JP2018160380A - Lithium ion secondary battery - Google Patents

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亮介 木戸
Ryosuke Kido
亮介 木戸
長谷川 智彦
Tomohiko Hasegawa
智彦 長谷川
洋貴 北村
Hirotaka Kitamura
洋貴 北村
千映子 清水
Chieko Shimizu
千映子 清水
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a lithium ion secondary battery with high cycle characteristics.SOLUTION: The lithium ion secondary battery is provided which includes a positive electrode capable of storing and releasing a lithium ion, a negative electrode, and electrolyte, and in which the electrolyte contains at least two kinds of chelating agents having different coordination number, and the positive electrode contains a lithium vanadium compound represented by the following formula (1). Li(M)(PO)... (1) (in the formula (1), M=VO or V, and 0.9≤a≤3.3, 0.9≤b≤2.2, and 0.9≤c≤3.3)SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池に関する。   The present invention relates to a lithium ion secondary battery.

現在主に使用されているリチウムイオン二次電池は、リチウムイオンの挿入及び脱離が可能な物質を負極及び正極として使用し、正極と負極との間に多孔質セパレータを挟み、非水電解質を充填して製造され、リチウムイオンが正極及び負極において挿入及び脱離される時の酸化反応、還元反応によって電気的エネルギーを生成する。   Lithium ion secondary batteries currently used mainly use a material capable of inserting and removing lithium ions as a negative electrode and a positive electrode, sandwiching a porous separator between the positive electrode and the negative electrode, and using a non-aqueous electrolyte It is manufactured by filling, and electrical energy is generated by an oxidation reaction and a reduction reaction when lithium ions are inserted and removed from the positive electrode and the negative electrode.

リチウムイオン二次電池を充放電する場合、正極活物質から遷移金属イオンが溶け出すことで性能が低下する問題が知られている。たとえば、正極活物質にLiCoOを用いた場合、Coイオンが電解液へと溶出する。電解液に溶出した遷移金属イオンは、セパレータの閉塞を引き起こす、あるいは負極に析出することで、リチウムイオン二次電池のサイクル特性を悪化させる。 When charging / discharging a lithium ion secondary battery, there is a known problem that the performance decreases due to dissolution of transition metal ions from the positive electrode active material. For example, when LiCoO 2 is used as the positive electrode active material, Co ions are eluted into the electrolytic solution. The transition metal ions eluted in the electrolyte cause clogging of the separator or precipitate on the negative electrode, thereby deteriorating the cycle characteristics of the lithium ion secondary battery.

このような問題を解決するため、キレート剤による遷移金属イオンのトラップといった方法が提唱されている。特許文献1では、リチウムイオンと反応及び配位結合をしないながら遷移金属イオンと錯体を形成するキレート剤を電解液に添加することで、電池の充放電時に遷移金属イオンが負極から析出するという副反応を抑制し、電池性能及び安全性を向上することが示されている。   In order to solve such a problem, a method of trapping transition metal ions with a chelating agent has been proposed. In Patent Document 1, a chelating agent that forms a complex with a transition metal ion while not reacting and coordinated with lithium ions is added to the electrolyte so that the transition metal ions are deposited from the negative electrode during charge and discharge of the battery. It has been shown to suppress reactions and improve battery performance and safety.

特表2009−517836Special table 2009-517836

しかしながら、従来技術の方法ではいまだ諸特性は満足されず、さらなるサイクル特性の改善が求められていた。   However, the conventional methods have not yet satisfied various characteristics, and further improvement in cycle characteristics has been demanded.

本発明は上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、高いサイクル特性を有するリチウムイオン二次電池を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and an object thereof is to provide a lithium ion secondary battery having high cycle characteristics.

上記課題を解決するため、本発明に係るリチウムイオン二次電池は、リチウムイオンを吸蔵、放出可能な正極と、負極と、電解液とを有するリチウムイオン二次電池であって、
上記電解液が配位座数が異なる少なくとも2種類以上のキレート剤を含有し、上記正極は、下記式(1)で表されるリチウムバナジウム化合物を含むことを特徴とする。
Li(M)(PO ・・・(1)
(ただし、M=VOまたはV、かつ、0.9≦a≦3.3、0.9≦b≦2.2、0.9≦c≦3.3)
In order to solve the above problems, a lithium ion secondary battery according to the present invention is a lithium ion secondary battery having a positive electrode capable of inserting and extracting lithium ions, a negative electrode, and an electrolyte solution,
The electrolyte solution includes at least two kinds of chelating agents having different coordination numbers, and the positive electrode includes a lithium vanadium compound represented by the following formula (1).
Li a (M) b (PO 4 ) c (1)
(However, M = VO or V and 0.9 ≦ a ≦ 3.3, 0.9 ≦ b ≦ 2.2, 0.9 ≦ c ≦ 3.3)

これによれば、異なる配座数のキレート剤を2種類以上組み合わせることで、価数変動の大きいバナジウムイオンに対しても効率的にイオン捕捉することが可能となり、正極から溶出したバナジウムイオンが負極上に析出することを防ぐことができ、サイクル特性を向上することができる。   According to this, by combining two or more kinds of chelating agents having different conformational numbers, it becomes possible to efficiently capture ions even for vanadium ions having a large valence fluctuation, and vanadium ions eluted from the positive electrode are negative. It is possible to prevent precipitation on the surface and to improve the cycle characteristics.

