JP2021022437A - Electrolyte and lithium ion secondary battery - Google Patents

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Abstract

To provide a suitable electrolytic solution in order to provide a lithium ion secondary battery having excellent battery characteristics.SOLUTION: An electrolytic solution includes (FSO2)2 NLi, 1,2-dimethoxyethane, dialkyl ether, and nonionic surfactant, and the proportion of nonionic surfactant is 5 mass% or less of the total electrolytic solution.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.

詳細には、電解液の電解質としてLiPFを採用するのが一般的であり、電解液の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するのが一般的である。 Specifically, LiPF 6 is generally used as the electrolyte of the electrolytic solution, and chain carbonates such as ethyl methyl carbonate, dimethyl carbonate and diethyl carbonate and cyclic carbonates such as ethylene carbonate are used as the non-aqueous solvent of the electrolytic solution. It is common to use a mixed solvent in combination.

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.

非水溶媒として、鎖状エーテルである1,2−ジメトキシエタンを採用することも知られている。特許文献4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、エチレンカーボネート及び1,2−ジメトキシエタン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。 It is also known to use 1,2-dimethoxyethane, which is a chain ether, as a non-aqueous solvent. Patent Document 4 discloses a lithium ion secondary battery including an electrolytic solution in which LiPF 6 is used as an electrolyte and a mixed solvent in which ethylmethyl carbonate, ethylene carbonate and 1,2-dimethoxyethane are used in combination as a non-aqueous solvent is used. It is described as.

電解質として(FSONLiを採用した電解液も知られている。特許文献5には、電解質として(FSONLi及びLiPFを併用し、非水溶媒としてエチレンカーボネート、ジメチルカーボネート及びフルオロ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。 An electrolyte solution using (FSO 2 ) 2 NLi as the electrolyte is also known. Patent Document 5 describes a lithium ion secondary battery comprising an electrolytic solution in which (FSO 2 ) 2 NLi and LiPF 6 are used in combination as an electrolyte and a mixed solvent in which ethylene carbonate, dimethyl carbonate and fluoroethylene carbonate are used in combination as a non-aqueous solvent is used. The battery 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 特開2019−36455号公報JP-A-2019-36455 特開2011−150958号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-150958

上述のとおり、リチウムイオン二次電池についての研究が精力的に行われている。そして、産業界からは、電池特性に優れるリチウムイオン二次電池が求められている。
本発明はかかる事情に鑑みて為されたものであり、電池特性に優れる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 mentioned above, research on lithium-ion secondary batteries is being vigorously conducted. Then, the industry demands a lithium ion secondary battery having excellent 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 ether as a non-aqueous solvent for the electrolytic solution, which is considered to be less likely to undergo reductive decomposition on the surface of the negative electrode and have 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、LiPFに替えて電解質として(FSONLiを採用したところ、十分な濃度で(FSONLiが1,2−ジメトキシエタンに溶解することを知見した。(FSONLi及び1,2−ジメトキシエタンは親和性に優れるといえる。 Therefore, when (FSO 2 ) 2 NLi was used as the electrolyte instead of LiPF 6 , it was found that (FSO 2 ) 2 NLi was dissolved in 1,2-dimethoxyethane at a sufficient concentration. It can be said that (FSO 2 ) 2 NLi and 1,2-dimethoxyethane have excellent affinity.

しかしながら、(FSONLi及び1,2−ジメトキシエタンのみからなる電解液は比較的粘度が高い。粘度が高い電解液は、リチウムイオン二次電池の正極及び負極の間に配置されるセパレータへの浸透性に欠ける可能性があるし、さらに、リチウムイオン二次電池の円滑な充放電を妨げる可能性があると本発明者は考えた。
そこで、本発明者は、エーテルの一態様であるジアルキルエーテルを電解液に添加して、電解液の粘度を低下させることを指向した。
However, the electrolytic solution consisting only of (FSO 2 ) 2 NLi and 1,2-dimethoxyethane has a relatively high viscosity. Highly viscous electrolytes may lack permeability to the separators placed between the positive and negative electrodes of the lithium ion secondary battery and may interfere with the smooth charging and discharging of the lithium ion secondary battery. The present inventor thought that there was a property.
Therefore, the present inventor has aimed to reduce the viscosity of the electrolytic solution by adding dialkyl ether, which is one aspect of the ether, to the electrolytic solution.

