JP2019145343A - Nonaqueous electrolyte, nonaqueous electrolyte power storage element, and method for manufacturing nonaqueous electrolyte power storage element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、非水電解質、非水電解質蓄電素子及び非水電解質蓄電素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a non-aqueous electrolyte, a non-aqueous electrolyte storage element, and a method for manufacturing 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。 Nonaqueous electrolyte secondary batteries typified by lithium ion secondary batteries are widely used in electronic devices such as personal computers and communication terminals, automobiles and the like because of their high energy density. The nonaqueous electrolyte secondary battery generally has a pair of electrodes electrically isolated by a separator and a nonaqueous electrolyte interposed between the electrodes, and transfers ions between the electrodes. It is comprised so that it may charge / discharge. In addition, capacitors such as lithium ion capacitors and electric double layer capacitors are widely used as nonaqueous electrolyte storage elements other than nonaqueous electrolyte secondary batteries.
一般的に、上記非水電解質蓄電素子の非水電解質は、非水溶媒と、この非水溶媒に溶解する電解質塩とを含む。この非水電解質においては、性能改善のために、各種添加剤や溶媒が選択されて用いられている。例えば、フッ素化エチレンカーボネート等のフッ素化環状カーボネートを含有する非水電解質を用いた二次電池が知られている(特許文献1、2参照)。 Generally, the nonaqueous electrolyte of the nonaqueous electrolyte electricity storage element includes a nonaqueous solvent and an electrolyte salt that dissolves in the nonaqueous solvent. In this non-aqueous electrolyte, various additives and solvents are selected and used for performance improvement. For example, a secondary battery using a nonaqueous electrolyte containing a fluorinated cyclic carbonate such as fluorinated ethylene carbonate is known (see Patent Documents 1 and 2).
上記のようなフッ素化環状カーボネートを含有する非水電解質を用いた蓄電素子は、高温環境下(例えば、45℃)での高電圧(例えば、充電終止時の正極電位として4.4V(vs.Li/Li+))の充放電サイクルにおける容量維持率が改善される。しかし、フッ素化環状カーボネートを含有する非水電解質を用いた蓄電素子は、高温環境下で保存した後の直流抵抗の増加率が高いという不都合を有する。 A storage element using a non-aqueous electrolyte containing a fluorinated cyclic carbonate as described above has a high voltage (for example, 4.4 V (vs. The capacity retention rate in the charge / discharge cycle of Li / Li + )) is improved. However, a power storage device using a non-aqueous electrolyte containing a fluorinated cyclic carbonate has a disadvantage that the rate of increase in DC resistance after storage in a high temperature environment is high.
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、フッ素化環状カーボネートを含む非水電解質であって、非水電解質蓄電素子を高温環境下で保存した後の直流抵抗の増加率を低減できる非水電解質、並びにこのような非水電解質を備える非水電解質蓄電素子、及びその製造方法を提供することである。 The present invention has been made based on the circumstances as described above, and an object thereof is a nonaqueous electrolyte containing a fluorinated cyclic carbonate, and a direct current after storing the nonaqueous electrolyte storage element in a high temperature environment. A non-aqueous electrolyte capable of reducing the rate of increase in resistance, a non-aqueous electrolyte electricity storage device including such a non-aqueous electrolyte, and a method for manufacturing the same.
上記課題を解決するためになされた本発明の一態様は、フッ素化環状カーボネート及び環状ホウ素化合物を含有し、上記環状ホウ素化合物が、六員環構造を有するホウ素化合物、又は五員環構造を有し、1のホウ素原子に結合する、電気陰性度が酸素原子の電気陰性度以上である原子の数が2以下であるホウ素化合物である蓄電素子用の非水電解質である。 One embodiment of the present invention made to solve the above problems includes a fluorinated cyclic carbonate and a cyclic boron compound, and the cyclic boron compound has a boron compound having a six-membered ring structure or a five-membered ring structure. And a non-aqueous electrolyte for a power storage element, which is a boron compound having two or less atoms having an electronegativity equal to or greater than the electronegativity of an oxygen atom, bonded to one boron atom.
本発明の他の一態様は、当該非水電解質を備える非水電解質蓄電素子である。 Another embodiment of the present invention is a nonaqueous electrolyte storage element including the nonaqueous electrolyte.
本発明の他の一態様は、当該非水電解質を容器に注入することを備える非水電解質蓄電素子の製造方法である。 Another aspect of the present invention is a method for manufacturing a nonaqueous electrolyte storage element comprising injecting the nonaqueous electrolyte into a container.
本発明によれば、フッ素化環状カーボネートを含む非水電解質であって、非水電解質蓄電素子を高温環境下で保存した後の直流抵抗の増加率を低減できる非水電解質、並びにこのような非水電解質を備える非水電解質蓄電素子、及びその製造方法を提供することができる。 According to the present invention, a nonaqueous electrolyte containing a fluorinated cyclic carbonate, which can reduce the rate of increase in DC resistance after storing the nonaqueous electrolyte storage element in a high-temperature environment, and such a nonaqueous electrolyte A non-aqueous electrolyte electricity storage device including a water electrolyte and a method for producing the same can be provided.
本発明の一態様に係る非水電解質は、フッ素化環状カーボネート及び環状ホウ素化合物を含有し、上記環状ホウ素化合物が、六員環構造を有するホウ素化合物(a)、又は五員環構造を有し、1のホウ素原子に結合する、電気陰性度が酸素原子の電気陰性度以上である原子の数が2以下であるホウ素化合物(b)である蓄電素子用の非水電解質である。 The nonaqueous electrolyte according to one embodiment of the present invention contains a fluorinated cyclic carbonate and a cyclic boron compound, and the cyclic boron compound has a boron compound (a) having a six-membered ring structure or a five-membered ring structure. 1 is a non-aqueous electrolyte for a storage element, which is a boron compound (b) having two or less atoms having an electronegativity of not less than the electronegativity of an oxygen atom and bonded to one boron atom.
当該非水電解質は、フッ素化環状カーボネートを含む非水電解質でありながら、非水電解質蓄電素子を高温環境下で保存した後の直流抵抗の増加率を低減することができる。この理由は定かでは無いが、以下の理由が推測される。当該非水電解質に含有される環状ホウ素化合物は、六員環又は五員環構造を有する。環状ホウ素化合物がこのような環状構造を有することで、環状構造の分解に伴う重合等の反応による電極表面への皮膜形成が進行しやすい。なお、上記環状ホウ素化合物が五員環構造を有する場合、六員環構造を有するものと比べて安定性が低い。このような五員環構造を有する環状ホウ素化合物において、1のホウ素原子に結合する、電気陰性度が酸素原子の電気陰性度以上である原子の数が2より多い場合、このホウ素原子が大きく電子求引された状態となるため、より不安定になる。このような安定性の低い環状ホウ素化合物の場合、過剰に皮膜が形成されると推測される。すなわち、当該非水電解質においては、六員環構造を有するホウ素化合物(a)、又は五員環構造を有し、かつ特定の構造を有するホウ素化合物(b)により、電極表面に皮膜が適度に形成され、この皮膜により、非水電解質蓄電素子を高温環境下で保存した後の直流抵抗の増加率が低くなるものと推測される。また、当該非水電解質はフッ素化環状カーボネートを含有するため、当該非水電解質を用いることで、非水電解質蓄電素子の高温環境下での高電圧の充放電サイクルにおける容量維持率が高くなる。上記環状ホウ素化合物は、フッ素化環状カーボネートが容量維持率を改善する作用を阻害し難いと推測される。 Although the non-aqueous electrolyte is a non-aqueous electrolyte containing a fluorinated cyclic carbonate, it can reduce the rate of increase in DC resistance after storing the non-aqueous electrolyte storage element in a high temperature environment. Although this reason is not certain, the following reason is guessed. The cyclic boron compound contained in the nonaqueous electrolyte has a six-membered ring or a five-membered ring structure. When the cyclic boron compound has such a cyclic structure, film formation on the electrode surface is likely to proceed by a reaction such as polymerization accompanying decomposition of the cyclic structure. In addition, when the said cyclic boron compound has a five-membered ring structure, stability is low compared with what has a six-membered ring structure. In such a cyclic boron compound having a five-membered ring structure, when the number of atoms bonded to one boron atom and having an electronegativity equal to or greater than the electronegativity of an oxygen atom is more than 2, the boron atom is large and has an electron. It becomes more unstable because it is in a solicited state. In the case of such a low stability cyclic boron compound, it is presumed that an excessive film is formed. That is, in the non-aqueous electrolyte, the boron compound (a) having a six-membered ring structure or the boron compound (b) having a five-membered ring structure and a specific structure causes a film to be appropriately formed on the electrode surface. It is presumed that the rate of increase in DC resistance after the nonaqueous electrolyte storage element is stored in a high-temperature environment is reduced by this film formed. Moreover, since the non-aqueous electrolyte contains a fluorinated cyclic carbonate, the capacity retention rate in a high-voltage charge / discharge cycle in a high-temperature environment of the non-aqueous electrolyte storage element is increased by using the non-aqueous electrolyte. The cyclic boron compound is presumed to be difficult to inhibit the action of the fluorinated cyclic carbonate to improve the capacity retention rate.