また、上記キレート剤が化学式A1〜A12から選ばれる少なくとも一種以上を有することが好ましい。

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The chelating agent preferably has at least one selected from chemical formulas A1 to A12.
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これによれば、キレート剤として好適であり、バナジウムイオンの捕捉能が向上し、さらにサイクル特性を向上することができる。   According to this, it is suitable as a chelating agent, the ability to capture vanadium ions is improved, and the cycle characteristics can be further improved.

上記キレート剤の総量が、電解液に対して0.01mol/L〜1.0mol/Lであることが好ましい。   It is preferable that the total amount of the chelating agent is 0.01 mol / L to 1.0 mol / L with respect to the electrolytic solution.

これによれば、添加量として好適であり、さらにサイクル特性を向上することができる。   According to this, it is suitable as an addition amount, and the cycle characteristics can be further improved.

上記リチウムバナジウム化合物は、Li(PO3、LiVOPOから選ばれる少なくとも一種を含有することが好ましい。 The lithium vanadium compound preferably contains at least one selected from Li 3 V 2 (PO 4 ) 3 and LiVOPO 4 .

本発明によれば、高いサイクル特性を有するリチウムイオン二次電池が提供される。   According to the present invention, a lithium ion secondary battery having high cycle characteristics is provided.

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

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

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

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

<正極>
本実施形態に係る正極10は、正極集電体12に、Li(M)(PO(ただし、M=VOまたはV、かつ、0.9≦a≦3.3、0.9≦b≦2.2、0.9≦c≦3.3)で表されるリチウムバナジウム化合物と、正極用バインダーと、正極用導電助剤とを含む正極活物質層14を有するものである。
(正極集電体)
正極集電体12は、導電性の板材であればよく、例えば、アルミニウム又はそれらの合金、ステンレス等の金属薄板(金属箔)を用いることができる。
<Positive electrode>
In the positive electrode 10 according to the present embodiment, Li a (M) b (PO 4 ) c (where M = VO or V, and 0.9 ≦ a ≦ 3.3, 0.8. 9 ≦ b ≦ 2.2, 0.9 ≦ c ≦ 3.3) having a positive electrode active material layer 14 containing a lithium vanadium compound, a positive electrode binder, and a positive electrode conductive additive. .
(Positive electrode current collector)
The positive electrode current collector 12 may be a conductive plate material, and for example, a metal thin plate (metal foil) such as aluminum, an alloy thereof, or stainless steel can be used.

(正極活物質層)
正極活物質層14は、正極活物質、正極用バインダー、正極用導電助剤、および正極用添加剤から主に構成されるものである。
(Positive electrode active material layer)
The positive electrode active material layer 14 is mainly composed of a positive electrode active material, a positive electrode binder, a positive electrode conductive additive, and a positive electrode additive.

(正極活物質)
本実施形態に係る正極活物質は、Li(M)(PO(ただし、M=VOまたはV、かつ、0.9≦a≦3.3、0.9≦b≦2.2、0.9≦c≦3.3)で表されるリチウムバナジウム化合物を含むものである。
(Positive electrode active material)
The positive electrode active material according to the present embodiment is Li a (M) b (PO 4 ) c (where M = VO or V, and 0.9 ≦ a ≦ 3.3, 0.9 ≦ b ≦ 2. 2, 0.9 ≦ c ≦ 3.3) containing a lithium vanadium compound.

上記正極活物質からは、サイクル経過に伴い、サイクル劣化の原因であるバナジウムイオンが溶出する。このため、本実施形態に係る電解液と組み合わせた際に、サイクル特性を向上する効果が得られる。   From the positive electrode active material, vanadium ions that cause cycle deterioration are eluted as the cycle progresses. For this reason, when combined with the electrolytic solution according to the present embodiment, an effect of improving the cycle characteristics can be obtained.

本実施形態に係るリチウムバナジウム化合物はさらにLi(PO3、または、LiVOPOから選ばれる少なくとも一種を有することが好ましい。 The lithium vanadium compound according to the present embodiment preferably further includes at least one selected from Li 3 V 2 (PO 4 ) 3 or LiVOPO 4 .

リチウムバナジウム化合物としては特にLiVOPOを有することが好ましい。これにより高いサイクル特性を有すると共に、容量密度を向上することができる。 As the lithium vanadium compound, it is particularly preferable to have LiVOPO 4 . As a result, high cycle characteristics can be achieved and the capacity density can be improved.

本実施形態に係る正極活物質は、LiCoO、LiNi1/3Mn1/3Co1/3、LiNi0.80Co0.15Al0.05等の通常リチウムイオン二次電池の正極材料として用いられる化合物と、上述したリチウムバナジウム化合物を混合して用いることが好ましい。 The positive electrode active material according to the present embodiment is a normal lithium ion secondary battery such as LiCoO 2 , LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 , LiNi 0.80 Co 0.15 Al 0.05 O 2. It is preferable to use a mixture of the compound used as the positive electrode material and the lithium vanadium compound described above.

