JP2018088362A - Electrolytic solution - Google Patents

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賢佑 四本
Kensuke Yotsumoto
賢佑 四本
岡本 亮太
Ryota Okamoto
亮太 岡本
智之 河合
Tomoyuki Kawai
智之 河合
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a novel electrolytic solution capable of contributing to excellent battery characteristics.SOLUTION: The present invention relates to an electrolytic solution containing an electrolyte containing lithium salt represented by following general formula (1), an organic solvent containing linear carbonate represented by following general formula (2), non-saturated cyclic carbonate and an organic compound represented by any one of following general formulas (3-1) to (3-5), wherein (RX)(RSO)NLi, is defined as the general formula (1), ROCOORis defined as the general formula (2), Ar-(CRRR)is defined as the general formula (3-1), Ar-(Ar)is defined as the general formula (3-2), Ar-(Y-R)is defined as the general formula (3-3), Cy-(Y-R)is defined as the general formula (3-4), and RRRC-COORis defined as the general formula (3-5). The electrolytic solution is also characterized in that the linear carbonate is contained in a molar ratio of 3 to 6 in relative to the lithium salt.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、二次電池等の蓄電装置に用いられる電解液に関する。   The present invention relates to an electrolytic solution used in a power storage device such as a secondary battery.

一般に、二次電池等の蓄電装置は、主な構成要素として、正極、負極及び電解液を備える。そして、電解液には、適切な電解質が適切な濃度範囲で添加されている。例えば、リチウムイオン二次電池の電解液には、LiClO、LiAsF、LiPF、LiBF、CFSOLi、(CFSONLi等のリチウム塩が電解質として添加されるのが一般的であり、ここで、電解液におけるリチウム塩の濃度は、概ね1mol/Lとされるのが一般的である。 In general, a power storage device such as a secondary battery includes a positive electrode, a negative electrode, and an electrolytic solution as main components. An appropriate electrolyte is added to the electrolytic solution in an appropriate concentration range. For example, a lithium salt such as LiClO 4 , LiAsF 6 , LiPF 6 , LiBF 4 , CF 3 SO 3 Li, or (CF 3 SO 2 ) 2 NLi is added as an electrolyte to the electrolyte solution of a lithium ion secondary battery. Here, the concentration of the lithium salt in the electrolytic solution is generally about 1 mol / L.

また、電解液に用いられる有機溶媒には、電解質を好適に溶解させるために、エチレンカーボネートやプロピレンカーボネート等の比誘電率及び双極子モーメントの高い有機溶媒を約30体積%以上で混合して用いるのが一般的である。   In addition, in order to dissolve the electrolyte suitably, an organic solvent having a high relative dielectric constant and dipole moment, such as ethylene carbonate and propylene carbonate, is mixed and used at about 30% by volume or more for the organic solvent used in the electrolytic solution. It is common.

実際に、特許文献1には、エチレンカーボネートを33体積%含む混合有機溶媒を用い、かつ、LiPFを1mol/Lの濃度で含む電解液を用いたリチウムイオン二次電池が開示されている。 Actually, Patent Document 1 discloses a lithium ion secondary battery using a mixed organic solvent containing 33% by volume of ethylene carbonate and using an electrolytic solution containing LiPF 6 at a concentration of 1 mol / L.

特許文献2には、エチレンカーボネート及びプロピレンカーボネートを66体積%含む混合有機溶媒を用い、かつ、(CFSONLiを1mol/Lの濃度で含む電解液を用いたリチウムイオン二次電池が開示されている。 Patent Document 2 discloses a lithium ion secondary battery using a mixed organic solvent containing 66% by volume of ethylene carbonate and propylene carbonate and using an electrolytic solution containing (CF 3 SO 2 ) 2 NLi at a concentration of 1 mol / L. Is disclosed.

また、二次電池の性能を向上させる目的で、リチウム塩を含む電解液に種々の添加剤を加える研究が盛んに行われている。   In addition, for the purpose of improving the performance of the secondary battery, researches for adding various additives to an electrolytic solution containing a lithium salt have been actively conducted.

例えば、特許文献3には、エチレンカーボネートを30体積%含む混合有機溶媒を用い、かつ、LiPFを1mol/Lの濃度で含む電解液に対し、特定の添加剤を少量加えた電解液が記載されており、この電解液を用いたリチウムイオン二次電池が高温保存特性に優れることが開示されている。 For example, Patent Document 3 describes an electrolytic solution using a mixed organic solvent containing 30% by volume of ethylene carbonate and adding a small amount of a specific additive to an electrolytic solution containing LiPF 6 at a concentration of 1 mol / L. It is disclosed that a lithium ion secondary battery using this electrolytic solution is excellent in high-temperature storage characteristics.

特許文献4にも、エチレンカーボネートを30体積%含む混合有機溶媒を用い、かつ、LiPFを1mol/Lの濃度で含む溶液に対し、フッ化水素捕捉剤としてのフェニルグリシジルエーテルを少量加えた電解液が記載されており、この電解液を用いたリチウムイオン二次電池が開示されている。 Also in Patent Document 4, electrolysis using a mixed organic solvent containing 30% by volume of ethylene carbonate and adding a small amount of phenyl glycidyl ether as a hydrogen fluoride scavenger to a solution containing LiPF 6 at a concentration of 1 mol / L. A lithium ion secondary battery using this electrolytic solution is disclosed.

また、二次電池には、二次電池が満充電の状態であるにも関わらず、さらに充電が進行するとのいわゆる過充電に関する問題が存在する。二次電池が過充電状態になると、正極、負極、電解液、セパレータなどの二次電池の構成要素が分解又は変質し、その結果、過剰な発熱が生じたり、正極及び負極の短絡を招いたりする可能性がある。   In addition, the secondary battery has a problem related to so-called overcharge in which further charging proceeds even though the secondary battery is fully charged. When the secondary battery is overcharged, the components of the secondary battery such as the positive electrode, negative electrode, electrolyte and separator are decomposed or altered, resulting in excessive heat generation or short-circuiting of the positive and negative electrodes. there's a possibility that.

二次電池の過充電を抑制する方法として、電解液中に過充電防止剤を添加することが提案されている。そして、多くの文献で、シクロヘキシルベンゼンやビフェニルを過充電防止剤として用いること、これらの過充電防止剤を用いることにより過充電時に膜状の重合体とガスの発生が確認されたことが報告されている。   As a method for suppressing the overcharge of the secondary battery, it has been proposed to add an overcharge inhibitor into the electrolytic solution. And in many literatures, it is reported that the use of cyclohexylbenzene or biphenyl as an overcharge inhibitor and the use of these overcharge inhibitors confirmed the generation of a film-like polymer and gas during overcharge. ing.

下記特許文献5〜14には、シクロヘキシルベンゼンやビフェニルの化学構造に類似する種々の化合物を過充電防止剤として用いることが記載されている。また、リチウムイオン二次電池の内部圧力が上昇した際に電流経路を遮断する電流遮断装置(Current Interrupt Device)を具備するリチウムイオン二次電池も多くの文献で報告されている。   The following Patent Documents 5 to 14 describe the use of various compounds similar to the chemical structure of cyclohexylbenzene or biphenyl as an overcharge inhibitor. Also, many literatures have reported lithium ion secondary batteries including a current interrupt device that interrupts a current path when the internal pressure of the lithium ion secondary battery increases.

特許文献5には、電子供与基を有するベンゼン類化合物、ビフェニル類化合物、ベンゾジオキサン、インドリンなどの芳香族化合物の存在により、過充電の際にも二次電池の電圧が一定に保持されることが記載されている。   Patent Document 5 states that the voltage of the secondary battery is kept constant even during overcharge due to the presence of aromatic compounds such as benzene compounds, biphenyl compounds, benzodioxane, indoline having an electron donating group. Is described.

特許文献6には、3−クロロチオフェン、フラン、1,2−ジメトキシベンゼン、ビフェニルなどの存在により、過充電時に電池の内部抵抗が高くなり、電池を保護できることが記載されている。   Patent Document 6 describes that the presence of 3-chlorothiophene, furan, 1,2-dimethoxybenzene, biphenyl, and the like increases the internal resistance of the battery during overcharge, thereby protecting the battery.

特許文献7には、4−メチルビフェニルなどの電子供与基を有するビフェニル類化合物の存在により、過充電時に電池の内部抵抗が高くなり、電池の加熱が抑制されることが記載されている。   Patent Document 7 describes that the presence of a biphenyl compound having an electron donating group such as 4-methylbiphenyl increases the internal resistance of the battery during overcharge and suppresses heating of the battery.

特許文献8には、tert−ブチルベンゼンなどの存在により、過充電時に電流が遮断され、電池の加熱が抑制されることが記載されている。   Patent Document 8 describes that due to the presence of tert-butylbenzene or the like, current is interrupted during overcharge, and heating of the battery is suppressed.

特許文献9には、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−プロピル基がベンゼン環に結合した化合物が、好適な過充電防止剤であることが記載されている。   Patent Document 9 describes that a compound in which a 1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-propyl group is bonded to a benzene ring is a suitable overcharge inhibitor.

特許文献10には、1,4−ジアルコキシ−2,5−ジハロゲンベンゼンは可逆的な酸化還元反応(いわゆるレドックスシャトル反応)が可能であること、及び、1,4−ジアルコキシ−2,5−ジハロゲンベンゼンを含有する電池は、レドックスシャトル反応に因り、過充電時に電圧の上昇が抑制されることが記載されている。   In Patent Document 10, 1,4-dialkoxy-2,5-dihalogenbenzene is capable of a reversible oxidation-reduction reaction (so-called redox shuttle reaction), and 1,4-dialkoxy-2,5. -It is described that a battery containing dihalogen benzene suppresses an increase in voltage during overcharge due to the redox shuttle reaction.

特許文献11には、アダマンチル基がベンゼン環に結合した化合物はレドックスシャトル反応が可能であること、及び、当該化合物を含有する電池は、レドックスシャトル反応に因り、過充電時に電圧の上昇が抑制されることが記載されている。   Patent Document 11 discloses that a compound in which an adamantyl group is bonded to a benzene ring can undergo a redox shuttle reaction, and a battery containing the compound suppresses an increase in voltage during overcharge due to the redox shuttle reaction. It is described that.

特許文献12には、多数の芳香族化合物が記載され、これらの芳香族化合物を含有する電池は過充電時にガスを発生することが記載されている。そして、電池の内圧上昇を検知して充電を遮断する過充電防止装置を、上記芳香族化合物を具備する電池に配置することにより、長期間の過充電状態を回避することができる旨が記載されている。   Patent Document 12 describes a large number of aromatic compounds, and describes that a battery containing these aromatic compounds generates gas when overcharged. Then, it is described that a long-term overcharge state can be avoided by arranging an overcharge prevention device that detects an increase in the internal pressure of the battery and interrupts charging in the battery having the aromatic compound. ing.

特許文献13には、多数のエステル化合物が記載され、これらのエステル化合物は電池の過充電時に二酸化炭素や水素ガスを発生し得ることが記載されている。そして、電池の内圧上昇を検知して充電を遮断する過充電防止装置を、上記電池に配置することにより、長期間の過充電状態を回避することができる旨が記載されている。   Patent Document 13 describes a large number of ester compounds, and describes that these ester compounds can generate carbon dioxide and hydrogen gas when the battery is overcharged. And it is described that a long-time overcharge state can be avoided by arranging an overcharge prevention device that detects an increase in internal pressure of the battery and interrupts charging.

特許文献14には、多数のエーテル化合物が記載され、これらのエーテル化合物は電池の過充電時に水素ガスを発生することが記載されている。そして、電池の内圧上昇を検知して充電を遮断する過充電防止装置を、上記エーテル化合物を具備する電池に配置することにより、長期間の過充電状態を回避することができる旨が記載されている。   Patent Document 14 describes a large number of ether compounds, and describes that these ether compounds generate hydrogen gas when the battery is overcharged. Then, it is described that a long-term overcharge state can be avoided by arranging an overcharge prevention device that detects an increase in the internal pressure of the battery and interrupts the charge in the battery having the ether compound. Yes.

また、最近になって、特許文献15や特許文献16などにより、電解質としての金属塩を高濃度で含む電解液及び当該電解液を具備するリチウムイオン二次電池が報告された。
Recently, Patent Document 15 and Patent Document 16 reported an electrolytic solution containing a metal salt as an electrolyte in a high concentration and a lithium ion secondary battery including the electrolytic solution.

特開2013−149477号公報JP 2013-149477 A 特開2013−134922号公報JP2013-134922A 特開2013−145724号公報JP 2013-145724 A 特開2013−137873号公報JP2013-137873A 特開平7−302614号公報JP-A-7-302614 特開平9−106835号公報JP-A-9-106835 特開2001−210364号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2001-210364 国際公開第2002/029922号International Publication No. 2002/029922 特開2013−93320号公報JP2013-93320A 特開2013−171659号公報JP 2013-171659 A 特開2013−171715号公報JP2013-171715A 特開2014−192153号公報JP 2014-192153 A 特開2015−18667号公報JP 2015-18667 A 特開2015−26587号公報JP 2015-26587 A 国際公開第2015/045389号International Publication No. 2015/045389 国際公開第2016/063468号International Publication No. 2016/063468

特許文献1〜4に記載のとおり、従来、リチウムイオン二次電池に用いられる電解液においては、エチレンカーボネートやプロピレンカーボネート等の比誘電率及び双極子モーメントの高い有機溶媒を約30体積%以上で含有する混合有機溶媒を用い、かつ、リチウム塩を概ね1mol/Lの濃度で含むことが技術常識となっていた。そして、特許文献3〜4に記載のとおり、電解液の改善検討においては、リチウム塩とは別個の添加剤に着目して行われるのが一般的であった。   As described in Patent Documents 1 to 4, conventionally, in an electrolytic solution used for a lithium ion secondary battery, an organic solvent having a high relative dielectric constant and dipole moment such as ethylene carbonate and propylene carbonate is about 30% by volume or more. It has become common technical knowledge to use a mixed organic solvent and to contain a lithium salt at a concentration of approximately 1 mol / L. And as described in Patent Documents 3 to 4, the improvement of the electrolytic solution is generally performed by paying attention to an additive separate from the lithium salt.

しかしながら、産業界からは、リチウムイオン二次電池などの蓄電装置のさらなる性能向上に対する要求がある。本発明はかかる事情に鑑みて為されたものであり、優れた電池特性に寄与し得る新たな電解液を提供することを目的とする。   However, there is a demand from the industry to further improve the performance of power storage devices such as lithium ion secondary batteries. The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a new electrolytic solution that can contribute to excellent battery characteristics.

本発明者は、特許文献16に記載された電解液を改良する検討を行った。電池特性を向上させる目的で、不飽和環状カーボネートであるビニレンカーボネートを添加した電解液を具備するリチウムイオン二次電池を製造して評価したところ、この電池の抵抗が増加することを本発明者は確認した。また、過充電を防止する目的で、過充電防止剤であるシクロヘキシルベンゼンを添加した電解液を具備するリチウムイオン二次電池を製造して評価したところ、この電池の抵抗も増加することを本発明者は確認した。しかしながら、ビニレンカーボネート及びシクロヘキシルベンゼンの両者を添加した電解液を具備するリチウムイオン二次電池を製造して評価したところ、この電池については抵抗の上昇が抑制されていることを本発明者は発見した。当該発見に基づき、本発明者は、本発明を完成するに至った。   The present inventor has studied to improve the electrolytic solution described in Patent Document 16. For the purpose of improving battery characteristics, when manufacturing and evaluating a lithium ion secondary battery including an electrolytic solution to which vinylene carbonate, which is an unsaturated cyclic carbonate, is added, the inventors have found that the resistance of this battery increases. confirmed. In addition, for the purpose of preventing overcharge, a lithium ion secondary battery comprising an electrolytic solution to which cyclohexylbenzene, which is an overcharge inhibitor, is manufactured and evaluated, the resistance of this battery also increases. Confirmed. However, when manufacturing and evaluating a lithium ion secondary battery including an electrolytic solution to which both vinylene carbonate and cyclohexylbenzene were added, the present inventor found that an increase in resistance was suppressed for this battery. . Based on this discovery, the present inventor has completed the present invention.

本発明の電解液は、下記一般式(1)で表されるリチウム塩を含む電解質と、下記一般式(2)で表される鎖状カーボネートを含む有機溶媒と、不飽和環状カーボネートと、下記一般式(3−1)〜(3−5)のいずれかで表される有機化合物とを含み、
前記鎖状カーボネートが前記リチウム塩に対し、モル比3〜6で含まれていることを特徴とする。
(R)(RSO)NLi 一般式(1)
(Rは、水素、ハロゲン、置換基で置換されていても良いアルキル基、置換基で置換されていても良いシクロアルキル基、置換基で置換されていても良い不飽和アルキル基、置換基で置換されていても良い不飽和シクロアルキル基、置換基で置換されていても良い芳香族基、置換基で置換されていても良い複素環基、置換基で置換されていても良いアルコキシ基、置換基で置換されていても良い不飽和アルコキシ基、置換基で置換されていても良いチオアルコキシ基、置換基で置換されていても良い不飽和チオアルコキシ基、CN、SCN、OCNから選択される。
は、水素、ハロゲン、置換基で置換されていても良いアルキル基、置換基で置換されていても良いシクロアルキル基、置換基で置換されていても良い不飽和アルキル基、置換基で置換されていても良い不飽和シクロアルキル基、置換基で置換されていても良い芳香族基、置換基で置換されていても良い複素環基、置換基で置換されていても良いアルコキシ基、置換基で置換されていても良い不飽和アルコキシ基、置換基で置換されていても良いチオアルコキシ基、置換基で置換されていても良い不飽和チオアルコキシ基、CN、SCN、OCNから選択される。
また、RとRは、互いに結合して環を形成しても良い。
は、SO、C=O、C=S、RP=O、RP=S、S=O、Si=Oから選択される。
、Rは、それぞれ独立に、水素、ハロゲン、置換基で置換されていても良いアルキル基、置換基で置換されていても良いシクロアルキル基、置換基で置換されていても良い不飽和アルキル基、置換基で置換されていても良い不飽和シクロアルキル基、置換基で置換されていても良い芳香族基、置換基で置換されていても良い複素環基、置換基で置換されていても良いアルコキシ基、置換基で置換されていても良い不飽和アルコキシ基、置換基で置換されていても良いチオアルコキシ基、置換基で置換されていても良い不飽和チオアルコキシ基、OH、SH、CN、SCN、OCNから選択される。
また、R、Rは、R又はRと結合して環を形成しても良い。)
20OCOOR21 一般式(2)
(R20、R21は、それぞれ独立に、鎖状アルキルであるCClBr、又は、環状アルキルを化学構造に含むCClBrのいずれかから選択される。nは1以上の整数、mは3以上の整数、a、b、c、d、e、f、g、h、i、jはそれぞれ独立に0以上の整数であり、2n+1=a+b+c+d+e、2m−1=f+g+h+i+jを満たす。)
Ar30−(CR303132 一般式(3−1)
(Ar30は置換基を有していてもよい芳香族基である。
nは0以上の整数である。
30、R31、R32は、それぞれ独立に、水素、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアルケニル基、置換基を有していてもよいアルキニル基、置換基を有していてもよい芳香族基から選択される。R30、R31及び/又はR32はこれらが結合する炭素と共に環構造を形成してもよい。また、Ar30はR30及び/又はR31と結合して環構造を形成してもよい。)
Ar31−(Ar32 一般式(3−2)
(Ar31、Ar32は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい芳香族基から選択される。nは1以上の整数である。)
Ar33−(Y−R33 一般式(3−3)
(Ar33は置換基を有していてもよい芳香族基から選択される。
YはO、S、Nから選択され、YがO若しくはSの場合、mは1であり、YがNの場合、mは2である。
nは1以上の整数である。
33は、それぞれ独立に、水素、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアルケニル基、置換基を有していてもよいアルキニル基、置換基を有していてもよい芳香族基から選択される。R33はY及びAr33と共に環構造を形成してもよい。YがNの場合に2つのR33はこれらが結合するNと共に環構造を形成してもよい。また、nが2以上の場合、複数のR33が共同して環構造を形成してもよい。)
Cy−(Y−R34 一般式(3−4)
(Cyは置換基を有していてもよい飽和炭素環基、置換基を有していてもよい飽和複素環基から選択される。
nは0以上の整数である。
YはO、S、Nから選択され、YがO若しくはSの場合、mは1であり、YがNの場合、mは2である。
34は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアルケニル基、置換基を有していてもよいアルキニル基から選択される。R34はY及びCyと共に環構造を形成してもよい。YがNの場合に2つのR34はこれらが結合するNと共に環構造を形成してもよい。また、nが2以上の場合、複数のR34が共同して環構造を形成してもよい。)
353637C−COOR38 一般式(3−5)
(R35、R36、R37はそれぞれ独立に、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアルケニル基、置換基を有していてもよいアルキニル基、置換基を有していてもよい芳香族基、置換基を有していてもよいアルキルオキシ基、NR3940(R39、R40はそれぞれ独立にアルキル基、芳香族基、複素環基から選択される。)から選択される。
35、R36及び/又はR37は、これらが結合する炭素と共に環構造を形成してもよい。
38は、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアルケン基、置換基を有していてもよいアルキレン基、置換基を有していてもよい芳香族基から選択される。)
The electrolytic solution of the present invention includes an electrolyte containing a lithium salt represented by the following general formula (1), an organic solvent containing a chain carbonate represented by the following general formula (2), an unsaturated cyclic carbonate, An organic compound represented by any one of the general formulas (3-1) to (3-5),
The chain carbonate is contained in a molar ratio of 3 to 6 with respect to the lithium salt.
(R 1 X 1 ) (R 2 SO 2 ) NLi General formula (1)
(R 1 is hydrogen, halogen, an alkyl group which may be substituted with a substituent, a cycloalkyl group which may be substituted with a substituent, an unsaturated alkyl group which may be substituted with a substituent, or a substituent. An unsaturated cycloalkyl group which may be substituted with, an aromatic group which may be substituted with a substituent, a heterocyclic group which may be substituted with a substituent, or an alkoxy group which may be substituted with a substituent , An unsaturated alkoxy group that may be substituted with a substituent, a thioalkoxy group that may be substituted with a substituent, an unsaturated thioalkoxy group that may be substituted with a substituent, CN, SCN, or OCN Is done.
R 2 represents hydrogen, halogen, an alkyl group which may be substituted with a substituent, a cycloalkyl group which may be substituted with a substituent, an unsaturated alkyl group which may be substituted with a substituent, or a substituent. An unsaturated cycloalkyl group which may be substituted, an aromatic group which may be substituted with a substituent, a heterocyclic group which may be substituted with a substituent, an alkoxy group which may be substituted with a substituent, Selected from an unsaturated alkoxy group which may be substituted with a substituent, a thioalkoxy group which may be substituted with a substituent, an unsaturated thioalkoxy group which may be substituted with a substituent, CN, SCN, OCN The
R 1 and R 2 may be bonded to each other to form a ring.
X 1 is selected from SO 2 , C = O, C = S, R a P = O, R b P = S, S = O, Si = O.
R a and R b are each independently hydrogen, halogen, an alkyl group that may be substituted with a substituent, a cycloalkyl group that may be substituted with a substituent, or a group that may be substituted with a substituent. A saturated alkyl group, an unsaturated cycloalkyl group that may be substituted with a substituent, an aromatic group that may be substituted with a substituent, a heterocyclic group that may be substituted with a substituent, and a substituent An alkoxy group which may be substituted, an unsaturated alkoxy group which may be substituted with a substituent, a thioalkoxy group which may be substituted with a substituent, an unsaturated thioalkoxy group which may be substituted with a substituent, OH , SH, CN, SCN, and OCN.
R a and R b may combine with R 1 or R 2 to form a ring. )
R 20 OCOOR 21 general formula (2)
(R 20 and R 21 each independently represent C n H a F b Cl c Br d I e which is a chain alkyl, or C m H f F g Cl h Br i I containing a cyclic alkyl in the chemical structure. selected from j , n is an integer of 1 or more, m is an integer of 3 or more, a, b, c, d, e, f, g, h, i, j are each independently an integer of 0 or more 2n + 1 = a + b + c + d + e, 2m-1 = f + g + h + i + j is satisfied.)
Ar 30- (CR 30 R 31 R 32 ) nGeneral formula (3-1)
(Ar 30 is an aromatic group which may have a substituent.
n is an integer of 0 or more.
R 30 , R 31 and R 32 are each independently hydrogen, an alkyl group which may have a substituent, an alkenyl group which may have a substituent, or an alkynyl which may have a substituent. It is selected from a group and an aromatic group which may have a substituent. R 30 , R 31 and / or R 32 may form a ring structure together with the carbon to which they are bonded. Ar 30 may combine with R 30 and / or R 31 to form a ring structure. )
Ar 31 - (Ar 32) n Formula (3-2)
(Ar 31 and Ar 32 are each independently selected from an optionally substituted aromatic group. N is an integer of 1 or more.)
Ar 33 - (Y-R 33 m) n Formula (3-3)
(Ar 33 is selected from aromatic groups which may have a substituent.
Y is selected from O, S, and N. When Y is O or S, m is 1, and when Y is N, m is 2.
n is an integer of 1 or more.
R 33 each independently has hydrogen, an alkyl group that may have a substituent, an alkenyl group that may have a substituent, an alkynyl group that may have a substituent, or a substituent. Selected from aromatic groups that may be present. R 33 may form a ring structure with Y and Ar 33 . When Y is N, two R 33 may form a ring structure together with N to which they are bonded. When n is 2 or more, a plurality of R 33 may jointly form a ring structure. )
Cy- (YR 34 m ) n General formula (3-4)
(Cy is selected from a saturated carbocyclic group which may have a substituent and a saturated heterocyclic group which may have a substituent.
n is an integer of 0 or more.
Y is selected from O, S, and N. When Y is O or S, m is 1, and when Y is N, m is 2.
R 34 is independently selected from an alkyl group which may have a substituent, an alkenyl group which may have a substituent, and an alkynyl group which may have a substituent. R 34 may form a ring structure together with Y and Cy. When Y is N, two R 34 may form a ring structure together with N to which they are bonded. When n is 2 or more, a plurality of R 34 may jointly form a ring structure. )
R 35 R 36 R 37 C-COOR 38 General formula (3-5)
(R 35 , R 36 and R 37 are each independently an alkyl group which may have a substituent, an alkenyl group which may have a substituent, an alkynyl group which may have a substituent, An aromatic group which may have a substituent, an alkyloxy group which may have a substituent, NR 39 R 40 (R 39 and R 40 are each independently an alkyl group, an aromatic group and a heterocyclic group. Selected from).
R 35 , R 36 and / or R 37 may form a ring structure together with the carbon to which they are bonded.
R 38 represents an alkyl group which may have a substituent, an alkene group which may have a substituent, an alkylene group which may have a substituent, or an aromatic which may have a substituent. Selected from group. )

本発明の電解液は、優れた電池特性に寄与し得る。   The electrolytic solution of the present invention can contribute to excellent battery characteristics.

