JP2019160802A - Lithium ion secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、リチウムイオン二次電池に関する。 The present invention relates to a lithium ion secondary battery.
近年の電子技術の発展や環境技術への関心の高まりに伴い、様々な電気化学デバイスが
用いられている。特に、省エネルギー化への要請が高まるにつれ、それに貢献できる電気
化学デバイスへの期待はますます高くなっている。蓄電デバイスの代表例であるリチウム
イオン二次電池は、従来、主として携帯機器用充電池として使用されていたが、近年では
ハイブリッド自動車及び電気自動車用電池としての使用も期待されている。このような流
れの中では高エネルギー密度化が要請されている。
With the recent development of electronic technology and increasing interest in environmental technology, various electrochemical devices are used. In particular, as the demand for energy savings increases, expectations for electrochemical devices that can contribute to this increase. Conventionally, lithium ion secondary batteries, which are representative examples of power storage devices, have been mainly used as rechargeable batteries for portable devices, but in recent years, they are also expected to be used as batteries for hybrid vehicles and electric vehicles. In such a flow, high energy density is required.
このような高エネルギー密度化の要求に答えるために、例えば、電池内の電極の高密度
化、又は吸蔵・脱離できるリチウム量の多い正極材の開発が行われており、耐久性の向上
のためには各種添加剤の検討が行われており、安全性及び信頼性の向上のためには、電解
液中に難燃剤を含有させたり、電極又はセパレータ上に絶縁層を形成する検討が行われた
りしている。
In order to respond to such a demand for higher energy density, for example, a positive electrode material having a high lithium content that can be occluded / desorbed has been developed. For this purpose, various additives have been studied, and in order to improve safety and reliability, studies have been made to include a flame retardant in the electrolyte or to form an insulating layer on the electrode or separator. It has been broken.
特に最近では、高エネルギー密度化への対応として、高容量の正極を用いた電池又は高
電位の正極を用いて高電圧で駆動する電池が求められるようになっている。電池の高電圧
化を達成するためには高電位で作動する正極を用いる必要があり、具体的には、4.4V
(vsLi/Li+)以上でも作動する種々の正極活物質が提案されている(例えば、特
許文献1参照)。
In particular, recently, a battery using a high-capacity positive electrode or a battery driven at a high voltage using a high-potential positive electrode has been demanded as a measure for increasing the energy density. In order to achieve a higher voltage of the battery, it is necessary to use a positive electrode that operates at a high potential, specifically 4.4 V.
Various positive electrode active materials that operate even at (vsLi / Li + ) or more have been proposed (see, for example, Patent Document 1).
従来の4V前後の電圧で作動するリチウムイオン二次電池では、カーボネート系溶媒を
主成分とした非水溶媒に、リチウム塩を溶解した非水電解液が広く用いられている(例え
ば、特許文献2参照)。このカーボネート系溶媒を含む電解液の特徴として、4V前後の
電圧下では、耐酸化性と耐還元性とのバランスに優れると共にリチウムイオンの伝導性に
優れていることが挙げられる。
In a conventional lithium ion secondary battery that operates at a voltage of about 4 V, a nonaqueous electrolytic solution in which a lithium salt is dissolved in a nonaqueous solvent mainly composed of a carbonate-based solvent is widely used (for example, Patent Document 2). reference). As a feature of the electrolytic solution containing the carbonate-based solvent, it can be mentioned that, under a voltage of about 4 V, the balance between oxidation resistance and reduction resistance is excellent and lithium ion conductivity is excellent.
ところが、4.4V(vsLi/Li+)以上で作動する正極活物質を含有する正極を
備えた高電圧のリチウムイオン二次電池においては、上記電解液に含まれるカーボネート
系溶媒等が正極表面にて酸化分解するという問題が生ずる。これによって充放電サイクル
寿命が短くなったり、充放電容量が低下したり、不要なガスが発生したりする。かかる性
能低下に対する解決策は様々に検討されており、一定の効果を示す系も見つかりつつある
が、それでもまだ満足できるレベルにはない。そのため、上記高電圧下での電解液分解を
抑制する方法が検討されており、高電圧駆動かつ高いサイクル寿命を有するリチウムイオ
ン二次電池が望まれている。
However, in a high-voltage lithium ion secondary battery having a positive electrode containing a positive electrode active material that operates at 4.4 V (vsLi / Li + ) or higher, a carbonate-based solvent or the like contained in the electrolyte solution is present on the positive electrode surface. This causes the problem of oxidative decomposition. This shortens the charge / discharge cycle life, decreases the charge / discharge capacity, and generates unnecessary gas. Various solutions to such performance degradation have been studied, and a system showing a certain effect has been found, but it is still not at a satisfactory level. Therefore, a method for suppressing the decomposition of the electrolytic solution under the high voltage has been studied, and a lithium ion secondary battery having a high voltage drive and a high cycle life is desired.
かかる課題を正極活物質で解決する手法として、特許文献3には、正極活物質表面がポ
リアミド樹脂によって被覆された正極を得る方法が提案されている。また、特許文献4に
は、Li0.375Co0.25Mn0.375O2、Li0.1Co0.8Mn0.1O2、LiNi1/3Co1/3
Mn1/3O2等のリチウム含有複合酸化物の粒子と、ZrO2等の電気化学的に不活性な金
属酸化物の粒子とを混合する正極活物質の製造方法が提案されている。さらに、特許文献
5は正極活物質の一次粒子の表面の一部がLi金属酸化物で被覆され、残りの一次粒子の
表面が立方晶の金属酸化物で被覆された正極活物質が提案されている。またさらに、特許
文献6には、リチウム含有複合酸化物の表面に、Zr、Ti、Sn、Mg、Ba、Pb、
Bi、Nb、Ta、Zn、Y、La、Sr、Ce、In及びAlから選ばれる少なくとも
一種の金属元素の酸化物の微粒子が付着する粒子であることを特徴とする正極活物質の製
造方法が提案されている。
一方、上記課題を電解液で解決する手法として、例えば、特許文献7では珪素含有の添
加剤を用いてサイクル寿命を向上させる方法が提案されている。また、特許文献8では不
飽和結合を有するリン酸エステル系の化合物を電解液添加剤として用い、電極保護膜を形
成する方法が提案されている。
As a technique for solving such a problem with a positive electrode active material, Patent Document 3 proposes a method for obtaining a positive electrode in which the surface of the positive electrode active material is coated with a polyamide resin. Patent Document 4 includes Li 0.375 Co 0.25 Mn 0.375 O 2 , Li 0.1 Co 0.8 Mn 0.1 O 2 , LiNi 1/3 Co 1/3.
A method for producing a positive electrode active material in which particles of lithium-containing composite oxide such as Mn 1/3 O 2 and particles of electrochemically inactive metal oxide such as ZrO 2 are mixed has been proposed. Further, Patent Document 5 proposes a positive electrode active material in which a part of the surface of the primary particles of the positive electrode active material is coated with a Li metal oxide and the surface of the remaining primary particles is coated with a cubic metal oxide. Yes. Furthermore, Patent Document 6 discloses that Zr, Ti, Sn, Mg, Ba, Pb,
What is claimed is: 1. A method for producing a positive electrode active material, comprising: particles having fine particles of oxides of at least one metal element selected from Bi, Nb, Ta, Zn, Y, La, Sr, Ce, In and Al. Proposed.
On the other hand, as a technique for solving the above problem with an electrolytic solution, for example, Patent Document 7 proposes a method of improving cycle life using a silicon-containing additive. Patent Document 8 proposes a method of forming an electrode protective film using a phosphate ester-based compound having an unsaturated bond as an electrolyte solution additive.
しかしながら、特許文献3の方法で得られた正極を用いた場合、樹脂の被覆により、リ
チウムイオンの拡散が阻害され、レート特性が低下する。また、特許文献4の方法で得ら
れる正極活物質は紛体の混合物であり、実際の正極活物質中の金属酸化物含有割合が多く
、金属酸化物を多量に添加する必要がある。さらに、特許文献5の方法で得られる正極活
物質は、電解液の分解反応の抑制が不十分であり、特に高電圧、高温において、容量劣化
を十分抑制できない傾向にある。またさらに、特許文献6の方法で得られる正極活物質は
、電解液の分解反応の抑制が不十分であり、特に高電圧、高温において、容量劣化を十分
抑制できないことがある。以上のとおり、特許文献3〜6に記載の技術では、正極活物質
の改良による電解液の分解反応の抑制が提案されているが、高電圧ないし高温で作動する
場合に、高いサイクル寿命を実現できる電池は得られていない。
特許文献7の方法で用いる電解液は電極への作用を目的としているものではなく、電極
への作用は限定的である。また、特許文献8の方法は、添加剤が充電中に電極上で電解重
合し、保護膜を形成することで寿命を向上させるものである。しかし、実際に電解重合で
形成した膜は開示されておらず、寿命向上に効果を示す保護膜の組成や形態、あるいは、
有効な保護膜を形成するための条件等はわかっていない。また、電池の充放電条件と電解
重合をするのに適した条件とが合致しなければならず、限定された系でしか効果が認めら
れていない。
However, when the positive electrode obtained by the method of Patent Document 3 is used, the diffusion of lithium ions is hindered by the resin coating, and the rate characteristics are deteriorated. Moreover, the positive electrode active material obtained by the method of Patent Document 4 is a mixture of powders, and the metal oxide content in the actual positive electrode active material is large, so that a large amount of metal oxide needs to be added. Furthermore, the positive electrode active material obtained by the method of Patent Document 5 is insufficient in suppressing the decomposition reaction of the electrolytic solution, and tends to be unable to sufficiently suppress capacity deterioration particularly at high voltage and high temperature. Furthermore, the positive electrode active material obtained by the method of Patent Document 6 is insufficient in suppressing the decomposition reaction of the electrolytic solution, and may not sufficiently suppress capacity deterioration particularly at high voltage and high temperature. As described above, in the techniques described in Patent Documents 3 to 6, it has been proposed to suppress the decomposition reaction of the electrolytic solution by improving the positive electrode active material, but a high cycle life is realized when operating at a high voltage or high temperature. No battery is available.
The electrolytic solution used in the method of Patent Document 7 is not intended to act on the electrode, and the effect on the electrode is limited. Moreover, the method of patent document 8 improves a lifetime by electropolymerizing an additive on an electrode during charge and forming a protective film. However, the film actually formed by electrolytic polymerization is not disclosed, and the composition and form of the protective film that is effective in improving the life, or
The conditions for forming an effective protective film are not known. In addition, the charging / discharging conditions of the battery and the conditions suitable for carrying out the electropolymerization must be matched, and the effect is recognized only in a limited system.
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、4.4V(vsLi/Li+)以
上で作動する正極活物質を含有する正極を備える場合でも、高いサイクル寿命を有するリ
チウムイオン二次電池を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of such a problem, and a lithium ion secondary battery having a high cycle life even when a positive electrode containing a positive electrode active material that operates at 4.4 V (vsLi / Li + ) or higher is provided. The purpose is to provide.
本発明者らは上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、正極表面に特定の構造を有する
化合物を形成した正極を用いることで、高電圧で作動し、かつ、高いサイクル寿命を発現
するリチウムイオン二次電池を達成することができることを見出し、本発明を完成するに
至った。
As a result of intensive studies to achieve the above-mentioned object, the present inventors have found that lithium ions that operate at a high voltage and exhibit a high cycle life by using a positive electrode in which a compound having a specific structure is formed on the positive electrode surface. The present inventors have found that a secondary battery can be achieved and have completed the present invention.
すなわち、本発明は、以下のとおりである。
[1]
正極活物質を含有する正極と、
負極活物質を含有する負極と、
非水溶媒とリチウム塩とを含有する電解液と、
前記正極の表面に形成され、かつ、リチウムとリンの相対元素濃度の比(Li/P)が
0.3以上4.0以下であり、かつ、当該正極の表面に含まれる遷移金属Mとリンの相対
元素濃度比(M/P)が1未満であるLi含有リン化合物を有する皮膜と、
を備える、リチウムイオン二次電池。
[2]
前記Li含有リン化合物が、Li含有リン酸化合物である、[1]に記載のリチウムイ
オン二次電池。
[3]
前記正極活物質が、下記一般式(1)で表される化合物;下記一般式(6)で表される
化合物;及び下記一般式(2A)で表される酸化物と、下記一般式(2B)で表される酸
化物との複合酸化物であって、下記一般式(2)で表される化合物からなる群より選ばれ
る1種以上である、[1]又は[2]に記載のリチウムイオン二次電池。
LiMn2-xMaxO4 (1)
(式中、Maは遷移金属からなる群より選ばれる1種以上を示し、0.2≦x≦0.7で
ある。)
LiMO2 (6)
(式中Mは遷移金属及びAlから選ばれる1種以上を示す。)
Li2McO3 (2A)
(式中、Mcは遷移金属からなる群より選ばれる1種以上を示す。)
LiMdO2 (2B)
(式中、Mdは遷移金属からなる群より選ばれる1種以上を示す。)
zLi2McO3−(1−z)LiMdO2 (2)
(式中、Mc及びMdは、それぞれ前記一般式(2A)及び(2B)におけるものと同義
であり、0.1≦z≦0.9である。)
[4]
前記電解液が、リン原子を有するプロトン酸、及びリン原子を有するプロトン酸の水素
原子の少なくとも1つをアルカリ金属原子又はトリアルキルシリル基で置換した化合物か
らなる群より選ばれる化合物(A)を含有する、[1]〜[3]のいずれかに記載のリチ
ウムイオン二次電池。
[5]
前記化合物(A)が、下記式(A−1)で表される化合物を含む、[4]に記載のリチ
ウムイオン二次電池。
し、nは0又は1の整数、R1,R2はそれぞれ独立に、OH基、OLi基、置換されても
よい炭素数1以上10以下のアルキル基、置換されてもよい炭素数1以上10以下のアル
コキシ基又は炭素数3から10のシロキシ基を示す。)
[6]
前記リチウムとリンの相対元素濃度の比(Li/P)が0.3以上2.0以下である、
[1]〜[5]のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池。
[7]
前記リチウムとリンの相対元素濃度の比(Li/P)が0.3以上2.0以下であり、
かつ、前記被膜内に縞状構造を有する、[1]〜[5]のいずれかに記載のリチウムイオ
ン二次電池。
[8]
満充電時におけるリチウム基準の正極電位が4.4V(vsLi/Li+)以上である
、[1]〜[7]のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池。
[9]
正極活物質と、
前記正極活物質の表面に形成され、かつ、リチウムとリンの相対元素濃度の比(Li/
P)が0.3以上4.0以下であり、かつ、当該正極活物質の表面に含まれる遷移金属M
とリンの相対元素濃度比(M/P)が1未満であるLi含有リン化合物を有する皮膜と、
を備える、正極材。
That is, the present invention is as follows.
[1]
A positive electrode containing a positive electrode active material;
A negative electrode containing a negative electrode active material;
An electrolyte solution containing a non-aqueous solvent and a lithium salt;
The transition metal M and phosphorus formed on the surface of the positive electrode and having a relative element concentration ratio (Li / P) between lithium and phosphorus of 0.3 to 4.0 and included in the surface of the positive electrode A film having a Li-containing phosphorus compound having a relative element concentration ratio (M / P) of less than 1;
A lithium ion secondary battery comprising:
[2]
The lithium ion secondary battery according to [1], wherein the Li-containing phosphorus compound is a Li-containing phosphate compound.
[3]
The positive electrode active material is a compound represented by the following general formula (1); a compound represented by the following general formula (6); and an oxide represented by the following general formula (2A); The lithium according to [1] or [2], which is a composite oxide with an oxide represented by the following formula (1), which is at least one selected from the group consisting of compounds represented by the following general formula (2): Ion secondary battery.
LiMn 2-x Ma x O 4 (1)
(In the formula, Ma represents one or more selected from the group consisting of transition metals, and 0.2 ≦ x ≦ 0.7.)
LiMO 2 (6)
(In the formula, M represents one or more selected from transition metals and Al.)
Li 2 McO 3 (2A)
(In the formula, Mc represents one or more selected from the group consisting of transition metals.)
LiMdO 2 (2B)
(In the formula, Md represents one or more selected from the group consisting of transition metals.)
zLi 2 McO 3 - (1- z) LiMdO 2 (2)
(In the formula, Mc and Md are synonymous with those in the general formulas (2A) and (2B), respectively, and 0.1 ≦ z ≦ 0.9).
[4]
A compound (A) selected from the group consisting of a protonic acid having a phosphorus atom and a compound in which at least one hydrogen atom of the protonic acid having a phosphorus atom is substituted with an alkali metal atom or a trialkylsilyl group. The lithium ion secondary battery according to any one of [1] to [3].
[5]
The lithium ion secondary battery according to [4], wherein the compound (A) includes a compound represented by the following formula (A-1).
[6]
The ratio of the relative element concentration of lithium and phosphorus (Li / P) is 0.3 or more and 2.0 or less,
The lithium ion secondary battery according to any one of [1] to [5].
[7]
The ratio of relative element concentration of lithium and phosphorus (Li / P) is 0.3 or more and 2.0 or less,
And the lithium ion secondary battery in any one of [1]-[5] which has a striped structure in the said film.
[8]
The lithium ion secondary battery according to any one of [1] to [7], wherein the lithium-based positive electrode potential at full charge is 4.4 V (vsLi / Li + ) or more.
[9]
A positive electrode active material;
Formed on the surface of the positive electrode active material, and the ratio of the relative element concentrations of lithium and phosphorus (Li /
P) is 0.3 or more and 4.0 or less, and the transition metal M contained on the surface of the positive electrode active material
And a film having a Li-containing phosphorus compound having a relative element concentration ratio (M / P) of less than 1 and phosphorus,
A positive electrode material.
本発明によれば、高電圧で作動し、かつ、高いサイクル寿命を発現するリチウムイオン
二次電池を提供することができる。
According to the present invention, it is possible to provide a lithium ion secondary battery that operates at a high voltage and exhibits a high cycle life.
以下、必要に応じて図面を参照しつつ、本発明を実施するための形態(以下、単に「本
実施形態」という。)について詳細に説明する。以下の本実施形態は、本発明を説明する
ための例示であり、本発明を以下の内容に限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨の
範囲内で適宜に変形して実施できる。なお、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り
、図面に示す位置関係に基づくものとする。更に、図面の寸法比率は図示の比率に限られ
るものではない。
Hereinafter, a form for carrying out the present invention (hereinafter simply referred to as “the present embodiment”) will be described in detail with reference to the drawings as necessary. The following embodiments are examples for explaining the present invention, and are not intended to limit the present invention to the following contents. The present invention can be implemented with appropriate modifications within the scope of the gist thereof. The positional relationship such as up, down, left, and right is based on the positional relationship shown in the drawings unless otherwise specified. Further, the dimensional ratios in the drawings are not limited to the illustrated ratios.
[リチウムイオン二次電池]
本実施形態のリチウムイオン二次電池(以下、単に「電池」ともいう。)は、正極活物
質を含有する正極と、負極活物質を含有する負極と、非水溶媒とリチウム塩とを含有する
電解液と、前記正極の表面に形成され、かつ、リチウムとリンの相対元素濃度の比(Li
/P)が0.3以上4.0以下であり、かつ、当該正極の表面に含まれる遷移金属Mとリ
ンの相対元素濃度比(M/P)が1未満であるLi含有リン化合物を有する皮膜と、を備
える。このように構成されているため、本実施形態のリチウムイオン二次電池は、高電圧
でも作動でき、かつ、高いサイクル寿命を発現することができる。
[Lithium ion secondary battery]
The lithium ion secondary battery (hereinafter also simply referred to as “battery”) of the present embodiment contains a positive electrode containing a positive electrode active material, a negative electrode containing a negative electrode active material, a non-aqueous solvent, and a lithium salt. The ratio of the relative concentration of lithium and phosphorus formed on the surface of the electrolyte and the positive electrode (Li
/ P) having a Li-containing phosphorus compound having a relative element concentration ratio (M / P) of less than 1 between the transition metal M and phosphorus contained on the surface of the positive electrode is 0.3 or more and 4.0 or less A coating. Since it is configured in this way, the lithium ion secondary battery of the present embodiment can operate even at a high voltage and can exhibit a high cycle life.
本実施形態におけるリチウムイオン二次電池は、正極活物質を含有する正極と、負極活
物質を含有する負極と、非水溶媒とリチウム塩を含有する電解液とを備える。
The lithium ion secondary battery in the present embodiment includes a positive electrode containing a positive electrode active material, a negative electrode containing a negative electrode active material, and an electrolyte containing a nonaqueous solvent and a lithium salt.
(正極)
上記正極活物質を含有する正極は、Liイオンを可逆的に吸蔵・放出し、リチウムイオ
ン二次電池の正極として作用するものであれば特に限定されず、公知のものを用いること
ができる。上記正極活物質としては、特に限定されないが、例えば、LiCoO2、Li
NiO2、LiMnO2、LiNixCoyMnzO2(x+y+z=2)、LiNixCoyA
lzO2(x+y+z=2)などLiMbO2(MbはAl又は、遷移金属から選ばれる)
で表される層状型酸化物、LiMn2O4、LiNixMnyO4(x+y=1)で表される
スピネル型酸化物、zLi2McO3−(1−z)LiMdO2(0.1≦z≦0.9、M
c、Mdは遷移金属から選ばれる)で表されるLi過剰層状酸化物正極活物質を好ましく
挙げることができる。
(Positive electrode)
The positive electrode containing the positive electrode active material is not particularly limited as long as it reversibly occludes / releases Li ions and acts as a positive electrode of a lithium ion secondary battery, and a known one can be used. The positive electrode active material is not particularly limited. For example, LiCoO 2 , Li
NiO 2 , LiMnO 2 , LiNi x Co y Mn z O 2 (x + y + z = 2), LiNi x Co y A
l z O 2 (x + y + z = 2) such as Limbo 2 (Mb is Al or selected from transition metals)
In the layered-type oxide represented, LiMn 2 O 4, LiNi x Mn y O 4 (x + y = 1) spinel type oxide represented by, zLi 2 McO 3 - (1 -z) LiMdO 2 (0.1 ≦ z ≦ 0.9, M
Preferable examples include a Li-excess layered oxide positive electrode active material represented by c and Md selected from transition metals.
本実施形態の電池は、より高い電圧を実現する観点から、4.4V(vsLi/Li+
)以上の電位で10mAh/g以上の放電容量を有する正極活物質を含有する正極を備え
ることがより好ましい。かかる正極を備えた場合であっても、本実施形態の電池は、サイ
クル寿命の向上を可能にする点で有用である。ここで、4.4V(vsLi/Li+)以
上の電位で10mAh/g以上の放電容量を有する正極活物質とは、4.4V(vsLi
/Li+)以上の電位でリチウムイオン二次電池の正極として充電及び放電反応を起こし
得る正極活物質であり、0.1Cの定電流放電時の放電容量が活物質の質量1gに対して
10mAh以上であるものである。よって、正極活物質が、4.4V(vsLi/Li+
)以上の電位で10mAh/g以上の放電容量を有するか否かの判断において、当該正極
活物質を含有する正極を備えるリチウムイオン二次電池の満充電時に、4.4V(vsL
i/Li+)以上であれば、4.4V(vsLi/Li+)以上の電位で10mAh/g以
上の放電容量を有すると判断できる。そのような正極活物質について、容量が、充電初期
又は放電末期において4.4V(vsLi/Li+)以下となることは何ら差し支えない
。リチウムイオン二次電池の高容量化の観点から、4.5V(vsLi/Li+)以上の
電位で10mAh/g以上の放電容量を有する正極活物質が、より好ましい。
The battery of this embodiment is 4.4V (vsLi / Li +) from the viewpoint of realizing a higher voltage.
