JP2020004542A - Negative electrode and electrochemical device - Google Patents

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Abstract

To provide a negative electrode that can reduce the resistance of an electrochemical device.SOLUTION: There is provided a negative electrode including a negative electrode current collector and a negative electrode mixture layer, and the negative electrode mixture layer contains a compound represented by the following formula (1). [In the formula (1), Rto Reach independently represent an alkyl group or a fluorine atom, Rrepresents an alkylene group, and Rrepresents an organic group containing a sulfur atom.]SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、負極及び電気化学デバイスに関する。   The present invention relates to a negative electrode and an electrochemical device.

近年、携帯型電子機器、電気自動車等の普及により、リチウムイオン二次電池に代表される非水電解液二次電池、キャパシタ等の高性能な電気化学デバイスが必要とされている。電気化学デバイスの性能を向上させる手段としては、例えば、電解液に所定の添加剤を添加する方法が検討されている。特許文献1には、内部抵抗特性を改善するために、特定のシロキサン化合物を含有させた非水電解液電池用電解液が開示されている。   In recent years, with the spread of portable electronic devices and electric vehicles, high-performance electrochemical devices such as non-aqueous electrolyte secondary batteries represented by lithium ion secondary batteries and capacitors have been required. As a means for improving the performance of an electrochemical device, for example, a method of adding a predetermined additive to an electrolytic solution has been studied. Patent Literature 1 discloses an electrolyte for a non-aqueous electrolyte battery containing a specific siloxane compound in order to improve internal resistance characteristics.

特開2015−005329号公報JP-A-2005-005329

特許文献1に記載されているとおり、電気化学デバイスの抵抗を低減させることは重要である。そこで本発明は、電気化学デバイスの抵抗を低減できる負極を提供することを目的とする。また、本発明は、抵抗が低減された電気化学デバイスを提供することを目的とする。   As described in Patent Document 1, it is important to reduce the resistance of an electrochemical device. Therefore, an object of the present invention is to provide a negative electrode that can reduce the resistance of an electrochemical device. Another object of the present invention is to provide an electrochemical device with reduced resistance.

本発明者らは、ケイ素原子及び硫黄原子を含む特定の化合物を負極に含有させることにより、電気化学デバイスの抵抗を低減できることを見出した。   The present inventors have found that the resistance of an electrochemical device can be reduced by including a specific compound containing a silicon atom and a sulfur atom in a negative electrode.

本発明は、第1の態様として、負極集電体と負極合剤層とを備え、負極合剤層は下記式(1)で表される化合物を含有する、負極を提供する。

Figure 2020004542

[式(1)中、R〜Rは、それぞれ独立に、アルキル基又はフッ素原子を示し、Rはアルキレン基を示し、Rは、硫黄原子を含む有機基を示す。] The present invention provides, as a first aspect, a negative electrode including a negative electrode current collector and a negative electrode mixture layer, wherein the negative electrode mixture layer contains a compound represented by the following formula (1).
Figure 2020004542

[In the formula (1), R 1 to R 3 each independently represent an alkyl group or a fluorine atom, R 4 represents an alkylene group, and R 5 represents an organic group containing a sulfur atom. ]

第1の態様において、式(1)で表される化合物1分子中のケイ素原子の数は、好ましくは1個である。   In the first embodiment, the number of silicon atoms in one molecule of the compound represented by the formula (1) is preferably one.

は、好ましくは、下記式(2)、式(3)又は式(4)のいずれかで表される基である。

Figure 2020004542

[式(2)中、Rはアルキル基を示し、*は結合手を示す。]
Figure 2020004542

[式(3)中、Rはアルキル基を示し、*は結合手を示す。]
Figure 2020004542

[式(4)中、Rはアルキル基を示し、*は結合手を示す。] R 5 is preferably a group represented by any of the following formulas (2), (3) and (4).
Figure 2020004542

[In the formula (2), R 6 represents an alkyl group, and * represents a bond. ]
Figure 2020004542

[In the formula (3), R 7 represents an alkyl group, and * represents a bond. ]
Figure 2020004542

[In the formula (4), R 8 represents an alkyl group, and * represents a bond. ]

〜Rの少なくとも1つは、好ましくはフッ素原子である。 At least one of R 1 to R 3 is preferably a fluorine atom.

式(1)で表される化合物の含有量は、好ましくは、負極合剤層全量を基準として10質量%以下である。   The content of the compound represented by the formula (1) is preferably 10% by mass or less based on the total amount of the negative electrode mixture layer.

負極合剤層は、好ましくは炭素材料を更に含有する。炭素材料は、好ましくは黒鉛を含有する。   The negative electrode mixture layer preferably further contains a carbon material. The carbon material preferably contains graphite.

負極合剤層は、好ましくは、ケイ素及びスズからなる群の少なくとも1種の元素を含む無機材料を更に含有する。   The negative electrode mixture layer preferably further contains an inorganic material containing at least one element of the group consisting of silicon and tin.

本発明は、第2の態様として、正極と、上記の負極と、電解液と、を備える電気化学デバイスを提供する。   The present invention provides, as a second aspect, an electrochemical device including a positive electrode, the above-described negative electrode, and an electrolytic solution.

電気化学デバイスは、好ましくは非水電解液二次電池又はキャパシタである。   The electrochemical device is preferably a non-aqueous electrolyte secondary battery or capacitor.

本発明によれば、電気化学デバイスの抵抗を低減できる負極を提供することができる。また、本発明によれば、抵抗が低減された電気化学デバイスを提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the negative electrode which can reduce the resistance of an electrochemical device can be provided. Further, according to the present invention, an electrochemical device with reduced resistance can be provided.

一実施形態に係る電気化学デバイスとしての非水電解液二次電池を示す斜視図である。1 is a perspective view showing a non-aqueous electrolyte secondary battery as an electrochemical device according to one embodiment. 図1に示した二次電池の電極群を示す分解斜視図である。FIG. 2 is an exploded perspective view illustrating an electrode group of the secondary battery illustrated in FIG. 1. 実施例及び比較例のサイクル特性の評価結果を示すグラフである。It is a graph which shows the evaluation result of the cycle characteristic of an Example and a comparative example.

以下、図面を適宜参照しながら、本発明の実施形態について説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings as appropriate. However, the present invention is not limited to the following embodiments.

