JP2019046759A - Nonaqueous electrolyte and nonaqueous electrolyte power storage element - Google Patents

Nonaqueous electrolyte and nonaqueous electrolyte power storage element Download PDF

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Abstract

To provide: a nonaqueous electrolyte which can raise a sulfur utilization rate and thus, increase a capacity density of a nonaqueous electrolyte power storage element when used in combination with a positive electrode including a predetermined amount of sulfur; and a nonaqueous electrolyte power storage element having a positive electrode including sulfur and a high capacity density.SOLUTION: A nonaqueous electrolyte according to an embodiment of the present invention is a nonaqueous electrolyte for a power storage element, which comprises a lithium salt, a polyether compound having four or more ether bonds, and fluorinated ether. The mole ratio of the lithium salt to the polyether compound is one or more. The mole ratio of the fluorinated ether to the lithium salt is five or more.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、非水電解質及び非水電解質蓄電素子に関する。   The present invention relates to a non-aqueous electrolyte and a non-aqueous electrolyte storage element.

リチウムイオン二次電池に代表される非水電解質二次電池は、エネルギー密度の高さから、パーソナルコンピュータ、通信端末等の電子機器、自動車等に多用されている。上記非水電解質二次電池は、一般的には、セパレータで電気的に隔離された一対の電極と、この電極間に介在する非水電解質とを有し、両電極間でイオンの受け渡しを行うことで充放電するよう構成される。また、非水電解質二次電池以外の非水電解質蓄電素子として、リチウムイオンキャパシタや電気二重層キャパシタ等のキャパシタも広く普及している。   BACKGROUND OF THE INVENTION Non-aqueous electrolyte secondary batteries represented by lithium ion secondary batteries are widely used in personal computers, electronic devices such as communication terminals, automobiles, etc., due to their high energy density. The non-aqueous electrolyte secondary battery generally has a pair of electrodes electrically isolated by a separator, and a non-aqueous electrolyte interposed between the electrodes, and delivers ions between the two electrodes. Configured to charge and discharge. Moreover, capacitors, such as a lithium ion capacitor and an electric double layer capacitor, are also prevailing widely as nonaqueous electrolyte electrical storage elements other than a nonaqueous electrolyte secondary battery.

非水電解質蓄電素子として、Li−S電池等、正極活物質に硫黄が用いられた非水電解質蓄電素子が知られている。硫黄は、理論容量が大きいという利点を有する。しかし、硫黄が用いられた非水電解質蓄電素子においては、いわゆる多硫化物シャトルと称される現象が生じることが知られている。多硫化物シャトルとは、充放電に伴い多硫化物イオンが溶出し、この多硫化物イオンが正負極間で酸化還元反応を引き起こす現象である。この多硫化物シャトルは、充放電サイクル性能を低下させる要因の一つとなっている。   As a non-aqueous electrolyte storage element, a non-aqueous electrolyte storage element using sulfur as a positive electrode active material such as a Li-S battery is known. Sulfur has the advantage of having a large theoretical capacity. However, in a non-aqueous electrolyte storage device using sulfur, it is known that a phenomenon called a so-called polysulfide shuttle occurs. The polysulfide shuttle is a phenomenon in which polysulfide ions are eluted with charge and discharge, and the polysulfide ions cause a redox reaction between positive and negative electrodes. This polysulfide shuttle is one of the factors that degrade the charge and discharge cycle performance.

非特許文献1には、このような多硫化物シャトルを抑制し、充放電サイクル性能を向上させる技術として、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(LiTFSI)とテトラエチレングリコールジメチルエーテル(G4)と1,1,2,2−テトラフルオロエチル−2,2,3,3−テトラフルオロプロピルエーテル(HFE)とを1:1:4のモル比で混合した非水電解質を用いたLi−S電池が記載されている。また、特許文献1には、LiTFSIとG4と1,1,2,2−テトラフルオロエチル−2,2,2−トリフルオロプロピルエーテル(TFEE)とを1:1:5のモル比で混合した非水電解質を用いたLi−S電池が記載されている。   In Non-Patent Document 1, lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (LiTFSI), tetraethylene glycol dimethyl ether (G4), and 1,1, as a technique for suppressing such polysulfide shuttle and improving charge-discharge cycle performance Described a Li-S battery using a non-aqueous electrolyte mixed with 1,2,2-tetrafluoroethyl-2,2,3,3-tetrafluoropropyl ether (HFE) in a molar ratio of 1: 1: 4 It is done. In Patent Document 1, LiTFSI, G4, and 1,1,2,2-tetrafluoroethyl-2,2,2-trifluoropropyl ether (TFEE) were mixed at a molar ratio of 1: 1: 5. A Li-S battery using a non-aqueous electrolyte is described.

特開2014−41811号公報JP 2014-41811 A

Kaoru Dokko他、「Solvate Ionic Liquid Electrolyte for Li−S Batteries」、Journal of The Electrochemical Society、2013年、第160巻、第8号、A1304−A1310Kaoru Dokko et al., "Solvate Ionic Liquid Electrolyte for Li-S Batteries", Journal of The Electrochemical Society, 2013, 160, No. 8, A1304-A1310

しかし、上記非特許文献1及び特許文献1の非水電解質を用いたLi−S電池においては、容量密度が十分に高いと言えるものではない。理論容量の高い硫黄を十分に利用した、容量密度の高い非水電解質蓄電素子の開発が期待されている。   However, in the Li-S batteries using the non-aqueous electrolytes of Non-Patent Document 1 and Patent Document 1, it can not be said that the capacity density is sufficiently high. Development of a high capacity density non-aqueous electrolyte storage element using sulfur with a high theoretical capacity is expected.

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、所定量の硫黄を含む正極と組み合わせて用いることにより、その硫黄の利用率を高め、この結果、非水電解質蓄電素子の容量密度を高めることができる非水電解質、及び硫黄を含む正極を有し、容量密度の高い非水電解質蓄電素子を提供することである。   The present invention has been made based on the circumstances as described above, and its object is to increase the utilization of sulfur by using it in combination with a positive electrode containing a predetermined amount of sulfur, and as a result, a non-aqueous electrolyte It is an object of the present invention to provide a non-aqueous electrolyte storage element having a high capacity density and having a non-aqueous electrolyte capable of increasing the capacity density of the storage element and a positive electrode containing sulfur.

上記課題を解決するためになされた本発明の一態様に係る非水電解質は、リチウム塩、4以上のエーテル結合を有するポリエーテル化合物、及びフッ素化エーテルを含有し、上記ポリエーテル化合物に対する上記リチウム塩のモル比が1以上であり、上記リチウム塩に対する上記フッ素化エーテルのモル比が5より大きい蓄電素子用の非水電解質である。   A non-aqueous electrolyte according to one aspect of the present invention made to solve the above problems contains a lithium salt, a polyether compound having 4 or more ether bonds, and a fluorinated ether, and the above lithium with respect to the above polyether compound. It is a nonaqueous electrolyte for a storage element, in which the molar ratio of the salt is 1 or more and the molar ratio of the fluorinated ether to the lithium salt is larger than 5.

本発明の他の一態様に係る非水電解質蓄電素子は、硫黄を含む正極、及び当該非水電解質を備え、上記正極における単位面積あたりの硫黄の含有量が、2mg/cm以上5mg/cm以下であり、上記フッ素化エーテルの25℃における粘度が、1mPa・s未満である非水電解質蓄電素子である。 A non-aqueous electrolyte storage device according to another aspect of the present invention includes a positive electrode containing sulfur and the non-aqueous electrolyte, and the content of sulfur per unit area in the positive electrode is 2 mg / cm 2 or more and 5 mg / cm. It is 2 or less, and the viscosity at 25 degrees C of the said fluorinated ether is less than 1 mPa * s, It is a nonaqueous electrolyte electrical storage element.

本発明によれば、所定量の硫黄を含む正極と組み合わせて用いることにより、その硫黄の利用率を高め、この結果、非水電解質蓄電素子の容量密度を高めることができる非水電解質、及び硫黄を含む正極を有し、容量密度の高い非水電解質蓄電素子を提供することができる。   According to the present invention, by using in combination with a positive electrode containing a predetermined amount of sulfur, the utilization rate of the sulfur can be enhanced, and as a result, the nonaqueous electrolyte capable of enhancing the capacity density of the nonaqueous electrolyte storage element, and sulfur Thus, it is possible to provide a non-aqueous electrolyte storage element having a high positive electrode density and a high capacity density.

図1は、本発明の非水電解質蓄電素子の一実施形態に係る非水電解質二次電池を示す外観斜視図である。FIG. 1 is an external perspective view showing a non-aqueous electrolyte secondary battery according to an embodiment of the non-aqueous electrolyte storage device of the present invention. 図2は、本発明の非水電解質蓄電素子の一実施形態に係る非水電解質二次電池を複数個集合して構成した蓄電装置を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic view showing a power storage device configured by assembling a plurality of non-aqueous electrolyte secondary batteries according to an embodiment of the non-aqueous electrolyte power storage element of the present invention.

本発明の一実施形態に係る非水電解質は、リチウム塩、4以上のエーテル結合を有するポリエーテル化合物、及びフッ素化エーテルを含有し、上記ポリエーテル化合物に対する上記リチウム塩のモル比が1以上であり、上記リチウム塩に対する上記フッ素化エーテルのモル比が5より大きい蓄電素子用の非水電解質である。   The non-aqueous electrolyte according to one embodiment of the present invention contains a lithium salt, a polyether compound having 4 or more ether bonds, and a fluorinated ether, and the molar ratio of the lithium salt to the polyether compound is 1 or more. It is a nonaqueous electrolyte for a storage element, in which the molar ratio of the fluorinated ether to the lithium salt is greater than 5.

当該非水電解質は、所定量の硫黄を含む正極と組み合わせて用いることにより、その硫黄の利用率を高め、この結果、非水電解質蓄電素子の容量密度を高めることができる。このような効果が生じる理由としては定かでは無いが、以下が推測される。フッ素化エーテルをリチウム塩に対して5倍超のモル比で用いることで、非水電解質が十分に低粘度化する。このため、硫黄を含む正極中における厚み方向のリチウムイオンの伝導性が高まり、硫黄の利用率が高まることによると推測される。すなわち、当該非水電解質によれば、低粘度化により、正極内部に存在する硫黄にまで、リチウムイオンが到達しやすくなっているものと推測される。   When the non-aqueous electrolyte is used in combination with a positive electrode containing a predetermined amount of sulfur, the utilization rate of the sulfur can be increased, and as a result, the capacity density of the non-aqueous electrolyte storage element can be increased. Although it is not certain as a reason which such an effect arises, the following is guessed. By using the fluorinated ether at a molar ratio of more than 5 with respect to the lithium salt, the viscosity of the non-aqueous electrolyte is sufficiently lowered. Therefore, it is presumed that the conductivity of lithium ions in the thickness direction in the positive electrode containing sulfur is enhanced, and the utilization of sulfur is enhanced. That is, according to the said non-aqueous electrolyte, it is estimated that lithium ion is easy to reach even the sulfur which exists in the inside of a positive electrode by viscosity reduction.