なお、電気陰性度は、オールレッド・ロコウの電気陰性度によるものとする。 The electronegativity is based on the electronegativity of all red locomotive.
上記環状ホウ素化合物が有する1の環構造に含まれるホウ素原子の数が1以下であることが好ましい。このような場合、非水電解質蓄電素子を高温環境下で保存した後の直流抵抗の増加率をより低くすることができる。この理由も定かではないが、上記環状ホウ素化合物がこのような環構造を有する場合、環構造の安定性、すなわち反応性がより適度な状態となり、形成される皮膜の状態が好適化されるためと推測される。 It is preferable that the number of boron atoms contained in one ring structure of the cyclic boron compound is 1 or less. In such a case, the rate of increase in DC resistance after storing the nonaqueous electrolyte storage element in a high temperature environment can be further reduced. The reason for this is not clear, but when the cyclic boron compound has such a ring structure, the stability of the ring structure, that is, the reactivity is more appropriate, and the state of the film to be formed is optimized. It is guessed.
上記環状ホウ素化合物が有する環構造が、ホウ素原子、及びこのホウ素原子に結合する2の酸素原子を含むことが好ましい。このような場合、非水電解質蓄電素子を高温環境下で保存した後の直流抵抗の増加率をより低くすることができる。この理由も定かではないが、上記環状ホウ素化合物がこのような環構造を有する場合、環構造の安定性、すなわち反応性がより適度な状態となり、形成される皮膜の状態が好適化されるためと推測される。 The ring structure of the cyclic boron compound preferably contains a boron atom and two oxygen atoms bonded to the boron atom. In such a case, the rate of increase in DC resistance after storing the nonaqueous electrolyte storage element in a high temperature environment can be further reduced. The reason for this is not clear, but when the cyclic boron compound has such a ring structure, the stability of the ring structure, that is, the reactivity is more appropriate, and the state of the film to be formed is optimized. It is guessed.
本発明の一実施形態に係る非水電解質蓄電素子は、非水電解質を備える非水電解質蓄電素子(以下、単に「蓄電素子」ともいう。)である。当該蓄電素子は、高温環境下での高電圧の充放電サイクルにおける容量維持率が高く、かつ、高温環境下で保存した後の直流抵抗の増加率が低い。 A nonaqueous electrolyte storage element according to an embodiment of the present invention is a nonaqueous electrolyte storage element (hereinafter, also simply referred to as “storage element”) including a nonaqueous electrolyte. The power storage element has a high capacity retention rate in a high-voltage charge / discharge cycle under a high temperature environment and a low increase rate of DC resistance after storage in a high temperature environment.
当該蓄電素子における通常使用時の充電終止電圧における正極電位が、4.4V(vs.Li/Li+)以上であることが好ましい。当該蓄電素子は、高温環境下での高電圧での充放電サイクルにおける容量維持率が高いため、このように通常使用時の充電終止電圧における正極電位が比較的高い充電条件で用いられる蓄電素子である場合に、この効果を特に十分に発揮することができる。ここで、通常使用時とは、当該蓄電素子について推奨され、又は指定される充電条件を採用して当該蓄電素子を使用する場合であり、当該蓄電素子のための充電器が用意されている場合は、その充電器を適用して当該蓄電素子を使用する場合をいう。なお、例えば、黒鉛を負極活物質とする蓄電素子では、設計にもよるが、充電終止電圧が5.0Vのとき、正極電位は約5.1V(vs.Li/Li+)である。 The positive electrode potential at the end-of-charge voltage during normal use of the power storage element is preferably 4.4 V (vs. Li / Li + ) or higher. Since the storage element has a high capacity retention rate in a charge / discharge cycle at a high voltage under a high temperature environment, the storage element is used in a charge condition in which the positive electrode potential at the end-of-charge voltage during normal use is relatively high. In some cases, this effect can be exerted particularly well. Here, the normal use is a case where the power storage element is used under the recommended or specified charging conditions for the power storage element, and a charger for the power storage element is prepared Refers to the case where the battery element is used and the power storage element is used. Note that, for example, in a power storage element using graphite as a negative electrode active material, the positive electrode potential is about 5.1 V (vs. Li / Li + ) when the charge end voltage is 5.0 V, depending on the design.
本発明の一実施形態に係る非水電解質蓄電素子の製造方法は、当該非水電解質を容器に注入することを備える非水電解質蓄電素子の製造方法である。 The manufacturing method of the nonaqueous electrolyte electrical storage element which concerns on one Embodiment of this invention is a manufacturing method of a nonaqueous electrolyte electrical storage element provided with inject | pouring the said nonaqueous electrolyte into a container.
当該製造方法によれば、高温環境下での高電圧の充放電サイクルにおける容量維持率が高く、かつ、高温環境下で保存した後の直流抵抗の増加率が低い非水電解質蓄電素子を製造することができる。 According to the manufacturing method, a non-aqueous electrolyte storage element having a high capacity retention rate in a high-voltage charge / discharge cycle under a high-temperature environment and a low increase rate of direct current resistance after storage under a high-temperature environment is manufactured. be able to.
以下、本発明の一実施形態に係る非水電解質、非水電解質蓄電素子、及び非水電解質蓄電素子の製造方法について詳説する。 Hereinafter, a nonaqueous electrolyte, a nonaqueous electrolyte storage element, and a method for manufacturing a nonaqueous electrolyte storage element according to an embodiment of the present invention will be described in detail.
<非水電解質>
本発明の一実施形態に係る非水電解質は、蓄電素子の非水電解質として用いられる。当該非水電解質は、フッ素化環状カーボネート及び環状ホウ素化合物を含有する。
<Nonaqueous electrolyte>
The non-aqueous electrolyte according to one embodiment of the present invention is used as a non-aqueous electrolyte for a power storage element. The non-aqueous electrolyte contains a fluorinated cyclic carbonate and a cyclic boron compound.
(フッ素化環状カーボネート)
上記フッ素化環状カーボネートは、当該非水電解質における非水溶媒である。フッ素化環状カーボネートとは、環状カーボネートが有する水素原子の一部又は全部がフッ素原子で置換された化合物をいう。
(Fluorinated cyclic carbonate)
The fluorinated cyclic carbonate is a nonaqueous solvent in the nonaqueous electrolyte. The fluorinated cyclic carbonate refers to a compound in which part or all of the hydrogen atoms of the cyclic carbonate are substituted with fluorine atoms.
上記フッ素化環状カーボネートとしては、フルオロエチレンカーボネート(FEC)、ジフルオロエチレンカーボネート、トリフルオロエチレンカーボネート、テトラフルオロエチレンカーボネート、(フルオロメチル)エチレンカーボネート、(ジフルオロメチル)エチレンカーボネート、(トリフルオロメチル)エチレンカーボネート、ビス(フルオロメチル)エチレンカーボネート、ビス(ジフルオロメチル)エチレンカーボネート、ビス(トリフルオロメチル)エチレンカーボネート、(フルオロエチル)エチレンカーボネート、(ジフルオロエチル)エチレンカーボネート、(トリフルオロエチル)エチレンカーボネート、4−フルオロ−4−メチルエチレンカーボネート、4,4−ジフルオロ−5−メチルエチレンカーボネート、4,5−ジフルオロ−4,5−ジメチルエチレンカーボネート等を挙げることができる。フッ素化環状カーボネートとしては、FECが好ましい。上記フッ素化環状カーボネートは、1種を単独で、又は2種以上を混合して用いることができる。
Examples of the fluorinated cyclic carbonate include fluoroethylene carbonate (FEC), difluoroethylene carbonate, trifluoroethylene carbonate, tetrafluoroethylene carbonate, (fluoromethyl) ethylene carbonate, (difluoromethyl) ethylene carbonate, and (trifluoromethyl) ethylene carbonate. Bis (fluoromethyl) ethylene carbonate, bis (difluoromethyl) ethylene carbonate, bis (trifluoromethyl) ethylene carbonate, (fluoroethyl) ethylene carbonate, (difluoroethyl) ethylene carbonate, (trifluoroethyl) ethylene carbonate, 4- Fluoro-4-methylethylene carbonate, 4,4-difluoro-5-
上記非水電解質の非水溶媒に占めるフッ素化環状カーボネートの含有量の下限としては、1体積%が好ましく、3体積%がより好ましく、5体積%がさらに好ましい。フッ素化環状カーボネートの含有量を上記下限以上とすることで、蓄電素子の高温環境下での高電圧の充放電サイクルにおける容量維持率をより高めることができる。一方、この含有量の上限としては、例えば50体積%が好ましく、30体積%がより好ましく、20体積%がさらに好ましく、15体積%がよりさらに好ましい。フッ素化環状カーボネートの含有量を上記上限以下とすることで、非水電解質蓄電素子の充放電サイクル性能をより十分なものとすることができると共に、高価なフッ素化環状カーボネートの使用量を抑え、当該非水電解質自体のコストの上昇を抑えることもできる。 The lower limit of the content of the fluorinated cyclic carbonate in the nonaqueous solvent of the nonaqueous electrolyte is preferably 1% by volume, more preferably 3% by volume, and even more preferably 5% by volume. By setting the content of the fluorinated cyclic carbonate to be equal to or higher than the above lower limit, the capacity retention rate in a high-voltage charge / discharge cycle in a high-temperature environment of the energy storage device can be further increased. On the other hand, the upper limit of the content is preferably 50% by volume, more preferably 30% by volume, still more preferably 20% by volume, and still more preferably 15% by volume. By making the content of the fluorinated cyclic carbonate not more than the above upper limit, the charge / discharge cycle performance of the nonaqueous electrolyte electricity storage device can be made more sufficient, and the amount of expensive fluorinated cyclic carbonate used is suppressed, An increase in the cost of the nonaqueous electrolyte itself can also be suppressed.
