality of electrolyte salts and additives as in Patent Documents 1 and 2 is realistic.

(2)アセトニトリルの還元電位よりも貴な電位でリチウムイオンを吸蔵する負極活物質を用いることによって、アセトニトリルの還元分解を抑制する方法
例えば、特許文献4には、負極に特定の金属化合物を用いることにより、アセトニトリルの還元分解を回避した電池を得ることができると報告されている。ただし、リチウムイオン二次電池のエネルギー密度を重視する用途においては、アセトニトリルの還元電位よりも卑な電位でリチウムイオンを吸蔵する負極活物質を用いる方が電位差の観点から圧倒的に有利となる。そのため、そのような用途において特許文献4の改善策を適用すると、使用可能な電圧の範囲が狭くなるため、不利である。また、特許文献4の技術は、低温下でイオン伝導性の高い非水電解質が高温下で正極と反応し易いために、高温化使用の際に寿命性能が大幅に低下するという問題を改善するものではない。
(2) A method of suppressing reductive decomposition of acetonitrile by using a negative electrode active material that occludes lithium ions at a potential nobler than the reduction potential of acetonitrile. For example, Patent Document 4 uses a specific metal compound for the negative electrode. Thus, it is reported that a battery avoiding reductive decomposition of acetonitrile can be obtained. However, in applications where the energy density of the lithium ion secondary battery is important, it is overwhelmingly advantageous to use a negative electrode active material that occludes lithium ions at a lower potential than the reduction potential of acetonitrile from the viewpoint of potential difference. Therefore, when the improvement measure of Patent Document 4 is applied in such an application, the range of usable voltages becomes narrow, which is disadvantageous. In addition, the technique of Patent Document 4 improves the problem that the life performance is greatly deteriorated when used at high temperatures because the non-aqueous electrolyte having high ion conductivity at low temperatures easily reacts with the positive electrode at high temperatures. It is not a thing.

(3)高濃度の電解質塩をアセトニトリルに溶解させて安定な液体状態を維持する方法
例えば、特許文献5には、濃度が4.2mol/Lとなるようにリチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(LiN(SOCF)をアセトニトリルに溶解させた電解液を用いると、黒鉛電極への可逆的なリチウム挿入脱離が可能であることが記載されている。また、特許文献6には、濃度が4.5mol/Lとなるようにリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiN(SOF))をアセトニトリルに溶解させた電解液を用いたセルに対して充放電測定を行った結果、黒鉛へのLi挿入脱離反応が観察され、更に、ハイレートで放電可能であることが報告されている。
(3) Method of maintaining a stable liquid state by dissolving a high concentration electrolyte salt in acetonitrile For example, Patent Document 5 discloses a lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (concentration of 4.2 mol / L). It is described that reversible lithium insertion / extraction from a graphite electrode is possible by using an electrolytic solution in which LiN (SO 2 CF 3 ) 2 ) is dissolved in acetonitrile. Patent Document 6 discloses a cell using an electrolytic solution in which lithium bis (fluorosulfonyl) imide (LiN (SO 2 F) 2 ) is dissolved in acetonitrile so that the concentration is 4.5 mol / L. As a result of charge / discharge measurement, Li + insertion / extraction reaction to graphite was observed, and it was reported that discharge was possible at a high rate.

国際公開第2012/057311号International Publication No. 2012/057311 国際公開第2013/062056号International Publication No. 2013/062056 特開平4−351860号公報JP-A-4-351860 特開2009−21134号公報JP 2009-21134 A 国際公開第2013/146714号International Publication No. 2013/146714 特開2014−241198号公報JP 2014-241198 A

しかしながら、アセトニトリルを含有するリチウムイオン二次電池は、カーボネート溶媒を含有する既存のリチウムイオン二次電池と比較して、高温時の耐久性が劣っており、未だ本格的な実用化には至っていない。
各種検証実験の結果から、アセトニトリル系リチウムイオン二次電池が高温耐久性能に劣る理由は以下のように考察される。
高温環境下において、アセトニトリルは、リチウムイオン二次電池内に存在する不純物との反応によってメチル基から水素原子を引き抜かれながら分解する。その分解生成物が、正極遷移金属の溶出を促進することにより、リチウムイオン二次電池の劣化が起こるものと考えられる。
このような不純物との反応は、α位に水素原子を有するニトリル化合物であれば不可避的に起こる反応であり、ニトリル基を有する化合物を非水系電解液として用いた非水系二次電池における高温環境下の特性を向上するには、この反応を抑制することが必要不可欠であると考えられる。
However, lithium ion secondary batteries containing acetonitrile are inferior in durability at high temperatures compared to existing lithium ion secondary batteries containing a carbonate solvent, and have not yet reached full-scale practical use. .
From the results of various verification experiments, the reason why the acetonitrile-based lithium ion secondary battery is inferior in high-temperature durability is considered as follows.
Under a high temperature environment, acetonitrile decomposes while extracting hydrogen atoms from methyl groups by reaction with impurities present in the lithium ion secondary battery. It is considered that the decomposition product promotes the elution of the positive electrode transition metal, thereby causing the deterioration of the lithium ion secondary battery.
Such a reaction with impurities is unavoidable if it is a nitrile compound having a hydrogen atom at the α-position, and is a high temperature environment in a non-aqueous secondary battery using a compound having a nitrile group as a non-aqueous electrolyte. In order to improve the following characteristics, it is considered essential to suppress this reaction.

本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものである。従って本発明は、粘度と比誘電率とのバランスに優れたニトリル基を有する化合物を含有する電解液を用いる非水系二次電池において、不純物との反応によってニトリル基を有する化合物のα位の水素原子が引き抜かれることを抑制し、高温時の保存特性に優れた非水系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 circumstances. Therefore, the present invention provides an α-position hydrogen of a compound having a nitrile group by reaction with an impurity in a non-aqueous secondary battery using an electrolytic solution containing a compound having a nitrile group excellent in the balance between viscosity and relative dielectric constant. An object of the present invention is to provide a non-aqueous secondary battery that suppresses the extraction of atoms and has excellent storage characteristics at high temperatures.

本発明者らは、上述の課題を解決するために鋭意研究を重ねた。その結果、非水系溶媒としてニトリル基を有する化合物を含有する非水系電解液であっても、更に添加剤として特定の化合物を含有する場合に、アセトニトリルの特徴である優れた出力特性を維持しながら、高温貯蔵時の劣化を抑制することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は以下のとおりである。
The inventors of the present invention have made extensive studies to solve the above-described problems. As a result, even in the case of a non-aqueous electrolyte solution containing a compound having a nitrile group as a non-aqueous solvent, when a specific compound is further contained as an additive, while maintaining the excellent output characteristics that are characteristic of acetonitrile The inventors have found that deterioration during high-temperature storage can be suppressed, and have completed the present invention.
That is, the present invention is as follows.

[1] 正極、負極、及び非水系電解液を備える非水系二次電池であって、
前記非水系電解液は、ニトリル基を有する化合物を含む非水系溶媒、及び19F−NMRで分析した際に−50〜−70ppmにピークを有する添加剤を含むことを特徴とする、前記非水系二次電池。
[2] 前記非水系電解液は、有機リチウム塩を含む、[1]に記載の非水系二次電池。
[3] 前記非水系電解液の添加剤は、下記一般式(1)及び(2):

Figure 2018055934
{式中、(1)式中のN及び(2)式中のO上の二重点はそれぞれ孤立電子対を示し、矢印は配位結合を示し、(1)式中のN及び(2)式中のPからそれぞれ発する直線及び二重線はそれぞれ結合手を示す。}のそれぞれで示される構造を有する化合物からなる群のうち少なくとも1種の化合物を含み、かつ、その総含有量が前記非水系電解液に対して0.001〜10質量%である、[1]又は[2]に記載の非水系二次電池。 [1] A non-aqueous secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte solution,
The non-aqueous electrolyte includes a non-aqueous solvent containing a compound having a nitrile group and an additive having a peak at -50 to -70 ppm when analyzed by 19 F-NMR. Secondary battery.
[2] The non-aqueous secondary battery according to [1], wherein the non-aqueous electrolyte includes an organic lithium salt.
[3] The additive of the non-aqueous electrolyte solution includes the following general formulas (1) and (2):
Figure 2018055934
{In the formula, N in the formula (1) and a double point on O in the formula (2) indicate a lone pair, an arrow indicates a coordination bond, and N and (2) in the formula (1) A straight line and a double line respectively originating from P in the formula indicate a bond. And at least one compound selected from the group consisting of compounds having a structure represented by each of the following formulas, and the total content thereof is 0.001 to 10% by mass with respect to the non-aqueous electrolyte solution: [1 ] Or the nonaqueous secondary battery as described in [2].

[4] 前記一般式(1)で示される構造を有する化合物は、ピリジン骨格、キノリン骨格、及びアクリジン骨格のいずれかを有し、前記一般式(2)で示される構造を有する化合物は、アルキル基、アリル基、及びトリメチルシリル基のいずれかを有する、[3]に記載の非水系二次電池。
[5] 前記ニトリル基を有する化合物は、α位に水素原子を有するニトリル化合物である、[1]〜[4]のいずれか一項に記載の非水系二次電池。
[6] 前記α位に水素原子を有するニトリル化合物は、アセトニトリルである、[5]に記載の非水系二次電池。
[7] ニトリル基を有する化合物を含む非水系溶媒、及び19F−NMRで分析した際に−50〜−70ppmにピークを有する添加剤を含むことを特徴とする、非水系電解液。
[4] The compound having the structure represented by the general formula (1) has any one of a pyridine skeleton, a quinoline skeleton, and an acridine skeleton, and the compound having the structure represented by the general formula (2) is an alkyl The nonaqueous secondary battery according to [3], which has any one of a group, an allyl group, and a trimethylsilyl group.
[5] The non-aqueous secondary battery according to any one of [1] to [4], wherein the compound having a nitrile group is a nitrile compound having a hydrogen atom at the α-position.
[6] The non-aqueous secondary battery according to [5], wherein the nitrile compound having a hydrogen atom at the α-position is acetonitrile.
[7] A non-aqueous electrolyte containing a non-aqueous solvent containing a compound having a nitrile group and an additive having a peak at −50 to −70 ppm when analyzed by 19 F-NMR.

本発明によれば、不純物との反応によってニトリル基を有する化合物のα位の水素原子が引き抜かれることを抑制し、優れた出力特性を維持しながら、高温時に高い保存特性を有する二次電池を提供することができる。   According to the present invention, there is provided a secondary battery having high storage characteristics at high temperatures while suppressing the extraction of α-position hydrogen atoms of a compound having a nitrile group by reaction with impurities and maintaining excellent output characteristics. Can be provided.

本実施形態の非水系二次電池の一例を概略的に示す平面図である。It is a top view which shows roughly an example of the non-aqueous secondary battery of this embodiment. 図1の非水系二次電池のA−A線断面図である。It is the sectional view on the AA line of the non-aqueous secondary battery of FIG. 実施例1で調製した非水系電解液の19F−NMRチャートである。2 is a 19 F-NMR chart of a non-aqueous electrolyte prepared in Example 1. FIG. 実施例8で調製した非水系電解液の19F−NMRチャートである。6 is a 19 F-NMR chart of a nonaqueous electrolytic solution prepared in Example 8. FIG.

以下、本発明を実施するための形態(以下、単に「本実施形態」という。)について詳細に説明する。本明細書において「〜」を用いて記載される数値範囲は、その前後に記載される数値を含むものである。
本実施形態の非水系二次電池は、
正極、負極、及び非水系電解液を備え、
前記非水系電解液は、ニトリル基を有する化合物を含む非水系溶媒、及び19F−NMRで分析した際に−50〜−70ppmにピークを有する添加剤を含むことを特徴とする。
Hereinafter, a mode for carrying out the present invention (hereinafter simply referred to as “the present embodiment”) will be described in detail. In the present specification, numerical ranges described using “to” include numerical values described before and after.
The non-aqueous secondary battery of this embodiment is
A positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte solution are provided,
The non-aqueous electrolyte contains a non-aqueous solvent containing a compound having a nitrile group and an additive having a peak at −50 to −70 ppm when analyzed by 19 F-NMR.

<1. 非水系電池の全体構成>
本実施形態の非水系二次電池は、例えば、
正極活物質としてリチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な正極材料を含有する正極と、
負極活物質として、リチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な負極材料、並びに金属リチウムもしくはリチウム合金からなる群より選ばれる1種以上の負極材料を含有する負極と、
非水系電解液と
を備えるリチウムイオン二次電池であることができる。
本実施形態の非水系二次電池としては、具体的には、図1及び図2に図示される非水系二次電池であってもよい。ここで、図1は非水系二次電池を概略的に表す平面図であり、図2は図1のA−A線断面図である。
<1. Non-aqueous battery overall configuration>
The non-aqueous secondary battery of this embodiment is, for example,
A positive electrode containing a positive electrode material capable of inserting and extracting lithium ions as a positive electrode active material;
A negative electrode material capable of inserting and extracting lithium ions as a negative electrode active material, and a negative electrode containing one or more negative electrode materials selected from the group consisting of metallic lithium or lithium alloys;
It can be a lithium ion secondary battery comprising a non-aqueous electrolyte solution.
Specifically, the non-aqueous secondary battery of the present embodiment may be the non-aqueous secondary battery illustrated in FIGS. 1 and 2. Here, FIG. 1 is a plan view schematically showing a non-aqueous secondary battery, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG.