なお、このようにフッ素化エーテルで5倍超に希釈すると、低粘度化すると共にリチウムイオン濃度も大きく低下する。従って、このように希釈した場合、一般的な測定方法によるイオン伝導度自体は、それほど向上しない、あるいは逆に低下する傾向にある。しかしながら、当該非水電解質においては、測定されるイオン伝導度よりも低粘度化を特に重視することで、硫黄を含む正極における厚み方向のイオンの伝導性又は拡散性を高め、硫黄の利用率を高めている。このようにイオン伝導度自体は改善されなくても効果が生じる理由は、硫黄を含む正極中におけるリチウムイオンの伝導性又は拡散性は、イオン伝導度の測定が行われる環境下とは異なり、イオン濃度よりも粘度の低さが伝導性又は拡散性に大きく影響を与えていることによるためと推測される。   In addition, when it dilutes more than 5 times with fluorinated ether in this way, the viscosity is lowered and the lithium ion concentration is also greatly reduced. Therefore, when diluted in this manner, the ion conductivity itself by the general measurement method tends not to improve so much or to decrease on the contrary. However, in the non-aqueous electrolyte, by focusing more on lowering the viscosity than the measured ion conductivity, the conductivity or diffusion of ions in the thickness direction in the positive electrode containing sulfur is enhanced, and the utilization rate of sulfur is improved. It is raising. Thus, the reason why the effect can be obtained even if the ion conductivity itself is not improved is that the conductivity or diffusivity of lithium ion in the positive electrode containing sulfur is different from the environment under which the measurement of ion conductivity is performed. It is presumed that the lower viscosity than the concentration largely affects the conductivity or diffusivity.

また、当該非水電解質においては、フッ素化エーテルを用いて希釈しているため、リチウム多硫化物の溶出によるシャトル現象が抑制され、良好な充放電性能が発揮される。さらに、当該非水電解質においては、ポリエーテル化合物に対するリチウム塩のモル比が1以上であり、ポリエーテル化合物がリチウムイオンに配位することとで溶媒和イオン液体が形成されている。これによっても、リチウム多硫化物の溶出によるシャトル現象が抑制される。   Moreover, in the said non-aqueous electrolyte, since it dilutes using fluorinated ether, the shuttle phenomenon by elution of lithium polysulfide is suppressed, and favorable charge / discharge performance is exhibited. Furthermore, in the non-aqueous electrolyte, the molar ratio of the lithium salt to the polyether compound is 1 or more, and the solvated ionic liquid is formed by the coordination of the polyether compound to the lithium ion. This also suppresses the shuttle phenomenon due to the elution of lithium polysulfide.

上記フッ素化エーテルの25℃における粘度が、1mPa・s未満であることが好ましい。一般的に、高容量密度化を図るべく、正極における硫黄の含有量を増やすと、この硫黄を含む層が厚くなる。この場合、従来の非水電解質であれば、リチウムイオンの伝導性・拡散性が低いため、深い位置に存在する硫黄が利用され難くなり、硫黄の利用率が低下する。これに対し、25℃における粘度が1mPa・s未満といった低粘度のフッ素化エーテルを用いることで、当該非水電解質は特に十分に低粘度化する。従って、このような低粘度のフッ素化エーテルを用いることで、正極における硫黄の含有量を大きくした場合の硫黄の利用率を高め、その結果、容量密度を顕著に高めることができる。   The viscosity at 25 ° C. of the fluorinated ether is preferably less than 1 mPa · s. Generally, when the sulfur content in the positive electrode is increased to achieve high capacity density, the layer containing sulfur becomes thicker. In this case, in the case of the conventional non-aqueous electrolyte, since the conductivity and diffusion of lithium ions are low, it becomes difficult to utilize sulfur present at a deep position, and the utilization of sulfur decreases. On the other hand, by using a fluorinated ether having a viscosity as low as less than 1 mPa · s at 25 ° C., the non-aqueous electrolyte in particular reduces its viscosity sufficiently sufficiently. Therefore, by using such a low viscosity fluorinated ether, the utilization rate of sulfur can be increased when the content of sulfur in the positive electrode is increased, and as a result, the capacity density can be remarkably increased.

本発明の一実施形態に係る非水電解質蓄電素子は、硫黄を含む正極、及び当該非水電解質を備え、上記正極における単位面積あたりの硫黄の含有量が、2mg/cm以上5mg/cm以下であり、上記フッ素化エーテルの25℃における粘度が、1mPa・s未満である非水電解質蓄電素子である。 A non-aqueous electrolyte storage device according to an embodiment of the present invention includes a positive electrode containing sulfur and the non-aqueous electrolyte, and the content of sulfur per unit area in the positive electrode is 2 mg / cm 2 or more and 5 mg / cm 2 It is the non-aqueous electrolyte electrical storage element which is the following and whose viscosity in 25 degreeC of the said fluorinated ether is less than 1 mPa * s.

当該非水電解質蓄電素子は、正極における硫黄の含有量が高い。さらに、当該非水電解質蓄電素子においては、上述のように十分に低粘度化された、リチウムイオン拡散性の高い非水電解質が用いられているため、硫黄の利用率が高い。従って、当該非水電解質蓄電素子は、硫黄の含有量の多さとその硫黄の利用率の高さとの相乗効果によって、高い容量密度を有する。   The non-aqueous electrolyte storage element has a high content of sulfur in the positive electrode. Furthermore, in the non-aqueous electrolyte storage element, since the non-aqueous electrolyte having high lithium ion diffusibility, which has been sufficiently reduced in viscosity as described above, is used, the utilization rate of sulfur is high. Therefore, the non-aqueous electrolyte storage element has a high capacity density due to the synergetic effect of the high sulfur content and the high utilization of sulfur.

なお、「正極における単位面積当たりの硫黄の含有量」は、正極中の硫黄の含有量(mg)を、正極表面において硫黄が存在する領域の面積(cm)で除した値である。例えば、硫黄をシート状の正極基材の片面全面に塗工した場合、硫黄の全塗工量を正極基材の片面の面積で除した値が、「正極における単位面積当たりの硫黄の含有量」である。一方、硫黄をシート状の正極基材の両面全面に塗工した場合、硫黄の全塗工量を正極基材の両面の面積で除した値が、「正極における単位面積当たりの硫黄の含有量」である。「正極における単位面積当たりの硫黄の含有量」は、単位面積あたりの硫黄の塗工量、積層量などと換言することができ、この値が大きいほど、硫黄が厚く積層された状態であることを表す。 The “content of sulfur per unit area in the positive electrode” is a value obtained by dividing the content (mg) of sulfur in the positive electrode by the area (cm 2 ) of the region where sulfur is present on the surface of the positive electrode. For example, when sulfur is coated on the entire surface of one side of a sheet-like positive electrode substrate, the value obtained by dividing the total coating amount of sulfur by the area of one surface of the positive electrode substrate is “content of sulfur per unit area in positive electrode ". On the other hand, when sulfur is coated on both sides of the sheet-like positive electrode substrate, the value obtained by dividing the total coating amount of sulfur by the area of both surfaces of the positive electrode substrate is “the sulfur content per unit area in positive electrode ". The “content of sulfur per unit area in the positive electrode” can be translated into the coated amount of sulfur per unit area, the amount of lamination, etc., and the larger the value, the thicker the sulfur is laminated. Represents

<非水電解質>
本発明の一実施形態に係る非水電解質は、リチウム塩、4以上のエーテル結合を有するポリエーテル化合物、及びフッ素化エーテルを含有する。
<Non-aqueous electrolyte>
The non-aqueous electrolyte according to one embodiment of the present invention contains a lithium salt, a polyether compound having 4 or more ether bonds, and a fluorinated ether.

(リチウム塩)
上記リチウム塩としては、LiPF、LiPO、LiBF、LiClO等の無機リチウム塩、リチウムイミド塩等の有機リチウム塩を挙げることができる。リチウム塩は、1種又は2種以上を用いることができる。
(Lithium salt)
Examples of the lithium salt include inorganic lithium salts such as LiPF 6 , LiPO 2 F 2 , LiBF 4 and LiClO 4 , and organic lithium salts such as lithium imide salt. The lithium salt can be used alone or in combination of two or more.

リチウム塩としては、有機リチウム塩が好ましく、リチウムイミド塩がより好ましい。リチウムイミド塩を用いることで、より良好な溶媒和イオン液体を形成することなどができる。なお、リチウムイミド塩とは、窒素原子に2つのカルボニル基が結合された構造を有するリチウムイミド塩のみならず、窒素原子に2つのスルホニル基が結合された構造を有するものや、窒素原子に2つのホスホニル基が結合された構造を有するものも含む意味である。   As a lithium salt, an organic lithium salt is preferable, and a lithium imide salt is more preferable. By using a lithium imide salt, a better solvated ionic liquid can be formed. The lithium imide salt includes not only a lithium imide salt having a structure in which two carbonyl groups are bonded to a nitrogen atom, but also a lithium imide salt having a structure in which two sulfonyl groups are bonded to a nitrogen atom, It is a meaning also including what has a structure which two phosphonyl groups were couple | bonded.

上記リチウムイミド塩としては、
LiN(SOF)(リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド:LiFSI)、LiN(SOCF(リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド:LiTFSI)、LiN(SO(リチウムビス(ペンタフルオロエタンスルホニル)イミド:LiBETI)、LiN(SO(リチウムビス(ノナフルオロブタンスルホニル)イミド)、CF−SO−N−SO−N−SOCFLi、FSO−N−SO−CLi、CF−SO−N−SO−CF−SO−N−SO−CFLi、CF−SO−N−SO−CF−SOLi、CF−SO−N−SO−CF−SO−C(−SOCFLi等のリチウムスルホニルイミド塩;
LiN(POF(リチウムビス(ジフルオロホスホニル)イミド:LiDFPI)等のリチウムホスホニルイミド塩等を挙げることができる。
As said lithium imide salt,
LiN (SO 2 F) 2 (lithium bis (fluorosulfonyl) imide: LiFSI), LiN (SO 2 CF 3) 2 ( lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide: LiTFSI), LiN (SO 2 C 2 F 5) 2 (lithium bis (pentafluoroethane sulfonyl) imide: LiBETI), LiN (SO 2 C 4 F 9) 2 ( lithium bis (nonafluorobutanesulfonyl) imide), CF 3 -SO 2 -N- SO 2 -N-SO 2 CF 3 Li 2 , FSO 2 -N-SO 2 -C 4 F 9 Li, CF 3 -SO 2 -N-SO 2 -CF 2 -SO 2 -N 2 -SO 2 -CF 3 Li 2 , CF 3- SO 2 -N-SO 2 -CF 2 -SO 3 Li 2, CF 3 -SO 2 -N-SO 2 -CF 2 -SO 2 -C (- Lithium imide salts such as O 2 CF 3) 2 Li 2 ;
LiN (POF 2) 2 (lithium bis (difluoromethyl phosphonate) imide: LiDFPI) and lithium phosphonium imide salts such as.