ところが、(FSONLi及び1,2−ジメトキシエタンのみからなる電解液にジn−プロピルエーテルを添加したところ、電解液が2液相に分離することを知見した。
そこで、2液相を単相にすべく、界面活性剤を添加する検討を行ったところ、特定の界面活性剤を特定の量で添加することで電解液が単相になり、かつ、リチウムイオン二次電池の電解液として好適に使用可能であることを知見した。
However, it was found that when din-propyl ether was added to an electrolytic solution consisting only of (FSO 2 ) 2 NLi and 1,2-dimethoxyethane, the electrolytic solution was separated into two liquid phases.
Therefore, when a study was conducted to add a surfactant in order to make the two-component phase single-phase, the electrolytic solution became single-phase by adding a specific surfactant in a specific amount, and lithium ions. It was found that it can be suitably used as an electrolytic solution for a secondary battery.

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、(FSONLi、1,2−ジメトキシエタン、ジアルキルエーテル及び非イオン界面活性剤を含有する電解液であって、非イオン界面活性剤の割合が電解液全体の5質量%以下であることを特徴とする。 The electrolytic solution of the present invention is an electrolytic solution containing (FSO 2 ) 2 NLi, 1,2-dimethoxyethane, dialkyl ether and a nonionic surfactant, and the proportion of the nonionic surfactant is the entire electrolytic solution. It is characterized in that it is 5% by mass or less.

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、(FSONLi、1,2−ジメトキシエタン、ジアルキルエーテル及び非イオン界面活性剤を含有する電解液であって、非イオン界面活性剤の割合が電解液全体の5質量%以下であることを特徴とする。 The electrolytic solution of the present invention is an electrolytic solution containing (FSO 2 ) 2 NLi, 1,2-dimethoxyethane, dialkyl ether and a nonionic surfactant, and the proportion of the nonionic surfactant in the entire electrolytic solution is It is characterized in that it is 5% by mass or less.

1,2−ジメト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−ジメトキシエタンは、電解液中で(FSONLi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。 Since 1,2-dimethoxyethane 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-dimethoxyethane preferentially coordinates with the lithium ion of (FSO 2 ) 2 NLi in the electrolytic solution to form a stable complex.

ここで、1分子の(FSONLiに対して2分子の1,2−ジメトキシエタンが配位することで最安定な錯体が形成されると考えられる。したがって、錯体の安定性を考慮すると、本発明の電解液においては、(FSONLiに対する1,2−ジメトキシエタンのモル比は2程度が好適といえる。
ただし、リチウムイオン二次電池の充放電時には、Liが正極及び負極にて挿入及び離脱する必要がある。その際には、錯体の中心にあるLiが錯体の安定化エネルギーを超えて正極内部や負極内部に移動する必要がある。これらの事項を考慮すると、錯体は若干不安定な方が、電荷担体としては妥当であるともいえる。
Here, it is considered that the most stable complex is formed by coordinating two molecules of 1,2-dimethoxyethane with respect to one molecule of (FSO 2 ) 2 NLi. Therefore, in consideration of the stability of the complex, it can be said that the molar ratio of 1,2-dimethoxyethane to (FSO 2 ) 2 NLi is preferably about 2 in the electrolytic solution of the present invention.
However, when the lithium ion secondary battery is charged and discharged, Li needs to be inserted and removed at the positive electrode and the negative electrode. In that case, Li at the center of the complex needs to move beyond the stabilizing energy of the complex to the inside of the positive electrode or the inside of the negative electrode. Considering these matters, it can be said that a slightly unstable complex is more appropriate as a charge carrier.

