JP2021018911A - Electrolyte additive, electrolyte, and lithium battery - Google Patents

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JP2021018911A JP2019133521A JP2019133521A JP2021018911A JP 2021018911 A JP2021018911 A JP 2021018911A JP 2019133521 A JP2019133521 A JP 2019133521A JP 2019133521 A JP2019133521 A JP 2019133521A JP 2021018911 A JP2021018911 A JP 2021018911A
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祐介 吉兼
Yusuke Yoshikane
祐介 吉兼
敏光 長尾
Toshimitsu Nagao
敏光 長尾
順一 片山
Junichi Katayama
順一 片山
一弘 深見
Kazuhiro Fukami
一弘 深見
周次 中西
Shuji Nakanishi
周次 中西
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Kyoto University
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Abstract

To provide an electrolyte additive capable of further improving the potential stability with respect to repeated charging and discharging.SOLUTION: An electrolyte additive, which is a mixture of an amide compound represented by CH2=CH-C(=O)-NR1R2 (R1 and R2 are the same or different to indicate hydrogen atoms or hydrocarbon groups that may be substituted) and a naphthalene derivative having 1 to 3 (same or different) hydroxy groups or alkyl groups as substituents, is used so as to be added to a non-aqueous electrolytic solution of a lithium ion secondary battery.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、電解液用添加剤、電解液、リチウム電池等に関する。 The present invention relates to an additive for an electrolytic solution, an electrolytic solution, a lithium battery, and the like.

近年、エネルギー問題および環境問題を背景に、電力をより有効に活用する技術が求められている。そのためには、小型で大量の電気を蓄え、かつ効率的にその電力を取り出すことができる電気貯蔵手段が必要である。金属リチウムは大きな放電容量と高い放電電圧を持つため、次世代材料として注目が集まっている。 In recent years, there has been a demand for technology for more effectively utilizing electric power against the background of energy problems and environmental problems. For that purpose, an electric storage means capable of storing a large amount of electric power in a small size and efficiently extracting the electric power is required. Since metallic lithium has a large discharge capacity and a high discharge voltage, it is attracting attention as a next-generation material.

負極として金属リチウムを利用する金属リチウム電池が高容量を出すことができるため注目されている。リチウムは密度が0.54g/cmと低く、標準還元電位も−3.045V(SHE:標準水素電極を基準とする)と非常に低いので、高エネルギー密度電池の電極材料として注目されている。 Metallic lithium batteries that use metallic lithium as the negative electrode are attracting attention because they can produce high capacity. Lithium has a low density of 0.54 g / cm 3 and a very low standard reduction potential of -3.045 V (SHE: based on the standard hydrogen electrode), so it is attracting attention as an electrode material for high energy density batteries. ..

特許文献1では、特定のベース剤及び特定のレベリング剤を含む電解液が金属リチウム電池の電解液として好適に使用できることが報告されている。より詳細には、このような電解液を使用することにより、負極表面への金属リチウムのデンドライトの析出を抑制でき、充放電サイクル中のリチウムデンドライトの形成および核の成長を抑制することができることが報告されている。 Patent Document 1 reports that an electrolytic solution containing a specific base agent and a specific leveling agent can be suitably used as an electrolytic solution for a metallic lithium battery. More specifically, by using such an electrolytic solution, it is possible to suppress the precipitation of metallic lithium dendrites on the surface of the negative electrode, and to suppress the formation of lithium dendrites and the growth of nuclei during the charge / discharge cycle. It has been reported.

特開2018−111860号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2018-11186

本発明者は研究を進める中で、金属リチウム電池の充放電を繰り返すと、電位が上昇してしまう、という問題に着目した。そして、添加剤の組合せによっては、充放電の繰返しに対する電位安定性が不十分であることに着目した。 In the course of research, the present inventor focused on the problem that the potential rises when the metallic lithium battery is repeatedly charged and discharged. Then, it was noted that the potential stability with respect to repeated charging and discharging was insufficient depending on the combination of additives.

そこで、本発明は、充放電の繰返しに対する電位安定性をより向上させることができる技術を提供することを課題とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a technique capable of further improving the potential stability with respect to repeated charging and discharging.

本発明者は上記課題に鑑みて鋭意研究を進めた結果、特定の一般式で規定されるアミド化合物及び特定の一般式で規定される芳香族化合物を組合わせて電解液に配合することにより、充放電の繰返しに対する電位安定性をより向上させることができることを見出した。この知見に基づいてさらに研究を進めた結果、本発明を完成させた。即ち、本発明は、下記の態様を包含する。 As a result of diligent research in view of the above problems, the present inventor has obtained a combination of an amide compound specified by a specific general formula and an aromatic compound specified by a specific general formula in an electrolytic solution. It has been found that the potential stability with respect to repeated charging and discharging can be further improved. As a result of further research based on this finding, the present invention has been completed. That is, the present invention includes the following aspects.

項1. 一般式(1): Item 1. General formula (1):

[式中、R及びRは同一又は異なって、水素原子又は置換されていてもよい炭化水素基を示す。]
で表されるアミド化合物、及び一般式(2):
[In the formula, R 1 and R 2 represent the same or different hydrocarbon atoms or optionally substituted hydrocarbon groups. ]
The amide compound represented by, and the general formula (2):

[式中、Rは同一又は異なって、ヒドロキシ基又はアルキル基を示す。nは1〜3の整数を示す。]
で表される芳香族化合物を含有する、電解液用添加剤。
[In the formula, R 3 is the same or different and represents a hydroxy group or an alkyl group. n represents an integer of 1 to 3. ]
An additive for an electrolytic solution containing an aromatic compound represented by.

項2. 前記アミド化合物が、アクリルアミド、N−[3−(ジメチルアミノ)プロピル]アクリルアミド、N,N−ジエチルアクリルアミド、N,N’−エチレンビスアクリルアミド、N,N’−メチレンビスアクリルアミド、N−イソプロピルアクリルアミド、N−tert−ブチルアクリルアミド、ダイアセトンアクリルアミド、N−ドデシルアクリルアミド、及びN−(ブトキシメチル)アクリルアミドからなる群より選択される少なくとも1種である、項1に記載の電解液用添加剤。 Item 2. The amide compound is acrylamide, N- [3- (dimethylamino) propyl] acrylamide, N, N-diethylacrylamide, N, N'-ethylenebisacrylamide, N, N'-methylenebisacrylamide, N-isopropylacrylamide, Item 2. The additive for an electrolytic solution according to Item 1, which is at least one selected from the group consisting of N-tert-butyl acrylamide, diacetone acrylamide, N-dodecyl acrylamide, and N- (butoxymethyl) acrylamide.

項3. 前記芳香族化合物が、1−ナフトール、2−ナフトール、1,2−ジヒドロキシナフタレン、1,3−ジヒドロキシナフタレン、1,4−ジヒドロキシナフタレン、1,5−ジヒドロキシナフタレン、1,6−ジヒドロキシナフタレン、1,7−ジヒドロキシナフタレン、2,3−ジヒドロキシナフタレン、2,6−ジヒドロキシナフタレン、2,7−ジヒドロキシナフタレン、1−メチルナフタレン、2−メチルナフタレン、1,2−ジメチルナフタレン、1,3−ジメチルナフタレン、1,4−ジメチルナフタレン、1,5−ジメチルナフタレン、2,3−ジメチルナフタレン、2,6−ジメチルナフタレン、2,7−ジメチルナフタレン、2−メチル−1−ナフトール、3−メチル−1−ナフトール、4−メチル−1−ナフトール、5−メチル−1−ナフトール、6−メチル−1−ナフトール、7−メチル−1−ナフトール、1−メチル−2−ナフトール、1−メチル−3−ナフトール、1−メチル−6−ナフトール、及び1−メチル−7−ナフトールからなる群より選択される少なくとも1種である、項1又は2に記載の電解液用添加剤。 Item 3. The aromatic compounds are 1-naphthol, 2-naphthol, 1,2-dihydroxynaphthalene, 1,3-dihydroxynaphthalene, 1,4-dihydroxynaphthalene, 1,5-dihydroxynaphthalene, 1,6-dihydroxynaphthalene, 1 , 7-Dihydroxynaphthalene, 2,3-dihydroxynaphthalene, 2,6-dihydroxynaphthalene, 2,7-dihydroxynaphthalene, 1-methylnaphthalene, 2-methylnaphthalene, 1,2-dimethylnaphthalene, 1,3-dimethylnaphthalene , 1,4-Dimethylnaphthalene, 1,5-dimethylnaphthalene, 2,3-dimethylnaphthalene, 2,6-dimethylnaphthalene, 2,7-dimethylnaphthalene, 2-methyl-1-naphthol, 3-methyl-1- Naphthal, 4-methyl-1-naphthol, 5-methyl-1-naphthol, 6-methyl-1-naphthol, 7-methyl-1-naphthol, 1-methyl-2-naphthol, 1-methyl-3-naphthol, Item 2. The additive for an electrolytic solution according to Item 1 or 2, which is at least one selected from the group consisting of 1-methyl-6-naphthol and 1-methyl-7-naphthol.

