JP2018137100A - Electrolyte solution for lithium ion secondary battery - Google Patents

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秀明 渡邉
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrolyte solution for a lithium ion secondary battery, which contains an inorganic phosphate compound, which enables the achievement of high cycle characteristics of a lithium ion secondary battery and the achievement of a low battery resistance even if it contains no water.SOLUTION: An electrolyte solution for a lithium ion secondary battery, herein disclosed comprises: a non-fluorinated solvent; a fluorinated solvent; and an inorganic phosphate compound. The fluorinated solvent contains, in its molecule, a hydrogen atom and a fluorine atom. As to the fluorinated solvent, the ratio of the number of fluorine atoms to the number of hydrogen atoms in one molecule is 0.6-1.5. In the electrolyte solution, the content of the fluorinated solvent is 1 mass% or more and 10 mass% or less.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池用の電解液に関する。   The present invention relates to an electrolytic solution for a lithium ion secondary battery.

リチウムイオン二次電池は、既存の電池に比べて軽量かつエネルギー密度が高いことから、近年、パソコンや携帯端末等のいわゆるポータブル電源や車両駆動用電源として用いられている。リチウムイオン二次電池は、特に、電気自動車(EV)、ハイブリッド自動車(HV)、プラグインハイブリッド自動車(PHV)等の車両の駆動用高出力電源として今後ますます普及していくことが期待されている。   Lithium ion secondary batteries are lighter and have a higher energy density than existing batteries, and have recently been used as so-called portable power sources for vehicles and personal computers and power sources for driving vehicles. Lithium-ion secondary batteries are expected to become increasingly popular as high-output power sources for driving vehicles such as electric vehicles (EV), hybrid vehicles (HV), and plug-in hybrid vehicles (PHV). Yes.

リチウムイオン二次電池はその普及に伴い、さらなる高性能化が求められており、高性能化のために様々な開発が行なわれている。例えば、特許文献1には、非水電解質二次電池において、非水電解質に、正極、負極および当該非水電解質の総重量に対して100ppm以上1000ppm以下の水を含有させ、さらに非水電解質を当該水に対してモル比で0.5〜10倍量の無機リン酸化合物と共存させることが開示されている。特許文献1には、このような非水電解質二次電池によれば、サイクル特性に優れることが記載されている。   Lithium ion secondary batteries are required to have higher performance with the spread of the lithium ion secondary batteries, and various developments have been made for higher performance. For example, Patent Document 1 discloses that in a non-aqueous electrolyte secondary battery, the non-aqueous electrolyte contains 100 ppm or more and 1000 ppm or less of water with respect to the total weight of the positive electrode, the negative electrode, and the non-aqueous electrolyte. It is disclosed to coexist with an inorganic phosphate compound in a molar ratio of 0.5 to 10 times that of the water. Patent Document 1 describes that such a nonaqueous electrolyte secondary battery is excellent in cycle characteristics.

特開2015−090860号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2015-090860

しかしながら、特許文献1に記載の技術では、サイクル特性を向上すべく無機リン酸化合物を使用しているが、この無機リン酸化合物を電解液に溶解させるためには、非水電解質二次電池の電解液が水を含有する必要がある。本発明者の検討によれば、特許文献1に記載のように、電解液に水を含有させた場合には、電池抵抗が高くなるという問題があることを見出した。   However, in the technique described in Patent Document 1, an inorganic phosphate compound is used to improve cycle characteristics. However, in order to dissolve this inorganic phosphate compound in an electrolytic solution, a nonaqueous electrolyte secondary battery is used. The electrolytic solution needs to contain water. According to the study of the present inventor, as described in Patent Document 1, it has been found that there is a problem that the battery resistance increases when water is contained in the electrolytic solution.

そこで本発明は、無機リン酸化合物を含有するリチウムイオン二次電池用の電解液であって、水を含有していなくてもリチウムイオン二次電池のサイクル特性を高くすることができ、かつ電池抵抗を低くすることができるリチウムイオン二次電池用の電解液を提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention provides an electrolytic solution for a lithium ion secondary battery containing an inorganic phosphate compound, which can improve the cycle characteristics of the lithium ion secondary battery even if it does not contain water. It aims at providing the electrolyte solution for lithium ion secondary batteries which can make resistance low.

ここに開示されるリチウムイオン二次電池用の電解液は、非フッ素化有機溶媒と、フッ素化溶媒と、無機リン酸化合物と、を含有する。前記フッ素化溶媒は、その分子中に水素原子とフッ素原子とを含有する。前記フッ素化溶媒の一分子中の水素原子数に対するフッ素原子数の比は、0.6〜1.5である。前記フッ素化溶媒の前記電解液中の含有量は、1質量%以上10質量%以下である。
このような構成によれば、一分子中の水素原子数に対するフッ素原子数の比が0.6〜1.5であるという高いフッ素化率のフッ素化溶媒を用いることにより、無機リン酸化合物の電解液への溶解性を特に高めることができる。このため、電解液が水を含有しなくとも、無機リン酸化合物が溶解することができる。また、このようなフッ素化率の高いフッ素化溶媒を用いた場合には、無機リン酸化合物を含有させるために電解液が含有するフッ素化溶媒の量を減らすことができ、このフッ素化溶媒の電解液中の含有量が、1質量%以上10質量%以下であることによって、電池抵抗の増加を抑えつつ、無機リン酸化合物によるサイクル特性の向上効果を得ることができる。すなわち、このような構成によれば、無機リン酸化合物を含有するリチウムイオン二次電池用の電解液であって、水を含有していなくてもリチウムイオン二次電池のサイクル特性を高くすることができ、かつ電池抵抗を低くすることができるリチウムイオン二次電池用の電解液を提供することができる。
The electrolytic solution for a lithium ion secondary battery disclosed herein contains a non-fluorinated organic solvent, a fluorinated solvent, and an inorganic phosphate compound. The fluorinated solvent contains hydrogen atoms and fluorine atoms in the molecule. The ratio of the number of fluorine atoms to the number of hydrogen atoms in one molecule of the fluorinated solvent is 0.6 to 1.5. The content of the fluorinated solvent in the electrolytic solution is 1% by mass or more and 10% by mass or less.
According to such a configuration, by using a fluorinated solvent having a high fluorination rate in which the ratio of the number of fluorine atoms to the number of hydrogen atoms in one molecule is 0.6 to 1.5, The solubility in the electrolytic solution can be particularly enhanced. For this reason, even if electrolyte solution does not contain water, an inorganic phosphate compound can melt | dissolve. In addition, when such a fluorinated solvent having a high fluorination rate is used, the amount of the fluorinated solvent contained in the electrolyte solution can be reduced to contain the inorganic phosphate compound. When content in electrolyte solution is 1 mass% or more and 10 mass% or less, the improvement effect of the cycle characteristic by an inorganic phosphate compound can be acquired, suppressing the increase in battery resistance. That is, according to such a configuration, the electrolyte solution for a lithium ion secondary battery containing an inorganic phosphate compound can improve the cycle characteristics of the lithium ion secondary battery even if it does not contain water. Thus, it is possible to provide an electrolyte solution for a lithium ion secondary battery that can reduce battery resistance.

本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池用の電解液を用いて構成されるリチウムイオン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 typically an example of the lithium ion secondary battery comprised using the electrolyte solution for lithium ion secondary batteries which concerns on one Embodiment of this invention. 図1のリチウムイオン二次電池に用いられる電極体の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the electrode body used for the lithium ion secondary battery of FIG.

以下、図面を参照しながら、本発明による実施の形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄(例えば、本発明を特徴付けないリチウムイオン二次電池用の電解液の一般的な構成および製造プロセス)は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。また、以下の図面においては、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明している。また、各図における寸法関係(長さ、幅、厚さ等)は実際の寸法関係を反映するものではない。   Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings. It should be noted that matters other than the matters specifically mentioned in the present specification and necessary for the implementation of the present invention (for example, a general configuration of an electrolytic solution for a lithium ion secondary battery that does not characterize the present invention and Manufacturing process) can be understood as a design matter of those skilled in the art based on the prior art in the field. The present invention can be carried out based on the contents disclosed in this specification and common technical knowledge in the field. Moreover, in the following drawings, the same code | symbol is attached | subjected and demonstrated to the member and site | part which show | plays the same effect | action. In addition, the dimensional relationships (length, width, thickness, etc.) in each drawing do not reflect actual dimensional relationships.

