JP2018170276A - Nonaqueous electrolyte solution primary battery and method for manufacturing the same - Google Patents

Nonaqueous electrolyte solution primary battery and method for manufacturing the same Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nonaqueous electrolyte solution primary battery which enables the improvement in high-temperature storage characteristic to increase the reliability; and a method for manufacturing the nonaqueous electrolyte solution primary battery.SOLUTION: A nonaqueous electrolyte solution primary battery of the present invention comprises: a negative electrode including metallic lithium or a lithium alloy; and a nonaqueous electrolyte solution containing at least one lithium salt A selected from LiClO, LiCFSO, LiCFSO, LiN(FSO)and LiN(CFSO), at least one lithium salt B selected from LiPF, LiBF, LiAsFand LiSbF, and LiB(CO). In the nonaqueous electrolyte solution, the content of the lithium salt B is more than 20 mol% to a total of 100 mol% of the lithium salt A and the lithium salt B. In the nonaqueous electrolyte solution, the content of the lithium salt A is 0.3-1.2 mol/l. In the nonaqueous electrolyte solution, the content of LiB(CO)is 0.1-2 mass%.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、金属リチウムまたはリチウム合金を含有する負極を有し、信頼性に優れた非水電解液一次電池と、その製造方法に関するものである。   The present invention relates to a non-aqueous electrolyte primary battery having a negative electrode containing metallic lithium or a lithium alloy and excellent in reliability, and a method for producing the same.

現在、非水電解液を有するリチウム一次電池やリチウムイオン二次電池などの非水電解液電池は、携帯機器の電源のほか、タイヤ内部の圧力センサーの電源のように、高温に曝され、かつ大きな振動を受ける用途など、種々の分野で適用されているが、その用途の広がりを受けて、各種の特性の向上を図ることが試みられている。   Currently, non-aqueous electrolyte batteries such as lithium primary batteries and lithium ion secondary batteries that have non-aqueous electrolytes are exposed to high temperatures, such as power sources for portable devices and pressure sensors inside tires, and Although it is applied in various fields such as a use subject to large vibrations, attempts have been made to improve various characteristics in response to the spread of the use.

金属リチウムや、リチウム−アルミニウム合金などのリチウム合金を負極活物質とする非水電解液電池、特にコイン形のリチウム一次電池では、イオン伝導度が高く優れた放電特性を実現することのできるLiClO、LiN(CFSOなどを電解質とする非水電解液が一般に用いられており、また、円筒形のリチウム一次電池では、LiCFSOなどを電解質とする非水電解液が一般に用いられている。 In a non-aqueous electrolyte battery using a lithium alloy such as metallic lithium or a lithium-aluminum alloy as a negative electrode active material, particularly a coin-type lithium primary battery, LiClO 4 having high ionic conductivity and excellent discharge characteristics can be realized. In general, non-aqueous electrolytes using LiN (CF 3 SO 2 ) 2 or the like as electrolytes are used. In addition, in cylindrical lithium primary batteries, non-aqueous electrolytes using LiCF 3 SO 3 or the like as electrolytes are generally used. It is used.

しかしながら、電池を高温で貯蔵した場合は、電解液と電極との反応が生じてしまい、電池の膨れなどの問題が発生するため、電池を高温環境下で使用する用途などでは、電解液と電極との反応を抑制する対策が求められている。   However, when the battery is stored at a high temperature, the reaction between the electrolyte and the electrode occurs, and problems such as battery swelling occur. Therefore, in applications where the battery is used in a high temperature environment, the electrolyte and the electrode Measures to suppress the reaction with are required.

これに対し、正極または負極の表面に被膜を形成することにより、電解液との反応を抑制し、高温貯蔵時の電池の膨れを抑制することのできる添加剤として、プロパンスルトンなどのイオウ系化合物が知られている(特許文献1)。   On the other hand, sulfur-based compounds such as propane sultone are used as additives capable of suppressing reaction with the electrolyte and suppressing battery swelling during high-temperature storage by forming a film on the surface of the positive or negative electrode. Is known (Patent Document 1).

しかし、電池の膨れ抑制に充分な効果を生じるように、前記イオウ系化合物を一定以上の添加量で電解液に含有させた場合、電極表面に形成される被膜が放電反応を阻害してしまい、電池の内部抵抗を上昇させてしまうため、高温貯蔵後に放電特性が低下してしまうという問題が生じやすくなる。   However, when the sulfur-based compound is included in the electrolytic solution in an addition amount of a certain amount or more so as to produce a sufficient effect for suppressing battery swelling, the coating formed on the electrode surface inhibits the discharge reaction, Since the internal resistance of the battery is increased, a problem that the discharge characteristics are deteriorated after high-temperature storage is likely to occur.

一方、特許文献2には、リチウムビスオキサレートボレート〔LiB(C〕とLiBFとを、モル比で2:8〜5:5の範囲で含有する非水電解液を用いることにより、高温で正極活物質中から電解液に遊離する水分により生じる内部抵抗の上昇や、電解液の分解による内圧の上昇を防ぎ、低温でも高温でも優れた特性の得られる電池を構成できることが開示されている。 On the other hand, Patent Document 2 uses a nonaqueous electrolytic solution containing lithium bisoxalate borate [LiB (C 2 O 4 ) 2 ] and LiBF 4 in a molar ratio of 2: 8 to 5: 5. Therefore, it is possible to prevent a rise in internal resistance caused by moisture liberated from the positive electrode active material from the cathode active material at a high temperature and a rise in internal pressure due to the decomposition of the electrolyte, and it is possible to constitute a battery with excellent characteristics at low and high temperatures. It is disclosed.

特開2004−47413号公報JP 2004-47413 A 特開2006−269173号公報JP 2006-269173 A

しかしながら、加熱滅菌などを必要とする医療用途や、高温環境が想定される宇宙用途など、電池の更なる高温耐性が要求される用途もあり、高温環境下で長時間耐え得るように、非水電解液電池の耐熱性を更に向上させる技術開発が求められている。   However, there are applications that require further high-temperature resistance of the battery, such as medical applications that require heat sterilization and space applications where high-temperature environments are assumed. Development of technology for further improving the heat resistance of the electrolyte battery is required.

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、金属リチウムまたはリチウム合金を有する負極を備えた非水電解液一次電池において、高温での貯蔵性を改善し、信頼性を高めることと、前記非水電解液一次電池の製造方法の提供とを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and in a non-aqueous electrolyte primary battery including a negative electrode having metallic lithium or a lithium alloy, improving storage at high temperature and increasing reliability; It aims at providing the manufacturing method of the said nonaqueous electrolyte primary battery.

前記目的を達成し得た本発明の非水電解液一次電池は、正極、負極、セパレータおよび非水電解液を備え、前記負極は、金属リチウムまたはリチウム合金を含み、前記非水電解液は、LiClO、LiCFSO、LiCSO、LiN(FSOおよびLiN(CFSOより選択される少なくとも1種のリチウム塩Aと、LiPF、LiBF、LiAsFおよびLiSbFより選択される少なくとも1種のリチウム塩Bと、LiB(Cとを含有しており、前記非水電解液での前記リチウム塩Aと前記リチウム塩Bとの合計を100mol%としたときの前記リチウム塩Bの割合が20mol%より多く、前記非水電解液における前記リチウム塩Aの含有量が0.3〜1.2mol/lであり、前記非水電解液におけるLiB(Cの含有量が0.1〜2質量%であることを特徴とするものである。 The non-aqueous electrolyte primary battery of the present invention that can achieve the above object includes a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte, and the negative electrode includes metallic lithium or a lithium alloy, and the non-aqueous electrolyte includes: At least one lithium salt A selected from LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , LiC 2 F 5 SO 3 , LiN (FSO 2 ) 2 and LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 and at least one lithium salt B selected from LiSbF 6 and LiB (C 2 O 4 ) 2, and the lithium salt A and the lithium salt B in the non-aqueous electrolyte When the total is 100 mol%, the proportion of the lithium salt B is more than 20 mol%, and the content of the lithium salt A in the non-aqueous electrolyte is 0.3 to 1.2. mol / l, and the content of LiB (C 2 O 4 ) 2 in the non-aqueous electrolyte is 0.1 to 2 % by mass.

また、本発明の製造方法は、負極、正極、セパレータおよび非水電解液を含む非水電解液一次電池を製造する方法であって、前記非水電解液に、LiClO、LiCFSO、LiCSO、LiN(FSOおよびLiN(CFSOより選択される少なくとも1種のリチウム塩Aと、LiPF、LiBF、LiAsFおよびLiSbFより選択される少なくとも1種のリチウム塩Bと、LiB(Cとを含有させ、前記非水電解液での前記リチウム塩Aと前記リチウム塩Bとの合計を100mol%としたときの前記リチウム塩Bの割合を20mol%より多くし、前記非水電解液における前記リチウム塩Aの含有量を0.3〜1.2mol/lとし、前記非水電解液におけるLiB(Cの含有量を0.1〜2質量%とすることを特徴とする。 The production method of the present invention is a method for producing a non-aqueous electrolyte primary battery including a negative electrode, a positive electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte, and the non-aqueous electrolyte includes LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , and LiC 2 F 5 SO 3, LiN (FSO 2) 2 and LiN (CF 3 SO 2) at least one lithium salt a is selected from 2, is selected from LiPF 6, LiBF 4, LiAsF 6 and LiSbF 6 The lithium in which at least one lithium salt B and LiB (C 2 O 4 ) 2 are contained, and the total of the lithium salt A and the lithium salt B in the non-aqueous electrolyte is 100 mol%. The ratio of the salt B is set to more than 20 mol%, the content of the lithium salt A in the non-aqueous electrolyte is 0.3 to 1.2 mol / l, and the non-aqueous electrolyte includes The content of LiB (C 2 O 4 ) 2 is 0.1 to 2 % by mass.

本発明によれば、高温貯蔵時の電池の膨れおよび内部抵抗の上昇を抑制可能で、信頼性に優れた非水電解液一次電池と、その製造方法とを提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the swelling of the battery at the time of high temperature storage and the raise of internal resistance can be suppressed, and the nonaqueous electrolyte primary battery excellent in reliability and its manufacturing method can be provided.

本発明の非水電解液一次電池の一例を模式的に表す断面図である。It is sectional drawing which represents typically an example of the nonaqueous electrolyte primary battery of this invention. 実施例1〜4および比較例1〜3の非水電解液一次電池の貯蔵時間に対する膨れの変化を表すグラフである。It is a graph showing the change of the swelling with respect to the storage time of the nonaqueous electrolyte primary battery of Examples 1-4 and Comparative Examples 1-3. 実施例1〜4および比較例1〜3の非水電解液一次電池の貯蔵時間に対するCCVの変化を表すグラフである。It is a graph showing the change of CCV with respect to the storage time of the nonaqueous electrolyte primary battery of Examples 1-4 and Comparative Examples 1-3. 実施例3〜8および比較例1の非水電解液一次電池の貯蔵時間に対する膨れの変化を表すグラフである。5 is a graph showing changes in swelling with respect to storage time of the nonaqueous electrolyte primary batteries of Examples 3 to 8 and Comparative Example 1. FIG. 実施例3〜8および比較例1の非水電解液一次電池の貯蔵時間に対するCCVの変化を表すグラフである。It is a graph showing the change of CCV with respect to the storage time of the nonaqueous electrolyte primary battery of Examples 3-8 and Comparative Example 1. 実施例3〜8および比較例1の非水電解液一次電池の高温多湿環境下での貯蔵時間に対するCCVの変化を表すグラフである。It is a graph showing the change of CCV with respect to the storage time in the hot and humid environment of the nonaqueous electrolyte primary battery of Examples 3-8 and Comparative Example 1.