また、本実施形態に係る正極活物質は上記通常の正極材料と上記リチウムバナジウム化合物の合計質量に対する上記リチウムバナジウム化合物の割合(δ)が0.4≦δ≦20であることが好ましい。
〔ただし、δは、δ=(B/(A+B))×100であり、式中Aは通常の正極活物質の質量、Bはリチウムバナジウム化合物の質量を表す。〕
In the positive electrode active material according to this embodiment, the ratio (δ) of the lithium vanadium compound to the total mass of the normal positive electrode material and the lithium vanadium compound is preferably 0.4 ≦ δ ≦ 20.
[Where δ is δ = (B / (A + B)) × 100, where A represents the mass of a normal positive electrode active material, and B represents the mass of a lithium vanadium compound. ]

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

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

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

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

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

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

負極活物質として金属材料を用いない場合、負極活物質層24は更に、負極用バインダーおよび負極用導電助剤を含んでいてもよい。   When a metal material is not used as the negative electrode active material, the negative electrode active material layer 24 may further include a negative electrode binder and a negative electrode conductive additive.

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

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

<電解液>
本実施形態に係る電解液は、配位座数が異なる少なくとも2種類以上のキレート剤を含むものである。
<Electrolyte>
The electrolytic solution according to the present embodiment includes at least two types of chelating agents having different coordination numbers.

これによれば、本実施形態に係る正極と組み合わせた際に、電解液中に溶出した価数変動の大きいバナジウムイオンに対して効率的にイオン捕捉することが可能となり、上記正極から溶出したバナジウムイオンが負極上に析出することを防ぐことができるため、サイクル特性を向上する効果が得られる。   According to this, when combined with the positive electrode according to the present embodiment, it becomes possible to efficiently capture ions with respect to vanadium ions having a large valence fluctuation eluted in the electrolytic solution, and vanadium eluted from the positive electrode. Since ions can be prevented from being deposited on the negative electrode, an effect of improving cycle characteristics can be obtained.

本実施形態に係る電解液はさらに、上記キレート剤が化学式A1〜A12であることが好ましい。

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In the electrolytic solution according to this embodiment, the chelating agent is preferably represented by chemical formulas A1 to A12.
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これによれば、キレート剤として好適であり、バナジウムイオンの捕捉能が向上し、さらにサイクル特性を向上することができる。   According to this, it is suitable as a chelating agent, the ability to capture vanadium ions is improved, and the cycle characteristics can be further improved.

これらのキレート剤は、既知の分析法、たとえば核磁気共鳴分光法(NMR)によって同定することができる。   These chelating agents can be identified by known analytical methods such as nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR).

本実施形態に係る電解液はさらに、上記キレート剤の総量が、電解液に対して0.01mol/L〜1.0mol/Lであることが好ましい。   In the electrolytic solution according to this embodiment, the total amount of the chelating agent is preferably 0.01 mol / L to 1.0 mol / L with respect to the electrolytic solution.

これによれば、添加量として好適であり、さらにサイクル特性を向上することができる。   According to this, it is suitable as an addition amount, and the cycle characteristics can be further improved.

電解液に対するキレート剤の総量は、既知の分析法、たとえば熱重量・示差熱分析法(TG/DTA)によって同定することができる。   The total amount of chelating agent relative to the electrolyte can be identified by known analytical methods such as thermogravimetric / differential thermal analysis (TG / DTA).

(溶媒)
電解液の溶媒としては、一般にリチウムイオン二次電池に用いられている溶媒であれば特に限定はなく、例えば、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)等の環状カーボネート化合物、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)等の鎖状カーボネート化合物、γ−ブチロラクトン等の環状エステル化合物、プロピオン酸プロピル、プロピオン酸エチル、酢酸エチル等の鎖状エステル化合物、等を任意の割合で混合して用いることができる。
(solvent)
The solvent of the electrolytic solution is not particularly limited as long as it is a solvent generally used in lithium ion secondary batteries. For example, cyclic carbonate compounds such as ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC), diethyl carbonate (DEC) ), A chain carbonate compound such as ethyl methyl carbonate (EMC), a cyclic ester compound such as γ-butyrolactone, a chain ester compound such as propyl propionate, ethyl propionate, and ethyl acetate, etc. Can be used.

(電解質)
電解質は、リチウムイオン二次電池の電解質として用いられるリチウム塩であれば特に限定は無く、例えば、LiPF、LiBF、リチウムビスオキサレートボラート等の無機酸陰イオン塩、LiCFSO、(CFSONLi、(FSONLi等の有機酸陰イオン塩等を用いることができる。
(Electrolytes)
The electrolyte is not particularly limited as long as it is a lithium salt used as an electrolyte of a lithium ion secondary battery. For example, inorganic acid anion salts such as LiPF 6 , LiBF 4 , lithium bisoxalate borate, LiCF 3 SO 3 , An organic acid anion salt such as (CF 3 SO 2 ) 2 NLi, (FSO 2 ) 2 NLi, or the like can be used.