なお、本明細書において「二次電池」とは、繰り返し充放電可能な蓄電デバイス一般をいい、リチウムイオン二次電池等のいわゆる蓄電池ならびに電気二重層キャパシタ等の蓄電素子を包含する用語である。
また、本明細書において「リチウムイオン二次電池」とは、電荷担体としてリチウムイオンを利用し、正負極間におけるリチウムイオンに伴う電荷の移動により充放電が実現される二次電池をいう。
In the present specification, the “secondary battery” refers to a general power storage device that can be repeatedly charged and discharged, and is a term including a so-called storage battery such as a lithium ion secondary battery and a power storage element such as an electric double layer capacitor.
Further, in the present specification, the “lithium ion secondary battery” refers to a secondary battery that uses lithium ions as a charge carrier and is charged / discharged by movement of charges accompanying the lithium ions between the positive and negative electrodes.

本実施形態に係るリチウムイオン二次電池用の電解液は、非フッ素化有機溶媒と、フッ素化溶媒と、無機リン酸化合物と、を含有する。   The electrolytic solution for a lithium ion secondary battery according to this embodiment contains a non-fluorinated organic solvent, a fluorinated solvent, and an inorganic phosphate compound.

本実施形態に係るリチウムイオン二次電池用の電解液に用いられる非フッ素化有機溶媒(すなわち、フッ素原子を含有していない有機溶媒)としては、従来のリチウムイオン二次電池用の電解液の非水溶媒(有機溶媒)として用いられている非フッ素化有機溶媒と同様のものを特に制限なく用いることができる。
例えば、カーボネート類、エーテル類、エステル類、ニトリル類、スルホン類、ラクトン類等の有機溶媒であって、フッ素原子を含有していないものを限定なく用いることができる。具体例としては、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)等が挙げられる。
As a non-fluorinated organic solvent (that is, an organic solvent that does not contain a fluorine atom) used in the electrolyte solution for a lithium ion secondary battery according to the present embodiment, a conventional electrolyte solution for a lithium ion secondary battery is used. The same non-fluorinated organic solvent used as the non-aqueous solvent (organic solvent) can be used without particular limitation.
For example, organic solvents such as carbonates, ethers, esters, nitriles, sulfones, and lactones that do not contain fluorine atoms can be used without limitation. Specific examples include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC), and the like.

本実施形態に係るリチウムイオン二次電池用の電解液に用いられるフッ素化溶媒には、その分子中に水素原子とフッ素原子とを含有するものが用いられる。そして、一分子中の水素原子数に対するフッ素原子数の比(F/H比)が0.6〜1.5であるものが用いられる。
このようなフッ素化溶媒の例としては、ジフルオロエチレンカーボネート(F/H比:1)、4−(トリフルオロメチル)−エチレンカーボネート(F/H比:1)等のフッ素化環状カーボネート;トリフルオロメチルメチルカーボネート(F/H比:1)、フルオロメチルジフルオロメチルカーボネート(F/H比:1)、メチル(2,2,2−トリフルオロエチル)カーボネート(F/H比:0.6)、(2,2−ジフルオロエチル)フルオロメチルカーボネート(F/H比:0.6)、(2−フルオロエチル)ジフルオロメチルカーボネート(F/H比:0.6)、エチルトリフルオロメチルカーボネート(F/H比:0.6)、2,2,2−トリフルオロエチル−2’−フルオロエチルカーボネート(F/H比:0.67)、2,2,2−トリフルオロエチル−2’,2’−ジフルオロエチルカーボネート(F/H比:1)、ビス(2,2,2−トリフルオロエチル)カーボネート(F/H比:1.5)、ペンタフルオロエチルエチルカーボネート(F/H比:1)等のフッ素化鎖状カーボネートなどのフッ素化カーボネート等が挙げられる。フッ素化カーボネートのうち、フッ素化鎖状カーボネートが好ましい。
フッ素化溶媒の炭素数は2〜4であることが好ましい。
As the fluorinated solvent used in the electrolyte solution for the lithium ion secondary battery according to the present embodiment, a solvent containing hydrogen atoms and fluorine atoms in the molecule is used. And what has ratio (F / H ratio) of the number of fluorine atoms with respect to the number of hydrogen atoms in 1 molecule is 0.6-1.5 is used.
Examples of such fluorinated solvents include fluorinated cyclic carbonates such as difluoroethylene carbonate (F / H ratio: 1), 4- (trifluoromethyl) -ethylene carbonate (F / H ratio: 1); trifluoro Methyl methyl carbonate (F / H ratio: 1), fluoromethyl difluoromethyl carbonate (F / H ratio: 1), methyl (2,2,2-trifluoroethyl) carbonate (F / H ratio: 0.6), (2,2-difluoroethyl) fluoromethyl carbonate (F / H ratio: 0.6), (2-fluoroethyl) difluoromethyl carbonate (F / H ratio: 0.6), ethyl trifluoromethyl carbonate (F / H H ratio: 0.6), 2,2,2-trifluoroethyl-2′-fluoroethyl carbonate (F / H ratio: 0.67), 2,2, 2-trifluoroethyl-2 ′, 2′-difluoroethyl carbonate (F / H ratio: 1), bis (2,2,2-trifluoroethyl) carbonate (F / H ratio: 1.5), pentafluoro Examples include fluorinated carbonates such as fluorinated chain carbonates such as ethyl ethyl carbonate (F / H ratio: 1). Of the fluorinated carbonates, fluorinated chain carbonates are preferred.
The fluorinated solvent preferably has 2 to 4 carbon atoms.

上記フッ素化溶媒の電解液中の含有量(すなわち電解液の全質量に対する含有量)は、1質量%以上10質量%以下である。   The content of the fluorinated solvent in the electrolytic solution (that is, the content relative to the total mass of the electrolytic solution) is 1% by mass or more and 10% by mass or less.

本実施形態に係るリチウムイオン二次電池用の電解液に用いられる無機リン酸化合物の例としては、Li3PO4、Na3PO4、K3PO4、Ca3(PO42、AlPO4等が挙げられ、なかでも、Li3PO4が好ましい。
電解液中の無機リン酸化合物の含有量については特に制限はなく、含有量の上限は、上記フッ素化溶媒の種類と含有量(すなわち、電解液の無機リン酸化合物の溶解力)によって定まる。よって、電解液中の無機リン酸化合物の含有量は、0を超え、かつこの上限値以下である。
Examples of the inorganic phosphate compound used in the electrolyte for the lithium ion secondary battery according to this embodiment include Li 3 PO 4 , Na 3 PO 4 , K 3 PO 4 , Ca 3 (PO 4 ) 2 , and AlPO. 4 and the like, and Li 3 PO 4 is particularly preferable.
There is no restriction | limiting in particular about content of the inorganic phosphate compound in electrolyte solution, and the upper limit of content is decided by the kind and content (namely, solubility of the inorganic phosphate compound of electrolyte solution) of the said fluorinated solvent. Therefore, the content of the inorganic phosphate compound in the electrolytic solution exceeds 0 and is not more than this upper limit value.

本実施形態に係るリチウムイオン二次電池用の電解液は、通常、支持塩を含有する。支持塩としては、LiPF、LiBF等のリチウム塩(好ましくはLiPF)を好適に用いることができる。支持塩の濃度は、0.7mol/L以上1.3mol/L以下(例えば1.0mol/L)が好ましい。 The electrolytic solution for a lithium ion secondary battery according to the present embodiment usually contains a supporting salt. As the supporting salt, a lithium salt (preferably LiPF 6 ) such as LiPF 6 or LiBF 4 can be suitably used. The concentration of the supporting salt is preferably 0.7 mol / L or more and 1.3 mol / L or less (for example, 1.0 mol / L).