本発明の非水電解液一次電池は、リチウム塩を例えば有機溶媒に溶解してなる非水電解液を使用する。そして、前記非水電解液は、LiClO、LiCFSO、LiCSO、LiN(FSOおよびLiN(CFSOより選択される少なくとも1種のリチウム塩Aと、LiPF、LiBF、LiAsFおよびLiSbFより選択される少なくとも1種のリチウム塩Bと、LiB(Cとを含有している。 The non-aqueous electrolyte primary battery of the present invention uses a non-aqueous electrolyte obtained by dissolving a lithium salt in, for example, an organic solvent. The non-aqueous electrolyte is at least one lithium salt A selected from LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , LiC 2 F 5 SO 3 , LiN (FSO 2 ) 2 and LiN (CF 3 SO 2 ) 2. And at least one lithium salt B selected from LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 and LiSbF 6 , and LiB (C 2 O 4 ) 2 .

リチウム塩Aは、非水電解液において、リチウムイオン伝導性を確保するための電解質塩として機能するものである。また、リチウム塩Aは、非水電解液に使用可能な電解質塩の中でも耐熱性に優れるため、このリチウム塩Aを含有する非水電解液を使用することで、例えば非水電解液一次電池の高温貯蔵特性(高温貯蔵時および高温貯蔵を経た電池の信頼性)を高めることができる。   The lithium salt A functions as an electrolyte salt for ensuring lithium ion conductivity in the nonaqueous electrolytic solution. Moreover, since the lithium salt A is excellent in heat resistance among the electrolyte salts that can be used for the non-aqueous electrolyte, the use of the non-aqueous electrolyte containing the lithium salt A allows, for example, a non-aqueous electrolyte primary battery. High temperature storage characteristics (reliability of batteries during high temperature storage and after high temperature storage) can be improved.

一方、リチウム塩Bは、通常、非水電解液にリチウムイオン伝導性を確保するための電解質塩として使用されているが、本発明の非水電解液一次電池においては、このように作用することに加えて、LiB(Cと共に負極が有する金属リチウムまたはリチウム合金と接することにより、非水電解液と負極との反応を抑制する保護被膜を負極表面に形成する。この保護被膜は、例えば110℃以上の高温環境でも有効に作用するため、電池が高温環境下に置かれた場合においても、非水電解液と負極表面との反応を十分に抑えることから、非水電解液成分の分解に伴うガス発生や、放電に関与しない副生成物が生じることによる内部抵抗の上昇を良好に抑制できる。 On the other hand, the lithium salt B is usually used as an electrolyte salt for ensuring lithium ion conductivity in the non-aqueous electrolyte, but acts in this way in the non-aqueous electrolyte primary battery of the present invention. In addition to LiB (C 2 O 4 ) 2 , a protective coating that suppresses the reaction between the non-aqueous electrolyte and the negative electrode is formed on the negative electrode surface by contacting the lithium metal or lithium alloy of the negative electrode. Since this protective film works effectively even in a high-temperature environment of, for example, 110 ° C. or higher, even when the battery is placed in a high-temperature environment, the reaction between the non-aqueous electrolyte and the negative electrode surface is sufficiently suppressed. It is possible to satisfactorily suppress the increase in internal resistance due to the generation of gas accompanying decomposition of the water electrolyte component and the generation of by-products not involved in discharge.

このように、本発明の非水電解液一次電池では、リチウム塩Aによる前記の作用と、リチウム塩BおよびLiB(Cによる前記の作用を相乗的に機能させることで、高温貯蔵時の電池の膨れおよび内部抵抗の上昇を抑制して、高い信頼性の確保を可能としている。 As described above, in the non-aqueous electrolyte primary battery of the present invention, the above-described action by the lithium salt A and the above-described action by the lithium salt B and LiB (C 2 O 4 ) 2 are made to function synergistically. Suppression of battery swelling and increase in internal resistance during storage can be suppressed to ensure high reliability.

また、負極活物質としてリチウム合金が用いられる場合、リチウム合金を形成するための合金元素(例えばアルミニウム)を電池内でリチウムと反応させてリチウム合金を形成することが一般的である。この場合、一般に粒子または膜の形状で使用される合金元素がリチウムと合金化する際に、体積膨張して微粉化するため、振動などの影響によって活物質が負極から脱離して短絡などの問題が生じやすくなる。   When a lithium alloy is used as the negative electrode active material, it is common to form an alloy element by reacting an alloy element (for example, aluminum) for forming the lithium alloy with lithium in the battery. In this case, when an alloying element generally used in the form of particles or a film is alloyed with lithium, the active material is detached from the negative electrode due to the influence of vibration or the like, causing a problem such as a short circuit. Is likely to occur.

しかし、本発明の非水電解液一次電池では、リチウム塩BおよびLiB(Cを、それぞれ特定の量で含有する非水電解液を用いることによって負極表面に形成される保護被膜が、リチウムと合金元素との電気化学的な反応を抑え、リチウム合金の形成に伴う多量の微粉末の生成を抑制するため、リチウム合金の微粉末が負極から脱離することによって生じ得る短絡などの問題を防止できると推測される。 However, in the non-aqueous electrolyte primary battery of the present invention, the protective film formed on the negative electrode surface by using a non-aqueous electrolyte containing lithium salt B and LiB (C 2 O 4 ) 2 in specific amounts, respectively. However, in order to suppress the electrochemical reaction between lithium and the alloy element and to suppress the production of a large amount of fine powder accompanying the formation of the lithium alloy, a short circuit that can occur due to the lithium alloy fine powder being detached from the negative electrode, etc. It is estimated that this problem can be prevented.

よって、不織布セパレータのように、空隙のサイズが比較的大きく、電極から脱落した活物質の微粉末が空隙を通過しやすいセパレータを用いた場合であっても、負極活物質の微粉化に伴う短絡が生じ難く、耐振動性に優れた非水電解液一次電池を構成できると考えられる。   Therefore, even when a separator having a relatively large gap size and a fine powder of the active material that has fallen off the electrode easily passes through the gap, such as a nonwoven fabric separator, a short circuit due to the pulverization of the negative electrode active material. It is considered that a non-aqueous electrolyte primary battery excellent in vibration resistance can be formed.

非水電解液一次電池に係る非水電解液に使用し得る有機溶媒としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネートなどの環状カーボネート;ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネートなどの鎖状カーボネート;1,2−ジメトキシエタン(DME)、ジグライム(ジエチレングリコールジメチルエーテル)、トリグライム(トリエチレングリコールジメチルエーテル)、テトラグライム(テトラエチレングリコールジメチルエーテル)、メトキシエトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、テトラヒドロフランなどのエーテル;γ−ブチロラクトンなどの環状エステル;ニトリル;などが挙げられ、これらのうちの1種のみを用いてもよく、2種以上を併用してもよい。特に、前記のカーボネートとエーテルとを併用することが好ましい。   Examples of organic solvents that can be used in the non-aqueous electrolyte for non-aqueous electrolyte primary batteries include cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate (PC), butylene carbonate, and vinylene carbonate; dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, and the like 1,2-dimethoxyethane (DME), diglyme (diethylene glycol dimethyl ether), triglyme (triethylene glycol dimethyl ether), tetraglyme (tetraethylene glycol dimethyl ether), methoxyethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, Ethers such as tetrahydrofuran; cyclic esters such as γ-butyrolactone; nitriles, etc., and only one of these may be used, It may be used in combination with more species. In particular, it is preferable to use the carbonate and ether in combination.

非水電解液溶媒として、カーボネートとエーテルとを併用する場合には、全溶媒中のカーボネートとエーテルとの量比(混合比)は、体積比で、カーボネート:エーテル=30:70〜70:30とすることが好ましい。   When carbonate and ether are used in combination as the nonaqueous electrolyte solvent, the amount ratio (mixing ratio) of carbonate and ether in the total solvent is a volume ratio of carbonate: ether = 30: 70 to 70:30. It is preferable that

また、非水電解液溶媒にはニトリルを使用することも好ましい。ニトリルは低粘度であり、かつ高誘電率であることから、これを非水電解液溶媒として用いることで、非水電解液一次電池の負荷特性をより高めることができる。   It is also preferable to use nitrile as the non-aqueous electrolyte solvent. Since nitrile has a low viscosity and a high dielectric constant, the load characteristics of the non-aqueous electrolyte primary battery can be further improved by using it as a non-aqueous electrolyte solvent.

ニトリルの具体例としては、アセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリル、バレロニトリル、ベンゾニトリル、アクリロニトリルなどのモノニトリル;マロノニトリル、スクシノニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、1,4−ジシアノヘプタン、1,5−ジシアノペンタン、1,6−ジシアノヘキサン、1,7−ジシアノヘプタン、2,6−ジシアノヘプタン、1,8−ジシアノオクタン、2,7−ジシアノオクタン、1,9−ジシアノノナン、2,8−ジシアノノナン、1,10−ジシアノデカン、1,6−ジシアノデカン、2,4−ジメチルグルタロニトリルなどのジニトリル;ベンゾニトリルなどの環状ニトリル;メトキシアセトニトリルなどのアルコキシ置換ニトリル;などが挙げられる。これらの中でも、アセトニトリルが特に好ましい。   Specific examples of nitriles include mononitriles such as acetonitrile, propionitrile, butyronitrile, valeronitrile, benzonitrile, acrylonitrile; malononitrile, succinonitrile, glutaronitrile, adiponitrile, 1,4-dicyanoheptane, 1,5- Dicyanopentane, 1,6-dicyanohexane, 1,7-dicyanoheptane, 2,6-dicyanoheptane, 1,8-dicyanooctane, 2,7-dicyanooctane, 1,9-dicyanononane, 2,8-dicyanononane, And dinitriles such as 1,10-dicyanodecane, 1,6-dicyanodecane and 2,4-dimethylglutaronitrile; cyclic nitriles such as benzonitrile; alkoxy-substituted nitriles such as methoxyacetonitrile; Among these, acetonitrile is particularly preferable.

非水電解液溶媒にニトリルを使用する場合、非水電解液溶媒全量中のニトリルの含有量は、ニトリルの使用による前記の効果をより良好に確保する観点から、5体積%以上であることが好ましく、8体積%以上であることがより好ましい。ただし、ニトリルは負極のリチウムとの反応性が高いため、ニトリルの使用量をある程度制限して、これらの間での過剰な反応を抑制することが好ましい。よって、非水電解液溶媒全量中のニトリルの含有量は、20体積%以下であることが好ましく、17体積%以下であることがより好ましい。   When nitrile is used as the non-aqueous electrolyte solvent, the nitrile content in the total amount of the non-aqueous electrolyte solvent is 5% by volume or more from the viewpoint of better securing the above-described effect due to the use of the nitrile. Preferably, it is 8 volume% or more. However, since nitrile is highly reactive with lithium in the negative electrode, it is preferable to limit the amount of nitrile used to some extent to suppress excessive reaction between them. Therefore, the nitrile content in the total amount of the nonaqueous electrolyte solvent is preferably 20% by volume or less, and more preferably 17% by volume or less.

非水電解液におけるリチウム塩Aの含有量は、良好なリチウムイオン伝導性を確保する観点から、0.3mol/l以上であり、0.4mol/l以上であることが好ましく、1.2mol/l以下であり、1.0mol/l以下であることが好ましい。   The content of the lithium salt A in the nonaqueous electrolytic solution is 0.3 mol / l or more, preferably 0.4 mol / l or more, from the viewpoint of ensuring good lithium ion conductivity, l or less, preferably 1.0 mol / l or less.

また、非水電解液でのリチウム塩Aとリチウム塩Bとの合計を100mol%としたときのリチウム塩Bの割合は、リチウム塩Bによる前記の効果を良好に確保する観点から、20mol%以上より多く、25mol%以上であることが好ましく、30mol%以上であることがより好ましい。ただし、非水電解液でのリチウム塩Aとリチウム塩Bとの合計中のリチウム塩Bの割合が多すぎると、負極表面に形成される保護被膜が厚くなりすぎて、却って電池の内部抵抗が増大し、電池特性が低下してしまう虞がある。よって、電池特性を良好にする観点から、非水電解液でのリチウム塩Aとリチウム塩Bとの合計を100mol%としたときのリチウム塩Bの割合は、70mol%以下であることが好ましく、50mol%以下であることがより好ましい。   Moreover, the ratio of the lithium salt B when the total of the lithium salt A and the lithium salt B in the nonaqueous electrolytic solution is 100 mol% is 20 mol% or more from the viewpoint of ensuring the above-described effect by the lithium salt B satisfactorily. More, it is preferably 25 mol% or more, and more preferably 30 mol% or more. However, if the proportion of the lithium salt B in the total of the lithium salt A and the lithium salt B in the non-aqueous electrolyte is too large, the protective film formed on the negative electrode surface becomes too thick, and the internal resistance of the battery is rather reduced. There is a risk that the battery characteristics will be reduced. Therefore, from the viewpoint of improving battery characteristics, the ratio of the lithium salt B when the total of the lithium salt A and the lithium salt B in the non-aqueous electrolyte is 100 mol% is preferably 70 mol% or less, More preferably, it is 50 mol% or less.

