JP2020043000A - Electrolyte and lithium ion secondary battery - Google Patents

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佑介 杉山
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隆弘 杉岡
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Takashi Mori
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Abstract

To provide a new lithium ion secondary battery with excellent battery characteristics.SOLUTION: A lithium ion secondary battery includes a negative electrode including a Si-containing negative electrode active material, and an electrolyte solution including an electrolyte and a 6-membered cyclic ether that is optionally substituted with an alkyl group, and a second ether having a higher relative dielectric constant than the 6-membered ring cyclic ether in a range in which (volume of the second ether)/(volume of 6-membered cyclic ether)≤3/7 is satisfied.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、蓄電装置に用いられる電解液、及び、当該電解液を備えるリチウムイオン二次電池に関するものである。   The present invention relates to an electrolytic solution used for a power storage device and a lithium ion secondary battery including the electrolytic solution.

一般に、二次電池等の蓄電装置は、主な構成要素として、正極、負極及び電解液を備える。そして、負極には、充放電に関与する負極活物質が具備されている。産業界からは蓄電装置の高容量化が求められており、その対応として、各種の技術が検討されている。具体的な高容量化技術の一つに、蓄電装置の負極活物質として、リチウムなどの電荷担体の吸蔵能力に優れるSiを含有するSi含有負極活物質を採用することが知られている。   In general, a power storage device such as a secondary battery includes a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte as main components. The negative electrode is provided with a negative electrode active material involved in charge and discharge. The industry has been demanding an increase in the capacity of a power storage device, and various technologies are being studied to meet the demand. As one of specific technologies for increasing the capacity, it has been known to employ a Si-containing negative electrode active material containing Si, which has an excellent ability to occlude charge carriers such as lithium, as a negative electrode active material of a power storage device.

例えば、特許文献1及び特許文献2には、負極活物質がSiOであるリチウムイオン二次電池が記載されている。   For example, Patent Literature 1 and Patent Literature 2 describe a lithium ion secondary battery in which a negative electrode active material is SiO.

特許文献3には、CaSiを酸と反応させてCaを除去した層状ポリシランを主成分とする層状シリコン化合物を合成し、当該層状シリコン化合物を300℃以上で加熱して水素を離脱させたシリコン材料を製造したこと、及び、当該シリコン材料を負極活物質として具備するリチウムイオン二次電池が記載されている。 Patent Document 3 discloses a silicon obtained by synthesizing a layered silicon compound containing a layered polysilane whose main component is Ca by removing Ca by reacting CaSi 2 with an acid and heating the layered silicon compound at 300 ° C. or more to release hydrogen. It describes that the material was manufactured, and a lithium ion secondary battery including the silicon material as a negative electrode active material.

蓄電装置に用いられる一般的な電解液は電解質及び非水溶媒を含有する。ここで、電解質としてはLiPFを採用するのが一般的であり、非水溶媒としてはエチルメチルカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネートなどの鎖状カーボネート及びエチレンカーボネートなどの環状カーボネートを併用するのが一般的である。実際に、特許文献1〜特許文献3には、電解質としてLiPFを採用し、非水溶媒としてエチルメチルカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネートなどの鎖状カーボネート及び環状カーボネートであるエチレンカーボネートを併用した電解液を備えるリチウムイオン二次電池が具体的に記載されている。 A common electrolytic solution used for a power storage device contains an electrolyte and a non-aqueous solvent. Here, LiPF 6 is generally used as the electrolyte, and a chain carbonate such as ethyl methyl carbonate, dimethyl carbonate and diethyl carbonate and a cyclic carbonate such as ethylene carbonate are generally used in combination as the non-aqueous solvent. It is a target. In fact, Patent Literatures 1 to 3 employ LiPF 6 as an electrolyte and use a non-aqueous solvent in combination with a chain carbonate such as ethyl methyl carbonate, dimethyl carbonate, and diethyl carbonate, and ethylene carbonate that is a cyclic carbonate. A lithium ion secondary battery comprising a liquid is specifically described.

また、非水溶媒の一部として、フルオロエチレンカーボネートやジフルオロエチレンカーボネートなどのフッ素含有環状カーボネートを採用することも知られている。実際に特許文献4には、Si含有負極活物質を備える二次電池における電解液の非水溶媒として、フルオロエチレンカーボネートやジフルオロエチレンカーボネートなどのフッ素含有環状カーボネートを用いることで、二次電池の容量維持率が好適化したことが記載されている(表17を参照。)。   It is also known that a fluorine-containing cyclic carbonate such as fluoroethylene carbonate and difluoroethylene carbonate is used as a part of the non-aqueous solvent. In fact, Patent Document 4 discloses that the capacity of a secondary battery is increased by using a fluorine-containing cyclic carbonate such as fluoroethylene carbonate or difluoroethylene carbonate as a nonaqueous solvent for an electrolyte in a secondary battery including a Si-containing negative electrode active material. It is stated that the retention was optimized (see Table 17).

特開2015−185509号公報JP 2015-185509 A 特開2015−179625号公報JP 2015-179625 A 国際公開第2014/080608号International Publication No. 2014/080608 特開2009−32492号公報JP 2009-32492 A

産業界からは、電池特性に優れるリチウムイオン二次電池が求められている。
本発明はかかる事情に鑑みて為されたものであり、電池特性に優れる新たなリチウムイオン二次電池を提供することを目的とする。
The industry demands a lithium ion secondary battery having excellent battery characteristics.
The present invention has been made in view of such circumstances, and has as its object to provide a new lithium ion secondary battery having excellent battery characteristics.

本発明者は、Si含有負極活物質を備えるリチウムイオン二次電池の電池特性、特に容量維持率をさらに向上させるための技術について検討した。   The present inventors have studied a technique for further improving the battery characteristics, particularly the capacity retention of a lithium ion secondary battery including a Si-containing negative electrode active material.

本発明者は、Si含有負極活物質を備えるリチウムイオン二次電池の容量維持率を向上させるためには、Si含有負極活物質の劣化を防止することが必要であると考えた。そして、従来、一般的に使用されていたカーボネート系の溶媒が、Si含有負極活物質の劣化の原因の一つではないかと考えた。その理由は以下のとおりである。   The present inventor has considered that it is necessary to prevent the deterioration of the Si-containing negative electrode active material in order to improve the capacity retention rate of the lithium ion secondary battery including the Si-containing negative electrode active material. Then, it was considered that a carbonate-based solvent generally used in the past was one of the causes of deterioration of the Si-containing negative electrode active material. The reason is as follows.

カーボネート系の溶媒は、負極表面での還元分解にて、負極の表面にSEI(Solid Electrolyte Interphase)被膜を形成することが知られている。SEI被膜は、負極活物質と電解液との直接接触を防止できるが、カーボネート系の溶媒を原料として生成されたSEI被膜には、CO基が存在すると考えられる。そして、当該CO基の酸素がSi含有負極活物質を酸化すると推定される。また、Si含有負極活物質は、充放電時の膨張及び収縮の程度が大きいため、SEI被膜が破壊されて、SEI被膜で被覆されていない新たな箇所(以下、かかる箇所を「新生面」という。)が生じ得る。ここで、新生面におけるSi含有負極活物質がカーボネート系の溶媒と接触することで、Si含有負極活物質が酸化することが懸念される。 It is known that a carbonate-based solvent forms a SEI (Solid Electrolyte Interphase) film on the surface of the negative electrode by reductive decomposition on the surface of the negative electrode. Although the SEI film can prevent direct contact between the negative electrode active material and the electrolytic solution, it is considered that the SEI film generated from a carbonate-based solvent as a raw material has a CO 3 group. Then, it is estimated that the CO 3 -based oxygen oxidizes the Si-containing negative electrode active material. In addition, since the Si-containing negative electrode active material has a large degree of expansion and contraction during charge and discharge, the SEI film is broken, and a new portion not covered with the SEI film (hereinafter, such a portion is referred to as a “new surface”). ) Can occur. Here, there is a concern that the Si-containing negative electrode active material on the new surface may be oxidized by contact with the carbonate-based solvent.

そこで、本発明者は、電解液の非水溶媒として、負極表面での還元分解が生じ難く、酸化能力も低いと考えられるエーテルを採用することを指向した。しかし、具体的なエーテルとしてテトラヒドロフランを採用したところ、リチウムイオン二次電池の容量維持率は悪化した。   Then, the present inventor aimed to adopt, as the non-aqueous solvent of the electrolytic solution, an ether which is unlikely to undergo reductive decomposition on the negative electrode surface and is considered to have low oxidizing ability. However, when tetrahydrofuran was employed as a specific ether, the capacity retention of the lithium ion secondary battery deteriorated.

本発明者は、テトラヒドロフランによる不具合は、テトラヒドロフランにおけるラジカル発生に関連があるのではないかと考えた。一般に、酸素とアルキル鎖で挟まれたCH基においては、隣接する酸素と隣接するアルキル鎖が及ぼす隣接基相互作用に因り、ラジカルが安定化されるため、ラジカルが生じ易いと考えられている。テトラヒドロフランにおいては、2位のCH基が最もラジカルが生じ易い箇所である。 The present inventor thought that the problem caused by tetrahydrofuran might be related to radical generation in tetrahydrofuran. Generally, in a CH 2 group sandwiched between oxygen and an alkyl chain, radicals are considered to be easily generated because radicals are stabilized due to adjacent group interaction exerted by adjacent oxygen and adjacent alkyl chains. . In tetrahydrofuran, the CH 2 group at the 2-position is where the radical is most likely to be generated.

そこで、本発明者は、テトラヒドロフランよりもラジカル発生し難いと考えられるエーテルを探索したところ、6員環の環状エーテルである4−メチルテトラヒドロピランにたどり着いた。そして、電解液の非水溶媒として4−メチルテトラヒドロピランを採用したリチウムイオン二次電池を製造し、試験したところ、好適な電池特性を示すことが確認された。
ただし、電解質としてLiPFを採用した場合は、不具合が生じることも知見した。
Then, the present inventor searched for an ether which is considered to be less likely to generate a radical than tetrahydrofuran, and arrived at 4-methyltetrahydropyran which is a 6-membered cyclic ether. Then, a lithium ion secondary battery employing 4-methyltetrahydropyran as a non-aqueous solvent for the electrolyte was manufactured and tested, and it was confirmed that the battery exhibited suitable battery characteristics.
However, it has also been found that when LiPF 6 is employed as the electrolyte, a problem occurs.

ここで本発明者は、電解質としてLiPFを採用した場合の不具合の原因が、6員環の環状エーテルである4−メチルテトラヒドロピランは比誘電率が低いため、LiPFのリチウムイオンと十分に配位できておらず、その結果、電解液中においてリチウムイオンの移動が円滑に行われていないことにあるのではないかと考えた。 Here the present inventors have defects caused in the case of adopting the LiPF 6 as electrolyte, because is the cyclic ether 6-membered ring 4-methyl tetrahydropyran low dielectric constant, sufficiently lithium ion LiPF 6 It was thought that coordination could not be performed, and as a result, lithium ions could not be moved smoothly in the electrolyte.

そこで、本発明者は、6員環の環状エーテルである4−メチルテトラヒドロピランを主溶媒とし、4−メチルテトラヒドロピランよりも比誘電率の高い1,2−ジメトキシエタンを副溶媒とした混合溶媒に、LiPFを溶解した電解液を製造して、当該電解液を備えるリチウムイオン二次電池を試験したところ、好適な電池特性を示すことを知見した。 Therefore, the present inventor has proposed a mixed solvent using 4-methyltetrahydropyran which is a 6-membered cyclic ether as a main solvent and 1,2-dimethoxyethane having a higher dielectric constant than 4-methyltetrahydropyran as an auxiliary solvent. Then, an electrolytic solution in which LiPF 6 was dissolved was produced, and a lithium ion secondary battery including the electrolytic solution was tested. As a result, it was found that the lithium ion secondary battery exhibited suitable battery characteristics.

これらの知見に基づき、本発明は完成された。   The present invention has been completed based on these findings.

本発明のリチウムイオン二次電池は、
Si含有負極活物質を具備する負極と、
電解質、並びに、アルキル基で置換されていてもよい6員環の環状エーテル、及び、前記6員環の環状エーテルよりも比誘電率が高い第2エーテルを、(前記第2エーテルの体積)/(前記6員環の環状エーテルの体積)≦3/7を満足する範囲内で含有する電解液と、を備えることを特徴とする。
The lithium ion secondary battery of the present invention,
A negative electrode comprising a Si-containing negative electrode active material;
An electrolyte, a 6-membered cyclic ether which may be substituted with an alkyl group, and a second ether having a higher relative dielectric constant than the 6-membered cyclic ether are obtained by (volume of the second ether) / (Volume of the 6-membered cyclic ether) ≦ 3/7.

本発明のリチウムイオン二次電池は電池特性、特に容量維持率に優れる。   The lithium ion secondary battery of the present invention is excellent in battery characteristics, particularly, capacity retention.

以下に、本発明を実施するための形態を説明する。なお、特に断らない限り、本明細書に記載された数値範囲「a〜b」は、下限a及び上限bをその範囲に含む。そして、これらの上限値及び下限値、ならびに実施例中に列記した数値も含めてそれらを任意に組み合わせることで数値範囲を構成し得る。さらに、これらの数値範囲内から任意に選択した数値を、新たな上限や下限の数値とすることができる。   Hereinafter, embodiments for implementing the present invention will be described. Unless otherwise specified, the numerical range “ab” described in this specification includes the lower limit a and the upper limit b. A numerical range can be formed by arbitrarily combining these upper and lower limits and the numerical values listed in the examples. Further, numerical values arbitrarily selected from within these numerical ranges can be set as new upper and lower numerical values.

