JP2019220450A - Electrolytic solution for rocking chair type secondary battery, and rocking chair type secondary battery - Google Patents

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駿 村山
泰輔 小関
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泰輔 小関
卓 村田
Taku Murata
卓 村田
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Abstract

To raise the charge/discharge performance of a rocking chair type secondary battery which is superior in oxidation stability and thermal stability to a level which has not been achieved in the past, and/or to suppress the corrosion of an Al current collector of a rocking chair type secondary battery having the Al current collector when used under a high-positive electrode electric potential environment.SOLUTION: An electrolytic solution for a rocking chair type secondary battery comprises: an alkali metal salt; and an oxygen-containing solvent including an ester bond. In the electrolytic solution, the alkali metal salt of a quantity which is 2.0 mol or more to 1 kg of the oxygen-containing solvent is included within a range of a concentration of saturation or below.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、ロッキングチェア型二次電池用電解液及びロッキングチェア型二次電池に関する。   The present invention relates to an electrolyte for a rocking chair type secondary battery and a rocking chair type secondary battery.

従来、電極間に配置された電解液中をイオンが往復することで充放電を行う、所謂ロッキングチェア型二次電池の開発が進められている。近年、次世代ロッキングチェア型二次電池向けに、酸化安定性と熱安定性に優れる電解液が求められている。例えば、電解質としてのアルカリ金属塩の濃度を高くして充放電性能を向上させるとともに、当該アルカリ金属塩と溶媒とを溶媒和させることで酸化安定性と熱安定性を向上させることに着目した、高アルカリ金属塩濃度の電解液(すなわち濃厚電解液)が注目を集めている。また、ロッキングチェア型二次電池の正極用集電体には、電解液による腐食に耐えるため、表面に安定な不動態膜を形成する金属(例えばAl(アルミニウム)又はAl合金)を使用するのが一般的であるところ、次世代ロッキングチェア型二次電池では、従来よりも高い正極電位(例えば4.0V付近以上)が想定される。しかし、高正極電位(例えば3.5Vを超えるような)の環境下では、表面に不動態膜が形成されている集電体であっても徐々に腐食が進行し、集電体からAlが溶出して電池性能が低下するという懸念がある。したがって、高正極電位環境下でも正極用集電体を腐食させにくい電解液が求められている。   2. Description of the Related Art Conventionally, the development of a so-called rocking chair type secondary battery, in which ions are charged and discharged by reciprocating ions in an electrolytic solution disposed between electrodes, has been advanced. In recent years, for next-generation rocking chair type secondary batteries, electrolytes having excellent oxidation stability and thermal stability have been demanded. For example, while improving the charge and discharge performance by increasing the concentration of the alkali metal salt as an electrolyte, focused on improving the oxidation stability and thermal stability by solvating the alkali metal salt and a solvent, Electrolytes with high alkali metal salt concentrations (ie, rich electrolytes) have received attention. In addition, for the current collector for the positive electrode of the rocking chair type secondary battery, a metal (for example, Al (aluminum) or an Al alloy) that forms a stable passivation film on the surface is used in order to withstand corrosion by the electrolytic solution. However, in the next-generation rocking chair type secondary battery, a higher positive electrode potential (for example, around 4.0 V or higher) than in the past is assumed. However, in an environment with a high positive electrode potential (for example, exceeding 3.5 V), even if the current collector has a passivation film formed on its surface, corrosion gradually progresses, and Al is removed from the current collector. There is a concern that battery performance will be reduced due to elution. Therefore, there is a demand for an electrolyte solution that does not easily corrode the positive electrode current collector even under a high positive electrode potential environment.

電解液の酸化安定性及び熱安定性の向上に関し、濃厚電解液の溶媒としては、グライム系溶媒(アルキル基を末端とするエーテル系化合物)やカーボネート系溶媒(アルキル基を末端とする炭酸エステル系化合物)が主流であり、広く研究されている。例えば特許文献1に、濃厚電解液の溶媒として1,2−ジメトキシエタン、エチレンカーボネート、エチルメチルカーボネート、等を用いて作製した充電式リチウム電池が、高いエネルギー密度および向上したサイクル寿命を達成したことが記載されている。   Regarding the improvement of the oxidative stability and thermal stability of the electrolytic solution, as the solvent for the concentrated electrolytic solution, a glyme-based solvent (an alkyl-terminated ether compound) or a carbonate-based solvent (an alkyl-terminated carbonate ester) is used. Compounds) are the mainstream and have been widely studied. For example, Patent Literature 1 discloses that a rechargeable lithium battery manufactured using 1,2-dimethoxyethane, ethylene carbonate, ethyl methyl carbonate, or the like as a solvent for a concentrated electrolyte has achieved high energy density and improved cycle life. Is described.

特許文献1に記載されたリチウム電池は、高いアルカリ金属塩濃度に起因して充放電性能が向上する反面、その電解液の粘度が高くなり易い。一般に、高粘度の電解液においてはアルカリ金属塩由来のアルカリ金属イオンの移動が制限されるため、塩濃度が同等である場合には、電解液粘度の低い方がアルカリ金属イオンの移動度の増加により充放電性能が向上する。   In the lithium battery described in Patent Literature 1, although the charge / discharge performance is improved due to the high alkali metal salt concentration, the viscosity of the electrolytic solution tends to increase. In general, the movement of alkali metal ions derived from an alkali metal salt is restricted in a high-viscosity electrolytic solution. Therefore, when the salt concentration is the same, a lower electrolytic solution viscosity increases the mobility of the alkali metal ion. Thereby, the charge / discharge performance is improved.

特許文献2に、非水電解液系二次電池の使用温度範囲の広範化等を目的として、下記一般式で表される鎖状エステルからなる電解液用溶媒を使用することが記載されている。
−O−R−COO−R
上式中、R、Rは炭素数が1以上20以下の直鎖状、分岐状または環状のアルキル基またはフルオロアルキル基を表し、Rは炭素数が1以上20以下の直鎖状、分岐状または環状のアルキレン基またはフルオロアルキレン基を表す。特許文献2は、電解液中の電解質濃度について、溶媒質量に対して電解質が50質量%以上の比率で存在すると、電解液の粘度が上昇し、イオン移動が大きく阻害されることを教示している。すなわち特許文献2に記載の鎖状エステルは、電解質濃度が50質量%を超えるような濃厚電解液における溶媒としての使用を回避すべきことが示唆される。
Patent Literature 2 discloses that a solvent for an electrolytic solution composed of a chain ester represented by the following general formula is used for the purpose of broadening the operating temperature range of a non-aqueous electrolyte secondary battery or the like. .
R 1 -OR 2 -COO-R 3
In the above formula, R 1 and R 3 represent a linear, branched or cyclic alkyl group or fluoroalkyl group having 1 to 20 carbon atoms, and R 2 represents a linear chain having 1 to 20 carbon atoms. , A branched or cyclic alkylene group or a fluoroalkylene group. Patent Document 2 teaches that the concentration of the electrolyte in the electrolytic solution is such that if the electrolyte is present at a ratio of 50% by mass or more with respect to the mass of the solvent, the viscosity of the electrolytic solution increases, and ion migration is greatly inhibited. I have. That is, it is suggested that the chain ester described in Patent Document 2 should be avoided from being used as a solvent in a concentrated electrolytic solution having an electrolyte concentration of more than 50% by mass.

一方、集電体の腐食を抑制する方法としては、電解液中の電解質塩(例えばリチウムイオン電池におけるリチウム塩)及び溶媒の種類を選択する方法、集電体表面で分解して保護膜を形成するような化合物を電解液中に添加剤として含有させる方法、集電体の合金化又は各種加工(無機層又は有機層の被覆等)等が知られている。   On the other hand, as a method of suppressing corrosion of the current collector, a method of selecting an electrolyte salt (for example, a lithium salt in a lithium ion battery) and a solvent in an electrolytic solution, and a method of decomposing on a current collector surface to form a protective film There are known a method of incorporating such a compound into an electrolytic solution as an additive, alloying of a current collector, various processes (coating of an inorganic layer or an organic layer, etc.), and the like.

集電体の腐食抑制に着目した電解液に関し、特許文献3は、アルミニウムまたはアルミニウム合金を含有する集電体を備えた蓄電デバイスに用いられる非水電解液であって、特定構造のポリエチレンオキシド誘導体と、非プロトン性有機溶媒とを含む非水溶媒に、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)アミドが支持電解質として溶解されていることを特徴とする蓄電デバイス用非水電解液を記載する。   Patent Document 3 relates to an electrolytic solution that focuses on corrosion inhibition of a current collector. Patent Document 3 discloses a nonaqueous electrolytic solution used for a power storage device including a current collector containing aluminum or an aluminum alloy, and a polyethylene oxide derivative having a specific structure. And a non-aqueous solvent containing an aprotic organic solvent, wherein lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) amide is dissolved as a supporting electrolyte.

特許文献4は、正極、負極、非水電解液を備えたリチウムイオン二次電池であって、上記非水電解液は、LiPF6と、特定構造のイミド塩とを含み、上記正極の集電体は、純度97.0%以上、99.0%以下のアルミニウム箔であることを特徴とするリチウムイオン二次電池を記載する。 Patent Literature 4 discloses a lithium ion secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte. The non-aqueous electrolyte includes LiPF 6 and an imide salt having a specific structure. A lithium ion secondary battery, wherein the body is an aluminum foil having a purity of 97.0% or more and 99.0% or less is described.

特許文献5は、正極と、負極と、電解液とを有する非水電解質二次電池であって、前記正極は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる正極用集電体を有し、前記電解液は、アルカリ金属、アルカリ土類金属又はアルミニウムをカチオンとする塩と、ヘテロ元素を有する有機溶媒とを含み、前記電解液の振動分光スペクトルにおける前記有機溶媒由来のピーク強度につき、前記有機溶媒本来のピークの強度をIoとし、前記ピークがシフトしたピークの強度をIsとした場合、Is>Ioであることを特徴とする非水電解質二次電池を記載する。   Patent Document 5 is a non-aqueous electrolyte secondary battery having a positive electrode, a negative electrode, and an electrolytic solution, wherein the positive electrode has a positive electrode current collector made of aluminum or an aluminum alloy, An alkali metal, an alkaline earth metal or a salt having aluminum as a cation, and an organic solvent having a hetero element, the peak intensity derived from the organic solvent in the vibration spectrum of the electrolytic solution, the original peak of the organic solvent A non-aqueous electrolyte secondary battery characterized by Is> Io where Io is the intensity and Is is the intensity of the peak shifted from the peak.

特許文献6は、電解質塩と電解質溶媒とを含む電解質溶液であって、前記電解質溶媒が前記電解質溶媒総量100重量%に対して特定比率のフッ化非環式ジアルキルカーボネートを含む電解質溶液を記載する。   Patent Document 6 describes an electrolyte solution containing an electrolyte salt and an electrolyte solvent, wherein the electrolyte solvent contains a specific ratio of fluorinated acyclic dialkyl carbonate with respect to the total amount of the electrolyte solvent of 100% by weight. .

