JP2018120761A - Additive agent for electrochemical device, method for manufacturing the same, and electrolyte solution for electrochemical device - Google Patents

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Hiroshi Haruna
博史 春名
尚平 寺田
Shohei Terada
尚平 寺田
翔平 水野
Shohei Mizuno
翔平 水野
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide: an additive agent for an electrochemical device, which enables the materialization of an electrochemical device having a high initial capacity and good cycle characteristics; a method for manufacturing the additive agent; and an electrolyte solution for an electrochemical device.SOLUTION: An additive agent for an electrochemical device and an electrolyte solution for an electrochemical device each comprise a reaction product of a boroxine compound represented by the general formula, (BO)(OR)[where Rs independently represent an organic group with 1-6 carbon atoms], and a lithium hexafluorophosphate; the quantity of fluorine atoms is less than 6 times that of lithium atoms. A method for manufacturing an additive agent for an electrochemical device comprises the steps of: causing a reaction of a boroxine compound and a lithium hexafluorophosphate in a nonaqueous solvent to prepare a liquid solution containing a reaction product thereof; and performing degasification of a volatile fluorine compound to obtain a solution containing an alkyl difluorophosphate, of which the quantity of fluorine atoms is less than 6 times that of lithium atoms.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、電気化学デバイス用添加剤、電気化学デバイス用添加剤の製造方法及び電気化学デバイス用電解液に関する。   The present invention relates to an additive for electrochemical devices, a method for producing an additive for electrochemical devices, and an electrolytic solution for electrochemical devices.

近年、携帯電話や携帯用パソコン等に用いられる移動体通信用電源は、更なる小型化や、高エネルギ密度化が要望されている。また、電気自動車、ハイブリッド自動車、ハイブリッド気道車等に用いられる駆動電源や、太陽光や風力等を利用した自然エネルギ発電と組み合わせて用いられる電力貯蔵用定置電源等の開発も進んでいる。このような状況下、リチウム二次電池が注目されているが、リチウム二次電池は、充放電を繰り返すことで充放電効率が低下するため、経時劣化が小さいリチウム二次電池が求められている。   In recent years, there has been a demand for further miniaturization and higher energy density of mobile communication power supplies used for mobile phones and portable personal computers. In addition, development of drive power sources used for electric vehicles, hybrid vehicles, hybrid airway vehicles, and the like, and stationary power sources for power storage used in combination with natural energy power generation using sunlight, wind power, and the like are also progressing. Under such circumstances, lithium secondary batteries have attracted attention. However, lithium secondary batteries have low charge-discharge efficiency due to repeated charge and discharge, and therefore, lithium secondary batteries with little deterioration over time are required. .

また、近年では、リチウムイオンキャパシタの大容量化も進められており、電力貯蔵用定置電源等にも用途が拡大している。リチウム二次電池や、リチウムイオンキャパシタのようにリチウムイオンが電荷移動を担う電気化学デバイスの電極間には、多くの場合、リチウムイオンの伝導性を有する電解液が用いられている。電気化学デバイスの初期特性やサイクル特性は、電解液のイオン伝導性や、酸化還元反応に対する安定性等によって大きく左右されるため、電解液に添加剤を添加して電気化学デバイスの諸特性の改善が図られる。   In recent years, the capacity of lithium ion capacitors has been increased, and the application has been expanded to stationary power sources for power storage. In many cases, an electrolytic solution having lithium ion conductivity is used between electrodes of an electrochemical device in which lithium ions are responsible for charge transfer, such as lithium secondary batteries and lithium ion capacitors. The initial characteristics and cycle characteristics of electrochemical devices are greatly affected by the ionic conductivity of the electrolyte and the stability to redox reactions, so the addition of additives to the electrolyte improves the characteristics of the electrochemical device. Is planned.

従来、電解液にボロキシンを添加することによって、電気化学デバイスの諸特性を改善する試みがなされている。例えば、特許文献1には、炭酸エステル及びホウ酸エステルから選ばれる少なくとも1種の溶媒と、LiBF4と、ボロキシン化合物と、を混合したリチウム二次電池用電解液が開示されている。また、特許文献2には、ボロキシン化合物及びLiPF6を含有することによって生成する、3価及びそれより高い価数のホウ素を有する化合物と、非水溶媒とを含むリチウム二次電池用電解液が開示されている。 Conventionally, attempts have been made to improve various characteristics of electrochemical devices by adding boroxine to the electrolytic solution. For example, Patent Document 1 discloses an electrolyte solution for a lithium secondary battery in which at least one solvent selected from a carbonate ester and a borate ester, LiBF 4, and a boroxine compound are mixed. Patent Document 2 discloses an electrolytic solution for a lithium secondary battery, which contains a compound having trivalent and higher valence boron produced by containing a boroxine compound and LiPF 6 and a non-aqueous solvent. It is disclosed.

国際公開第2012/133556号International Publication No. 2012/133556 特開2015−041531号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2015-041531

特許文献1によると、炭酸エステル系溶媒又はホウ酸エステル系溶媒に、支持塩としてLiBF4を用い、特定のボロキシン化合物を添加して得た電解液を用いると、4.4V以上の高電圧でも充電可能なリチウム二次電池が得られるとされている。一方、支持塩の一種であるヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6)については、トリイソプロポキシボロキシン(TiPBx)と反応することにより効果を失うため、良好な充放電特性が得られないとされている(段落0021参照)。 According to Patent Document 1, when an electrolytic solution obtained by adding LiBF 4 as a supporting salt to a carbonate ester solvent or borate ester solvent and adding a specific boroxine compound is used, even at a high voltage of 4.4 V or higher. It is said that a rechargeable lithium secondary battery can be obtained. On the other hand, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), which is a kind of supporting salt, loses its effect by reacting with triisopropoxyboroxine (TiPBx), so that good charge / discharge characteristics cannot be obtained. (See paragraph 0021).

しかしながら、リチウム二次電池等の電気化学デバイスは、初期容量等の初期特性やサイクル特性が未だ十分に備わっているとはいえず、諸特性の更なる改善が求められている。電気化学デバイスの諸特性を改善し、サイクル特性等と共に初期容量等も確保する観点からは、LiPF6等のようにイオン伝導性や解離度が良好な他の支持塩を適用可能な技術が望まれる。また、特許文献2に開示された技術によれば、リチウム二次電池の初期容量が大きくなり、経時的な電池容量の低下が抑制され、電池の寿命特性が向上するものの、高い初期容量を確保する観点からは依然として改善の余地がある。 However, electrochemical devices such as lithium secondary batteries are still not sufficiently equipped with initial characteristics such as initial capacity and cycle characteristics, and further improvements in various characteristics are required. From the viewpoint of improving the various characteristics of the electrochemical device and ensuring the initial capacity as well as the cycle characteristics, a technique capable of applying other supporting salts with good ion conductivity and dissociation degree such as LiPF 6 is desired. It is. In addition, according to the technique disclosed in Patent Document 2, the initial capacity of the lithium secondary battery is increased, the decrease in battery capacity over time is suppressed, and the life characteristics of the battery are improved, but a high initial capacity is ensured. From this point of view, there is still room for improvement.

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、初期容量が高く、サイクル特性も良好な電気化学デバイスを実現し得る電気化学デバイス用添加剤、その製造方法及び電気化学デバイス用電解液を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and includes an additive for an electrochemical device capable of realizing an electrochemical device having a high initial capacity and good cycle characteristics, a production method thereof, and an electrolytic solution for an electrochemical device. The purpose is to provide.

前記課題を解決するために本発明に係る電気化学デバイス用添加剤は、次の一般式(I)、(BO)3(OR)3・・・(I)[式中、Rは、それぞれ独立に、炭素数が1〜6の有機基である。]で表されるボロキシン化合物とヘキサフルオロリン酸リチウムとの反応生成物を含んでなり、フッ素原子の量がリチウム原子の量の6倍未満であることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the additive for an electrochemical device according to the present invention has the following general formulas (I), (BO) 3 (OR) 3 (I) [wherein R is independently And an organic group having 1 to 6 carbon atoms. ], And the amount of fluorine atoms is less than 6 times the amount of lithium atoms.

また、本発明に係る電気化学デバイス用添加剤の製造方法は、次の一般式(I)、(BO)3(OR)3・・・(I)[式中、Rは、それぞれ独立に、炭素数が1〜6の有機基である。]で表されるボロキシン化合物とヘキサフルオロリン酸リチウムとを非水溶媒中で反応させて反応生成物を含む溶液を調製し、前記溶液に含まれている揮発性のフッ素化合物を脱気し、ジフルオロリン酸アルキルを含むと共にフッ素原子の量がリチウム原子の量の6倍未満である前記溶液を得ることを特徴とする。 Moreover, the manufacturing method of the additive for electrochemical devices which concerns on this invention is the following general formula (I), (BO) 3 (OR) 3 ... (I) [In formula, R is each independently, It is an organic group having 1 to 6 carbon atoms. A solution containing the reaction product by reacting the boroxine compound represented by formula (I) and lithium hexafluorophosphate in a non-aqueous solvent, degassing the volatile fluorine compound contained in the solution, The solution is characterized in that it contains an alkyl difluorophosphate and the amount of fluorine atoms is less than 6 times the amount of lithium atoms.

また、本発明に係る電気化学デバイス用電解液は、次の一般式(I)、(BO)3(OR)3・・・(I)[式中、Rは、それぞれ独立に、炭素数が1〜6の有機基である。]で表されるボロキシン化合物とヘキサフルオロリン酸リチウムとの反応生成物を含んでなり、フッ素原子の量が、リチウム原子の量の6倍未満であることを特徴とする。 Moreover, the electrolyte solution for electrochemical devices according to the present invention has the following general formulas (I), (BO) 3 (OR) 3 (I) [wherein R is independently a carbon number. 1 to 6 organic groups. ], And the amount of fluorine atoms is less than 6 times the amount of lithium atoms.

本発明によれば、初期容量が高く、サイクル特性も良好な電気化学デバイスを実現し得る電気化学デバイス用添加剤、その製造方法及び電気化学デバイス用電解液を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the additive for electrochemical devices which can implement | achieve the electrochemical device with a high initial capacity | capacitance and favorable cycling characteristics, its manufacturing method, and the electrolyte solution for electrochemical devices can be provided.

ボロキシン化合物を添加した溶液の19F−NMR吸収スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the 19 F-NMR absorption spectrum of the solution which added the boroxine compound. リチウム二次電池の一例を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of a lithium secondary battery typically.

以下、本発明の実施形態に係る電気化学デバイス用添加剤、その製造方法及び電気化学デバイス用電解液ついて、具体的に説明する。以下の説明は本発明の内容の具体例を示すものであり、本発明はこれらの説明に限定されるものではなく、本明細書に開示される技術的思想の範囲内において当業者による様々な変更および修正が可能である。   Hereinafter, the additive for electrochemical devices, the production method thereof, and the electrolytic solution for electrochemical devices according to embodiments of the present invention will be specifically described. The following description shows specific examples of the contents of the present invention, and the present invention is not limited to these descriptions. Various modifications by those skilled in the art are within the scope of the technical idea disclosed in this specification. Changes and modifications are possible.

本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、ボロキシン環を有するボロキシン化合物とLiPF6とを反応させて反応生成物を含む溶液を調製し、その溶液を電気化学デバイスの電解液に添加すると、電気化学デバイスの初期特性やサイクル特性が効果的に改善されることを見出した。 As a result of intensive research, the inventors of the present invention prepared a solution containing a reaction product by reacting a boroxine compound having a boroxine ring with LiPF 6 and adding the solution to the electrolytic solution of the electrochemical device. It has been found that the initial characteristics and cycle characteristics of electrochemical devices are effectively improved.

従来のボロキシン化合物の用法は、ボロキシン化合物をLiPF6を溶解した電解液に直接添加するものであるため、ボロキシン化合物とLiPF6とが電解液中で反応して効果が減殺されている。これに対して、反応生成物を含む溶液を別途調製して電解液に添加すると、ボロキシン化合物とLiPF6との反応により副次的に生成する劣化因子が電解液に混入し難くなる。以下の実施形態は、このような知見に基き、ボロキシン化合物とLiPF6との反応生成物を添加剤として利用するものである。 In the conventional method of using a boroxine compound, the boroxine compound is directly added to an electrolytic solution in which LiPF 6 is dissolved. Therefore, the boroxine compound and LiPF 6 react in the electrolytic solution to reduce the effect. On the other hand, when a solution containing the reaction product is separately prepared and added to the electrolytic solution, it is difficult for a deterioration factor that is generated as a result of the reaction between the boroxine compound and LiPF 6 to be mixed into the electrolytic solution. The following embodiments utilize a reaction product of a boroxine compound and LiPF 6 as an additive based on such knowledge.

<電気化学デバイス用添加剤>
本実施形態に係る電気化学デバイス用添加剤は、次の一般式(I)、
(BO)3(OR)3・・・(I)
[式中、Rは、それぞれ独立に、炭素数が1〜6の有機基である。]
で表されるボロキシン化合物とヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6)との反応生成物を含んでなる。この電気化学デバイス用添加剤は、電気化学デバイスの電解液に添加して使用することが可能な液体状の添加剤である。
<Additives for electrochemical devices>
The additive for electrochemical devices according to the present embodiment has the following general formula (I),
(BO) 3 (OR) 3 (I)
[In formula, R is a C1-C6 organic group each independently. ]
In represented by the boroxine compound and the lithium hexafluorophosphate comprising the reaction product of (LiPF 6). This additive for electrochemical devices is a liquid additive that can be used by adding to the electrolyte of the electrochemical device.