項4. 一般式(1): Item 4. General formula (1):

[式中、R及びRは同一又は異なって、水素原子又は置換されていてもよい炭化水素基を示す。]
で表されるアミド化合物を含有する、一般式(2):
[In the formula, R 1 and R 2 represent the same or different hydrocarbon atoms or optionally substituted hydrocarbon groups. ]
The general formula (2): containing the amide compound represented by

[式中、Rは同一又は異なって、ヒドロキシ基又はアルキル基を示す。nは1〜3の整数を示す。]
で表される芳香族化合物と共に電解液に添加するために用いるための、電解液用添加剤。
[In the formula, R 3 is the same or different and represents a hydroxy group or an alkyl group. n represents an integer of 1 to 3. ]
Additive for electrolytic solution to be used for addition to the electrolytic solution together with the aromatic compound represented by.

項5. 一般式(2): Item 5. General formula (2):

[式中、Rは同一又は異なって、ヒドロキシ基又はアルキル基を示す。nは1〜3の整数を示す。]
で表される芳香族化合物を含有する、一般式(1):
[In the formula, R 3 is the same or different and represents a hydroxy group or an alkyl group. n represents an integer of 1 to 3. ]
General formula (1): containing an aromatic compound represented by

[式中、R及びRは同一又は異なって、水素原子又は置換されていてもよい炭化水素基を示す。]
で表されるアミド化合物と共に電解液に添加するために用いるための、電解液用添加剤。
[In the formula, R 1 and R 2 represent the same or different hydrocarbon atoms or optionally substituted hydrocarbon groups. ]
Additive for electrolytic solution to be used for addition to the electrolytic solution together with the amide compound represented by.

項6. リチウム電池用である、項1〜5のいずれかに記載の電解液用添加剤。 Item 6. Item 2. The additive for an electrolytic solution according to any one of Items 1 to 5, which is for a lithium battery.

項7. リチウム塩と、溶媒と、項1〜3のいずれかに記載の電解液用添加剤、又は項4に記載の電解液用添加剤及び項5に記載の電解液用添加剤とを含有する、電解液。 Item 7. It contains a lithium salt, a solvent, and the additive for an electrolytic solution according to any one of Items 1 to 3, or the additive for an electrolytic solution according to Item 4 and the additive for an electrolytic solution according to Item 5. Electrolyte.

項8. 電解液中の前記アミド化合物の含有量が0.01〜10g/Lである、項7に記載の電解液。 Item 8. Item 2. The electrolytic solution according to Item 7, wherein the content of the amide compound in the electrolytic solution is 0.01 to 10 g / L.

項9. 電解液中の前記芳香族化合物の含有量が0.01〜10g/Lである、項7又は8に記載の電解液。 Item 9. Item 7. The electrolytic solution according to Item 7 or 8, wherein the content of the aromatic compound in the electrolytic solution is 0.01 to 10 g / L.

項10. 電解液中の前記リチウム塩の含有量が0.1〜10mol/Lである、項7〜8のいずれかに記載の電解液。 Item 10. Item 2. The electrolytic solution according to any one of Items 7 to 8, wherein the content of the lithium salt in the electrolytic solution is 0.1 to 10 mol / L.

項11. リチウム電池用である、項7〜10のいずれかに記載の電解液。 Item 11. Item 2. The electrolytic solution according to any one of Items 7 to 10, which is for a lithium battery.

項12. 正極層、負極層、及び前記正極層と前記負極層との間に配置される電解質層を有し、前記電解質層が項7〜11のいずれかに記載の電解液を含む、リチウム電池。 Item 12. A lithium battery having a positive electrode layer, a negative electrode layer, and an electrolyte layer arranged between the positive electrode layer and the negative electrode layer, wherein the electrolyte layer contains the electrolytic solution according to any one of Items 7 to 11.

本発明によれば、充放電の繰返しに対する電位安定性をより向上させることができる技術を提供することができる。具体的には、例えば、電解液用添加剤、電解液、リチウム電池等を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a technique capable of further improving the potential stability with respect to repeated charging and discharging. Specifically, for example, an additive for an electrolytic solution, an electrolytic solution, a lithium battery and the like can be provided.

実施例の充放電試験結果の代表例(実施例2の結果)を示す。縦軸は電位を示し、横軸は試験開始からの経過時間を示す。A representative example (result of Example 2) of the charge / discharge test result of the Example is shown. The vertical axis shows the potential, and the horizontal axis shows the elapsed time from the start of the test. 比較例の充放電試験結果の代表例(比較例1の結果)を示す。縦軸は電位を示し、横軸は試験開始からの経過時間を示す。A representative example of the charge / discharge test result of the comparative example (result of the comparative example 1) is shown. The vertical axis shows the potential, and the horizontal axis shows the elapsed time from the start of the test.

本明細書中において、「含有」及び「含む」なる表現については、「含有」、「含む」、「実質的にからなる」及び「のみからなる」という概念を含む。 In the present specification, the expressions "contains" and "contains" include the concepts of "contains", "contains", "substantially consists" and "consists of only".

1.電解液用添加剤
本発明は、その一態様において、一般式(1):
1. 1. Additives for electrolytes In one aspect of the present invention, the general formula (1):

[式中、R及びRは同一又は異なって、水素原子又は置換されていてもよい炭化水素基を示す。]
で表されるアミド化合物、及び一般式(2):
[In the formula, R 1 and R 2 represent the same or different hydrocarbon atoms or optionally substituted hydrocarbon groups. ]
The amide compound represented by, and the general formula (2):

[式中、Rは同一又は異なって、ヒドロキシ基又はアルキル基を示す。nは1〜3の整数を示す。]
で表される芳香族化合物を含有する、電解液用添加剤(本明細書において、「本発明の電解液用添加剤1」と示すこともある。)、に関する。以下にこれについて説明する。
[In the formula, R 3 is the same or different and represents a hydroxy group or an alkyl group. n represents an integer of 1 to 3. ]
It relates to an additive for an electrolytic solution containing an aromatic compound represented by (in the present specification, it may be referred to as "additive for an electrolytic solution 1 of the present invention"). This will be described below.

一般式(1)で表されるアミド化合物(以下、「アミド化合物」と示すこともある。)は、電解液に配合し得るものである限り、特に制限されない。 The amide compound represented by the general formula (1) (hereinafter, may be referred to as “amide compound”) is not particularly limited as long as it can be blended in the electrolytic solution.

及びRは、好ましくは一方が水素原子であり、他方が置換されていてもよい炭化水素基である。 R 1 and R 2 are preferably hydrocarbon groups, one of which is a hydrogen atom and the other of which may be substituted.

又はRで示される炭化水素基としては、特に制限されず、例えばアルキル基、アリール基等、さらにはこれらが任意に組み合わされてなる基(例えば、アラルキル基、アルキルアリール基、アルキルアラルキル基)等が挙げられる。充放電の繰返しに対する電位安定性の観点から、炭化水素基は、好ましくはアルキル基である。 The hydrocarbon group represented by R 1 or R 2 is not particularly limited, and is, for example, an alkyl group, an aryl group, or a group formed by arbitrarily combining these (for example, an aralkyl group, an alkylaryl group, an alkylaralkyl group). Group) and the like. From the viewpoint of potential stability with respect to repeated charging and discharging, the hydrocarbon group is preferably an alkyl group.