以下に、本発明を実施するための形態を説明する。なお、特に断らない限り、本明細書に記載された数値範囲「a〜b」は、下限a及び上限bをその範囲に含む。そして、これらの上限値及び下限値、ならびに実施例中に列記した数値も含めてそれらを任意に組み合わせることで数値範囲を構成し得る。さらに数値範囲内から任意に選択した数値を、新たな上限や下限の数値とすることができる。   Below, the form for implementing this invention is demonstrated. Unless otherwise specified, the numerical range “ab” described herein includes the lower limit “a” and the upper limit “b”. The numerical range can be configured by arbitrarily combining these upper limit value and lower limit value and the numerical values listed in the examples. Furthermore, numerical values arbitrarily selected from the numerical value range can be used as new upper and lower numerical values.

本発明の電解液は、上記一般式(1)で表されるリチウム塩を含む電解質と、上記一般式(2)で表される鎖状カーボネートを含む有機溶媒と、不飽和環状カーボネートと、上記一般式(3−1)〜(3−5)のいずれかで表される有機化合物とを含み、前記鎖状カーボネートが前記リチウム塩に対し、モル比3〜6で含まれていることを特徴とする。以下、本発明の電解液を具備するリチウムイオン二次電池を本発明のリチウムイオン二次電池という。   The electrolytic solution of the present invention includes an electrolyte containing a lithium salt represented by the general formula (1), an organic solvent containing a chain carbonate represented by the general formula (2), an unsaturated cyclic carbonate, and the above An organic compound represented by any one of the general formulas (3-1) to (3-5), wherein the chain carbonate is contained in a molar ratio of 3 to 6 with respect to the lithium salt. And Hereinafter, the lithium ion secondary battery including the electrolytic solution of the present invention is referred to as the lithium ion secondary battery of the present invention.

本発明の電解液の上記一般式(1)で表される化学構造における、「置換基で置換されていても良い」との文言について説明する。例えば「置換基で置換されていても良いアルキル基」であれば、アルキル基の水素の一つ若しくは複数が置換基で置換されているアルキル基、又は、特段の置換基を有さないアルキル基を意味する。   The term “may be substituted with a substituent” in the chemical structure represented by the general formula (1) of the electrolytic solution of the present invention will be described. For example, in the case of “an alkyl group that may be substituted with a substituent”, an alkyl group in which one or more of the hydrogens of the alkyl group are substituted with a substituent, or an alkyl group that does not have a particular substituent Means.

「置換基で置換されていても良い」との文言における置換基としては、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、シクロアルキル基、不飽和シクロアルキル基、芳香族基、複素環基、ハロゲン、OH、SH、CN、SCN、OCN、ニトロ基、アルコキシ基、不飽和アルコキシ基、アミノ基、アルキルアミノ基、ジアルキルアミノ基、アリールオキシ基、アシル基、アルコキシカルボニル基、アシルオキシ基、アリールオキシカルボニル基、アシルアミノ基、アルコキシカルボニルアミノ基、アリールオキシカルボニルアミノ基、スルホニルアミノ基、スルファモイル基、カルバモイル基、アルキルチオ基、アリールチオ基、スルホニル基、スルフィニル基、ウレイド基、リン酸アミド基、スルホ基、カルボキシル基、ヒドロキサム酸基、スルフィノ基、ヒドラジノ基、イミノ基、シリル基等が挙げられる。これらの置換基はさらに置換基で置換されてもよい。また置換基が2つ以上ある場合、置換基は同一でも異なっていてもよい。   Examples of the substituent in the phrase “may be substituted with a substituent” include an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, a cycloalkyl group, an unsaturated cycloalkyl group, an aromatic group, a heterocyclic group, a halogen, and OH. SH, CN, SCN, OCN, nitro group, alkoxy group, unsaturated alkoxy group, amino group, alkylamino group, dialkylamino group, aryloxy group, acyl group, alkoxycarbonyl group, acyloxy group, aryloxycarbonyl group, Acylamino group, alkoxycarbonylamino group, aryloxycarbonylamino group, sulfonylamino group, sulfamoyl group, carbamoyl group, alkylthio group, arylthio group, sulfonyl group, sulfinyl group, ureido group, phosphoric acid amide group, sulfo group, carboxyl group, Hydroxamic acid group, Rufino group, a hydrazino group, an imino group, and a silyl group. These substituents may be further substituted with a substituent. When there are two or more substituents, the substituents may be the same or different.

一般式(1)で表されるリチウム塩は、下記一般式(1−1)で表されるものが好ましい。   The lithium salt represented by the general formula (1) is preferably represented by the following general formula (1-1).

(R)(RSO)NLi 一般式(1−1)
(R、Rは、それぞれ独立に、CClBr(CN)(SCN)(OCN)である。
n、a、b、c、d、e、f、g、hはそれぞれ独立に0以上の整数であり、2n+1=a+b+c+d+e+f+g+hを満たす。
また、RとRは、互いに結合して環を形成しても良く、その場合は、2n=a+b+c+d+e+f+g+hを満たす。
は、SO、C=O、C=S、RP=O、RP=S、S=O、Si=Oから選択される。
、Rは、それぞれ独立に、水素、ハロゲン、置換基で置換されていても良いアルキル基、置換基で置換されていても良いシクロアルキル基、置換基で置換されていても良い不飽和アルキル基、置換基で置換されていても良い不飽和シクロアルキル基、置換基で置換されていても良い芳香族基、置換基で置換されていても良い複素環基、置換基で置換されていても良いアルコキシ基、置換基で置換されていても良い不飽和アルコキシ基、置換基で置換されていても良いチオアルコキシ基、置換基で置換されていても良い不飽和チオアルコキシ基、OH、SH、CN、SCN、OCNから選択される。
また、R、Rは、R又はRと結合して環を形成しても良い。)
(R 3 X 2 ) (R 4 SO 2 ) NLi General formula (1-1)
(R 3 and R 4 are each independently C n H a F b Cl c Br d I e (CN) f (SCN) g (OCN) h .
n, a, b, c, d, e, f, g, and h are each independently an integer of 0 or more, and satisfy 2n + 1 = a + b + c + d + e + f + g + h.
R 3 and R 4 may combine with each other to form a ring, in which case 2n = a + b + c + d + e + f + g + h is satisfied.
X 2 is, SO 2, C = O, C = S, R c P = O, R d P = S, S = O, is selected from Si = O.
R c and R d are each independently hydrogen, halogen, an alkyl group that may be substituted with a substituent, a cycloalkyl group that may be substituted with a substituent, or a group that may be substituted with a substituent. A saturated alkyl group, an unsaturated cycloalkyl group that may be substituted with a substituent, an aromatic group that may be substituted with a substituent, a heterocyclic group that may be substituted with a substituent, and a substituent An alkoxy group which may be substituted, an unsaturated alkoxy group which may be substituted with a substituent, a thioalkoxy group which may be substituted with a substituent, an unsaturated thioalkoxy group which may be substituted with a substituent, OH , SH, CN, SCN, and OCN.
R c and R d may combine with R 3 or R 4 to form a ring. )

上記一般式(1−1)で表される化学構造における、「置換基で置換されていても良い」との文言の意味は、上記一般式(1)で説明したのと同義である。   The meaning of the phrase “may be substituted with a substituent” in the chemical structure represented by the general formula (1-1) is the same as described in the general formula (1).

上記一般式(1−1)で表される化学構造において、nは0〜6の整数が好ましく、0〜4の整数がより好ましく、0〜2の整数が特に好ましい。なお、上記一般式(1−1)で表される化学構造の、RとRが結合して環を形成している場合には、nは1〜8の整数が好ましく、1〜7の整数がより好ましく、1〜3の整数が特に好ましい。 In the chemical structure represented by the general formula (1-1), n is preferably an integer of 0 to 6, more preferably an integer of 0 to 4, and particularly preferably an integer of 0 to 2. Incidentally, the chemical structure represented by the general formula (1-1), when R 3 and R 4 are joined to form a ring, n is preferably an integer of 1 to 8, 1 to 7 Is more preferable, and an integer of 1 to 3 is particularly preferable.

一般式(1)で表されるリチウム塩は、下記一般式(1−2)で表されるものがさらに好ましい。   The lithium salt represented by the general formula (1) is more preferably represented by the following general formula (1-2).

(RSO)(RSO)NLi 一般式(1−2)
(R、Rは、それぞれ独立に、CClBrである。
n、a、b、c、d、eはそれぞれ独立に0以上の整数であり、2n+1=a+b+c+d+eを満たす。
また、RとRは、互いに結合して環を形成しても良く、その場合は、2n=a+b+c+d+eを満たす。)
(R 5 SO 2 ) (R 6 SO 2 ) NLi Formula (1-2)
(R 5 and R 6 are each independently C n H a F b Cl c Br d I e .
n, a, b, c, d, and e are each independently an integer of 0 or more, and satisfy 2n + 1 = a + b + c + d + e.
R 5 and R 6 may combine with each other to form a ring, in which case 2n = a + b + c + d + e is satisfied. )

上記一般式(1−2)で表される化学構造において、nは0〜6の整数が好ましく、0〜4の整数がより好ましく、0〜2の整数が特に好ましい。なお、上記一般式(1−2)で表される化学構造の、RとRが結合して環を形成している場合には、nは1〜8の整数が好ましく、1〜7の整数がより好ましく、1〜3の整数が特に好ましい。 In the chemical structure represented by the general formula (1-2), n is preferably an integer of 0 to 6, more preferably an integer of 0 to 4, and particularly preferably an integer of 0 to 2. Incidentally, the chemical structure represented by the general formula (1-2), when R 5 and R 6 are joined to form a ring, n is preferably an integer of 1 to 8, 1 to 7 Is more preferable, and an integer of 1 to 3 is particularly preferable.

また、上記一般式(1−2)で表される化学構造において、a、c、d、eが0のものが好ましい。   In the chemical structure represented by the general formula (1-2), those in which a, c, d, and e are 0 are preferable.

一般式(1)で表されるリチウム塩は、(CFSONLi(以下、「LiTFSA」ということがある。)、(FSONLi(以下、「LiFSA」ということがある。)、(CSONLi、FSO(CFSO)NLi、(SOCFCFSO)NLi、(SOCFCFCFSO)NLi、FSO(CHSO)NLi、FSO(CSO)NLi、又はFSO(CSO)NLiが特に好ましい。 The lithium salt represented by the general formula (1) may be referred to as (CF 3 SO 2 ) 2 NLi (hereinafter sometimes referred to as “LiTFSA”) or (FSO 2 ) 2 NLi (hereinafter referred to as “LiFSA”). ), (C 2 F 5 SO 2 ) 2 NLi, FSO 2 (CF 3 SO 2 ) NLi, (SO 2 CF 2 CF 2 SO 2 ) NLi, (SO 2 CF 2 CF 2 CF 2 SO 2 ) NLi, FSO 2 (CH 3 SO 2 ) NLi, FSO 2 (C 2 F 5 SO 2 ) NLi, or FSO 2 (C 2 H 5 SO 2 ) NLi is particularly preferred.

本発明の電解液における一般式(1)で表されるリチウム塩は1種類を採用しても良いし、複数種を併用しても良い。   One type of lithium salt represented by the general formula (1) in the electrolytic solution of the present invention may be used, or a plurality of types may be used in combination.

本発明の電解液における電解質には、一般式(1)で表されるリチウム塩以外に、リチウムイオン二次電池などの電解液に使用可能である他の電解質が含まれていてもよい。   The electrolyte in the electrolytic solution of the present invention may contain other electrolytes that can be used in an electrolytic solution such as a lithium ion secondary battery, in addition to the lithium salt represented by the general formula (1).

他の電解質として、LiXO、LiAsX、LiPX、LiBX、LiB(Cを例示できる(ただし、Xはそれぞれ独立にF、Cl、Br、I又はCNを意味する。)。LiXO、LiAsX、LiPX、LiBXの好適な一態様として、LiClO、LiAsF、LiPF、LiBF、LiBF(CN)(ただし、yは0〜3の整数、zは1〜4の整数であり、y+z=4を満たす。)をそれぞれ例示できる。 Examples of other electrolytes include LiXO 4 , LiAsX 6 , LiPX 6 , LiBX 4 , and LiB (C 2 O 4 ) 2 (wherein X independently represents F, Cl, Br, I, or CN). . As a suitable aspect of LiXO 4 , LiAsX 6 , LiPX 6 , LiBX 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiBF y (CN) z (where y is an integer of 0 to 3, z is 1) It is an integer of ˜4 and satisfies y + z = 4).

本発明の電解液には、本発明の電解液に含まれる全電解質に対し、一般式(1)で表されるリチウム塩が、70質量%以上若しくは70モル%以上で含まれるのが好ましく、80質量%以上若しくは80モル%以上で含まれるのがより好ましく、90質量%以上若しくは90モル%以上で含まれるのがさらに好ましく、95質量%以上若しくは95モル%以上で含まれるのが特に好ましい。本発明の電解液に含まれる電解質すべてが一般式(1)で表されるリチウム塩であってもよい。   In the electrolytic solution of the present invention, the lithium salt represented by the general formula (1) is preferably contained in 70% by mass or more or 70% by mol or more based on the total electrolyte contained in the electrolytic solution of the present invention. More preferably, it is contained at 80% by weight or more or 80% by mole or more, more preferably 90% by weight or more or 90% by mole or more, and particularly preferably 95% by weight or more or 95% by mole or more. . All of the electrolyte contained in the electrolytic solution of the present invention may be a lithium salt represented by the general formula (1).

一般式(1)で表されるリチウム塩の化学構造には、SOが含まれている。そして、本発明のリチウムイオン二次電池の充放電により、一般式(1)で表されるリチウム塩の一部が分解して、リチウムイオン二次電池の正極及び/又は負極の表面にS及びO含有被膜が形成される。S及びO含有被膜はS=O構造を有すると推定される。当該被膜により電極が被覆されるため、電極及び電解液の劣化が抑制され、その結果、本発明のリチウムイオン二次電池の耐久性が向上すると考えられる。また、本発明の電解液には不飽和環状カーボネートが含まれており、本発明のリチウムイオン二次電池の充電時には不飽和環状カーボネートの分解に由来する炭素含有被膜も負極の表面に形成される。不飽和環状カーボネートに関する点については後述する。 The chemical structure of the lithium salt represented by the general formula (1) includes SO 2 . And by charging / discharging of the lithium ion secondary battery of this invention, a part of lithium salt represented by General formula (1) decomposes | disassembles, and S and S on the surface of the positive electrode and / or negative electrode of a lithium ion secondary battery An O-containing film is formed. The S and O containing coating is presumed to have an S = O structure. Since the electrode is covered with the coating, deterioration of the electrode and the electrolytic solution is suppressed, and as a result, the durability of the lithium ion secondary battery of the present invention is considered to be improved. The electrolyte solution of the present invention contains an unsaturated cyclic carbonate, and a carbon-containing film derived from the decomposition of the unsaturated cyclic carbonate is also formed on the surface of the negative electrode when the lithium ion secondary battery of the present invention is charged. . Points regarding the unsaturated cyclic carbonate will be described later.

本発明の電解液は、一般式(2)で表される鎖状カーボネートを含む有機溶媒を含む。   The electrolytic solution of the present invention contains an organic solvent containing a chain carbonate represented by the general formula (2).

20OCOOR21 一般式(2)
(R20、R21は、それぞれ独立に、鎖状アルキルであるCClBr、又は、環状アルキルを化学構造に含むCClBrのいずれかから選択される。nは1以上の整数、mは3以上の整数、a、b、c、d、e、f、g、h、i、jはそれぞれ独立に0以上の整数であり、2n+1=a+b+c+d+e、2m−1=f+g+h+i+jを満たす。)
R 20 OCOOR 21 general formula (2)
(R 20 and R 21 each independently represent C n H a F b Cl c Br d I e which is a chain alkyl, or C m H f F g Cl h Br i I containing a cyclic alkyl in the chemical structure. selected from j , n is an integer of 1 or more, m is an integer of 3 or more, a, b, c, d, e, f, g, h, i, j are each independently an integer of 0 or more 2n + 1 = a + b + c + d + e, 2m-1 = f + g + h + i + j is satisfied.)

上記一般式(2)で表される鎖状カーボネートにおいて、nは1〜6の整数が好ましく、1〜4の整数がより好ましく、1〜2の整数が特に好ましい。mは3〜8の整数が好ましく、4〜7の整数がより好ましく、5〜6の整数が特に好ましい。   In the chain carbonate represented by the general formula (2), n is preferably an integer of 1 to 6, more preferably an integer of 1 to 4, and particularly preferably an integer of 1 to 2. m is preferably an integer of 3 to 8, more preferably an integer of 4 to 7, and particularly preferably an integer of 5 to 6.

上記一般式(2)で表される鎖状カーボネートのうち、下記一般式(2−1)で表されるものが特に好ましい。   Of the chain carbonates represented by the general formula (2), those represented by the following general formula (2-1) are particularly preferred.

22OCOOR23 一般式(2−1)
(R22、R23は、それぞれ独立に、鎖状アルキルであるC、又は、環状アルキルを化学構造に含むCのいずれかから選択される。nは1以上の整数、mは3以上の整数、a、b、f、gはそれぞれ独立に0以上の整数であり、2n+1=a+b、2m−1=f+gを満たす。)
R 22 OCOOR 23 general formula (2-1)
(R 22 and R 23 are each independently selected from either C n H a F b which is a chain alkyl or C m H f F g containing a cyclic alkyl in the chemical structure. N is 1 (The above integers, m is an integer of 3 or more, a, b, f, and g are each independently an integer of 0 or more, and satisfy 2n + 1 = a + b and 2m-1 = f + g.)

上記一般式(2−1)で表される鎖状カーボネートにおいて、nは1〜6の整数が好ましく、1〜4の整数がより好ましく、1〜2の整数が特に好ましい。mは3〜8の整数が好ましく、4〜7の整数がより好ましく、5〜6の整数が特に好ましい。   In the chain carbonate represented by the general formula (2-1), n is preferably an integer of 1 to 6, more preferably an integer of 1 to 4, and particularly preferably an integer of 1 to 2. m is preferably an integer of 3 to 8, more preferably an integer of 4 to 7, and particularly preferably an integer of 5 to 6.

上記一般式(2−1)で表される鎖状カーボネートのうち、ジメチルカーボネート(以下、「DMC」ということがある。)、ジエチルカーボネート(以下、「DEC」ということがある。)、エチルメチルカーボネート(以下、「EMC」ということがある。)、フルオロメチルメチルカーボネート、ジフルオロメチルメチルカーボネート、トリフルオロメチルメチルカーボネート、ビス(フルオロメチル)カーボネート、ビス(ジフルオロメチル)カーボネート、ビス(トリフルオロメチル)カーボネート、フルオロメチルジフルオロメチルカーボネート、2,2,2−トリフルオロエチルメチルカーボネート、ペンタフルオロエチルメチルカーボネート、エチルトリフルオロメチルカーボネート、ビス(2,2,2−トリフルオロエチル)カーボネートが特に好ましい。   Among the chain carbonates represented by the general formula (2-1), dimethyl carbonate (hereinafter sometimes referred to as “DMC”), diethyl carbonate (hereinafter sometimes referred to as “DEC”), ethylmethyl Carbonate (hereinafter sometimes referred to as "EMC"), fluoromethyl methyl carbonate, difluoromethyl methyl carbonate, trifluoromethyl methyl carbonate, bis (fluoromethyl) carbonate, bis (difluoromethyl) carbonate, bis (trifluoromethyl) Carbonate, fluoromethyldifluoromethyl carbonate, 2,2,2-trifluoroethyl methyl carbonate, pentafluoroethyl methyl carbonate, ethyl trifluoromethyl carbonate, bis (2,2,2-trifluoroethyl) ) Carbonate is particularly preferred.

以上で説明した鎖状カーボネートは1種類を電解液に用いても良いし、複数を併用しても良い。鎖状カーボネートの複数を併用することで、電解液の低温流動性や低温でのリチウムイオン輸送性などを好適に確保することができる。   One kind of the chain carbonate described above may be used for the electrolyte solution, or a plurality of the chain carbonates may be used in combination. By using a plurality of chain carbonates in combination, it is possible to suitably ensure the low temperature fluidity of the electrolyte and the lithium ion transportability at low temperatures.

本発明の電解液における有機溶媒には、上記鎖状カーボネート以外に、リチウムイオン二次電池などの電解液に使用可能である他の有機溶媒(以下、単に「他の有機溶媒」ということがある。)が含まれていてもよい。   In addition to the chain carbonate, the organic solvent in the electrolytic solution of the present invention may be another organic solvent that can be used in an electrolytic solution such as a lithium ion secondary battery (hereinafter simply referred to as “other organic solvent”). .) May be included.