本実施形態に係るリチウムイオン二次電池用の電解液は、上記特定のフッ素化率(F/H比)を有するフッ素化溶媒を上記特定量含有することによって、リチウムイオン二次電池のサイクル特性を高くすることができ、かつ電池抵抗を低くすることができる。その理由は、次のように考えられる。   The electrolyte solution for the lithium ion secondary battery according to the present embodiment contains the specific amount of the fluorinated solvent having the specific fluorination rate (F / H ratio), so that the cycle characteristics of the lithium ion secondary battery are obtained. Can be increased, and the battery resistance can be decreased. The reason is considered as follows.

リチウムイオン二次電池のサイクル特性が低下する原因の一つとして電解液の酸化分解がある。この酸化分解を抑制するための方法としては、リチウムイオン二次電池の正極の表面に絶縁性の保護被膜を形成し、正極と電解液との間の反応を抑制する方法が挙げられる。電解液が無機リン酸化合物を含有する場合には、正極の表面にこの無機リン酸化合物由来の保護被膜を形成することができ、これにより正極と電解液との間の反応を抑制してリチウムイオン二次電池のサイクル特性を向上させる(充放電を繰り返した際の容量維持率を高くする)ことができる。   One of the causes of the deterioration of the cycle characteristics of the lithium ion secondary battery is oxidative decomposition of the electrolytic solution. As a method for suppressing this oxidative decomposition, a method of forming an insulating protective film on the surface of the positive electrode of the lithium ion secondary battery and suppressing the reaction between the positive electrode and the electrolytic solution can be mentioned. When the electrolytic solution contains an inorganic phosphate compound, a protective coating derived from this inorganic phosphate compound can be formed on the surface of the positive electrode, thereby suppressing the reaction between the positive electrode and the electrolytic solution and It is possible to improve the cycle characteristics of the ion secondary battery (increase the capacity retention rate when charging and discharging are repeated).

しかしながら、無機リン酸化合物によるリチウムイオン二次電池のサイクル特性向上効果を得るためには、無機リン酸化合物は、電解液に溶解する必要がある。ここで、電解液には、通常、無機リン酸化合物を溶解し難い非水溶媒が使用される。そのため、従来技術である特許文献1においては、電解液に水を含有させている。これにより、無機リン酸化合物は、水に直接溶解することができ、また水が関与して生成したフッ化水素酸(例えば、水とLiPF等の支持塩とが反応して生成したフッ化水素酸)に溶解することもできる。
しかしながら、電解液に水を含有させた場合には、水とLiPF等の支持塩との副反応が起きて、支持塩濃度の低下や電極上への副生成物の堆積等が引き起こされ、その結果、電池抵抗の増加を招く。
However, in order to obtain an effect of improving the cycle characteristics of the lithium ion secondary battery by the inorganic phosphate compound, the inorganic phosphate compound needs to be dissolved in the electrolytic solution. Here, a nonaqueous solvent that hardly dissolves the inorganic phosphate compound is usually used for the electrolytic solution. Therefore, in patent document 1 which is a prior art, the electrolyte solution contains water. As a result, the inorganic phosphate compound can be dissolved directly in water, and hydrofluoric acid produced by involving water (for example, fluorination produced by reaction of water with a supporting salt such as LiPF 6 ). It is also possible to dissolve in (hydrogen acid).
However, when water is contained in the electrolytic solution, a side reaction between water and a supporting salt such as LiPF 6 occurs, which causes a decrease in the supporting salt concentration, accumulation of by-products on the electrode, and the like. As a result, the battery resistance is increased.

これに対し、本発明者の検討によれば、無機リン酸化合物は、水を利用する以外に、フッ素化溶媒を用いても電解液に溶解し得ることが見出された。これは、フッ素化溶媒が酸化分解した際にフッ化水素酸を発生し、これに無機リン酸化合物が溶解するためと考えられる。したがって、電解液にフッ素化溶媒を用いることにより、無機リン酸化合物によるリチウムイオン二次電池のサイクル特性向上効果を得ることができる。   On the other hand, according to the study of the present inventor, it was found that the inorganic phosphate compound can be dissolved in the electrolytic solution even when a fluorinated solvent is used in addition to using water. This is presumably because hydrofluoric acid is generated when the fluorinated solvent undergoes oxidative decomposition, and the inorganic phosphoric acid compound dissolves therein. Therefore, by using a fluorinated solvent in the electrolytic solution, the effect of improving the cycle characteristics of the lithium ion secondary battery by the inorganic phosphate compound can be obtained.

しかしながら、フッ素化溶媒は非フッ素化溶媒に比べて分子サイズが大きいため、電解液がフッ素化溶媒を含有する場合には、電解液の粘度が上昇する。電解液の粘度上昇は、電池抵抗の増加を招く。したがって、電解液に使用する非フッ素化溶媒をフッ素化溶媒に置換しただけでは、高いサイクル特性と低い電池抵抗という二つの電池性能を同時に得ることができない。   However, since the molecular size of the fluorinated solvent is larger than that of the non-fluorinated solvent, when the electrolytic solution contains a fluorinated solvent, the viscosity of the electrolytic solution increases. An increase in the viscosity of the electrolyte causes an increase in battery resistance. Therefore, only by replacing the non-fluorinated solvent used in the electrolytic solution with a fluorinated solvent, the two battery performances of high cycle characteristics and low battery resistance cannot be obtained simultaneously.

そこで、本実施形態では、F/H比が0.6〜1.5とフッ素化率の高いフッ素化溶媒を使用する。このようなフッ素化率の高いフッ素化溶媒を用いた場合には、無機リン酸化合物の溶解性を特に高めることができる。その結果、無機リン酸化合物を含有させるために電解液が含有するフッ素化溶媒の量を減らすことができる。そして、このフッ素化溶媒の電解液中の含有量が、1質量%以上10質量%以下であることによって、電池抵抗の増加を抑えつつ、無機リン酸化合物由来の保護被膜形成によるサイクル特性の向上効果を得ることができる。   Therefore, in this embodiment, a fluorinated solvent having an F / H ratio of 0.6 to 1.5 and a high fluorination rate is used. When such a fluorinated solvent having a high fluorination rate is used, the solubility of the inorganic phosphate compound can be particularly enhanced. As a result, the amount of the fluorinated solvent contained in the electrolyte solution can be reduced in order to contain the inorganic phosphate compound. And, when the content of the fluorinated solvent in the electrolytic solution is 1% by mass or more and 10% by mass or less, the cycle characteristics are improved by forming a protective coating derived from the inorganic phosphate compound while suppressing an increase in battery resistance. An effect can be obtained.

このように、本実施形態に係るリチウム二次電池用の電解液は、水を含有しなくてもよいものであり、したがって、水を実質的に含有しないことが好ましい。本明細書において「水を実質的に含有しない」とは、「水を含まないか、または水を含有していても不可避的不純物として混入される程度の水分量である」ことをいい、例えば、水の含有量が、電解液中100質量ppm未満、あるいは50質量ppm以下であることをいう。   Thus, the electrolytic solution for a lithium secondary battery according to the present embodiment does not need to contain water, and therefore it is preferable that the electrolyte does not substantially contain water. In the present specification, “substantially free of water” means “not containing water or having an amount of water mixed as an inevitable impurity even if it contains water”, for example, The water content is less than 100 mass ppm or 50 mass ppm or less in the electrolytic solution.

本実施形態に係るリチウム二次電池用の電解液は、本発明の効果を著しく損なわない限りにおいて、上述した成分以外の成分、例えば、ビフェニル(BP)、シクロヘキシルベンゼン(CHB)等のガス発生剤;分散剤;増粘剤;等の各種添加剤を含んでいてもよい。   The electrolyte solution for a lithium secondary battery according to this embodiment is a component other than the above-described components, for example, a gas generating agent such as biphenyl (BP) or cyclohexylbenzene (CHB), as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. Various additives such as a dispersant, a thickener, and the like may be included.