又はRで示されるアルキル基には、直鎖状、分岐鎖状、又は環状(好ましくは直鎖状又は分枝鎖状、より好ましくは分枝鎖状)のいずれのものも包含される。該アルキル基(直鎖状又は分枝鎖状の場合)の炭素数は、特に制限されず、例えば1〜18である。該炭素数は、好ましくは1〜12、より好ましくは2〜8、さらに好ましくは2〜6、よりさらに好ましくは3〜5、特に好ましくは4である。該アルキル基(環状の場合)の炭素数は、特に制限されず、例えば3〜7、好ましくは4〜6である。該アルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、sec−ブチル基、n−ペンチル基、ネオペンチル基、n−ヘキシル基、3−メチルペンチル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、n−ノニル基、n−デシル基、n−ウンデシル基、n−ドデシル基等が挙げられる。 The alkyl group represented by R 1 or R 2 includes any of linear, branched, and cyclic (preferably linear or branched chain, more preferably branched chain). To. The number of carbon atoms of the alkyl group (in the case of a linear or branched chain) is not particularly limited, and is, for example, 1 to 18. The number of carbon atoms is preferably 1 to 12, more preferably 2 to 8, still more preferably 2 to 6, still more preferably 3 to 5, and particularly preferably 4. The number of carbon atoms of the alkyl group (in the case of a cyclic group) is not particularly limited, and is, for example, 3 to 7, preferably 4 to 6. Specific examples of the alkyl group include methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, isobutyl group, tert-butyl group, sec-butyl group, n-pentyl group, neopentyl group and n. Examples thereof include −hexyl group, 3-methylpentyl group, n-heptyl group, n-octyl group, n-nonyl group, n-decyl group, n-undecyl group and n-dodecyl group.

又はRで示されるアリール基は、特に制限されないが、炭素数が6〜12のものが好ましく、6〜8のものがさらに好ましい。該アリール基は、単環式又は多環式(例えば2環式、3環式等)のいずれでも有り得るが、好ましくは単環式である。該アリール基としては、具体的には、例えばフェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、ペンタレニル基、インデニル基、アントラニル基、テトラセニル基、ペンタセニル基、ピレニル基、ペリレニル基、フルオレニル基、フェナントリル基等が挙げられ、好ましくはフェニル基が挙げられる。 The aryl group represented by R 1 or R 2 is not particularly limited, but preferably has 6 to 12 carbon atoms, and more preferably 6 to 8 carbon atoms. The aryl group can be either monocyclic or polycyclic (for example, bicyclic, tricyclic, etc.), but is preferably monocyclic. Specific examples of the aryl group include a phenyl group, a naphthyl group, a biphenyl group, a pentarenyl group, an indenyl group, an anthranyl group, a tetrasenyl group, a pentasenyl group, a pyrenyl group, a peryleneyl group, a fluorenyl group, a phenanthryl group and the like. However, a phenyl group is preferable.

又はRで示されるアラルキル基は、特に制限されないが、例えば上記アルキル基の水素原子(例えば1〜3つ、好ましくは1つの水素原子)が上記アリール基に置換されてなるアラルキル基等が挙げられる。該アラルキル基としては、具体的には、例えばベンジル基、フェネチル基等が挙げられる。 The aralkyl group represented by R 1 or R 2 is not particularly limited, but for example, an aralkyl group in which a hydrogen atom (for example, 1 to 3 or preferably 1 hydrogen atom) of the alkyl group is substituted with the aryl group or the like. Can be mentioned. Specific examples of the aralkyl group include a benzyl group and a phenethyl group.

又はRで示されるアルキルアリール基は、特に制限されないが、例えば上記アリール基の水素原子(例えば1〜3つ、好ましくは1つの水素原子)が上記アルキル基に置換されてなるアルキルアリール基等が挙げられる。該アルキルアリール基としては、具体的には、例えばトリル基、キシリル基等が挙げられる。 The alkylaryl group represented by R 1 or R 2 is not particularly limited, but is, for example, an alkylaryl in which the hydrogen atom of the aryl group (for example, 1 to 3 or preferably 1 hydrogen atom) is substituted with the alkyl group. The basis etc. can be mentioned. Specific examples of the alkylaryl group include a tolyl group and a xsilyl group.

又はRで示されるアルキルアラルキル基は、特に制限されないが、例えば上記アラルキル基の芳香環上の水素原子(例えば1〜3つ、好ましくは1つの水素原子)が、上記アルキル基に置換されてなるアルキルアラルキル基等が挙げられる。 The alkyl aralkyl group represented by R 1 or R 2 is not particularly limited, but for example, hydrogen atoms on the aromatic ring of the aralkyl group (for example, 1 to 3 hydrogen atoms, preferably 1 hydrogen atom) are substituted with the alkyl group. Examples thereof include an alkyl aralkyl group obtained from the above.

又はRで示される炭化水素基の置換基としては、例えばアセチル基、−NR(R及びRは同一又は異なって、水素原子、炭化水素基、又はアクリロイル基を示す。)、アルコキシ基等が挙げられる。充放電の繰返しに対する電位安定性の観点から、置換基は、好ましくはアセチル基である。 As the substituent of the hydrocarbon group represented by R 1 or R 2 , for example, an acetyl group, -NR 4 R 5 (R 4 and R 5 are the same or different, and indicate a hydrogen atom, a hydrocarbon group, or an acryloyl group. ), An alkoxy group and the like. From the viewpoint of potential stability with respect to repeated charging and discharging, the substituent is preferably an acetyl group.

又はRで示される炭化水素基としては、R又はRで示される上記炭化水素基と同様のものを挙げることができる。 Examples of the hydrocarbon group represented by R 4 or R 5 include the same hydrocarbon groups as those represented by R 1 or R 2 .

及びRは、一態様において、一方が水素原子であり、他方が炭化水素基である。 In one embodiment, R 4 and R 5 are hydrogen atoms on one side and hydrocarbon groups on the other side.

アルコキシ基としては、特に制限はなく、直鎖状又は分岐鎖状(好ましくは直鎖状)の炭素数1〜8、好ましくは2〜6、より好ましくは3〜5、さらに好ましくは4のアルコキシ基が挙げられる。このようなアルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、イソブトキシ基、sec−ブトキシ基、t−ブトキシ基等が挙げられる。 The alkoxy group is not particularly limited, and is linear or branched (preferably linear) having 1 to 8 carbon atoms, preferably 2 to 6, more preferably 3 to 5, and even more preferably 4. The group is mentioned. Examples of such an alkoxy group include a methoxy group, an ethoxy group, an n-propoxy group, an isopropoxy group, an n-butoxy group, an isobutoxy group, a sec-butoxy group, a t-butoxy group and the like.

又はRで示される炭化水素基の置換基の数は、特に制限されず、例えば0〜3、0〜2、0〜1、又は1である。 The number of substituents of the hydrocarbon group represented by R 1 or R 2 is not particularly limited, and is, for example, 0 to 3, 0 to 2, 0 to 1, or 1.

アミド化合物としては、具体的には、充放電の繰返しに対する電位安定性の観点から、好ましくはアクリルアミド、N−[3−(ジメチルアミノ)プロピル]アクリルアミド、N,N−ジエチルアクリルアミド、N,N’−エチレンビスアクリルアミド、N,N’−メチレンビスアクリルアミド、N−イソプロピルアクリルアミド、N−tert−ブチルアクリルアミド、ダイアセトンアクリルアミド、N−ドデシルアクリルアミド、N−(ブトキシメチル)アクリルアミド等が挙げられる。これらの中でも、充放電の繰返しに対する電位安定性をより一層高めることができるという観点から、ダイアセトンアクリルアミドが特に好ましい。 Specifically, the amide compound is preferably acrylamide, N- [3- (dimethylamino) propyl] acrylamide, N, N-diethylacrylamide, N, N'from the viewpoint of potential stability with respect to repeated charging and discharging. Examples thereof include -ethylenebisacrylamide, N, N'-methylenebisacrylamide, N-isopropylacrylamide, N-tert-butylacrylamide, diacetoneacrylamide, N-dodecylacrylamide, and N- (butoxymethyl) acrylamide. Among these, diacetone acrylamide is particularly preferable from the viewpoint of further improving the potential stability with respect to repeated charging and discharging.

アミド化合物は、1種単独で用いることもできるし、2種以上を組合わせて用いることもできる。 The amide compound may be used alone or in combination of two or more.