図1は、一実施形態に係る電気化学デバイスを示す斜視図である。本実施形態において、電気化学デバイスは非水電解液二次電池である。図1に示すように、非水電解液二次電池1は、正極、負極及びセパレータから構成される電極群2と、電極群2を収容する袋状の電池外装体3とを備えている。正極及び負極には、それぞれ正極集電タブ4及び負極集電タブ5が設けられている。正極集電タブ4及び負極集電タブ5は、それぞれ正極及び負極が非水電解液二次電池1の外部と電気的に接続可能なように、電池外装体3の内部から外部へ突き出している。電池外装体3内には、電解液(図示せず)が充填されている。非水電解液二次電池1は、上述したようないわゆる「ラミネート型」以外の形状の電池(コイン型、円筒型、積層型等)であってもよい。   FIG. 1 is a perspective view showing an electrochemical device according to one embodiment. In this embodiment, the electrochemical device is a non-aqueous electrolyte secondary battery. As shown in FIG. 1, the non-aqueous electrolyte secondary battery 1 includes an electrode group 2 including a positive electrode, a negative electrode, and a separator, and a bag-shaped battery case 3 containing the electrode group 2. The positive electrode and the negative electrode are provided with a positive electrode current collecting tab 4 and a negative electrode current collecting tab 5, respectively. The positive electrode current collecting tab 4 and the negative electrode current collecting tab 5 protrude from the inside of the battery exterior body 3 to the outside such that the positive electrode and the negative electrode can be electrically connected to the outside of the nonaqueous electrolyte secondary battery 1, respectively. . The battery exterior 3 is filled with an electrolyte (not shown). The non-aqueous electrolyte secondary battery 1 may be a battery (coin type, cylindrical type, stacked type, etc.) having a shape other than the so-called “laminated type” as described above.

電池外装体3は、例えばラミネートフィルムで形成された容器であってよい。ラミネートフィルムは、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム等の樹脂フィルムと、アルミニウム、銅、ステンレス鋼等の金属箔と、ポリプロピレン等のシーラント層とがこの順で積層された積層フィルムであってよい。   Battery exterior body 3 may be a container formed of, for example, a laminate film. The laminated film may be, for example, a laminated film in which a resin film such as a polyethylene terephthalate (PET) film, a metal foil such as aluminum, copper, and stainless steel, and a sealant layer such as polypropylene are laminated in this order.

図2は、図1に示した非水電解液二次電池1における電極群2の一実施形態を示す分解斜視図である。図2に示すように、電極群2は、正極6と、セパレータ7と、負極8とをこの順に備えている。正極6及び負極8は、正極合剤層10側及び負極合剤層12側の面がそれぞれセパレータ7と対向するように配置されている。   FIG. 2 is an exploded perspective view showing one embodiment of the electrode group 2 in the nonaqueous electrolyte secondary battery 1 shown in FIG. As shown in FIG. 2, the electrode group 2 includes a positive electrode 6, a separator 7, and a negative electrode 8 in this order. The positive electrode 6 and the negative electrode 8 are arranged such that the surfaces on the positive electrode mixture layer 10 side and the negative electrode mixture layer 12 side face the separator 7, respectively.

正極6は、正極集電体9と、正極集電体9上に設けられた正極合剤層10とを備えている。正極集電体9には、正極集電タブ4が設けられている。   The positive electrode 6 includes a positive electrode current collector 9 and a positive electrode mixture layer 10 provided on the positive electrode current collector 9. The positive electrode current collector 9 is provided with a positive electrode current collection tab 4.

正極集電体9は、例えば、アルミニウム、チタン、ステンレス、ニッケル、焼成炭素、導電性高分子、導電性ガラス等で形成されている。正極集電体9は、接着性、導電性及び耐酸化性向上の目的で、アルミニウム、銅等の表面にカーボン、ニッケル、チタン、銀等で処理が施されたものであってもよい。正極集電体9の厚さは、電極強度及びエネルギー密度の点から、例えば1〜50μmである。   The positive electrode current collector 9 is made of, for example, aluminum, titanium, stainless steel, nickel, calcined carbon, conductive polymer, conductive glass, or the like. The positive electrode current collector 9 may be one obtained by treating a surface of aluminum, copper, or the like with carbon, nickel, titanium, silver, or the like for the purpose of improving adhesiveness, conductivity, and oxidation resistance. The thickness of the positive electrode current collector 9 is, for example, 1 to 50 μm in terms of electrode strength and energy density.

正極合剤層10は、一実施形態において、正極活物質と、導電剤と、結着剤とを含有する。正極合剤層10の厚さは、例えば20〜200μmである。   In one embodiment, the positive electrode mixture layer 10 contains a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder. The thickness of the positive electrode mixture layer 10 is, for example, 20 to 200 μm.

正極活物質は、例えばリチウム酸化物であってよい。リチウム酸化物としては、例えば、LiCoO、LiNiO、LiMnO、LiCoNi1−y、LiCo1−y、LiNi1−y、LiMn及びLiMn2−y(各式中、Mは、Na、Mg、Sc、Y、Mn、Fe、Co、Cu、Zn、Al、Cr、Pb、Sb、V及びBからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を示す(ただし、Mは、各式中の他の元素と異なる元素である)。x=0〜1.2、y=0〜0.9、z=2.0〜2.3である。)が挙げられる。LiNi1−yで表されるリチウム酸化物は、LiNi1−(y1+y2)Coy1Mny2(ただし、x及びzは上述したものと同様であり、y1=0〜0.9、y2=0〜0.9であり、且つ、y1+y2=0〜0.9である。)であってよく、例えばLiNi1/3Co1/3Mn1/3、LiNi0.5Co0.2Mn0.3、LiNi0.6Co0.2Mn0.22、LiNi0.8Co0.1Mn0.1であってよい。LiNi1−yで表されるリチウム酸化物は、LiNi1−(y3+y4)Coy3Aly4(ただし、x及びzは上述したものと同様であり、y3=0〜0.9、y4=0〜0.9であり、且つ、y3+y4=0〜0.9である。)であってよく、例えばLiNi0.8Co0.15Al0.05であってもよい。 The positive electrode active material may be, for example, a lithium oxide. The lithium oxide, for example, Li x CoO 2, Li x NiO 2, Li x MnO 2, Li x Co y Ni 1-y O 2, Li x Co y M 1-y O z, Li x Ni 1- y M y O z, Li x Mn 2 O 4 and Li x Mn 2-y M y O 4 ( in each formula, M represents, Na, Mg, Sc, Y , Mn, Fe, Co, Cu, Zn, Al , Cr, Pb, Sb, V and B, at least one element selected from the group consisting of M and X (where M is an element different from the other elements in each formula). , Y = 0 to 0.9 and z = 2.0 to 2.3.). The lithium oxide represented by Li x Ni 1-y M y O z is Li x Ni 1- (y1 + y2) Co y1 Mny 2 O z (where x and z are the same as those described above, and y1 = 0 to 0.9, y2 = 0 to 0.9, and y1 + y2 = 0 to 0.9), for example, LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 , It may be LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 , LiNi 0.6 Co 0.2 Mn 0.2 O 2, or LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 . Li x Ni 1-y lithium oxide represented by M y O z is, Li x Ni 1- (y3 + y4) Co y3 Al y4 O z ( here, x and z are the same as those described above, y3 = 0 to 0.9, y4 = 0 to 0.9, and y3 + y4 = 0 to 0.9.) For example, LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 There may be.

正極活物質は、例えばリチウムのリン酸塩であってもよい。リチウムのリン酸塩としては、例えば、リン酸マンガンリチウム(LiMnPO)、リン酸鉄リチウム(LiFePO)、リン酸鉄コバルト(LiCoPO)及びリン酸バナジウム(Li(PO)が挙げられる。 The positive electrode active material may be, for example, a lithium phosphate. Examples of the lithium phosphate include lithium manganese phosphate (LiMnPO 4 ), lithium iron phosphate (LiFePO 4 ), cobalt iron phosphate (LiCoPO 4 ), and vanadium phosphate (Li 3 V 2 (PO 4 ) 3 ). ).