以上の事項から、本発明の電解液において、(FSONLiに対する1,2−ジメトキシエタンのモル比としては、0.5〜2.5の範囲内が好ましく、0.8〜2.0の範囲内がより好ましく、1.0〜1.9の範囲内がさらに好ましく、1.2〜1.7の範囲内が特に好ましく、1.4〜1.6の範囲内が最も好ましい。 From the above, in the electrolytic solution of the present invention, the molar ratio of 1,2-dimethoxyethane to (FSO 2 ) 2 NLi is preferably in the range of 0.5 to 2.5, and is preferably 0.8 to 2. The range of 0 is more preferable, the range of 1.0 to 1.9 is further preferable, the range of 1.2 to 1.7 is particularly preferable, and the range of 1.4 to 1.6 is most preferable.

ジアルキルエーテルは、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−ジメトキシエタンよりも低いと考えられる。よって、ジアルキルエーテルは、1,2−ジメト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。 The dialkyl ether is considered to have a lower coordination ability (complex formation constant or complex stability constant) with respect to metal ions than 1,2-dimethoxyethane because of its chemical structure. Therefore, it is considered that the dialkyl ether does not affect the stability of the complex formed of 1,2-dimethoxyethane and lithium ion.

ジアルキルエーテルは電解液の粘度を低くする目的で添加されるが、ジアルキルエーテルはLUMO水準が比較的高いため、負極近傍での還元分解に対する耐性の観点でも有利といえる。 Dialkyl ether is added for the purpose of lowering the viscosity of the electrolytic solution, but since dialkyl ether has a relatively high LUMO level, it can be said to be advantageous from the viewpoint of resistance to reductive decomposition near the negative electrode.

参考までに、ジn−プロピルエーテル及び一般的な電解液の非水溶媒であるジメチルカーボネートに対して、分子軌道法計算プログラムGaussianを用い、密度汎関数をB3LYPとし、基底関数を6−311G++gとして計算したLUMOの数値を表1に示す。
表1の結果から、ジn−プロピルエーテルのLUMOが、一般的な電解液の非水溶媒であるジメチルカーボネートのLUMOよりも高いことがわかる。
For reference, for dimethyl carbonate, which is a non-aqueous solvent for din-propyl ether and general electrolytes, the molecular orbital calculation program Gaussian is used, the density functional theory is B3LYP, and the basis set is 6-311G ++ g. The calculated LUMO values are shown in Table 1.
From the results in Table 1, it can be seen that the LUMO of din-propyl ether is higher than that of dimethyl carbonate, which is a non-aqueous solvent of a general electrolytic solution.

Figure 2021022437
Figure 2021022437

ジアルキルエーテルとしては、1種類を採用してもよいし、複数種類を併用してもよい。
ジアルキルエーテル全体の炭素数としては、6〜12の範囲内が好ましく、6〜10の範囲内がより好ましい。炭素数が少なすぎるジアルキルエーテルは低沸点なので、使用が困難な場合がある。炭素数が多すぎるジアルキルエーテルを用いると、電解液全体の極性が低くなり、イオン伝導性に悪影響が生じる場合がある。
As the dialkyl ether, one type may be adopted, or a plurality of types may be used in combination.
The total number of carbon atoms in the dialkyl ether is preferably in the range of 6 to 12, and more preferably in the range of 6 to 10. Dialkyl ethers with too few carbons have a low boiling point and can be difficult to use. If a dialkyl ether having too many carbon atoms is used, the polarity of the entire electrolytic solution becomes low, which may adversely affect the ionic conductivity.