It is more preferable to provide a positive electrode containing a positive electrode active material having a discharge capacity of 10 mAh / g or more at the above potential. Even when such a positive electrode is provided, the battery of this embodiment is useful in that it can improve the cycle life. Here, the positive electrode active material having a discharge capacity of 10 mAh / g or more at a potential of 4.4 V (vsLi / Li + ) or more is 4.4 V (vsLi / Li + ).
/ Li + ) is a positive electrode active material capable of causing charge and discharge reactions as a positive electrode of a lithium ion secondary battery at a potential equal to or higher than that, and the discharge capacity at constant current discharge of 0.1 C is 10 mAh with respect to 1 g of mass of the active material. That's it. Therefore, the positive electrode active material is 4.4 V (vsLi / Li +
In determining whether or not the battery has a discharge capacity of 10 mAh / g or more at the above potential, 4.4 V (vsL) when a lithium ion secondary battery including a positive electrode containing the positive electrode active material is fully charged.
i / Li + ) or higher, it can be determined that the battery has a discharge capacity of 10 mAh / g or higher at a potential of 4.4 V (vs Li / Li + ) or higher. For such a positive electrode active material, the capacity may be 4.4 V (vsLi / Li + ) or less at the beginning of charging or at the end of discharging. From the viewpoint of increasing the capacity of the lithium ion secondary battery, a positive electrode active material having a discharge capacity of 10 mAh / g or more at a potential of 4.5 V (vsLi / Li + ) or more is more preferable.
上記4.4V(vsLi/Li+)以上の電位で10mAh/g以上の放電容量を有す
る正極活物質としては、正極活物質の構造安定性の観点から、好ましくは、下記一般式(
1)で表される化合物であるスピネル型酸化物;下記一般式(6)で表される化合物;下
記一般式(2A)で表される化合物と、下記一般式(2B)で表される化合物との複合酸
化物であって、下記一般式(2)で表される化合物であるLi過剰層状酸化物正極活物質
;下記一般式(3)で表される化合物であるオリビン型正極活物質;及び下記一般式(4
)で表される化合物であるフッ化オリビン型正極活物質からなる群より選ばれる1種以上
の正極活物質が挙げられる:
LiMn2-xMaxO4 (1)
LiMO2 (6)
(式(6)中、Mは遷移金属、Alから選ばれる1種以上を示す。)
Li2McO3 (2A)
LiMdO2 (2B)
zLi2McO3−(1−z)LiMdO2 (2)
LiMb1-yFeyPO4 (3)
Li2MePO4F (4)
As the positive electrode active material having a discharge capacity of 10 mAh / g or more at a potential of 4.4 V (vsLi / Li + ) or more, from the viewpoint of the structural stability of the positive electrode active material, the following general formula (
1) Spinel-type oxide which is a compound represented by the following formula; compound represented by the following general formula (6); compound represented by the following general formula (2A) and compound represented by the following general formula (2B) A Li-excess layered oxide positive electrode active material which is a compound represented by the following general formula (2); an olivine type positive electrode active material which is a compound represented by the following general formula (3); And the following general formula (4
And one or more positive electrode active materials selected from the group consisting of fluorinated olivine type positive electrode active materials, which are compounds represented by:
LiMn 2-x Ma x O 4 (1)
LiMO 2 (6)
(In formula (6), M represents one or more selected from transition metals and Al.)
Li 2 McO 3 (2A)
LiMdO 2 (2B)
zLi 2 McO 3 - (1- z) LiMdO 2 (2)
LiMb 1-y Fe y PO 4 (3)
Li 2 MePO 4 F (4)
ここで、上記各式中、Maは遷移金属からなる群より選ばれる1種以上を示し、0.2
≦x≦0.7である。また、Mc及びMdは、それぞれ独立に、遷移金属からなる群より
選ばれる1種以上を示し、0.1≦z≦0.9である。さらに、MbはMn及びCoから
なる群より選ばれる1種以上を示し、0≦y≦0.9である。さらにまた、Meは遷移金
属からなる群より選ばれる1種以上を示す。
Here, in each of the above formulas, Ma represents one or more selected from the group consisting of transition metals, and 0.2
≦ x ≦ 0.7. Mc and Md each independently represent one or more selected from the group consisting of transition metals, and 0.1 ≦ z ≦ 0.9. Further, Mb represents one or more selected from the group consisting of Mn and Co, and 0 ≦ y ≦ 0.9. Furthermore, Me represents one or more selected from the group consisting of transition metals.
上記4.4V(vsLi/Li+)以上の電位で10mAh/g以上の放電容量を有す
る正極活物質として、より好ましくは上記一般式(1)で表される化合物であるスピネル
型酸化物;上記一般式(6)で表される化合物;上記一般式(2A)で表される化合物と
、上記一般式(2B)で表される化合物との複合酸化物であって、上記一般式(2)で表
される化合物であるLi過剰層状酸化物正極活物質からなる群より選ばれる1種以上の正
極活物質である。
As the positive electrode active material having a discharge capacity of 10 mAh / g or more at a potential of 4.4 V (vsLi / Li + ) or more, more preferably a spinel oxide which is a compound represented by the general formula (1); Compound represented by the general formula (6): a composite oxide of the compound represented by the general formula (2A) and the compound represented by the general formula (2B), the general formula (2) Is one or more positive electrode active materials selected from the group consisting of Li-excess layered oxide positive electrode active materials.
上記一般式(1)で表される化合物であるスピネル型酸化物としては、特に限定されな
いが、安定性の観点から、下記一般式(1a)で表される化合物であることが好ましい。
LiMn2-xNixO4 (1a)
上記一般式(1a)において、0.2≦x≦0.7である。上記一般式(1)で表され
る化合物は、より好ましくは、下記一般式(1b)で表される化合物である。
LiMn2-xNixO4 (1b)
上記一般式(1b)において、0.3≦x≦0.6である。上記一般式(1)で表され
る化合物は、更に好ましくは、LiMn1.5Ni0.5O4及びLiMn1.6Ni0.4O4である
。ここで、上記一般式(1)で表されるスピネル型酸化物は、正極活物質の安定性、電子
伝導性等の観点から、Mn原子のモル数に対して10モル%以下の範囲で、上記構造以外
に、更に遷移金属又は遷移金属酸化物を含有してもよい。上記一般式(1)で表される化
合物は、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。
Although it does not specifically limit as a spinel type oxide which is a compound represented by the said General formula (1), From a stability viewpoint, it is preferable that it is a compound represented by the following general formula (1a).
LiMn 2-x Ni x O 4 (1a)
In the general formula (1a), 0.2 ≦ x ≦ 0.7. The compound represented by the general formula (1) is more preferably a compound represented by the following general formula (1b).
LiMn 2-x Ni x O 4 (1b)
In the general formula (1b), 0.3 ≦ x ≦ 0.6. The compounds represented by the general formula (1) are more preferably LiMn 1.5 Ni 0.5 O 4 and LiMn 1.6 Ni 0.4 O 4 . Here, the spinel oxide represented by the general formula (1) is within a range of 10 mol% or less with respect to the number of moles of Mn atoms from the viewpoint of stability of the positive electrode active material, electronic conductivity, and the like. In addition to the above structure, it may further contain a transition metal or a transition metal oxide. The compound represented by the general formula (1) is used singly or in combination of two or more.
上記式(6)で表される化合物である層状酸化物正極活物質としては、特に限定されな
いが、安定性の観点から、下記式(6a)又は下記式(6b)で表される酸化物であるこ
とがより好ましい。
LiMn1-v-wCovNiwO2 (6a)
LiNi1-t-uCotAluO2 (6b)
ここで、式(6a)中、0.1≦v≦0.4、0.1≦w≦0.8であり、式(6b)
中、0.05≦t≦0.3、0.01≦u≦0.15である。一例として、LiMn1/3
Co1/3Mn1/3O2、LiMn0.1Co0.1Ni0.8O2、LiMn0.3Co0.2Ni0.5O2、
LiNi0.3Co0.15Al0.05O2などが好ましく挙げられる。
Although it does not specifically limit as a layered oxide positive electrode active material which is a compound represented by the said Formula (6), From a viewpoint of stability, it is an oxide represented by the following formula (6a) or the following formula (6b). More preferably.
LiMn 1-vw Co v Ni w O 2 (6a)
LiNi 1-tu Co t Al u O 2 (6b)
Here, in formula (6a), 0.1 ≦ v ≦ 0.4 and 0.1 ≦ w ≦ 0.8, and formula (6b)
Among them, 0.05 ≦ t ≦ 0.3 and 0.01 ≦ u ≦ 0.15. As an example, LiMn 1/3
Co 1/3 Mn 1/3 O 2 , LiMn 0.1 Co 0.1 Ni 0.8 O 2 , LiMn 0.3 Co 0.2 Ni 0.5 O 2 ,
LiNi 0.3 Co 0.15 Al 0.05 O 2 and the like are preferable.
上記一般式(2)で表される化合物であるLi過剰層状酸化物正極活物質としては、特
に限定されないが、安定性の観点から、下記一般式(2a)で表される化合物であること
が好ましい。
zLi2MnO3−(1−z)LiNiaMnbCocO2 (2a)
上記一般式(2a)中、0.3≦z≦0.7、a+b+c=1、0.2≦a≦0.6、
0.2≦b≦0.6、0.05≦c≦0.4である。中でも、上記式(2a)において、
0.4≦z≦0.6、a+b+c=1、0.3≦a≦0.4、0.3≦b≦0.4、0.
2≦c≦0.3である化合物がより好ましい。
The Li-excess layered oxide positive electrode active material which is a compound represented by the general formula (2) is not particularly limited, but from the viewpoint of stability, it may be a compound represented by the following general formula (2a). preferable.
zLi 2 MnO 3 - (1- z) LiNi a Mn b Co c O 2 (2a)
In the general formula (2a), 0.3 ≦ z ≦ 0.7, a + b + c = 1, 0.2 ≦ a ≦ 0.6,
It is 0.2 <= b <= 0.6 and 0.05 <= c <= 0.4. Among them, in the above formula (2a),
0.4 ≦ z ≦ 0.6, a + b + c = 1, 0.3 ≦ a ≦ 0.4, 0.3 ≦ b ≦ 0.4, 0.
A compound satisfying 2 ≦ c ≦ 0.3 is more preferable.
上記一般式(3)で表される化合物であるオリビン型正極活物質としては、特に限定さ
れないが、安定性及び電子伝導性の観点から、下記一般式(3a)及び、下記一般式(3
b)で表される化合物であることが好ましい。
LiMn1-yFeyPO4 (3a)
LiCo1-yFeyPO4 (3b)
上記式(3a)及び(3b)において、それぞれ独立に0.05≦y≦0.8である。
上記一般式(3)で表される化合物は、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いる
ことができる。
Although it does not specifically limit as an olivine type positive electrode active material which is a compound represented by the said General formula (3), From a viewpoint of stability and electronic conductivity, following General formula (3a) and following General formula (3
It is preferable that it is a compound represented by b).
LiMn 1-y Fe y PO 4 (3a)
LiCo 1-y Fe y PO 4 (3b)
In the above formulas (3a) and (3b), each independently satisfies 0.05 ≦ y ≦ 0.8.
The compounds represented by the general formula (3) can be used singly or in combination of two or more.
上記一般式(4)で表される化合物であるフッ化オリビン型正極活物質は、特に限定さ
れないが、安定性の観点から、Li2FePO4F、Li2MnPO4F及びLi2CoPO4
Fであることが好ましい。上記一般式(4)で表される化合物は、1種を単独で又は2種
以上を組み合わせて用いることができる。
The fluorinated olivine-type positive electrode active material that is the compound represented by the general formula (4) is not particularly limited, but Li 2 FePO 4 F, Li 2 MnPO 4 F, and Li 2 CoPO 4 are used from the viewpoint of stability.
F is preferred. The compound represented by the general formula (4) can be used alone or in combination of two or more.
上記4.4V(vsLi/Li+)以上の電位で10mAh/g以上の放電容量を有す
る正極活物質は、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。また、
正極活物質として、4.4V(vsLi/Li+)以上の電位で10mAh/g以上の放
電容量を有していればよく、4.4V(vsLi/Li+)以上の電位で10mAh/g
以上の放電容量を有する正極活物質と4.4V(vsLi/Li+)以上の電位で10m
Ah/g以上の放電容量を有しない正極活物質を組み合わせて用いることもできる。4.
4V(vsLi/Li+)以上の電位で10mAh/g以上の放電容量を有しない正極活
物質の代表例としては、特に限定されないが、例えば、LiFePO4等が挙げられる。
The positive electrode active materials having a discharge capacity of 10 mAh / g or more at a potential of 4.4 V (vsLi / Li + ) or more can be used singly or in combination of two or more. Also,
As a positive electrode active material, 4.4V (vsLi / Li +) or more has only to have a 10 mAh / g or more discharge capacity potential, 10 mAh / g at 4.4V (vsLi / Li +) or more potential
A positive electrode active material having the above discharge capacity and 10 m at a potential of 4.4 V (vsLi / Li + ) or higher.
A positive electrode active material having no discharge capacity of Ah / g or more can also be used in combination. 4).
A typical example of the positive electrode active material that does not have a discharge capacity of 10 mAh / g or more at a potential of 4 V (vsLi / Li + ) or more is not particularly limited, and examples thereof include LiFePO 4 .
本実施形態における正極活物質は、一般的な無機酸化物の合成方法と同様の方法で合成
できる。例えば、所定の割合で金属塩(例えば硫酸塩及び/又は硝酸塩)を混合した混合
物を、酸素を含む雰囲気環境下で焼成することで無機酸化物を含む正極活物質を得ること
ができる。あるいは、金属塩を溶解させた液に炭酸塩及び/又は水酸化物塩を作用させて
難溶性の金属塩を析出させ、それを抽出分離したものに、リチウム源として炭酸リチウム
及び/又は水酸化リチウムを混合した後、酸素を含む雰囲気環境下で焼成することで、無
機酸化物を含む正極活物質を得ることができる。
The positive electrode active material in the present embodiment can be synthesized by the same method as a general inorganic oxide synthesis method. For example, a positive electrode active material containing an inorganic oxide can be obtained by firing a mixture in which metal salts (for example, sulfate and / or nitrate) are mixed at a predetermined ratio in an atmosphere environment containing oxygen. Alternatively, a carbonate and / or hydroxide salt is allowed to act on a solution in which the metal salt is dissolved to precipitate a hardly soluble metal salt, which is extracted and separated into lithium carbonate and / or hydroxide as a lithium source. After mixing lithium, the positive electrode active material containing an inorganic oxide can be obtained by baking in an atmosphere environment containing oxygen.
ここで、正極の作製方法の一例を以下に示す。まず、上記正極活物質に対して、必要に
応じて、導電助剤やバインダー等を加えて混合した正極合剤を溶剤に分散させて正極合剤
を含有するペーストを調製する。次いで、このペーストを正極集電体に塗布し、乾燥して
正極合剤層を形成し、それを必要に応じて加圧し厚さを調整することによって、正極を作
製することができる。正極集電体としては、特に限定されないが、例えば、アルミニウム
箔又はステンレス箔などの金属箔により構成するものとすることができる。
Here, an example of a method for manufacturing the positive electrode is described below. First, a paste containing a positive electrode mixture is prepared by dispersing, in a solvent, a positive electrode mixture obtained by adding a conductive additive or a binder to the positive electrode active material, if necessary. Next, this paste is applied to a positive electrode current collector and dried to form a positive electrode mixture layer, which is pressurized as necessary to adjust the thickness, whereby a positive electrode can be produced. Although it does not specifically limit as a positive electrode electrical power collector, For example, it shall consist of metal foils, such as aluminum foil or stainless steel foil.
(皮膜)
本実施形態におけるリチウムイオン二次電池は、上記正極の表面に形成され、かつ、リ
チウムとリンの相対元素濃度の比(Li/P)が0.3以上4.0以下であり、かつ、上
記正極に含まれる遷移金属Mとリンの相対元素濃度比(M/P)が1未満であるLi含有
リン化合物を有する皮膜を備える。Li含有リン化合物を正極表面に存在させることで、
電解液の酸化分解を抑制し、電池のサイクル性能を大幅に改善することができる。ここで
、上記Li含有リン化合物とは、Li元素を含有するリン化合物であり、Li含有リン化
合物の相対元素濃度は、XPS(X線光電子分光法)測定により、Li元素とリン元素に
由来するピークを特定することで確認することができる。Li含有リン化合物としては、
サイクル特性改善の観点から、Li含有リン酸化合物が好ましい。ここで、Li含有リン
酸化合物とは、リン酸構造とLi元素を有する化合物であって、具体的には、XPSで1
35eVのリン酸に由来するピークと、56eVのLiに由来するピークを有する化合物
を示す。
(Film)
The lithium ion secondary battery in the present embodiment is formed on the surface of the positive electrode, the ratio of the relative element concentration of lithium and phosphorus (Li / P) is 0.3 or more and 4.0 or less, and the above A film having a Li-containing phosphorus compound having a relative element concentration ratio (M / P) of transition metal M and phosphorus contained in the positive electrode of less than 1 is provided. By allowing the Li-containing phosphorus compound to be present on the positive electrode surface,
The oxidative decomposition of the electrolytic solution can be suppressed, and the cycle performance of the battery can be greatly improved. Here, the Li-containing phosphorus compound is a phosphorus compound containing an Li element, and the relative element concentration of the Li-containing phosphorus compound is derived from the Li element and the phosphorus element by XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) measurement. This can be confirmed by identifying the peak. As the Li-containing phosphorus compound,
From the viewpoint of improving cycle characteristics, a Li-containing phosphate compound is preferable. Here, the Li-containing phosphoric acid compound is a compound having a phosphoric acid structure and a Li element, and specifically, 1 in XPS.
A compound having a peak derived from 35 eV phosphoric acid and a peak derived from 56 eV Li is shown.
本実施形態におけるリチウムイオン二次電池の正極表面のLi含有リン化合物について
、リチウムとリンの相対元素濃度の比(Li/P)は0.3以上4.0以下であり、XP
S測定による正極表面の遷移金属Mとリンの相対元素濃度比(M/P)は1未満である。
Regarding the Li-containing phosphorus compound on the positive electrode surface of the lithium ion secondary battery in this embodiment, the ratio of the relative element concentration of lithium and phosphorus (Li / P) is 0.3 or more and 4.0 or less, and XP
The relative element concentration ratio (M / P) of the transition metal M and phosphorus on the positive electrode surface by S measurement is less than 1.
ここで、正極表面とは、電池中でセパレータを介して負極と向かい合った面である。こ
の正極表面のLi含有リン化合物のリチウムとリンの相対元素濃度の比(Li/P)は、
XPS(X線光電子分光法)を用いて測定することができる。XPS測定では、観察物の
内部構造に影響されず、数nm程度の深さの表面部分の組成を観察することができる。す
なわち、本実施形態における正極表面の相対元素比は、XPSで観察される表面部分の相
対元素比ともいえる。
Here, the positive electrode surface is a surface facing the negative electrode through a separator in the battery. The ratio (Li / P) of the relative element concentration of lithium and phosphorus in the Li-containing phosphorus compound on the positive electrode surface is
It can be measured using XPS (X-ray photoelectron spectroscopy). In XPS measurement, the composition of the surface portion having a depth of about several nm can be observed without being affected by the internal structure of the observation object. That is, it can be said that the relative element ratio of the positive electrode surface in the present embodiment is the relative element ratio of the surface portion observed by XPS.
なお、正極表面のXPS測定する際、電池から正極を取り出したのちに、ジエチルカー
ボネートで1分以上の浸漬洗浄を3回繰り返すことにより、残存した電解液は十分に除去
することができ、正極活物質上に形成された皮膜を良好に測定することができる。
When performing XPS measurement of the positive electrode surface, after removing the positive electrode from the battery, the immersion electrolyte for 1 minute or more was repeated three times with diethyl carbonate, so that the remaining electrolyte could be removed sufficiently, and the positive electrode active The film formed on the substance can be measured well.
本実施形態において、Li含有リン化合物を表面に有する正極とは、上記ジエチルカー
ボネートで1分以上洗浄しても除去されない程度の結合力ないし親和力を有して正極の表
面にLi含有リン化合物が形成されていることを表すものである。
In the present embodiment, the positive electrode having a Li-containing phosphorus compound on the surface has a binding force or affinity that does not remove even after washing with diethyl carbonate for 1 minute or more, and the Li-containing phosphorus compound is formed on the surface of the positive electrode. It represents what is being done.
本実施形態において、リチウムとリンの相対元素濃度の比(Li/P)は、0.3以上
4.0以下である。Li/Pを0.3以上とすることにより、正極活物質上に形成された
Li含有リン化合物皮膜が良好なLiイオン伝導性を有し、Li/Pを4.0以下とする
ことにより、正極活物質上に形成されたLi含有リン化合物皮膜が十分な耐久性を保持す
ることができる。皮膜のイオン伝導性と皮膜の耐久性の観点から、Li/Pは0.3以上
2.0以下であることが好ましく、より好ましくは0.3以上1.5以下であり、さらに
好ましくは0.35以上1.5以下であり、よりさらに好ましくは0.35以上1.4以
下であり、特に好ましくは0.35以上1.2以下である。
In the present embodiment, the ratio of the relative element concentration of lithium and phosphorus (Li / P) is 0.3 or more and 4.0 or less. By setting Li / P to 0.3 or more, the Li-containing phosphorus compound film formed on the positive electrode active material has good Li ion conductivity, and by setting Li / P to 4.0 or less, The Li-containing phosphorus compound film formed on the positive electrode active material can maintain sufficient durability. From the viewpoint of ion conductivity of the film and durability of the film, Li / P is preferably 0.3 or more and 2.0 or less, more preferably 0.3 or more and 1.5 or less, and further preferably 0. .35 or more and 1.5 or less, more preferably 0.35 or more and 1.4 or less, and particularly preferably 0.35 or more and 1.2 or less.
本実施形態において、皮膜のイオン伝導性と皮膜の耐久性の観点から、リチウムとリン
の相対元素濃度の比(Li/P)が0.3以上2.0以下であり、かつ、活物質表層近傍
30nm以内に縞状構造を有することが好ましい。上記縞状構造は元素分布に由来するも
のと考えられ、例えば、透過型電子顕微鏡(TEM)で正極表面部分の断面を観察するこ
とでその構造を観察することができる。
In this embodiment, from the viewpoint of ion conductivity of the film and durability of the film, the ratio of the relative element concentration of lithium and phosphorus (Li / P) is 0.3 or more and 2.0 or less, and the active material surface layer It is preferable to have a striped structure in the vicinity of 30 nm. The striped structure is considered to be derived from the element distribution. For example, the structure can be observed by observing the cross section of the positive electrode surface portion with a transmission electron microscope (TEM).