本実施形態に係るリチウムイオン二次電池用の電解液は、非フッ素化有機溶媒と、フッ素化溶媒と、無機リン酸化合物とを含有する電解液を、予め調製しておいて、リチウムイオン二次電池に用いてよい。この場合、この予め調製した電解液を、電池ケース内に電極を収容したリチウムイオン二次電池組立体(すなわち電解液を含んでいない組立体)に注入すればよい。
あるいは、非フッ素化有機溶媒と、フッ素化溶媒とを含有する混合液を調製し、一方で、正極、負極、およびセパレータの少なくともいずれかが無機リン酸化合物を含有する、電池ケース内に電極を収容したリチウムイオン二次電池組立体を用意する。そして、この混合液を該リチウムイオン二次電池組立体に注入してリチウムイオン二次電池を作製し、リチウムイオン二次電池内で、当該混合液に無機リン酸化合物が溶解して、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池用の電解液が生成されてもよい。
あるいは、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池用の電解液を予め調製し、これを、正極、負極、およびセパレータの少なくともいずれかが無機リン酸化合物を含有する、電池ケース内に電極を収容したリチウムイオン二次電池組立体に注入してもよい。
The electrolyte for a lithium ion secondary battery according to this embodiment is prepared by preparing an electrolyte containing a non-fluorinated organic solvent, a fluorinated solvent, and an inorganic phosphate compound in advance. It may be used for secondary batteries. In this case, the electrolyte solution prepared in advance may be injected into a lithium ion secondary battery assembly (that is, an assembly that does not contain the electrolyte solution) in which an electrode is accommodated in the battery case.
Alternatively, a mixed liquid containing a non-fluorinated organic solvent and a fluorinated solvent is prepared, while at least one of the positive electrode, the negative electrode, and the separator contains an inorganic phosphate compound, the electrode is placed in the battery case. A accommodated lithium ion secondary battery assembly is prepared. Then, this mixed solution is injected into the lithium ion secondary battery assembly to produce a lithium ion secondary battery, and the inorganic phosphate compound is dissolved in the mixed solution in the lithium ion secondary battery. The electrolyte solution for lithium ion secondary batteries which concerns on a form may be produced | generated.
Alternatively, an electrolyte for a lithium ion secondary battery according to this embodiment is prepared in advance, and at least one of the positive electrode, the negative electrode, and the separator contains an inorganic phosphate compound, and the electrode is accommodated in the battery case The lithium ion secondary battery assembly may be injected.

本実施形態に係るリチウムイオン二次電池用の電解液を用いたリチウムイオン二次電池は、高いサイクル特性と低い電池抵抗という二つの電池性能が両立されたものとなる。
以下、図を用いて本実施形態に係るリチウムイオン二次電池用の電解液を用いたリチウムイオン二次電池の構成例ついて説明するが、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池用の電解液を用いて構成されるリチウムイオン二次電池は、以下説明するリチウムイオン二次電池に限られるものではない。本実施形態に係るリチウムイオン二次電池用の電解液は、公知方法に従い、種々のリチウムイオン二次電池に使用することができる。
The lithium ion secondary battery using the electrolytic solution for a lithium ion secondary battery according to the present embodiment has two battery performances of high cycle characteristics and low battery resistance.
Hereinafter, the configuration example of the lithium ion secondary battery using the electrolyte for the lithium ion secondary battery according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. The electrolyte for the lithium ion secondary battery according to the present embodiment will be described below. The lithium ion secondary battery constituted by using is not limited to the lithium ion secondary battery described below. The electrolyte solution for a lithium ion secondary battery according to this embodiment can be used for various lithium ion secondary batteries according to a known method.

図1は、構成例に係るリチウムイオン二次電池10を模式的に示す断面図である。図2は、リチウムイオン二次電池10に用いられる電極体40の構成を示す模式図である。リチウムイオン二次電池10は、図1に示すように、電池ケース20と、電極体40(図1では、捲回電極体)とを備えている。   FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a lithium ion secondary battery 10 according to a configuration example. FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of the electrode body 40 used in the lithium ion secondary battery 10. As shown in FIG. 1, the lithium ion secondary battery 10 includes a battery case 20 and an electrode body 40 (in FIG. 1, a wound electrode body).

電池ケース20は、ケース本体21と、封口板22とを備えている。ケース本体21は、一端に矩形の開口部を有する箱形を有している。ここで、ケース本体21は、リチウムイオン二次電池10の通常の使用状態における上面に相当する一面が開口した有底直方体形状を有している。封口板22は、ケース本体21の開口を塞ぐ部材である。封口板22は凡そ矩形のプレートで構成されている。かかる封口板22がケース本体21の開口周縁に溶接されることによって、略六面体形状の電池ケース20が構成されている。電池ケース20は、例えば、軽量で熱伝導性の良い金属材料を主体に構成される。このような金属製材料としては、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケルめっき鋼等が挙げられる。なお、ここでは、矩形のケースが例示されているが、電池ケース20はかかる形状に限定されない。例えば、電池ケース20は、円筒形状のケースであってもよい。また、電池ケース20は、電極体を包む袋状の形態でもよく、いわゆるラミネートタイプの電池ケース20でもよい。   The battery case 20 includes a case body 21 and a sealing plate 22. The case main body 21 has a box shape having a rectangular opening at one end. Here, the case main body 21 has a bottomed rectangular parallelepiped shape in which one surface corresponding to the upper surface in the normal use state of the lithium ion secondary battery 10 is opened. The sealing plate 22 is a member that closes the opening of the case body 21. The sealing plate 22 is a rectangular plate. The sealing plate 22 is welded to the peripheral edge of the opening of the case body 21 to form a substantially hexahedral battery case 20. The battery case 20 is mainly composed of, for example, a metal material that is lightweight and has good thermal conductivity. Examples of such a metal material include aluminum, stainless steel, nickel-plated steel, and the like. Although a rectangular case is illustrated here, the battery case 20 is not limited to such a shape. For example, the battery case 20 may be a cylindrical case. Further, the battery case 20 may have a bag shape that wraps the electrode body, or may be a so-called laminate type battery case 20.

図1に示す例では、封口板22に外部接続用の正極端子23(外部端子)および負極端子24(外部端子)が取り付けられている。封口板22には、安全弁30と、注液口32が形成されている。安全弁30は、電池ケース20の内圧が所定レベル(例えば、設定開弁圧0.3MPa〜1.0MPa程度)以上に上昇した場合に該内圧を開放するように構成されている。また、図1では、電解液80が注入された後で、注液口32が封止材33によって封止された状態が図示されている。   In the example shown in FIG. 1, a positive electrode terminal 23 (external terminal) and a negative electrode terminal 24 (external terminal) for external connection are attached to the sealing plate 22. A safety valve 30 and a liquid injection port 32 are formed on the sealing plate 22. The safety valve 30 is configured to release the internal pressure when the internal pressure of the battery case 20 rises to a predetermined level (for example, a set valve opening pressure of about 0.3 MPa to 1.0 MPa) or more. Further, FIG. 1 shows a state in which the injection port 32 is sealed with a sealing material 33 after the electrolyte solution 80 is injected.

電極体40は、図2に示すように、帯状の正極(正極シート50)と、帯状の負極(負極シート60)と、帯状のセパレータ(セパレータ72,74)とを備えている。   As shown in FIG. 2, the electrode body 40 includes a strip-shaped positive electrode (positive electrode sheet 50), a strip-shaped negative electrode (negative electrode sheet 60), and strip-shaped separators (separators 72 and 74).

正極シート50は、帯状の正極集電箔51と、正極活物質層53とを備えている。正極集電箔51には、例えば、アルミニウム箔等を用いることができる。正極集電箔51の幅方向片側には、縁部に沿って露出部52が設けられている。図示例では、正極活物質層53は、正極集電箔51に設けられた露出部52を除いて、正極集電箔51の両面に形成されている。しかしながら、正極活物質層53は、正極集電箔51の片面のみに形成されていてもよい。   The positive electrode sheet 50 includes a strip-shaped positive electrode current collector foil 51 and a positive electrode active material layer 53. For the positive electrode current collector foil 51, for example, an aluminum foil or the like can be used. On one side of the positive electrode current collector foil 51 in the width direction, an exposed portion 52 is provided along the edge. In the illustrated example, the positive electrode active material layer 53 is formed on both surfaces of the positive electrode current collector foil 51 except for the exposed portion 52 provided on the positive electrode current collector foil 51. However, the positive electrode active material layer 53 may be formed only on one side of the positive electrode current collector foil 51.