また、非水電解液には、リチウム塩Aおよびリチウム塩B以外のリチウム塩(非水電解液電池用の非水電解液に通常使用されているリチウム塩など)を含有させてもよいが、この場合、非水電解液中のリチウム塩の総量を、1.5mol/l以下とすることが好ましい。   The non-aqueous electrolyte may contain a lithium salt other than the lithium salt A and the lithium salt B (such as a lithium salt usually used in non-aqueous electrolytes for non-aqueous electrolyte batteries). In this case, it is preferable that the total amount of the lithium salt in the non-aqueous electrolyte is 1.5 mol / l or less.

更に、非水電解液中におけるLiB(Cの含有量は、LiB(Cによる前記の効果を良好に確保する観点から、0.1質量%以上であり、0.3質量%以上であることが好ましく、0.5質量%以上であることがより好ましい。ただし、非水電解液中のLiB(Cの量が多すぎると、却って電池の内部抵抗が増大し、電池特性が低下してしまう虞がある。よって、電池特性を良好にする観点から、非水電解液中におけるLiB(Cの含有量は、2質量%以下であり、1.5質量%以下であることが好ましい。 Furthermore, the content of LiB (C 2 O 4 ) 2 in the nonaqueous electrolytic solution is 0.1% by mass or more from the viewpoint of favorably securing the above-described effect due to LiB (C 2 O 4 ) 2 . It is preferably 0.3% by mass or more, and more preferably 0.5% by mass or more. However, if the amount of LiB (C 2 O 4 ) 2 in the nonaqueous electrolytic solution is too large, the internal resistance of the battery may increase and the battery characteristics may be deteriorated. Therefore, from the viewpoint of improving battery characteristics, the content of LiB (C 2 O 4 ) 2 in the nonaqueous electrolytic solution is 2% by mass or less, and preferably 1.5% by mass or less.

また、非水電解液には、スルトン化合物を含有させることが好ましい。スルトン化合物は、正極表面にも被膜を形成して正極における非水電解液の分解およびガス発生を抑制することができると考えられ、リチウム塩BおよびLiB(Cと共存させることにより、高温貯蔵における電池の膨れなどをより一層抑制することができ、非水電解液一次電池の信頼性の更なる改善も可能となる。 Moreover, it is preferable to contain a sultone compound in a non-aqueous electrolyte. It is considered that the sultone compound can form a film on the positive electrode surface to suppress decomposition of the non-aqueous electrolyte and gas generation at the positive electrode, and coexist with lithium salt B and LiB (C 2 O 4 ) 2. As a result, battery swelling during high-temperature storage can be further suppressed, and the reliability of the nonaqueous electrolyte primary battery can be further improved.

スルトン化合物としては、環内に不飽和結合を持たない化合物と、環内に不飽和結合を有する化合物とに分類され、それぞれ、電解液への溶解性などの点から、5員環〜7員環の化合物が好ましく用いられ、5員環構造を有するものがより好ましく用いられる。   The sultone compound is classified into a compound having no unsaturated bond in the ring and a compound having an unsaturated bond in the ring. A ring compound is preferably used, and one having a 5-membered ring structure is more preferably used.

前記環内に不飽和結合を持たない化合物としては、1,3−プロパンスルトン、1,4−ブタンスルトンなどが例示され、1,3−プロパンスルトンが好ましく用いられる。   Examples of the compound having no unsaturated bond in the ring include 1,3-propane sultone and 1,4-butane sultone, and 1,3-propane sultone is preferably used.

前記環内に不飽和結合を有する化合物としては、下記一般式(1)で表される5員環構造を有するものが例示される。   Examples of the compound having an unsaturated bond in the ring include those having a 5-membered ring structure represented by the following general formula (1).

Figure 2018170276
Figure 2018170276

前記一般式(1)中、R、R、RおよびRは、それぞれ独立して、水素、フッ素、または炭素数が1〜12で、その一部または全部の水素がフッ素で置換されていてもよい炭化水素基である。 In the general formula (1), R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently hydrogen, fluorine, or a carbon number of 1 to 12, and a part or all of the hydrogens are substituted with fluorine. It may be a hydrocarbon group.

前記一般式(1)で表される化合物の中でも、R、R、RおよびRは、それぞれ水素、フッ素、または炭素数が1〜3で、その一部または全部の水素がフッ素で置換されていてもよい炭化水素基であるものが好ましく、1,3−プロペンスルトン(PRS)がより好ましい。 Among the compounds represented by the general formula (1), R 1 , R 2 , R 3 and R 4 each have hydrogen, fluorine, or 1 to 3 carbon atoms, and part or all of the hydrogen is fluorine. Is preferably a hydrocarbon group which may be substituted with 1,3-propene sultone (PRS).

スルトン化合物の前記効果を良好に確保する観点から、非水電解液におけるスルトン化合物の含有量は、0.5質量%以上であることが好ましく、1質量%以上であることがより好ましい。ただし、非水電解液中のスルトン化合物の量が多すぎると、電池の内部抵抗が増大して放電特性が低下する虞がある。よって、放電特性の低下を抑える観点から、非水電解液におけるスルトン化合物の含有量は、3質量%以下であることが好ましく、2.5質量%以下であることがより好ましい。   From the viewpoint of ensuring the above-described effect of the sultone compound satisfactorily, the content of the sultone compound in the non-aqueous electrolyte is preferably 0.5% by mass or more, and more preferably 1% by mass or more. However, if the amount of the sultone compound in the non-aqueous electrolyte is too large, the internal resistance of the battery may increase and the discharge characteristics may deteriorate. Therefore, from the viewpoint of suppressing a decrease in discharge characteristics, the content of the sultone compound in the nonaqueous electrolytic solution is preferably 3% by mass or less, and more preferably 2.5% by mass or less.

更に、非水電解液には、必要に応じて、LiB(Cやスルトン化合物以外の添加剤を添加させることもできる。このような添加剤としては、リン酸トリス(トリメチルシリル)などのリン酸化合物;ホウ酸トリス(トリメチルシリル)などのホウ酸化合物;無水マレイン酸、無水フタル酸などの酸無水物;などが挙げられる。 Furthermore, additives other than LiB (C 2 O 4 ) 2 and sultone compounds can be added to the non-aqueous electrolyte as necessary. Examples of such additives include phosphoric acid compounds such as tris (trimethylsilyl) phosphate; boric acid compounds such as tris (trimethylsilyl) borate; acid anhydrides such as maleic anhydride and phthalic anhydride; and the like.

特に、非水電解液の添加剤として、下記一般式(2)で表される基を分子内に有するリン酸化合物またはホウ酸化合物を含有させることが好ましい。

Figure 2018170276
In particular, it is preferable to contain a phosphoric acid compound or boric acid compound having a group represented by the following general formula (2) in the molecule as an additive for the non-aqueous electrolyte.
Figure 2018170276

前記一般式(2)中、XはSi、GeまたはSnであり、R、RおよびRは、それぞれ独立に、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基または炭素数6〜10のアリール基を表し、その水素原子の一部または全部がフッ素で置換されていてもよい。 In the general formula (2), X is Si, Ge or Sn, and R 5 , R 6 and R 7 are each independently an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms or Represents an aryl group having 6 to 10 carbon atoms, and part or all of the hydrogen atoms may be substituted with fluorine.

前記一般式(2)で表される基を分子内に有するリン酸化合物またはホウ酸化合物を非水電解液に含有させることにより、高温環境下における電池の特性劣化をより一層抑制することができる。   By incorporating the phosphoric acid compound or boric acid compound having the group represented by the general formula (2) in the molecule into the non-aqueous electrolyte, it is possible to further suppress the deterioration of the battery characteristics in a high temperature environment. .

また、水分との反応によりフッ酸を生じさせやすいリチウム塩Bを含有する非水電解液を用いた電池が、高温でかつ多湿環境下に長時間置かれた場合、封止のゆるみにより、あるいはガスケットを構成する樹脂内部を水分が透過することにより、電池内に水分が浸入して非水電解液と反応し、電池の特性を劣化させやすくなる。しかし、非水電解液に前記リン酸化合物またはホウ酸化合物を含有させることにより、前記の特性劣化を抑制することができ、高温でかつ多湿環境下における貯蔵特性に優れた電池を構成することができる。   In addition, when a battery using a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt B that easily generates hydrofluoric acid by reaction with moisture is left in a high temperature and high humidity environment for a long time, due to loose sealing or By allowing moisture to permeate through the resin constituting the gasket, moisture enters the battery and reacts with the non-aqueous electrolyte, which easily deteriorates the characteristics of the battery. However, by incorporating the phosphoric acid compound or boric acid compound into the non-aqueous electrolyte, it is possible to suppress the above characteristic deterioration, and to constitute a battery having excellent storage characteristics in a high temperature and high humidity environment. it can.

前記一般式(2)において、XはSi、GeまたはSnであるが、前記リン酸化合物としては、XがSiであるリン酸シリルエステルが好ましく用いられ、前記ホウ酸化合物としては、XがSiであるホウ酸シリルエステルが好ましく用いられる。   In the general formula (2), X is Si, Ge, or Sn. As the phosphoric acid compound, a phosphoric acid silyl ester in which X is Si is preferably used, and as the boric acid compound, X is Si. The boric acid silyl ester is preferably used.

また、前記一般式(2)において、R、RおよびRは、それぞれ独立に、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基または炭素数6〜10のアリール基であるが、メチル基またはエチル基がより好ましい。また、R、RおよびRは、その水素原子の一部または全部がフッ素で置換されていてもよい。そして、前記一般式(2)で表される基としては、トリメチルシリル基が特に好ましい。 In the general formula (2), R 5 , R 6 and R 7 are each independently an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms or an aryl group having 6 to 10 carbon atoms. However, a methyl group or an ethyl group is more preferable. In addition, R 5 , R 6 and R 7 may be partially or wholly substituted with fluorine. The group represented by the general formula (2) is particularly preferably a trimethylsilyl group.

前記リン酸化合物においては、リン酸が有する水素原子のうちの1つのみが前記一般式(2)で表される基で置換されていてもよく、リン酸が有する水素原子のうちの2つが前記一般式(2)で表される基で置換されていてもよく、リン酸が有する水素原子の3つ全てが前記一般式(2)で表される基で置換されていてもよいが、リン酸が有する水素原子の3つ全てが前記一般式(2)で表される基で置換されていることが、より好ましい。   In the phosphoric acid compound, only one of the hydrogen atoms of phosphoric acid may be substituted with the group represented by the general formula (2), and two of the hydrogen atoms of phosphoric acid may be The group represented by the general formula (2) may be substituted, and all three hydrogen atoms of phosphoric acid may be substituted with the group represented by the general formula (2). It is more preferable that all three hydrogen atoms of phosphoric acid are substituted with a group represented by the general formula (2).