本発明のリチウムイオン二次電池は、
Si含有負極活物質を具備する負極と、
電解質、並びに、アルキル基で置換されていてもよい6員環の環状エーテル、及び、前記6員環の環状エーテルよりも比誘電率が高い第2エーテルを、(前記第2エーテルの体積)/(前記6員環の環状エーテルの体積)≦3/7を満足する範囲内で含有する電解液(以下、本発明の電解液という。)と、を備えることを特徴とする。
The lithium ion secondary battery of the present invention,
A negative electrode comprising a Si-containing negative electrode active material;
An electrolyte, a 6-membered cyclic ether which may be substituted with an alkyl group, and a second ether having a higher relative dielectric constant than the 6-membered cyclic ether are obtained by (volume of the second ether) / (Volume of the 6-membered cyclic ether) ≦ 3/7 (hereinafter referred to as the “electrolyte of the present invention”).

まず、本発明の電解液について説明する。
電解質としては、リチウムイオン二次電池の電解質として使用できるものであれば限定されない。電解質は1種類でもよいし、複数種類を併用してもよい。
具体的な電解質として、LiClO、LiAsF、ホウ酸リチウム塩、スルホンイミドリチウム塩、スルホン酸リチウム塩及びリン酸リチウム塩を例示できる。ホウ酸リチウム塩、スルホンイミドリチウム塩、スルホン酸リチウム塩及びリン酸リチウム塩としては、分子内にフッ素を含有するものが好ましい。
First, the electrolytic solution of the present invention will be described.
The electrolyte is not limited as long as it can be used as an electrolyte of a lithium ion secondary battery. One type of electrolyte may be used, or a plurality of types may be used in combination.
Specific examples of the electrolyte include LiClO 4 , LiAsF 6 , lithium borate, lithium sulfonimide, lithium sulfonate, and lithium phosphate. As the lithium borate, lithium sulfonimide, lithium sulfonate, and lithium phosphate, those containing fluorine in the molecule are preferable.

ホウ酸リチウム塩として、一般式(1)のホウ酸リチウム塩を例示できる。
一般式(1) LiBF4−m−2×l(C
一般式(1)において、mは0、1、2、3、4のいずれかである。lは0、1、2のいずれかである。RはCである。n、a、bはそれぞれ独立に0以上の整数であり、2n+1=a+bを満たす。
Examples of the lithium borate salt include a lithium borate salt of the general formula (1).
General formula (1) LiBF 4-m-2 × l R m (C 2 O 4 ) 1
In the general formula (1), m is 0, 1, 2, 3, or 4. l is 0, 1, or 2. R is C n H a F b. n, a, and b are each independently an integer of 0 or more, and satisfy 2n + 1 = a + b.

スルホンイミドリチウム塩として一般式(2)のスルホンイミドリチウム塩を例示できる。
一般式(2) (RSONLi
一般式(2)において、Rは、それぞれ独立に、Cである。n、a、bはそれぞれ独立に0以上の整数であり、2n+1=a+bを満たす。また、2つのRは、互いに結合して環を形成しても良く、その場合は、2n=a+bを満たす。
As the sulfonimide lithium salt, a sulfonimide lithium salt of the general formula (2) can be exemplified.
General formula (2) (RSO 2 ) 2 NLi
In the general formula (2), R is each independently a C n H a F b. n, a, and b are each independently an integer of 0 or more, and satisfy 2n + 1 = a + b. Two Rs may be bonded to each other to form a ring, in which case 2n = a + b is satisfied.

スルホン酸リチウム塩として一般式(3)のスルホン酸リチウム塩を例示できる。
一般式(3) RSOLi
一般式(3)において、RはCである。n、a、bはそれぞれ独立に0以上の整数であり、2n+1=a+bを満たす。
As the lithium sulfonate, a lithium sulfonate of the general formula (3) can be exemplified.
General formula (3) RSO 3 Li
In the general formula (3), R is C n H a F b. n, a, and b are each independently an integer of 0 or more, and satisfy 2n + 1 = a + b.

リン酸リチウム塩として、一般式(4)のリン酸リチウム塩を例示できる。
一般式(4) LiPF6−m−2×l
一般式(1)において、mは0、1、2、3、4、5、6のいずれかである。lは0、1、2のいずれかである。RはCである。n、a、bはそれぞれ独立に0以上の整数であり、2n+1=a+bを満たす。
As the lithium phosphate, a lithium phosphate of the general formula (4) can be exemplified.
General formula (4) LiPF 6-m-2 × l R m O l
In the general formula (1), m is any one of 0, 1, 2, 3, 4, 5, and 6. l is 0, 1, or 2. R is C n H a F b. n, a, and b are each independently an integer of 0 or more, and satisfy 2n + 1 = a + b.

一般式(1)、一般式(2)、一般式(3)及び一般式(4)において、nは0、1、2、3、4、5、6のいずれかが好ましい。また、aは0、1、2のいずれかが好ましい。   In the general formulas (1), (2), (3) and (4), n is preferably 0, 1, 2, 3, 4, 5, or 6. A is preferably 0, 1, or 2.

ホウ酸リチウム塩としては、具体的に、LiBF、LiBF(CHF)、LiBF(CF)、LiBF(C)、LiBF(C)、LiBF(CF、LiB(C、LiBF(C)を例示できる。 As the lithium borate salt, specifically, LiBF 4 , LiBF 3 (CHF 2 ), LiBF 3 (CF 3 ), LiBF 3 (C 2 F 5 ), LiBF 3 (C 3 F 7 ), LiBF 2 (CF 3 ) 2 , LiB (C 2 O 4 ) 2 , and LiBF 2 (C 2 O 4 ).

スルホンイミドリチウム塩としては、具体的に、(FSONLi、(CFSONLi、(CSONLi、FSO(CFSO)NLi、FSO(CSO)NLi、(SOCFCFSO)NLi、(SOCFCFCFSO)NLi、FSO(CHSO)NLi、FSO(CSO)NLiを例示できる。 Specific examples of the sulfonimide lithium salt include (FSO 2 ) 2 NLi, (CF 3 SO 2 ) 2 NLi, (C 2 F 5 SO 2 ) 2 NLi, FSO 2 (CF 3 SO 2 ) NLi, and FSO 2 (C 2 F 5 SO 2 ) NLi, (SO 2 CF 2 CF 2 SO 2 ) NLi, (SO 2 CF 2 CF 2 CF 2 SO 2 ) NLi, FSO 2 (CH 3 SO 2 ) NLi, FSO 2 (C 2 H 5 SO 2) NLi it can be exemplified.

スルホン酸リチウム塩としては、具体的に、FSOLi、CFSOLi、CSOLi、CSOLi、CSOLi、C11SOLi、C13SOLi、CHSOLi、CSOLi、CSOLi、CFCHSOLi、CFSOLiを例示できる。 Specific examples of the lithium sulfonate include FSO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, C 2 F 5 SO 3 Li, C 3 F 7 SO 3 Li, C 4 F 9 SO 3 Li, and C 5 F 11 SO. 3 Li, C 6 F 13 SO 3 Li, CH 3 SO 3 Li, C 2 H 5 SO 3 Li, C 3 H 7 SO 3 Li, CF 3 CH 2 SO 3 Li, CF 3 C 2 H 4 SO 3 Li Can be exemplified.

リン酸リチウム塩としては、具体的に、LiPF、LiPF(CF)、LiPF(CF、LiPF(CF、LiPOF、LiPOを例示できる。 Specific examples of the lithium phosphate include LiPF 6 , LiPF 5 (CF 3 ), LiPF 4 (CF 3 ) 2 , LiPF 3 (CF 3 ) 3 , LiPOF 4 , and LiPO 2 F 2 .

本発明の電解液における電解質全体の濃度範囲又は個別の電解質の濃度範囲としては、0.3〜4mol/L、0.5〜3mol/L、1〜2.5mol/L、1.3〜2mol/L、1.4〜1.6mol/Lを例示できる。   The concentration range of the entire electrolyte or the concentration range of the individual electrolyte in the electrolytic solution of the present invention is 0.3 to 4 mol / L, 0.5 to 3 mol / L, 1 to 2.5 mol / L, 1.3 to 2 mol. / L, 1.4 to 1.6 mol / L.

本発明の電解液に含有される、6員環の環状エーテルは、ラジカルを発生し難いと考えられる。その理由は以下のとおりである。   It is considered that the 6-membered cyclic ether contained in the electrolytic solution of the present invention hardly generates a radical. The reason is as follows.

6員環の環状エーテルにおいて最もラジカルを発生しやすい箇所、換言すれば、最も水素ラジカルが離脱しやすい炭素は、6員環の環状エーテルを構成する炭素のうち、エーテルの酸素に隣接する炭素であるといえる。   In the 6-membered ring cyclic ether, the site where a radical is most likely to be generated, in other words, the carbon from which the hydrogen radical is most likely to be eliminated is the carbon adjacent to the ether oxygen among the carbons constituting the 6-membered ring cyclic ether. It can be said that there is.

6員環の環状エーテルには、熱エネルギー的に安定なchair−formやboat−formなどの立体配座が存在する。そして、各立体配座を相互に変換することもできる。かかる立体配座は、環を構成する炭素がsp混成軌道を有していることにより、形成される。
しかし、ラジカルが生じた炭素は、それまでのsp混成軌道から、sp混成軌道へと変換する。sp混成軌道における3つの結合は、同一の平面上に存在するのが理想的である。
The 6-membered cyclic ether has a conformation such as a chair-form or a boat-form that is stable in terms of thermal energy. And each conformation can also be converted mutually. Such a conformation is formed when the carbons constituting the ring have sp 3 hybrid orbitals.
However, the radical-produced carbon is converted from the sp 3 hybrid orbital to the sp 2 hybrid orbital. Ideally, the three bonds in the sp 2 hybrid orbital lie on the same plane.

そうすると、6員環の環状エーテルにラジカルが発生した場合には、ラジカルを有する炭素がsp混成軌道を有することになるため、熱エネルギー的に安定なchair−formやboat−formなどの立体配座をとることが出来ず、熱エネルギー的に不安定な立体構造にならざるを得ない。
かかる熱エネルギー的に不安定な立体構造が、6員環の環状エーテルをラジカル化するためのエネルギー障壁となっていると考えられる。
Then, when a radical is generated in the 6-membered cyclic ether, the carbon having the radical has an sp 2 hybridized orbital, and thus a steric configuration such as a heat-energy stable carbon-form or a boat-form. It cannot take a seat and must be in a three-dimensional structure that is unstable in terms of thermal energy.
It is considered that such a three-dimensional structure unstable in terms of thermal energy is an energy barrier for radicalizing a six-membered cyclic ether.

アルキル基で置換されていてもよい6員環の環状エーテルとしては、環を構成する6元素のうち5つが炭素であり、1つが酸素のものが好ましい。
6員環の炭素に結合し得るアルキル基としては、炭素数1〜6のものが好ましく、炭素数1〜4のものがより好ましく、炭素数1〜2のものがさらに好ましい。
As the cyclic ether of a 6-membered ring which may be substituted with an alkyl group, one in which five of the six elements constituting the ring are carbon and one is oxygen is preferred.
The alkyl group capable of bonding to the carbon of the 6-membered ring preferably has 1 to 6 carbon atoms, more preferably has 1 to 4 carbon atoms, and still more preferably has 1 to 2 carbon atoms.

6員環の炭素に結合し得るアルキル基は、エーテルの酸素に隣接しない炭素に結合するのが好ましい。
エーテルの酸素に隣接する炭素にアルキル基が結合した場合には、当該炭素はO−CH(アルキル基)−CHとの構造になる。ここで、酸素とアルキル鎖で挟まれたCH基においては、隣接する酸素と隣接するアルキル鎖が及ぼす隣接基相互作用に因り、ラジカルが安定化されるため、ラジカルが生じ易いと考えられている。よって、エーテルの酸素に隣接する炭素にアルキル基が結合した6員環の環状エーテルは、比較的ラジカルが発生しやすいと推定される。
The alkyl group that can be bonded to the carbon of the 6-membered ring is preferably bonded to a carbon that is not adjacent to the oxygen of the ether.
If the alkyl group in the carbon adjacent to the oxygen of the ether are attached are the carbon resulting in the structure of the O-CH (alkyl) -CH 2. Here, in a CH group sandwiched between oxygen and an alkyl chain, radicals are considered to be easily generated because radicals are stabilized due to adjacent group interactions exerted by adjacent oxygen and adjacent alkyl chains. . Therefore, it is presumed that a 6-membered cyclic ether in which an alkyl group is bonded to carbon adjacent to the oxygen of the ether is relatively easy to generate a radical.

第2エーテルは、使用されるアルキル基で置換されていてもよい6員環の環状エーテルよりも比誘電率が高いエーテルであれば限定されない。第2エーテルは比誘電率が高く、極性が高いため、電解質と好適に配位して、リチウムイオンの移動を促進できると推定される。   The second ether is not limited as long as it has a higher dielectric constant than the cyclic ether of the 6-membered ring which may be substituted with the alkyl group used. Since the second ether has a high relative permittivity and a high polarity, it is presumed that the second ether can suitably coordinate with the electrolyte to promote the movement of lithium ions.

主なエーテルの比誘電率を表1に示す。   Table 1 shows the relative dielectric constants of the main ethers.

Figure 2020043000
Figure 2020043000

6員環の環状エーテルとしてテトラヒドロピラン骨格を有するものを採用した場合には、第2エーテルとして、1,2−ジアルコキシエタン、テトラヒドロフラン骨格を有するエーテル、又は、1,3−ジオキソラン骨格を有するエーテルを採用するのが好ましいといえる。   When a cyclic ether having a tetrahydropyran skeleton is employed as the 6-membered cyclic ether, a 1,2-dialkoxyethane, an ether having a tetrahydrofuran skeleton, or an ether having a 1,3-dioxolane skeleton is used as the second ether. It can be said that it is preferable to employ.