リチウムイミド塩は、フッ素原子を有することが好ましく、具体的には例えばフルオロスルホニル基、ジフルオロホスホニル基、フルオロアルキル基等を有することが好ましい。リチウムイミド塩の中でも、リチウムスルホニルイミド塩が好ましく、LiTFSI及びLiFSIがより好ましく、LiTFSIがさらに好ましい。   The lithium imide salt preferably has a fluorine atom, and specifically preferably has, for example, a fluorosulfonyl group, a difluorophosphonyl group, a fluoroalkyl group and the like. Among the lithium imide salts, lithium sulfonylimide salts are preferable, LiTFSI and LiFSI are more preferable, and LiTFSI is more preferable.

(ポリエーテル化合物)
上記ポリエーテル化合物は、4以上のエーテル結合(−O−)を有する化合物である。このエーテル結合の数の下限は、5が好ましい。一方、エーテル結合の数の上限は、例えば20であり、12が好ましく、6がより好ましい。上記ポリエーテル化合物は、リチウム塩を溶解する非水溶媒であり、リチウムイオンに配位する。リチウムイオンとポリエーテル化合物とは、溶媒和イオン液体を形成する。ポリエーテル化合物は、1種又は2種以上を用いることができる。
(Polyether compound)
The said polyether compound is a compound which has 4 or more ether bond (-O-). The lower limit of the number of ether bonds is preferably 5. On the other hand, the upper limit of the number of ether bonds is, for example, 20, preferably 12 and more preferably 6. The polyether compound is a non-aqueous solvent that dissolves a lithium salt, and coordinates to a lithium ion. The lithium ion and the polyether compound form a solvated ionic liquid. The polyether compound can be used alone or in combination of two or more.

上記ポリエーテル化合物は、下記式(1)で表される化合物であることが好ましい。
−(OCHCH−OR ・・・(1)
式(1)中、R及びRは、それぞれ独立して、炭素数1〜3のアルキル基である。xは、3〜5の整数である。
The polyether compound is preferably a compound represented by the following formula (1).
R 1- (OCH 2 CH 2 ) x -OR 2 (1)
In Formula (1), R 1 and R 2 are each independently an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms. x is an integer of 3 to 5;

式(1)中のR及びRにおける上記炭素数1〜3のアルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基及びi−プロピル基を挙げることができる。R及びRとしては、それぞれメチル基が好ましい。式(1)中のxとしては、4が好ましい。 Examples of the alkyl group having 1 to 3 carbon atoms in R 1 and R 2 in the formula (1) include a methyl group, an ethyl group, n- propyl, and i- propyl. As R 1 and R 2 , a methyl group is preferable respectively. As x in Formula (1), 4 is preferable.

上記ポリエーテル化合物は、クラウンエーテルであることも好ましい。クラウンエーテルとしては、例えば(−CH−CH−O−)(nは、4〜6の整数である。)で表される化合物を挙げることができる。 The polyether compound is also preferably a crown ether. The crown ether, e.g. (-CH 2 -CH 2 -O-) n (n is an integer of 4-6.) Can be mentioned compounds represented by.

上記ポリエーテル化合物としては、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、クラウンエーテル又はこれらの組み合わせが好ましく、テトラエチレングリコールジメチルエーテルがより好ましい。このようなポリエーテル化合物を用いることで、形成されるリチウムイオンとの錯体(溶媒和イオン液体)が特に安定な状態となる。   As the polyether compound, tetraethylene glycol dimethyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, crown ether or a combination thereof is preferable, and tetraethylene glycol dimethyl ether is more preferable. By using such a polyether compound, a complex with the formed lithium ion (solvated ionic liquid) is in a particularly stable state.

上記ポリエーテル化合物に対する上記リチウム塩のモル比は1以上である。なお、このモル比の「1」において、有効数字は1桁であり、小数点第1位を四捨五入して1になる0.5や0.9も含まれることを意味する(以下同様に、他の整数で表した数値について、小数点第1位を四捨五入して表した数値である。)。上記モル比の下限は、0.8が好ましく、0.9がより好ましく、1.0がさらに好ましい。一方、このモル比の上限としては、例えば3であり、2が好ましく、1.2がさらに好ましく、1.1がよりさらに好ましい。このモル比が上記下限以上又は上記上限以下であることで、より良好な溶媒和イオン液体が形成される。   The molar ratio of the lithium salt to the polyether compound is 1 or more. Note that in this molar ratio "1", significant figures are 1 digit, meaning that 0.5 or 0.9 which rounds off the 1st decimal place to 1 is included (the same applies to the other The numerical value represented by the integer of, rounded to the first decimal place. The lower limit of the molar ratio is preferably 0.8, more preferably 0.9, and still more preferably 1.0. On the other hand, the upper limit of the molar ratio is, for example, 3, preferably 2, 1.2, more preferably 1.1. By the molar ratio being at least the lower limit or the upper limit, a more favorable solvated ionic liquid is formed.

(フッ素化エーテル)
上記フッ素化エーテルは、エーテルが有する水素原子の一部又は全部がフッ素原子に置換された化合物である。なお、このフッ素化エーテルは、4以上のエーテル結合を有する化合物は含まないものとする。上記フッ素化エーテルは、1又は2のエーテル結合を有し、1のみのエーテル結合を有することが好ましい。上記フッ素化エーテルも、非水溶媒として含有されている。フッ素化エーテルは、1種又は2種以上を用いることができる。
(Fluorinated ether)
The fluorinated ether is a compound in which part or all of the hydrogen atoms of the ether are substituted by fluorine atoms. The fluorinated ether does not include compounds having 4 or more ether bonds. The fluorinated ether preferably has one or two ether bonds, and only one ether bond. The said fluorinated ether is also contained as a non-aqueous solvent. The fluorinated ether can be used alone or in combination of two or more.

上記フッ素化エーテルとしては、例えば下記式(2)で表される化合物を挙げることができる。
−O−R ・・・(2)
式(2)中、Rは、炭素数1〜8のフッ素化炭化水素基である。Rは、炭素数1〜8の炭化水素基又は炭素数1〜8のフッ素化炭化水素基である。
As said fluorinated ether, the compound represented, for example by following formula (2) can be mentioned.
R 3 -O-R 4 (2)
In formula (2), R 3 is a fluorinated hydrocarbon group having 1 to 8 carbon atoms. R 4 is a hydrocarbon group having 1 to 8 carbon atoms or a fluorinated hydrocarbon group having 1 to 8 carbon atoms.

上記Rとしては、フッ素化アルキル基が好ましい。Rの炭素数の上限は、5が好ましく、3がより好ましく、2がさらに好ましい。Rの炭素数の下限は、2が好ましい。 As the R 3, a fluorinated alkyl group is preferable. The upper limit of the carbon number of R 3 is preferably 5, more preferably 3, and still more preferably 2. The lower limit of the carbon number of R 3 is preferably 2.

上記Rとしては、フッ素化炭化水素基が好ましく、フッ素化アルキル基がより好ましい。Rの炭素数の上限は、5が好ましく、3がより好ましく、2がさらに好ましい。Rの炭素数の下限は、2が好ましい。 As the R 4, preferably a fluorinated hydrocarbon group, and more preferably a fluorinated alkyl group. The upper limit of the carbon number of R 4 is preferably 5, more preferably 3, and still more preferably 2. The lower limit of the carbon number of R 4 is preferably 2.

また、上記RとRとの合計炭素数の上限としては、6が好ましく、5がより好ましく、4がさらに好ましい。一方、この合計炭素数の下限としては、3が好ましく、4がより好ましい。このような炭素数のフッ素化エーテルを用いることで、粘度やイオン伝導度が好適なものとなり、当該非水電解質の効果をより高めることができる。 Moreover, as an upper limit of the total carbon number of said R < 3 > and R < 4 >, 6 is preferable, 5 is more preferable, and 4 is more preferable. On the other hand, as a lower limit of this total carbon number, 3 is preferable and 4 is more preferable. By using a fluorinated ether having such a carbon number, the viscosity and the ion conductivity become suitable, and the effect of the non-aqueous electrolyte can be further enhanced.