特表2018−505538号公報JP-T-2018-505538 特開平10−92222号公報JP-A-10-92222 特開2014−157672号公報JP 2014-157672 A 特開2017−84739号公報JP 2017-84739 A 特開2016−189340号公報JP-A-2006-189340 特表2016−532237号公報JP 2006-532237 A

上述したように、充放電性能を向上させる方策として、電荷量を増やす、すなわち電解液の塩濃度を高めることと、アルカリ金属イオンの移動度を増加させる、すなわち電解液の粘度を下げることが考えられるが、特許文献2が示唆しているように、一般に電解液の高濃度化と低粘度化とは相反する性質となっている。本発明の一態様は、電解液の高濃度化と低粘度化との相反する性質の両立を図ることにより、酸化安定性と熱安定性に優れたロッキングチェア型二次電池の充放電性能を従来にないレベルにまで高めることを課題とするものである。   As described above, as a measure for improving the charge / discharge performance, it is conceivable to increase the charge amount, that is, to increase the salt concentration of the electrolytic solution, and to increase the mobility of alkali metal ions, that is, to decrease the viscosity of the electrolytic solution. However, as suggested in Patent Literature 2, generally, increasing the concentration of the electrolyte and lowering the viscosity of the electrolyte have contradictory properties. One embodiment of the present invention is to improve the charge / discharge performance of a rocking chair type secondary battery having excellent oxidation stability and heat stability by achieving the contradictory properties of increasing the concentration of the electrolyte and decreasing the viscosity. The task is to raise the level to a level that has never been seen before.

また、上述したように、Al又はAl合金を含む集電体(本開示で、「Al集電体」ともいう。)の腐食を抑制する方策として、溶媒又は電解質塩の分子構造を特定のものとすることが考えられ、この場合、当該Al集電体の表面には、不働態膜(例えばAl、更に、電解質塩が例えばフッ化物である場合にはLiF、AlF等)が形成されることができる。しかし、従来の技術では、次世代ロッキングチェア型二次電池で想定されるような高正極電位(例えば4.0V以上)の環境下でも集電体の腐食抑制効果が十分得られるには至っていない。本発明の一態様は、ロッキングチェア型二次電池を高正極電位(例えば4.0V以上)の環境下で使用した場合にもAl集電体の腐食を回避することを課題とするものである。 In addition, as described above, as a measure for suppressing corrosion of a current collector containing Al or an Al alloy (also referred to as “Al current collector” in the present disclosure), a specific method is used in which the molecular structure of a solvent or an electrolyte salt is specified. In this case, a passivation film (for example, Al 2 O 3 , and further, when the electrolyte salt is, for example, fluoride, LiF, AlF 3, etc.) is provided on the surface of the Al current collector. Can be formed. However, in the conventional technique, even under an environment of a high positive electrode potential (for example, 4.0 V or more) as expected in a next-generation rocking chair type secondary battery, the effect of suppressing corrosion of the current collector has not been sufficiently obtained. . An object of one embodiment of the present invention is to avoid corrosion of an Al current collector even when a rocking chair secondary battery is used in an environment with a high positive electrode potential (for example, 4.0 V or more). .

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、特定の含酸素溶媒を用いることで濃厚電解液の粘度上昇が抑制され、よって酸化安定性と熱安定性に優れる濃厚電解液を用いたロッキングチェア型二次電池の充放電性能が従来と比べて有意に向上することを見出した。すなわち、本発明は、以下の態様を包含する。
[1]アルカリ金属塩と、エステル結合を含む含酸素溶媒とを含んでなり、該アルカリ金属塩が該含酸素溶媒1kgに対して2.0モル以上、飽和濃度以下の範囲内の量で含まれることを特徴とするロッキングチェア型二次電池用電解液。
[2]前記アルカリ金属塩が前記含酸素溶媒1kgに対して4.0モル以上、12.0モル以下の範囲内の量で含まれる、態様1に記載の電解液。
[3]前記含酸素溶媒が下記一般式(1)で表される、態様1または2に記載の電解液。
R1−O−(A−O)n−CH2CH(R3)−COO−R2 (1)
(式中、R1、R2は各々独立に炭素数1〜4の直鎖状または分岐状のアルキル基を表し、R3はメチル基またはH を表し、Aは各々独立に炭素数2〜4のアルキレン基を表し、かつ、nは0〜5の整数を表す。)
[4]前記一般式(1)中、R1とR2が共にメチル基であり、R3がHであり、かつ、nが0である、態様3に記載の電解液。
[5]前記アルカリ金属塩が、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(LiTFSI)、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiFSI)、テトラフルオロホウ酸リチウム(LiBF4)、ヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6)、過塩素酸リチウム(LiClO4)及びリチウムビス(ペンタフルオロエタンスルホニル)イミド(LiBETI)からなる群から選択される、態様1〜4のいずれか一項に記載の電解液。
[6]前記含酸素溶媒の他に溶媒が存在しない、態様1〜5のいずれか一項に記載の電解液。
[7]さらに下記一般式(2)で表される金属エステル化合物を含む、態様1〜6のいずれか一項に記載の電解液。
M[−O−(A1−O)−R43 (2)
(式中、Mはホウ素及びアルミニウムからなる群から選択される3価元素を表し、A1は各々独立に炭素数2〜4のアルキレン基を表し、mは各々独立に0〜50の整数であり、そしてR4は各々独立に炭素数1〜13の脂肪族炭化水素基を表す。)
[8]前記アルカリ金属塩に由来するアルカリ金属と前記含酸素溶媒との錯体を含む、態様1〜7のいずれか一項に記載の電解液。
[9]正極と、負極と、態様1〜8のいずれか一項に記載の電解液とを含んでなる、ロッキングチェア型二次電池。
The inventors of the present invention have conducted intensive studies to solve the above-mentioned problems, and as a result, the use of a specific oxygen-containing solvent has suppressed the increase in the viscosity of the concentrated electrolytic solution, and thus has been confirmed to be a concentrated electrolytic solution having excellent oxidation stability and thermal stability. It has been found that the charge and discharge performance of a rocking chair type secondary battery using a liquid is significantly improved as compared with the conventional one. That is, the present invention includes the following embodiments.
[1] An alkali metal salt and an oxygen-containing solvent containing an ester bond are contained, and the alkali metal salt is contained in an amount of 2.0 mol or more and a saturation concentration or less with respect to 1 kg of the oxygen-containing solvent. An electrolyte solution for a rocking chair type secondary battery, wherein the electrolyte is used.
[2] The electrolytic solution according to aspect 1, wherein the alkali metal salt is contained in an amount within a range from 4.0 mol to 12.0 mol per 1 kg of the oxygen-containing solvent.
[3] The electrolytic solution according to aspect 1 or 2, wherein the oxygen-containing solvent is represented by the following general formula (1).
R 1 -O- (A-O) n -CH 2 CH (R 3 ) -COO-R 2 (1)
(Wherein, R 1 and R 2 each independently represent a linear or branched alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, R 3 represents a methyl group or H 2, and A each independently represents 2 to 4 carbon atoms. 4 represents an alkylene group, and n represents an integer of 0 to 5.)
[4] The electrolytic solution according to aspect 3, wherein in the general formula (1), R 1 and R 2 are both methyl groups, R 3 is H, and n is 0.
[5] The alkali metal salt is selected from lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (LiTFSI), lithium bis (fluorosulfonyl) imide (LiFSI), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), and lithium hexafluorophosphate (LiPF 6). ), Lithium perchlorate (LiClO 4 ) and lithium bis (pentafluoroethanesulfonyl) imide (LiBETI). The electrolytic solution according to any one of aspects 1 to 4, wherein the electrolytic solution is selected from the group consisting of:
[6] The electrolytic solution according to any one of aspects 1 to 5, wherein no solvent is present other than the oxygen-containing solvent.
[7] The electrolytic solution according to any one of aspects 1 to 6, further comprising a metal ester compound represented by the following general formula (2).
M [-O- (A 1 -O) m -R 4 ] 3 (2)
(Wherein, M represents a trivalent element selected from the group consisting of boron and aluminum, A 1 each independently represents an alkylene group having 2 to 4 carbon atoms, and m each independently represents an integer of 0 to 50. And each R 4 independently represents an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 13 carbon atoms.)
[8] The electrolytic solution according to any one of aspects 1 to 7, which comprises a complex of the alkali metal derived from the alkali metal salt and the oxygen-containing solvent.
[9] A rocking chair secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, and the electrolytic solution according to any one of aspects 1 to 8.

本発明の一態様によると、耐酸化性及び熱安定性に優れる濃厚電解液の粘度上昇抑制を実現したことにより、従来より充放電性能が一層向上したロッキングチェア型二次電池用の電解液、及びこれを用いたロッキングチェア型二次電池が提供される。また、本発明の一態様によると、Al集電体を備えるロッキングチェア型二次電池を高正極電位(例えば4.0V以上)環境下で使用した場合にも、Al集電体の腐食が回避され得る。   According to one aspect of the present invention, by realizing suppression of the increase in viscosity of a concentrated electrolytic solution having excellent oxidation resistance and thermal stability, an electrolytic solution for a rocking chair type secondary battery having further improved charge / discharge performance than before, And a rocking chair type secondary battery using the same. Further, according to one embodiment of the present invention, even when a rocking chair secondary battery including an Al current collector is used in a high positive electrode potential (eg, 4.0 V or higher) environment, corrosion of the Al current collector is avoided. Can be done.

電解質濃度に対する電解液粘度の関係を示すグラフである。5 is a graph showing the relationship between electrolyte concentration and electrolyte viscosity. 電解質濃度に対する放電容量の関係を示すグラフである。5 is a graph showing a relationship between a discharge capacity and an electrolyte concentration. 金属エステル化合物を添加した態様について充放電試験の結果を示すグラフである。6 is a graph showing the results of a charge / discharge test for an embodiment in which a metal ester compound was added.

以下、本発明の例示の実施形態について説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
本発明は、アルカリ金属塩と、エステル結合を含む含酸素溶媒とを含んでなり、該アルカリ金属塩が該含酸素溶媒1kgに対して2.0モル以上、飽和濃度以下の範囲内の量で含まれることを特徴とするロッキングチェア型二次電池用電解液を提供するものである。
Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described, but the present invention is not limited to the following embodiments.
The present invention comprises an alkali metal salt and an oxygen-containing solvent containing an ester bond, wherein the alkali metal salt is contained in an amount within a range of 2.0 mol or more to 1 kg of the oxygen-containing solvent and a saturation concentration or less. It is intended to provide an electrolyte solution for a rocking chair type secondary battery characterized by being included.