本発明の電解液においては、アルキル基で置換されていてもよい6員環の環状エーテル、及び、前記6員環の環状エーテルよりも比誘電率が高い第2エーテルを、(前記第2エーテルの体積)/(前記6員環の環状エーテルの体積)≦3/7を満足する範囲内で含有する。
(前記第2エーテルの体積)/(前記6員環の環状エーテルの体積)の値が3/7を超えると、電池特性が劣化する場合がある。
(前記第2エーテルの体積)/(前記6員環の環状エーテルの体積)=rの好適な範囲としては、0.5/9.5≦r≦2.5/7.5や1/9≦r≦2/8を例示できる。
In the electrolytic solution of the present invention, a 6-membered cyclic ether which may be substituted with an alkyl group, and a second ether having a higher relative dielectric constant than the 6-membered cyclic ether may be used (the second ether). ) / (Volume of the 6-membered cyclic ether) ≦ 3/7.
If the value of (volume of the second ether) / (volume of the 6-membered cyclic ether) exceeds 3/7, the battery characteristics may be deteriorated.
The preferable range of (volume of the second ether) / (volume of the cyclic ether having the 6-membered ring) = r is 0.5 / 9.5 ≦ r ≦ 2.5 / 7.5 or 1/9. ≦ r ≦ 2/8.

本発明の電解液には、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、6員環の環状エーテル及び第2エーテル以外の公知の非水溶媒を併用してもよい。本発明の電解液に含まれる非水溶媒全体に対する6員環の環状エーテル及び第2エーテルの合計の割合として、50〜100体積%、70〜100体積%、90〜100体積%、50〜100質量%、70〜100質量%、90〜100質量%、50〜100モル%、70〜100モル%、90〜100モル%を例示できる。   A known non-aqueous solvent other than the 6-membered cyclic ether and the second ether may be used in combination with the electrolytic solution of the present invention without departing from the spirit of the present invention. The total ratio of the 6-membered cyclic ether and the second ether to the total non-aqueous solvent contained in the electrolytic solution of the present invention is 50 to 100% by volume, 70 to 100% by volume, 90 to 100% by volume, 50 to 100% by volume. Mass%, 70 to 100 mass%, 90 to 100 mass%, 50 to 100 mol%, 70 to 100 mol%, 90 to 100 mol%.

本発明の電解液には、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、公知の添加剤を配合してもよい。   Known additives may be added to the electrolytic solution of the present invention without departing from the spirit of the present invention.

次に、本発明のリチウムイオン二次電池を具体的に特定する、本発明の電解液以外の事項を説明する。本発明のリチウムイオン二次電池は、具体的には、本発明の電解液と、Si含有負極活物質を具備する負極と、正極と、セパレータを備える。負極の具体的な態様は、集電体と、集電体の表面に形成された負極活物質層とを具備する。そして、負極活物質層には、Si含有負極活物質が含有される。   Next, matters other than the electrolytic solution of the present invention, which specifically specify the lithium ion secondary battery of the present invention, will be described. Specifically, the lithium ion secondary battery of the present invention includes the electrolytic solution of the present invention, a negative electrode including the Si-containing negative electrode active material, a positive electrode, and a separator. A specific embodiment of the negative electrode includes a current collector and a negative electrode active material layer formed on a surface of the current collector. The negative electrode active material layer contains a Si-containing negative electrode active material.

集電体は、リチウムイオン二次電池の放電又は充電の間、電極に電流を流し続けるための化学的に不活性な電子伝導体をいう。集電体の材料は、使用する活物質に適した電圧に耐え得る金属であれば特に制限はない。集電体の材料としては、銀、銅、金、アルミニウム、タングステン、コバルト、亜鉛、ニッケル、鉄、白金、錫、インジウム、チタン、ルテニウム、タンタル、クロム、モリブデンから選ばれる少なくとも一種、並びにステンレス鋼などの金属材料を例示することができる。集電体は公知の保護層で被覆されていても良い。集電体の表面を公知の方法で処理したものを集電体として用いても良い。   The current collector refers to a chemically inert electronic conductor for continuously supplying current to the electrodes during discharging or charging of the lithium ion secondary battery. The material of the current collector is not particularly limited as long as the metal can withstand a voltage suitable for the active material to be used. As the material of the current collector, at least one selected from silver, copper, gold, aluminum, tungsten, cobalt, zinc, nickel, iron, platinum, tin, indium, titanium, ruthenium, tantalum, chromium, molybdenum, and stainless steel And other metal materials. The current collector may be covered with a known protective layer. A current collector whose surface has been treated by a known method may be used as the current collector.

集電体は箔、シート、フィルム、線状、棒状、メッシュなどの形態をとることができる。そのため、集電体として、例えば、銅箔、ニッケル箔、アルミニウム箔、ステンレス箔などの金属箔を好適に用いることができる。集電体が箔、シート、フィルム形態の場合は、その厚みが1μm〜100μmの範囲内であることが好ましい。   The current collector may be in the form of a foil, a sheet, a film, a line, a bar, a mesh, or the like. Therefore, for example, a metal foil such as a copper foil, a nickel foil, an aluminum foil, and a stainless steel foil can be suitably used as the current collector. When the current collector is in the form of a foil, sheet, or film, the thickness is preferably in the range of 1 μm to 100 μm.

負極活物質層は、Si含有負極活物質、並びに必要に応じて結着剤及び導電助剤を含む。なお、負極活物質層には、Si含有負極活物質以外の公知の負極活物質を含んでもよい。   The negative electrode active material layer contains a Si-containing negative electrode active material and, if necessary, a binder and a conductive auxiliary. The negative electrode active material layer may include a known negative electrode active material other than the Si-containing negative electrode active material.

Si含有負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵及び放出し得るSi含有材料が使用可能である。   As the Si-containing negative electrode active material, a Si-containing material capable of inserting and extracting lithium ions can be used.

Si含有材料の具体例として、Si単体や、SiO(0.3≦x≦1.6)を例示できる。SiOのxが下限値未満であると、Siの比率が過大になるため、充放電時の体積変化が大きくなりすぎてリチウムイオン二次電池のサイクル特性が低下する場合がある。一方、xが上限値を超えると、Si比率が過小になってエネルギー密度が低下する。xの範囲は0.5≦x≦1.5であるのがより好ましく、0.7≦x≦1.2であるのがさらに好ましい。 Specific examples of the Si-containing material include Si alone and SiO x (0.3 ≦ x ≦ 1.6). If x of SiO x is less than the lower limit, the ratio of Si becomes excessively large, so that the volume change during charging and discharging becomes too large, and the cycle characteristics of the lithium ion secondary battery may be degraded. On the other hand, if x exceeds the upper limit, the Si ratio becomes too small and the energy density decreases. The range of x is more preferably 0.5 ≦ x ≦ 1.5, and even more preferably 0.7 ≦ x ≦ 1.2.

Si含有材料の具体例として、国際公開第2014/080608号などに開示されるシリコン材料(以下、単に「シリコン材料」という。)を挙げることができる。   Specific examples of the Si-containing material include a silicon material disclosed in WO 2014/080608 (hereinafter, simply referred to as “silicon material”).

シリコン材料は、複数枚の板状シリコン体が厚さ方向に積層されてなる構造を有するものである。シリコン材料は、例えば、CaSiと酸とを反応させてポリシランを主成分とする層状シリコン化合物を合成する工程、さらに、当該層状シリコン化合物を300℃以上で加熱して水素を離脱させる工程を経て製造されるものである。 The silicon material has a structure in which a plurality of plate-like silicon bodies are stacked in the thickness direction. The silicon material undergoes, for example, a step of reacting CaSi 2 with an acid to synthesize a layered silicon compound containing polysilane as a main component, and a step of heating the layered silicon compound at 300 ° C. or higher to release hydrogen. It is manufactured.

シリコン材料の製造方法を、酸として塩化水素を用いた場合の理想的な反応式で示すと以下のとおりとなる。
3CaSi+6HCl → Si+3CaCl
Si → 6Si+3H
An ideal reaction formula for a method of manufacturing a silicon material using hydrogen chloride as an acid is as follows.
3CaSi 2 + 6HCl → Si 6 H 6 + 3CaCl 2
Si 6 H 6 → 6Si + 3H 2

ただし、ポリシランであるSiを合成する上段の反応では、副生物や不純物除去の観点から、通常、反応溶媒として水が用いられる。そして、Siは水と反応し得るため、上段の反応を含む層状シリコン化合物を合成する工程において、層状シリコン化合物がSiのみを含むものとして製造されることはほとんどなく、層状シリコン化合物はSi(OH)(Xは酸のアニオン由来の元素若しくは基、s+t+u=6、0<s<6、0<t<6、0<u<6)で表されるものとして製造される。なお、上記の化学式においては、残存し得るCaなどの不可避不純物については、考慮していない。そして、当該層状シリコン化合物を加熱して得られるシリコン材料も、酸素や酸のアニオン由来の元素を含む。 However, in the upper reaction of synthesizing Si 6 H 6 as polysilane, water is usually used as a reaction solvent from the viewpoint of removing by-products and impurities. Since Si 6 H 6 can react with water, in the step of synthesizing the layered silicon compound including the upper reaction, the layered silicon compound is hardly produced as containing only Si 6 H 6 , The silicon compound is represented by Si 6 H s (OH) t X u (X is an element or group derived from an anion of an acid, s + t + u = 6, 0 <s <6, 0 <t <6, 0 <u <6). Manufactured as such. In the above chemical formula, inevitable impurities such as Ca that may remain are not considered. The silicon material obtained by heating the layered silicon compound also contains elements derived from oxygen and anions of acids.

既述のとおり、シリコン材料は、複数枚の板状シリコン体が厚さ方向に積層されてなる構造を有する。リチウムイオンが効率的に吸蔵及び放出されるためには、板状シリコン体は厚さが10nm〜100nmの範囲内のものが好ましく、20nm〜50nmの範囲内のものがより好ましい。板状シリコン体の長手方向の長さは、0.1μm〜50μmの範囲内のものが好ましい。また、板状シリコン体は、(長手方向の長さ)/(厚さ)が2〜1000の範囲内であるのが好ましい。板状シリコン体の積層構造は走査型電子顕微鏡などによる観察で確認できる。また、この積層構造は、原料のCaSiにおけるSi層の名残りであると考えられる。 As described above, the silicon material has a structure in which a plurality of plate-like silicon bodies are stacked in the thickness direction. In order to efficiently store and release lithium ions, the plate-like silicon body preferably has a thickness in the range of 10 nm to 100 nm, more preferably 20 nm to 50 nm. The length in the longitudinal direction of the plate-like silicon body is preferably in the range of 0.1 μm to 50 μm. Moreover, it is preferable that (length in the longitudinal direction) / (thickness) of the plate-shaped silicon body is in the range of 2 to 1,000. The laminated structure of the plate-like silicon body can be confirmed by observation with a scanning electron microscope or the like. This laminated structure is considered to be a remnant of the Si layer in the raw material CaSi 2 .

シリコン材料には、アモルファスシリコン及び/又はシリコン結晶子が含まれるのが好ましい。特に、上記板状シリコン体において、アモルファスシリコンをマトリックスとし、シリコン結晶子が当該マトリックス中に点在している状態が好ましい。シリコン結晶子のサイズは、0.5nm〜300nmの範囲内が好ましく、1nm〜100nmの範囲内がより好ましく、1nm〜50nmの範囲内がさらに好ましく、1nm〜10nmの範囲内が特に好ましい。なお、シリコン結晶子のサイズは、シリコン材料に対してX線回折測定を行い、得られたX線回折チャートのSi(111)面の回折ピークの半値幅を用いたシェラーの式から算出される。   Preferably, the silicon material includes amorphous silicon and / or silicon crystallites. In particular, in the plate-like silicon body, it is preferable that amorphous silicon is used as a matrix and silicon crystallites are scattered in the matrix. The size of the silicon crystallite is preferably in the range of 0.5 nm to 300 nm, more preferably in the range of 1 nm to 100 nm, still more preferably in the range of 1 nm to 50 nm, and particularly preferably in the range of 1 nm to 10 nm. The size of the silicon crystallite is calculated from Scherrer's formula using the half-width of the diffraction peak of the Si (111) plane of the obtained X-ray diffraction chart by performing X-ray diffraction measurement on the silicon material. .

シリコン材料に含まれる板状シリコン体、アモルファスシリコン及びシリコン結晶子の存在量や大きさは、主に加熱温度や加熱時間に左右される。加熱温度は、350℃〜950℃の範囲内が好ましく、400℃〜900℃の範囲内がより好ましい。   The abundance and size of the silicon plate, amorphous silicon, and silicon crystallite contained in the silicon material mainly depend on the heating temperature and the heating time. The heating temperature is preferably in the range of 350C to 950C, more preferably in the range of 400C to 900C.

Si含有負極活物質は、粒子の集合体である粉末状のものが好ましい。Si含有負極活物質の平均粒子径は、1〜30μmの範囲内が好ましく、2〜20μmの範囲内がより好ましい。平均粒子径が小さすぎるSi含有負極活物質を用いると、製造作業が困難になる場合がある。他方、平均粒子径が大きすぎるSi含有負極活物質を用いた負極を具備するリチウムイオン二次電池は、好適な充放電ができない場合がある。
なお、本明細書における平均粒子径とは、一般的なレーザー回折式粒度分布測定装置で試料を測定した場合におけるD50を意味する。
The Si-containing negative electrode active material is preferably in the form of a powder, which is an aggregate of particles. The average particle diameter of the Si-containing negative electrode active material is preferably in the range of 1 to 30 μm, and more preferably in the range of 2 to 20 μm. When a Si-containing negative electrode active material having an average particle diameter that is too small is used, the manufacturing operation may be difficult. On the other hand, a lithium ion secondary battery provided with a negative electrode using a Si-containing negative electrode active material having an average particle diameter that is too large may not be able to suitably charge and discharge.
The average particle diameter herein means a D 50 in the case of measuring a sample in a conventional laser diffraction particle size distribution analyzer.