このような前記リン酸化合物としては、例えば、リン酸モノ(トリメチルシリル)、リン酸ジ(トリメチルシリル)、リン酸トリス(トリメチルシリル)、リン酸ジメチルトリメチルシリル、リン酸メチルビス(トリメチルシリル)、リン酸ジエチルトリメチルシリル、リン酸ジフェニル(トリメチルシリル)、リン酸トリス(トリエチルシリル)、リン酸トリス(ビニルジメチルシリル)、リン酸トリス(トリイソプロピルシリル)、リン酸トリス(ジメチルエチルシリル)、リン酸トリス(メチルジエチルシリル)、リン酸トリス(ブチルジメチルシリル)、リン酸トリス(ビニルジメチルシリル)、リン酸トリス(トリフェニルシリル)などを挙げることができ、リン酸モノ(トリメチルシリル)、リン酸ジ(トリメチルシリル)、リン酸トリス(トリメチルシリル)、リン酸ジメチルトリメチルシリル、リン酸メチルビス(トリメチルシリル)が好ましく、リン酸トリス(トリメチルシリル)が、特に好ましい。   Examples of the phosphoric acid compound include mono (trimethylsilyl) phosphate, di (trimethylsilyl) phosphate, tris (trimethylsilyl) phosphate, dimethyltrimethylsilyl phosphate, methylbis (trimethylsilyl) phosphate, diethyltrimethylsilyl phosphate, Diphenyl phosphate (trimethylsilyl), Tris phosphate (triethylsilyl), Tris phosphate (vinyldimethylsilyl), Tris phosphate (triisopropylsilyl), Tris phosphate (dimethylethylsilyl), Tris phosphate (methyldiethylsilyl) , Tris (butyldimethylsilyl) phosphate, tris (vinyldimethylsilyl) phosphate, tris (triphenylsilyl) phosphate, mono (trimethylsilyl) phosphate, di (trimethylsilyl) phosphate, Tris (trimethylsilyl) phosphate dimethyl trimethylsilyl, methyl bis phosphate (trimethylsilyl) are preferred, phosphoric acid tris (trimethylsilyl) are particularly preferred.

また、前記ホウ酸化合物においては、ホウ酸が有する水素原子のうちの1つのみが前記一般式(2)で表される基で置換されていてもよく、ホウ酸が有する水素原子のうちの2つが前記一般式(2)で表される基で置換されていてもよく、ホウ酸が有する水素原子の3つ全てが前記一般式(2)で表される基で置換されていてもよいが、ホウ酸が有する水素原子の3つ全てが前記一般式(2)で表される基で置換されていることが、より好ましい。   In the boric acid compound, only one of the hydrogen atoms possessed by boric acid may be substituted with the group represented by the general formula (2). Two of them may be substituted with a group represented by the general formula (2), and all three hydrogen atoms of boric acid may be substituted with a group represented by the general formula (2). However, it is more preferable that all three hydrogen atoms of boric acid are substituted with the group represented by the general formula (2).

このような前記ホウ酸化合物としては、例えば、ホウ酸モノ(トリメチルシリル)、ホウ酸ジ(トリメチルシリル)、ホウ酸トリス(トリメチルシリル)、ホウ酸ジメチルトリメチルシリル、ホウ酸メチルビス(トリメチルシリル)、ホウ酸ジエチルトリメチルシリル、ホウ酸ジフェニル(トリメチルシリル)、ホウ酸トリス(トリエチルシリル)、ホウ酸トリス(ビニルジメチルシリル)ホウ酸トリス(トリイソプロピルシリル)、ホウ酸トリス(ジメチルエチルシリル)、ホウ酸トリス(メチルジエチルシリル)、ホウ酸トリス(ブチルジメチルシリル)、ホウ酸トリス(ビニルジメチルシリル)、ホウ酸トリス(トリフェニルシリル)などを挙げることができ、ホウ酸モノ(トリメチルシリル)、ホウ酸ジ(トリメチルシリル)、ホウ酸トリス(トリメチルシリル)、ホウ酸ジメチルトリメチルシリル、ホウ酸メチルビス(トリメチルシリル)が好ましく、ホウ酸トリス(トリメチルシリル)が、特に好ましい。   Examples of such boric acid compounds include mono (trimethylsilyl) borate, di (trimethylsilyl) borate, tris (trimethylsilyl) borate, dimethyltrimethylsilylborate, methylbis (trimethylsilyl) borate, diethyltrimethylsilylborate, Diphenyl borate (trimethylsilyl), tris (triethylsilyl) borate, tris (vinyldimethylsilyl) borate, tris (triisopropylsilyl) borate, tris (dimethylethylsilyl) borate, tris (methyldiethylsilyl) borate, Examples include tris (butyldimethylsilyl) borate, tris (vinyldimethylsilyl) borate, tris (triphenylsilyl) borate, mono (trimethylsilyl) borate, di (trimethylsilyl) borate, boron Tris (trimethylsilyl) borate dimethyl trimethylsilyl, methyl bis borate (trimethylsilyl) are preferred, boric acid tris (trimethylsilyl) are particularly preferred.

非水電解液中の、前記一般式(2)で表される基を分子内に有するリン酸化合物またはホウ酸化合物の含有量(両者を含有する場合はその合計量)は、その使用による前記の効果をより良好に確保する観点から、0.1質量%以上であることが好ましく、0.3質量%以上であることがより好ましく、0.5質量%以上であることが特に好ましく、1質量%以上であることが最も好ましい。一方、その含有量が多くなりすぎると、前記化合物に起因して負極表面に形成される被膜の厚みが増大し、これにより抵抗が大きくなり負荷特性が低下する虞があることから、非水電解液中の、前記一般式(2)で表される基を分子内に有するリン酸化合物またはホウ酸化合物の含有量(両者を含有する場合はその合計量)は、5質量%以下であることが好ましく、4質量%以下であることがより好ましく、3質量%以下であることがより好ましく、2.5質量%以下であることが最も好ましい。   The content of the phosphoric acid compound or boric acid compound having the group represented by the general formula (2) in the molecule in the nonaqueous electrolytic solution (the total amount when both are contained) depends on the use thereof. From the viewpoint of ensuring a better effect, it is preferably 0.1% by mass or more, more preferably 0.3% by mass or more, particularly preferably 0.5% by mass or more. Most preferably, it is at least mass%. On the other hand, if the content is too large, the thickness of the film formed on the surface of the negative electrode due to the compound increases, which may increase resistance and reduce load characteristics. The content of the phosphoric acid compound or boric acid compound having the group represented by the general formula (2) in the liquid or boric acid compound in the liquid (the total amount when containing both) is 5% by mass or less. Is preferably 4% by mass or less, more preferably 3% by mass or less, and most preferably 2.5% by mass or less.

なお、前記一般式(2)で表される基を分子内に有するリン酸化合物またはホウ酸化合物の含有量は、リチウム塩Bの含有量に応じて調整することが好ましく、前記リン酸化合物または前記ホウ酸化合物の非水電解液中の含有量(両者を含有する場合はその合計量)は、リチウム塩Bの含有量に対し、モル比で、0.1以上であることが好ましく、0.2以上であることがより好ましく、また、負荷特性の低下を防ぐために、モル比で、0.5以下であることが好ましく、0.4以下であることがより好ましい。   In addition, it is preferable to adjust the content of the phosphoric acid compound or boric acid compound having the group represented by the general formula (2) in the molecule according to the content of the lithium salt B. The content of the boric acid compound in the non-aqueous electrolyte (the total amount when both are contained) is preferably 0.1 or more in terms of molar ratio to the content of the lithium salt B. .2 or more is preferable, and in order to prevent a decrease in load characteristics, the molar ratio is preferably 0.5 or less, and more preferably 0.4 or less.

また、非水電解液には、公知のゲル化剤を添加してゲル状としたもの(ゲル状電解質)を用いることもできる。   Further, as the non-aqueous electrolyte, a gelled gel (gel electrolyte) can be used by adding a known gelling agent.

非水電解液一次電池に係る負極は、金属リチウムまたはリチウム合金を含有するものである。金属リチウムを含有する負極としては、金属リチウム箔をそのまま使用できるほか、金属リチウム箔を集電体の片面または両面に圧着した構造のものを使用することもできる。   The negative electrode according to the nonaqueous electrolyte primary battery contains metallic lithium or a lithium alloy. As the negative electrode containing metallic lithium, a metallic lithium foil can be used as it is, or a metallic lithium foil having a structure in which the metallic lithium foil is pressure-bonded to one side or both sides of the current collector can also be used.

また、リチウム合金を含有する負極としては、リチウム合金箔をそのまま使用できるほか、リチウム合金箔を集電体の片面または両面に圧着した構造のものを使用することもできる。   Moreover, as a negative electrode containing a lithium alloy, a lithium alloy foil can be used as it is, or a lithium alloy foil having a structure in which a lithium alloy foil is pressure-bonded to one side or both sides of a current collector can be used.

更に、リチウム合金を含有する負極の場合、金属リチウム箔などで構成されるリチウム層(リチウムを含む層)の表面にリチウム合金を形成するための合金元素を含む層を圧着するなどして積層した積層体を使用し、この積層体を電池内で非水電解液と接触させることで、前記リチウム層の表面にリチウム合金を形成させて負極とすることもできる。このような負極の場合、リチウム層の片面のみに合金元素を含む層を有する積層体を用いてもよく、リチウム層の両面に合金元素を含む層を有する積層体を用いてもよい。前記積層体は、例えば、金属リチウム箔と合金元素で構成された箔とを圧着することで形成することができる。   Furthermore, in the case of a negative electrode containing a lithium alloy, lamination was performed by, for example, pressing a layer containing an alloy element for forming a lithium alloy on the surface of a lithium layer (a layer containing lithium) composed of a metal lithium foil or the like. By using a laminate and bringing the laminate into contact with a non-aqueous electrolyte in the battery, a lithium alloy can be formed on the surface of the lithium layer to form a negative electrode. In the case of such a negative electrode, a laminate having a layer containing an alloy element only on one side of the lithium layer may be used, or a laminate having a layer containing an alloy element on both sides of the lithium layer may be used. The said laminated body can be formed by crimping | bonding the metal lithium foil and the foil comprised with the alloy element, for example.

また、電池内でリチウム合金を形成して負極とする場合にも集電体を使用することができ、例えば、負極集電体の片面にリチウム層を有し、かつリチウム層の負極集電体とは反対側の面に合金元素を含む層を有する積層体を用いてもよく、負極集電体の両面にリチウム層を有し、かつ各リチウム層の負極集電体とは反対側の面に合金元素を含む層を有する積層体を用いてもよい。負極集電体とリチウム層(金属リチウム箔)とは、圧着などにより積層すればよい。   The current collector can also be used when a negative electrode is formed by forming a lithium alloy in the battery. For example, the negative electrode current collector has a lithium layer on one side of the negative electrode current collector and has a lithium layer. A laminate having a layer containing an alloy element on the surface opposite to the surface of the negative electrode may have a lithium layer on both surfaces of the negative electrode current collector, and the surface of each lithium layer opposite to the negative electrode current collector Alternatively, a laminate having a layer containing an alloy element may be used. The negative electrode current collector and the lithium layer (metal lithium foil) may be laminated by pressure bonding or the like.

リチウム合金を形成するための合金元素としては、アルミニウム、鉛、ビスマス、インジウム、ガリウムなどが挙げられるが、アルミニウムが好ましい。   Examples of the alloy element for forming the lithium alloy include aluminum, lead, bismuth, indium, and gallium. Aluminum is preferable.

負極とするための前記積層体に係る前記合金元素を含む層には、例えば、これらの合金元素で構成された箔などが使用できる。前記合金元素を含む層の厚みは、1μm以上であることが好ましく、3μm以上であることがより好ましく、20μm以下であることが好ましく、12μm以下であることがより好ましい。   For the layer containing the alloy element according to the laminate for forming a negative electrode, for example, a foil composed of these alloy elements can be used. The thickness of the layer containing the alloy element is preferably 1 μm or more, more preferably 3 μm or more, preferably 20 μm or less, and more preferably 12 μm or less.

負極とするための前記積層体に係るリチウム層には、例えば、金属リチウム箔などを用いることができる。リチウム層の厚みは、0.1〜1.5mmであることが好ましい。また、金属リチウムを含有する負極とする場合のリチウム層(その形成に使用する金属リチウム箔)の厚みも、0.1〜1.5mmであることが好ましい。   For example, a metal lithium foil or the like can be used for the lithium layer according to the laminate for forming the negative electrode. The thickness of the lithium layer is preferably 0.1 to 1.5 mm. Moreover, it is preferable that the thickness of the lithium layer (metal lithium foil used for the formation) when it is set as the negative electrode containing metallic lithium is also 0.1 to 1.5 mm.