(他の非水溶媒)
当該非水電解質は、上記フッ素化環状カーボネート以外の非水溶媒を含むことができる他の非水溶媒としては、一般的な蓄電素子用非水電解質の非水溶媒として通常用いられる公知の非水溶媒を用いることができる。上記非水溶媒としては、環状カーボネート、鎖状カーボネート、フッ素化鎖状カーボネート、エステル、エーテル、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。これらの中でも、環状カーボネート又は鎖状カーボネートを少なくとも用いることが好ましく、環状カーボネートと鎖状カーボネートとを併用することがより好ましい。
(Other non-aqueous solvents)
The non-aqueous electrolyte may include a non-aqueous solvent other than the fluorinated cyclic carbonate. As the other non-aqueous solvent, a known non-aqueous solvent that is usually used as a non-aqueous solvent for a general non-aqueous electrolyte for a storage element is used. A solvent can be used. Examples of the non-aqueous solvent include cyclic carbonate, chain carbonate, fluorinated chain carbonate, ester, ether, amide, sulfone, lactone, and nitrile. Among these, it is preferable to use at least cyclic carbonate or chain carbonate, and it is more preferable to use cyclic carbonate and chain carbonate in combination.
上記環状カーボネートとしては、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)、ビニレンカーボネート(VC)、ビニルエチレンカーボネート(VEC)、スチレンカーボネート、1−フェニルビニレンカーボネート、1,2−ジフェニルビニレンカーボネート等が挙げられる。環状カーボネートは、水素原子の一部又は全部がフッ素原子以外の原子又は置換基で置換されたものであってもよいが、置換されていないものが好ましい。環状カーボネートとしては、EC、PC及びBCが好ましく、PC及びBCがより好ましく、PCがさらに好ましい。 Examples of the cyclic carbonate include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), vinylene carbonate (VC), vinyl ethylene carbonate (VEC), styrene carbonate, 1-phenyl vinylene carbonate, 1,2- Examples thereof include diphenyl vinylene carbonate. The cyclic carbonate may be one in which some or all of the hydrogen atoms are substituted with atoms or substituents other than fluorine atoms, but those that are not substituted are preferred. As the cyclic carbonate, EC, PC and BC are preferable, PC and BC are more preferable, and PC is more preferable.
上記非水溶媒に占める環状カーボネートの含有量の下限としては、1体積%が好ましく、5体積%がより好ましい。一方、この含有量の上限としては、40体積%が好ましく、20体積%がより好ましい。 As a minimum of content of the cyclic carbonate which occupies for the above-mentioned nonaqueous solvent, 1 volume% is preferred and 5 volume% is more preferred. On the other hand, as an upper limit of this content, 40 volume% is preferable and 20 volume% is more preferable.
上記鎖状カーボネートとしては、ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジフェニルカーボネート等を挙げることができる。鎖状カーボネートは、水素原子の一部又は全部が他の原子又は置換基で置換されたものであってもよいが、置換されていないものが好ましい。鎖状カーボネートとしては、DEC、DMC及びEMCが好ましく、EMCがより好ましい。 Examples of the chain carbonate include diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC), and diphenyl carbonate. The chain carbonate may be one in which some or all of the hydrogen atoms are substituted with other atoms or substituents, but is preferably not substituted. As the chain carbonate, DEC, DMC and EMC are preferable, and EMC is more preferable.
上記非水溶媒に占める鎖状カーボネートの含有量の下限としては、50体積%が好ましく、70体積%がより好ましい。一方、この含有量の上限としては、95体積%が好ましく、90体積%がより好ましい。 As a minimum of content of the chain carbonate which occupies for the above-mentioned nonaqueous solvent, 50 volume% is preferred and 70 volume% is more preferred. On the other hand, as an upper limit of this content, 95 volume% is preferable and 90 volume% is more preferable.
上記非水溶媒におけるフッ素化環状カーボネート、環状カーボネート及び鎖状カーボネートの合計含有量の下限は、80体積%が好ましく、95体積%がより好ましく、99体積%がより好ましい。この合計含有量の上限は、100体積%であってよい。 The lower limit of the total content of the fluorinated cyclic carbonate, cyclic carbonate and chain carbonate in the non-aqueous solvent is preferably 80% by volume, more preferably 95% by volume, and more preferably 99% by volume. The upper limit of this total content may be 100% by volume.
上記非水溶媒の組成を上記のようにすることで、誘電率、粘度等が適度になることなどにより、蓄電素子の容量維持率等をさらに改善することなどができる。 By setting the composition of the non-aqueous solvent as described above, the capacity retention rate of the power storage element can be further improved due to the appropriate dielectric constant, viscosity, and the like.
(環状ホウ素化合物)
上記環状ホウ素化合物は、六員環構造を有するホウ素化合物(a)、又は五員環構造を有するホウ素化合物(b)である。但し、五員環構造を有するホウ素化合物(b)においては、1のホウ素原子に結合する、電気陰性度が酸素原子の電気陰性度以上である原子の数が2以下である。ホウ素化合物(b)のホウ素原子に結合する原子としては、炭素、酸素及びホウ素を挙げることができる。ホウ素化合物(b)において、1のホウ素原子に結合する酸素は2以下であることが好ましく、2であることがより好ましい。
(Cyclic boron compound)
The cyclic boron compound is a boron compound (a) having a six-membered ring structure or a boron compound (b) having a five-membered ring structure. However, in the boron compound (b) having a five-membered ring structure, the number of atoms bonded to one boron atom and having an electronegativity equal to or higher than that of an oxygen atom is 2 or less. Examples of the atom bonded to the boron atom of the boron compound (b) include carbon, oxygen, and boron. In the boron compound (b), the number of oxygen bonded to one boron atom is preferably 2 or less, and more preferably 2.
環状ホウ素化合物とは、環構造を有し、かつホウ素原子を含む化合物である。上記環状ホウ素化合物において、ホウ素原子は、環構造に含まれていてもよいし、含まれていなくてもよいが、ホウ素原子は環構造に含まれていることが好ましい。上記環状ホウ素化合物のうち、環構造にホウ素原子が含まれない化合物としては、シクロヘキシルボロン酸、ホウ酸トリフェニルなどが挙げられる。上記環状ホウ素化合物が有する1の環構造に含まれるホウ素原子の数は、1以下であることが好ましく、1であることがより好ましい。 A cyclic boron compound is a compound having a ring structure and containing a boron atom. In the cyclic boron compound, the boron atom may or may not be contained in the ring structure, but the boron atom is preferably contained in the ring structure. Among the cyclic boron compounds, examples of the compound in which the ring structure does not contain a boron atom include cyclohexyl boronic acid and triphenyl borate. The number of boron atoms contained in one ring structure of the cyclic boron compound is preferably 1 or less, and more preferably 1.
上記環状ホウ素化合物が有する環構造は、ホウ素原子、及びこのホウ素原子に結合する2の酸素原子を含むことが好ましい。このような環構造を有する化合物としては、ホウ酸エステル、ボロン酸エステル及びジボロン酸エステルが挙げられる。また、このような好適な環状ホウ素化合物としては、下記式(1)又は式(2)で表される化合物を挙げることができる。 The ring structure of the cyclic boron compound preferably includes a boron atom and two oxygen atoms bonded to the boron atom. Examples of the compound having such a ring structure include boric acid esters, boronic acid esters, and diboronic acid esters. Moreover, as such a suitable cyclic boron compound, the compound represented by following formula (1) or formula (2) can be mentioned.
式(1)中、R1は、炭化水素基、アルコキシ基又は−B(ORa)2で表される基である。上記炭化水素基及びアルコキシ基が有する水素原子の一部又は全部は、上記−B(ORa)2で表される基で置換されていてもよい。Raは、それぞれ独立して、炭化水素基である。2つのRaは、互いに結合して、これらと連結する原子と共に、五員環又は六員環の環構造を形成してもよい。
R2〜R7は、それぞれ独立して、水素原子又はアルキル基である。
式(2)中、R8は、炭化水素基又は−B(ORb)2で表される基である。上記炭化水素基が有する水素原子の一部又は全部は、上記−B(ORb)2で表される基で置換されていてもよい。Rbは、それぞれ独立して、炭化水素基である。2つのRbは、互いに結合して、これらと連結する原子と共に、五員環又は六員環の環構造を形成してもよい。
R9〜R12は、それぞれ独立して、水素原子又はアルキル基である。
In formula (1), R 1 is a hydrocarbon group, an alkoxy group or a group represented by —B (OR a ) 2 . Part or all of the hydrogen atoms of the hydrocarbon group and the alkoxy group may be substituted with a group represented by the above -B (OR a ) 2 . Each R a is independently a hydrocarbon group. Two R a may be bonded to each other to form a five-membered or six-membered ring structure together with atoms linked to these.