正極活物質の含有量は、正極合剤層全量を基準として、80質量%以上、又は85質量%以上であってよく、99質量%以下であってよい。   The content of the positive electrode active material may be 80% by mass or more, or 85% by mass or more, and may be 99% by mass or less based on the total amount of the positive electrode mixture layer.

導電剤は、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等のカーボンブラック、黒鉛、グラフェン、カーボンナノチューブなどの炭素材料であってよい。導電剤の含有量は、正極合剤層全量を基準として、例えば、0.01質量%以上、0.1質量%以上、又は1質量%以上であってよく、50質量%以下、30質量%以下、又は15質量%以下であってよい。   The conductive agent may be a carbon material such as carbon black such as acetylene black and Ketjen black, graphite, graphene, and carbon nanotube. The content of the conductive agent may be, for example, 0.01% by mass or more, 0.1% by mass or more, or 1% by mass or more, based on the total amount of the positive electrode mixture layer, and 50% by mass or less, 30% by mass or less. Or less, or 15% by mass or less.

結着剤は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリメチルメタクリレート、ポリイミド、芳香族ポリアミド、セルロース、ニトロセルロース等の樹脂;SBR(スチレン−ブタジエンゴム)、NBR(アクリロニトリル−ブタジエンゴム)、フッ素ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、エチレン−プロピレンゴム等のゴム;スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体又はその水素添加物、EPDM(エチレン・プロピレン・ジエン三元共重合体)、スチレン・エチレン・ブタジエン・エチレン共重合体、スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体又はその水素添加物等の熱可塑性エラストマー;シンジオタクチック−1、2−ポリブタジエン、ポリ酢酸ビニル、エチレン・酢酸ビニル共重合体、プロピレン・α−オレフィン共重合体等の軟質樹脂;ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素化ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン・エチレン共重合体、ポリテトラフルオロエチレン・フッ化ビニリデン共重合体等のフッ素含有樹脂;ニトリル基含有モノマーをモノマー単位として有する樹脂;アルカリ金属イオン(例えばリチウムイオン)のイオン伝導性を有する高分子組成物などが挙げられる。   Examples of the binder include resins such as polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polymethyl methacrylate, polyimide, aromatic polyamide, cellulose, and nitrocellulose; SBR (styrene-butadiene rubber), NBR (acrylonitrile-butadiene rubber), and fluorine rubber Rubber such as isoprene rubber, butadiene rubber and ethylene-propylene rubber; styrene / butadiene / styrene block copolymer or hydrogenated product thereof, EPDM (ethylene / propylene / diene terpolymer), styrene / ethylene / butadiene / Thermoplastic elastomers such as ethylene copolymer, styrene / isoprene / styrene block copolymer or hydrogenated product thereof; syndiotactic-1,2-polybutadiene, polyvinyl acetate, ethylene / vinyl acetate Soft resins such as copolymers and propylene / α-olefin copolymers; polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene, fluorinated polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene / ethylene copolymer, polytetrafluoroethylene / Examples thereof include a fluorine-containing resin such as a vinylidene fluoride copolymer; a resin having a nitrile group-containing monomer as a monomer unit; and a polymer composition having ion conductivity of an alkali metal ion (for example, lithium ion).

結着剤の含有量は、正極合剤層全量を基準として、例えば、0.1質量%以上、1質量%以上、又は1.5質量%以上であってよく、30質量%以下、20質量%以下、又は10質量%以下であってよい。   The content of the binder may be, for example, 0.1% by mass or more, 1% by mass or more, or 1.5% by mass or more, based on the total amount of the positive electrode mixture layer, and 30% by mass or less, 20% by mass or less. % Or 10% by mass or less.

セパレータ7は、正極6及び負極8間を電子的には絶縁する一方でイオンを透過させ、且つ、正極6側における酸化性及び負極8側における還元性に対する耐性を備えるものであれば、特に制限されない。このようなセパレータ7の材料(材質)としては、樹脂、無機物等が挙げられる。   The separator 7 is not particularly limited as long as it electrically insulates the positive electrode 6 and the negative electrode 8 while allowing ions to permeate, and has resistance to oxidizing property on the positive electrode 6 side and reducing property on the negative electrode 8 side. Not done. Examples of the material (material) of such a separator 7 include a resin and an inorganic substance.

樹脂としては、オレフィン系ポリマー、フッ素系ポリマー、セルロース系ポリマー、ポリイミド、ナイロン等が挙げられる。セパレータ7は、電解液に対して安定で、保液性に優れる観点から、好ましくは、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンで形成された多孔質シート又は不織布等である。   Examples of the resin include an olefin-based polymer, a fluorine-based polymer, a cellulose-based polymer, polyimide, and nylon. The separator 7 is preferably a porous sheet or a nonwoven fabric formed of a polyolefin such as polyethylene or polypropylene from the viewpoint of being stable with respect to the electrolytic solution and having excellent liquid retention properties.

無機物としては、アルミナ、二酸化珪素等の酸化物、窒化アルミニウム、窒化珪素等の窒化物、硫酸バリウム、硫酸カルシウム等の硫酸塩が挙げられる。セパレータ7は、例えば、不織布、織布、微多孔性フィルム等の薄膜状基材に、繊維状又は粒子状の無機物を付着させたセパレータであってよい。   Examples of the inorganic substance include oxides such as alumina and silicon dioxide, nitrides such as aluminum nitride and silicon nitride, and sulfates such as barium sulfate and calcium sulfate. The separator 7 may be, for example, a separator in which a fibrous or particulate inorganic substance is adhered to a thin film substrate such as a nonwoven fabric, a woven fabric, or a microporous film.

負極8は、負極集電体11と、負極集電体11上に設けられた負極合剤層12とを備えている。負極集電体11には、負極集電タブ5が設けられている。   The negative electrode 8 includes a negative electrode current collector 11 and a negative electrode mixture layer 12 provided on the negative electrode current collector 11. The negative electrode current collector 11 is provided with a negative electrode current collection tab 5.

負極集電体11は、銅、ステンレス、ニッケル、アルミニウム、チタン、焼成炭素、導電性高分子、導電性ガラス、アルミニウム−カドミウム合金等で形成されている。負極集電体11は、接着性、導電性、耐還元性向上の目的で、銅、アルミニウム等の表面にカーボン、ニッケル、チタン、銀等で処理が施されたものであってもよい。負極集電体11の厚さは、電極強度及びエネルギー密度の点から、例えば1〜50μmである。   The negative electrode current collector 11 is formed of copper, stainless steel, nickel, aluminum, titanium, calcined carbon, conductive polymer, conductive glass, aluminum-cadmium alloy, or the like. The negative electrode current collector 11 may be one obtained by treating a surface of copper, aluminum, or the like with carbon, nickel, titanium, silver, or the like for the purpose of improving adhesion, conductivity, and reduction resistance. The thickness of the negative electrode current collector 11 is, for example, 1 to 50 μm in terms of electrode strength and energy density.

