JP2020181744A - Electrolyte solution and lithium ion secondary battery - Google Patents

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佑介 杉山
Yusuke Sugiyama
佑介 杉山
寛 岩田
Hiroshi Iwata
寛 岩田
智也 山路
Tomoya Yamaji
智也 山路
裕介 渡邉
Yusuke Watanabe
裕介 渡邉
隆弘 杉岡
Takahiro Sugioka
隆弘 杉岡
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Abstract

To provide an electrolyte solution suitable for providing a secondary battery superior in battery characteristic.SOLUTION: An electrolyte solution comprises: LiPF6; 1,2-dialkoxyethane; and a fluorine-substituted ether represented by the following general formula (A) below, where the mole ratio of 1,2-dialkoxyethane to LiPF6 is equal to or smaller than 4. The general formula (A) CnHaFbOCmHcFd. In the general formula (A), n is an integer of 1 or larger, a is an integer of 0 or larger, and b is an integer of 1 or larger, satisfying 2n+1=a+b, and m is an integer of 1 or larger, c is an integer of 0 or larger, and d is an integer of 0 or larger, satisfying 2m+1=c+d.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、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 and a lithium ion secondary battery including the electrolytic solution.

一般に、リチウムイオン二次電池は、主な構成要素として、正極、負極及び電解液を備える。正極には、充放電に関与する正極活物質が具備されており、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。そして、電解液としては、電解質を非水溶媒に溶解した溶液が採用されるのが一般的である。 Generally, a lithium ion secondary battery includes a positive electrode, a negative electrode, and an electrolytic solution as main components. The positive electrode is provided with a positive electrode active material involved in charging and discharging, and the negative electrode is provided with a negative electrode active material involved in charging and discharging. Then, as the electrolytic solution, a solution in which the electrolyte is dissolved in a non-aqueous solvent is generally adopted.

ここで、電解液としては、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エチレンカーボネートなどの環状カーボネートを併用した混合溶媒を採用した電解液を用いるのが一般的である。 Here, as the electrolytic solution, LiPF 6 is adopted as the electrolyte, and a mixed solvent using a mixed solvent in which a chain carbonate such as ethyl methyl carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate and a cyclic carbonate such as ethylene carbonate are used in combination as a non-aqueous solvent is adopted. It is common to use a liquid.

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混合溶媒を採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。 Actually, in Patent Documents 1 to 3, LiPF 6 is adopted as an electrolyte, and a chain carbonate such as ethyl methyl carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate and ethylene carbonate which is a cyclic carbonate are used in combination as a non-aqueous solvent. A lithium ion secondary battery including an electrolytic solution using a solvent is specifically described.

特開2015−185509号公報JP-A-2015-185509 特開2015−179625号公報JP-A-2015-179625 国際公開第2014/080608号International Publication No. 2014/08608

上述のとおり、リチウムイオン二次電池に用いられる電解液の非水溶媒としては、カーボネート系の溶媒を主溶媒とするのが一般的であった。しかし、産業界からは、電池特性により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、電池特性に優れるリチウムイオン二次電池を提供するために、好適な電解液を提供することを目的とする。
As described above, as the non-aqueous solvent of the electrolytic solution used in the lithium ion secondary battery, a carbonate-based solvent is generally used as the main solvent. However, the industry demands a lithium-ion secondary battery having better battery characteristics.
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a suitable electrolytic solution in order to provide a lithium ion secondary battery having excellent battery characteristics.

本発明者は、リチウムイオン二次電池の電池特性をさらに向上させるための技術について検討した。具体的には、負極と電解液との関係について検討を行った。 The present inventor has studied a technique for further improving the battery characteristics of a lithium ion secondary battery. Specifically, the relationship between the negative electrode and the electrolytic solution was examined.

従来、一般的に使用されていた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。 Conventionally, it is known that a carbonate-based solvent generally used forms a SEI (Solid Electrolyte Interphase) film on the surface of a negative electrode by reduction decomposition on the surface of the negative electrode. The SEI coating can prevent direct contact between the negative electrode active material and the electrolytic solution, but it is considered that the SEI coating produced from a carbonate-based solvent has three CO groups.

ここで、例えば、酸化に対して比較的耐性の低いSi含有負極活物質を備えるリチウムイオン二次電池の場合には、SEI被膜における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。 Here, for example, in the case of a lithium ion secondary battery including a Si-containing negative electrode active material having relatively low resistance to oxidation, it is estimated that oxygen of three CO groups in the SEI coating oxidizes the Si-containing negative electrode active material. To. Further, since the Si-containing negative electrode active material has a large degree of expansion and contraction during charging and discharging, the SEI coating is destroyed and a new portion not covered with the SEI coating (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 may be oxidized when the Si-containing negative electrode active material on the new surface comes into 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。 Therefore, the present inventor has aimed to use as a non-aqueous solvent for the electrolytic solution, an ether that is unlikely to undergo reductive decomposition on the surface of the negative electrode and has a low oxidizing ability.

本発明者がエーテルの一態様として1,2−ジメトキシエタンを選択し、これに電解質として一般的なLiPFを溶解しようとしたところ、十分な濃度でのLiPFの溶解が困難であることを知見した。 When the present inventor selected 1,2-dimethoxyethane as one aspect of ether and tried to dissolve LiPF 6 which is generally used as an electrolyte in the ether, it was difficult to dissolve LiPF 6 at a sufficient concentration. I found out.

そこで、本発明者が、電解質の種類や、1,2−ジメトキシエタンと併用する非水溶媒の種類について鋭意検討したところ、電解質としてLiPFを採用し、非水溶媒として1,2−ジメトキシエタンとフッ素置換エーテルを併用した混合溶媒を採用し、かつ、LiPFに対する1,2−ジメトキシエタンのモル比が特定の範囲内の電解液が好適であることを見出した。 Therefore, the present inventor diligently examined the type of electrolyte and the type of non-aqueous solvent used in combination with 1,2-dimethoxyethane. As a result, LiPF 6 was adopted as the electrolyte and 1,2-dimethoxyethane was used as the non-aqueous solvent. It has been found that an electrolytic solution in which a mixed solvent in which a mixture of 1 and fluorine-substituted ether is used in combination and the molar ratio of 1,2-dimethoxyethane to LiPF 6 is within a specific range is suitable.

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

本発明の電解液は、LiPF、1,2−ジアルコキシエタン及び下記一般式(A)で表されるフッ素置換エーテルを含有し、前記LiPFに対する前記1,2−ジアルコキシエタンのモル比が4以下であることを特徴とする。
一般式(A) COC
一般式(A)において、nは1以上の整数であり、aは0以上の整数であり、bは1以上の整数であり、2n+1=a+bを満足する。mは1以上の整数であり、cは0以上の整数であり、dは0以上の整数である。2m+1=c+dを満足する。
The electrolytic solution of the present invention contains LiPF 6 , 1,2-dialkoxyethane and a fluorine-substituted ether represented by the following general formula (A), and the molar ratio of the 1,2-dialkoxyethane to the LiPF 6 is Is 4 or less.
Formula (A) C n H a F b OC m H c F d
In the general formula (A), n is an integer of 1 or more, a is an integer of 0 or more, b is an integer of 1 or more, and 2n + 1 = a + b is satisfied. m is an integer of 1 or more, c is an integer of 0 or more, and d is an integer of 0 or more. Satisfy 2m + 1 = c + d.

本発明の電解液を備えるリチウムイオン二次電池は電池特性に優れる。 The lithium ion secondary battery provided with the electrolytic solution of the present invention has excellent battery characteristics.

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 carrying out the present invention will be described. Unless otherwise specified, the numerical range "a to b" described in the present specification includes the lower limit a and the upper limit b in the range. Then, a numerical range can be constructed by arbitrarily combining these upper and lower limit values and the numerical values listed in the examples. Further, a numerical value arbitrarily selected from these numerical values can be used as a new upper limit or lower limit numerical value.

本発明の電解液は、LiPF、1,2−ジアルコキシエタン及び下記一般式(A)で表されるフッ素置換エーテル(以下、単に「フッ素置換エーテル」ということがある。)を含有し、前記LiPFに対する前記1,2−ジアルコキシエタンのモル比が4以下であることを特徴とする。
一般式(A) COC
一般式(A)において、nは1以上の整数であり、aは0以上の整数であり、bは1以上の整数であり、2n+1=a+bを満足する。mは1以上の整数であり、cは0以上の整数であり、dは0以上の整数である。2m+1=c+dを満足する。
The electrolytic solution of the present invention contains LiPF 6 , 1,2-dialkoxyethane and a fluorine-substituted ether represented by the following general formula (A) (hereinafter, may be simply referred to as "fluorine-substituted ether"). It is characterized in that the molar ratio of the 1,2-dialkoxyethane to the LiPF 6 is 4 or less.
Formula (A) C n H a F b OC m H c F d
In the general formula (A), n is an integer of 1 or more, a is an integer of 0 or more, b is an integer of 1 or more, and 2n + 1 = a + b is satisfied. m is an integer of 1 or more, c is an integer of 0 or more, and d is an integer of 0 or more. Satisfy 2m + 1 = c + d.

LiPFは、1,2−ジアルコキシエタン単独の非水溶媒に十分な濃度で溶解することができない。しかしながら、LiPFは、1,2−ジメトキシエタンとフッ素置換エーテルを併用した混合溶媒には、十分な濃度で溶解することができる。 LiPF 6 cannot be dissolved in a non-aqueous solvent of 1,2-dialkoxyethane alone at a sufficient concentration. However, LiPF 6 can be dissolved in a mixed solvent in which 1,2-dimethoxyethane and a fluorine-substituted ether are used in combination at a sufficient concentration.

1,2−ジアルコキシエタンのアルコキシ基としては、それぞれ独立に、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。
1,2−ジアルコキシエタンは1種類でもよいし、複数種類を併用してもよい。
As the alkoxy group of 1,2-dialkoxyethane, those having 1 to 6 carbon atoms are preferable, those having 1 to 4 carbon atoms are more preferable, and those having 1 to 2 carbon atoms are further preferable.
One type of 1,2-dialkoxyethane may be used, or a plurality of types may be used in combination.