本実施形態において、遷移金属Mとリンの相対元素濃度比(M/P)は1未満である。
この正極表面のLi含有リン化合物の遷移金属Mとリンの相対元素濃度比(M/P)は、
XPS(X線光電子分光法)を用いて測定することができる。ここで、Mは正極活物質に
含まれる遷移金属を表し、正極活物質が複数種の遷移金属を有する場合には、相対元素濃
度は複数種の遷移金属の濃度の和となる。例えば、正極活物質LiNi0.5Mn1.5O4の
場合、MはNiの濃度とMnの濃度の和になる。遷移金属Mとリンの相対元素濃度比(M
/P)が1未満とは、正極活物質上にLi含有リン化合物皮膜が一定量以上形成されてい
る状態を表すと考えられる。例えば、十分な量のLi含有リン化合物皮膜が正極活物質上
に形成されていない場合、Mの濃度に対してPの濃度が低下することから、M/Pは1を
超えることとなる。M/Pを1未満にすることにより、Li含有リン化合物皮膜が十分に
正極活物質上に形成され、電解液の正極上での酸化分解を抑制でき、サイクル性能が向上
したものと考えられる。サイクル性能向上の観点から、好ましくは、M/Pは0.95以
下、より好ましくはM/Pは0.9以下、さらに好ましくはM/Pは0.8以下、よりさ
らに好ましくはM/Pは0.7以下である。正極活物質が完全にLi含有リン化合物皮膜
で覆われている場合にはM/Pは0となる。
In this embodiment, the relative element concentration ratio (M / P) of the transition metal M and phosphorus is less than 1.
The relative element concentration ratio (M / P) between the transition metal M and phosphorus of the Li-containing phosphorus compound on the surface of the positive electrode is:
It can be measured using XPS (X-ray photoelectron spectroscopy). Here, M represents a transition metal contained in the positive electrode active material, and when the positive electrode active material has a plurality of types of transition metals, the relative element concentration is the sum of the concentrations of the plurality of types of transition metals. For example, in the case of the positive electrode active material LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 , M is the sum of the Ni concentration and the Mn concentration. Relative element concentration ratio of transition metal M and phosphorus (M
/ P) is considered to represent a state in which a certain amount or more of the Li-containing phosphorus compound film is formed on the positive electrode active material. For example, when a sufficient amount of the Li-containing phosphorus compound film is not formed on the positive electrode active material, the concentration of P decreases with respect to the concentration of M, so M / P exceeds 1. By making M / P less than 1, it is considered that the Li-containing phosphorus compound film is sufficiently formed on the positive electrode active material, and the oxidative decomposition of the electrolytic solution on the positive electrode can be suppressed, and the cycle performance is improved. From the viewpoint of improving cycle performance, M / P is preferably 0.95 or less, more preferably M / P is 0.9 or less, further preferably M / P is 0.8 or less, and even more preferably M / P. Is 0.7 or less. M / P is 0 when the positive electrode active material is completely covered with the Li-containing phosphorus compound film.
(負極)
本実施形態のリチウムイオン二次電池は、負極活物質を含有する負極を有する。上記負
極としては、Liイオンを可逆的に吸蔵・放出し、リチウムイオン二次電池の負極として
作用するものであれば特に限定されず、公知のものを用いることができる。上記負極は、
上述のように負極活物質としてリチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な材料から
なる群より選ばれる1種以上を含有することができる。すなわち、負極は、負極活物質と
して、炭素負極活物質、ケイ素合金負極活物質及びスズ合金負極活物質に代表されるリチ
ウムと合金形成が可能な元素を含む負極活物質;ケイ素酸化物負極活物質;スズ酸化物負
極活物質;及びチタン酸リチウム負極活物質に代表されるリチウム含有化合物;からなる
群より選ばれる1種以上の負極活物質を含有することが好ましい。これらの負極活物質は
、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。
(Negative electrode)
The lithium ion secondary battery of this embodiment has a negative electrode containing a negative electrode active material. The negative electrode is not particularly limited as long as it can reversibly occlude / release Li ions and acts as a negative electrode of a lithium ion secondary battery, and a known one can be used. The negative electrode is
As described above, the negative electrode active material may contain one or more selected from the group consisting of materials capable of inserting and extracting lithium ions. That is, the negative electrode includes, as a negative electrode active material, a negative electrode active material including an element capable of forming an alloy with lithium, such as a carbon negative electrode active material, a silicon alloy negative electrode active material, and a tin alloy negative electrode active material; It is preferable to contain one or more negative electrode active materials selected from the group consisting of: a tin oxide negative electrode active material; and a lithium-containing compound typified by a lithium titanate negative electrode active material. These negative electrode active materials are used singly or in combination of two or more.
本実施形態における炭素負極活物質としては、特に限定されないが、例えば、ハードカ
ーボン、ソフトカーボン、人造黒鉛、天然黒鉛、黒鉛、熱分解炭素、コークス、ガラス状
炭素、有機高分子化合物の焼成体、メソカーボンマイクロビーズ、炭素繊維、活性炭、グ
ラファイト、炭素コロイド及びカーボンブラックが挙げられる。コークスとしては、例え
ば、ピッチコークス、ニードルコークス及び石油コークスが挙げられる。また、有機高分
子化合物の焼成体とは、フェノール樹脂やフラン樹脂などの高分子材料を適当な温度で焼
成して炭素化したものである。
The carbon negative electrode active material in the present embodiment is not particularly limited. For example, hard carbon, soft carbon, artificial graphite, natural graphite, graphite, pyrolytic carbon, coke, glassy carbon, a fired body of an organic polymer compound, Examples include mesocarbon microbeads, carbon fibers, activated carbon, graphite, carbon colloid, and carbon black. Examples of the coke include pitch coke, needle coke, and petroleum coke. Moreover, the fired body of an organic polymer compound is obtained by firing and carbonizing a polymer material such as a phenol resin or a furan resin at an appropriate temperature.
本実施形態におけるリチウムと合金を形成可能な元素を含む負極活物質は、特に限定さ
れないが、金属又は半金属の単体であっても、合金や化合物であってもよく、また、これ
らの1種又は2種以上の相を少なくとも一部に有するようなものであってもよい。なお、
「合金」には、2種以上の金属元素からなるものに加えて、1種以上の金属元素と1種以
上の半金属元素とを有するものも含まれる。また、合金には、全体として金属の性質を有
するものであれば非金属元素が含まれていてもよい。
The negative electrode active material containing an element capable of forming an alloy with lithium in the present embodiment is not particularly limited, and may be a metal or a semimetal alone, an alloy or a compound, or one of these. Or what has two or more types of phases in at least one part may be sufficient. In addition,
“Alloys” include those having one or more metal elements and one or more metalloid elements in addition to those composed of two or more metal elements. Further, the alloy may contain a nonmetallic element as long as it has metal properties as a whole.
金属元素及び半金属元素としては、特に限定されないが、例えば、チタン(Ti)、ス
ズ(Sn)、鉛(Pb)、アルミニウム(Al)、インジウム(In)、ケイ素(Si)
、亜鉛(Zn)、アンチモン(Sb)、ビスマス(Bi)、ガリウム(Ga)、ゲルマニ
ウム(Ge)、ヒ素(As)、銀(Ag)、ハフニウム(Hf)、ジルコニウム(Zr)
及びイットリウム(Y)が挙げられる。これらの中でも、長周期型周期表における4族又
は14族の金属元素及び半金属元素が好ましく、特に好ましくはチタン、ケイ素及びスズ
である。
Although it does not specifically limit as a metal element and a metalloid element, For example, titanium (Ti), tin (Sn), lead (Pb), aluminum (Al), indium (In), silicon (Si)
, Zinc (Zn), antimony (Sb), bismuth (Bi), gallium (Ga), germanium (Ge), arsenic (As), silver (Ag), hafnium (Hf), zirconium (Zr)
And yttrium (Y). Among these, the metal elements and metalloid elements of Group 4 or 14 in the long-period periodic table are preferable, and titanium, silicon, and tin are particularly preferable.
上記負極は、例えば、下記のようにして得られる。まず、上記負極活物質に対して、必
要に応じて、導電助剤やバインダー等を加えて混合した負極合剤を溶剤に分散させて負極
合剤を含有するペーストを調製する。次いで、このペーストを負極集電体に塗布し、乾燥
して負極合剤層を形成し、それを必要に応じて加圧し厚みを調整することによって、負極
が作製される。負極集電体は、例えば、銅箔、ニッケル箔又はステンレス箔などの金属箔
により構成される。
The negative electrode is obtained as follows, for example. First, a negative electrode mixture containing a negative electrode mixture is prepared by dispersing, in a solvent, a negative electrode mixture prepared by adding a conductive additive or a binder to the negative electrode active material, if necessary. Next, this paste is applied to a negative electrode current collector and dried to form a negative electrode mixture layer, which is pressurized as necessary to adjust the thickness, thereby producing a negative electrode. The negative electrode current collector is made of, for example, a metal foil such as a copper foil, a nickel foil, or a stainless steel foil.
上記正極及び負極の作製において、必要に応じて用いられる導電助剤としては、特に限
定されないが、例えば、グラファイト、アセチレンブラック及びケッチェンブラックなど
のカーボンブラック、並びに炭素繊維が挙げられる。また、バインダーとしては、特に限
定されないが、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレ
ン(PTFE)、ポリアクリル酸、スチレンブタジエンゴム及びフッ素ゴムが挙げられる
。
In the production of the positive electrode and the negative electrode, the conductive aid used as necessary is not particularly limited, and examples thereof include carbon black such as graphite, acetylene black and ketjen black, and carbon fiber. The binder is not particularly limited, and examples thereof include polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyacrylic acid, styrene butadiene rubber, and fluorine rubber.
(電解液)
本実施形態におけるリチウムイオン二次電池に用いられる電解液は、非水溶媒を含有す
る。非水溶媒としては、特に限定されず様々なものを用いることができるが、例えば、非
プロトン性極性溶媒が好ましい。その具体例としては、エチレンカーボネート、プロピレ
ンカーボネート、1,2−ブチレンカーボネート、2,3−ブチレンカーボネート、1,
2−ペンチレンカーボネート、2,3−ペン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、フルオロエチレンカーボネート及び4,5−ジフルオロエチレンカ
ーボネートなどの環状カーボネート;γーブチロラクトン及びγーバレロラクトンなどの
ラクトン;スルホランなどの環状スルホン;テトラヒドロフラン及びジオキサンなどの環
状エーテル;エチルメチルカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート
、メチルプロピルカーボネート、メチルイソプロピルカーボネート、ジプロピルカーボネ
ート、メチルブチルカーボネート、ジブチルカーボネート、エチルプロピルカーボネート
及びメチルトリフルオロエチルカーボネートなどの鎖状カーボネート;アセトニトリルな
どのニトリル;ジメチルエーテルなどの鎖状エーテル;プロピオン酸メチルなどの鎖状カ
ルボン酸エステル;ジメトキシエタンなどの鎖状エーテルカーボネート化合物が挙げられ
る。これらは1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
(Electrolyte)
The electrolytic solution used for the lithium ion secondary battery in the present embodiment contains a non-aqueous solvent. The non-aqueous solvent is not particularly limited and various solvents can be used. For example, an aprotic polar solvent is preferable. Specific examples thereof include ethylene carbonate, propylene carbonate, 1,2-butylene carbonate, 2,3-butylene carbonate, 1,
Cyclic carbonates such as 2-pentylene carbonate, 2,3-pentylene carbonate, trifluoromethylethylene carbonate, fluoroethylene carbonate and 4,5-difluoroethylene carbonate; lactones such as γ-butyrolactone and γ-valerolactone; cyclic such as sulfolane Sulfone; cyclic ethers such as tetrahydrofuran and dioxane; Chain carbonates; Nitriles such as acetonitrile; Dimethyl ether And chain ether carbonates such as methyl propionate; chain ether carbonate compounds such as dimethoxyethane. These can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.
本実施形態における非水溶媒としては、イオン伝導性の観点から、環状カーボネート、
鎖状カーボネートなどのカーボネート系溶媒を用いることがより好ましい。また、カーボ
ネート系溶媒として、環状カーボネートと鎖状カーボネートを組合せて用いることがさら
に好ましい。環状カーボネートとしては、特に限定されず様々なものを用いることができ
るが、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、フルオロエチレンカー
ボネートが好ましく、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートがより好ましい。
鎖状カーボネートとしては、特に限定されず様々なものを用いることができるが、例えば
、エチルメチルカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネートが好ましい
。
As the non-aqueous solvent in the present embodiment, from the viewpoint of ion conductivity, cyclic carbonate,
It is more preferable to use a carbonate-based solvent such as a chain carbonate. Further, it is more preferable to use a combination of a cyclic carbonate and a chain carbonate as the carbonate solvent. Although it does not specifically limit as a cyclic carbonate and various things can be used, For example, ethylene carbonate, propylene carbonate, and fluoroethylene carbonate are preferable, and ethylene carbonate and propylene carbonate are more preferable.
The chain carbonate is not particularly limited, and various types can be used. For example, ethyl methyl carbonate, dimethyl carbonate, and diethyl carbonate are preferable.
本実施形態におけるカーボネート系溶媒として、環状カーボネートと鎖状カーボネート
を組合せて含む場合、環状カーボネートと鎖状カーボネートとの混合比は、イオン伝導性
の観点から、体積比で1:10〜5:1であることが好ましく、1:5〜3:1であるこ
とがより好ましい。
When the carbonate-based solvent in the present embodiment includes a combination of a cyclic carbonate and a chain carbonate, the mixing ratio of the cyclic carbonate and the chain carbonate is 1:10 to 5: 1 in terms of volume ratio from the viewpoint of ion conductivity. And is more preferably 1: 5 to 3: 1.
本実施形態におけるカーボネート系溶媒を用いる場合、電池物性改善の観点から、必要
に応じて、アセトニトリル、スルホラン等の別の非水溶媒をさらに添加することができる
。
In the case of using the carbonate-based solvent in the present embodiment, another nonaqueous solvent such as acetonitrile or sulfolane can be further added as necessary from the viewpoint of improving the physical properties of the battery.
本実施形態におけるリチウムイオン二次電池の電解液は、リチウム塩を含有する。上記
リチウム塩の電解液含有量は、イオン伝導性の観点から好ましくは1質量%以上であり、
低温での溶解性の観点から好ましくは40質量%以下である。リチウム塩の含有量は、よ
り好ましくは5質量%以上35質量%以下であり、更に好ましくは7質量%以上30質量
%以下である。なお、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池中に含まれる電解液中の
リチウム塩の含有量は、当該リチウム塩に含まれる元素に基づき、例えば、19F−NMR
、31P−NMRなどのNMR測定を行うことにより確認することができる。
The electrolyte solution of the lithium ion secondary battery in the present embodiment contains a lithium salt. The electrolyte content of the lithium salt is preferably 1% by mass or more from the viewpoint of ion conductivity,
From the viewpoint of solubility at low temperatures, it is preferably 40% by mass or less. The lithium salt content is more preferably 5% by mass or more and 35% by mass or less, and further preferably 7% by mass or more and 30% by mass or less. In addition, the content of the lithium salt in the electrolyte solution included in the lithium ion secondary battery according to the present embodiment is based on the elements included in the lithium salt, for example, 19 F-NMR.
This can be confirmed by performing NMR measurement such as 31 P-NMR.
本実施形態におけるリチウム塩の構造としては、特に限定されないが、イオン伝導性の
観点から、好ましくはLiPF6、LiClO4、LiAsF6、Li2SiF6、LiOS
O2CkF2k+1(kは1〜8の整数)、LiN(SO2CkF2k+1)2[kは1〜8の整数]
、LiPFn(CkF2k+1)6-n[nは1〜5の整数、kは1〜8の整数]、LiPF4(C
2O2)2、LiPF2(C2O2)2であり、より好ましくは、LiPF6である。これらの電
解質は、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
The structure of the lithium salt in the present embodiment is not particularly limited, but is preferably LiPF 6 , LiClO 4 , LiAsF 6 , Li 2 SiF 6 , LiOS from the viewpoint of ion conductivity.
O 2 C k F 2k + 1 (k is an integer of 1 to 8), LiN (SO 2 C k F 2k + 1 ) 2 [k is an integer of 1 to 8]
, LiPF n (C k F 2k + 1 ) 6-n [n is an integer of 1 to 5, k is an integer of 1 to 8], LiPF 4 (C
2 O 2 ) 2 and LiPF 2 (C 2 O 2 ) 2 , and more preferably LiPF 6 . These electrolytes can be used singly or in combination of two or more.
本実施形態におけるリチウムイオン二次電池に用いる電解液は、リン原子を有するプロ
トン酸、及びリン原子を有するプロトン酸の水素原子の少なくとも1つをアルカリ金属原
子又はトリアルキルシリル基で置換した化合物からなる群より選ばれる化合物(A)を含
有することが好ましい。リン原子を有するプロトン酸とは、分子内にリン原子を有し、か
つ、プロトンとして解離しうる水素原子を有する化合物であればよく、分子内にフッ素原
子、塩素原子等のハロゲン原子や、アルコキシ基、アルキル基等の有機基をはじめ、Si
、B、O、N、等の異種原子を含有していてもよい。また、ポリリン酸のように分子内に
リン原子を複数個含有していてもよい。リン原子を有するプロトン酸としては、特に限定
されないが、例えば、リン酸、亜リン酸、ピロリン酸、ポリリン酸、ホスホン酸が好まし
く挙げられる。この中でも化合物(A)の安定性の観点から、より好ましくは、リン酸、
亜リン酸、ホスホン酸である。これらのプロトン酸は置換されていてもよい。
The electrolyte used for the lithium ion secondary battery in the present embodiment includes a proton acid having a phosphorus atom and a compound in which at least one hydrogen atom of the proton acid having a phosphorus atom is substituted with an alkali metal atom or a trialkylsilyl group. It is preferable to contain the compound (A) selected from the group consisting of The protonic acid having a phosphorus atom may be a compound having a phosphorus atom in the molecule and a hydrogen atom that can dissociate as a proton, such as a halogen atom such as a fluorine atom or a chlorine atom, Group, organic group such as alkyl group, Si
, B, O, N, etc. may be contained. Further, a plurality of phosphorus atoms may be contained in the molecule like polyphosphoric acid. Although it does not specifically limit as a protonic acid which has a phosphorus atom, For example, phosphoric acid, phosphorous acid, pyrophosphoric acid, polyphosphoric acid, and phosphonic acid are mentioned preferably. Among these, from the viewpoint of the stability of the compound (A), more preferably phosphoric acid,
Phosphorous acid and phosphonic acid. These protonic acids may be substituted.
上記化合物(A)は、リン原子を有するプロトン酸の水素原子の少なくとも1つを、ア
ルカリ金属原子又はトリアルキルシリル基で置換した化合物であってもよい。上記アルカ
リ金属原子としては、特に限定されないが、例えば、リチウム原子、ナトリウム原子、カ
リウム原子が好ましく挙げられる。サイクル性能改善の観点から、アルカリ金属原子とし
ては、リチウム原子が特に好ましい。トリアルキルシリル基とは、−SiR3R4R5(
R3〜R5はアルキル基)で表される置換基である。トリアルキルシリル基としては、特
に限定されないが、リチウムイオン二次電池中での化学的安定性の観点から、−Si(C
H3)3、−Si(C2H5)3、−Si(CHCH2)3、−Si(CH2CHCH2)3、−S
i(CF3)3であることがより好ましく、−Si(CH3)3であることがさらに好ましい
。
The compound (A) may be a compound in which at least one hydrogen atom of a protonic acid having a phosphorus atom is substituted with an alkali metal atom or a trialkylsilyl group. Although it does not specifically limit as said alkali metal atom, For example, a lithium atom, a sodium atom, and a potassium atom are mentioned preferably. From the viewpoint of improving the cycle performance, the alkali metal atom is particularly preferably a lithium atom. The trialkylsilyl group is -SiR3R4R5 (
R3 to R5 are substituents represented by an alkyl group). Although it does not specifically limit as a trialkylsilyl group, From a viewpoint of the chemical stability in a lithium ion secondary battery, -Si (C
H 3) 3, -Si (C 2 H 5) 3, -Si (CHCH 2) 3, -Si (CH 2 CHCH 2) 3, -S
i (CF 3 ) 3 is more preferable, and —Si (CH 3 ) 3 is further preferable.
上記化合物(A)としては、電池中での化学的安定性の観点から、下記式(A−1)で
表される化合物であることがより好ましい。
The compound (A) is more preferably a compound represented by the following formula (A-1) from the viewpoint of chemical stability in the battery.
シリル基を示し、nは0又は1の整数、R1,R2はそれぞれ独立に、OH基、OLi基、
置換されてもよい炭素数1以上10以下のアルキル基、置換されてもよい炭素数1以上1
0以下のアルコキシ基、炭素数3以上10以下のシロキシ基を示す。)
Alkyl group having 1 to 10 carbon atoms which may be substituted, 1 to 1 carbon atom which may be substituted
An alkoxy group having 0 or less and a siloxy group having 3 to 10 carbon atoms are shown. )
ここで、nは0又は1の整数を示すが、化合物(A)の電解液中での安定性の観点から
、nは1が特に好ましい。式(A−1)中、電池の放電容量維持の観点から、Xはアルカ
リ金属原子、炭素数3以上10以下のトリアルキルシリル基がより好ましい。
Here, n represents an integer of 0 or 1, and n is particularly preferably 1 from the viewpoint of the stability of the compound (A) in the electrolytic solution. In formula (A-1), X is more preferably an alkali metal atom or a trialkylsilyl group having 3 to 10 carbon atoms from the viewpoint of maintaining the discharge capacity of the battery.
式(A−1)で、アルキル基とは、炭素原子が直接P原子に結合した構造を示すもので
あり、アルキル基は脂肪族のみならず、フェニル基やベンジル基などの芳香環を有する構
造であってもよい。また、また、アルキル基中の水素原子がすべてフッ素原子に置換され
たトリフルオロメチル基などのフッ素置換炭化水素基も含まれる。アルキル基は、種々の
官能基で置換されていてもよい。
In the formula (A-1), the alkyl group represents a structure in which a carbon atom is directly bonded to a P atom, and the alkyl group has not only an aliphatic group but also an aromatic ring such as a phenyl group or a benzyl group. It may be. Further, fluorine-substituted hydrocarbon groups such as a trifluoromethyl group in which all hydrogen atoms in the alkyl group are substituted with fluorine atoms are also included. The alkyl group may be substituted with various functional groups.
式(A−1)で、R1、R2のアルキル基としての好ましい例は、特に限定されないが、
メチル基、エチル基、ビニル基、アリル基(allyl)、プロピル基、ブチル基、ペン
チル基、ヘキシル基、フルオロヘキシル基などの脂肪族アルキル基、ベンジル基、フェニ
ル基、ニトリル置換フェニル基、フルオロ化フェニル基などの芳香族アルキル基が挙げら
れる。中でも、化学的安定性の観点から、メチル基、エチル基、アリル基(allyl)
、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、フルオロヘキシル基がより好ましい
。アルキル基の炭素数は1から10であり、電池性能向上の観点から1以上であり、電解
液との親和性の観点から10以下である。アルキル基の炭素数は好ましくは2以上10以
下、より好ましくは3以上8以下である。
In formula (A-1), preferred examples of R 1 and R 2 as the alkyl group are not particularly limited,
Aliphatic alkyl groups such as methyl, ethyl, vinyl, allyl, propyl, butyl, pentyl, hexyl, fluorohexyl, benzyl, phenyl, nitrile-substituted phenyl, fluorination An aromatic alkyl group such as a phenyl group can be mentioned. Among them, from the viewpoint of chemical stability, methyl group, ethyl group, allyl group (allyl)
Propyl group, butyl group, pentyl group, hexyl group, and fluorohexyl group are more preferable. The carbon number of the alkyl group is 1 to 10, 1 or more from the viewpoint of improving battery performance, and 10 or less from the viewpoint of affinity with the electrolytic solution. The carbon number of the alkyl group is preferably 2 or more and 10 or less, more preferably 3 or more and 8 or less.