負極集電体としては、銅、ニッケル、鉄、ステンレス鋼を素材とするものが挙げられ、その形態としては、平織り金網、エキスパンドメタル、ラス網、パンチングメタル、金属発泡体、箔(板)などが例示できる。集電体の厚みは、例えば、5〜100μmであることが好ましい。このような集電体の表面には、カーボンペーストや銀ペーストなどのペースト状導電材を塗布しておくことも望ましい。   Examples of the negative electrode current collector include those made of copper, nickel, iron, and stainless steel, and the forms thereof include plain weave metal mesh, expanded metal, lath net, punching metal, metal foam, foil (plate), etc. Can be illustrated. The thickness of the current collector is preferably 5 to 100 μm, for example. It is also desirable to apply a paste-like conductive material such as carbon paste or silver paste to the surface of such a current collector.

非水電解液一次電池に係る正極には、例えば、正極活物質、導電助剤、バインダなどを含有する合剤(正極合剤)をペレット状などに成形した成形体や、前記正極合剤からなる層(正極合剤層)を集電体の片面または両面に有する構造のものを使用することができる。   For the positive electrode related to the non-aqueous electrolyte primary battery, for example, a molded body obtained by forming a mixture containing a positive electrode active material, a conductive additive, a binder, etc. (positive electrode mixture) into a pellet form, or the positive electrode mixture A layer having a layer (positive electrode mixture layer) to be formed on one side or both sides of the current collector can be used.

正極活物質としては、二酸化マンガン、リチウム含有マンガン酸化物〔例えば、LiMnや、二酸化マンガンと同じ結晶構造(β型、γ型、あるいはβ型とγ型が混在する構造など)を有し、Liの含有量が3.5質量%以下、好ましくは2質量%以下、より好ましくは1.5質量%以下、特に好ましくは1質量%以下である複合酸化物など〕、LiTi5/3(4/3≦a<7/3)などのリチウム含有複合酸化物;バナジウム酸化物;ニオブ酸化物;チタン酸化物;二硫化鉄などの硫化物;フッ化黒鉛;などが挙げられる。 Examples of the positive electrode active material include manganese dioxide and lithium-containing manganese oxides (for example, LiMn 3 O 6 and the same crystal structure as manganese dioxide (such as β-type, γ-type, or a structure in which β-type and γ-type are mixed)). A composite oxide having a Li content of 3.5% by mass or less, preferably 2% by mass or less, more preferably 1.5% by mass or less, and particularly preferably 1% by mass or less], Li a Ti 5 / 3 O 4 (4/3 ≦ a <7/3) and other lithium-containing composite oxides; vanadium oxides; niobium oxides; titanium oxides; sulfides such as iron disulfide; It is done.

また、正極合剤に係る導電助剤としては、例えば、鱗片状黒鉛、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンブラックなどが挙げられ、これらのうちの1種のみを用いてもよく、2種以上を併用してもよい。   Moreover, as a conductive support agent which concerns on a positive electrode mixture, for example, scaly graphite, acetylene black, ketjen black, carbon black etc. are mentioned, only 1 type may be used among these, and 2 or more types may be used. You may use together.

更に、正極合剤に係るバインダとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、六フッ化プロピレンの重合体などのフッ素樹脂などが挙げられ、これらのうちの1種のみを用いてもよく、2種以上を併用してもよい。   Furthermore, examples of the binder related to the positive electrode mixture include fluororesins such as polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), and a polymer of propylene hexafluoride. May be used alone, or two or more of them may be used in combination.

正極は、正極合剤の成形体の場合には、例えば、正極活物質、導電助剤およびバインダなどを混合して調製した正極合剤を所定の形状に加圧成形することで製造することができる。   In the case of a molded body of a positive electrode mixture, for example, the positive electrode can be manufactured by pressure-molding a positive electrode mixture prepared by mixing a positive electrode active material, a conductive additive and a binder into a predetermined shape. it can.

また、正極合剤層と集電体とを有する形態の正極の場合には、例えば、正極活物質、導電助剤およびバインダなどを水またはN−メチル−2−ピロリドン(NMP)などの有機溶媒に分散させて正極合剤含有組成物(スラリー、ペーストなど)を調製し(バインダは溶媒に溶解していてもよい)、これを集電体上に塗布し乾燥し、必要に応じてカレンダ処理などのプレス処理を施す工程を経て製造することができる。   In the case of a positive electrode having a positive electrode mixture layer and a current collector, for example, a positive electrode active material, a conductive aid, a binder, and the like are mixed with water or an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP). To prepare a positive electrode mixture-containing composition (slurry, paste, etc.) (the binder may be dissolved in a solvent), which is coated on a current collector and dried, and if necessary, a calendering treatment It can manufacture through the process of performing press processing, such as.

ただし、正極は、前記の各方法で製造されたものに限定されず、他の方法で製造したものであってもよい。   However, a positive electrode is not limited to what was manufactured by said each method, The thing manufactured by the other method may be used.

正極に係る正極合剤中の組成としては、正極活物質の量が80〜90質量%であることが好ましく、導電助剤の含有量が1.5〜10質量%であることが好ましく、バインダの含有量が0.3〜10質量%であることが好ましい。   As a composition in the positive electrode mixture relating to the positive electrode, the amount of the positive electrode active material is preferably 80 to 90% by mass, the content of the conductive auxiliary agent is preferably 1.5 to 10% by mass, and the binder The content of is preferably 0.3 to 10% by mass.

正極合剤の成形体の場合、その厚みは、0.15〜4mmであることが好ましい。他方、正極合剤層と集電体とを有する形態の正極の場合、正極合剤層の厚み(集電体の片面あたりの厚み)は、30〜300μmであることが好ましい   In the case of a molded body of a positive electrode mixture, the thickness is preferably 0.15 to 4 mm. On the other hand, in the case of a positive electrode having a positive electrode mixture layer and a current collector, the thickness of the positive electrode mixture layer (thickness per one side of the current collector) is preferably 30 to 300 μm.

正極に集電体を用いる場合には、その集電体としては、例えば、SUS316、SUS430、SUS444などのステンレス鋼を素材とするものが挙げられ、その形態としては、平織り金網、エキスパンドメタル、ラス網、パンチングメタル、金属発泡体、箔(板)などが例示できる。集電体の厚みは、例えば、0.05〜0.2mmであることが好ましい。このような集電体の表面には、カーボンペーストや銀ペーストなどのペースト状導電材を塗布しておくことも望ましい。   In the case where a current collector is used for the positive electrode, examples of the current collector include those made of stainless steel such as SUS316, SUS430, and SUS444. Examples of the current collector include plain weave wire mesh, expanded metal, lath. Examples thereof include a net, punching metal, metal foam, and foil (plate). The thickness of the current collector is preferably, for example, 0.05 to 0.2 mm. It is also desirable to apply a paste-like conductive material such as carbon paste or silver paste to the surface of such a current collector.

非水電解液一次電池において、集電体を有する負極(または負極用の積層体)と集電体を有する正極とを使用する場合は、セパレータを介して積層した積層体(積層電極体)や、この積層体を渦巻状に巻回した巻回体(巻回電極体)、更にこの巻回体を横断面が扁平状となるように成形した扁平状巻回体(扁平状巻回電極体)の形で使用することができる。また、正極合剤の成形体からなる正極と、集電体を有しない負極(または負極用の積層体)とを使用する場合は、これらの間にセパレータを介在させつつ扁平形の電池ケース内に収容して使用することができる。   In a non-aqueous electrolyte primary battery, when using a negative electrode having a current collector (or a laminate for a negative electrode) and a positive electrode having a current collector, a laminated body (laminated electrode body) laminated via a separator, A wound body (wound electrode body) obtained by winding the laminated body in a spiral shape, and a flat wound body (flat wound electrode body) obtained by forming the wound body so as to have a flat cross section. ) Can be used. In addition, when using a positive electrode formed of a positive electrode mixture and a negative electrode (or a laminate for a negative electrode) that does not have a current collector, a flat battery case with a separator interposed therebetween Can be housed and used.

セパレータには不織布や微多孔膜(微多孔性フィルム)が使用されるが、その素材としては、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、エチレン−プロピレン共重合体などのポリオレフィンが使用できるほか、電池の用途との関係で耐熱性が要求される場合には、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合体(PFA)などのフッ素樹脂、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリメチルペンテン、ポリアミド、ポリイミド、アラミド、セルロースなども使用することができる。不織布や微多孔膜の素材は、前記例示のもののうちの1種のみを用いてもよく、2種以上を用いてもよい。また、セパレータとなる不織布や微多孔膜は、前記例示の素材で構成された単層構造のもののほか、例えば、異なる素材で構成された複数枚の不織布や微多孔膜を積層した積層構造のものを用いることもできる。   Non-woven fabric and microporous film (microporous film) are used for the separator. Polyolefin such as polyethylene (PE), polypropylene (PP), and ethylene-propylene copolymer can be used as the material. When heat resistance is required in relation to the use of Fluorine resin such as tetrafluoroethylene-perfluoroalkoxyethylene copolymer (PFA), polyphenylene sulfide (PPS), polyether ether ketone (PEEK), poly Butylene terephthalate (PBT), polymethylpentene, polyamide, polyimide, aramid, cellulose and the like can also be used. As the material for the nonwoven fabric or the microporous film, only one of the above-described examples may be used, or two or more may be used. In addition, the nonwoven fabric or microporous membrane used as the separator has a single layer structure composed of the above-mentioned materials, for example, a laminated structure in which a plurality of nonwoven fabrics or microporous membranes composed of different materials are laminated. Can also be used.

セパレータの厚みは、電池のエネルギー密度の低下を抑制する観点から、例えば、500μm以下とすればよく、450μm以下であることが好ましく、300μm以下であることがより好ましい。ただし、セパレータが薄すぎると、短絡を防止する機能が低下する虞があることから、その厚みは、不織布を用いる場合は、例えば、30μm以上とすればよく、100μm以上であることが好ましく、150μm以上であることがより好ましい。また、微多孔膜を用いる場合は、10μm以上であることが好ましく、15μm以上であることがより好ましい。   The thickness of the separator may be, for example, 500 μm or less, preferably 450 μm or less, and more preferably 300 μm or less, from the viewpoint of suppressing a decrease in the energy density of the battery. However, if the separator is too thin, there is a possibility that the function of preventing a short circuit may be deteriorated. Therefore, when using a nonwoven fabric, the thickness may be, for example, 30 μm or more, preferably 100 μm or more, and 150 μm. More preferably. Moreover, when using a microporous film, it is preferable that it is 10 micrometers or more, and it is more preferable that it is 15 micrometers or more.

非水電解液一次電池の形態については特に制限はなく、扁平形(コイン形、ボタン形を含む)、ラミネート形、筒形〔円筒形、角形(角筒形)〕など、種々の形態とすることが可能である。また、負極、正極、セパレータおよび非水電解液を内部に収容する外装体(電池ケース)としては、開口を有する金属製の缶(外装缶)と蓋(封口缶)を組み合わせて用いたり、金属ラミネートフィルムを用いたりすることができる。   The form of the non-aqueous electrolyte primary battery is not particularly limited, and various forms such as a flat form (including coin form and button form), a laminate form, and a tubular form (cylindrical form, square form (square tubular form)) are available. It is possible. Moreover, as an exterior body (battery case) that accommodates the negative electrode, the positive electrode, the separator, and the non-aqueous electrolyte, a metal can (exterior can) having an opening and a lid (sealing can) may be used in combination. A laminate film can be used.

具体的には、外装缶と封口缶とをガスケットを介してカシメ封口したり、外装缶と封口缶とを溶接して封口したりすることにより、扁平形や筒形の電池を作製することができ、2枚の金属ラミネートフィルムを重ねるか、1枚の金属ラミネートフィルムを折り曲げ、周囲を貼り合わせて封口することにより、ラミネート形の電池を作製することができる。   Specifically, a flat or cylindrical battery can be produced by caulking and sealing the outer can and the sealing can via a gasket, or by welding and sealing the outer can and the sealing can. In addition, a laminated battery can be manufactured by stacking two metal laminate films or bending one metal laminate film and pasting and sealing the periphery.