Si含有負極活物質として、Si含有負極活物質を炭素層で被覆した炭素層被覆−Si含有負極活物質を採用してもよい。炭素層被覆−Si含有負極活物質は、炭素層とSi含有負極活物質とが一体化しているものが好ましい。そのような炭素層被覆−Si含有負極活物質の製造方法としては、Si含有負極活物質及び炭素粉末の混合物に対して、強い圧力を付した上で撹拌して一体化するメカニカルミリング法や、炭素源から生じる炭素をSi含有負極活物質に蒸着させるCVD(chemical vapor deposition)法を例示できる。   As the Si-containing negative electrode active material, a carbon layer-coated Si-containing negative electrode active material in which a Si-containing negative electrode active material is coated with a carbon layer may be employed. The carbon layer-coated Si-containing negative electrode active material is preferably one in which the carbon layer and the Si-containing negative electrode active material are integrated. As a method for producing such a carbon layer coating-Si-containing negative electrode active material, a mechanical milling method of applying a strong pressure to a mixture of a Si-containing negative electrode active material and carbon powder and stirring and integrating the mixture, A CVD (chemical vapor deposition) method in which carbon generated from a carbon source is deposited on a Si-containing negative electrode active material can be exemplified.

Si含有負極活物質の表面を薄い炭素層で均一に被覆できる点から、CVD法が好ましい。そして、CVD法のうち、炭素源である気体状態の有機物を熱で分解して炭素を発生させる熱CVD法が好ましい。   The CVD method is preferred because the surface of the Si-containing negative electrode active material can be uniformly coated with a thin carbon layer. Among the CVD methods, a thermal CVD method in which a gaseous organic substance as a carbon source is decomposed by heat to generate carbon is preferable.

熱CVD法を用いて炭素層被覆−Si含有負極活物質を製造する、熱CVD工程について具体的に説明する。詳細に述べると、熱CVD工程は、非酸化性雰囲気下及び加熱条件下にて、Si含有負極活物質を有機物と接触させて、Si含有負極活物質の表面に有機物が炭素化してなる炭素層を形成させる工程である。熱CVD工程を行う場合には、ホットウォール型、コールドウォール型、横型、縦型などの型式の、流動層反応炉、回転炉、トンネル炉、バッチ式焼成炉、ロータリーキルンなどの公知のCVD装置を用いればよい。   The thermal CVD process for producing the carbon layer-coated Si-containing negative electrode active material using the thermal CVD method will be specifically described. More specifically, in the thermal CVD process, the Si-containing negative electrode active material is brought into contact with an organic substance under a non-oxidizing atmosphere and under heating conditions to form a carbon layer formed by carbonizing the organic substance on the surface of the Si-containing negative electrode active material. Is a step of forming When performing the thermal CVD process, a known CVD device such as a fluidized-bed reaction furnace, a rotary furnace, a tunnel furnace, a batch-type firing furnace, or a rotary kiln of a type such as a hot wall type, a cold wall type, a horizontal type, or a vertical type is used. It may be used.

有機物としては、非酸化性雰囲気下での加熱によって熱分解して炭化し得るものが用いられ、例えば、メタン、エタン、プロパン、ブタン、イソブタン、ペンタン、ヘキサンなどの飽和脂肪族炭化水素、エチレン、プロピレン、アセチレンなどの不飽和脂肪族炭化水素、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノールなどのアルコール類、ベンゼン、トルエン、キシレン、スチレン、エチルベンゼン、ジフェニルメタン、ナフタレン、フェノール、クレゾール、ニトロベンゼン、クロルベンゼン、インデン、ベンゾフラン、ピリジンなどの芳香族炭化水素、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸アミルなどのエステル類、脂肪酸類などから選択される一種又は混合物が挙げられる。   As the organic substance, those which can be thermally decomposed and carbonized by heating under a non-oxidizing atmosphere are used, for example, methane, ethane, propane, butane, isobutane, pentane, saturated aliphatic hydrocarbons such as hexane, ethylene, Unsaturated aliphatic hydrocarbons such as propylene and acetylene, alcohols such as methanol, ethanol, propanol and butanol, benzene, toluene, xylene, styrene, ethylbenzene, diphenylmethane, naphthalene, phenol, cresol, nitrobenzene, chlorobenzene, indene and benzofuran And a mixture or a mixture selected from aromatic hydrocarbons such as pyridine, esters such as ethyl acetate, butyl acetate, and amyl acetate, and fatty acids.

熱CVD工程における処理温度は、有機物の種類によって異なるが、有機物が熱分解する温度より50℃以上高い温度とすることが望ましい。しかし、加熱温度が過度に高いと、系内に遊離炭素(煤)が発生する場合があるので、遊離炭素(煤)が発生しない条件を選択することが好ましい。形成される炭素層の厚さは、処理時間によって制御することができる。   The processing temperature in the thermal CVD step varies depending on the type of the organic substance, but is preferably set to a temperature higher than the temperature at which the organic substance is thermally decomposed by 50 ° C. or more. However, if the heating temperature is excessively high, free carbon (soot) may be generated in the system. Therefore, it is preferable to select a condition under which free carbon (soot) is not generated. The thickness of the formed carbon layer can be controlled by the processing time.

熱CVD工程は、Si含有負極活物質を流動状態にして行うことが望ましい。このようにすることで、Si含有負極活物質の全表面を有機物と接触させることができ、より均一な炭素層を形成することができる。Si含有負極活物質を流動状態にするには、流動床を用いるなど各種方法があるが、Si含有負極活物質を撹拌しながら有機物と接触させるのが好ましい。例えば、内部に邪魔板をもつ回転炉を用いれば、邪魔板に留まったSi含有負極活物質が回転炉の回転に伴って所定高さから落下することで撹拌され、その際に有機物と接触して炭素層が形成されるので、Si含有負極活物質の全体にいっそう均一な炭素層を形成することができる。   It is desirable that the thermal CVD process be performed with the Si-containing negative electrode active material in a fluid state. By doing so, the entire surface of the Si-containing negative electrode active material can be brought into contact with the organic substance, and a more uniform carbon layer can be formed. There are various methods for bringing the Si-containing negative electrode active material into a fluidized state, for example, using a fluidized bed. However, it is preferable to bring the Si-containing negative electrode active material into contact with an organic substance while stirring. For example, if a rotary furnace having a baffle plate inside is used, the Si-containing negative electrode active material remaining on the baffle plate is agitated by falling from a predetermined height with the rotation of the rotary furnace, and at that time comes into contact with organic matter. As a result, a more uniform carbon layer can be formed over the entire Si-containing negative electrode active material.

炭素層被覆−Si含有負極活物質の炭素層は非晶質及び/又は結晶質であり、そして、当該炭素層はSi含有負極活物質粒子の表面全体を被覆しているのが好ましい。炭素層の厚みは、1nm〜100nmの範囲内が好ましく、5〜50nmの範囲内がより好ましく、10〜30nmの範囲内がさらに好ましい。   Carbon Layer Coating-The carbon layer of the Si-containing negative electrode active material is preferably amorphous and / or crystalline, and the carbon layer preferably covers the entire surface of the Si-containing negative electrode active material particles. The thickness of the carbon layer is preferably in the range of 1 nm to 100 nm, more preferably in the range of 5 to 50 nm, and even more preferably in the range of 10 to 30 nm.

負極活物質層には、負極活物質が負極活物質層全体の質量に対して、60〜99質量%で含まれるのが好ましく、70〜95質量%で含まれるのがより好ましい。   The anode active material layer preferably contains the anode active material in an amount of 60 to 99% by mass, more preferably 70 to 95% by mass, based on the mass of the entire anode active material layer.

結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素ゴム等の含フッ素樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂、ポリイミド、ポリアミドイミド等のイミド系樹脂、アルコキシシリル基含有樹脂、カルボキシメチルセルロース、スチレンブタジエンゴムなどの公知のものを採用すればよい。   Examples of the binder include polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, fluorine-containing resins such as fluororubber, thermoplastic resins such as polypropylene and polyethylene, imide-based resins such as polyimide and polyamideimide, resins containing an alkoxysilyl group, and carboxymethylcellulose. A known material such as styrene-butadiene rubber may be used.

また、国際公開第2016/063882号に開示される、ポリアクリル酸やポリメタクリル酸などのカルボキシル基含有ポリマーをジアミンなどのポリアミンで架橋した架橋ポリマーを、結着剤として用いてもよい。   Further, a cross-linked polymer disclosed in WO 2016/063882 in which a carboxyl group-containing polymer such as polyacrylic acid or polymethacrylic acid is cross-linked with a polyamine such as diamine may be used as the binder.

架橋ポリマーに用いられるジアミンとしては、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン等のアルキレンジアミン、1,4−ジアミノシクロヘキサン、1,3−ジアミノシクロヘキサン、イソホロンジアミン、ビス(4−アミノシクロヘキシル)メタン等の含飽和炭素環ジアミン、m−フェニレンジアミン、p−フェニレンジアミン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、ビス(4−アミノフェニル)スルホン、ベンジジン、o−トリジン、2,4−トリレンジアミン、2,6−トリレンジアミン、キシリレンジアミン、ナフタレンジアミン等の芳香族ジアミンが挙げられる。   Examples of the diamine used for the crosslinked polymer include alkylenediamines such as ethylenediamine, propylenediamine, and hexamethylenediamine, 1,4-diaminocyclohexane, 1,3-diaminocyclohexane, isophoronediamine, and bis (4-aminocyclohexyl) methane. Saturated carbocyclic diamine, m-phenylenediamine, p-phenylenediamine, 4,4'-diaminodiphenylmethane, 4,4'-diaminodiphenylether, bis (4-aminophenyl) sulfone, benzidine, o-tolidine, 2,4- Aromatic diamines such as tolylenediamine, 2,6-tolylenediamine, xylylenediamine, and naphthalenediamine are exemplified.

負極活物質層中の結着剤の配合割合は、質量比で、負極活物質:結着剤=1:0.005〜1:0.3であるのが好ましい。結着剤が少なすぎると電極の成形性が低下し、また、結着剤が多すぎると電極のエネルギー密度が低くなるためである。   The mixing ratio of the binder in the negative electrode active material layer is preferably from 1: 0.005 to 1: 0.3 in terms of mass ratio. If the amount of the binder is too small, the moldability of the electrode is reduced, and if the amount of the binder is too large, the energy density of the electrode is reduced.

導電助剤は、電極の導電性を高めるために添加される。そのため、導電助剤は、電極の導電性が不足する場合に任意に加えればよく、電極の導電性が十分に優れている場合には加えなくても良い。導電助剤としては化学的に不活性な電子高伝導体であれば良く、炭素質微粒子であるカーボンブラック、黒鉛、気相法炭素繊維(Vapor Grown Carbon Fiber)、および各種金属粒子などが例示される。カーボンブラックとしては、アセチレンブラック、ケッチェンブラック(登録商標)、ファーネスブラック、チャンネルブラックなどが例示される。これらの導電助剤を単独又は二種以上組み合わせて活物質層に添加することができる。   The conductive additive is added to increase the conductivity of the electrode. Therefore, the conductive assistant may be arbitrarily added when the conductivity of the electrode is insufficient, and may not be added when the conductivity of the electrode is sufficiently excellent. The conductive auxiliary agent may be any chemically inert high electron conductor, and examples thereof include carbon black, graphite, vapor grown carbon fiber (Vapor Grown Carbon Fiber), and various metal particles. You. Examples of the carbon black include acetylene black, Ketjen Black (registered trademark), furnace black, and channel black. These conductive assistants can be used alone or in combination of two or more.

負極活物質層中の導電助剤の配合割合は、質量比で、負極活物質:導電助剤=1:0.01〜1:0.5であるのが好ましい。導電助剤が少なすぎると効率のよい導電パスを形成できず、また、導電助剤が多すぎると活物質層の成形性が悪くなるとともに電極のエネルギー密度が低くなるためである。   It is preferable that the compounding ratio of the conductive auxiliary in the negative electrode active material layer is negative electrode active material: conductive auxiliary = 1: 0.01 to 1: 0.5 by mass ratio. If the amount of the conductive assistant is too small, an efficient conductive path cannot be formed, and if the amount of the conductive assistant is too large, the moldability of the active material layer deteriorates and the energy density of the electrode decreases.

集電体の表面に負極活物質層を形成させるには、ロールコート法、ダイコート法、ディップコート法、ドクターブレード法、スプレーコート法、カーテンコート法などの従来から公知の方法を用いて、集電体の表面に負極活物質を塗布すればよい。具体的には、負極活物質、結着剤、溶剤、並びに必要に応じて導電助剤を混合してスラリーにしてから、当該スラリーを集電体の表面に塗布後、乾燥する。溶剤としては、N−メチル−2−ピロリドン、メタノール、メチルイソブチルケトン、水を例示できる。電極密度を高めるべく、乾燥後のものを圧縮しても良い。   To form the negative electrode active material layer on the surface of the current collector, a conventionally known method such as a roll coating method, a die coating method, a dip coating method, a doctor blade method, a spray coating method, and a curtain coating method is used. What is necessary is just to apply the negative electrode active material to the surface of the electric conductor. Specifically, a negative electrode active material, a binder, a solvent, and, if necessary, a conductive auxiliary are mixed to form a slurry, and then the slurry is applied to the surface of the current collector and then dried. Examples of the solvent include N-methyl-2-pyrrolidone, methanol, methyl isobutyl ketone, and water. The dried product may be compressed to increase the electrode density.

正極は、集電体と集電体の表面に形成された正極活物質層とを具備する。集電体としては、負極で説明したものを適宜適切に採用すればよい。   The positive electrode includes a current collector and a positive electrode active material layer formed on a surface of the current collector. As the current collector, those described for the negative electrode may be appropriately used as appropriate.

正極の電位をリチウム基準で4V以上とする場合には、正極用集電体としてアルミニウムを採用するのが好ましい。   When the potential of the positive electrode is 4 V or more on the basis of lithium, it is preferable to use aluminum as the positive electrode current collector.

具体的には、正極用集電体として、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるものを用いるのが好ましい。ここでアルミニウムは、純アルミニウムを指し、純度99.0%以上のアルミニウムを純アルミニウムと称する。純アルミニウムに種々の元素を添加して合金としたものをアルミニウム合金と称する。アルミニウム合金としては、Al−Cu系、Al−Mn系、Al−Fe系、Al−Si系、Al−Mg系、Al−Mg−Si系、Al−Zn−Mg系が挙げられる。   Specifically, it is preferable to use a collector made of aluminum or an aluminum alloy as the positive electrode current collector. Here, aluminum refers to pure aluminum, and aluminum having a purity of 99.0% or more is referred to as pure aluminum. An alloy obtained by adding various elements to pure aluminum is referred to as an aluminum alloy. Examples of the aluminum alloy include Al-Cu, Al-Mn, Al-Fe, Al-Si, Al-Mg, Al-Mg-Si, and Al-Zn-Mg.