1,2−ジアルコキシエタンはキレート化合物なので金属イオンに対する配位能(錯体の生成定数又は錯体の安定度定数)が高い。したがって、1,2−ジアルコキシエタンは、電解液中でLiPFのリチウムイオンに優先的に配位して、安定な錯体を形成すると考えられる。
ここで、LiPFに対する1,2−ジアルコキシエタンのモル比が4を超える電解液には、錯体形成に関与しない1,2−ジアルコキシエタンが存在する場合があると考えられる。
Since 1,2-dialkoxyethane is a chelate compound, it has a high coordination ability with respect to metal ions (complex formation constant or complex stability constant). Therefore, it is considered that 1,2-dialkoxyethane preferentially coordinates with the lithium ion of LiPF 6 in the electrolytic solution to form a stable complex.
Here, it is considered that 1,2-dialkoxyethane that is not involved in complex formation may be present in the electrolytic solution in which the molar ratio of 1,2-dialkoxyethane to LiPF 6 exceeds 4.

本発明の電解液において、LiPFに対する1,2−ジアルコキシエタンのモル比の範囲としては、0.5〜3.5、0.7〜3.2、1.0〜3.0、1.5〜2.7、1.8〜2.5を例示できる。 In the electrolytic solution of the present invention, the molar ratio of 1,2-dialkoxyethane to LiPF 6 is 0.5 to 3.5, 0.7 to 3.2, 1.0 to 3.0, and 1. .5-2.7, 1.8-2.5 can be exemplified.

一般式(A)において、n及びmとしては、それぞれ独立に、1〜18、1〜12、1〜8、1〜6を例示できる。沸点の関係から、n+m≧4を満足するのが好ましい。一般式(A)において、a<bを満足するもの、c<dを満足するもの、又は、a+c<b+dを満足するものが好ましい。一般式(A)において、a=0及び/又はc=0であってもよい。
フッ素置換エーテルは1種類でもよいし、複数種類を併用してもよい。
In the general formula (A), 1 to 18, 1 to 12, 1 to 8 and 1 to 6 can be exemplified independently as n and m, respectively. From the viewpoint of boiling point, it is preferable to satisfy n + m ≧ 4. In the general formula (A), those satisfying a <b, those satisfying c <d, or those satisfying a + c <b + d are preferable. In the general formula (A), a = 0 and / or c = 0 may be used.
One type of fluorine-substituted ether may be used, or a plurality of types may be used in combination.

一般式(A)で表されるフッ素置換エーテルとしては、CFCHOCFCH、CFCHOCFCHF、CHFCFCHOCFCHF、CFCFCHOCFCHF、CFCHFCFOCHCF、COCH、COCH、C13OCH、CCF(OCH)C、COC、CHFCH(CH)OCHFを例示できる。 Examples of the fluorine-substituted ether represented by the general formula (A) include CF 3 CH 2 OCF 2 CH 3 , CF 3 CH 2 OCF 2 CHF 2 , CHF 2 CF 2 CH 2 OCF 2 CHF 2 , and CF 3 CF 2 CH 2. OCF 2 CHF 2 , CF 3 CHFCF 2 OCH 2 CF 3 , C 3 F 7 OCH 3 , C 4 F 9 OCH 3 , C 6 F 13 OCH 3 , C 2 F 5 CF (OCH 3 ) C 3 F 7 Examples thereof include 4 F 9 OC 2 H 5 , C 3 HF 6 CH (CH 3 ) OC 3 HF 6 .

本発明の電解液において、LiPFに対するフッ素置換エーテルのモル比の範囲としては、0.5以上、1以上、1.5以上を例示できる。より具体的には、LiPFに対するフッ素置換エーテルのモル比の範囲として、0.5〜10、1〜7、1.5〜5を例示できる。 In the electrolytic solution of the present invention, examples of the molar ratio of the fluorine-substituted ether to LiPF 6 are 0.5 or more, 1 or more, and 1.5 or more. More specifically, 0.5 to 10, 1 to 7, and 1.5 to 5 can be exemplified as the range of the molar ratio of the fluorine-substituted ether to LiPF 6 .

フッ素置換エーテルは、その化学構造からみて、金属イオンに対する配位能(錯体の生成定数又は錯体の安定度定数)が1,2−ジアルコキシエタンよりも低いと考えられる。よって、フッ素置換エーテルは、1,2−ジアルコキシエタンとリチウムイオンで形成される錯体の安定性に影響を与えないと考えられる。 From the viewpoint of its chemical structure, the fluorine-substituted ether is considered to have a lower coordination ability with respect to metal ions (complex formation constant or complex stability constant) than 1,2-dialkoxyethane. Therefore, it is considered that the fluorine-substituted ether does not affect the stability of the complex formed of 1,2-dialkoxyethane and lithium ion.

本発明の電解液において、1,2−ジアルコキシエタンとフッ素置換エーテルの配合比は特に限定されない。1,2−ジアルコキシエタンとフッ素置換エーテルとの体積比として、10:90〜90:10の範囲内、20:80〜80:20の範囲内、30:70〜70:30の範囲内を例示できる。1,2−ジアルコキシエタンとフッ素置換エーテルとのモル比として、10:90〜90:10の範囲内、20:80〜80:20の範囲内、30:70〜70:30の範囲内を例示できる。 In the electrolytic solution of the present invention, the compounding ratio of 1,2-dialkoxyethane and fluorine-substituted ether is not particularly limited. The volume ratio of 1,2-dialkoxyethane to fluorine-substituted ether is in the range of 10:90 to 90:10, in the range of 20:80 to 80:20, and in the range of 30:70 to 70:30. It can be exemplified. The molar ratio of 1,2-dialkoxyethane to fluorine-substituted ether is in the range of 10:90 to 90:10, in the range of 20:80 to 80:20, and in the range of 30:70 to 70:30. It can be exemplified.

本発明の電解液におけるLiPFの濃度としては、0.3〜4mol/Lの範囲内、0.5〜3mol/Lの範囲内、0.7〜2.5mol/Lの範囲内、0.9〜2mol/Lの範囲内、1〜1.5mol/Lの範囲内を例示できる。 The concentration of LiPF 6 in the electrolytic solution of the present invention was in the range of 0.3 to 4 mol / L, in the range of 0.5 to 3 mol / L, in the range of 0.7 to 2.5 mol / L, and 0. The range of 9 to 2 mol / L and the range of 1 to 1.5 mol / L can be exemplified.

本発明の電解液には、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、LiPF以外の電解質や、1,2−ジアルコキシエタン及びフッ素置換エーテル以外の非水溶媒(以下、第3溶媒ということがある。)を添加してもよい。また、本発明の電解液には、各種の添加剤を配合してもよい。 The electrolytic solution of the present invention includes an electrolyte other than LiPF 6 and a non-aqueous solvent other than 1,2-dialkoxyethane and a fluorine-substituted ether (hereinafter referred to as a third solvent) as long as the gist of the present invention is not deviated. There is.) May be added. Further, various additives may be added to the electrolytic solution of the present invention.

本発明の電解液に含まれる全電解質に対するLiPFの割合として、60〜100モル%、70〜99モル%、80〜98モル%、90〜95モル%を例示できる。 Examples of the ratio of LiPF 6 to the total electrolyte contained in the electrolytic solution of the present invention include 60 to 100 mol%, 70 to 99 mol%, 80 to 98 mol%, and 90 to 95 mol%.

本発明の電解液に含まれる全非水溶媒に対する1,2−ジアルコキシエタン及びフッ素置換エーテルの割合として、60〜100体積%、70〜98体積%、80〜95体積%、85〜90体積%や、60〜100モル%、70〜98モル%、80〜95モル%、85〜90モル%を例示できる。 The ratios of 1,2-dialkoxyethane and fluorine-substituted ether to the total non-aqueous solvent contained in the electrolytic solution of the present invention are 60 to 100% by volume, 70 to 98% by volume, 80 to 95% by volume, and 85 to 90% by volume. %, 60 to 100 mol%, 70 to 98 mol%, 80 to 95 mol%, 85 to 90 mol% can be exemplified.

第3溶媒としては、リチウムイオン二次電池の非水溶媒として使用可能なものであればよい。また、第3溶媒としては、金属イオンに対する配位能(錯体の生成定数又は錯体の安定度定数)が1,2−ジアルコキシエタンよりも低いものが好ましい。第3溶媒として、鎖状エーテル、環状エーテル及び炭化水素を例示できる。
LiPFに対する1,2−ジアルコキシエタンのモル比が低い場合には、フッ素置換エーテルや第3溶媒のうち酸素を含有するものが、電解液中でLiPFのリチウムイオンに配位する場合があると推定される。
The third solvent may be any solvent that can be used as a non-aqueous solvent for the lithium ion secondary battery. Further, as the third solvent, a solvent having a coordination ability with respect to metal ions (complex formation constant or complex stability constant) lower than that of 1,2-dialkoxyethane is preferable. Examples of the third solvent include chain ethers, cyclic ethers and hydrocarbons.
When the molar ratio of 1,2-dialkethaneethane to LiPF 6 is low, the fluorine-substituted ether or the third solvent containing oxygen may coordinate with the lithium ion of LiPF 6 in the electrolytic solution. Presumed to be.

鎖状エーテルとしては、RORで表わされるものが好ましい。R及びRはそれぞれ独立に鎖状アルキル基又は環状アルキル基である。鎖状アルキル基の炭素数としては、1〜6、2〜5、3〜4を例示できる。環状アルキル基の炭素数としては、3〜8、4〜7、5〜6を例示できる。 As the chain ether, those represented by R 1 OR 2 are preferable. R 1 and R 2 are independently chain alkyl groups or cyclic alkyl groups, respectively. Examples of the number of carbon atoms of the chain alkyl group include 1 to 6, 2 to 5, and 3 to 4. Examples of the number of carbon atoms of the cyclic alkyl group include 3 to 8, 4 to 7, and 5 to 6.