ジアルキルエーテルにおけるアルキル基としては、鎖状アルキル基、分岐アルキル基、環状アルキル基、及び、これらのアルキル基が置換したアルキル基のいずれであってもよい。ジアルキルエーテルにおける2つのアルキル基は同じでもよいし、異なるものでもよい。 The alkyl group in the dialkyl ether may be a chain alkyl group, a branched alkyl group, a cyclic alkyl group, or an alkyl group substituted with these alkyl groups. The two alkyl groups in the dialkyl ether may be the same or different.

ジアルキルエーテルとして、鎖状アルキル基及び/又は分岐アルキル基を有する、下記一般式(A)で表されるものを例示できる。
一般式(A) C2n+1OC2m+1
一般式(A)において、n及びmは1以上の整数である。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。
Examples of the dialkyl ether include those represented by the following general formula (A) having a chain alkyl group and / or a branched alkyl group.
General formula (A) C n H 2n + 1 OC m H 2m + 1
In the general formula (A), n and m are integers of 1 or more. As n and m, 1 to 18, 1 to 12, 1 to 8 and 1 to 6 can be exemplified independently, respectively.

ジアルキルエーテルとして、2つの環状アルキル基を有する、下記一般式(B)で表されるものを例示できる。
一般式(B) C2n−1OC2m−1
一般式(B)において、n及びmは3以上の整数である。n及びmとしては、それぞれ独立に、3〜8、4〜7、5〜6を例示できる。
Examples of the dialkyl ether include those represented by the following general formula (B) having two cyclic alkyl groups.
General formula (B) C n H 2n-1 OC m H 2m-1
In the general formula (B), n and m are integers of 3 or more. As n and m, 3 to 8, 4 to 7, and 5 to 6 can be exemplified independently, respectively.

ジアルキルエーテルとして、1つの環状アルキル基を有し、鎖状アルキル基又は分岐アルキル基を有する、下記一般式(C)で表されるものを例示できる。
一般式(C) C2n−1OC2m+1
一般式(C)において、nは3以上の整数であり、mは1以上の整数である。nとしては、3〜8、4〜7、5〜6を例示できる。mとしては、1〜12、1〜8、1〜6を例示できる。
Examples of the dialkyl ether include those represented by the following general formula (C), which have one cyclic alkyl group and have a chain alkyl group or a branched alkyl group.
General formula (C) C n H 2n-1 OC m H 2m + 1
In the general formula (C), n is an integer of 3 or more, and m is an integer of 1 or more. Examples of n include 3 to 8, 4 to 7, and 5 to 6. Examples of m include 1 to 12, 1 to 8, and 1 to 6.

本発明の電解液におけるジアルキルエーテルの配合量としては、(FSONLiに対するジアルキルエーテルのモル比が0.1以上であるのが好ましい。当該モル比の好ましい範囲として、0.1〜10、0.3〜8、0.5〜6、1〜4を例示できる。
なお、ジアルキルエーテルの配合量が過小であれば、本発明の電解液が高粘度となり、本発明の電解液をセパレータや電極に浸透させることが困難になる場合がある。
As the blending amount of the dialkyl ether in the electrolytic solution of the present invention, the molar ratio of the dialkyl ether to (FSO 2 ) 2 NLi is preferably 0.1 or more. As a preferable range of the molar ratio, 0.1 to 10, 0.3 to 8, 0.5 to 6, 1 to 4 can be exemplified.
If the blending amount of the dialkyl ether is too small, the electrolytic solution of the present invention has a high viscosity, and it may be difficult to permeate the electrolytic solution of the present invention into the separator or the electrode.

非イオン界面活性剤の添加により、本発明の電解液は単相化される。
非イオン界面活性剤以外の界面活性剤としては、カチオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤及び両性界面活性剤とのイオン性の界面活性剤が存在する。しかしながら、これらのイオン性の界面活性剤は、(FSONLi、1,2−ジメトキシエタン及びジアルキルエーテルの3成分の混合物との相性が悪い。
The addition of a nonionic surfactant makes the electrolytic solution of the present invention monophasic.
Examples of surfactants other than nonionic surfactants include cationic surfactants, anionic surfactants, and ionic surfactants with amphoteric surfactants. However, these ionic surfactants are incompatible with a mixture of the three components (FSO 2 ) 2 NLi, 1,2-dimethoxyethane and dialkyl ether.