本発明の電解液には、本発明の電解液に含まれる全有機溶媒に対し、上記鎖状カーボネートが、70質量%以上若しくは70モル%以上で含まれるのが好ましく、80質量%以上若しくは80モル%以上で含まれるのがより好ましく、90質量%以上若しくは90モル%以上で含まれるのがさらに好ましく、95質量%以上若しくは95モル%以上で含まれるのが特に好ましい。本発明の電解液に含まれる有機溶媒すべてが上記鎖状カーボネートであってもよい。   In the electrolytic solution of the present invention, the chain carbonate is preferably contained in an amount of 70% by mass or more or 70% by mol or more, based on the total organic solvent contained in the electrolytic solution of the present invention. More preferably, it is contained in an amount of not less than mol%, more preferably not less than 90% by mass or not less than 90% by mol, and particularly preferably not less than 95% by mass or not less than 95% by mol. All the organic solvents contained in the electrolytic solution of the present invention may be the chain carbonate.

なお、上記鎖状カーボネート以外に他の有機溶媒を含む本発明の電解液は、他の有機溶媒を含まない本発明の電解液と比較して、粘度が上昇する場合や、イオン伝導度が低下する場合がある。さらに、上記鎖状カーボネート以外に他の有機溶媒を含む本発明の電解液を用いたリチウムイオン二次電池は、その反応抵抗が増大する場合がある。   In addition, the electrolytic solution of the present invention containing other organic solvents in addition to the chain carbonate has a higher viscosity or lower ionic conductivity than the electrolytic solution of the present invention that does not contain other organic solvents. There is a case. Furthermore, the reaction resistance of the lithium ion secondary battery using the electrolytic solution of the present invention containing another organic solvent in addition to the chain carbonate may increase.

他の有機溶媒を具体的に例示すると、アセトニトリル、プロピオニトリル、アクリロニトリル、マロノニトリル等のニトリル類、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、1,2−ジオキサン、1,3−ジオキサン、1,4−ジオキサン、2,2−ジメチル−1,3−ジオキソラン、2−メチルテトラヒドロピラン、2−メチルテトラヒドロフラン、クラウンエーテル等のエーテル類、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等の環状カーボネート類、ホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン等のアミド類、イソプロピルイソシアネート、n−プロピルイソシアネート、クロロメチルイソシアネート等のイソシアネート類、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、プロピオン酸メチル、蟻酸メチル、蟻酸エチル、酢酸ビニル、メチルアクリレート、メチルメタクリレート等のエステル類、グリシジルメチルエーテル、エポキシブタン、2−エチルオキシラン等のエポキシ類、オキサゾール、2−エチルオキサゾール、オキサゾリン、2−メチル−2−オキサゾリン等のオキサゾール類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類、無水酢酸、無水プロピオン酸等の酸無水物、ジメチルスルホン、スルホラン等のスルホン類、ジメチルスルホキシド等のスルホキシド類、1−ニトロプロパン、2−ニトロプロパン等のニトロ類、フラン、フルフラール等のフラン類、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、δ−バレロラクトン等の環状エステル類、チオフェン、ピリジン等の芳香族複素環類、テトラヒドロ−4−ピロン、1−メチルピロリジン、N−メチルモルフォリン等の複素環類、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル等のリン酸エステル類を挙げることができる。   Specific examples of other organic solvents include nitriles such as acetonitrile, propionitrile, acrylonitrile, malononitrile, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, tetrahydrofuran, 1,2-dioxane, 1, Ethers such as 3-dioxane, 1,4-dioxane, 2,2-dimethyl-1,3-dioxolane, 2-methyltetrahydropyran, 2-methyltetrahydrofuran and crown ether, and cyclic carbonates such as ethylene carbonate and propylene carbonate Amides such as formamide, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone, isocyanates such as isopropyl isocyanate, n-propyl isocyanate, chloromethyl isocyanate, , Ethyl acetate, propyl acetate, butyl acetate, methyl propionate, methyl formate, ethyl formate, vinyl acetate, methyl acrylate, methyl methacrylate, and other esters, glycidyl methyl ether, epoxy butane, 2-ethyloxirane, and other epoxies, Oxazoles such as oxazole, 2-ethyloxazole, oxazoline, 2-methyl-2-oxazoline, ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, acid anhydrides such as acetic anhydride and propionic anhydride, dimethyl sulfone, sulfolane, etc. Sulfones, sulfoxides such as dimethyl sulfoxide, nitros such as 1-nitropropane and 2-nitropropane, furans such as furan and furfural, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, δ-valerolactone Cyclic esters, aromatic heterocycles such as thiophene and pyridine, heterocycles such as tetrahydro-4-pyrone, 1-methylpyrrolidine and N-methylmorpholine, phosphate esters such as trimethyl phosphate and triethyl phosphate There can be mentioned.

一般式(2)で表される鎖状カーボネートは、従来の電解液に用いられてきたエチレンカーボネート等の環状カーボネートと比較して、極性が低い。それゆえに、鎖状カーボネートと金属イオンとの親和性は、環状カーボネートと金属イオンとの親和性と比較して、劣ると考えられる。そうすると、本発明の電解液がリチウムイオン二次電池の電解液として用いられた際には、リチウムイオン二次電池の電極を構成するアルミニウムや遷移金属は、本発明の電解液にイオンとして溶解するのが困難であるといえる。   The chain carbonate represented by the general formula (2) has a lower polarity than cyclic carbonates such as ethylene carbonate that have been used in conventional electrolyte solutions. Therefore, it is considered that the affinity between the chain carbonate and the metal ion is inferior to the affinity between the cyclic carbonate and the metal ion. Then, when the electrolytic solution of the present invention is used as an electrolytic solution of a lithium ion secondary battery, the aluminum and transition metal constituting the electrode of the lithium ion secondary battery are dissolved as ions in the electrolytic solution of the present invention. It can be said that it is difficult.

ここで、従来の一般的な電解液を用いたリチウムイオン二次電池においては、正極を構成するアルミニウムや遷移金属は、特に高電圧充電環境下において高酸化状態となり、陽イオンである金属イオンとして電解液に溶解し(アノード溶出)、そして、電解液中に溶出した金属イオンは静電気的引力に因り電子リッチな負極に引き寄せられて、負極上で電子と結合することで還元され、金属として析出する場合があることが知られている。このような反応が起こると、正極の容量低下や負極上での電解液分解などが生じ得るため、電池性能が低下することが知られている。しかし、本発明の電解液には前段落に記載の特徴があるため、本発明の電解液を用いたリチウムイオン二次電池においては、正極からの金属イオン溶出及び負極上の金属析出が抑制される。   Here, in a lithium ion secondary battery using a conventional general electrolytic solution, aluminum and transition metal constituting the positive electrode are in a highly oxidized state, particularly under a high voltage charging environment, as metal ions that are cations. Dissolved in the electrolyte solution (anode elution), and the metal ions eluted in the electrolyte solution are attracted to the electron-rich negative electrode due to electrostatic attraction, and are reduced by combining with electrons on the negative electrode, and deposited as metal. It is known that there may be. It is known that when such a reaction occurs, the capacity of the positive electrode may be reduced or the electrolytic solution may be decomposed on the negative electrode. However, since the electrolytic solution of the present invention has the characteristics described in the previous paragraph, in the lithium ion secondary battery using the electrolytic solution of the present invention, elution of metal ions from the positive electrode and metal deposition on the negative electrode are suppressed. The

本発明の電解液においては、一般式(2)で表される鎖状カーボネートが一般式(1)で表されるリチウム塩に対し、モル比3〜6で含まれる。本発明の電解液における、より好適なモル比として、3.2〜4.8の範囲内、3.5〜4.5の範囲内を例示できる。なお、従来の電解液は、有機溶媒と電解質とのモル比が概ね10程度である。   In the electrolytic solution of the present invention, the chain carbonate represented by the general formula (2) is contained in a molar ratio of 3 to 6 with respect to the lithium salt represented by the general formula (1). Examples of a more preferable molar ratio in the electrolytic solution of the present invention include a range of 3.2 to 4.8 and a range of 3.5 to 4.5. In addition, the conventional electrolyte solution has a molar ratio of the organic solvent to the electrolyte of about 10.

本発明の電解液においては、リチウム塩の濃度が従来の電解液と比較して高濃度となる。さらに、本発明の電解液においては、多少のリチウム塩濃度の変動に対してイオン伝導度の変動が小さい、すなわち、堅牢性に優れるとの利点を有する。しかも、上記一般式(2)で表される鎖状カーボネートは、酸化及び還元に対する安定性に優れている。加えて、上記一般式(2)で表される鎖状カーボネートは、自由回転可能な結合が多く存在し、柔軟な化学構造であるため、当該鎖状カーボネートを用いた本発明の電解液が高濃度のリチウム塩を含む場合であっても、その粘度の著しい上昇は抑えられ、高いイオン伝導度を得ることができる。   In the electrolytic solution of the present invention, the concentration of the lithium salt is higher than that of the conventional electrolytic solution. Furthermore, the electrolytic solution of the present invention has an advantage that the fluctuation of the ionic conductivity is small with respect to a slight fluctuation of the lithium salt concentration, that is, it is excellent in robustness. Moreover, the chain carbonate represented by the general formula (2) is excellent in stability against oxidation and reduction. In addition, the chain carbonate represented by the general formula (2) has many free-rotatable bonds and has a flexible chemical structure. Therefore, the electrolytic solution of the present invention using the chain carbonate has a high concentration. Even when a lithium salt at a concentration is contained, a significant increase in the viscosity is suppressed, and high ionic conductivity can be obtained.

加えて、本発明の電解液は、従来の電解液と比較して、リチウム塩と有機溶媒の存在環境が異なっているといえる。そのため、本発明の電解液を具備するリチウムイオン二次電池においては、電解液中のリチウムイオン輸送速度の向上、電極と電解液の界面における反応速度の向上、リチウムイオン二次電池のハイレート充放電時に起こる電解液のリチウム塩濃度の偏在の緩和、電極界面における電解液の保液性の向上、電極界面で電解液が不足するいわゆる液枯れ状態の抑制などが期待できる。さらに、本発明の電解液においては、電解液に含まれる有機溶媒の蒸気圧が低くなる。その結果として、本発明の電解液からの有機溶媒の揮発が低減できる。   In addition, it can be said that the electrolytic solution of the present invention is different from the conventional electrolytic solution in the presence environment of the lithium salt and the organic solvent. Therefore, in the lithium ion secondary battery having the electrolytic solution of the present invention, the lithium ion transport rate in the electrolytic solution is improved, the reaction rate at the interface between the electrode and the electrolytic solution is improved, and the high rate charge / discharge of the lithium ion secondary battery is performed. It can be expected to alleviate the uneven distribution of the lithium salt concentration of the electrolytic solution, to improve the liquid retention of the electrolytic solution at the electrode interface, and to suppress the so-called liquid withdrawn state where the electrolytic solution is insufficient at the electrode interface. Furthermore, in the electrolytic solution of the present invention, the vapor pressure of the organic solvent contained in the electrolytic solution is lowered. As a result, volatilization of the organic solvent from the electrolytic solution of the present invention can be reduced.

本発明の電解液中において、隣り合うリチウムイオン間の距離は極めて近い。そして、リチウムイオン二次電池の充放電時にリチウムイオンが正極と負極との間を移動する際には、移動先の電極に直近のリチウムイオンが先ず当該電極に供給される。そして、供給された当該リチウムイオンがあった場所には、当該リチウムイオンに隣り合う他のリチウムイオンが移動する。つまり、本発明の電解液中においては、隣り合うリチウムイオンが供給対象となる電極に向けて順番に一つずつ位置を変えるという、ドミノ倒し様の現象が生じていると予想される。このため、充放電時のリチウムイオンの移動距離は短く、その分だけリチウムイオンの移動速度が高いと考えられる。そして、このことに起因して、本発明の電解液を有するリチウムイオン二次電池の反応速度は高いと考えられる。   In the electrolytic solution of the present invention, the distance between adjacent lithium ions is extremely close. When lithium ions move between the positive electrode and the negative electrode during charge / discharge of the lithium ion secondary battery, the lithium ions closest to the destination electrode are first supplied to the electrode. Then, another lithium ion adjacent to the lithium ion moves to the place where the supplied lithium ion was present. That is, in the electrolyte solution of the present invention, it is expected that a domino-like phenomenon occurs in which adjacent lithium ions change their positions one by one toward the electrode to be supplied. For this reason, it is thought that the movement distance of the lithium ion at the time of charging / discharging is short, and the movement speed of the lithium ion is high correspondingly. Due to this, the reaction rate of the lithium ion secondary battery having the electrolytic solution of the present invention is considered to be high.

不飽和環状カーボネートとは、炭素−炭素二重結合を分子内に有する環状カーボネートを意味する。不飽和環状カーボネートの具体例としては、下記一般式(A)で表される化合物を挙げることができる。   The unsaturated cyclic carbonate means a cyclic carbonate having a carbon-carbon double bond in the molecule. Specific examples of the unsaturated cyclic carbonate include compounds represented by the following general formula (A).

Figure 2018088362
Figure 2018088362

(R、Rはそれぞれ独立に、水素、アルキル基、ハロゲン置換アルキル基又はハロゲンである。) (R 1 and R 2 are each independently hydrogen, an alkyl group, a halogen-substituted alkyl group, or halogen.)

一般式(A)で表される不飽和環状カーボネートを具体的な化合物名で例示すると、ビニレンカーボネート、フルオロビニレンカーボネート、メチルビニレンカーボネート、フルオロメチルビニレンカーボネート、エチルビニレンカーボネート、プロピルビニレンカーボネート、ブチルビニレンカーボネート、ジメチルビニレンカーボネート、ジエチルビニレンカーボネート、ジプロピルビニレンカーボネート、トリフルオロメチルビニレンカーボネートが挙げられ、中でもビニレンカーボネートが好ましい。   Specific examples of the unsaturated cyclic carbonate represented by the general formula (A) include vinylene carbonate, fluorovinylene carbonate, methyl vinylene carbonate, fluoromethyl vinylene carbonate, ethyl vinylene carbonate, propyl vinylene carbonate, and butyl vinylene carbonate. Dimethyl vinylene carbonate, diethyl vinylene carbonate, dipropyl vinylene carbonate, and trifluoromethyl vinylene carbonate. Among these, vinylene carbonate is preferable.

また、不飽和環状カーボネートの他の具体例として、一般式(A)の炭素−炭素二重結合が環の外部にある化合物を挙げることができ、その具体的な化合物名としてビニルエチレンカーボネートを挙げることができる。   Other specific examples of the unsaturated cyclic carbonate include compounds in which the carbon-carbon double bond of the general formula (A) is outside the ring, and specific examples of the compound name include vinyl ethylene carbonate. be able to.

不飽和環状カーボネートは、リチウムイオン二次電池の充電時に、一般式(1)で表されるリチウム塩よりも早い段階で分解して、負極活物質上に炭素含有被膜を形成すると推察される。かかる炭素含有被膜の存在に因り、リチウムイオン二次電池の不可逆容量の原因の一つである電解液の過剰な分解が抑制されると考えられる。また、炭素含有被膜には、不飽和環状カーボネートの化学構造に由来する、C−O結合、C=O結合、C(=O)−O結合、O−C(=O)−O結合のうち、少なくとも1つが存在すると考えられる。そして、これらの結合は、リチウムイオンと配位可能である点から、炭素含有被膜内をリチウムイオンが高速で移動するのを好適に補助できるといえる。そうすると、炭素含有被膜を介した電解液と負極活物質界面の間のリチウムイオン輸送速度が向上し、充放電時の抵抗を好適に抑制できると推定される。   It is inferred that the unsaturated cyclic carbonate decomposes at an earlier stage than the lithium salt represented by the general formula (1) when the lithium ion secondary battery is charged, and forms a carbon-containing film on the negative electrode active material. Due to the presence of such a carbon-containing coating, it is considered that excessive decomposition of the electrolytic solution, which is one of the causes of irreversible capacity of the lithium ion secondary battery, is suppressed. Further, the carbon-containing film includes a C—O bond, a C═O bond, a C (═O) —O bond, and a O—C (═O) —O bond derived from the chemical structure of the unsaturated cyclic carbonate. , At least one is considered to be present. And since these bonds can be coordinated with lithium ions, it can be said that it can suitably assist the lithium ions moving at high speed in the carbon-containing coating. Then, it is estimated that the lithium ion transport speed between the electrolyte solution and the negative electrode active material interface through the carbon-containing coating is improved, and the resistance during charge / discharge can be suitably suppressed.

不飽和環状カーボネートは電解液全体に対して0超〜6.5質量%で含まれるのが好ましく、0.1〜2.5質量%未満で含まれるのがより好ましく、0.3〜2.0質量%で含まれるのがさらに好ましく、0.5〜1.5質量%で含まれるのが特に好ましい。不飽和環状カーボネートが過剰に存在すると、不飽和環状カーボネートに由来する炭素含有被膜が過剰に形成されて、リチウムイオン二次電池が十分に容量を示すことが困難になることが想定される。また、不飽和環状カーボネートが過剰に存在すると、正極側に不飽和環状カーボネートの吸着が生じること、及び/又は、正極側に不飽和環状カーボネートの分解生成物に因る炭素含有被膜が過剰に形成されることで、リチウムイオン二次電池の抵抗が増加することも想定される。   The unsaturated cyclic carbonate is preferably contained in an amount of more than 0 to 6.5% by mass, more preferably 0.1 to less than 2.5% by mass, and more preferably 0.3 to 2. More preferably, it is contained at 0% by mass, particularly preferably 0.5-1.5% by mass. If the unsaturated cyclic carbonate is excessively present, it is assumed that a carbon-containing film derived from the unsaturated cyclic carbonate is excessively formed and it becomes difficult for the lithium ion secondary battery to exhibit sufficient capacity. In addition, if unsaturated cyclic carbonate is present excessively, adsorption of unsaturated cyclic carbonate occurs on the positive electrode side, and / or carbon-containing film due to decomposition products of unsaturated cyclic carbonate is excessively formed on the positive electrode side. As a result, it is also assumed that the resistance of the lithium ion secondary battery increases.

次に、一般式(3−1)〜(3−5)で表される有機化合物について説明する。一般式(3−1)〜(3−5)で表される有機化合物のほとんどは、一般に、過充電防止剤として認識される化合物である。過充電防止剤は、過充電状態、例えば概ね4.2Vを超える電圧下で、分解される化合物である。しかしながら、本発明の電解液において、上記有機化合物は、これらの有機化合物が分解すると推定される過電圧状態ではなく、通常の充放電環境下において、本発明のリチウムイオン二次電池の抵抗抑制との効果を発揮する。なお、当然であるが、一般式(3−1)〜(3−5)で表される有機化合物のうち、過充電防止剤として認識される化合物を含む本発明の電解液は、過充電状態を好適に抑制する。   Next, the organic compounds represented by the general formulas (3-1) to (3-5) will be described. Most of the organic compounds represented by the general formulas (3-1) to (3-5) are generally recognized as overcharge inhibitors. An overcharge inhibitor is a compound that decomposes in an overcharged state, for example, under a voltage generally exceeding 4.2V. However, in the electrolytic solution of the present invention, the organic compound is not in an overvoltage state in which these organic compounds are estimated to be decomposed, but in a normal charge / discharge environment, the resistance of the lithium ion secondary battery of the present invention is suppressed. Demonstrate the effect. Of course, among the organic compounds represented by the general formulas (3-1) to (3-5), the electrolyte solution of the present invention containing a compound recognized as an overcharge inhibitor is in an overcharged state. Is preferably suppressed.

一般式(3−1)〜(3−5)で表される有機化合物は、通常の充放電環境下においては、充放電反応に寄与することはないため、単なる抵抗体であるといえる。そのような一般式(3−1)〜(3−5)で表される有機化合物が本発明のリチウムイオン二次電池の抵抗抑制に寄与するメカニズムについて考察する。   Since the organic compounds represented by the general formulas (3-1) to (3-5) do not contribute to the charge / discharge reaction in a normal charge / discharge environment, it can be said that they are merely resistors. The mechanism by which such organic compounds represented by the general formulas (3-1) to (3-5) contribute to resistance suppression of the lithium ion secondary battery of the present invention will be considered.

本発明のリチウムイオン二次電池においては、本発明の電解液に存在する不飽和環状カーボネートが、初回の充電時に分解して、負極活物質上に低抵抗な炭素含有被膜を形成すると考えられる。しかしながら、後述する評価例1で観察されたように、不飽和環状カーボネートを含有し、一般式(3−1)〜(3−5)で表される有機化合物を含有しない電解液を具備するリチウムイオン二次電池においては、抵抗上昇が生じた。この現象は、負極活物質上の炭素含有被膜に寄与しなかった不飽和環状カーボネートが正極表面に吸着したこと、及び/又は、正極表面に不飽和環状カーボネートの分解生成物が高抵抗な炭素含有被膜を過剰に形成したことに因ると考えられる。他方、後述する評価例1で裏付けられるように、本発明のリチウムイオン二次電池の抵抗上昇が抑制された点から、一般式(3−1)〜(3−5)で表される有機化合物は、負極活物質上の炭素含有被膜に寄与しなかった不飽和環状カーボネートが正極表面に吸着することを阻害した、及び/又は、正極表面に不飽和環状カーボネートの分解生成物が高抵抗な炭素含有被膜を過剰に形成することを阻害したといえる。かかる阻害による抵抗抑制効果が著しく大きいため、本発明のリチウムイオン二次電池における全体の充放電抵抗が抑制されたといえる。   In the lithium ion secondary battery of the present invention, it is considered that the unsaturated cyclic carbonate present in the electrolytic solution of the present invention is decomposed during the first charge to form a low-resistance carbon-containing film on the negative electrode active material. However, as observed in Evaluation Example 1 to be described later, lithium containing an electrolytic solution containing an unsaturated cyclic carbonate and containing no organic compound represented by the general formulas (3-1) to (3-5). In the ion secondary battery, an increase in resistance occurred. This phenomenon is caused by the fact that the unsaturated cyclic carbonate that did not contribute to the carbon-containing coating on the negative electrode active material was adsorbed on the positive electrode surface, and / or the carbon-containing decomposition product of the unsaturated cyclic carbonate on the positive electrode surface had a high resistance. This is thought to be due to the excessive formation of the film. On the other hand, as supported by Evaluation Example 1 described later, the organic compounds represented by the general formulas (3-1) to (3-5) from the point that resistance increase of the lithium ion secondary battery of the present invention is suppressed. The carbon in which the unsaturated cyclic carbonate that did not contribute to the carbon-containing coating on the negative electrode active material was prevented from adsorbing on the positive electrode surface, and / or the decomposition product of the unsaturated cyclic carbonate on the positive electrode surface had high resistance. It can be said that excessive formation of the containing film was inhibited. Since the resistance suppression effect by this inhibition is remarkably large, it can be said that the entire charge / discharge resistance in the lithium ion secondary battery of the present invention is suppressed.

一般式(3−1)〜(3−5)で表される有機化合物としては、単独の化合物を採用してもよいし、複数の化合物を併用してもよい。複数の化合物を併用する場合には、それぞれのモルを同程度とするのが好ましい。例えば、第1の有機化合物のモルをM、第2の有機化合物のモルをMとした場合、両者の関係は0.5×M≦M≦1.5×Mを満足するのが好ましく、0.8×M≦M≦1.3×Mを満足するのがより好ましく、0.9×M≦M≦1.2×Mを満足するのがさらに好ましい。 As the organic compounds represented by the general formulas (3-1) to (3-5), a single compound may be employed or a plurality of compounds may be used in combination. In the case where a plurality of compounds are used in combination, it is preferable that the respective moles be the same. For example, when the mole of the first organic compound is M 1 and the mole of the second organic compound is M 2 , the relationship between the two satisfies 0.5 × M 1 ≦ M 2 ≦ 1.5 × M 1 . More preferably, 0.8 × M 1 ≦ M 2 ≦ 1.3 × M 1 is satisfied, and 0.9 × M 1 ≦ M 2 ≦ 1.2 × M 1 is further satisfied. preferable.