鎖状エーテルとしては、ジエチルエーテル、ジ−n−プロピルエーテル、ジ−i−プロピルエーテル、エチルn−プロピルエーテル、エチルi−プロピルエーテル、ジ−n−ブチルエーテル、ジ−iso−ブチルエーテル、ジ−sec−ブチルエーテル、ジ−tert−ブチルエーテル、n−ブチルメチルエーテル、iso−ブチルメチルエーテル、sec−ブチルメチルエーテル、tert−ブチルメチルエーテル、n−ブチルエチルエーテル、iso−ブチルエチルエーテル、sec−ブチルエチルエーテル、tert−ブチルエチルエーテル、n−ブチルn−プロピルエーテル、iso−ブチルn−プロピルエーテル、sec−ブチルn−プロピルエーテル、tert−ブチルn−プロピルエーテル、ジ−n−ペンチルエーテル、ジイソペンチルエーテル、メチルネオペンチルエーテル、エチルネオペンチルエーテル、ジ−n−へキシルエーテル、メチルシクロペンチルエーテル、メチルシクロへキシルエーテル、エチルシクロペンチルエーテル、エチルシクロへキシルエーテルを例示できる。 Examples of the chain ether include diethyl ether, di-n-propyl ether, di-i-propyl ether, ethyl n-propyl ether, ethyl i-propyl ether, di-n-butyl ether, di-iso-butyl ether, and di-sec. -Butyl ether, di-tert-butyl ether, n-butyl methyl ether, iso-butyl methyl ether, sec-butyl methyl ether, tert-butyl methyl ether, n-butyl ethyl ether, iso-butyl ethyl ether, sec-butyl ethyl ether , Tert-butyl ethyl ether, n-butyl n-propyl ether, iso-butyl n-propyl ether, sec-butyl n-propyl ether, tert-butyl n-propyl ether, di-n-pentyl ether, diisopentyl ether. , Methyl neopentyl ether, ethyl neopentyl ether, di-n-hexyl ether, methyl cyclopentyl ether, methyl cyclohexyl ether, ethyl cyclopentyl ether, ethyl cyclohexyl ether can be exemplified.

環状エーテルとしては、アルキル基で置換されていてもよい4〜8員環のエーテルが好ましく、アルキル基で置換されていてもよい5〜7員環のエーテルがより好ましく、アルキル基で置換されていてもよい6員環のエーテルがさらに好ましい。
環状エーテルとしては、酸素数が2又は1のものが好ましい。酸素数が2の環状エーテルとしては、1,4−ジオキサンを例示できる。
酸素数が1の環状エーテルとしては、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、2−メチルテトラヒドロピラン、3−メチルテトラヒドロピラン、4−メチルテトラヒドロピラン、オキセパンを例示できる。
The cyclic ether is preferably a 4- to 8-membered ring ether which may be substituted with an alkyl group, more preferably a 5- to 7-membered ring ether which may be substituted with an alkyl group, and is substituted with an alkyl group. A 6-membered ring ether may be more preferred.
The cyclic ether preferably has an oxygen number of 2 or 1. Examples of the cyclic ether having an oxygen number of 2 include 1,4-dioxane.
Examples of the cyclic ether having an oxygen number of 1 include tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, tetrahydropyran, 2-methyltetrahydropyran, 3-methyltetrahydropyran, 4-methyltetrahydropyran, and oxepane.

環状エーテルとして、アルキル基で置換されていてもよい6員環のエーテルが好ましい理由を具体的に説明する。
6員環の環状エーテルは、ラジカルを発生し難いため、充放電時の負極での還元分解に対する耐性が高いと考えられる。その理由は以下のとおりである。
The reason why a 6-membered ring ether which may be substituted with an alkyl group is preferable as the cyclic ether will be specifically described.
Since the 6-membered ring cyclic ether is unlikely to generate radicals, it is considered to have high resistance to reductive decomposition at the negative electrode during charging and discharging. 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 part where radicals are most likely to be generated, in other words, the carbon in which the hydrogen radical is most easily released is the carbon adjacent to the oxygen of the ether 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 ring cyclic ether has a conformation such as a chair-form or a boat-form that is thermally stable. Then, each conformation can be converted to each other. Such conformation is by carbon constituting the ring has an sp 3 hybrid orbital is formed.
However, the carbon in which the radical is generated is converted from the sp 3 hybrid orbital to the sp 2 hybrid orbital. Three bonds in sp 2 hybrid orbital is ideally present 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 the radical is generated in the cyclic ether 6-membered ring, since the carbon bearing the radical will have a sp 2 hybrid orbital, conformations such as thermal energy stable chair-form and boat-form It cannot take a seat and has to have a three-dimensional structure that is unstable in terms of thermal energy.
It is considered that such a thermal energy unstable three-dimensional structure serves as an energy barrier for radicalizing the 6-membered ring 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 6-membered ring cyclic ether which may be substituted with an alkyl group, it is preferable that 5 of the 6 elements constituting the ring are carbon and 1 is oxygen.
As the alkyl group that can be bonded to the carbon of the 6-membered ring, those having 1 to 6 carbon atoms are preferable, those having 1 to 4 carbon atoms are more preferable, and those having 1 to 2 carbon atoms are further preferable.

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 attached to the carbon of the 6-membered ring is preferably attached to the carbon that is not adjacent to the oxygen of the ether.
When an alkyl group is bonded to a carbon adjacent to oxygen of the ether, the carbon has a structure of O-CH (alkyl group) -CH 2 . Here, in a CH group sandwiched between oxygen and an alkyl chain, it is considered that radicals are likely to be generated because radicals are stabilized due to the interaction of adjacent groups between adjacent oxygen and the adjacent alkyl chain. .. Therefore, it is presumed that the 6-membered cyclic ether in which an alkyl group is bonded to the carbon adjacent to the oxygen of the ether is relatively easy to generate radicals.

炭化水素としては、鎖状炭化水素、環状炭化水素、芳香族炭化水素を例示できる。炭化水素としては、フッ素置換炭化水素が好ましく、下記一般式(B)で表されるフッ素置換−環状炭化水素がより好ましい。
一般式(B) C
一般式(B)において、nは5以上の整数であり、aは0以上の整数であり、bは1以上の整数であり、2n=a+bを満足する。
Examples of hydrocarbons include chain hydrocarbons, cyclic hydrocarbons, and aromatic hydrocarbons. As the hydrocarbon, a fluorine-substituted hydrocarbon is preferable, and a fluorine-substituted-cyclic hydrocarbon represented by the following general formula (B) is more preferable.
Formula (B) C n H a F b
In the general formula (B), n is an integer of 5 or more, a is an integer of 0 or more, b is an integer of 1 or more, and 2n = a + b is satisfied.

一般式(B)において、nとしては、5〜12、5〜10、5〜8、5〜7を例示できる。一般式(B)において、a<bを満足するのが好ましい。
一般式(B)においては、5員環又は6員環のものが好ましい。また、一般式(B)においては、5員環又は6員環の骨格にCH、CF、CFCFなどの置換基が1種類又は複数種類結合したものでもよい。
In the general formula (B), examples of n include 5 to 12, 5 to 10, 5 to 8, and 5 to 7. In the general formula (B), it is preferable that a <b is satisfied.
In the general formula (B), a 5-membered ring or a 6-membered ring is preferable. Further, in the general formula (B), one or more substituents such as CH 3 , CF 3 , CF 3 CF 2 may be bonded to the skeleton of the 5-membered ring or the 6-membered ring.

一般式(B)で表されるフッ素置換−環状炭化水素としては、フルオロシクロペンタン、1,1,2,2,3,3,4−ヘプタフルオロシクロペンタン、デカフルオロシクロペンタン、フルオロシクロヘキサン、ペルフルオロメチルシクロヘキサン、ペルフルオロ(1,3−ジメチルシクロヘキサン)を例示できる。 Examples of the fluorine-substituted-cyclic hydrocarbon represented by the general formula (B) include fluorocyclopentane, 1,1,2,2,3,3,4-heptafluorocyclopentane, decafluorocyclopentane, fluorocyclohexane, and perfluoro. Examples thereof include methylcyclohexane and perfluoro (1,3-dimethylcyclohexane).

本発明の電解液を備えるリチウムイオン二次電池を本発明のリチウムイオン二次電池という。
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、正極と、負極と、セパレータを備える。
The lithium ion secondary battery provided with the electrolytic solution of the present invention is referred to as the lithium ion secondary battery of the present invention.
Specifically, the lithium ion secondary battery of the present invention includes the electrolytic solution of the present invention, a positive electrode, a negative electrode, and a separator.

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。 The positive electrode includes a current collector and a positive electrode active material layer formed on the surface of the current collector.

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。 A current collector is a chemically inactive electron conductor that keeps current flowing through the electrodes during the discharge or charging of a lithium ion secondary battery. The material of the current collector is not particularly limited as long as it is a metal that can withstand a voltage suitable for the active material 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. Metallic materials such as can be exemplified. The current collector may be coated with a known protective layer. A current collector whose surface is 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 can take the form of foil, sheet, film, linear, rod, mesh or the like. Therefore, as the current collector, for example, a metal foil such as a copper foil, a nickel foil, an aluminum foil, or a stainless steel foil can be preferably used. When the current collector is in the form of a foil, a sheet, or a film, the thickness is preferably in the range of 1 μm to 100 μm.

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 based on lithium, it is preferable to use aluminum as the current collector for the positive electrode.

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 current collector for the positive electrode made of aluminum or an aluminum alloy. Here, aluminum refers to pure aluminum, and aluminum having a purity of 99.0% or higher is referred to as pure aluminum. An alloy obtained by adding various elements to pure aluminum is called 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。 Further, as aluminum or aluminum alloy, specifically, for example, A1000 series alloys such as JIS A1085 and A1N30 (pure aluminum series), A3000 series alloys such as JIS A3003 and A3004 (Al-Mn series), JIS A8079, A8021 and the like. A8000 series alloy (Al—Fe series) can be mentioned.