一般式(2)で表される芳香族化合物(以下、「芳香族化合物」と示すこともある。)は、電解液に配合し得るものである限り、特に制限されない。 The aromatic compound represented by the general formula (2) (hereinafter, may be referred to as “aromatic compound”) is not particularly limited as long as it can be blended in the electrolytic solution.

で示されるアルキル基には、直鎖状、分岐鎖状、又は環状(好ましくは直鎖状又は分枝鎖状、より好ましくは直鎖状)のいずれのものも包含される。該アルキル基(直鎖状又は分枝鎖状の場合)の炭素数は、特に制限されず、例えば1〜6である。該炭素数は、好ましくは1〜4、より好ましくは1〜2、特に好ましくは1である。該アルキル基(環状の場合)の炭素数は、特に制限されず、例えば3〜7である。該アルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、sec−ブチル基、n−ペンチル基、ネオペンチル基、n−ヘキシル基、3−メチルペンチル基等が挙げられる。 The alkyl group represented by R 3 includes any of linear, branched, and cyclic (preferably linear or branched chain, more preferably linear). The number of carbon atoms of the alkyl group (in the case of a linear or branched chain) is not particularly limited, and is, for example, 1 to 6. The carbon number is preferably 1 to 4, more preferably 1 to 2, and particularly preferably 1. The number of carbon atoms of the alkyl group (in the case of a cyclic group) is not particularly limited, and is, for example, 3 to 7. Specific examples of the alkyl group include methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, isobutyl group, tert-butyl group, sec-butyl group, n-pentyl group, neopentyl group, n. -Hexyl group, 3-methylpentyl group and the like can be mentioned.

nは、充放電の繰返しに対する電位安定性の観点から、好ましくは1又は2である。 n is preferably 1 or 2 from the viewpoint of potential stability with respect to repeated charging and discharging.

充放電の繰返しに対する電位安定性の観点から、nが1である場合、Rは好ましくはヒドロキシ基であり、nが複数(特に2)である場合、Rの内の少なくとも1つはヒドロキシ基である。 From the viewpoint of potential stability with respect to repeated charging and discharging, when n is 1, R 3 is preferably a hydroxy group, and when n is plural (particularly 2), at least one of R 3 is hydroxy. Is the basis.

の置換位置は、充放電の繰返しに対する電位安定性の観点から、ナフタレン環上の1位又は2位であることが好ましい。 The substitution position of R 3 is preferably the 1st or 2nd position on the naphthalene ring from the viewpoint of potential stability with respect to repeated charging and discharging.

充放電の繰返しに対する電位安定性の観点から、芳香族化合物として、好ましくは、一般式(2A): From the viewpoint of potential stability with respect to repeated charging and discharging, the aromatic compound is preferably the general formula (2A):

[式中、R31及びR32は同一又は異なって、水素原子、ヒドロキシ基、又はアルキル基を示す。但し、R31及びR32の少なくとも一方はヒドロキシ基である。]
で表される芳香族化合物が挙げられる。
[In the formula, R 31 and R 32 are the same or different and represent a hydrogen atom, a hydroxy group, or an alkyl group. However, at least one of R 31 and R 32 is a hydroxy group. ]
Examples thereof include aromatic compounds represented by.

31又はR32で示されるアルキル基については、Rで示されるアルキル基と同様である。 The alkyl group represented by R 31 or R 32 is the same as that of the alkyl group represented by R 3 .

芳香族化合物としては、具体的には、充放電の繰返しに対する電位安定性の観点から、好ましくは1−ナフトール、2−ナフトール、1,2−ジヒドロキシナフタレン、1,3−ジヒドロキシナフタレン、1,4−ジヒドロキシナフタレン、1,5−ジヒドロキシナフタレン、1,6−ジヒドロキシナフタレン、1,7−ジヒドロキシナフタレン、2,3−ジヒドロキシナフタレン、2,6−ジヒドロキシナフタレン、2,7−ジヒドロキシナフタレン、1−メチルナフタレン、2−メチルナフタレン、1,2−ジメチルナフタレン、1,3−ジメチルナフタレン、1,4−ジメチルナフタレン、1,5−ジメチルナフタレン、2,3−ジメチルナフタレン、2,6−ジメチルナフタレン、2,7−ジメチルナフタレン、2−メチル−1−ナフトール、3−メチル−1−ナフトール、4−メチル−1−ナフトール、5−メチル−1−ナフトール、6−メチル−1−ナフトール、7−メチル−1−ナフトール、1−メチル−2−ナフトール、1−メチル−3−ナフトール、1−メチル−6−ナフトール、1−メチル−7−ナフトール等が挙げられる。これらの中でも、充放電の繰返しに対する電位安定性をより一層高めることができるという観点から、1−ナフトール、2−ナフトール、1,2−ジヒドロキシナフタレン、1−メチル−2−ナフトール等が特に好ましい。 Specific examples of the aromatic compound include 1-naphthol, 2-naphthol, 1,2-dihydroxynaphthalene, 1,3-dihydroxynaphthalene, and 1,4 from the viewpoint of potential stability with respect to repeated charging and discharging. -Dihydroxynaphthalene, 1,5-dihydroxynaphthalene, 1,6-dihydroxynaphthalene, 1,7-dihydroxynaphthalene, 2,3-dihydroxynaphthalene, 2,6-dihydroxynaphthalene, 2,7-dihydroxynaphthalene, 1-methylnaphthalene , 2-Methylnaphthalene, 1,2-dimethylnaphthalene, 1,3-dimethylnaphthalene, 1,4-dimethylnaphthalene, 1,5-dimethylnaphthalene, 2,3-dimethylnaphthalene, 2,6-dimethylnaphthalene, 2, 7-Dimethylnaphthalene, 2-methyl-1-naphthol, 3-methyl-1-naphthol, 4-methyl-1-naphthol, 5-methyl-1-naphthol, 6-methyl-1-naphthol, 7-methyl-1 Examples thereof include −naphthol, 1-methyl-2-naphthol, 1-methyl-3-naphthol, 1-methyl-6-naphthol, 1-methyl-7-naphthol and the like. Among these, 1-naphthol, 2-naphthol, 1,2-dihydroxynaphthalene, 1-methyl-2-naphthol and the like are particularly preferable from the viewpoint of further enhancing the potential stability with respect to repeated charging and discharging.

芳香族化合物は、1種単独で用いることもできるし、2種以上を組合わせて用いることもできる。 The aromatic compound may be used alone or in combination of two or more.

アミド化合物と芳香族化合物とを組合わせて電解液に配合することにより、充放電の繰返しに対する電位安定性をより向上させることができる。この観点から、本発明は、その一態様において、アミド化合物を含有する、芳香族化合物と共に電解液に添加するために用いるための、電解液用添加剤(本明細書において、「本発明の電解液用添加剤2A」と示すこともある。)、及び芳香族化合物を含有する、アミド化合物と共に電解液に添加するために用いるための、電解液用添加剤(本明細書において、「本発明の電解液用添加剤2B」と示すこともある。)に関する(本明細書において、本発明の電解液用添加剤1、本発明の電解液用添加剤2A、及び本発明の電解液用添加剤2Bをまとめて、「本発明の電解液用添加剤」と示すこともある)。 By blending the amide compound and the aromatic compound in the electrolytic solution, the potential stability with respect to repeated charging and discharging can be further improved. From this point of view, the present invention, in one aspect thereof, is an additive for an electrolytic solution for use in addition to an electrolytic solution together with an aromatic compound containing an amide compound (in the present specification, "electrolysis of the present invention". Liquid additive 2A ”), and an electrolytic solution additive for use in addition to an amide compound containing an aromatic compound (in the present specification, the present invention). (In the present specification, the electrolyte solution 1 of the present invention, the electrolyte solution additive 2A of the present invention, and the electrolyte solution additive 2A of the present invention). Agent 2B may be collectively referred to as "additive for electrolytic solution of the present invention").