また、アルミニウム又はアルミニウム合金として、具体的には、例えばJIS A1085、A1N30等のA1000系合金(純アルミニウム系)、JIS A3003、A3004等のA3000系合金(Al−Mn系)、JIS A8079、A8021等のA8000系合金(Al−Fe系)が挙げられる。   Specific examples of aluminum or aluminum alloy include, for example, A1000 series alloys (pure aluminum series) such as JIS A1085 and A1N30, A3000 series alloys (Al-Mn series) such as JIS A3003 and A3004, JIS A8079, A8021 and the like. A8000-based alloy (Al-Fe-based).

正極活物質層は、リチウムイオンを吸蔵及び放出し得る正極活物質、並びに必要に応じて結着剤及び導電助剤を含む。正極活物質層には、正極活物質が正極活物質層全体の質量に対して、60〜99質量%で含まれるのが好ましく、70〜95質量%で含まれるのがより好ましい。結着剤及び導電助剤としては、負極で説明したものを適宜適切な量で採用すればよい。   The positive electrode active material layer contains a positive electrode active material capable of occluding and releasing lithium ions, and, if necessary, a binder and a conductive assistant. The positive electrode active material layer preferably contains the positive electrode active material in an amount of 60 to 99% by mass, and more preferably 70 to 95% by mass, based on the total mass of the positive electrode active material layer. What is necessary is just to employ | adopt what was demonstrated by the negative electrode in a suitable quantity suitably as a binder and a conductive auxiliary agent.

正極活物質としては、層状岩塩構造の一般式:LiNiCo(MはMn及びAlから選択される。DはW、Mo、Re、Pd、Ba、Cr、B、Sb、Sr、Pb、Ga、Nb、Mg、Ta、Ti、La、Zr、Cu、Ca、Ir、Hf、Rh、Fe、Ge、Zn、Ru、Sc、Sn、In、Y、Bi、S、Si、Na、K、P、Vから選ばれる少なくとも1の元素である。a、b、c、d、e、fは0.2≦a≦2、b+c+d+e=1、0≦e<1、1.7≦f≦3を満足する。)で表されるリチウム複合金属酸化物、LiMnOを挙げることができる。また、正極活物質として、LiMn等のスピネル構造の金属酸化物、スピネル構造の金属酸化物と層状化合物の混合物で構成される固溶体、LiMPO、LiMVO又はLiMSiO(式中のMはCo、Ni、Mn、Feのうちの少なくとも一種から選択される)などで表されるポリアニオン系化合物を挙げることができる。さらに、正極活物質として、LiFePOFなどのLiMPOF(Mは遷移金属)で表されるタボライト系化合物、LiFeBOなどのLiMBO(Mは遷移金属)で表されるボレート系化合物を挙げることができる。正極活物質として用いられるいずれの金属酸化物も上記の組成式を基本組成とすればよく、基本組成に含まれる金属元素を他の金属元素で置換したものも使用可能である。また、正極活物質として、リチウムイオンを含まないものを用いても良い。例えば、硫黄単体、硫黄と炭素を複合化した化合物、TiSなどの金属硫化物、V、MnOなどの酸化物、ポリアニリン及びアントラキノン並びにこれら芳香族を化学構造に含む化合物、共役二酢酸系有機物などの共役系材料、その他公知の材料を用いることもできる。さらに、ニトロキシド、ニトロニルニトロキシド、ガルビノキシル、フェノキシルなどの安定なラジカルを有する化合物を正極活物質として採用してもよい。リチウムイオンを含まない正極活物質材料を用いる場合には、正極及び/又は負極に、公知の方法により、予めリチウムを添加しておくのが好ましい。 As the positive electrode active material, the general formula of the layered rock salt structure: Li a Ni b Co c M d D e O f (M is .D selected from Mn and Al W, Mo, Re, Pd, Ba, Cr, B, Sb, Sr, Pb, Ga, Nb, Mg, Ta, Ti, La, Zr, Cu, Ca, Ir, Hf, Rh, Fe, Ge, Zn, Ru, Sc, Sn, In, Y, Bi, At least one element selected from S, Si, Na, K, P, and V. a, b, c, d, e, and f are 0.2 ≦ a ≦ 2, b + c + d + e = 1, and 0 ≦ e <1. Satisfying 1.7 ≦ f ≦ 3), and a lithium composite metal oxide represented by the formula: Li 2 MnO 3 . As the positive electrode active material, a metal oxide having a spinel structure such as LiMn 2 O 4 , a solid solution composed of a mixture of a metal oxide having a spinel structure and a layered compound, LiMPO 4 , LiMVO 4, or Li 2 MSiO 4 (wherein M is selected from at least one of Co, Ni, Mn, and Fe). Furthermore, as the positive electrode active material, tavorite compound (the M a transition metal) LiMPO 4 F, such as LiFePO 4 F represented by, Limbo 3 such LiFeBO 3 (M is a transition metal) include borate-based compound represented by be able to. Any of the metal oxides used as the positive electrode active material may have the above composition formula as the basic composition, and those obtained by replacing the metal element contained in the basic composition with another metal element can also be used. Alternatively, a material containing no lithium ion may be used as the positive electrode active material. For example, elemental sulfur, a compound of sulfur and carbon, a metal sulfide such as TiS 2 , an oxide such as V 2 O 5 and MnO 2 , a compound containing polyaniline and anthraquinone and their aromatics in the chemical structure, a conjugated compound Conjugated materials such as acetic acid-based organic materials and other known materials can also be used. Further, a compound having a stable radical such as nitroxide, nitronyl nitroxide, galvinoxyl, and phenoxyl may be employed as the positive electrode active material. When a positive electrode active material containing no lithium ions is used, it is preferable to add lithium to the positive electrode and / or the negative electrode in advance by a known method.

高容量及び耐久性などに優れる点から、正極活物質として、層状岩塩構造の一般式:LiNiCo(MはMn及びAlから選択される。DはW、Mo、Re、Pd、Ba、Cr、B、Sb、Sr、Pb、Ga、Nb、Mg、Ta、Ti、La、Zr、Cu、Ca、Ir、Hf、Rh、Fe、Ge、Zn、Ru、Sc、Sn、In、Y、Bi、S、Si、Na、K、P、Vから選ばれる少なくとも1の元素である。a、b、c、d、e、fは0.2≦a≦2、b+c+d+e=1、0≦e<1、1.7≦f≦3を満足する。) で表されるリチウム複合金属酸化物を採用することが好ましい。 From the viewpoint of excellent and high capacity, and durability, as the positive electrode active material, the general formula of the layered rock salt structure: Li a Ni b Co c M d D e O f (M is .D selected from Mn and Al W, Mo, Re, Pd, Ba, Cr, B, Sb, Sr, Pb, Ga, Nb, Mg, Ta, Ti, La, Zr, Cu, Ca, Ir, Hf, Rh, Fe, Ge, Zn, Ru, At least one element selected from Sc, Sn, In, Y, Bi, S, Si, Na, K, P, and V. a, b, c, d, e, and f are 0.2 ≦ a ≦ 2. , B + c + d + e = 1, 0 ≦ e <1, 1.7 ≦ f ≦ 3.) It is preferable to employ a lithium composite metal oxide represented by the following formula:

上記一般式において、b、c、dの値は、上記条件を満足するものであれば特に制限はないが、0<b<1、0<c<1、0<d<1であるものが良く、また、b、c、dの少なくともいずれか一つが10/100<b<90/100、10/100<c<90/100、5/100<d<70/100の範囲であることが好ましく、20/100<b<80/100、12/100<c<70/100、10/100<d<60/100の範囲であることがより好ましく、30/100<b<70/100、15/100<c<50/100、12/100<d<50/100の範囲であることがさらに好ましい。   In the above general formula, the values of b, c, and d are not particularly limited as long as they satisfy the above conditions, but those satisfying 0 <b <1, 0 <c <1, and 0 <d <1. In addition, at least one of b, c, and d may be in the range of 10/100 <b <90/100, 10/100 <c <90/100, and 5/100 <d <70/100. More preferably, it is more preferably in the range of 20/100 <b <80/100, 12/100 <c <70/100, 10/100 <d <60/100, and 30/100 <b <70/100, It is more preferable that the range of 15/100 <c <50/100 and the range of 12/100 <d <50/100 are satisfied.

a、e、fについては、上記一般式で規定する範囲内の数値であればよく、好ましくは0.5≦a≦1.5、0≦e<0.2、1.8≦f≦2.5、より好ましくは0.8≦a≦1.3、0≦e<0.1、1.9≦f≦2.1をそれぞれ例示することができる。   a, e, and f may be numerical values within the range defined by the above general formula, and are preferably 0.5 ≦ a ≦ 1.5, 0 ≦ e <0.2, and 1.8 ≦ f ≦ 2. 0.5, more preferably 0.8 ≦ a ≦ 1.3, 0 ≦ e <0.1, and 1.9 ≦ f ≦ 2.1.

高容量及び耐久性などに優れる点から、正極活物質として、スピネル構造のLiMn2―y(Aは、Ca、Mg、S、Si、Na、K、Al、P、Ga、Geから選ばれる少なくとも1の元素、及び、Niなどの遷移金属元素から選ばれる少なくとも1種の金属元素から選択される。0<x≦2.2、0≦y≦1)を例示できる。xの値の範囲としては、0.5≦x≦1.8、0.7≦x≦1.5、0.9≦x≦1.2を例示でき、yの値の範囲としては、0≦y≦0.8、0≦y≦0.6を例示できる。具体的なスピネル構造の化合物として、LiMn、LiMn1.5Ni0.5を例示できる。 From the viewpoint of excellent and high capacity, and durability, as a positive electrode active material, the Li x Mn 2-y A y O 4 (A spinel structure, Ca, Mg, S, Si , Na, K, Al, P, Ga , Ge, and at least one metal element selected from transition metal elements such as Ni, and 0 <x ≦ 2.2, 0 ≦ y ≦ 1). The range of the value of x can be exemplified by 0.5 ≦ x ≦ 1.8, 0.7 ≦ x ≦ 1.5, 0.9 ≦ x ≦ 1.2, and the range of the value of y is 0 ≦ y ≦ 0.8 and 0 ≦ y ≦ 0.6. Specific examples of the compound having a spinel structure include LiMn 2 O 4 and LiMn 1.5 Ni 0.5 O 4 .

具体的な正極活物質として、LiFePO、LiFeSiO、LiCoPO、LiCoPO、LiMnPO、LiMnSiO、LiCoPOFを例示できる。他の具体的な正極活物質として、LiMnO−LiCoOを例示できる。 Specific positive electrode active material can be exemplified by LiFePO 4, Li 2 FeSiO 4, LiCoPO 4, Li 2 CoPO 4, Li 2 MnPO 4, Li 2 MnSiO 4, Li 2 CoPO 4 F. As another specific positive electrode active material can be exemplified by Li 2 MnO 3 -LiCoO 2.

セパレータは、正極と負極とを隔離し、両極の接触による短絡を防止しつつ、リチウムイオンを通過させるものである。セパレータとしては、公知のものを採用すればよく、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリイミド、ポリアミド、ポリアラミド(Aromatic polyamide)、ポリエステル、ポリアクリロニトリル等の合成樹脂、セルロース、アミロース等の多糖類、フィブロイン、ケラチン、リグニン、スベリン等の天然高分子、セラミックスなどの電気絶縁性材料を1種若しくは複数用いた多孔体、不織布、織布などを挙げることができる。また、セパレータは多層構造としてもよい。   The separator separates the positive electrode and the negative electrode, and prevents lithium ions from passing through while preventing a short circuit due to contact between the two electrodes. Known separators may be used as the separator, and synthetic resins such as polytetrafluoroethylene, polypropylene, polyethylene, polyimide, polyamide, polyaramid (Aromatic polyamide), polyester, and polyacrylonitrile; polysaccharides such as cellulose and amylose; and fibroin. , Natural polymers such as keratin, lignin, suberin, and the like, porous bodies, nonwoven fabrics, and woven fabrics using one or more electrically insulating materials such as ceramics. Further, the separator may have a multilayer structure.

本発明のリチウムイオン二次電池の具体的な製造方法について述べる。
例えば、正極と負極とでセパレータを挟持して電極体とする。電極体は、正極、セパレータ及び負極を重ねた積層型、又は、正極、セパレータ及び負極の積層体を捲いた捲回型のいずれの型にしても良い。正極の集電体および負極の集電体から外部に通ずる正極端子および負極端子までを、集電用リード等を用いて接続した後に、電極体に本発明の電解液を加えてリチウムイオン二次電池とするとよい。
A specific method for manufacturing the lithium ion secondary battery of the present invention will be described.
For example, an electrode body is formed by sandwiching a separator between a positive electrode and a negative electrode. The electrode body may be any of a stacked type in which a positive electrode, a separator, and a negative electrode are stacked, or a wound type in which a stacked body of a positive electrode, a separator, and a negative electrode is wound. After connecting the current collector of the positive electrode and the current collector of the negative electrode to the positive electrode terminal and the negative electrode terminal leading to the outside using a current collecting lead or the like, the electrolytic solution of the present invention is added to the electrode body, and lithium ion secondary Use a battery.

本発明のリチウムイオン二次電池の形状は特に限定されるものでなく、円筒型、角型、コイン型、ラミネート型等、種々の形状を採用することができる。   The shape of the lithium ion secondary battery of the present invention is not particularly limited, and various shapes such as a cylindrical type, a square type, a coin type, and a laminate type can be adopted.