非水系二次電池8は、2枚のアルミニウムラミネートフィルム1で構成した電池外装2内に、正極5及び負極6をセパレータ7を介して積層して構成した積層電極体と、非水系電解液(図示せず)とを収容している。電池外装2は、その外周部において、上下のアルミニウムラミネートフィルム1を熱融着することにより封止されている。正極5、セパレータ7、及び負極6を順に積層した積層体には、非水系電解液が含浸されている。ただし図2では、図面が煩雑になることを避けるために、電池外装2を構成する各層、並びに正極5及び負極6を構成する各層を区別して示していない。
電池外装2を構成するアルミニウムラミネートフィルム1は、アルミニウム箔の両面をポリオレフィン系の樹脂でコートしたものであることが好ましい。
正極5は、電池8内でリード体を介して正極外部端子3と接続している。図示していないが、負極6も、電池8内でリード体を介して負極外部端子4と接続している。そして、正極外部端子3及び負極外部端子4は、それぞれ、外部の機器等と接続可能なように、片端側が電池外装2の外側に引き出されており、それらに融着されている樹脂部分が、電池外装2の1辺と共に熱融着されている。
The non-aqueous secondary battery 8 includes a laminated electrode body formed by laminating a positive electrode 5 and a negative electrode 6 with a separator 7 in a battery exterior 2 constituted by two aluminum laminate films 1, and a non-aqueous electrolyte solution ( (Not shown). The battery exterior 2 is sealed by heat-sealing the upper and lower aluminum laminate films 1 at the outer periphery thereof. The laminate in which the positive electrode 5, the separator 7, and the negative electrode 6 are sequentially laminated is impregnated with a nonaqueous electrolytic solution. However, in FIG. 2, in order to avoid the drawing from becoming complicated, each layer constituting the battery exterior 2 and each layer constituting the positive electrode 5 and the negative electrode 6 are not shown separately.
The aluminum laminate film 1 constituting the battery casing 2 is preferably one in which both surfaces of an aluminum foil are coated with a polyolefin resin.
The positive electrode 5 is connected to the positive electrode external terminal 3 through a lead body in the battery 8. Although not shown, the negative electrode 6 is also connected to the negative electrode external terminal 4 through the lead body in the battery 8. The positive electrode external terminal 3 and the negative electrode external terminal 4 are each drawn out to the outside of the battery exterior 2 so that they can be connected to an external device or the like, and the resin portion fused to them is It is heat-sealed together with one side of the battery casing 2.

図1及び2に図示される非水系二次電池8は、正極5及び正極6が、それぞれ1枚ずつの積層電極体を有しているが、容量設計により正極5及び負極6の積層枚数を適宜増やすことができる。正極5及び負極6をそれぞれ複数枚有する積層電極体の場合には、同一極のタブ同士を溶接等により接合したうえで1つのリード体に溶接等により接合して電池外部に取り出してもよい。上記同一種のタブとしては、集電体の露出部から構成される態様、集電体の露出部に金属片を溶接して構成される態様等が可能である。
正極5は、正極合剤から作製した正極活物質層と、正極集電体とから構成される。負極6は、負極合剤から作製した負極活物質層と、負極集電体とから構成される。正極5及び負極6は、セパレータ7を介して正極活物質層と負極活物質層とが対向するように配置される。
以下、正極及び負極の総称として「電極」、正極活物質層及び負極活物質層の総称として「電極活物質層」、正極合剤及び負極合剤の総称として「電極合材」とも略記する。
これらの各部材としては、本実施形態における各要件を満たしていれば、従来のリチウムイオン二次電池に備えられる材料を用いることができ、例えば後述の材料であってもよい。以下、非水系二次電池の各部材について詳細に説明する。
In the non-aqueous secondary battery 8 shown in FIGS. 1 and 2, the positive electrode 5 and the positive electrode 6 each have one laminated electrode body, but the number of the positive electrodes 5 and the negative electrodes 6 can be increased depending on the capacity design. It can be increased as appropriate. In the case of a laminated electrode body having a plurality of positive electrodes 5 and negative electrodes 6, tabs having the same polarity may be joined by welding or the like, and then joined to one lead body by welding or the like and taken out of the battery. Examples of the same type of tab include an aspect constituted by an exposed portion of the current collector, an aspect constituted by welding a metal piece to the exposed portion of the current collector, and the like.
The positive electrode 5 includes a positive electrode active material layer made from a positive electrode mixture and a positive electrode current collector. The negative electrode 6 includes a negative electrode active material layer made from a negative electrode mixture and a negative electrode current collector. The positive electrode 5 and the negative electrode 6 are disposed so that the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer face each other with the separator 7 interposed therebetween.
Hereinafter, the positive electrode and the negative electrode are also abbreviated as “electrode”, the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer are collectively referred to as “electrode active material layer”, and the positive electrode mixture and the negative electrode mixture are also abbreviated as “electrode mixture”.
As each of these members, a material provided in a conventional lithium ion secondary battery can be used as long as each requirement in the present embodiment is satisfied. For example, the following materials may be used. Hereinafter, each member of the non-aqueous secondary battery will be described in detail.

<2. 非水系電解液>
本実施形態における非水系電解液(以下、単に「電解液」ともいう。)は、ニトリル基を有する化合物を含む非水系溶媒と、19F−NMRで分析した際に−50〜−70ppmにピークを有する添加剤を、少なくとも含む。電解液は、これら以外にリチウム塩を含むことが好ましい。
本実施形態における電解液は、水分を含まないことが好ましいが、本発明の課題解決を阻害しない範囲であれば、ごく微量の水分を含有してもよい。そのような水分の含有量は、電解液の全量に対して、好ましくは0〜100ppmである。
<2. Non-aqueous electrolyte>
The non-aqueous electrolyte solution in this embodiment (hereinafter also simply referred to as “electrolyte solution”) has a non-aqueous solvent containing a compound having a nitrile group and a peak at −50 to −70 ppm when analyzed by 19 F-NMR. At least an additive having In addition to these, the electrolytic solution preferably contains a lithium salt.
The electrolytic solution in the present embodiment preferably does not contain moisture, but may contain a very small amount of moisture as long as the solution of the problem of the present invention is not hindered. The water content is preferably 0 to 100 ppm with respect to the total amount of the electrolytic solution.

<2−1.非水系溶媒>
[ニトリル基を有する化合物]
本実施形態における電解液中の非水系溶媒は、ニトリル基を有する化合物を含む。
このニトリル基を有する化合物としては、α位に水素原子を有するニトリル化合物であることが好ましい。
これらの具体例としては、例えば
アセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリル、バレロニトリル、及びアクリロニトリルに代表されるモノニトリル;
メトキシアセトニトリル及び3−メトキシプロピオニトリルに代表されるアルコキシ基置換ニトリル;
マロノニトリル、スクシノニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、1,4−ジシアノヘプタン、1,5−ジシアノペンタン、1,6−ジシアノヘキサン、1,7−ジシアノヘプタン、2,6−ジシアノヘプタン、1,8−ジシアノオクタン、2,7−ジシアノオクタン、1,9−ジシアノノナン、2,8−ジシアノノナン、1,10−ジシアノデカン、1,6−ジシアノデカン、及び2,4−ジメチルグルタロニトリルに代表されるジニトリル;
ベンゾニトリルに代表される環状ニトリル;
等を挙げることができる。これらのうち、アセトニトリルが特に好ましい。
<2-1. Non-aqueous solvent>
[Compound having nitrile group]
The non-aqueous solvent in the electrolytic solution in the present embodiment includes a compound having a nitrile group.
The compound having a nitrile group is preferably a nitrile compound having a hydrogen atom at the α-position.
Specific examples thereof include, for example, mononitriles represented by acetonitrile, propionitrile, butyronitrile, valeronitrile, and acrylonitrile;
Alkoxy group-substituted nitriles represented by methoxyacetonitrile and 3-methoxypropionitrile;
Malononitrile, succinonitrile, glutaronitrile, adiponitrile, 1,4-dicyanoheptane, 1,5-dicyanopentane, 1,6-dicyanohexane, 1,7-dicyanoheptane, 2,6-dicyanoheptane, 1,8 Represented by -dicyanooctane, 2,7-dicyanooctane, 1,9-dicyanononane, 2,8-dicyanononane, 1,10-dicyanodecane, 1,6-dicyanodecane, and 2,4-dimethylglutaronitrile Dinitrile;
Cyclic nitriles represented by benzonitrile;
Etc. Of these, acetonitrile is particularly preferred.

ニトリル基を有する化合物の中でも、α位に水素原子を有するニトリル化合物、特にアセトニトリルはイオン伝導性が高く、電池内におけるリチウムイオンの拡散性を高めることができる。そのため、電解液がアセトニトリルを含有する場合には、特に正極活物質層を厚くして正極活物質の充填量を高めた正極においても、高負荷での放電時にはリチウムイオンが到達し難い集電体近傍の領域にまで、リチウムイオンが良好に拡散できるようになる。よって、高負荷放電時にも十分な容量を引き出すことが可能となり、負荷特性に優れた非水系二次電池とすることができる。
非水系電解液の非水系溶媒にアセトニトリルを用いることにより、前記のとおり、非水系電解液のイオン伝導性が向上することから、非水系二次電池の急速充電特性を高めることもできる。非水系二次電池の定電流(CC)−定電圧(CV)充電では、CV充電期間における単位時間当たりの充電容量よりも、CC充電期間における単位時間当たりの容量の方が大きい。非水系電解液の非水系溶媒にアセトニトリルを使用した場合には、CC充電できる領域を大きく(CC充電の時間を長く)できる他、充電電流を高めることもできるため、非水系二次電池の充電開始から満充電状態にするまでの時間を大幅に短縮できる。
Among the compounds having a nitrile group, a nitrile compound having a hydrogen atom at the α-position, particularly acetonitrile, has high ion conductivity, and can increase the diffusibility of lithium ions in the battery. Therefore, when the electrolytic solution contains acetonitrile, a collector in which lithium ions are difficult to reach at the time of discharge under a high load, particularly in a positive electrode in which the positive electrode active material layer is thickened to increase the filling amount of the positive electrode active material. Lithium ions can be diffused well to nearby regions. Therefore, a sufficient capacity can be extracted even during high-load discharge, and a non-aqueous secondary battery having excellent load characteristics can be obtained.
By using acetonitrile as the non-aqueous solvent of the non-aqueous electrolyte solution, as described above, the ionic conductivity of the non-aqueous electrolyte solution is improved, so that the quick charge characteristics of the non-aqueous secondary battery can be enhanced. In constant current (CC) -constant voltage (CV) charging of a non-aqueous secondary battery, the capacity per unit time in the CC charging period is larger than the charging capacity per unit time in the CV charging period. When acetonitrile is used as the non-aqueous solvent of the non-aqueous electrolyte, the CC chargeable area can be increased (the CC charge time can be increased), and the charge current can be increased, so the non-aqueous secondary battery can be charged. The time from the start to the fully charged state can be greatly shortened.

[その他の非水系溶媒]
非水系溶媒は、ニトリル基を有する化合物を含んでいれば特に制限はなく、その他の非水系溶媒を含んでもよいし含んでいなくてもよい。
本実施形態でいう「非水系溶媒」とは、電解液中からリチウム塩及び19F−NMRで分析した際に−50〜−70ppmにピークを有する添加剤を除いた成分をいう。すなわち、電解液中に、溶媒、リチウム塩、及び19F−NMRで分析した際に−50〜−70ppmにピークを有する添加剤と共に、後述する電極保護用添加剤を含んでいる場合には、溶媒と電極保護用添加剤とを併せて「非水系溶媒」という。後述するリチウム塩及び19F−NMRで分析した際に−50〜−70ppmにピークを有する添加剤は、非水系溶媒に含まない。
[Other non-aqueous solvents]
The non-aqueous solvent is not particularly limited as long as it contains a compound having a nitrile group, and may or may not contain other non-aqueous solvents.
The “non-aqueous solvent” in the present embodiment refers to a component excluding an additive having a peak at −50 to −70 ppm when analyzed by lithium salt and 19 F-NMR from the electrolyte. That is, in the case where the electrolyte contains an additive for electrode protection described later together with a solvent, a lithium salt, and an additive having a peak at −50 to −70 ppm when analyzed by 19 F-NMR, The solvent and the electrode protecting additive are collectively referred to as “non-aqueous solvent”. A non-aqueous solvent does not contain a lithium salt described later and an additive having a peak at −50 to −70 ppm when analyzed by 19 F-NMR.

上記その他の非水系溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール等のアルコール類;非プロトン性溶媒等が挙げられる。中でも、非プロトン性極性溶媒が好ましい。
上記その他の非水系溶媒のうち、非プロトン性溶媒の具体例としては、例えば、
エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、1,2−ブチレンカーボネート、トランス−2,3−ブチレンカーボネート、シス−2,3−ブチレンカーボネート、1,2−ペンチレンカーボネート、トランス−2,3−ペンチレンカーボネート、シス−2,3−ペンチレンカーボネート、及びビニレンカーボネートに代表される環状カーボネート;
フルオロエチレンカーボネート、1,2−ジフルオロエチレンカーボネート、及びトリフルオロメチルエチレンカーボネートに代表される環状フッ素化カーボネート;
γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、γ−カプロラクトン、δ−バレロラクトン、δ−カプロラクトン、及びε−カプロラクトンに代表されるラクトン;
スルホラン、ジメチルスルホキシド、及びエチレングリコールサルファイトに代表される硫黄化合物;
テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、及び1,3−ジオキサンに代表される環状エーテル;
エチルメチルカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、メチルイソプロピルカーボネート、ジプロピルカーボネート、メチルブチルカーボネート、ジブチルカーボネート、エチルプロピルカーボネート、及びメチルトリフルオロエチルカーボネートに代表される鎖状カーボネート;
トリフルオロジメチルカーボネート、トリフルオロジエチルカーボネート、及びトリフルオロエチルメチルカーボネートに代表される鎖状フッ素化カーボネート;
Examples of the other non-aqueous solvents include alcohols such as methanol and ethanol; aprotic solvents and the like. Among these, an aprotic polar solvent is preferable.
Among the other non-aqueous solvents, specific examples of the aprotic solvent include, for example,
Ethylene carbonate, propylene carbonate, 1,2-butylene carbonate, trans-2,3-butylene carbonate, cis-2,3-butylene carbonate, 1,2-pentylene carbonate, trans-2,3-pentylene carbonate, cis Cyclic carbonates represented by -2,3-pentylene carbonate and vinylene carbonate;
Cyclic fluorinated carbonates typified by fluoroethylene carbonate, 1,2-difluoroethylene carbonate, and trifluoromethylethylene carbonate;
Lactones represented by γ-butyrolactone, γ-valerolactone, γ-caprolactone, δ-valerolactone, δ-caprolactone, and ε-caprolactone;
Sulfur compounds represented by sulfolane, dimethyl sulfoxide, and ethylene glycol sulfite;
Cyclic ethers represented by tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4-dioxane, and 1,3-dioxane;
A chain carbonate represented by ethyl methyl carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl propyl carbonate, methyl isopropyl carbonate, dipropyl carbonate, methyl butyl carbonate, dibutyl carbonate, ethyl propyl carbonate, and methyl trifluoroethyl carbonate;
Linear fluorinated carbonates typified by trifluorodimethyl carbonate, trifluorodiethyl carbonate, and trifluoroethyl methyl carbonate;

プロピオン酸メチルに代表される鎖状エステル;
ジメトキシエタン、ジエチルエーテル、1,3−ジオキソラン、ジグライム、トリグライム、及びテトラグライムに代表される鎖状エーテル;
Rf−OR(Rfはフッ素を含有するアルキル基、Rはフッ素を含有してもよい有機基)に代表されるフッ素化エーテル;
アセトン、メチルエチルケトン、及びメチルイソブチルケトンに代表されるケトン類等の他、これらのフッ素化物に代表されるハロゲン化物等が挙げられる。これらは1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。
Chain esters represented by methyl propionate;
Linear ethers represented by dimethoxyethane, diethyl ether, 1,3-dioxolane, diglyme, triglyme, and tetraglyme;
A fluorinated ether represented by Rf 4 -OR 5 (Rf 4 is an alkyl group containing fluorine, and R 5 is an organic group which may contain fluorine);
In addition to ketones typified by acetone, methyl ethyl ketone, and methyl isobutyl ketone, halides typified by these fluorinated products are exemplified. These are used singly or in combination of two or more.