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、負極で説明する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 auxiliary agent. The positive electrode active material layer preferably contains the positive electrode active material in an amount of 60 to 99% by mass, more preferably 70 to 95% by mass, based on the total mass of the positive electrode active material layer. As the binder and the conductive auxiliary agent, those described in the negative electrode may be appropriately used in appropriate amounts.

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, 0 ≦ e <1. Li 2 MnO 3 , a lithium composite metal oxide represented by (satisfying 1.7 ≦ f ≦ 3), can be mentioned. Further, 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 (in the formula). M is selected from at least one of Co, Ni, Mn, and Fe) and the like. 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 metal oxide used as the positive electrode active material may have the above composition formula as the basic composition, and those in which the metal element contained in the basic composition is replaced with another metal element can also be used. Further, as the positive electrode active material, a material containing no lithium ion may be used. For example, elemental sulfur, compounds complexed with sulfur and carbon, metal sulfides such as TiS 2, oxides such as V 2 O 5, MnO 2, polyaniline and anthraquinone and compounds containing these aromatic in chemical structure, conjugated double Conjugated materials such as acetic acid-based organic substances and other known materials can also be used. Further, a compound having a stable radical such as nitroxide, nitronyl nitroxide, galbinoxyl, and phenoxyl may be adopted 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, Sc, Sn, In, Y, Bi, S, Si, Na, K, P, V are at least one element. A, b, c, d, e, f are 0.2 ≦ a ≦ 2. , B + c + d + e = 1, 0 ≦ e <1, 1.7 ≦ f ≦ 3).) It is preferable to use the lithium composite metal oxide represented by.

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0.1≦b≦0.95、0.01≦c≦0.5、0.01≦d≦0.5の範囲であることが好ましく、0.3≦b≦0.9、0.03≦c≦0.3、0.03≦d≦0.3の範囲であることがより好ましく、0.5≦b≦0.9、0.05≦c≦0.2、0.05≦d≦0.2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 having 0 <b <1, 0 <c <1, 0 <d <1 are used. It is good, and at least one of b, c, and d is in the range of 0.1 ≦ b ≦ 0.95, 0.01 ≦ c ≦ 0.5, and 0.01 ≦ d ≦ 0.5. More preferably, the range is 0.3 ≦ b ≦ 0.9, 0.03 ≦ c ≦ 0.3, 0.03 ≦ d ≦ 0.3, and 0.5 ≦ b ≦ 0.9, It is more preferable that the range is 0.05 ≦ c ≦ 0.2 and 0.05 ≦ d ≦ 0.2.

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。 The values a, e, and f may be values within the range specified by the above general formula, and preferably 0.5 ≦ a ≦ 1.5, 0 ≦ e <0.2, 1.8 ≦ f ≦ 2. 5.5, more preferably 0.8 ≦ a ≦ 1.3, 0 ≦ e <0.1, 1.9 ≦ f ≦ 2.1 can be exemplified, respectively.

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。 As a positive electrode active material, Li x Mn 2-y Ay O 4 (A is Ca, Mg, S, Si, Na, K, Al, P, Ga) having a spinel structure, because of its high capacity and excellent durability. , At least one element selected from Ge, and at least one metal element selected from transition metal elements such as Ni. 0 <x ≦ 2.2, 0 ≦ y ≦ 1) can be exemplified. Examples of the range of the value of x include 0.5 ≦ x ≦ 1.8, 0.7 ≦ x ≦ 1.5, and 0.9 ≦ x ≦ 1.2, and the range of the value of y is 0. Examples thereof include ≦ y ≦ 0.8 and 0 ≦ y ≦ 0.6. Examples of specific spinel-structured compounds 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 examples of the positive electrode active material include LiFePO 4 , Li 2 FeSiO 4 , LiCoPO 4 , Li 2 CoPO 4 , Li 2 MnPO 4 , Li 2 MnSiO 4 , and Li 2 CoPO 4 F. As another specific positive electrode active material, Li 2 MnO 3- LiCoO 2 can be exemplified.

後述する具体的な評価結果からみて、正極活物質としては、リチウム基準で4V以上の電位にて充放電を行うものであるのが好ましい。そのような正極活物質として、上記の層状岩塩構造の一般式:LiNiCoで表されるリチウム複合金属酸化物、スピネル構造のLiMn2―yなどを例示できる。好ましい正極活物質が充放電するリチウム基準の電位としては、4〜5.5V、4.1〜5V、4.2〜4.8V、4.3〜4.5Vを例示できる。 From the concrete evaluation results described later, it is preferable that the positive electrode active material is charged and discharged at a potential of 4 V or more based on lithium. Such a positive electrode active material, the general formula of the layered rock salt structure: Li a Ni b Co c M d D e O lithium mixed metal oxide represented by f, a spinel structure Li x Mn 2-y A y O 4 and the like can be exemplified. Examples of the lithium-based potential for charging and discharging the preferred positive electrode active material include 4 to 5.5 V, 4.1 to 5 V, 4.2 to 4.8 V, and 4.3 to 4.5 V.

負極は、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。
集電体としては、正極で説明したものを適宜適切に採用すればよい。
The negative electrode includes a current collector and a negative electrode active material layer formed on the surface of the current collector.
As the current collector, the one described in the positive electrode may be appropriately adopted.

負極活物質層は、リチウムイオンを吸蔵及び放出し得る負極活物質、並びに必要に応じて結着剤及び導電助剤を含む。 The negative electrode active material layer contains a negative electrode active material capable of occluding and releasing lithium ions, and, if necessary, a binder and a conductive auxiliary agent.

負極活物質としては、リチウムイオン二次電池に使用可能なものを採用すればよい。後述する具体的な評価結果からみて、好適な負極活物質として、黒鉛やSi含有負極活物質を例示できる。 As the negative electrode active material, a material that can be used for a lithium ion secondary battery may be used. From the specific evaluation results described later, graphite or Si-containing negative electrode active material can be exemplified as a suitable 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 occluding and releasing 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 value, the ratio of Si becomes excessive, so that the volume change at the time of charging / discharging becomes too large, and the cycle characteristics of the lithium ion secondary battery may deteriorate. On the other hand, when x exceeds the upper limit value, 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 International Publication No. 2014/08608 (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-shaped silicon bodies are laminated 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
The ideal reaction formula when hydrogen chloride is used as the acid shows the method for producing the silicon material 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 for synthesizing Si 6 H 6 which is polysilane, water is usually used as the 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 reaction in the upper stage, the layered silicon compound is rarely produced as containing only Si 6 H 6 , and is layered. Silicon compounds are represented by Si 6 H s (OH) t X u (X is an element or group derived from an acid anion, s + t + u = 6, 0 <s <6, 0 <t <6, 0 <u <6). Manufactured as a compound. In the above chemical formula, unavoidable impurities such as Ca that may remain are not considered. The silicon material obtained by heating the layered silicon compound also contains an element derived from an anion of oxygen or acid.

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-shaped silicon bodies are laminated in the thickness direction. In order to efficiently occlude and release lithium ions, the plate-shaped silicon body preferably has a thickness in the range of 10 nm to 100 nm, and more preferably in the range of 20 nm to 50 nm. The length of the plate-shaped silicon body in the longitudinal direction is preferably in the range of 0.1 μm to 50 μm. Further, the plate-shaped silicon body preferably has (length in the longitudinal direction) / (thickness) in the range of 2 to 1000. The laminated structure of the plate-shaped silicon body can be confirmed by observation with a scanning electron microscope or the like. Further, 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。 The silicon material preferably contains amorphous silicon and / or silicon crystallites. In particular, in the plate-shaped 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, further 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 the Scheller's equation using the half width of the diffraction peak on the Si (111) plane of the obtained X-ray diffraction chart obtained 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 plate-shaped silicon body, amorphous silicon, and silicon crystallites contained in the silicon material mainly depend on the heating temperature and heating time. The heating temperature is preferably in the range of 350 ° C. to 950 ° C., more preferably in the range of 400 ° C. to 900 ° C.

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 powder, which is an aggregate of particles. The average particle size of the Si-containing negative electrode active material is preferably in the range of 1 to 30 μm, more preferably in the range of 2 to 20 μm. If a Si-containing negative electrode active material having an average particle size too small is used, the manufacturing operation may become difficult. On the other hand, a lithium ion secondary battery including a negative electrode using a Si-containing negative electrode active material having an excessively large average particle size may not be able to be charged and discharged appropriately.
The average particle size in the present specification means D 50 when the sample is measured by a general laser diffraction type particle size distribution measuring device.

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 the Si-containing negative electrode active material is coated with a carbon layer may be adopted. The carbon layer coating-Si-containing negative electrode active material is preferably one in which the carbon layer and the Si-containing negative electrode active material are integrated. Examples of the method for producing such a carbon layer-coated-Si-containing negative electrode active material include a mechanical milling method in which a mixture of a Si-containing negative electrode active material and a carbon powder is stirred and integrated after applying strong pressure. 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 preferable because the surface of the Si-containing negative electrode active material can be uniformly coated with a thin carbon layer. Then, among the CVD methods, the thermal CVD method in which a gaseous organic substance as a carbon source is thermally decomposed 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。 A thermal CVD step of producing a carbon layer-coated-Si-containing negative electrode active material by using a thermal CVD method will be specifically described. More specifically, in the thermal CVD step, a carbon layer formed by bringing a Si-containing negative electrode active material into contact with an organic substance under a non-oxidizing atmosphere and heating conditions and carbonizing the organic substance on the surface of the Si-containing negative electrode active material. Is the process of forming. When performing a thermal CVD step, a known CVD apparatus such as a fluidized bed reactor, a rotary furnace, a tunnel furnace, a batch type firing furnace, a rotary kiln, etc. of a hot wall type, a cold wall type, a horizontal type, a vertical type, etc. 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, a substance that can be thermally decomposed and carbonized by heating in a non-oxidizing atmosphere is used, and for example, saturated aliphatic hydrocarbons such as methane, ethane, propane, butan, isobutane, pentane, and 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, chlorbenzene, inden, benzofuran , Aromatic hydrocarbons such as pyridine, esters such as ethyl acetate, butyl acetate, amyl acetate, fatty acids and the like, and examples thereof.