一般式(3−1)〜(3−5)で表される有機化合物は、本発明の電解液全体の質量に対して、0.1〜10質量%で含まれるのが好ましく、1〜7質量%で含まれるのがより好ましく、2〜6質量%で含まれるのがさらに好ましい。   The organic compounds represented by the general formulas (3-1) to (3-5) are preferably contained in an amount of 0.1 to 10% by mass with respect to the total mass of the electrolytic solution of the present invention. More preferably, it is contained in an amount of 2% by mass, and more preferably 2-6% by mass.

以下、一般式(3−1)〜(3−5)で表される有機化合物について詳細に説明する。   Hereinafter, the organic compounds represented by the general formulas (3-1) to (3-5) will be described in detail.

Ar30−(CR303132 一般式(3−1)
(Ar30は置換基を有していてもよい芳香族基である。
nは0以上の整数である。
30、R31、R32は、それぞれ独立に、水素、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアルケニル基、置換基を有していてもよいアルキニル基、置換基を有していてもよい芳香族基から選択される。R30、R31及び/又はR32はこれらが結合する炭素と共に環構造を形成してもよい。また、Ar30はR30及び/又はR31と結合して環構造を形成してもよい。)
Ar 30- (CR 30 R 31 R 32 ) nGeneral formula (3-1)
(Ar 30 is an aromatic group which may have a substituent.
n is an integer of 0 or more.
R 30 , R 31 and R 32 are each independently hydrogen, an alkyl group which may have a substituent, an alkenyl group which may have a substituent, or an alkynyl which may have a substituent. It is selected from a group and an aromatic group which may have a substituent. R 30 , R 31 and / or R 32 may form a ring structure together with the carbon to which they are bonded. Ar 30 may combine with R 30 and / or R 31 to form a ring structure. )

上記一般式(3−1)で表される化学構造における、芳香族基としては、炭素骨格のアリール基と、骨格にヘテロ元素が存在するヘテロアリール基がある。   The aromatic group in the chemical structure represented by the general formula (3-1) includes an aryl group having a carbon skeleton and a heteroaryl group having a hetero element in the skeleton.

アリール基としては、フェニル基、インデニル基、フルオレニル基、ナフチル基、アントリル基、フェナントリル基、ビフェニル基を例示できる。   Examples of the aryl group include a phenyl group, an indenyl group, a fluorenyl group, a naphthyl group, an anthryl group, a phenanthryl group, and a biphenyl group.

ヘテロアリール基としては、ピリジル基、ピラジニル基、ピリミジニル基、ピリダジニル基、トリアジニル基、チオフェニル基、フラニル基、オキサゾリル基、チアゾリル基、イミダゾリル基、ピラゾリル基を例示できる。   Examples of the heteroaryl group include pyridyl group, pyrazinyl group, pyrimidinyl group, pyridazinyl group, triazinyl group, thiophenyl group, furanyl group, oxazolyl group, thiazolyl group, imidazolyl group and pyrazolyl group.

上記一般式(3−1)で表される化学構造における、アルキル基の形状としては、直鎖型、分岐型又は環状のいずれのものでもよい。アルキル基の炭素数には特に制限がないが、入手若しくは製造の容易性から炭素数1〜18のアルキルが好ましく、炭素数1〜12のアルキルがより好ましく、炭素数1〜6のアルキルが特に好ましい。環状アルキルの場合には、炭素数3〜8のものが好ましい。   The shape of the alkyl group in the chemical structure represented by the general formula (3-1) may be linear, branched or cyclic. Although there is no restriction | limiting in particular in carbon number of an alkyl group, C1-C18 alkyl is preferable from the ease of acquisition or manufacture, C1-C12 alkyl is more preferable, C1-C6 alkyl is especially preferable. In the case of cyclic alkyl, those having 3 to 8 carbon atoms are preferred.

上記一般式(3−1)で表される化学構造における、アルケニル基又はアルキニル基の形状としては、直鎖型、分岐型又は環状のいずれのものでもよい。アルケニル基又はアルキニル基の炭素数には特に制限がないが、入手若しくは製造の容易性から炭素数2〜18のアルケニル又はアルキニルが好ましく、炭素数2〜12のアルケニル又はアルキニルがより好ましく、炭素数2〜6のアルケニル又はアルキニルが特に好ましい。環状アルケニル又は環状アルキニルの場合には、炭素数5〜8のものが好ましい。   The shape of the alkenyl group or alkynyl group in the chemical structure represented by the general formula (3-1) may be linear, branched, or cyclic. Although there is no restriction | limiting in particular in carbon number of an alkenyl group or an alkynyl group, C2-C18 alkenyl or alkynyl is preferable from the ease of acquisition or manufacture, C2-C12 alkenyl or alkynyl is more preferable, Carbon number 2-6 alkenyl or alkynyl are particularly preferred. In the case of cyclic alkenyl or cyclic alkynyl, those having 5 to 8 carbon atoms are preferred.

上記一般式(3−1)で表される化学構造における、「置換基を有していてもよい」との文言について説明する。例えば、「置換基を有していてもよいアルキル基」であれば、アルキル基の水素の一つ若しくは複数が置換基で置換されているアルキル基、又は、特段の置換基を有さないアルキル基を意味する。   The term “may have a substituent” in the chemical structure represented by the general formula (3-1) will be described. For example, in the case of “optionally substituted alkyl group”, an alkyl group in which one or more of hydrogens of the alkyl group are substituted with a substituent, or an alkyl having no particular substituent Means group.

「置換基を有していてもよい」との文言における置換基としては、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、シクロアルキル基、不飽和シクロアルキル基、芳香族基、複素環基、ハロゲン、OH、SH、CN、SCN、OCN、ニトロ基、アルコキシ基、不飽和アルコキシ基、アミノ基、アルキルアミノ基、ジアルキルアミノ基、アリールオキシ基、アシル基、アルコキシカルボニル基、アシルオキシ基、アリールオキシカルボニル基、アシルアミノ基、アルコキシカルボニルアミノ基、アリールオキシカルボニルアミノ基、スルホニルアミノ基、スルファモイル基、カルバモイル基、アルキルチオ基、アリールチオ基、スルホニル基、スルフィニル基、ウレイド基、リン酸アミド基、スルホ基、カルボキシル基、ヒドロキサム酸基、スルフィノ基、ヒドラジノ基、イミノ基、シリル基等が挙げられる。これらの置換基はさらに置換基で置換されてもよい。また置換基が2つ以上ある場合、置換基は同一でも異なっていてもよい。   Examples of the substituent in the phrase “may have a substituent” include an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, a cycloalkyl group, an unsaturated cycloalkyl group, an aromatic group, a heterocyclic group, halogen, OH SH, CN, SCN, OCN, nitro group, alkoxy group, unsaturated alkoxy group, amino group, alkylamino group, dialkylamino group, aryloxy group, acyl group, alkoxycarbonyl group, acyloxy group, aryloxycarbonyl group, Acylamino group, alkoxycarbonylamino group, aryloxycarbonylamino group, sulfonylamino group, sulfamoyl group, carbamoyl group, alkylthio group, arylthio group, sulfonyl group, sulfinyl group, ureido group, phosphoric acid amide group, sulfo group, carboxyl group, Hydroxamic acid group, sul Inomoto, hydrazino group, an imino group, a silyl group. These substituents may be further substituted with a substituent. When there are two or more substituents, the substituents may be the same or different.

一般式(3−1)で表される有機化合物が過充電防止剤として作用することを考慮すると、上記置換基としては、一般式(3−1)で表される有機化合物の分解により生じるラジカル中間体を安定化するものが好ましい。例えば、ラジカルが生じ得る炭素には、複数の電子供与基や電子吸引基が置換基として存在して、ラジカルを安定化することが好ましい。また、上記置換基としては、特定の電圧で分解を引き起こすものが好ましい。   Considering that the organic compound represented by the general formula (3-1) acts as an overcharge inhibitor, the substituent is a radical generated by the decomposition of the organic compound represented by the general formula (3-1). Those that stabilize the intermediate are preferred. For example, it is preferable that a carbon capable of generating a radical has a plurality of electron donating groups and electron withdrawing groups as substituents to stabilize the radical. Moreover, as said substituent, what causes decomposition | disassembly by a specific voltage is preferable.

好ましい置換基として、フルオロ基、メトキシ基、2−プロピル基、tert−ブチル基、tert−ブトキシ基、トリフルオロメチル基、シクロヘキシル基、アダマンチル基、2−メトキシ−2−プロピル基、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−メトキシ−2−プロピル基、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−tert−ブトキシ−2−プロピル基、−SOR、−OCOOR、−OSOR、−SONRR、−OCOR(ただし、Rは、それぞれ独立に、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアルケニル基、置換基を有していてもよいアルキニル基、置換基を有していてもよい芳香族基から選択される。各基などの定義は、上記一般式(3−1)で表される化学構造で述べた説明のとおりである。)を挙げることができる。 Preferred substituents include fluoro, methoxy, 2-propyl, tert-butyl, tert-butoxy, trifluoromethyl, cyclohexyl, adamantyl, 2-methoxy-2-propyl, 1,1, 1,3,3,3-hexafluoro-2-methoxy-2-propyl group, 1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-tert-butoxy-2-propyl group, —SO 3 R , —OCOOR, —OSO 2 R, —SO 2 NRR, —OCOR (where each R is independently an alkyl group which may have a substituent, an alkenyl group which may have a substituent, The alkynyl group which may have a substituent and the aromatic group which may have a substituent are selected from the chemical structure represented by the general formula (3-1). Said in Is as bright.) Can be mentioned.

上記一般式(3−1)で表される化学構造におけるnとしては、具体的に、0、1、2、3、4、5、6を例示できる。   Specific examples of n in the chemical structure represented by the general formula (3-1) include 0, 1, 2, 3, 4, 5, and 6.

上記一般式(3−1)で表される化学構造において、R30、R31、R32のいずれかが水素のものは、過充電時の分解に因り、好適に水素ガスを発生し得る。 In the chemical structure represented by the general formula (3-1), when any of R 30 , R 31 , and R 32 is hydrogen, hydrogen gas can be suitably generated due to decomposition during overcharge.

一般式(3−1)の一態様として、一般式(3−1−1)で表される化合物を例示できる。一般式(3−1−1)で表される化合物は、過充電時の分解に因り、より好適に水素ガスを発生し得る。
Ar30−(CHR30CHR3132 一般式(3−1−1)
(Ar30、n、R30、R31、R32は、上記一般式(3−1)で述べた説明のとおりである。)
As one embodiment of the general formula (3-1), a compound represented by the general formula (3-1-1) can be exemplified. The compound represented by the general formula (3-1-1) can generate hydrogen gas more suitably due to decomposition during overcharge.
Ar 30 - (CHR 30 CHR 31 R 32) n Formula (3-1-1)
(Ar 30 , n, R 30 , R 31 , and R 32 are as described in the general formula (3-1).)

nが0である具体的な一般式(3−1)で表される化合物として、チオフェン、3−フルオロチオフェン、3−クロロチオフェン、3−ブロモチオフェン、フラン、ヘキサフルオロベンゼン、1,3−ビス(1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−メトキシ−2−プロピル)ベンゼン、1,3−ビス(1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−tert−ブトキシ−2−プロピル)ベンゼンを例示できる。   Specific compounds represented by general formula (3-1) in which n is 0 include thiophene, 3-fluorothiophene, 3-chlorothiophene, 3-bromothiophene, furan, hexafluorobenzene, 1,3-bis. (1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-methoxy-2-propyl) benzene, 1,3-bis (1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-tert -Butoxy-2-propyl) benzene.

nが1以上である具体的な一般式(3−1)で表される化合物として、トルエン、エチルベンゼン、tert−ブチルベンゼン、1−フルオロ−4−tert−ブチルベンゼン、1−クロロ−4−tert−ブチルベンゼン、1−ブロモ−4−tert−ブチルベンゼン、1−ヨード−4−tert−ブチルベンゼン、1,3−ジ−tert−ブチルベンゼン、1,4−ジ−tert−ブチルベンゼン、1,3,5−トリ−tert−ブチルベンゼン、tert−ペンチルベンゼン、1−メチル−4−tert−ペンチルベンゼン、1,3−ジ−tert−ペンチルベンゼン、1,4−ジ−tert−ペンチルベンゼン、シクロヘキシルベンゼン、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン、ペンタメチルベンゼン、ヘキサメチルベンゼン、4−tert−ブチルトルエン、3,5−ジ−tert−ブチルトルエン、1,4−ジクロロ−2,3,5,6−テトラメチルベンゼン、2,3,5,6−テトラフルオロ−p−キシレン、1,4−ビス(メトキシメチル)−2,3,5,6−テトラメチルベンゼン、2,2−ジフェニルプロパン、(3−メチル−ペンタ−3−イル)ベンゼン、(3−エチル−ペンタ−3−イル)ベンゼン、2−(1−アダマンチル)−4−ブロモアニソール、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−ビス(3,4−ジメチルフェニル)プロパン、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−ビス(4−メトキシフェニル)プロパン、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−ビス(4−tert−ブトキシフェニル)プロパン、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−ビス(4−(メトキシメトキシ)フェニル)プロパン、2,5−ジーシクロヘキシル−ベンゼンスルホン酸フェニル、2,4,6−トリ−シクロヘキシル−フェニル ベンジル カーボネート、メタンスルホン酸2,4,6−トリ−シクロヘキシル−フェニル、N,N−ジブチル−2,4,6−トリ−シクロヘキシルベンゼンスルホン酸アミド、1,2−エタンジスルホン酸ジ−5,6,7,8−テトラヒドロ−2−ナフチル、N,N’−ビス(5,6,7,8−テトラヒドロ−2−ナフチルスルホニル)−N,N’−ジメチル−エチレンジアミン、1,9−ノナン二酸ビス(2−シクロヘキシルフェニル)、1,4−ブタン二酸ジ−5,6,7,8−テトラヒドロ−2−ナフチル、2,2−ビス(3−シクロヘキシル−4−アセトキシフェニル)プロパン、1,1−ビス(4−エトキシカルボニルオキシ−フェニル)シクロヘキサン、1,3−ビス(2,4,6−トリ(2−プロピル)フェニルスルホニルオキシ)ベンゼン、1,4−ブタン二酸ビス(4−(2−プロピル)−フェニル)、ターフェニルの部分水素化体を例示できる。   Specific compounds represented by general formula (3-1) wherein n is 1 or more include toluene, ethylbenzene, tert-butylbenzene, 1-fluoro-4-tert-butylbenzene, 1-chloro-4-tert. -Butylbenzene, 1-bromo-4-tert-butylbenzene, 1-iodo-4-tert-butylbenzene, 1,3-di-tert-butylbenzene, 1,4-di-tert-butylbenzene, 1, 3,5-tri-tert-butylbenzene, tert-pentylbenzene, 1-methyl-4-tert-pentylbenzene, 1,3-di-tert-pentylbenzene, 1,4-di-tert-pentylbenzene, cyclohexyl Benzene, 1,2,3,4-tetrahydronaphthalene, pentamethylbenzene, hexamethylbenzene, -Tert-butyltoluene, 3,5-di-tert-butyltoluene, 1,4-dichloro-2,3,5,6-tetramethylbenzene, 2,3,5,6-tetrafluoro-p-xylene, 1,4-bis (methoxymethyl) -2,3,5,6-tetramethylbenzene, 2,2-diphenylpropane, (3-methyl-pent-3-yl) benzene, (3-ethyl-penta-3 -Yl) benzene, 2- (1-adamantyl) -4-bromoanisole, 1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-bis (3,4-dimethylphenyl) propane, 1,1, 1,3,3,3-hexafluoro-2-bis (4-methoxyphenyl) propane, 1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-bis (4-tert-butoxyphenyl) propane, 1,1 1,3,3,3-hexafluoro-2-bis (4- (methoxymethoxy) phenyl) propane, phenyl 2,5-dicyclohexyl-benzenesulfonate, 2,4,6-tricyclohexyl-phenyl benzyl carbonate Methanesulfonic acid 2,4,6-tri-cyclohexyl-phenyl, N, N-dibutyl-2,4,6-tri-cyclohexylbenzenesulfonic acid amide, 1,2-ethanedisulfonic acid di-5,6,7 , 8-tetrahydro-2-naphthyl, N, N′-bis (5,6,7,8-tetrahydro-2-naphthylsulfonyl) -N, N′-dimethyl-ethylenediamine, 1,9-nonanedioic acid bis ( 2-cyclohexylphenyl), 1,5-butanedioic acid di-5,6,7,8-tetrahydro-2-naphthyl, 2,2-bis (3 Cyclohexyl-4-acetoxyphenyl) propane, 1,1-bis (4-ethoxycarbonyloxy-phenyl) cyclohexane, 1,3-bis (2,4,6-tri (2-propyl) phenylsulfonyloxy) benzene, 1 , 4-Butanedioic acid bis (4- (2-propyl) -phenyl), partially hydrogenated terphenyl.

Ar31−(Ar32 一般式(3−2)
(Ar31、Ar32は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい芳香族基から選択される。nは1以上の整数である。)
Ar 31 - (Ar 32) n Formula (3-2)
(Ar 31 and Ar 32 are each independently selected from an optionally substituted aromatic group. N is an integer of 1 or more.)

一般式(3−2)における各基などの定義は、上記一般式(3−1)で表される化学構造で述べた説明のとおりである。   The definition of each group in the general formula (3-2) is as described in the chemical structure represented by the general formula (3-1).

上記一般式(3−2)で表される化学構造におけるnとしては、具体的に、1、2、3を例示できる。   Specific examples of n in the chemical structure represented by the general formula (3-2) include 1, 2, and 3.

具体的な一般式(3−2)で表される化合物として、ビフェニル、4−メチルビフェニル、3,3′−ジメチルビフェニル、4,4′−ジメチルビフェニル、4,4′−ジメトキシビフェニル、o−ターフェニル、m−ターフェニル、p−ターフェニル、メタンスルホン酸(2,6−ジフェニル)フェニルを例示できる。   Specific compounds represented by general formula (3-2) include biphenyl, 4-methylbiphenyl, 3,3'-dimethylbiphenyl, 4,4'-dimethylbiphenyl, 4,4'-dimethoxybiphenyl, o- Examples include terphenyl, m-terphenyl, p-terphenyl, and methanesulfonic acid (2,6-diphenyl) phenyl.

Ar33−(Y−R33 一般式(3−3)
(Ar33は置換基を有していてもよい芳香族基から選択される。
YはO、S、Nから選択され、YがO若しくはSの場合、mは1であり、YがNの場合、mは2である。
nは1以上の整数である。
33は、それぞれ独立に、水素、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアルケニル基、置換基を有していてもよいアルキニル基、置換基を有していてもよい芳香族基から選択される。R33はY及びAr33と共に環構造を形成してもよい。YがNの場合に2つのR33はこれらが結合するNと共に環構造を形成してもよい。また、nが2以上の場合、複数のR33が共同して環構造を形成してもよい。)
Ar 33 - (Y-R 33 m) n Formula (3-3)
(Ar 33 is selected from aromatic groups which may have a substituent.
Y is selected from O, S, and N. When Y is O or S, m is 1, and when Y is N, m is 2.
n is an integer of 1 or more.
R 33 each independently has hydrogen, an alkyl group that may have a substituent, an alkenyl group that may have a substituent, an alkynyl group that may have a substituent, or a substituent. Selected from aromatic groups that may be present. R 33 may form a ring structure with Y and Ar 33 . When Y is N, two R 33 may form a ring structure together with N to which they are bonded. When n is 2 or more, a plurality of R 33 may jointly form a ring structure. )

一般式(3−3)における各基などの定義は、上記一般式(3−1)で表される化学構造で述べた説明のとおりである。   The definition of each group in the general formula (3-3) is as described in the chemical structure represented by the general formula (3-1).

上記一般式(3−3)で表される化学構造におけるnとしては、具体的に、1、2、3、4、5、6を例示できる。   Specific examples of n in the chemical structure represented by the general formula (3-3) include 1, 2, 3, 4, 5, and 6.

具体的な一般式(3−3)で表される化合物として、アニソール、1,2−ジメトキシベンゼン、4−メチルアニソール、2,4−ジメチルアニソール、2,6−ジメチルアニソール、3,4−ジメチルアニソール、1,3,5−トリメトキシベンゼン、2,6−ジメトキシトルエン、3,4,5−トリメトキシトルエン、2,4,6−トリメトキシトルエン、1,3,5−トリメチル−2,4,6−トリメトキシベンゼン、2,3,4,5,6−ペンタメチルアニソール、2,3,4,5,6−ペンタフルオロアニソール、N,N,2,4,6−ペンタメチルアニリン、1,3,5−トリフルオロ−2,4,6−トリメトキシベンゼン、4−フェニルモルフォリン、1,3−ベンゾジオキソール、3,4,5,6−テトラメチル−1,2−(メチレンジオキシ)ベンゼン、1,4−ベンゾジオキソラン、インドリン、1,2,3,4−テトラヒドロキノリン、ジュロリジン、テトラメチルジュロリジン、トリス(4−ブロモフェニル)アニリン、ジフェニルエーテル、ジベンゾフランを例示できる。   Specific examples of the compound represented by the general formula (3-3) include anisole, 1,2-dimethoxybenzene, 4-methylanisole, 2,4-dimethylanisole, 2,6-dimethylanisole, and 3,4-dimethyl. Anisole, 1,3,5-trimethoxybenzene, 2,6-dimethoxytoluene, 3,4,5-trimethoxytoluene, 2,4,6-trimethoxytoluene, 1,3,5-trimethyl-2,4 , 6-trimethoxybenzene, 2,3,4,5,6-pentamethylanisole, 2,3,4,5,6-pentafluoroanisole, N, N, 2,4,6-pentamethylaniline, 1 , 3,5-trifluoro-2,4,6-trimethoxybenzene, 4-phenylmorpholine, 1,3-benzodioxole, 3,4,5,6-tetramethyl-1,2- Methylenedioxy) benzene, 1,4-dioxolane, indoline, 1,2,3,4-tetrahydroquinoline, julolidine, tetramethyl julolidine, tris (4-bromophenyl) aniline, diphenyl ether, dibenzofuran and can be exemplified.

Cy−(Y−R34 一般式(3−4)
(Cyは置換基を有していてもよい飽和炭素環基、置換基を有していてもよい飽和複素環基から選択される。
nは0以上の整数である。
YはO、S、Nから選択され、YがO若しくはSの場合、mは1であり、YがNの場合、mは2である。
34は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアルケニル基、置換基を有していてもよいアルキニル基から選択される。R34はY及びCyと共に環構造を形成してもよい。YがNの場合に2つのR34はこれらが結合するNと共に環構造を形成してもよい。また、nが2以上の場合、複数のR34が共同して環構造を形成してもよい。)
Cy- (YR 34 m ) n General formula (3-4)
(Cy is selected from a saturated carbocyclic group which may have a substituent and a saturated heterocyclic group which may have a substituent.
n is an integer of 0 or more.
Y is selected from O, S, and N. When Y is O or S, m is 1, and when Y is N, m is 2.
R 34 is independently selected from an alkyl group which may have a substituent, an alkenyl group which may have a substituent, and an alkynyl group which may have a substituent. R 34 may form a ring structure together with Y and Cy. When Y is N, two R 34 may form a ring structure together with N to which they are bonded. When n is 2 or more, a plurality of R 34 may jointly form a ring structure. )

一般式(3−4)で表される有機化合物が過充電防止剤として作用することを考慮すると、一般式(3−4)におけるCy及び/又はR34に関し、Yに結合する炭素に水素が結合しているものが好ましく、また、その炭素に結合する炭素にも水素が結合しているものがより好ましい。 In consideration of the fact that the organic compound represented by the general formula (3-4) acts as an overcharge inhibitor, with respect to Cy and / or R 34 in the general formula (3-4), hydrogen is bonded to the carbon bonded to Y. Those bonded to each other are preferable, and those bonded to the carbon bonded to the carbon are more preferable.

飽和炭素環としては、シクロプロパン、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、シクロノナン、シクロデカン、デカヒドロナフタレン、テトラデカヒドロアントラセン、ヘキサデカヒドロピレンを例示できる。   Examples of saturated carbocycles include cyclopropane, cyclobutane, cyclopentane, cyclohexane, cycloheptane, cyclooctane, cyclononane, cyclodecane, decahydronaphthalene, tetradecahydroanthracene, and hexadecahydropyrene.