式(A−1)で、アルコキシ基とは、炭素原子が酸素原子を介してP原子に結合した構
造を示すものであり、アルコキシ基は脂肪族のみならず、フェノキシ基、ベンジルアルコ
キシ基などの芳香環を有する構造であってもよい。また、アルコキシ基中の水素原子がフ
ッ素置換されたトリフルオロエチル基やヘキサフルオロイソプロピル基などのフッ素置換
アルコキシ基も含まれる。アルコキシ基は、種々の官能基で置換されていてもよい。
In the formula (A-1), the alkoxy group indicates a structure in which a carbon atom is bonded to a P atom through an oxygen atom, and the alkoxy group is not only aliphatic, but also a phenoxy group, a benzylalkoxy group, and the like. It may be a structure having an aromatic ring. Also included are fluorine-substituted alkoxy groups such as trifluoroethyl groups and hexafluoroisopropyl groups in which hydrogen atoms in the alkoxy groups are fluorine-substituted. The alkoxy group may be substituted with various functional groups.
式(A−1)で、上記R1、R2のアルコキシ基としての好ましい例は、特に限定されな
いが、メトキシ基、エトキシ基、ビニロキシ基、アリロキシ基(allyloxy)、プ
ロポキシ基、ブトキシ基、シアノヒドロキシ基、フルオロエトキシ基、フルオロプロポキ
シ基などの脂肪族アルコキシ基、フェノキシ基、ベンジルアルコキシ基、ニトリル置換フ
ェノキシ基、フルオロ化フェノキシ基などの芳香族アルコキシ基が挙げられる。中でも化
学的安定性の観点から、メトキシ基、エトキシ基、ビニロキシ基、アリロキシ基(all
yloxy)、プロポキシ基、ブトキシ基、シアノヒドロキシ基、フルオロエトキシ基、
フルオロプロポキシ基がより好ましい。アルコキシ基の炭素数は1から10であり、電池
性能向上の観点から1以上であり、電解液との親和性の観点から10以下である。アルコ
キシ基の炭素数は好ましくは1以上8以下、より好ましくは2以上8以下である。
In the formula (A-1), preferred examples of the alkoxy groups of R 1 and R 2 are not particularly limited, but methoxy group, ethoxy group, vinyloxy group, allyloxy group, propoxy group, butoxy group, cyano group Examples thereof include aliphatic alkoxy groups such as hydroxy group, fluoroethoxy group and fluoropropoxy group, and aromatic alkoxy groups such as phenoxy group, benzylalkoxy group, nitrile substituted phenoxy group and fluorinated phenoxy group. Among them, from the viewpoint of chemical stability, methoxy group, ethoxy group, vinyloxy group, allyloxy group (all
yloxy), propoxy group, butoxy group, cyanohydroxy group, fluoroethoxy group,
A fluoropropoxy group is more preferred. The alkoxy group has 1 to 10 carbon atoms, 1 or more from the viewpoint of improving battery performance, and 10 or less from the viewpoint of affinity with the electrolytic solution. The number of carbon atoms of the alkoxy group is preferably 1 or more and 8 or less, more preferably 2 or more and 8 or less.
式(A−1)で、シロキシ基とは、ケイ素原子が酸素原子を介してP原子に結合した構
造を示すものであり、シロキシ基はSi−O−Si−といったシロキサン構造を含んでい
てもよい。シロキシ基としては、特に限定されないが、化学的安定性の観点から、トリメ
チルシロキシ基、トリエチルシロキシ基、ジメチルエチルシロキシ基、ジエチルメチルシ
ロキシ基などが好ましく挙げられる。より好ましくは、トリメチルシロキシ基である。シ
ロキシ基の炭素数は3から10であり、電池性能向上の観点から1以上であり、化学的安
定性の観点から10以下である。シロキシ基の炭素数は好ましくは3以上8以下、より好
ましくは3以上6以下である。また、シロキシ基中のケイ素数は特に限定されないが、化
学的安定性、電池性能向上の観点から、シロキシ基中のケイ素原子数は、特に好ましくは
1以上2以下、最も好ましくは1である。
In the formula (A-1), a siloxy group indicates a structure in which a silicon atom is bonded to a P atom through an oxygen atom, and the siloxy group may contain a siloxane structure such as Si—O—Si—. Good. Although it does not specifically limit as a siloxy group, From a viewpoint of chemical stability, a trimethylsiloxy group, a triethylsiloxy group, a dimethylethylsiloxy group, a diethylmethylsiloxy group etc. are mentioned preferably. More preferably, it is a trimethylsiloxy group. The siloxy group has 3 to 10 carbon atoms, 1 or more from the viewpoint of improving battery performance, and 10 or less from the viewpoint of chemical stability. The carbon number of the siloxy group is preferably 3 or more and 8 or less, more preferably 3 or more and 6 or less. The number of silicon in the siloxy group is not particularly limited, but from the viewpoint of improving chemical stability and battery performance, the number of silicon atoms in the siloxy group is particularly preferably 1 or more and 2 or less, and most preferably 1.
化合物(A)の好ましい具体例としては、特に限定されないが、リン酸トリス(トリメ
チルシリル)、亜リン酸トリス(トリメチルシリル)、リン酸トリス(トリエチルシリル
)、ピロリン酸テトラキス(トリメチルシリル)、ポリリン酸トリメチルシリル、ブチル
ホスホン酸ビス(トリメチルシリル)、プロピルホスホン酸ビス(トリメチルシリル)、
エチルホスホン酸ビス(トリメチルシリル)、リン酸モノメチルビス(トリメチルシリル
)、リン酸モノエチルビス(トリメチルシリル)、リン酸モノ(トリフルオロエチル)ビ
ス(トリメチルシリル)、リン酸モノ(ヘキサフルオロイソプロピル)ビス(トリメチル
シリル)、リン酸リチウム、ピロリン酸リチウム、リン酸、ピロリン酸が挙げられる。こ
の中でもサイクル寿命及びガス発生抑制の視点から、リン酸トリス(トリメチルシリル)
、亜リン酸トリス(トリメチルシリル)、ピロリン酸テトラキス(トリメチルシリル)、
ポリリン酸トリメチルシリル、ブチルホスホン酸ビス(トリメチルシリル)、プロピルホ
スホン酸ビス(トリメチルシリル)、エチルホスホン酸ビス(トリメチルシリル)、リン
酸モノメチルビス(トリメチルシリル)、リン酸モノエチルビス(トリメチルシリル)、
リン酸モノ(トリフルオロエチル)ビス(トリメチルシリル)、リン酸モノ(ヘキサフル
オロイソプロピル)ビス(トリメチルシリル)、リン酸リチウム、リン酸、がより好まし
く、リン酸トリス(トリメチルシリル)、亜リン酸トリス(トリメチルシリル)、ピロリ
ン酸テトラキス(トリメチルシリル)、ポリリン酸トリメチルシリル、リン酸リチウム、
リン酸が特に好ましい。
Preferable specific examples of the compound (A) include, but are not particularly limited to, tris (trimethylsilyl) phosphate, tris (trimethylsilyl) phosphite, tris (triethylsilyl) phosphate, tetrakis pyrophosphate (trimethylsilyl), trimethylsilyl polyphosphate, Butyl phosphonate bis (trimethylsilyl), propyl phosphonate bis (trimethylsilyl),
Bis (trimethylsilyl) ethylphosphonate, monomethylbis (trimethylsilyl) phosphate, monoethylbis (trimethylsilyl) phosphate, mono (trifluoroethyl) bis (trimethylsilyl) phosphate, mono (hexafluoroisopropyl) bis (trimethylsilyl) phosphate, phosphorus Examples include lithium acid, lithium pyrophosphate, phosphoric acid, and pyrophosphoric acid. Among these, from the viewpoint of cycle life and gas generation suppression, tris (trimethylsilyl) phosphate
, Tris phosphite (trimethylsilyl), tetrakis pyrophosphate (trimethylsilyl),
Trimethylsilyl polyphosphate, bis (trimethylsilyl) butylphosphonate, bis (trimethylsilyl) propyl phosphonate, bis (trimethylsilyl) ethylphosphonate, monomethylbis (trimethylsilyl) phosphate, monoethylbis (trimethylsilyl) phosphate,
Mono (trifluoroethyl) bis (trimethylsilyl) phosphate, mono (hexafluoroisopropyl) bis (trimethylsilyl) phosphate, lithium phosphate, and phosphoric acid are more preferred, and tris (trimethylsilyl) phosphate, tris (trimethylsilyl) phosphite ), Tetrakis pyrophosphate (trimethylsilyl), trimethylsilyl polyphosphate, lithium phosphate,
Phosphoric acid is particularly preferred.
また、化合物(A)の電解液中の含有量は、電解液質量に対して、0.01質量%以上
10質量%以下含有することが好ましい。リチウムイオン二次電池において良好なサイク
ル寿命を得る観点から、化合物(A)の含有量は好ましくは0.01質量%以上であり、
電池出力の観点から、好ましくは10質量%以下である。より好ましくは0.05質量%
以上10質量%以下、更に好ましくは0.1質量%以上8質量%以下、更により好ましく
は0.2質量%以上5質量%以下、特に好ましくは0.3質量%以上4質量%以下である
。化合物(A)は電解液中に存在していればよく、かならずしも分子レベルで溶解してい
る必要はなく、分散状態で存在していてもよい。なお、リチウムイオン二次電池に含まれ
る電解液中における化合物(A)の含有量は、当該化合物(A)に含まれる元素に基づき
、例えば、1H−NMR、11B−NMR、13C−NMR、29Si−NMR、31P−NMR
などのNMR測定を行うことにより確認することができる。
Further, the content of the compound (A) in the electrolytic solution is preferably 0.01% by mass or more and 10% by mass or less with respect to the mass of the electrolytic solution. From the viewpoint of obtaining a good cycle life in the lithium ion secondary battery, the content of the compound (A) is preferably 0.01% by mass or more,
From the viewpoint of battery output, it is preferably 10% by mass or less. More preferably 0.05% by mass
10 mass% or less, more preferably 0.1 mass% or more and 8 mass% or less, still more preferably 0.2 mass% or more and 5 mass% or less, particularly preferably 0.3 mass% or more and 4 mass% or less. . The compound (A) only needs to be present in the electrolytic solution, and does not necessarily have to be dissolved at the molecular level, and may exist in a dispersed state. In addition, content of the compound (A) in the electrolyte solution contained in a lithium ion secondary battery is based on the element contained in the said compound (A), for example, 1 H-NMR, 11 B-NMR, 13 C— NMR, 29 Si-NMR, 31 P-NMR
It can confirm by performing NMR measurement, such as.
本実施形態における電解液は、リン原子及び/又はホウ素原子を有するプロトン酸、ス
ルホン酸、カルボン酸から選ばれるオキソ酸の水素原子の少なくとも1つを下記式(B−
1)で表される構造で置換した化合物(B)を含有することが好ましい。
The electrolytic solution in the present embodiment contains at least one hydrogen atom of an oxo acid selected from protonic acid, sulfonic acid, and carboxylic acid having a phosphorus atom and / or a boron atom represented by the following formula (B-
It is preferable to contain the compound (B) substituted by the structure represented by 1).
。)
本実施形態における電解液において、リン原子を有するプロトン酸とは、分子内にリン
原子を有し、かつ、プロトンとして解離しうる水素原子を有する化合物であればよく、分
子内にフッ素原子、塩素原子等のハロゲン原子や、アルコキシ基、アルキル基等の有機基
をはじめ、Si、B、O、N、等の異種原子を含有していてもよい。また、ポリリン酸の
ように分子内にリン原子を複数個含有していてもよい。リン原子を有するプロトン酸とし
て、リン酸、亜リン酸、ピロリン酸、ポリリン酸、ホスホン酸を好ましく挙げることがで
きる。この中でも化合物(B)の安定性の観点から、より好ましくは、リン酸、亜リン酸
、ホスホン酸である。これらのプロトン酸は置換されていてもよい。
In the electrolyte solution of the present embodiment, the protonic acid having a phosphorus atom may be a compound having a phosphorus atom in the molecule and a hydrogen atom that can be dissociated as a proton. In addition to halogen atoms such as atoms, organic groups such as alkoxy groups and alkyl groups, hetero atoms such as Si, B, O, and N may be contained. Further, a plurality of phosphorus atoms may be contained in the molecule like polyphosphoric acid. Preferred examples of the protonic acid having a phosphorus atom include phosphoric acid, phosphorous acid, pyrophosphoric acid, polyphosphoric acid, and phosphonic acid. Among these, phosphoric acid, phosphorous acid, and phosphonic acid are more preferable from the viewpoint of the stability of the compound (B). These protonic acids may be substituted.
本実施形態における電解液において、ホウ素原子を有するプロトン酸とは、分子内にホ
ウ素原子を有し、かつ、プロトンとして解離しうる水素原子を有する化合物であればよく
、分子内にフッ素原子、塩素原子等のハロゲン原子や、アルコキシ基、アルキル基等の有
機基をはじめ、Si、P、O、N、等の異種原子を含有していてもよい。また、分子内に
ホウ素原子を複数個含有していてもよい。ホウ素原子を有するプロトン酸としては、ホウ
酸、ボロン酸、ボリン酸が好ましく挙げられる、これらのプロトン酸は置換されていても
よい。
In the electrolytic solution in the present embodiment, the proton acid having a boron atom may be a compound having a boron atom in the molecule and a hydrogen atom that can be dissociated as a proton. In addition to halogen atoms such as atoms, organic groups such as alkoxy groups and alkyl groups, hetero atoms such as Si, P, O, and N may be contained. Further, a plurality of boron atoms may be contained in the molecule. Preferred examples of the protonic acid having a boron atom include boric acid, boronic acid, and borinic acid. These protonic acids may be substituted.
本実施形態における電解液において、スルホン酸とは、分子内に−SO3H基(スルホ
ン酸基)を有する化合物であり、分子内に複数個のスルホン酸基を有していてもよい。ま
た、本実施形態においては、硫酸(HOSO3H)を含むものとすることができる。特に
限定されないが、一例としては、メチルスルホン酸、エチルスルホン酸、プロピルスルホ
ン酸、1,2エタンジスルホン酸、トリフルオロメチルスルホン酸、フェニルスルホン酸
、ベンジルスルホン酸、硫酸などを好ましく挙げることができる。
In the electrolytic solution in the present embodiment, the sulfonic acid is a compound having a —SO 3 H group (sulfonic acid group) in the molecule, and may have a plurality of sulfonic acid groups in the molecule. In the present embodiment, it can be made containing sulfuric acid (HOSO 3 H). Although not particularly limited, preferred examples include methylsulfonic acid, ethylsulfonic acid, propylsulfonic acid, 1,2 ethanedisulfonic acid, trifluoromethylsulfonic acid, phenylsulfonic acid, benzylsulfonic acid, and sulfuric acid. .
本実施形態における電解液において、カルボン酸とは、分子内にCO2H基(カルボン
酸基)を有する化合物であり、分子内に複数個のカルボン酸基を有していてもよい。カル
ボン酸としては、特に限定されないが、例えば、酢酸,トリフルオロ酢酸,プロピオン酸
,酪酸,吉草酸,アクリル酸,メタクリル酸,オレイン酸,リノール酸,リノレン酸,安
息香酸,フタル酸,イソフタル酸,テレフタル酸,サリチル酸,マロン酸,フマル酸,コ
ハク酸,グルタル酸,アジピン酸,イタコン酸などを挙げることができる。得られたリチ
ウムイオン二次電池のサイクル性能向上の観点から、好ましくは安息香酸,フタル酸,イ
ソフタル酸,テレフタル酸,サリチル酸,マロン酸,フマル酸,コハク酸,グルタル酸,
アジピン酸,イタコン酸などのジカルボン酸であり,更に好ましくはアジピン酸,イタコ
ン酸,コハク酸,イソフタル酸、テレフタル酸である。
In the electrolytic solution in the present embodiment, the carboxylic acid is a compound having a CO 2 H group (carboxylic acid group) in the molecule, and may have a plurality of carboxylic acid groups in the molecule. Although it does not specifically limit as carboxylic acid, For example, acetic acid, trifluoroacetic acid, propionic acid, butyric acid, valeric acid, acrylic acid, methacrylic acid, oleic acid, linoleic acid, linolenic acid, benzoic acid, phthalic acid, isophthalic acid, Examples include terephthalic acid, salicylic acid, malonic acid, fumaric acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, and itaconic acid. From the viewpoint of improving the cycle performance of the obtained lithium ion secondary battery, preferably benzoic acid, phthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, salicylic acid, malonic acid, fumaric acid, succinic acid, glutaric acid,
Dicarboxylic acids such as adipic acid and itaconic acid, more preferably adipic acid, itaconic acid, succinic acid, isophthalic acid and terephthalic acid.
上記式(B−1)で表される構造において、R1、R2、R3はそれぞれ独立に、炭素数
1から10の有機基(炭化水素基)を示すが、炭化水素基としては、脂肪族炭化水素基の
みならず、フェニル基などの芳香族炭化水素基も含まれる。また、炭化水素基中の水素原
子がすべてフッ素原子に置換されたトリフルオロメチル基などのフッ素置換炭化水素基も
含まれる。また、必要に応じて、フッ素原子、塩素原子、臭素原子などのハロゲン原子や
、ニトリル基(−CN)、エーテル基(−O−)、カーボネート基(−OCO2−)、エ
ステル基(−CO2−)、カルボニル基(−CO−)スルフィド基(−S−)、スルホキ
シド基(−SO−)、スルホン基(−SO2−)、ウレタン基(−NHCO2−)といった
官能基を導入することができる。
In the structure represented by the formula (B-1), R 1 , R 2 , and R 3 each independently represent an organic group (hydrocarbon group) having 1 to 10 carbon atoms. This includes not only aliphatic hydrocarbon groups but also aromatic hydrocarbon groups such as phenyl groups. Further, a fluorine-substituted hydrocarbon group such as a trifluoromethyl group in which all hydrogen atoms in the hydrocarbon group are substituted with fluorine atoms is also included. Further, if necessary, halogen atoms such as fluorine atom, chlorine atom, bromine atom, nitrile group (—CN), ether group (—O—), carbonate group (—OCO 2 —), ester group (—CO 2- ), carbonyl group (—CO—) sulfide group (—S—), sulfoxide group (—SO—), sulfone group (—SO 2 —), urethane group (—NHCO 2 —), etc. are introduced. be able to.
本実施形態において、式(B−1)中のR1、R2、R3の好ましい例としては、メチル
基、エチル基、ビニル基、1−メチルビニル基、プロピル基、ブチル基、フルオロメチル
基などの脂肪族炭化水素基;ベンジル基、フェニル基、ニトリル置換フェニル基、フルオ
ロ化フェニル基などの芳香族炭化水素基が挙げられる。上記の中でも、化学的安定性の観
点から、メチル基、エチル基、ビニル基、1−メチルビニル基、フルオロメチル基がより
好ましい。また,2つのRが結合して環を形成していてもよい。特に限定されないが、環
を形成するためには,例えば、置換されている又は無置換の飽和又は不飽和のアルキレン
基で置換される例が挙げられる。
In the present embodiment, preferred examples of R 1 , R 2 , and R 3 in formula (B-1) include methyl group, ethyl group, vinyl group, 1-methylvinyl group, propyl group, butyl group, and fluoromethyl. An aliphatic hydrocarbon group such as a group; aromatic hydrocarbon groups such as a benzyl group, a phenyl group, a nitrile-substituted phenyl group, and a fluorinated phenyl group. Among these, a methyl group, an ethyl group, a vinyl group, a 1-methylvinyl group, and a fluoromethyl group are more preferable from the viewpoint of chemical stability. Two Rs may be bonded to form a ring. Although it does not specifically limit, In order to form a ring, the example substituted by the substituted or unsubstituted saturated or unsaturated alkylene group is mentioned, for example.
本実施形態において、式(B−1)中のR1、R2、R3は、それぞれ独立に、炭素数1
から10の有機基(炭化水素基)を示すが、非水溶媒との混和性の観点から、R1、R2
、R3の炭素数は好ましくは、炭素数1以上8以下であり、より好ましくは炭素数1以上
6以下である。
In the present embodiment, R 1 , R 2 and R 3 in formula (B-1) each independently represent 1 carbon atom.
To 10 organic groups (hydrocarbon groups), R1 and R2 from the viewpoint of miscibility with nonaqueous solvents
, R3 preferably has 1 to 8 carbon atoms, more preferably 1 to 6 carbon atoms.
リチウムイオン二次電池中での化学的耐久性の観点から、式(B−1)で表される構造
としては、−Si(CH3)3、−Si(C2H5)3、−Si(CHCH2)3、−Si(C
H2CHCH2)3、−Si(CF3)3であることがより好ましく、−Si(CH3)3であ
ることがさらに好ましい。
From the viewpoint of chemical durability in the lithium ion secondary battery, the structure represented by the formula (B-1) includes —Si (CH 3 ) 3 , —Si (C 2 H 5 ) 3 , —Si. (CHCH 2 ) 3 , —Si (C
H 2 CHCH 2 ) 3 and —Si (CF 3 ) 3 are more preferable, and —Si (CH 3 ) 3 is further preferable.
本実施形態における電解液において、オキソ酸が水素原子を複数個有している場合には
、少なくとも1つの水素原子が式(B−1)で表される構造で置換されていればよい。ま
た、式(B−1)で置換されていない残りの水素原子は、そのまま存在していてもよく、
式(B−1)で表される構造以外の官能基で置換されていてもよい。そのような官能基と
しては、特に限定されないが、例えば,ハロゲン置換又は無置換の飽和又は不飽和の炭素
数1〜20の炭化水素基を好ましく挙げることができる。ハロゲン置換又は無置換の飽和
又は不飽和の炭化水素基としては、特に限定されないが、例えば,アルキル基,アルケニ
ル基,アルキニル基,アリル基,ビニル基,を挙げることができる。また,2つの水素原
子の置換基が結合して環を形成していてもよい。特に限定されないが、環を形成するため
には,例えば置換されている又は無置換の飽和又は不飽和のアルキレン基で置換される例
が挙げられる。
In the electrolytic solution in the present embodiment, when the oxo acid has a plurality of hydrogen atoms, it is sufficient that at least one hydrogen atom is substituted with the structure represented by the formula (B-1). Further, the remaining hydrogen atoms not substituted with the formula (B-1) may exist as they are,
It may be substituted with a functional group other than the structure represented by the formula (B-1). Such a functional group is not particularly limited, and for example, a halogen-substituted or unsubstituted saturated or unsaturated hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms can be preferably exemplified. The halogen-substituted or unsubstituted saturated or unsaturated hydrocarbon group is not particularly limited, and examples thereof include an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an allyl group, and a vinyl group. Two hydrogen atom substituents may be bonded to form a ring. Although it does not specifically limit, In order to form a ring, the example substituted by the substituted or unsubstituted saturated or unsaturated alkylene group is mentioned, for example.
本実施形態における電解液に関し、オキソ酸の水素原子の少なくとも1つを式(B−1
)で表される構造で置換した化合物(B)として、下記式(B−2)及び/又は下記式(
B−3)で表される化合物であることがより好ましい。このような化合物を適用すること
で、4.4V(vsLi/Li+)以上で作動する正極活物質を含有する正極を備える場
合でもサイクル性能がより向上する傾向にある。
With respect to the electrolytic solution in this embodiment, at least one hydrogen atom of the oxo acid is represented by the formula (B-1
As a compound (B) substituted with a structure represented by the following formula (B-2) and / or the following formula (
The compound represented by B-3) is more preferable. By applying such a compound, even when a positive electrode containing a positive electrode active material that operates at 4.4 V (vs Li / Li + ) or higher is provided, the cycle performance tends to be further improved.