なお、カシメ封口を行う形態の外装体を使用する場合、外装缶と封口缶との間に介在させるガスケットの素材には、PP、ナイロンなどを使用できるほか、電池の用途との関係で特に高度な耐熱性が要求される場合には、PFAなどのフッ素樹脂、ポリフェニレンエーテル(PEE)、ポリスルフォン(PSF)、ポリアリレート(PAR)、ポリエーテルスルフォン(PES)、PPS、PEEKなどの融点または熱分解温度が200℃以上の耐熱樹脂を使用することもできる。また、電池が耐熱性を要求される用途に適用される場合、その封口には、ガラスハーメチックシールを利用することもできる。   In addition, when using an exterior body with a caulking seal, PP, nylon, etc. can be used as the gasket material interposed between the exterior can and the seal can. When high heat resistance is required, the melting point or heat of fluorine resin such as PFA, polyphenylene ether (PEE), polysulfone (PSF), polyarylate (PAR), polyethersulfone (PES), PPS, PEEK, etc. A heat resistant resin having a decomposition temperature of 200 ° C. or higher can also be used. Further, when the battery is applied to an application requiring heat resistance, a glass hermetic seal can be used for the sealing.

本発明の非水電解液一次電池は、高温環境下での信頼性に優れていることから、こうした特性を生かして、タイヤ内部の圧力センサーの電源用途などの自動車用途のように、特に高温に曝されやすい用途に好適に用い得るほか、従来から知られている非水電解液一次電池が採用されている各種用途と同じ用途にも適用することができる。   Since the non-aqueous electrolyte primary battery of the present invention is excellent in reliability in a high temperature environment, taking advantage of these characteristics, particularly in automotive applications such as a power supply for a pressure sensor inside a tire, particularly at high temperatures. In addition to being suitably used for applications that are easily exposed, the present invention can also be applied to the same applications as those for which conventionally known nonaqueous electrolyte primary batteries are employed.

以下、実施例に基づいて本発明を詳細に述べる。ただし、下記実施例は、本発明を制限するものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples. However, the following examples do not limit the present invention.

(実施例1)
<正極の作製>
正極活物質である二酸化マンガンと、導電助剤であるカーボンブラックと、バインダであるPTFEとを、93:3:4の質量比で混合して調製した正極合剤を成形して、直径16mm、厚み1.8mmの正極(正極合剤成形体)を得た。
Example 1
<Preparation of positive electrode>
A positive electrode mixture prepared by mixing manganese dioxide, which is a positive electrode active material, carbon black, which is a conductive auxiliary agent, and PTFE, which is a binder, in a mass ratio of 93: 3: 4, is formed, and has a diameter of 16 mm. A positive electrode (positive electrode mixture molded body) having a thickness of 1.8 mm was obtained.

<負極用積層体の作製>
厚みが0.6mmのリチウム箔の片面に、厚みが0.01μmのアルミニウム箔を圧着し、これを直径16mmの円形に打ち抜いて、負極用積層体を得た。
<Preparation of laminate for negative electrode>
An aluminum foil having a thickness of 0.01 μm was pressure-bonded to one surface of a lithium foil having a thickness of 0.6 mm, and this was punched into a circle having a diameter of 16 mm to obtain a laminate for negative electrode.

<非水電解液の調製>
PCとDMEとを、41.8:51.2の質量比で混合した混合溶媒に、LiClO(リチウム塩A)およびLiPF(リチウム塩B)を、それぞれ0.49mol/l、0.21mol/lの濃度で溶解させ、更に1質量%(0.05mol/l)となる量のLiB(C〔LiBOB〕と2質量%となる量の1,3−プロパンスルトン(PS)とを添加して、非水電解液を調製した。この非水電解液におけるLiClOとLiPFとの合計中のLiPFの割合は30.0mol%であった。
<Preparation of non-aqueous electrolyte>
LiClO 4 (lithium salt A) and LiPF 6 (lithium salt B) were mixed in a mixed solvent in which PC and DME were mixed at a mass ratio of 41.8: 51.2, 0.49 mol / l, 0.21 mol, respectively. LiB (C 2 O 4 ) 2 [LiBOB] in an amount of 1% by mass (0.05 mol / l) and 1,3-propane sultone (PS) in an amount of 2% by mass. And a non-aqueous electrolyte was prepared. The ratio of LiPF 6 in the total of LiClO 4 and LiPF 6 in this nonaqueous electrolytic solution was 30.0 mol%.

<電池の組み立て>
前記の正極と負極用積層体と非水電解液とを使用し、セパレータにPPS製の不織布(厚み170μm)を使用して、図1に示す構造で、直径20mm、高さ3.2mmの非水電解液一次電池を組み立てた。
<Battery assembly>
Using the positive electrode, the negative electrode laminate, and the non-aqueous electrolyte, and using a non-woven fabric made of PPS (thickness: 170 μm) for the separator, the structure shown in FIG. 1 has a diameter of 20 mm and a height of 3.2 mm. A water electrolyte primary battery was assembled.

図1は、実施例1の非水電解液一次電池を模式的に表す縦断面図であり、実施例1の非水電解液一次電池1では、正極2が、ステンレス鋼を素材とする外装缶5の内側に収容され、その上にセパレータ4を介して負極3が配置されている。また、負極3は、リチウム層(リチウム箔)側の面で封口缶6の内面に圧着されている。なお、図1では図示していないが、負極3のセパレータ4側の表面には、リチウム−アルミニウム合金が形成されている。更に、電池1の内部には非水電解液(図示しない)が注入されている。   FIG. 1 is a longitudinal sectional view schematically showing a non-aqueous electrolyte primary battery of Example 1. In the non-aqueous electrolyte primary battery 1 of Example 1, the positive electrode 2 is an outer can made of stainless steel. 5 is accommodated inside, and the negative electrode 3 is disposed thereon via a separator 4. The negative electrode 3 is pressure-bonded to the inner surface of the sealing can 6 on the surface on the lithium layer (lithium foil) side. Although not shown in FIG. 1, a lithium-aluminum alloy is formed on the surface of the negative electrode 3 on the separator 4 side. Further, a non-aqueous electrolyte (not shown) is injected into the battery 1.

非水電解液一次電池1において、外装缶5は正極端子を兼ねており、封口缶6は負極端子を兼ねている。そして、封口缶6は、外装缶5の開口部に、PPS製の絶縁ガスケット7を介して嵌合しており、外装缶5の開口端部が内方に締め付けられ、これにより絶縁ガスケット7が封口缶6に当接することで、外装缶5の開口部が封口されて電池内部が密閉構造となっている。すなわち、非水電解液一次電池1は、外装缶5と封口缶6と、これらの間に介在する絶縁ガスケット7とで形成され、密閉された電池ケース内に、正極2、セパレータ4および負極3を積層した電極体と、非水電解液とが収容されている。   In the nonaqueous electrolyte primary battery 1, the outer can 5 also serves as a positive electrode terminal, and the sealing can 6 also serves as a negative electrode terminal. The sealing can 6 is fitted to the opening of the outer can 5 via an insulating gasket 7 made of PPS, and the opening end of the outer can 5 is tightened inward, whereby the insulating gasket 7 is By contacting the sealing can 6, the opening of the outer can 5 is sealed and the inside of the battery has a sealed structure. That is, the nonaqueous electrolyte primary battery 1 is formed of an outer can 5, a sealing can 6, and an insulating gasket 7 interposed therebetween, and the positive electrode 2, the separator 4, and the negative electrode 3 are enclosed in a sealed battery case. And a non-aqueous electrolyte solution are accommodated.

(実施例2)
LiPFの濃度を0.35mol/lに変更した以外は実施例1と同様にして非水電解液を調製し、この非水電解液を用いた以外は実施例1と同様にして非水電解液一次電池を作製した。この非水電解液におけるLiClOとLiPFとの合計中のLiPFの割合は41.7mol%であった。
(Example 2)
A non-aqueous electrolyte was prepared in the same manner as in Example 1 except that the concentration of LiPF 6 was changed to 0.35 mol / l, and non-aqueous electrolysis was performed in the same manner as in Example 1 except that this non-aqueous electrolyte was used. A liquid primary battery was produced. The ratio of LiPF 6 in the total of LiClO 4 and LiPF 6 in this nonaqueous electrolytic solution was 41.7 mol%.

(実施例3)
リチウム塩BをLiPFからLiBFに変更し、その濃度を0.34mol/lとした以外は実施例1と同様にして非水電解液を調製し、この非水電解液を用いた以外は実施例1と同様にして非水電解液一次電池を作製した。この非水電解液におけるLiClOとLiBFとの合計中のLiBFの割合は41.0mol%であった。
(Example 3)
A nonaqueous electrolytic solution was prepared in the same manner as in Example 1 except that the lithium salt B was changed from LiPF 6 to LiBF 4 and the concentration was changed to 0.34 mol / l. Except that this nonaqueous electrolytic solution was used. A non-aqueous electrolyte primary battery was produced in the same manner as in Example 1. The ratio of LiBF 4 in the total of LiClO 4 and LiBF 4 in this nonaqueous electrolytic solution was 41.0 mol%.

(実施例4)
LiBFの濃度を0.56mol/lに変更した以外は実施例3と同様にして非水電解液を調製し、この非水電解液を用いた以外は実施例1と同様にして非水電解液一次電池を作製した。この非水電解液におけるLiClOとLiBFとの合計中のLiBFの割合は53.3mol%であった。
Example 4
A nonaqueous electrolytic solution was prepared in the same manner as in Example 3 except that the concentration of LiBF 4 was changed to 0.56 mol / l, and nonaqueous electrolysis was performed in the same manner as in Example 1 except that this nonaqueous electrolytic solution was used. A liquid primary battery was produced. The ratio of LiBF 4 in the total of LiClO 4 and LiBF 4 in this nonaqueous electrolytic solution was 53.3 mol%.

(比較例1)
LiPFを添加しなかった以外は実施例1と同様にして非水電解液を調製し、この非水電解液を用いた以外は実施例1と同様にして非水電解液一次電池を作製した。
(Comparative Example 1)
A non-aqueous electrolyte was prepared in the same manner as in Example 1 except that LiPF 6 was not added, and a non-aqueous electrolyte primary battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that this non-aqueous electrolyte was used. .

(比較例2)
LiPFの濃度を0.07mol/lに変更した以外は実施例1と同様にして非水電解液を調製し、この非水電解液を用いた以外は実施例1と同様にして非水電解液一次電池を作製した。この非水電解液におけるLiClOとLiPFとの合計中のLiPFの割合は12.5mol%であった
(Comparative Example 2)
A non-aqueous electrolyte was prepared in the same manner as in Example 1 except that the concentration of LiPF 6 was changed to 0.07 mol / l, and non-aqueous electrolysis was performed in the same manner as in Example 1 except that this non-aqueous electrolyte was used. A liquid primary battery was produced. The ratio of LiPF 6 in the total of LiClO 4 and LiPF 6 in this non-aqueous electrolyte was 12.5 mol%.

(比較例3)
LiBFの濃度を0.11mol/lに変更した以外は実施例3と同様にして非水電解液を調製し、この非水電解液を用いた以外は実施例1と同様にして非水電解液一次電池を作製した。この非水電解液におけるLiClOとLiBFとの合計中のLiBFの割合は18.3mol%であった。
(Comparative Example 3)
A nonaqueous electrolytic solution was prepared in the same manner as in Example 3 except that the concentration of LiBF 4 was changed to 0.11 mol / l, and nonaqueous electrolysis was performed in the same manner as in Example 1 except that this nonaqueous electrolytic solution was used. A liquid primary battery was produced. The ratio of LiBF 4 in the total of LiClO 4 and LiBF 4 in this nonaqueous electrolytic solution was 18.3 mol%.

(比較例4)
LiBOBの含有量を3質量%(0.15mol/l)とした以外は、実施例2と同様にして非水電解液を調製し、この非水電解液を用いた以外は実施例2と同様にして非水電解液一次電池を作製した。
(Comparative Example 4)
A nonaqueous electrolytic solution was prepared in the same manner as in Example 2 except that the LiBOB content was 3% by mass (0.15 mol / l), and the same as in Example 2 except that this nonaqueous electrolytic solution was used. Thus, a non-aqueous electrolyte primary battery was produced.