具体的なフッ素化エーテルとしては、例えばCFOCH、CFOC、F(CFOCH、F(CFOC、CF(CF)CHO(CF)CF、F(CFOCH、F(CFOC、F(CFOCH、F(CFOC、F(CFOCH、F(CFOC、F(CFOCH、F(CFOC、F(CFOCH、CFCHOCH、CFCHOCHF、CFCFCHOCH、CFCFCHOCHF、CFCFCHO(CFH、CFCFCHO(CFF、HCFCHOCH、(CF)(CF)CHO(CFH、H(CFOCHCH、H(CFOCHCF(略称:TFEE)、H(CFCHOCHF、H(CFCHO(CFH(略称:HFE)、H(CFCHO(CFH、H(CFCHO(CFH、H(CHF)CHO(CFH、(CFCHOCH、(CFCHCFOCH、CFCHFCFOCH、CFCHFCFOCHCH、CFCHFCFCHOCHF、CFCHFCFOCH(CFF、CFCHFCFOCHCFCFH、H(CFCHO(CFH、CHCHO(CFF、F(CFCHO(CFH、H(CFCHOCFCHFCF、F(CFCHOCFCHFCF、H(CFCHO(CF)H、CFOCH(CFF、CFCHFCFOCH(CFF、CHCFOCH(CFF、CHCFOCH(CFF、CHO(CFF、F(CFCHOCH(CFF、F(CFCHOCH(CFF、H(CFCHOCH(CFH、CHCFOCH(CFH等を挙げることができる。 As specific fluorinated ether, for example, CF 3 OCH 3 , CF 3 OC 2 H 5 , F (CF 2 ) 2 OCH 3 , F (CF 2 ) 2 OC 2 H 5 , CF 3 (CF 2 ) CH 2 O (CF 2 ) CF 3 , F (CF 2 ) 3 OCH 3 , F (CF 2 ) 3 OC 2 H 5 , F (CF 2 ) 4 OCH 3 , F (CF 2 ) 4 OC 2 H 5 , F ( CF 2 ) 5 OCH 3 , F (CF 2 ) 5 OC 2 H 5 , F (CF 2 ) 8 OCH 3 , F (CF 2 ) 8 OC 2 H 5 , F (CF 2 ) 9 OCH 3 , CF 3 CH 2 OCH 3 , CF 3 CH 2 OCHF 2 , CF 3 CF 2 CH 2 OCH 3 , CF 3 CF 2 CH 2 OCHF 2 , CF 3 CF 2 CH 2 O (CF 2 ) 2 H, CF 3 CF 2 CH 2 O (CF 2) 2 F, HC 2 CH 2 OCH 3, (CF 3) (CF 2) CH 2 O (CF 2) 2 H, H (CF 2) 2 OCH 2 CH 3, H (CF 2) 2 OCH 2 CF 3 ( abbreviation: TFEE) H (CF 2 ) 2 CH 2 OCHF 2 , H (CF 2 ) 2 CH 2 O (CF 2 ) 2 H (abbreviation: HFE), H (CF 2 ) 2 CH 2 O (CF 2 ) 3 H, H (CF 2 ) 3 CH 2 O (CF 2 ) 2 H, H (CHF) 2 CH 2 O (CF 2 ) 2 H, (CF 3 ) 2 CHOCH 3 , (CF 3 ) 2 CHCF 2 OCH 3 , CF 3 CHFCF 2 OCH 3 , CF 3 CHFCF 2 OCH 2 CH 3 , CF 3 CHFCF 2 CH 2 OCHF 2 , CF 3 CHFCF 2 OCH 2 (CF 2 ) 2 F, CF 3 CHFCF 2 OCH 2 CF 2 CF 2 H, H (CF 2 ) 4 CH 2 O (CF 2 ) 2 H, CH 3 CH 2 O (CF 2 ) 4 F, F (CF 2 ) 4 CH 2 O (CF 2 ) 2 H, H (CF 2) ) 2 CH 2 OCF 2 CHFCF 3 , F (CF 2 ) 2 CH 2 OCF 2 CHFCF 3 , H (CF 2 ) 4 CH 2 O (CF 2 ) H, CF 3 OCH 2 (CF 2 ) 2 F, CF 3 CHFCF 2 OCH 2 (CF 2 ) 3 F, CH 3 CF 2 OCH 2 (CF 2 ) 2 F, CH 3 CF 2 OCH 2 (CF 2 ) 3 F, CH 3 O (CF 2 ) 5 F, F (CF 2 ) 3 CH 2 OCH 2 (CF 2 ) 3 F, F (CF 2 ) 2 CH 2 OCH 2 (CF 2 ) 2 F, H (CF 2 ) 2 CH 2 OCH 2 (CF 2 ) 2 H, CH 3 CF 2 OCH 2 and (CF 2) 2 H etc. It can gel.

上記フッ素化エーテルの25℃における粘度としては、例えば2mPa・s未満であってよいが、1mPa・s未満であることが好ましい。この粘度の上限は、0.8mPa・sがより好ましく、0.7mPa・sがさらに好ましい。上記上限以下の粘度を有するフッ素化エーテルを用いることで、正極における硫黄の含有量を大きくした場合(例えば正極における単位面積あたりの硫黄の含有量が2mg/cm以上5mg/cm以下であるとき)の硫黄の利用率をより高め、容量密度をより顕著に高めることができる。なお、この粘度の下限としては、例えば0.2mPa・sであり、0.4mPa・sであってもよく、0.6mPa・sであってもよい。 The viscosity at 25 ° C. of the fluorinated ether may be, for example, less than 2 mPa · s, but is preferably less than 1 mPa · s. The upper limit of the viscosity is more preferably 0.8 mPa · s, further preferably 0.7 mPa · s. When the content of sulfur in the positive electrode is increased by using a fluorinated ether having a viscosity of not more than the above upper limit (for example, the content of sulfur per unit area in the positive electrode is 2 mg / cm 2 or more and 5 mg / cm 2 or less) When the sulfur utilization rate is increased, the capacity density can be more significantly increased. The lower limit of the viscosity is, for example, 0.2 mPa · s, and may be 0.4 mPa · s or 0.6 mPa · s.

このような低粘度のフッ素化エーテルとしては、
1,1,2,2−テトラフルオロエチル−2,2,2−トリフルオロプロピルエーテル(TFEE:25℃における粘度0.65mPa・s)、
エチル−1,1,2,2−テトラフルオロエチルエーテル(23℃における粘度0.486mPa・s)、
ヘキサフルオロイソプロピルメチルエーテル(23℃における粘度0.498mPa・s)等を挙げることができる。これらの中でも、TFEEが好ましい。TFEEは粘度が低いと共に、良好なイオン導電性を有する。
As such low viscosity fluorinated ether,
1,1,2,2-tetrafluoroethyl-2,2,2-trifluoropropyl ether (TFEE: viscosity 0.65 mPa · s at 25 ° C.),
Ethyl-1,1,2,2-tetrafluoroethyl ether (viscosity 0.486 mPa · s at 23 ° C.),
Hexafluoroisopropyl methyl ether (viscosity 0.498 mPa · s at 23 ° C.) can be mentioned. Among these, TFEE is preferred. TFEE has low viscosity and good ionic conductivity.

なお、上記フッ素化エーテルとしては、25℃における粘度が、1mPa・s以上であるものを用いることもできる。この場合、正極における硫黄の含有量が小さいとき(例えば、正極における単位面積あたりの硫黄の含有量が2mg/cm未満であるとき)の硫黄の利用率を高めることができる。 In addition, as said fluorinated ether, that whose viscosity in 25 degreeC is 1 mPa * s or more can also be used. In this case, the utilization rate of sulfur can be increased when the content of sulfur in the positive electrode is small (for example, when the content of sulfur per unit area in the positive electrode is less than 2 mg / cm 2 ).

上記フッ素化エーテルの含有量は、上記リチウム塩に対してモル比で5より大きい。このリチウム塩に対するフッ素化エーテルのモル比の下限は、5.5が好ましく、8がより好ましく、12がさらに好ましく、15がよりさらに好ましい場合がある。このモル比を上記下限以上とすることで、より十分な希釈が生じ、当該非水電解質の粘度が低下する。従って、硫黄の利用率を高め、非水電解質蓄電素子の容量密度を高めることができる。一方、リチウム塩に対するフッ素化エーテルのモル比の上限としては、例えば40であり、30が好ましく、25がより好ましい。このモル比を上記上限以下とすることで、十分な濃度のリチウム塩を存在させることができ、充放電性能をより良好なものとすることができる。   The content of the fluorinated ether is more than 5 in molar ratio to the lithium salt. The lower limit of the molar ratio of fluorinated ether to lithium salt is preferably 5.5, more preferably 8, further preferably 12, and even more preferably 15. By setting the molar ratio to the above lower limit or more, more sufficient dilution occurs, and the viscosity of the non-aqueous electrolyte decreases. Therefore, the utilization rate of sulfur can be increased, and the capacity density of the non-aqueous electrolyte storage element can be increased. On the other hand, the upper limit of the molar ratio of the fluorinated ether to the lithium salt is, for example, 40, preferably 30 and more preferably 25. By making this molar ratio below the said upper limit, lithium salt of sufficient density | concentration can be made to exist, and charge / discharge performance can be made more favorable.

(他の成分)
当該非水電解質は、本発明の効果を阻害しない限り、上記リチウム塩、ポリエーテル化合物及びフッ素化エーテル以外の他の成分を含有していてもよい。上記他の成分としては、リチウム塩以外の他の電解質塩、ポリエーテル化合物及びフッ素化エーテル以外の他の非水溶媒、並びにその他一般的な蓄電素子用非水電解質に含有される各種添加剤を挙げることができる。
(Other ingredients)
The non-aqueous electrolyte may contain components other than the lithium salt, the polyether compound and the fluorinated ether as long as the effects of the present invention are not impaired. Examples of the other components include various electrolyte salts other than lithium salts, polyether compounds, nonaqueous solvents other than fluorinated ethers, and various additives contained in other nonaqueous electrolytes for general storage devices. It can be mentioned.

他の電解質塩としては、ナトリウム塩、カリウム塩、マグネシウム塩、オニウム塩等を挙げることができる。但し、全電解質塩に占めるリチウム塩以外の他の電解質塩の含有量の上限としては、10モル%が好ましく、1モル%がより好ましく、0.1モル%がさらに好ましい。   As other electrolyte salt, sodium salt, potassium salt, magnesium salt, onium salt etc. can be mentioned. However, the upper limit of the content of the electrolyte salt other than the lithium salt in the total electrolyte salt is preferably 10 mol%, more preferably 1 mol%, and still more preferably 0.1 mol%.

他の非水溶媒としては、環状カーボネート、鎖状カーボネート、エステル、アミド、スルホン、ラクトン、ニトリル等を挙げることができる。但し、全非水溶媒に占める上記ポリエーテル化合物及びフッ素化エーテル以外の他の非水溶媒の含有量の上限としては、10モル%が好ましく、1モル%がより好ましく、0.1モル%がさらに好ましい。非水溶媒がポリエーテル化合物及びフッ素化エーテルのみから実質的に構成されていることで、多硫化物イオンの溶出が抑制されること、粘度がより好適な状態になることなどにより、容量密度をより高めることなどができる。   Other non-aqueous solvents include cyclic carbonates, linear carbonates, esters, amides, sulfones, lactones, nitriles and the like. However, the upper limit of the content of the non-aqueous solvent other than the polyether compound and the fluorinated ether in the total non-aqueous solvent is preferably 10 mol%, more preferably 1 mol%, and 0.1 mol%. More preferable. The fact that the non-aqueous solvent consists essentially of only the polyether compound and the fluorinated ether suppresses the elution of polysulfide ions, and the viscosity becomes more suitable, etc. It can be enhanced more.

また、当該非水電解質における上記リチウム塩、ポリエーテル化合物及びフッ素化エーテル以外の他の成分の含有量の上限としては、5質量%が好ましく、1質量%がより好ましく、0.1質量%がさらに好ましいこともある。他の成分の含有量を抑えることで、容量密度をより高めることなどができる。   Moreover, as an upper limit of content of said lithium salt in the said non-aqueous electrolyte, a polyether compound, and components other than fluorinated ether, 5 mass% is preferable, 1 mass% is more preferable, and 0.1 mass% is It may be even more preferable. By suppressing the content of other components, the capacity density can be further increased.

当該非水電解質の25℃における粘度の上限としては、4mPa・sが好ましく、3mPa・sがより好ましく、2mPa・sがさらに好ましい。当該非水電解質の粘度を上記上限以下とすることで、硫黄を含む正極における厚み方向のイオン拡散性が高まり、硫黄の利用率をより高めることができる。一方、この粘度の下限としては、例えば0.5mPa・sであってよく、0.8mPa・sであってもよい。   The upper limit of the viscosity of the non-aqueous electrolyte at 25 ° C. is preferably 4 mPa · s, more preferably 3 mPa · s, and still more preferably 2 mPa · s. By setting the viscosity of the non-aqueous electrolyte to the upper limit or less, ion diffusion in the thickness direction of the positive electrode containing sulfur can be enhanced, and the utilization rate of sulfur can be further enhanced. On the other hand, the lower limit of the viscosity may be, for example, 0.5 mPa · s, or 0.8 mPa · s.