これらその他の非水系溶媒の中でも、環状カーボネート及び鎖状カーボネートのうちの1種以上をアセトニトリルと共に使用することがより好ましい。ここで、環状カーボネート及び鎖状カーボネートとして前記に例示したもののうちの1種のみを選択して使用していてもよく、2種以上(例えば、前記例示の環状カーボネートのうちの2種以上、前記例示の鎖状カーボネートのうちの2種以上、又は前記例示の環状カーボネートのうちの1種以上及び前記例示の鎖状カーボネートのうちの1種以上からなる2種以上)を使用してもよい。これらの中でも、環状カーボネートとしてはエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ビニレンカーボネート、又はフルオロエチレンカーボネートがより好ましく、鎖状カーボネートとしてはエチルメチルカーボネート、ジメチルカーボネート、又はジエチルカーボネートがより好ましい。環状カーボネート及び鎖状カーボネートを併用することが更に好ましい。   Among these other non-aqueous solvents, it is more preferable to use one or more of cyclic carbonate and chain carbonate together with acetonitrile. Here, only one of those exemplified above as the cyclic carbonate and the chain carbonate may be selected and used, or two or more (for example, two or more of the cyclic carbonates exemplified above, Two or more of the exemplified chain carbonates or one or more of the exemplified cyclic carbonates and two or more of the exemplified chain carbonates may be used. Among these, ethylene carbonate, propylene carbonate, vinylene carbonate, or fluoroethylene carbonate is more preferable as the cyclic carbonate, and ethyl methyl carbonate, dimethyl carbonate, or diethyl carbonate is more preferable as the chain carbonate. It is more preferable to use a cyclic carbonate and a chain carbonate in combination.

アセトニトリルは電気化学的に還元分解され易い。そのため、これを、別の溶媒と混合すること、及び、電極への保護皮膜形成のための電極保護用添加剤を添加すること、のうちの少なくとも1つを行うことが好ましい。
非水系二次電池の充放電に寄与するリチウム塩の電離度を高めるために、非水系溶媒は、環状の非プロトン性極性溶媒を1種以上含むことが好ましく、環状カーボネートを1種以上含むことがより好ましい。
アセトニトリルの含有量は、非水系溶媒の全体量(後述の電極保護用添加剤を含む)に対して、30〜100体積%であることが好ましく、35体積%以上であることがより好ましく、40体積%以上であることが更に好ましい。この値は、85体積%以下であることがより好ましく、66体積%以下であることが更に好ましい。アセトニトリルの含有量が30体積%以上である場合、イオン伝導度が増大して高出力特性を発現できる傾向にあり、更に、リチウム塩の溶解を促進することができる。非水系溶媒中のアセトニトリルの含有量が上述の範囲内にある場合、アセトニトリルの優れた性能を維持しながら、貯蔵特性及びその他の電池特性を、一層良好なものとすることができる傾向にある。
Acetonitrile is electrochemically susceptible to reductive decomposition. Therefore, it is preferable to perform at least one of mixing this with another solvent and adding an electrode protective additive for forming a protective film on the electrode.
In order to increase the ionization degree of the lithium salt that contributes to charge / discharge of the non-aqueous secondary battery, the non-aqueous solvent preferably contains one or more cyclic aprotic polar solvents, and contains one or more cyclic carbonates. Is more preferable.
The content of acetonitrile is preferably 30 to 100% by volume, more preferably 35% by volume or more, based on the total amount of the non-aqueous solvent (including the electrode protection additive described later). More preferably, it is at least volume%. This value is more preferably 85% by volume or less, and still more preferably 66% by volume or less. When the content of acetonitrile is 30% by volume or more, ionic conductivity tends to increase and high output characteristics tend to be exhibited, and further, dissolution of the lithium salt can be promoted. When the content of acetonitrile in the non-aqueous solvent is within the above range, the storage characteristics and other battery characteristics tend to be further improved while maintaining the excellent performance of acetonitrile.

<2−2.添加剤>
本実施形態における電解液は、添加剤として19F−NMRで分析した際に−50〜−70ppmにピークを有する化合物を含有することを特徴とする。
上記19F−NMRで分析した際に−50〜−70ppmにピークを有する化合物としては、五フッ化リン(PF)のリン原子に孤立電子対が配位した構造を有する化合物が好ましい。
5フッ化リンは、19F−NMR分析において、−70〜−80ppmにピークを示す。しかり、該五フッ化リン(PF)のリン原子に孤立電子対が配位すると、上記のピークが低磁場側にシフトする。配位によりシフトした後の化学シフトは、例えば、窒素原子又は酸素原子の孤立電子対が配位した場合には−50〜−70ppm程度となる。
本発明者らは、電解液に、19F−NMR分析においてこのような化学シフトを示す化合物を含有させた場合に、ニトリル基を有する化合物のα位の水素原子が、不純物との反応によって引き抜かれることを抑制されることを見出し、本発明に到達したのである。
<2-2. Additives>
The electrolytic solution in the present embodiment is characterized by containing a compound having a peak at −50 to −70 ppm when analyzed by 19 F-NMR as an additive.
The compound having a peak at −50 to −70 ppm when analyzed by 19 F-NMR is preferably a compound having a structure in which a lone electron pair is coordinated to a phosphorus atom of phosphorus pentafluoride (PF 5 ).
Phosphorus pentafluoride shows a peak at −70 to −80 ppm in 19 F-NMR analysis. In fact, when a lone pair of electrons is coordinated to the phosphorus atom of the phosphorus pentafluoride (PF 5 ), the above peak shifts to the low magnetic field side. The chemical shift after the shift by coordination is, for example, about −50 to −70 ppm when a lone electron pair of a nitrogen atom or an oxygen atom is coordinated.
When the present inventors include a compound exhibiting such a chemical shift in 19 F-NMR analysis in the electrolytic solution, the α-position hydrogen atom of the compound having a nitrile group is extracted by reaction with impurities. As a result, the present invention has been found.

19F−NMRで分析した際に−50〜−70ppmにピークを有する化合物として、例えば、下記一般式(1)及び(2):

Figure 2018055934
{式中、(1)式中のN及び(2)式中のO上の二重点はそれぞれ孤立電子対を示し、矢印は配位結合を示し、(1)式中のN及び(2)式中のPからそれぞれ発する直線及び二重線はそれぞれ結合手を示す。}のそれぞれで示される構造を有する化合物を挙げることができ、これらのうちから選択される少なくとも1種の化合物を使用することが好ましい。 Examples of the compound having a peak at −50 to −70 ppm when analyzed by 19 F-NMR include the following general formulas (1) and (2):
Figure 2018055934
{In the formula, N in the formula (1) and a double point on O in the formula (2) indicate a lone pair, an arrow indicates a coordination bond, and N and (2) in the formula (1) A straight line and a double line respectively originating from P in the formula indicate a bond. }, It is preferable to use at least one compound selected from these compounds.

上記一般式(1)で示される構造を有する化合物は、ピリジン骨格、キノリン骨格、及びアクリジン骨格のいずれかを有することが好ましい。
ピリジン骨格を有する一般式(1)で示される化合物としては、例えば、ピリジン、2−メチルピリジン、3−メチルピリジン、4−メチルピリジン、2−エチルピリジン、3−エチルピリジン、4−エチルピリジン、2−(n−プロピル)ピリジン、3−(n−プロピル)ピリジン、4−(n−プロピル)ピリジン、2−イソプロピルピリジン、3−イソプロピルピリジン、4−イソプロピルピリジン、2−(n−ブチル)ピリジン、3−(n−ブチル)ピリジン、4−(n−ブチル)ピリジン、2−(1−メチルプロピル)ピリジン、3−(1−メチルプロピル)ピリジン、4−(1−メチルプロピル)ピリジン、2−(2−メチルプロピル)ピリジン、3−(2−メチルプロピル)ピリジン、及び4−(2−メチルプロピル)ピリジンのそれぞれが有する窒素原子の孤立電子対がPFに配位した化合物等を;
キノリン骨格を有する一般式(1)で示される化合物としては、例えば、キノリン、2−メチルキノリン、3−メチルキノリン、4−メチルキノリン、5−メチルキノリン、6−メチルキノリン、7−メチルキノリン、及び8−メチルキノリンのそれぞれが有する窒素原子の孤立電子対がPFに配位した化合物等を;
アクリジン骨格を有する一般式(1)で示される化合物としては、例えば、アクリジン、2−メチルアクリジン、3−メチルアクリジン、4−メチルアクリジン、5−メチルアクリジン、6−メチルアクリジン、7−メチルアクリジン、8−メチルアクリジン、及び9−メチルアクリジンのそれぞれが含有する窒素原子の孤立電子対がPFに配位した化合物等を;
それぞれ挙げることができる。
The compound having the structure represented by the general formula (1) preferably has any of a pyridine skeleton, a quinoline skeleton, and an acridine skeleton.
Examples of the compound represented by the general formula (1) having a pyridine skeleton include pyridine, 2-methylpyridine, 3-methylpyridine, 4-methylpyridine, 2-ethylpyridine, 3-ethylpyridine, 4-ethylpyridine, 2- (n-propyl) pyridine, 3- (n-propyl) pyridine, 4- (n-propyl) pyridine, 2-isopropylpyridine, 3-isopropylpyridine, 4-isopropylpyridine, 2- (n-butyl) pyridine 3- (n-butyl) pyridine, 4- (n-butyl) pyridine, 2- (1-methylpropyl) pyridine, 3- (1-methylpropyl) pyridine, 4- (1-methylpropyl) pyridine, 2 -(2-methylpropyl) pyridine, 3- (2-methylpropyl) pyridine, and 4- (2-methylpropyl) pyridine Compound lone electron pair of the nitrogen atom is coordinated to PF 5, each having such a;
Examples of the compound represented by the general formula (1) having a quinoline skeleton include quinoline, 2-methylquinoline, 3-methylquinoline, 4-methylquinoline, 5-methylquinoline, 6-methylquinoline, 7-methylquinoline, and 8-lone pair of the nitrogen atom, each having a methyl quinoline compounds such coordinated to PF 5;
Examples of the compound represented by the general formula (1) having an acridine skeleton include acridine, 2-methylacridine, 3-methylacridine, 4-methylacridine, 5-methylacridine, 6-methylacridine, 7-methylacridine, Compounds in which a lone pair of nitrogen atoms contained in each of 8-methylacridine and 9-methylacridine is coordinated to PF 5 ;
Each can be mentioned.

上記一般式(2)で示される構造を有する化合物は、アルキル基、アリル基、及びトリメチルシリル基のいずれかを有することが好ましい。
アルキル基を有する一般式(2)で示される化合物としては、例えば、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、及びリン酸トリブチルのそれぞれが含有する二重結合を有する酸素原子の孤立電子対がPFに配位した化合物等を;
アリル基を有する一般式(2)で示される化合物としては、例えば、リン酸トリアリル等を;
トリメチルシリル基を有する一般式(2)で示される化合物としては、例えば、リン酸トリメチルシリル等を;
それぞれ挙げることができる。
The compound having the structure represented by the general formula (2) preferably has any of an alkyl group, an allyl group, and a trimethylsilyl group.
Examples of the compound represented by the general formula (2) having an alkyl group include a lone pair of oxygen atoms having a double bond contained in each of trimethyl phosphate, triethyl phosphate, and tributyl phosphate in PF 5 . Coordinated compounds, etc .;
Examples of the compound represented by the general formula (2) having an allyl group include triallyl phosphate and the like;
Examples of the compound represented by the general formula (2) having a trimethylsilyl group include trimethylsilyl phosphate and the like;
Each can be mentioned.