(アルカリ金属塩)
本発明による電解液に用いられるアルカリ金属塩は、ロッキングチェア型二次電池用の電解質として有用であることが当業者に理解されるいずれのアルカリ金属塩であってもよい。アルカリ金属塩を構成するアルカリ金属は、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム及びセシウムから選択されることができるが、入手又は製造の容易性の観点から、好ましくはリチウム、ナトリウム又はカリウムである。さらに、エステル結合を含む含酸素溶媒との錯形成容易性の観点から、より好ましくはリチウムである。すなわち、より好ましい態様における電解液はリチウムイオン二次電池用の電解液である。
(Alkali metal salt)
The alkali metal salt used in the electrolyte according to the present invention may be any alkali metal salt understood by those skilled in the art to be useful as an electrolyte for a rocking chair secondary battery. The alkali metal constituting the alkali metal salt can be selected from lithium, sodium, potassium, rubidium and cesium, but is preferably lithium, sodium or potassium from the viewpoint of easy availability or production. Further, lithium is more preferable from the viewpoint of easy complex formation with an oxygen-containing solvent containing an ester bond. That is, the electrolyte in a more preferred embodiment is an electrolyte for a lithium ion secondary battery.

アルカリ金属塩を構成する対アニオンとしては、Cl、Br、I、BF4、PF6、CF3SO3、SCN、ClO4、CF3CO2、AsF6、SbF6、AlCl4、N(CF3SO22、PF3(C253、N(FSO22、N(FSO2)(CF3SO2)、N(C25SO22、N(C2424)、N(C3624)、N(CN)2、N(CF3SO2)(CF3CO)、C(CF3SO23等を例示できる。 As counter anions constituting the alkali metal salt, Cl, Br, I, BF 4 , PF 6 , CF 3 SO 3 , SCN, ClO 4 , CF 3 CO 2 , AsF 6 , SbF 6 , AlCl 4 , N (CF 3 SO 2 ) 2 , PF 3 (C 2 F 5 ) 3 , N (FSO 2 ) 2 , N (FSO 2 ) (CF 3 SO 2 ), N (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , N (C 2 F 4 S 2 O 4), N (C 3 F 6 S 2 O 4), N (CN) 2, N (CF 3 SO 2) (CF 3 CO), illustrate C (CF 3 SO 2) 3, etc. it can.

アルカリ金属塩の好適例であるリチウム塩としては、ロッキングチェア型二次電池用の電解質として有用であることが当業者に理解されるいずれのリチウム塩であってもよく、例えば、LiTFSI、LiFSI、LiBF、LiPF、LiClO4、LiBETI、LiAsF6、LiCF3SO3、Li(CF3SO23C、LiI、LiSCN、等が挙げられる。中でも好適なリチウム塩は、LiTFSI(リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド)、LiFSI(リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド)、LiBF4(テトラフルオロホウ酸リチウム)、LiPF6(ヘキサフルオロリン酸リチウム)、過塩素酸リチウム(LiClO4)及びLiBETI(リチウムビス(ペンタフルオロエタンスルホニル)イミド)からなる群から選択される。これらのリチウム塩は市販品として入手可能である。 Lithium salt, which is a preferred example of an alkali metal salt, may be any lithium salt understood by those skilled in the art to be useful as an electrolyte for a rocking chair type secondary battery, for example, LiTFSI, LiFSI, LiBF 4 , LiPF 6 , LiClO 4 , LiBETI, LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 3 C, LiI, LiSCN, and the like. Among them, preferred lithium salts are LiTFSI (lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide), LiFSI (lithium bis (fluorosulfonyl) imide), LiBF 4 (lithium tetrafluoroborate), LiPF 6 (lithium hexafluorophosphate), It is selected from the group consisting of lithium perchlorate (LiClO 4 ) and LiBETI (lithium bis (pentafluoroethanesulfonyl) imide). These lithium salts are commercially available.

アルカリ金属塩がLiPFである場合、LiPFがAl集電体上にフッ素化合物(LiF、AlF等)の不動態膜を形成できるため、例えばアルカリ金属塩がイミド系リチウム塩等である場合と比べて集電体の腐食効果が一層良好であり好ましい。 When the alkali metal salt is LiPF 6 , since LiPF 6 can form a passivation film of a fluorine compound (LiF, AlF 3, etc.) on the Al current collector, for example, when the alkali metal salt is an imide-based lithium salt or the like This is preferable because the corrosion effect of the current collector is even better.

(エステル結合を含む含酸素溶媒)
本発明による電解液に用いられるエステル結合を含む含酸素溶媒は、上記アルカリ金属と錯体を形成し得る化合物である。そのような化合物の一態様として、下記一般式(1)で表されるものが挙げられる。
R1−O−(A−O)n−CH2CH(R3)−COO−R2 (1)
式(1)中、R1、R2は各々独立に炭素数1〜4の直鎖状または分岐状のアルキル基を表し、R3はメチル基またはH を表し、Aは各々独立に炭素数2〜4のアルキレン基を表し、かつ、nは0〜5の整数を表す。
(Oxygen-containing solvent containing ester bond)
The oxygen-containing solvent containing an ester bond used in the electrolytic solution according to the present invention is a compound capable of forming a complex with the above alkali metal. One embodiment of such a compound includes a compound represented by the following general formula (1).
R 1 -O- (A-O) n -CH 2 CH (R 3 ) -COO-R 2 (1)
In the formula (1), R 1 and R 2 each independently represent a linear or branched alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, R 3 represents a methyl group or H 2, and A represents each independently a carbon number. Represents an alkylene group of 2 to 4, and n represents an integer of 0 to 5.

上記一般式(1)におけるR1、R2は、アルカリ金属との錯体形成性をより高める観点から、直鎖状または分岐状の炭素数1〜4のアルキル基である。そのようなアルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基、等が挙げられ、中でもメチル基、エチル基、プロピル基が好ましく、特にメチル基が好ましい。また、R3はH であることが好ましい。 R 1 and R 2 in the above general formula (1) are linear or branched alkyl groups having 1 to 4 carbon atoms from the viewpoint of further enhancing the complexability with an alkali metal. Specific examples of such an alkyl group include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, a butyl group, an isobutyl group, a t-butyl group, and the like. Among them, a methyl group, an ethyl group, and a propyl group are preferable. Particularly, a methyl group is preferable. Also, R 3 is preferably H 2.

上記一般式(1)におけるR1、R2およびR3の炭素数の合計は、電解液の粘度上昇を抑えながら電解質塩濃度をより高める観点から、好ましくは5以下、より好ましくは3以下である。ここでR1、R2は、置換基を有する構造であってもよいが、その場合のR1、R2の各炭素数は当該置換基を含む数である。R1、R2が有することができる置換基としては、炭素数1〜3のアルコキシ基、フルオロ基、クロロ基、ブロモ基、シアノ基、ニトロ基、水酸基、アルデヒド基、カルボキシル基、等が挙げられる。 The total number of carbon atoms of R 1 , R 2 and R 3 in the general formula (1) is preferably 5 or less, more preferably 3 or less, from the viewpoint of increasing the electrolyte salt concentration while suppressing the increase in the viscosity of the electrolyte. is there. Here, R 1 and R 2 may have a structure having a substituent, and in this case, each carbon number of R 1 and R 2 is a number including the substituent. Examples of the substituent that R 1 and R 2 may have include an alkoxy group having 1 to 3 carbon atoms, a fluoro group, a chloro group, a bromo group, a cyano group, a nitro group, a hydroxyl group, an aldehyde group, and a carboxyl group. Can be

上記一般式(1)におけるAは、アルカリ金属との錯体形成性をより高める観点から、炭素数2のエチレン基又は炭素数3のプロピレン基であることが好ましく、特にエチレン基であることが好ましい。また、上記一般式(1)におけるnは、アルカリ金属との錯体形成性をより高める観点から、好ましくは2以下、より好ましくは1以下、最も好ましくは0である。   A in the general formula (1) is preferably an ethylene group having 2 carbon atoms or a propylene group having 3 carbon atoms, and particularly preferably an ethylene group, from the viewpoint of further increasing the complexability with an alkali metal. . Further, n in the above general formula (1) is preferably 2 or less, more preferably 1 or less, and most preferably 0 from the viewpoint of further enhancing the complexability with an alkali metal.

本発明によるエステル結合を含む含酸素溶媒として特に好ましい化合物としては、3−メトキシプロピオン酸メチル、3−メトキシプロピオン酸エチル、3−エトキシプロピオン酸メチル、3−メトキシ−2−メチルプロピオン酸メチル、等が挙げられる。これらの化合物は、適宜市販品を入手して使用することができる。   Particularly preferred compounds as the oxygen-containing solvent containing an ester bond according to the present invention include methyl 3-methoxypropionate, ethyl 3-methoxypropionate, methyl 3-ethoxypropionate, methyl 3-methoxy-2-methylpropionate, and the like. Is mentioned. These compounds can be used by appropriately obtaining commercially available products.

本発明による電解液においては、エステル結合を含む含酸素溶媒1kgに対してアルカリ金属塩が2.0モル以上、飽和濃度以下の範囲内の量で含まれる。アルカリ金属塩の含酸素溶媒1kgに対するモル濃度が上記範囲内にある場合に、耐酸化性及び熱安定性に優れる濃厚電解液の粘度上昇が抑制され、ロッキングチェア型二次電池の充放電性能が更に向上することが発見された。充放電性能のうち特に放電容量が向上する上記モル濃度は3.0モル以上、好ましくは4.0モル以上、より好ましくは5.0モル以上である。一方、上記モル濃度の上限としては12.0モル以下、好ましくは10.0モル以下、より好ましくは8.0モル以下である。なお、上記モル濃度が2.0モル未満になるとアルカリ金属塩の濃度が低くなり、本発明が企図する濃厚電解液から外れる。   In the electrolytic solution according to the present invention, the alkali metal salt is contained in an amount of 2.0 mol or more and a saturation concentration or less with respect to 1 kg of the oxygen-containing solvent containing an ester bond. When the molar concentration of the alkali metal salt with respect to 1 kg of the oxygen-containing solvent is within the above range, the increase in the viscosity of the concentrated electrolytic solution having excellent oxidation resistance and thermal stability is suppressed, and the charge and discharge performance of the rocking chair type secondary battery is reduced. It has been found that it is even better. The molar concentration at which the discharge capacity is particularly improved among the charge and discharge performances is 3.0 mol or more, preferably 4.0 mol or more, more preferably 5.0 mol or more. On the other hand, the upper limit of the molar concentration is 12.0 mol or less, preferably 10.0 mol or less, and more preferably 8.0 mol or less. When the molar concentration is less than 2.0 mol, the concentration of the alkali metal salt decreases, and the concentration falls outside the range of the concentrated electrolytic solution contemplated by the present invention.