MがP原子のときnは0又は1の整数を示す。R1、R2、R3はそれぞれ独立に、炭素数
1から10の有機基を示す。R4、R5はそれぞれ独立に、OH基、OLi基、置換されて
もよい炭素数1から10のアルキル基、置換されてもよい炭素数1から10のアルコキシ
基、炭素数3から10のシロキシ基を示す。)
When M is a P atom, n represents an integer of 0 or 1. R 1 , R 2 and R 3 each independently represents an organic group having 1 to 10 carbon atoms. R 4 and R 5 are each independently an OH group, an OLi group, an optionally substituted alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an optionally substituted alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms, or an alkyl group having 3 to 10 carbon atoms. A siloxy group is shown. )
。R6は置換されていてもよい炭素数1から20の有機基を示す。)
式(B−2)で表される化合物(B)において、MはP原子もしくはB原子を示し、M
がB原子のときnは0であり、MがP原子のときnは0又は1の整数を示す。すなわち、
式(4)において、MがB原子でnが0のとき、化合物(B)は、ホウ酸構造となり、M
がP原子でnが0のとき、化合物(B)は亜リン酸構造となり、MがP原子でnが1のと
き化合物(B)はリン酸構造となる。化合物(B)を含有する電解液の安定性の観点から
、MがP原子となる下記式(B−4)の構造がより好ましい。
In the compound (B) represented by the formula (B-2), M represents a P atom or a B atom,
When B is a B atom, n is 0, and when M is a P atom, n represents an integer of 0 or 1. That is,
In the formula (4), when M is a B atom and n is 0, the compound (B) has a boric acid structure, and M
Is a P atom and n is 0, the compound (B) has a phosphorous acid structure, and when M is a P atom and n is 1, the compound (B) has a phosphoric acid structure. From the viewpoint of the stability of the electrolytic solution containing the compound (B), the structure of the following formula (B-4) in which M is a P atom is more preferable.
から10の有機基を示す。R4、R5はそれぞれ独立に、OH基、OLi基、置換されても
よい炭素数1から10のアルキル基、置換されてもよい炭素数1から10のアルコキシ基
、炭素数3から10のシロキシ基を示す。)
To 10 organic groups. R 4 and R 5 are each independently an OH group, an OLi group, an optionally substituted alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an optionally substituted alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms, or an alkyl group having 3 to 10 carbon atoms. A siloxy group is shown. )
式(B−2)で表される化合物(B)に関し、上記アルキル基としては、炭素原子が直
接M原子に結合した構造を示すものであり、特に限定されないが、当該アルキル基は脂肪
族のみならず、フェニル基やベンジル基などの芳香環を有する構造であってもよい。また
、また、上記アルキル基中の水素原子がすべてフッ素原子に置換されたトリフルオロメチ
ル基などのフッ素置換炭化水素基も含まれる。上記アルキル基は、種々の官能基で置換さ
れていてもよく、必要に応じて、フッ素原子、塩素原子、臭素原子などのハロゲン原子や
、ニトリル基(−CN)、エーテル基(−O−)、カーボネート基(−OCO2−)、エ
ステル基(−CO2−)、カルボニル基(−CO−)スルフィド基(−S−)、スルホキ
シド基(−SO−)、スルホン基(−SO2−)、ウレタン基(−NHCO2−)といった
官能基を導入することができる。
Regarding the compound (B) represented by the formula (B-2), the alkyl group is a structure in which a carbon atom is directly bonded to an M atom, and is not particularly limited. However, the alkyl group is aliphatic only. Alternatively, a structure having an aromatic ring such as a phenyl group or a benzyl group may be used. Further, fluorine-substituted hydrocarbon groups such as a trifluoromethyl group in which all hydrogen atoms in the alkyl group are substituted with fluorine atoms are also included. The alkyl group may be substituted with various functional groups. If necessary, a halogen atom such as a fluorine atom, a chlorine atom or a bromine atom, a nitrile group (—CN), an ether group (—O—) , Carbonate group (—OCO 2 —), ester group (—CO 2 —), carbonyl group (—CO—) sulfide group (—S—), sulfoxide group (—SO—), sulfone group (—SO 2 —) And a functional group such as a urethane group (—NHCO 2 —) can be introduced.
式(B−2)中のR4、R5のアルキル基としての好ましい例は、メチル基、エチル基、
ビニル基、アリル基(allyl)、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、
フルオロヘキシル基などの脂肪族アルキル基、ベンジル基、フェニル基、ニトリル置換フ
ェニル基、フルオロ化フェニル基などの芳香族アルキル基が挙げられる。中でも、化学的
安定性の観点から、メチル基、エチル基、アリル基(allyl)、プロピル基、ブチル
基、ペンチル基、ヘキシル基、フルオロヘキシル基がより好ましい。アルキル基の炭素数
は1から10であり、電池性能向上の観点から1以上であり、電解液との親和性の観点か
ら10以下である。アルキル基の炭素数は好ましくは2以上10以下、より好ましくは3
以上8以下である。
Preferred examples of the alkyl group represented by R 4 and R 5 in the formula (B-2) include a methyl group, an ethyl group,
Vinyl group, allyl group, propyl group, butyl group, pentyl group, hexyl group,
Examples thereof include an aliphatic alkyl group such as a fluorohexyl group, and an aromatic alkyl group such as a benzyl group, a phenyl group, a nitrile-substituted phenyl group, and a fluorinated phenyl group. Of these, methyl, ethyl, allyl, propyl, butyl, pentyl, hexyl, and fluorohexyl are more preferred from the viewpoint of chemical stability. The carbon number of the alkyl group is 1 to 10, 1 or more from the viewpoint of improving battery performance, and 10 or less from the viewpoint of affinity with the electrolytic solution. The alkyl group preferably has 2 or more and 10 or less carbon atoms, more preferably 3 carbon atoms.
It is 8 or less.
式(B−2)で表される化合物(B)に関し、上記アルコキシ基としては、炭素原子が
酸素原子を介してM原子に結合した構造を示すものであり、特に限定されないが、当該ア
ルコキシ基は脂肪族のみならず、フェノキシ基、ベンジルアルコキシ基などの芳香環を有
する構造であってもよい。また、上記アルコキシ基中の水素原子がフッ素置換されたトリ
フルオロエチル基やヘキサフルオロイソプロピル基などのフッ素置換アルコキシ基も含ま
れる。上記アルコキシ基は、種々の官能基で置換されていてもよく、必要に応じて、フッ
素原子、塩素原子、臭素原子などのハロゲン原子や、ニトリル基(−CN)、エーテル基
(−O−)、カーボネート基(−OCO2−)、エステル基(−CO2−)、カルボニル基
(−CO−)スルフィド基(−S−)、スルホキシド基(−SO−)、スルホン基(−S
O2−)、ウレタン基(−NHCO2−)といった官能基を導入することができる。
Regarding the compound (B) represented by the formula (B-2), the alkoxy group represents a structure in which a carbon atom is bonded to an M atom through an oxygen atom, and is not particularly limited. May have a structure having not only an aliphatic group but also an aromatic ring such as a phenoxy group and a benzylalkoxy group. Further, fluorine-substituted alkoxy groups such as a trifluoroethyl group or a hexafluoroisopropyl group in which a hydrogen atom in the alkoxy group is fluorine-substituted are also included. The alkoxy group may be substituted with various functional groups. If necessary, a halogen atom such as a fluorine atom, a chlorine atom, or a bromine atom, a nitrile group (—CN), an ether group (—O—) , Carbonate group (—OCO 2 —), ester group (—CO 2 —), carbonyl group (—CO—) sulfide group (—S—), sulfoxide group (—SO—), sulfone group (—S
Functional groups such as O 2 —) and urethane groups (—NHCO 2 —) can be introduced.
式(B−2)中のR4、R5のアルコキシ基としての好ましい例は、メトキシ基、エトキ
シ基、ビニロキシ基、アリロキシ基(allyloxy)、プロポキシ基、ブトキシ基、
シアノヒドロキシ基、フルオロエトキシ基、フルオロプロポキシ基などの脂肪族アルコキ
シ基、フェノキシ基、ベンジルアルコキシ基、ニトリル置換フェノキシ基、フルオロ化フ
ェノキシ基などの芳香族アルコキシ基が挙げられる。中でも化学的安定性の観点から、メ
トキシ基、エトキシ基、ビニロキシ基、アリロキシ基(allyloxy)、プロポキシ
基、ブトキシ基、シアノヒドロキシ基、フルオロエトキシ基、フルオロプロポキシ基がよ
り好ましい。アルコキシ基の炭素数は1から10であり、電池性能向上の観点から1以上
であり、電解液との親和性の観点から10以下である。アルコキシ基の炭素数は好ましく
は1以上8以下、より好ましくは2以上8以下である。
Preferred examples of R 4 and R 5 as the alkoxy group in the formula (B-2) include a methoxy group, an ethoxy group, a vinyloxy group, an allyloxy group, a propoxy group, a butoxy group,
Examples thereof include aliphatic alkoxy groups such as cyanohydroxy group, fluoroethoxy group and fluoropropoxy group, and aromatic alkoxy groups such as phenoxy group, benzylalkoxy group, nitrile substituted phenoxy group and fluorinated phenoxy group. Of these, from the viewpoint of chemical stability, a methoxy group, an ethoxy group, a vinyloxy group, an allyloxy group, a propoxy group, a butoxy group, a cyanohydroxy group, a fluoroethoxy group, and a fluoropropoxy group are more preferable. The alkoxy group has 1 to 10 carbon atoms, 1 or more from the viewpoint of improving battery performance, and 10 or less from the viewpoint of affinity with the electrolytic solution. The number of carbon atoms of the alkoxy group is preferably 1 or more and 8 or less, more preferably 2 or more and 8 or less.
式(B−2)で表される化合物(B)に関し、上記シロキシ基としては、ケイ素原子が
酸素原子を介してM原子に結合した構造を示すものであり、特に限定されないが、当該シ
ロキシ基はSi−O−Si−といったシロキサン構造を含んでいてもよい。上記シロキシ
基としては、化学的安定性の観点から、トリメチルシロキシ基、トリエチルシロキシ基、
ジメチルエチルシロキシ基、ジエチルメチルシロキシ基などが好ましく挙げられる。より
好ましくは、トリメチルシロキシ基である。上記シロキシ基の炭素数は3から10であり
、電池性能向上の観点から1以上であり、化学的安定性の観点から10以下である。上記
シロキシ基の炭素数は好ましくは3以上8以下、より好ましくは3以上6以下である。ま
た、上記シロキシ基中のケイ素数は特に制限されないが、化学的安定性、電池性能向上の
観点から、上記シロキシ基中のケイ素原子数は1以上4以下が好ましく、より好ましくは
1以上3以下、さらに好ましくは1以上2以下、特に好ましくは1である。
Regarding the compound (B) represented by the formula (B-2), the siloxy group shows a structure in which a silicon atom is bonded to an M atom through an oxygen atom, and is not particularly limited. May contain a siloxane structure such as Si—O—Si—. As the above siloxy group, from the viewpoint of chemical stability, a trimethylsiloxy group, a triethylsiloxy group,
Preferred examples include dimethylethylsiloxy group and diethylmethylsiloxy group. More preferably, it is a trimethylsiloxy group. The siloxy group has 3 to 10 carbon atoms, 1 or more from the viewpoint of improving battery performance, and 10 or less from the viewpoint of chemical stability. The siloxy group preferably has 3 to 8 carbon atoms, more preferably 3 to 6 carbon atoms. The number of silicon in the siloxy group is not particularly limited, but from the viewpoint of improving chemical stability and battery performance, the number of silicon atoms in the siloxy group is preferably 1 or more and 4 or less, more preferably 1 or more and 3 or less. More preferably, it is 1 or more and 2 or less, and particularly preferably 1.
式(B−2)で表される化合物(B)において、R4、R5はそれぞれ独立に、ヒドロキ
シル基、置換されてもよい炭素数1から10のアルキル基、置換されてもよい炭素数1か
ら10のアルコキシ基、炭素数3から10のシロキシ基を示すが、電解液への溶解性の観
点から、好ましくは、置換されてもよい炭素数1から10のアルキル基、置換されてもよ
い炭素数1から10のアルコキシ基、炭素数3から10のシロキシ基である。また、R4
、R5の少なくともいずれか1つに、置換されてもよい炭素数1から10のアルコキシ基
、炭素数3から10のシロキシ基から選ばれる官能基を有していることがより好ましい。
In the compound (B) represented by the formula (B-2), R 4 and R 5 are each independently a hydroxyl group, an optionally substituted alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, or an optionally substituted carbon number. An alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms and a siloxy group having 3 to 10 carbon atoms are shown. From the viewpoint of solubility in an electrolytic solution, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms that may be substituted is preferably substituted. Preferred are an alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms and a siloxy group having 3 to 10 carbon atoms. R 4
More preferably, at least one of R 5 has a functional group selected from an optionally substituted alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms and a siloxy group having 3 to 10 carbon atoms.
式(B−2)で表される化合物(B)において、R1、R2、R3はそれぞれ独立に、炭
素数1から10の炭化水素基を示すが、R1、R2、R3の好ましい構造は、前述した式(
B−1)で表される構造におけるR1、R2、R3の好ましい構造と同じである。
In the compound (B) represented by the formula (B-2), R 1 , R 2 , and R 3 each independently represent a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms, but R 1 , R 2 , R 3 The preferred structure of is the formula (
It is the same as the preferable structure of R 1 , R 2 and R 3 in the structure represented by B-1).
式(B−3)で表される化合物(B)において、R6は置換されていてもよい炭素数1
から20の炭化水素基を示すが、当該炭化水素基としては、脂肪族炭化水素基のみならず
、フェニル基などの芳香族炭化水素基も含まれる。また、炭化水素基中の水素原子がすべ
てフッ素原子に置換されたトリフルオロメチル基などのフッ素置換炭化水素基も含まれる
。また、必要に応じて、フッ素原子、塩素原子、臭素原子などのハロゲン原子や、ニトリ
ル基(−CN)、エーテル基(−O−)、カーボネート基(−OCO2−)、エステル基
(−CO2−)、カルボニル基(−CO−)スルフィド基(−S−)、スルホキシド基(
−SO−)、スルホン基(−SO2−)、ウレタン基(−NHCO2−)といった官能基を
導入することができる。ここで、R6の炭素数は、1から20であるが、得られたリチウ
ムイオン二次電池のサイクル性能向上の観点から、好ましくは、1以上16以下、より好
ましくは1以上14以下である。
In the compound (B) represented by the formula (B-3), R 6 has 1 carbon atom which may be substituted.
To 20 hydrocarbon groups, the hydrocarbon group includes not only an aliphatic hydrocarbon group but also an aromatic hydrocarbon group such as a phenyl group. Further, a fluorine-substituted hydrocarbon group such as a trifluoromethyl group in which all hydrogen atoms in the hydrocarbon group are substituted with fluorine atoms is also included. Further, if necessary, halogen atoms such as fluorine atom, chlorine atom, bromine atom, nitrile group (—CN), ether group (—O—), carbonate group (—OCO 2 —), ester group (—CO 2- ), carbonyl group (—CO—) sulfide group (—S—), sulfoxide group (
Functional groups such as —SO—), sulfone group (—SO 2 —), and urethane group (—NHCO 2 —) can be introduced. Here, the carbon number of R 6 is 1 to 20, but is preferably 1 or more and 16 or less, more preferably 1 or more and 14 or less, from the viewpoint of improving the cycle performance of the obtained lithium ion secondary battery. .
また、上記R6は、下記式(B−5)で示すような構造を好適にとることができる。こ
の場合、化合物(B)の基本骨格は、ジカルボン酸誘導体構造となる。
In addition, R 6 can preferably have a structure represented by the following formula (B-5). In this case, the basic skeleton of the compound (B) has a dicarboxylic acid derivative structure.
R8は、置換されていてもよい炭素数1から6の炭化水素基、又は置換されもよい炭素数
3から6のトリアルキルシリル基を示す。)
R 8 represents an optionally substituted hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms or an optionally substituted trialkylsilyl group having 3 to 6 carbon atoms. )
式(B−5)中、R7は化合物(B)の化学的安定性の観点から、好ましくは、メチレ
ン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、フェニル基、フルオロメチレン基、フル
オロエチレン基、フルオロプロピレン基、フルオロブチレン基が挙げられる。また、式(
B−5)中、R8は化合物(B)の化学的安定性の観点から、好ましくは、メチル基、エ
チル基、ビニル基、アリル基、トリメチルシリル基、トリエチルシリル基などのトリアル
キルシリル基が挙げられる。より好ましくは、トリメチルシリル基、トリエチルシリル基
などのトリアルキルシリル基が挙げられる。特に、R8がトリアルキルシリル基となる場
合、化合物(B)は下記式(B−6)で示すような構造となる。
In the formula (B-5), R 7 is preferably a methylene group, an ethylene group, a propylene group, a butylene group, a phenyl group, a fluoromethylene group, a fluoroethylene group, from the viewpoint of the chemical stability of the compound (B). Examples include a fluoropropylene group and a fluorobutylene group. Also, the formula (
In B-5), R 8 is preferably a trialkylsilyl group such as a methyl group, an ethyl group, a vinyl group, an allyl group, a trimethylsilyl group, or a triethylsilyl group from the viewpoint of the chemical stability of the compound (B). Can be mentioned. More preferred are trialkylsilyl groups such as trimethylsilyl group and triethylsilyl group. In particular, when R 8 is a trialkylsilyl group, the compound (B) has a structure represented by the following formula (B-6).
。)
本実施形態の電解液に含有される化合物(B)としては、特に限定されないが、好まし
い具体例として、リン酸トリス(トリメチルシリル)、亜リン酸トリス(トリメチルシリ
ル)、リン酸トリス(トリエチルシリル)、ピロリン酸テトラキス(トリメチルシリル)
、ポリリン酸トリメチルシリル、ブチルホスホン酸ビス(トリメチルシリル)、プロピル
ホスホン酸ビス(トリメチルシリル)、エチルホスホン酸ビス(トリメチルシリル)、メ
チルホスホン酸ビス(トリメチルシリル)、リン酸モノメチルビス(トリメチルシリル)
、リン酸モノエチルビス(トリメチルシリル)、リン酸モノ(トリフルオロエチル)ビス
(トリメチルシリル)、リン酸モノ(ヘキサフルオロイソプロピル)ビス(トリメチルシ
リル)、ホウ酸トリス(トリメチルシリル)、硫酸ビス(トリメチルシリル)、酢酸トリ
メチルシリル、シュウ酸ビス(トリメチルシリル)、マロン酸ビス(トリメチルシリル)
、コハク酸ビス(トリメチルシリル)、イタコン酸ビス(トリメチルシリル)、アジピン
酸ビス(トリメチルシリル)、フタル酸ビス(トリメチルシリル)、イソフタル酸ビス(
トリメチルシリル)、テレフタル酸ビス(トリメチルシリル)を挙げることができる。こ
の中でもサイクル寿命及びガス発生抑制の視点から、リン酸トリス(トリメチルシリル)
、亜リン酸トリス(トリメチルシリル)、ピロリン酸テトラキス(トリメチルシリル)、
ポリリン酸トリメチルシリル、ブチルホスホン酸ビス(トリメチルシリル)、プロピルホ
スホン酸ビス(トリメチルシリル)、エチルホスホン酸ビス(トリメチルシリル)、メチ
ルホスホン酸ビス(トリメチルシリル)、リン酸モノメチルビス(トリメチルシリル)、
リン酸モノエチルビス(トリメチルシリル)、リン酸モノ(トリフルオロエチル)ビス(
トリメチルシリル)、リン酸モノ(ヘキサフルオロイソプロピル)ビス(トリメチルシリ
ル)、コハク酸ビス(トリメチルシリル)、イタコン酸ビス(トリメチルシリル)、アジ
ピン酸ビス(トリメチルシリル)がより好ましい。ただし、化合物(B)は、上記に限定
されない。
Although it does not specifically limit as a compound (B) contained in the electrolyte solution of this embodiment, As a preferable specific example, phosphorous acid tris (trimethylsilyl), phosphorous acid tris (trimethylsilyl), phosphoric acid tris (triethylsilyl), Tetrakis pyrophosphate (trimethylsilyl)
, Trimethylsilyl polyphosphate, bis (trimethylsilyl) butylphosphonate, bis (trimethylsilyl) propyl phosphonate, bis (trimethylsilyl) ethylphosphonate, bis (trimethylsilyl) methylphosphonate, monomethylbis (trimethylsilyl) phosphate
Monoethylbis (trimethylsilyl) phosphate, mono (trifluoroethyl) bis (trimethylsilyl) phosphate, mono (hexafluoroisopropyl) bis (trimethylsilyl) phosphate, tris (trimethylsilyl) borate, bis (trimethylsilyl) sulfate, trimethylsilyl acetate, Bis (trimethylsilyl) oxalate, bis (trimethylsilyl) malonate
Bis (trimethylsilyl) succinate, bis (trimethylsilyl) itaconate, bis (trimethylsilyl) adipate, bis (trimethylsilyl) phthalate, bis (isophthalate)
Trimethylsilyl) and bis (trimethylsilyl) terephthalate. Among these, from the viewpoint of cycle life and gas generation suppression, tris (trimethylsilyl) phosphate
, Tris phosphite (trimethylsilyl), tetrakis pyrophosphate (trimethylsilyl),
Trimethylsilyl polyphosphate, bis (trimethylsilyl) butylphosphonate, bis (trimethylsilyl) propyl phosphonate, bis (trimethylsilyl) ethylphosphonate, bis (trimethylsilyl) methylphosphonate, monomethylbis (trimethylsilyl) phosphate,
Monoethylbisphosphate (trimethylsilyl) phosphate, mono (trifluoroethyl) bisphosphate (
Trimethylsilyl), mono (hexafluoroisopropyl) bis (trimethylsilyl) phosphate, bis (trimethylsilyl) succinate, bis (trimethylsilyl) itaconate, and bis (trimethylsilyl) adipate are more preferred. However, the compound (B) is not limited to the above.
本実施形態における電解液は、化合物(B)を、電解液に対して0.01質量%以上1
0質量%以下含有することが好ましい。リチウムイオン二次電池において良好なサイクル
寿命を得る観点から、化合物(B)の含有量は好ましくは0.01質量%以上であり、電
池出力の観点から、好ましくは10質量%以下である。同様の観点から、化合物(B)の
含有量は、より好ましくは0.03質量%以上8質量%以下、更に好ましくは0.1質量
%以上5質量%以下、特に好ましくは0.2質量%以上4質量%以下である。なお、リチ
ウムイオン二次電池に含まれる電解液中における化合物(B)の含有量は、当該化合物(
B)に含まれる元素に基づき、例えば、1H−NMR、11B−NMR、13C−NMR、29
Si−NMR、31P−NMRなどのNMR測定を行うことにより確認することができる。
The electrolyte solution in this embodiment contains 0.01% by mass or more of the compound (B) with respect to the electrolyte solution
It is preferable to contain 0% by mass or less. From the viewpoint of obtaining a good cycle life in the lithium ion secondary battery, the content of the compound (B) is preferably 0.01% by mass or more, and preferably 10% by mass or less from the viewpoint of battery output. From the same viewpoint, the content of the compound (B) is more preferably 0.03% by mass or more and 8% by mass or less, further preferably 0.1% by mass or more and 5% by mass or less, and particularly preferably 0.2% by mass. It is 4 mass% or less. In addition, content of the compound (B) in the electrolyte solution contained in a lithium ion secondary battery is the said compound (
Based on the elements contained in B), for example, 1 H-NMR, 11 B-NMR, 13 C-NMR, 29
It can confirm by performing NMR measurement, such as Si-NMR and 31 P-NMR.