飽和複素環としては、オキセタン、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、オキセパン、チエタン、テトラヒドロチオフェン、テトラヒドロチオピラン、チエパン、アゼチジン、ピロリジン、ピペリジン、アゼパン、モルホリンを例示できる。   Examples of the saturated heterocycle include oxetane, tetrahydrofuran, tetrahydropyran, oxepane, thietane, tetrahydrothiophene, tetrahydrothiopyran, thiepan, azetidine, pyrrolidine, piperidine, azepan, and morpholine.

一般式(3−4)における、他の基などの定義は、上記一般式(3−1)で表される化学構造で述べた説明のとおりである。   In the general formula (3-4), other groups and the like are defined as described in the chemical structure represented by the general formula (3-1).

上記一般式(3−4)で表される化学構造におけるnとしては、具体的に、0、1、2、3、4、5、6を例示できる。   Specific examples of n in the chemical structure represented by the general formula (3-4) include 0, 1, 2, 3, 4, 5, and 6.

具体的な一般式(3−4)で表される化合物として、飽和炭素環として例示した化合物及び飽和複素環として例示した化合物以外に、メトキシシクロヘキサン、エトキシシクロヘキサン、1−プロピルオキシシクロヘキサン、プロパン−2−イルオキシシクロヘキサン、1−ブチルオキシシクロヘキサン、1−ペンチルオキシシクロヘキサン、1−メトキシ−3−メチルシクロヘキサン、1−メトキシ−2,3−ジメチルシクロヘキサン、1−メトキシ−4−(2−メトキシエチル)シクロヘキサン、1−メトキシ−3−メチル−6−(2−プロピル)シクロヘキサン、1−シクロへキシル−4−メトキシ−シクロヘキサン、2−メトキシ−デカヒドロナフタレン、1−メトキシカルボニル−2−メトキシシクロヘキサン、N,N−ジメチル−1−アミノ−4−メトキシシクロヘキサン、1,4−ジメトキシシクロヘキサン、ジシクロヘキシルエーテル、4−メトキシ−ヘキサデカヒドロピレンを例示できる。   Specific examples of the compound represented by the general formula (3-4) include methoxycyclohexane, ethoxycyclohexane, 1-propyloxycyclohexane, and propane-2 other than the compounds exemplified as the saturated carbocycle and the compounds exemplified as the saturated heterocycle. -Yloxycyclohexane, 1-butyloxycyclohexane, 1-pentyloxycyclohexane, 1-methoxy-3-methylcyclohexane, 1-methoxy-2,3-dimethylcyclohexane, 1-methoxy-4- (2-methoxyethyl) cyclohexane 1-methoxy-3-methyl-6- (2-propyl) cyclohexane, 1-cyclohexyl-4-methoxy-cyclohexane, 2-methoxy-decahydronaphthalene, 1-methoxycarbonyl-2-methoxycyclohexane, N, N-dimethyl 1-amino-4-methoxy, 1,4-dimethoxy-cyclohexane, dicyclohexyl ether, 4-methoxy - hexa decahydro pyrene can be exemplified.

353637C−COOR38 一般式(3−5)
(R35、R36、R37はそれぞれ独立に、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアルケニル基、置換基を有していてもよいアルキニル基、置換基を有していてもよい芳香族基、置換基を有していてもよいアルキルオキシ基、NR3940(R39、R40はそれぞれ独立にアルキル基、芳香族基、飽和複素環基から選択される。)から選択される。
35、R36及び/又はR37は、これらが結合する炭素と共に環構造を形成してもよい。
38は、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアルケン基、置換基を有していてもよいアルキレン基、置換基を有していてもよい芳香族基から選択される。)
R 35 R 36 R 37 C-COOR 38 General formula (3-5)
(R 35 , R 36 and R 37 are each independently an alkyl group which may have a substituent, an alkenyl group which may have a substituent, an alkynyl group which may have a substituent, An aromatic group which may have a substituent, an alkyloxy group which may have a substituent, NR 39 R 40 (R 39 and R 40 are each independently an alkyl group, an aromatic group and a saturated heterocyclic ring) Selected from the group).
R 35 , R 36 and / or R 37 may form a ring structure together with the carbon to which they are bonded.
R 38 represents an alkyl group which may have a substituent, an alkene group which may have a substituent, an alkylene group which may have a substituent, or an aromatic which may have a substituent. Selected from group. )

一般式(3−5)において、R35、R36、R37のいずれかが芳香族基のものが好ましく、また、R38に関し、Oに結合する炭素に水素が一つ結合しているものが好ましい。 In general formula (3-5), any of R 35 , R 36 , and R 37 is preferably an aromatic group, and with respect to R 38 , one hydrogen is bonded to the carbon bonded to O. Is preferred.

一般式(3−5)における各基などの定義は、上記一般式(3−1)及び一般式(3−4)で表される化学構造で述べた説明のとおりである。   The definitions of each group in the general formula (3-5) are as described in the chemical structures represented by the general formula (3-1) and the general formula (3-4).

具体的な一般式(3−5)で表される化合物として、2−メチル−2−フェニルプロパン酸2−プロピル、2−メチル−2−フェニルプロパン酸シクロヘキシル、1−(4−メチルフェニル)−1−(2−プロピルオキシカルボニル)シクロヘキサン、2−メチル−2−フェニルプロパン酸シクロヘキセン−2−イル、2,2−ジフェニルプロパン酸2−プロピル、N,N,2−トリメチル−2−アミノプロパン酸2−プロピル、2−メトキシ−2−メチルプロパン酸2−プロピル、2−(4−(2−メチルプロパン−1−イル)−フェニル)−プロパン酸2−プロピル、2,2−ジフェニルエタン酸2−プロピルを例示できる。   Specific examples of the compound represented by the general formula (3-5) include 2-propyl-2-methyl-2-phenylpropanoate, cyclohexyl 2-methyl-2-phenylpropanoate, and 1- (4-methylphenyl)- 1- (2-propyloxycarbonyl) cyclohexane, cyclohexen-2-yl 2-methyl-2-phenylpropanoate, 2-propyl 2,2-diphenylpropanoate, N, N, 2-trimethyl-2-aminopropanoic acid 2-propyl, 2-methoxy-2-methylpropanoate 2-propyl, 2- (4- (2-methylpropan-1-yl) -phenyl) -propanoate 2-propyl, 2,2-diphenylethanoic acid 2 -Propyl can be exemplified.

本発明の電解液において、不飽和環状カーボネートと一般式(3−1)〜(3−5)で表される有機化合物との配合比としては、質量比で1:0.5〜1:10の範囲内が好ましく、1:1〜1:7の範囲内がより好ましく、1:2〜1:5の範囲内がさらに好ましい。モル比では、1:0.2〜1:7の範囲内が好ましく、1:0.5〜1:5の範囲内がより好ましく、1:0.9〜1:4の範囲内がさらに好ましい。   In the electrolytic solution of the present invention, the blending ratio of the unsaturated cyclic carbonate and the organic compounds represented by the general formulas (3-1) to (3-5) is 1: 0.5 to 1:10 by mass ratio. The range of 1: 1 to 1: 7 is more preferable, and the range of 1: 2 to 1: 5 is more preferable. The molar ratio is preferably in the range of 1: 0.2 to 1: 7, more preferably in the range of 1: 0.5 to 1: 5, and still more preferably in the range of 1: 0.9 to 1: 4. .

なお、本発明の電解液をポリマーや無機フィラーと混合し混合物とすると、当該混合物が電解液を封じ込め、擬似固体電解質となる。擬似固体電解質を電池の電解液として用いることで、電池における電解液の液漏れを抑制することができる。   In addition, when the electrolyte solution of the present invention is mixed with a polymer or an inorganic filler to form a mixture, the mixture contains the electrolyte solution and becomes a pseudo solid electrolyte. By using the pseudo-solid electrolyte as the battery electrolyte, leakage of the electrolyte in the battery can be suppressed.

上記ポリマーとしては、リチウムイオン二次電池などの電池に使用されるポリマーや一般的な化学架橋したポリマーを採用することができる。特に、ポリフッ化ビニリデンやポリヘキサフルオロプロピレンなど電解液を吸収しゲル化し得るポリマーや、ポリエチレンオキシドなどのポリマーにイオン導電性基を導入したものが好適である。   As said polymer, the polymer used for batteries, such as a lithium ion secondary battery, and the general chemically crosslinked polymer are employable. In particular, a polymer that can absorb an electrolyte such as polyvinylidene fluoride and polyhexafluoropropylene and gel can be used, and a polymer such as polyethylene oxide in which an ion conductive group is introduced.

具体的なポリマーとしては、ポリメチルアクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレングリコールジメタクリレート、ポリエチレングリコールアクリレート、ポリグリシドール、ポリテトラフルオロエチレン、ポリヘキサフルオロプロピレン、ポリシロキサン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリイタコン酸、ポリフマル酸、ポリクロトン酸、ポリアンゲリカ酸、カルボキシメチルセルロースなどのポリカルボン酸、スチレン−ブタジエンゴム、ニトリル−ブタジエンゴム、ポリスチレン、ポリカーボネート、無水マレイン酸とグリコール類を共重合した不飽和ポリエステル、置換基を有するポリエチレンオキシド誘導体、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体を例示できる。また、上記ポリマーとして、上記具体的なポリマーを構成する二種類以上のモノマーを共重合させた共重合体を選択しても良い。   Specific polymers include polymethyl acrylate, polymethyl methacrylate, polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, polyethylene glycol dimethacrylate, polyethylene glycol acrylate, polyglycidol, polytetrafluoroethylene, polyhexafluoropropylene, Polycarboxylic acid such as polysiloxane, polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, polyitaconic acid, polyfumaric acid, polycrotonic acid, polyangelic acid, carboxymethylcellulose, styrene-butadiene rubber, nitrile-butadiene rubber, polystyrene , Polycarbonate, unsaturated polyester copolymerized with maleic anhydride and glycols, substituted It can be exemplified polyethylene oxide derivative, a copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropropylene having. Further, as the polymer, a copolymer obtained by copolymerizing two or more monomers constituting the specific polymer may be selected.

上記ポリマーとして、多糖類も好適である。具体的な多糖類として、グリコーゲン、セルロース、キチン、アガロース、カラギーナン、ヘパリン、ヒアルロン酸、ペクチン、アミロペクチン、キシログルカン、アミロースを例示できる。また、これら多糖類を含む材料を上記ポリマーとして採用してもよく、当該材料として、アガロースなどの多糖類を含む寒天を例示することができる。   Polysaccharides are also suitable as the polymer. Specific examples of the polysaccharide include glycogen, cellulose, chitin, agarose, carrageenan, heparin, hyaluronic acid, pectin, amylopectin, xyloglucan, and amylose. Moreover, you may employ | adopt the material containing these polysaccharides as said polymer, The agar containing polysaccharides, such as agarose, can be illustrated as the said material.

上記無機フィラーとしては、酸化物や窒化物などの無機セラミックスが好ましい。   As said inorganic filler, inorganic ceramics, such as an oxide and nitride, are preferable.

無機セラミックスはその表面に親水性及び疎水性の官能基を有している。そのため、当該官能基が電解液を引き付けることにより、無機セラミックス内に伝導性通路が形成され得る。さらに、電解液に分散した無機セラミックスは前記官能基により無機セラミックス同士のネットワークを形成し、電解液を封じ込める役割を果たし得る。無機セラミックスのこのような機能により、電池における電解液の液漏れをさらに好適に抑制することができる。無機セラミックスの上記機能を好適に発揮するために、無機セラミックスは粒子形状のものが好ましく、特にその粒子径がナノ水準のものが好ましい。   Inorganic ceramics have hydrophilic and hydrophobic functional groups on their surfaces. Therefore, when the functional group attracts the electrolytic solution, a conductive path can be formed in the inorganic ceramic. Furthermore, the inorganic ceramics dispersed in the electrolytic solution can form a network between the inorganic ceramics by the functional groups and serve to contain the electrolytic solution. With such a function of the inorganic ceramics, it is possible to more suitably suppress the leakage of the electrolytic solution in the battery. In order to suitably exhibit the above functions of the inorganic ceramics, the inorganic ceramics preferably have a particle shape, and particularly preferably have a particle size of nano level.

無機セラミックスの種類としては、一般的なアルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア、リチウムリン酸塩などを挙げることができる。また、無機セラミックス自体にリチウム伝導性があるものでも良く、具体的には、LiN、LiI、LiI−LiN−LiOH、LiI−LiS−P、LiI−LiS−P、LiI−LiS−B、LiO−B、LiO−V−SiO、LiO−B−P、LiO−B−ZnO、LiO−Al−TiO−SiO−P、LiTi(PO、Li−βAl、LiTaOを例示することができる。 Examples of the inorganic ceramics include general alumina, silica, titania, zirconia, and lithium phosphate. It is also possible but the inorganic ceramic itself has lithium conductivity, specifically, Li 3 N, LiI, LiI -Li 3 N-LiOH, LiI-Li 2 S-P 2 O 5, LiI-Li 2 S -P 2 S 5, LiI-Li 2 S-B 2 S 3, Li 2 O-B 2 S 3, Li 2 O-V 2 O 3 -SiO 2, Li 2 O-B 2 O 3 -P 2 O 5 , Li 2 O—B 2 O 3 —ZnO, Li 2 O—Al 2 O 3 —TiO 2 —SiO 2 —P 2 O 5 , LiTi 2 (PO 4 ) 3 , Li-βAl 2 O 3 , LiTaO 3 Can be illustrated.

無機フィラーとしてガラスセラミックスを採用してもよい。ガラスセラミックスはイオン性液体を封じ込めることができるので、本発明の電解液に対しても同様の効果を期待できる。ガラスセラミックスとしては、xLiS−(1−x)P(ただし、0<x<1)で表される化合物、並びに、当該化合物のSの一部を他の元素で置換したもの、及び、当該化合物のPの一部をゲルマニウムに置換したものを例示できる。 Glass ceramics may be employed as the inorganic filler. Since glass ceramics can contain an ionic liquid, the same effect can be expected for the electrolytic solution of the present invention. Things as glass ceramics, xLi 2 S- (1-x ) P 2 S 5 ( however, 0 <x <1) compound represented by the well, obtained by replacing a part of S of the compound with other elements And what substituted a part of P of the said compound by germanium can be illustrated.

また、本発明の電解液には、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、公知の添加剤を加えてもよい。公知の添加剤の一例として、フルオロエチレンカーボネート、トリフルオロプロピレンカーボネート、フェニルエチレンカーボネート及びエリスリタンカーボネートに代表されるカーボネート化合物;無水コハク酸、無水グルタル酸、無水マレイン酸、無水シトラコン酸、無水グルタコン酸、無水イタコン酸、無水ジグリコール酸、シクロヘキサンジカルボン酸無水物、シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物、フェニルコハク酸無水物に代表されるカルボン酸無水物;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、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、1,3−プロパンスルトン、1,4−ブタンスルトン、メタンスルホン酸メチル、ブサルファン、スルホラン、スルホレン、ジメチルスルホン、テトラメチルチウラムモノスルフィドに代表される含硫黄化合物;1−メチル−2−ピロリジノン、1−メチル−2−ピペリドン、3−メチル−2−オキサゾリジノン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、N−メチルスクシンイミドに代表される含窒素化合物;モノフルオロリン酸塩、ジフルオロリン酸塩に代表されるリン酸塩;ヘプタン、オクタンに代表される飽和炭化水素化合物等が挙げられる。   Moreover, you may add a well-known additive to the electrolyte solution of this invention in the range which does not deviate from the meaning of this invention. Examples of known additives include carbonate compounds represented by fluoroethylene carbonate, trifluoropropylene carbonate, phenylethylene carbonate and erythritan carbonate; succinic anhydride, glutaric anhydride, maleic anhydride, citraconic anhydride, glutaconic anhydride Itaconic anhydride, diglycolic anhydride, cyclohexanedicarboxylic anhydride, cyclopentanetetracarboxylic dianhydride, carboxylic anhydrides typified by phenylsuccinic anhydride; γ-butyrolactone, γ-valerolactone, γ- Lactone represented by caprolactone, δ-valerolactone, δ-caprolactone, ε-caprolactone; cyclic ether represented by 1,4-dioxane; ethylene sulfite, 1,3-propane sultone, 1,4-butane Sulfur-containing compounds represented by ruton, methyl methanesulfonate, busulfan, sulfolane, sulfolene, dimethyl sulfone, tetramethylthiuram monosulfide; 1-methyl-2-pyrrolidinone, 1-methyl-2-piperidone, 3-methyl-2 -Nitrogen compounds represented by oxazolidinone, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, N-methylsuccinimide; phosphates represented by monofluorophosphate and difluorophosphate; represented by heptane and octane And saturated hydrocarbon compounds.

以下、本発明の電解液を具備する本発明のリチウムイオン二次電池について説明する。   Hereinafter, the lithium ion secondary battery of the present invention including the electrolytic solution of the present invention will be described.

本発明のリチウムイオン二次電池は、リチウムイオンを吸蔵及び放出し得る負極活物質を有する負極と、リチウムイオンを吸蔵及び放出し得る正極活物質を有する正極と、本発明の電解液を備える。   The lithium ion secondary battery of the present invention includes a negative electrode having a negative electrode active material capable of occluding and releasing lithium ions, a positive electrode having a positive electrode active material capable of occluding and releasing lithium ions, and the electrolytic solution of the present invention.

負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵及び放出し得る材料が使用可能である。したがって、リチウムイオンを吸蔵及び放出可能である単体、合金又は化合物であれば特に限定はない。たとえば、負極活物質としてLiや、炭素、ケイ素、ゲルマニウム、錫などの14族元素、アルミニウム、インジウムなどの13族元素、亜鉛、カドミウムなどの12族元素、アンチモン、ビスマスなどの15族元素、マグネシウム、カルシウムなどのアルカリ土類金属、銀、金などの11族元素をそれぞれ単体で採用すればよい。ケイ素などを負極活物質に採用すると、ケイ素1原子が複数のリチウムと反応するため、高容量の活物質となるが、リチウムの吸蔵及び放出に伴う体積の膨張及び収縮が顕著となるとの問題が生じる恐れがあるため、当該恐れの軽減のために、ケイ素などの単体に遷移金属などの他の元素を組み合わせた合金又は化合物を負極活物質として採用するのも好適である。合金又は化合物の具体例としては、Ag−Sn合金、Cu−Sn合金、Co−Sn合金等の錫系材料、各種黒鉛などの炭素系材料、ケイ素単体と二酸化ケイ素に不均化するSiO(0.3≦x≦1.6)などのケイ素系材料、ケイ素単体若しくはケイ素系材料と炭素系材料を組み合わせた複合体が挙げられる。また、負極活物質して、Nb、TiO、LiTi12、WO、MoO、Fe等の酸化物、又は、Li3−xN(M=Co、Ni、Cu)で表される窒化物を採用しても良い。負極活物質として、これらのものの一種以上を使用することができる。 As the negative electrode active material, a material capable of inserting and extracting lithium ions can be used. Accordingly, there is no particular limitation as long as it is a simple substance, alloy, or compound that can occlude and release lithium ions. For example, as a negative electrode active material, Li, group 14 elements such as carbon, silicon, germanium and tin, group 13 elements such as aluminum and indium, group 12 elements such as zinc and cadmium, group 15 elements such as antimony and bismuth, magnesium , Alkaline earth metals such as calcium, and group 11 elements such as silver and gold may be employed alone. When silicon or the like is used for the negative electrode active material, a silicon atom reacts with a plurality of lithiums, so that it becomes a high-capacity active material. However, there is a problem that volume expansion and contraction due to insertion and extraction of lithium becomes significant. In order to reduce the fear, it is also preferable to employ an alloy or compound in which another element such as a transition metal is combined with a simple substance such as silicon as the negative electrode active material. Specific examples of the alloy or compound include tin-based materials such as Ag-Sn alloy, Cu-Sn alloy, Co-Sn alloy, carbon-based materials such as various graphites, SiO x (disproportionated to silicon simple substance and silicon dioxide). Examples thereof include silicon-based materials such as 0.3 ≦ x ≦ 1.6), silicon alone, or composites obtained by combining silicon-based materials and carbon-based materials. In addition, as the negative electrode active material, oxides such as Nb 2 O 5 , TiO 2 , Li 4 Ti 5 O 12 , WO 2 , MoO 2 , Fe 2 O 3 , or Li 3-x M x N (M = A nitride represented by (Co, Ni, Cu) may be employed. One or more of these materials can be used as the negative electrode active material.

より具体的な負極活物質として、G/D比が3.5以上の黒鉛を例示できる。G/D比とは、ラマンスペクトルにおけるG−bandとD−bandのピークの比である。黒鉛のラマンスペクトルにおいては、G−bandが1590cm−1付近に、D−bandが1350cm−1付近にそれぞれピークとして観察される。G−bandはグラファイト構造に由来し、D−bandは欠陥に由来する。したがって、G−bandとD−bandの比であるG/D比が高いほど欠陥が少なく結晶性の高い黒鉛であることを意味する。以下、G/D比が3.5以上の黒鉛を高結晶性黒鉛、G/D比が3.5未満の黒鉛を低結晶性黒鉛と呼ぶことがある。 As a more specific negative electrode active material, graphite having a G / D ratio of 3.5 or more can be exemplified. The G / D ratio is a ratio of G-band and D-band peaks in a Raman spectrum. In the Raman spectrum of graphite, G-band 'is in the vicinity of 1590cm -1, D-band is observed as each peak around 1350 cm -1. G-band is derived from a graphite structure, and D-band is derived from a defect. Therefore, the higher the G / D ratio, which is the ratio of G-band and D-band, means that the graphite has fewer defects and higher crystallinity. Hereinafter, graphite having a G / D ratio of 3.5 or more may be referred to as high crystalline graphite, and graphite having a G / D ratio of less than 3.5 may be referred to as low crystalline graphite.

高結晶性黒鉛としては、天然黒鉛、人造黒鉛のいずれも採用できる。形状による分類法では、鱗片状黒鉛、球状黒鉛、塊状黒鉛、土状黒鉛などを採用できる。また黒鉛の表面を炭素材料などで被覆したコート付き黒鉛も採用できる。   As the highly crystalline graphite, either natural graphite or artificial graphite can be employed. In the classification method by shape, scaly graphite, spherical graphite, massive graphite, earthy graphite, etc. can be adopted. Also, coated graphite whose surface is coated with a carbon material or the like can be employed.

具体的な負極活物質として、結晶子サイズが20nm以下、好ましくは5nm以下の炭素材料を例示できる。結晶子サイズが大きいほど、原子がある規則に従い周期的かつ正確に配列している炭素材料であることを意味する。一方、結晶子サイズが20nm以下の炭素材料は、原子の周期性、及び配列の正確性に乏しい状態にあるといえる。例えば炭素材料が黒鉛であれば、黒鉛結晶の大きさが20nm以下であるか、歪み、欠陥、不純物等の影響によって黒鉛を構成する原子の配列の規則性が乏しい状態となることで、結晶子サイズは20nm以下になる。   As a specific negative electrode active material, a carbon material having a crystallite size of 20 nm or less, preferably 5 nm or less can be exemplified. A larger crystallite size means a carbon material in which atoms are arranged periodically and accurately according to a certain rule. On the other hand, it can be said that a carbon material having a crystallite size of 20 nm or less is in a state of poor atomic periodicity and alignment accuracy. For example, if the carbon material is graphite, the size of the graphite crystal is 20 nm or less, or due to the influence of strain, defects, impurities, etc., the regularity of the arrangement of the atoms constituting the graphite becomes poor. The size is 20 nm or less.

結晶子サイズが20nm以下の炭素材料としては、いわゆるハードカーボンである難黒鉛化性炭素や、いわゆるソフトカーボンである易黒鉛化性炭素が代表的である。   Typical examples of the carbon material having a crystallite size of 20 nm or less include non-graphitizable carbon that is so-called hard carbon and graphitizable carbon that is so-called soft carbon.