R 2 to R 7 are each independently a hydrogen atom or an alkyl group.
In formula (2), R 8 is a hydrocarbon group or a group represented by —B (OR b ) 2 . Part or all of the hydrogen atoms of the hydrocarbon group may be substituted with a group represented by the above -B (OR b ) 2 . Each R b is independently a hydrocarbon group. Two R b s may be bonded to each other to form a five-membered or six-membered ring structure together with the atoms connected to them.
R 9 to R 12 are each independently a hydrogen atom or an alkyl group.
(上記式(1)で表される化合物)
上記式(1)で表される化合物は、六員環構造を有するホウ素化合物(a)の好ましい形態である。上記式(1)におけるR1が炭化水素基の場合、この化合物はボロン酸エステルである。R1がアルコキシ基の場合、この化合物はホウ酸エステルである。R1が−B(ORa)2で表される基である場合、この化合物はジボロン酸エステルである。
(Compound represented by the above formula (1))
The compound represented by the above formula (1) is a preferred form of the boron compound (a) having a six-membered ring structure. When R 1 in the above formula (1) is a hydrocarbon group, this compound is a boronic ester. When R 1 is an alkoxy group, this compound is a borate ester. When R 1 is a group represented by —B (OR a ) 2 , this compound is a diboronic acid ester.
上記R1における炭化水素基としては、
メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、プロピル基、ブチル基等のアルキル基、
エテニル基、プロペニル基、ブテニル基等のアルケニル基、
エチニル基、プロピニル基、ブチニル基等のアルキニル基などの1価の脂肪族鎖状炭化水素基;
シクロヘキシル基等のシクロアルキル基、
シクロヘキセニル基等のシクロアルケニル基などの1価の脂環式炭化水素基;及び
フェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、ベンジル等の1価の芳香族炭化水素基を挙げることができる。
As the hydrocarbon group for R 1 ,
Alkyl groups such as methyl, ethyl, propyl, butyl, propyl, butyl,
Alkenyl groups such as ethenyl group, propenyl group, butenyl group,
Monovalent aliphatic chain hydrocarbon group such as alkynyl group such as ethynyl group, propynyl group, butynyl group;
A cycloalkyl group such as a cyclohexyl group,
And monovalent alicyclic hydrocarbon groups such as cycloalkenyl groups such as cyclohexenyl groups; and monovalent aromatic hydrocarbon groups such as phenyl groups, naphthyl groups, biphenyl groups, and benzyl.
上記炭化水素基の炭素数の上限としては、例えば12であり、6が好ましく、3がより好ましい。この炭素数の下限は1である。 As an upper limit of the carbon number of the said hydrocarbon group, it is 12, for example, 6 is preferable and 3 is more preferable. The lower limit of this carbon number is 1.
上記R1におけるアルコキシ基は、炭化水素基が酸素原子に結合した構造を有する。このアルコキシ基が有する炭化水素基としては、R1における炭化水素基として上述したものを挙げることができる。 The alkoxy group in R 1 has a structure in which a hydrocarbon group is bonded to an oxygen atom. Examples of the hydrocarbon group possessed by the alkoxy group include those described above as the hydrocarbon group for R 1 .
上記Raにおける炭化水素基としては、R1における炭化水素基として上述したものを挙げることができる。 Examples of the hydrocarbon group for R a include those described above as the hydrocarbon group for R 1 .
上記−B(ORa)2で表される基において、2つのRaが、互いに結合して、これらと連結する原子と共に、五員環又は六員環の環構造を形成した基としては、下記式(3)で表される基を挙げることができる。 In the group represented by -B (OR a ) 2 above, as the group in which two R a are bonded to each other and together with the atoms linked to these, a 5-membered or 6-membered ring structure is formed, A group represented by the following formula (3) can be exemplified.
式(3)中、R13〜R18は、それぞれ独立して、水素原子又はアルキル基である。nは、0又は1である。*は、結合箇所を示す。 In formula (3), R < 13 > -R < 18 > is a hydrogen atom or an alkyl group each independently. n is 0 or 1. * Indicates a bonding point.
上記R13〜R18におけるアルキル基としては、R1におけるアルキル基として上述したものを挙げることができる。 As an alkyl group in said R < 13 > -R < 18 >, what was mentioned above as an alkyl group in R < 1 > can be mentioned.
上記R1としては、アルコキシ基及び−B(ORa)2で表される基が好ましい。アルコキシ基としては、アルキル基が酸素原子に結合した構造を有する基が好ましい。このアルキル基の炭素数の上限としては、6が好ましく、3がより好ましい。上記アルコキシ基の中でも、メトキシ基、エトキシ基及びプロポキシ基が好ましく、エトキシ基がより好ましい。−B(ORa)2で表される基の中では、上記式(3)で表される基が好ましい。このとき、式(3)のR13〜R18としては、水素原子及び炭素数1〜3のアルキル基が好ましい。また、R13、R14、R17及びR18のうちの少なくとも1つが、アルキル基であることが好ましい。nは、1であることが好ましい。 As said R < 1 >, the group represented by an alkoxy group and -B (OR <a> ) 2 is preferable. As the alkoxy group, a group having a structure in which an alkyl group is bonded to an oxygen atom is preferable. As an upper limit of the carbon number of this alkyl group, 6 is preferable and 3 is more preferable. Among the alkoxy groups, a methoxy group, an ethoxy group, and a propoxy group are preferable, and an ethoxy group is more preferable. Of the groups represented by —B (OR a ) 2 , the group represented by the above formula (3) is preferable. At this time, as R < 13 > -R < 18 > of Formula (3), a hydrogen atom and a C1-C3 alkyl group are preferable. Moreover, it is preferable that at least one of R 13 , R 14 , R 17 and R 18 is an alkyl group. n is preferably 1.
上記R2〜R7としては、水素原子及び炭素数1〜3のアルキル基が好ましく、水素原子及びメチル基がより好ましい。また、R2、R3、R6及びR7のうちの少なくとも1つが、アルキル基であることが好ましい。 Examples of the R 2 to R 7, preferably an alkyl group having a hydrogen atom and 1 to 3 carbon atoms, more preferably a hydrogen atom or a methyl group. Moreover, it is preferable that at least one of R 2 , R 3 , R 6 and R 7 is an alkyl group.
(上記式(2)で表される化合物)
上記式(2)で表される化合物は、五員環構造を有するホウ素化合物(b)の好ましい形態である。上記式(2)におけるR8が炭化水素基の場合、この化合物はボロン酸エステルである。R8が−B(ORb)2で表される基である場合、この化合物はジボロン酸エステルである。
(Compound represented by the above formula (2))
The compound represented by the above formula (2) is a preferred form of the boron compound (b) having a five-membered ring structure. When R 8 in the above formula (2) is a hydrocarbon group, this compound is a boronic ester. When R 8 is a group represented by —B (OR b ) 2 , this compound is a diboronic acid ester.
上記R8及びRbにおける炭化水素基としては、R1における炭化水素基として上述したものを挙げることができる。 Examples of the hydrocarbon group in R 8 and R b include those described above as the hydrocarbon group in R 1 .
上記−B(ORb)2で表される基において、2つのRbが、互いに結合して、これらと連結する原子と共に、五員環又は六員環の環構造を形成した基としては、上記式(3)で表される基を挙げることができる。 In the group represented by -B (OR b ) 2 above, as the group in which two R b are bonded to each other and together with the atoms linked to these, a 5-membered ring structure or a 6-membered ring structure is formed, A group represented by the above formula (3) can be exemplified.
上記R8で表される炭化水素基の炭素数の上限としては、6が好ましく、3がより好ましい。また、この炭化水素基としては、アルキル基が好ましく、メチル基、エチル基及びプロピル基が好ましく、エチル基がより好ましい。−B(ORb)2で表される基の中では、上記式(3)で表される基が好ましい。このとき、式(3)のR13〜R18としては、水素原子及び炭素数1〜3のアルキル基が好ましい。また、R13、R14、R17及びR18のうちの少なくとも1つが、アルキル基であることが好ましく、これらの全てがアルキル基であることがより好ましい。nは、0であることが好ましい。 Above the upper limit of the carbon number of the hydrocarbon group represented by R 8 is preferably 6, 3 is more preferable. Moreover, as this hydrocarbon group, an alkyl group is preferable, a methyl group, an ethyl group, and a propyl group are preferable, and an ethyl group is more preferable. Of the groups represented by —B (OR b ) 2 , the group represented by the above formula (3) is preferable. At this time, as R < 13 > -R < 18 > of Formula (3), a hydrogen atom and a C1-C3 alkyl group are preferable. Moreover, it is preferable that at least one of R 13 , R 14 , R 17 and R 18 is an alkyl group, and it is more preferable that all of these are alkyl groups. n is preferably 0.