本発明の電解液用添加剤には、本発明の効果を著しく低減させない限りにおいて、他の成分が含まれていてもよい。充放電の繰返しに対する電位安定性の観点から、本発明の電解液用添加剤には、硫黄及び/又は三重結合を有する化合物が含まれないことが好ましい。このような化合物としては、例えばサッカリン、1,2−ベンゾイソチアゾール−3(2H)−オン、2−プロピン−1−オール、1,4−ブチンジオール等が挙げられる。特に、サッカリン、1,2−ベンゾイソチアゾール−3(2H)−オン等の硫黄を有する化合物は、本発明の電解液用添加剤に含まれないことが好ましい。 The additive for an electrolytic solution of the present invention may contain other components as long as the effect of the present invention is not significantly reduced. From the viewpoint of potential stability with respect to repeated charging and discharging, it is preferable that the additive for an electrolytic solution of the present invention does not contain a compound having sulfur and / or a triple bond. Examples of such a compound include saccharin, 1,2-benzoisothiazole-3 (2H) -one, 2-propin-1-ol, 1,4-butynediol and the like. In particular, compounds having sulfur such as saccharin and 1,2-benzoisothiazole-3 (2H) -one are preferably not included in the additives for the electrolytic solution of the present invention.

2.電解液
本発明は、その一態様において、リチウム塩と、溶媒と、本発明の電解液用添加剤1、又は本発明の電解液用添加剤2A及び本発明の電解液用添加剤2Bとを含有する、電解液(本明細書において、「本発明の電解液」と示すこともある。)に関する。以下にこれについて説明する。
2. 2. Electrolyte In one aspect of the present invention, a lithium salt, a solvent, an additive 1 for an electrolytic solution of the present invention, an additive 2A for an electrolytic solution of the present invention, and an additive 2B for an electrolytic solution of the present invention are used. It relates to an electrolytic solution (sometimes referred to as "the electrolytic solution of the present invention" in the present specification) to be contained. This will be described below.

本発明の電解液中のアミド化合物の含有量は、特に制限されないが、充放電の繰返しに対する電位安定性の観点から、例えば0.01〜10g/Lである。該含有量は、同観点から、好ましくは0.1〜5g/L、より好ましくは0.1〜2g/Lである。 The content of the amide compound in the electrolytic solution of the present invention is not particularly limited, but is, for example, 0.01 to 10 g / L from the viewpoint of potential stability with respect to repeated charging and discharging. From the same viewpoint, the content is preferably 0.1 to 5 g / L, more preferably 0.1 to 2 g / L.

本発明の電解液中の芳香族化合物の含有量は、特に制限されないが、充放電の繰返しに対する電位安定性の観点から、例えば0.01〜10g/Lである。該含有量は、同観点から、好ましくは0.1〜5g/L、より好ましくは0.1〜2g/Lである。 The content of the aromatic compound in the electrolytic solution of the present invention is not particularly limited, but is, for example, 0.01 to 10 g / L from the viewpoint of potential stability with respect to repeated charging and discharging. From the same viewpoint, the content is preferably 0.1 to 5 g / L, more preferably 0.1 to 2 g / L.

本発明の電解液において、アミド化合物の含有量に対する芳香族化合物の含有量は、特に制限されない。放電の繰返しに対する電位安定性の観点から、アミド化合物100質量部に対して、芳香族化合物が、例えば1〜5000質量部、好ましくは2〜3000質量部、より好ましくは5〜2000である。 In the electrolytic solution of the present invention, the content of the aromatic compound relative to the content of the amide compound is not particularly limited. From the viewpoint of potential stability with respect to repeated discharges, the amount of the aromatic compound is, for example, 1 to 5000 parts by mass, preferably 2 to 3000 parts by mass, and more preferably 5 to 2000 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the amide compound.

リチウム塩は、電解液に(特にリチウム電池の電解液に)配合し得るものである限り、特に制限されない。リチウム塩としては、本発明の電解液が含有する溶媒に十分な溶解性を示し、好適な電導性を付与することができるリチウム塩を好適に用いることができる。リチウム塩として、具体的には、例えば塩化リチウム、フッ化リチウム等のハロゲン化リチウム;酸化リチウム;硝酸リチウム;テトラフルオロホウ酸リチウム等のホウ素錯体のリチウム塩;ヘキサフルオロリン酸リチウム等のリン錯体のリチウム塩;ヘキサフルオロヒ酸リチウム等のヒ素錯体のリチウム塩;過塩素酸リチウム;リチウムトリフレート;リチウムイミド;リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(Li[TFSI]);及び、それらの誘導体等が挙げられる。これらの中でも、充放電の繰返しに対する電位安定性の観点から、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドが好ましい。 The lithium salt is not particularly limited as long as it can be blended in the electrolytic solution (particularly in the electrolytic solution of the lithium battery). As the lithium salt, a lithium salt which exhibits sufficient solubility in the solvent contained in the electrolytic solution of the present invention and can impart suitable conductivity can be preferably used. Specific examples of the lithium salt include lithium halide such as lithium chloride and lithium fluoride; lithium oxide; lithium nitrate; a lithium salt of a boron complex such as lithium tetrafluoroborate; a phosphorus complex such as lithium hexafluorophosphate. Lithium salt; Lithium salt of an arsenic complex such as lithium hexafluorohydrate; Lithium perchlorate; Lithium trifrate; Lithium imide; Lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (Li [TFSI]); Can be mentioned. Among these, lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide is preferable from the viewpoint of potential stability against repeated charging and discharging.

リチウム塩は、1種単独で用いることもできるし、2種以上を組合わせて用いることもできる。 One type of lithium salt can be used alone, or two or more types can be used in combination.

本発明の電解液中のリチウム塩の含有量は、特に制限されないが、充放電の繰返しに対する電位安定性の観点から、例えば0.1〜10mol/Lである。該含有量は、同観点から、好ましくは0.2〜2mol/L、より好ましくは0.5〜1.5mol/Lである。 The content of the lithium salt in the electrolytic solution of the present invention is not particularly limited, but is, for example, 0.1 to 10 mol / L from the viewpoint of potential stability with respect to repeated charging and discharging. From the same viewpoint, the content is preferably 0.2 to 2 mol / L, more preferably 0.5 to 1.5 mol / L.

溶媒は、電解液(特にリチウム電池の電解液)の溶媒として使用し得るものである限り、特に制限されない。このような溶媒としては、非水溶媒を好適に用いることができ、例えば、エステル系化合物、エーテル系化合物、カーボネート系化合物、複素環式化合物、芳香族化合物等を好適に用いることができる。 The solvent is not particularly limited as long as it can be used as a solvent for an electrolytic solution (particularly an electrolytic solution for a lithium battery). As such a solvent, a non-aqueous solvent can be preferably used, and for example, an ester compound, an ether compound, a carbonate compound, a heterocyclic compound, an aromatic compound and the like can be preferably used.

エステル系化合物としては、モノカルボン酸の脂肪酸エステルが挙げられる。上記モノカルボン酸は、炭素数が1〜12の炭素原子を有することが好ましい。このようなエステル系化合物としては、具体的には、酢酸エチル、プロピオン酸メチル、酪酸メチル、酪酸エチル、ギ酸メチル等が挙げられる。 Examples of the ester compound include fatty acid esters of monocarboxylic acids. The monocarboxylic acid preferably has 1 to 12 carbon atoms. Specific examples of such ester compounds include ethyl acetate, methyl propionate, methyl butyrate, ethyl butyrate, methyl formate and the like.

エーテル系化合物としては、直鎖状エーテル又は環状エーテルが挙げられる。直鎖状エーテルとしては、例えば、メチレンジメチルエーテル(DMM)、エチレンジメチルエーテル(モノグライム)、エチレンジエチルエーテル(DEE)、ジエチレングリコールジメチルエーテル(ジグライム)、トリエチレングリコールジメチルエーテル(トリグライム)、テトラエチレングリコールジメチルエーテル(テトラグライム)が挙げられる。環状エーテルとしては、例えば、テトラヒドロフラン(THF)、2−メチルテトラヒドロフラン、1,3−ジオキソフラン、4−メチル−1,3−ジオキソラン、2−メチル−1,3−ジオキソランを用いることができる。 Examples of the ether compound include linear ether and cyclic ether. Examples of the linear ether include methylene dimethyl ether (DMM), ethylene dimethyl ether (monoglyme), ethylene diethyl ether (DEE), diethylene glycol dimethyl ether (diglyme), triethylene glycol dimethyl ether (triglyme), and tetraethylene glycol dimethyl ether (tetraglyme). Can be mentioned. As the cyclic ether, for example, tetrahydrofuran (THF), 2-methyltetrahydrofuran, 1,3-dioxofuran, 4-methyl-1,3-dioxolane, 2-methyl-1,3-dioxolane can be used.