炭素材料の結晶子サイズを測定するには、CuKα線をX線源とするX線回折法を用いればよい。当該X線回折法により、回折角2θ=20度〜30度に検出される回折ピークの半値幅と回折角を基に、次のシェラーの式を用いて、結晶子サイズを算出できる。   In order to measure the crystallite size of the carbon material, an X-ray diffraction method using CuKα rays as an X-ray source may be used. With the X-ray diffraction method, the crystallite size can be calculated using the following Scherrer equation based on the half-value width and diffraction angle of the diffraction peak detected at the diffraction angle 2θ = 20 degrees to 30 degrees.

L=0.94 λ /(βcosθ)
ここで、
L:結晶子の大きさ
λ:入射X線波長(1.54Å)
β:ピークの半値幅(ラジアン)
θ:回折角
L = 0.94λ / (βcosθ)
here,
L: Crystallite size λ: Incident X-ray wavelength (1.54 mm)
β: half width of peak (radian)
θ: Diffraction angle

具体的な負極活物質として、ケイ素を含む材料を例示できる。より具体的には、Si相とケイ素酸化物相との2相に不均化されたSiO(0.3≦x≦1.6)を例示できる。SiOにおけるSi相は、リチウムイオンを吸蔵及び放出でき、リチウムイオン二次電池の充放電に伴って体積変化する。ケイ素酸化物相はSi相に比べて充放電に伴う体積変化が少ない。つまり、負極活物質としてのSiOは、Si相により高容量を実現するとともに、ケイ素酸化物相を有することにより負極活物質全体の体積変化を抑制する。なお、xが下限値未満であると、Siの比率が過大になるため、充放電時の体積変化が大きくなりすぎてリチウムイオン二次電池のサイクル特性が低下する。一方、xが上限値を超えると、Si比率が過小になってエネルギー密度が低下する。xの範囲は0.5≦x≦1.5であるのがより好ましく、0.7≦x≦1.2であるのがさらに好ましい。
なお、上記したSiOにおいては、リチウムイオン二次電池の充放電時にリチウムとSi相のケイ素とによる合金化反応が生じると考えられている。そして、この合金化反応がリチウムイオン二次電池の充放電に寄与すると考えられている。後述するスズを含む負極活物質についても、同様に、スズとリチウムとの合金化反応によって充放電できると考えられている。
As a specific negative electrode active material, a material containing silicon can be exemplified. More specifically, SiO x (0.3 ≦ x ≦ 1.6) disproportionated into two phases of Si phase and silicon oxide phase can be exemplified. The Si phase in SiO x can occlude and release lithium ions, and changes in volume as the lithium ion secondary battery is charged and discharged. The silicon oxide phase has less volume change associated with charge / discharge than the Si phase. That is, SiO x as the negative electrode active material realizes a high capacity by the Si phase and suppresses the volume change of the entire negative electrode active material by having the silicon oxide phase. If x is less than the lower limit value, the Si ratio becomes excessive, so that the volume change during charging and discharging becomes too large, and the cycle characteristics of the lithium ion secondary battery deteriorate. On the other hand, when x exceeds the upper limit value, the Si ratio becomes too small and the energy density decreases. The range of x is more preferably 0.5 ≦ x ≦ 1.5, and further preferably 0.7 ≦ x ≦ 1.2.
In the SiO x as described above, it is believed to alloying reaction with the silicon lithium and Si phase during charging and discharging of the lithium ion secondary battery may occur. And it is thought that this alloying reaction contributes to charging / discharging of a lithium ion secondary battery. Similarly, it is considered that a negative electrode active material containing tin described later can be charged and discharged by an alloying reaction between tin and lithium.

具体的な負極活物質として、スズを含む材料を例示できる。より具体的には、Sn単体、Cu−SnやCo−Snなどのスズ合金、アモルファススズ酸化物、スズケイ素酸化物を例示できる。アモルファススズ酸化物としてはSnB0.40.63.1を例示でき、スズケイ素酸化物としてはSnSiOを例示できる。 As a specific negative electrode active material, a material containing tin can be exemplified. More specifically, examples include Sn alone, tin alloys such as Cu—Sn and Co—Sn, amorphous tin oxide, and tin silicon oxide. SnB 0.4 P 0.6 O 3.1 can be exemplified as the amorphous tin oxide, and SnSiO 3 can be exemplified as the tin silicon oxide.

上記したケイ素を含む材料、及び、スズを含む材料は、炭素材料と複合化して負極活物質とすることが好ましい。複合化に因り、特にケイ素及び/又はスズの構造が安定し、負極の耐久性が向上する。上記複合化は、既知の方法で行なえば良い。複合化に用いられる炭素材料としては、黒鉛、ハードカーボン、ソフトカーボン等を採用すればよい。黒鉛は、天然黒鉛でもよく、人造黒鉛でもよい。   The material containing silicon and the material containing tin are preferably combined with a carbon material to form a negative electrode active material. Due to the composite, the structure of silicon and / or tin is particularly stabilized, and the durability of the negative electrode is improved. The above compounding may be performed by a known method. As the carbon material used for the composite, graphite, hard carbon, soft carbon or the like may be employed. The graphite may be natural graphite or artificial graphite.

具体的な負極活物質として、Li4+xTi5+y12(−1≦x≦4、−1≦y≦1)などのスピネル構造のチタン酸リチウム、LiTiなどのラムスデライト構造のチタン酸リチウムが例示できる。 As a specific negative electrode active material, lithium titanate having a spinel structure such as Li 4 + x Ti 5 + y O 12 (−1 ≦ x ≦ 4, −1 ≦ y ≦ 1), or a ramsdellite structure such as Li 2 Ti 3 O 7 is used. An example is lithium titanate.

具体的な負極活物質として、長軸/短軸の値が1〜5、好ましくは1〜3である黒鉛を例示できる。ここで、長軸とは、黒鉛の粒子の最も長い箇所の長さを意味する。短軸とは、前記長軸に対する直交方向のうち最も長い箇所の長さを意味する。当該黒鉛には、球状黒鉛やメソカーボンマイクロビーズが該当する。球状黒鉛は、人造黒鉛、天然黒鉛、易黒鉛化性炭素、難黒鉛化性炭素などの炭素材料であって、形状が球状又はほぼ球状であるものをいう。   Specific examples of the negative electrode active material include graphite having a major axis / minor axis value of 1 to 5, preferably 1 to 3. Here, the long axis means the length of the longest portion of the graphite particles. The short axis means the length of the longest portion in the direction orthogonal to the long axis. The graphite corresponds to spherical graphite or mesocarbon microbeads. Spherical graphite is a carbon material such as artificial graphite, natural graphite, graphitizable carbon, and non-graphitizable carbon, and has a spherical shape or a substantially spherical shape.

球状黒鉛は、黒鉛を比較的破砕力の小さい衝撃式粉砕機で粉砕して薄片とし、当該薄片を圧縮球状化して得られる。衝撃式粉砕機としては、例えばハンマーミルやピンミルを例示できる。上記ミルのハンマー又はピンの外周線速度を50〜200m/秒程度として、上記作業を行うことが好ましい。上記ミルに対する黒鉛の供給や排出は、空気等の気流に同伴させて行うことが好ましい。   Spherical graphite is obtained by pulverizing graphite with an impact pulverizer having a relatively small crushing force to form flakes, and then compressing and spheroidizing the flakes. Examples of the impact pulverizer include a hammer mill and a pin mill. It is preferable to perform the above operation with the peripheral linear velocity of the hammer or pin of the mill set to about 50 to 200 m / sec. It is preferable that graphite is supplied to and discharged from the mill while being accompanied by an air current such as air.

黒鉛は、BET比表面積が0.5〜15m/gの範囲のものが好ましく、4〜12m/gの範囲のものがより好ましい。BET比表面積が大きすぎると黒鉛と電解液との副反応が加速する場合があり、BET比表面積が小さすぎると黒鉛の反応抵抗が大きくなる場合がある。 Graphite, BET specific surface area is preferably in the range of 0.5~15m 2 / g, more preferably in the range of 4~12m 2 / g. If the BET specific surface area is too large, the side reaction between the graphite and the electrolyte solution may be accelerated, and if the BET specific surface area is too small, the reaction resistance of the graphite may be increased.

また、黒鉛の平均粒子径は、2〜30μmの範囲内が好ましく、5〜20μmの範囲内がより好ましい。なお、平均粒子径とは、一般的なレーザー回折散乱式粒度分布測定装置で測定した場合のD50を意味する。   The average particle diameter of graphite is preferably in the range of 2 to 30 μm, and more preferably in the range of 5 to 20 μm. In addition, an average particle diameter means D50 at the time of measuring with a general laser diffraction scattering type particle size distribution measuring apparatus.

負極は、集電体と、集電体の表面に結着させた負極活物質層を有する。   The negative electrode has a current collector and a negative electrode active material layer bound to the surface of the current collector.

集電体は、リチウムイオン二次電池の放電又は充電の間、電極に電流を流し続けるための化学的に不活性な電子伝導体をいう。集電体としては、銀、銅、金、アルミニウム、タングステン、コバルト、亜鉛、ニッケル、鉄、白金、錫、インジウム、チタン、ルテニウム、タンタル、クロム、モリブデンから選ばれる少なくとも一種、並びにステンレス鋼などの金属材料を例示することができる。集電体は公知の保護層で被覆されていても良い。集電体の表面を公知の方法で処理したものを集電体として用いても良い。   The current collector refers to a chemically inert electronic conductor that keeps a current flowing through an electrode during discharge or charging of a lithium ion secondary battery. As the current collector, at least one selected from silver, copper, gold, aluminum, tungsten, cobalt, zinc, nickel, iron, platinum, tin, indium, titanium, ruthenium, tantalum, chromium, molybdenum, and stainless steel, etc. Metal materials can be exemplified. The current collector may be covered with a known protective layer. What collected the surface of the electrical power collector by the well-known method may be used as an electrical power collector.

集電体は箔、シート、フィルム、線状、棒状、メッシュなどの形態をとることができる。そのため、集電体として、例えば、銅箔、ニッケル箔、アルミニウム箔、ステンレス箔などの金属箔を好適に用いることができる。集電体が箔、シート、フィルム形態の場合は、その厚みが1μm〜100μmの範囲内であることが好ましい。   The current collector can take the form of a foil, a sheet, a film, a linear shape, a rod shape, a mesh, or the like. Therefore, for example, a metal foil such as a copper foil, a nickel foil, an aluminum foil, and a stainless steel foil can be suitably used as the current collector. When the current collector is in the form of foil, sheet or film, the thickness is preferably in the range of 1 μm to 100 μm.

負極活物質層は負極活物質、並びに必要に応じて結着剤及び/又は導電助剤を含む。   The negative electrode active material layer includes a negative electrode active material and, if necessary, a binder and / or a conductive aid.

結着剤は活物質や導電助剤などを集電体の表面に繋ぎ止める役割を果たすものである。   The binder plays a role of tying an active material, a conductive aid, and the like to the surface of the current collector.

結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素ゴム等の含フッ素樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂、ポリイミド、ポリアミドイミド等のイミド系樹脂、アルコキシシリル基含有樹脂、スチレンブタジエンゴムなどの公知のものを採用すればよい。   Binders include fluorine-containing resins such as polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, and fluororubber, thermoplastic resins such as polypropylene and polyethylene, imide resins such as polyimide and polyamideimide, alkoxysilyl group-containing resins, and styrene butadiene. What is necessary is just to employ | adopt well-known things, such as rubber | gum.

また、結着剤として、親水基を有するポリマーを採用してもよい。親水基を有するポリマーを結着剤として具備する本発明のリチウムイオン二次電池は、より好適に容量を維持できる。親水基を有するポリマーの親水基としては、カルボキシル基、スルホ基、シラノール基、アミノ基、水酸基、リン酸基などリン酸系の基などが例示される。中でも、ポリアクリル酸、カルボキシメチルセルロース、ポリメタクリル酸などの分子中にカルボキシル基を含むポリマー、又は、ポリ(p−スチレンスルホン酸)などのスルホ基を含むポリマーが好ましい。   Moreover, you may employ | adopt the polymer which has a hydrophilic group as a binder. The lithium ion secondary battery of the present invention comprising a polymer having a hydrophilic group as a binder can maintain the capacity more suitably. Examples of the hydrophilic group of the polymer having a hydrophilic group include a phosphate group such as a carboxyl group, a sulfo group, a silanol group, an amino group, a hydroxyl group, and a phosphate group. Among them, a polymer containing a carboxyl group in a molecule such as polyacrylic acid, carboxymethylcellulose, or polymethacrylic acid, or a polymer containing a sulfo group such as poly (p-styrenesulfonic acid) is preferable.

ポリアクリル酸、あるいはアクリル酸とビニルスルホン酸との共重合体など、カルボキシル基及び/又はスルホ基を多く含むポリマーは水溶性となる。親水基を有するポリマーは、水溶性ポリマーであることが好ましく、化学構造でいうと、一分子中に複数のカルボキシル基及び/又はスルホ基を含むポリマーが好ましい。   A polymer containing many carboxyl groups and / or sulfo groups such as polyacrylic acid or a copolymer of acrylic acid and vinyl sulfonic acid becomes water-soluble. The polymer having a hydrophilic group is preferably a water-soluble polymer, and in terms of chemical structure, a polymer containing a plurality of carboxyl groups and / or sulfo groups in one molecule is preferable.

分子中にカルボキシル基を含むポリマーは、例えば、酸モノマーを重合する方法や、ポリマーにカルボキシル基を付与する方法などで製造することができる。酸モノマーとしては、アクリル酸、メタクリル酸、ビニル安息香酸、クロトン酸、ペンテン酸、アンジェリカ酸、チグリン酸など分子中に一つのカルボキシル基をもつ酸モノマー、イタコン酸、メサコン酸、シトラコン酸、フマル酸、マレイン酸、2−ペンテン二酸、メチレンコハク酸、アリルマロン酸、イソプロピリデンコハク酸、2,4−ヘキサジエン二酸、アセチレンジカルボン酸など分子内に二つ以上のカルボキシル基をもつ酸モノマーなどが例示される。   The polymer containing a carboxyl group in the molecule can be produced by, for example, a method of polymerizing an acid monomer or a method of imparting a carboxyl group to the polymer. Acid monomers include acrylic acid, methacrylic acid, vinyl benzoic acid, crotonic acid, pentenoic acid, angelic acid, tiglic acid, etc., acid monomers having one carboxyl group in the molecule, itaconic acid, mesaconic acid, citraconic acid, fumaric acid , Maleic acid, 2-pentenedioic acid, methylene succinic acid, allyl malonic acid, isopropylidene succinic acid, 2,4-hexadiene diacid, acetylenedicarboxylic acid, etc., acid monomers having two or more carboxyl groups in the molecule Is done.

上記の酸モノマーから選ばれる二種以上の酸モノマーを重合してなる共重合ポリマーを結着剤として用いてもよい。   A copolymer obtained by polymerizing two or more acid monomers selected from the above acid monomers may be used as a binder.

また、例えば特開2013−065493号公報に記載されたような、アクリル酸とイタコン酸との共重合体のカルボキシル基どうしが縮合して形成された酸無水物基を分子中に含んでいるポリマーを結着剤として用いることも好ましい。一分子中にカルボキシル基を二つ以上有する酸性度の高いモノマー由来の構造が結着剤にあることにより、充電時に電解液分解反応が起こる前にリチウムイオンなどを結着剤がトラップし易くなると考えられている。さらに、当該ポリマーは、ポリアクリル酸やポリメタクリル酸に比べてモノマーあたりのカルボキシル基が多いため、酸性度が高まるものの、所定量のカルボキシル基が酸無水物基に変化しているため、酸性度が高まりすぎることもない。そのため、当該ポリマーを結着剤として用いた負極をもつリチウムイオン二次電池は、初期効率が向上し、入出力特性が向上する。   Further, for example, a polymer containing in its molecule an acid anhydride group formed by condensation of carboxyl groups of a copolymer of acrylic acid and itaconic acid as described in JP2013-065493A It is also preferable to use as a binder. When the binder has a structure derived from a highly acidic monomer having two or more carboxyl groups in one molecule, it becomes easier for the binder to trap lithium ions etc. before the electrolyte decomposition reaction occurs during charging. It is considered. Furthermore, since the polymer has more carboxyl groups per monomer than polyacrylic acid or polymethacrylic acid, the acidity is increased, but since the predetermined amount of carboxyl groups is changed to acid anhydride groups, the acidity is increased. Is not too high. Therefore, a lithium ion secondary battery having a negative electrode using the polymer as a binder has improved initial efficiency and improved input / output characteristics.

負極活物質層中の結着剤の配合割合は、質量比で、負極活物質:結着剤=1:0.005〜1:0.3であるのが好ましい。結着剤が少なすぎると電極の成形性が低下し、また、結着剤が多すぎると電極のエネルギー密度が低くなるためである。   The blending ratio of the binder in the negative electrode active material layer is preferably a mass ratio of negative electrode active material: binder = 1: 0.005 to 1: 0.3. This is because when the amount of the binder is too small, the moldability of the electrode is lowered, and when the amount of the binder is too large, the energy density of the electrode is lowered.

導電助剤は、電極の導電性を高めるために添加される。そのため、導電助剤は、電極の導電性が不足する場合に任意に加えればよく、電極の導電性が十分に優れている場合には加えなくても良い。導電助剤としては化学的に不活性な電子高伝導体であれば良く、炭素質微粒子であるカーボンブラック、黒鉛、気相法炭素繊維(Vapor Grown Carbon Fiber)、および各種金属粒子などが例示される。カーボンブラックとしては、アセチレンブラック、ケッチェンブラック(登録商標)、ファーネスブラック、チャンネルブラックなどが例示される。これらの導電助剤を単独又は二種以上組み合わせて活物質層に添加することができる。負極活物質層中の導電助剤の配合割合は、質量比で、負極活物質:導電助剤=1:0.01〜1:0.5であるのが好ましい。導電助剤が少なすぎると効率のよい導電パスを形成できず、また、導電助剤が多すぎると負極活物質層の成形性が悪くなるとともに電極のエネルギー密度が低くなるためである。   The conductive assistant is added to increase the conductivity of the electrode. Therefore, the conductive auxiliary agent may be added arbitrarily when the electrode conductivity is insufficient, and may not be added when the electrode conductivity is sufficiently excellent. The conductive auxiliary agent may be any chemically inert electronic high conductor, and examples thereof include carbon black, graphite, Vapor Grown Carbon Fiber, and various metal particles. The Examples of carbon black include acetylene black, ketjen black (registered trademark), furnace black, and channel black. These conductive assistants can be added to the active material layer alone or in combination of two or more. The blending ratio of the conductive additive in the negative electrode active material layer is preferably a negative electrode active material: conductive additive = 1: 0.01 to 1: 0.5 in mass ratio. This is because if the amount of the conductive aid is too small, an efficient conductive path cannot be formed, and if the amount of the conductive aid is too large, the formability of the negative electrode active material layer is deteriorated and the energy density of the electrode is lowered.

リチウムイオン二次電池に用いられる正極は、リチウムイオンを吸蔵及び放出し得る正極活物質を有する。正極は、集電体と、集電体の表面に結着させた正極活物質層を有する。正極活物質層は正極活物質、並びに必要に応じて結着剤及び/又は導電助剤を含む。正極の集電体は、使用する活物質に適した電圧に耐え得る金属であれば特に制限はなく、例えば、銀、銅、金、アルミニウム、タングステン、コバルト、亜鉛、ニッケル、鉄、白金、錫、インジウム、チタン、ルテニウム、タンタル、クロム、モリブデンから選ばれる少なくとも一種、並びにステンレス鋼などの金属材料を例示することができる。   A positive electrode used for a lithium ion secondary battery has a positive electrode active material capable of inserting and extracting lithium ions. The positive electrode has a current collector and a positive electrode active material layer bound to the surface of the current collector. The positive electrode active material layer includes a positive electrode active material and, if necessary, a binder and / or a conductive aid. The positive electrode current collector is not particularly limited as long as it is a metal that can withstand a voltage suitable for the active material to be used. For example, silver, copper, gold, aluminum, tungsten, cobalt, zinc, nickel, iron, platinum, tin , Indium, titanium, ruthenium, tantalum, chromium, molybdenum, and metal materials such as stainless steel.

正極の電位をリチウム基準で4V以上とする場合には、集電体としてアルミニウムを採用するのが好ましい。   When the potential of the positive electrode is 4 V or higher with respect to lithium, it is preferable to employ aluminum as the current collector.

具体的には、正極用集電体として、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるものを用いるのが好ましい。ここでアルミニウムは、純アルミニウムを指し、純度99.0%以上のアルミニウムを純アルミニウムと称する。純アルミニウムに種々の元素を添加して合金としたものをアルミニウム合金と称する。アルミニウム合金としては、Al−Cu系、Al−Mn系、Al−Fe系、Al−Si系、Al−Mg系、Al−Mg−Si系、Al−Zn−Mg系が挙げられる。   Specifically, it is preferable to use a positive electrode current collector made of aluminum or an aluminum alloy. Here, aluminum refers to pure aluminum, and aluminum having a purity of 99.0% or more is referred to as pure aluminum. An alloy obtained by adding various elements to pure aluminum is referred to as an aluminum alloy. Examples of the aluminum alloy include Al—Cu, Al—Mn, Al—Fe, Al—Si, Al—Mg, Al—Mg—Si, and Al—Zn—Mg.

また、アルミニウム又はアルミニウム合金として、具体的には、例えばJIS A1085、A1N30等のA1000系合金(純アルミニウム系)、JIS A3003、A3004等のA3000系合金(Al−Mn系)、JIS A8079、A8021等のA8000系合金(Al−Fe系)が挙げられる。   Specific examples of aluminum or aluminum alloy include A1000 series alloys (pure aluminum series) such as JIS A1085 and A1N30, A3000 series alloys (Al-Mn series) such as JIS A3003 and A3004, JIS A8079, A8021, etc. A8000-based alloy (Al-Fe-based).

集電体は公知の保護層で被覆されていても良い。集電体の表面を公知の方法で処理したものを集電体として用いても良い。   The current collector may be covered with a known protective layer. What collected the surface of the electrical power collector by the well-known method may be used as an electrical power collector.

集電体は箔、シート、フィルム、線状、棒状、メッシュなどの形態をとることができる。そのため、集電体として、例えば、銅箔、ニッケル箔、アルミニウム箔、ステンレス箔などの金属箔を好適に用いることができる。集電体が箔、シート、フィルム形態の場合は、その厚みが1μm〜100μmの範囲内であることが好ましい。   The current collector can take the form of a foil, a sheet, a film, a linear shape, a rod shape, a mesh, or the like. Therefore, for example, a metal foil such as a copper foil, a nickel foil, an aluminum foil, and a stainless steel foil can be suitably used as the current collector. When the current collector is in the form of foil, sheet or film, the thickness is preferably in the range of 1 μm to 100 μm.

正極の結着剤及び導電助剤は負極で説明したものを同様の配合割合で採用すればよい。   What was demonstrated with the negative electrode should just be employ | adopted for the binder and the conductive support agent of a positive electrode by the same compounding ratio.