非イオン界面活性剤の添加により、本発明の電解液は単相化されるものの、添加量が過剰であれば、再び本発明の電解液は2液相に分離する。よって、非イオン界面活性剤の割合が本発明の電解液全体の5質量%以下であることが必要である。 The addition of the nonionic surfactant makes the electrolytic solution of the present invention monophasic, but if the amount added is excessive, the electrolytic solution of the present invention is separated into two liquid phases again. Therefore, it is necessary that the proportion of the nonionic surfactant is 5% by mass or less of the total electrolytic solution of the present invention.

ジアルキルエーテルの配合量にも左右されるが、非イオン界面活性剤の割合としては、0.01〜5質量%、0.1〜4.5質量%、0.5〜4質量%、1〜3.5質量%を例示できる。 Although it depends on the amount of the dialkyl ether, the proportions of the nonionic surfactant are 0.01 to 5% by mass, 0.1 to 4.5% by mass, 0.5 to 4% by mass, and 1 to 1. An example is 3.5% by mass.

非イオン界面活性剤としては、エステル型、アルコール型、エーテル型、エステルエーテル型、アミド型を例示できる。非イオン界面活性剤としては、1種類を採用してもよいし、複数種類を併用してもよい。 Examples of the nonionic surfactant include an ester type, an alcohol type, an ether type, an ester ether type, and an amide type. As the nonionic surfactant, one type may be adopted, or a plurality of types may be used in combination.

エステル型としては、長鎖脂肪酸とポリオールが縮合してエステル結合を形成したものが好ましい。長鎖脂肪酸としては、炭素数8〜30、10〜24、炭素数12〜18のものを例示できる。ポリオールとしては、ポリオキシエチレングリコール、糖、糖アルコール及び糖アルコールの脱水環化物を例示できる。糖としては、グルコース、マンノース、リボース、キシロース、ショ糖、ラクトース、トレハロースを例示できる。糖アルコールとしては、グリセリン、エリスリトール、トレイトール、アラビトール、キシリトール、リビトール、ソルビトール、マンニトール、マルチトールを例示できる。 The ester type is preferably one in which a long chain fatty acid and a polyol are condensed to form an ester bond. Examples of long-chain fatty acids include those having 8 to 30 carbon atoms, 10 to 24 carbon atoms, and 12 to 18 carbon atoms. Examples of the polyol include dehydrated cyclized products of polyoxyethylene glycol, sugar, sugar alcohol and sugar alcohol. Examples of sugars include glucose, mannose, ribose, xylose, sucrose, lactose, and trehalose. Examples of sugar alcohols include glycerin, erythritol, threitol, arabitol, xylitol, ribitol, sorbitol, mannitol, and maltitol.

アルコール型としては、炭素数が多い脂肪族アルコールが好ましい。脂肪族アルコールの炭素数としては、7〜18の範囲を例示できる。 As the alcohol type, an aliphatic alcohol having a large number of carbon atoms is preferable. The carbon number of the aliphatic alcohol can be exemplified in the range of 7 to 18.