電気化学デバイス用添加剤は、ボロキシン化合物とLiPF6との反応生成物と、非水溶媒と、を少なくとも含有する。電気化学デバイス用添加剤には、ボロキシン化合物とLiPF6との反応生成物が主成分として含まれるが、非水溶媒中における反応生成物の濃度は特に制限されない。 The additive for electrochemical devices contains at least a reaction product of a boroxine compound and LiPF 6 and a non-aqueous solvent. The additive for electrochemical devices contains a reaction product of a boroxine compound and LiPF 6 as a main component, but the concentration of the reaction product in a non-aqueous solvent is not particularly limited.

一般式(I)で表されるボロキシン化合物は、ボロキシン環の構造を有している。一般式(I)中、Rで表される有機基は、炭素数が1〜6であれば、直鎖状の有機基、分枝状の有機基、及び、環状の有機基のいずれであってもよい。有機基(R)同士は、互いに同一であってもよいし、互いに異なっていてもよい。有機基(R)は、フッ素原子、塩素原子、臭素原子等のハロゲン原子、窒素原子、硫黄原子等を有していてもよい。   The boroxine compound represented by the general formula (I) has a boroxine ring structure. In the general formula (I), the organic group represented by R is any one of a linear organic group, a branched organic group, and a cyclic organic group as long as it has 1 to 6 carbon atoms. May be. The organic groups (R) may be the same as or different from each other. The organic group (R) may have a halogen atom such as a fluorine atom, a chlorine atom or a bromine atom, a nitrogen atom or a sulfur atom.

直鎖状の有機基の具体例としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基等の直鎖状の飽和炭化水素基が挙げられる。直鎖状の飽和炭化水素基は、炭素数が3以上であることが好ましい。   Specific examples of the linear organic group include linear saturated hydrocarbon groups such as a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an n-butyl group, an n-pentyl group, and an n-hexyl group. . The linear saturated hydrocarbon group preferably has 3 or more carbon atoms.

分枝状の有機基の具体例としては、1−メチル−エチル基(イソプロピル基)、1−メチル−プロピル基、1−エチル−プロピル基、2−メチル−プロピル基、1−メチル−ブチル基、1−エチル−ブチル基、2−メチル−ブチル基、2−エチル−ブチル基、3−メチル−ブチル基、1−メチル−ペンチル基、1−エチル−ペンチル基、1−プロピル−ペンチル基、2−メチル−ペンチル基、2−エチル−ペンチル基、2−プロピル−ペンチル基、3−メチル−ペンチル基、3−エチル−ペンチル基、4−メチル−ペンチル基、1−メチル−ヘキシル基、1−エチル−ヘキシル基、1−プロピル−ヘキシル基、1−ブチル−ヘキシル基、1−ペンチル−ヘキシル基、2−メチル−ヘキシル基、2−エチル−ヘキシル基、2−プロピル−ヘキシル基、2−ブチル−ヘキシル基、3−メチル−ヘキシル基、3−エチル−ヘキシル基、3−プロピル−ヘキシル基、4−メチル−ヘキシル基、4−エチル−ヘキシル基、5−メチル−ヘキシル基等の分枝状の飽和炭化水素基が挙げられる。分枝状の飽和炭化水素基は、炭素数が3以上であることが好ましい。   Specific examples of the branched organic group include 1-methyl-ethyl group (isopropyl group), 1-methyl-propyl group, 1-ethyl-propyl group, 2-methyl-propyl group, 1-methyl-butyl group. 1-ethyl-butyl group, 2-methyl-butyl group, 2-ethyl-butyl group, 3-methyl-butyl group, 1-methyl-pentyl group, 1-ethyl-pentyl group, 1-propyl-pentyl group, 2-methyl-pentyl group, 2-ethyl-pentyl group, 2-propyl-pentyl group, 3-methyl-pentyl group, 3-ethyl-pentyl group, 4-methyl-pentyl group, 1-methyl-hexyl group, 1 -Ethyl-hexyl group, 1-propyl-hexyl group, 1-butyl-hexyl group, 1-pentyl-hexyl group, 2-methyl-hexyl group, 2-ethyl-hexyl group, 2-propyl-hexyl group Group, 2-butyl-hexyl group, 3-methyl-hexyl group, 3-ethyl-hexyl group, 3-propyl-hexyl group, 4-methyl-hexyl group, 4-ethyl-hexyl group, 5-methyl-hexyl group And branched saturated hydrocarbon groups. The branched saturated hydrocarbon group preferably has 3 or more carbon atoms.

環状の有機基の具体例としては、シクロヘキシル基等の環状の飽和炭化水素基が挙げられる。   Specific examples of the cyclic organic group include cyclic saturated hydrocarbon groups such as a cyclohexyl group.

前記一般式(I)中、Rは、イソプロピル基であることが特に好ましい。すなわち、一般式(I)で表されるボロキシン化合物が、トリイソプロポキシボロキシン(TiPBx)であることが特に好ましい。TiPBxは、構造が比較的安定しており、溶解性も良好である。また、TiPBxは、電気化学デバイスの諸特性を改善する効果が高いため有利である。   In the general formula (I), R is particularly preferably an isopropyl group. That is, the boroxine compound represented by the general formula (I) is particularly preferably triisopropoxyboroxine (TiPBx). TiPBx has a relatively stable structure and good solubility. TiPBx is advantageous because it has a high effect of improving various characteristics of the electrochemical device.

電気化学デバイス用添加剤を組成する非水溶媒としては、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート等を用いることができる。また、一般的な電気化学デバイスの電解液に用いられる適宜の有機系溶媒を用いることができる。具体的には、電気化学デバイスの電解液溶媒として後記する溶媒種を用いることができる。非水溶媒としては、これらのうち一種が使用されてもよいし、複数種が併用されてもよい。非水溶媒は、電気化学デバイス用添加剤を使用する電気化学デバイスの電解液溶媒と同種であることが好ましい。   Dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, diethyl carbonate, or the like can be used as the non-aqueous solvent constituting the additive for electrochemical devices. Moreover, the appropriate organic solvent used for the electrolyte solution of a general electrochemical device can be used. Specifically, the following solvent species can be used as the electrolyte solution solvent of the electrochemical device. As the non-aqueous solvent, one of these may be used, or a plurality of types may be used in combination. The non-aqueous solvent is preferably the same type as the electrolytic solution solvent of the electrochemical device using the electrochemical device additive.

電気化学デバイス用添加剤は、ビニレンカーボネート等、電極表面に被膜を形成する添加剤を含有していてもよい。具体的には、電気化学デバイスの添加剤として後記する化合物種を含有していてもよい。電極表面に被膜を形成する添加剤としては、これらのうち一種が使用されてもよいし、複数種が併用されてもよい。   The additive for electrochemical devices may contain an additive that forms a film on the electrode surface, such as vinylene carbonate. Specifically, the compound species described later may be contained as an additive for the electrochemical device. As an additive for forming a film on the electrode surface, one of these may be used, or a plurality of may be used in combination.

一般式(I)で表されるボロキシン化合物は、LiPF6と反応すると、ボロキシン環を構成するホウ素原子にフッ素原子が結合したボロキシン誘導体と、ジフルオロリン酸アルキルとを生成する。ジフルオロリン酸アルキルの一種は、次の一般式(II)、
2(RO)P=O・・・(II)
[式中、Rは、炭素数1〜6の有機基である。]で表される。
When the boroxine compound represented by the general formula (I) reacts with LiPF 6 , a boroxine derivative in which a fluorine atom is bonded to a boron atom constituting the boroxine ring and an alkyl difluorophosphate are generated. One type of alkyl difluorophosphate is represented by the following general formula (II):
F 2 (RO) P = O (II)
[Wherein, R represents an organic group having 1 to 6 carbon atoms. ].

図1は、ボロキシン化合物を添加した溶液の19F−NMR吸収スペクトルを示す図である。
図1の下段のスペクトルは、TiPBxとLiPF6とをジメチルカーボネート中においてモル比1:0.33で反応させた溶液のスペクトルであり、電気化学デバイス用添加剤のスペクトルに相当する。また、図1の中段のスペクトルは、TiPBxとLiPF6とをジメチルカーボネート中においてモル比1:0.33で反応させた溶液を添加した電気化学デバイス用電解液のスペクトルであり、電気化学デバイス用添加剤を添加した電解液のスペクトルに相当する。
FIG. 1 is a diagram showing a 19 F-NMR absorption spectrum of a solution to which a boroxine compound is added.
The lower spectrum of FIG. 1 is a spectrum of a solution obtained by reacting TiPBx and LiPF 6 in dimethyl carbonate at a molar ratio of 1: 0.33, and corresponds to the spectrum of the additive for electrochemical devices. 1 is a spectrum of an electrolytic solution for an electrochemical device to which a solution obtained by reacting TiPBx and LiPF 6 in dimethyl carbonate at a molar ratio of 1: 0.33 is added. This corresponds to the spectrum of the electrolytic solution to which the additive is added.

一方、図1の上段のスペクトルは、TiPBxのみを1質量%の濃度で添加した電気化学デバイス用電解液のスペクトルである。なお、電気化学デバイス用電解液としては、エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとを体積比1:2で混合してなる電解液溶媒に、LiPF6を1mol/Lの濃度となるように予め溶解させた溶液を使用している。これらのスペクトルは、140ppm付近にピークを示すテトラフルオロホウ酸を用いた外部標準法により定量的に示されている。 On the other hand, the upper spectrum of FIG. 1 is a spectrum of an electrolytic solution for an electrochemical device to which only TiPBx is added at a concentration of 1 mass%. In addition, as an electrolytic solution for an electrochemical device, LiPF 6 was dissolved in advance in an electrolytic solvent obtained by mixing ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate at a volume ratio of 1: 2 so as to have a concentration of 1 mol / L. You are using a solution. These spectra are quantitatively shown by an external standard method using tetrafluoroboric acid having a peak around 140 ppm.

図1の下段のスペクトルでは、85ppm付近に、TiPBxとLiPF6とが反応して生成したジフルオロリン酸アルキルのピークが確認できる。また、図1の中段のスペクトルでは、73ppm付近に、電解液に予め溶解させたLiPF6に相当するピークが現れているが、84ppm付近には、TiPBxとLiPF6とが反応して生成したジフルオロリン酸アルキルのピークも確認できる。 In the lower spectrum of FIG. 1, a peak of alkyl difluorophosphate produced by reaction of TiPBx and LiPF 6 can be confirmed around 85 ppm. In the middle spectrum of FIG. 1, a peak corresponding to LiPF 6 previously dissolved in the electrolytic solution appears near 73 ppm, but difluoro produced by reaction of TiPBx and LiPF 6 near 84 ppm. The peak of alkyl phosphate can also be confirmed.

一方、図1の上段のスペクトルでは、TiPBxとLiPF6とが反応して生成したジフルオロリン酸アルキルのピークに加えて、帰属が不明な多数のピークが現れている。LiPF6はルイス酸として高い活性を有する五フッ化リン(PF5)を生じるため、これらのピークは、PF5が反応して生成したフッ素化合物によるシグナルであると推定される。 On the other hand, in the upper spectrum of FIG. 1, in addition to the peak of alkyl difluorophosphate produced by the reaction of TiPBx and LiPF 6 , a number of peaks whose attribution is unknown appear. Since LiPF 6 produces phosphorus pentafluoride (PF 5 ) having high activity as a Lewis acid, these peaks are presumed to be signals due to the fluorine compound produced by the reaction of PF 5 .

図1の下段のスペクトル及び中段のスペクトルは、ボロキシン化合物とLiPF6とを予め反応させて反応生成物を含む溶液を調製し、その溶液を電気化学デバイスの電解液に添加すると、PF5が反応して副次的に生成するフッ素化合物の量が低減することを示している。この結果は、ボロキシン化合物の添加によってPF5の生成が促進されたとしても、PF5が電解液に添加される以前に揮発し、その濃度が低減されることを意味している。つまり、PF5が反応して生成する劣化因子、例えば、フッ化水素等のフッ素化合物が電気化学デバイスの電解液に混入し難くなることを意味する。 The lower spectrum and the middle spectrum in FIG. 1 are prepared by reacting a boroxine compound and LiPF 6 in advance to prepare a solution containing a reaction product, and when the solution is added to the electrolyte of an electrochemical device, PF 5 reacts. As a result, the amount of the fluorine compound produced as a secondary agent is reduced. This result means that even if the production of PF 5 is promoted by the addition of the boroxine compound, PF 5 is volatilized before being added to the electrolytic solution, and the concentration thereof is reduced. That is, it means that a deterioration factor generated by the reaction of PF 5 , for example, a fluorine compound such as hydrogen fluoride is difficult to be mixed into the electrolyte solution of the electrochemical device.

本実施形態に係る電気化学デバイス用添加剤は、このようにフッ素化合物の量が低減されているため、溶液中に含まれているフッ素原子の量がリチウム原子の量の6倍未満である。電気化学デバイス用添加剤の非水溶媒には、LiPF6が加えられているところ、LiPF6として反応系に加えられたフッ素原子の一部は、ボロキシン化合物との反応に伴ってPF5となり、PF5として揮発して溶液中から失われる。一方、加えられたフッ素原子の残部は、ジフルオロリン酸アルキルを生成して溶液中に残留する。そのため、電気化学デバイス用添加剤に含まれているフッ素原子のモル数は、当初、LiPF6として加えられたリチウム原子のモル数の2倍以上6倍未満の範囲に低減される。 In the additive for electrochemical devices according to this embodiment, since the amount of the fluorine compound is thus reduced, the amount of fluorine atoms contained in the solution is less than 6 times the amount of lithium atoms. When LiPF 6 is added to the non-aqueous solvent for the electrochemical device additive, a part of the fluorine atoms added to the reaction system as LiPF 6 becomes PF 5 along with the reaction with the boroxine compound, It volatilizes as PF 5 and is lost from the solution. On the other hand, the remainder of the added fluorine atom produces alkyl difluorophosphate and remains in the solution. Therefore, the number of moles of fluorine atoms contained in the additive for electrochemical devices is initially reduced to a range of 2 to 6 times the number of moles of lithium atoms added as LiPF 6 .