本発明による電解液において、アルカリ金属塩由来のアルカリ金属の少なくとも一部、好ましくは実質的に全てが、エステル結合を含む含酸素溶媒と錯体を形成している。このような錯体の形成により、二次電池の電解液の酸化安定性と熱安定性が向上するとともに、集電体としてAl集電体を用いた場合の当該Al集電体の腐食が抑制される。錯体の存在は、熱重量測定法で確認することができる。本発明による電解液は、エステル結合を含む含酸素溶媒を含むことによって、例えば4.0V以上という高正極電位環境下で使用される二次電池においてもAl集電体の腐食を良好に抑制するため、次世代電池の高性能化に寄与する。理論に拘束されるものではないが、エステル結合を含む含酸素溶媒は、電解液中のアルカリ金属塩と錯体を形成し、当該錯体が、高正極電位の環境下でも安定的な配位構造を保持することで、集電体の腐食を良好に抑制できると考えられる。このような作用は、濃厚電解液に従来用いられてきたグライム系溶媒及びカーボネート系溶媒では得られないものである。特に、本発明による電解液は、集電体の加工を必要とせずに当該集電体の腐食を抑制できるため、電池製造プロセスの簡易化、及びそれによるコスト削減という利点を与える。   In the electrolytic solution according to the present invention, at least a part, preferably substantially all, of the alkali metal derived from the alkali metal salt forms a complex with the oxygen-containing solvent containing an ester bond. The formation of such a complex improves the oxidation stability and thermal stability of the electrolyte of the secondary battery, and suppresses corrosion of the Al current collector when the Al current collector is used as the current collector. You. The presence of the complex can be confirmed by thermogravimetry. The electrolytic solution according to the present invention favorably suppresses corrosion of the Al current collector even in a secondary battery used under a high positive electrode potential environment of, for example, 4.0 V or more by including an oxygen-containing solvent containing an ester bond. This contributes to higher performance of next-generation batteries. Without being bound by theory, the oxygen-containing solvent containing an ester bond forms a complex with an alkali metal salt in the electrolytic solution, and the complex has a stable coordination structure even under an environment of a high positive electrode potential. It is considered that by holding, the corrosion of the current collector can be favorably suppressed. Such an effect cannot be obtained with a glyme-based solvent and a carbonate-based solvent conventionally used for a concentrated electrolyte. In particular, the electrolytic solution according to the present invention can suppress the corrosion of the current collector without requiring the processing of the current collector, and thus has an advantage of simplifying the battery manufacturing process and thereby reducing the cost.

本発明による電解液は、その所期の効果を損なわない限りにおいて、上記のエステル結合を含む含酸素溶媒の他に、アルカリ金属と錯体形成し得る別の含酸素溶媒が少量(溶媒全体の50質量%未満)含まれていてもよい。そのような別の含酸素溶媒には、従来のグライム系溶媒(アルキル基を末端とするエーテル系化合物)やカーボネート系溶媒(アルキル基を末端とする炭酸エステル系化合物)が含まれる。しかしながら、本発明による電解液は、その溶媒が、従来の含酸素溶媒を実質的に含まず、上記のエステル結合を含む含酸素溶媒からなることが好ましい。   As long as the intended effect is not impaired, the electrolytic solution according to the present invention contains a small amount of another oxygen-containing solvent capable of forming a complex with an alkali metal (50% of the total amount of the solvent) in addition to the above-described oxygen-containing solvent containing an ester bond. % By mass). Such other oxygen-containing solvents include conventional grime solvents (alkyl-terminated ether compounds) and carbonate solvents (alkyl-terminated carbonate compounds). However, it is preferable that the solvent of the electrolytic solution according to the present invention is substantially free of a conventional oxygen-containing solvent and is composed of the above-described oxygen-containing solvent containing an ester bond.

(金属エステル化合物)
本発明による電解液は、その所期の効果を損なわない限りにおいて、さらに金属エステル化合物を含むことができる。そのような金属エステル化合物としては、下記一般式(2)で表されるものが挙げられる。
M[−O−(A1−O)−R43 (2)
上式中、Mはホウ素及びアルミニウムからなる群から選択される3価元素を表し、A1は各々独立に炭素数2〜4のアルキレン基を表し、mは各々独立に0〜50の整数であり、そしてR4は各々独立に炭素数1〜13の脂肪族炭化水素基を表す。
(Metal ester compound)
The electrolytic solution according to the present invention may further contain a metal ester compound as long as the intended effect is not impaired. Examples of such a metal ester compound include those represented by the following general formula (2).
M [-O- (A 1 -O) m -R 4 ] 3 (2)
In the above formula, M represents a trivalent element selected from the group consisting of boron and aluminum, A 1 each independently represents an alkylene group having 2 to 4 carbon atoms, and m is each independently an integer of 0 to 50. And each R 4 independently represents an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 13 carbon atoms.

特定の理論に束縛されるものではないが、上記金属エステル化合物のホウ素又はアルミニウムのルイス酸性が、アルカリ金属と含酸素溶媒とで構成された錯体における含酸素溶媒の酸素を引き付けることで、アルカリ金属の脱溶媒和の活性化エネルギーを低下させることが考えられる。このため、このような金属エステル化合物が共存することにより、アルカリ金属と含酸素溶媒との錯体形成による良好な酸化安定性と熱安定性とが保持されると同時に、アルカリ金属イオンの電解液中での良好な移動性による高イオン伝導度と低電荷移動抵抗とが実現され得る。特に、アルキレンオキシド鎖を有する金属エステル化合物は、そのアルキレンオキシド鎖中のエーテル酸素が、脱溶媒和されたアルカリ金属イオンを同伴して電極に橋渡しし、電極−電解液界面近傍での電荷移動抵抗を低減するものと考えられる。   Without being bound by any particular theory, the Lewis acidity of boron or aluminum of the metal ester compound attracts the oxygen of the oxygen-containing solvent in the complex composed of the alkali metal and the oxygen-containing solvent. It is conceivable to lower the activation energy of desolvation. For this reason, the coexistence of such a metal ester compound maintains good oxidative stability and thermal stability due to the complex formation of the alkali metal and the oxygen-containing solvent, and at the same time, the alkali metal ion in the electrolyte solution. , High ionic conductivity and low charge transfer resistance due to good mobility can be realized. In particular, in the metal ester compound having an alkylene oxide chain, the ether oxygen in the alkylene oxide chain bridges the electrode together with the desolvated alkali metal ion, and the charge transfer resistance in the vicinity of the electrode-electrolyte interface. Is considered to be reduced.

また、一般式(2)で表される金属エステル化合物は、Al集電体の腐食抑制に寄与する。理論に拘束されるものではないが、集電体の腐食は、電解液中の溶媒分子や電解質成分によってもたらされることから、集電体の腐食抑制のためには溶媒分子や電解質成分と集電体との直接接触を抑制することが有効である。一般式(2)で表される金属エステル化合物は、第13族元素(すなわちホウ素又はアルミニウム)によるAl集電体との高い親和性に起因して、集電体表面上に配列されて当該表面上に保護層を形成すると考えられる。これにより、電解液中の溶媒分子や電解質成分がAl集電体の表面に接近しにくくなり、腐食抑制効果が得られると考えられる。   Further, the metal ester compound represented by the general formula (2) contributes to suppressing corrosion of the Al current collector. Without being bound by theory, current collector corrosion is caused by solvent molecules and electrolyte components in the electrolytic solution. It is effective to suppress direct contact with the body. The metal ester compound represented by the general formula (2) is arranged on the current collector surface due to the high affinity of the group 13 element (that is, boron or aluminum) with the Al current collector, and It is believed that a protective layer is formed thereon. Thus, it is considered that the solvent molecules and the electrolyte component in the electrolytic solution are less likely to approach the surface of the Al current collector, and a corrosion inhibiting effect is obtained.

一般式(2)中、Mは、ルイス酸性の寄与によるアルカリ金属の脱溶媒和の促進の観点から、ホウ素及びアルミニウムからなる群から選択される3価元素である。Mは、ルイス酸性としての良好な機能の観点、及びAl集電体との良好な親和性の観点から、好ましくはアルミニウムである。A1は各々独立に、電荷移動抵抗の低減効果を良好に得る観点から、炭素数2〜4のアルキレン基であり、好ましくはエチレン基である。mは各々独立に0〜50の整数であるが、電荷移動抵抗の低減効果を良好に得る観点から、下限値は3以上であることが好ましい。一方でmの上限値は、(1)金属エステル化合物の金属部の周辺が嵩高くなることで、含酸素溶媒中の酸素と金属部とが相互作用しにくくなる、(2)金属エステル化合物のアルキレンオキシド鎖が長すぎると、脱溶媒和したアルカリ金属イオンを運搬しにくくなる、(3)金属エステル化合物のアルキレンオキシド鎖が長すぎると、アルキレンオキシド鎖が酸化分解しやすくなり酸化安定性が低下する、等の観点から、50以下、好ましくは20以下、より好ましくは9以下である。mは、Al集電体の良好な腐食抑制効果の観点からは3である。 In the general formula (2), M is a trivalent element selected from the group consisting of boron and aluminum from the viewpoint of promoting the desolvation of alkali metals by the contribution of Lewis acidity. M is preferably aluminum from the viewpoint of good function as Lewis acidity and good affinity with the Al current collector. A 1 is independently an alkylene group having 2 to 4 carbon atoms, preferably an ethylene group, from the viewpoint of obtaining a good effect of reducing charge transfer resistance. m is independently an integer of 0 to 50, but from the viewpoint of obtaining a good effect of reducing the charge transfer resistance, the lower limit is preferably 3 or more. On the other hand, the upper limit of m is such that (1) the metal part of the metal ester compound becomes bulky, so that the oxygen in the oxygen-containing solvent and the metal part hardly interact with each other. If the alkylene oxide chain is too long, it will be difficult to transport the desolvated alkali metal ion. (3) If the alkylene oxide chain of the metal ester compound is too long, the alkylene oxide chain will be oxidatively decomposed and the oxidation stability will decrease. From the viewpoints of performing, etc., it is 50 or less, preferably 20 or less, and more preferably 9 or less. m is 3 from the viewpoint of a favorable corrosion inhibiting effect of the Al current collector.