当該非水電解質の25℃におけるイオン伝導度の下限としては、0.1mS/cmが好ましく、0.5mS/cmがより好ましく、0.8mS/cmがさらに好ましい。当該非水電解質のイオン伝導度を上記下限以上とすることで、十分なイオン導電性を確保でき、充放電性能をより高めることができる。一方、このイオン伝導度の上限としては、例えば10mS/cmが好ましく、5mS/cmがより好ましく、2mS/cmがさらに好ましく、1.5mS/cmがよりさらに好ましい。当該非水電解質においては、このようなイオン伝導度であっても、十分な低粘度化が図れているため、容量密度を高めることができる。 The lower limit of the ionic conductivity at 25 ° C. of the non-aqueous electrolyte is preferably 0.1 mS / cm 2, more preferably 0.5 mS / cm 2, more preferably 0.8 mS / cm 2. By setting the ion conductivity of the non-aqueous electrolyte to the above lower limit or more, sufficient ion conductivity can be secured, and charge / discharge performance can be further enhanced. On the other hand, the upper limit of the ion conductivity, for example, preferably 10 mS / cm 2, more preferably 5 mS / cm 2, more preferably 2 mS / cm 2, even more preferably from 1.5 mS / cm 2. In the non-aqueous electrolyte, even with such ion conductivity, sufficient viscosity reduction can be achieved, and therefore, the capacity density can be increased.

なお、イオン伝導度は、以下の方法により測定した値とする。非水電解質を含むポリエチレンセパレータ(厚み25μm、多孔度45%、透気度310秒/100ml)と、両極としてステンレス鋼板とを用いた二極式対称セルを作製する。これに対し、印加電圧振幅5mV、周波数領域1MHz〜100mHz、温度25℃の条件で、交流インピーダンス測定する。この測定値をイオン伝導度とする。なお、距離はセパレータの厚み、面積は電極面積(cm)をセパレータの多孔度(%)で除したものとする。 The ionic conductivity is a value measured by the following method. A bipolar symmetric cell is produced using a polyethylene separator (thickness 25 μm, porosity 45%, air permeability 310 seconds / 100 ml) containing a non-aqueous electrolyte and stainless steel plates as both electrodes. On the other hand, the AC impedance is measured under the conditions of an applied voltage amplitude of 5 mV, a frequency range of 1 MHz to 100 mHz, and a temperature of 25 ° C. This measured value is referred to as the ion conductivity. The distance is the thickness of the separator, and the area is the electrode area (cm 2 ) divided by the porosity (%) of the separator.

当該非水電解質は、リチウム塩、ポリエーテル化合物、フッ素化エーテル、及び必要に応じてその他の成分を所定比で混合することにより調製することができる。   The non-aqueous electrolyte can be prepared by mixing a lithium salt, a polyether compound, a fluorinated ether and, if necessary, other components in a predetermined ratio.

<非水電解質蓄電素子>
本発明の一実施形態に係る非水電解質蓄電素子は、正極、負極及び非水電解質を有する。以下、非水電解質蓄電素子の一例として、非水電解質二次電池(以下、単に「二次電池」ともいう。)について説明する。上記正極及び負極は、通常、セパレータを介して積層又は巻回により交互に重畳された電極体を形成する。この電極体は電池容器に収納され、この電池容器内に非水電解質が充填される。非水電解質は、正極と負極との間に介在する。上記電池容器としては、非水電解質二次電池の電池容器として通常用いられる公知の金属電池容器、樹脂電池容器等を用いることができる。
<Non-aqueous electrolyte storage element>
A non-aqueous electrolyte storage device according to an embodiment of the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte. Hereinafter, a non-aqueous electrolyte secondary battery (hereinafter, also simply referred to as "secondary battery") will be described as an example of the non-aqueous electrolyte storage element. The positive electrode and the negative electrode usually form an electrode body alternately stacked or wound via a separator. The electrode body is housed in a battery case, and the non-aqueous electrolyte is filled in the battery case. The non-aqueous electrolyte is interposed between the positive electrode and the negative electrode. As said battery container, the well-known metal battery container normally used as a battery container of a non-aqueous electrolyte secondary battery, a resin battery container etc. can be used.

(正極)
上記正極は、正極基材、及びこの正極基材に直接又は中間層を介して配される正極活物質層を有する。なお、正極活物質層の一部又は全部は、正極基材や中間層に含浸していてもよい。
(Positive electrode)
The positive electrode has a positive electrode substrate, and a positive electrode active material layer disposed directly or via an intermediate layer on the positive electrode substrate. A part or all of the positive electrode active material layer may be impregnated in the positive electrode base material or the intermediate layer.

上記正極基材は、導電性を有する。上記正極基材は、シート状のものを好適に採用することができる。正極基材の材質としては、アルミニウム、チタン、タンタル、ステンレス鋼等の金属又はそれらの合金、炭素等が用いられる。これらの中でも、耐電位性、導電性の高さ及びコストのバランスからアルミニウム、アルミニウム合金、及び炭素が好ましい。また、正極基材の形成形態としては、箔、蒸着膜等が挙げられ、コストの面から箔が好ましい。つまり、正極基材としてはアルミニウム箔が好ましい。なお、アルミニウム又はアルミニウム合金としては、JIS−H−4000(2014年)に規定されるA1085P、A3003P等が例示できる。また、上記正極基材は、カーボンペーパー等、多孔質材料も好適に用いられる。   The said positive electrode base material has electroconductivity. A sheet-like thing can be suitably adopted as the above-mentioned positive electrode substrate. As a material of a positive electrode base material, metals, such as aluminum, titanium, a tantalum, stainless steel, or alloys thereof, carbon, etc. are used. Among these, aluminum, an aluminum alloy, and carbon are preferable in terms of the balance of potential resistance, conductivity height and cost. Moreover, a foil, a vapor deposition film, etc. are mentioned as a formation form of a positive electrode base material, From the surface of cost, a foil is preferable. That is, an aluminum foil is preferable as the positive electrode substrate. In addition, as aluminum or aluminum alloy, A1085P, A3003P etc. which are prescribed | regulated to JIS-H-4000 (2014) can be illustrated. Moreover, porous materials, such as carbon paper, are suitably used for the said positive electrode base material.

中間層は、正極基材の表面の被覆層であり、炭素粒子等の導電性粒子を含むことで正極基材と正極活物質層との接触抵抗を低減する。中間層の構成は特に限定されず、例えば樹脂バインダー及び導電性粒子を含有する組成物により形成できる。なお、「導電性」を有するとは、JIS−H−0505(1975年)に準拠して測定される体積抵抗率が10Ω・cm以下であることを意味し、「非導電性」とは、上記体積抵抗率が10Ω・cm超であることを意味する。 The intermediate layer is a coating layer on the surface of the positive electrode base material, and includes conductive particles such as carbon particles to reduce the contact resistance between the positive electrode base material and the positive electrode active material layer. The configuration of the intermediate layer is not particularly limited, and can be formed of, for example, a composition containing a resin binder and conductive particles. In addition, having "conductivity" means that the volume resistivity measured based on JIS-H-0505 (1975) is 10 < 7 > ohm * cm or less, and "non-conductivity" Means that the above-mentioned volume resistivity is more than 10 7 Ω · cm.

正極活物質層は、正極活物質を含むいわゆる正極合材から形成される。また、正極活物質層を形成する正極合材は、必要に応じて導電剤、バインダー(結着剤)、増粘剤、フィラー等の任意成分を含む。   The positive electrode active material layer is formed of a so-called positive electrode mixture containing a positive electrode active material. Moreover, the positive electrode mixture which forms a positive electrode active material layer contains arbitrary components, such as a conductive agent, a binder (binder), a thickener, and a filler, as needed.

上記正極は、正極活物質として硫黄を含む。すなわち、正極活物質層は、硫黄を含む。この正極活物質としての硫黄は、硫黄単体であってもよく、硫黄化合物であってもよい。上記硫黄化合物としては、硫化リチウム等の金属硫化物、有機ジスルフィド化合物、カーボンスルフィド化合物等の有機硫黄化合物などを挙げることができる。硫黄は理論容量が高く、また、低コストであるなどといった利点がある。   The positive electrode contains sulfur as a positive electrode active material. That is, the positive electrode active material layer contains sulfur. The sulfur as the positive electrode active material may be a simple substance of sulfur or a sulfur compound. As said sulfur compound, metal sulfides, such as lithium sulfide, organic disulfide compounds, organic sulfur compounds, such as a carbon sulfide compound, etc. can be mentioned. Sulfur has advantages such as high theoretical capacity and low cost.

硫黄と導電剤(硫黄よりも導電性の高い材料)等との複合体を用いることも好ましい。この複合体は、担体としての導電剤等に硫黄が担持された形態のものを挙げることができ、具体的には、硫黄と多孔性カーボンとの複合体(硫黄−多孔性カーボン複合体:SPC)等を挙げることができる。このSPCにおける硫黄の含有量の下限は、50質量%が好ましく、60質量%がより好ましい。一方、この含有量の上限は、90質量%が好ましく、80質量%がより好ましい。SPCにおける硫黄の含有量を上記範囲とすることで、大きい電気容量と良好な導電性との両立を図ることなどができる。   It is also preferable to use a composite of sulfur and a conductive agent (a material having a higher conductivity than sulfur). Examples of this composite include one in which sulfur is supported on a conductive agent as a carrier, and more specifically, a composite of sulfur and porous carbon (sulfur-porous carbon composite: SPC Etc. can be mentioned. 50 mass% is preferable and, as for the minimum of content of sulfur in this SPC, 60 mass% is more preferable. On the other hand, 90 mass% is preferable and 80 mass% of the upper limit of this content is more preferable. By making the content of sulfur in the SPC into the above range, it is possible to achieve both a large electric capacity and good conductivity, and the like.