負極合剤層12は、一実施形態において、下記式(1)で表される化合物と、負極活物質と、結着剤とを含有する。

Figure 2020004542

式(1)中、R〜Rは、それぞれ独立に、アルキル基又はフッ素原子を示し、Rはアルキレン基を示し、Rは、硫黄原子を含む有機基を示す。 In one embodiment, the negative electrode mixture layer 12 contains a compound represented by the following formula (1), a negative electrode active material, and a binder.
Figure 2020004542

In the formula (1), R 1 to R 3 each independently represent an alkyl group or a fluorine atom, R 4 represents an alkylene group, and R 5 represents an organic group containing a sulfur atom.

〜Rで表されるアルキル基の炭素数は、1以上であってよく、3以下であってよい。R〜Rは、メチル基、エチル基、又はプロピル基であってよく、直鎖状でも分岐状でもよい。R〜Rの少なくとも1つは、好ましくはフッ素原子である。 The number of carbon atoms of the alkyl group represented by R 1 to R 3 may be 1 or more, and may be 3 or less. R 1 to R 3 may be a methyl group, an ethyl group, or a propyl group, and may be linear or branched. At least one of R 1 to R 3 is preferably a fluorine atom.

で表されるアルキレン基の炭素数は、1以上又は2以上であってよく、5以下又は4以下であってよい。Rで表されるアルキレン基は、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、又はペンチレン基であってよく、直鎖状でも分岐状でもよい。 The carbon number of the alkylene group represented by R 4 may be 1 or more, or 2 or more, and may be 5 or less or 4 or less. The alkylene group represented by R 4 may be a methylene group, an ethylene group, a propylene group, a butylene group, or a pentylene group, and may be linear or branched.

は、電気化学デバイスの抵抗を更に低減させる観点から、一実施形態において、下記式(2)で表される基であってよい。

Figure 2020004542

式(2)中、Rはアルキル基を示す。アルキル基は、上述したR〜Rで表されるアルキル基と同様であってよい。*は結合手を示す。 In one embodiment, R 5 may be a group represented by the following formula (2) from the viewpoint of further reducing the resistance of the electrochemical device.
Figure 2020004542

In the formula (2), R 6 represents an alkyl group. The alkyl group may be the same as the alkyl group represented by R 1 to R 3 described above. * Indicates a bond.

は、電気化学デバイスの抵抗を更に低減させる観点から、他の実施形態において、下記式(3)で表される基であってもよい。

Figure 2020004542

式(3)中、Rはアルキル基を示す。アルキル基は、上述したR〜Rで表されるアルキル基と同様であってよい。*は結合手を示す。 R 5 may be a group represented by the following formula (3) in another embodiment from the viewpoint of further reducing the resistance of the electrochemical device.
Figure 2020004542

In the formula (3), R 7 represents an alkyl group. The alkyl group may be the same as the alkyl group represented by R 1 to R 3 described above. * Indicates a bond.

は、電気化学デバイスの抵抗を更に低減させる観点から、他の実施形態において、下記式(4)で表される基であってもよい。

Figure 2020004542

式(4)中、Rはアルキル基を示す。アルキル基は、上述したR〜Rで表されるアルキル基と同様であってよい。*は結合手を示す。 In another embodiment, R 5 may be a group represented by the following formula (4) from the viewpoint of further reducing the resistance of the electrochemical device.
Figure 2020004542

In the formula (4), R 8 represents an alkyl group. The alkyl group may be the same as the alkyl group represented by R 1 to R 3 described above. * Indicates a bond.

一実施形態において、式(1)で表される化合物1分子中のケイ素原子の数は、1個である。すなわち、一実施形態において、Rで表される有機基は、ケイ素原子を含まない。 In one embodiment, the number of silicon atoms in one molecule of the compound represented by the formula (1) is one. That is, in one embodiment, the organic group represented by R 5 does not include a silicon atom.

式(1)で表される化合物の含有量は、電気化学デバイスの抵抗を更に低減させる観点から、負極合剤層全量を基準として、好ましくは0.2質量%以上であり、より好ましくは0.3質量%以上であり、更に好ましくは0.5質量%以上である。式(1)で表される化合物の含有量は、同様の観点から、負極合剤層全量を基準として、好ましくは10質量%以下であり、より好ましくは7質量%以下であり、更に好ましくは5質量%以下であり、特に好ましくは3質量%以下である。式(1)で表される化合物の含有量は、電気化学デバイスの抵抗を更に低減させる観点から、負極合剤層全量を基準として、好ましくは、0.2〜10質量%、0.2〜7質量%、0.2〜5質量%、0.2〜3質量%、0.3〜10質量%、0.3〜7質量%、0.3〜5質量%、0.3〜3質量%、0.5〜10質量%、0.5〜7質量%、0.5〜5質量%、又は0.5〜3質量%である。   From the viewpoint of further reducing the resistance of the electrochemical device, the content of the compound represented by the formula (1) is preferably 0.2% by mass or more, more preferably 0% by mass, based on the total amount of the negative electrode mixture layer. 0.3% by mass or more, more preferably 0.5% by mass or more. From the same viewpoint, the content of the compound represented by the formula (1) is preferably 10% by mass or less, more preferably 7% by mass or less, and further preferably, based on the total amount of the negative electrode mixture layer. It is at most 5% by mass, particularly preferably at most 3% by mass. From the viewpoint of further reducing the resistance of the electrochemical device, the content of the compound represented by the formula (1) is preferably from 0.2 to 10% by mass, from 0.2 to 10% by mass, based on the total amount of the negative electrode mixture layer. 7% by mass, 0.2 to 5% by mass, 0.2 to 3% by mass, 0.3 to 10% by mass, 0.3 to 7% by mass, 0.3 to 5% by mass, 0.3 to 3% by mass %, 0.5 to 10% by mass, 0.5 to 7% by mass, 0.5 to 5% by mass, or 0.5 to 3% by mass.

負極活物質は、リチウムイオンを吸蔵及び放出可能な物質であれば特に制限されない。負極活物質としては、例えば、炭素材料、金属複合酸化物、錫、ゲルマニウム、ケイ素等の第14族元素の酸化物又は窒化物、リチウムの単体、リチウムアルミニウム合金等のリチウム合金、Sn、Si等のリチウムと合金を形成可能な金属などが挙げられる。負極活物質は、安全性の観点からは、好ましくは炭素材料及び金属複合酸化物からなる群より選択される少なくとも1種である。負極活物質は、これらの1種単独又は2種以上の混合物であってよい。負極活物質の形状は、例えば、粒子状であってよい。   The negative electrode active material is not particularly limited as long as it can absorb and release lithium ions. Examples of the negative electrode active material include a carbon material, a metal composite oxide, an oxide or nitride of a Group 14 element such as tin, germanium, and silicon; a simple substance of lithium; a lithium alloy such as a lithium aluminum alloy; And the like which can form an alloy with lithium. The negative electrode active material is preferably at least one selected from the group consisting of a carbon material and a metal composite oxide from the viewpoint of safety. The negative electrode active material may be a single type of these or a mixture of two or more types. The shape of the negative electrode active material may be, for example, a particle shape.