上記R9〜R12としては、水素原子及び炭素数1〜3のアルキル基が好ましく、炭素数1〜3のアルキル基がより好ましく、メチル基がさらに好ましい。 Examples of the R 9 to R 12, preferably an alkyl group having a hydrogen atom and 1 to 3 carbon atoms, more preferably an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, more preferably methyl group.
当該非水電解質における上記環状ホウ素化合物の含有量の下限としては、0.01質量%が好ましく、0.05質量%がより好ましく、0.1質量%がさらに好ましく、0.3質量%がよりさらに好ましく、0.7質量%がよりさらに好ましいこともある。環状ホウ素化合物の含有量を上記下限以上とすることで、蓄電素子を高温環境下で保存した後の直流抵抗の増加率をより低くすることができる。一方、この含有量の上限としては、5質量%が好ましく、3質量%がより好ましく、2質量%がさらに好ましく、1質量%がよりさらに好ましく、0.8質量%が特に好ましいことがある。環状ホウ素化合物の含有量を上記上限以下とすることで、蓄電素子の高温環境下での高電圧の充放電サイクルにおける容量維持率がより高まる傾向にある。 The lower limit of the content of the cyclic boron compound in the non-aqueous electrolyte is preferably 0.01% by mass, more preferably 0.05% by mass, further preferably 0.1% by mass, and more preferably 0.3% by mass. More preferably, 0.7% by mass may be even more preferable. By making content of a cyclic boron compound more than the said minimum, the increase rate of direct-current resistance after preserve | saving an electrical storage element in a high temperature environment can be made lower. On the other hand, the upper limit of the content is preferably 5% by mass, more preferably 3% by mass, further preferably 2% by mass, still more preferably 1% by mass, and particularly preferably 0.8% by mass. By setting the content of the cyclic boron compound to be equal to or lower than the above upper limit, the capacity retention rate in a high-voltage charge / discharge cycle in a high-temperature environment of the power storage element tends to be further increased.
(電解質塩)
当該非水電解質は、通常、非水溶媒に溶解している電解質塩を含有する。上記電解質塩としては、リチウム塩、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が、リチウム塩が好ましい。上記リチウム塩としては、LiPF6、LiPO2F2、LiBF4、LiPF2(C2O4)2、LiClO4、LiN(SO2F)2等の無機リチウム塩、LiSO3CF3、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2、LiN(SO2CF3)(SO2C4F9)、LiC(SO2CF3)3、LiC(SO2C2F5)3等のフッ化炭化水素基を有するリチウム塩などを挙げることができる。
(Electrolyte salt)
The non-aqueous electrolyte usually contains an electrolyte salt dissolved in a non-aqueous solvent. Examples of the electrolyte salt include lithium salt, sodium salt, potassium salt, magnesium salt, onium salt, and the like, and lithium salt is preferable. Examples of the lithium salt include inorganic lithium salts such as LiPF 6 , LiPO 2 F 2 , LiBF 4 , LiPF 2 (C 2 O 4 ) 2 , LiClO 4 , LiN (SO 2 F) 2 , LiSO 3 CF 3 , LiN ( SO 2 CF 3) 2, LiN (SO 2 C 2 F 5) 2, LiN (SO 2 CF 3) (SO 2 C 4 F 9), LiC (SO 2 CF 3) 3, LiC (SO 2 C 2 F 5 ) A lithium salt having a fluorinated hydrocarbon group such as 3 can be mentioned.
上記リチウム塩の中でも、無機リチウム塩が好ましく、LiPF6がより好ましい。 Among the lithium salts, inorganic lithium salts are preferable, and LiPF 6 is more preferable.
当該非水電解質における上記電解質塩の含有量の下限としては、0.1mol/dm3が好ましく、0.3mol/dm3がより好ましく、0.5mol/dm3がさらに好ましく、0.8mol/dm3が特に好ましい。一方、この上限としては、特に限定されないが、2.5mol/dm3が好ましく、2mol/dm3がより好ましく、1.5mol/dm3がさらに好ましい。 The lower limit of the content of the electrolyte salt in the nonaqueous electrolyte is preferably 0.1 mol / dm 3, more preferably 0.3 mol / dm 3, more preferably 0.5mol / dm 3, 0.8mol / dm 3 is particularly preferred. On the other hand, the upper limit is not particularly limited, but is preferably 2.5 mol / dm 3, more preferably 2 mol / dm 3, more preferably 1.5 mol / dm 3.
当該非水電解質には、その他の添加剤が添加されていてもよい。但し、当該非水電解質における非水溶媒(フッ素化環状カーボネートを含む)、環状ホウ素化合物及び電解質塩以外の成分の含有量の上限としては、5質量%が好ましい場合があり、1質量%がより好ましい場合があり、0.1質量%がさらに好ましい場合がある。 Other additives may be added to the non-aqueous electrolyte. However, the upper limit of the content of components other than nonaqueous solvents (including fluorinated cyclic carbonates), cyclic boron compounds and electrolyte salts in the nonaqueous electrolyte may be preferably 5% by mass, and more preferably 1% by mass. In some cases, 0.1% by mass may be more preferable.
<非水電解質蓄電素子>
本発明の一実施形態に係る蓄電素子は、正極、負極及び非水電解質を有する。以下、蓄電素子の一例として、二次電池について説明する。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。この電極体は容器に収納され、この容器内に非水電解質が充填される。上記非水電解質は、正極と負極との間に介在する。また、上記容器としては、二次電池の容器として通常用いられる公知の金属容器、樹脂容器等を用いることができる。
<Nonaqueous electrolyte storage element>
The electrical storage element which concerns on one Embodiment of this invention has a positive electrode, a negative electrode, and a nonaqueous electrolyte. Hereinafter, a secondary battery will be described as an example of a power storage element. The positive electrode and the negative electrode usually form an electrode body that is alternately superposed by stacking or winding via a separator. The electrode body is housed in a container, and the container is filled with a nonaqueous electrolyte. The non-aqueous electrolyte is interposed between the positive electrode and the negative electrode. Moreover, as said container, the well-known metal container normally used as a container of a secondary battery, a resin 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合材層を有する。
(Positive electrode)
The positive electrode has a positive electrode base material and a positive electrode mixture layer disposed on the positive electrode base material directly or via an intermediate layer.
上記正極基材は、導電性を有する。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及びアルミニウム合金が好ましい。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。 The positive electrode base material has conductivity. As the material of the substrate, metals such as aluminum, titanium, tantalum, stainless steel, or alloys thereof are used. Among these, aluminum and aluminum alloys are preferable from the balance of potential resistance, high conductivity and cost. Moreover, foil, a vapor deposition film, etc. are mentioned as a formation form of a positive electrode base material, and foil is preferable from the surface of cost. That is, an aluminum foil is preferable as the positive electrode base material. Examples of aluminum or aluminum alloy include A1085P and A3003P defined in JIS-H-4000 (2014).
上記中間層は、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合材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107Ω・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107Ω・cm超であることを意味する。 The said intermediate | middle layer is a coating layer of the surface of a positive electrode base material, and reduces the contact resistance of a positive electrode base material and a positive electrode compound material layer by including electroconductive particles, such as a carbon particle. The configuration of the intermediate layer is not particularly limited, and can be formed of a composition containing a resin binder and conductive particles, for example. “Conductive” means that the volume resistivity measured in accordance with JIS-H-0505 (1975) is 10 7 Ω · cm or less, and “nonconductive” Means that the volume resistivity is more than 10 7 Ω · cm.
上記正極合材層は、正極活物質を含むいわゆる正極合材から形成される層である。この正極合材は、必要に応じて導電剤、バインダ、増粘剤、フィラー等の任意成分を含む。 The positive electrode mixture layer is a layer formed from a so-called positive electrode mixture containing a positive electrode active material. The positive electrode mixture contains optional components such as a conductive agent, a binder, a thickener, and a filler as necessary.
上記正極活物質は、通常、金属酸化物が使用される。具体的な正極活物質としては、例えばLixMOy(Mは少なくとも一種の遷移金属を表す)で表される複合酸化物(層状のα―NaFeO2型結晶構造を有するLixCoO2,LixNiO2,LixMnO3,LixNiαCo(1−α)O2,LixNiαMnβCo(1−α−β)O2等、スピネル型結晶構造を有するLixMn2O4,LixNiαMn(2−α)O4等)、LiwMex(XOy)z(Meは少なくとも一種の遷移金属を表し、Xは例えばP、Si、B、V等を表す)で表されるポリアニオン化合物(LiFePO4,LiMnPO4,LiNiPO4,LiCoPO4,Li3V2(PO4)3,Li2MnSiO4,Li2CoPO4F等)が挙げられる。これらの化合物中の元素又はポリアニオンは、他の元素又はアニオン種で一部が置換されていてもよい。正極合材層においては、これら化合物の1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。 As the positive electrode active material, a metal oxide is usually used. As a specific positive electrode active material, for example, a complex oxide represented by Li x MO y (M represents at least one transition metal) (Li x CoO 2 , Li having a layered α-NaFeO 2 type crystal structure) x NiO 2, Li x MnO 3 , Li x Ni α Co (1-α) O 2, Li x Ni α Mn β Co (1-α-β) O 2 , etc., Li x Mn 2 having a spinel type crystal structure O 4 , Li x Ni α Mn (2-α) O 4 ), Li w Me x (XO y ) z (Me represents at least one transition metal, and X represents, for example, P, Si, B, V, etc. Polyanion compounds (LiFePO 4 , LiMnPO 4 , LiNiPO 4 , LiCoPO 4 , Li 3 V 2 (PO 4 ) 3 , Li 2 MnSiO 4 , Li 2 CoPO 4 F, etc.) The The elements or polyanions in these compounds may be partially substituted with other elements or anion species. In the positive electrode mixture layer, one kind of these compounds may be used alone, or two or more kinds may be mixed and used.