上記正極活物質層中の硫黄(硫黄元素)の含有量の下限としては、40質量%が好ましく、50質量%がより好ましい。一方、この含有量の上限としては、90質量%が好ましく、70質量%がより好ましい。SPCを用いる場合、上記正極活物質層中のSPCの含有量の下限としては、60質量%が好ましく、80質量%がより好ましい。一方、この含有量の上限としては、95質量%が好ましく、90質量%がより好ましい。硫黄又はSPCの含有量を上記範囲とすることで、大きい電気容量と良好な導電性との両立を図り、容量密度をより高めることなどができる。   The lower limit of the content of sulfur (sulfur element) in the positive electrode active material layer is preferably 40% by mass, and more preferably 50% by mass. On the other hand, 90 mass% is preferable as an upper limit of this content, and 70 mass% is more preferable. When using SPC, as a minimum of content of SPC in the above-mentioned positive electrode active material layer, 60 mass% is preferred, and 80 mass% is more preferred. On the other hand, as an upper limit of this content, 95 mass% is preferred, and 90 mass% is more preferred. By making content of sulfur or SPC into the said range, coexistence with large electric capacity and favorable electroconductivity can be aimed at, and a capacity | capacitance density can be raised more.

上記正極における単位面積当たりの硫黄(硫黄元素)の含有量の下限は、2mg/cmであり、3mg/cmが好ましく、4mg/cmがより好ましい。正極における単位面積当たりの硫黄の含有量を上記下限以上とし、かつ当該非水電解質を用いることで、硫黄の利用率を高め、容量密度を高めることができる。一方、上記正極における単位面積当たりの硫黄の含有量の上限は、5mg/cmであり、4.5mg/cmが好ましい。 The lower limit of the content of sulfur (elemental sulfur) per unit area in the positive electrode is 2 mg / cm 2 , preferably 3 mg / cm 2 , and more preferably 4 mg / cm 2 . By making the content of sulfur per unit area in the positive electrode equal to or more than the above lower limit and using the non-aqueous electrolyte, the utilization rate of sulfur can be increased and the capacity density can be increased. On the other hand, the upper limit of the content of sulfur per unit area in the positive electrode is 5 mg / cm 2 , preferably 4.5 mg / cm 2 .

上記正極活物質としては、硫黄以外の他の正極活物質が含有されていてもよい。但し、全正極活物質中の硫黄の含有率の下限としては、50質量%が好ましく、90質量%がより好ましく、99質量%がさらに好ましい。   As said positive electrode active material, other positive electrode active materials other than sulfur may be contained. However, as a lower limit of the content rate of sulfur in all the positive electrode active materials, 50 mass% is preferable, 90 mass% is more preferable, and 99 mass% is more preferable.

上記導電剤としては、電池性能に悪影響を与えない導電性材料であれば特に限定されない。このような導電剤としては、天然又は人造の黒鉛;ファーネスブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等のカーボンブラック;金属;導電性セラミックス等が挙げられる。導電剤の形状としては、粉状、繊維状等が挙げられる。   The conductive agent is not particularly limited as long as the conductive material does not adversely affect the battery performance. Examples of such a conductive agent include natural or artificial graphite; carbon blacks such as furnace black, acetylene black and ketjen black; metals; conductive ceramics and the like. The shape of the conductive agent may, for example, be powdery or fibrous.

上記バインダー(結着剤)としては、フッ素樹脂(ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)等)、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミド、ポリアクリル酸等の熱可塑性樹脂;エチレン−プロピレン−ジエンゴム(EPDM)、スルホン化EPDM、スチレンブタジエンゴム(SBR)、フッ素ゴム等のエラストマー;多糖類高分子等が挙げられる。   As said binder (binder), Thermoplastic resins, such as fluorine resin (polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF) etc.), polyethylene, a polypropylene, a polyimide, a polyacrylic acid etc .; ethylene-propylene-diene rubber Elastomers such as (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butadiene rubber (SBR), fluororubber, and polysaccharide polymers.

上記増粘剤としては、カルボキシメチルセルロース(CMC)、メチルセルロース等の多糖類高分子が挙げられる。また、増粘剤がリチウムと反応する官能基を有する場合、予めメチル化等によりこの官能基を失活させておくことが好ましい。   Examples of the thickener include polysaccharide polymers such as carboxymethylcellulose (CMC) and methylcellulose. When the thickener has a functional group that reacts with lithium, it is preferable to deactivate the functional group in advance by methylation or the like.

上記フィラーとしては、電池性能に悪影響を与えないものであれば特に限定されない。フィラーの主成分としては、ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィン、シリカ、アルミナ、ゼオライト、ガラス等が挙げられる。   The filler is not particularly limited as long as it does not adversely affect the battery performance. Examples of the main component of the filler include polyolefins such as polypropylene and polyethylene, silica, alumina, zeolite, glass and the like.

上記正極は、例えば、正極基材又は中間層が設けられた正極基材に、正極合材のスラリーを塗工し、乾燥させることなどにより得ることができる。   The positive electrode can be obtained, for example, by coating a slurry of the positive electrode mixture on a positive electrode substrate or a positive electrode substrate provided with an intermediate layer, and drying the slurry.

(負極)
上記負極は、負極基材、及びこの負極基材に直接又は中間層を介して配される負極活物質層を有する。上記中間層は正極の中間層と同様の構成とすることができる。
(Negative electrode)
The negative electrode has a negative electrode base material, and a negative electrode active material layer disposed directly or via an intermediate layer on the negative electrode base material. The intermediate layer may have the same configuration as the intermediate layer of the positive electrode.

上記負極基材は、導電性を有する。負極基材は、正極基材と同様の構成とすることができるが、材質としては、銅、ニッケル、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼等の金属又はそれらの合金が用いられ、銅又は銅合金が好ましい。つまり、負極基材としては銅箔が好ましい。銅箔としては、圧延銅箔、電解銅箔等が例示される。   The said negative electrode base material has electroconductivity. The negative electrode substrate can be made to have the same configuration as the positive electrode substrate, but as the material, a metal such as copper, nickel, stainless steel, nickel plated steel or an alloy thereof is used, and copper or a copper alloy is preferable. . That is, copper foil is preferable as the negative electrode substrate. As a copper foil, a rolled copper foil, an electrolytic copper foil, etc. are illustrated.

上記負極活物質層は、負極活物質を含むいわゆる負極合材から形成される。また、負極活物質層を形成する負極合材は、必要に応じて導電剤、バインダー(結着剤)、増粘剤、フィラー等の任意成分を含む。導電剤、バインダー(結着剤)、増粘剤、フィラー等の任意成分は、正極活物質層と同様のものを用いることができる。   The negative electrode active material layer is formed of a so-called negative electrode mixture containing a negative electrode active material. Moreover, the negative electrode composite material which forms a negative electrode active material layer contains arbitrary components, such as a conductive agent, a binder (binder), a thickener, and a filler, as needed. As the optional components such as the conductive agent, the binder (binder), the thickener, and the filler, the same components as those of the positive electrode active material layer can be used.

上記負極活物質としては、例えばリチウム、ナトリウム等のアルカリ金属;リチウム合金、ナトリウム合金、リチウム複合酸化物等のアルカリ金属を含む化合物;黒鉛、非黒鉛質炭素等の炭素材料;Sn、Ge、Si等のアルカリ金属以外の金属又は半金属;Sn酸化物、Ge酸化物等のアルカリ金属以外の金属の酸化物又は半金属酸化物;ポリリン酸化合物等が挙げられる。これらの中でも、アルカリ金属又はアルカリ金属を含む化合物が好ましく、リチウム又はリチウムを含む化合物が好ましい。負極活物質は、1種又は2種以上を混合して用いることができる。なお、アルカリ金属を含まない負極活物質を用いる場合、正極活物質が、硫黄に加え、アルカリ金属を含む化合物を含むことが好ましい。   Examples of the negative electrode active material include alkali metals such as lithium and sodium; compounds containing alkali metals such as lithium alloy, sodium alloy and lithium composite oxide; carbon materials such as graphite and non-graphitic carbon; Sn, Ge, Si And metals other than alkali metals, such as Sn oxides and Ge oxides, oxides or metalloids of metals other than alkali metals, and polyphosphate compounds. Among these, an alkali metal or a compound containing an alkali metal is preferable, and a compound containing lithium or lithium is preferable. The negative electrode active material can be used alone or in combination of two or more. In addition, when using the negative electrode active material which does not contain an alkali metal, it is preferable that a positive electrode active material contains the compound which contains alkali metal in addition to sulfur.

さらに、上記負極活物質層は、B、N、P、F、Cl、Br、I等の典型非金属元素、Li、Na、Mg、Al、K、Ca、Zn、Ga、Ge等の典型金属元素、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Mo、Zr、Ta、Hf、Nb、W等の遷移金属元素を含有してもよい。   Furthermore, the negative electrode active material layer is typically a nonmetal element such as B, N, P, F, Cl, Br, or I; a typical metal such as Li, Na, Mg, Al, K, Ca, Zn, Ga, or Ge The element may contain a transition metal element such as Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Mo, Zr, Ta, Hf, Nb, W and the like.

(セパレータ)
上記セパレータの材質としては、例えば織布、不織布、多孔質樹脂フィルム等が用いられる。これらの中でも、強度の観点から多孔質樹脂フィルムが好ましく、非水電解質の保液性の観点から不織布が好ましい。上記セパレータの主成分としては、強度の観点から例えばポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンが好ましく、耐酸化分解性の観点から例えばポリイミドやアラミド等が好ましい。また、これらの樹脂を複合してもよい。さらに、多孔質樹脂フィルムに無機多孔質層が積層された複層のセパレータであってもよい。
(Separator)
As a material of the said separator, a woven fabric, a nonwoven fabric, a porous resin film etc. are used, for example. Among these, a porous resin film is preferable from the viewpoint of strength, and a nonwoven fabric is preferable from the viewpoint of liquid retention of the non-aqueous electrolyte. As a main component of the separator, polyolefins such as polyethylene and polypropylene are preferable from the viewpoint of strength, and polyimide and aramid are preferable from the viewpoint of resistance to oxidative degradation. In addition, these resins may be composited. Furthermore, it may be a multilayer separator in which an inorganic porous layer is laminated on a porous resin film.

(非水電解質)
当該二次電池に用いられる非水電解質は、上述した本発明の一実施形態に係る非水電解質であって、上記フッ素化エーテルの25℃における粘度が1mPa・s未満である非水電解質である。この非水電解質の詳細は、上述したとおりである。
(Non-aqueous electrolyte)
The non-aqueous electrolyte used in the secondary battery is the non-aqueous electrolyte according to one embodiment of the present invention described above, and is a non-aqueous electrolyte having a viscosity at 25 ° C. of less than 1 mPa · s of the fluorinated ether. . The details of this non-aqueous electrolyte are as described above.