なお、定義上、化合物(B)と化合物(A)とで重複する化合物(リン酸トリス(トリ
メチルシリル)等)が存在するが、例えば、化合物(B)としてリン酸トリス(トリメチ
ルシリル)等を選択する場合、当該リン酸トリス(トリメチルシリル)等の添加量は、上
述した化合物(A)としての含有量には含めないものとする。
In addition, by definition, there is a compound (tris (trimethylsilyl) phosphate, etc.) that overlaps between the compound (B) and the compound (A). For example, tris (trimethylsilyl) phosphate is selected as the compound (B). In this case, the added amount of tris (trimethylsilyl) phosphate is not included in the content of the compound (A) described above.
本実施形態のリチウムイオン二次電池は、正負極の短絡防止、シャットダウン等の安全
性付与の観点から、正極と負極との間にセパレータを備えることが好ましい。セパレータ
としては、公知のリチウムイオン二次電池に備えられるものと同様のものを用いることが
でき、中でも、イオン透過性が大きく、機械的強度に優れる絶縁性の薄膜が好ましい。セ
パレータとしては、特に限定されないが、例えば、織布、不織布、及び合成樹脂製微多孔
膜が挙げられ、これらの中でも、合成樹脂製微多孔膜が好ましい。合成樹脂製微多孔膜と
しては、特に限定されないが、例えば、ポリエチレン又はポリプロピレンを主成分として
含有する微多孔膜、又はこれらのポリオレフィンを共に含有する微多孔膜等のポリオレフ
ィン系微多孔膜が好適に用いられる。不織布としては、特に限定されないが、例えば、セ
ラミック製、ポリオレフィン製、ポリエステル製、ポリアミド製、液晶ポリエステル製、
アラミド製などの耐熱樹脂製の多孔膜が用いられる。セパレータは、1種の微多孔膜を単
層又は複数積層したものであってもよく、2種以上の微多孔膜を積層したものであっても
よい。
The lithium ion secondary battery of this embodiment preferably includes a separator between the positive electrode and the negative electrode from the viewpoint of providing safety such as prevention of short circuit between the positive and negative electrodes and shutdown. As the separator, those similar to those provided in known lithium ion secondary batteries can be used, and among them, an insulating thin film having high ion permeability and excellent mechanical strength is preferable. Although it does not specifically limit as a separator, For example, a woven fabric, a nonwoven fabric, and a synthetic resin microporous membrane are mentioned, Among these, a synthetic resin microporous membrane is preferable. The microporous membrane made of synthetic resin is not particularly limited. For example, a polyolefin microporous membrane such as a microporous membrane containing polyethylene or polypropylene as a main component or a microporous membrane containing both of these polyolefins is suitable. Used. Non-woven fabric is not particularly limited, for example, ceramic, polyolefin, polyester, polyamide, liquid crystal polyester,
A porous film made of heat-resistant resin such as aramid is used. The separator may be a single microporous membrane or a laminate of a plurality of microporous membranes, or may be a laminate of two or more microporous membranes.
本実施形態のリチウムイオン二次電池は、例えば、セパレータと、そのセパレータを両
側から挟む正極と負極と、さらにそれらの積層体を挟む正極集電体(正極の外側に配置)
と、負極集電体(負極の外側に配置)と、それらを収容する電池外装とを備える構成とす
ることができる。正極とセパレータと負極とを積層した積層体は、本実施形態における電
解液が含浸されたものとすることができる。
The lithium ion secondary battery of the present embodiment includes, for example, a separator, a positive electrode and a negative electrode that sandwich the separator from both sides, and a positive electrode current collector that further sandwiches the laminate (disposed outside the positive electrode).
And a negative electrode current collector (arranged outside the negative electrode) and a battery exterior housing them. The laminate in which the positive electrode, the separator, and the negative electrode are laminated can be impregnated with the electrolytic solution in the present embodiment.
図1は、本実施形態におけるリチウムイオン二次電池の一例を概略断面図で示すもので
ある。図1に示されるリチウムイオン二次電池100は、セパレータ110と、そのセパ
レータ110を両側から挟む正極120と負極130と、さらにそれらの積層体を挟む正
極集電体140(正極の外側に配置)と、負極集電体150(負極の外側に配置)と、そ
れらを収容する電池外装160とを備える。正極120とセパレータ110と負極130
とを積層した積層体は、本実施形態の電解液で含浸されている。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a lithium ion secondary battery in the present embodiment. A lithium ion secondary battery 100 shown in FIG. 1 includes a separator 110, a positive electrode 120 and a negative electrode 130 that sandwich the separator 110 from both sides, and a positive electrode current collector 140 that sandwiches a laminate thereof (arranged outside the positive electrode). And a negative electrode current collector 150 (arranged outside the negative electrode) and a battery outer case 160 for housing them. Positive electrode 120, separator 110, and negative electrode 130
Is laminated with the electrolytic solution of the present embodiment.
本実施形態のリチウムイオン二次電池は、上述の電解液、正極、負極及び必要に応じて
セパレータを用いて作製することができる。例えば、正極と負極とを、その間にセパレー
タを介在させた積層状態で巻回して巻回構造の積層体に成形したり、それらを折り曲げや
複数層の積層などによって、交互に積層した複数の正極と負極との間にセパレータが介在
する積層体に成形し、次いで、電池ケース(外装)内にその積層体を収容して、本実施形
態の電解液をケース内部に注液し、上記積層体をその電解液に浸漬して封印することによ
って、リチウムイオン二次電池を作製することができる。本実施形態におけるリチウムイ
オン二次電池の形状は、特に限定されず、例えば、円筒形、楕円形、角筒型、ボタン形、
コイン形、扁平形及びラミネート形などが好適に採用される。
The lithium ion secondary battery of this embodiment can be produced using the above-described electrolytic solution, positive electrode, negative electrode, and, if necessary, a separator. For example, a plurality of positive electrodes in which a positive electrode and a negative electrode are wound in a laminated state with a separator interposed therebetween to be formed into a laminate having a wound structure, or they are alternately laminated by bending or laminating a plurality of layers. Then, the laminate is formed in a battery case (exterior), and the electrolytic solution of the present embodiment is injected into the case. Is immersed in the electrolytic solution and sealed, a lithium ion secondary battery can be produced. The shape of the lithium ion secondary battery in the present embodiment is not particularly limited, and for example, a cylindrical shape, an elliptical shape, a rectangular tube shape, a button shape,
A coin shape, a flat shape, a laminate shape, and the like are preferably employed.
[電池の製造方法]
本実施形態におけるリチウムイオン二次電池の製造方法としては特に限定されないが、
通常、電解液を注液し、封口後に所望の条件で行われる充電/放電やエージング等のフォ
ーメーションと呼ばれる工程を経ることにより、製造することができる。上記フォーメー
ションとは、正極及び負極表面の皮膜を形成・改質し電池性能を安定化する放置工程とい
うこともできる。フォーメーション工程としては、蓄電素子の初期性能を安定化させるた
めの処理を施す工程であれば特に限定されず、具体的には、例えば、初期充電や充放電の
繰り返しなどの処理を施す工程を挙げることができる。なお、フォーメーション工程は、
エージング工程を含むものとすることができる。エージング工程は、所定期間にわたり高
温雰囲気下に電池を安置する工程であれば特に限定されず、種々の工程とすることができ
る。
[Battery manufacturing method]
Although it does not specifically limit as a manufacturing method of the lithium ion secondary battery in this embodiment,
Usually, it can manufacture by inject | pouring electrolyte solution and passing through processes called formation, such as charge / discharge and aging performed on desired conditions after sealing. The formation can also be referred to as a leaving step for stabilizing the battery performance by forming and modifying films on the positive and negative electrode surfaces. The formation step is not particularly limited as long as it is a step for performing treatment for stabilizing the initial performance of the electric storage element, and specifically, for example, a step for performing treatment such as repeated initial charging and charge / discharge. be able to. The formation process is
An aging step may be included. The aging process is not particularly limited as long as the battery is placed in a high temperature atmosphere for a predetermined period, and can be various processes.
本実施形態におけるリチウムイオン二次電池の正極表面の該Li含有リン化合物は、い
ずれの方法で形成されていてもよいが、一例として、化合物(A)を含有した電解液を注
液して作製し、フォーメーション条件を調整することにより、本実施形態の所望のLi含
有リン化合物を正極表面に形成することができる。好ましいフォーメーション条件は、前
記電解液を注液し、0.3C以下の電流値で、満充電容量の50%以上を充電し、その後
、35℃以上60℃以下の温度かつ5日間以上10日間以下の期間で保存することである
。このような条件でフォーメーションを行うことにより、リチウムとリンの相対元素濃度
の比が0.3以上4.0以下かつ遷移金属Mとリンの相対元素濃度比(M/P)が1未満
となる皮膜を正極上に形成することができるだけでなく、より良好なイオン伝導性とサイ
クル性能改善効果が両立される傾向にある。
The Li-containing phosphorus compound on the surface of the positive electrode of the lithium ion secondary battery in the present embodiment may be formed by any method, but is prepared by injecting an electrolytic solution containing the compound (A) as an example. And the desired Li containing phosphorus compound of this embodiment can be formed in the positive electrode surface by adjusting formation conditions. Preferable formation conditions include injecting the electrolyte solution, charging 50% or more of the full charge capacity at a current value of 0.3 C or less, and then temperature of 35 ° C. or more and 60 ° C. or less and 5 days or more and 10 days or less. It is to be stored in the period. By performing the formation under such conditions, the ratio of the relative element concentration of lithium and phosphorus is 0.3 or more and 4.0 or less, and the ratio of the relative element concentration of transition metal M and phosphorus (M / P) is less than 1. In addition to being able to form a film on the positive electrode, there is a tendency for both better ion conductivity and improved cycle performance to be achieved.
(正極材)
本実施形態における正極材は、本実施形態における正極活物質と、本実施形態における
皮膜と、を備える。すなわち、本実施形態における正極材は、正極活物質と、前記正極活
物質の表面に形成され、かつ、リチウムとリンの相対元素濃度の比(Li/P)が0.3
以上4.0以下であり、かつ、当該正極活物質の表面に含まれる遷移金属Mとリンの相対
元素濃度比(M/P)が1未満であるLi含有リン化合物を有する皮膜と、を備える。上
記のとおり、本明細書における「正極材」とは、表面に皮膜を備える正極活物質をいう。
本実施形態の正極材における上記Li/P及びM/Pは、前述したとおりのXPS測定に
より求めることができる。また、本実施形態の正極材における上記Li/Pは、前述同様
の観点から、0.3以上2.0以下であることが好ましく、より好ましくは0.3以上1
.5以下であり、さらに好ましくは0.35以上1.5以下であり、よりさらに好ましく
は0.35以上1.4以下であり、特に好ましくは0.35以上1.2以下である。さら
に、本実施形態の正極材における上記M/Pは、前述同様の観点から、好ましくは0.9
5以下であり、より好ましくは0.9以下であり、特に好ましくは0.8以下であり、最
も好ましくは0.7以下である。なお、本実施形態のリチウムイオン二次電池は、本実施
形態の正極材を含有するリチウムイオン二次電池用の正極を備えるものともいうことがで
きる。このように構成されているため、本実施形態の正極材によれば、高電圧を発現させ
ると共に高いサイクル寿命を発現させることができる。
(Positive electrode material)
The positive electrode material in the present embodiment includes the positive electrode active material in the present embodiment and the film in the present embodiment. That is, the positive electrode material in the present embodiment is formed on the surface of the positive electrode active material and the positive electrode active material, and the ratio of the relative element concentrations of lithium and phosphorus (Li / P) is 0.3.
And a film having a Li-containing phosphorus compound having a relative element concentration ratio (M / P) of transition metal M and phosphorus of less than 1 that is 4.0 or less and that is included on the surface of the positive electrode active material. . As described above, the “positive electrode material” in the present specification refers to a positive electrode active material having a film on the surface.
The Li / P and M / P in the positive electrode material of the present embodiment can be obtained by XPS measurement as described above. Further, the Li / P in the positive electrode material of the present embodiment is preferably 0.3 or more and 2.0 or less, more preferably 0.3 or more and 1 from the same viewpoint as described above.
. 5 or less, more preferably 0.35 or more and 1.5 or less, still more preferably 0.35 or more and 1.4 or less, and particularly preferably 0.35 or more and 1.2 or less. Further, the M / P in the positive electrode material of the present embodiment is preferably 0.9 from the same viewpoint as described above.
5 or less, more preferably 0.9 or less, particularly preferably 0.8 or less, and most preferably 0.7 or less. In addition, it can be said that the lithium ion secondary battery of this embodiment is provided with the positive electrode for lithium ion secondary batteries containing the positive electrode material of this embodiment. Since it is comprised in this way, according to the positive electrode material of this embodiment, while being able to express a high voltage, a high cycle life can be expressed.
以下、実施例及び比較例に基づいて本実施形態をより具体的に説明するが、本実施形態
はこれらの実施例にのみ限定されるものではない。
Hereinafter, the present embodiment will be described more specifically based on Examples and Comparative Examples, but the present embodiment is not limited to these Examples.
(1)LiNi0.5Mn1.5O4正極を用いたリチウムイオン二次電池による電池性能評価
[実施例1]
<正極活物質の合成>
(LiNi0.5Mn1.5O4の合成)
遷移金属元素のモル比として1:3の割合となる量の硫酸ニッケルと硫酸マンガンとを
水に溶解し、金属イオン濃度の総和が2mol/Lになるようにニッケル−マンガン混合
水溶液を調製した。次いで、このニッケル−マンガン混合水溶液を、70℃に加温した濃
度2mol/Lの炭酸ナトリウム水溶液1650mL中に、12.5mL/minの添加
速度で120分間滴下した。なお、滴下中は、攪拌の下、200mL/minの流量の空
気を水溶液中にバブリングしながら吹き込んだ。これにより、析出物質が発生し、得られ
た析出物質を蒸留水で十分洗浄し、乾燥して、ニッケルマンガン化合物を得た。得られた
ニッケルマンガン化合物と粒径2μmの炭酸リチウムとを、リチウム:ニッケル:マンガ
ンのモル比が1:0.5:1.5になるように秤量し、1時間乾式混合した後、得られた
混合物を酸素雰囲気下において1000℃で5時間焼成し、LiNi0.5Mn1.5O4で表
される正極活物質を得た。
(1) Battery performance evaluation by lithium ion secondary battery using LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 positive electrode [Example 1]
<Synthesis of positive electrode active material>
(Synthesis of LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 )
Nickel sulfate and manganese sulfate in an amount of 1: 3 as the molar ratio of the transition metal element were dissolved in water to prepare a nickel-manganese mixed aqueous solution so that the total metal ion concentration was 2 mol / L. Subsequently, this nickel-manganese mixed aqueous solution was dropped into 1650 mL of a 2 mol / L sodium carbonate aqueous solution heated to 70 ° C. at an addition rate of 12.5 mL / min for 120 minutes. During dropping, air with a flow rate of 200 mL / min was bubbled into the aqueous solution while stirring. Thereby, a precipitated substance was generated, and the obtained precipitated substance was sufficiently washed with distilled water and dried to obtain a nickel manganese compound. The obtained nickel-manganese compound and lithium carbonate having a particle size of 2 μm were weighed so that the molar ratio of lithium: nickel: manganese was 1: 0.5: 1.5, and obtained after dry-mixing for 1 hour. The obtained mixture was fired at 1000 ° C. for 5 hours in an oxygen atmosphere to obtain a positive electrode active material represented by LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 .
<正極の作製>
上述のようにして得られた正極活物質と、導電助剤としてグラファイトの粉末(TIM
CAL社製、商品名「KS−6」)とアセチレンブラックの粉末(電気化学工業社製、商
品名「HS−100」)と、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン溶液(クレハ社製、
商品名「L#7208」)とを、固形分比で85:5:5:5の質量比で混合した。得ら
れた混合物に、分散溶媒としてN−メチル−2−ピロリドンを固形分35質量%となるよ
うに投入して更に混合して、スラリー状の溶液を調製した。このスラリー状の溶液を厚さ
20μmのアルミニウム箔の片面に塗布し、溶剤を乾燥除去した後、ロールプレスで圧延
した。圧延後のものを直径16mmの円盤状に打ち抜いて正極を得た。
<Preparation of positive electrode>
The positive electrode active material obtained as described above and graphite powder (TIM as a conductive auxiliary agent)
CAL, trade name “KS-6”) and acetylene black powder (Electrochemical Industry, trade name “HS-100”), and a polyvinylidene fluoride solution (made by Kureha,
Trade name “L # 7208”) was mixed at a mass ratio of 85: 5: 5: 5 in terms of solid content. To the obtained mixture, N-methyl-2-pyrrolidone as a dispersion solvent was added so as to have a solid content of 35% by mass and further mixed to prepare a slurry solution. This slurry-like solution was applied to one side of an aluminum foil having a thickness of 20 μm, and the solvent was dried and removed, followed by rolling with a roll press. The rolled product was punched into a disk shape having a diameter of 16 mm to obtain a positive electrode.
<負極の作製>
負極活物質としてグラファイト粉末(大阪ガスケミカル社製、商品名「OMAC1.2
H/SS」)及び別のグラファイト粉末(TIMCAL社製、商品名「SFG6」)と、
バインダーとしてスチレンブタジエンゴム(SBR)及びカルボキシメチルセルロース水
溶液とを、90:10:1.5:1.8の固形分質量比で混合した。得られた混合物を、
固形分濃度が45質量%となるように、分散溶媒としての水に添加して、スラリー状の溶
液を調製した。このスラリー状の溶液を厚さ18μmの銅箔の片面に塗布し、溶剤を乾燥
除去した後、ロールプレスで圧延した。圧延後のものを直径16mmの円盤状に打ち抜い
て負極を得た。
<Production of negative electrode>
Graphite powder (made by Osaka Gas Chemical Co., Ltd., trade name “OMAC1.2”) as the negative electrode active material
H / SS ") and another graphite powder (manufactured by TIMCAL, trade name" SFG6 "),
Styrene butadiene rubber (SBR) and a carboxymethyl cellulose aqueous solution were mixed as a binder at a solid content mass ratio of 90: 10: 1.5: 1.8. The resulting mixture is
It added to the water as a dispersion solvent so that solid content concentration might be 45 mass%, and the slurry-like solution was prepared. This slurry-like solution was applied to one side of a copper foil having a thickness of 18 μm, and the solvent was removed by drying, followed by rolling with a roll press. The rolled product was punched into a disk shape having a diameter of 16 mm to obtain a negative electrode.
<電解液の調製>
エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとを体積比1:2で混合した混合溶
媒にLiPF6塩を1mol/L含有させた溶液(キシダ化学社製、LBG00069)
9.8gに、本実施形態における化合物Aとしてのリン酸トリス(トリメチルシリル)(
アルドリッチ社製、275794)を0.2g溶解させ、電解液Aを得た。得られた電解
液A中のリン酸トリス(トリメチルシリル)の含有量は、2質量%であった。
<Preparation of electrolyte>
Solution containing 1 mol / L of LiPF 6 salt in a mixed solvent in which ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate are mixed at a volume ratio of 1: 2 (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd., LBG00069)
To 9.8 g, tris (trimethylsilyl) phosphate as compound A in this embodiment (
An electrolytic solution A was obtained by dissolving 0.2 g of 275794) manufactured by Aldrich. The content of tris (trimethylsilyl) phosphate in the obtained electrolytic solution A was 2% by mass.
<電池の作製>
上述のようにして作製した正極と負極とをポリプロピレン製の微多孔膜からなるセパレ
ータ(膜厚25μm、空孔率50%、孔径0.1μm〜1μm)の両側に重ね合わせた積
層体を、ステンレス製の円盤型電池ケース(外装体)に挿入した。そこに、上記電解液A
を0.2mL注入し、積層体を電解液Aに浸漬した後、電池ケースを密閉してフォーメー
ション前のリチウムイオン二次電池を作製した。
<Production of battery>
A laminate in which the positive electrode and the negative electrode produced as described above are superimposed on both sides of a separator (thickness 25 μm, porosity 50%, pore diameter 0.1 μm to 1 μm) made of a polypropylene microporous film is made of stainless steel. It was inserted into a disc-shaped battery case (exterior body) made by the manufacturer. There, the electrolyte A
Was immersed in the electrolytic solution A, and the battery case was sealed to prepare a lithium ion secondary battery before formation.
<フォーメーション>
得られたリチウムイオン二次電池を、25℃に設定した恒温槽(二葉科学社製、商品名
「PLM−73S」)に収容し、充放電装置(アスカ電子(株)製、商品名「ACD−0
1」)に接続し、20時間静置した。次いで、その電池を0.2Cの定電流で満充電状態
にした。満充電状態とは、4.8Vまで定電流充電し続いて4.8V定電圧で2時間充電
した状態である。その後、該満充電状態(充電100%)の電池を45℃の恒温槽(二葉
科学製、商品名「PLM−73S」)に7日間放置した。次いで、25℃に設定した恒温
槽(二葉科学社製、商品名「PLM−73S」)に収容し、充放電装置(アスカ電子(株
)製、商品名「ACD−01」)に接続し、2時間放置後に0.3Cの最大電流値で4.
8V定電流定電圧充電した後、0.2Cの電流値で3Vまで定電流放電した。
<Formation>
The obtained lithium ion secondary battery is housed in a thermostatic chamber set at 25 ° C. (trade name “PLM-73S” manufactured by Futaba Kagaku Co., Ltd.), and a charge / discharge device (manufactured by Asuka Electronics Co., Ltd., product name “ACD”). -0
1 ") and allowed to stand for 20 hours. The battery was then fully charged with a constant current of 0.2C. The fully charged state is a state in which the battery is charged at a constant current up to 4.8V and then charged at a constant voltage of 4.8V for 2 hours. Thereafter, the battery in a fully charged state (100% charged) was left in a 45 ° C. constant temperature bath (manufactured by Futaba Kagaku, trade name “PLM-73S”) for 7 days. Next, it is housed in a thermostat set at 25 ° C. (trade name “PLM-73S” manufactured by Futaba Kagaku Co., Ltd.) and connected to a charge / discharge device (trade name “ACD-01” manufactured by Asuka Electronics Co., Ltd.) 3. With a maximum current value of 0.3 C after standing for 2 hours.
After charging with 8V constant current and constant voltage, constant current was discharged to 3V with a current value of 0.2C.