本発明のリチウムイオン二次電池は、車両に搭載してもよい。車両は、その動力源の全部あるいは一部にリチウムイオン二次電池による電気エネルギーを使用している車両であればよく、例えば、電気車両、ハイブリッド車両などであるとよい。車両にリチウムイオン二次電池を搭載する場合には、リチウムイオン二次電池を複数直列に接続して組電池とするとよい。リチウムイオン二次電池を搭載する機器としては、車両以外にも、パーソナルコンピュータ、携帯通信機器など、電池で駆動される各種の家電製品、オフィス機器、産業機器などが挙げられる。さらに、本発明のリチウムイオン二次電池は、風力発電、太陽光発電、水力発電その他電力系統の蓄電装置及び電力平滑化装置、船舶等の動力及び/又は補機類の電力供給源、航空機、宇宙船等の動力及び/又は補機類の電力供給源、電気を動力源に用いない車両の補助用電源、移動式の家庭用ロボットの電源、システムバックアップ用電源、無停電電源装置の電源、電動車両用充電ステーションなどにおいて充電に必要な電力を一時蓄える蓄電装置に用いてもよい。   The lithium ion secondary battery of the present invention may be mounted on a vehicle. The vehicle may be any vehicle that uses electric energy from a lithium ion secondary battery for all or a part of its power source, such as an electric vehicle or a hybrid vehicle. When a lithium ion secondary battery is mounted on a vehicle, a plurality of lithium ion secondary batteries may be connected in series to form an assembled battery. Examples of devices equipped with a lithium ion secondary battery include various home electric appliances, office equipment, industrial equipment, and the like, other than vehicles, such as personal computers and portable communication devices, which are driven by batteries. Further, the lithium ion secondary battery of the present invention is a power storage device and a power smoothing device for wind power generation, photovoltaic power generation, hydroelectric power generation and other power systems, power sources for ships and the like and / or power supply sources for auxiliary equipment, aircraft, Power supply for spacecraft and other power supplies and / or auxiliary equipment, auxiliary power supply for vehicles that do not use electricity as power source, power supply for mobile home robots, power supply for system backup, power supply for uninterruptible power supply, The present invention may be applied to a power storage device for temporarily storing power required for charging at a charging station for an electric vehicle or the like.

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができる。   The embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the above embodiment. The present invention can be implemented in various forms with modifications, improvements, and the like that can be made by those skilled in the art without departing from the gist of the present invention.

以下に、実施例及び比較例などを示し、本発明をより具体的に説明する。なお、本発明は、これらの実施例によって限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to Examples and Comparative Examples. Note that the present invention is not limited by these examples.

(参考例1)
4−メチルテトラヒドロピランにLiBFを溶解して、LiBFの濃度が1.5mol/Lである参考例1の電解液を製造した。
(Reference Example 1)
LiBF 4 was dissolved in 4-methyltetrahydropyran to prepare an electrolyte solution of Reference Example 1 in which the concentration of LiBF 4 was 1.5 mol / L.

参考例1の電解液を用いて、参考例1のリチウムイオン二次電池を以下のとおり製造した。   Using the electrolyte solution of Reference Example 1, a lithium ion secondary battery of Reference Example 1 was manufactured as follows.

撹拌条件下の0℃の濃塩酸溶液に、CaSiを加えて1時間反応させた。反応液に水を加え、濾過を行い、黄色の粉体を濾取した。黄色の粉体を水洗し、さらにエタノール洗浄した後に、減圧乾燥して、層状ポリシランを含有する層状シリコン化合物を得た。次いで、層状シリコン化合物をアルゴン雰囲気下、800℃で加熱して、水素を離脱させて、シリコン材料を製造した。プロパンガス雰囲気下、シリコン材料を880℃で加熱することで、炭素層被覆−Si含有負極活物質である炭素被覆シリコン材料を製造した。 CaSi 2 was added to a concentrated hydrochloric acid solution at 0 ° C. under stirring conditions and reacted for 1 hour. Water was added to the reaction solution, the mixture was filtered, and a yellow powder was collected by filtration. The yellow powder was washed with water, further washed with ethanol, and dried under reduced pressure to obtain a layered silicon compound containing a layered polysilane. Next, the layered silicon compound was heated at 800 ° C. in an argon atmosphere to release hydrogen, thereby producing a silicon material. By heating the silicon material at 880 ° C. in a propane gas atmosphere, a carbon-coated silicon material as a carbon layer-coated negative electrode active material containing Si was produced.

重量平均分子量80万のポリアクリル酸をN−メチル−2−ピロリドンに溶解して、ポリアクリル酸が10質量%で含有されるポリアクリル酸溶液を製造した。また、4,4’−ジアミノジフェニルメタン0.2g(1.0mmol)を0.4mLのN−メチル−2−ピロリドンに溶解して、4,4’−ジアミノジフェニルメタン溶液を製造した。撹拌条件下、ポリアクリル酸溶液7mL(アクリル酸モノマー換算で、9.5mmolに該当する。)に、4,4’−ジアミノジフェニルメタン溶液の全量を滴下して、得られた混合物を室温で30分間撹拌した。その後、ディーンスターク装置を用いて、混合物を130℃で3時間撹拌して脱水反応を進行させることで、結着剤溶液を製造した。   Polyacrylic acid having a weight average molecular weight of 800,000 was dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone to prepare a polyacrylic acid solution containing 10% by mass of polyacrylic acid. Further, 0.2 g (1.0 mmol) of 4,4'-diaminodiphenylmethane was dissolved in 0.4 mL of N-methyl-2-pyrrolidone to prepare a 4,4'-diaminodiphenylmethane solution. Under stirring conditions, the entire amount of the 4,4′-diaminodiphenylmethane solution was added dropwise to 7 mL of the polyacrylic acid solution (equivalent to 9.5 mmol in terms of acrylic acid monomer), and the resulting mixture was allowed to stand at room temperature for 30 minutes. Stirred. Thereafter, using a Dean-Stark apparatus, the mixture was stirred at 130 ° C. for 3 hours to advance a dehydration reaction, thereby producing a binder solution.

Si含有負極活物質として炭素被覆シリコン材料72.5質量部、導電助剤としてアセチレンブラック13.5質量部、結着剤として固形分が14質量部となる量の上記結着剤溶液、及び、適量のN−メチル−2−ピロリドンを混合して、スラリーを製造した。負極用集電体として厚み10μmの銅箔を準備した。この銅箔の表面に、ドクターブレードを用いて、上記スラリーを膜状に塗布した。スラリーが塗布された銅箔を80℃、15分間乾燥することで、N−メチル−2−ピロリドンを除去した。その後、プレスすることで、厚み25μmの負極活物質層が形成された負極を製造した。   72.5 parts by mass of a carbon-coated silicon material as a Si-containing negative electrode active material, 13.5 parts by mass of acetylene black as a conductive additive, an amount of the binder solution in which the solid content becomes 14 parts by mass as a binder, and An appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone was mixed to produce a slurry. A 10-μm-thick copper foil was prepared as a negative electrode current collector. The slurry was applied to the surface of the copper foil in the form of a film using a doctor blade. The copper foil coated with the slurry was dried at 80 ° C. for 15 minutes to remove N-methyl-2-pyrrolidone. Thereafter, by pressing, a negative electrode on which a 25 μm-thick negative electrode active material layer was formed was manufactured.

負極を径11mmに裁断し、評価極とした。厚さ500μmの金属リチウム箔を径13mmに裁断し対極とした。セパレータとしてガラスフィルター(ヘキストセラニーズ社)及び単層ポリプロピレンであるcelgard2400(ポリポア株式会社)を準備した。対極、ガラスフィルター、celgard2400、評価極の順に、2種のセパレータを対極と評価極で挟持し電極体とした。この電極体をコイン型電池ケースCR2032(宝泉株式会社)に収容し、さらに参考例1の電解液を注入して、コイン型電池を得た。これを参考例1のリチウムイオン二次電池とした。   The negative electrode was cut into a diameter of 11 mm and used as an evaluation electrode. A metal lithium foil having a thickness of 500 μm was cut into a diameter of 13 mm to serve as a counter electrode. As a separator, a glass filter (Hoechst Celanese) and celgard 2400 (Polypore), which is a single-layer polypropylene, were prepared. Two types of separators were sandwiched between the counter electrode and the evaluation electrode in the order of the counter electrode, the glass filter, celgard 2400, and the evaluation electrode to form an electrode body. The electrode body was housed in a coin-type battery case CR2032 (Hosen Co., Ltd.), and the electrolyte of Reference Example 1 was further injected to obtain a coin-type battery. This was designated as a lithium ion secondary battery of Reference Example 1.

(参考例2)
4−メチルテトラヒドロピランに(FSONLiを溶解して、(FSONLiの濃度が1.5mol/Lである参考例2の電解液を製造した。
参考例2の電解液を用いた以外は、参考例1と同様の方法で、参考例2のリチウムイオン二次電池を製造した。
(Reference Example 2)
(FSO 2 ) 2 NLi was dissolved in 4-methyltetrahydropyran to prepare an electrolyte solution of Reference Example 2 in which the concentration of (FSO 2 ) 2 NLi was 1.5 mol / L.
A lithium ion secondary battery of Reference Example 2 was manufactured in the same manner as in Reference Example 1 except that the electrolytic solution of Reference Example 2 was used.

(参考例3)
4−メチルテトラヒドロピランに(CFSONLiを溶解して、(CFSONLiの濃度が1.5mol/Lである参考例3の電解液を製造した。
参考例3の電解液を用いた以外は、参考例1と同様の方法で、参考例3のリチウムイオン二次電池を製造した。
(Reference Example 3)
(CF 3 SO 2 ) 2 NLi was dissolved in 4-methyltetrahydropyran to produce an electrolyte solution of Reference Example 3 in which the concentration of (CF 3 SO 2 ) 2 NLi was 1.5 mol / L.
A lithium ion secondary battery of Reference Example 3 was manufactured in the same manner as in Reference Example 1, except that the electrolytic solution of Reference Example 3 was used.

(参考例4)
4−メチルテトラヒドロピランに(CSONLiを溶解して、(CSONLiの濃度が1.5mol/Lである参考例4の電解液を製造した。
参考例4の電解液を用いた以外は、参考例1と同様の方法で、参考例4のリチウムイオン二次電池を製造した。
(Reference Example 4)
(C 2 F 5 SO 2 ) 2 NLi was dissolved in 4-methyltetrahydropyran to prepare an electrolyte solution of Reference Example 4 in which the concentration of (C 2 F 5 SO 2 ) 2 NLi was 1.5 mol / L. .
A lithium ion secondary battery of Reference Example 4 was manufactured in the same manner as in Reference Example 1, except that the electrolytic solution of Reference Example 4 was used.

(参考例5)
4−メチルテトラヒドロピランにCFSOLiを溶解して、CFSOLiの濃度が1.5mol/Lである参考例5の電解液を製造した。
参考例5の電解液を用いた以外は、参考例1と同様の方法で、参考例5のリチウムイオン二次電池を製造した。
(Reference Example 5)
CF 3 SO 3 Li was dissolved in 4-methyltetrahydropyran to prepare an electrolyte solution of Reference Example 5 in which the concentration of CF 3 SO 3 Li was 1.5 mol / L.
A lithium ion secondary battery of Reference Example 5 was manufactured in the same manner as in Reference Example 1, except that the electrolytic solution of Reference Example 5 was used.

(参考例6)
4−メチルテトラヒドロピランにCSOLiを溶解して、CSOLiの濃度が1.5mol/Lである参考例6の電解液を製造した。
参考例6の電解液を用いた以外は、参考例1と同様の方法で、参考例6のリチウムイオン二次電池を製造した。
(Reference Example 6)
C 4 F 9 SO 3 Li was dissolved in 4-methyltetrahydropyran to prepare an electrolyte solution of Reference Example 6 in which the concentration of C 4 F 9 SO 3 Li was 1.5 mol / L.
A lithium ion secondary battery of Reference Example 6 was manufactured in the same manner as in Reference Example 1, except that the electrolyte solution of Reference Example 6 was used.

(参考例7)
LiBFを含有する参考例1の電解液に対して、LiBFと等モルの(ジフルオロメチル)トリメチルシランを加えて反応液とし、これを室温で12時間撹拌した後に、50℃で8時間撹拌した。反応液を冷却して、LiBF(CHF)を濃度1.5mol/Lで含有する参考例7の電解液とした。
参考例7の電解液を用いた以外は、参考例1と同様の方法で、参考例7のリチウムイオン二次電池を製造した。
なお、上記の反応における反応式は以下のとおりである。副生するFSiMeは低沸点なので反応系外に移動する。
LiBF+(CHF)SiMe → LiBF(CHF)+FSiMe
(Reference Example 7)
The electrolyte solution of Example 1 containing LiBF 4, and the reaction solution was added with LiBF 4 in equimolar (difluoromethyl) trimethylsilane, which after stirring for 12 hours at room temperature, 8 hours at 50 ° C. did. The reaction solution was cooled to obtain an electrolyte solution of Reference Example 7 containing LiBF 3 (CHF 2 ) at a concentration of 1.5 mol / L.
A lithium ion secondary battery of Reference Example 7 was manufactured in the same manner as in Reference Example 1, except that the electrolyte solution of Reference Example 7 was used.
In addition, the reaction formula in the above reaction is as follows. Since the by-produced FSiMe 3 has a low boiling point, it moves out of the reaction system.
LiBF 4 + (CHF 2 ) SiMe 3 → LiBF 3 (CHF 2 ) + FSiMe 3