電気化学デバイス用添加剤の溶液中に含まれているフッ素原子の量は、より好ましくはリチウム原子の量の2倍以上6倍未満であり、さらに好ましくはリチウム原子の量の2倍以上5.8倍未満である。溶液中に含まれているフッ素原子の量が少ないほど、フッ化水素等の劣化因子を生成するPF5も少なくなる。そのため、電解液の劣化を抑制しつつ、ボロキシン化合物を使用することによる効果を得て、電気化学デバイスの初期特性やサイクル特性を改善することができる。なお、電気化学デバイス用添加剤に含まれているフッ素原子の量は、内部標準法による定量NMR法等によって確認することが可能である。また、リチウム原子の量は、高周波誘導結合プラズマ(Inductively Coupled Plasma;ICP)発光分光分析等によって確認することが可能である。 The amount of fluorine atoms contained in the solution of the additive for electrochemical devices is more preferably 2 times or more and less than 6 times the amount of lithium atoms, and further preferably 2 or more times the amount of lithium atoms. Less than 8 times. The smaller the amount of fluorine atoms contained in the solution, the less PF 5 that produces degradation factors such as hydrogen fluoride. Therefore, the initial characteristics and cycle characteristics of the electrochemical device can be improved by obtaining the effect of using the boroxine compound while suppressing the deterioration of the electrolytic solution. The amount of fluorine atoms contained in the additive for electrochemical devices can be confirmed by a quantitative NMR method using an internal standard method. The amount of lithium atoms can be confirmed by high frequency inductively coupled plasma (ICP) emission spectroscopic analysis or the like.

ボロキシン化合物を使用することによる効果としては、イオン伝導性の向上や、電解液の安定性の向上等がある。具体的には、ボロキシン化合物や、LiPF6との反応によって生成するボロキシン誘導体は、ボロキシン環がアニオンをトラップすることにより、リチウムイオンの解離を促進する効果を示すことが見込まれる。また、ボロキシン化合物や、LiPF6との反応によって生成するボロキシン誘導体は、アルコキシ基やホウ素原子に結合したフッ素原子によってリチウムイオンを捕捉し、輸率を向上する効果を示すことが見込まれる。また、ジフルオロリン酸アルキルは、電気化学デバイスの電解液に一般的に用いられているリン酸エステル等と同様に、電解液の耐酸化分解性等を向上する効果を示すことが見込まれる。 The effects of using the boroxine compound include improved ion conductivity and improved electrolyte stability. Specifically, a boroxin compound or a boroxine derivative produced by reaction with LiPF 6 is expected to show an effect of promoting the dissociation of lithium ions by trapping anions by the boroxine ring. In addition, boroxin compounds and boroxin derivatives produced by reaction with LiPF 6 are expected to capture lithium ions by fluorine atoms bonded to alkoxy groups or boron atoms, thereby improving the transport number. Further, alkyl difluorophosphate is expected to show the effect of improving the oxidative degradation resistance of the electrolytic solution and the like, as in the case of phosphate esters generally used in the electrolytic solution of electrochemical devices.

なお、一般式(II)で表されるジフルオロリン酸アルキルは、有機基の構造が制限されるものではない。一般式(II)中、Rで表される有機基は、直鎖状の有機基、分枝状の有機基、及び、環状の有機基のいずれであってもよい。また、有機基(R)は、ハロゲン原子、窒素原子、硫黄原子等を有していてもよい。ジフルオロリン酸アルキルの有機基(R)は、一般式(I)で表されるボロキシン化合物の有機基(R)と、同一である可能性が高いが、ボロキシン化合物の有機基(R)と、ジフルオロリン酸アルキルの有機基(R)とは、互いに異なっていてもよい。   The alkyl difluorophosphate represented by the general formula (II) is not limited in the structure of the organic group. In general formula (II), the organic group represented by R may be any of a linear organic group, a branched organic group, and a cyclic organic group. The organic group (R) may have a halogen atom, a nitrogen atom, a sulfur atom, or the like. The organic group (R) of the alkyl difluorophosphate is likely to be the same as the organic group (R) of the boroxine compound represented by the general formula (I). The organic group (R) of the alkyl difluorophosphate may be different from each other.

<電気化学デバイス用添加剤の製造方法>
本実施形態に係る電気化学デバイス用添加剤は、一般式(I)で表されるボロキシン化合物とLiPF6とを非水溶媒中で反応させて反応生成物を含む溶液を調製し、その溶液に含まれている揮発性のフッ素化合物を脱気して製造することができる。ジフルオロリン酸アルキル以外のフッ素化合物を脱気して除去することによって、ジフルオロリン酸アルキルを含むと共に、フッ素原子の量がリチウム原子の量の6倍未満である電気化学デバイス用添加剤の溶液を得ることができる。
<Method for producing additive for electrochemical device>
The additive for electrochemical devices according to this embodiment prepares a solution containing a reaction product by reacting a boroxine compound represented by the general formula (I) with LiPF 6 in a non-aqueous solvent, The volatile fluorine compound contained can be produced by deaeration. By degassing and removing fluorine compounds other than alkyl difluorophosphate, a solution of an additive for an electrochemical device containing alkyl difluorophosphate and having an amount of fluorine atoms less than 6 times the amount of lithium atoms is obtained. Can be obtained.

一般式(I)で表されるボロキシン化合物とLiPF6とは、非水溶媒中で混合することによって、常温常圧下、反応させることができる。混合装置としては、ボロキシン化合物やLiPF6等を非水溶媒中で均質に混和し得るものであれば、適宜の攪拌機を用いることが可能である。 The boroxine compound represented by the general formula (I) and LiPF 6 can be reacted under normal temperature and pressure by mixing in a non-aqueous solvent. As a mixing device, any stirrer can be used as long as it can uniformly mix a boroxine compound, LiPF 6 or the like in a non-aqueous solvent.

一般式(I)で表されるボロキシン化合物とLiPF6との混合比は、ボロキシン化合物に対するLiPF6のモル比(ボロキシン化合物のモル数/LiPF6のモル数)で1以下とすることが好ましく、0.15以上1以下とすることがより好ましく、1/3程度とすることが特に好ましい。ボロキシン化合物とLiPF6とは、約3:1のモル比で反応するため、ボロキシン化合物に対するLiPF6のモル比が1/3程度に小さいほど、PF5が生成し難くなる。そのため、電気化学デバイス用添加剤中に大量のPF5が残留して電解液が劣化するのを避けることができる。一方、ボロキシン化合物に対するLiPF6のモル比が1を超える場合、過剰なLiPF6からPF5が生成されて残留するので、PF5を脱気する処理が必要になる虞が高い。 The mixing ratio of the boroxine compound represented by the general formula (I) and LiPF 6 is preferably 1 or less in terms of the molar ratio of LiPF 6 to the boroxine compound (number of moles of boroxine compound / number of moles of LiPF 6 ), It is more preferably 0.15 or more and 1 or less, and particularly preferably about 1/3. Since the boroxine compound and LiPF 6 react at a molar ratio of about 3: 1, the smaller the molar ratio of LiPF 6 to the boroxine compound is about 1/3, the more difficult it is to produce PF 5 . Therefore, it can be avoided that a large amount of PF 5 remains in the additive for electrochemical devices and the electrolytic solution deteriorates. On the other hand, when the molar ratio of LiPF 6 to the boroxine compound exceeds 1, PF 5 is generated and remains from excess LiPF 6, and thus there is a high possibility that treatment for degassing PF 5 is required.

反応生成物を含む溶液に含まれている揮発性のフッ素化合物を脱気する方法としては、溶液を減圧してフッ素化合物を脱気する方法、溶液を所定時間にわたって静置してフッ素化合物を脱気する方法、溶液を不活性ガスでガス置換してフッ素化合物を脱気する方法等が挙げられる。脱気処理は、少なくともフッ化水素が脱気される温度条件とし、例えば、常温以上、且つ、ボロキシン化合物及び非水溶媒の沸点以下とする。また、溶液の濃度や雰囲気温度等に応じて適宜の処理時間とする。溶液をガス置換する不活性ガスとしては、アルゴンガス等を使用することができる。   The volatile fluorine compound contained in the solution containing the reaction product can be degassed by depressurizing the solution to degas the fluorine compound or leaving the solution for a predetermined time to remove the fluorine compound. And a method of degassing the fluorine compound by replacing the gas with an inert gas. The deaeration treatment is performed under a temperature condition at which hydrogen fluoride is at least degassed, for example, at room temperature or higher and below the boiling point of the boroxine compound and the non-aqueous solvent. Further, an appropriate treatment time is set according to the concentration of the solution, the ambient temperature, and the like. Argon gas or the like can be used as an inert gas for replacing the gas in the solution.

以上の本実施形態に係る電気化学デバイス用添加剤は、電気化学デバイスにおいて使用される電解液に添加して使用することができる。電気化学デバイスとしては、例えば、リチウム二次電池、リチウムイオンキャパシタ、電気二重層キャパシタ等のように、リチウムイオンが電荷移動を担い、蓄電等の目的で充放電可能なデバイスが挙げられる。なお、電気化学デバイスにおいて使用される電解液は、液体である場合に限られずゲル状等であってもよい。電気化学デバイス用添加剤が添加される電解液は、劣化因子を生成するPF5が電解液中に余計に生じるのを防止する観点から、ボロキシン化合物が別途添加されないことが好ましい。 The additive for electrochemical devices according to the above-described embodiment can be used by being added to an electrolytic solution used in the electrochemical device. Examples of the electrochemical device include devices that can charge and discharge for the purpose of power storage, such as lithium secondary batteries, lithium ion capacitors, and electric double layer capacitors, in which lithium ions are responsible for charge transfer. In addition, the electrolyte solution used in an electrochemical device is not restricted to being a liquid, A gel form etc. may be sufficient. In the electrolytic solution to which the additive for electrochemical devices is added, it is preferable that a boroxine compound is not added separately from the viewpoint of preventing excessive generation of PF 5 that generates deterioration factors in the electrolytic solution.

電気化学デバイス用添加剤の電解液に対する添加量は、ボロキシン化合物とLiPF6との反応によって生成するボロキシン誘導体の量が、電気化学デバイスの電解液を組成する電解質及び電解液溶媒の合計量に対して、0.1質量%以上1.0質量%以下となる量にすることが好ましい。このような添加量であれば、ボロキシン誘導体による効果が有効に得られるし、ボロキシン誘導体の量が過剰になってイオン伝導抵抗が過大にならなくて済む。 The amount of additive for the electrochemical device added to the electrolytic solution is such that the amount of the boroxine derivative produced by the reaction of the boroxine compound and LiPF 6 is relative to the total amount of the electrolyte and the electrolytic solution solvent constituting the electrolytic solution of the electrochemical device. Thus, the amount is preferably 0.1% by mass or more and 1.0% by mass or less. With such an added amount, the effect of the boroxine derivative can be obtained effectively, and the amount of the boroxine derivative becomes excessive and the ion conduction resistance does not have to be excessive.

<電気化学デバイス>
次に、本実施形態に係る電気化学デバイス用添加剤を適用する電気化学デバイスの一例として、リチウム二次電池について説明する。
<Electrochemical device>
Next, a lithium secondary battery will be described as an example of an electrochemical device to which the electrochemical device additive according to the present embodiment is applied.

図2は、リチウム二次電池の一例を模式的に示す断面図である。
図2に示すように、リチウム二次電池1は、正極10、セパレータ11、負極12、電池容器13、正極集電タブ14、負極集電タブ15、内蓋16、内圧開放弁17、ガスケット18、正温度係数(Positive Temperature Coefficient:PTC)抵抗素子19、電池蓋20、軸心21を備えて構成される。電池蓋20は、内蓋16、内圧開放弁17、ガスケット18及び抵抗素子19からなる一体化部品である。
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing an example of a lithium secondary battery.
As shown in FIG. 2, the lithium secondary battery 1 includes a positive electrode 10, a separator 11, a negative electrode 12, a battery container 13, a positive electrode current collector tab 14, a negative electrode current collector tab 15, an inner lid 16, an internal pressure release valve 17, and a gasket 18. , A positive temperature coefficient (PTC) resistance element 19, a battery lid 20, and an axis 21. The battery lid 20 is an integrated part composed of the inner lid 16, the internal pressure release valve 17, the gasket 18 and the resistance element 19.

正極10及び負極12は、シート状に設けられており、セパレータ11を挟んで互いに重ねられている。そして、正極10、セパレータ11及び負極12が軸心21の周りに捲回されることによって、円筒形状の電極群が形成されている。電池容器13は、円筒型であり、電池容器13の内部に電極群が収容されている。軸心21の材料としては、例えば、ポリプロピレン、ポリフェニレンサルファイド等が用いられる。   The positive electrode 10 and the negative electrode 12 are provided in a sheet shape, and are overlapped with each other with the separator 11 interposed therebetween. The positive electrode 10, the separator 11, and the negative electrode 12 are wound around the axis 21 to form a cylindrical electrode group. The battery container 13 has a cylindrical shape, and an electrode group is accommodated in the battery container 13. As a material of the shaft center 21, for example, polypropylene, polyphenylene sulfide or the like is used.