炭素材料としては、非晶質炭素材料、天然黒鉛、天然黒鉛に非晶質炭素材料の被膜を形成した複合炭素材料、人造黒鉛(エポキシ樹脂、フェノール樹脂等の樹脂原料、又は、石油、石炭等から得られるピッチ系原料を焼成して得られるもの)などが挙げられる。金属複合酸化物は、高電流密度充放電特性の観点からは、好ましくはチタン及びリチウムのいずれか一方又は両方を含有し、より好ましくはリチウムを含有する。   Examples of the carbon material include an amorphous carbon material, natural graphite, a composite carbon material in which a coating of an amorphous carbon material is formed on natural graphite, artificial graphite (a resin material such as an epoxy resin and a phenol resin, or oil, coal, etc.). Obtained by firing the pitch-based raw material obtained from the above). From the viewpoint of high current density charge / discharge characteristics, the metal composite oxide preferably contains one or both of titanium and lithium, and more preferably contains lithium.

負極活物質には、ケイ素及びスズからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を含む無機材料が含まれていてもよい。ケイ素及びスズからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を含む無機材料は、ケイ素又はスズの単体、ケイ素及びスズからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を含む化合物であってよい。当該化合物は、ケイ素及びスズからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を含む合金であってよく、例えば、ケイ素及びスズの他に、ニッケル、銅、鉄、コバルト、マンガン、亜鉛、インジウム、銀、チタン、ゲルマニウム、ビスマス、アンチモン及びクロムからなる群より選ばれる少なくとも1種を含む合金である。ケイ素及びスズからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を含む化合物は、酸化物、窒化物、又は炭化物であってもよく、具体的には、例えば、SiO、SiO、LiSiO等のケイ素酸化物、Si、SiO等のケイ素窒化物、SiC等のケイ素炭化物、SnO、SnO、LiSnO等のスズ酸化物などであってよい。ケイ素及びスズからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を含む無機材料は、硫黄原子を含まなくてよい。すなわち、ケイ素及びスズからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を含む無機材料は、式(1)で表される化合物とは異なる材料である。 The negative electrode active material may include an inorganic material containing at least one element selected from the group consisting of silicon and tin. The inorganic material containing at least one element selected from the group consisting of silicon and tin may be a simple substance of silicon or tin, or a compound containing at least one element selected from the group consisting of silicon and tin. The compound may be an alloy containing at least one element selected from the group consisting of silicon and tin. For example, in addition to silicon and tin, nickel, copper, iron, cobalt, manganese, zinc, indium, silver , An alloy containing at least one selected from the group consisting of titanium, germanium, bismuth, antimony, and chromium. The compound containing at least one element selected from the group consisting of silicon and tin may be an oxide, a nitride, or a carbide, and specifically, for example, silicon oxide such as SiO, SiO 2 , and LiSiO. Material, silicon nitride such as Si 3 N 4 and Si 2 N 2 O, silicon carbide such as SiC, and tin oxide such as SnO, SnO 2 and LiSnO. The inorganic material containing at least one element selected from the group consisting of silicon and tin may not contain a sulfur atom. That is, the inorganic material containing at least one element selected from the group consisting of silicon and tin is a material different from the compound represented by the formula (1).

負極合剤層12は、電気化学デバイスの抵抗を更に低減させ、サイクル特性を向上させる観点から、負極活物質として、好ましくは炭素材料を含み、より好ましくは黒鉛を含み、更に好ましくは、炭素材料と、ケイ素及びスズからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を含む無機材料との混合物を含み、特に好ましくは、黒鉛とケイ素酸化物との混合物を含む。当該混合物におけるケイ素及びスズからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を含む無機材料(ケイ素酸化物)の含有量は、当該混合物全量を基準として、1質量%以上、又は3質量%以上であってよく、30質量%以下であってよい。   From the viewpoint of further reducing the resistance of the electrochemical device and improving the cycle characteristics, the negative electrode mixture layer 12 preferably contains a carbon material as the negative electrode active material, more preferably contains graphite, and is more preferably a carbon material. And a mixture of an inorganic material containing at least one element selected from the group consisting of silicon and tin, and particularly preferably a mixture of graphite and silicon oxide. The content of the inorganic material (silicon oxide) containing at least one element selected from the group consisting of silicon and tin in the mixture is 1% by mass or more, or 3% by mass or more based on the total amount of the mixture. And may be 30% by mass or less.

負極活物質の含有量は、負極合剤層全量を基準として、80質量%以上、又は85質量%以上であってよく、99質量%以下であってよい。   The content of the negative electrode active material may be 80% by mass or more, or 85% by mass or more, and may be 99% by mass or less based on the total amount of the negative electrode mixture layer.

結着剤及びその含有量は、上述した正極合剤層における結着剤及びその含有量と同様であってよい。   The binder and its content may be the same as the binder and its content in the positive electrode mixture layer described above.

負極合剤層12は、粘度を調節するために増粘剤を更に含有してもよい。増粘剤は、特に制限されないが、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、エチルセルロース、ポリビニルアルコール、酸化スターチ、リン酸化スターチ、カゼイン、これらの塩等であってよい。増粘剤は、これらの1種単独又は2種以上の混合物であってよい。   The negative electrode mixture layer 12 may further contain a thickener in order to adjust the viscosity. The thickener is not particularly limited, but may be carboxymethylcellulose, methylcellulose, hydroxymethylcellulose, ethylcellulose, polyvinyl alcohol, oxidized starch, phosphorylated starch, casein, salts thereof, and the like. The thickener may be one of these alone or a mixture of two or more thereof.

負極合剤層12が増粘剤を含む場合、その含有量は特に制限されない。増粘剤の含有量は、負極合剤層の塗布性の観点からは、負極合剤層全量を基準として、0.1質量%以上であってよく、好ましくは0.2質量%以上であり、より好ましくは0.5質量%以上である。増粘剤の含有量は、電池容量の低下又は負極活物質間の抵抗の上昇を抑制する観点からは、負極合剤層全量を基準として、5質量%以下であってよく、好ましくは3質量%以下であり、より好ましくは2質量%以下である。   When the negative electrode mixture layer 12 contains a thickener, its content is not particularly limited. The content of the thickener may be 0.1% by mass or more, and preferably 0.2% by mass or more, based on the total amount of the negative electrode mixture layer, from the viewpoint of applicability of the negative electrode mixture layer. , More preferably 0.5% by mass or more. The content of the thickener may be 5% by mass or less, preferably 3% by mass, based on the total amount of the negative electrode mixture layer, from the viewpoint of suppressing a decrease in battery capacity or an increase in resistance between the negative electrode active materials. %, More preferably 2% by mass or less.