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 it is desirable that the temperature is 50 ° C. or more higher than the temperature at which the organic substance is thermally decomposed. However, if the heating temperature is excessively high, free carbon (soot) may be generated in the system, so it is preferable to select a condition in which free carbon (soot) is not generated. The thickness of the carbon layer formed can be controlled by the treatment 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 step is performed by putting the Si-containing negative electrode active material in a flowing 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 such as using a fluidized bed to bring the Si-containing negative electrode active material into a fluidized state, but 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 staying in the baffle plate drops from a predetermined height as the rotary furnace rotates and is agitated, and at that time, it comes into contact with organic substances. Since the carbon layer is formed, 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 negative electrode active material layer preferably contains the negative electrode active material in an amount of 60 to 99% by mass, more preferably 70 to 95% by mass, based on the total mass of the negative electrode 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 fluororesins such as polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene and fluororubber, thermoplastic resins such as polypropylene and polyethylene, imide resins such as polyimide and polyamideimide, alkoxysilyl group-containing resins and carboxymethyl cellulose. , 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 crosslinked polymer obtained by cross-linking a carboxyl group-containing polymer such as polyacrylic acid or polymethacrylic acid with a polyamine such as diamine disclosed in International Publication No. 2016/06382 may be used as a 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、3,5−ジアミノ安息香酸、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。 Diamines used in 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, 3,5-diaminobenzoic acid, 4,4'-diaminodiphenylmethane, 4,4'-diaminodiphenyl ether, bis (4-aminophenyl) sulfone, benzidine, Examples thereof include aromatic diamines such as o-tridine, 2,4-tolylene diamine, 2,6-tolylene diamine, xylylene diamine and naphthalenediamine.

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, in terms of mass ratio, negative electrode active material: binder = 1: 0.005 to 1: 0.3. This is because if the amount of the binder is too small, the moldability of the electrode is lowered, and if the amount of the binder is too large, the energy density of the electrode is lowered.

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 auxiliary agent is added to increase the conductivity of the electrode. Therefore, the conductive auxiliary agent 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 a chemically inert electron high conductor, and examples thereof include carbon black, graphite, vaporized carbon fiber (Vapor Grown Carbon Fiber), and various metal particles, which are carbonaceous fine particles. To. Examples of carbon black include acetylene black, Ketjen black (registered trademark), furnace black, and channel black. These conductive auxiliary agents can be added to the active material layer 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。 The mixing ratio of the conductive auxiliary agent in the negative electrode active material layer is preferably, in terms of mass ratio, negative electrode active material: conductive auxiliary agent = 1: 0.01 to 1: 0.5. This is because if the amount of the conductive auxiliary agent is too small, an efficient conductive path cannot be formed, and if the amount of the conductive auxiliary agent is too large, the moldability of the active material layer is deteriorated and the energy density of the electrode is lowered.

集電体の表面に正極活物質層又は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、集電体の表面に正極活物質又は負極活物質を塗布すればよい。具体的には、正極活物質又は負極活物質、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。 Conventionally known methods 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 are used to form a positive electrode active material layer or a negative electrode active material layer on the surface of a current collector. The positive electrode active material or the negative electrode active material may be applied to the surface of the current collector using the above. Specifically, the positive electrode active material or the negative electrode active material, the binder, the solvent, and if necessary, the conductive auxiliary agent 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. In order to increase the electrode density, the dried one may be compressed.

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 allows lithium ions to pass through while preventing a short circuit due to contact between the two electrodes. As the separator, a known one may be adopted, 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, and suberin, and porous materials using one or more electrically insulating materials such as ceramics, non-woven fabrics, and woven fabrics. Further, the separator may have a multi-layer 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, the separator is sandwiched between the positive electrode and the negative electrode to form an electrode body. The electrode body may be of either a laminated type in which a positive electrode, a separator and a negative electrode are stacked, or a wound type in which a laminated body of a positive electrode, a separator and a negative electrode is wound. After connecting the positive electrode current collector and the negative electrode current collector to the positive electrode terminal and the negative electrode terminal leading to the outside by using a current collecting lead or the like, the electrolytic solution of the present invention is added to the electrode body to add a 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 laminated type can be adopted.

本発明のリチウムイオン二次電池は、高電位条件下での充放電に対する耐久性に優れる。よって、本発明のリチウムイオン二次電池は、高電位まで充電されるのが好ましい。ここでの高電位とは、リチウム基準で4V以上の電位を意味する。高電位の範囲としては、リチウム基準で4〜5.5V、4.1〜5V、4.2〜4.8V、4.3〜4.5Vを例示できる。 The lithium ion secondary battery of the present invention has excellent durability against charging and discharging under high potential conditions. Therefore, the lithium ion secondary battery of the present invention is preferably charged to a high potential. The high potential here means a potential of 4 V or more based on lithium. Examples of the high potential range include 4 to 5.5 V, 4.1 to 5 V, 4.2 to 4.8 V, and 4.3 to 4.5 V based on lithium.

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 a vehicle that uses electric energy from a lithium ion secondary battery for all or part of its power source, and may be, for example, 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. In addition to vehicles, devices equipped with a lithium-ion secondary battery include various battery-powered home appliances such as personal computers and mobile communication devices, office devices, and industrial devices. Further, the lithium ion secondary battery of the present invention includes wind power generation, solar power generation, hydraulic power generation and other power storage devices and power smoothing devices for electric power systems, power supply sources for power and / or auxiliary machinery such as ships, aircraft, and aircraft. Power supply sources for spacecraft and / or auxiliary equipment, auxiliary power sources for vehicles that do not use electricity as power sources, power sources for mobile household robots, power sources for system backup, power sources for non-disruptive power supply devices, It may be used as a power storage device that temporarily stores the electric power required for charging in 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。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments. It can be carried out in various forms with modifications, improvements, etc. 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 in more detail with reference to Examples and Comparative Examples. The present invention is not limited to these examples.

(実施例1)
LiPFと1,2−ジメトキシエタンとフッ素置換エーテルであるCHFCFCHOCFCHFを、モル比1:2:3.38で混合し、LiPFを溶解することで、実施例1の電解液を製造した。
(Example 1)
Example by mixing LiPF 6 and 1,2-dimethoxyethane and CHF 2 CF 2 CH 2 OCF 2 CHF 2 which is a fluorine-substituted ether at a molar ratio of 1: 2: 3.38 to dissolve LiPF 6. The electrolytic solution of 1 was produced.

実施例1の電解液を用いて、実施例1−N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 electrolytic solution of Example 1, the lithium ion secondary battery of Example 1-N was produced as follows.

重量平均分子量150万のポリアクリル酸と3,5−ジアミノ安息香酸と水を混合して、混合水溶液とした。ここで、ポリアクリル酸を構成するアクリル酸モノマーと3,5−ジアミノ安息香酸のモル比は16:1とした。
窒素ガス雰囲気下、混合水溶液を80℃で2時間撹拌することで、結着剤溶液を製造した。なお、結着剤溶液において、水の含有量は85質量%であった。
Polyacrylic acid having a weight average molecular weight of 1.5 million, 3,5-diaminobenzoic acid and water were mixed to prepare a mixed aqueous solution. Here, the molar ratio of the acrylic acid monomer constituting polyacrylic acid to 3,5-diaminobenzoic acid was 16: 1.
A binder solution was produced by stirring the mixed aqueous solution at 80 ° C. for 2 hours in a nitrogen gas atmosphere. In the binder solution, the water content was 85% by mass.

Si含有負極活物質として炭素被覆シリコン材料80質量部、導電助剤としてアセチレンブラック10質量部、結着剤として固形分が10質量部となる量の上記結着剤溶液、及び、適量の水を混合して、スラリーを製造した。負極用集電体として銅箔を準備した。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乾燥することで、水を除去した。その後、プレスし、230℃で加熱するとの手順で、銅箔の表面に負極活物質層が形成された負極を製造した。 80 parts by mass of carbon-coated silicon material as a Si-containing negative electrode active material, 10 parts by mass of acetylene black as a conductive auxiliary agent, the above-mentioned binder solution having a solid content of 10 parts by mass as a binder, and an appropriate amount of water. Mixing produced a slurry. A copper foil was prepared as a current collector for the negative electrode. The slurry was applied in a film form on the surface of the copper foil using a doctor blade. Water was removed by drying the copper foil coated with the slurry. Then, a negative electrode having a negative electrode active material layer formed on the surface of the copper foil was manufactured by pressing and heating at 230 ° C.

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、さらに実施例1の電解液を注入して、コイン型電池を得た。これを実施例1−Nのリチウムイオン二次電池とした。 The negative electrode was cut to 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 form a counter electrode. As a separator, a glass filter (Hoechst Celanese) and a single-layer polypropylene celgard 2400 (Polypore Co., Ltd.) 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, the celgard 2400, and the evaluation electrode to form an electrode body. This electrode body was housed in a coin-type battery case CR2032 (Hosen Co., Ltd.), and the electrolytic solution of Example 1 was further injected to obtain a coin-type battery. This was used as the lithium ion secondary battery of Example 1-N.

実施例1の電解液を用いて、実施例1−P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 electrolytic solution of Example 1, the lithium ion secondary battery of Example 1-P was produced as follows.