電池容器13は、電解液に対して耐食性のある材料、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼等によって形成することができる。電池容器13は、正極10又は負極12と電気的に接続する場合に、電解液と接触している部分において腐食やリチウムとの合金化による変質が起こらないように選定する。   The battery container 13 can be formed of a material having corrosion resistance to the electrolytic solution, for example, aluminum, stainless steel, nickel-plated steel, or the like. When the battery container 13 is electrically connected to the positive electrode 10 or the negative electrode 12, the battery container 13 is selected so as not to cause deterioration due to corrosion or alloying with lithium in a portion in contact with the electrolytic solution.

正極10及び負極12には、電流引き出し用の正極集電タブ14、負極集電タブ15のそれぞれが、スポット溶接、超音波溶接等によって接続される。正極集電タブ14と負極集電タブ15とが設けられた電極群が電池容器13に収納される。正極集電タブ14は、電池蓋20の底面に電気的に接続される。また、負極集電タブ15は、電池容器13の内壁に電気的に接続される。   The positive electrode current collecting tab 14 and the negative electrode current collecting tab 15 for drawing current are connected to the positive electrode 10 and the negative electrode 12 by spot welding, ultrasonic welding, or the like. An electrode group provided with the positive electrode current collecting tab 14 and the negative electrode current collecting tab 15 is accommodated in the battery container 13. The positive electrode current collecting tab 14 is electrically connected to the bottom surface of the battery lid 20. Further, the negative electrode current collecting tab 15 is electrically connected to the inner wall of the battery container 13.

電池容器13の内部には、電解液が注入される。電解液の注入方法は、電池蓋20を開放した状態で直接注入する方法であってもよいし、電池蓋20を閉鎖した状態で電池蓋20に設けた注入口から注入する方法等であってもよい。電池容器13の開口は、電池蓋20を溶接、かしめ等により接合することによって密閉される。なお、電池蓋20には、内圧開放弁17が設けられており、電池容器13の内圧が過度に上昇した場合に開放されるように設けられる。   An electrolyte is injected into the battery container 13. The method of injecting the electrolyte may be a method of directly injecting with the battery lid 20 open, or a method of injecting from an inlet provided in the battery lid 20 with the battery lid 20 closed. Also good. The opening of the battery container 13 is sealed by joining the battery lid 20 by welding, caulking, or the like. The battery lid 20 is provided with an internal pressure release valve 17 that is opened when the internal pressure of the battery container 13 rises excessively.

(正極)
正極10は、リチウムイオンを可逆的に吸蔵及び放出可能な正極活物質を含んで構成される。正極10は、例えば、正極活物質と、導電剤と、バインダとを含んで組成される正極合剤層と、正極合剤層が片面又は両面に塗工された正極集電体とを備えて構成される。正極活物質としては、一般的なリチウムイオン二次電池において用いられる適宜の種類を用いることができる。但し、正極活物質としては、マンガン(Mn)、コバルト(Co)及びニッケル(Ni)からなる群より選択される少なくとも一種の遷移金属を含有するものが好ましい。
(Positive electrode)
The positive electrode 10 includes a positive electrode active material capable of reversibly occluding and releasing lithium ions. The positive electrode 10 includes, for example, a positive electrode mixture layer composed of a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder, and a positive electrode current collector in which the positive electrode mixture layer is coated on one side or both sides. Composed. As a positive electrode active material, the appropriate | suitable kind used in a general lithium ion secondary battery can be used. However, the positive electrode active material preferably contains at least one transition metal selected from the group consisting of manganese (Mn), cobalt (Co), and nickel (Ni).

正極活物質の具体例としては、例えば、LiCoO2、LiNiO2、LiMn24等が挙げられる。また、LiMnO3、LiMn23、LiMnO2、Li4Mn512や、LiMn2-xM1x2(但し、M1は、Co、Ni、Fe、Cr、Zn及びTiからなる群より選択される少なくとも1種の金属元素であり、x=0.01〜0.2を満たす。)や、Li2Mn3M2O8(但し、M2は、Fe、Co、Ni、Cu及びZnからなる群より選択される少なくとも1種の金属元素である。)や、Li1-yyMn24(但し、Aは、Mg、B、Al、Fe、Co、Ni、Cr、Zn及びCaからなる群より選択される少なくとも1種であり、y=0.01〜0.1を満たす。)や、LiNi1-zM2z2(但し、M2は、Mn、Fe、Co、Al、Ga、Ca及びMgからなる群より選択される少なくとも1種であり、z=0.01〜0.2を満たす。)や、LiCo1-vM32(但し、M3は、Ni、Fe及びMnからなる群より選択される少なくとも1種であり、z=0.01〜0.2を満たす。)、LiFeO2、Fe2(SO43、Fe(MoO43、FeF3、LiFePO4、LiMnPO4等を用いることができる。 Specific examples of the positive electrode active material include LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 and the like. LiMnO 3 , LiMn 2 O 3 , LiMnO 2 , Li 4 Mn 5 O 12 , LiMn 2−x M1 x O 2 (where M1 is selected from the group consisting of Co, Ni, Fe, Cr, Zn, and Ti) at least one metal element selected satisfies x = 0.01 to 0.2.) and, Li 2 Mn 3 M2O 8 (where, M2 consists of Fe, Co, Ni, Cu and Zn At least one metal element selected from the group), Li 1-y A y Mn 2 O 4 (where A is Mg, B, Al, Fe, Co, Ni, Cr, Zn and Ca). And at least one selected from the group consisting of y = 0.01 to 0.1) and LiNi 1-z M2 z O 2 (where M2 is Mn, Fe, Co, Al, At least one selected from the group consisting of Ga, Ca and Mg, and z = 0. Meet to 0.2.) And, LiCo 1-v M3 v O 2 ( where, M3 is at least one Ni, selected from the group consisting of Fe and Mn, z = 0.01 to 0 .2), LiFeO 2 , Fe 2 (SO 4 ) 3 , Fe (MoO 4 ) 3 , FeF 3 , LiFePO 4 , LiMnPO 4, or the like can be used.

導電剤としては、例えば、黒鉛、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック等の炭素粒子や、炭素繊維等を用いることができる。これらの導電剤は、一種を単独で用いてもよいし、複数種を併用してもよい。導電剤の量は、正極活物質に対して5質量%以上20質量%以下とすることが好ましい。導電剤の量がこのような範囲であると、良好な導電性が得られると共に、高い容量も確保することができる。   As the conductive agent, for example, carbon particles such as graphite, carbon black, acetylene black, ketjen black, and channel black, carbon fibers, and the like can be used. These electrically conductive agents may be used individually by 1 type, and may use multiple types together. The amount of the conductive agent is preferably 5% by mass or more and 20% by mass or less with respect to the positive electrode active material. When the amount of the conductive agent is within such a range, good conductivity can be obtained and a high capacity can be secured.

正極におけるバインダとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、アクリル系ポリマ、イミドやアミド基を有するポリマ、これらの共重合体等の適宜の材料を用いることができる。これらのバインダは、一種を単独で用いてもよいし、複数種を併用してもよい。また、カルボキシメチルセルロース等の増粘性の材料を併用してもよい。バインダの量は、正極活物質、導電剤及びバインダの合計量に対して1質量%以上7質量%以下とすることが好ましい。バインダの量がこのような範囲であると、容量が小さくなったり、内部抵抗が過大になったりすることが少ない。また、正極合剤層の塗布性及び成形性や、正極合剤層の強度が損なわれ難い。   As the binder in the positive electrode, for example, an appropriate material such as polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, polychlorotrifluoroethylene, polypropylene, polyethylene, an acrylic polymer, a polymer having an imide or amide group, or a copolymer thereof is used. Can be used. These binders may be used individually by 1 type, and may use multiple types together. Further, a thickening material such as carboxymethylcellulose may be used in combination. The amount of the binder is preferably 1% by mass to 7% by mass with respect to the total amount of the positive electrode active material, the conductive agent, and the binder. When the amount of the binder is in such a range, the capacity is small and the internal resistance is rarely excessive. Moreover, the applicability | paintability and moldability of a positive mix layer, and the intensity | strength of a positive mix layer are hard to be impaired.

正極集電体としては、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、チタン等を材質とする金属箔、金属板、発泡金属板、エキスパンドメタル、パンチングメタル等の適宜の材料を用いることができる。金属箔については、例えば、0.1mm以上10mm以下程度の孔径に穿孔された穿孔箔としてもよい。金属箔の厚さは、10μm以上100μm以下とすることが好ましい。   As the positive electrode current collector, for example, an appropriate material such as a metal foil made of aluminum, stainless steel, titanium, or the like, a metal plate, a metal foam plate, an expanded metal, or a punching metal can be used. About metal foil, it is good also as perforated foil perforated by the hole diameter of about 0.1 mm or more and 10 mm or less, for example. The thickness of the metal foil is preferably 10 μm or more and 100 μm or less.

正極10は、例えば、正極活物質と、導電剤と、バインダとを適宜の溶媒と共に混合して正極合剤とし、この正極合剤を正極集電体に塗布した後、乾燥、圧縮成形することによって作製することができる。正極合剤を塗布する方法としては、例えば、ドクターブレード法、ディッピング法、スプレー法等を用いることができる。また、正極合剤を圧縮成形する方法としては、例えば、ロールプレス等を用いることができる。   For example, the positive electrode 10 is obtained by mixing a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder together with an appropriate solvent to form a positive electrode mixture, and applying the positive electrode mixture to the positive electrode current collector, followed by drying and compression molding. Can be produced. As a method for applying the positive electrode mixture, for example, a doctor blade method, a dipping method, a spray method, or the like can be used. Moreover, as a method of compression molding the positive electrode mixture, for example, a roll press or the like can be used.

正極合剤層の厚さは、製造しようとするリチウム二次電池の仕様や、負極とのバランスを考慮して、適宜の厚さとすることができるが、正極集電体の両面に塗布した場合、50μm以上200μm以下とすることが好ましい。正極合剤層の厚さは、リチウム二次電池の容量、抵抗値等の仕様に応じて設定することができるが、この程度の塗布量であれば、電極間の距離が過大になったり、リチウムイオンの吸蔵及び放出の反応について分布が生じたりすることは少ない。   The thickness of the positive electrode mixture layer can be set to an appropriate thickness in consideration of the specifications of the lithium secondary battery to be manufactured and the balance with the negative electrode, but when applied to both surfaces of the positive electrode current collector 50 μm or more and 200 μm or less is preferable. The thickness of the positive electrode mixture layer can be set according to the specifications of the capacity, resistance value, etc. of the lithium secondary battery, but if this amount of coating, the distance between the electrodes becomes excessive, There is little distribution of lithium ion storage and release reactions.

正極活物質の粒径は、通常、正極合剤層の厚さ以下とされる。合成した正極活物質の粉末中に粗粒がある場合は、あらかじめ篩分級、風流分級等を行い、正極活物質の平均粒径を正極合剤層の厚さより小さくしておくことが好ましい。   The particle size of the positive electrode active material is usually not more than the thickness of the positive electrode mixture layer. In the case where coarse particles are present in the synthesized positive electrode active material powder, it is preferable that the average particle size of the positive electrode active material is made smaller than the thickness of the positive electrode mixture layer by performing sieving classification, wind classification, and the like in advance.

正極合剤層の密度は、製造しようとするリチウム二次電池の仕様や、負極とのバランスを考慮して、適宜の密度とすることができるが、リチウム二次電池についての容量を確保する観点からは、真密度の60%以上の密度とすることが好ましい。   The density of the positive electrode mixture layer can be set to an appropriate density in consideration of the specifications of the lithium secondary battery to be manufactured and the balance with the negative electrode, but the viewpoint of securing the capacity of the lithium secondary battery Is preferably 60% or more of the true density.

(セパレータ)
セパレータ11は、正極10と負極12とが直接接触して短絡が生じるのを防止するために備えられる。セパレータ11としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、アラミド樹脂等の微多孔質フィルムや、このような微多孔質フィルムの表面にアルミナ粒子等の耐熱性物質を被覆したフィルム等を用いることができる。なお、セパレータ11の機能は、電池性能を損なわない程度で、正極10及び負極12自体に具備させてもよい。
(Separator)
The separator 11 is provided in order to prevent a short circuit caused by direct contact between the positive electrode 10 and the negative electrode 12. As the separator 11, a microporous film such as polyethylene, polypropylene, and aramid resin, a film in which the surface of such a microporous film is coated with a heat resistant material such as alumina particles, and the like can be used. In addition, you may provide the function of the separator 11 in the positive electrode 10 and the negative electrode 12 itself to such an extent that battery performance is not impaired.

(負極)
負極12は、リチウムイオンを可逆的に吸蔵及び放出可能な負極活物質を含んで構成される。負極12は、例えば、負極活物質と、バインダとを含んで組成される負極合剤層と、負極合剤層が片面又は両面に塗工された負極集電体とを備えて構成される。負極活物質としては、一般的なリチウムイオン二次電池において用いられる適宜の種類を用いることができる。
(Negative electrode)
The negative electrode 12 includes a negative electrode active material capable of reversibly occluding and releasing lithium ions. The negative electrode 12 includes, for example, a negative electrode mixture layer composed of a negative electrode active material and a binder, and a negative electrode current collector in which the negative electrode mixture layer is coated on one side or both sides. As a negative electrode active material, the appropriate | suitable kind used in a general lithium ion secondary battery can be used.