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

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

[実施例1]
(正極の作製)
Li(Ni0.85Co0.10Al0.05)Oを70質量部、リチウムバナジウム化合物としてLiVOPOを15質量部、カーボンブラックを5質量部、PVDFを10質量部をN−メチル−2−ピロリドン(NMP)に分散させ、正極活物質層形成用のスラリーを調整した。このスラリーを、厚さ20μmのアルミ金属箔の一面に、正極活物質の塗布量が9.0mg/cmとなるように塗布し、100℃で乾燥することで正極活物質層を形成した。その後、ローラープレスによって加圧成形し、正極を作製した。
[Example 1]
(Preparation of positive electrode)
70 parts by mass of Li (Ni 0.85 Co 0.10 Al 0.05 ) O 2 , 15 parts by mass of LiVOPO 4 as a lithium vanadium compound, 5 parts by mass of carbon black, and 10 parts by mass of PVDF are N-methyl- A slurry for forming a positive electrode active material layer was prepared by dispersing in 2-pyrrolidone (NMP). This slurry was applied to one surface of an aluminum metal foil having a thickness of 20 μm so that the applied amount of the positive electrode active material was 9.0 mg / cm 2 and dried at 100 ° C. to form a positive electrode active material layer. Then, it pressure-molded with the roller press and produced the positive electrode.

(負極の作製)
天然黒鉛90を質量部、カーボンブラック5を質量部、PVDF5を質量部をN−メチル−2−ピロリドン(NMP)に分散させ、負極活物質層形成用のスラリーを調整した。上記スラリーを、厚さ20μmの銅箔の一面に、負極活物質の塗布量が6.0mg/cmとなるように塗布し、100℃で乾燥することで負極活物質層を形成した。その後、ローラープレスによって加圧成形し、負極を作製した。
(Preparation of negative electrode)
A slurry for forming a negative electrode active material layer was prepared by dispersing natural graphite 90 in mass parts, carbon black 5 in mass parts, and PVDF5 in mass parts in N-methyl-2-pyrrolidone (NMP). The slurry was applied to one surface of a copper foil having a thickness of 20 μm so that the amount of the negative electrode active material applied was 6.0 mg / cm 2 and dried at 100 ° C. to form a negative electrode active material layer. Then, it pressure-molded with the roller press and produced the negative electrode.

(電解液の作製)
体積比でEC/DEC=3/7となるように混合し、これに1mol/Lの濃度となるようにLiPFを溶解させた。その後、この溶液に対し、表1に記載の化合物から第1キレート剤として1,2−エチレンジアミンを0.1mol/L、第2キレート剤としてジエチレントリアミンを0.1mol/Lの濃度となるように添加し、電解液を作製した。
(Preparation of electrolyte)
Were mixed so that EC / DEC = 3/7 by volume and this dissolved LiPF 6 at a concentration of 1 mol / L. Thereafter, 1,2-ethylenediamine as a first chelating agent was added to the solution shown in Table 1 at a concentration of 0.1 mol / L, and diethylenetriamine was added as a second chelating agent to a concentration of 0.1 mol / L. Then, an electrolytic solution was produced.

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

(アニオン性高分子の総量)
上記で作製した評価用リチウムイオン二次電池を分解し、キレート剤の総量を熱重量・示差熱分析法(TG/DTA)を用いて測定した結果、添加量と同等であることを確認した。
(Total amount of anionic polymer)
The lithium ion secondary battery for evaluation produced above was disassembled, and the total amount of the chelating agent was measured using a thermogravimetric / differential thermal analysis method (TG / DTA).

[実施例2]
第2キレート剤として、トリエチレンテトラミンを用いたことを除いて実施例1と同様に実施例2の評価用リチウムイオン二次電池を作製した。
[Example 2]
A lithium ion secondary battery for evaluation of Example 2 was produced in the same manner as in Example 1 except that triethylenetetramine was used as the second chelating agent.

[実施例3]
第2キレート剤として、トリス(2−アミノエチル)アミンを用いたことを除いて実施例1と同様に実施例3の評価用リチウムイオン二次電池を作製した。
[Example 3]
A lithium ion secondary battery for evaluation of Example 3 was produced in the same manner as in Example 1 except that tris (2-aminoethyl) amine was used as the second chelating agent.

[実施例4]
第2キレート剤として、フェニルビス(ジフェニルホスフィノエチル)ホスフィンを用いたことを除いて実施例1と同様に実施例4の評価用リチウムイオン二次電池を作製した。
[Example 4]
A lithium ion secondary battery for evaluation of Example 4 was produced in the same manner as in Example 1 except that phenylbis (diphenylphosphinoethyl) phosphine was used as the second chelating agent.

[実施例5]
第2キレート剤として、トリス[2−(ジフェニルホスフィノ)エチル]ホスフィンを用いたことを除いて実施例1と同様に実施例5の評価用リチウムイオン二次電池を作製した。
[Example 5]
A lithium ion secondary battery for evaluation of Example 5 was produced in the same manner as in Example 1 except that tris [2- (diphenylphosphino) ethyl] phosphine was used as the second chelating agent.