カーボネート系化合物としては、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸エチルメチルが挙げられる。中でも、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン等のラクトンを好適に用いることができる。 Examples of the carbonate compound include ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate. Among them, lactones such as γ-butyrolactone and γ-valerolactone can be preferably used.

複素環式化合物としては、フラン類又はピリジン類が挙げられる。上記フラン類としてはとしては、例えば、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、4,4−ジメチル−1,3−ジオキサン等が挙げられる。ピリジン類としてはとしては、例えば、ピリジン、2−ビニルピリジン、4−ビニルピリジン、ポリビニルピリジン等が挙げられる。 Examples of the heterocyclic compound include furans and pyridines. Examples of the furans include tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, 4,4-dimethyl-1,3-dioxane and the like. Examples of pyridines include pyridine, 2-vinylpyridine, 4-vinylpyridine, polyvinylpyridine and the like.

芳香族化合物としては、ベンゼン、トルエン、キシレン又はフルオロベンゼン類が挙げられる。上記フルオロベンゼン類としては、例えば、モノフルオロベンゼン、ジフルオロベンゼン、トリフルオロベンゼン、モノフルオロトルエン、ジフルオロトルエン、モノフルオロナフタレン等が挙げられる。 Examples of the aromatic compound include benzene, toluene, xylene and fluorobenzene. Examples of the fluorobenzenes include monofluorobenzene, difluorobenzene, trifluorobenzene, monofluorotoluene, difluorotoluene, monofluoronaphthalene and the like.

溶媒としては、充放電の繰返しに対する電位安定性の観点から、エーテル系化合物を好適に用いることができる。 As the solvent, an ether compound can be preferably used from the viewpoint of potential stability with respect to repeated charging and discharging.

溶媒は、1種単独で用いることもできるし、2種以上を組合わせて用いることもできる。 The solvent may be used alone or in combination of two or more.

本発明の電解液中の溶媒の含有量は、例えば25〜97質量%が好ましく、60〜93質量%がより好ましく、67〜85質量%が更に好ましい。 The content of the solvent in the electrolytic solution of the present invention is, for example, preferably 25 to 97% by mass, more preferably 60 to 93% by mass, still more preferably 67 to 85% by mass.

本発明の電解液には、本発明の効果を著しく低減させない限りにおいて、他の成分が含まれていてもよい。充放電の繰返しに対する電位安定性の観点から、本発明の電解液には、硫黄及び/又は三重結合を有する化合物が含まれないことが好ましい。このような化合物としては、例えばサッカリン、1,2−ベンゾイソチアゾール−3(2H)−オン、2−プロピン−1−オール、1,4−ブチンジオール等が挙げられる。特に、サッカリン、1,2−ベンゾイソチアゾール−3(2H)−オン等の硫黄を有する化合物は、本発明の電解液に含まれないことが好ましい。 The electrolytic solution of the present invention may contain other components as long as the effects of the present invention are not significantly reduced. From the viewpoint of potential stability with respect to repeated charging and discharging, it is preferable that the electrolytic solution of the present invention does not contain sulfur and / or a compound having a triple bond. Examples of such a compound include saccharin, 1,2-benzoisothiazole-3 (2H) -one, 2-propin-1-ol, 1,4-butynediol and the like. In particular, compounds having sulfur such as saccharin and 1,2-benzoisothiazole-3 (2H) -one are preferably not contained in the electrolytic solution of the present invention.

他の成分の含有量は、特に制限されず、本発明の電解液100質量%に対して、例えば20質量%以下、好ましくは3質量%以下、より好ましくは1.5質量%以下、1質量%以下、0.5質量%以下、0.1質量%以下、0.01質量%以下である。 The content of other components is not particularly limited, and is, for example, 20% by mass or less, preferably 3% by mass or less, more preferably 1.5% by mass or less, and 1% by mass with respect to 100% by mass of the electrolytic solution of the present invention. % Or less, 0.5% by mass or less, 0.1% by mass or less, 0.01% by mass or less.

本発明の電解液を製造する方法としては、リチウム塩、アミド化合物、芳香族化合物、及び溶媒を混合することができれば特に限定されず、例えば、溶媒に、リチウム塩、アミド化合物、及び芳香族化合物を順次添加する方法が挙げられる。リチウム塩、アミド化合物、芳香族化合物、及び溶媒を添加する順序は特に限定されず、任意の順序により添加すればよい。 The method for producing the electrolytic solution of the present invention is not particularly limited as long as it can mix a lithium salt, an amide compound, an aromatic compound, and a solvent. For example, the solvent contains a lithium salt, an amide compound, and an aromatic compound. Can be mentioned as a method of sequentially adding. The order in which the lithium salt, the amide compound, the aromatic compound, and the solvent are added is not particularly limited, and may be added in any order.

3.リチウム電池
本発明はその一態様において、正極層、負極層、及び前記正極層と前記負極層との間に配置される電解質層を有し、前記電解質層が本発明の電解液を含む、リチウム電池(本明細書において、「本発明のリチウム電池」と示すこともある。)に関する。
3. 3. Lithium Battery In one embodiment, the present invention has a positive electrode layer, a negative electrode layer, and an electrolyte layer arranged between the positive electrode layer and the negative electrode layer, and the electrolyte layer contains the electrolytic solution of the present invention. It relates to a battery (in the present specification, it may be referred to as "the lithium battery of the present invention").

リチウム電池としては、代表的にはリチウム金属電池(特に、リチウム金属二次電池)が挙げられる。以下、これについて説明する。 A typical example of the lithium battery is a lithium metal battery (particularly, a lithium metal secondary battery). This will be described below.

本発明の電解液を用いて作製されるリチウム金属電池に含まれる正極層は、リチウム金属電池の正極活物質として利用可能な材料を含むことができる。正極活物質材料として、例えば、コバルト酸リチウム(LiCoO)、ニッケル酸リチウム(LiNiO)、マンガン酸リチウム(LiMn)、LiCo1/3Ni1/3Mn1/3、Li1+xMn2−x−y(Mは、Al、Mg、Co、Fe、Ni、及びZnから選ばれる1種以上の金属元素)で表される組成の異種元素置換Li−Mnスピネル、チタン酸リチウム(LiTiO)、リン酸金属リチウム(LiMPO、MはFe、Mn、Co、またはNi)、酸化バナジウム(V)及び酸化モリブデン(MoO)等の遷移金属酸化物、硫化チタン(TiS)、グラファイト及びハードカーボン等の炭素材料、リチウムコバルト窒化物(LiCoN)、リチウムシリコン酸化物(LiSi)、リチウム貯蔵性金属間化合物(MgMまたはNSb、MはSn、Ge、またはSb、NはIn、Cu、またはMn)等、並びにこれらの誘導体が挙げられる。 The positive electrode layer contained in the lithium metal battery produced by using the electrolytic solution of the present invention can contain a material that can be used as the positive electrode active material of the lithium metal battery. Examples of the positive electrode active material include lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), lithium manganate (LiMn 2 O 4 ), LiCo 1/3 Ni 1/3 Mn 1/3 O 2 , Li. Dissimilar element substitution Li-Mn spinel having a composition represented by 1 + x Mn 2- xy My O 4 (M is one or more metal elements selected from Al, Mg, Co, Fe, Ni, and Zn). , lithium titanate (Li x TiO y), phosphate metal lithium (LiMPO 4, M is Fe, Mn, Co or Ni,), vanadium oxide (V 2 O 5) and molybdenum oxide (MoO 3) transition metal such oxide, titanium sulfide (TiS 2), carbon materials such as graphite and hard carbon, lithium-cobalt nitride (LiCoN), lithium silicon oxide (Li x Si y O z) , lithium storage intermetallic compound (Mg x M Alternatively, N y Sb, M is Sn, Ge, or Sb, N is In, Cu, or Mn) and the like, and derivatives thereof.