上記導電剤としては、蓄電素子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、アセチレンブラックが好ましい。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 it is a conductive material that does not adversely affect the performance of the storage element. Examples of such a conductive agent include natural or artificial graphite, furnace black, acetylene black, carbon black such as ketjen black, metal, conductive ceramics, and the like, and acetylene black is preferable. Examples of the shape of the conductive agent include powder and fiber.
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。 Examples of the binder (binder) include fluororesins (polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), etc.), thermoplastic resins such as polyethylene, polypropylene, polyimide; ethylene-propylene-diene rubber (EPDM), Examples thereof include elastomers such as sulfonated EPDM, styrene butadiene rubber (SBR) and fluororubber; polysaccharide polymers and the like.
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 this 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 battery performance. Examples of the main component of the filler include polyolefins such as polypropylene and polyethylene, silica, alumina, zeolite, and glass.
(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合材層を有する。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 includes a negative electrode base material and a negative electrode mixture layer disposed on the negative electrode base material directly or via an intermediate layer. The intermediate layer can have the same configuration as the positive electrode intermediate layer.
上記負極基材は、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 negative electrode base material can have the same configuration as the positive electrode base material, but as a 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 used. preferable. That is, copper foil is preferable as the negative electrode substrate. Examples of the copper foil include rolled copper foil and electrolytic copper foil.
上記負極合材層は、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、負極合材層を形成する負極合材は、必要に応じて導電剤、バインダ、増粘剤、フィラー等の任意成分を含む。導電剤、結着剤、増粘剤、フィラー等の任意成分は、正極合材層と同様のものを用いることができる。 The negative electrode mixture layer is formed from a so-called negative electrode mixture containing a negative electrode active material. Moreover, the negative electrode composite material which forms a negative electrode composite material layer contains arbitrary components, such as a electrically conductive agent, a binder, a thickener, and a filler, as needed. Arbitrary components such as a conductive agent, a binder, a thickener, and a filler can be the same as those for the positive electrode mixture layer.
上記負極活物質としては、通常、リチウムイオンを吸蔵及び放出することができる材質が用いられる。具体的な負極活物質としては、例えばSi、Sn等の金属又は半金属;Si酸化物、Sn酸化物等の金属酸化物又は半金属酸化物;ポリリン酸化合物;黒鉛(グラファイト)、非黒鉛質炭素(易黒鉛化性炭素又は難黒鉛化性炭素)等の炭素材料等が挙げられる。 As the negative electrode active material, a material that can occlude and release lithium ions is usually used. Specific negative electrode active materials include, for example, metals or semimetals such as Si and Sn; metal oxides or semimetal oxides such as Si oxide and Sn oxide; polyphosphate compounds; graphite (graphite), non-graphitic Examples thereof include carbon materials such as carbon (easily graphitizable carbon or non-graphitizable carbon).
さらに、負極合材(負極合材層)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。 Further, the negative electrode mixture (negative electrode mixture layer) includes typical nonmetallic elements such as B, N, P, F, Cl, Br, and I, Li, Na, Mg, Al, K, Ca, Zn, Ga, and Ge. Typical metal elements such as Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Mo, Zr, Ta, Hf, Nb, and W may be contained.
(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。
(Separator)
As the material of the separator, for example, a woven fabric, a nonwoven fabric, a porous resin film, or the like is used. 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 nonaqueous electrolyte. The main component of the separator is preferably a polyolefin such as polyethylene or polypropylene from the viewpoint of strength, and is preferably polyimide or aramid from the viewpoint of resistance to oxidative degradation. These resins may be combined.
なお、セパレータと電極(通常、正極)との間に、無機層が配設されていても良い。この無機層は、耐熱層等とも呼ばれる多孔質の層である。また、多孔質樹脂フィルムの一方の面に無機層が形成されたセパレータを用いることもできる。上記無機層は、通常、無機粒子及びバインダとで構成され、その他の成分が含有されていてもよい。無機粒子としては、Al2O3、SiO2、アルミノシリケート等が好ましい。 An inorganic layer may be provided between the separator and the electrode (usually a positive electrode). This inorganic layer is a porous layer also called a heat-resistant layer. Moreover, the separator by which the inorganic layer was formed in one surface of the porous resin film can also be used. The inorganic layer is usually composed of inorganic particles and a binder, and may contain other components. As the inorganic particles, Al 2 O 3 , SiO 2 , aluminosilicate and the like are preferable.
(非水電解質)
当該二次電池(蓄電素子)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る。
(Nonaqueous electrolyte)
The nonaqueous electrolyte used for the secondary battery (storage element) is the nonaqueous electrolyte according to the embodiment of the present invention described above.
当該二次電池(蓄電素子)は、高温環境下での高電圧の充放電サイクルにおける容量維持率が高いため、高い作動電圧で用いることができる。例えば、当該二次電池の通常使用時の充電終止電圧における正極電位は、例えば4.0V(vs.Li/Li+)以上であってもよいが、4.4V(vs.Li/Li+)以上が好ましい。一方、この通常使用時の充電終止電圧における正極電位の上限は、例えば5.1V(vs.Li/Li+)であり、5.0V(vs.Li/Li+)であってもよい。 Since the secondary battery (storage element) has a high capacity retention rate in a high-voltage charge / discharge cycle under a high-temperature environment, it can be used at a high operating voltage. For example, the positive electrode potential at the end-of-charge voltage during normal use of the secondary battery may be, for example, 4.0 V (vs. Li / Li + ) or higher, but 4.4 V (vs. Li / Li + ). The above is preferable. On the other hand, the upper limit of the positive electrode potential at the charge voltage at the time of normal use, for example, 5.1V (vs.Li/Li +), may be 5.0V (vs.Li/Li +).
<非水電解質蓄電素子の製造方法>
当該蓄電素子は、以下の方法により製造することが好ましい。すなわち、本発明の一実施形態に係る非水電解質蓄電素子の製造方法は、非水電解質を容器に注入すること(非水電解質注入工程)を備える。
<Method for Manufacturing Nonaqueous Electrolyte Storage Element>
The power storage element is preferably manufactured by the following method. That is, the manufacturing method of the nonaqueous electrolyte electrical storage element which concerns on one Embodiment of this invention comprises inject | pouring a nonaqueous electrolyte into a container (nonaqueous electrolyte injection | pouring process).
(非水電解質注入工程)
上記非水電解質注入工程は、非水電解質として、上述した本発明の一実施形態に係る非水電解質を用いること以外は、公知の方法により行うことができる。すなわち、当該非水電解質を調製し、調製した非水電解質を容器に注入すればよい。
(Nonaqueous electrolyte injection process)
The non-aqueous electrolyte injection step can be performed by a known method except that the non-aqueous electrolyte according to the embodiment of the present invention described above is used as the non-aqueous electrolyte. That is, the nonaqueous electrolyte may be prepared and the prepared nonaqueous electrolyte may be poured into a container.
当該製造方法は、上記非水電解質注入工程の他、以下の工程等を有していてもよい。すなわち、当該製造方法は、例えば、正極を作製する工程、負極を作製する工程、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、並びに正極及び負極(電極体)を容器に収容する工程を備えることができる。通常、電極体を容器に収容した後、非水電解質を容器に注入するが、この順番は逆であってもよい。これらの工程の後、注入口を封止することにより二次電池(非水電解質蓄電素子)を得ることができる。 The manufacturing method may include the following steps in addition to the nonaqueous electrolyte injection step. That is, the manufacturing method includes, for example, a step of producing a positive electrode, a step of producing a negative electrode, a step of forming an electrode body alternately superimposed by laminating or winding the positive electrode and the negative electrode via a separator, and The process of accommodating a positive electrode and a negative electrode (electrode body) in a container can be provided. Usually, after the electrode body is accommodated in the container, the nonaqueous electrolyte is injected into the container, but this order may be reversed. After these steps, a secondary battery (nonaqueous electrolyte storage element) 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、上記正極又は負極において、中間層を設けなくてもよい。また、当該非水電解質蓄電素子の正極及び負極は、明確な層構造を有していなくてもよい。例えば上記正極は、メッシュ状の正極基材に正極合材が担持された構造などであってもよい。
<Other embodiments>
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented in a mode in which various changes and improvements are made in addition to the above-described mode. For example, the intermediate layer may not be provided in the positive electrode or the negative electrode. Further, the positive electrode and the negative electrode of the nonaqueous electrolyte electricity storage element may not have a clear layer structure. For example, the positive electrode may have a structure in which a positive electrode mixture is supported on a mesh-like positive electrode base material.