当該二次電池の製造方法は、特に限定されず、公知の方法を組み合わせて行うことができる。当該二次電池の製造方法は、例えば、正極及び負極を作製する工程、非水電解質を調製する工程、正極及び負極を、セパレータを介して積層又は巻回することにより交互に重畳された電極体を形成する工程、正極及び負極(電極体)を電池容器に収容する工程、並びに上記電池容器に上記非水電解質を注入する工程を備える。上記注入は、公知の方法により行うことができる。注入後、注入口を封止することにより二次電池を得ることができる。   The manufacturing method of the said secondary battery is not specifically limited, It can carry out combining the well-known method. The manufacturing method of the secondary battery includes, for example, a step of manufacturing a positive electrode and a negative electrode, a step of preparing a non-aqueous electrolyte, and an electrode body alternately stacked or wound by laminating the positive electrode and the negative electrode through a separator. Forming the positive electrode and the negative electrode (electrode assembly) in a battery case, and injecting the non-aqueous electrolyte into the battery case. The above injection can be performed by a known method. After injection, the secondary battery can be obtained by sealing the inlet.

<その他の実施形態>
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、上記態様の他、種々の変更、改良を施した態様で実施することができる。例えば、上記実施の形態においては、非水電解質蓄電素子が非水電解質二次電池であるリチウムイオン二次電池の形態を中心に説明したが、その他の非水電解質蓄電素子であってもよい。その他の非水電解質蓄電素子としては、キャパシタ(電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ)等が挙げられる。
<Other Embodiments>
The present invention is not limited to the above embodiment, and can be implemented in various modifications and improvements in addition to the above embodiment. For example, in the above embodiment, the non-aqueous electrolyte storage device has been described focusing on the form of a lithium ion secondary battery that is a non-aqueous electrolyte secondary battery, but other non-aqueous electrolyte storage devices may be used. Examples of other non-aqueous electrolyte storage elements include capacitors (electric double layer capacitors, lithium ion capacitors) and the like.

また、正極において、硫黄が含まれる明確な正極活物質層が形成されていなくてもよい。例えば、正極基材の表面や、多孔質状の正極基材の内部に、硫黄が散点的に担持されていてもよい。   Further, in the positive electrode, a clear positive electrode active material layer containing sulfur may not be formed. For example, sulfur may be supported in a dispersed manner on the surface of the positive electrode substrate or inside the porous positive electrode substrate.

図1に、本発明に係る非水電解質蓄電素子の一実施形態である矩形状の非水電解質二次電池1の概略図を示す。なお、同図は、電池容器内部を透視した図としている。図1に示す非水電解質二次電池1は、電極体2が電池容器3に収納されている。電極体2は、正極活物質を備える正極と、負極活物質を備える負極とが、セパレータを介して捲回されることにより形成されている。正極は、正極リード4’を介して正極端子4と電気的に接続され、負極は、負極リード5’を介して負極端子5と電気的に接続されている。   FIG. 1 is a schematic view of a rectangular non-aqueous electrolyte secondary battery 1 which is an embodiment of the non-aqueous electrolyte storage device according to the present invention. In addition, the same figure is a view seen through the inside of the battery container. In the non-aqueous electrolyte secondary battery 1 shown in FIG. 1, the electrode body 2 is housed in a battery case 3. The electrode body 2 is formed by winding a positive electrode including a positive electrode active material and a negative electrode including a negative electrode active material via a separator. The positive electrode is electrically connected to the positive electrode terminal 4 via the positive electrode lead 4 ′, and the negative electrode is electrically connected to the negative electrode terminal 5 via the negative electrode lead 5 ′.

本発明に係る非水電解質蓄電素子の構成については特に限定されるものではなく、円筒型蓄電素子、角型蓄電素子(矩形状の蓄電素子)、扁平型蓄電素子等が一例として挙げられる。本発明は、上記の非水電解質蓄電素子を複数備える蓄電装置としても実現することができる。蓄電装置の一実施形態を図2に示す。図2において、蓄電装置30は、複数の蓄電ユニット20を備えている。それぞれの蓄電ユニット20は、複数の非水電解質二次電池1を備えている。上記蓄電装置30は、電気自動車(EV)、ハイブリッド自動車(HEV)、プラグインハイブリッド自動車(PHEV)等の自動車用電源として搭載することができる。   The configuration of the non-aqueous electrolyte storage element according to the present invention is not particularly limited, and a cylindrical storage element, a square storage element (rectangular storage element), a flat storage element, etc. may be mentioned as an example. The present invention can also be realized as a power storage device provided with a plurality of the above non-aqueous electrolyte power storage elements. One embodiment of a power storage device is shown in FIG. In FIG. 2, power storage device 30 includes a plurality of power storage units 20. Each storage unit 20 includes a plurality of non-aqueous electrolyte secondary batteries 1. The power storage device 30 can be mounted as a power source for vehicles such as an electric vehicle (EV), a hybrid vehicle (HEV), and a plug-in hybrid vehicle (PHEV).

以下、実施例によって本発明をさらに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。   Hereinafter, the present invention will be more specifically described by way of examples, but the present invention is not limited to the following examples.

<非水電解質の調製>
[比較例1]
リチウム塩であるリチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(LiTFSI)とテトラエチレングリコールジメチルエーテル(G4)と1,1,2,2−テトラフルオロエチル−2,2,2−トリフルオロプロピルエーテル(TFEE:25℃における粘度0.65mPa・s)とを1.0:1.0:4.0のモル比で混合し、比較例1の非水電解質を得た。
<Preparation of Nonaqueous Electrolyte>
Comparative Example 1
Lithium salts lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (LiTFSI), tetraethylene glycol dimethyl ether (G4) and 1,1,2,2-tetrafluoroethyl-2,2,2-trifluoropropyl ether (TFEE: 25 The non-aqueous electrolyte of Comparative Example 1 was obtained by mixing a viscosity of 0.65 mPa · s at ° C.) at a molar ratio of 1.0: 1.0: 4.0.

[比較例2、実施例1〜4]
使用した各成分の種類及びモル比を表1の通りとしたこと以外は、比較例1と同様にして、比較例2及び実施例1〜4の各非水電解質を得た。なお、表中、HFEは、1,1,2,2−テトラフルオロエチル−2,2,3,3−テトラフルオロプロピルエーテル(25℃における粘度1.60mPa・s)を表す。
[Comparative Example 2, Examples 1 to 4]
Each non-aqueous electrolyte of Comparative Example 2 and Examples 1 to 4 was obtained in the same manner as Comparative Example 1 except that the type and molar ratio of each component used were as shown in Table 1. In the table, HFE represents 1,1,2,2-tetrafluoroethyl-2,2,3,3-tetrafluoropropyl ether (viscosity 1.60 mPa · s at 25 ° C.).

[イオン伝導度の測定]
得られた各非水電解質をポリエチレンセパレータに含浸させ、これと正極及び負極としてのステンレス鋼板とを用い、二極式対称セルを作成した。この二極式対称セルに対して交流インピーダンス測定を行い、イオン伝導度を測定した。測定条件は、印加電圧振幅:5mV、周波数領域:1MHz〜100mHz、温度25℃とした。測定結果を表1に示す。
[Measurement of ion conductivity]
Each obtained non-aqueous electrolyte was impregnated into a polyethylene separator, and a bipolar symmetric cell was formed using this and a stainless steel plate as a positive electrode and a negative electrode. AC impedance measurement was performed on this bipolar symmetric cell to measure the ion conductivity. The measurement conditions were: applied voltage amplitude: 5 mV, frequency domain: 1 MHz to 100 mHz, temperature 25 ° C. The measurement results are shown in Table 1.

[粘度の測定]
得られた各非水電解質について、Anton Paar社製落球式粘度計Lovis 2000 MEを用いて25℃における粘度を測定した。測定結果を表1に示す。
[Measurement of viscosity]
The viscosity at 25 ° C. of each of the obtained non-aqueous electrolytes was measured using a falling ball viscometer Lovis 2000 ME manufactured by Anton Paar. The measurement results are shown in Table 1.

Figure 2019046759
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表1に示されるように、実施例1〜4の非水電解質は、比較例1、2の非水電解質に比べて、粘度が低い。特に、同じフッ素化エーテルを用いた比較例1と実施例1、2との比較、及び比較例2と実施例3、4との比較から、希釈倍率を5倍超とすることで、粘度が大きく低下していることがわかる。一方、イオン伝導度に関しては、実施例1〜4の非水電解質は、比較例1、2の非水電解質と比べて、同程度か、やや低下していることがわかる。また、TFEEとHFEとを比べると、TFEEを用いた方がより低粘度化し、また、イオン伝導度が高いことがわかる。   As shown in Table 1, the non-aqueous electrolytes of Examples 1 to 4 have lower viscosity than the non-aqueous electrolytes of Comparative Examples 1 and 2. In particular, from the comparison between Comparative Example 1 and Examples 1 and 2 using the same fluorinated ether, and the comparison between Comparative Example 2 and Examples 3 and 4, the viscosity is more than 5 times the dilution ratio It turns out that it is falling sharply. On the other hand, regarding the ion conductivity, it can be seen that the non-aqueous electrolytes of Examples 1 to 4 are comparable to or slightly lower than the non-aqueous electrolytes of Comparative Examples 1 and 2. In addition, when TFEE and HFE are compared, it can be seen that the viscosity is lower and the ion conductivity is higher when TFEE is used.

<二次電池の作製>
[比較例3]
クエン酸マグネシウムを、空気雰囲気中900℃1時間の加熱により炭化処理した。得られた炭化物を1MHSO水溶液中に浸漬することによって、酸化マグネシウムを溶出させた。その後、炭化物を洗浄及び乾燥することで、多孔性カーボンを得た。この多孔性カーボンと硫黄とを質量比で30:70で混合した。この混合物をアルゴン雰囲気下で密閉容器に封入し、150℃5時間、放冷、及び300℃2時間の熱処理を行うことで、硫黄−多孔性カーボン複合体(SPC)を得た。なお、各熱処理の際の昇温速度は5℃/分とした。
<Fabrication of secondary battery>
Comparative Example 3
Magnesium citrate was carbonized by heating at 900 ° C. for 1 hour in an air atmosphere. Magnesium oxide was eluted by immersing the obtained carbide in a 1 MH 2 SO 4 aqueous solution. Thereafter, the carbide was washed and dried to obtain porous carbon. The porous carbon and sulfur were mixed at a mass ratio of 30:70. This mixture was sealed in a closed vessel under an argon atmosphere, allowed to cool at 150 ° C. for 5 hours, and heat treated at 300 ° C. for 2 hours to obtain a sulfur-porous carbon composite (SPC). The temperature rising rate at each heat treatment was 5 ° C./min.

SPC、導電剤としてのアセチレンブラック(AB)、及びバインダーとしてのポリフッ化ビニリデン(PVDF)を質量比85:5:10で秤量し、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)を分散媒として用いて混合し、正極合材のスラリーを得た。この正極合材スラリーを正極基材としてのカーボンペーパーに塗工し、乾燥させた。これにより、単位面積あたりの硫黄の含有量が0.78mg/cmの正極活物質層が形成されたシート状の正極を得た。なお、正極において上記正極合材スラリーを塗工した面積(正極面積)は、1.13cmであった。 SPC, acetylene black (AB) as a conductive agent, and polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder are weighed at a mass ratio of 85: 5: 10, and N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) is used as a dispersion medium It mixed, and obtained the slurry of positive mix. The positive electrode mixture slurry was applied to carbon paper as a positive electrode substrate and dried. Thus, a sheet-like positive electrode was obtained in which a positive electrode active material layer having a sulfur content per unit area of 0.78 mg / cm 2 was formed. In addition, the area (positive electrode area) which coated the said positive electrode compound material slurry in the positive electrode was 1.13 cm < 2 >.