上記の化合物は、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。
本実施形態における電解液中の、19F−NMRで分析した際に−50〜−70ppmにピークを有する化合物の含有量については、特に制限はない。しかし、電解液の全量(後述の電極保護用添加剤を含む)を基準として、0.001〜10質量%であることが好ましく、0.02〜5質量%であることがより好ましく、0.05〜3質量%であることが更に好ましい。
本実施形態においては、−50〜−70ppmにピークを有する化合物の含有量を上述の範囲内に調整することによって、非水系二次電池としての基本的な機能を損なうことなく、ニトリル基を有する化合物と不純物との反応を抑制することができるため、充放電に伴う内部抵抗の増加を低減できる。
上記のような組成で非水系溶媒を調製することにより、低温環境下における高出力性能、高温時の保存特性、及びその他の電池特性のすべてを、一層良好なものとすることができる傾向にある。
Said compound is used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.
There is no restriction | limiting in particular about content of the compound which has a peak in -50--70 ppm when it analyzes by 19 F-NMR in the electrolyte solution in this embodiment. However, it is preferably 0.001 to 10% by mass, more preferably 0.02 to 5% by mass, based on the total amount of the electrolytic solution (including the electrode protecting additive described later), and 0.02 to 5% by mass. More preferably, it is 05-3 mass%.
In this embodiment, by adjusting the content of the compound having a peak at −50 to −70 ppm within the above range, the basic function as a non-aqueous secondary battery is not impaired, and the nitrile group is included. Since the reaction between the compound and the impurity can be suppressed, an increase in internal resistance accompanying charge / discharge can be reduced.
By preparing a non-aqueous solvent with the above composition, all of high output performance under low temperature environment, storage characteristics at high temperature, and other battery characteristics tend to be even better. .

上記添加剤の19F−NMR分析は、後述の実施例に記載の方法により、行うことができる。この19F−NMR分析は、当該添加剤を試料として行ってもよいし、当該添加剤を含む非水系電解液を試料として行ってもよい。
例えば、非水系電解液を試料として測定した19F−NMR分析において、−50〜−70ppmにピークが観測されたとき、当該電解液は本実施形態所定の添加剤を含むものと推定することができる。
The 19 F-NMR analysis of the additive can be performed by the method described in the examples described later. The 19 F-NMR analysis may be performed using the additive as a sample, or a nonaqueous electrolytic solution containing the additive as a sample.
For example, in a 19 F-NMR analysis measured using a non-aqueous electrolyte as a sample, when a peak is observed at −50 to −70 ppm, it may be estimated that the electrolyte contains the predetermined additive of this embodiment. it can.

<2−3.リチウム塩>
本実施形態における非水系電解液は、リチウム塩を含有することができ、そうすることが好ましい。
非水系電解液に含有されるリチウム塩の種類は特に制限はされず、公知のリチウム塩のいずれか1種類又は2種類以上であってよい。
リチウム塩は、無機リチウム塩及び有機リチウム塩から選択して使用することが好ましい。
<2-3. Lithium salt>
The non-aqueous electrolyte solution in the present embodiment can contain a lithium salt, and it is preferable to do so.
The type of lithium salt contained in the non-aqueous electrolyte solution is not particularly limited, and may be any one type or two or more types of known lithium salts.
The lithium salt is preferably selected from inorganic lithium salts and organic lithium salts.

無機リチウム塩の具体例としては、例えば、LiPF、LiBF、LiAsF、LiSiF、LiSbF、Li1212−b〔bは0〜3の整数、好ましくは1〜3の整数〕、LiN(SOF)、LiClO、LiAlO、LiAlCl、LiB10Cl10、クロロボランLi等のフッ素原子をアニオンに含まない無機リチウム塩等を挙げることができる。 Specific examples of the inorganic lithium salt include, for example, LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , Li 2 SiF 6 , LiSbF 6 , Li 2 B 12 F b H 12-b [b is an integer of 0 to 3, preferably 1 An integer of ˜3], LiN (SO 2 F) 2 , LiClO 4 , LiAlO 4 , LiAlCl 4 , LiB 10 Cl 10 , inorganic lithium salts that do not contain a fluorine atom in the anion, and the like.

有機リチウム塩の具体例としては、例えば、
LiCFSO、LiCFCO、Li(SO、LiC(CFSO、LiC2n+1SO(n≧2)、低級脂肪族カルボン酸Li、四フェニルホウ酸Li等の有機リチウム塩;
LiN(SOCF、LiN(SO等のLiN(SO2m+1〔mは1〜8の整数〕で表される有機リチウム塩;
LiPF(CF)等のLiPF(C2p+16−n〔nは1〜5の整数、pは1〜8の整数〕で表される有機リチウム塩;
LiBF(CF)等のLiBF(C2s+14−q〔qは1〜3の整数、sは1〜8の整数〕で表される有機リチウム塩;
LiB(Cで表されるリチウムビス(オキサラト)ボレート(LiBOB);
ハロゲン化LiBOB;LiBF(C)で表されるリチウムオキサラトジフルオロボレート(LiODFB);
LiB(Cで表されるリチウムビス(マロネート)ボレート(LiBMB);
LiPF(C)で表されるリチウムテトラフルオロオキサラトフォスフェート、LiPF(Cで表されるリチウムジフルオロビス(オキサラト)フォスフェート等の有機リチウム塩;
多価アニオンと結合されたリチウム塩;
下記一般式(2a)、(2b)、及び(2c):
LiC(SO)(SO)(SO) (2a)
LiN(SOOR)(SOOR10) (2b)
LiN(SO11)(SOOR12) (2c)
{式中、R、R、R、R、R10、R11、及びR12は、互いに同一であっても異なっていてもよく、炭素数1〜8のパーフルオロアルキル基を示す}のそれぞれで表される有機リチウム塩;
等が挙げられる。
Specific examples of the organic lithium salt include, for example,
LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , Li 2 C 2 F 4 (SO 3 ) 2 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiC n F 2n + 1 SO 3 (n ≧ 2), lower aliphatic carboxylic acid Li, An organic lithium salt such as lithium tetraphenylborate;
An organic lithium salt represented by LiN (SO 2 C m F 2m + 1 ) 2 [m is an integer of 1 to 8] such as LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 ;
LiPF 5 (CF 3) LiPF n (C p F 2p + 1) 6-n [n is an integer of 1 to 5, p is an integer of 1 to 8] The organic lithium salt represented by the like;
LiBF q (C s F 2s + 1 ) 4-q such as LiBF 3 (CF 3 ) 4-q [q is an integer of 1 to 3, s is an integer of 1 to 8];
Lithium bis (oxalato) borate (LiBOB) represented by LiB (C 2 O 4 ) 2 ;
Halogenated LiBOB; Lithium oxalate difluoroborate (LiODFB) represented by LiBF 2 (C 2 O 4 );
Lithium bis (malonate) borate (LiBMB) represented by LiB (C 3 O 4 H 2 ) 2 ;
Organic lithium salts such as lithium tetrafluorooxalatophosphate represented by LiPF 4 (C 2 O 4 ) and lithium difluorobis (oxalato) phosphate represented by LiPF 2 (C 2 O 4 ) 2 ;
A lithium salt combined with a polyvalent anion;
The following general formulas (2a), (2b), and (2c):
LiC (SO 2 R 6) ( SO 2 R 7) (SO 2 R 8) (2a)
LiN (SO 2 OR 9 ) (SO 2 OR 10 ) (2b)
LiN (SO 2 R 11 ) (SO 2 OR 12 ) (2c)
{Wherein R 6 , R 7 , R 8 , R 9 , R 10 , R 11 , and R 12 may be the same as or different from each other, and represent a C 1-8 perfluoroalkyl group. An organic lithium salt represented by each of
Etc.

非水系二次電池の負荷特性改善及び充放電サイクル特性改善のためには、有機リチウム塩を使用することが好ましく、シュウ酸基を有する有機リチウム塩を使用することがより好ましく、LiB(C、LiBF(C)、LiPF(C)、及びLiPF(Cから成る群より選択される1種以上を使用することが特に好ましい。
上記の有機リチウム塩は、非水系電解液に添加することの他、負極(負極活物質層)に含有させてもよい。
In order to improve the load characteristics and charge / discharge cycle characteristics of the non-aqueous secondary battery, it is preferable to use an organic lithium salt, more preferably an organic lithium salt having an oxalic acid group, and LiB (C 2 It is particularly preferable to use one or more selected from the group consisting of O 4 ) 2 , LiBF 2 (C 2 O 4 ), LiPF 4 (C 2 O 4 ), and LiPF 2 (C 2 O 4 ) 2. .
The above organic lithium salt may be contained in the negative electrode (negative electrode active material layer) in addition to being added to the nonaqueous electrolytic solution.

上記の有機リチウム塩の非水系電解液への添加量は、その使用による効果をより良好に確保する観点から、非水系電解液の非水系溶媒(後述の電極保護用添加剤を含む)1L当たりの量として、0.005モル以上であることが好ましく、0.02モル以上であることがより好ましく、0.05モル以上であることが更に好ましい。ただし、有機リチウム塩の非水系電解液中の量が多すぎると析出するおそれがある。よって、上記の有機リチウム塩の非水系電解液への添加量は、非水系電解液の非水系溶媒(後述の電極保護用添加剤を含む)1L当たりの量として、1.0モル未満であることが好ましく、0.5モル未満であることがより好ましく、0.2モル未満であることが更に好ましい。   The amount of the above organic lithium salt added to the non-aqueous electrolyte is from 1 L of non-aqueous solvent of the non-aqueous electrolyte (including the electrode protection additive described later) from the viewpoint of better ensuring the effect of its use. The amount is preferably 0.005 mol or more, more preferably 0.02 mol or more, and still more preferably 0.05 mol or more. However, if the amount of the organic lithium salt in the non-aqueous electrolyte is too large, it may be precipitated. Therefore, the amount of the organic lithium salt added to the non-aqueous electrolyte is less than 1.0 mol as the amount per liter of the non-aqueous solvent (including the electrode protection additive described later) of the non-aqueous electrolyte. It is preferably less than 0.5 mol, more preferably less than 0.2 mol.

有機リチウム塩とともに、無機リチウム塩を併用することも、本実施形態における好ましい態様である。有機リチウム塩及び無機リチウム塩を併用する場合、非水系電解液への両者の合計の添加量は、非水系電解液の非水系溶媒(後述の電極保護用添加剤を含む)1L当たりの量として、0.1〜4.0モルであることが好ましく、0.5〜3.0モルであることがより好ましく、0.7〜2.0モルであることが更に好ましい。   It is also a preferred aspect in this embodiment that an inorganic lithium salt is used in combination with an organic lithium salt. When the organic lithium salt and the inorganic lithium salt are used in combination, the total amount added to the non-aqueous electrolyte solution is the amount per liter of the non-aqueous solvent (including the electrode protection additive described later) of the non-aqueous electrolyte solution. 0.1 to 4.0 mol is preferable, 0.5 to 3.0 mol is more preferable, and 0.7 to 2.0 mol is still more preferable.

<2−4.電極保護用添加剤>
本実施形態における電解液には、19F−NMRで分析した際に−50〜−70ppmにピークを有する添加剤以外に、電極を保護する添加剤が含まれていてもよい。なお、上述したように、電解液が電極保護用添加剤を含む場合、該電極保護用添加剤は非水系溶媒に含まれるから、該電解液中には、電極保護用添加剤を含む非水系溶媒がニトリル基を有する化合物を含有していればよい。
電極保護用添加剤としては、本発明による課題解決を阻害しないものであれば特に制限はない。リチウム塩を溶解する溶媒としての役割を担う物質(すなわち上述の非水系溶媒)と実質的に重複してもよい。電極保護用添加剤は、本実施形態における電解液及び非水系二次電池の性能向上に寄与する物質であることが好ましいが、電気化学的な反応には直接関与しない物質をも包含する。
<2-4. Electrode protective additive>
The electrolytic solution in the present embodiment may contain an additive for protecting the electrode in addition to the additive having a peak at −50 to −70 ppm when analyzed by 19 F-NMR. In addition, as described above, when the electrolytic solution contains an electrode protecting additive, the electrode protecting additive is contained in a non-aqueous solvent. Therefore, the electrolytic solution contains a non-aqueous solvent containing an electrode protecting additive. It is sufficient that the solvent contains a compound having a nitrile group.
The electrode protecting additive is not particularly limited as long as it does not hinder the problem solving according to the present invention. You may substantially overlap with the substance which plays the role as a solvent which melt | dissolves lithium salt (namely, the above-mentioned non-aqueous solvent). The electrode protecting additive is preferably a substance that contributes to improving the performance of the electrolytic solution and the non-aqueous secondary battery in this embodiment, but also includes substances that are not directly involved in the electrochemical reaction.

電極保護用添加剤の具体例としては、例えば、
4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,4−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、シス−4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、トランス−4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,4,5−トリフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,4,5,5−テトラフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、及び4,4,5−トリフルオロ−5−メチル−1,3−ジオキソラン−2−オンに代表されるフルオロエチレンカーボネート;
ビニレンカーボネート、4,5−ジメチルビニレンカーボネート、及びビニルエチレンカーボネートに代表される不飽和結合含有環状カーボネート;
γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、γ−カプロラクトン、δ−バレロラクトン、δ−カプロラクトン、及びε−カプロラクトンに代表されるラクトン;
1,4−ジオキサンに代表される環状エーテル;
エチレンサルファイト、プロピレンサルファイト、ブチレンサルファイト、ペンテンサルファイト、スルホラン、3−メチルスルホラン、1,3−プロパンスルトン、1,4−ブタンスルトン、及びテトラメチレンスルホキシドに代表される環状硫黄化合物;
等が挙げられる。これらは1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。
As a specific example of the electrode protecting additive, for example,
4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one, 4,4-difluoro-1,3-dioxolan-2-one, cis-4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one, trans- 4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one, 4,4,5-trifluoro-1,3-dioxolan-2-one, 4,4,5,5-tetrafluoro-1,3- Dioxolan-2-one and fluoroethylene carbonate represented by 4,4,5-trifluoro-5-methyl-1,3-dioxolan-2-one;
An unsaturated bond-containing cyclic carbonate represented by vinylene carbonate, 4,5-dimethylvinylene carbonate, and vinylethylene carbonate;
Lactones represented by γ-butyrolactone, γ-valerolactone, γ-caprolactone, δ-valerolactone, δ-caprolactone, and ε-caprolactone;
Cyclic ethers represented by 1,4-dioxane;
Cyclic sulfur compounds represented by ethylene sulfite, propylene sulfite, butylene sulfite, pentene sulfite, sulfolane, 3-methylsulfolane, 1,3-propane sultone, 1,4-butane sultone, and tetramethylene sulfoxide;
Etc. These are used singly or in combination of two or more.