一般式(2)中、R4は各々独立に、電荷移動抵抗の低減効果、及びAl集電体の腐食抑制効果を良好に得る観点から、炭素数1〜13の脂肪族炭化水素基である。脂肪族炭化水素基は、直鎖、分枝鎖、又は脂環式であることができ、また飽和又は不飽和であることができる。R4としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ヘキシル基、2−エチルヘキシル基、ラウリル基、トリデシル基等が挙げられ、好適にはメチル基、エチル基、プロピル基であり、特に好適にはメチル基である。R4の炭素数3〜6のアルケニル基としては、例えばアリル基、2−メチルアリル基、3,3−ジメチルアリル基、2,3,3−トリメチルアリル基等が挙げられ、好適にはアリル基、2−メチルアリル基であり、特に好適にはアリル基である。R4のアクリロイル基またはメタクリロイル基としては、メタクリロイル基が特に好適である。式中、複数のR4の合計炭素数は、含酸素溶媒中の酸素、及び脱溶媒和したアルカリ金属イオンとの良好な親和性の観点、並びにAl集電体の良好な腐食抑制効果の観点から、好ましくは9以下、より好ましくは5以下である。R4は、置換基を有する構造であってもよく、この場合のR4の炭素数は、置換基を含む数である。置換基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ヘキシル基、2−エチルヘキシル基、ラウリル基、トリデシル基、炭素数1〜5のアルコキシ基、フルオロ基、クロロ基、ブロモ基、シアノ基、ニトロ基、水酸基、アルデヒド基、カルボキシル基等が挙げられる。一態様において、R4は置換基を有さない。R4は、好ましくは、メチル基、エチル基、又はプロピル基であり、より好ましくはメチル基である。特に好ましい態様においては、一般式(2)中、Mがアルミニウムであり、A1がエチレン基であり、mが3〜9であり、R4がメチル基である。 In the general formula (2), R 4 is each independently an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 13 carbon atoms, from the viewpoint of obtaining a good effect of reducing the charge transfer resistance and a good effect of suppressing corrosion of the Al current collector. . An aliphatic hydrocarbon group can be straight, branched, or cycloaliphatic, and can be saturated or unsaturated. Examples of R 4 include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, a butyl group, an isobutyl group, a t-butyl group, a pentyl group, an isopentyl group, a hexyl group, a 2-ethylhexyl group, a lauryl group, and a tridecyl group. And preferably a methyl group, an ethyl group, and a propyl group, and particularly preferably a methyl group. Examples of the alkenyl group having 3 to 6 carbon atoms for R 4 include an allyl group, a 2-methylallyl group, a 3,3-dimethylallyl group, and a 2,3,3-trimethylallyl group. , 2-methylallyl group, particularly preferably allyl group. As the acryloyl group or methacryloyl group for R 4 , a methacryloyl group is particularly preferred. In the formula, the total number of carbon atoms of a plurality of R 4 satisfies the viewpoints of good affinity with oxygen in the oxygen-containing solvent, and desolvated alkali metal ions, and good corrosion inhibiting effect of the Al current collector. Therefore, it is preferably 9 or less, more preferably 5 or less. R 4 may be a structure having a substituent, and in this case, the carbon number of R 4 is a number including the substituent. As the substituent, methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, isobutyl, t-butyl, pentyl, isopentyl, hexyl, 2-ethylhexyl, lauryl, tridecyl, carbon number Examples include 1 to 5 alkoxy groups, fluoro groups, chloro groups, bromo groups, cyano groups, nitro groups, hydroxyl groups, aldehyde groups, carboxyl groups, and the like. In one embodiment, R 4 has no substituent. R 4 is preferably a methyl group, an ethyl group, or a propyl group, and more preferably a methyl group. In a particularly preferred embodiment, in the general formula (2), M is aluminum, A 1 is an ethylene group, m is 3 to 9, and R 4 is a methyl group.

一般式(2)で表される金属エステル化合物の製造法は特に限定されないが、例えば以下の方法で製造できる。典型的な態様において、一般式(2)で表される金属エステル化合物は、トリアルキル金属エステルとポリアルキレングリコール誘導体とのエステル交換反応によって得ることができる。トリアルキル金属エステル中の金属は、目的の金属エステル化合物が有する金属、すなわちホウ素またはアルミニウムである。トリアルキル金属エステルのアルキル基としては、炭素数1〜8の直鎖状又は分枝鎖状の低級アルキル基、例えばメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基、sec−ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、へキシル基、オクチル基、及び2−エチルヘキシル基が挙げられ、好適にはメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基、sec−ブチル基が挙げられ、特に好適にはイソプロピル基、sec−ブチル基である。   The method for producing the metal ester compound represented by the general formula (2) is not particularly limited, but can be produced, for example, by the following method. In a typical embodiment, the metal ester compound represented by the general formula (2) can be obtained by a transesterification reaction between a trialkyl metal ester and a polyalkylene glycol derivative. The metal in the trialkyl metal ester is a metal contained in the target metal ester compound, that is, boron or aluminum. As the alkyl group of the trialkyl metal ester, a linear or branched lower alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, for example, a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, a butyl group, an isobutyl group, a t- Butyl group, sec-butyl group, pentyl group, isopentyl group, hexyl group, octyl group, and 2-ethylhexyl group, preferably methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, butyl group, isobutyl group , A t-butyl group and a sec-butyl group, particularly preferably an isopropyl group and a sec-butyl group.

ポリアルキレングリコール誘導体としては、下記一般式(2a)で表される。
HO−(A1−O)−R4 (2a)
式中、A1、m、及びR4は一般式(2)で定義されたものと同一である。
The polyalkylene glycol derivative is represented by the following general formula (2a).
HO- (A 1 -O) m -R 4 (2a)
In the formula, A 1 , m and R 4 are the same as defined in the general formula (2).

エステル交換反応は、通常は加熱下で行う。エステル交換反応は平衡反応であるため、反応を速く進行させるためには、反応の結果生成してきたアルコールを反応系から除去しながら反応を行うことが好ましい。除去方法としては公知の方法が用いられ、例えば、蒸留によって除去する方法、モレキュラーシーブ等の吸着剤に吸着させて除去する方法等を挙げることができる。反応温度及び蒸留圧は、原料のポリアルキレングリコール誘導体とトリアルキル金属エステルの種類によって異なるが、通常、反応温度は室温乃至250℃であり、好適には50乃至200℃であり、特に好適には50乃至150℃である。蒸留圧は常圧乃至0.5mmHgであり、好適には常圧乃至5mmHgであり、特に好適には常圧乃至10mmHgである。反応溶剤は使用しなくてもよいが、使用する場合、生成する金属エステル化合物と反応しないものであれば特に限定はなく、トルエン、キシレン、ベンゼン等の芳香族炭化水素類、ヘキサン、ヘプタン、オクタン等の脂肪族炭化水素類、シクロヘキサン、シクロヘプタン等の脂環式炭化水素類、ジオキサン、テトラヒドロフラン等の環状エーテル類、ジエチルエーテル、イソプロピルエーテル等のエーテル類、エチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル等のグライム類が挙げられ、好適にはトルエン、キシレン、ベンゼン等の芳香族炭化水素類、ヘキサン、ヘプタン、オクタン等の脂肪族炭化水素類、シクロヘキサン、シクロヘプタン等の脂環式炭化水素類、ジオキサン、テトラヒドロフラン等の環状エーテル類、ジエチルエーテル、イソプロピルエーテル等のエーテル類、エチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル等のグライム類であり、特に好適にはトルエン、キシレン、ベンゼン等の芳香族炭化水素類、ヘキサン、ヘプタン、オクタン等の脂肪族炭化水素類、シクロヘキサン、シクロヘプタン等の脂環式炭化水素類である。   The transesterification is usually performed under heating. Since the transesterification reaction is an equilibrium reaction, it is preferable to carry out the reaction while removing the alcohol generated as a result of the reaction from the reaction system in order to make the reaction proceed quickly. As the removal method, a known method is used, and examples thereof include a method of removing by distillation, a method of removing the compound by adsorption to an adsorbent such as molecular sieve, and the like. The reaction temperature and distillation pressure vary depending on the types of the raw material polyalkylene glycol derivative and trialkyl metal ester, but the reaction temperature is usually room temperature to 250 ° C, preferably 50 to 200 ° C, and particularly preferably. 50 to 150 ° C. The distillation pressure is from normal pressure to 0.5 mmHg, preferably from normal pressure to 5 mmHg, and particularly preferably from normal pressure to 10 mmHg. The reaction solvent may not be used, but when used, there is no particular limitation as long as it does not react with the produced metal ester compound, and aromatic hydrocarbons such as toluene, xylene and benzene, hexane, heptane and octane are used. Aliphatic hydrocarbons such as cyclohexane and cycloheptane, cyclic ethers such as dioxane and tetrahydrofuran, ethers such as diethyl ether and isopropyl ether, ethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, and triethylene glycol Glymes such as dimethyl ether; preferably, aromatic hydrocarbons such as toluene, xylene and benzene; aliphatic hydrocarbons such as hexane, heptane and octane; alicyclic hydrocarbons such as cyclohexane and cycloheptane. , Cyclic ethers such as oxane and tetrahydrofuran; ethers such as diethyl ether and isopropyl ether; glymes such as ethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether and triethylene glycol dimethyl ether; and particularly preferably, aromatics such as toluene, xylene and benzene. Hydrocarbons, aliphatic hydrocarbons such as hexane, heptane and octane; and alicyclic hydrocarbons such as cyclohexane and cycloheptane.

一般式(2)中、Rが不飽和炭化水素基のうち、特に重合性基を有する場合には、反応生成物である金属エステル化合物の重合を防止するため重合防止剤を添加してもよい。重合防止剤としてはヒドロキノン化合物、立体障害フェノール、立体障害アミン及びヒドロキシアミン誘導体の群が挙げられる。ヒドロキノン化合物としては、例えばヒドロキノン、ヒドロキノンモノメチルエーテル等、立体障害フェノールとしては、例えば4−メチル2,6−ジ−t−ブチルフェノール、2,4−ジメチル−6−t−ブチルフェノール等、立体障害アミンとしては、例えば2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−N−オキシル、4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−N−オキシル等、ヒドロキシアミン誘導体としては、例えばN,N−ジエチルヒドロキシルアミン等を挙げることができ、2種以上の重合防止剤を組み合わせて使用してもよい。反応時間は、反応温度及び原料化合物によって異なるが、通常、反応時間は1乃至30時間であり、好適には2乃至20時間であり、特に好適には2乃至10時間である。 In the general formula (2), when R 4 particularly has a polymerizable group among the unsaturated hydrocarbon groups, a polymerization inhibitor may be added to prevent polymerization of the metal ester compound which is a reaction product. Good. Examples of the polymerization inhibitor include hydroquinone compounds, sterically hindered phenols, sterically hindered amines, and hydroxyamine derivatives. Examples of hydroquinone compounds include hydroquinone and hydroquinone monomethyl ether. Examples of sterically hindered phenols include sterically hindered amines such as 4-methyl 2,6-di-t-butylphenol and 2,4-dimethyl-6-t-butylphenol. Are hydroxyamine derivatives such as 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-N-oxyl and 4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-N-oxyl; -Diethylhydroxylamine and the like, and two or more polymerization inhibitors may be used in combination. The reaction time varies depending on the reaction temperature and the starting compound, but is usually 1 to 30 hours, preferably 2 to 20 hours, and particularly preferably 2 to 10 hours.