[実施例6]
第1キレート剤として、ジエチレントリアミン、第2キレート剤として、ビス(ジフェニルホスフィノ)メタンを用いたことを除いて実施例1と同様に実施例6の評価用リチウムイオン二次電池を作製した。
[Example 6]
A lithium ion secondary battery for evaluation of Example 6 was produced in the same manner as in Example 1 except that diethylenetriamine was used as the first chelating agent and bis (diphenylphosphino) methane was used as the second chelating agent.

[実施例7]
第1キレート剤として、ジエチレントリアミン、第2キレート剤として、1,2−ビス(ジフェニルホスフィン)エタンを用いたことを除いて実施例1と同様に実施例7の評価用リチウムイオン二次電池を作製した。
[Example 7]
A lithium ion secondary battery for evaluation of Example 7 was prepared in the same manner as in Example 1 except that diethylenetriamine was used as the first chelating agent and 1,2-bis (diphenylphosphine) ethane was used as the second chelating agent. did.

[実施例8]
第1キレート剤として、ジエチレントリアミン、第2キレート剤として、1,3−プロパンジアミンを用いたことを除いて実施例1と同様に実施例8の評価用リチウムイオン二次電池を作製した。
[Example 8]
A lithium ion secondary battery for evaluation of Example 8 was produced in the same manner as in Example 1 except that diethylenetriamine was used as the first chelating agent and 1,3-propanediamine was used as the second chelating agent.

[実施例9]
第1キレート剤として、ジエチレントリアミン、第2キレート剤として、1,3−ビス(ジフェニルホスフィノ)プロパンを用いたことを除いて実施例1と同様に実施例9の評価用リチウムイオン二次電池を作製した。
[Example 9]
The evaluation lithium ion secondary battery of Example 9 is the same as Example 1 except that diethylenetriamine is used as the first chelating agent and 1,3-bis (diphenylphosphino) propane is used as the second chelating agent. Produced.

[実施例10]
第1キレート剤として、ジエチレントリアミン、第2キレート剤として、1,4−ブタンジアミンを用いたことを除いて実施例1と同様に実施例10の評価用リチウムイオン二次電池を作製した。
[Example 10]
A lithium ion secondary battery for evaluation of Example 10 was produced in the same manner as in Example 1 except that diethylenetriamine was used as the first chelating agent and 1,4-butanediamine was used as the second chelating agent.

[実施例11]
第1キレート剤として、ジエチレントリアミン、第2キレート剤として、1,4−ビス(ジフェニルホスフィノ)ブタンを用いたことを除いて実施例1と同様に実施例11の評価用リチウムイオン二次電池を作製した。
[Example 11]
The evaluation lithium ion secondary battery of Example 11 is the same as Example 1 except that diethylenetriamine is used as the first chelating agent and 1,4-bis (diphenylphosphino) butane is used as the second chelating agent. Produced.

[実施例12]
第1キレート剤として、ジエチレントリアミン、第2キレート剤として、トリエチレンテトラミンを用いたことを除いて実施例1と同様に実施例12の評価用リチウムイオン二次電池を作製した。
[Example 12]
A lithium ion secondary battery for evaluation of Example 12 was produced in the same manner as in Example 1 except that diethylenetriamine was used as the first chelating agent and triethylenetetramine was used as the second chelating agent.

[実施例13]
第1キレート剤として、ジエチレントリアミン、第2キレート剤として、トリス(2−アミノエチル)アミンを用いたことを除いて実施例1と同様に実施例13の評価用リチウムイオン二次電池を作製した。
[Example 13]
A lithium ion secondary battery for evaluation of Example 13 was produced in the same manner as in Example 1 except that diethylenetriamine was used as the first chelating agent and tris (2-aminoethyl) amine was used as the second chelating agent.

[実施例14]
第1キレート剤として、ジエチレントリアミン、第2キレート剤として、トリス[2−(ジフェニルホスフィノ)エチル]ホスフィンを用いたことを除いて実施例1と同様に実施例14の評価用リチウムイオン二次電池を作製した。
[Example 14]
The lithium ion secondary battery for evaluation of Example 14 as in Example 1 except that diethylenetriamine was used as the first chelating agent and tris [2- (diphenylphosphino) ethyl] phosphine was used as the second chelating agent. Was made.

[実施例15]
第1キレート剤として、フェニルビス(ジフェニルホスフィノエチル)ホスフィン、第2キレート剤として、トリス(2−アミノエチル)アミンを用いたことを除いて実施例1と同様に実施例15の評価用リチウムイオン二次電池を作製した。
[Example 15]
Evaluation lithium of Example 15 as in Example 1 except that phenylbis (diphenylphosphinoethyl) phosphine was used as the first chelating agent and tris (2-aminoethyl) amine was used as the second chelating agent. An ion secondary battery was produced.

[実施例16]
リチウムバナジウム化合物として、Li(POを用いたことを除いて、実施例1と同様に実施例16の評価用リチウムイオン二次電池を作製した。
[Example 16]
A lithium ion secondary battery for evaluation of Example 16 was produced in the same manner as in Example 1 except that Li 3 V 2 (PO 4 ) 3 was used as the lithium vanadium compound.