正極活物質として層状岩塩構造を示すLiNi0.5Co0.3Mn0.2、結着剤としてポリフッ化ビニリデン及び導電助剤としてアセチレンブラックを、LiNi0.5Co0.3Mn0.2とポリフッ化ビニリデンとアセチレンブラックとの質量比が94:3:3となるように混合し、溶剤としてのN−メチル−2−ピロリドンを添加してスラリーとした。正極用集電体としてアルミニウム箔を準備した。このアルミニウム箔の表面に、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アルミニウム箔を乾燥することで、溶剤を除去した。以上の手順で、アルミニウム箔の表面に正極活物質層が形成された正極を製造した。 LiNi 0.5 Co 0.3 Mn 0.2 O 2 showing a layered rock salt structure as a positive electrode active material, polyvinylidene fluoride as a binder, acetylene black as a conductive auxiliary agent, LiNi 0.5 Co 0.3 Mn 0 .2 O 2 was mixed so that the mass ratio of polyvinylidene fluoride and acetylene black was 94: 3: 3, and N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent was added to prepare a slurry. An aluminum foil was prepared as a current collector for the positive electrode. The slurry was applied in a film form on the surface of the aluminum foil using a doctor blade. The solvent was removed by drying the aluminum foil coated with the slurry. By the above procedure, a positive electrode having a positive electrode active material layer formed on the surface of the aluminum foil was manufactured.

正極を評価極とした。厚さ500μmの金属リチウム箔を対極とした。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、さらに実施例1の電解液を注入して、コイン型電池を得た。これを実施例1−Pのリチウムイオン二次電池とした。 The positive electrode was used as the evaluation electrode. A metal lithium foil having a thickness of 500 μm was used as a counter electrode. As a separator, a glass filter (Hoechst Celanese) and a single-layer polypropylene celgard 2400 (Polypore Co., Ltd.) 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, the celgard 2400, and the evaluation electrode to form an electrode body. This electrode body was housed in a coin-type battery case CR2032 (Hosen Co., Ltd.), and the electrolytic solution of Example 1 was further injected to obtain a coin-type battery. This was used as the lithium ion secondary battery of Example 1-P.

(実施例2)
LiPFと1,2−ジメトキシエタンとフッ素置換エーテルであるCHFCFCHOCFCHFを、モル比1:3:3.38で混合し、LiPFを溶解することで、実施例2の電解液を製造した。
(Example 2)
Example by mixing LiPF 6 and 1,2-dimethoxyethane and CHF 2 CF 2 CH 2 OCF 2 CHF 2 which is a fluorine-substituted ether at a molar ratio of 1: 3: 3.38 to dissolve LiPF 6. The electrolytic solution of No. 2 was produced.

実施例2の電解液を用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で、実施例2−Nのリチウムイオン二次電池及び実施例2−Pのリチウムイオン二次電池を製造した。 A lithium ion secondary battery of Example 2-N and a lithium ion secondary battery of Example 2-P were produced in the same manner as in Example 1 except that the electrolytic solution of Example 2 was used.

(実施例3)
LiPFと1,2−ジメトキシエタンとフッ素置換エーテルであるCHFCFCHOCFCHFと鎖状エーテルであるジ−n−プロピルエーテルを、モル比1:3:1.69:1.64で混合し、LiPFを溶解することで、実施例3の電解液を製造した。
(Example 3)
LiPF 6 , 1,2-dimethoxyethane, CHF 2 CF 2 CH 2 OCF 2 CHF 2 which is a fluorine-substituted ether, and di-n-propyl ether which is a chain ether are mixed in a molar ratio of 1: 3: 1.69: 1. The electrolytic solution of Example 3 was produced by mixing with .64 and dissolving LiPF 6 .

実施例3の電解液を用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で、実施例3−Nのリチウムイオン二次電池及び実施例3−Pのリチウムイオン二次電池を製造した。 A lithium ion secondary battery of Example 3-N and a lithium ion secondary battery of Example 3-P were produced in the same manner as in Example 1 except that the electrolytic solution of Example 3 was used.

(実施例4)
LiPFと1,2−ジメトキシエタンとフッ素置換エーテルであるCHFCFCHOCFCHFを、モル比1:4:3.38で混合し、LiPFを溶解することで、実施例4の電解液を製造した。
(Example 4)
Example by mixing LiPF 6 and 1,2-dimethoxyethane and CHF 2 CF 2 CH 2 OCF 2 CHF 2 which is a fluorine-substituted ether at a molar ratio of 1: 4: 3.38 to dissolve LiPF 6. The electrolytic solution of No. 4 was produced.

実施例4の電解液を用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で、実施例4−Nのリチウムイオン二次電池及び実施例4−Pのリチウムイオン二次電池を製造した。 A lithium ion secondary battery of Example 4-N and a lithium ion secondary battery of Example 4-P were produced in the same manner as in Example 1 except that the electrolytic solution of Example 4 was used.

(実施例5)
LiPFと1,2−ジメトキシエタンとフッ素置換エーテルであるCHFCFCHOCFCHFと鎖状エーテルであるジ−n−プロピルエーテルを、モル比1:4:1.69:1.64で混合し、LiPFを溶解することで、実施例5の電解液を製造した。
(Example 5)
LiPF 6 , 1,2-dimethoxyethane, CHF 2 CF 2 CH 2 OCF 2 CHF 2 which is a fluorine-substituted ether, and di-n-propyl ether which is a chain ether are mixed in a molar ratio of 1: 4: 1.69: 1. The electrolytic solution of Example 5 was produced by mixing with .64 and dissolving LiPF 6 .

実施例5の電解液を用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で、実施例5−Nのリチウムイオン二次電池及び実施例5−Pのリチウムイオン二次電池を製造した。 A lithium ion secondary battery of Example 5-N and a lithium ion secondary battery of Example 5-P were produced in the same manner as in Example 1 except that the electrolytic solution of Example 5 was used.

(実施例6)
LiPFと1,2−ジメトキシエタンとフッ素置換エーテルであるCHFCFCHOCFCHFとフッ素置換エーテルであるCCF(OCH)C:1,1,1,2,2,3,4,5,5,5−デカフルオロ−3−メトキシ−4−(トリフルオロメチル)ペンタンを、モル比1:4:2.7:0.68で混合し、LiPFを溶解することで、実施例6の電解液を製造した。
(Example 6)
LiPF 6 and 1,2-dimethoxyethane and CHF 2 CF 2 CH 2 OCF 2 CHF 2 and fluorine-substituted ether C 2 F 5 CF (OCH 3 ) C 3 F 7 : 1, 1, 1 , 2,2,3,4,5,5,5-decafluoro-3-methoxy-4- (trifluoromethyl) pentane was mixed at a molar ratio of 1: 4: 2.7: 0.68 and LiPF. The electrolytic solution of Example 6 was produced by dissolving 6 .

実施例6の電解液を用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で、実施例6−Nのリチウムイオン二次電池及び実施例6−Pのリチウムイオン二次電池を製造した。 A lithium ion secondary battery of Example 6-N and a lithium ion secondary battery of Example 6-P were produced in the same manner as in Example 1 except that the electrolytic solution of Example 6 was used.

(比較例1)
LiPFと1,2−ジメトキシエタンと鎖状エーテルであるジ−n−プロピルエーテルを、モル比1:2:3.38で混合し、比較例1の電解液を製造しようとした。しかし、LiPFが混合溶媒に溶解しなかったため、比較例1の電解液は製造できなかった。
(Comparative Example 1)
LiPF 6 , 1,2-dimethoxyethane and di-n-propyl ether, which is a chain ether, were mixed at a molar ratio of 1: 2: 3.38 to prepare an electrolytic solution of Comparative Example 1. However, since LiPF 6 was not dissolved in the mixed solvent, the electrolytic solution of Comparative Example 1 could not be produced.

(比較例2)
LiPFと1,2−ジメトキシエタンと鎖状エーテルであるジ−n−プロピルエーテルを、モル比1:3:3.38で混合し、比較例2の電解液を製造しようとした。しかし、LiPFが混合溶媒に溶解しなかったため、比較例2の電解液は製造できなかった。
(Comparative Example 2)
LiPF 6 , 1,2-dimethoxyethane and di-n-propyl ether, which is a chain ether, were mixed at a molar ratio of 1: 3: 3.38 to prepare an electrolytic solution of Comparative Example 2. However, since LiPF 6 was not dissolved in the mixed solvent, the electrolytic solution of Comparative Example 2 could not be produced.

(比較例3)
LiPFと1,2−ジメトキシエタンと芳香族炭化水素であるトルエンを、モル比1:3:3.38で混合し、比較例3の電解液を製造しようとした。しかし、LiPFが混合溶媒に溶解しなかったため、比較例3の電解液は製造できなかった。
(Comparative Example 3)
LiPF 6 , 1,2-dimethoxyethane and toluene, which is an aromatic hydrocarbon, were mixed at a molar ratio of 1: 3: 3.38 to prepare an electrolytic solution of Comparative Example 3. However, since LiPF 6 was not dissolved in the mixed solvent, the electrolytic solution of Comparative Example 3 could not be produced.

(比較例4)
LiPFと1,2−ジメトキシエタンを、モル比1:11で混合し、比較例4の電解液を製造しようとした。しかし、LiPFが1,2−ジメトキシエタンに溶解しなかったため、比較例4の電解液は製造できなかった。
(Comparative Example 4)
LiPF 6 and 1,2-dimethoxyethane were mixed at a molar ratio of 1:11 to prepare an electrolytic solution of Comparative Example 4. However, since LiPF 6 was not dissolved in 1,2-dimethoxyethane, the electrolytic solution of Comparative Example 4 could not be produced.

(比較例5)
LiPFとフッ素置換エーテルであるCHFCFCHOCFCHFを、モル比1:11で混合し、比較例5の電解液を製造しようとした。しかし、LiPFがCHFCFCHOCFCHFに溶解しなかったため、比較例5の電解液は製造できなかった。
(Comparative Example 5)
LiPF 6 and CHF 2 CF 2 CH 2 OCF 2 CHF 2 which are fluorine-substituted ethers were mixed at a molar ratio of 1:11 to prepare an electrolytic solution of Comparative Example 5. However, since LiPF 6 did not dissolve in CHF 2 CF 2 CH 2 OCF 2 CHF 2 , the electrolytic solution of Comparative Example 5 could not be produced.