正極活物質層53は、典型的には正極活物質と導電材と結着剤(バインダ)等とを含む。正極活物質としては、例えば、層状構造やスピネル構造等のリチウム複合金属酸化物(例えば、LiNi1/3Co1/3Mn1/3、LiNiO、LiCoO、LiFeO、LiMn、LiNi0.5Mn1.5、LiFePO等)を採用し得る。正極活物質の作動電位が高いほど、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池用の電解液を用いることの効果は高くなる。したがって、正極活物質には、作動電位が金属リチウム基準で4.3V以上であるものを用いることが好ましい。導電材としては、カーボンブラック(例えば、アセチレンブラックやケッチェンブラック)等の炭素材料を採用し得る。結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)やポリエチレンオキサイド(PEO)等の各種のポリマー材料を採用し得る。正極活物質層53は、上記の無機リン酸化合物を含有していてもよい。正極シート50(特に正極活物質層53)が、上記の無機リン酸化合物を含有する場合には、正極シート50に該無機リン酸化合物由来の保護被膜を形成する点に関し有利である。 The positive electrode active material layer 53 typically includes a positive electrode active material, a conductive material, a binder (binder), and the like. Examples of the positive electrode active material include lithium composite metal oxides such as a layered structure and a spinel structure (for example, LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 , LiNiO 2 , LiCoO 2 , LiFeO 2 , LiMn 2 O 4 , LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 , LiFePO 4, etc.). The higher the operating potential of the positive electrode active material, the higher the effect of using the electrolytic solution for the lithium ion secondary battery according to this embodiment. Therefore, it is preferable to use a positive electrode active material having an operating potential of 4.3 V or higher with respect to metallic lithium. As the conductive material, a carbon material such as carbon black (for example, acetylene black or ketjen black) can be adopted. As the binder, various polymer materials such as polyvinylidene fluoride (PVdF) and polyethylene oxide (PEO) can be employed. The positive electrode active material layer 53 may contain the above inorganic phosphate compound. When the positive electrode sheet 50 (particularly, the positive electrode active material layer 53) contains the above inorganic phosphate compound, it is advantageous in that a protective film derived from the inorganic phosphate compound is formed on the positive electrode sheet 50.

負極シート60は、帯状の負極集電箔61と、負極活物質層63とを備えている。負極集電箔61には、例えば、銅箔等を用いることができる。負極集電箔61の幅方向片側には、縁部に沿って露出部62が設けられている。図示例では、負極活物質層63は、負極集電箔61に設けられた露出部62を除いて、負極集電箔61の両面に形成されている。しかしながら、負極活物質層63は、負極集電箔61の片面のみに形成されていてもよい。   The negative electrode sheet 60 includes a strip-shaped negative electrode current collector foil 61 and a negative electrode active material layer 63. For the negative electrode current collector foil 61, for example, a copper foil or the like can be used. On one side in the width direction of the negative electrode current collector foil 61, an exposed portion 62 is provided along the edge portion. In the illustrated example, the negative electrode active material layer 63 is formed on both surfaces of the negative electrode current collector foil 61 except for the exposed portion 62 provided on the negative electrode current collector foil 61. However, the negative electrode active material layer 63 may be formed only on one side of the negative electrode current collector foil 61.

負極活物質層63は、典型的には、負極活物質と結着剤と増粘剤等とを含む。負極活物質としては、例えば、黒鉛(天然黒鉛、人造黒鉛)、低結晶性カーボン(ハードカーボン、ソフトカーボン)等の炭素材料を用いることができ、なかでも黒鉛を好適に採用し得る。結着剤としては、スチレンブタジエンゴム(SBR)等の各種ポリマー材料を採用し得る。増粘剤としては、カルボキシメチルセルロース(CMC)等の各種のポリマー材料を採用し得る。負極活物質層63は、上記の無機リン酸化合物を含有していてもよい。   The negative electrode active material layer 63 typically includes a negative electrode active material, a binder, a thickener, and the like. As the negative electrode active material, for example, carbon materials such as graphite (natural graphite, artificial graphite) and low crystalline carbon (hard carbon, soft carbon) can be used, and among them, graphite can be preferably used. As the binder, various polymer materials such as styrene butadiene rubber (SBR) can be adopted. As the thickener, various polymer materials such as carboxymethyl cellulose (CMC) can be employed. The negative electrode active material layer 63 may contain the above inorganic phosphate compound.

セパレータ72、74としては、例えばポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリエステル、セルロース、ポリアミド等の樹脂からなる多孔性シート(フィルム)等を用いることができ、好ましくは、ポリオレフィン樹脂(例、PE、PP)からなる多孔性シートが用いられる。かかる多孔性シートは、単層構造であってもよく、二層以上の積層構造(例えば、PE層の両面にPP層が積層された三層構造)であってもよい。なお、セパレータ72、74には、耐熱層(HRL)が設けられていてもよい。セパレータ72、74は、例えば耐熱層などに、上記の無機リン酸化合物を含有していてもよい。   As the separators 72 and 74, for example, a porous sheet (film) made of a resin such as polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyester, cellulose, or polyamide can be used. Preferably, a polyolefin resin (eg, PE , PP) is used. Such a porous sheet may have a single-layer structure or a laminated structure of two or more layers (for example, a three-layer structure in which PP layers are laminated on both sides of a PE layer). The separators 72 and 74 may be provided with a heat resistant layer (HRL). Separator 72,74 may contain the above-mentioned inorganic phosphate compound, for example in a heat-resistant layer.

電極体40においては、図2に示すように、正極シート50と、負極シート60と、セパレータ72,74とが順に重ねて捲回されており、捲回された電極体(捲回電極体)40は、捲回軸WLを含む一平面に沿って扁平に押し曲げられた形状を有する。負極活物質層63の幅b1は、正極活物質層53の幅a1よりも少し広い。さらにセパレータ72、74の幅c1、c2は、負極活物質層63の幅b1よりも少し広い(c1、c2>b1>a1)。図2に示す例では、正極集電箔51の露出部52と負極集電箔61の露出部62とは、それぞれセパレータ72、74の両側において、らせん状に露出している。本実施形態では、図1に示すように、電極体40は、セパレータ72、74からはみ出た正負の露出部52、62の中間部分が寄せ集められ、電池ケース20の内部に配置された正負の内部端子23、24の先端部23a、24aに溶接されている。
なお、本実施形態では、電極体40は捲回電極体として構成されているが、積層型電極体として構成してもよい。
In the electrode body 40, as shown in FIG. 2, the positive electrode sheet 50, the negative electrode sheet 60, and the separators 72 and 74 are wound in order, and the wound electrode body (wound electrode body). 40 has a shape that is flatly pushed and bent along one plane including the winding axis WL. The width b1 of the negative electrode active material layer 63 is slightly wider than the width a1 of the positive electrode active material layer 53. Furthermore, the widths c1 and c2 of the separators 72 and 74 are slightly wider than the width b1 of the negative electrode active material layer 63 (c1, c2>b1> a1). In the example shown in FIG. 2, the exposed portion 52 of the positive electrode current collector foil 51 and the exposed portion 62 of the negative electrode current collector foil 61 are spirally exposed on both sides of the separators 72 and 74, respectively. In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the electrode body 40 is formed by gathering the intermediate portions of the positive and negative exposed portions 52 and 62 protruding from the separators 72 and 74, and arranging the positive and negative electrodes disposed inside the battery case 20. The inner terminals 23 and 24 are welded to the tip portions 23a and 24a.
In the present embodiment, the electrode body 40 is configured as a wound electrode body, but may be configured as a stacked electrode body.