一方、負極として、シート状の金属リチウムを用意した。また、セパレータとして、ポリエチレン製微多孔膜を用意した。得られた正極、負極、セパレータ及び比較例1の非水電解質を用いて、比較例3の非水電解質蓄電素子としての二次電池を得た。   On the other hand, sheet-like metal lithium was prepared as a negative electrode. In addition, a polyethylene microporous film was prepared as a separator. Using the obtained positive electrode, the negative electrode, the separator, and the nonaqueous electrolyte of Comparative Example 1, a secondary battery as a nonaqueous electrolyte storage element of Comparative Example 3 was obtained.

[比較例4〜6、実施例5〜7、参考例1〜9]
用いた非水電解質、及び正極における単位面積あたりの硫黄の含有量を表2に示すとおりにしたこと以外は、比較例3と同様にして、比較例4〜6、実施例5〜7、及び参考例1〜9の各二次電池を得た。硫黄の含有量の調整は、上記SPCを含む正極合材スラリーの塗工量を調整することにより行った。また、表2には、各二次電池における硫黄の含有量及び硫黄の理論容量に基づく理論容量密度をあわせて示す。理論容量密度は、硫黄の理論容量を1675mAh/gとして算出した。
[Comparative Examples 4 to 6, Examples 5 to 7, Reference Examples 1 to 9]
Comparative Examples 4 to 6, Examples 5 to 7 and Comparative Examples 3 and 4 except that the content of sulfur per unit area in the non-aqueous electrolyte used and the positive electrode was as shown in Table 2. The respective secondary batteries of Reference Examples 1 to 9 were obtained. The adjustment of the sulfur content was performed by adjusting the coating amount of the positive electrode mixture slurry containing the SPC. Table 2 also shows the sulfur content in each secondary battery and the theoretical capacity density based on the theoretical capacity of sulfur. The theoretical capacity density was calculated based on the theoretical capacity of sulfur being 1675 mAh / g.

[評価]
得られた各二次電池について、25℃に設定した恒温槽内で充放電試験を行った。充電は定電流(CC)充電とし、放電は定電流(CC)放電とした。充電及び放電の定電流値は、0.1Cで行った。充電上限電圧及び放電終止電圧はそれぞれ3.0V及び1.0Vとした。各二次電池における放電容量の測定値を「実容量」として表2に示す。また、実容量及び正極面積から求めた正極の単位面積あたりの放電容量を「実測容量密度」として求め、「理論容量密度」に対する「実測容量密度」の比を「硫黄利用率」として求めた。「実測容量密度」及び「硫黄利用率」を表2に示す。
[Evaluation]
About each obtained secondary battery, the charging / discharging test was done in the thermostat set to 25 degreeC. The charge was constant current (CC) charge, and the discharge was constant current (CC) discharge. The constant current values for charge and discharge were 0.1 C. The charge upper limit voltage and the discharge end voltage were 3.0 V and 1.0 V, respectively. The measured value of the discharge capacity in each secondary battery is shown in Table 2 as "actual capacity". In addition, the discharge capacity per unit area of the positive electrode determined from the actual capacity and the area of the positive electrode was determined as "measured capacity density", and the ratio of "measured capacity density" to "theoretical capacity density" was determined as "sulfur utilization rate". The "measured capacity density" and the "sulfur utilization rate" are shown in Table 2.

Figure 2019046759
Figure 2019046759

表2の結果から、実施例1〜4の非水電解質は、所定量の硫黄を含む正極と組み合わせて用いることにより、その硫黄の利用率を高め、二次電池の容量密度(実測容量密度)を高めることができることがわかる。また、実施例5〜7の二次電池は、3mAh/cmを超える高い容量密度を有することがわかる。具体的には、各比較例、実施例及び参考例から、以下のことがわかる。 From the results of Table 2, by using the non-aqueous electrolyte of Examples 1 to 4 in combination with the positive electrode containing a predetermined amount of sulfur, the utilization rate of the sulfur is enhanced, and the capacity density of the secondary battery (measured capacity density) It can be seen that it can enhance the Moreover, it turns out that the secondary battery of Examples 5-7 has a high capacity density over 3 mAh / cm < 2 >. Specifically, the following can be understood from each Comparative Example, Example, and Reference Example.

まず、比較例3〜6に示されるように、フッ素化エーテルの希釈量が4倍である場合、二次電池の実測容量密度は、約0.9mAh/cm以下と低い。さらに、比較例3と比較例4との対比、及び比較例5と比較例6との対比からわかるように、正極における硫黄の含有量を増やす、すなわち硫黄を厚塗りすると硫黄の利用率が大きく低下し、その結果、実測容量密度及び実容量が逆に低下している。 First, as shown in Comparative Examples 3 to 6, when the diluted amount of fluorinated ether is 4 times, the measured capacity density of the secondary battery is as low as about 0.9 mAh / cm 2 or less. Furthermore, as can be seen from the comparison between Comparative Example 3 and Comparative Example 4 and the comparison between Comparative Example 5 and Comparative Example 6, the sulfur content in the positive electrode is increased, that is, the sulfur utilization rate is large when sulfur is thickly coated As a result, the measured capacity density and the actual capacity are conversely reduced.

これに対し、比較例4及び実施例5、6の対比からわかるように、低粘度のTFEEによる希釈量を5倍超に増やしていくと、正極における硫黄の含有量が多いにもかかわらず、硫黄の利用率が高まっている。また、実施例7等から、TFEEで5倍超に希釈した非水電解質を用いた場合、硫黄の含有量を4mg/cm超にまで厚塗りしても、高い硫黄利用率が維持されることが示されている。このため、実施例5〜7の各二次電池は、硫黄の含有量の多さと利用率の高さとの相乗効果により、実測容量密度及び実容量が顕著に増加している。なお、比較例3及び参考例1、2の対比からわかるように、正極の硫黄の含有量が少ない場合、TFEEによる希釈量を5倍超に増やしても、硫黄の利用率は頭打ちである。粘度の低いTFEEにより5倍超に希釈した非水電解質を用いた場合、正極における単位面積あたりの硫黄の含有量を2mg/cm以上5mg/cm以下とすることで、高い容量密度が発揮されることがわかる(実施例5〜7)。 On the other hand, as can be seen from the comparison of Comparative Example 4 and Examples 5 and 6, when the dilution amount with low viscosity TFEE is increased to more than 5 times, the content of sulfur in the positive electrode is high. Sulfur utilization is increasing. Also, from Example 7 etc., when a non-aqueous electrolyte diluted more than 5 times with TFEE is used, high sulfur utilization is maintained even if the sulfur content is thickly applied to more than 4 mg / cm 2 It is shown. For this reason, in each of the secondary batteries of Examples 5 to 7, the measured capacity density and the actual capacity are significantly increased due to the synergistic effect of the high sulfur content and the high utilization rate. As can be seen from the comparison of Comparative Example 3 and Reference Examples 1 and 2, when the content of sulfur in the positive electrode is small, the utilization of sulfur reaches a plateau even if the dilution amount with TFEE is increased to more than 5 times. When a non-aqueous electrolyte diluted by more than 5 times with low viscosity TFEE is used, high capacity density is exhibited by setting the content of sulfur per unit area in the positive electrode to 2 mg / cm 2 or more and 5 mg / cm 2 or less It can be seen that (Examples 5 to 7).

一方、比較例5及び参考例4、5の対比からわかるように、比較的粘度の高いHFEによって希釈量を5倍超に増やしていくと、硫黄の含有量が少ない正極を用いた場合に、硫黄の利用率が高まることがわかる。なお、比較例6及び参考例7、8の対比からわかるように、正極の硫黄の含有量が多い場合、HFEによる希釈量を5倍超に増やしていっても、硫黄の利用率は改善されないことがわかる。   On the other hand, as can be seen from the comparison of Comparative Example 5 and Reference Examples 4 and 5, when the dilution amount is increased to more than 5 times with HFE having a relatively high viscosity, when using a positive electrode with a low sulfur content, It can be seen that the utilization rate of sulfur is increased. As can be seen from the comparison of Comparative Example 6 and Reference Examples 7 and 8, when the content of sulfur in the positive electrode is high, the utilization of sulfur is not improved even if the amount of dilution with HFE is increased more than 5 times. I understand that.

本発明は、パーソナルコンピュータ、通信端末等の電子機器、自動車等の電源として使用される非水電解質蓄電素子に適用できる。   The present invention can be applied to non-aqueous electrolyte storage devices used as power supplies for personal computers, electronic devices such as communication terminals, etc., and automobiles.

1 非水電解質二次電池
2 電極体
3 電池容器
4 正極端子
4’ 正極リード
5 負極端子
5’ 負極リード
20 蓄電ユニット
30 蓄電装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 non-aqueous electrolyte secondary battery 2 electrode body 3 battery container 4 positive electrode terminal 4 ′ positive electrode lead 5 negative electrode terminal 5 ′ negative electrode lead 20 storage unit 30 storage device

Claims (3)

リチウム塩、
4以上のエーテル結合を有するポリエーテル化合物、及び
フッ素化エーテル
を含有し、
上記ポリエーテル化合物に対する上記リチウム塩のモル比が1以上であり、
上記リチウム塩に対する上記フッ素化エーテルのモル比が5より大きい蓄電素子用の非水電解質。
Lithium salt,
It contains a polyether compound having 4 or more ether bonds, and a fluorinated ether,
The molar ratio of the lithium salt to the polyether compound is 1 or more,
Nonaqueous electrolyte for a storage element, wherein the molar ratio of the fluorinated ether to the lithium salt is greater than 5.
上記フッ素化エーテルの25℃における粘度が、1mPa・s未満である請求項1の非水電解質。   The non-aqueous electrolyte according to claim 1, wherein the viscosity at 25 ° C of the fluorinated ether is less than 1 mPa · s. 硫黄を含む正極、及び
請求項2の非水電解質
を備え、
上記正極における単位面積あたりの硫黄の含有量が、2mg/cm以上5mg/cm以下である非水電解質蓄電素子。
A positive electrode containing sulfur, and the non-aqueous electrolyte according to claim 2.
The content of sulfur per unit area in the positive electrode, 2 mg / cm 2 or more 5 mg / cm 2 or less is the non-aqueous electrolyte energy storage device.
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