生成した一般式(2)で示される金属エステル化合物の単離は公知の方法が用いられ、例えば、反応収率が高く、特に精製操作や脱色操作を行わなくてよいときは、濾過するだけで十分である。溶剤を使用した場合は濾過した後、溶剤を留去し、単離することできる。また、必要に応じて精製操作や脱色操作を行うこともできる。精製操作としては公知の方法が用いられ、カラムクロマトグラフィー等が挙げられる。脱色操作としては公知の方法が用いられ、例えば活性炭処理、シリカ処理や水酸化アルミニウム処理等の吸着剤処理等が挙げられる。   The produced metal ester compound represented by the general formula (2) is isolated by a known method. For example, when the reaction yield is high, and particularly when the purification operation and the decolorization operation do not need to be performed, only filtration is performed. It is enough. When a solvent is used, after filtration, the solvent can be distilled off and isolated. Further, a purification operation and a decolorization operation can be performed as necessary. As a purification operation, a known method is used, and examples include column chromatography. As the decolorizing operation, a known method is used, and examples thereof include activated carbon treatment, silica treatment, and adsorbent treatment such as aluminum hydroxide treatment.

[その他の成分]
本発明による電解液は、上記の各成分に加え、粘度調整剤(例えばハイドロフルオロエーテル)、酸化防止剤、皮膜形成剤、防腐剤、界面活性剤、安定化剤、紫外線吸収剤、無機又は有機フィラー、難燃剤等の添加剤を更に含んでもよい。
[Other ingredients]
The electrolyte solution according to the present invention may further comprise a viscosity modifier (for example, hydrofluoroether), an antioxidant, a film-forming agent, a preservative, a surfactant, a stabilizer, an ultraviolet absorber, an inorganic or organic material, in addition to the components described above. It may further contain additives such as fillers and flame retardants.

本発明による電解液は、上記のエステル結合を含む含酸素溶媒およびアルカリ金属塩を、必要に応じて上記の金属エステル化合物その他の添加剤と共に、通常のドライルーム内等の乾燥雰囲気下で混合することで製造できる。   The electrolyte solution according to the present invention is obtained by mixing the oxygen-containing solvent containing an ester bond and the alkali metal salt with the metal ester compound and other additives as necessary under a dry atmosphere such as in a normal dry room. Can be manufactured.

ロッキングチェア型二次電池においては、電極電位に対する安定性(すなわち電位窓)が重要である。電位を制御した電極で電解液の酸化、還元分解を試験したときの、分解電流(電位の関数として得られる)が測定される電位(酸化又は還元分解電位)が電位窓として求められ、これが電解液の酸化安定性の指標となる。電解液の電位窓は、好ましくは3V以上、より好ましくは4V以上、更に好ましくは5V以上である。上記電位窓は、リニアスイープボルタンメトリー法で測定される値である。   In a rocking chair type secondary battery, stability against electrode potential (that is, potential window) is important. The potential (oxidation or reduction decomposition potential) at which the decomposition current (obtained as a function of the potential) is measured when the oxidative or reductive decomposition of the electrolytic solution is tested with the electrode whose potential is controlled is determined as a potential window. It is an indicator of the oxidative stability of the liquid. The potential window of the electrolyte is preferably 3 V or more, more preferably 4 V or more, and still more preferably 5 V or more. The potential window is a value measured by a linear sweep voltammetry method.

リニアスイープボルタンメトリー法でAl/Li電極について測定される電流値は、電解液によるAl集電体の腐食の指標となり得る。特に、リニアスイープボルタンメトリー法による測定において、例えば4.0V以上という高電位でも電流値が顕著に増大しないことは、Al集電体を例えば4.0Vという高正極電位で用いたロッキングチェア型二次電池において、当該Al集電体の腐食が電解液によって良好に抑制されることを表す。リニアスイープボルタンメトリー法において、本明細書の[実施例]に記載又はこれと同等の条件で測定される電流値は、好ましい態様において、電位4.0Vにて、電位3.5Vでの電流値との差が5.0μA以下であり、より好ましい態様において、電位4.5Vにて、電位3.5Vでの電流値との差が15.0μA以下である。   The current value measured for the Al / Li electrode by the linear sweep voltammetry method can be an indicator of the corrosion of the Al current collector by the electrolytic solution. In particular, in the measurement by the linear sweep voltammetry method, the fact that the current value does not remarkably increase even at a high potential of, for example, 4.0 V or more is based on a rocking chair type secondary using an Al current collector at a high positive electrode potential of, for example, 4.0 V. This indicates that in the battery, the corrosion of the Al current collector is favorably suppressed by the electrolytic solution. In the linear sweep voltammetry method, the current value measured under the conditions described in [Example] of the present specification or equivalent thereto is, in a preferred embodiment, a current value at a potential of 4.0 V and a current value at a potential of 3.5 V. Is 5.0 μA or less, and in a more preferred embodiment, the difference from the current value at a potential of 3.5 V at a potential of 4.5 V is 15.0 μA or less.

<ロッキングチェア型二次電池>
本発明は、正極、負極、および本発明による電解液を有するロッキングチェア型二次電池をさらに提供する。好ましい態様において、ロッキングチェア型二次電池はリチウムイオン二次電池である。正極と負極に特に制限はなく、正極用活物質としては、コバルト酸リチウム,マンガン酸リチウム、リン酸鉄リチウム、ニッケルマンガンコバルト酸リチウム(NMC)、ニッケルコバルトアルミン酸リチウム(NCA)等の金属酸化物、硫黄単体、リチウム多硫化物(Li(0<x≦8))、硫黄系金属多硫化物(MS(M=Ni,Cu,Fe、0<x≦2))、有機ジスルフィド化合物、カーボンスルフィド化合物等の硫黄系化合物を適宜使用することができる。また負極用活物質としては、黒鉛、ハードカーボン、ソフトカーボン等の炭素系材料、結晶質もしくは非晶質のケイ素単体、酸化ケイ素、シリコーン樹脂、含ケイ素高分子化合物等のケイ素を含む化合物、チタン酸リチウム、リチウム金属単体、LiC、LiSi、LiGr、LiAl、LiIn等を使用することができる。一態様において、ロッキングチェア型二次電池は、正極と負極との間に配置されたセパレータを有する。セパレータとしては、電解液を保持し得る種々のシート状材料、例えばポリオレフィン、ポリイミド、セルロース、ガラス等の材料から形成される多孔膜、不織布等を使用できる。
<Rocking chair type secondary battery>
The present invention further provides a rocking chair secondary battery having a positive electrode, a negative electrode, and the electrolyte solution according to the present invention. In a preferred embodiment, the rocking chair secondary battery is a lithium ion secondary battery. The positive electrode and the negative electrode are not particularly limited, and the active material for the positive electrode includes metal oxides such as lithium cobalt oxide, lithium manganate, lithium iron phosphate, nickel manganese cobalt oxide (NMC), and nickel cobalt lithium aluminate (NCA). Substance, elemental sulfur, lithium polysulfide (Li 2 S x (0 <x ≦ 8)), sulfur-based metal polysulfide (MS x (M = Ni, Cu, Fe, 0 <x ≦ 2)), organic Sulfur compounds such as disulfide compounds and carbon sulfide compounds can be used as appropriate. Examples of the negative electrode active material include graphite, hard carbon, soft carbon and other carbon-based materials, crystalline or amorphous silicon alone, silicon oxide, silicone resins, silicon-containing compounds such as silicon-containing polymer compounds, and titanium. Lithium oxide, lithium metal simple substance, LiC, LiSi, LiGr, LiAl, LiIn and the like can be used. In one aspect, a rocking chair secondary battery has a separator disposed between a positive electrode and a negative electrode. As the separator, various sheet materials capable of holding an electrolytic solution, for example, a porous film, a nonwoven fabric, or the like formed from a material such as polyolefin, polyimide, cellulose, or glass can be used.

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明の範囲は下記の実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described specifically with reference to Examples, but the scope of the present invention is not limited to the following Examples.

例I:
<含酸素溶媒の調製>
実施例および比較例の含酸素溶媒として下記の化合物を用意した。
・MMP:3−メトキシプロピオン酸メチル(実施例)
・G3:トリエチレングリコールジメチルエーテル(比較例)
・EMC:エチルメチルカーボネート(比較例)
・PC:プロピレンカーボネート(比較例)
MMPは日本乳化剤株式会社製M3MPを、G3は日本乳化剤株式会社製DMTGを、EMCは宇部興産株式会社製エチルメチルカーボネートを、PCは三井化学ファイン株式会社製プロピレンカーボネートを、それぞれ使用した。
Example I:
<Preparation of oxygen-containing solvent>
The following compounds were prepared as oxygen-containing solvents in Examples and Comparative Examples.
-MMP: methyl 3-methoxypropionate (Example)
G3: triethylene glycol dimethyl ether (comparative example)
-EMC: ethyl methyl carbonate (comparative example)
・ PC: Propylene carbonate (comparative example)
MMP used M3MP manufactured by Nippon Emulsifier Co., Ltd., G3 used DMTG manufactured by Nippon Emulsifier Co., Ltd., EMC used ethyl methyl carbonate manufactured by Ube Industries, Ltd., and PC used propylene carbonate manufactured by Mitsui Chemicals, Inc.

<電解液の調製>
上記の各含酸素溶媒と、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(LiTFSI)乾燥脱水品(東京化成工業株式会社製ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウム)、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiFSI)、又はヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6)とを、表1および2に記載の所定の量比で、スターラーにて室温で一晩混合して、各電解液を調製した。なおLiTFSIを用いた各電解液については、リチウムと溶媒との錯体が形成されていることを熱重量測定法(TG−DTA 2000S マックサイエンス社)で確認した。
<Preparation of electrolyte>
Each of the above oxygen-containing solvents, lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (LiTFSI) dried and dehydrated (lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide lithium manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.), lithium bis (fluorosulfonyl) imide (LiFSI), Or, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) was mixed at a predetermined ratio shown in Tables 1 and 2 with a stirrer at room temperature overnight to prepare each electrolyte solution. Note that for each electrolyte using LiTFSI, the formation of a complex of lithium and a solvent was confirmed by thermogravimetry (TG-DTA 2000S, Mac Science).

<性能評価>
[剪断粘度]
調製した各電解液を、粘弾性測定装置MCR101(Anton paar社製)にセットし、30℃、剪断速度100秒-1にて剪断粘度を測定した。
[充放電試験]
調製した各電解液を、セルロース(厚み25μm)に含浸させ、コイン電池(直径20mm、厚さ3.2mm)に組み込んだ。
充放電試験装置(北斗電工株式会社製HJD1010mSM8)において下記の組合せの電極を用い、30℃において下記の充放電条件下で充放電試験を行った。
電極の組合せ:LFP(正極)/LTO(負極)
充放電条件:4.0Vまたは4.5V、1.0C(50サイクルおきに0.1C)
(略号の説明)
LFP:リン酸鉄リチウム
LTO:チタン酸リチウム
結果を表1ならびに図1および図2に示す。
<Performance evaluation>
[Shear viscosity]
Each of the prepared electrolyte solutions was set in a viscoelasticity measuring device MCR101 (manufactured by Anton Paar), and the shear viscosity was measured at 30 ° C. at a shear rate of 100 sec −1 .
[Charge and discharge test]
Each of the prepared electrolytes was impregnated with cellulose (25 μm in thickness), and incorporated into a coin battery (20 mm in diameter, 3.2 mm in thickness).
A charge / discharge test was performed at 30 ° C. under the following charge / discharge conditions using a charge / discharge test apparatus (HJD1010mSM8 manufactured by Hokuto Denko Corporation) using the following combinations of electrodes.
Electrode combination: LFP (positive electrode) / LTO (negative electrode)
Charge / discharge conditions: 4.0 V or 4.5 V, 1.0 C (0.1 C every 50 cycles)
(Description of abbreviations)
LFP: lithium iron phosphate LTO: lithium titanate The results are shown in Table 1 and FIGS.