負極活物質の具体例としては、天然黒鉛、石油コークス、ピッチコークス等から得られる易黒鉛化活物質を2500℃以上の高温で処理したもの、メソフェーズカーボン、非晶質炭素、黒鉛の表面に非晶質炭素を被覆したもの、天然黒鉛又は人造黒鉛の表面を機械的処理することにより表面の結晶性を低下させた炭素材、高分子等の有機物を炭素表面に被覆・吸着させた材料、炭素繊維、リチウム金属、リチウムとアルミニウム、スズ、ケイ素、インジウム、ガリウム、マグネシウム等との合金、シリコン粒子又は炭素粒子の表面に金属を担持した活物質、スズ、ケイ素、鉄、チタン等の金属の酸化物等が挙げられる。担持させる金属としては、例えば、リチウム、アルミニウム、スズ、ケイ素、インジウム、ガリウム、マグネシウム、これらの合金等が挙げられる。   Specific examples of the negative electrode active material include those obtained by treating a graphitizable active material obtained from natural graphite, petroleum coke, pitch coke, and the like at a high temperature of 2500 ° C. or higher, mesophase carbon, amorphous carbon, and non-graphite surface. Carbon material coated with crystalline carbon, carbon material whose surface crystallinity has been lowered by mechanically treating the surface of natural graphite or artificial graphite, material in which organic substances such as polymers are coated and adsorbed on the carbon surface, carbon Fibers, lithium metals, alloys of lithium and aluminum, tin, silicon, indium, gallium, magnesium, etc., active materials carrying metal on the surface of silicon particles or carbon particles, oxidation of metals such as tin, silicon, iron, titanium Thing etc. are mentioned. Examples of the metal to be supported include lithium, aluminum, tin, silicon, indium, gallium, magnesium, and alloys thereof.

負極におけるバインダとしては、水に溶解、膨潤又は分散する水系バインダ、及び、水に溶解、膨潤又は分散しない有機系バインダのいずれを用いることも可能である。水系バインダの具体例としては、スチレン−ブタジエン共重合体、アクリル系ポリマ、シアノ基を有するポリマ、これらの共重合体等が挙げられる。有機系バインダの具体例としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、これらの共重合体等が挙げられる。これらのバインダは、一種を単独で用いてもよいし、複数種を併用してもよい。また、カルボキシメチルセルロース等の増粘性の材料を併用してもよい。バインダの量は、水系バインダについては、負極活物質及びバインダの合計量に対して0.8質量%以上1.5質量%以下とすることが好ましい。一方、有機系バインダについては、負極活物質及びバインダの合計量に対して3質量%以上6質量%以下とすることが好ましい。バインダの量がこのような範囲であると、容量が小さくなったり、内部抵抗が過大になったりすることが少ない。また、負極合剤層の塗布性及び成形性や、負極合剤層の強度が損なわれ難い。   As the binder in the negative electrode, any of an aqueous binder that dissolves, swells or disperses in water and an organic binder that does not dissolve, swell, or disperse in water can be used. Specific examples of the water-based binder include a styrene-butadiene copolymer, an acrylic polymer, a polymer having a cyano group, and a copolymer thereof. Specific examples of the organic binder include polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, and copolymers thereof. These binders may be used individually by 1 type, and may use multiple types together. Further, a thickening material such as carboxymethylcellulose may be used in combination. The amount of the binder is preferably 0.8% by mass to 1.5% by mass with respect to the total amount of the negative electrode active material and the binder for the aqueous binder. On the other hand, the organic binder is preferably 3% by mass or more and 6% by mass or less with respect to the total amount of the negative electrode active material and the binder. When the amount of the binder is in such a range, the capacity is small and the internal resistance is rarely excessive. Moreover, the applicability | paintability and moldability of a negative mix layer, and the intensity | strength of a negative mix layer are hard to be impaired.

負極集電体としては、例えば、銅、銅を主成分とする銅合金等を材質とする金属箔、金属板、発泡金属板、エキスパンドメタル、パンチングメタル等の適宜の材料を用いることができる。金属箔については、例えば、0.1mm以上10mm以下程度の孔径に穿孔された穿孔箔としてもよい。金属箔の厚さは、7μm以上25μm以下とすることが好ましい。   As the negative electrode current collector, for example, an appropriate material such as a metal foil, a metal plate, a metal foam plate, an expanded metal, or a punching metal made of copper, a copper alloy containing copper as a main component, or the like can be used. About metal foil, it is good also as perforated foil perforated by the hole diameter of about 0.1 mm or more and 10 mm or less, for example. The thickness of the metal foil is preferably 7 μm or more and 25 μm or less.

負極12は、例えば、負極活物質と、バインダとを適宜の溶媒と共に混合して負極合剤とし、この負極合剤を負極集電体に塗布した後、乾燥、圧縮成形することによって作製することができる。負極合剤を塗布する方法としては、例えば、ドクターブレード法、ディッピング法、スプレー法等を用いることができる。また、負極合剤を圧縮成形する方法としては、例えば、ロールプレス等を用いることができる。   The negative electrode 12 is prepared by, for example, mixing a negative electrode active material and a binder together with an appropriate solvent to form a negative electrode mixture, applying the negative electrode mixture to the negative electrode current collector, and then drying and compression molding. Can do. As a method for applying the negative electrode mixture, for example, a doctor blade method, a dipping method, a spray method, or the like can be used. Moreover, as a method of compression-molding the negative electrode mixture, for example, a roll press or the like can be used.

負極合剤層の厚さは、製造しようとするリチウム二次電池の仕様や、正極とのバランスを考慮して、適宜の厚さとすることができるが、負極集電体の両面に塗布した場合、50μm以上200μm以下とすることが好ましい。負極合剤層の厚さは、リチウム二次電池の容量、抵抗値等の仕様に応じて設定することができるが、この程度の塗布量であれば、電極間の距離が過大になったり、リチウムイオンの吸蔵及び放出の反応について分布が生じたりすることは少ない。   The thickness of the negative electrode mixture layer can be set to an appropriate thickness in consideration of the specifications of the lithium secondary battery to be manufactured and the balance with the positive electrode, but when applied to both sides of the negative electrode current collector 50 μm or more and 200 μm or less is preferable. The thickness of the negative electrode mixture layer can be set according to the specifications of the lithium secondary battery capacity, resistance value, etc., but if this amount of coating, the distance between the electrodes becomes excessive, There is little distribution of lithium ion storage and release reactions.

(電解液)
電池容器13に封入される電解液は、電解質と電解液溶媒とを含んで組成される。電解液としては、水分、フッ化水素酸等の遊離酸の含有量が少ないものを用いることが一般的である。本実施形態に係る電気化学デバイス用添加剤を、以下の電解質や電解液溶媒を含んで組成される電解液に添加することによって、一般式(I)で表されるボロキシン化合物とヘキサフルオロリン酸リチウムとの反応生成物を含んでなるリチウム二次電池用電解液(電気化学デバイス用電解液)が調製される。
(Electrolyte)
The electrolytic solution sealed in the battery container 13 is composed of an electrolyte and an electrolytic solution solvent. As an electrolytic solution, it is common to use an electrolyte having a low content of free acid such as moisture and hydrofluoric acid. The boroxine compound represented by the general formula (I) and hexafluorophosphoric acid are added by adding the additive for an electrochemical device according to the present embodiment to an electrolytic solution containing the following electrolyte and electrolytic solvent. An electrolytic solution for a lithium secondary battery (electrolytic solution for an electrochemical device) comprising a reaction product with lithium is prepared.

リチウム二次電池用電解液は、LiPF6として反応系に加えられたフッ素原子の一部が、揮発性のフッ素化合物の脱気に伴って溶液から排除されているため、フッ素原子を含む他の添加剤や非水溶媒が使用されていない限り、フッ素原子の量がリチウム原子の量の6倍未満である。このようなリチウム二次電池用電解液によると、フッ化水素等の劣化因子が排除されており、また、ボロキシン化合物による効果が得られるため、初期容量が高く、サイクル特性も良好なリチウム二次電池を実現することが可能である。 In the electrolyte solution for a lithium secondary battery, some of the fluorine atoms added to the reaction system as LiPF 6 are excluded from the solution as the volatile fluorine compound is degassed. Unless an additive or nonaqueous solvent is used, the amount of fluorine atoms is less than 6 times the amount of lithium atoms. According to such an electrolyte for a lithium secondary battery, deterioration factors such as hydrogen fluoride are eliminated, and since the effect of the boroxine compound is obtained, the lithium secondary battery has a high initial capacity and good cycle characteristics. A battery can be realized.

電解質としては、通常、リチウム塩が用いられる。リチウム塩の具体例としては、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiCF3SO2、Li(CF3SO22N、Li(C25SO22N、Li(F2SO22N、LiF、Li2CO3、LiPF4(CF32、LiPF4(CF3SO22、LiBF3(CF3)、LiBF2(CF3SO22等が挙げられる。これらの電解質は、一種を単独で用いてもよいし、複数種を併用してもよい。 As the electrolyte, a lithium salt is usually used. Specific examples of the lithium salt include LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 2 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N, Li (F 2 SO 2) 2 N, LiF , Li 2 CO 3, LiPF 4 (CF 3) 2, LiPF 4 (CF 3 SO 2) 2, LiBF 3 (CF 3), LiBF 2 (CF 3 SO 2) 2 and the like Can be mentioned. These electrolytes may be used individually by 1 type, and may use multiple types together.

電解質の濃度は、0.6mol/L以上1.5mol/L以下の範囲とすることが好ましい。濃度が0.6mol/L以上であると、イオン伝導性が良好になるため、高い初期容量を実現することができる。また、濃度が1.5mol/L以下であると、イオン伝導の抵抗が小さく抑えられ、リチウムイオンの反応速度も速くなるため、過剰な電解質による電池特性の低下を避けることができる。   The concentration of the electrolyte is preferably in the range of 0.6 mol / L or more and 1.5 mol / L or less. When the concentration is 0.6 mol / L or more, the ionic conductivity is improved, so that a high initial capacity can be realized. Further, when the concentration is 1.5 mol / L or less, the resistance of ionic conduction is suppressed to a small value, and the reaction rate of lithium ions is increased, so that deterioration of battery characteristics due to excessive electrolyte can be avoided.

電解液溶媒としては、例えば、鎖状カーボネート、環状カーボネート、鎖状カルボン酸エステル、環状カルボン酸エステル、鎖状エーテル、環状エーテル、有機リン化合物、有機硫黄化合物等を用いることができる。これらの化合物は、一種を単独で用いてもよいし、複数種を併用してもよい。   As the electrolyte solution solvent, for example, a chain carbonate, a cyclic carbonate, a chain carboxylic acid ester, a cyclic carboxylic acid ester, a chain ether, a cyclic ether, an organic phosphorus compound, an organic sulfur compound, or the like can be used. These compounds may be used individually by 1 type, and may use multiple types together.

鎖状カーボネートとしては、例えば、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、エチルプロピルカーボネート等が挙げられる。また、環状カーボネートとしては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ビニレンカーボネート、1、2−ブチレンカーボネート、2、3−ブチレンカーボネート等が挙げられる。   Examples of the chain carbonate include dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, diethyl carbonate, methyl propyl carbonate, and ethyl propyl carbonate. Examples of the cyclic carbonate include ethylene carbonate, propylene carbonate, vinylene carbonate, 1,2-butylene carbonate, 2,3-butylene carbonate, and the like.

鎖状カルボン酸エステルとしては、例えば、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、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル等が挙げられる。また、環状カルボン酸エステルとしては、例えば、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、δ−バレロラクトン等が挙げられる。   Examples of the chain carboxylic acid ester include methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, butyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, and propyl propionate. Examples of the cyclic carboxylic acid ester include γ-butyrolactone, γ-valerolactone, and δ-valerolactone.

鎖状エーテルとしては、例えば、ジメトキシメタン、ジエトキシメタン、1、2−ジメトキシエタン、1−エトキシ−2−メトキシエタン、1、3−ジメトキシプロパン等が挙げられる。また、環状エーテルとしては、例えば、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、3−メチルテトラヒドロフラン等が挙げられる。   Examples of the chain ether include dimethoxymethane, diethoxymethane, 1,2-dimethoxyethane, 1-ethoxy-2-methoxyethane, 1,3-dimethoxypropane and the like. Examples of the cyclic ether include tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 3-methyltetrahydrofuran and the like.

有機リン化合物としては、例えば、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、リン酸トリフェニル等のリン酸エステルや、亜リン酸トリメチル、亜リン酸トリエチル、亜リン酸トリフェニル等の亜リン酸エステルや、トリメチルホスフィンオキシド等が挙げられる。また、有機硫黄化合物としては、例えば、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、スルホラン、スルホレン、ジメチルスルホン、エチルメチルスルホン、メチルフェニルスルホン、エチルフェニルスルホン等が挙げられる。   Examples of the organic phosphorus compound include phosphoric acid esters such as trimethyl phosphate, triethyl phosphate, and triphenyl phosphate, phosphorous acid esters such as trimethyl phosphite, triethyl phosphite, and triphenyl phosphite, And trimethylphosphine oxide. Examples of the organic sulfur compound include 1,3-propane sultone, 1,4-butane sultone, methyl methanesulfonate, sulfolane, sulfolene, dimethyl sulfone, ethyl methyl sulfone, methyl phenyl sulfone, and ethyl phenyl sulfone. .