(参考例8)
LiBFを含有する参考例1の電解液に対して、LiBFと等モルの(トリフルオロメチル)トリメチルシランを加えて反応液とし、これを室温で12時間撹拌した後に、50℃で8時間撹拌した。反応液を冷却して、LiBF(CF)を濃度1.5mol/Lで含有する参考例8の電解液とした。
参考例8の電解液を用いた以外は、参考例1と同様の方法で、参考例8のリチウムイオン二次電池を製造した。
なお、上記の反応における反応式は以下のとおりである。副生するFSiMeは低沸点なので反応系外に移動する。
LiBF+(CF)SiMe → LiBF(CF)+FSiMe
(Reference Example 8)
LiBF 4 was added to the electrolytic solution of Reference Example 1 to obtain a reaction solution obtained by adding an equimolar amount of (trifluoromethyl) trimethylsilane to LiBF 4, and the mixture was stirred at room temperature for 12 hours and then at 50 ° C. for 8 hours. Stirred. The reaction solution was cooled to obtain an electrolyte solution of Reference Example 8 containing LiBF 3 (CF 3 ) at a concentration of 1.5 mol / L.
A lithium ion secondary battery of Reference Example 8 was manufactured in the same manner as in Reference Example 1, except that the electrolyte solution of Reference Example 8 was used.
In addition, the reaction formula in the above reaction is as follows. Since the by-produced FSiMe 3 has a low boiling point, it moves out of the reaction system.
LiBF 4 + (CF 3 ) SiMe 3 → LiBF 3 (CF 3 ) + FSiMe 3

(参考例9)
LiBFを含有する参考例1の電解液に対して、LiBFと等モルの(ペンタフルオロエチル)トリメチルシランを加えて反応液とし、これを室温で6時間撹拌した後に、60℃で8時間撹拌した。反応液を冷却して、LiBF(C)を濃度1.5mol/Lで含有する参考例9の電解液とした。
参考例9の電解液を用いた以外は、参考例1と同様の方法で、参考例9のリチウムイオン二次電池を製造した。
なお、上記の反応における反応式は以下のとおりである。副生するFSiMeは低沸点なので反応系外に移動する。
LiBF+(C)SiMe → LiBF(C)+FSiMe
(Reference Example 9)
To the electrolyte solution of Reference Example 1 containing LiBF 4 , an equimolar amount of (pentafluoroethyl) trimethylsilane was added to LiBF 4 to form a reaction solution, which was stirred at room temperature for 6 hours and then at 60 ° C. for 8 hours. Stirred. The reaction solution was cooled to obtain an electrolyte solution of Reference Example 9 containing LiBF 3 (C 2 F 5 ) at a concentration of 1.5 mol / L.
A lithium ion secondary battery of Reference Example 9 was manufactured in the same manner as in Reference Example 1, except that the electrolytic solution of Reference Example 9 was used.
In addition, the reaction formula in the above reaction is as follows. Since the by-produced FSiMe 3 has a low boiling point, it moves out of the reaction system.
LiBF 4 + (C 2 F 5 ) SiMe 3 → LiBF 3 (C 2 F 5 ) + FSiMe 3

(参考例10)
LiBFを含有する実施例1の電解液に対して、LiBFと等モルの(ヘプタフルオロプロピル)トリメチルシランを加えて反応液とし、これを室温で6時間撹拌した後に、60℃で8時間撹拌した。反応液を冷却して、LiBF(C)を濃度1.5mol/Lで含有する参考例10の電解液とした。
参考例10の電解液を用いた以外は、参考例1と同様の方法で、参考例10のリチウムイオン二次電池を製造した。
なお、上記の反応における反応式は以下のとおりである。副生するFSiMeは低沸点なので反応系外に移動する。
LiBF+(C)SiMe → LiBF(C)+FSiMe
(Reference Example 10)
The electrolyte solution of Example 1 containing LiBF 4, and the reaction solution was added with LiBF 4 in equimolar (heptafluoropropyl) trimethylsilane, which After stirring at room temperature for 6 hours, 8 hours at 60 ° C. Stirred. The reaction solution was cooled to obtain an electrolyte solution of Reference Example 10 containing LiBF 3 (C 3 F 7 ) at a concentration of 1.5 mol / L.
A lithium ion secondary battery of Reference Example 10 was manufactured in the same manner as in Reference Example 1, except that the electrolyte solution of Reference Example 10 was used.
In addition, the reaction formula in the above reaction is as follows. Since the by-produced FSiMe 3 has a low boiling point, it moves out of the reaction system.
LiBF 4 + (C 3 F 7 ) SiMe 3 → LiBF 3 (C 3 F 7 ) + FSiMe 3

(参考例11)
LiBFを含有する実施例1の電解液に対して、LiBFの2倍モルに相当する(トリフルオロメチル)トリメチルシランを加えて反応液とし、これを室温で12時間撹拌した後に、50℃で8時間撹拌した。反応液を冷却して、LiBF(CFを濃度1.5mol/Lで含有する参考例11の電解液とした。
参考例11の電解液を用いた以外は、参考例1と同様の方法で、参考例11のリチウムイオン二次電池を製造した。
なお、上記の反応における反応式は以下のとおりである。副生するFSiMeは低沸点なので反応系外に移動する。
LiBF+2(CF)SiMe → LiBF(CF)+2FSiMe
(Reference Example 11)
To the electrolyte solution of Example 1 containing LiBF 4 , (trifluoromethyl) trimethylsilane corresponding to twice the mole of LiBF 4 was added to form a reaction solution, which was stirred at room temperature for 12 hours and then heated to 50 ° C. For 8 hours. The reaction solution was cooled to obtain an electrolyte solution of Reference Example 11 containing LiBF 2 (CF 3 ) 2 at a concentration of 1.5 mol / L.
A lithium ion secondary battery of Reference Example 11 was manufactured in the same manner as in Reference Example 1, except that the electrolytic solution of Reference Example 11 was used.
In addition, the reaction formula in the above reaction is as follows. Since the by-produced FSiMe 3 has a low boiling point, it moves out of the reaction system.
LiBF 4 +2 (CF 3 ) SiMe 3 → LiBF 2 (CF 3 ) 2 + 2FSiMe 3

(比較例1)
フルオロエチレンカーボネート及びジエチルカーボネートを体積比1:9で混合して混合溶媒とした。混合溶媒にLiPFを混合して、LiPFの濃度が2mol/Lである比較例1の電解液を製造した。
比較例1の電解液を用いた以外は、参考例1と同様の方法で、比較例1のリチウムイオン二次電池を製造した。
(Comparative Example 1)
Fluoroethylene carbonate and diethyl carbonate were mixed at a volume ratio of 1: 9 to obtain a mixed solvent. LiPF 6 was mixed with the mixed solvent to produce an electrolyte of Comparative Example 1 in which the concentration of LiPF 6 was 2 mol / L.
A lithium ion secondary battery of Comparative Example 1 was manufactured in the same manner as in Reference Example 1, except that the electrolytic solution of Comparative Example 1 was used.

(比較例2)
テトラヒドロフランにLiBFを溶解して、LiBFの濃度が1.5mol/Lである比較例2の電解液を製造した。
比較例2の電解液を用いた以外は、参考例1と同様の方法で、比較例2のリチウムイオン二次電池を製造した。
(Comparative Example 2)
LiBF 4 was dissolved in tetrahydrofuran to produce an electrolyte of Comparative Example 2 in which the concentration of LiBF 4 was 1.5 mol / L.
A lithium ion secondary battery of Comparative Example 2 was manufactured in the same manner as in Reference Example 1, except that the electrolytic solution of Comparative Example 2 was used.

(比較例3)
シクロペンチルメチルエーテルにLiBFを溶解して、LiBFの濃度が2mol/Lである比較例3の電解液を製造した。
比較例3の電解液を用いた以外は、参考例1と同様の方法で、比較例3のリチウムイオン二次電池を製造した。
(Comparative Example 3)
LiBF 4 was dissolved in cyclopentyl methyl ether to prepare an electrolyte solution of Comparative Example 3 in which the concentration of LiBF 4 was 2 mol / L.
A lithium ion secondary battery of Comparative Example 3 was manufactured in the same manner as in Reference Example 1, except that the electrolytic solution of Comparative Example 3 was used.

(比較例4)
テトラヒドロフランに(FSONLiを溶解して、(FSONLiの濃度が2mol/Lである比較例4の電解液を製造した。
比較例4の電解液を用いた以外は、参考例1と同様の方法で、比較例4のリチウムイオン二次電池を製造した。
(Comparative Example 4)
(FSO 2 ) 2 NLi was dissolved in tetrahydrofuran to produce an electrolyte of Comparative Example 4 in which the concentration of (FSO 2 ) 2 NLi was 2 mol / L.
A lithium ion secondary battery of Comparative Example 4 was manufactured in the same manner as in Reference Example 1, except that the electrolytic solution of Comparative Example 4 was used.

(比較例5)
1,2−ジメトキシエタンに(FSONLiを溶解して、(FSONLiの濃度が2mol/Lである比較例5の電解液を製造した。
比較例5の電解液を用いた以外は、参考例1と同様の方法で、比較例5のリチウムイオン二次電池を製造した。
(Comparative Example 5)
(FSO 2 ) 2 NLi was dissolved in 1,2-dimethoxyethane to produce an electrolyte solution of Comparative Example 5 in which the concentration of (FSO 2 ) 2 NLi was 2 mol / L.
A lithium ion secondary battery of Comparative Example 5 was manufactured in the same manner as in Reference Example 1, except that the electrolytic solution of Comparative Example 5 was used.

(比較例6)
4−メチルテトラヒドロピランにLiPFを溶解して、LiPFの濃度が1.5mol/Lである比較例6の電解液を製造した。
比較例6の電解液を用いた以外は、参考例1と同様の方法で、比較例6のリチウムイオン二次電池を製造した。
(Comparative Example 6)
LiPF 6 was dissolved in 4-methyltetrahydropyran to produce an electrolyte solution of Comparative Example 6 in which the concentration of LiPF 6 was 1.5 mol / L.
A lithium ion secondary battery of Comparative Example 6 was manufactured in the same manner as in Reference Example 1, except that the electrolytic solution of Comparative Example 6 was used.

(評価例1)
各リチウムイオン二次電池に対して、0.2mAで0.01Vまで充電し、0.2mAで1.0Vまで放電を行うとの初回充放電を行った。さらに、各リチウムイオン二次電池に対して、0.5mAで0.01Vまで充電し、0.5mAで1.0Vまで放電を行うとの充放電サイクルを20回繰り返した。
なお、本評価例では、Si含有負極活物質がリチウムを吸蔵する印加を充電といい、Si含有負極活物質がリチウムを放出する印加を放電という。
(Evaluation Example 1)
Each lithium ion secondary battery was charged / discharged at 0.2 mA to 0.01 V and then discharged at 0.2 mA to 1.0 V. Further, a charge / discharge cycle of charging each lithium ion secondary battery to 0.01 V at 0.5 mA and discharging it to 1.0 V at 0.5 mA was repeated 20 times.
In this evaluation example, the application in which the Si-containing negative electrode active material absorbs lithium is referred to as charging, and the application in which the Si-containing negative electrode active material releases lithium is referred to as discharging.

以下の式で、初期効率と容量維持率を算出した。結果を表2に示す。
初期効率(%)=100×(初回放電容量)/(初回充電容量)
容量維持率(%)=100×(20サイクル目の放電容量)/(1サイクル目の放電容量)
なお、以下の表において、MTHPとは4−メチルテトラヒドロピランの略称であり、FECとはフルオロエチレンカーボネートの略称であり、DECとはジエチルカーボネートの略称であり、THFとはテトラヒドロフランの略称であり、CPMEとはシクロペンチルメチルエーテルの略称であり、DMEとは1,2−ジメトキシエタンの略称である。
The initial efficiency and the capacity retention were calculated by the following equations. Table 2 shows the results.
Initial efficiency (%) = 100 × (initial discharge capacity) / (initial charge capacity)
Capacity retention rate (%) = 100 × (discharge capacity at 20th cycle) / (discharge capacity at 1st cycle)
In the following table, MTHP is an abbreviation for 4-methyltetrahydropyran, FEC is an abbreviation for fluoroethylene carbonate, DEC is an abbreviation for diethyl carbonate, THF is an abbreviation for tetrahydrofuran, CPME is an abbreviation for cyclopentyl methyl ether, and DME is an abbreviation for 1,2-dimethoxyethane.

Figure 2020043000
Figure 2020043000

表2の結果から、6員環の環状エーテルを非水溶媒として具備する参考例のリチウムイオン二次電池は、初期効率及び容量維持率に優れていることがわかる。
比較例1のリチウムイオン二次電池の容量維持率の結果と他の比較例の結果からみて、比較例1のリチウムイオン二次電池は、主にフルオロエチレンカーボネートの分解物で形成されるSEI被膜の存在に因り、他の比較例のリチウムイオン二次電池よりも優れた容量維持率を示したと考えられる。しかしながら、参考例のリチウムイオン二次電池の方が比較例1のリチウムイオン二次電池よりも優れた容量維持率を示したことから、比較例1のリチウムイオン二次電池においては、SEI被膜がSi含有負極活物質と電解液との直接接触を防止したものの、SEI被膜に含まれるCO基などの酸化性の成分に因り、Si含有負極活物質が酸化して、劣化したと推定される。
From the results in Table 2, it can be seen that the lithium ion secondary battery of the reference example including the 6-membered cyclic ether as the non-aqueous solvent has excellent initial efficiency and capacity retention.
In view of the results of the capacity retention ratio of the lithium ion secondary battery of Comparative Example 1 and the results of other comparative examples, the lithium ion secondary battery of Comparative Example 1 is mainly composed of an SEI film formed of a decomposition product of fluoroethylene carbonate. It is considered that due to the presence of, the capacity retention ratio was superior to that of the lithium ion secondary batteries of other comparative examples. However, since the lithium ion secondary battery of the reference example exhibited a better capacity retention ratio than the lithium ion secondary battery of Comparative Example 1, the SEI coating of the lithium ion secondary battery of Comparative Example 1 was Although direct contact between the Si-containing negative electrode active material and the electrolytic solution was prevented, it is estimated that the Si-containing negative electrode active material was oxidized and deteriorated due to oxidizing components such as CO 3 groups contained in the SEI coating. .

電解質がLiBFである参考例1、比較例2及び比較例3、並びに、電解質が(FSONLiである参考例2、比較例4及び比較例5の結果からみて、エーテルであっても、その化学構造の違いに因り、電池性能に大きな影響を与えることがわかる。 From the results of Reference Example 1, Comparative Example 2 and Comparative Example 3 in which the electrolyte is LiBF 4 , and Reference Example 2, Comparative Example 4 and Comparative Example 5 in which the electrolyte is (FSO 2 ) 2 NLi, it is ether. It can also be seen that the difference in the chemical structure greatly affects the battery performance.