非水系溶媒の一成分であるニトリル基を有する化合物は電気化学的に還元分解され易いため、該ニトリル基を有する化合物を含む非水系溶媒は、負極への保護皮膜形成のための添加剤として、環状の非プロトン性極性溶媒を1種以上含むことが好ましく、不飽和結合含有環状カーボネートを1種以上含むことがより好ましい。
本実施形態における電解液中の電極保護用添加剤の含有量については、特に制限はない。しかし、非水系溶媒(電極保護用添加剤を含む)の全量に対する電極保護用添加剤の含有量として、0.1〜30体積%であることが好ましく、2〜20体積%であることがより好ましく、5〜15体積%であることが更に好ましい。
本実施形態においては、電極保護用添加剤の含有量が多いほど電解液の劣化が抑えられる。しかし、電極保護用添加剤の含有量が少ないほど非水系二次電池の低温環境下における高出力特性が向上することになる。従って、電極保護用添加剤の含有量を上述の範囲内に調整することによって、非水系二次電池としての基本的な機能を損なうことなく、電解液の高イオン伝導度に基づく優れた性能を最大限に発揮することができる傾向にある。このような組成で電解液を調製することにより、非水系二次電池のサイクル性能、低温環境下における高出力性能及びその他の電池特性の全てを一層良好なものとすることができる傾向にある。
Since a compound having a nitrile group, which is a component of a non-aqueous solvent, is easily electrochemically reduced and decomposed, a non-aqueous solvent containing the compound having the nitrile group is used as an additive for forming a protective film on the negative electrode. It is preferable to include at least one cyclic aprotic polar solvent, and it is more preferable to include at least one unsaturated bond-containing cyclic carbonate.
There is no restriction | limiting in particular about content of the electrode protection additive in the electrolyte solution in this embodiment. However, the content of the electrode protective additive with respect to the total amount of the non-aqueous solvent (including the electrode protective additive) is preferably 0.1 to 30% by volume, and more preferably 2 to 20% by volume. Preferably, it is 5 to 15% by volume.
In this embodiment, deterioration of electrolyte solution is suppressed, so that there is much content of the additive for electrode protection. However, the lower the content of the electrode protecting additive, the higher the high output characteristics of the non-aqueous secondary battery in a low temperature environment. Therefore, by adjusting the content of the electrode protecting additive within the above-mentioned range, excellent performance based on the high ionic conductivity of the electrolytic solution can be obtained without impairing the basic function as a non-aqueous secondary battery. There is a tendency to make the most of it. By preparing the electrolytic solution with such a composition, all of the cycle performance of the non-aqueous secondary battery, the high output performance in a low temperature environment, and other battery characteristics tend to be further improved.

<2−5.その他の任意的添加剤>
本実施形態においては、非水系二次電池の充放電サイクル特性の改善、高温貯蔵性、安全性の向上(例えば過充電防止等)等の目的で、非水系電解液に、例えば、無水酸、スルホン酸エステル、ジフェニルジスルフィド、シクロヘキシルベンゼン、ビフェニル、フルオロベンゼン、tert−ブチルベンゼン、リン酸エステル〔エチルジエチルホスホノアセテート(EDPA):(CO)(P=O)−CH(C=O)OC、リン酸トリス(トリフルオロエチル)(TFEP):(CFCHO)P=O、リン酸トリフェニル(TPP):(CO)P=O等〕等、及びこれらの各化合物の誘導体等から選択される任意的添加剤を、適宜含有させることもできる。特に前記のリン酸エステルは、貯蔵時の副反応を抑制する作用があり、効果的である。
<2-5. Other optional additives>
In the present embodiment, for the purpose of improving the charge / discharge cycle characteristics of the non-aqueous secondary battery, high-temperature storage property, improving safety (for example, preventing overcharge, etc.), the non-aqueous electrolyte solution includes, for example, anhydrous acid, Sulfonic acid ester, diphenyl disulfide, cyclohexylbenzene, biphenyl, fluorobenzene, tert-butylbenzene, phosphoric acid ester [ethyl diethylphosphonoacetate (EDPA): (C 2 H 5 O) 2 (P═O) —CH 2 ( C═O) OC 2 H 5 , tris (trifluoroethyl) phosphate (TFEP): (CF 3 CH 2 O) 3 P═O, triphenyl phosphate (TPP): (C 6 H 5 O) 3 P ═O etc.] and the like, and optional additives selected from derivatives of these respective compounds and the like can be appropriately contained. In particular, the phosphoric acid ester has an effect of suppressing side reactions during storage and is effective.

<3.正極>
正極5は、正極集電体と、該正極集電体上に正極合剤から形成された正極活物質層とから構成される。正極5は、非水系二次電池の正極として作用するものであれば特に限定されず、公知のものであってもよい。
<3. Positive electrode>
The positive electrode 5 includes a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer formed from a positive electrode mixture on the positive electrode current collector. The positive electrode 5 is not particularly limited as long as it functions as a positive electrode of a non-aqueous secondary battery, and may be a known one.

[正極集電体]
正極集電体は、例えば、アルミニウム箔、ニッケル箔、ステンレス箔等の金属箔により構成される。正極集電体は、表面にカーボンコートが施されていてもよく、メッシュ状に加工されていてもよい。正極集電体の厚みは、5〜40μmであることが好ましく、7〜35μmであることがより好ましく、9〜30μmであることが更に好ましい。
[Positive electrode current collector]
The positive electrode current collector is made of, for example, a metal foil such as an aluminum foil, a nickel foil, or a stainless steel foil. The positive electrode current collector may have a surface coated with a carbon coat or may be processed into a mesh shape. The thickness of the positive electrode current collector is preferably 5 to 40 μm, more preferably 7 to 35 μm, and still more preferably 9 to 30 μm.

[正極活物質層]
正極活物質層は、正極活物質を含有し、場合により導電助剤及びバインダーを更に含有する。
正極活物質層は、正極活物質として、リチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な材料を含有することが好ましい。正極活物質層は、正極活物質とともに、必要に応じて導電助剤及びバインダーを含有することが好ましい。このような材料を用いる場合、高電圧及び高エネルギー密度を得ることができる傾向にあるので好ましい。
正極活物質としては、例えば、以下の一般式(3a)及び(3b):
LiMO (3a)
Li (3b)
{式中、Mは少なくとも1種の遷移金属元素を含む1種以上の金属元素を示し、xは0〜1.1の数、yは0〜2の数を示す。}のそれぞれで表されるリチウム含有化合物、及びその他のリチウム含有化合物が挙げられる。
[Positive electrode active material layer]
The positive electrode active material layer contains a positive electrode active material and optionally further contains a conductive additive and a binder.
The positive electrode active material layer preferably contains a material capable of inserting and extracting lithium ions as the positive electrode active material. It is preferable that a positive electrode active material layer contains a conductive support agent and a binder as needed with a positive electrode active material. The use of such a material is preferable because a high voltage and a high energy density tend to be obtained.
Examples of the positive electrode active material include the following general formulas (3a) and (3b):
Li x MO 2 (3a)
Li y M 2 O 4 (3b)
{In the formula, M represents one or more metal elements including at least one transition metal element, x represents a number of 0 to 1.1, and y represents a number of 0 to 2. }, A lithium-containing compound represented by each of the above and other lithium-containing compounds.

一般式(3a)及び(3b)のそれぞれで表されるリチウム含有化合物としては、例えば、
LiCoOに代表されるリチウムコバルト酸化物;
LiMnO、LiMn、及びLiMnに代表されるリチウムマンガン酸化物;
LiNiOに代表されるリチウムニッケル酸化物;
LiMO{MはNi、Mn、及びCoから選ばれる少なくとも1種の遷移金属元素を含み、且つ、Ni、Mn、Co、Al、及びMgからなる群より選ばれる2種以上の金属元素を示し、zは0.9超1.2未満の数を示す}で表されるリチウム含有複合金属酸化物;
等が挙げられる。
As the lithium-containing compound represented by each of the general formulas (3a) and (3b), for example,
Lithium cobalt oxide typified by LiCoO 2 ;
Lithium manganese oxides typified by LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , and Li 2 Mn 2 O 4 ;
Lithium nickel oxide typified by LiNiO 2 ;
Li z MO 2 {M includes at least one transition metal element selected from Ni, Mn, and Co, and two or more metal elements selected from the group consisting of Ni, Mn, Co, Al, and Mg And z represents a number of more than 0.9 and less than 1.2}
Etc.

一般式(3a)及び(3b)のそれぞれで表されるリチウム含有化合物以外のリチウム含有化合物としては、リチウムを含有するものであれば特に限定されない。このようなリチウム含有化合物としては、例えば、リチウムと遷移金属元素とを含む複合酸化物、リチウムを有する金属カルコゲン化物、リチウムと遷移金属元素とを含むリン酸金属化合物、及びリチウムと遷移金属元素とを含むケイ酸金属化合物(例えばLiSiO、Mは一般式(3a)と同義であり、tは0〜1の数、uは0〜2の数を示す。)が挙げられる。より高い電圧を得る観点から、リチウム含有化合物としては、特に、
リチウムと、
コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、クロム(Cr)、バナジウム(V)、及びチタン(Ti)からなる群より選ばれる少なくとも1種の遷移金属元素と、
を含む複合酸化物、及びリン酸金属化合物が好ましい。
The lithium-containing compound other than the lithium-containing compound represented by each of the general formulas (3a) and (3b) is not particularly limited as long as it contains lithium. Examples of such a lithium-containing compound include a composite oxide containing lithium and a transition metal element, a metal chalcogenide containing lithium, a metal phosphate compound containing lithium and a transition metal element, and lithium and a transition metal element. (For example, Li t M u SiO 4 , M is as defined in the general formula (3a), t is a number from 0 to 1, and u is a number from 0 to 2). From the viewpoint of obtaining a higher voltage, as the lithium-containing compound, in particular,
With lithium,
Selected from the group consisting of cobalt (Co), nickel (Ni), manganese (Mn), iron (Fe), copper (Cu), zinc (Zn), chromium (Cr), vanadium (V), and titanium (Ti) At least one transition metal element,
The composite oxide containing and a metal phosphate compound are preferable.

リチウム含有化合物としてより具体的には、リチウムと遷移金属元素とを含む複合酸化物又はリチウムと遷移金属元素とを有する金属カルコゲン化物、及びリチウムを有するリン酸金属化合物がより好ましく、例えば、それぞれ以下の一般式(4a)及び(4b):
Li (4a)
LiIIPO (4b)
{式中、Dは酸素又はカルコゲン元素を示し、MI及びMIIはそれぞれ1種以上の遷移金属元素を示し、v及びwの値は、電池の充放電状態によって異なり、vは0.05〜1.10、wは0.05〜1.10の数を示す。}のそれぞれで表される化合物が挙げられる。
上述の一般式(4a)で表されるリチウム含有化合物は層状構造を有し、上述の一般式(4b)で表される化合物はオリビン構造を有する。これらのリチウム含有化合物は、構造を安定化させる等の目的から、Al、Mg、又はその他の遷移金属元素により遷移金属元素の一部を置換したもの、これらの金属元素を結晶粒界に含ませたもの、酸素原子の一部をフッ素原子等で置換したもの、正極活物質表面の少なくとも一部に他の正極活物質を被覆したもの等であってもよい。
More specifically, the lithium-containing compound is more preferably a composite oxide containing lithium and a transition metal element or a metal chalcogenide having lithium and a transition metal element, and a metal phosphate compound having lithium. General formulas (4a) and (4b):
Li v M I D 2 (4a )
Li w M II PO 4 (4b)
{Wherein D represents oxygen or a chalcogen element, MI and MII each represent one or more transition metal elements, and the values of v and w depend on the charge / discharge state of the battery, and v is 0.05 to 1 .10, w represents a number from 0.05 to 1.10. }, Compounds represented by each of the above.
The lithium-containing compound represented by the above general formula (4a) has a layered structure, and the compound represented by the above general formula (4b) has an olivine structure. These lithium-containing compounds are obtained by substituting a part of the transition metal element with Al, Mg, or other transition metal elements for the purpose of stabilizing the structure, and include these metal elements in the grain boundaries. It is also possible that the oxygen atom is partially substituted with a fluorine atom or the like, or at least a part of the surface of the positive electrode active material is coated with another positive electrode active material.

本実施形態における正極活物質としては、上記のようなリチウム含有化合物のみを用いてもよいし、該リチウム含有化合物とともにその他の正極活物質を併用してもよい。
このようなその他の正極活物質としては、例えば、トンネル構造及び層状構造を有する金属酸化物又は金属カルコゲン化物;イオウ;導電性高分子等が挙げられる。トンネル構造及び層状構造を有する金属酸化物又は金属カルコゲン化物としては、例えば、MnO、FeO、FeS、V、V13、TiO、TiS、MoS、及びNbSeに代表される、リチウム以外の金属の酸化物、硫化物、セレン化物等が挙げられる。導電性高分子としては、例えば、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリアセチレン、及びポリピロールに代表される導電性高分子を挙げられる。
As the positive electrode active material in the present embodiment, only the lithium-containing compound as described above may be used, or other positive electrode active material may be used in combination with the lithium-containing compound.
Examples of such other positive electrode active materials include metal oxides or metal chalcogenides having a tunnel structure and a layered structure; sulfur; a conductive polymer. Examples of the metal oxide or metal chalcogenide having a tunnel structure and a layered structure include MnO 2 , FeO 2 , FeS 2 , V 2 O 5 , V 6 O 13 , TiO 2 , TiS 2 , MoS 2 , and NbSe 2. And oxides, sulfides, selenides, and the like of metals other than lithium. Examples of the conductive polymer include conductive polymers represented by polyaniline, polythiophene, polyacetylene, and polypyrrole.