電解液溶媒として用いられるこれらの化合物は、置換基を有していてもよいし、酸素原子が硫黄原子で置換された化合物であってもよい。置換基としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子等のハロゲン原子が挙げられる。電解液溶媒として二種以上の化合物を併用する場合は、環状カーボネートや環状ラクトン等のように比誘電率が高く粘度が相対的に高い化合物と、鎖状カーボネート等のように粘度が相対的に低い化合物とを組み合わせることが好ましい。例えば、エチレンカーボネートと、エチルメチルカーボネート又はジエチルカーボネートの何れかを含む組成が好ましい。   These compounds used as the electrolyte solution solvent may have a substituent, or may be a compound in which an oxygen atom is substituted with a sulfur atom. As a substituent, halogen atoms, such as a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, are mentioned, for example. When two or more compounds are used in combination as the electrolyte solvent, a compound having a high relative dielectric constant and a relatively high viscosity such as a cyclic carbonate or a cyclic lactone and a viscosity such as a chain carbonate are relatively It is preferable to combine with a low compound. For example, a composition containing ethylene carbonate and either ethyl methyl carbonate or diethyl carbonate is preferable.

電解液は、各種添加剤を含んでいてもよい。添加剤としては、具体的には、電極表面に被膜を形成する添加剤、過充電を抑制するための添加剤、電解液を難燃化させるための添加剤、電極やセパレータ等の濡れ性を改善するための添加剤、電解液中の金属イオンを捕集するための添加剤、電解液のイオン伝導性を向上させるための添加剤等が挙げられる。   The electrolytic solution may contain various additives. Specific additives include additives that form a film on the electrode surface, additives that suppress overcharge, additives that make the electrolyte flame-retardant, and wettability of electrodes, separators, etc. An additive for improving, an additive for collecting metal ions in the electrolytic solution, an additive for improving the ionic conductivity of the electrolytic solution, and the like.

電極表面に被膜を形成する添加剤としては、ビニレンカーボネート(VC)、モノフッ素化エチレンカーボネート等のカーボネート類や、カルボン酸無水物や、1,3−プロパンスルトン等の硫黄化合物や、リチウムビスオキサレートボレート(LiBOB)、ホウ酸トリメチル等のホウ素化合物が挙げられる。負極活物質の表面には、C=O、C−H、COO等の官能基が存在しており、これらの官能基は、電池反応に伴い電解液溶媒と不可逆的に反応して、SEI(Solid Electrolyte Interphase)被膜と呼ばれる表面被膜を形成する。SEI被膜は、電解液溶媒の分解を抑制する作用を示すが、電池反応における電荷を消費して生成されるため電池の容量を低下させる一因となる。そのため、電極表面に被膜を形成する添加剤の量は、電池容量や出力低下を抑制する観点から、電解液当たり、0.1質量%以上10質量%以下とすることが好ましい。   Additives that form a film on the electrode surface include carbonates such as vinylene carbonate (VC) and monofluorinated ethylene carbonate, carboxylic acid anhydrides, sulfur compounds such as 1,3-propane sultone, lithium bisoxa Examples thereof include boron compounds such as rate borate (LiBOB) and trimethyl borate. On the surface of the negative electrode active material, functional groups such as C═O, C—H, and COO are present, and these functional groups react irreversibly with the electrolyte solvent along with the battery reaction, and SEI ( Forms a surface coating called Solid Electrolyte Interphase coating. The SEI film has an action of suppressing the decomposition of the electrolyte solvent, but it is generated by consuming electric charge in the battery reaction, which causes a decrease in the capacity of the battery. Therefore, the amount of the additive that forms a film on the electrode surface is preferably 0.1% by mass or more and 10% by mass or less based on the electrolytic solution from the viewpoint of suppressing battery capacity and output reduction.

過充電を抑制するための添加剤としては、例えば、ビフェニル、ビフェニルエーテル、ターフェニル、メチルターフェニル、ジメチルターフェニル、シクロヘキシルベンゼン、ジシクロヘキシルベンゼン、トリフェニルベンゼン、ヘキサフェニルベンゼン、アジポニトリル、ジオキサン類等が挙げられる。   Examples of additives for suppressing overcharge include biphenyl, biphenyl ether, terphenyl, methyl terphenyl, dimethyl terphenyl, cyclohexylbenzene, dicyclohexylbenzene, triphenylbenzene, hexaphenylbenzene, adiponitrile, and dioxane. Can be mentioned.

電解液を難燃化させるための添加剤としては、例えば、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル等の有機リン化合物、ホウ酸エステル等をはじめとする電解液溶媒のフッ化物等が挙げられる。また、濡れ性を改善するための添加剤としては、例えば、1,2−ジメトキシエタン等をはじめとする鎖状エーテル等が挙げられる。   Examples of the additive for making the electrolytic solution flame-retardant include organic phosphorus compounds such as trimethyl phosphate and triethyl phosphate, fluorides of electrolytic solution including boric acid ester, and the like. Examples of the additive for improving wettability include chain ethers such as 1,2-dimethoxyethane.

電解液中の金属イオンを捕集するための添加剤としては、電解液中に溶出した金属イオンと錯体を形成する錯形成能を有する物質を用いることができる。また、電解液のイオン伝導性を向上させるための添加剤としては、リチウムイオンと静電気的な相互作用を形成する物質を用いることができる。   As an additive for collecting the metal ions in the electrolytic solution, a substance having a complex forming ability to form a complex with the metal ions eluted in the electrolytic solution can be used. In addition, as an additive for improving the ionic conductivity of the electrolytic solution, a substance that forms an electrostatic interaction with lithium ions can be used.

以上の構成を有するリチウム二次電池は、電池蓋を正極外部端子、電池缶の底部を負極外部端子として、外部から供給された電力を捲回電極群に蓄積するとともに、捲回電極群に蓄積した電力を外部の装置等に供給することができる。本実施形態のリチウム二次電池は、例えば、携帯電子機器や家庭用電気機器等の小型電源、無停電電源や電力平準化装置等の定置用電源、船舶、鉄道、ハイブリット自動車、電気自動車等の駆動電源として使用することができる。   The lithium secondary battery having the above configuration uses the battery lid as the positive electrode external terminal and the bottom of the battery can as the negative electrode external terminal, and accumulates power supplied from the outside in the wound electrode group and also in the wound electrode group. Can be supplied to an external device or the like. The lithium secondary battery of this embodiment is, for example, a small power source such as a portable electronic device or a household electric device, a stationary power source such as an uninterruptible power source or a power leveling device, a ship, a railway, a hybrid vehicle, an electric vehicle, etc. It can be used as a drive power supply.

なお、図2に示すリチウム二次電池は、電極群及び電池容器13が、円筒形状に形成されている。しかしながら、電極群の形態は、扁平円形状に捲回した形態、短冊状の電極を積層した形態、電極が収納された袋状のセパレータを積層して多層構造とした形態等の適宜の形態とすることができる。また、電池容器13は、電極群の形態に応じて、円筒形状、扁平楕円形状、扁長楕円形状、角形状、コイン形状、ボタン形状等の適宜の形状とすることができる。また、軸心21を備えない形態とすることも可能である   In the lithium secondary battery shown in FIG. 2, the electrode group and the battery container 13 are formed in a cylindrical shape. However, the form of the electrode group is an appropriate form such as a form wound in a flat circular shape, a form in which strip-shaped electrodes are laminated, and a form in which a bag-like separator containing electrodes is laminated to form a multilayer structure. can do. In addition, the battery case 13 can have an appropriate shape such as a cylindrical shape, a flat elliptical shape, a flat elliptical shape, a square shape, a coin shape, or a button shape according to the form of the electrode group. Further, it is possible to adopt a form in which the axis 21 is not provided.

また、以上の構成を有するリチウム二次電池に代えて、本実施形態に係る電気化学デバイス用添加剤を、キャパシタの電解液に添加することによって、一般式(I)で表されるボロキシン化合物とヘキサフルオロリン酸リチウムとの反応生成物を含んでなるキャパシタ用電解液(電気化学デバイス用電解液)が調製される。   Further, in place of the lithium secondary battery having the above configuration, the additive for electrochemical devices according to the present embodiment is added to the electrolytic solution of the capacitor, whereby the boroxine compound represented by the general formula (I) and An electrolytic solution for a capacitor (electrolytic solution for an electrochemical device) comprising a reaction product with lithium hexafluorophosphate is prepared.

キャパシタ用電解液は、電解質と電解液溶媒とを含んで組成される。電解質や電解液溶媒としては、前記のリチウム二次電池においてと同様の化合物種を用いることが可能である。キャパシタは、例えば、分極を生じる正極と、負極と、電解液とを備えて構成される。   The electrolytic solution for a capacitor is composed of an electrolyte and an electrolytic solution solvent. As the electrolyte and the electrolyte solution solvent, the same compound species as in the lithium secondary battery can be used. The capacitor includes, for example, a positive electrode that generates polarization, a negative electrode, and an electrolytic solution.

分極を生じる電極材料としては、例えば、活性炭等を用いることが可能である。活性炭は、廃木材、ヤシ殻、パルプ廃液、石炭、石油重質油、石炭系ピッチ、石油系ピッチ、各種樹脂等を原料とし、これらの原料を炭化し、必要に応じて賦活化処理して得られる。活性炭を正極活物質として、前記のバインダ、多孔質の正極集電体等で正極が形成される。活性炭に施される賦活化処理は、炭酸ガス、空気、水蒸気等によるガス処理や、塩化亜鉛、水酸化ナトリウム、リン酸等による薬品処理のいずれであってもよい。   As an electrode material that generates polarization, for example, activated carbon or the like can be used. Activated carbon is made from waste wood, coconut husk, pulp waste liquid, coal, heavy petroleum oil, coal-based pitch, petroleum-based pitch, various resins, etc., and these materials are carbonized and activated as necessary. can get. Using activated carbon as a positive electrode active material, a positive electrode is formed using the binder, a porous positive electrode current collector, and the like. The activation treatment applied to the activated carbon may be a gas treatment with carbon dioxide gas, air, water vapor, or the like, or a chemical treatment with zinc chloride, sodium hydroxide, phosphoric acid, or the like.

負極は、非晶質炭素等の前記の負極活物質、導電剤、バインダ、多孔質の負極集電体等で形成される。非晶質炭素としては、例えば、ハードカーボン、ソフトカーボン等が挙げられる。正極と負極は、セパレータを挟んで重ねて容器に収容し、リチウムは、金属箔や負極活物質へのプレドープによりドープする構成とすればよい。   The negative electrode is formed of the negative electrode active material such as amorphous carbon, a conductive agent, a binder, a porous negative electrode current collector, and the like. Examples of amorphous carbon include hard carbon and soft carbon. The positive electrode and the negative electrode may be stacked and accommodated in a container with a separator interposed therebetween, and lithium may be doped by pre-doping a metal foil or a negative electrode active material.

キャパシタ用電解液は、LiPF6として反応系に加えられたフッ素原子の一部が、揮発性のフッ素化合物の脱気に伴って溶液から排除されているため、フッ素原子を含む他の添加剤や非水溶媒が使用されていない限り、フッ素原子の量がリチウム原子の量の6倍未満である。このようなキャパシタ用電解液によると、フッ化水素等の劣化因子が排除されており、また、ボロキシン化合物による効果が得られるため、初期特性やサイクル特性が改善されたリチウムイオンキャパシタ等を実現することが可能である。 In the electrolytic solution for capacitors, since some of the fluorine atoms added to the reaction system as LiPF 6 are excluded from the solution as the volatile fluorine compound is degassed, other additives containing fluorine atoms, Unless a non-aqueous solvent is used, the amount of fluorine atoms is less than 6 times the amount of lithium atoms. According to such an electrolytic solution for capacitors, deterioration factors such as hydrogen fluoride are eliminated, and since the effect of the boroxine compound can be obtained, a lithium ion capacitor having improved initial characteristics and cycle characteristics can be realized. It is possible.

以下、実施例及び比較例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are given and this invention is demonstrated further more concretely, this invention is not limited to these.

(実施例1)
<負極>
負極活物質としては、X線回折測定で得られた面間隔が0.368nm、平均粒径が20μm、比表面積が5m/gの天然黒鉛を用いた。天然黒鉛と、カルボキシメチルセルロースの水膨潤体及びスチレンブタジエン共重合体を含む水分散液とを攪拌翼を備える混合機を用いて充分に混錬し、負極合剤スラリーを調製した。負極活物質、カルボキシメチルセルロース及びスチレンブタジエン共重合体の混合比は、重量比で97:1.5:1.5とした。
Example 1
<Negative electrode>
As the negative electrode active material, natural graphite having an interplanar spacing of 0.368 nm, an average particle diameter of 20 μm, and a specific surface area of 5 m 2 / g obtained by X-ray diffraction measurement was used. Natural graphite and an aqueous dispersion containing a water-swelled carboxymethyl cellulose and a styrene-butadiene copolymer were sufficiently kneaded using a mixer equipped with a stirring blade to prepare a negative electrode mixture slurry. The mixing ratio of the negative electrode active material, carboxymethyl cellulose, and styrene butadiene copolymer was 97: 1.5: 1.5 by weight.

調製した負極合剤スラリーを、厚さ10μmの圧延銅箔の両面に均一に塗布した。そして、乾燥後に、ロールプレス機により電極密度が約1.5g/cmになるように圧縮成形し、負極合剤層の塗布長さ55cmと未塗布部5cmの合計60cm、塗布幅5.6cmになるように切断した。その後、未塗布部にNi製のリード片を溶接し、電流取出し部を具備した負極を作製した。 The prepared negative electrode mixture slurry was uniformly applied to both surfaces of a rolled copper foil having a thickness of 10 μm. And after drying, it is compression-molded by a roll press machine so that the electrode density is about 1.5 g / cm 3 , the total length of the applied length 55 cm of the negative electrode mixture layer and the uncoated portion 5 cm is 60 cm, and the coated width is 5.6 cm. It cut so that it might become. Thereafter, a Ni lead piece was welded to the uncoated portion, and a negative electrode provided with a current extraction portion was produced.