正極層はバインダーを含んでもよい。バインダーの材料としては、ポリテトラフルオロエチレン、ポリトリフルオロエチレン、ポリエチレン、ニトリルゴム、ポリブタジエンゴム、ブチルゴム、水素添加ブチレンゴム、ポリスチレン、スチレンブタジエンゴム、スチレンブタジエンラテックス、多硫化ゴム、ニトロセルロース、アクリロニトリルブタジエンゴム、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、フッ素ゴム等が望ましいが、特に制限されない。 The positive electrode layer may contain a binder. Binder materials include polytetrafluoroethylene, polytrifluoroethylene, polyethylene, nitrile rubber, polybutadiene rubber, butyl rubber, hydrogenated butylene rubber, polystyrene, styrene butadiene rubber, styrene butadiene latex, polysulfide rubber, nitrocellulose, and acrylonitrile butadiene rubber. , Polyvinyl fluoride, polyvinylidene fluoride, fluororubber, etc. are desirable, but are not particularly limited.

正極層は、所望により導電助材粒子を含んでもよい。導電助材粒子としては、特に制限されるものではなく、黒鉛、カーボンブラック等を用いることができる。 The positive electrode layer may contain conductive auxiliary material particles, if desired. The conductive auxiliary material particles are not particularly limited, and graphite, carbon black, or the like can be used.

負極活物質としては、例えば、リチウム金属またはリチウム合金を単独または混合したものを使用できる。リチウム金属との合金を形成できる物質としては、例えば、Al、Mg、K、Na、Ca、Sr、Ba、Si、Ge、Sb、Pb、Sn、In、及びZn等が挙げられる。 As the negative electrode active material, for example, a lithium metal or a lithium alloy can be used alone or in combination. Examples of the substance capable of forming an alloy with the lithium metal include Al, Mg, K, Na, Ca, Sr, Ba, Si, Ge, Sb, Pb, Sn, In, and Zn.

また、本発明のリチウム電池は、正極及び負極の間に短絡を防止するセパレータを含むこともできる。セパレータとしては、特に限定されないが、従来からリチウム金属電池に用いられる材料を用いることができ、例えば、ポリプロピレン製不織布、ポリフェニレンスルフィド製不織布等の高分子不織布、ポリエチレン、ポリプロピレン等のオレフィン系樹脂等の微多孔フィルム、またはこれらの組み合わせを使用することができる。液体電解質等の電解質をセパレータに含浸させて電解質層を形成してもよい。 In addition, the lithium battery of the present invention can also include a separator that prevents a short circuit between the positive electrode and the negative electrode. The separator is not particularly limited, but a material conventionally used for lithium metal batteries can be used. For example, a polymer non-woven fabric such as a polypropylene non-woven fabric or a polyphenylene sulfide non-woven fabric, an olefin resin such as polyethylene or polypropylene, etc. A microporous film or a combination thereof can be used. The separator may be impregnated with an electrolyte such as a liquid electrolyte to form an electrolyte layer.

正極層に隣接して正極集電体を配置することができる。正極集電体の材料としては、導電性を有し正極集電体としての機能を有するものであれば特に限定されるものではなく、例えばSUS、アルミニウム、銅、ニッケル、鉄、チタン、およびカーボン等を挙げることができ、SUS及びアルミニウムが好ましい。さらに、正極集電体の形状としては、例えば、箔状、板状、メッシュ状等を挙げることができる。 A positive electrode current collector can be arranged adjacent to the positive electrode layer. The material of the positive electrode current collector is not particularly limited as long as it has conductivity and functions as a positive electrode current collector, for example, SUS, aluminum, copper, nickel, iron, titanium, and carbon. Etc., and SUS and aluminum are preferable. Further, as the shape of the positive electrode current collector, for example, a foil shape, a plate shape, a mesh shape and the like can be mentioned.

負極層に隣接して負極集電体を配置することができる。負極集電体の材料としては、導電性を有し負極集電体としての機能を有するものであれば特に限定されるものではないが、例えばSUS、銅、ニッケル、およびカーボン等を挙げることができ、SUS及び銅が好ましい。さらに、負極集電体の形状としては、例えば、箔状、板状、メッシュ状等を挙げることができる。 A negative electrode current collector can be arranged adjacent to the negative electrode layer. The material of the negative electrode current collector is not particularly limited as long as it has conductivity and functions as a negative electrode current collector, and examples thereof include SUS, copper, nickel, and carbon. Yes, SUS and copper are preferred. Further, as the shape of the negative electrode current collector, for example, a foil shape, a plate shape, a mesh shape and the like can be mentioned.

リチウム金属電池を包む電池ケースとしては、リチウム金属電池で使用可能な公知のラミネートフィルム等を用いることができる。 As the battery case for wrapping the lithium metal battery, a known laminated film or the like that can be used in the lithium metal battery can be used.

リチウム金属電池は、円筒型、角型、ボタン型、コイン型、または扁平型等、所望の形状をとることができ、これらに限定されるものではない。 The lithium metal battery can have a desired shape such as, but is not limited to, a cylindrical type, a square type, a button type, a coin type, or a flat type.

電解質層には、本発明の効果を著しく低減させない限りにおいて、本発明の電解液以外の他の成分が含まれていてもよい。充放電の繰返しに対する電位安定性の観点から、電解質層には、硫黄及び/又は三重結合を有する化合物が含まれないことが好ましい。このような化合物としては、例えばサッカリン、1,2−ベンゾイソチアゾール−3(2H)−オン、2−プロピン−1−オール、1,4−ブチンジオール等が挙げられる。特に、サッカリン、1,2−ベンゾイソチアゾール−3(2H)−オン等の硫黄を有する化合物は、電解質層に含まれないことが好ましい。 The electrolyte layer may contain components other than the electrolytic solution of the present invention as long as the effects of the present invention are not significantly reduced. From the viewpoint of potential stability with respect to repeated charging and discharging, it is preferable that the electrolyte layer does not contain sulfur and / or a compound having a triple bond. Examples of such a compound include saccharin, 1,2-benzoisothiazole-3 (2H) -one, 2-propin-1-ol, 1,4-butynediol and the like. In particular, compounds having sulfur such as saccharin and 1,2-benzoisothiazole-3 (2H) -one are preferably not contained in the electrolyte layer.

本発明のリチウム電池は、従来行われている任意の方法で形成することができる。 The lithium battery of the present invention can be formed by any conventional method.

以下に、実施例に基づいて本発明を詳細に説明するが、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 detail based on examples, but the present invention is not limited to these examples.

(1)電解液の調製
表1〜6示す溶媒30mlに、リチウム含有電解質としてリチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(Li[TFSI])を溶解させた。次いで、表1〜6に示す配合により添加剤を加え、電解液を調製した。
(1) Preparation of Electrolyte Solution Lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (Li [TFSI]) was dissolved as a lithium-containing electrolyte in 30 ml of the solvent shown in Tables 1 to 6. Then, additives were added according to the formulations shown in Tables 1 to 6 to prepare an electrolytic solution.

(2)充放電試験
上記のようにして調製された実施例及び比較例の電解液を用いて、以下の条件で30分間電流を流すことで金属リチウムを電析させた。その後、3分間の放電と3分間の充電とを繰り返し実施し、電位が1Vに達するまでのサイクル数を計測した。
作用極:ニッケル板(直径1cm)
対極:リチウム板(20mm×5mm×t0.3mm)
参照電極:リチウム板(20mm×5mm×t0.3mm)
液量:5ml
電解液の温度:25℃
雰囲気:Arガス(露点:<−60℃、酸素濃度:<5ppm)
電流密度:0.127mA/cm
(2) Charge / Discharge Test Using the electrolytic solutions of Examples and Comparative Examples prepared as described above, metallic lithium was electrodeposited by passing an electric current for 30 minutes under the following conditions. After that, discharging for 3 minutes and charging for 3 minutes were repeatedly carried out, and the number of cycles until the potential reached 1 V was measured.
Working electrode: Nickel plate (1 cm in diameter)
Counter electrode: Lithium plate (20 mm x 5 mm x t0.3 mm)
Reference electrode: Lithium plate (20 mm x 5 mm x t0.3 mm)
Liquid volume: 5 ml
Electrolyte temperature: 25 ° C
Atmosphere: Ar gas (dew point: <-60 ° C, oxygen concentration: <5 ppm)
Current density: 0.127 mA / cm 2 .

(3)結果
結果を表1〜6に示す。また、実施例の試験結果の代表例(実施例2の結果)を図1に示し、比較例の試験結果の代表例(比較例1の結果)図2に示す。
(3) Results The results are shown in Tables 1-6. Further, a representative example of the test result of the example (result of the second example) is shown in FIG. 1, and a representative example of the test result of the comparative example (result of the comparative example 1) is shown in FIG.