上述のその他の正極活物質は、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられ、特に制限はない。しかしながら、リチウムイオンを可逆安定的に吸蔵及び放出することが可能であり、且つ、高エネルギー密度を達成できることから、前記正極活物質層がNi、Mn、及びCoから選ばれる少なくとも1種の遷移金属元素を含有することが好ましい。
正極活物質として、リチウム含有化合物とその他の正極活物質とを併用する場合、両者の使用割合としては、正極活物質の全部に対するリチウム含有化合物の使用割合として、80質量%以上が好ましく、85質量%以上がより好ましい。
The other positive electrode active materials described above are used alone or in combination of two or more, and are not particularly limited. However, since it is possible to occlude and release lithium ions in a reversible manner and to achieve a high energy density, the positive electrode active material layer is at least one transition metal selected from Ni, Mn, and Co. It is preferable to contain an element.
When a lithium-containing compound and another positive electrode active material are used in combination as the positive electrode active material, the use ratio of both is preferably 80% by mass or more, and 85% by mass as the use ratio of the lithium-containing compound to the entire positive electrode active material. % Or more is more preferable.

導電助剤としては、例えば、グラファイト、アセチレンブラック、及びケッチェンブラックに代表されるカーボンブラック、並びに炭素繊維が挙げられる。導電助剤の含有割合は、正極活物質100質量部に対して、10質量部以下とすることが好ましく、より好ましくは1〜5質量部である。
バインダーとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリアクリル酸、スチレンブタジエンゴム、及びフッ素ゴムが挙げられる。バインダーの含有割合は、正極活物質100質量部に対して、6質量部以下とすることが好ましく、より好ましくは0.5〜4質量部である。
Examples of the conductive aid include carbon black typified by graphite, acetylene black, and ketjen black, and carbon fiber. The content ratio of the conductive assistant is preferably 10 parts by mass or less, more preferably 1 to 5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the positive electrode active material.
Examples of the binder include polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyacrylic acid, styrene butadiene rubber, and fluorine rubber. The content ratio of the binder is preferably 6 parts by mass or less, more preferably 0.5 to 4 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the positive electrode active material.

正極活物質層は、正極活物質と、必要に応じて導電助剤及びバインダーとを混合した正極合剤を溶剤に分散した正極合剤含有スラリーを、正極集電体に塗布及び乾燥(溶媒除去)し、必要に応じてプレスすることにより形成される。このような溶剤としては、特に制限はなく、従来公知のものを用いることができる。例えば、N―メチル−2−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、水等が挙げられる。   The positive electrode active material layer is formed by applying a positive electrode mixture-containing slurry, in which a positive electrode mixture obtained by mixing a positive electrode active material and, if necessary, a conductive additive and a binder in a solvent, is applied to a positive electrode current collector and dried (solvent removal) And is formed by pressing as necessary. There is no restriction | limiting in particular as such a solvent, A conventionally well-known thing can be used. For example, N-methyl-2-pyrrolidone, dimethylformamide, dimethylacetamide, water and the like can be mentioned.

<4.負極>
負極6は、負極集電体と、該負極集電体上に負極合剤から形成された負極活物質層とから構成される。負極6は、非水系二次電池の負極として作用するものであれば特に限定されず、公知のものであってもよい。
<4. Negative electrode>
The negative electrode 6 includes a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer formed on the negative electrode current collector from a negative electrode mixture. The negative electrode 6 is not particularly limited as long as it functions as a negative electrode of a non-aqueous secondary battery, and may be a known one.

[負極集電体]
負極集電体は、例えば、銅箔、ニッケル箔、ステンレス箔等の金属箔により構成される。この負極集電体は、表面にカーボンコートが施されていてもよいし、メッシュ状に加工されていてもよい。負極集電体の厚みは、5〜40μmであることが好ましく、6〜35μmであることがより好ましく、7〜30μmであることが更に好ましい。
[Negative electrode current collector]
The negative electrode current collector is made of a metal foil such as a copper foil, a nickel foil, or a stainless steel foil. The negative electrode current collector may have a surface coated with a carbon coat or may be processed into a mesh shape. The thickness of the negative electrode current collector is preferably 5 to 40 μm, more preferably 6 to 35 μm, and still more preferably 7 to 30 μm.

[負極活物質層]
負極活物質層は、電池電圧を高められるという観点から、負極活物質としてリチウムイオンを0.4V vs.Li/Li+よりも卑な電位で吸蔵することが可能な材料を含有することが好ましい。負極活物質層は、負極活物質とともに、必要に応じて導電助剤及びバインダーを含有することが好ましい。
負極活物質としては、例えば、アモルファスカーボン(ハードカーボン)、人造黒鉛、天然黒鉛、黒鉛、熱分解炭素、コークス、ガラス状炭素、有機高分子化合物の焼成体、メソカーボンマイクロビーズ、炭素繊維、活性炭、グラファイト、炭素コロイド、及びカーボンブラックに代表される炭素材料の他、金属リチウム、金属酸化物、金属窒化物、リチウム合金、スズ合金、シリコン合金、金属間化合物、有機化合物、無機化合物、金属錯体、有機高分子化合物等が挙げられる。
負極活物質は1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。
[Negative electrode active material layer]
From the viewpoint that the negative electrode active material layer can increase the battery voltage, lithium ion as a negative electrode active material is 0.4 V vs. It is preferable to contain a material that can be occluded at a lower potential than Li / Li +. It is preferable that a negative electrode active material layer contains a conductive support agent and a binder as needed with a negative electrode active material.
Examples of the negative electrode active material include amorphous carbon (hard carbon), artificial graphite, natural graphite, graphite, pyrolytic carbon, coke, glassy carbon, organic polymer compound fired body, mesocarbon microbeads, carbon fiber, activated carbon In addition to carbon materials such as graphite, carbon colloid, and carbon black, metal lithium, metal oxide, metal nitride, lithium alloy, tin alloy, silicon alloy, intermetallic compound, organic compound, inorganic compound, metal complex And organic polymer compounds.
A negative electrode active material is used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.

導電助剤としては、例えば、グラファイト、アセチレンブラック、及びケッチェンブラックに代表されるカーボンブラック、並びに炭素繊維が挙げられる。導電助剤の含有割合は、負極活物質100質量部に対して、20質量部以下とすることが好ましく、より好ましくは0.1〜10質量部である。
バインダーとしては、例えば、PVDF、PTFE、ポリアクリル酸、スチレンブタジエンゴム、及びフッ素ゴムが挙げられる。バインダーの含有割合は、負極活物質100質量部に対して、10質量部以下とすることが好ましく、より好ましくは0.5〜6質量部である。
Examples of the conductive aid include carbon black typified by graphite, acetylene black, and ketjen black, and carbon fiber. The content ratio of the conductive assistant is preferably 20 parts by mass or less, more preferably 0.1 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the negative electrode active material.
Examples of the binder include PVDF, PTFE, polyacrylic acid, styrene butadiene rubber, and fluorine rubber. The content ratio of the binder is preferably 10 parts by mass or less, more preferably 0.5 to 6 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the negative electrode active material.

負極活物質層は、負極活物質と必要に応じて導電助剤及びバインダーとを混合した負極合剤を溶剤に分散した負極合剤含有スラリーを、負極集電体に塗布及び乾燥(溶媒除去)し、必要に応じてプレスすることにより形成される。このような溶剤としては、特に制限はなく、従来公知のものを用いることができる。例えば、N―メチル−2−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、水等が挙げられる。   The negative electrode active material layer is coated with a negative electrode mixture-containing slurry in which a negative electrode mixture obtained by mixing a negative electrode active material and, if necessary, a conductive additive and a binder is dispersed in a solvent, and dried (solvent removal). And it forms by pressing as needed. There is no restriction | limiting in particular as such a solvent, A conventionally well-known thing can be used. For example, N-methyl-2-pyrrolidone, dimethylformamide, dimethylacetamide, water and the like can be mentioned.

<5.セパレータ>
本実施形態における非水系二次電池1は、正極5及び負極6の短絡防止、シャットダウン等の安全性付与の観点から、正極5と負極6との間にセパレータ7を備えることが好ましい。セパレータ7としては、公知の非水系二次電池に備えられるものと同様のものを用いてもよく、イオン透過性が大きく、機械的強度に優れる絶縁性の薄膜が好ましい。セパレータ7としては、例えば、織布、不織布、合成樹脂製微多孔膜等が挙げられ、これらの中でも、合成樹脂製微多孔膜が好ましい。
合成樹脂製微多孔膜としては、例えば、ポリエチレン又はポリプロピレンを主成分として含有する微多孔膜、或いは、これらのポリオレフィンの双方を含有する微多孔膜等のポリオレフィン系微多孔膜が好適に用いられる。不織布としては、例えば、ガラス製、セラミック製、ポリオレフィン製、ポリエステル製、ポリアミド製、液晶ポリエステル製、アラミド製等の耐熱樹脂製の多孔膜が挙げられる。
セパレータ7は、1種の微多孔膜を単層又は複数積層した構成であってもよく、2種以上の微多孔膜を積層したものであってもよい。セパレータ7は、2種以上の樹脂材料を溶融混錬した混合樹脂材料を用いて単層又は複数層に積層した構成であってもよい。
<5. Separator>
The nonaqueous secondary battery 1 in the present embodiment preferably includes a separator 7 between the positive electrode 5 and the negative electrode 6 from the viewpoint of providing safety such as prevention of short circuit between the positive electrode 5 and the negative electrode 6 and shutdown. The separator 7 may be the same as that provided in a known non-aqueous secondary battery, and is preferably an insulating thin film having high ion permeability and excellent mechanical strength. Examples of the separator 7 include a woven fabric, a nonwoven fabric, and a synthetic resin microporous membrane. Among these, a synthetic resin microporous membrane is preferable.
As the synthetic resin microporous membrane, for example, a microporous membrane containing polyethylene or polypropylene as a main component or a polyolefin microporous membrane such as a microporous membrane containing both of these polyolefins is suitably used. Examples of the nonwoven fabric include a porous film made of a heat resistant resin such as glass, ceramic, polyolefin, polyester, polyamide, liquid crystal polyester, and aramid.
The separator 7 may have a configuration in which one type of microporous membrane is laminated or a plurality of microporous membranes may be laminated, or two or more types of microporous membranes may be laminated. The separator 7 may be configured to be laminated in a single layer or a plurality of layers using a mixed resin material obtained by melting and kneading two or more kinds of resin materials.

<6.電池外装>
本実施形態における非水系二次電池1の電池外装2の構成は特に限定されないが、例えば、電池缶及びラミネートフィルム外装体のいずれかの電池外装を用いることができる。電池缶としては、例えば、スチール又はアルミニウムからなる金属缶を用いることができる。ラミネートフィルム外装体としては、例えば、熱溶融樹脂/金属フィルム/樹脂の3層構成からなるラミネートフィルムを用いることができる。
ラミネートフィルム外装体は、熱溶融樹脂側を内側に向けた状態で2枚重ねて、又は熱溶融樹脂側を内側に向けた状態となるように折り曲げて、端部をヒートシールにより封止した状態で外装体として用いることができる。ラミネートフィルム外装体を用いる場合、正極集電体に正極外部端子3(又は正極端子、及び該正極端子と接続するリードタブ)を接続し、負極集電体に負極外部端子4(又は負極端子、及び該負極端子と接続するリードタブ)を接続してもよい。この場合、正極外部端子3及び負極外部端子4(又は正極端子及び負極端子、並びにこれらのそれぞれに接続されたリードタブ)の端部が外装体の外部に引き出された状態でラミネートフィルム外装体を封止してもよい。
<6. Battery exterior>
Although the structure of the battery exterior 2 of the non-aqueous secondary battery 1 in this embodiment is not specifically limited, For example, the battery exterior of either a battery can or a laminate film exterior body can be used. As the battery can, for example, a metal can made of steel or aluminum can be used. As the laminate film outer package, for example, a laminate film having a three-layer structure of hot melt resin / metal film / resin can be used.
Laminate film exterior is in a state where two sheets are stacked with the hot-melt resin side facing inward, or folded so that the hot-melt resin side faces inward, and the end is sealed by heat sealing It can be used as an exterior body. When using the laminate film outer package, the positive electrode external terminal 3 (or the positive electrode terminal and a lead tab connected to the positive electrode terminal) is connected to the positive electrode current collector, and the negative electrode external terminal 4 (or the negative electrode terminal) is connected to the negative electrode current collector. You may connect the lead tab which connects with this negative electrode terminal. In this case, the laminate film outer package is sealed with the ends of the positive electrode external terminal 3 and the negative electrode external terminal 4 (or the positive electrode terminal and the negative electrode terminal, and the lead tab connected to each of them) drawn out of the outer package. You may stop.

<7.電池の作製方法>
本実施形態における非水系二次電池8は、上述の非水系電解液、集電体の片面又は両面に正極活物質層を有する正極5、集電体の片面又は両面に負極活物質層を有する負極6、及び電池外装2、並びに必要に応じてセパレータ7を用いて、公知の方法により作製することができる。
先ず、正極5及び正極6、並びに必要に応じてセパレータ7からなる積層体を形成する。
例えば、長尺の正極5と負極6とを、正極5と負極6との間に該長尺のセパレータを介在させた積層状態で巻回して巻回構造の積層体を形成する態様;
正極5及び負極6を一定の面積と形状とを有する複数枚のシートに切断して得た正極シートと負極シートとを、セパレータシートを介して交互に積層した積層構造の積層体を形成する態様;
長尺のセパレータをつづら折りにして、該つづら折りになったセパレータ同士の間に交互に正極体シートと負極体シートとを挿入した積層構造の積層体を形成する態様
等が可能である。
<7. Manufacturing method of battery>
The non-aqueous secondary battery 8 in the present embodiment has the above-described non-aqueous electrolyte, the positive electrode 5 having a positive electrode active material layer on one or both surfaces of the current collector, and the negative electrode active material layer on one or both surfaces of the current collector. It can be produced by a known method using the negative electrode 6, the battery casing 2, and, if necessary, the separator 7.
First, the laminated body which consists of the positive electrode 5 and the positive electrode 6, and the separator 7 as needed is formed.
For example, an aspect in which a long positive electrode 5 and a negative electrode 6 are wound in a laminated state in which the long separator is interposed between the positive electrode 5 and the negative electrode 6 to form a laminate having a wound structure;
A mode of forming a laminate having a laminated structure in which a positive electrode sheet and a negative electrode sheet obtained by cutting the positive electrode 5 and the negative electrode 6 into a plurality of sheets having a certain area and shape are alternately laminated via a separator sheet. ;
It is possible to form a laminated body having a laminated structure in which long separators are folded in a zigzag manner, and positive electrode sheets and negative electrode sheets are alternately inserted between the zippered separators.