図1に示す形態では、捲回軸WLを含む一平面に沿って扁平な捲回電極体40が電池ケース20に収容されている。電池ケース20には、さらに電解液80が収容されている。電解液80は、捲回軸WL(図2参照)の軸方向の両側から電極体40の内部に浸入する。なお、図1は、電池ケース20内に注入される電解液80の量を厳密に示すものではない。   In the form shown in FIG. 1, a flat wound electrode body 40 is accommodated in the battery case 20 along one plane including the winding axis WL. The battery case 20 further contains an electrolytic solution 80. The electrolytic solution 80 enters the electrode body 40 from both axial sides of the winding shaft WL (see FIG. 2). Note that FIG. 1 does not strictly indicate the amount of the electrolytic solution 80 injected into the battery case 20.

電解液80には、上記で説明した本実施形態に係るリチウムイオン二次電池用の電解液が用いられる。変形例として、正極活物質層53、負極活物質層63、セパレータ72、74の少なくともいずれかが、上記の無機リン酸化合物を含有する場合には、電解液80には、無機リン酸化合物を含んでいないものを使用して、リチウムイオン二次電池10の完成時または使用時に、電解液80に無機リン酸化合物が溶解して、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池用の電解液が生成する構成としてもよい。
いずれにしても電解液80に溶解した無機リン酸化合物は、正極シート50上に保護費膜を形成して消費されるため、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池用の電解液について、無機リン酸化合物の含有量の下限は重要ではないことが理解される。
As the electrolytic solution 80, the electrolytic solution for the lithium ion secondary battery according to the present embodiment described above is used. As a modification, when at least one of the positive electrode active material layer 53, the negative electrode active material layer 63, and the separators 72 and 74 contains the above inorganic phosphate compound, the electrolyte solution 80 contains an inorganic phosphate compound. When the lithium ion secondary battery 10 is completed or used, the inorganic phosphoric acid compound is dissolved in the electrolytic solution 80, and the electrolyte for the lithium ion secondary battery according to this embodiment is used. It is good also as composition to generate.
In any case, since the inorganic phosphate compound dissolved in the electrolytic solution 80 is consumed by forming a protective cost film on the positive electrode sheet 50, the inorganic electrolytic compound for the lithium ion secondary battery according to the present embodiment is inorganic. It will be understood that the lower limit of the phosphate compound content is not critical.

以上のようにして構成されるリチウムイオン二次電池10は、各種用途に利用可能であり、好適な用途としては、電気自動車(EV)、ハイブリッド自動車(HV)、プラグインハイブリッド自動車(PHV)等の車両に搭載される駆動用電源が挙げられる。リチウムイオン二次電池10は、典型的には複数個を直列および/または並列に接続してなる組電池の形態でも使用され得る。   The lithium ion secondary battery 10 configured as described above can be used for various applications, and preferred applications include an electric vehicle (EV), a hybrid vehicle (HV), a plug-in hybrid vehicle (PHV), and the like. Driving power source mounted on the vehicle. The lithium ion secondary battery 10 can also be used in the form of a battery pack typically formed by connecting a plurality of lithium ion secondary batteries 10 in series and / or in parallel.

以下、本発明に関する実施例を説明するが、本発明をかかる実施例に示すものに限定することを意図したものではない。   EXAMPLES Examples relating to the present invention will be described below, but the present invention is not intended to be limited to those shown in the examples.

<No.1の評価用リチウムイオン二次電池の作製>
Li以外の金属の硫酸塩を所定量水に溶解させ、NaOHで中和しながら晶析を行なって前駆体となる水酸化物を得た。これを所定量の炭酸リチウムと混合し、900℃で15時間焼成した後粉砕することにより、正極活物質としての平均粒子径が10μmのリチウムニッケルマンガン系複合酸化物を得た。
この正極活物質と、導電材としてのアセチレンブラック(AB)と、バインダとしてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)と、無機リン酸化合物としてのLi3PO4とを、正極活物質:AB:PVdF:Li3PO4=87:8:2:3の質量比でNMPと混合し、正極活物質層形成用スラリーを調製した。このスラリーを、アルミニウム箔上に塗布して乾燥した。得られたシートを電池の設計容量が約14mAhとなるようにカットして、正極シートを作製した。
また、負極活物質としての平均粒子径が20μmの天然黒鉛(C)と、バインダとしてのスチレンブタジエンゴム(SBR)と、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース(CMC)とを、C:SBR:CMC=98:1:1の質量比でイオン交換水と混合して、負極活物質層形成用スラリーを調製した。このスラリーを、銅箔上に塗布して乾燥した。得られたシートを電池の設計容量が約14mAhとなるようにカットして、負極シートを作製した。
また、セパレータとして多孔質ポリオレフィンシートを用意した。
作製した正極シートと負極シートとを、セパレータを介して対向させて電極体を作製した。
作製した電極体に集電体を取り付け、電解液と共にラミネートケースに収容し、封止することによって評価用リチウムイオン二次電池を得た。なお、電解液の溶媒には、エチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とを体積比30/70で混合したものを用いた。また、電解液には、1.0Mの濃度となるようにLiPFを添加した。
<No. 1. Preparation of lithium ion secondary battery for evaluation>
A metal sulfate other than Li was dissolved in a predetermined amount of water, and crystallization was performed while neutralizing with NaOH to obtain a precursor hydroxide. This was mixed with a predetermined amount of lithium carbonate, fired at 900 ° C. for 15 hours, and then pulverized to obtain a lithium nickel manganese composite oxide having an average particle diameter of 10 μm as a positive electrode active material.
This positive electrode active material, acetylene black (AB) as a conductive material, polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder, and Li 3 PO 4 as an inorganic phosphate compound are mixed into the positive electrode active material: AB: PVdF: Li 3 PO 4 = 87: 8: 2: 3 was mixed with NMP at a mass ratio to prepare a positive electrode active material layer forming slurry. This slurry was applied on an aluminum foil and dried. The obtained sheet was cut so that the design capacity of the battery was about 14 mAh, and a positive electrode sheet was produced.
Further, natural graphite (C) having an average particle diameter of 20 μm as a negative electrode active material, styrene butadiene rubber (SBR) as a binder, and carboxymethyl cellulose (CMC) as a thickener, C: SBR: CMC = The slurry for negative electrode active material layer formation was prepared by mixing with ion exchange water at a mass ratio of 98: 1: 1. This slurry was applied onto a copper foil and dried. The obtained sheet was cut so that the design capacity of the battery would be about 14 mAh to produce a negative electrode sheet.
A porous polyolefin sheet was prepared as a separator.
The produced positive electrode sheet and the negative electrode sheet were opposed to each other through a separator to produce an electrode body.
A current collector was attached to the produced electrode body, and the lithium ion secondary battery for evaluation was obtained by housing in a laminate case together with the electrolyte and sealing. In addition, what mixed ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC) by the volume ratio 30/70 was used for the solvent of electrolyte solution. Further, LiPF 6 was added to the electrolyte so as to have a concentration of 1.0M.

<No.2の評価用リチウムイオン二次電池の作製>
正極活物質層形成用スラリーを調製する際に、無機リン酸化合物であるLi3PO4を添加しなかったこと、および電解液の溶媒に、エチレンカーボネート(EC)とビス(2,2,2−トリフルオロエチル)カーボネート(BTFEC)とを体積比30/70で混合したものを用いたこと以外は、上記No.1の評価用リチウムイオン二次電池と同様にして、No.2の評価用リチウムイオン二次電池を得た。
<No. Production of Lithium Ion Secondary Battery for Evaluation 2>
When preparing the slurry for forming the positive electrode active material layer, Li 3 PO 4 which is an inorganic phosphate compound was not added, and ethylene carbonate (EC) and bis (2,2,2) were used as the solvent of the electrolytic solution. -No. 1 except that a mixture of (trifluoroethyl) carbonate (BTFEC) at a volume ratio of 30/70 was used. No. 1 in the same manner as the evaluation lithium ion secondary battery. 2 lithium ion secondary batteries for evaluation were obtained.