また、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。 In the above embodiment, the non-aqueous electrolyte storage element is mainly described as a non-aqueous electrolyte secondary battery. However, other non-aqueous electrolyte storage elements may be used. Examples of other nonaqueous electrolyte storage elements include capacitors (electric double layer capacitors, lithium ion capacitors) and the like.
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蓄電素子1(非水電解質二次電池)の概略図を示す。なお、同図は、容器内部を透視した図としている。図1に示す非水電解質蓄電素子1は、電極体2が容器3に収納されている。電極体2は、正極合材を備える正極と、負極合材を備える負極とが、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。また、容器3には、本発明の一実施形態に係る非水電解質が注入されている。
FIG. 1 shows a schematic diagram of a rectangular nonaqueous electrolyte storage element 1 (nonaqueous electrolyte secondary battery) which is an embodiment of the nonaqueous electrolyte storage element according to the present invention. In the figure, the inside of the container is seen through. In the nonaqueous electrolyte storage element 1 shown in FIG. 1, an electrode body 2 is accommodated in a
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、円筒型電池、角型電池(矩形状の電池)、扁平型電池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、複数の非水電解質蓄電素子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 nonaqueous electrolyte storage element according to the present invention is not particularly limited, and examples thereof include a cylindrical battery, a square battery (rectangular battery), a flat battery, and the like. The present invention can also be realized as a power storage device including a plurality of the above nonaqueous electrolyte power storage elements. One embodiment of a power storage device is shown in FIG. In FIG. 2, the
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。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples.
実施例、比較例及び参考例で用いた非水溶媒の略称、及びホウ素化合物を以下に示す。 Abbreviations for non-aqueous solvents and boron compounds used in Examples, Comparative Examples and Reference Examples are shown below.
EC :エチレンカーボネート
EMC:エチルメチルカーボネート
FEC:フルオロエチレンカーボネート
PC :プロピレンカーボネート
EC: ethylene carbonate EMC: ethyl methyl carbonate FEC: fluoroethylene carbonate PC: propylene carbonate
[実施例1]
(非水電解質の調製)
FECとPCとEMCとを体積比10:10:80で混合し、非水溶媒とした。この非水溶媒に、電解質塩としてヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6)を1.2mol/dm3の含有量となるように、また、添加剤として上記式(A1)で表される化合物(A1)を0.2質量%の含有量となるようにそれぞれ溶解させ、非水電解質を調製した。
[Example 1]
(Preparation of non-aqueous electrolyte)
FEC, PC, and EMC were mixed at a volume ratio of 10:10:80 to obtain a non-aqueous solvent. In this non-aqueous solvent, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) as an electrolyte salt has a content of 1.2 mol / dm 3 , and the compound represented by the above formula (A1) as an additive (A1) ) Were each dissolved to a content of 0.2% by mass to prepare a non-aqueous electrolyte.
(正極の作製)
正極活物質として、LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2を用いた。質量比で、正極活物質:ポリフッ化ビニリデン(PVdF):アセチレンブラック(AB)=94:3:3の割合(固形物換算)で含み、N−メチルピロリドンを分散媒とする正極ペーストを作製した。この正極ペーストを正極活物質が単位電極面積あたり18.6mg/cm2含まれるように、正極基材としての帯状のアルミニウム箔の両面に塗布した。これをローラープレス機により加圧して正極合材層を成型した後、100℃で14時間減圧乾燥して、極板中の液分を除去した。このようにして正極を得た。
(Preparation of positive electrode)
LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 was used as the positive electrode active material. A positive electrode paste containing a positive electrode active material: polyvinylidene fluoride (PVdF): acetylene black (AB) = 94: 3: 3 (in terms of solids) in mass ratio and using N-methylpyrrolidone as a dispersion medium was prepared. . This positive electrode paste was applied to both surfaces of a strip-shaped aluminum foil as a positive electrode substrate so that the positive electrode active material was contained at 18.6 mg / cm 2 per unit electrode area. This was pressed with a roller press to form a positive electrode mixture layer, and then dried under reduced pressure at 100 ° C. for 14 hours to remove the liquid in the electrode plate. In this way, a positive electrode was obtained.
(負極の作製)
負極活物質として、黒鉛を用いた。質量比で、負極活物質(黒鉛):スチレンブタジエンゴム(SBR):カルボキシメチルセルロース(CMC)=97:2:1の割合(固形分換算)で含み、水を分散媒とする負極ペーストを作製した。この負極ペーストを、負極活物質が単位電極面積あたり9.9mg/cm2含まれるように、負極基材としての帯状の銅箔集電体の両面に塗布した。これをローラープレス機により加圧して負極合材層を成型した後、100℃で12時間減圧乾燥して、極板中の水分を除去した。このようにして負極を得た。
(Preparation of negative electrode)
Graphite was used as the negative electrode active material. Negative electrode active material (graphite): styrene butadiene rubber (SBR): carboxymethyl cellulose (CMC) = 97: 2: 1 in a mass ratio (solid content conversion), and a negative electrode paste using water as a dispersion medium was prepared. . This negative electrode paste was applied to both sides of a strip-shaped copper foil current collector as a negative electrode base material so that the negative electrode active material was contained at 9.9 mg / cm 2 per unit electrode area. This was pressed with a roller press to form a negative electrode mixture layer, and then dried under reduced pressure at 100 ° C. for 12 hours to remove moisture in the electrode plate. In this way, a negative electrode was obtained.
(非水電解質蓄電素子の作製)
セパレータとして、無機層が塗工されたポリオレフィン製微多孔膜を用いた。このセパレータを介して、上記正極と上記負極とを積層することにより電極体を作製した。この電極体をアルミニウム製の角形電槽缶に収納し、正極端子及び負極端子を取り付けた。この容器(角形電槽缶)内部に上記非水電解質を注入した後、封口し、実施例1の非水電解質蓄電素子(二次電池)を得た。
(Preparation of nonaqueous electrolyte storage element)
A polyolefin microporous film coated with an inorganic layer was used as a separator. An electrode body was produced by laminating the positive electrode and the negative electrode through this separator. This electrode body was accommodated in an aluminum rectangular battery case, and a positive electrode terminal and a negative electrode terminal were attached. After injecting the non-aqueous electrolyte into the container (rectangular battery case), the container was sealed to obtain the non-aqueous electrolyte storage element (secondary battery) of Example 1.
[実施例2〜8、比較例1〜3、参考例1〜2]
非水溶媒の種類及び体積比、電解質塩の含有量、並びに添加剤の種類及び含有量を表1、2に示すとおりとしたこと以外は、実施例1と同様にして、実施例2〜8、比較例1〜3及び参考例1〜2の各非水電解質及び非水電解質蓄電素子を得た。なお、表の添加剤の欄中の「−」は相当する添加剤を用いていないことを示す。また、比較例1については、表1、2の双方に記載している。
[Examples 2-8, Comparative Examples 1-3, Reference Examples 1-2]
Examples 2 to 8 are the same as Example 1 except that the type and volume ratio of the nonaqueous solvent, the content of the electrolyte salt, and the type and content of the additive are as shown in Tables 1 and 2. The nonaqueous electrolytes and nonaqueous electrolyte electricity storage devices of Comparative Examples 1 to 3 and Reference Examples 1 to 2 were obtained. In addition, "-" in the column of the additive of a table | surface shows that the corresponding additive is not used. Comparative Example 1 is described in both Tables 1 and 2.
[評価]
(初期充放電)
得られた各非水電解質蓄電素子について、以下の条件にて初期充放電を行った。25℃で4.30Vまで充電電流0.2Cの定電流にて充電したのちに、4.30Vで定電圧充電(CCCV)した。充電の終了条件は、8時間とした。その後、25℃で2.75Vまで0.2Cの定電流で放電した。2サイクル目は、25℃で4.30Vまで1Cの定電流充電したのちに、4.30Vで定電圧充電した。充電の終了条件は、3時間とした。その後、25℃で2.75Vまで1Cの定電流で放電した。全てのサイクルにおいて、充電後及び放電後に、10分間の休止時間を設定した。
[Evaluation]
(Initial charge / discharge)
About each obtained nonaqueous electrolyte electrical storage element, initial charge / discharge was performed on condition of the following. After charging at a constant current of 0.2 C to a charging current of 0.2C at 25 ° C., constant voltage charging (CCCV) was performed at 4.30 V. The charging termination condition was 8 hours. Thereafter, the battery was discharged at a constant current of 0.2 C to 2.75 V at 25 ° C. In the second cycle, a constant current of 1 C was charged at 25 ° C. to 4.30 V, and then a constant voltage was charged at 4.30 V. The charging termination condition was 3 hours. Then, it discharged at 25 degreeC with the constant current of 1C to 2.75V. In all cycles, a 10 minute rest period was set after charging and discharging.