<電池性能評価>
上記フォーメーションを経て得られたリチウムイオン二次電池を、50℃環境に設定し
た恒温槽に収容し、充放電装置に接続し、2時間静置した。次いで、1.0Cの定電流で
4.8Vまで充電後4.8V定電圧で1時間充電した。次いで、1.0Cの定電流で6分
間放電後5分間休止し、その後3.0Vまで放電した。この放電6分の終止電圧(V0)
と休止2秒後の電圧(V1)差を放電電流(I)で除した値(V1−V0)/Iをこの電
池の直流抵抗(R1)とした。その後1.0Cの定電流で4.8Vまで充電後、4.8V
定電圧で1時間充電し、1.0Cの定電流で3.0Vまで放電した。さらにこの一連の充
放電を1サイクルとし、更に49サイクル充放電を繰り返し、全体で50サイクルのサイ
クル充放電を行った。次いで、上述と同様の方法で電池の直流抵抗を測定し、50サイク
ル後の直流抵抗R2とした。こうして得られた、充放電1サイクル目及び50サイクル目
の正極活物質質量当たりの放電容量と充放電サイクル評価前の直流抵抗R1及び50サイ
クル後の直流抵抗R2を確認した。結果、電池の初期の直流抵抗R1は20.2Ω、50
サイクル後のR2は、62.0Ωであった。1サイクル目の放電容量は、119mAh/
g、50サイクル目の放電容量は、98mAh/gと高く、50サイクル目の放電容量を
1サイクル目の放電容量で除した放電容量維持率は、82%と高い値を示した。
<Battery performance evaluation>
The lithium ion secondary battery obtained through the above formation was housed in a thermostatic bath set to a 50 ° C. environment, connected to a charge / discharge device, and allowed to stand for 2 hours. Next, the battery was charged to 4.8 V with a constant current of 1.0 C and then charged with a constant voltage of 4.8 V for 1 hour. Next, the battery was discharged for 6 minutes at a constant current of 1.0 C, rested for 5 minutes, and then discharged to 3.0 V. This discharge has a final voltage of 6 minutes (V0)
The value (V1−V0) / I obtained by dividing the difference between the voltage (V1) after 2 seconds from the rest and the discharge current (I) was defined as the DC resistance (R1) of this battery. Then, after charging to 4.8V with a constant current of 1.0C, 4.8V
The battery was charged at a constant voltage for 1 hour and discharged to 3.0 V at a constant current of 1.0C. Furthermore, this series of charging / discharging was made into 1 cycle, 49 cycles charging / discharging was repeated, and 50 cycles of cycle charging / discharging was performed in total. Subsequently, the direct current resistance of the battery was measured by the same method as described above, and the direct current resistance R2 after 50 cycles was obtained. The discharge capacity per positive electrode active material mass in the first and 50th charge / discharge cycles, the DC resistance R1 before the charge / discharge cycle evaluation, and the DC resistance R2 after the 50th cycle were obtained. As a result, the initial DC resistance R1 of the battery is 20.2Ω, 50
R2 after the cycle was 62.0Ω. The discharge capacity in the first cycle is 119 mAh /
g, The discharge capacity at the 50th cycle was as high as 98 mAh / g, and the discharge capacity retention rate obtained by dividing the discharge capacity at the 50th cycle by the discharge capacity at the 1st cycle was as high as 82%.
<皮膜の分析>
上記電池評価とは別に、上記フォーメーションを経て得られたリチウムイオン二次電池
をアルゴングローブボックス中で解体して正極を取り出し、8mm角に正極を切り出し、
5mLのジエチルカーボネートに2分間浸漬洗浄を3回繰り返して洗浄し、その後アルゴ
ングローブボックス中で乾燥させた。乾燥した正極を大気非接触でXPS測定装置(サー
モフィッシャー社製ESCALAB250)に導入し、XPS測定を行い、正極表面のリ
チウムとリンの元素モル比Li/Pと、遷移金属とリンの元素モル比M/Pを求めた。結
果、Li/P比は0.56、M/Pは0.06であった。なお、XPS測定条件としては
、励起源にはmono.AlKα(15kV×10mA)を用い、分析サイズは1mm、
SurveyScanは0〜1,100eV、NarrowScanは20eVの条件で
測定を行った。また、透過型電子顕微鏡で正極表面部分の断面を観察したところ、縞状構
造が認められた。
<Analysis of coating>
Separately from the battery evaluation, the lithium ion secondary battery obtained through the formation was disassembled in an argon glove box and the positive electrode was taken out.
Washing was repeated 3 times for 2 minutes in 5 mL of diethyl carbonate, and then dried in an argon glove box. The dried positive electrode is introduced into an XPS measuring apparatus (ESCALAB250 manufactured by Thermo Fisher Co., Ltd.) without contact with the atmosphere, XPS measurement is performed, and the molar ratio Li / P of lithium and phosphorus on the positive electrode surface, and the molar ratio of transition metal and phosphorus M / P was determined. As a result, the Li / P ratio was 0.56 and M / P was 0.06. As XPS measurement conditions, the excitation source is mono. Using AlKα (15 kV × 10 mA), the analysis size is 1 mm,
The measurement was conducted under the conditions of SurveyScan of 0 to 1,100 eV, and NarrowScan of 20 eV. Moreover, when the cross section of the positive electrode surface part was observed with the transmission electron microscope, the striped structure was recognized.
[実施例2]
実施例1記載の方法で、電解液Aを注液して得たフォーメーション前のリチウムイオン
二次電池を作製し、実施例1のフォーメーション条件の代わりに、以下の条件でフォーメ
ーションを行った。すなわち、25℃に設定した恒温槽に収容し、充放電装置に接続し、
20時間静置した。次いで、その電池を0.2Cの定電流で満充電量の80%充電した。
満充電とは定格電圧まで定電流で充電し続いて定格電圧の定電圧で2時間充電した時の充
電量である。その後、該80%充電の電池を45℃に設定した恒温槽に7日間放置した。
次いで、25℃に設定した恒温槽に収容し、充放電装置に接続し、0.3Cの最大電流値
で4.8V定電流定電圧充電した後、0.2Cの電流値で3Vまで定電流放電した。
[Example 2]
A lithium ion secondary battery before formation obtained by injecting the electrolytic solution A by the method described in Example 1 was produced, and formation was performed under the following conditions instead of the formation conditions of Example 1. That is, it is housed in a constant temperature bath set at 25 ° C., connected to a charge / discharge device,
Allowed to stand for 20 hours. The battery was then charged at 80% of full charge with a constant current of 0.2C.
Full charge is the amount of charge when charging at a constant current up to the rated voltage followed by charging for 2 hours at the constant voltage of the rated voltage. Thereafter, the 80% charged battery was left in a thermostat set at 45 ° C. for 7 days.
Next, it is housed in a thermostat set at 25 ° C., connected to a charging / discharging device, charged at a constant current of 4.8 V with a maximum current value of 0.3 C, and then constant current up to 3 V at a current value of 0.2 C. Discharged.
次に、上記フォーメーションを経て得られたリチウムイオン二次電池を、実施例1に記
載の方法で電池性能評価及びXPS測定を行った。結果、初期の直流抵抗R1は18.3
Ω、50サイクル後のR2は60.2Ωであった。1サイクル目の放電容量は、120m
Ah/gと高く、50サイクル目の放電容量は、100mAh/gと高く、50サイクル
目の放電容量を1サイクル目の放電容量で除した放電容量維持率は、83%と高い値を示
した。XPS測定による正極表面の元素モル比はLi/Pは0.66、M/Pは0.05
であった。
Next, the lithium ion secondary battery obtained through the formation was subjected to battery performance evaluation and XPS measurement by the method described in Example 1. As a result, the initial DC resistance R1 is 18.3.
Ω, R2 after 50 cycles was 60.2Ω. The discharge capacity of the first cycle is 120m
The discharge capacity at the 50th cycle was as high as 100 mAh / g, and the discharge capacity retention ratio obtained by dividing the 50th cycle discharge capacity by the first cycle discharge capacity was as high as 83%. . The element molar ratio of the positive electrode surface by XPS measurement is 0.66 for Li / P and 0.05 for M / P.
Met.
[実施例3]
エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとを体積比1:2で混合した混合溶
媒にLiPF6塩を1mol/L含有させた溶液(キシダ化学社製、LBG00069)
9.9gに、式(3)で表されるリン酸トリス(トリメチルシリル)を0.1g溶解させ
、電解液Bを得た。得られた電解液B中のリン酸トリス(トリメチルシリル)の含有量は
、1質量%であった。
[Example 3]
Solution containing 1 mol / L of LiPF 6 salt in a mixed solvent in which ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate are mixed at a volume ratio of 1: 2 (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd., LBG00069)
In 9.9 g, 0.1 g of tris (trimethylsilyl) phosphate represented by the formula (3) was dissolved to obtain an electrolytic solution B. The content of tris (trimethylsilyl) phosphate in the obtained electrolytic solution B was 1% by mass.
実施例1に記載の方法で、電解液Bを注液して得たフォーメーション前のリチウムイオ
ン二次電池を作製し、実施例1のフォーメーション条件の代わりに、以下の条件でフォー
メーションを行った。すなわち、25℃に設定した恒温槽に収容し、充放電装置に接続し
、20時間静置した。次いで、その電池を0.2Cの定電流で満充電量の80%充電した
。満充電とは定格電圧まで定電流で充電し続いて定格電圧の定電圧で2時間充電した時の
充電量である。その後、該80%充電の電池を45℃に設定した恒温槽に7日間放置した
。次いで、25℃に設定した恒温槽に収容し、充放電装置に接続し、0.3Cの最大電流
値で4.8V定電流定電圧充電した後、0.2Cの電流値で3Vまで定電流放電した。
A lithium ion secondary battery before formation obtained by injecting the electrolytic solution B by the method described in Example 1 was produced, and formation was performed under the following conditions instead of the formation conditions of Example 1. That is, it accommodated in the thermostat set to 25 degreeC, connected to the charging / discharging apparatus, and left still for 20 hours. The battery was then charged at 80% of full charge with a constant current of 0.2C. Full charge is the amount of charge when charging at a constant current up to the rated voltage followed by charging for 2 hours at the constant voltage of the rated voltage. Thereafter, the 80% charged battery was left in a thermostat set at 45 ° C. for 7 days. Next, it is housed in a thermostat set at 25 ° C., connected to a charging / discharging device, charged at a constant current of 4.8 V with a maximum current value of 0.3 C, and then constant current up to 3 V at a current value of 0.2 C. Discharged.
次に、上記フォーメーションを経て得られたリチウムイオン二次電池を、実施例1に記
載の方法で、電池性能評価及びXPS測定を行った。結果、電池の初期直流抵抗R1は1
6.2Ω、50サイクル後の直流抵抗R2は59.0Ωであった。1サイクル目の放電容
量は、121mAh/gと高く、50サイクル目の放電容量は、102mAh/gと高く
、50サイクル目の放電容量を1サイクル目の放電容量で除した放電容量維持率は、84
%と高い値を示した。正極表面のXPS測定による元素モル比は、Li/P比は0.55
、M/Pは0.05であった。
Next, the lithium ion secondary battery obtained through the formation was subjected to battery performance evaluation and XPS measurement by the method described in Example 1. As a result, the initial DC resistance R1 of the battery is 1.
The DC resistance R2 after 6.2 Ω and 50 cycles was 59.0 Ω. The discharge capacity at the first cycle is as high as 121 mAh / g, the discharge capacity at the 50th cycle is as high as 102 mAh / g, and the discharge capacity maintenance ratio obtained by dividing the discharge capacity at the 50th cycle by the discharge capacity at the first cycle is 84
% Was a high value. The element molar ratio by XPS measurement on the positive electrode surface is Li / P ratio of 0.55.
, M / P was 0.05.
[実施例4]
実施例1に記載の方法で、電解液Bを注液して得たフォーメーション前のリチウムイオ
ン二次電池を作製し、実施例1のフォーメーション条件の代わりに、以下の条件でフォー
メーションを行った。すなわち、25℃に設定した恒温槽に収容し、充放電装置に接続し
、20時間静置した。次いで、その電池を0.2Cの定電流で満充電量の80%充電した
。その後、該80%充電の電池を45℃に設定した恒温槽に3日間放置した。次いで、2
5℃に設定した恒温槽に収容し、充放電装置に接続し、2時間放置後に0.3Cの最大電
流値で4.8V定電流定電圧充電した後、0.2Cの電流値で3Vまで定電流放電した。
[Example 4]
A lithium ion secondary battery before formation obtained by injecting the electrolytic solution B by the method described in Example 1 was produced, and formation was performed under the following conditions instead of the formation conditions of Example 1. That is, it accommodated in the thermostat set to 25 degreeC, connected to the charging / discharging apparatus, and left still for 20 hours. The battery was then charged at 80% of full charge with a constant current of 0.2C. Thereafter, the 80% charged battery was left in a thermostat set at 45 ° C. for 3 days. Then 2
Housed in a thermostatic chamber set at 5 ° C., connected to a charging / discharging device, left for 2 hours, charged with a constant current of 4.8 V at a maximum current value of 0.3 C, and then up to 3 V with a current value of 0.2 C A constant current was discharged.
次に、上記フォーメーションを経て得られたリチウムイオン二次電池を、実施例1に記
載の方法で、電池性能評価及びXPS測定を行った。結果、電池の初期直流抵抗R1は1
7.3Ω、50サイクル後の直流抵抗R2は62.3Ωであった。1サイクル目の放電容
量は、119mAh/gと高く、50サイクル目の放電容量は、97mAh/gと高く、
50サイクル目の放電容量を1サイクル目の放電容量で除した放電容量維持率は、82%
と高い値を示した。XPS測定による正極表面の元素モル比Li/Pは0.4、M/Pは
0.1であった。
Next, the lithium ion secondary battery obtained through the formation was subjected to battery performance evaluation and XPS measurement by the method described in Example 1. As a result, the initial DC resistance R1 of the battery is 1.
The DC resistance R2 after 7.3Ω and 50 cycles was 62.3Ω. The discharge capacity at the first cycle is as high as 119 mAh / g, the discharge capacity at the 50th cycle is as high as 97 mAh / g,
The discharge capacity maintenance ratio obtained by dividing the discharge capacity at the 50th cycle by the discharge capacity at the first cycle is 82%.
And showed a high value. The element molar ratio Li / P on the positive electrode surface by XPS measurement was 0.4, and M / P was 0.1.
[実施例5]
実施例1に記載の方法で、電解液Bを注液して得たフォーメーション前のリチウムイオ
ン二次電池を作製し、実施例1のフォーメーション条件の代わりに、以下の条件でフォー
メーションを行った。すなわち、25℃に設定した恒温槽に収容し、充放電装置に接続し
、20時間静置した。次いで、その電池を0.2Cの定電流で満充電量の50%充電した
。その後、該50%充電の電池を45℃に設定した恒温槽に7日間放置した。次いで、2
5℃に設定した恒温槽に収容し、充放電装置に接続し、2時間放置後、0.3Cの最大電
流値で4.8V定電流定電圧充電した後、0.2Cの電流値で3Vまで定電流放電した。
[Example 5]
A lithium ion secondary battery before formation obtained by injecting the electrolytic solution B by the method described in Example 1 was produced, and formation was performed under the following conditions instead of the formation conditions of Example 1. That is, it accommodated in the thermostat set to 25 degreeC, connected to the charging / discharging apparatus, and left still for 20 hours. The battery was then charged 50% of the full charge with a constant current of 0.2C. Thereafter, the 50% charged battery was left in a thermostat set at 45 ° C. for 7 days. Then 2
Housed in a thermostatic chamber set at 5 ° C., connected to a charging / discharging device, left for 2 hours, charged at a constant current of 4.8 V at a maximum current value of 0.3 C, and then 3 V at a current value of 0.2 C. Discharged up to a constant current.
次に、上記フォーメーションを経て得られたリチウムイオン二次電池を、実施例1に記
載の方法で、電池性能評価及びXPS測定を行った。結果、電池の初期直流抵抗R1は1
5.4Ω、50サイクル後の直流抵抗R2は61.0Ωであった。1サイクル目の放電容
量は、120mAh/gと高く、50サイクル目の放電容量は、98mAh/gと高く、
50サイクル目の放電容量を1サイクル目の放電容量で除した放電容量維持率は、82%
と高い値を示した。XPS測定による正極表面の元素モル比はLi/P比は0.49、M
/Pは0.15であった。
Next, the lithium ion secondary battery obtained through the formation was subjected to battery performance evaluation and XPS measurement by the method described in Example 1. As a result, the initial DC resistance R1 of the battery is 1.
The DC resistance R2 after 5.4Ω and 50 cycles was 61.0Ω. The discharge capacity at the first cycle is as high as 120 mAh / g, the discharge capacity at the 50th cycle is as high as 98 mAh / g,
The discharge capacity maintenance ratio obtained by dividing the discharge capacity at the 50th cycle by the discharge capacity at the first cycle is 82%.
And showed a high value. The element molar ratio on the surface of the positive electrode measured by XPS is Li / P ratio is 0.49, M
/ P was 0.15.
[実施例6]
エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとを体積比1:2で混合した混合溶
媒にLiPF6塩を1mol/L含有させた溶液(キシダ化学社製、LBG00069)
9.95gに、式(3)で表されるリン酸トリス(トリメチルシリル)を0.05g溶解
させ、電解液Cを得た。得られた電解液C中のリン酸トリス(トリメチルシリル)の含有
量は、0.5質量%であった。
[Example 6]
Solution containing 1 mol / L of LiPF 6 salt in a mixed solvent in which ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate are mixed at a volume ratio of 1: 2 (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd., LBG00069)
In 9.95 g, 0.05 g of tris (trimethylsilyl) phosphate represented by the formula (3) was dissolved to obtain an electrolytic solution C. The content of tris (trimethylsilyl) phosphate in the obtained electrolytic solution C was 0.5% by mass.
実施例1に記載の方法で、電解液Cを注液して得たフォーメーション前のリチウムイオ
ン二次電池を作製し、実施例1のフォーメーション条件の代わりに、以下の条件でフォー
メーションを行った。すなわち、25℃に設定した恒温槽に収容し、充放電装置に接続し
、20時間静置した。次いで、その電池を0.2Cの定電流で満充電量の80%充電した
。その後、該80%充電の電池を45℃にて運転している恒温槽に7日間放置した。次い
で、25℃に設定した恒温槽に収容し、充放電装置に接続し、2時間放置後、0.3Cの
最大電流値で4.8V定電流定電圧充電した後、0.2Cの電流値で3Vまで定電流放電
した。
A lithium ion secondary battery before formation obtained by injecting the electrolytic solution C by the method described in Example 1 was prepared, and formation was performed under the following conditions instead of the formation conditions of Example 1. That is, it accommodated in the thermostat set to 25 degreeC, connected to the charging / discharging apparatus, and left still for 20 hours. The battery was then charged at 80% of full charge with a constant current of 0.2C. Thereafter, the 80% charged battery was left in a constant temperature bath operating at 45 ° C. for 7 days. Next, it is housed in a thermostat set at 25 ° C., connected to a charging / discharging device, left for 2 hours, charged at a constant current of 4.8 V at a maximum current value of 0.3 C, and then a current value of 0.2 C. At a constant current of 3V.
次に、上記フォーメーションを経て得られたリチウムイオン二次電池を、実施例1に記
載の方法で、電池性能評価及びXPS測定を行った。結果、電池の初期直流抵抗R1は1
5.0Ω、50サイクル後の直流抵抗R2は65.0Ωであった。1サイクル目の放電容
量は、118mAh/gと高く、50サイクル目の放電容量は、95mAh/gと高く、
50サイクル目の放電容量を1サイクル目の放電容量で除した放電容量維持率は、81%
と高い値を示した。XPS測定による正極表面の元素モル比Li/P比は0.37、M/
Pは0.82であった。
Next, the lithium ion secondary battery obtained through the formation was subjected to battery performance evaluation and XPS measurement by the method described in Example 1. As a result, the initial DC resistance R1 of the battery is 1.
The DC resistance R2 after 5.0Ω and 50 cycles was 65.0Ω. The discharge capacity at the first cycle is as high as 118 mAh / g, the discharge capacity at the 50th cycle is as high as 95 mAh / g,
The discharge capacity maintenance ratio obtained by dividing the discharge capacity at the 50th cycle by the discharge capacity at the first cycle is 81%.
And showed a high value. Element molar ratio Li / P ratio on the positive electrode surface by XPS measurement is 0.37, M /
P was 0.82.
[比較例1]
実施例1に記載の方法で、電解液Aを注液して得たフォーメーション前のリチウムイオ
ン二次電池を作製し、実施例1のフォーメーション条件の代わりに、以下の条件でフォー
メーションを行った。すなわち、25℃に設定した恒温槽に収容し、充放電装置に接続し
、20時間静置した。次いで、その電池を0.2Cの定電流で満充電し、0.2Cの電流
値で3Vまで定電流放電した。
[Comparative Example 1]
A lithium ion secondary battery before formation obtained by injecting the electrolytic solution A by the method described in Example 1 was prepared, and formation was performed under the following conditions instead of the formation conditions of Example 1. That is, it accommodated in the thermostat set to 25 degreeC, connected to the charging / discharging apparatus, and left still for 20 hours. Next, the battery was fully charged with a constant current of 0.2 C and discharged at a constant current of 3 C with a current value of 0.2 C.
次に、上記フォーメーションを経て得られたリチウムイオン二次電池を、実施例1に記
載の方法で、電池性能評価及びXPS測定を行った。結果、電池の直流抵抗R1は25.
2Ω、50サイクル後の直流抵抗R2は157.3Ωであった。1サイクル目の放電容量
は、118mAh/gであり、50サイクル目の放電容量は、80mAh/gと低く、5
0サイクル目の放電容量を1サイクル目の放電容量で除した放電容量維持率は、68%と
低い値を示した。XPS測定による正極表面の元素モル比Li/P比は0.24、M/P
は0.27であった。
Next, the lithium ion secondary battery obtained through the formation was subjected to battery performance evaluation and XPS measurement by the method described in Example 1. As a result, the direct current resistance R1 of the battery is 25.
The DC resistance R2 after 2Ω and 50 cycles was 157.3Ω. The discharge capacity at the first cycle is 118 mAh / g, and the discharge capacity at the 50th cycle is as low as 80 mAh / g.
The discharge capacity retention ratio obtained by dividing the discharge capacity at the 0th cycle by the discharge capacity at the 1st cycle showed a low value of 68%. Element molar ratio Li / P ratio of positive electrode surface by XPS measurement is 0.24, M / P
Was 0.27.
[比較例2]
実施例1に記載の方法で、電解液Aを注液して得たフォーメーション前のリチウムイオ
ン二次電池を作製し、実施例1のフォーメーション条件の代わりに、以下の条件でフォー
メーションを行った。すなわち、25℃に設定した恒温槽に収容し、充放電装置に接続し
、20時間静置した。次いで、その電池を0.2Cの定電流で80%充電した。次いで、
該80%充電の電池を25℃に設定した恒温槽に7日間放置した。次いで、25℃に設定
した恒温槽に収容し、充放電装置に接続し、0.3Cの最大電流値で4.8V定電流定電
圧充電した後、0.2Cの電流値で3Vまで定電流放電した。
[Comparative Example 2]
A lithium ion secondary battery before formation obtained by injecting the electrolytic solution A by the method described in Example 1 was prepared, and formation was performed under the following conditions instead of the formation conditions of Example 1. That is, it accommodated in the thermostat set to 25 degreeC, connected to the charging / discharging apparatus, and left still for 20 hours. The battery was then charged 80% with a constant current of 0.2C. Then
The 80% charged battery was left in a thermostat set at 25 ° C. for 7 days. Next, it is housed in a thermostat set at 25 ° C., connected to a charging / discharging device, charged at a constant current of 4.8 V with a maximum current value of 0.3 C, and then constant current up to 3 V at a current value of 0.2 C. Discharged.
次に、上記フォーメーションを経て得られたリチウムイオン二次電池を、実施例1に記
載の方法で、電池性能評価及びXPS測定を行った。結果、電池の抵抗R1は27.0Ω
、50サイクル後は157Ωであった。1サイクル目の放電容量は、120mAh/gで
あり、50サイクル目の放電容量は、80mAh/gと低く、50サイクル目の放電容量
を1サイクル目の放電容量で除した放電容量維持率は、67%と低い値を示した。XPS
測定による正極表面の元素モル比Li/P比は0.2、M/Pは0.1であった。
Next, the lithium ion secondary battery obtained through the formation was subjected to battery performance evaluation and XPS measurement by the method described in Example 1. As a result, the battery resistance R1 is 27.0Ω.