<No.3の評価用リチウムイオン二次電池の作製>
電解液の溶媒に、エチレンカーボネート(EC)とメチル(2,2,2−トリフルオロエチル)カーボネート(MTFEC)とを体積比30/70で混合したものを用いたこと以外は、上記No.1の評価用リチウムイオン二次電池と同様にして、No.3の評価用リチウムイオン二次電池を得た。
<No. 3. Preparation of lithium ion secondary battery for evaluation>
Except for using a mixture of ethylene carbonate (EC) and methyl (2,2,2-trifluoroethyl) carbonate (MTFEC) at a volume ratio of 30/70 as the solvent of the electrolytic solution, the above No. 1 was used. No. 1 in the same manner as the evaluation lithium ion secondary battery. 3 lithium ion secondary batteries for evaluation were obtained.

<No.4の評価用リチウムイオン二次電池の作製>
電解液の溶媒に、エチレンカーボネート(EC)とメチル(2,2,2−トリフルオロエチル)カーボネート(MTFEC)とを体積比50/50で混合したものを用いたこと以外は、上記No.1の評価用リチウムイオン二次電池と同様にして、No.4の評価用リチウムイオン二次電池を得た。
<No. Of 4 lithium ion secondary battery for evaluation>
Except for using a mixture of ethylene carbonate (EC) and methyl (2,2,2-trifluoroethyl) carbonate (MTFEC) at a volume ratio of 50/50 as the solvent of the electrolytic solution, the above No. 1 was used. No. 1 in the same manner as the evaluation lithium ion secondary battery. 4 lithium ion secondary batteries for evaluation were obtained.

<No.5の評価用リチウムイオン二次電池の作製>
電解液の溶媒に、エチレンカーボネート(EC)とビス(2,2,2−トリフルオロエチル)カーボネート(BTFEC)とを体積比30/70で混合したものを用いたこと以外は、上記No.1の評価用リチウムイオン二次電池と同様にして、No.5の評価用リチウムイオン二次電池を得た。
<No. Of lithium ion secondary battery for evaluation 5>
Except for using a mixture of ethylene carbonate (EC) and bis (2,2,2-trifluoroethyl) carbonate (BTFEC) at a volume ratio of 30/70 as the solvent of the electrolytic solution, the above No. 1 was used. No. 1 in the same manner as the evaluation lithium ion secondary battery. 5 lithium ion secondary batteries for evaluation were obtained.

<No.6の評価用リチウムイオン二次電池の作製>
電解液の溶媒に、フルオロエチレンカーボネート(FEC)とビス(2,2,2−トリフルオロエチル)カーボネート(BTFEC)とを体積比30/70で混合したものを用いたこと以外は、上記No.1の評価用リチウムイオン二次電池と同様にして、No.6の評価用リチウムイオン二次電池を得た。
<No. Preparation of Lithium Ion Secondary Battery for Evaluation 6>
Except for using a mixture of fluoroethylene carbonate (FEC) and bis (2,2,2-trifluoroethyl) carbonate (BTFEC) at a volume ratio of 30/70 as the solvent of the electrolytic solution, the above No. 1 was used. No. 1 in the same manner as the evaluation lithium ion secondary battery. 6 lithium ion secondary batteries for evaluation were obtained.

<No.7の評価用リチウムイオン二次電池の作製>
電解液の溶媒に、エチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とを体積比30/70で混合したものに、フルオロエチレンカーボネート(FEC)が、電解液中において10質量%となるように添加されたものを用いたこと以外は、上記No.1の評価用リチウムイオン二次電池と同様にして、No.7の評価用リチウムイオン二次電池を得た。
<No. Of lithium ion secondary battery for evaluation of No. 7>
In the electrolyte solution, ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC) mixed at a volume ratio of 30/70, so that fluoroethylene carbonate (FEC) is 10% by mass in the electrolyte solution. Except for using the added one, the above No. 1 was used. No. 1 in the same manner as the evaluation lithium ion secondary battery. 7 lithium ion secondary batteries for evaluation were obtained.

<No.8の評価用リチウムイオン二次電池の作製>
電解液の溶媒に、エチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とを体積比30/70で混合したものに、ビス(2,2,2−トリフルオロエチル)カーボネート(BTFEC)が、電解液中において15質量%となるように添加されたものを用いたこと以外は、上記No.1の評価用リチウムイオン二次電池と同様にして、No.8の評価用リチウムイオン二次電池を得た。
<No. 8 Production of Lithium Ion Secondary Battery for Evaluation>
Bis (2,2,2-trifluoroethyl) carbonate (BTFEC) is electrolyzed in a mixture of ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC) at a volume ratio of 30/70 in the solvent of the electrolytic solution. Except for using what was added so that it might become 15 mass% in a liquid, said No .. No. 1 in the same manner as the evaluation lithium ion secondary battery. Eight lithium ion secondary batteries for evaluation were obtained.

<No.9の評価用リチウムイオン二次電池の作製>
電解液の溶媒に、エチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とを体積比30/70で混合したものに、メチル(2,2,2−トリフルオロエチル)カーボネート(MTFEC)が、電解液中において1質量%となるように添加されたものを用いたこと以外は、上記No.1の評価用リチウムイオン二次電池と同様にして、No.9の評価用リチウムイオン二次電池を得た。
<No. 9 Production of Lithium Ion Secondary Battery for Evaluation>
Methyl (2,2,2-trifluoroethyl) carbonate (MTFEC) is electrolyzed in a mixture of ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC) at a volume ratio of 30/70 in the solvent of the electrolytic solution. Except for using what was added so that it might become 1 mass% in a liquid, said No .. No. 1 in the same manner as the evaluation lithium ion secondary battery. Nine lithium ion secondary batteries for evaluation were obtained.

<No.10の評価用リチウムイオン二次電池の作製>
電解液の溶媒に、エチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とを体積比30/70で混合したものに、メチル(2,2,2−トリフルオロエチル)カーボネート(MTFEC)が、電解液中において10質量%となるように添加されたものを用いたこと以外は、上記No.1の評価用リチウムイオン二次電池と同様にして、No.10の評価用リチウムイオン二次電池を得た。
<No. Production of 10 lithium ion secondary batteries for evaluation>
Methyl (2,2,2-trifluoroethyl) carbonate (MTFEC) is electrolyzed in a mixture of ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC) at a volume ratio of 30/70 in the solvent of the electrolytic solution. Except having used what was added so that it might become 10 mass% in a liquid, said No .. No. 1 in the same manner as the evaluation lithium ion secondary battery. Ten lithium ion secondary batteries for evaluation were obtained.

<No.11の評価用リチウムイオン二次電池の作製>
電解液の溶媒に、エチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とを体積比30/70で混合したものに、ビス(2,2,2−トリフルオロエチル)カーボネート(BTFEC)が、電解液中において1質量%となるように添加されたものを用いたこと以外は、上記No.1の評価用リチウムイオン二次電池と同様にして、No.11の評価用リチウムイオン二次電池を得た。
<No. 11 Evaluation Lithium Ion Secondary Battery Production>
Bis (2,2,2-trifluoroethyl) carbonate (BTFEC) is electrolyzed in a mixture of ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC) at a volume ratio of 30/70 in the solvent of the electrolytic solution. Except for using what was added so that it might become 1 mass% in a liquid, said No .. No. 1 in the same manner as the evaluation lithium ion secondary battery. 11 lithium ion secondary batteries for evaluation were obtained.

<No.12の評価用リチウムイオン二次電池の作製>
電解液の溶媒に、エチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とを体積比30/70で混合したものに、ビス(2,2,2−トリフルオロエチル)カーボネート(BTFEC)が、電解液中において10質量%となるように添加されたものを用いたこと以外は、上記No.1の評価用リチウムイオン二次電池と同様にして、No.12の評価用リチウムイオン二次電池を得た。
<No. Production of 12 lithium ion secondary batteries for evaluation>
Bis (2,2,2-trifluoroethyl) carbonate (BTFEC) is electrolyzed in a mixture of ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC) at a volume ratio of 30/70 in the solvent of the electrolytic solution. Except having used what was added so that it might become 10 mass% in a liquid, said No .. No. 1 in the same manner as the evaluation lithium ion secondary battery. Twelve lithium ion secondary batteries for evaluation were obtained.