(比較例6)
LiPFとテトラヒドロフランを、モル比1:11で混合し、LiPFを溶解することで、比較例6の電解液を製造した。
(Comparative Example 6)
LiPF 6 and tetrahydrofuran were mixed at a molar ratio of 1:11 to dissolve LiPF 6 to produce an electrolytic solution of Comparative Example 6.

比較例6の電解液を用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で、比較例6−Nのリチウムイオン二次電池及び比較例6−Pのリチウムイオン二次電池を製造した。 A lithium ion secondary battery of Comparative Example 6-N and a lithium ion secondary battery of Comparative Example 6-P were produced in the same manner as in Example 1 except that the electrolytic solution of Comparative Example 6 was used.

(比較例7)
LiPFと1,2−ジメトキシエタンとフッ素置換エーテルであるCHFCFCHOCFCHFを、モル比1:6:3.38で混合し、LiPFを溶解することで、比較例7の電解液を製造した。
(Comparative Example 7)
Comparative example by mixing LiPF 6 , 1,2-dimethoxyethane, and CHF 2 CF 2 CH 2 OCF 2 CHF 2 , which is a fluorine-substituted ether, at a molar ratio of 1: 6: 3.38 to dissolve LiPF 6. The electrolytic solution of No. 7 was produced.

比較例7の電解液を用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で、比較例7−Nのリチウムイオン二次電池及び比較例7−Pのリチウムイオン二次電池を製造した。 A lithium ion secondary battery of Comparative Example 7-N and a lithium ion secondary battery of Comparative Example 7-P were produced in the same manner as in Example 1 except that the electrolytic solution of Comparative Example 7 was used.

(比較例8)
(FSONLiと1,2−ジメトキシエタンとフッ素置換エーテルであるCHFCFCHOCFCHFを、モル比1:3:3.38で混合し、(FSONLiを溶解することで、比較例8の電解液を製造した。
(Comparative Example 8)
(FSO 2 ) 2 NLi, 1,2-dimethoxyethane and CHF 2 CF 2 CH 2 OCF 2 CHF 2 , which is a fluorine-substituted ether, were mixed at a molar ratio of 1: 3: 3.38, and (FSO 2 ) 2 NLi. Was dissolved to produce the electrolytic solution of Comparative Example 8.

比較例8の電解液を用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で、比較例8−Nのリチウムイオン二次電池及び比較例8−Pのリチウムイオン二次電池を製造した。 A lithium ion secondary battery of Comparative Example 8-N and a lithium ion secondary battery of Comparative Example 8-P were produced in the same manner as in Example 1 except that the electrolytic solution of Comparative Example 8 was used.

(比較例9)
LiBFと1,2−ジメトキシエタンとフッ素置換エーテルであるCHFCFCHOCFCHFを、モル比1:3:3.38で混合し、LiBFを溶解することで、比較例9の電解液を製造した。
(Comparative Example 9)
Comparative example by mixing LiBF 4 , 1,2-dimethoxyethane, and CHF 2 CF 2 CH 2 OCF 2 CHF 2 , which is a fluorine-substituted ether, at a molar ratio of 1: 3: 3.38 to dissolve LiBF 4. 9 electrolytic solutions were produced.

比較例9の電解液を用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で、比較例9−Nのリチウムイオン二次電池及び比較例9−Pのリチウムイオン二次電池を製造した。 A lithium ion secondary battery of Comparative Example 9-N and a lithium ion secondary battery of Comparative Example 9-P were produced in the same manner as in Example 1 except that the electrolytic solution of Comparative Example 9 was used.

(比較例10)
(CFSONLiと1,2−ジメトキシエタンとフッ素置換エーテルであるCHFCFCHOCFCHFを、モル比1:2:3.38で混合し、(CFSONLiを溶解することで、比較例10の電解液を製造した。
(Comparative Example 10)
(CF 3 SO 2 ) 2 NLi, 1,2-dimethoxyethane and CHF 2 CF 2 CH 2 OCF 2 CHF 2 , which is a fluorine-substituted ether, were mixed at a molar ratio of 1: 2: 3.38, and (CF 3 SO 2) was mixed. 2 ) The electrolytic solution of Comparative Example 10 was produced by dissolving 2 NLi.

比較例10の電解液を用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で、比較例10−Nのリチウムイオン二次電池及び比較例10−Pのリチウムイオン二次電池を製造した。 A lithium ion secondary battery of Comparative Example 10-N and a lithium ion secondary battery of Comparative Example 10-P were produced in the same manner as in Example 1 except that the electrolytic solution of Comparative Example 10 was used.

(比較例11)
(CFCFSONLiと1,2−ジメトキシエタンとフッ素置換エーテルであるCHFCFCHOCFCHFを、モル比1:2:3.38で混合し、(CFCFSONLiを溶解することで、比較例11の電解液を製造した。
(Comparative Example 11)
(CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 NLi, 1,2-dimethoxyethane and CHF 2 CF 2 CH 2 OCF 2 CHF 2 , which is a fluorine-substituted ether, are mixed at a molar ratio of 1: 2: 3.38 and (CF). By dissolving 3 CF 2 SO 2 ) 2 NLi, the electrolytic solution of Comparative Example 11 was produced.

比較例11の電解液を用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で、比較例11−Nのリチウムイオン二次電池及び比較例11−Pのリチウムイオン二次電池を製造した。 A lithium ion secondary battery of Comparative Example 11-N and a lithium ion secondary battery of Comparative Example 11-P were produced in the same manner as in Example 1 except that the electrolytic solution of Comparative Example 11 was used.

(比較例12)
LiPFとエチレンカーボネートとジエチルカーボネートを、モル比1:6.75:3.71で混合し、LiPFを溶解することで、比較例12の電解液を製造した。
比較例12の電解液は、従来の一般的な電解液の一態様である。
(Comparative Example 12)
LiPF 6 , ethylene carbonate, and diethyl carbonate were mixed at a molar ratio of 1: 6.75: 3.71 to dissolve LiPF 6 , thereby producing the electrolytic solution of Comparative Example 12.
The electrolytic solution of Comparative Example 12 is one aspect of a conventional general electrolytic solution.

比較例12の電解液を用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で、比較例12−Nのリチウムイオン二次電池及び比較例12−Pのリチウムイオン二次電池を製造した。 A lithium ion secondary battery of Comparative Example 12-N and a lithium ion secondary battery of Comparative Example 12-P were produced in the same manner as in Example 1 except that the electrolytic solution of Comparative Example 12 was used.

実施例1〜実施例6、比較例1〜比較例12の電解液の一覧を表1に示す。
以下の表において、DMEとは1,2−ジメトキシエタンの略称であり、DPEとはジ−n−プロピルエーテルの略称であり、THFとはテトラヒドロフランの略称であり、LiFSAとは(FSONLiの略称であり、LiTFSAとは(CFSONLiの略称であり、LiBETIとは(CFCFSONLiの略称であり、ECとは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る。
以下の表において、モル比とは、電解質に対する1,2−ジメトキシエタンのモル比である。
Table 1 shows a list of electrolytic solutions of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 12.
In the table below, DME is an abbreviation for 1,2-dimethoxyethane, DPE is an abbreviation for di-n-propyl ether, THF is an abbreviation for tetrahydrofuran, and LiFSA is (FSO 2 ) 2 An abbreviation for NLi, LiTFSA is an abbreviation for (CF 3 SO 2 ) 2 NLi, LiBETI is an abbreviation for (CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 NLi, and EC is an abbreviation for ethylene carbonate. DEC is an abbreviation for diethyl carbonate.
In the table below, the molar ratio is the molar ratio of 1,2-dimethoxyethane to the electrolyte.

Figure 2020181744
Figure 2020181744

比較例4及び比較例5の結果から、非水溶媒が1,2−ジメトキシエタンのみの場合や、フッ素置換エーテルのみの場合には、LiPFを溶解するのが困難なことがわかる。また、比較例1〜比較例3の結果から、非水溶媒が1,2−ジメトキシエタンと鎖状エーテルとの混合溶媒の場合や、1,2−ジメトキシエタンと芳香族炭化水素との混合溶媒の場合にも、LiPFを溶解するのが困難なことがわかる。
実施例1〜実施例6の結果から、LiPFは、ジメトキシエタンとフッ素置換エーテルを併用した混合溶媒には、十分な濃度で溶解することができるといえる。
From the results of Comparative Example 4 and Comparative Example 5, it can be seen that it is difficult to dissolve LiPF 6 when the non-aqueous solvent is only 1,2-dimethoxyethane or when only the fluorine-substituted ether is used. Further, from the results of Comparative Examples 1 to 3, the non-aqueous solvent is a mixed solvent of 1,2-dimethoxyethane and a chain ether, or a mixed solvent of 1,2-dimethoxyethane and an aromatic hydrocarbon. In this case as well, it is found that it is difficult to dissolve LiPF 6 .
From the results of Examples 1 to 6, it can be said that LiPF 6 can be dissolved in a mixed solvent in which dimethoxyethane and fluorine-substituted ether are used in combination at a sufficient concentration.

(評価例1)
実施例1〜実施例6、比較例6〜比較例12の電解液につき、以下の条件で、イオン伝導度を測定した。結果を表2に示す。
<イオン伝導度>
白金極を備えたセルに電解液を封入し、25℃、10kHzでの抵抗を測定した。抵抗の測定結果から、イオン伝導度を算出した。測定機器はSolartron 147055BEC(ソーラトロン社)を使用した。
(Evaluation example 1)
The ionic conductivity of the electrolytic solutions of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 6 to 12 was measured under the following conditions. The results are shown in Table 2.
<Ion conductivity>
The electrolytic solution was sealed in a cell equipped with a platinum electrode, and the resistance at 25 ° C. and 10 kHz was measured. The ionic conductivity was calculated from the resistance measurement results. The measuring instrument used was Solartron 147055BEC (Solartron).