After 50 cycles, it was 157Ω. The discharge capacity in the first cycle is 120 mAh / g, the discharge capacity in the 50th cycle is as low as 80 mAh / g, and the discharge capacity maintenance ratio obtained by dividing the discharge capacity in the 50th cycle by the discharge capacity in the first cycle is The value was as low as 67%. XPS
The element molar ratio Li / P ratio on the positive electrode surface as measured was 0.2, and M / P was 0.1.
[比較例3]
実施例1に記載の方法で、電解液Bを注液して得たフォーメーション前のリチウムイオ
ン二次電池を作製し、実施例1のフォーメーション条件の代わりに、以下の条件でフォー
メーションを行った。すなわち、25℃に設定した恒温槽に収容し、充放電装置に接続し
、20時間静置した。次いで、その電池を0.2Cの定電流で満充電量充電した。次いで
、0.3Cの最大電流値で4.8V定電流定電圧充電した後、0.2Cの電流値で3Vま
で定電流放電する。
[Comparative Example 3]
A lithium ion secondary battery before formation obtained by injecting the electrolytic solution B by the method described in Example 1 was produced, and formation was performed under the following conditions instead of the formation conditions of Example 1. That is, it accommodated in the thermostat set to 25 degreeC, connected to the charging / discharging apparatus, and left still for 20 hours. The battery was then fully charged with a constant current of 0.2C. Next, after charging at a constant current of 4.8 V with a maximum current value of 0.3 C, a constant current is discharged to 3 V at a current value of 0.2 C.
次に、上記フォーメーションを経て得られたリチウムイオン二次電池を、実施例1に記
載の方法で、電池性能評価及びXPS測定を行った。結果、電池の初期直流抵抗R1は1
6.4Ω、50サイクル後の直流抵抗は125.4Ωであった。1サイクル目の放電容量
は、121mAh/gであり、50サイクル目の放電容量は、85mAh/gと低く、5
0サイクル目の放電容量を1サイクル目の放電容量で除した放電容量維持率は、70%と
低い値を示した。XPS測定による正極表面の元素モル比Li/Pは0.18、M/Pは
0.19であった。
Next, the lithium ion secondary battery obtained through the formation was subjected to battery performance evaluation and XPS measurement by the method described in Example 1. As a result, the initial DC resistance R1 of the battery is 1.
The DC resistance after 6.4Ω and 50 cycles was 125.4Ω. The discharge capacity at the first cycle is 121 mAh / g, and the discharge capacity at the 50th cycle is as low as 85 mAh / g.
The discharge capacity retention ratio obtained by dividing the discharge capacity at the 0th cycle by the discharge capacity at the 1st cycle showed a low value of 70%. The element molar ratio Li / P on the positive electrode surface by XPS measurement was 0.18, and M / P was 0.19.
[比較例4]
エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとを体積比1:2で混合した混合溶
媒にLiPF6塩を1mol/L含有させた溶液を電解液Dとした。
[Comparative Example 4]
An electrolyte solution D was obtained by adding 1 mol / L of LiPF 6 salt to a mixed solvent in which ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate were mixed at a volume ratio of 1: 2.
実施例1に記載の方法で、電解液Dを注液して得たフォーメーション前のリチウムイオ
ン二次電池を作製し、実施例1のフォーメーション条件の代わりに、以下の条件でフォー
メーションを行った。すなわち、25℃に設定した恒温槽に収容し、充放電装置に接続し
、20時間静置した。次いで、その電池を0.2Cの定電流で満充電量充電した。次いで
、0.2Cの電流値で3Vまで定電流放電した。
A lithium ion secondary battery before formation obtained by injecting the electrolytic solution D by the method described in Example 1 was produced, and formation was performed under the following conditions instead of the formation conditions of Example 1. That is, it accommodated in the thermostat set to 25 degreeC, connected to the charging / discharging apparatus, and left still for 20 hours. The battery was then fully charged with a constant current of 0.2C. Next, constant current discharge was performed up to 3 V at a current value of 0.2 C.
次に、上記フォーメーションを経て得られたリチウムイオン二次電池を、実施例1に記
載の方法で、電池性能評価及びXPS測定を行った。結果、電池の初期直流抵抗R1は2
4.6Ω、50サイクル後の直流抵抗R2は70.5Ωであった。1サイクル目の放電容
量は、120mAh/gであり、50サイクル目の放電容量は、69mAh/gと低く、
50サイクル目の放電容量を1サイクル目の放電容量で除した放電容量維持率は、58%
と低い値を示した。XPS測定による正極表面の元素モル比Li/P比は0.0、M/P
は3.0であった。
Next, the lithium ion secondary battery obtained through the formation was subjected to battery performance evaluation and XPS measurement by the method described in Example 1. As a result, the initial DC resistance R1 of the battery is 2
The DC resistance R2 after 4.6Ω and 50 cycles was 70.5Ω. The discharge capacity at the first cycle is 120 mAh / g, the discharge capacity at the 50th cycle is as low as 69 mAh / g,
The discharge capacity retention ratio obtained by dividing the discharge capacity at the 50th cycle by the discharge capacity at the first cycle is 58%.
And showed a low value. Element molar ratio Li / P ratio of the positive electrode surface by XPS measurement is 0.0, M / P
Was 3.0.
[比較例5]
実施例1に記載の方法で、電解液Dを注液して得たフォーメーション前のリチウムイオ
ン二次電池を作製し、実施例1のフォーメーション条件の代わりに、以下の条件でフォー
メーションを行った。すなわち、25℃に設定した恒温槽に収容し、充放電装置に接続し
、20時間静置した。次いで、その電池を0.2Cの定電流で満充電量の80%充電した
。満充電とは定格電圧まで定電流で充電し続いて定格電圧の定電圧で2時間充電した時の
充電量である。その後、該80%充電の電池を45℃に設定した恒温槽に7日間放置した
。次いで、25℃に設定した恒温槽に収容し、充放電装置に接続し、0.3Cの最大電流
値で4.8V定電流定電圧充電した後、0.2Cの電流値で3Vまで定電流放電した。
[Comparative Example 5]
A lithium ion secondary battery before formation obtained by injecting the electrolytic solution D by the method described in Example 1 was produced, and formation was performed under the following conditions instead of the formation conditions of Example 1. That is, it accommodated in the thermostat set to 25 degreeC, connected to the charging / discharging apparatus, and left still for 20 hours. The battery was then charged at 80% of full charge with a constant current of 0.2C. Full charge is the amount of charge when charging at a constant current up to the rated voltage followed by charging for 2 hours at the constant voltage of the rated voltage. Thereafter, the 80% charged battery was left in a thermostat set at 45 ° C. for 7 days. Next, it is housed in a thermostat set at 25 ° C., connected to a charging / discharging device, charged at a constant current of 4.8 V with a maximum current value of 0.3 C, and then constant current up to 3 V at a current value of 0.2 C. Discharged.
次に、上記フォーメーションを経て得られたリチウムイオン二次電池を、実施例1に記
載の方法で、電池性能評価及びXPS測定を行った。結果、電池の直流抵抗R1は22.
0Ω、50サイクル後の直流抵抗R2は68.0Ωであった。1サイクル目の放電容量は
、122mAh/gであり、50サイクル目の放電容量は、75mAh/gと低く、50
サイクル目の放電容量を1サイクル目の放電容量で除した放電容量維持率は、61%と低
い値を示した。XPS測定による正極表面の元素モル比Li/P比は0.01、M/Pは
2.8であった。
Next, the lithium ion secondary battery obtained through the formation was subjected to battery performance evaluation and XPS measurement by the method described in Example 1. As a result, the DC resistance R1 of the battery is 22.
The DC resistance R2 after 0Ω and 50 cycles was 68.0Ω. The discharge capacity at the first cycle is 122 mAh / g, the discharge capacity at the 50th cycle is as low as 75 mAh / g,
The discharge capacity retention ratio obtained by dividing the discharge capacity at the cycle by the discharge capacity at the first cycle showed a low value of 61%. The element molar ratio Li / P ratio on the positive electrode surface by XPS measurement was 0.01, and M / P was 2.8.
上記した実施例1〜6及び比較例1〜5の仕様及びこれらについて得られた結果を表1
に併せて示す。
Table 1 shows the specifications of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 5 described above and the results obtained for these.
It shows together with.
表1からわかるとおり、本実施形態の所望の皮膜を含むリチウムイオン二次電池は高電
圧でも作動でき、かつ、高いサイクル寿命を発現することができることが確認された。
As can be seen from Table 1, it was confirmed that the lithium ion secondary battery including the desired film of the present embodiment can operate even at a high voltage and can exhibit a high cycle life.
(2)LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2正極を用いたリチウムイオン二次電池による電池性
能評価
[実施例7]
<正極の作製>
正極活物質としてLiNi1/3Mn1/3Co1/3O2(日本化学工業社製)と、導電助剤と
してアセチレンブラックの粉末(電気化学工業社製)と、バインダーとしてポリフッ化ビ
ニリデン溶液(クレハ社製)とを、90:6:4の固形分質量比で混合し、分散溶媒とし
てN−メチル−2−ピロリドンを固形分40質量%となるように添加して更に混合して、
スラリー状の溶液を調製した。このスラリー状の溶液を厚さ20μmのアルミニウム箔の
片面に塗布し、溶剤を乾燥除去した後、ロールプレスで圧延して正極とした。圧延後のも
のを直径16mmの円盤状に打ち抜いて正極を得た。
(2) Battery performance evaluation by lithium ion secondary battery using LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 positive electrode [Example 7]
<Preparation of positive electrode>
LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 (manufactured by Nippon Kagaku Kogyo Co., Ltd.) as a positive electrode active material, acetylene black powder (manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.) as a conductive additive, and a polyvinylidene fluoride solution as a binder (Manufactured by Kureha Co., Ltd.) at a solid content mass ratio of 90: 6: 4, N-methyl-2-pyrrolidone as a dispersion solvent is added to a solid content of 40% by mass, and further mixed.
A slurry solution was prepared. This slurry-like solution was applied to one side of an aluminum foil having a thickness of 20 μm, and the solvent was removed by drying, followed by rolling with a roll press to obtain a positive electrode. The rolled product was punched into a disk shape having a diameter of 16 mm to obtain a positive electrode.
<負極の作製>
負極活物質としてグラファイト粉末(大阪ガスケミカル社製、商品名「OMAC1.2
H/SS」)及び別のグラファイト粉末(TIMCAL社製、商品名「SFG6」)と、
バインダーとしてスチレンブタジエンゴム(SBR)及びカルボキシメチルセルロース水
溶液とを、90:10:1.5:1.8の固形分質量比で混合した。得られた混合物を、
固形分濃度が45質量%となるように、分散溶媒としての水に添加して、スラリー状の溶
液を調製した。このスラリー状の溶液を厚さ18μmの銅箔の片面に塗布し、溶剤を乾燥
除去した後、ロールプレスで圧延した。圧延後のものを直径16mmの円盤状に打ち抜い
て負極を得た。
<Production of negative electrode>
Graphite powder (made by Osaka Gas Chemical Co., Ltd., trade name “OMAC1.2”) as the negative electrode active material
H / SS ") and another graphite powder (manufactured by TIMCAL, trade name" SFG6 "),
Styrene butadiene rubber (SBR) and a carboxymethyl cellulose aqueous solution were mixed as a binder at a solid content mass ratio of 90: 10: 1.5: 1.8. The resulting mixture is
It added to the water as a dispersion solvent so that solid content concentration might be 45 mass%, and the slurry-like solution was prepared. This slurry-like solution was applied to one side of a copper foil having a thickness of 18 μm, and the solvent was removed by drying, followed by rolling with a roll press. The rolled product was punched into a disk shape having a diameter of 16 mm to obtain a negative electrode.
<電池の作製>
上述のようにして作製した正極と負極とをポリプロピレン製の微多孔膜からなるセパレ
ータ(膜厚25μm、空孔率50%、孔径0.1μm〜1μm)の両側に重ね合わせた積
層体を、ステンレス製の円盤型電池ケース(外装体)に挿入した。次いで、そこに、上記
電解液Cを0.2mL注入し、積層体を電解液Cに浸漬した後、電池ケースを密閉してフ
ォーメーション前のリチウムイオン二次電池を作製した。
<Production of battery>
A laminate in which the positive electrode and the negative electrode produced as described above are superimposed on both sides of a separator (thickness 25 μm, porosity 50%, pore diameter 0.1 μm to 1 μm) made of a polypropylene microporous film is made of stainless steel. It was inserted into a disc-shaped battery case (exterior body) made by the manufacturer. Next, 0.2 mL of the electrolytic solution C was injected therein, and the laminate was immersed in the electrolytic solution C. Then, the battery case was sealed to prepare a lithium ion secondary battery before formation.
<フォーメーション>
上述のようにして電解液Cを注液して得たフォーメーション前のリチウムイオン二次電
池を、25℃に設定した恒温槽(二葉科学社製、商品名「PLM−73S」)に収容し、
充放電装置(アスカ電子(株)製、商品名「ACD−01」)に接続し、20時間静置し
た。次いで、その電池を0.2Cの定電流で満充電量の80%を充電した。満充電量とは
4.35Vまで定電流で充電し、続いて4.35V定電圧で2時間充電した時の充電量で
ある。次いで、該80%充電の電池を45℃に設定した恒温槽(二葉科学製、商品名「P
LM−73S」)に7日間放置した。次いで、25℃に設定した恒温槽(二葉科学社製、
商品名「PLM−73S」)に収容し、充放電装置(アスカ電子(株)製、商品名「AC
D−01」)に接続し、2時間静置後に0.3Cの最大電流値で4.35V定電流定電圧
充電した後、0.2Cの電流値で3Vまで定電流放電した。
<Formation>
The lithium ion secondary battery before formation obtained by injecting the electrolytic solution C as described above is housed in a thermostatic bath set to 25 ° C. (trade name “PLM-73S” manufactured by Futaba Kagaku Co., Ltd.)
The battery was connected to a charge / discharge device (trade name “ACD-01” manufactured by Asuka Electronics Co., Ltd.) and allowed to stand for 20 hours. The battery was then charged with 80% of the full charge at a constant current of 0.2C. The full charge amount is a charge amount when charging with a constant current up to 4.35V and subsequently charging with a constant voltage of 4.35V for 2 hours. Next, the 80% charged battery was set to 45 ° C. (Futaba Kagaku, trade name “P
LM-73S ") for 7 days. Next, a constant temperature bath set at 25 ° C. (manufactured by Futaba Science Co., Ltd.,
The product name “PLM-73S”) and the charge / discharge device (manufactured by Asuka Electronics Co., Ltd., product name “AC”)
D-01 ") and left at rest for 2 hours, and then charged at a constant current of 4.35V at a maximum current value of 0.3C, and then discharged at a constant current of 3C at a current value of 0.2C.
<電池性能評価>
上記フォーメーションにより得られたリチウムイオン二次電池を1.0Cの定電流で4
.35Vまで充電し続いて4.35V定電圧で1時間充電し、1.0Cの定電流で3.0
Vまで放電した。この一連の充放電を1サイクルとし、更に49サイクル充放電を繰り返
し、全体で50サイクルのサイクル充放電を行った。1サイクル目及び50サイクル目の
正極活物質質量当たりの放電容量を確認した。また、放電前の電圧(V3)から放電開始
10秒後の電圧(V4)の差(ΔV=V3−V4)を放電電流値で除した値(ΔV/I)
を直流抵抗値としてとして1サイクル目の直流抵抗値R3及び50サイクル目における直
流抵抗R4を確認した。結果、1サイクル目の放電容量は、160mAh/gと高く、5
0サイクル目の放電容量は、144mAh/gと高く、50サイクル目の放電容量を1サ
イクル目の放電容量で除した放電容量維持率は、90%と高い値を示した。1サイクル目
の直流抵抗R3は7Ω、50サイクル目の直流抵抗R4は10Ωと低い値を示した。
<Battery performance evaluation>
The lithium ion secondary battery obtained by the above formation was charged with a constant current of 1.0 C.
. Charge to 35V, then charge at a constant voltage of 4.35V for 1 hour, 3.0 at a constant current of 1.0C
Discharged to V. This series of charging / discharging was made into 1 cycle, and 49 cycles charging / discharging was repeated, and the cycle charging / discharging of 50 cycles was performed in total. The discharge capacity per mass of the positive electrode active material at the first cycle and the 50th cycle was confirmed. Further, a value (ΔV / I) obtained by dividing a difference (ΔV = V3−V4) between a voltage (V3) before discharge and a voltage (V4) 10 seconds after the start of discharge by a discharge current value.
As a direct current resistance value, the direct current resistance value R3 in the first cycle and the direct current resistance R4 in the 50th cycle were confirmed. As a result, the discharge capacity at the first cycle is as high as 160 mAh / g, 5
The discharge capacity at the 0th cycle was as high as 144 mAh / g, and the discharge capacity retention rate obtained by dividing the discharge capacity at the 50th cycle by the discharge capacity at the 1st cycle showed a high value of 90%. The DC resistance R3 at the first cycle was 7Ω, and the DC resistance R4 at the 50th cycle was as low as 10Ω.
上記した実施例7の仕様及びこれについて得られた結果を表2に併せて示す。なお、実
施例7におけるXPS測定と正極表面の元素モル比Li/P及びM/Pの導出については
、実施例1と同様の方法で行った。
The specifications of Example 7 described above and the results obtained for this are also shown in Table 2. The XPS measurement in Example 7 and the derivation of the element molar ratios Li / P and M / P on the positive electrode surface were performed in the same manner as in Example 1.
表2からわかるとおり、本実施形態の所望の皮膜を含むリチウムイオン二次電池は高電
圧でも作動でき、かつ、高いサイクル寿命を発現することができることが確認された。
As can be seen from Table 2, it was confirmed that the lithium ion secondary battery including the desired film of the present embodiment can operate even at a high voltage and can exhibit a high cycle life.
本発明のリチウムイオン二次電池は、各種民生用機器用電源、自動車用電源等への産業
上利用可能性を有する。
The lithium ion secondary battery of the present invention has industrial applicability to various consumer equipment power supplies, automobile power supplies, and the like.
100 リチウムイオン二次電池
110 セパレータ
120 正極
130 負極
140 正極集電体
150 負極集電体
160 電池外装
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Lithium ion secondary battery 110 Separator 120 Positive electrode 130 Negative electrode 140 Positive electrode collector 150 Negative electrode collector 160 Battery exterior
Claims (9)
負極活物質を含有する負極と、
非水溶媒とリチウム塩とを含有する電解液と、
前記正極の表面に形成され、かつ、リチウムとリンの相対元素濃度の比(Li/P)が
0.3以上4.0以下であり、かつ、当該正極の表面に含まれる遷移金属Mとリンの相対
元素濃度比(M/P)が1未満であるLi含有リン化合物を有する皮膜と、
を備える、リチウムイオン二次電池。 A positive electrode containing a positive electrode active material;
A negative electrode containing a negative electrode active material;
An electrolyte solution containing a non-aqueous solvent and a lithium salt;
The transition metal M and phosphorus formed on the surface of the positive electrode and having a relative element concentration ratio (Li / P) between lithium and phosphorus of 0.3 to 4.0 and included in the surface of the positive electrode A film having a Li-containing phosphorus compound having a relative element concentration ratio (M / P) of less than 1;
A lithium ion secondary battery comprising:
イオン二次電池。 The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the Li-containing phosphorus compound is a Li-containing phosphate compound.
化合物;及び下記一般式(2A)で表される酸化物と、下記一般式(2B)で表される酸
化物との複合酸化物であって、下記一般式(2)で表される化合物からなる群より選ばれ
る1種以上である、請求項1又は2に記載のリチウムイオン二次電池。
LiMn2-xMaxO4 (1)
(式中、Maは遷移金属からなる群より選ばれる1種以上を示し、0.2≦x≦0.7で
ある。)
LiMO2 (6)
(式中Mは遷移金属及びAlから選ばれる1種以上を示す。)
Li2McO3 (2A)
(式中、Mcは遷移金属からなる群より選ばれる1種以上を示す。)
LiMdO2 (2B)
(式中、Mdは遷移金属からなる群より選ばれる1種以上を示す。)
zLi2McO3−(1−z)LiMdO2 (2)
(式中、Mc及びMdは、それぞれ前記一般式(2A)及び(2B)におけるものと同義
であり、0.1≦z≦0.9である。) The positive electrode active material is a compound represented by the following general formula (1); a compound represented by the following general formula (6); and an oxide represented by the following general formula (2A); The lithium ion 2 according to claim 1, which is a composite oxide with an oxide represented by the following formula (1), which is at least one selected from the group consisting of compounds represented by the following general formula (2): Next battery.
LiMn 2-x Ma x O 4 (1)
(In the formula, Ma represents one or more selected from the group consisting of transition metals, and 0.2 ≦ x ≦ 0.7.)
LiMO 2 (6)
(In the formula, M represents one or more selected from transition metals and Al.)
Li 2 McO 3 (2A)
(In the formula, Mc represents one or more selected from the group consisting of transition metals.)
LiMdO 2 (2B)
(In the formula, Md represents one or more selected from the group consisting of transition metals.)
zLi 2 McO 3 - (1- z) LiMdO 2 (2)
(In the formula, Mc and Md are synonymous with those in the general formulas (2A) and (2B), respectively, and 0.1 ≦ z ≦ 0.9).
原子の少なくとも1つをアルカリ金属原子又はトリアルキルシリル基で置換した化合物か
らなる群より選ばれる化合物(A)を含有する、請求項1〜3のいずれか1項に記載のリ
チウムイオン二次電池。 A compound (A) selected from the group consisting of a protonic acid having a phosphorus atom and a compound in which at least one hydrogen atom of the protonic acid having a phosphorus atom is substituted with an alkali metal atom or a trialkylsilyl group; The lithium ion secondary battery of any one of Claims 1-3 contained.
チウムイオン二次電池。
し、nは0又は1の整数、R1,R2はそれぞれ独立に、OH基、OLi基、置換されても
よい炭素数1以上10以下のアルキル基、置換されてもよい炭素数1以上10以下のアル
コキシ基又は炭素数3から10のシロキシ基を示す。) The lithium ion secondary battery according to claim 4, wherein the compound (A) includes a compound represented by the following formula (A-1).
請求項1〜5のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池。 The ratio of the relative element concentration of lithium and phosphorus (Li / P) is 0.3 or more and 2.0 or less,
The lithium ion secondary battery of any one of Claims 1-5.
かつ、前記被膜内に縞状構造を有する、請求項1〜5のいずれか1項に記載のリチウムイ
オン二次電池。 The ratio of relative element concentration of lithium and phosphorus (Li / P) is 0.3 or more and 2.0 or less,
And the lithium ion secondary battery of any one of Claims 1-5 which has a striped structure in the said film.
、請求項1〜7のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池。 The lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 7, wherein a positive electrode potential based on lithium at full charge is 4.4 V (vsLi / Li + ) or more.
前記正極活物質の表面に形成され、かつ、リチウムとリンの相対元素濃度の比(Li/
P)が0.3以上4.0以下であり、かつ、当該正極活物質の表面に含まれる遷移金属M
とリンの相対元素濃度比(M/P)が1未満であるLi含有リン化合物を有する皮膜と、
を備える、正極材。 A positive electrode active material;
Formed on the surface of the positive electrode active material, and the ratio of the relative element concentrations of lithium and phosphorus (Li /
P) is 0.3 or more and 4.0 or less, and the transition metal M contained on the surface of the positive electrode active material
And a film having a Li-containing phosphorus compound having a relative element concentration ratio (M / P) of less than 1 and phosphorus,
A positive electrode material.
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