エーテル型としては、脂肪族アルコールとポリオールが縮合してエーテル結合若しくはグリコシド結合を形成したもの、又は、長鎖アルキル基で置換されたフェノールとポリオールが縮合してエーテル結合若しくはグリコシド結合を形成したものが好ましい。エーテル型における脂肪族アルコールしては、炭素数7〜30、炭素数10〜24、炭素数12〜18のものを例示できる。長鎖アルキル基で置換されたフェノールにおける長鎖アルキル基としては、炭素数8〜30、炭素数10〜24、炭素数12〜18のものを例示できる。ポリオールの説明は、いずれも、エステル型での説明を援用する。 The ether type is one in which an aliphatic alcohol and a polyol are condensed to form an ether bond or a glycosidic bond, or a phenol in which a long-chain alkyl group is substituted and a polyol are condensed to form an ether bond or a glycosidic bond. Is preferable. Examples of the aliphatic alcohol in the ether type include those having 7 to 30 carbon atoms, 10 to 24 carbon atoms, and 12 to 18 carbon atoms. Examples of the long-chain alkyl group in the phenol substituted with the long-chain alkyl group include those having 8 to 30 carbon atoms, 10 to 24 carbon atoms, and 12 to 18 carbon atoms. For all explanations of polyols, the description in ester form is incorporated.

エステルエーテル型としては、長鎖脂肪酸と、エーテル結合を有するアルコールとが縮合してエステル結合を形成したものが好ましい。長鎖脂肪酸の説明は、エステル型での説明を援用する。エーテル結合を有するアルコールとしては、ポリオキシエチレングリコールや、ポリオールが縮合してエーテル結合を形成したものを例示できる。ポリオールの説明は、エステル型での説明を援用する。 The ester ether type is preferably one in which a long chain fatty acid and an alcohol having an ether bond are condensed to form an ester bond. For the description of long chain fatty acids, the description in ester form is incorporated. Examples of the alcohol having an ether bond include polyoxyethylene glycol and those obtained by condensing a polyol to form an ether bond. The description of the polyol incorporates the description in the ester form.

アミド型としては、長鎖脂肪酸とジエタノールアミンが縮合してアミド結合を形成したものが好ましい。長鎖脂肪酸の説明は、エステル型での説明を援用する。 The amide type is preferably one in which a long chain fatty acid and diethanolamine are condensed to form an amide bond. For the description of long chain fatty acids, the description in ester form is incorporated.

本発明の電解液には、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、(FSONLi以外の電解質や、1,2−ジメトキシエタン及びジアルキルエーテル以外の非水溶媒を添加してもよい。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。 An electrolyte other than (FSO 2 ) 2 NLi and a non-aqueous solvent other than 1,2-dimethoxyethane and dialkyl ether may be added to the electrolytic solution of the present invention without departing from the spirit of the present invention. 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(FSONLi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 (FSO 2 ) 2 NLi 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−ジメトキシエタン及びジアルキル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%、又は、60〜100質量%、70〜98質量%、80〜95質量%、85〜90質量%を例示できる。 The ratio of 1,2-dimethoxyethane and dialkyl ether to the total non-aqueous solvent contained in the electrolytic solution of the present invention was 60 to 100% by mass, 70 to 98% by mass, 80 to 95% by mass, 85 to 90% by mass. Alternatively, 60 to 100% by mass, 70 to 98% by mass, 80 to 95% by mass, and 85 to 90% by mass can be exemplified.

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 inert 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 covered 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 thereof is preferably in the range of 1 μm to 100 μm.

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, f are 0.2 ≦ a ≦ 2, b + c + d + e = 1, 0 ≦ e <1. A lithium composite metal oxide represented by (satisfaction of 1.7 ≦ f ≦ 3), Li 2 MnO 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, nitronylnitroxide, 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.

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.

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。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。
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 negative electrode active material, a material that can be used for a lithium ion secondary battery may be used. Examples of suitable negative electrode active materials include graphite and Si-containing negative electrode active materials.
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。 As a specific example of the Si-containing material, a silicon material disclosed in International Publication No. 2014/08608 or the like (hereinafter, simply referred to as “silicon material”) can be mentioned.

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 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 decomposed by heat to generate carbon is preferable.