[実施例17]
第1キレート剤の添加量を、電解液に対して0.005mol/L、第2キレート剤の添加量を、電解液に対して0.005mol/Lとなるように添加したことを除いて、実施例1と同様に実施例17の評価用リチウムイオン二次電池を作製した。
[Example 17]
Except that the addition amount of the first chelating agent is 0.005 mol / L with respect to the electrolytic solution, and the addition amount of the second chelating agent is 0.005 mol / L with respect to the electrolytic solution, A lithium ion secondary battery for evaluation of Example 17 was produced in the same manner as Example 1.

[実施例18]
第1キレート剤の添加量を、電解液に対して0.011mol/L、第2キレート剤の添加量を、電解液に対して0.011mol/Lとなるように添加したことを除いて、実施例1と同様に実施例18の評価用リチウムイオン二次電池を作製した。
[Example 18]
Except that the addition amount of the first chelating agent was 0.011 mol / L with respect to the electrolytic solution and the addition amount of the second chelating agent was 0.011 mol / L with respect to the electrolytic solution, A lithium ion secondary battery for evaluation of Example 18 was produced in the same manner as Example 1.

[実施例19]
第1キレート剤の添加量を、電解液に対して0.045mol/L、第2キレート剤の添加量を、電解液に対して0.045mol/Lとなるように添加したことを除いて、実施例1と同様に実施例19の評価用リチウムイオン二次電池を作製した。
[Example 19]
Except that the addition amount of the first chelating agent was 0.045 mol / L with respect to the electrolytic solution, and the addition amount of the second chelating agent was 0.045 mol / L with respect to the electrolytic solution, A lithium ion secondary battery for evaluation of Example 19 was produced in the same manner as Example 1.

[実施例20]
第1キレート剤の添加量を、電解液に対して0.050mol/L、第2キレート剤の添加量を、電解液に対して0.050mol/Lとなるように添加したことを除いて、実施例1と同様に実施例20の評価用リチウムイオン二次電池を作製した。
[Example 20]
The addition amount of the first chelating agent was 0.050 mol / L with respect to the electrolytic solution, and the addition amount of the second chelating agent was added so as to be 0.050 mol / L with respect to the electrolytic solution, A lithium ion secondary battery for evaluation of Example 20 was produced in the same manner as Example 1.

[実施例21]
第1キレート剤の添加量を、電解液に対して0.25mol/L、第2キレート剤の添加量を、電解液に対して0.25mol/Lとなるように添加したことを除いて、実施例1と同様に実施例21の評価用リチウムイオン二次電池を作製した。
[Example 21]
Except that the addition amount of the first chelating agent is 0.25 mol / L with respect to the electrolytic solution, and the addition amount of the second chelating agent is 0.25 mol / L with respect to the electrolytic solution, A lithium ion secondary battery for evaluation of Example 21 was produced in the same manner as Example 1.

[実施例22]
第1キレート剤の添加量を、電解液に対して0.26mol/L、第2キレート剤の添加量を、電解液に対して0.26mol/Lとなるように添加したことを除いて、実施例1と同様に実施例22の評価用リチウムイオン二次電池を作製した。
[Example 22]
Except that the addition amount of the first chelating agent is 0.26 mol / L with respect to the electrolytic solution, and the addition amount of the second chelating agent is 0.26 mol / L with respect to the electrolytic solution, A lithium ion secondary battery for evaluation of Example 22 was produced in the same manner as Example 1.

[実施例23]
第1キレート剤の添加量を、電解液に対して0.49mol/L、第2キレート剤の添加量を、電解液に対して0.49mol/Lとなるように添加したことを除いて、実施例1と同様に実施例23の評価用リチウムイオン二次電池を作製した。
[Example 23]
The addition amount of the first chelating agent was 0.49 mol / L with respect to the electrolytic solution, and the addition amount of the second chelating agent was added so as to be 0.49 mol / L with respect to the electrolytic solution, A lithium ion secondary battery for evaluation of Example 23 was produced in the same manner as Example 1.

[実施例24]
第1キレート剤の添加量を、電解液に対して0.51mol/L、第2キレート剤の添加量を、電解液に対して0.51mol/Lとなるように添加したことを除いて、実施例1と同様に実施例24の評価用リチウムイオン二次電池を作製した。
[Example 24]
Except that the addition amount of the first chelating agent was 0.51 mol / L with respect to the electrolytic solution, and the addition amount of the second chelating agent was 0.51 mol / L with respect to the electrolytic solution, A lithium ion secondary battery for evaluation of Example 24 was produced in the same manner as Example 1.

[実施例25]
第1キレート剤の添加量を、電解液に対して0.058mol/L、第2キレート剤の添加量を、電解液に対して0.142mol/Lとなるように添加したことを除いて、実施例1と同様に実施例25の評価用リチウムイオン二次電池を作製した。
[Example 25]
Except that the addition amount of the first chelating agent was 0.058 mol / L with respect to the electrolytic solution, and the addition amount of the second chelating agent was 0.142 mol / L with respect to the electrolytic solution, A lithium ion secondary battery for evaluation of Example 25 was produced in the same manner as Example 1.