正極活物質としては、層状化合物のLiNiCoMn(0.2≦a≦1.2、b+c+d+e=1、0≦e<1、DはLi、Fe、Cr、Cu、Zn、Ca、Mg、S、Si、Na、K、Al、Zr、Ti、P、Ga、Ge、V、Mo、Nb、W、Laから選ばれる少なくとも1の元素、1.7≦f≦2.1)、LiMnOを挙げることができる。また、正極活物質として、LiMn等のスピネル構造の金属酸化物、及びスピネル構造の金属酸化物と層状化合物の混合物で構成される固溶体、LiMPO、LiMVO又はLiMSiO(式中のMはCo、Ni、Mn、Feのうちの少なくとも一種から選択される)などで表されるポリアニオン系化合物を挙げることができる。さらに、正極活物質として、LiFePOFなどのLiMPOF(Mは遷移金属)で表されるタボライト系化合物、LiFeBOなどのLiMBO(Mは遷移金属)で表されるボレート系化合物を挙げることができる。正極活物質として用いられるいずれの金属酸化物も上記の組成式を基本組成とすればよく、基本組成に含まれる金属元素を他の金属元素で置換したものも使用可能である。また、正極活物質として、電荷担体(例えば充放電に寄与するリチウムイオン)を含まないものを用いても良い。例えば、硫黄単体(S)、硫黄と炭素を複合化した化合物、TiSなどの金属硫化物、V、MnOなどの酸化物、ポリアニリン及びアントラキノン並びにこれら芳香族を化学構造に含む化合物、共役二酢酸系有機物などの共役系材料、その他公知の材料を用いることもできる。さらに、ニトロキシド、ニトロニルニトロキシド、ガルビノキシル、フェノキシルなどの安定なラジカルを有する化合物を正極活物質として採用してもよい。リチウム等の電荷担体を含まない正極活物質材料を用いる場合には、正極及び/又は負極に、公知の方法により、予め電荷担体を添加しておく必要がある。電荷担体は、イオンの状態で添加しても良いし、金属等の非イオンの状態で添加しても良い。例えば、電荷担体がリチウムである場合には、リチウム箔を正極及び/又は負極に貼り付けるなどして一体化しても良い。 As the positive electrode active material, the layered compound Li a Ni b Co c Mn d De O f (0.2 ≦ a ≦ 1.2, b + c + d + e = 1, 0 ≦ e <1, D is Li, Fe, Cr, At least one element selected from Cu, Zn, Ca, Mg, S, Si, Na, K, Al, Zr, Ti, P, Ga, Ge, V, Mo, Nb, W, La, 1.7 ≦ f ≦ 2.1) and Li 2 MnO 3 . Further, as a positive electrode active material, a metal oxide having a spinel structure such as LiMn 2 O 4 and a solid solution composed of a mixture of a metal oxide having a spinel structure and a layered compound, LiMPO 4 , LiMVO 4, or Li 2 MSiO 4 (formula M in the middle is selected from at least one of Co, Ni, Mn, and Fe). Furthermore, as the positive electrode active material, tavorite compound (the M a transition metal) LiMPO 4 F, such as LiFePO 4 F represented by, Limbo 3 such LiFeBO 3 (M is a transition metal) include borate-based compound represented by be able to. Any metal oxide used as the positive electrode active material may have the above composition formula as a basic composition, and a metal element contained in the basic composition may be substituted with another metal element. Moreover, you may use as a positive electrode active material the thing which does not contain a charge carrier (for example, lithium ion which contributes to charging / discharging). For example, sulfur alone (S), a compound in which sulfur and carbon are compounded, a metal sulfide such as TiS 2 , an oxide such as V 2 O 5 and MnO 2 , a compound containing polyaniline and anthraquinone, and these aromatics in the chemical structure In addition, conjugated materials such as conjugated diacetate-based organic substances and other known materials can also be used. Further, a compound having a stable radical such as nitroxide, nitronyl nitroxide, galvinoxyl, phenoxyl, etc. may be adopted as the positive electrode active material. When using a positive electrode active material that does not contain a charge carrier such as lithium, it is necessary to add a charge carrier to the positive electrode and / or the negative electrode in advance by a known method. The charge carrier may be added in an ionic state or in a non-ionic state such as a metal. For example, when the charge carrier is lithium, it may be integrated by attaching a lithium foil to the positive electrode and / or the negative electrode.

具体的な正極活物質として、層状岩塩構造をもつLiNi0.5Co0.2Mn0.3、LiNi50/100Co35/100Mn15/1002、LiNi6/10Co2/10Mn2/10、LiNi1/3Co1/3Mn1/3、LiNi0.5Mn0.5、LiNi0.75Co0.1Mn0.15、LiMnO、LiNiO、及びLiCoOを例示できる。他の具体的な正極活物質として、LiMnO−LiCoOを例示できる。 As specific positive electrode active materials, LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 having a layered rock salt structure, LiNi 50/100 Co 35/100 Mn 15/100 O 2, LiNi 6/10 Co 2 / 10 Mn 2/10 O 2 , LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 , LiNi 0.5 Mn 0.5 O 2 , LiNi 0.75 Co 0.1 Mn 0.15 O 2 , LiMnO 2 , LiNiO 2 and LiCoO 2 can be exemplified. As another specific positive electrode active material, Li 2 MnO 3 —LiCoO 2 can be exemplified.

具体的な正極活物質として、スピネル構造のLixyMn2-y4(Aは、Ca、Mg、S、Si、Na、K、Al、P、Ga、Geから選ばれる少なくとも1の元素、及び遷移金属元素から選ばれる少なくとも1種の金属元素、0<x≦2.2、0≦y≦1)を例示できる。より具体的には、LiMn、LiNi0.5Mn1.5を例示できる。 Specific positive electrode active material, Li x A y Mn 2- y O 4 (A spinel structure, Ca, Mg, S, Si , Na, K, Al, P, Ga, at least one selected from Ge Examples include at least one metal element selected from an element and a transition metal element, 0 <x ≦ 2.2, 0 ≦ y ≦ 1). More specifically, LiMn 2 O 4 and LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 can be exemplified.

具体的な正極活物質として、LiFePO、LiFeSiO、LiCoPO、LiCoPO、LiMnPO、LiMnSiO、LiCoPOFを例示できる。 Specific examples of the positive electrode active material include LiFePO 4 , Li 2 FeSiO 4 , LiCoPO 4 , Li 2 CoPO 4 , Li 2 MnPO 4 , Li 2 MnSiO 4 , and Li 2 CoPO 4 F.

集電体の表面に活物質層を形成させるには、ロールコート法、ダイコート法、ディップコート法、ドクターブレード法、スプレーコート法、カーテンコート法などの従来から公知の方法を用いて、集電体の表面に活物質を塗布すればよい。具体的には、活物質、並びに必要に応じて結着剤及び導電助剤を含む活物質層形成用組成物を調製し、この組成物に適当な溶剤を加えてペースト状にしてから、集電体の表面に塗布後、乾燥する。溶剤としては、N−メチル−2−ピロリドン、メタノール、メチルイソブチルケトン、水を例示できる。電極密度を高めるべく、乾燥後のものを圧縮しても良い。   In order to form an active material layer on the surface of the current collector, a current collecting method such as a roll coating method, a die coating method, a dip coating method, a doctor blade method, a spray coating method, or a curtain coating method can be used. An active material may be applied to the surface of the body. Specifically, an active material layer-forming composition containing an active material and, if necessary, a binder and a conductive aid is prepared, and an appropriate solvent is added to the composition to make a paste, and then the collection is performed. After applying to the surface of the electric body, it is dried. Examples of the solvent include N-methyl-2-pyrrolidone, methanol, methyl isobutyl ketone, and water. In order to increase the electrode density, the dried product may be compressed.

リチウムイオン二次電池には必要に応じてセパレータが用いられる。セパレータは、正極と負極とを隔離し、両極の接触による短絡を防止しつつ、リチウムイオンを通過させるものである。セパレータとしては、公知のものを採用すればよく、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリイミド、ポリアミド、ポリアラミド(Aromatic polyamide)、ポリエステル、ポリアクリロニトリル等の合成樹脂、セルロース、アミロース等の多糖類、フィブロイン、ケラチン、リグニン、スベリン等の天然高分子、セラミックスなどの電気絶縁性材料を1種若しくは複数用いた多孔体、不織布、織布などを挙げることができる。また、セパレータは多層構造としてもよい。   A separator is used in the lithium ion secondary battery as necessary. The separator separates the positive electrode and the negative electrode and allows lithium ions to pass while preventing a short circuit due to contact between the two electrodes. A known separator may be employed, such as polytetrafluoroethylene, polypropylene, polyethylene, polyimide, polyamide, polyaramid (Aromatic polyamide), polyester, polyacrylonitrile or other synthetic resin, cellulose, amylose or other polysaccharide, fibroin. And porous materials, nonwoven fabrics, woven fabrics, and the like using one or more electrical insulating materials such as natural polymers such as keratin, lignin, and suberin, and ceramics. The separator may have a multilayer structure.

本発明のリチウムイオン二次電池の具体的な製造方法について述べる。
正極及び負極に必要に応じてセパレータを挟装させ電極体とする。電極体は、正極、セパレータ及び負極を重ねた積層型、又は、正極、セパレータ及び負極を捲いた捲回型のいずれの型にしても良い。正極の集電体及び負極の集電体から外部に通ずる正極端子及び負極端子までの間を、集電用リード等を用いて接続した後に、電極体に本発明の電解液を加えてリチウムイオン二次電池とするとよい。また、本発明のリチウムイオン二次電池は、電極に含まれる活物質の種類に適した電圧範囲で充放電を実行されればよい。
A specific method for producing the lithium ion secondary battery of the present invention will be described.
If necessary, a separator is sandwiched between the positive electrode and the negative electrode to form an electrode body. The electrode body may be either a stacked type in which the positive electrode, the separator and the negative electrode are stacked, or a wound type in which the positive electrode, the separator and the negative electrode are sandwiched. After connecting the current collector of the positive electrode and the current collector of the negative electrode to the positive electrode terminal and the negative electrode terminal leading to the outside using a current collecting lead or the like, the electrolyte solution of the present invention is added to the electrode body and lithium ions are added. A secondary battery may be used. Moreover, the lithium ion secondary battery of this invention should just be charged / discharged in the voltage range suitable for the kind of active material contained in an electrode.

本発明のリチウムイオン二次電池の形状は特に限定されるものでなく、円筒型、角型、コイン型、ラミネート型等、種々の形状を採用することができる。   The shape of the lithium ion secondary battery of the present invention is not particularly limited, and various shapes such as a cylindrical shape, a square shape, a coin shape, and a laminate shape can be adopted.

本発明の電解液が過充電時に分解して気体を発生する成分を含む場合には、本発明のリチウムイオン二次電池には、その内部圧力が上昇した際に充電経路又は電流経路を遮断する電流遮断装置(Current Interrupt Device)を具備させるとよい。   When the electrolytic solution of the present invention contains a component that decomposes during overcharge to generate gas, the lithium ion secondary battery of the present invention shuts off the charging path or current path when the internal pressure increases. A current interrupt device may be provided.

電流遮断装置としては、公知の技術を採用すればよい。例えば、特開2013−131402号公報や特開2014−10967号公報に記載される、電池内の圧力が上昇したときに、端子と電極に電気的に接続されている導電経路を破断することにより、電流を遮断する技術を採用すればよい。   A known technique may be adopted as the current interrupt device. For example, by breaking the conductive path electrically connected to the terminal and the electrode when the pressure in the battery rises as described in JP2013-131402A or JP2014-10967A Any technology that cuts off the current may be employed.

本発明のリチウムイオン二次電池は、車両に搭載してもよい。車両は、その動力源の全部あるいは一部にリチウムイオン二次電池による電気エネルギーを使用している車両であればよく、例えば、電気車両、ハイブリッド車両などであるとよい。車両にリチウムイオン二次電池を搭載する場合には、リチウムイオン二次電池を複数直列に接続して組電池とするとよい。リチウムイオン二次電池を搭載する機器としては、車両以外にも、パーソナルコンピュータ、携帯通信機器など、電池で駆動される各種の家電製品、オフィス機器、産業機器などが挙げられる。さらに、本発明のリチウムイオン二次電池は、風力発電、太陽光発電、水力発電その他電力系統の蓄電装置及び電力平滑化装置、船舶等の動力及び/又は補機類の電力供給源、航空機、宇宙船等の動力及び/又は補機類の電力供給源、電気を動力源に用いない車両の補助用電源、移動式の家庭用ロボットの電源、システムバックアップ用電源、無停電電源装置の電源、電動車両用充電ステーションなどにおいて充電に必要な電力を一時蓄える蓄電装置に用いてもよい。   The lithium ion secondary battery of the present invention may be mounted on a vehicle. The vehicle may be a vehicle that uses electric energy generated by a lithium ion secondary battery for all or a part of its power source. For example, the vehicle may be an electric vehicle or a hybrid vehicle. When a lithium ion secondary battery is mounted on a vehicle, a plurality of lithium ion secondary batteries may be connected in series to form an assembled battery. Examples of devices equipped with lithium ion secondary batteries include various home appliances driven by batteries such as personal computers and portable communication devices, office devices, and industrial devices in addition to vehicles. Furthermore, the lithium ion secondary battery of the present invention includes wind power generation, solar power generation, hydroelectric power generation and other power system power storage devices and power smoothing devices, power supplies for ships and / or auxiliary power supply sources, aircraft, Power supply for spacecraft and / or auxiliary equipment, auxiliary power supply for vehicles that do not use electricity as a power source, power supply for mobile home robots, power supply for system backup, power supply for uninterruptible power supply, You may use for the electrical storage apparatus which stores temporarily the electric power required for charge in the charging station for electric vehicles.

以上、本発明の電解液の実施形態を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができる。   As mentioned above, although embodiment of the electrolyte solution of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment. The present invention can be implemented in various forms without departing from the gist of the present invention, with modifications and improvements that can be made by those skilled in the art.

以下に、実施例及び比較例などを示し、本発明を具体的に説明する。なお、本発明は、これらの実施例によって限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to Examples and Comparative Examples. In addition, this invention is not limited by these Examples.

(実施例1)
鎖状カーボネートであるジメチルカーボネート及びジエチルカーボネートを9:1のモル比で混合した混合溶媒に、リチウム塩である(FSONLi、不飽和環状カーボネートであるビニレンカーボネート及び有機化合物であるシクロヘキシルベンゼンを溶解させて、(FSONLiの濃度が2.4mol/Lであり、ビニレンカーボネートが1質量%で含まれ、シクロヘキシルベンゼンが2.9質量%で含まれる実施例1の電解液を製造した。実施例1の電解液においては、鎖状カーボネートがリチウム塩に対し、モル比4で含まれる。
Example 1
(FSO 2 ) 2 NLi which is a lithium salt, vinylene carbonate which is an unsaturated cyclic carbonate, and cyclohexylbenzene which is an organic compound, in a mixed solvent in which dimethyl carbonate and diethyl carbonate which are chain carbonates are mixed at a molar ratio of 9: 1. The electrolyte solution of Example 1 in which the concentration of (FSO 2 ) 2 NLi is 2.4 mol / L, vinylene carbonate is contained at 1% by mass, and cyclohexylbenzene is contained at 2.9% by mass. Manufactured. In the electrolytic solution of Example 1, a chain carbonate is included at a molar ratio of 4 with respect to the lithium salt.

実施例1の電解液を用いて、以下のとおり、実施例1のリチウムイオン二次電池を製造した。   Using the electrolytic solution of Example 1, the lithium ion secondary battery of Example 1 was manufactured as follows.

正極活物質であるLiNi50/100Co35/100Mn15/100で表される層状岩塩構造のリチウム含有金属酸化物94質量部、導電助剤であるアセチレンブラック3質量部、及び結着剤であるポリフッ化ビニリデン3質量部を混合した。この混合物を適量のN−メチル−2−ピロリドンに分散させて、スラリーを作製した。正極集電体として厚み15μmのアルミニウム箔を準備した。このアルミニウム箔の両面に、上記スラリーが膜状になるように塗布した。スラリーが塗布されたアルミニウム箔を120℃の炉内で乾燥することでN−メチル−2−ピロリドンを揮発により除去した。その後、このアルミニウム箔をプレスし接合物を得た。得られた接合物を真空乾燥機で120℃、6時間加熱乾燥して、正極活物質層が形成されたアルミニウム箔を得た。これを正極とした。正極の集電体の片面1平方センチメートルの面積上に存在する正極活物質層の質量は、19.5mg/cmであった。また、リチウム含有金属酸化物としては、比表面積が1.2m/gのものを用いた。 94 parts by mass of a lithium-containing metal oxide having a layered rock salt structure represented by LiNi 50/100 Co 35/100 Mn 15/100 O 2 as a positive electrode active material, 3 parts by mass of acetylene black as a conductive assistant, and a binder 3 parts by mass of polyvinylidene fluoride as an agent was mixed. This mixture was dispersed in an appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone to prepare a slurry. An aluminum foil having a thickness of 15 μm was prepared as a positive electrode current collector. It apply | coated so that the said slurry might become a film | membrane form on both surfaces of this aluminum foil. The aluminum foil coated with the slurry was dried in a 120 ° C. oven to remove N-methyl-2-pyrrolidone by volatilization. Thereafter, this aluminum foil was pressed to obtain a bonded product. The obtained joined product was heat-dried at 120 ° C. for 6 hours with a vacuum dryer to obtain an aluminum foil on which a positive electrode active material layer was formed. This was used as a positive electrode. The mass of the positive electrode active material layer present on an area of 1 cm 2 on one side of the positive electrode current collector was 19.5 mg / cm 2 . The lithium-containing metal oxide having a specific surface area of 1.2 m 2 / g was used.

負極活物質である黒鉛98質量部、並びに結着剤であるスチレンブタジエンゴム1質量部及びカルボキシメチルセルロース1質量部を混合した。この混合物を適量のイオン交換水に分散させて、スラリーを作製した。負極集電体として厚み10μmの銅箔を準備した。この銅箔の両面に、上記スラリーを膜状に塗布した。スラリーが塗布された銅箔を乾燥して水を除去し、その後、銅箔をプレスし、接合物を得た。得られた接合物を真空乾燥機で100℃、6時間加熱乾燥して、負極活物質層が形成された銅箔を得た。これを負極とした。負極の集電体の片面1平方センチメートルの面積上に存在する負極活物質層の質量は、11.1mg/cmであった。 98 parts by mass of graphite as a negative electrode active material, 1 part by mass of styrene butadiene rubber as a binder, and 1 part by mass of carboxymethyl cellulose were mixed. This mixture was dispersed in an appropriate amount of ion-exchanged water to prepare a slurry. A copper foil having a thickness of 10 μm was prepared as a negative electrode current collector. The slurry was applied in a film form on both sides of the copper foil. The copper foil coated with the slurry was dried to remove water, and then the copper foil was pressed to obtain a bonded product. The obtained joined product was dried by heating at 100 ° C. for 6 hours with a vacuum dryer to obtain a copper foil on which a negative electrode active material layer was formed. This was used as a negative electrode. The mass of the negative electrode active material layer present on the area of one square centimeter on one side of the negative electrode current collector was 11.1 mg / cm 2 .

セパレータとして、厚さ20μmのポリオレフィン製微多孔膜を準備した。   A polyolefin microporous film having a thickness of 20 μm was prepared as a separator.

正極と負極とでセパレータを挟持し、極板群とした。この極板群を二枚一組のラミネートフィルムで覆い、三辺をシールした後、袋状となったラミネートフィルムに実施例1の電解液を注入した。その後、残りの一辺をシールすることで、四辺が気密にシールされ、極板群及び電解液が密閉されたリチウムイオン二次電池を得た。この電池を実施例1のリチウムイオン二次電池とした。   A separator was sandwiched between the positive electrode and the negative electrode to form an electrode plate group. The electrode plate group was covered with a set of two laminated films, and the three sides were sealed. Then, the electrolyte solution of Example 1 was injected into the bag-like laminated film. Thereafter, the remaining one side was sealed to obtain a lithium ion secondary battery in which the four sides were hermetically sealed and the electrode plate group and the electrolyte were sealed. This battery was used as the lithium ion secondary battery of Example 1.

(実施例2)
リチウム含有金属酸化物として、比表面積が1.36m/gのものを用いた以外は、実施例1と同様の方法で、実施例2のリチウムイオン二次電池を製造した。
(Example 2)
A lithium ion secondary battery of Example 2 was produced in the same manner as in Example 1 except that a lithium-containing metal oxide having a specific surface area of 1.36 m 2 / g was used.

(実施例3)
シクロヘキシルベンゼンの添加量を減少し、有機化合物であるビフェニルを加えた以外は、実施例2と同様の方法で、(FSONLiの濃度が2.4mol/Lであり、ビニレンカーボネートが1質量%で含まれ、シクロヘキシルベンゼンが2.5質量%で含まれ、ビフェニルが0.5質量%で含まれる実施例3の電解液を製造した。実施例3の電解液においては、鎖状カーボネートがリチウム塩に対し、モル比4で含まれる。
以下、実施例3の電解液を用いた以外は実施例2と同様の方法で、実施例3のリチウムイオン二次電池を製造した。
(Example 3)
The concentration of (FSO 2 ) 2 NLi is 2.4 mol / L and vinylene carbonate is 1 in the same manner as in Example 2 except that the amount of cyclohexylbenzene added is reduced and biphenyl which is an organic compound is added. An electrolytic solution of Example 3 was manufactured, which was contained by mass%, cyclohexylbenzene was contained by 2.5 mass%, and biphenyl was contained by 0.5 mass%. In the electrolytic solution of Example 3, a chain carbonate is included at a molar ratio of 4 with respect to the lithium salt.
Thereafter, a lithium ion secondary battery of Example 3 was produced in the same manner as in Example 2 except that the electrolytic solution of Example 3 was used.

(実施例4)
シクロヘキシルベンゼンの添加量を減少し、ビフェニルの添加量を増加した以外は、実施例3と同様の方法で、(FSONLiの濃度が2.4mol/Lであり、ビニレンカーボネートが1質量%で含まれ、シクロヘキシルベンゼンが1.5質量%で含まれ、ビフェニルが1.5質量%で含まれる実施例4の電解液を製造した。実施例4の電解液においては、鎖状カーボネートがリチウム塩に対し、モル比4で含まれる。
以下、実施例4の電解液を用いた以外は実施例2と同様の方法で、実施例4のリチウムイオン二次電池を製造した。
Example 4
The concentration of (FSO 2 ) 2 NLi is 2.4 mol / L and vinylene carbonate is 1 mass by the same method as in Example 3 except that the addition amount of cyclohexylbenzene is decreased and the addition amount of biphenyl is increased. %, Cyclohexylbenzene was contained at 1.5% by mass, and biphenyl was contained at 1.5% by mass. In the electrolyte solution of Example 4, a chain carbonate is included at a molar ratio of 4 with respect to the lithium salt.
Thereafter, a lithium ion secondary battery of Example 4 was produced in the same manner as in Example 2 except that the electrolytic solution of Example 4 was used.

(比較例1)
ビニレンカーボネートを用いなかった以外は、実施例1と同様の方法で、(FSONLiの濃度が2.4mol/Lであり、シクロヘキシルベンゼンが2.9質量%で含まれる比較例1の電解液を製造した。比較例1の電解液においては、鎖状カーボネートがリチウム塩に対し、モル比4で含まれる。
以下、比較例1の電解液を用いた以外は実施例1と同様の方法で、比較例1のリチウムイオン二次電池を製造した。
(Comparative Example 1)
Except for using no vinylene carbonate, in the same manner as in Example 1, (FSO 2) the concentration of 2 NLi was 2.4 mol / L, in Comparative Example 1 in which the cyclohexylbenzene is contained in 2.9 mass% An electrolyte was produced. In the electrolytic solution of Comparative Example 1, chain carbonate is included at a molar ratio of 4 with respect to the lithium salt.
Thereafter, a lithium ion secondary battery of Comparative Example 1 was produced in the same manner as in Example 1 except that the electrolytic solution of Comparative Example 1 was used.

(比較例2)
シクロヘキシルベンゼンを用いなかった以外は、実施例1と同様の方法で、(FSONLiの濃度が2.4mol/Lであり、ビニレンカーボネートが1質量%で含まれる比較例2の電解液を製造した。比較例2の電解液においては、鎖状カーボネートがリチウム塩に対し、モル比4で含まれる。
以下、比較例2の電解液を用いた以外は実施例1と同様の方法で、比較例2のリチウムイオン二次電池を製造した。
(Comparative Example 2)
The electrolytic solution of Comparative Example 2 was prepared in the same manner as in Example 1 except that cyclohexylbenzene was not used, and the concentration of (FSO 2 ) 2 NLi was 2.4 mol / L and vinylene carbonate was contained at 1% by mass. Manufactured. In the electrolytic solution of Comparative Example 2, a chain carbonate is contained at a molar ratio of 4 with respect to the lithium salt.
Thereafter, a lithium ion secondary battery of Comparative Example 2 was produced in the same manner as in Example 1 except that the electrolytic solution of Comparative Example 2 was used.