電解液のリチウム塩濃度と粘度の関係については、図1から明らかなように、本発明による含酸素溶媒(MMP)は、同一濃度における比較例の含酸素溶媒(EMC、PC、G3)と比べて、電解液の粘度上昇を抑制する傾向があった。ここで、LiTFSI/MMP系電解液における電解質濃度4.7モル/kgは質量ベースに換算すると135質量%であるが、電解質濃度が50質量%を超える濃厚電解液は粘度上昇のためイオン移動が大きく阻害されるとした特許文献2の教示に照らし、本発明による含酸素溶媒を用いた場合の高濃度領域における粘度挙動は意外であった。   Regarding the relationship between the lithium salt concentration and the viscosity of the electrolytic solution, as is clear from FIG. 1, the oxygenated solvent (MMP) according to the present invention was compared with the oxygenated solvent (EMC, PC, G3) of the comparative example at the same concentration. Therefore, there was a tendency to suppress an increase in the viscosity of the electrolytic solution. Here, the electrolyte concentration of 4.7 mol / kg in the LiTFSI / MMP-based electrolyte is 135% by mass in terms of mass, but the concentration of the electrolyte exceeds 50% by mass. In light of the teachings of Patent Document 2 that it was greatly inhibited, the viscosity behavior in the high concentration region when using the oxygen-containing solvent according to the present invention was surprising.

電解液のリチウム塩濃度と放電容量の関係については、図2から明らかなように、本発明による含酸素溶媒(MMP)は、同一濃度における比較例の含酸素溶媒(EMC、PC、G3)と比べて、特に電解質濃度4.0モル/kg以上の高濃度領域において有意に高い放電容量を示した。MMPによる粘度上昇抑制効果と高濃度電解質の相乗効果により放電容量が高くなったものと考えられる。   Regarding the relationship between the lithium salt concentration of the electrolytic solution and the discharge capacity, as is clear from FIG. 2, the oxygen-containing solvent (MMP) according to the present invention is different from the oxygen-containing solvent (EMC, PC, G3) of the comparative example at the same concentration. In comparison, a significantly higher discharge capacity was exhibited particularly in a high concentration region of an electrolyte concentration of 4.0 mol / kg or more. It is considered that the discharge capacity increased due to the synergistic effect of the viscosity increase suppression effect and the high concentration electrolyte by MMP.

また、Li塩の種類と放電容量との関係については、表1から明らかなように、Li塩の異なる3種のいずれにおいても、本発明による含酸素溶媒は同一濃度における比較の含酸素溶媒と比べて有意に高い放電容量を示した。   Further, regarding the relationship between the type of Li salt and the discharge capacity, as is clear from Table 1, in all three types of different Li salts, the oxygenated solvent according to the present invention was compared with the comparative oxygenated solvent at the same concentration. The discharge capacity was significantly higher.

例II:
<電解液の調製>
溶媒として、例Iで説明したのと同じMMP及びG3を用い、アルカリ金属塩として例Iで説明したのと同じLiTFSIとを用いて、電解液を調製した。
MMP及びLiTFSIを、これらのモル比1:1でスターラーにて室温で一晩混合して、本発明例の電解液を得た。
G3及びLiTFSIを、これらのモル比1:1でスターラーにて室温で一晩混合して、比較の電解液を得た。
Example II:
<Preparation of electrolyte>
An electrolyte was prepared using the same MMP and G3 as described in Example I as the solvent and the same LiTFSI as described in Example I as the alkali metal salt.
MMP and LiTFSI were mixed overnight at room temperature with a stirrer at a molar ratio of 1: 1 to obtain an electrolyte solution of the present invention.
G3 and LiTFSI were mixed overnight in a stirrer at room temperature at a molar ratio of 1: 1 to obtain a comparative electrolyte.

<性能評価>
[アルミニウム腐食評価]
リニアスイープボルタンメトリー(LSV)法にて、下記条件で、電位4.0V及び4.5Vにおける電流値(1サイクル目)を測定した。Al/Li電極における電流値の上昇は電解液によるアルミニウム腐食の指標となる。
測定セル:二極式PP製電気化学測定セル
試験温度:30℃
電位掃引速度:20mV/秒
対極兼参照極:Li金属
作用極:Al箔
結果を表2に示す。
<Performance evaluation>
[Aluminum corrosion evaluation]
The current value (first cycle) at a potential of 4.0 V and 4.5 V was measured by the linear sweep voltammetry (LSV) method under the following conditions. An increase in the current value at the Al / Li electrode is an indicator of aluminum corrosion due to the electrolytic solution.
Measurement cell: Bipolar PP electrochemical measurement cell Test temperature: 30 ° C
Potential sweep speed: 20 mV / sec Counter electrode / reference electrode: Li metal working electrode: Al foil The results are shown in Table 2.

表2から明らかなように、本開示の電解液は、溶媒:アルカリ金属塩のモル比が同じである比較の電解液と比べて、4.0Vという高い正極電位、更には4.5Vという極めて高い正極電位において、アルミニウム腐食抑制効果に優れることが分かる。   As is clear from Table 2, the electrolytic solution of the present disclosure has a higher positive electrode potential of 4.0 V, and further has an extremely high potential of 4.5 V, as compared with the comparative electrolytic solution having the same solvent: alkali metal salt molar ratio. It can be seen that at a high positive electrode potential, the aluminum corrosion inhibiting effect is excellent.

例III:(更に金属エステル化合物を添加した態様)
<金属エステル化合物>
(金属エステル化合物1(ALsec))
アルミニウム−トリsecブトキシド(東京化成工業(株)製「アルミニウムsec−ブトキシド A−0244」)を用いた。
Example III: (an embodiment in which a metal ester compound is further added)
<Metal ester compound>
(Metal ester compound 1 (ALsec))
Aluminum-trisec butoxide ("Aluminum sec-butoxide A-0244" manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was used.

(金属エステル化合物2(ALE n=3)の合成)
露点温度−40℃以下のドライルーム内において、アルミニウム−トリsecブトキシド(東京化成工業(株)製)20.20g(0.082モル)と、トリエチレングリコールモノメチルエーテル(分子量164.19:日本乳化剤(株)製 MTG)40.39g(0.246モル)とを混合し、エステル交換反応系を構成した。該反応系を、窒素バブリング下で攪拌しながら、ウォーターバスにより60〜65℃まで昇温した。アルミニウム-トリsecブトキシドを溶解させた後、60〜65℃を約2時間保持しながら、エステル交換反応を進行させた。その後、反応系を約3時間かけて徐々に10mmHg(1.3kPa)まで減圧しながら、副生物の遊離イソブチルアルコールを除去した。その後、反応系を室温まで冷却してから濾過することにより、金属エステル化合物2(Al[O(CH2CH2O)3CH33) 42.3g(収率99.9%)として得た。
(Synthesis of Metal Ester Compound 2 (ALE n = 3))
In a dry room having a dew point of −40 ° C. or lower, 20.20 g (0.082 mol) of aluminum-trisec butoxide (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) and triethylene glycol monomethyl ether (molecular weight: 164.19: Japanese emulsifier) (MTG) 40.39 g (0.246 mol) was mixed to form a transesterification reaction system. The reaction system was heated to 60 to 65 ° C. by a water bath while stirring under nitrogen bubbling. After dissolving the aluminum-trisec butoxide, the transesterification reaction was allowed to proceed while maintaining the temperature at 60 to 65 ° C. for about 2 hours. Thereafter, while the pressure of the reaction system was gradually reduced to 10 mmHg (1.3 kPa) over about 3 hours, by-product free isobutyl alcohol was removed. Then, the reaction system was cooled to room temperature and filtered to obtain 42.3 g (yield 99.9%) of metal ester compound 2 (Al [O (CH 2 CH 2 O) 3 CH 3 ] 3 ). Was.

(金属エステル化合物3(ALE n=9)の合成)
露点温度−40℃以下のドライルーム内において、アルミニウム−トリsecブトキシド(東京化成工業(株)製)20.20g(0.082モル)と、ポリエチレングリコールモノメチルエーテル(分子量427.83:日本乳化剤(株)製 MPG−130)105.2g(0.246モル)とを混合し、エステル交換反応系を構成した。該反応系を、窒素バブリング下で攪拌しながら、ウォーターバスにより60〜65℃まで昇温した。アルミニウム−トリsecブトキシドを溶解させた後、60〜65℃を約2時間保持しながら、エステル交換反応を進行させた。その後、反応系を約3時間かけて徐々に10mmHg(1.3kPa)まで減圧しながら、副生物の遊離イソブチルアルコールを除去した。その後、反応系を室温まで冷却してから濾過することにより、化学式:Al[O(CH2CH2O)9CH33の金属エステル化合物(ALE n=9)106.7g(収率99.5%)を得た。
(Synthesis of Metal Ester Compound 3 (ALE n = 9))
In a dry room having a dew point of −40 ° C. or lower, 20.20 g (0.082 mol) of aluminum-trisec butoxide (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) and polyethylene glycol monomethyl ether (molecular weight 427.83: Japanese emulsifier ( (MPG-130) (105.2 g, 0.246 mol) was mixed to form a transesterification reaction system. The reaction system was heated to 60 to 65 ° C. by a water bath while stirring under nitrogen bubbling. After dissolving the aluminum-trisec butoxide, the transesterification reaction was allowed to proceed while maintaining the temperature at 60 to 65 ° C for about 2 hours. Thereafter, while the pressure of the reaction system was gradually reduced to 10 mmHg (1.3 kPa) over about 3 hours, by-product free isobutyl alcohol was removed. Thereafter, the reaction system was cooled to room temperature and filtered to thereby obtain 106.7 g of a metal ester compound of the chemical formula: Al [O (CH 2 CH 2 O) 9 CH 3 ] 3 (ALE n = 9) (yield: 99). 0.5%).

(金属エステル化合物4(BBO))
ホウ酸トリブチル(東京化成工業(株)製 ホウ酸トリブチル B−0518)を用いた。
(Metal ester compound 4 (BBO))
Tributyl borate (Tributyl borate B-0518 manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was used.