本発明者らは、様々な構造及び官能基を有する化合物を検討した結果、上述した式(1)で表される化合物を負極に適用することによって、非水電解液二次電池1の抵抗が顕著に低減したことを明らかにした。本発明者らは、式(1)で表される化合物を負極に用いることによる作用効果を以下のように推察している。式(1)で表される化合物は、負極上で安定且つ低抵抗な被膜を形成する。これにより、電解質塩の分解に起因する抵抗増加が抑制される。その結果、非水電解液二次電池1の抵抗が低減する。さらに、式(1)で表される化合物自身がSiを含む骨格を有していることにより、化合物由来のガス発生が少なくなり、非水電解液二次電池1を高温保存した場合の体積膨張を抑制することもできる。   The present inventors have studied compounds having various structures and functional groups. As a result, by applying the compound represented by the above formula (1) to the negative electrode, the resistance of the nonaqueous electrolyte secondary battery 1 is reduced. It was evident that it was significantly reduced. The present inventors have inferred the following effects of using the compound represented by the formula (1) for the negative electrode. The compound represented by the formula (1) forms a stable and low-resistance film on the negative electrode. This suppresses an increase in resistance due to the decomposition of the electrolyte salt. As a result, the resistance of the non-aqueous electrolyte secondary battery 1 decreases. Furthermore, since the compound represented by the formula (1) itself has a skeleton containing Si, generation of gas derived from the compound is reduced, and volume expansion when the nonaqueous electrolyte secondary battery 1 is stored at a high temperature. Can also be suppressed.

電解液は、一実施形態において、電解質塩と、非水溶媒とを含有する。   In one embodiment, the electrolytic solution contains an electrolyte salt and a non-aqueous solvent.

電解質塩は、例えばリチウム塩であってよい。リチウム塩は、例えば、LiPF、LiBF、LiClO、LiB(C、LiCHSO、CFSOOLi、LiN(SOF)(Li[FSI]、リチウムビスフルオロスルホニルイミド)、LiN(SOCF(Li[TFSI]、リチウムビストリフルオロメタンスルホニルイミド)、及びLiN(SOCFCFからなる群より選ばれる少なくとも1種であってよい。リチウム塩は、溶媒に対する溶解性、二次電池の充放電特性、出力特性、サイクル特性等に更に優れる観点から、好ましくはLiPFを含む。 The electrolyte salt may be, for example, a lithium salt. Lithium salts include, for example, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiB (C 6 H 5 ) 4 , LiCH 3 SO 3 , CF 3 SO 2 OLi, LiN (SO 2 F) 2 (Li [FSI], lithium bis At least one member selected from the group consisting of fluorosulfonylimide), LiN (SO 2 CF 3 ) 2 (Li [TFSI], lithium bistrifluoromethanesulfonylimide), and LiN (SO 2 CF 2 CF 3 ) 2 Good. The lithium salt preferably contains LiPF 6 from the viewpoint of more excellent solubility in a solvent, charge / discharge characteristics of a secondary battery, output characteristics, cycle characteristics, and the like.

電解質塩の濃度は、充放電特性に優れる観点から、非水溶媒全量を基準として、好ましくは0.5mol/L以上、より好ましくは0.7mol/L以上、更に好ましくは0.8mol/L以上であり、また、好ましくは1.5mol/L以下、より好ましくは1.3mol/L、更に好ましくは1.2mol/L以下である。   The concentration of the electrolyte salt is preferably 0.5 mol / L or more, more preferably 0.7 mol / L or more, and still more preferably 0.8 mol / L or more, based on the total amount of the nonaqueous solvent, from the viewpoint of excellent charge / discharge characteristics. And preferably 1.5 mol / L or less, more preferably 1.3 mol / L, and still more preferably 1.2 mol / L or less.

非水溶媒は、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、γ−ブチルラクトン、アセトニトリル、1,2−ジメトキシエタン、ジメトキシメタン、テトラヒドロフラン、ジオキソラン、塩化メチレン、酢酸メチル等であってよい。非水溶媒は、これらの1種単独又は2種以上の混合物であってよく、好ましくは2種以上の混合物である。   Non-aqueous solvents, for example, ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, γ-butyl lactone, acetonitrile, 1,2-dimethoxyethane, dimethoxymethane, tetrahydrofuran, dioxolan, methylene chloride, methyl acetate, etc. It may be. The non-aqueous solvent may be used alone or as a mixture of two or more thereof, and is preferably a mixture of two or more thereof.

電解液は、電解質塩及び非水溶媒以外のその他の材料を更に含有してもよい。その他の材料は、例えば、窒素、硫黄、又は窒素及び硫黄を含有する複素環化合物、環状カルボン酸エステル、フッ素含有環状カーボネート、その他の分子内に不飽和結合を有する化合物等であってよい。   The electrolytic solution may further contain other materials other than the electrolyte salt and the non-aqueous solvent. Other materials may be, for example, nitrogen, sulfur, or a heterocyclic compound containing nitrogen and sulfur, a cyclic carboxylate, a fluorine-containing cyclic carbonate, or a compound having an unsaturated bond in a molecule.

続いて、非水電解液二次電池1の製造方法を説明する。非水電解液二次電池1の製造方法は、正極6を得る第1の工程と、負極8を得る第2の工程と、電極群2を電池外装体3に収容する第3の工程と、電解液を電池外装体3に注液する第4の工程と、を備える。   Next, a method for manufacturing the nonaqueous electrolyte secondary battery 1 will be described. The method for manufacturing the non-aqueous electrolyte secondary battery 1 includes a first step of obtaining the positive electrode 6, a second step of obtaining the negative electrode 8, and a third step of housing the electrode group 2 in the battery package 3. And a fourth step of injecting the electrolyte into the battery exterior body 3.

第1の工程では、正極合剤層10に用いる材料を混練機、分散機等を用いて分散媒に分散させてスラリー状の正極合剤を得た後、この正極合剤をドクターブレード法、ディッピング法、スプレー法等により正極集電体9上に塗布し、その後分散媒を揮発させることにより正極6を得る。分散媒を揮発させた後、必要に応じて、ロールプレスによる圧縮成型工程が設けられてもよい。正極合剤層10は、上述した正極合剤の塗布から分散媒の揮発までの工程を複数回行うことにより、多層構造の正極合剤層として形成されてもよい。分散媒は、水、1−メチル−2−ピロリドン(以下、NMPともいう。)等であってよい。   In the first step, the material used for the positive electrode mixture layer 10 is dispersed in a dispersion medium using a kneader, a disperser, or the like to obtain a positive electrode mixture in a slurry form. The positive electrode 6 is obtained by coating the positive electrode current collector 9 by dipping, spraying, or the like, and then volatilizing the dispersion medium. After volatilizing the dispersion medium, a compression molding step using a roll press may be provided as necessary. The positive electrode mixture layer 10 may be formed as a positive electrode mixture layer having a multilayer structure by performing the above-described steps from application of the positive electrode mixture to volatilization of the dispersion medium a plurality of times. The dispersion medium may be water, 1-methyl-2-pyrrolidone (hereinafter, also referred to as NMP) or the like.