<活性化>
得られた各評価用リチウムイオン二次電池に対し、1Cの電流値で4.9Vまで定電流充電を行い、そのまま定電圧充電保持することにより活性化を行なった。
<Activation>
Each of the obtained lithium ion secondary batteries for evaluation was subjected to activation by performing constant current charging at a current value of 1 C up to 4.9 V and maintaining the constant voltage charging as it is.

<IV抵抗測定>
活性化した各評価用リチウムイオン二次電池を、SOC(State of charge)60%の充電状態に調整した後、25℃の環境雰囲気下に置いた。20Cの電流値で10秒間の放電を行い、放電開始から10秒後の電圧値を測定し、IV抵抗(電池抵抗)を算出した。結果を表1に示す。
<IV resistance measurement>
Each activated lithium ion secondary battery for evaluation was adjusted to a SOC (State of Charge) 60% charge state, and then placed in an environmental atmosphere of 25 ° C. The discharge was performed for 10 seconds at a current value of 20 C, the voltage value 10 seconds after the start of discharge was measured, and the IV resistance (battery resistance) was calculated. The results are shown in Table 1.

<初期容量測定>
活性化した各評価用リチウムイオン二次電池を25℃の環境下に置いた。1/5Cの電流値で4.9Vまで定電流充電を行った後、電流値が1/50Cになるまで定電圧充電を行い、満充電状態にした。その後1/5Cの電流値で3.5Vまで定電流放電し、このときの放電容量を測定して、初期容量とした。
<Initial capacity measurement>
Each activated lithium ion secondary battery for evaluation was placed in an environment of 25 ° C. After carrying out constant current charge to 4.9V with the electric current value of 1 / 5C, constant voltage charge was performed until the electric current value became 1 / 50C, and it was set as the full charge state. Thereafter, a constant current was discharged to 3.5 V at a current value of 1/5 C, and the discharge capacity at this time was measured to obtain an initial capacity.

<充放電サイクル試験>
各評価用リチウムイオン二次電池を、60℃の環境下に置き、2Cで4.9Vまで定電流充電後、2Cで3.5Vまで定電流放電するという充放電を300サイクル行った。その後、初期容量測定と同じ方法で容量測定を行い、これを充放電300サイクル後の容量とした。下記式に従い、容量維持率を計算した。
容量維持率(%)=(充放電300サイクル後の容量/初期容量)×100
結果を表1に示す。
<Charge / discharge cycle test>
Each evaluation lithium ion secondary battery was placed in an environment of 60 ° C., and charged and discharged 300 cycles at a constant current of 2 C to 4.9 V and then a constant current of 2 C to 3.5 V. Then, the capacity | capacitance measurement was performed by the same method as initial capacity | capacitance measurement, and this was made into the capacity | capacitance after 300 cycles of charging / discharging. The capacity retention rate was calculated according to the following formula.
Capacity maintenance rate (%) = (capacity after 300 cycles of charge / discharge / initial capacity) × 100
The results are shown in Table 1.

Figure 2018137100
Figure 2018137100

表1から、No.1の評価用リチウムイオン二次電池と、No.3〜6の評価用リチウムイオン二次電池との比較より、基本組成となる溶媒をフッ素化溶媒に置き換えた場合(すなわちフッ素化溶媒の量が多量の場合)、容量維持率は向上するが抵抗が大幅に増大することがわかる。
No.2の評価用リチウムイオン二次電池とNo.6の評価用リチウムイオン二次電池との比較より、電解液の溶媒がフッ素化溶媒を含んでいても、無機リン酸化合物であるLiPOを使用しない場合には、容量維持率が低いことがわかる。
一方で、No.9〜12の評価用リチウムイオン二次電池の評価結果より、フッ素化溶媒を少量添加することにより、抵抗増加が抑制されつつ容量維持率が大きく向上していることがわかる。
しかしながら、No.7の評価用リチウムイオン二次電池の評価結果より、フッ素化溶媒のフッ化率(F/H比)が小さい場合には、十分に容量維持率を向上させることができないことがわかる。
また、No.8の評価用リチウムイオン二次電池の評価結果より、フッ素化溶媒の添加量が10質量%を超えて多くなると、電池抵抗の増大を招くことがわかる。
From Table 1, no. No. 1 lithium ion secondary battery for evaluation; Compared with the evaluation lithium ion secondary batteries 3 to 6, when the solvent as the basic composition is replaced with a fluorinated solvent (that is, when the amount of the fluorinated solvent is large), the capacity retention rate is improved, but the resistance It can be seen that increases significantly.
No. No. 2 lithium ion secondary battery for evaluation and No. 2 Compared with the lithium ion secondary battery for evaluation of No. 6, even when the solvent of the electrolytic solution contains a fluorinated solvent, the capacity retention rate is low when Li 3 PO 4 which is an inorganic phosphate compound is not used. I understand that.
On the other hand, no. From the evaluation results of the evaluation lithium ion secondary batteries 9 to 12, it can be seen that the addition of a small amount of the fluorinated solvent greatly increases the capacity retention rate while suppressing an increase in resistance.
However, no. From the evaluation result of the lithium ion secondary battery for evaluation No. 7, it is found that the capacity retention rate cannot be sufficiently improved when the fluorination rate (F / H ratio) of the fluorinated solvent is small.
No. From the evaluation results of the lithium ion secondary battery for evaluation of No. 8, it can be seen that when the addition amount of the fluorinated solvent exceeds 10% by mass, the battery resistance is increased.

以上のことから、無機リン酸化合物を含有するリチウムイオン二次電池用の電解液に、F/H比が0.6〜1.5であるフッ素化溶媒を、その含有量が1質量%以上10質量%以下となるように添加すれば、リチウムイオン二次電池の高いサイクル特性と低い電池抵抗という二つの電池性能を両立できることがわかる。   From the above, the fluorinated solvent having an F / H ratio of 0.6 to 1.5 is added to an electrolyte for a lithium ion secondary battery containing an inorganic phosphate compound, the content of which is 1% by mass or more. It can be seen that the addition of 10% by mass or less makes it possible to achieve both battery performance, ie, high cycle characteristics and low battery resistance of the lithium ion secondary battery.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。   As mentioned above, although the specific example of this invention was demonstrated in detail, these are only illustrations and do not limit a claim. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.

10 リチウムイオン二次電池
20 電池ケース
21 ケース本体
22 封口板
23 正極端子
24 負極端子
30 安全弁
32 注液口
33 封止材
40 捲回電極体
50 正極シート
51 正極集電箔
52 露出部
53 正極活物質層
60 負極シート
61 負極集電箔
62 露出部
63 負極活物質層
72,74 セパレータ
80 電解液
WL 捲回軸
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Lithium ion secondary battery 20 Battery case 21 Case main body 22 Sealing plate 23 Positive electrode terminal 24 Negative electrode terminal 30 Safety valve 32 Injection port 33 Sealing material 40 Winding electrode body 50 Positive electrode sheet 51 Positive electrode current collecting foil 52 Exposed part 53 Positive electrode activity Material layer 60 Negative electrode sheet 61 Negative electrode current collector foil 62 Exposed portion 63 Negative electrode active material layer 72, 74 Separator 80 Electrolytic solution WL Winding shaft

Claims (1)

非フッ素化有機溶媒と、フッ素化溶媒と、無機リン酸化合物と、
を含有するリチウムイオン二次電池用の電解液であって、
前記フッ素化溶媒は、その分子中に水素原子とフッ素原子とを含有し、
前記フッ素化溶媒の一分子中の水素原子数に対するフッ素原子数の比が、0.6〜1.5であり、
前記フッ素化溶媒の前記電解液中の含有量が、1質量%以上10質量%以下であることを特徴とする、
リチウムイオン二次電池用の電解液。
A non-fluorinated organic solvent, a fluorinated solvent, an inorganic phosphate compound,
An electrolyte for a lithium ion secondary battery containing
The fluorinated solvent contains hydrogen atoms and fluorine atoms in the molecule,
The ratio of the number of fluorine atoms to the number of hydrogen atoms in one molecule of the fluorinated solvent is 0.6 to 1.5,
The content of the fluorinated solvent in the electrolyte solution is 1% by mass or more and 10% by mass or less,
Electrolytic solution for lithium ion secondary battery.
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