熱CVD法を用いて炭素層被覆−Si含有負極活物質を製造する、熱CVD工程について具体的に説明する。詳細に述べると、熱CVD工程は、非酸化性雰囲気下及び加熱条件下にて、Si含有負極活物質を有機物と接触させて、Si含有負極活物質の表面に有機物が炭素化してなる炭素層を形成させる工程である。熱CVD工程を行う場合には、ホットウォール型、コールドウォール型、横型、縦型などの型式の、流動層反応炉、回転炉、トンネル炉、バッチ式焼成炉、ロータリーキルンなどの公知のCVD装置を用いればよい。 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, butane, 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 , Arocarbon 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。 Examples of the diamine 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, which are carbonaceous fine particles, graphite, Vapor Grown Carbon Fiber, and various metal 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、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 lithium-ion secondary batteries 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)
374mgの(FSONLiと、270mgの1,2−ジメトキシエタンと、409mgのジn−プロピルエーテルと、30mgの非イオン界面活性剤であるソルビタントリオレエートとを混合して、単相の溶液である実施例1の電解液を製造した。
実施例1の電解液において、(FSONLiに対する1,2−ジメトキシエタンのモル比は1.5であり、(FSONLiに対するジn−プロピルエーテルのモル比は2であった。また、非イオン界面活性剤の割合は、実施例1の電解液全体の2.8質量%であった。
(Example 1)
374 mg of (FSO 2 ) 2 NLi, 270 mg of 1,2-dimethoxyethane, 409 mg of din-propyl ether and 30 mg of the nonionic surfactant sorbitan trioleate were mixed to form a single phase. The electrolytic solution of Example 1 which is a solution was produced.
In the electrolytic solution of Example 1, the molar ratio of 1,2-dimethoxyethane to (FSO 2 ) 2 NLi was 1.5, and the molar ratio of din-propyl ether to (FSO 2 ) 2 NLi was 2. It was. The proportion of the nonionic surfactant was 2.8% by mass based on the total electrolytic solution of Example 1.

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

ポリアクリル酸、4,4’−ジアミノジフェニルメタン及びN−メチル−2−ピロリドンを混合し、加熱撹拌することで、結着剤溶液を製造した。 A binder solution was prepared by mixing polyacrylic acid, 4,4'-diaminodiphenylmethane and N-methyl-2-pyrrolidone and heating and stirring.

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

負極を径11mmに裁断し、評価極とした。厚さ500μmの金属リチウム箔を径13mmに裁断し対極とした。セパレータとしてガラスフィルター(ヘキストセラニーズ社)及び単層ポリプロピレンであるcelgard2400(ポリポア株式会社)を準備した。対極、ガラスフィルター、celgard2400、評価極の順に、2種のセパレータを対極と評価極で挟持し電極体とした。この電極体をコイン型電池ケースCR2032(宝泉株式会社)に収容し、さらに実施例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 prepare 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.

(実施例2)
ジn−プロピルエーテルに替えて、521mgのジn−ブチルエーテルを用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で、実施例2の電解液及びリチウムイオン二次電池を製造した。
実施例2の電解液において、(FSONLiに対する1,2−ジメトキシエタンのモル比は1.5であり、(FSONLiに対するジn−ブチルエーテルのモル比は2であった。また、非イオン界面活性剤の割合は、電解液全体の2.5質量%であった。
(Example 2)
The electrolytic solution and lithium ion secondary battery of Example 2 were produced in the same manner as in Example 1 except that 521 mg of din-butyl ether was used instead of din-propyl ether.
In the electrolytic solution of Example 2, the molar ratio of 1,2-dimethoxyethane to (FSO 2 ) 2 NLi was 1.5, and the molar ratio of din-butyl ether to (FSO 2 ) 2 NLi was 2. .. The proportion of the nonionic surfactant was 2.5% by mass of the entire electrolytic solution.