次いで、電池外装2(電池ケース)内に上述の積層体を収容して、本実施形態に係る電解液を電池ケース内部に注液し、積層体を電解液に浸漬して封印することによって、本実施形態における非水系二次電池を作製することができる。
或いは、電解液を高分子材料からなる基材に含浸させることによって、ゲル状態の電解質膜を予め作製しておき、シート状の正極5、負極6、及び電解質膜、並びに必要に応じてセパレータ7を用いて積層構造の積層体を形成した後、電池外装2内に収容して非水系二次電池1を作製することができる。
本実施形態における非水系二次電池8の形状は、特に限定されず、例えば、円筒形、楕円形、角筒型、ボタン形、コイン形、扁平形、ラミネート形等が好適に採用される。
Next, the above-described laminated body is accommodated in the battery exterior 2 (battery case), the electrolytic solution according to the present embodiment is injected into the battery case, and the laminated body is immersed in the electrolytic solution and sealed. The nonaqueous secondary battery in this embodiment can be produced.
Alternatively, an electrolyte solution in a gel state is prepared in advance by impregnating a base material made of a polymer material with an electrolytic solution, and a sheet-like positive electrode 5, negative electrode 6, electrolyte membrane, and separator 7 as necessary. After forming the laminated body of a laminated structure using, the nonaqueous secondary battery 1 can be produced by being accommodated in the battery exterior 2.
The shape of the non-aqueous secondary battery 8 in the present embodiment is not particularly limited, and for example, a cylindrical shape, an elliptical shape, a rectangular tube shape, a button shape, a coin shape, a flat shape, a laminate shape, and the like are suitably employed.

本実施形態における非水系二次電池8は、初回充電により電池として機能し得る。初回充電の方法について特に制限はない。しかし、該非水系二次電池8は、初回充電の際に電解液の一部が分解することにより安定化することを考慮し、この安定化効果を有効に発現させるために、初回充電は0.001〜0.3Cで行われることが好ましく、0.002〜0.25Cで行われることがより好ましく、0.003〜0.2Cで行われることが更に好ましい。初回充電が、途中に定電圧充電を経由して行われることも好ましい結果を与える。定格容量を1時間で放電する定電流が1Cである。リチウム塩が電気化学的な反応に関与する電圧範囲を長く設定することによって、SEI(Solid Electrolyte Interface:固体電解質界面)が電極表面に形成され、正極5を含めた内部抵抗の増加を抑制する効果があることの他、反応生成物が負極6のみに強固に固定化されることなく、何らかの形で負極6以外の部材(例えば、正極5、セパレータ7等)にも良好な効果を与える。このため、非水系電解液に溶解したリチウム塩の電気化学的な反応を考慮して初回充電を行うことは、非常に有効である。   The non-aqueous secondary battery 8 in the present embodiment can function as a battery by initial charging. There are no particular restrictions on the method of initial charging. However, considering that the non-aqueous secondary battery 8 is stabilized by the decomposition of a part of the electrolytic solution at the time of the initial charge, the initial charge is 0. 0 for the purpose of effectively expressing this stabilization effect. It is preferable to be performed at 001 to 0.3C, more preferably at 0.002 to 0.25C, and still more preferably at 0.003 to 0.2C. It is also preferable that the initial charging is performed via a constant voltage charging in the middle. The constant current for discharging the rated capacity in 1 hour is 1C. By setting the voltage range in which the lithium salt is involved in the electrochemical reaction for a long time, SEI (Solid Electrolyte Interface: solid electrolyte interface) is formed on the electrode surface, and the effect of suppressing the increase in internal resistance including the positive electrode 5 In addition, the reaction product is not firmly fixed only to the negative electrode 6, and in some way, a good effect is given to members other than the negative electrode 6 (for example, the positive electrode 5, the separator 7, etc.). For this reason, it is very effective to perform the initial charge in consideration of the electrochemical reaction of the lithium salt dissolved in the non-aqueous electrolyte.

本実施形態における非水系二次電池1は、複数個の非水系二次電池1を直列又は並列に接続した電池パックとして使用することもできる。電池パックの充放電状態を管理する観点から、1個あたりの使用電圧範囲は2〜5Vであることが好ましく、2.5〜5Vであることがより好ましく、2.75V〜5Vであることが特に好ましい。   The non-aqueous secondary battery 1 in the present embodiment can also be used as a battery pack in which a plurality of non-aqueous secondary batteries 1 are connected in series or in parallel. From the viewpoint of managing the charge / discharge state of the battery pack, the operating voltage range per unit is preferably 2 to 5 V, more preferably 2.5 to 5 V, and 2.75 V to 5 V. Particularly preferred.

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。   As mentioned above, although the form for implementing this invention was demonstrated, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment. The present invention can be variously modified without departing from the gist thereof.

以下、実施例によって本発明を更に詳細に説明する。しかしながら本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。
各種評価は以下のようにして実施した。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples.
Various evaluations were performed as follows.

(1)正極の作製
正極活物質としてリチウム、ニッケル、マンガン、及びコバルトの複合酸化物(LiNi0.5Mn0.2Co0.3)と、導電助剤としてアセチレンブラック粉末と、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン(PVDF)とを、100:3.5:3の質量比で混合し、正極合剤を得た。得られた正極合剤に溶剤としてN−メチル−2−ピロリドンを投入して更に混合して、正極合剤含有スラリーを調製した。正極集電体となる厚さ15μmのアルミニウム箔片面に、この正極合剤含有スラリーを、目付量が約95.0g/mになるように調節しながら塗布した。正極合剤含有スラリーをアルミニウム箔に塗布する際には、アルミニウム箔の一部が露出するように未塗布領域を形成した。その後、ロールプレスで正極活物質層の密度が1.90g/cmになるように圧延することにより、正極活物質層と正極集電体とからなる正極を得た。
次に、この正極を、正極合剤層の面積が30mm×50mmで、且つアルミニウム箔の露出部を含むように切断した。そして、アルミニウム箔の露出部に電流を取り出すためのアルミニウム製のリード片を溶接し、120℃で12h真空乾燥を行うことにより、リード付き正極を得た。
(1) Production of positive electrode Lithium, nickel, manganese, and cobalt composite oxide (LiNi 0.5 Mn 0.2 Co 0.3 O 2 ) as a positive electrode active material, acetylene black powder as a conductive assistant, and binder As a mixture, polyvinylidene fluoride (PVDF) was mixed at a mass ratio of 100: 3.5: 3 to obtain a positive electrode mixture. N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent was added to the obtained positive electrode mixture and further mixed to prepare a positive electrode mixture-containing slurry. This positive electrode mixture-containing slurry was applied to one surface of a 15 μm-thick aluminum foil serving as a positive electrode current collector while adjusting the basis weight to be about 95.0 g / m 2 . When applying the positive electrode mixture-containing slurry to the aluminum foil, an uncoated region was formed so that a part of the aluminum foil was exposed. Then, the positive electrode which consists of a positive electrode active material layer and a positive electrode electrical power collector was obtained by rolling so that the density of a positive electrode active material layer might be 1.90 g / cm < 3 > with a roll press.
Next, the positive electrode was cut so that the area of the positive electrode mixture layer was 30 mm × 50 mm and the exposed portion of the aluminum foil was included. And the aluminum lead piece for taking out an electric current was welded to the exposed part of aluminum foil, and the positive electrode with a lead was obtained by performing vacuum drying at 120 degreeC for 12 hours.

(2)負極の作製
負極活物質である黒鉛と、バインダーであるカルボキシメチルセルロースと、同じくバインダーであるスチレンブタジエンラテックスとを、100:1.1:1.5の質量比で混合し、負極合剤を得た。得られた負極合剤に適量の水を添加した後に十分に混合して、負極合剤含有スラリーを調製した。このスラリーを、厚みが10μmの銅箔の片面に、一定厚みで塗布した。負極合剤含有スラリーを銅箔に塗布する際には、銅箔の一部が露出するように未塗布領域を形成した。その後、ロールプレスで負極活物質層の密度が1.20g/cmになるように圧延することにより、負極活物質層と負極集電体とからなる負極を得た。
次に、この負極を、負極合剤層の面積が32mm×52mmで、且つ銅箔の露出部を含むように切断した。そして、銅箔の露出部に電流を取り出すためのニッケル製のリード片を溶接し、80℃で12h真空乾燥を行うことにより、リード付き負極を得た。
(2) Production of Negative Electrode Graphite as a negative electrode active material, carboxymethyl cellulose as a binder, and styrene butadiene latex as a binder are mixed at a mass ratio of 100: 1.1: 1.5, and a negative electrode mixture Got. An appropriate amount of water was added to the obtained negative electrode mixture and mixed well to prepare a negative electrode mixture-containing slurry. This slurry was applied with a constant thickness on one side of a copper foil having a thickness of 10 μm. When applying the negative electrode mixture-containing slurry to the copper foil, an uncoated region was formed so that a part of the copper foil was exposed. Then, the negative electrode which consists of a negative electrode active material layer and a negative electrode electrical power collector was obtained by rolling so that the density of a negative electrode active material layer might be 1.20 g / cm < 3 > with a roll press.
Next, this negative electrode was cut so that the area of the negative electrode mixture layer was 32 mm × 52 mm and the exposed portion of the copper foil was included. And the lead piece made from nickel for taking out an electric current was welded to the exposed part of copper foil, and the negative electrode with a lead was obtained by performing vacuum drying at 80 degreeC for 12 hours.

(3)単層ラミネート電池の組み立て
上記リード付き正極と前記リード付き負極とを、各極の合剤塗布面が対向するようにポリエチレン製微多孔膜セパレータ(厚み21μm)を介して重ね合わせて積層電極体とした。この積層電極体を、90mm×80mmのアルミニウムラミネートシート外装体内に収容し、水分を除去するために80℃で5h真空乾燥を行った。続いて、電解液を外装体内に注入した後、外装体を封止することにより、図1に示す外観と、図2に示す断面構造とを有する単層ラミネート型非水系二次電池(以下、単に「単層ラミネート電池」ともいう。)を作製した。
この単層ラミネート電池は、定格電流値が23mAh、定格電圧値が4.2Vのものである。
(3) Assembly of single-layer laminated battery The positive electrode with lead and the negative electrode with lead are stacked with a polyethylene microporous membrane separator (thickness: 21 μm) laminated so that the mixture application surface of each electrode faces each other. An electrode body was obtained. This laminated electrode body was accommodated in a 90 mm × 80 mm aluminum laminate sheet outer package, and vacuum-dried at 80 ° C. for 5 hours in order to remove moisture. Subsequently, after injecting the electrolytic solution into the exterior body, the exterior body is sealed, so that a single-layer laminate type non-aqueous secondary battery (hereinafter, referred to as the external structure shown in FIG. 1 and the cross-sectional structure shown in FIG. 2). This was also simply referred to as “single layer laminate battery”.
This single-layer laminated battery has a rated current value of 23 mAh and a rated voltage value of 4.2V.

(4)単層ラミネート電池の評価
上述のようにして得られた単層ラミネート電池について、先ず、以下の(4−1)の手順に従って初回充放電処理を行った。次に、以下の(4−2)の手順に従って出力特性を測定し、続いて以下の(4−3)の手順に従って、60℃における4.0V保存特性を評価した。充放電は、アスカ電子(株)製の充放電装置ACD−01(商品名)及び二葉科学社製の恒温槽PLM−73S(商品名)を用いて行った。
ここで、1Cとは満充電状態の電池を、定電流で放電して1時間で放電終了となることが期待される電流値を意味する。下記においては、4.2Vの満充電状態から定電流で3.0Vまで放電して1時間で放電終了となることが期待される電流値を意味する。
(4) Evaluation of single-layer laminated battery For the single-layer laminated battery obtained as described above, first, a first charge / discharge treatment was performed according to the following procedure (4-1). Next, the output characteristics were measured according to the following procedure (4-2), and then the 4.0 V storage characteristics at 60 ° C. were evaluated according to the following procedure (4-3). Charging / discharging was performed using charging / discharging apparatus ACD-01 (trade name) manufactured by Asuka Electronics Co., Ltd. and a thermostat PLM-73S (trade name) manufactured by Futaba Kagaku Co., Ltd.
Here, 1C means a current value at which a fully charged battery is discharged at a constant current and is expected to be discharged in 1 hour. In the following, it means a current value that is expected to discharge from a fully charged state of 4.2 V to 3.0 V at a constant current and finish discharging in 1 hour.

(4−1)単層ラミネート電池の初回充放電処理
単層ラミネート電池の周囲温度を25℃に設定し、0.05Cに相当する1.125mAの定電流で充電して電池電圧が4.2Vに到達するまで充電を行った後、4.2Vの定電圧で充電を継続し、合計3時間の充電を行った。その後、0.3Cに相当する7.5mAの定電流で3.0Vまで放電した。
(4-1) Initial charge / discharge treatment of single-layer laminate battery The ambient temperature of the single-layer laminate battery is set to 25 ° C., and the battery voltage is 4.2 V by charging with a constant current of 1.125 mA corresponding to 0.05C. Then, the battery was charged until it reached, and then charged at a constant voltage of 4.2 V for a total of 3 hours. Thereafter, the battery was discharged to 3.0 V with a constant current of 7.5 mA corresponding to 0.3 C.