<正極>
正極活物質としては、平均粒径10μm、比表面積1.5m/gのLiNiCoMnO2を用いた。正極活物質と、塊状黒鉛及びアセチレンブラックを重量比で9:2に混合した導電剤とを、5重量%のPVDFを溶解したNMP溶液に分散させて正極合剤スラリーを調製した。正極合材スラリーは、負極の場合と同様に、攪拌翼を備える混合機を用いて充分に混練した。正極活物質、導電剤及びPVDFの混合比は、重量比で85:10:5とした。
<Positive electrode>
As the positive electrode active material, LiNiCoMnO 2 having an average particle diameter of 10 μm and a specific surface area of 1.5 m 2 / g was used. A positive electrode mixture slurry was prepared by dispersing a positive electrode active material and a conductive agent in which massive graphite and acetylene black were mixed at a weight ratio of 9: 2 in an NMP solution in which 5% by weight of PVDF was dissolved. As in the case of the negative electrode, the positive electrode mixture slurry was sufficiently kneaded using a mixer equipped with a stirring blade. The mixing ratio of the positive electrode active material, the conductive agent, and PVDF was 85: 10: 5 by weight.

調製した正極合剤スラリーを、厚さ20μmのアルミニウム箔の両面に均一に塗布した。その後、ロールプレス機により電極密度が2.6g/cmになるように圧縮成形し、正極合剤層の塗布長さ50cmと未塗布部5cmの合計55cmになるように切断した。その後、未塗布部にアルミニウム箔製のリード片を溶接し、電流取出し部を具備した正極を作製した The prepared positive electrode mixture slurry was uniformly applied on both surfaces of an aluminum foil having a thickness of 20 μm. Then, it compression-molded so that the electrode density might be 2.6 g / cm < 3 > with a roll press machine, and it cut | disconnected so that it might become a total of 55 cm of 50 cm of application | coating length of a positive mix layer, and 5 cm of non-application parts. Thereafter, a lead piece made of aluminum foil was welded to the uncoated part, and a positive electrode equipped with a current extraction part was produced.

<電解液>
水分量20ppm以下のジメチルカーボネート8gに、トリイソプロポキシボロキシン(TiPBx)0.2gを溶解させた。この溶液にLiPF6を0.018gを秤量して添加し、電気化学デバイス用添加剤とした。TiPBxとLiPF6との混合比は、ボロキシン化合物に対するLiPF6のモル比で0.15(TiPBxとLiPF6とのモル比で1:0.15)であった。この電気化学デバイス用添加剤を、エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとを体積比1:2で混合した電解液溶媒に、LiPF6を1mol/Lの濃度となるように予め溶解させた電解液に添加し、リチウム二次電池用電解液とした。なお、このような電気化学デバイス用添加剤や、電気化学デバイス用添加剤を添加した電解液に含まれるフッ素量は、内部標準物質として、トリフルオロベンゼンなど、19F−NMRによる測定を行った場合に測定試料の化学シフトと分離できるシグナルを示す物質を使用し、内部標準物質の積分強度を既知の濃度における結果と比較することで定量することができる。また、リチウム量は、ICP発光分光分析等によって定量することができる。
<Electrolyte>
In 8 g of dimethyl carbonate having a water content of 20 ppm or less, 0.2 g of triisopropoxyboroxine (TiPBx) was dissolved. To this solution, 0.018 g of LiPF 6 was weighed and added to obtain an additive for electrochemical devices. The mixing ratio of TiPBx and LiPF 6 is (1 molar ratio of TiPBx and LiPF 6: 0.15) 0.15 at a molar ratio of LiPF 6 with respect to boroxine compound was. This additive for electrochemical devices is added to an electrolytic solution in which LiPF 6 is dissolved in advance to a concentration of 1 mol / L in an electrolytic solution solvent in which ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate are mixed at a volume ratio of 1: 2. Thus, an electrolyte for a lithium secondary battery was obtained. In addition, the amount of fluorine contained in the electrolyte solution to which such an additive for electrochemical devices or the additive for electrochemical devices was added was measured by 19 F-NMR such as trifluorobenzene as an internal standard substance. In some cases, a substance that shows a signal that can be separated from the chemical shift of the measurement sample is used, and the integrated intensity of the internal standard substance can be quantified by comparing it with the result at a known concentration. The amount of lithium can be quantified by ICP emission spectroscopic analysis or the like.

<リチウム二次電池>
作製した正極と負極を用いて、図2に示すような円筒型のリチウム二次電池を作製した。正極と負極には、電流引き出し用の正極集電タブ、負極集電タブをそれぞれ超音波溶接した。正極集電タブ、負極集電タブは、長方形の集電体とそれぞれ同じ材質の金属箔から構成されている。正極及び負極の間にポリエチレンの単層膜であるセパレータを挟んで重ね、これを螺旋状に捲いて電極群とし、円筒状の電池容器に収納した。電極群を電池容器に収納した後、電池容器内に電解液を注入し、正極集電タブを取り付けた密閉用の電池蓋をガスケットを介して電池容器に密着させ、かしめにより密閉して、径18mm、長さ650mmの円筒型のリチウム二次電池を作製した。
<Lithium secondary battery>
A cylindrical lithium secondary battery as shown in FIG. 2 was produced using the produced positive electrode and negative electrode. A positive electrode current collecting tab and a negative electrode current collecting tab for current drawing were ultrasonically welded to the positive electrode and the negative electrode, respectively. Each of the positive electrode current collecting tab and the negative electrode current collecting tab is made of a metal foil made of the same material as the rectangular current collector. A separator, which is a polyethylene single layer film, was sandwiched between the positive electrode and the negative electrode, and this was wound spirally to form an electrode group, which was stored in a cylindrical battery container. After the electrode group is stored in the battery container, an electrolyte solution is injected into the battery container, and the battery cover for sealing with the positive electrode current collecting tab attached thereto is brought into close contact with the battery container through a gasket and sealed by caulking. A cylindrical lithium secondary battery having a length of 18 mm and a length of 650 mm was produced.

作製したリチウム二次電池について、25℃の恒温槽内で、充電電流1500mA、電圧4.2V、3時間の定電流定電圧充電をし、5時間の休止後、放電電流1500mAで電池電圧が3.0Vになるまで定電流放電し、この充電及び放電プロセスを1サイクルとして合計3サイクルの充放電を行った。そして、3サイクル目の放電容量をリチウム二次電池の初期容量とした。次に、サイクル負荷特性試験を行った。サイクル負荷特性試験では、充電電流1500mA、電圧4.2V、5時間の定電流定電圧充電をし、5時間の休止後、放電電流1500mAで電池電圧が3.0Vになるまで定電流放電し、この充電及び放電プロセスを1サイクルとして合計500サイクルの負荷特性試験を行った。500サイクル試験後に、3サイクル目の放電容量(初期容量)に対する500サイクル目の放電容量の比(容量維持率)を求めた。この比の値が大きい程、サイクル特性が優れることを意味する。   The manufactured lithium secondary battery was charged in a constant temperature bath at 25 ° C. with a charging current of 1500 mA, a voltage of 4.2 V, a constant current and a constant voltage for 3 hours, and after a rest of 5 hours, the battery voltage was 3 at a discharge current of 1500 mA. The battery was discharged at a constant current until the voltage reached 0.0 V, and charging and discharging for a total of 3 cycles were performed with this charging and discharging process as one cycle. The discharge capacity at the third cycle was set as the initial capacity of the lithium secondary battery. Next, a cycle load characteristic test was performed. In the cycle load characteristic test, charging current 1500 mA, voltage 4.2 V, constant current constant voltage charging for 5 hours, after resting for 5 hours, discharging at a constant current of 1500 mA until the battery voltage reaches 3.0 V, This charging and discharging process was taken as one cycle, and a load characteristic test was conducted for a total of 500 cycles. After the 500 cycle test, the ratio (capacity maintenance ratio) of the discharge capacity at the 500th cycle to the discharge capacity (initial capacity) at the 3rd cycle was determined. A larger value of this ratio means better cycle characteristics.

(実施例2)
トリイソプロポキシボロキシン(TiPBx)とLiPF6とをモル比1:0.3で反応させたこと以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製し、初期容量と500サイクル目の容量維持率とを求めた。
(Example 2)
A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that triisopropoxyboroxine (TiPBx) and LiPF 6 were reacted at a molar ratio of 1: 0.3. The capacity maintenance rate was obtained.

(実施例3)
トリイソプロポキシボロキシン(TiPBx)とLiPF6とをモル比1:1で反応させたこと以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製し、初期容量と500サイクル目の容量維持率とを求めた。
(Example 3)
A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that triisopropoxyboroxine (TiPBx) and LiPF 6 were reacted in a molar ratio of 1: 1, and the initial capacity and capacity maintained at the 500th cycle were maintained. We asked for rate.

(実施例4)
トリイソプロポキシボロキシン(TiPBx)とLiPF6とをモル比1:3で反応させたこと以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製し、初期容量と500サイクル目の容量維持率とを求めた。
Example 4
A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that triisopropoxyboroxine (TiPBx) and LiPF 6 were reacted at a molar ratio of 1: 3, and the initial capacity and capacity maintained at the 500th cycle were maintained. We asked for rate.

(実施例5)
トリイソプロポキシボロキシン(TiPBx)とLiPF6とをモル比1:0.15で反応させて得た電気化学デバイス用添加剤を、LiPF6を1Mの濃度となるように予め溶解しており、更にビニレンカーボネート(VC)を1質量%の濃度となるように加えておいた電解液に添加したこと以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製し、初期容量と500サイクル目の容量維持率とを求めた。
(Example 5)
An additive for electrochemical devices obtained by reacting triisopropoxyboroxine (TiPBx) and LiPF 6 at a molar ratio of 1: 0.15 is dissolved in advance so that LiPF 6 has a concentration of 1M, Further, a lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that vinylene carbonate (VC) was added to the electrolytic solution that had been added so as to have a concentration of 1% by mass. The capacity maintenance rate was obtained.

(実施例6)
トリイソプロポキシボロキシン(TiPBx)とLiPF6とをモル比1:0.3で反応させて得た電気化学デバイス用添加剤を、LiPF6を1Mの濃度となるように予め溶解しており、更にビニレンカーボネート(VC)を1質量%の濃度となるように加えておいた電解液に添加したこと以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製し、初期容量と500サイクル目の容量維持率とを求めた。
(Example 6)
An additive for electrochemical devices obtained by reacting triisopropoxyboroxine (TiPBx) and LiPF 6 at a molar ratio of 1: 0.3 is dissolved in advance so that LiPF 6 has a concentration of 1M, Further, a lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that vinylene carbonate (VC) was added to the electrolytic solution that had been added so as to have a concentration of 1% by mass. The capacity maintenance rate was obtained.

(実施例7)
トリイソプロポキシボロキシン(TiPBx)とLiPF6とをモル比1:1で反応させて得た電気化学デバイス用添加剤を、LiPF6を1Mの濃度となるように予め溶解しており、更にビニレンカーボネート(VC)を1質量%の濃度となるように加えておいた電解液に添加したこと以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製し、初期容量と500サイクル目の容量維持率とを求めた。
(Example 7)
An additive for electrochemical devices obtained by reacting triisopropoxyboroxine (TiPBx) and LiPF 6 at a molar ratio of 1: 1 is dissolved in advance so that LiPF 6 has a concentration of 1M, and further vinylene. A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that carbonate (VC) was added to the electrolytic solution that had been added to a concentration of 1% by mass. The maintenance rate was calculated.

(比較例1)
電気化学デバイス用添加剤を添加していない電解液、つまり、エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとを混合した電解液溶媒にLiPF6を1Mで溶解させた電解液を使用したこと以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製し、初期容量と500サイクル目の容量維持率とを求めた。
(Comparative Example 1)
Example 1 except that an electrolytic solution to which no additive for electrochemical devices was added, that is, an electrolytic solution in which LiPF 6 was dissolved at 1 M in an electrolytic solvent obtained by mixing ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate was used. A lithium secondary battery was prepared in the same manner as described above, and the initial capacity and the capacity retention rate at the 500th cycle were determined.

(比較例2)
電気化学デバイス用添加剤を添加していない電解液、つまり、エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとを体積比1:2で混合した電解液溶媒にLiPF6を1Mで溶解させた電解液に対し、1質量%のトリイソプロポキシボロキシン(TiPBx)を添加した電解液を使用したこと以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製し、初期容量と500サイクル目の容量維持率とを求めた。
(Comparative Example 2)
For an electrolytic solution to which no additive for electrochemical devices is added, that is, an electrolytic solution in which LiPF 6 is dissolved at 1 M in an electrolytic solvent obtained by mixing ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate at a volume ratio of 1: 2. A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that an electrolytic solution to which mass% of triisopropoxyboroxine (TiPBx) was added was used. The initial capacity and the capacity retention rate at the 500th cycle were determined. Asked.