参考例1〜参考例11で裏付けられたとおり、非水溶媒として4−メチルテトラヒドロピラン、電解質としてホウ酸リチウム塩、スルホンイミドリチウム塩又はスルホン酸リチウム塩を使用した場合の電解液は、リチウムイオン二次電池に好適な特性を与えるといえる。しかし、比較例6で裏付けられたとおり、非水溶媒として4−メチルテトラヒドロピラン、電解質としてLiPFを使用した場合の電解液は、不適切であるといえる。 As supported by Reference Examples 1 to 11, the electrolyte in the case of using 4-methyltetrahydropyran as the non-aqueous solvent and lithium borate, lithium sulfonimide or lithium sulfonate as the electrolyte is lithium ion It can be said that the secondary battery has suitable characteristics. However, as evidenced by Comparative Example 6, the electrolyte using 4-methyltetrahydropyran as the non-aqueous solvent and LiPF 6 as the electrolyte can be said to be inappropriate.

(実施例1)
4−メチルテトラヒドロピラン及び第2エーテルとしての1,2−ジメトキシエタンを、(1,2−ジメトキシエタンの体積)/(4−メチルテトラヒドロピランの体積)=1/9で混合して混合溶媒とした。混合溶媒にLiPFを溶解して、LiPFの濃度が1mol/Lである実施例1の電解液を製造した。
実施例1の電解液を用いた以外は、参考例1と同様の方法で、実施例1のリチウムイオン二次電池を製造した。
(Example 1)
4-Methyltetrahydropyran and 1,2-dimethoxyethane as a second ether are mixed at (volume of 1,2-dimethoxyethane) / (volume of 4-methyltetrahydropyran) = 1/9, and mixed with a mixed solvent. did. LiPF 6 was dissolved in the mixed solvent to produce the electrolyte solution of Example 1 in which the concentration of LiPF 6 was 1 mol / L.
A lithium ion secondary battery of Example 1 was manufactured in the same manner as in Reference Example 1, except that the electrolytic solution of Example 1 was used.

(実施例2)
4−メチルテトラヒドロピラン及び第2エーテルとしての1,2−ジメトキシエタンを、(1,2−ジメトキシエタンの体積)/(4−メチルテトラヒドロピランの体積)=2/8で混合して混合溶媒とした。混合溶媒にLiPFを溶解して、LiPFの濃度が1mol/Lである実施例2の電解液を製造した。
実施例2の電解液を用いた以外は、参考例1と同様の方法で、実施例2のリチウムイオン二次電池を製造した。
(Example 2)
4-Methyltetrahydropyran and 1,2-dimethoxyethane as the second ether are mixed in a ratio of (volume of 1,2-dimethoxyethane) / (volume of 4-methyltetrahydropyran) = 2/8 and a mixed solvent. did. LiPF 6 was dissolved in the mixed solvent to produce an electrolyte solution of Example 2 in which the concentration of LiPF 6 was 1 mol / L.
A lithium ion secondary battery of Example 2 was manufactured in the same manner as in Reference Example 1 except that the electrolytic solution of Example 2 was used.

(実施例3)
4−メチルテトラヒドロピラン及び第2エーテルとしての1,2−ジメトキシエタンを、(1,2−ジメトキシエタンの体積)/(4−メチルテトラヒドロピランの体積)=3/7で混合して混合溶媒とした。混合溶媒にLiPFを溶解して、LiPFの濃度が1mol/Lである実施例3の電解液を製造した。
実施例3の電解液を用いた以外は、参考例1と同様の方法で、実施例3のリチウムイオン二次電池を製造した。
(Example 3)
4-methyltetrahydropyran and 1,2-dimethoxyethane as the second ether are mixed in a ratio of (volume of 1,2-dimethoxyethane) / (volume of 4-methyltetrahydropyran) = 3/7, and mixed with a mixed solvent. did. LiPF 6 was dissolved in the mixed solvent to produce an electrolyte of Example 3 in which the concentration of LiPF 6 was 1 mol / L.
A lithium ion secondary battery of Example 3 was manufactured in the same manner as in Reference Example 1 except that the electrolytic solution of Example 3 was used.

(比較例7)
4−メチルテトラヒドロピラン及び第2エーテルとしての1,2−ジメトキシエタンを、(1,2−ジメトキシエタンの体積)/(4−メチルテトラヒドロピランの体積)=5/5で混合して混合溶媒とした。混合溶媒にLiPFを溶解して、LiPFの濃度が1mol/Lである比較例7の電解液を製造した。
比較例7の電解液を用いた以外は、参考例1と同様の方法で、比較例7のリチウムイオン二次電池を製造した。
(Comparative Example 7)
4-Methyltetrahydropyran and 1,2-dimethoxyethane as the second ether are mixed in a ratio of (volume of 1,2-dimethoxyethane) / (volume of 4-methyltetrahydropyran) = 5/5, and mixed with a mixed solvent. did. LiPF 6 was dissolved in the mixed solvent to produce an electrolyte solution of Comparative Example 7 in which the concentration of LiPF 6 was 1 mol / L.
A lithium ion secondary battery of Comparative Example 7 was manufactured in the same manner as in Reference Example 1, except that the electrolytic solution of Comparative Example 7 was used.

(比較例8)
4−メチルテトラヒドロピラン及び第2エーテルとしての1,2−ジメトキシエタンを、(1,2−ジメトキシエタンの体積)/(4−メチルテトラヒドロピランの体積)=7/3で混合して混合溶媒とした。混合溶媒にLiPFを溶解して、LiPFの濃度が1mol/Lである比較例8の電解液を製造した。
比較例8の電解液を用いた以外は、参考例1と同様の方法で、比較例8のリチウムイオン二次電池を製造した。
(Comparative Example 8)
4-Methyltetrahydropyran and 1,2-dimethoxyethane as the second ether are mixed in a ratio of (volume of 1,2-dimethoxyethane) / (volume of 4-methyltetrahydropyran) = 7/3 and a mixed solvent. did. LiPF 6 was dissolved in the mixed solvent to produce an electrolyte of Comparative Example 8 in which the concentration of LiPF 6 was 1 mol / L.
A lithium ion secondary battery of Comparative Example 8 was manufactured in the same manner as in Reference Example 1 except that the electrolytic solution of Comparative Example 8 was used.

(実施例4)
4−メチルテトラヒドロピラン及び第2エーテルとしての1,2−ジメトキシエタンを、(1,2−ジメトキシエタンの体積)/(4−メチルテトラヒドロピランの体積)=1/9で混合して混合溶媒とした。混合溶媒に(FSONLiを溶解して、(FSONLiの濃度が1.5mol/Lである実施例4の電解液を製造した。
実施例4の電解液を用いた以外は、参考例1と同様の方法で、実施例4のリチウムイオン二次電池を製造した。
(Example 4)
4-Methyltetrahydropyran and 1,2-dimethoxyethane as a second ether are mixed at (volume of 1,2-dimethoxyethane) / (volume of 4-methyltetrahydropyran) = 1/9, and mixed with a mixed solvent. did. (FSO 2 ) 2 NLi was dissolved in the mixed solvent to prepare an electrolyte solution of Example 4 in which the concentration of (FSO 2 ) 2 NLi was 1.5 mol / L.
A lithium ion secondary battery of Example 4 was manufactured in the same manner as in Reference Example 1 except that the electrolytic solution of Example 4 was used.

(実施例5)
4−メチルテトラヒドロピラン及び第2エーテルとしての1,2−ジメトキシエタンを、(1,2−ジメトキシエタンの体積)/(4−メチルテトラヒドロピランの体積)=2/8で混合して混合溶媒とした。混合溶媒に(FSONLiを溶解して、(FSONLiの濃度が1.5mol/Lである実施例5の電解液を製造した。
実施例5の電解液を用いた以外は、参考例1と同様の方法で、実施例5のリチウムイオン二次電池を製造した。
(Example 5)
4-Methyltetrahydropyran and 1,2-dimethoxyethane as the second ether are mixed in a ratio of (volume of 1,2-dimethoxyethane) / (volume of 4-methyltetrahydropyran) = 2/8 and a mixed solvent. did. (FSO 2 ) 2 NLi was dissolved in the mixed solvent to prepare an electrolyte solution of Example 5 in which the concentration of (FSO 2 ) 2 NLi was 1.5 mol / L.
A lithium ion secondary battery of Example 5 was manufactured in the same manner as in Reference Example 1 except that the electrolytic solution of Example 5 was used.

(実施例6)
4−メチルテトラヒドロピラン及び第2エーテルとしての1,2−ジメトキシエタンを、(1,2−ジメトキシエタンの体積)/(4−メチルテトラヒドロピランの体積)=3/7で混合して混合溶媒とした。混合溶媒に(FSONLiを溶解して、(FSONLiの濃度が1.5mol/Lである実施例6の電解液を製造した。
実施例6の電解液を用いた以外は、参考例1と同様の方法で、実施例6のリチウムイオン二次電池を製造した。
(Example 6)
4-methyltetrahydropyran and 1,2-dimethoxyethane as the second ether are mixed in a ratio of (volume of 1,2-dimethoxyethane) / (volume of 4-methyltetrahydropyran) = 3/7, and mixed with a mixed solvent. did. (FSO 2 ) 2 NLi was dissolved in the mixed solvent to prepare an electrolyte solution of Example 6 in which the concentration of (FSO 2 ) 2 NLi was 1.5 mol / L.
A lithium ion secondary battery of Example 6 was manufactured in the same manner as in Reference Example 1, except that the electrolytic solution of Example 6 was used.

(比較例9)
4−メチルテトラヒドロピラン及び第2エーテルとしての1,2−ジメトキシエタンを、(1,2−ジメトキシエタンの体積)/(4−メチルテトラヒドロピランの体積)=5/5で混合して混合溶媒とした。混合溶媒に(FSONLiを溶解して、(FSONLiの濃度が1.5mol/Lである比較例9の電解液を製造した。
比較例9の電解液を用いた以外は、参考例1と同様の方法で、比較例9のリチウムイオン二次電池を製造した。
(Comparative Example 9)
4-Methyltetrahydropyran and 1,2-dimethoxyethane as the second ether are mixed in a ratio of (volume of 1,2-dimethoxyethane) / (volume of 4-methyltetrahydropyran) = 5/5, and mixed with a mixed solvent. did. (FSO 2 ) 2 NLi was dissolved in the mixed solvent to produce an electrolyte solution of Comparative Example 9 in which the concentration of (FSO 2 ) 2 NLi was 1.5 mol / L.
A lithium ion secondary battery of Comparative Example 9 was manufactured in the same manner as in Reference Example 1 except that the electrolytic solution of Comparative Example 9 was used.

(評価例2)
実施例1〜6、比較例7〜9のリチウムイオン二次電池に対して、評価例1と同様の試験を行った。電解質としてLiPFを用いたものの結果を表3に示し、電解質として(FSONLiを用いたものの結果を表4に示す。
なお、以下の表において、rとは(1,2−ジメトキシエタンの体積)/(4−メチルテトラヒドロピランの体積)を意味する。
(Evaluation example 2)
The same tests as in Evaluation Example 1 were performed on the lithium ion secondary batteries of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 7 to 9. Table 3 shows the results obtained when LiPF 6 was used as the electrolyte, and Table 4 shows the results obtained when (FSO 2 ) 2 NLi was used as the electrolyte.
In the following table, r means (volume of 1,2-dimethoxyethane) / (volume of 4-methyltetrahydropyran).

Figure 2020043000
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表3の結果から、電解質としてLiPFを用いた場合には、2/8付近に最適なrがあることがわかる。また、rが3/7よりも大きくなると、容量維持率が急激に低下するといえる。 From the results in Table 3, it can be seen that when LiPF 6 is used as the electrolyte, there is an optimum r near /. When r is larger than 3/7, it can be said that the capacity retention ratio sharply decreases.

Figure 2020043000
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表4の結果から、電解質として(FSONLiを用いた場合にも、rが3/7よりも大きくなると、容量維持率が急激に低下することがわかる。 From the results in Table 4, it can be seen that, even when (FSO 2 ) 2 NLi is used as the electrolyte, the capacity retention rate sharply decreases when r is larger than 3/7.

Claims (4)

Si含有負極活物質を具備する負極と、
電解質、並びに、アルキル基で置換されていてもよい6員環の環状エーテル、及び、前記6員環の環状エーテルよりも比誘電率が高い第2エーテルを、(前記第2エーテルの体積)/(前記6員環の環状エーテルの体積)≦3/7を満足する範囲内で含有する電解液と、
を備えることを特徴とするリチウムイオン二次電池。
A negative electrode comprising a Si-containing negative electrode active material;
An electrolyte, a 6-membered cyclic ether which may be substituted with an alkyl group, and a second ether having a higher relative dielectric constant than the 6-membered cyclic ether are obtained by (volume of the second ether) / (Volume of the 6-membered cyclic ether) ≦ 3/7, an electrolytic solution contained within a range satisfying;
A lithium ion secondary battery comprising:
前記電解質としてリン酸リチウム塩を含有する請求項1に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the electrolyte contains a lithium phosphate salt. 電解質、並びに、アルキル基で置換されていてもよい6員環の環状エーテル、及び、前記6員環の環状エーテルよりも比誘電率が高い第2エーテルを、(前記第2エーテルの体積)/(前記6員環の環状エーテルの体積)≦3/7を満足する範囲内で含有することを特徴とする電解液。   An electrolyte, a 6-membered cyclic ether which may be substituted with an alkyl group, and a second ether having a higher relative dielectric constant than the 6-membered cyclic ether are obtained by (volume of the second ether) / An electrolytic solution characterized by containing (volume of the 6-membered cyclic ether) ≦ 3/7. 前記電解質としてリン酸リチウム塩を含有する請求項3に記載の電解液。   The electrolytic solution according to claim 3, wherein the electrolytic solution contains a lithium phosphate.
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