(参考例1)
ビニレンカーボネート及びシクロヘキシルベンゼンを用いなかった以外は、実施例1と同様の方法で、(FSONLiの濃度が2.4mol/Lである参考例1の電解液を製造した。参考例1の電解液においては、鎖状カーボネートがリチウム塩に対し、モル比4で含まれる。
以下、参考例1の電解液を用いた以外は実施例1と同様の方法で、参考例1のリチウムイオン二次電池を製造した。
(Reference Example 1)
The electrolytic solution of Reference Example 1 having a concentration of (FSO 2 ) 2 NLi of 2.4 mol / L was produced in the same manner as in Example 1 except that vinylene carbonate and cyclohexylbenzene were not used. In the electrolytic solution of Reference Example 1, a chain carbonate is included at a molar ratio of 4 with respect to the lithium salt.
Hereinafter, a lithium ion secondary battery of Reference Example 1 was produced in the same manner as in Example 1 except that the electrolyte solution of Reference Example 1 was used.

(評価例1)
実施例1〜実施例4、比較例1〜比較例2、及び参考例1のリチウムイオン二次電池に対して、1Cで4Vまで充電を行い、その後、60℃、2Cの条件で、4Vから3.3Vの間の充放電を30サイクル実施した。以上の充放電をエージングという。
(Evaluation example 1)
The lithium ion secondary batteries of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 2 and Reference Example 1 are charged to 4 V at 1 C, and then from 4 V at 60 ° C. and 2 C. 30 cycles of charge / discharge between 3.3 V were performed. The above charging / discharging is called aging.

エージング後に4Vに調製した各リチウムイオン二次電池につき、1Cの定電流にて、10秒間充電させた。充電前後の電圧変化量及び電流値から、オームの法則により、充電時の直流抵抗を算出した。   Each lithium ion secondary battery prepared to 4 V after aging was charged at a constant current of 1 C for 10 seconds. From the voltage change amount and current value before and after charging, the DC resistance during charging was calculated according to Ohm's law.

また、エージング後に3.5Vに調製した各リチウムイオン二次電池につき、1Cの定電流にて、10秒間放電させた。放電前後の電圧変化量及び電流値から、オームの法則により、放電時の直流抵抗を算出した。   In addition, each lithium ion secondary battery prepared at 3.5 V after aging was discharged at a constant current of 1 C for 10 seconds. From the voltage change amount and current value before and after the discharge, the direct current resistance at the time of discharge was calculated according to Ohm's law.

さらに、エージング後に、3.929Vに調製した実施例1、比較例1及び比較例2のリチウムイオン二次電池につき、2.9Vまで0.15Cで放電した際の、放電容量を測定した。   Furthermore, the discharge capacity when discharging at 0.15 C to 2.9 V was measured for the lithium ion secondary batteries of Example 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 prepared to 3.929 V after aging.

以上の結果を、リチウム含有金属酸化物として比表面積が1.2m/gのものを用いたリチウムイオン二次電池については、表1に示し、リチウム含有金属酸化物として比表面積が1.36m/gのものを用いたリチウムイオン二次電池については、表2に示す。なお、表中のCHBとは、シクロヘキシルベンゼンの略称であり、BPとはビフェニルの略称であり、VCとは、ビニレンカーボネートの略称である。 The above results are shown in Table 1 for lithium ion secondary batteries using lithium-containing metal oxides having a specific surface area of 1.2 m 2 / g, and the specific surface area of lithium-containing metal oxides is 1.36 m. The lithium ion secondary battery using 2 / g is shown in Table 2. In the table, CHB is an abbreviation for cyclohexylbenzene, BP is an abbreviation for biphenyl, and VC is an abbreviation for vinylene carbonate.

Figure 2018088362
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Figure 2018088362
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表1の比較例1と参考例1の結果から、シクロヘキシルベンゼンの添加に因り、充電時及び放電時の直流抵抗が増加することがわかる。評価例1の充放電条件下では、過充電防止剤であるシクロヘキシルベンゼンは未分解と考えられるため、比較例1のリチウムイオン二次電池においては、シクロヘキシルベンゼンそのものが抵抗体となったといえる。   From the results of Comparative Example 1 and Reference Example 1 in Table 1, it can be seen that the DC resistance during charging and discharging increases due to the addition of cyclohexylbenzene. Under the charge / discharge conditions of Evaluation Example 1, cyclohexylbenzene, which is an overcharge inhibitor, is considered to be undecomposed, so that it can be said that in the lithium ion secondary battery of Comparative Example 1, cyclohexylbenzene itself became a resistor.

また、比較例2と参考例1の結果から、ビニレンカーボネートの添加に因り、充電時及び放電時の直流抵抗が増加することがわかる。比較例2のリチウムイオン二次電池においては、評価例1の充放電条件下で、ビニレンカーボネートが還元分解して負極表面に低抵抗な炭素含有被膜が形成されていると考えられるものの、正極表面にビニレンカーボネートの吸着が生じたこと、及び/又は、正極表面にビニレンカーボネートの分解生成物に因る炭素含有被膜が過剰に形成されたことで、比較例2のリチウムイオン二次電池における全体の抵抗が増加したと考えられる。   Moreover, it turns out that the direct current resistance at the time of charge and discharge increases from the result of the comparative example 2 and the reference example 1 due to addition of vinylene carbonate. In the lithium ion secondary battery of Comparative Example 2, it is considered that vinylene carbonate is reduced and decomposed under the charge / discharge conditions of Evaluation Example 1 to form a low-resistance carbon-containing film on the negative electrode surface. In the lithium ion secondary battery of Comparative Example 2, the adsorption of vinylene carbonate occurred and / or the carbon-containing film due to the decomposition product of vinylene carbonate was excessively formed on the positive electrode surface. The resistance is thought to have increased.

しかしながら、実施例1においては、シクロヘキシルベンゼンとビニレンカーボネートの両者を添加しているにも関わらず、充電時及び放電時の直流抵抗が参考例1と同等以下であった。シクロヘキシルベンゼンは、負極表面の炭素含有被膜の形成に寄与しなかったビニレンカーボネートが正極表面に吸着することを阻害した、及び/又は、正極表面にビニレンカーボネートの分解生成物が高抵抗な炭素含有被膜を過剰に形成することを阻害したといえる。かかる阻害による抵抗抑制効果が著しく大きいため、実施例1のリチウムイオン二次電池における全体の充放電抵抗が抑制されたといえる。
さらに、実施例1のリチウムイオン二次電池においては、放電容量が優れていることも確認できた。
However, in Example 1, although both cyclohexylbenzene and vinylene carbonate were added, the DC resistance during charging and discharging was equal to or less than that of Reference Example 1. Cyclohexylbenzene inhibited the adsorption of vinylene carbonate, which did not contribute to the formation of the carbon-containing coating on the negative electrode surface, to the positive electrode surface, and / or the carbon-containing coating having a high resistance to the decomposition product of vinylene carbonate on the positive electrode surface. It can be said that the formation of excess was inhibited. Since the resistance suppression effect by this inhibition is remarkably large, it can be said that the entire charge / discharge resistance in the lithium ion secondary battery of Example 1 was suppressed.
Furthermore, in the lithium ion secondary battery of Example 1, it was also confirmed that the discharge capacity was excellent.

また、表2の結果から、有機化合物としてシクロヘキシルベンゼンとビフェニルを併用し、さらにビニレンカーボネートを用いた実施例3及び実施例4においては、充電時及び放電時の直流抵抗がシクロヘキシルベンゼンとビニレンカーボネートを用いた実施例2と同等又はそれ以下であった。   In addition, from the results of Table 2, in Example 3 and Example 4 in which cyclohexylbenzene and biphenyl were used in combination as the organic compound and vinylene carbonate was used, the DC resistance during charging and discharging was cyclohexylbenzene and vinylene carbonate. It was equal to or less than that of Example 2 used.

不飽和環状カーボネート及び有機化合物を含む本発明の電解液は、リチウムイオン二次電池の抵抗を抑制し得ることが裏付けられたといえる。   It can be said that the electrolytic solution of the present invention containing the unsaturated cyclic carbonate and the organic compound can support the resistance of the lithium ion secondary battery.

Claims (7)

下記一般式(1)で表されるリチウム塩を含む電解質と、下記一般式(2)で表される鎖状カーボネートを含む有機溶媒と、不飽和環状カーボネートと、下記一般式(3−1)〜(3−5)のいずれかで表される有機化合物とを含み、
前記鎖状カーボネートが前記リチウム塩に対し、モル比3〜6で含まれていることを特徴とする電解液。
(R)(RSO)NLi 一般式(1)
(Rは、水素、ハロゲン、置換基で置換されていても良いアルキル基、置換基で置換されていても良いシクロアルキル基、置換基で置換されていても良い不飽和アルキル基、置換基で置換されていても良い不飽和シクロアルキル基、置換基で置換されていても良い芳香族基、置換基で置換されていても良い複素環基、置換基で置換されていても良いアルコキシ基、置換基で置換されていても良い不飽和アルコキシ基、置換基で置換されていても良いチオアルコキシ基、置換基で置換されていても良い不飽和チオアルコキシ基、CN、SCN、OCNから選択される。
は、水素、ハロゲン、置換基で置換されていても良いアルキル基、置換基で置換されていても良いシクロアルキル基、置換基で置換されていても良い不飽和アルキル基、置換基で置換されていても良い不飽和シクロアルキル基、置換基で置換されていても良い芳香族基、置換基で置換されていても良い複素環基、置換基で置換されていても良いアルコキシ基、置換基で置換されていても良い不飽和アルコキシ基、置換基で置換されていても良いチオアルコキシ基、置換基で置換されていても良い不飽和チオアルコキシ基、CN、SCN、OCNから選択される。
また、RとRは、互いに結合して環を形成しても良い。
は、SO、C=O、C=S、RP=O、RP=S、S=O、Si=Oから選択される。
、Rは、それぞれ独立に、水素、ハロゲン、置換基で置換されていても良いアルキル基、置換基で置換されていても良いシクロアルキル基、置換基で置換されていても良い不飽和アルキル基、置換基で置換されていても良い不飽和シクロアルキル基、置換基で置換されていても良い芳香族基、置換基で置換されていても良い複素環基、置換基で置換されていても良いアルコキシ基、置換基で置換されていても良い不飽和アルコキシ基、置換基で置換されていても良いチオアルコキシ基、置換基で置換されていても良い不飽和チオアルコキシ基、OH、SH、CN、SCN、OCNから選択される。
また、R、Rは、R又はRと結合して環を形成しても良い。)
20OCOOR21 一般式(2)
(R20、R21は、それぞれ独立に、鎖状アルキルであるCClBr、又は、環状アルキルを化学構造に含むCClBrのいずれかから選択される。nは1以上の整数、mは3以上の整数、a、b、c、d、e、f、g、h、i、jはそれぞれ独立に0以上の整数であり、2n+1=a+b+c+d+e、2m−1=f+g+h+i+jを満たす。)
Ar30−(CR303132 一般式(3−1)
(Ar30は置換基を有していてもよい芳香族基である。
nは0以上の整数である。
30、R31、R32は、それぞれ独立に、水素、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアルケニル基、置換基を有していてもよいアルキニル基、置換基を有していてもよい芳香族基から選択される。R30、R31及び/又はR32はこれらが結合する炭素と共に環構造を形成してもよい。また、Ar30はR30及び/又はR31と結合して環構造を形成してもよい。)
Ar31−(Ar32 一般式(3−2)
(Ar31、Ar32は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい芳香族基から選択される。nは1以上の整数である。)
Ar33−(Y−R33 一般式(3−3)
(Ar33は置換基を有していてもよい芳香族基から選択される。
YはO、S、Nから選択され、YがO若しくはSの場合、mは1であり、YがNの場合、mは2である。
nは1以上の整数である。
33は、それぞれ独立に、水素、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアルケニル基、置換基を有していてもよいアルキニル基、置換基を有していてもよい芳香族基から選択される。R33はY及びAr33と共に環構造を形成してもよい。YがNの場合に2つのR33はこれらが結合するNと共に環構造を形成してもよい。また、nが2以上の場合、複数のR33が共同して環構造を形成してもよい。)
Cy−(Y−R34 一般式(3−4)
(Cyは置換基を有していてもよい飽和炭素環基、置換基を有していてもよい飽和複素環基から選択される。
nは0以上の整数である。
YはO、S、Nから選択され、YがO若しくはSの場合、mは1であり、YがNの場合、mは2である。
34は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアルケニル基、置換基を有していてもよいアルキニル基から選択される。R34はY及びCyと共に環構造を形成してもよい。YがNの場合に2つのR34はこれらが結合するNと共に環構造を形成してもよい。また、nが2以上の場合、複数のR34が共同して環構造を形成してもよい。)
353637C−COOR38 一般式(3−5)
(R35、R36、R37はそれぞれ独立に、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアルケニル基、置換基を有していてもよいアルキニル基、置換基を有していてもよい芳香族基、置換基を有していてもよいアルキルオキシ基、NR3940(R39、R40はそれぞれ独立にアルキル基、芳香族基、複素環基から選択される。)から選択される。
35、R36及び/又はR37は、これらが結合する炭素と共に環構造を形成してもよい。
38は、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアルケン基、置換基を有していてもよいアルキレン基、置換基を有していてもよい芳香族基から選択される。)
An electrolyte containing a lithium salt represented by the following general formula (1), an organic solvent containing a chain carbonate represented by the following general formula (2), an unsaturated cyclic carbonate, and the following general formula (3-1) An organic compound represented by any one of (3-5),
The electrolytic solution, wherein the chain carbonate is contained in a molar ratio of 3 to 6 with respect to the lithium salt.
(R 1 X 1 ) (R 2 SO 2 ) NLi General formula (1)
(R 1 is hydrogen, halogen, an alkyl group which may be substituted with a substituent, a cycloalkyl group which may be substituted with a substituent, an unsaturated alkyl group which may be substituted with a substituent, or a substituent. An unsaturated cycloalkyl group which may be substituted with, an aromatic group which may be substituted with a substituent, a heterocyclic group which may be substituted with a substituent, or an alkoxy group which may be substituted with a substituent , An unsaturated alkoxy group that may be substituted with a substituent, a thioalkoxy group that may be substituted with a substituent, an unsaturated thioalkoxy group that may be substituted with a substituent, CN, SCN, or OCN Is done.
R 2 represents hydrogen, halogen, an alkyl group which may be substituted with a substituent, a cycloalkyl group which may be substituted with a substituent, an unsaturated alkyl group which may be substituted with a substituent, or a substituent. An unsaturated cycloalkyl group which may be substituted, an aromatic group which may be substituted with a substituent, a heterocyclic group which may be substituted with a substituent, an alkoxy group which may be substituted with a substituent, Selected from an unsaturated alkoxy group which may be substituted with a substituent, a thioalkoxy group which may be substituted with a substituent, an unsaturated thioalkoxy group which may be substituted with a substituent, CN, SCN, OCN The
R 1 and R 2 may be bonded to each other to form a ring.
X 1 is selected from SO 2 , C = O, C = S, R a P = O, R b P = S, S = O, Si = O.
R a and R b are each independently hydrogen, halogen, an alkyl group that may be substituted with a substituent, a cycloalkyl group that may be substituted with a substituent, or a group that may be substituted with a substituent. A saturated alkyl group, an unsaturated cycloalkyl group that may be substituted with a substituent, an aromatic group that may be substituted with a substituent, a heterocyclic group that may be substituted with a substituent, and a substituent An alkoxy group which may be substituted, an unsaturated alkoxy group which may be substituted with a substituent, a thioalkoxy group which may be substituted with a substituent, an unsaturated thioalkoxy group which may be substituted with a substituent, OH , SH, CN, SCN, and OCN.
R a and R b may combine with R 1 or R 2 to form a ring. )
R 20 OCOOR 21 general formula (2)
(R 20 and R 21 each independently represent C n H a F b Cl c Br d I e which is a chain alkyl, or C m H f F g Cl h Br i I containing a cyclic alkyl in the chemical structure. selected from j , n is an integer of 1 or more, m is an integer of 3 or more, a, b, c, d, e, f, g, h, i, j are each independently an integer of 0 or more 2n + 1 = a + b + c + d + e, 2m-1 = f + g + h + i + j is satisfied.)
Ar 30- (CR 30 R 31 R 32 ) nGeneral formula (3-1)
(Ar 30 is an aromatic group which may have a substituent.
n is an integer of 0 or more.
R 30 , R 31 and R 32 are each independently hydrogen, an alkyl group which may have a substituent, an alkenyl group which may have a substituent, or an alkynyl which may have a substituent. It is selected from a group and an aromatic group which may have a substituent. R 30 , R 31 and / or R 32 may form a ring structure together with the carbon to which they are bonded. Ar 30 may combine with R 30 and / or R 31 to form a ring structure. )
Ar 31 - (Ar 32) n Formula (3-2)
(Ar 31 and Ar 32 are each independently selected from an optionally substituted aromatic group. N is an integer of 1 or more.)
Ar 33 - (Y-R 33 m) n Formula (3-3)
(Ar 33 is selected from aromatic groups which may have a substituent.
Y is selected from O, S, and N. When Y is O or S, m is 1, and when Y is N, m is 2.
n is an integer of 1 or more.
R 33 each independently has hydrogen, an alkyl group that may have a substituent, an alkenyl group that may have a substituent, an alkynyl group that may have a substituent, or a substituent. Selected from aromatic groups that may be present. R 33 may form a ring structure with Y and Ar 33 . When Y is N, two R 33 may form a ring structure together with N to which they are bonded. When n is 2 or more, a plurality of R 33 may jointly form a ring structure. )
Cy- (YR 34 m ) n General formula (3-4)
(Cy is selected from a saturated carbocyclic group which may have a substituent and a saturated heterocyclic group which may have a substituent.
n is an integer of 0 or more.
Y is selected from O, S, and N. When Y is O or S, m is 1, and when Y is N, m is 2.
R 34 is independently selected from an alkyl group which may have a substituent, an alkenyl group which may have a substituent, and an alkynyl group which may have a substituent. R 34 may form a ring structure together with Y and Cy. When Y is N, two R 34 may form a ring structure together with N to which they are bonded. When n is 2 or more, a plurality of R 34 may jointly form a ring structure. )
R 35 R 36 R 37 C-COOR 38 General formula (3-5)
(R 35 , R 36 and R 37 are each independently an alkyl group which may have a substituent, an alkenyl group which may have a substituent, an alkynyl group which may have a substituent, An aromatic group which may have a substituent, an alkyloxy group which may have a substituent, NR 39 R 40 (R 39 and R 40 are each independently an alkyl group, an aromatic group and a heterocyclic group. Selected from).
R 35 , R 36 and / or R 37 may form a ring structure together with the carbon to which they are bonded.
R 38 represents an alkyl group which may have a substituent, an alkene group which may have a substituent, an alkylene group which may have a substituent, or an aromatic which may have a substituent. Selected from group. )
前記有機溶媒は前記鎖状カーボネートを80体積%以上又は80モル%以上で含む請求項1に記載の電解液。   The electrolytic solution according to claim 1, wherein the organic solvent contains the chain carbonate in an amount of 80% by volume or more or 80% by mole or more. 前記電解質は前記リチウム塩を80質量%以上又は80モル%以上で含む請求項1又は2に記載の電解液。   The electrolyte according to claim 1 or 2, wherein the electrolyte contains the lithium salt at 80 mass% or more or 80 mol% or more. 前記リチウム塩が下記一般式(1−1)で表される請求項1〜3のいずれかに記載の電解液。
(R)(RSO)NLi 一般式(1−1)
(R、Rは、それぞれ独立に、CClBr(CN)(SCN)
(OCN)である。
n、a、b、c、d、e、f、g、hはそれぞれ独立に0以上の整数であり、2n+1=a+b+c+d+e+f+g+hを満たす。
また、RとRは、互いに結合して環を形成しても良く、その場合は、2n=a+b+c+d+e+f+g+hを満たす。
は、SO、C=O、C=S、RP=O、RP=S、S=O、Si=Oから選択される。
、Rは、それぞれ独立に、水素、ハロゲン、置換基で置換されていても良いアルキル基、置換基で置換されていても良いシクロアルキル基、置換基で置換されていても良い不飽和アルキル基、置換基で置換されていても良い不飽和シクロアルキル基、置換基で置換されていても良い芳香族基、置換基で置換されていても良い複素環基、置換基で置換されていても良いアルコキシ基、置換基で置換されていても良い不飽和アルコキシ基、置換基で置換されていても良いチオアルコキシ基、置換基で置換されていても良い不飽和チオアルコキシ基、OH、SH、CN、SCN、OCNから選択される。
また、R、Rは、R又はRと結合して環を形成しても良い。)
The electrolytic solution according to claim 1, wherein the lithium salt is represented by the following general formula (1-1).
(R 3 X 2 ) (R 4 SO 2 ) NLi General formula (1-1)
(R 3 and R 4 each independently represent C n H a F b Cl c Br d I e (CN) f (SCN)
g (OCN) h .
n, a, b, c, d, e, f, g, and h are each independently an integer of 0 or more, and satisfy 2n + 1 = a + b + c + d + e + f + g + h.
R 3 and R 4 may combine with each other to form a ring, in which case 2n = a + b + c + d + e + f + g + h is satisfied.
X 2 is, SO 2, C = O, C = S, R c P = O, R d P = S, S = O, is selected from Si = O.
R c and R d are each independently hydrogen, halogen, an alkyl group that may be substituted with a substituent, a cycloalkyl group that may be substituted with a substituent, or a group that may be substituted with a substituent. A saturated alkyl group, an unsaturated cycloalkyl group that may be substituted with a substituent, an aromatic group that may be substituted with a substituent, a heterocyclic group that may be substituted with a substituent, and a substituent An alkoxy group which may be substituted, an unsaturated alkoxy group which may be substituted with a substituent, a thioalkoxy group which may be substituted with a substituent, an unsaturated thioalkoxy group which may be substituted with a substituent, OH , SH, CN, SCN, and OCN.
R c and R d may combine with R 3 or R 4 to form a ring. )
前記リチウム塩が下記一般式(1−2)で表される請求項1〜4のいずれかに記載の電解液。
(RSO)(RSO)NLi 一般式(1−2)
(R、Rは、それぞれ独立に、CClBrである。
n、a、b、c、d、eはそれぞれ独立に0以上の整数であり、2n+1=a+b+c+d+eを満たす。
また、RとRは、互いに結合して環を形成しても良く、その場合は、2n=a+b+c+d+eを満たす。)
The electrolytic solution according to claim 1, wherein the lithium salt is represented by the following general formula (1-2).
(R 5 SO 2 ) (R 6 SO 2 ) NLi Formula (1-2)
(R 5 and R 6 are each independently C n H a F b Cl c Br d I e .
n, a, b, c, d, and e are each independently an integer of 0 or more, and satisfy 2n + 1 = a + b + c + d + e.
R 5 and R 6 may combine with each other to form a ring, in which case 2n = a + b + c + d + e is satisfied. )
前記リチウム塩が(CFSONLi、(FSONLi、(CSONLi、FSO(CFSO)NLi、(SOCFCFSO)NLi、又は(SOCFCFCFSO)NLiである請求項1〜5のいずれかに記載の電解液。 The lithium salt is (CF 3 SO 2 ) 2 NLi, (FSO 2 ) 2 NLi, (C 2 F 5 SO 2 ) 2 NLi, FSO 2 (CF 3 SO 2 ) NLi, (SO 2 CF 2 CF 2 SO 2 The electrolytic solution according to claim 1, which is NLi) or (SO 2 CF 2 CF 2 CF 2 SO 2 ) NLi. 請求項1〜6のいずれかに記載の電解液を具備するリチウムイオン二次電池。   A lithium ion secondary battery comprising the electrolytic solution according to claim 1.
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