(45℃充放電サイクル試験:容量維持率)
初期充放電後の各非水電解質蓄電素子を、45℃の恒温槽内に5時間保管した後、4.30Vまで充電電流1Cの定電流にて充電したのちに、4.30Vで定電圧充電した。充電の終了条件は、3時間とした。その後、2.75Vまで1.0Cの定電流で放電した。全てのサイクルにおいて、充電後及び放電後に、10分間の休止時間を設定した。これら充電及び放電の工程を1サイクルとして、このサイクルを200サイクル繰り返した。充電、放電及び休止ともに、45℃の恒温槽内で行った。1サイクル目の放電容量に対する200サイクル目の放電容量を容量維持率(%)として表1、2に示す。なお、この試験における容量維持率が80%以上である場合、高温環境下での高電圧の充放電サイクルにおける容量維持率が高いと判断できる。また、参考例1については、180サイクルによる評価である。
(45 ° C charge / discharge cycle test: capacity retention rate)
Each non-aqueous electrolyte storage element after initial charge / discharge is stored in a constant temperature bath at 45 ° C. for 5 hours, then charged to 4.30V at a constant current of 1C, and then charged at a constant voltage of 4.30V. did. The charging termination condition was 3 hours. Thereafter, the battery was discharged at a constant current of 1.0 C up to 2.75V. In all cycles, a 10 minute rest period was set after charging and discharging. These steps of charging and discharging were regarded as one cycle, and this cycle was repeated 200 cycles. Charging, discharging, and rest were all performed in a constant temperature bath at 45 ° C. The discharge capacity at the 200th cycle relative to the discharge capacity at the first cycle is shown in Tables 1 and 2 as the capacity retention rate (%). In addition, when the capacity maintenance rate in this test is 80% or more, it can be judged that the capacity maintenance rate in the high voltage charging / discharging cycle in a high temperature environment is high. Reference Example 1 is evaluated by 180 cycles.
(DCR増加率)
得られた各非水電解質蓄電素子について、上記と同様に初期充放電を行った。その後、25℃にて、電流1Cの定電流充電を行い、SOC(State of Charge)を50%にした後、25℃にて電流0.2C、0.5C、1.0Cの順で、30秒間ずつ放電した。各放電電流における電流と放電開始後10秒目の電圧との関係をプロットし、3点のプロットから得られた直線の傾きから直流抵抗を初期DCRとして求めた。
次いで、25℃にて、電流1.0C、電圧4.30V、3時間の定電流定電圧充電を行った。次に、電池を開回路状態とし、45℃の恒温槽中に15日間保存した。その後、初期DCRと同様の手法により、15日後の直流抵抗(DCR)を求めた。初期DCRと、45℃で15日保存後のDCRとから求めたDCR増加率を表1、2に示す。なお、この試験におけるDCR増加率が18.0%以下である場合、高温環境下で保存した後の直流抵抗の増加率が低いと判断できる。
(DCR increase rate)
About each obtained nonaqueous electrolyte electrical storage element, initial charge / discharge was performed similarly to the above. Thereafter, constant current charging with a current of 1 C is performed at 25 ° C., and SOC (State of Charge) is set to 50%. Then, at 25 ° C., the current is 0.2 C, 0.5 C, and 1.0 C in this order. Discharged every second. The relationship between the current at each discharge current and the voltage at 10 seconds after the start of discharge was plotted, and the direct current resistance was obtained as the initial DCR from the slope of the straight line obtained from the three-point plot.
Next, constant current / constant voltage charging was performed at 25 ° C. with a current of 1.0 C and a voltage of 4.30 V for 3 hours. Next, the battery was placed in an open circuit state and stored in a 45 ° C. constant temperature bath for 15 days. Then, the direct current resistance (DCR) after 15 days was calculated | required by the method similar to initial stage DCR. Tables 1 and 2 show the DCR increase rate obtained from the initial DCR and the DCR after storage at 45 ° C. for 15 days. In addition, when the DCR increase rate in this test is 18.0% or less, it can be determined that the DC resistance increase rate after storage in a high temperature environment is low.
(ACR増加率)
参考評価として、上記初期充放電後の1kHzの交流抵抗(初期ACR)と、上記DCR増加率の試験と同様に45℃の恒温槽中に15日保存した後の1kHzのACRとを求めた。初期ACRと45℃で15日保存後のACRとから求めたACR増加率を表1、2に示す。
(ACR increase rate)
As a reference evaluation, the 1 kHz AC resistance (initial ACR) after the initial charge / discharge and the 1 kHz ACR after 15 days storage in a 45 ° C. thermostat were obtained in the same manner as the DCR increase rate test. Tables 1 and 2 show the ACR increase rate obtained from the initial ACR and the ACR after 15 days storage at 45 ° C.
上記表1から以下のことがわかる。参考例1と比較例1とを比較すると、非水溶媒にフッ素化環状カーボネートであるFECを用いることで、高電圧での充放電サイクル後の容量維持率が改善されるが、高温下で保管後のDCR増加率が高くなる。フッ素化環状カーボネートを含む非水溶媒に、環構造を有さないホウ素化合物(x)を添加した比較例2においても、上記DCR増加率は改善されない。これに対し、フッ素化環状カーボネートを含む非水溶媒に、五員環構造を有するホウ素化合物(A1、A2、A3)を添加した実施例1〜5においては、十分に高い容量維持率を維持したまま、DCR増加率が低下していることがわかる。なお、参考例2で示されるように、フッ素化環状カーボネートを含まない非水溶媒に五員環構造を有するホウ素化合物(A3)を添加した場合は、DCR増加率を低減する効果が表れないことがわかる。さらに、比較例1と実施例1〜5のACR増加率に着目すると、五員環構造を有するホウ素化合物の添加によるACR増加率を改善する効果は、必ずしも生じないことがわかる。DCR増加率が抑制されることと、ACR増加率が抑制されることとは、関連性が無いと言える。 From Table 1 above, the following can be understood. Comparing Reference Example 1 and Comparative Example 1, using FEC, which is a fluorinated cyclic carbonate, as a non-aqueous solvent improves the capacity retention rate after charge / discharge cycles at high voltage, but it is stored at high temperatures. The subsequent DCR increase rate becomes high. Even in Comparative Example 2 in which a boron compound (x) having no ring structure is added to a non-aqueous solvent containing a fluorinated cyclic carbonate, the DCR increase rate is not improved. On the other hand, in Examples 1-5 in which boron compounds (A1, A2, A3) having a five-membered ring structure were added to a non-aqueous solvent containing a fluorinated cyclic carbonate, a sufficiently high capacity retention rate was maintained. It can be seen that the DCR increase rate is decreasing. In addition, as shown in Reference Example 2, when a boron compound (A3) having a five-membered ring structure is added to a non-aqueous solvent not containing a fluorinated cyclic carbonate, the effect of reducing the DCR increase rate does not appear. I understand. Further, when attention is paid to the ACR increase rate of Comparative Example 1 and Examples 1 to 5, it can be seen that the effect of improving the ACR increase rate by the addition of the boron compound having a five-membered ring structure does not necessarily occur. It can be said that there is no relation between the suppression of the DCR increase rate and the suppression of the ACR increase rate.
また、上記表2から以下のことがわかる。フッ素化環状カーボネートを含む非水溶媒に、五員環構造を有し、1のホウ素原子に結合する、電気陰性度が酸素原子の電気陰性度以上である原子の数が2以下であるホウ素化合物(B1、B2)を添加した実施例6〜8においては、十分に高い容量維持率を維持したまま、DCR増加率が低下している。これに対し、五員環構造を有し、1のホウ素原子に結合する、電気陰性度が酸素原子の電気陰性度以上である原子の数が3であるホウ素化合物(y)を添加した比較例3の場合は、DCR増加率を低減する効果が表れないことがわかる。また、表2からも、DCR増加率が抑制されることと、ACR増加率が抑制されることとは、関連性が無いと言える。 In addition, the following can be seen from Table 2 above. A boron compound having a five-membered ring structure in a non-aqueous solvent containing a fluorinated cyclic carbonate and having an electronegativity equal to or greater than the oxygenegativity of an oxygen atom and having two or less atoms. In Examples 6 to 8 to which (B1, B2) was added, the DCR increase rate decreased while maintaining a sufficiently high capacity maintenance rate. On the other hand, a comparative example in which a boron compound (y) having a five-membered ring structure and binding to one boron atom and having an electronegativity equal to or greater than the electronegativity of an oxygen atom is 3 In the case of 3, it turns out that the effect of reducing a DCR increase rate does not appear. Also from Table 2, it can be said that there is no relationship between the suppression of the DCR increase rate and the suppression of the ACR increase rate.
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等に適用できる。 The present invention can be applied to electronic devices such as personal computers and communication terminals, nonaqueous electrolyte storage elements used as power sources for automobiles, and the like.
1 非水電解質蓄電素子
2 電極体
3 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 Nonaqueous electrolyte electrical storage element 2
Claims (6)
上記環状ホウ素化合物が、
六員環構造を有するホウ素化合物、又は
五員環構造を有し、1のホウ素原子に結合する、電気陰性度が酸素原子の電気陰性度以上である原子の数が2以下であるホウ素化合物である蓄電素子用の非水電解質。 Containing a fluorinated cyclic carbonate and a cyclic boron compound,
The cyclic boron compound is
A boron compound having a six-membered ring structure, or a boron compound having a five-membered ring structure and binding to one boron atom, wherein the number of atoms having an electronegativity equal to or greater than the electronegativity of an oxygen atom is 2 or less. A non-aqueous electrolyte for a storage element.
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