第2の工程は、上述した第1の工程と同様であってよく、負極集電体11に負極合剤層12を形成する方法は、上述した第1の工程と同様の方法であってよい。   The second step may be the same as the first step described above, and the method of forming the negative electrode mixture layer 12 on the negative electrode current collector 11 may be the same method as the first step described above. .

第3の工程では、作製した正極6及び負極8の間にセパレータ7を挟み、電極群2を形成する。次いで、この電極群2を電池外装体3に収容する。   In the third step, the electrode group 2 is formed by sandwiching the separator 7 between the prepared positive electrode 6 and negative electrode 8. Next, the electrode group 2 is accommodated in the battery exterior body 3.

第4の工程では、電解液を電池外装体3に注入する。電解液は、例えば、電解質塩をはじめに溶媒に溶解させてから、その他の材料を溶解させることにより調製することができる。   In the fourth step, the electrolytic solution is injected into the battery case 3. The electrolytic solution can be prepared, for example, by first dissolving the electrolyte salt in a solvent and then dissolving other materials.

他の実施形態として、電気化学デバイスはキャパシタであってもよい。キャパシタは、上述した非水電解液二次電池1と同様に、正極、負極及びセパレータから構成される電極群と、電極群を収容する袋状の電池外装体とを備えていてよい。キャパシタにおける各構成要素の詳細は、非水電解液二次電池1と同様であってよい。   In another embodiment, the electrochemical device may be a capacitor. The capacitor may include an electrode group composed of a positive electrode, a negative electrode, and a separator, and a bag-shaped battery case housing the electrode group, similarly to the nonaqueous electrolyte secondary battery 1 described above. The details of each component of the capacitor may be the same as those of the nonaqueous electrolyte secondary battery 1.

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれら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 present invention is not limited to these Examples.

(実施例1)
[正極の作製]
正極活物質としてのニッケルコバルトマンガン酸リチウム(LiNi1/3Co1/3Mn1/3、91質量%)に、導電剤としてのアセチレンブラック(AB)(5質量%)と、結着剤(4質量%)とを順次添加し、混合した。得られた混合物に対し、分散媒としてのNMPを添加し、混練することによりスラリー状の正極合剤を調製した。この正極合剤を正極集電体としての厚さ20μmのアルミニウム箔に均等且つ均質に所定量塗布した。その後、分散媒を揮発させてから、プレスすることにより密度2.8g/cmまで圧密化して、正極を得た。
(Example 1)
[Preparation of positive electrode]
Acetylene black (AB) (5% by mass) as a conductive agent is bound to lithium nickel cobalt manganate (LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 , 91% by mass) as a positive electrode active material. (4% by mass) were sequentially added and mixed. NMP as a dispersion medium was added to the obtained mixture and kneaded to prepare a slurry-like positive electrode mixture. A predetermined amount of this positive electrode mixture was uniformly and uniformly applied to a 20 μm-thick aluminum foil as a positive electrode current collector. Thereafter, the dispersion medium was volatilized, and then pressed to a density of 2.8 g / cm 3 by pressing to obtain a positive electrode.

[負極の作製]
負極活物質としての黒鉛に、結着剤と、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロースとを添加した。これらの質量比については、負極活物質:結着剤:増粘剤=98:1:1とした。得られた混合物に対し、下記式(5)で表される化合物Aを1.1質量%(負極合剤の固形分全量基準)を添加し、分散媒としての水を添加し、混練することによりスラリー状の負極合剤を調製した。この負極合剤を負極集電体としての厚さ10μmの圧延銅箔に均等且つ均質に所定量塗布した。その後、分散媒を揮発させてから、プレスすることにより密度1.6g/cmまで圧密化して、負極を得た。

Figure 2020004542
[Preparation of negative electrode]
A binder and carboxymethyl cellulose as a thickener were added to graphite as a negative electrode active material. The mass ratio of the negative electrode active material: the binder: the thickener was 98: 1: 1. To the obtained mixture, 1.1% by mass (based on the total solid content of the negative electrode mixture) of compound A represented by the following formula (5) is added, and water as a dispersion medium is added and kneaded. To prepare a negative electrode mixture in the form of a slurry. A predetermined amount of this negative electrode mixture was uniformly and uniformly applied to a 10 μm-thick rolled copper foil as a negative electrode current collector. Thereafter, the dispersion medium was volatilized, and then pressed to a density of 1.6 g / cm 3 by pressing to obtain a negative electrode.
Figure 2020004542

[リチウムイオン二次電池の作製]
13.5cmの四角形に切断した正極電極を、セパレータであるポリエチレン製多孔質シート(商品名:ハイポア(登録商標)、旭化成株式会社製、厚さ30μm)で挟み、更に14.3cmの四角形に切断した負極を重ね合わせて電極群を作製した。この電極群を、アルミニウム製のラミネートフィルム(商品名:アルミラミネートフィルム、大日本印刷株式会社製)で形成された容器(電池外装体)に収容した。次いで、容器の中に電解液を1mL添加し、容器を熱溶着させ、評価用のリチウムイオン二次電池を作製した。電解液としては、1mol/LのLiPFを含むエチレンカーボネート、ジメチルカーボネート及びジエチルカーボネートの混合溶液に、混合溶液全量に対してビニレンカーボネート(VC)を1質量%(電解液全量基準)添加したものを使用した。
[Production of lithium ion secondary battery]
The positive electrode cut into a square of 13.5 cm 2 is sandwiched between polyethylene porous sheets (trade name: Hypore (registered trademark), manufactured by Asahi Kasei Corporation, thickness: 30 μm) as a separator, and further a square of 14.3 cm 2 . The electrode group was prepared by superposing the cut negative electrodes. This electrode group was housed in a container (battery exterior) formed of an aluminum laminated film (trade name: aluminum laminated film, manufactured by Dai Nippon Printing Co., Ltd.). Next, 1 mL of an electrolytic solution was added to the container, and the container was thermally welded to produce a lithium ion secondary battery for evaluation. As an electrolytic solution, a mixture solution of ethylene carbonate, dimethyl carbonate and diethyl carbonate containing 1 mol / L LiPF 6 added with 1% by mass of vinylene carbonate (VC) based on the total amount of the mixed solution (based on the total amount of the electrolytic solution) It was used.

(実施例2)
実施例1において、化合物Aの含有量を2.3質量%(負極の固形分全量基準)とした以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
(Example 2)
A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1, except that the content of Compound A was 2.3% by mass (based on the total solid content of the negative electrode).

(実施例3)
実施例1において、化合物Aの代わりに下記式(6)で表される化合物Bを0.3質量%(負極合剤の固形分全量基準)添加した以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。

Figure 2020004542
(Example 3)
Lithium was prepared in the same manner as in Example 1 except that Compound B represented by the following formula (6) was added in an amount of 0.3% by mass (based on the total solid content of the negative electrode mixture) in place of Compound A. An ion secondary battery was manufactured.
Figure 2020004542

(比較例1)
実施例1において、化合物Aを使用しなかった以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
(Comparative Example 1)
A lithium ion secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except that Compound A was not used.