<高温環境下での信頼性評価>
実施例1〜4および比較例1〜3の非水電解液一次電池をそれぞれ2つに分け、一方に15kΩの抵抗を接続して、正極容量に対する放電深度が60%になるまで放電を行った。もう一方の放電を行っていない実施例および比較例の電池(DOD:0%の電池)と、放電深度を60%とした実施例および比較例の電池(DOD:60%の電池)とを、140℃に調整した恒温槽内に入れ、表2に示す時間ごとに各電池の高さを測定し、電池製造直後の高さ(3.2mm)からの変化量(電池膨れ量)を求めた。ただし、測定した電池膨れ量が1mmを超えていた場合は、それ以降の貯蔵時間での測定を行わなかった。
<Reliability evaluation under high temperature environment>
The non-aqueous electrolyte primary batteries of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3 were each divided into two, and a resistance of 15 kΩ was connected to one side, and discharging was performed until the depth of discharge with respect to the positive electrode capacity was 60%. . The batteries of Examples and Comparative Examples (DOD: 0% batteries) that were not discharged, and the batteries of Examples and Comparative Examples (DOD: 60% batteries) with a discharge depth of 60%, It was put in a thermostat adjusted to 140 ° C., and the height of each battery was measured every time shown in Table 2, and the amount of change (battery swelling) from the height (3.2 mm) immediately after the battery was manufactured was obtained. . However, when the measured battery swelling amount exceeded 1 mm, the measurement was not performed during the subsequent storage time.

<高温貯蔵後の電池特性評価>
実施例1〜4および比較例1〜3の非水電解液一次電池について、下記の条件で、DOD:0%の場合と、DOD:60%との場合とで高温貯蔵後の電池特性の評価を行った。また、比較例4の非水電解液一次電池については、DOD:0%の場合の高温貯蔵後の電池特性の評価を行った。
<Evaluation of battery characteristics after high temperature storage>
Regarding the non-aqueous electrolyte primary batteries of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3, evaluation of battery characteristics after high-temperature storage in the case of DOD: 0% and DOD: 60% under the following conditions Went. Moreover, about the nonaqueous electrolyte primary battery of the comparative example 4, the battery characteristic after the high temperature storage in the case of DOD: 0% was evaluated.

各電池を140℃に調整した恒温槽内に入れ、表3および表4に示す時間ごとに取り出し、放冷後に20℃の環境下で100Ωの抵抗を接続して放電させ、放電開始から0.3秒後の電池の閉回路電圧(CCV)を測定した。ただし、測定したCCVが0Vに近い値となった場合は、それ以降の貯蔵時間での測定を行わなかった。   Each battery was put in a thermostat adjusted to 140 ° C., taken out every time shown in Tables 3 and 4, and allowed to discharge after being allowed to cool and connected with a 100Ω resistor in an environment of 20 ° C. The closed circuit voltage (CCV) of the battery after 3 seconds was measured. However, when the measured CCV became a value close to 0V, the measurement in the subsequent storage time was not performed.

実施例1〜4および比較例1〜4の非水電解液一次電池に係る非水電解液の構成を表1に示し、前記の各評価結果を表2〜表4に示す。また、DOD:60%の電池の評価結果については、電池の貯蔵時間に対する電池の膨れの変化およびCCVの変化を、それぞれ図2および図3に示している。なお、表1における「リチウム塩Bの割合」とは、リチウム塩Aとリチウム塩Bとの合計中のリチウム塩Bの割合を意味している(後記の表5においても同様である)。また、表2および表4における「―」は、前記の理由で測定を行わなかったことを意味している(後記の表6および表8においても同様である)。   Tables 1 to 4 show the structures of the non-aqueous electrolytes according to the non-aqueous electrolyte primary batteries of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 4, and Tables 2 to 4 show the evaluation results. As for the evaluation results of the battery with DOD: 60%, FIG. 2 and FIG. 3 show the change of the battery swelling and the change of the CCV with respect to the storage time of the battery, respectively. The “ratio of lithium salt B” in Table 1 means the ratio of lithium salt B in the total of lithium salt A and lithium salt B (the same applies to Table 5 described later). In Tables 2 and 4, “-” means that measurement was not performed for the above reason (the same applies to Tables 6 and 8 described later).

Figure 2018170276
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表1〜表4、図2および図3に示す通り、リチウム塩A、リチウム塩BおよびLiB(Cを適正な量で使用した非水電解液を用いた実施例1〜4の非水電解液一次電池は、放電深度が0%、60%のいずれの状態においても、140℃の高温環境下において長時間にわたり、電池の膨れおよび内部抵抗の上昇が抑制されており、高い信頼性を有していた。 As shown in Tables 1 to 4 and FIGS. 2 and 3, Examples 1 to 4 using non-aqueous electrolytes using lithium salt A, lithium salt B, and LiB (C 2 O 4 ) 2 in appropriate amounts. The non-aqueous electrolyte primary battery of the present invention is high in that the swelling of the battery and the increase in internal resistance are suppressed over a long period of time in a high-temperature environment of 140 ° C., regardless of whether the depth of discharge is 0% or 60%. It had reliability.

これに対し、およびリチウム塩Aとリチウム塩Bとの合計中のリチウム塩Bの割合が20mol%以下となる非水電解液を用いた比較例2、3の電池は、リチウム塩Bを使用していない非水電解液を用いた比較例1の電池に比べ、高温貯蔵後の電池特性が改善されたものの、前記実施例の電池に比べて電池の膨れを抑制する効果が低く、また、放電深度が60%の状態において、内部抵抗の上昇を充分に抑制できなかった。   On the other hand, the batteries of Comparative Examples 2 and 3 using the non-aqueous electrolyte in which the ratio of the lithium salt B in the total of the lithium salt A and the lithium salt B is 20 mol% or less use the lithium salt B. Compared with the battery of Comparative Example 1 using a non-aqueous electrolyte, the battery characteristics after high-temperature storage were improved, but the effect of suppressing the swelling of the battery was lower than that of the battery of the above Example, and the discharge When the depth was 60%, the increase in internal resistance could not be sufficiently suppressed.

また、図3に示した実施例1および実施例2の電池の結果、並びに実施例3および実施例4の電池の結果より明らかなように、少なくとも放電深度が60%の状態では、リチウム塩Bの割合が多くなると内部抵抗が上昇してCCVが低下するため、リチウム塩Aとリチウム塩Bとの合計中のリチウム塩Bの割合は70mol%以下とすることが好ましい。   Further, as is clear from the results of the batteries of Examples 1 and 2 and the results of the batteries of Examples 3 and 4 shown in FIG. 3, at least in the state where the depth of discharge is 60%, the lithium salt B Since the internal resistance increases and the CCV decreases when the ratio of the lithium salt B increases, the ratio of the lithium salt B in the total of the lithium salt A and the lithium salt B is preferably 70 mol% or less.

また、表3に示した実施例2および比較例4の電池の結果から、LiB(Cの含有量を2質量%より多くした場合には、内部抵抗が高くなり負荷特性が低下することが分かる。 Further, from the results of the batteries of Example 2 and Comparative Example 4 shown in Table 3, when the content of LiB (C 2 O 4 ) 2 is more than 2% by mass, the internal resistance is increased and the load characteristics are increased. It turns out that it falls.

(実施例5)
PCとDMEとを、41.8:51.2の質量比で混合した混合溶媒に、LiClO(リチウム塩A)およびLiBF(リチウム塩B)を、それぞれ0.49mol/lおよび0.21mol/lの濃度で溶解させ、更に1質量%(0.05mol/l)となる量のLiBOBと2質量%となる量のPSと1.5質量%(0.05mol/l)となる量のリン酸トリス(トリメチルシリル)(TMSP)とを添加して、非水電解液を調製した。また、この非水電解液を用いた以外は実施例1と同様にして非水電解液一次電池を作製した。この非水電解液におけるLiClOとLiBFとの合計中のLiBFの割合は41.0mol%であった。また、LiBFの含有量に対するTMSPの含有量は、モル比で0.15であった。
(Example 5)
LiClO 4 (lithium salt A) and LiBF 4 (lithium salt B) were mixed in a mixed solvent in which PC and DME were mixed at a mass ratio of 41.8: 51.2, 0.49 mol / l and 0.21 mol, respectively. 1% (0.05 mol / l) of LiBOB in an amount of 1% by mass (0.05 mol / l), 2% by mass of PS and 1.5% by mass (0.05 mol / l) of Tris (trimethylsilyl) phosphate (TMSP) was added to prepare a non-aqueous electrolyte. A nonaqueous electrolyte primary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that this nonaqueous electrolyte was used. The ratio of LiBF 4 in the total of LiClO 4 and LiBF 4 in this nonaqueous electrolytic solution was 41.0 mol%. Further, the TMSP content relative to the LiBF 4 content was 0.15 in molar ratio.

(実施例6)
LiBFの濃度を0.56mol/lに変更した以外は実施例5と同様にして非水電解液を調製し、この非水電解液を用いた以外は実施例5と同様にして非水電解液一次電池を作製した。この非水電解液におけるLiClOとLiBFとの合計中のLiBFの割合は53.3mol%であった。また、LiBFの含有量に対するTMSPの含有量は、モル比で0.09であった。
(Example 6)
A nonaqueous electrolytic solution was prepared in the same manner as in Example 5 except that the concentration of LiBF 4 was changed to 0.56 mol / l, and nonaqueous electrolysis was performed in the same manner as in Example 5 except that this nonaqueous electrolytic solution was used. A liquid primary battery was produced. The ratio of LiBF 4 in the total of LiClO 4 and LiBF 4 in this nonaqueous electrolytic solution was 53.3 mol%. Further, the TMSP content relative to the LiBF 4 content was 0.09 in molar ratio.

(実施例7)
TMSPの添加量を3質量%(0.1mol/l)に変更した以外は実施例5と同様にして非水電解液を調製し、この非水電解液を用いた以外は実施例5と同様にして非水電解液一次電池を作製した。この非水電解液におけるLiClOとLiBFとの合計中のLiBFの割合は41.0mol%であった。また、LiBFの含有量に対するTMSPの含有量は、モル比で0.29であった。
(Example 7)
A non-aqueous electrolyte was prepared in the same manner as in Example 5 except that the amount of TMSP added was changed to 3% by mass (0.1 mol / l), and the same as in Example 5 except that this non-aqueous electrolyte was used. Thus, a non-aqueous electrolyte primary battery was produced. The ratio of LiBF 4 in the total of LiClO 4 and LiBF 4 in this nonaqueous electrolytic solution was 41.0 mol%. The TMSP content relative to the LiBF 4 content was 0.29 in terms of molar ratio.

(実施例8)
TMSPの添加量を3質量%(0.1mol/l)に変更した以外は実施例6と同様にして非水電解液を調製し、この非水電解液を用いた以外は実施例6と同様にして非水電解液一次電池を作製した。この非水電解液におけるLiClOとLiBFとの合計中のLiBFの割合は53.3mol%であった。また、LiBFの含有量に対するTMSPの含有量は、モル比で0.18であった。
(Example 8)
A non-aqueous electrolyte was prepared in the same manner as in Example 6 except that the amount of TMSP added was changed to 3% by mass (0.1 mol / l), and the same as in Example 6 except that this non-aqueous electrolyte was used. Thus, a non-aqueous electrolyte primary battery was produced. The ratio of LiBF 4 in the total of LiClO 4 and LiBF 4 in this nonaqueous electrolytic solution was 53.3 mol%. Further, the TMSP content relative to the LiBF 4 content was 0.18 in molar ratio.

実施例5〜8の非水電解液一次電池に対し、前記と同様にして、「高温環境下での信頼性評価」および「高温貯蔵後の電池特性評価」をそれぞれ実施した。   For the non-aqueous electrolyte primary batteries of Examples 5 to 8, “reliability evaluation under high temperature environment” and “battery characteristic evaluation after high temperature storage” were performed in the same manner as described above.