[実施例26]
第1キレート剤の添加量を、電解液に対して0.060mol/L、第2キレート剤の添加量を、電解液に対して0.140mol/Lとなるように添加したことを除いて、実施例1と同様に実施例26の評価用リチウムイオン二次電池を作製した。
[Example 26]
Except that the addition amount of the first chelating agent is 0.060 mol / L with respect to the electrolytic solution, and the addition amount of the second chelating agent is 0.140 mol / L with respect to the electrolytic solution, A lithium ion secondary battery for evaluation of Example 26 was produced in the same manner as Example 1.

[実施例27]
第1キレート剤の添加量を、電解液に対して0.140mol/L、第2キレート剤の添加量を、電解液に対して0.060mol/Lとなるように添加したことを除いて、実施例1と同様に実施例27の評価用リチウムイオン二次電池を作製した。
[Example 27]
The addition amount of the first chelating agent was 0.140 mol / L with respect to the electrolytic solution, and the addition amount of the second chelating agent was added so as to be 0.060 mol / L with respect to the electrolytic solution, A lithium ion secondary battery for evaluation of Example 27 was produced in the same manner as Example 1.

[実施例28]
第1キレート剤の添加量を、電解液に対して0.142mol/L、第2キレート剤の添加量を、電解液に対して0.058mol/Lとなるように添加したことを除いて、実施例1と同様に実施例28の評価用リチウムイオン二次電池を作製した。
[Example 28]
Except that the addition amount of the first chelating agent was 0.142 mol / L with respect to the electrolytic solution, and the addition amount of the second chelating agent was 0.058 mol / L with respect to the electrolytic solution, A lithium ion secondary battery for evaluation of Example 28 was produced in the same manner as Example 1.

[比較例1]
第1キレート剤として、シュウ酸、第2キレート剤としてエチレンジアミン四酢酸(EDTA)を用いたことを除いて実施例1と同様に比較例1の評価用リチウムイオン二次電池を作製した。
[Comparative Example 1]
A lithium ion secondary battery for evaluation of Comparative Example 1 was prepared in the same manner as in Example 1 except that oxalic acid was used as the first chelating agent and ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) was used as the second chelating agent.

[比較例2]
キレート剤を加えなかったことを除いて、実施例1と同様に比較例2の評価用リチウムイオン二次電池を作製した。
[Comparative Example 2]
A lithium ion secondary battery for evaluation of Comparative Example 2 was produced in the same manner as in Example 1 except that no chelating agent was added.

[比較例3]
第2キレート剤のみ加えなかったことを除いて、実施例1と同様に比較例3の評価用リチウムイオン二次電池を作製した。
[Comparative Example 3]
A lithium ion secondary battery for evaluation of Comparative Example 3 was produced in the same manner as in Example 1 except that only the second chelating agent was not added.

実施例1〜28、比較例3で用いたキレート剤に対応する構造式を表1に示す。また、これらのキレート剤をA1〜A12として、表2に記載する。   Table 1 shows structural formulas corresponding to the chelating agents used in Examples 1 to 28 and Comparative Example 3. These chelating agents are listed in Table 2 as A1 to A12.

(500サイクル後容量維持率の測定)
上記で作製した評価用リチウムイオン二次電池について、二次電池充放電試験装置(北斗電工株式会社製)を用い、充電レート1.0C(25℃で定電流充電を行ったときに1時間で充電終了となる電流値)の定電流充電で電池電圧が4.2Vとなるまで充電を行い、放電レート1.0Cの定電流放電で電池電圧が2.8Vとなるまで放電を行った。上記充放電終了後の放電容量を検出し、サイクル試験前の電池容量Qを求めた。
(Measurement of capacity retention after 500 cycles)
About the lithium ion secondary battery for evaluation produced above, using a secondary battery charge / discharge test apparatus (manufactured by Hokuto Denko Co., Ltd.), the charge rate is 1.0 C (when constant current charging is performed at 25 ° C. in 1 hour) The battery was charged until the battery voltage reached 4.2 V by constant current charging (current value at which charging was completed), and was discharged until the battery voltage reached 2.8 V by constant current discharging at a discharge rate of 1.0 C. Detecting the discharge capacity after the charge and discharge ends, to determine the battery capacity to Q 1 before the cycle test.

上記で電池容量Qを求めた電池を、再び二次電池充放電試験装置を用い、充電レート1.0Cの定電流充電で電池電圧が4.2Vとなるまで充電を行い、放電レート1.0Cの定電流放電で電池電圧が2.8Vとなるまで放電を行った。上記充放電を1サイクルとカウントし、500サイクルの充放電を行った。その後、500サイクル充放電終了後の放電容量を検出し、500サイクル後の電池容量Qを求めた。 The battery determined battery capacity Q 1 above, using the secondary battery charging and discharging test device again was charged until the battery voltage at a constant current charging charge rate 1.0C becomes 4.2 V, discharge rate 1. The battery was discharged at a constant current of 0 C until the battery voltage reached 2.8V. The charge / discharge was counted as one cycle, and 500 cycles of charge / discharge were performed. Then, to detect the discharge capacity after 500 cycles of charge and discharge termination, to determine the battery capacity Q 2 after 500 cycles.