[初回充放電]
作製した実施例1〜3及び比較例1のリチウムイオン二次電池について、以下に示す方法で初回充放電を実施した。まず、25℃の環境下において0.1Cの電流値で定電流充電を上限電圧4.2Vまで行い、続いて4.2Vで定電圧充電を行った。充電終止条件は、電流値0.01Cとした。その後、0.1Cの電流値で終止電圧2.5Vの定電流放電を行った。この充放電サイクルを3回繰り返した(電流値の単位として用いた「C」とは、「電流値(A)/電池容量(Ah)」を意味する。)。
[Initial charge / discharge]
For the lithium ion secondary batteries of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1, the initial charge / discharge was performed by the following method. First, under an environment of 25 ° C., constant current charging was performed up to an upper limit voltage of 4.2 V at a current value of 0.1 C, and then constant voltage charging was performed at 4.2 V. The charge termination condition was a current value of 0.01C. Thereafter, a constant current discharge at a final voltage of 2.5 V was performed at a current value of 0.1 C. This charge / discharge cycle was repeated three times ("C" used as a unit of the current value means "current value (A) / battery capacity (Ah)").

[交流インピーダンス測定による抵抗測定(上限電圧4.2V)]
初回充放電後に、実施例1〜3及び比較例1のリチウムイオン二次電池の抵抗を交流インピーダンス測定にて評価した。作製したリチウムイオン電池を25℃の環境下において0.1Cの電流値で定電流充電を上限電圧4.2Vまで行い、続いて4.2Vで定電圧充電を行った。充電終止条件は、電流値0.01Cとした。それらのリチウムイオン二次電池について、25℃の環境下で、10mVの振幅で20mHz〜200kHzの周波数範囲で交流インピーダンス測定装置(1260型、Solartron社製)を用いて抵抗を測定した。測定結果を図3に示す。
[Resistance measurement by AC impedance measurement (upper limit voltage 4.2V)]
After the initial charge and discharge, the resistance of the lithium ion secondary batteries of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 was evaluated by AC impedance measurement. The prepared lithium ion battery was subjected to constant current charging at a current value of 0.1 C up to an upper limit voltage of 4.2 V in a 25 ° C. environment, followed by constant voltage charging at 4.2 V. The charge termination condition was a current value of 0.01C. The resistance of these lithium ion secondary batteries was measured in an environment of 25 ° C. with an amplitude of 10 mV and a frequency range of 20 mHz to 200 kHz using an AC impedance measurement device (Type 1260, manufactured by Solartron). FIG. 3 shows the measurement results.

図3に示すように、化合物A及び化合物Bを所定量含む負極を適用した実施例1〜3のリチウムイオン二次電池は、化合物A又は化合物Bを含まない負極を適用した比較例1のリチウムイオン二次電池と比較して、抵抗が低かった。このメカニズムは必ずしも明らかではないが、化合物A及び化合物Bが負極上で低抵抗な被膜を形成したために、電池の抵抗が低減したと考えられる。   As shown in FIG. 3, the lithium ion secondary batteries of Examples 1 to 3 using the negative electrodes containing a predetermined amount of the compound A and the compound B are the lithium ion secondary batteries of Comparative Example 1 using the negative electrode not containing the compound A or the compound B. The resistance was lower than that of the ion secondary battery. Although this mechanism is not always clear, it is considered that the resistance of the battery was reduced because the compound A and the compound B formed a low-resistance film on the negative electrode.

1…非水電解液二次電池(電気化学デバイス)、6…正極、7…セパレータ、8…負極。   1: Non-aqueous electrolyte secondary battery (electrochemical device), 6: Positive electrode, 7: Separator, 8: Negative electrode.

Claims (10)

負極集電体と負極合剤層とを備え、
前記負極合剤層は下記式(1)で表される化合物を含有する、負極。
Figure 2020004542

[式(1)中、R〜Rは、それぞれ独立に、アルキル基又はフッ素原子を示し、Rはアルキレン基を示し、Rは、硫黄原子を含む有機基を示す。]
Comprising a negative electrode current collector and a negative electrode mixture layer,
The negative electrode, wherein the negative electrode mixture layer contains a compound represented by the following formula (1).
Figure 2020004542

[In the formula (1), R 1 to R 3 each independently represent an alkyl group or a fluorine atom, R 4 represents an alkylene group, and R 5 represents an organic group containing a sulfur atom. ]
前記式(1)で表される化合物1分子中のケイ素原子の数は1個である、請求項1に記載の負極。   The negative electrode according to claim 1, wherein the number of silicon atoms in one molecule of the compound represented by the formula (1) is one. 前記Rは、下記式(2)、式(3)又は式(4)のいずれかで表される基である、請求項1又は2に記載の負極。
Figure 2020004542

[式(2)中、Rはアルキル基を示し、*は結合手を示す。]
Figure 2020004542

[式(3)中、Rはアルキル基を示し、*は結合手を示す。]
Figure 2020004542

[式(4)中、Rはアルキル基を示し、*は結合手を示す。]
3. The negative electrode according to claim 1, wherein R 5 is a group represented by any of the following formulas (2), (3), and (4). 4.
Figure 2020004542

[In the formula (2), R 6 represents an alkyl group, and * represents a bond. ]
Figure 2020004542

[In the formula (3), R 7 represents an alkyl group, and * represents a bond. ]
Figure 2020004542

[In the formula (4), R 8 represents an alkyl group, and * represents a bond. ]
前記R〜Rの少なくとも1つはフッ素原子である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の負極。 The negative electrode according to claim 1, wherein at least one of R 1 to R 3 is a fluorine atom. 前記式(1)で表される化合物の含有量は、前記負極合剤層全量を基準として10質量%以下である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の負極。   The negative electrode according to any one of claims 1 to 4, wherein the content of the compound represented by the formula (1) is 10% by mass or less based on the total amount of the negative electrode mixture layer. 前記負極合剤層は炭素材料を更に含有する、請求項1〜5のいずれか一項に記載の負極。   The negative electrode according to any one of claims 1 to 5, wherein the negative electrode mixture layer further contains a carbon material. 前記炭素材料は黒鉛を含有する、請求項6に記載の負極。   The negative electrode according to claim 6, wherein the carbon material contains graphite. 前記負極合剤層は、ケイ素及びスズからなる群の少なくとも1種の元素を含む無機材料を更に含有する、請求項1〜7のいずれか一項に記載の負極。   The negative electrode according to any one of claims 1 to 7, wherein the negative electrode mixture layer further contains an inorganic material containing at least one element selected from the group consisting of silicon and tin. 正極と、請求項1〜8のいずれか一項に記載の負極と、電解液と、を備える電気化学デバイス。   An electrochemical device comprising a positive electrode, the negative electrode according to any one of claims 1 to 8, and an electrolytic solution. 前記電気化学デバイスは、非水電解液二次電池又はキャパシタである、請求項9に記載の電気化学デバイス。
The electrochemical device according to claim 9, wherein the electrochemical device is a non-aqueous electrolyte secondary battery or a capacitor.
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