実施例5〜8の非水電解液一次電池に係る非水電解液の構成を表5に示し、前記の各評価結果を表6〜表8に示す。なお、表5〜表8には、実施例3、4および比較例1の非水電解液一次電池に係る非水電解液の構成、並びに評価結果を併記する。また、DOD:60%の電池の評価結果については、電池の貯蔵時間に対する電池の膨れの変化およびCCVの変化を、それぞれ図4および図5に示している。   Table 5 shows the configurations of the nonaqueous electrolyte solutions according to the nonaqueous electrolyte primary batteries of Examples 5 to 8, and Tables 6 to 8 show the evaluation results. In Tables 5 to 8, the configurations of the nonaqueous electrolyte solutions and the evaluation results according to the nonaqueous electrolyte primary batteries of Examples 3 and 4 and Comparative Example 1 are shown. As for the evaluation results of the battery with DOD: 60%, FIG. 4 and FIG. 5 show the change of the battery swelling and the change of the CCV with respect to the storage time of the battery, respectively.

Figure 2018170276
Figure 2018170276

Figure 2018170276
Figure 2018170276

Figure 2018170276
Figure 2018170276

Figure 2018170276
Figure 2018170276

表5〜8、図4および図5に示す通り、TMSPを添加した実施例5〜8の電池では、実施例3および4の電池と同様に、長時間にわたり電池の膨れを抑制することができた。 また、TMSPを添加することにより、内部抵抗の上昇によるCCVの低下をより一層抑制することができた。   As shown in Tables 5 to 8 and FIGS. 4 and 5, the batteries of Examples 5 to 8 to which TMSP was added can suppress the swelling of the battery for a long time as in the batteries of Examples 3 and 4. It was. Moreover, by adding TMSP, it was possible to further suppress the decrease in CCV due to the increase in internal resistance.

<高温多湿環境での貯蔵後の電池特性評価>
実施例3〜8および比較例1の非水電解液一次電池(DOD:0%)について、下記の条件で、高温多湿環境下での貯蔵後の電池特性の評価を行った。
<Battery characteristics evaluation after storage in high temperature and humidity environment>
For the nonaqueous electrolyte primary batteries (DOD: 0%) of Examples 3 to 8 and Comparative Example 1, the battery characteristics after storage in a high temperature and high humidity environment were evaluated under the following conditions.

各電池を80℃で相対湿度90%に調整した恒温槽内に入れ、表9に示す時間ごとに取り出し、放冷後に20℃の環境下で100Ωの抵抗を接続して放電させ、放電開始から0.3秒後の電池の閉回路電圧(CCV)を測定した。これらの評価結果を表9および図6に示す。   Each battery was put in a thermostat adjusted to 90% relative humidity at 80 ° C., taken out every time shown in Table 9, and allowed to discharge after being allowed to cool and connected with a resistance of 100Ω in an environment of 20 ° C. The closed circuit voltage (CCV) of the battery after 0.3 seconds was measured. These evaluation results are shown in Table 9 and FIG.

Figure 2018170276
Figure 2018170276

表9および図6に示す通り、LiBF(リチウム塩B)を添加した実施例3および実施例4の電池は、高温多湿環境で貯蔵されたことにより、電池内に侵入した水分とLiBFとの反応を生じ、そのため比較例1の電池に比べて内部抵抗が上昇してCCVが低下する結果となった。一方、TMSPを添加した実施例5〜8の電池では、前記の問題を防ぎ、高温多湿環境での貯蔵においても、長時間にわたり優れた電池特性を維持することができた。特に、TMSPの含有量を、LiBFの含有量に対しモル比で、0.1以上とした実施例5、実施例7および実施例8の電池において、より優れた貯蔵性を実現することができた。 As shown in Table 9 and Figure 6, the battery of LiBF 4 Examples 3 and 4 were added (lithium salt B), by which is stored at high temperature and high humidity environment, moisture and LiBF 4 which has entered the battery As a result, the internal resistance increased and the CCV decreased as compared with the battery of Comparative Example 1. On the other hand, in the batteries of Examples 5 to 8 to which TMSP was added, the above problems were prevented, and excellent battery characteristics could be maintained for a long time even in storage in a high temperature and high humidity environment. In particular, in the batteries of Example 5, Example 7 and Example 8 in which the TMSP content is 0.1 or more in terms of molar ratio with respect to the LiBF 4 content, it is possible to achieve better storage properties. did it.

1 非水電解液一次電池
2 正極
3 負極
4 セパレータ
5 外装缶
6 封口缶
7 絶縁ガスケット
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Nonaqueous electrolyte primary battery 2 Positive electrode 3 Negative electrode 4 Separator 5 Exterior can 6 Sealing can 7 Insulation gasket

Claims (10)

正極、負極、セパレータおよび非水電解液を有する非水電解液一次電池であって、
前記負極は、金属リチウムまたはリチウム合金を含み、
前記非水電解液は、LiClO、LiCFSO、LiCSO、LiN(FSOおよびLiN(CFSOより選択される少なくとも1種のリチウム塩Aと、LiPF、LiBF、LiAsFおよびLiSbFより選択される少なくとも1種のリチウム塩Bと、LiB(Cとを含有しており、
前記非水電解液での前記リチウム塩Aと前記リチウム塩Bとの合計を100mol%としたときの前記リチウム塩Bの割合が20mol%より多く、
前記非水電解液における前記リチウム塩Aの含有量が0.3〜1.2mol/lであり、
前記非水電解液におけるLiB(Cの含有量が0.1〜2質量%であることを特徴とする非水電解液一次電池。
A non-aqueous electrolyte primary battery having a positive electrode, a negative electrode, a separator and a non-aqueous electrolyte,
The negative electrode includes metallic lithium or a lithium alloy,
The non-aqueous electrolyte includes at least one lithium salt A selected from LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , LiC 2 F 5 SO 3 , LiN (FSO 2 ) 2 and LiN (CF 3 SO 2 ) 2 ; Containing at least one lithium salt B selected from LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 and LiSbF 6 , and LiB (C 2 O 4 ) 2 ;
When the total of the lithium salt A and the lithium salt B in the non-aqueous electrolyte is 100 mol%, the ratio of the lithium salt B is more than 20 mol%,
The content of the lithium salt A in the non-aqueous electrolyte is 0.3 to 1.2 mol / l,
Non-aqueous electrolyte primary battery, wherein the content of LiB (C 2 O 4) 2 in the non-aqueous electrolyte is 0.1 to 2 wt%.
前記非水電解液での前記リチウム塩Aと前記リチウム塩Bとの合計を100mol%としたときの前記リチウム塩Bの割合が70mol%以下である請求項1に記載の非水電解液一次電池。   2. The non-aqueous electrolyte primary battery according to claim 1, wherein a ratio of the lithium salt B is 70 mol% or less when a total of the lithium salt A and the lithium salt B in the non-aqueous electrolyte is 100 mol%. . 前記非水電解液は、スルトン化合物を更に含有している請求項1または2に記載の非水電解液一次電池。   The non-aqueous electrolyte primary battery according to claim 1, wherein the non-aqueous electrolyte further contains a sultone compound. 前記非水電解液における前記スルトン化合物の含有量が0.5〜3質量%である請求項3に記載の非水電解液一次電池。   The non-aqueous electrolyte primary battery according to claim 3, wherein a content of the sultone compound in the non-aqueous electrolyte is 0.5 to 3% by mass. 前記非水電解液は、下記一般式(2)で表される基を分子内に有するリン酸化合物またはホウ酸化合物を更に含有している請求項1〜4のいずれかに記載の非水電解液一次電池。
Figure 2018170276
〔前記一般式(2)中、XはSi、GeまたはSnであり、R、RおよびRは、それぞれ独立に、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基または炭素数6〜10のアリール基を表し、その水素原子の一部または全部がフッ素で置換されていてもよい。〕
The nonaqueous electrolytic solution according to any one of claims 1 to 4, wherein the nonaqueous electrolytic solution further contains a phosphoric acid compound or a boric acid compound having a group represented by the following general formula (2) in the molecule. Liquid primary battery.
Figure 2018170276
[In the general formula (2), X is Si, Ge or Sn, and R 5 , R 6 and R 7 are each independently an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms or an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms. Alternatively, it represents an aryl group having 6 to 10 carbon atoms, and part or all of the hydrogen atoms may be substituted with fluorine. ]
前記リン酸化合物または前記ホウ酸化合物の含有量が0.1〜5質量%である請求項5に記載の非水電解液一次電池。   The nonaqueous electrolyte primary battery according to claim 5, wherein a content of the phosphoric acid compound or the boric acid compound is 0.1 to 5% by mass. 前記リン酸化合物または前記ホウ酸化合物の含有量が、前記リチウム塩Bの含有量に対し、モル比で0.1以上である請求項5または6に記載の非水電解液一次電池。   7. The nonaqueous electrolyte primary battery according to claim 5, wherein a content of the phosphoric acid compound or the boric acid compound is 0.1 or more in terms of a molar ratio with respect to a content of the lithium salt B. 8. 外装缶、封口缶およびそれらの間に介在するガスケットからなる電池容器を備え、
前記ガスケットが、融点または熱分解温度が200℃以上の耐熱樹脂により構成されている請求項1〜7のいずれかに記載の非水電解液一次電池。
A battery container comprising an outer can, a sealed can and a gasket interposed therebetween,
The nonaqueous electrolyte primary battery according to any one of claims 1 to 7, wherein the gasket is made of a heat-resistant resin having a melting point or a thermal decomposition temperature of 200 ° C or higher.
負極、正極、セパレータおよび非水電解液を含む非水電解液一次電池を製造する方法であって、
前記非水電解液に、LiClO、LiCFSO、LiCSO、LiN(FSOおよびLiN(CFSOより選択される少なくとも1種のリチウム塩Aと、LiPF、LiBF、LiAsFおよびLiSbFより選択される少なくとも1種のリチウム塩Bと、LiB(Cとを含有させ、
前記非水電解液での前記リチウム塩Aと前記リチウム塩Bとの合計を100mol%としたときの前記リチウム塩Bの割合を20mol%より多くし、
前記非水電解液における前記リチウム塩Aの含有量を0.3〜1.2mol/lとし、
前記非水電解液におけるLiB(Cの含有量を0.1〜2質量%とすることを特徴とする非水電解液一次電池の製造方法。
A method for producing a non-aqueous electrolyte primary battery including a negative electrode, a positive electrode, a separator and a non-aqueous electrolyte,
The non-aqueous electrolyte includes at least one lithium salt A selected from LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , LiC 2 F 5 SO 3 , LiN (FSO 2 ) 2 and LiN (CF 3 SO 2 ) 2 ; Containing at least one lithium salt B selected from LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 and LiSbF 6 , and LiB (C 2 O 4 ) 2 ;
The ratio of the lithium salt B when the total of the lithium salt A and the lithium salt B in the nonaqueous electrolytic solution is 100 mol% is more than 20 mol%,
The content of the lithium salt A in the non-aqueous electrolyte is 0.3 to 1.2 mol / l,
The method for producing a non-aqueous electrolyte primary battery, wherein the content of LiB (C 2 O 4 ) 2 in the non-aqueous electrolyte is 0.1 to 2 % by mass.
前記非水電解液に、下記一般式(2)で表される基を分子内に有するリン酸化合物またはホウ酸化合物を更に含有させる請求項9に記載の非水電解液一次電池の製造方法。
Figure 2018170276
〔前記一般式(2)中、XはSi、GeまたはSnであり、R、RおよびRは、それぞれ独立に、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基または炭素数6〜10のアリール基を表し、その水素原子の一部または全部がフッ素で置換されていてもよい。〕
The method for producing a nonaqueous electrolyte primary battery according to claim 9, further comprising a phosphoric acid compound or a boric acid compound having a group represented by the following general formula (2) in the molecule.
Figure 2018170276
[In the general formula (2), X is Si, Ge or Sn, and R 5 , R 6 and R 7 are each independently an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms or an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms. Alternatively, it represents an aryl group having 6 to 10 carbon atoms, and part or all of the hydrogen atoms may be substituted with fluorine. ]
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