上記で求めた容量Q、Qから、式(1)に従い、500サイクル後の容量維持率Eを求めた。得られた結果を表2に示す。
E=Q/Q×100 ・・・(1)
From the capacitor Q 1, Q 2 obtained above, in accordance with equation (1), the capacity retention ratio was obtained E after 500 cycles. The obtained results are shown in Table 2.
E = Q 2 / Q 1 × 100 (1)

Figure 2018160380
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Figure 2018160380
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実施例1〜28はいずれも、キレート剤A1〜A12を加えなかった比較例1、キレート剤を加えなかった比較例2、およびキレート剤を一種みのしか加えなかった比較例3に対し、500サイクル後容量維持率が向上しており、キレート剤A1〜A12を2種類以上加えたことによる相乗効果が明らかとなった。実施例1〜15の結果から、異なる配座数のキレート剤を2種類以上組み合わせることで、500サイクル後容量維持率が向上する効果が得られることが確認された。また、アミン系、ホスフィン系のキレート剤を組み合わせても500サイクル後容量維持率が向上する効果が得られることが確認された。   Examples 1-28 were all compared to Comparative Example 1 in which no chelating agents A1 to A12 were added, Comparative Example 2 in which no chelating agent was added, and Comparative Example 3 in which only one chelating agent was added. The capacity retention rate after the cycle was improved, and a synergistic effect was obtained by adding two or more chelating agents A1 to A12. From the results of Examples 1 to 15, it was confirmed that the effect of improving the capacity retention after 500 cycles was obtained by combining two or more chelating agents having different conformational numbers. Further, it was confirmed that even when an amine-based or phosphine-based chelating agent was combined, an effect of improving the capacity retention after 500 cycles was obtained.

実施例1、および16の結果から、リチウムバナジウム化合物としてLiVOPOを用いたほうが、Li(POを用いるよりも500サイクル後容量維持率が向上する効果が得られることが確認された。 From the results of Examples 1 and 16, it was confirmed that the use of LiVOPO 4 as the lithium vanadium compound has the effect of improving the capacity retention ratio after 500 cycles than using Li 3 V 2 (PO 4 ) 3. It was done.

実施例17〜24の結果から、2種類のキレート剤の添加量を最適化することで、500サイクル後容量維持率がより向上する効果が得られることが確認された。さらに、実施例25〜28の結果から、2種類のキレート剤の比率を最適化することで、500サイクル後容量維持率がより向上する効果が得られることが確認された。   From the results of Examples 17 to 24, it was confirmed that the effect of further improving the capacity retention after 500 cycles was obtained by optimizing the addition amounts of the two chelating agents. Furthermore, from the results of Examples 25 to 28, it was confirmed that by optimizing the ratio of the two types of chelating agents, the effect of further improving the capacity retention rate after 500 cycles was obtained.

本発明により、高いサイクル特性を有するリチウムイオン二次電池が提供される。   The present invention provides a lithium ion secondary battery having high cycle characteristics.

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

Claims (4)

リチウムイオンを吸蔵、放出可能な正極と、負極と、電解液と、を有するリチウムイオン二次電池であって、
前記電解液が配位座数が異なる少なくとも2種類以上のキレート剤を含有し、前記正極は、下記式(1)で表されるリチウムバナジウム化合物を含む、リチウムイオン二次電池。
Li(M)(PO ・・・(1)
(ただし、M=VOまたはV、かつ、0.9≦a≦3.3、0.9≦b≦2.2、0.9≦c≦3.3)
A lithium ion secondary battery having a positive electrode capable of inserting and extracting lithium ions, a negative electrode, and an electrolyte solution,
A lithium ion secondary battery in which the electrolytic solution contains at least two kinds of chelating agents having different coordination numbers, and the positive electrode contains a lithium vanadium compound represented by the following formula (1).
Li a (M) b (PO 4 ) c (1)
(However, M = VO or V and 0.9 ≦ a ≦ 3.3, 0.9 ≦ b ≦ 2.2, 0.9 ≦ c ≦ 3.3)
前記キレート剤は化学式A1〜A12から選ばれる少なくとも一種以上を有する、請求項1に記載のリチウムイオン二次電池。
Figure 2018160380
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The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the chelating agent has at least one selected from chemical formulas A1 to A12.
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前記キレート剤の総量が、前記電解液に対して0.01mol/L〜1.0mol/L含有する、請求項1または2に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 1 or 2, wherein the total amount of the chelating agent is 0.01 mol / L to 1.0 mol / L with respect to the electrolytic solution. 前記リチウムバナジウム化合物がLi(PO3、または、LiVOPOから選ばれる少なくとも一種を含有する、請求項1乃至3のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池。 4. The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the lithium vanadium compound contains at least one selected from Li 3 V 2 (PO 4 ) 3 or LiVOPO 4. 5 .
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113845158A (en) * 2021-11-29 2021-12-28 中南大学 Preparation method of porous spherical-structure sodium nickel manganese oxide cathode material

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