また、実施例2〜実施例3、比較例6〜比較例7の電解液につき、不活性ガス雰囲気下、60℃で24時間保管し、その後、25℃に冷却して、上記の条件で、イオン伝導度を測定した。以上の結果を、加熱後のイオン伝導度として、表2に示す。 Further, the electrolytic solutions of Examples 2 to 3 and Comparative Examples 6 to 7 were stored at 60 ° C. for 24 hours under an inert gas atmosphere, and then cooled to 25 ° C. under the above conditions. The ionic conductivity was measured. The above results are shown in Table 2 as the ionic conductivity after heating.

Figure 2020181744
Figure 2020181744

表2から、本発明の電解液が良好なイオン伝導度を示すことがわかる。
電解質に対する1,2−ジメトキシエタンのモル比が2である実施例1、比較例10及び比較例11の結果、並びに、電解質に対する1,2−ジメトキシエタンのモル比が3である実施例2、比較例8及び比較例9の結果から、電解質としてLiPFを採用した電解液はイオン伝導度に優れるといえる。
また、60℃に加熱及び保管した、実施例2〜実施例3、比較例6〜比較例7の電解液の結果から、本発明の電解液は、高温条件を経験した後でも、良好なイオン伝導度を示すといえる。
From Table 2, it can be seen that the electrolytic solution of the present invention exhibits good ionic conductivity.
The results of Example 1, Comparative Example 10 and Comparative Example 11 in which the molar ratio of 1,2-dimethoxyethane to the electrolyte is 2, and Example 2 in which the molar ratio of 1,2-dimethoxyethane to the electrolyte is 3. From the results of Comparative Example 8 and Comparative Example 9, it can be said that the electrolytic solution using LiPF 6 as the electrolyte is excellent in ionic conductivity.
Further, from the results of the electrolytic solutions of Examples 2 to 3 and Comparative Examples 6 to 7 heated and stored at 60 ° C., the electrolytic solution of the present invention has good ions even after experiencing high temperature conditions. It can be said that it shows conductivity.

(評価例2)
実施例1−N〜実施例6−N、比較例6−N〜比較例12−Nのリチウムイオン二次電池に対して、25℃の条件下、0.2mAで0.01Vまで充電し、0.2mAで1.0Vまで放電を行うとの充放電を行った。以下の式で、初期効率を算出した。
初期効率(%)=100×(放電容量)/(充電容量)
(Evaluation example 2)
The lithium ion secondary batteries of Examples 1-N to 6-N and Comparative Examples 6-N to 12-N were charged to 0.01 V at 0.2 mA under the condition of 25 ° C. Charging and discharging was performed by discharging to 1.0 V at 0.2 mA. The initial efficiency was calculated by the following formula.
Initial efficiency (%) = 100 x (discharge capacity) / (charge capacity)

さらに、各リチウムイオン二次電池に対して、25℃の条件下、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を30回繰り返した。以下の式で、容量維持率を算出した。
容量維持率(%)=100×(30サイクル目の放電容量)/(1サイクル目の放電容量)
以上の結果を表3に示す。
Further, each lithium ion secondary battery was charged to 0.01 V at 0.5 mA under the condition of 25 ° C. and discharged to 1.0 V at 0.5 mA, and charging / discharging was repeated 30 times. The capacity retention rate was calculated by the following formula.
Capacity retention rate (%) = 100 x (discharge capacity in the 30th cycle) / (discharge capacity in the 1st cycle)
The above results are shown in Table 3.

Figure 2020181744
Figure 2020181744

表3から、実施例1−N〜実施例6−Nのリチウムイオン二次電池は、初期効率及び容量維持率のいずれにも優れていることがわかる。本発明の電解液は、負極側での充放電条件下で安定であるといえるし、負極の劣化を抑制しているともいえる。
実施例1−N、実施例2−N、実施例4−N及び比較例7−Nの結果からみて、LiPFに対する1,2−ジアルコキシエタンのモル比が4以下である電解液が好ましいことが理解できる。
From Table 3, it can be seen that the lithium ion secondary batteries of Examples 1-N to 6-N are excellent in both the initial efficiency and the capacity retention rate. It can be said that the electrolytic solution of the present invention is stable under charge / discharge conditions on the negative electrode side, and it can be said that deterioration of the negative electrode is suppressed.
From the results of Examples 1-N, 2-N, 4-N and Comparative Example 7-N, an electrolytic solution having a molar ratio of 1,2-dialkoxyethane to LiPF 6 of 4 or less is preferable. Can be understood.

(評価例3)
実施例1−P〜実施例6−P、比較例6−P〜比較例12−Pのリチウムイオン二次電池に対して、25℃の条件下、0.2mAで4.35Vまで充電し、0.2mAで3.0Vまで放電を行うとの充放電を行った。以下の式で、初期効率を算出した。
初期効率(%)=100×(放電容量)/(充電容量)
(Evaluation example 3)
The lithium ion secondary batteries of Examples 1-P to 6-P and Comparative Examples 6-P to 12-P were charged to 4.35 V at 0.2 mA under the condition of 25 ° C. Charging and discharging was performed by discharging to 3.0 V at 0.2 mA. The initial efficiency was calculated by the following formula.
Initial efficiency (%) = 100 x (discharge capacity) / (charge capacity)

さらに、各リチウムイオン二次電池に対して、25℃の条件下、0.5mAで4.35Vまで充電し、0.5mAで3.0Vまで放電を行うとの充放電を30回繰り返した。以下の式で、容量維持率を算出した。
容量維持率(%)=100×(30サイクル目の放電容量)/(1サイクル目の放電容量)
以上の結果を表4に示す。
Further, each lithium ion secondary battery was charged to 4.35 V at 0.5 mA under the condition of 25 ° C., and discharged to 3.0 V at 0.5 mA, and charging / discharging was repeated 30 times. The capacity retention rate was calculated by the following formula.
Capacity retention rate (%) = 100 x (discharge capacity in the 30th cycle) / (discharge capacity in the 1st cycle)
The above results are shown in Table 4.

Figure 2020181744
Figure 2020181744

表4から、実施例1−P〜実施例6−Pのリチウムイオン二次電池は、初期効率及び容量維持率のいずれにも優れていることがわかる。本発明の電解液は、正極側での充放電条件下で安定であるといえる。
実施例1−P、実施例2−P、実施例4−P及び比較例7−Pの結果からみて、LiPFに対する1,2−ジアルコキシエタンのモル比が4以下である電解液が好ましいことが理解できる。
From Table 4, it can be seen that the lithium ion secondary batteries of Examples 1-P to 6-P are excellent in both initial efficiency and capacity retention rate. It can be said that the electrolytic solution of the present invention is stable under charge / discharge conditions on the positive electrode side.
From the results of Examples 1-P, Example 2-P, Example 4-P and Comparative Example 7-P, an electrolytic solution having a molar ratio of 1,2-dialkoxyethane to LiPF 6 of 4 or less is preferable. Can be understood.

負極と電解液との関係を評価した評価例2の結果、及び、正極と電解液との関係を評価した評価例3の結果から、本発明の電解液を備えるリチウムイオン二次電池は、負極及び正極のいずれの充放電条件下においても、容量維持率に優れるといえる。
また、評価例2の結果及び評価例3の結果から、本発明の規定を満足しない電解液を備えるリチウムイオン二次電池は、負極の充放電条件下又は正極の充放電条件下において、満足する電池特性を示すことができないことが理解できる。
From the results of Evaluation Example 2 for evaluating the relationship between the negative electrode and the electrolytic solution and the result of Evaluation Example 3 for evaluating the relationship between the positive electrode and the electrolytic solution, the lithium ion secondary battery provided with the electrolytic solution of the present invention has a negative electrode. It can be said that the capacity retention rate is excellent under any charge / discharge condition of the positive electrode and the positive electrode.
Further, from the results of Evaluation Example 2 and Evaluation Example 3, the lithium ion secondary battery provided with the electrolytic solution that does not satisfy the provisions of the present invention is satisfied under the charge / discharge conditions of the negative electrode or the charge / discharge conditions of the positive electrode. It can be understood that the battery characteristics cannot be shown.

Claims (4)

LiPF、1,2−ジアルコキシエタン及び下記一般式(A)で表されるフッ素置換エーテルを含有し、前記LiPFに対する前記1,2−ジアルコキシエタンのモル比が4以下であることを特徴とする電解液。
一般式(A) COC
一般式(A)において、nは1以上の整数であり、aは0以上の整数であり、bは1以上の整数であり、2n+1=a+bを満足する。mは1以上の整数であり、cは0以上の整数であり、dは0以上の整数である。2m+1=c+dを満足する。
It contains LiPF 6 , 1,2-dialkoxyethane and a fluorine-substituted ether represented by the following general formula (A), and the molar ratio of the 1,2-dialkoxyethane to the LiPF 6 is 4 or less. Characteristic electrolyte.
Formula (A) C n H a F b OC m H c F d
In the general formula (A), n is an integer of 1 or more, a is an integer of 0 or more, b is an integer of 1 or more, and 2n + 1 = a + b is satisfied. m is an integer of 1 or more, c is an integer of 0 or more, and d is an integer of 0 or more. Satisfy 2m + 1 = c + d.
前記LiPFに対する前記フッ素置換エーテルのモル比が1以上である請求項1に記載の電解液。 The electrolytic solution according to claim 1, wherein the molar ratio of the fluorine-substituted ether to the LiPF 6 is 1 or more. 正極、負極、及び、請求項1又は2に記載の電解液を備えるリチウムイオン二次電池。 A lithium ion secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and the electrolytic solution according to claim 1 or 2. 前記負極が、Si含有負極活物質を具備する請求項3に記載のリチウムイオン二次電池。 The lithium ion secondary battery according to claim 3, wherein the negative electrode includes a Si-containing negative electrode active material.
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