(比較例3)
電気化学デバイス用添加剤を添加していない電解液、つまり、エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとを体積比1:2で混合した電解液溶媒にLiPF6を1Mで溶解させた電解液に対し、1質量%のトリイソプロポキシボロキシン(TiPBx)と、1質量%のビニレンカーボネート(VC)とを添加した電解液を使用したこと以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製し、初期容量と500サイクル目の容量維持率とを求めた。
(Comparative Example 3)
For an electrolytic solution to which no additive for electrochemical devices is added, that is, an electrolytic solution in which LiPF 6 is dissolved at 1 M in an electrolytic solvent obtained by mixing ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate at a volume ratio of 1: 2. A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that an electrolytic solution to which 1% by mass of triisopropoxyboroxine (TiPBx) and 1% by mass of vinylene carbonate (VC) were used was used. The initial capacity and the capacity maintenance rate at the 500th cycle were determined.

実施例及び比較例に係るリチウム二次電池ついて、電気化学デバイス用添加剤の組成、電解液の組成、初期容量、及び、500サイクル目の容量維持率の結果を表1に示す。   Table 1 shows the results of the composition of the additive for electrochemical devices, the composition of the electrolytic solution, the initial capacity, and the capacity retention rate at the 500th cycle for the lithium secondary batteries according to Examples and Comparative Examples.

Figure 2018120761
Figure 2018120761

表1に示すように、比較例1は、電気化学デバイス用添加剤を添加してなく、また、電解液にTiPBxが予め添加されていないため、500サイクル後の放電容量は、66%まで低下した。   As shown in Table 1, in Comparative Example 1, the additive for electrochemical devices was not added, and TiPBx was not added in advance to the electrolytic solution, so the discharge capacity after 500 cycles decreased to 66%. did.

また、比較例2は、電解液にTiPBxが1質量%予め添加されているため、500サイクル後の放電容量は、比較例1に対して2ポイント改善された。しかし、電気化学デバイス用添加剤を添加してないため、十分には改善されていない。   Further, in Comparative Example 2, 1% by mass of TiPBx was previously added to the electrolytic solution, so that the discharge capacity after 500 cycles was improved by 2 points compared to Comparative Example 1. However, since the additive for electrochemical devices is not added, it is not sufficiently improved.

これに対して、実施例1は、TiPBxとLiPF6とをモル比1:1で反応させた電気化学デバイス用添加剤を添加したため、初期容量は、比較例1に対して向上した。また、500サイクル後の放電容量は、比較例1に対して7ポイント、比較例2に対して5ポイント改善された。 On the other hand, in Example 1, since the additive for an electrochemical device in which TiPBx and LiPF 6 were reacted at a molar ratio of 1: 1 was added, the initial capacity was improved as compared with Comparative Example 1. Further, the discharge capacity after 500 cycles was improved by 7 points with respect to Comparative Example 1 and by 5 points with respect to Comparative Example 2.

また、実施例2は、TiPBxとLiPF6とをモル比1:0.3で反応させた電気化学デバイス用添加剤を添加したため、初期容量は、比較例1に対して向上した。また、500サイクル後の放電容量は、比較例1に対して16ポイント、比較例2に対して14ポイント改善された。 In Example 2, since the additive for electrochemical devices in which TiPBx and LiPF 6 were reacted at a molar ratio of 1: 0.3 was added, the initial capacity was improved compared to Comparative Example 1. Further, the discharge capacity after 500 cycles was improved by 16 points with respect to Comparative Example 1 and 14 points with respect to Comparative Example 2.

また、実施例3は、TiPBxとLiPF6とをモル比1:1で反応させた電気化学デバイス用添加剤を添加したため、初期容量は、比較例1に対して向上した。また、500サイクル後の放電容量は、比較例1に対して13ポイント、比較例2に対して11ポイント改善された。 In Example 3, since an additive for electrochemical devices in which TiPBx and LiPF 6 were reacted at a molar ratio of 1: 1 was added, the initial capacity was improved as compared with Comparative Example 1. Further, the discharge capacity after 500 cycles was improved by 13 points with respect to Comparative Example 1 and 11 points with respect to Comparative Example 2.

実施例4は、TiPBxとLiPF6とをモル比1:3で反応させた電気化学デバイス用添加剤を添加したため、500サイクル後の放電容量は、比較例1に対して8ポイント、比較例2に対して10ポイント低下した。したがって、ボロキシン化合物とLiPF6との反応は、ボロキシン化合物に対するLiPF6のモル比(ボロキシン化合物のモル数/LiPF6のモル数)が3以下となる混合比で行うことが好ましく、1以下となる混合比で行うことがより好ましいといえる。 In Example 4, since an additive for electrochemical devices in which TiPBx and LiPF 6 were reacted at a molar ratio of 1: 3 was added, the discharge capacity after 500 cycles was 8 points compared to Comparative Example 1, Comparative Example 2 10 points. Thus, reaction of the boroxine compound and the LiPF 6, the molar ratio of LiPF 6 (number of moles / LiPF 6 of boroxine compound) is preferably carried out in a mixing ratio of 3 or less for the boroxine compound is 1 or less It can be said that it is more preferable to carry out at a mixing ratio.

一方、比較例3は、電解液にTiPBxが1質量%、VCが1質量%予め添加されているため、500サイクル後の放電容量は、比較例1に対して5ポイント改善された。しかし、電気化学デバイス用添加剤を添加してないため、十分には改善されていない。   On the other hand, in Comparative Example 3, 1% by mass of TiPBx and 1% by mass of VC were previously added to the electrolytic solution. Therefore, the discharge capacity after 500 cycles was improved by 5 points compared to Comparative Example 1. However, since the additive for electrochemical devices is not added, it is not sufficiently improved.

これに対して、実施例5は、TiPBxとLiPF6とをモル比1:0.15で反応させた電気化学デバイス用添加剤をVCが1質量%予め添加されている電解液に添加したため、初期容量は、実施例1に対して向上し、500サイクル後の放電容量は、実施例1に対して2ポイント改善された。 On the other hand, in Example 5, since the additive for electrochemical devices in which TiPBx and LiPF 6 were reacted at a molar ratio of 1: 0.15 was added to the electrolyte solution in which VC was previously added by 1 mass%, The initial capacity was improved with respect to Example 1, and the discharge capacity after 500 cycles was improved by 2 points with respect to Example 1.

また、実施例6は、TiPBxとLiPF6とをモル比1:0.3で反応させた電気化学デバイス用添加剤をVCが1質量%予め添加されている電解液に添加したため、初期容量は、実施例2に対して向上し、500サイクル後の放電容量は、実施例2に対して4ポイント改善された。 In Example 6, since the additive for an electrochemical device obtained by reacting TiPBx and LiPF 6 at a molar ratio of 1: 0.3 was added to the electrolytic solution to which 1 mass% of VC was previously added, the initial capacity was As compared with Example 2, the discharge capacity after 500 cycles was improved by 4 points over Example 2.

また、実施例7は、TiPBxとLiPF6とをモル比1:1で反応させた電気化学デバイス用添加剤をVCが1質量%予め添加されている電解液に添加したため、初期容量は、実施例3に対して向上し、500サイクル後の放電容量は、実施例3に対して3ポイント改善された。 Further, in Example 7, the additive for electrochemical devices in which TiPBx and LiPF 6 were reacted at a molar ratio of 1: 1 was added to the electrolytic solution to which VC was added in advance by 1% by mass. Compared to Example 3, the discharge capacity after 500 cycles was improved by 3 points over Example 3.

表1に示すように、比較例2は、電解液にTiPBxを添加しているにもかかわらず、500サイクル後の放電容量が、十分には改善されていない。図1の上段に示すとおり、LiPF6が反応して生じるPF5が、フッ化水素等のフッ素化合物を生成し、電解液を劣化させたためであると考えられる。一方で、TiPBxとLiPF6との反応生成物を別途調製して添加した実施例1〜3、5〜7は、TiPBxを添加することにより生成したPF5が揮発して除去されることで、サイクル特性が改善されたものと考えられる。 As shown in Table 1, in Comparative Example 2, the discharge capacity after 500 cycles was not sufficiently improved despite the addition of TiPBx to the electrolytic solution. As shown in the upper part of FIG. 1, it is considered that PF 5 produced by reaction of LiPF 6 produced a fluorine compound such as hydrogen fluoride and deteriorated the electrolytic solution. On the other hand, in Examples 1 to 3 and 5 to 7, in which a reaction product of TiPBx and LiPF 6 was separately prepared and added, PF 5 generated by adding TiPBx was volatilized and removed. It is considered that the cycle characteristics are improved.

したがって、ボロキシン化合物とLiPF6とを別途反応させた反応生成物を添加剤の形態で使用し、フッ化水素等のフッ素化合物が劣化因子として電解液に混入するのを防止することによって、電気化学デバイスのサイクル特性を改善することができると考えられる。また、反応生成物を添加剤の形態で使用することによって、ボロキシン化合物を使用することによる効果を電解液の劣化少なく利用することが可能になるため、電気化学デバイスの初期容量等の初期特性も改善することができると考えられる。 Therefore, by using a reaction product obtained by separately reacting a boroxine compound and LiPF 6 in the form of an additive, and preventing fluorine compounds such as hydrogen fluoride from being mixed into the electrolyte as a deterioration factor, electrochemical It is considered that the cycle characteristics of the device can be improved. In addition, by using the reaction product in the form of an additive, the effect of using the boroxine compound can be used with little deterioration of the electrolyte solution, so that the initial characteristics such as the initial capacity of the electrochemical device can also be obtained. It can be improved.

1 リチウム二次電池
10 正極
11 セパレータ
12 負極
13 電池容器
14 正極集電タブ
15 負極集電タブ
16 内蓋
17 内圧解放弁
18 ガスケット
19 正温度係数抵抗素子
20 電池蓋
21 軸心
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Lithium secondary battery 10 Positive electrode 11 Separator 12 Negative electrode 13 Battery container 14 Positive electrode current collection tab 15 Negative electrode current collection tab 16 Inner cover 17 Internal pressure release valve 18 Gasket 19 Positive temperature coefficient resistance element 20 Battery cover 21 Axis center

Claims (9)

次の一般式(I)、
(BO)3(OR)3・・・(I)
[式中、Rは、それぞれ独立に、炭素数が1〜6の有機基である。]
で表されるボロキシン化合物とヘキサフルオロリン酸リチウムとの反応生成物を含んでなり、
フッ素原子の量がリチウム原子の量の6倍未満である電気化学デバイス用添加剤。
The following general formula (I),
(BO) 3 (OR) 3 (I)
[In formula, R is a C1-C6 organic group each independently. ]
Comprising a reaction product of a boroxine compound represented by: and lithium hexafluorophosphate,
An additive for electrochemical devices, wherein the amount of fluorine atoms is less than 6 times the amount of lithium atoms.
前記一般式(I)中、Rが、イソプロピル基である請求項1に記載の電気化学デバイス用添加剤。   The additive for electrochemical devices according to claim 1, wherein R in the general formula (I) is an isopropyl group. 前記反応生成物が、ジフルオロリン酸アルキルを含む請求項1に記載の電気化学デバイス用添加剤。   The additive for electrochemical devices according to claim 1, wherein the reaction product contains an alkyl difluorophosphate. 前記ジフルオロリン酸アルキルが、イソプロピル基を有する請求項3に記載の電気化学デバイス用添加剤。   The additive for electrochemical devices according to claim 3, wherein the alkyl difluorophosphate has an isopropyl group. 次の一般式(I)、
(BO)3(OR)3・・・(I)
[式中、Rは、それぞれ独立に、炭素数が1〜6の有機基である。]
で表されるボロキシン化合物とヘキサフルオロリン酸リチウムとを非水溶媒中で反応させて反応生成物を含む溶液を調製し、
前記溶液に含まれている揮発性のフッ素化合物を脱気し、
ジフルオロリン酸アルキルを含むと共にフッ素原子の量がリチウム原子の量の6倍未満である前記溶液を得る電気化学デバイス用添加剤の製造方法。
The following general formula (I),
(BO) 3 (OR) 3 (I)
[In formula, R is a C1-C6 organic group each independently. ]
A solution containing the reaction product is prepared by reacting the boroxine compound represented by the following formula with lithium hexafluorophosphate in a non-aqueous solvent,
Degassing volatile fluorine compounds contained in the solution;
A method for producing an additive for an electrochemical device, comprising an alkyl difluorophosphate, wherein the solution contains an amount of fluorine atoms that is less than 6 times the amount of lithium atoms.
次の一般式(I)、
(BO)3(OR)3・・・(I)
[式中、Rは、それぞれ独立に、炭素数が1〜6の有機基である。]
で表されるボロキシン化合物とヘキサフルオロリン酸リチウムとの反応生成物を含んでなり、
フッ素原子の量がリチウム原子の量の6倍未満である電気化学デバイス用電解液。
The following general formula (I),
(BO) 3 (OR) 3 (I)
[In formula, R is a C1-C6 organic group each independently. ]
Comprising a reaction product of a boroxine compound represented by: and lithium hexafluorophosphate,
An electrolytic solution for electrochemical devices, wherein the amount of fluorine atoms is less than 6 times the amount of lithium atoms.
前記一般式(I)中、Rが、イソプロピル基である請求項6に記載の電気化学デバイス用電解液。   The electrolyte solution for electrochemical devices according to claim 6, wherein R in the general formula (I) is an isopropyl group. 前記反応生成物が、ジフルオロリン酸アルキルを含む請求項6に記載の電気化学デバイス用電解液。   The electrolytic solution for an electrochemical device according to claim 6, wherein the reaction product contains an alkyl difluorophosphate. 前記ジフルオロリン酸アルキルが、イソプロピル基を有する請求項8に記載の電気化学デバイス用電解液。   The electrolyte solution for electrochemical devices according to claim 8, wherein the alkyl difluorophosphate has an isopropyl group.
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