アミド化合物と芳香族化合物が無添加またはどちらか1種の場合(比較例1〜10)に比べて、アミド化合物及び芳香族化合物の両方を添加すると(実施例1〜28)サイクル数が増加することが分かった。 The number of cycles is increased by adding both the amide compound and the aromatic compound (Examples 1 to 28) as compared with the case where the amide compound and the aromatic compound are not added or one of them (Comparative Examples 1 to 10). It turned out.

Claims (12)

一般式(1):
[式中、R及びRは同一又は異なって、水素原子又は置換されていてもよい炭化水素基を示す。]
で表されるアミド化合物、及び一般式(2):
[式中、Rは同一又は異なって、ヒドロキシ基又はアルキル基を示す。nは1〜3の整数を示す。]
で表される芳香族化合物を含有する、電解液用添加剤。
General formula (1):
[In the formula, R 1 and R 2 represent the same or different hydrocarbon atoms or optionally substituted hydrocarbon groups. ]
The amide compound represented by, and the general formula (2):
[In the formula, R 3 is the same or different and represents a hydroxy group or an alkyl group. n represents an integer of 1 to 3. ]
An additive for an electrolytic solution containing an aromatic compound represented by.
前記アミド化合物が、アクリルアミド、N−[3−(ジメチルアミノ)プロピル]アクリルアミド、N,N−ジエチルアクリルアミド、N,N’−エチレンビスアクリルアミド、N,N’−メチレンビスアクリルアミド、N−イソプロピルアクリルアミド、N−tert−ブチルアクリルアミド、ダイアセトンアクリルアミド、N−ドデシルアクリルアミド、及びN−(ブトキシメチル)アクリルアミドからなる群より選択される少なくとも1種である、請求項1に記載の電解液用添加剤。 The amide compound is acrylamide, N- [3- (dimethylamino) propyl] acrylamide, N, N-diethylacrylamide, N, N'-ethylenebisacrylamide, N, N'-methylenebisacrylamide, N-isopropylacrylamide, The additive for an electrolytic solution according to claim 1, which is at least one selected from the group consisting of N-tert-butyl acrylamide, diacetone acrylamide, N-dodecyl acrylamide, and N- (butoxymethyl) acrylamide. 前記芳香族化合物が、1−ナフトール、2−ナフトール、1,2−ジヒドロキシナフタレン、1,3−ジヒドロキシナフタレン、1,4−ジヒドロキシナフタレン、1,5−ジヒドロキシナフタレン、1,6−ジヒドロキシナフタレン、1,7−ジヒドロキシナフタレン、2,3−ジヒドロキシナフタレン、2,6−ジヒドロキシナフタレン、2,7−ジヒドロキシナフタレン、1−メチルナフタレン、2−メチルナフタレン、1,2−ジメチルナフタレン、1,3−ジメチルナフタレン、1,4−ジメチルナフタレン、1,5−ジメチルナフタレン、2,3−ジメチルナフタレン、2,6−ジメチルナフタレン、2,7−ジメチルナフタレン、2−メチル−1−ナフトール、3−メチル−1−ナフトール、4−メチル−1−ナフトール、5−メチル−1−ナフトール、6−メチル−1−ナフトール、7−メチル−1−ナフトール、1−メチル−2−ナフトール、1−メチル−3−ナフトール、1−メチル−6−ナフトール、及び1−メチル−7−ナフトールからなる群より選択される少なくとも1種である、請求項1又は2に記載の電解液用添加剤。 The aromatic compounds are 1-naphthol, 2-naphthol, 1,2-dihydroxynaphthalene, 1,3-dihydroxynaphthalene, 1,4-dihydroxynaphthalene, 1,5-dihydroxynaphthalene, 1,6-dihydroxynaphthalene, 1 , 7-Dihydroxynaphthalene, 2,3-dihydroxynaphthalene, 2,6-dihydroxynaphthalene, 2,7-dihydroxynaphthalene, 1-methylnaphthalene, 2-methylnaphthalene, 1,2-dimethylnaphthalene, 1,3-dimethylnaphthalene , 1,4-Dimethylnaphthalene, 1,5-dimethylnaphthalene, 2,3-dimethylnaphthalene, 2,6-dimethylnaphthalene, 2,7-dimethylnaphthalene, 2-methyl-1-naphthol, 3-methyl-1- Naphthal, 4-methyl-1-naphthol, 5-methyl-1-naphthol, 6-methyl-1-naphthol, 7-methyl-1-naphthol, 1-methyl-2-naphthol, 1-methyl-3-naphthol, The additive for an electrolytic solution according to claim 1 or 2, which is at least one selected from the group consisting of 1-methyl-6-naphthol and 1-methyl-7-naphthol. 一般式(1):
[式中、R及びRは同一又は異なって、水素原子又は置換されていてもよい炭化水素基を示す。]
で表されるアミド化合物を含有する、一般式(2):
[式中、Rは同一又は異なって、ヒドロキシ基又はアルキル基を示す。nは1〜3の整数を示す。]
で表される芳香族化合物と共に電解液に添加するために用いるための、電解液用添加剤。
General formula (1):
[In the formula, R 1 and R 2 represent the same or different hydrocarbon atoms or optionally substituted hydrocarbon groups. ]
The general formula (2): containing the amide compound represented by
[In the formula, R 3 is the same or different and represents a hydroxy group or an alkyl group. n represents an integer of 1 to 3. ]
Additive for electrolytic solution to be used for addition to the electrolytic solution together with the aromatic compound represented by.
一般式(2):
[式中、Rは同一又は異なって、ヒドロキシ基又はアルキル基を示す。nは1〜3の整数を示す。]
で表される芳香族化合物を含有する、一般式(1):
[式中、R及びRは同一又は異なって、水素原子又は置換されていてもよい炭化水素基を示す。]
で表されるアミド化合物と共に電解液に添加するために用いるための、電解液用添加剤。
General formula (2):
[In the formula, R 3 is the same or different and represents a hydroxy group or an alkyl group. n represents an integer of 1 to 3. ]
General formula (1): containing an aromatic compound represented by
[In the formula, R 1 and R 2 represent the same or different hydrocarbon atoms or optionally substituted hydrocarbon groups. ]
Additive for electrolytic solution to be used for addition to the electrolytic solution together with the amide compound represented by.
リチウム電池用である、請求項1〜5のいずれかに記載の電解液用添加剤。 The additive for an electrolytic solution according to any one of claims 1 to 5, which is for a lithium battery. リチウム塩と、溶媒と、請求項1〜3のいずれかに記載の電解液用添加剤、又は請求項4に記載の電解液用添加剤及び請求項5に記載の電解液用添加剤とを含有する、電解液。 The lithium salt, the solvent, and the electrolyte solution additive according to any one of claims 1 to 3, or the electrolyte solution additive according to claim 4 and the electrolyte solution additive according to claim 5. Containing electrolyte. 電解液中の前記アミド化合物の含有量が0.01〜10g/Lである、請求項7に記載の電解液。 The electrolytic solution according to claim 7, wherein the content of the amide compound in the electrolytic solution is 0.01 to 10 g / L. 電解液中の前記芳香族化合物の含有量が0.01〜10g/Lである、請求項7又は8に記載の電解液。 The electrolytic solution according to claim 7 or 8, wherein the content of the aromatic compound in the electrolytic solution is 0.01 to 10 g / L. 電解液中の前記リチウム塩の含有量が0.1〜10mol/Lである、請求項7〜8のいずれかに記載の電解液。 The electrolytic solution according to any one of claims 7 to 8, wherein the content of the lithium salt in the electrolytic solution is 0.1 to 10 mol / L. リチウム電池用である、請求項7〜10のいずれかに記載の電解液。 The electrolytic solution according to any one of claims 7 to 10, which is for a lithium battery. 正極層、負極層、及び前記正極層と前記負極層との間に配置される電解質層を有し、前記電解質層が請求項7〜11のいずれかに記載の電解液を含む、リチウム電池。 A lithium battery having a positive electrode layer, a negative electrode layer, and an electrolyte layer arranged between the positive electrode layer and the negative electrode layer, wherein the electrolyte layer contains the electrolytic solution according to any one of claims 7 to 11.
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