(金属エステル化合物5(BE n=3)の合成)
金属エステル化合物1 20.20g(0.082モル)に代えて金属エステル化合物4 18.87g(0.082モル)を用いた他は金属エステル化合物2の合成と同様の方法で、金属エステル化合物5(B[O(CH2CH2O)3CH33) 40.98g(収率99.9%)を得た。
(Synthesis of Metal Ester Compound 5 (BE n = 3))
Metal ester compound 5 was prepared in the same manner as in the synthesis of metal ester compound 2 except that 18.87 g (0.082 mol) of metal ester compound 4 was used instead of 20.20 g (0.082 mol) of metal ester compound 1. 40.98 g (99.9% yield) of (B [O (CH 2 CH 2 O) 3 CH 3 ] 3 ) was obtained.

(金属エステル化合物6(BE n=9)の合成)
金属エステル化合物1 20.20g(0.082モル)に代えて金属エステル化合物4 18.87g(0.082モル)を用いた他は金属エステル化合物3の合成と同様の方法で、金属エステル化合物6(B[O(CH2CH2O)9CH33) 105.6g(収率99.7%)を得た。
(Synthesis of Metal Ester Compound 6 (BE n = 9))
Metal ester compound 6 was prepared in the same manner as in the synthesis of metal ester compound 3, except that 18.87 g (0.082 mol) of metal ester compound 4 was used instead of 20.20 g (0.082 mol) of metal ester compound 1. (B [O (CH 2 CH 2 O) 9 CH 3] 3) to afford 105.6g of (99.7% yield).

<電解液の調製および性能評価−1>
上述のMMPとLiTFSIをモル比1.0:1.0でスターラーにて室温で一晩混合し、混合液(電解質濃度8.5モル/kg)を調製した。その混合液100質量部に対して、上記の金属エステル化合物3(ALE n=9)を5.0質量%(アルカリ金属塩100モル%に対する外割で1.6モル%)添加したものと、5.8質量%(アルカリ金属塩100モル%に対する外割で1.8モル%)添加したものをそれぞれ調製し、スターラーにて室温で一晩混合し、各電解液を調製した。
<Preparation of electrolyte solution and performance evaluation-1>
The above-mentioned MMP and LiTFSI were mixed overnight at room temperature with a stirrer at a molar ratio of 1.0: 1.0 to prepare a mixed solution (electrolyte concentration of 8.5 mol / kg). With respect to 100 parts by mass of the mixed solution, 5.0% by mass of the above-mentioned metal ester compound 3 (ALE n = 9) (1.6% by mol based on 100% by mol of alkali metal salt) was added; 5.8% by mass (1.8% by mol based on 100% by mol of the alkali metal salt) was prepared, and mixed with a stirrer at room temperature overnight to prepare each electrolytic solution.

調製した各電解液について、上述した充放電試験を繰り返し、その結果を図3に示す。まず、金属エステル化合物を添加する前の電解液について、電解質濃度8.5モル/kgは質量ベースに換算すると243質量%であり、かかる濃厚電解液において25サイクルまで放電容量が約50%で一定に維持されたことは、上記特許文献2の教示に照らし意外であった。さらに、金属エステル化合物を添加した電解液は、添加量に応じて維持される放電容量が高くなった。かかる濃厚電解液においても、金属エステル化合物のアルミニウムのルイス酸性によってリチウムの脱溶媒和の活性化エネルギーが有効に低下したことが推測される。   The charge / discharge test described above was repeated for each prepared electrolyte solution, and the results are shown in FIG. First, with respect to the electrolyte before adding the metal ester compound, the electrolyte concentration of 8.5 mol / kg is 243% by mass in terms of mass, and the discharge capacity is constant at about 50% up to 25 cycles in such a concentrated electrolyte. Was surprising in light of the teaching of Patent Document 2. Further, in the electrolytic solution to which the metal ester compound was added, the discharge capacity maintained in accordance with the amount added increased. It is presumed that even in such a concentrated electrolyte, the activation energy of desolvation of lithium was effectively reduced due to the Lewis acidity of aluminum of the metal ester compound.

<電解液の調製および性能評価−2>
上述のMMPとLiTFSIをモル比1.0:1.0でスターラーにて室温で一晩混合し、混合液(電解質濃度8.5モル/kg)を調製した。その混合液に対して、上記の金属エステル化合物1〜6の各々を、アルカリ金属塩100モル%に対する外割で1.8モル%となるように添加したものをそれぞれ調製し、スターラーにて室温で一晩混合し、各電解液を調製した。
<Preparation of electrolytic solution and performance evaluation-2>
The above-mentioned MMP and LiTFSI were mixed overnight at room temperature with a stirrer at a molar ratio of 1.0: 1.0 to prepare a mixed solution (electrolyte concentration of 8.5 mol / kg). To the mixture, each of the above-mentioned metal ester compounds 1 to 6 was added so as to be 1.8 mol% as an outer ratio with respect to 100 mol% of the alkali metal salt. And mixed overnight to prepare each electrolyte solution.

[イオン伝導度]
調製した各電解液を、セルロース(厚み25μm)に含浸させ、UFO型二電極式セル(電極:SUS−SUS)に組み込んだ。
VSP ポテンショガルバノスタット(BioLogic社製)にて30℃にてインピーダンスを測定した。
[Ionic conductivity]
Each of the prepared electrolytes was impregnated with cellulose (thickness: 25 μm) and incorporated into a UFO-type two-electrode cell (electrode: SUS-SUS).
The impedance was measured at 30 ° C. using a VSP potentiogalvanostat (manufactured by BioLogic).

[剪断粘度][充放電試験]および[アルミニウム腐食試験]
調製した各電解液について、充放電試験における充放電条件を0.5C(15サイクル)とした他は例I及びIIと同様の手順で、剪断粘度測定、充放電試験およびアルミニウム腐食試験を行った。
結果を表3に示す。
[Shear viscosity] [Charge / discharge test] and [Aluminum corrosion test]
For each of the prepared electrolytes, a shear viscosity measurement, a charge / discharge test, and an aluminum corrosion test were performed in the same procedure as in Examples I and II except that the charge / discharge condition in the charge / discharge test was 0.5 C (15 cycles). .
Table 3 shows the results.

表3から明らかなように、本開示の電解液が、特定構造の金属エステル化合物を更に含む場合、金属エステル化合物を含まない場合と比べて、放電容量の向上及び/又は4.0V以上という高正極電位環境下でのアルミニウム腐食抑制の効果が特に顕著であることが分かる。   As is clear from Table 3, when the electrolytic solution of the present disclosure further contains a metal ester compound having a specific structure, the discharge capacity is improved and / or the voltage is as high as 4.0 V or more as compared with the case where the metal ester compound is not contained. It can be seen that the effect of suppressing aluminum corrosion under a positive electrode potential environment is particularly remarkable.

本発明による電解液は、各種ロッキングチェア型二次電池、特にリチウムイオン二次電池に好適に適用される。   The electrolyte solution according to the present invention is suitably applied to various rocking chair type secondary batteries, particularly lithium ion secondary batteries.

Claims (9)

アルカリ金属塩と、エステル結合を含む含酸素溶媒とを含んでなり、該アルカリ金属塩が該含酸素溶媒1kgに対して2.0モル以上、飽和濃度以下の範囲内の量で含まれることを特徴とするロッキングチェア型二次電池用電解液。    An alkali metal salt and an oxygen-containing solvent containing an ester bond, wherein the alkali metal salt is contained in an amount of 2.0 mol or more per 1 kg of the oxygen-containing solvent and not more than the saturation concentration. Characteristic electrolyte for rocking chair type secondary battery. 前記アルカリ金属塩が前記含酸素溶媒1kgに対して4.0モル以上、12.0モル以下の範囲内の量で含まれる、請求項1に記載の電解液。    The electrolytic solution according to claim 1, wherein the alkali metal salt is contained in an amount within a range of 4.0 mol or more and 12.0 mol or less based on 1 kg of the oxygen-containing solvent. 前記含酸素溶媒が下記一般式(1)で表される、請求項1または2に記載の電解液。
R1−O−(A−O)n−CH2CH(R3)−COO−R2 (1)
(式中、R1、R2は各々独立に炭素数1〜4の直鎖状または分岐状のアルキル基を表し、R3はメチル基またはH を表し、Aは各々独立に炭素数2〜4のアルキレン基を表し、かつ、nは0〜5の整数を表す。)
The electrolytic solution according to claim 1, wherein the oxygen-containing solvent is represented by the following general formula (1).
R 1 -O- (A-O) n -CH 2 CH (R 3 ) -COO-R 2 (1)
(Wherein, R 1 and R 2 each independently represent a linear or branched alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, R 3 represents a methyl group or H 2, and A each independently represents 2 to 4 carbon atoms. 4 represents an alkylene group, and n represents an integer of 0 to 5.)
前記一般式(1)中、R1とR2が共にメチル基であり、R3がHであり、かつ、nが0である、請求項3に記載の電解液。 4. The electrolytic solution according to claim 3, wherein in the general formula (1), R 1 and R 2 are both methyl groups, R 3 is H, and n is 0. 5. 前記アルカリ金属塩が、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(LiTFSI)、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiFSI)、テトラフルオロホウ酸リチウム(LiBF4)、ヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6)、過塩素酸リチウム(LiClO4)及びリチウムビス(ペンタフルオロエタンスルホニル)イミド(LiBETI)からなる群から選択される、請求項1〜4のいずれか一項に記載の電解液。 The alkali metal salt is lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (LiTFSI), lithium bis (fluorosulfonyl) imide (LiFSI), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), It is selected from the group consisting of lithium chlorate (LiClO 4) and lithium bis (pentafluoroethane sulfonyl) imide (LiBETI), electrolyte solution according to any one of claims 1-4. 前記含酸素溶媒の他に溶媒が存在しない、請求項1〜5のいずれか一項に記載の電解液。    The electrolytic solution according to any one of claims 1 to 5, wherein no solvent is present other than the oxygen-containing solvent. さらに下記一般式(2)で表される金属エステル化合物を含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載の電解液。
M[−O−(A1−O)−R43 (2)
(式中、Mはホウ素及びアルミニウムからなる群から選択される3価元素を表し、A1は各々独立に炭素数2〜4のアルキレン基を表し、mは各々独立に0〜50の整数であり、そしてR4は各々独立に炭素数1〜13の脂肪族炭化水素基を表す。)
The electrolytic solution according to any one of claims 1 to 6, further comprising a metal ester compound represented by the following general formula (2).
M [-O- (A 1 -O) m -R 4 ] 3 (2)
(Wherein, M represents a trivalent element selected from the group consisting of boron and aluminum, A 1 each independently represents an alkylene group having 2 to 4 carbon atoms, and m each independently represents an integer of 0 to 50. And each R 4 independently represents an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 13 carbon atoms.)
前記アルカリ金属塩に由来するアルカリ金属と前記含酸素溶媒との錯体を含む、請求項1〜7のいずれか一項に記載の電解液。    The electrolytic solution according to any one of claims 1 to 7, comprising a complex of the alkali metal derived from the alkali metal salt and the oxygen-containing solvent. 正極と、負極と、請求項1〜8のいずれか一項に記載の電解液とを含んでなる、ロッキングチェア型二次電池。    A rocking chair type secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and the electrolytic solution according to claim 1.
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