(4−2)出力特性(放電容量維持率)
上記初回充放電処理後の単層ラミネート電池について、25℃において、0.3Cの電流値で4.2Vまで定電流充電を行った後、4.2Vで1時間の定電圧充電を行った。充電後の単層ラミネート電池について、0.3C及び10Cのそれぞれの電流値で3.0Vになるまで定電流で放電して、それぞれの電流値における放電容量を測定した。
そして、0.3C放電容量を10C放電容量で除した値を放電容量維持率とし、百分率で表した。
(4-2) Output characteristics (discharge capacity maintenance rate)
The single-layer laminated battery after the first charge / discharge treatment was charged at a constant current of up to 4.2 V at a current value of 0.3 C at 25 ° C. and then charged at a constant voltage of 4.2 V for 1 hour. About the single-layer laminated battery after charge, it discharged by the constant current until it became 3.0V with each current value of 0.3C and 10C, and the discharge capacity in each current value was measured.
And the value which remove | divided 0.3C discharge capacity by 10C discharge capacity was made into the discharge capacity maintenance factor, and it represented with percentage.

(4−3)保存特性(60℃における4.0V保存特性)
上記放電容量維持率測定後の単層ラミネート電池について、25℃において、0.3Cの電流値で4.0Vになるまで定電流充電を行った後、4.0Vで1時間の定電圧充電を行った。そして、この充電後の単層ラミネート電池を60℃の恒温槽内で30日間貯蔵した。30日後、単層ラミネート電池を恒温槽から取り出して室温に戻した後に、各ラミネートセルの30日保存後の電圧を測定する手法により、単層ラミネート電池の4.0V保存特性(30日保存後のセル電圧)を評価した。
(4-3) Storage characteristics (4.0 V storage characteristics at 60 ° C.)
The single-layer laminated battery after the measurement of the discharge capacity maintenance rate was charged at a constant current until it reached 4.0 V at a current value of 0.3 C at 25 ° C., and then charged at a constant voltage of 4.0 V for 1 hour. went. And the single layer laminated battery after this charge was stored for 30 days in a 60 degreeC thermostat. After 30 days, the single-layer laminated battery was taken out of the thermostat and returned to room temperature, and then the voltage after storage for 30 days of each laminate cell was measured to measure the 4.0-V storage characteristics of the single-layer laminated battery (after 30 days of storage). Cell voltage).

[実施例1]
不活性雰囲気下、非水系溶媒として470mLのアセトニトリル、380mLのジエチルカーボネート、110mLのビニレンカーボネート、及び40mLのエチレンサルファイトからなる混合溶媒を調製した。これらのうち、ビニレンカーボネート及びエチレンサルファイトは、電極保護用添加剤としても機能する。
上記の混合溶媒に対して、リチウム塩として1.3molのLiPF及び0.1molのLiBOBを溶解させた。更に、添加剤として下に示す化合物1を、電解液の全量に対して0.1質量%添加することにより、非水系電解液を得た。
この電解液の19F−NMRスペクトルを次のように測定した。
内部標準試料としてC(−141.7ppm)を使用し、ロック溶媒としてCFClを使用し、F成分の共鳴周波数376.13MHz、走査範囲0〜−200ppm、積算回数256回にて、二重管法を用いて、電解液の19F−NMRスペクトルを測定した。得られた19F−NMRチャートを図3に示す。図3に見られるように、−50〜−70ppmにピークを確認した。
このラミネート電池について上記の方法により評価を行った結果を表1に示す。
[Example 1]
Under an inert atmosphere, a mixed solvent consisting of 470 mL of acetonitrile, 380 mL of diethyl carbonate, 110 mL of vinylene carbonate, and 40 mL of ethylene sulfite was prepared as a non-aqueous solvent. Among these, vinylene carbonate and ethylene sulfite also function as an additive for electrode protection.
In the mixed solvent, 1.3 mol of LiPF 6 and 0.1 mol of LiBOB were dissolved as a lithium salt. Furthermore, the nonaqueous electrolyte solution was obtained by adding 0.1 mass% of the compound 1 shown below as an additive with respect to the whole quantity of electrolyte solution.
The 19 F-NMR spectrum of this electrolytic solution was measured as follows.
C 6 H 2 F 4 (-141.7 ppm) is used as the internal standard sample, CFCl 3 is used as the lock solvent, the resonance frequency of the F component is 376.13 MHz, the scanning range is 0 to −200 ppm, and the number of integration is 256 times. The 19 F-NMR spectrum of the electrolyte was measured using a double tube method. The obtained 19 F-NMR chart is shown in FIG. As can be seen in FIG. 3, a peak was observed at -50 to -70 ppm.
Table 1 shows the results of evaluation of this laminated battery by the above method.

[実施例2〜13、並びに比較例1及び2]
上記実施例1において、非水系溶媒の組成、各リチウム塩の添加量、並びに添加剤の種類及び量を、それぞれ、表1に記載のとおりとした他は実施例1と同様にして非水系電解液を調整し、該電解液を用いて単層ラミネート電池を作製して評価した。実施例13においては、添加剤として2種類の化合物を併用した。
評価結果を表1に示す。
また、実施例8で調製した非水系電解液について実施例1と同様の手法によって得られた19F−NMRチャートを図4に示す。図4に見られるように、実施例8の非水系電解液においても、−50〜−70ppmにピークを確認した。
[Examples 2 to 13 and Comparative Examples 1 and 2]
In Example 1 above, the composition of the non-aqueous solvent, the amount of each lithium salt added, and the type and amount of the additive were as described in Table 1, respectively. The solution was prepared, and a single-layer laminated battery was prepared and evaluated using the electrolytic solution. In Example 13, two types of compounds were used in combination as additives.
The evaluation results are shown in Table 1.
FIG. 4 shows a 19 F-NMR chart obtained by the same method as in Example 1 for the non-aqueous electrolyte prepared in Example 8. As can be seen in FIG. 4, also in the non-aqueous electrolyte solution of Example 8, a peak was confirmed at −50 to −70 ppm.

Figure 2018055934
Figure 2018055934

上記表1の非水系電解液における各成分の略称は、それぞれ以下の意味である。
[非水系溶媒]
AN:アセトニトリル
DEC:ジエチルカーボネート
VC:ビニレンカーボネート
ES:エチレンサルファイト
EC:エチレンカーボネート
EMC:エチルメチルカーボネート
[リチウム塩]
LiPF:ヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF
LiBOB:リチウムビス(オキサラト)ボレート(LiB(C
[添加剤] 化合物1:下記式(A1)で表される化合物
化合物2:下記式(A2)で表される化合物
化合物3:下記式(A3)で表される化合物
化合物4:下記式(A4)で表される化合物
化合物5:下記式(A5)で表される化合物
化合物6:下記式(A6)で表される化合物
Abbreviations of each component in the non-aqueous electrolyte solution in Table 1 have the following meanings.
[Non-aqueous solvent]
AN: acetonitrile DEC: diethyl carbonate VC: vinylene carbonate ES: ethylene sulfite EC: ethylene carbonate EMC: ethyl methyl carbonate [lithium salt]
LiPF 6 : lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 )
LiBOB: Lithium bis (oxalato) borate (LiB (C 2 O 4 ) 2 )
[Additives] Compound 1: Compound represented by the following formula (A1) Compound 2: Compound represented by the following formula (A2) Compound 3: Compound represented by the following formula (A3) Compound 4: Formula (A4) Compound 5: Compound represented by the following formula (A5) Compound 6: Compound represented by the following formula (A6)

Figure 2018055934
Figure 2018055934

上記式(A1)〜(A3)におけるP−N結合、及び上記式(A4)〜(A6)におけるPFのPとP=OのOとの間の結合は、それぞれ、配位結合である。 The PN bond in the above formulas (A1) to (A3) and the bond between P of PF 5 and O of P = O in the above formulas (A4) to (A6) are coordinate bonds, respectively. .

比較例1と、比較例2及び実施例1〜13との比較から、アセトニトリルを含む電解液を用いた場合には、アセトニトリルを含まない電解液を用いた場合と比較して出力特性(放電容量維持率)が著しく向上することが確認された。
更に、有意量のアセトニトリルを含む電解液において、添加剤を含有しない比較例2に対して、上述の一般式(1)の構造を有する化合物を含有する実施例1〜6、及び一般式(2)の構造を有する化合物を含有する実施例7〜13では、高温時の保存特性(4.0V保存特性)が向上することが判明した。この結果から、有意量のアセトニトリルを含む電解液において、上述の一般式(1)又は一般式(2)の構造を有する化合物を添加することが、高温時の保存特性の向上に大きく寄与していることが明らかとなった。
以上の結果から、本実施形態の電解液を用いた非水系二次電池は、高い出力特性を実現しながら、既存電解液を使用した場合に匹敵する高温耐久性を維持できることが検証された。
From the comparison between Comparative Example 1 and Comparative Example 2 and Examples 1 to 13, when the electrolytic solution containing acetonitrile was used, the output characteristics (discharge capacity) were compared with the case of using the electrolytic solution not containing acetonitrile. It was confirmed that the maintenance rate was significantly improved.
Furthermore, Examples 1-6 containing the compound which has a structure of the above-mentioned general formula (1), and general formula (2) with respect to the comparative example 2 which does not contain an additive in electrolyte solution containing a significant amount of acetonitrile. It was found that in Examples 7 to 13 containing a compound having the structure), the storage characteristics at high temperature (4.0 V storage characteristics) were improved. From this result, in the electrolytic solution containing a significant amount of acetonitrile, the addition of the compound having the structure of the general formula (1) or the general formula (2) greatly contributes to the improvement of storage characteristics at high temperatures. It became clear that
From the above results, it was verified that the non-aqueous secondary battery using the electrolytic solution of the present embodiment can maintain high temperature durability comparable to that when the existing electrolytic solution is used while realizing high output characteristics.

本発明の非水系二次電池は、例えば、携帯電話機、携帯オーディオ機器、パーソナルコンピュータ、IC(Integrated Circuit)タグ等の携帯機器;ハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド自動車、電気自動車等の自動車用充電池;住宅用蓄電システム等への適用が可能である。   The non-aqueous secondary battery of the present invention is, for example, a portable device such as a mobile phone, a portable audio device, a personal computer, an IC (Integrated Circuit) tag; a rechargeable battery for a vehicle such as a hybrid vehicle, a plug-in hybrid vehicle, and an electric vehicle; It can be applied to a residential power storage system.

1 アルミニウムラミネートフィルム
2 電池外装
3 正極外部端子
4 負極外部端子
5 正極
6 負極
7 セパレータ
8 非水系二次電池
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Aluminum laminated film 2 Battery exterior 3 Positive electrode external terminal 4 Negative electrode external terminal 5 Positive electrode 6 Negative electrode 7 Separator 8 Non-aqueous secondary battery

Claims (7)

正極、負極、及び非水系電解液を備える非水系二次電池であって、
前記非水系電解液は、ニトリル基を有する化合物を含む非水系溶媒、及び19F−NMRで分析した際に−50〜−70ppmにピークを有する添加剤を含むことを特徴とする、前記非水系二次電池。
A non-aqueous secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte,
The non-aqueous electrolyte includes a non-aqueous solvent containing a compound having a nitrile group and an additive having a peak at -50 to -70 ppm when analyzed by 19 F-NMR. Secondary battery.
前記非水系電解液は、有機リチウム塩を含む、請求項1に記載の非水系二次電池。   The non-aqueous secondary battery according to claim 1, wherein the non-aqueous electrolyte includes an organic lithium salt. 前記非水系電解液の添加剤は、下記一般式(1)及び(2):
Figure 2018055934
{式中、(1)式中のN及び(2)式中のO上の二重点はそれぞれ孤立電子対を示し、矢印は配位結合を示し、(1)式中のN及び(2)式中のPからそれぞれ発する直線及び二重線はそれぞれ結合手を示す。}のそれぞれで示される構造を有する化合物からなる群のうち少なくとも1種の化合物を含み、かつ、その総含有量が前記非水系電解液に対して0.001〜10質量%である、請求項1又は2に記載の非水系二次電池。
The additive of the non-aqueous electrolyte solution includes the following general formulas (1) and (2):
Figure 2018055934
{In the formula, N in the formula (1) and a double point on O in the formula (2) indicate a lone pair, an arrow indicates a coordination bond, and N and (2) in the formula (1) A straight line and a double line respectively originating from P in the formula indicate a bond. }, And a total content thereof is 0.001 to 10% by mass with respect to the non-aqueous electrolyte solution. The nonaqueous secondary battery according to 1 or 2.
前記一般式(1)で示される構造を有する化合物は、ピリジン骨格、キノリン骨格、及びアクリジン骨格のいずれかを有し、前記一般式(2)で示される構造を有する化合物は、アルキル基、アリル基、及びトリメチルシリル基のいずれかを有する、請求項3に記載の非水系二次電池。   The compound having the structure represented by the general formula (1) has any one of a pyridine skeleton, a quinoline skeleton, and an acridine skeleton, and the compound having the structure represented by the general formula (2) is an alkyl group, allyl The nonaqueous secondary battery according to claim 3, which has any one of a group and a trimethylsilyl group. 前記ニトリル基を有する化合物は、α位に水素原子を有するニトリル化合物である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の非水系二次電池。   The non-aqueous secondary battery according to claim 1, wherein the compound having a nitrile group is a nitrile compound having a hydrogen atom at the α-position. 前記α位に水素原子を有するニトリル化合物は、アセトニトリルである、請求項5に記載の非水系二次電池。   The non-aqueous secondary battery according to claim 5, wherein the nitrile compound having a hydrogen atom at the α-position is acetonitrile. ニトリル基を有する化合物を含む非水系溶媒、及び19F−NMRで分析した際に−50〜−70ppmにピークを有する添加剤を含むことを特徴とする、非水系電解液。 A non-aqueous electrolyte containing a non-aqueous solvent containing a compound having a nitrile group and an additive having a peak at -50 to -70 ppm when analyzed by 19 F-NMR.
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