(比較例1)
非イオン界面活性剤を使用しなかったこと以外は、実施例1と同様の方法で、比較例1の電解液を製造した。しかし、比較例1の電解液は2液相に分離していたため、以後の検討を中止した。
(Comparative Example 1)
The electrolytic solution of Comparative Example 1 was produced in the same manner as in Example 1 except that a nonionic surfactant was not used. However, since the electrolytic solution of Comparative Example 1 was separated into two liquid phases, the subsequent examination was stopped.

(比較例2)
非イオン界面活性剤を100mg使用したこと以外は、実施例1と同様の方法で、比較例2の電解液を製造した。しかし、比較例2の電解液は2液相に分離していたため、以後の検討を中止した。
なお、非イオン界面活性剤の割合は、比較例2の電解液全体の8.7質量%であった。
(Comparative Example 2)
The electrolytic solution of Comparative Example 2 was produced in the same manner as in Example 1 except that 100 mg of the nonionic surfactant was used. However, since the electrolytic solution of Comparative Example 2 was separated into two liquid phases, the subsequent examination was stopped.
The proportion of the nonionic surfactant was 8.7% by mass of the entire electrolytic solution of Comparative Example 2.

(比較例3)
非イオン界面活性剤に替えて、イオン性の界面活性剤であるステアリン酸を30mg使用したこと以外は、実施例1と同様の方法で、比較例3の電解液を製造した。しかし、比較例3の電解液は懸濁液となったため、以後の検討を中止した。
(Comparative Example 3)
The electrolytic solution of Comparative Example 3 was produced in the same manner as in Example 1 except that 30 mg of stearic acid, which is an ionic surfactant, was used instead of the nonionic surfactant. However, since the electrolytic solution of Comparative Example 3 became a suspension, the subsequent examination was stopped.

(比較例4)
非イオン界面活性剤に替えて、イオン性の界面活性剤であるステアリン酸リチウムを30mg使用したこと以外は、実施例1と同様の方法で、比較例4の電解液を製造した。しかし、比較例4の電解液は懸濁液となったため、以後の検討を中止した。
(Comparative Example 4)
The electrolytic solution of Comparative Example 4 was produced in the same manner as in Example 1 except that 30 mg of lithium stearate, which is an ionic surfactant, was used instead of the nonionic surfactant. However, since the electrolytic solution of Comparative Example 4 became a suspension, the subsequent examination was stopped.

(比較例5)
非イオン界面活性剤に替えて、イオン性の界面活性剤であるステアリン酸ナトリウムを30mg使用したこと以外は、実施例1と同様の方法で、比較例5の電解液を製造した。しかし、比較例5の電解液は懸濁液となったため、以後の検討を中止した。
(Comparative Example 5)
The electrolytic solution of Comparative Example 5 was produced in the same manner as in Example 1 except that 30 mg of sodium stearate, which is an ionic surfactant, was used instead of the nonionic surfactant. However, since the electrolytic solution of Comparative Example 5 became a suspension, the subsequent examination was stopped.

(比較例6)
エチレンカーボネートとジエチルカーボネートを体積比3:7で混合して混合溶媒とした。混合溶媒にLiPFを溶解して、LiPFの濃度が1mol/Lである比較例6の電解液を製造した。なお、比較例6の電解液は、従来の一般的な電解液である。
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のリチウムイオン二次電池を製造した。
(Comparative Example 6)
Ethylene carbonate and diethyl carbonate were mixed at a volume ratio of 3: 7 to prepare a mixed solvent. LiPF 6 was dissolved in a mixed solvent to prepare an electrolytic solution of Comparative Example 6 in which the concentration of LiPF 6 was 1 mol / L. The electrolytic solution of Comparative Example 6 is a conventional general electrolytic solution.
A lithium ion secondary battery of Comparative Example 6 was produced in the same manner as in Example 1 except that the electrolytic solution of Comparative Example 6 was used.

(評価例1)
実施例1、実施例2及び比較例6のリチウムイオン二次電池に対して、0.2mAで0.01Vまで充電し、0.2mAで1.0Vまで放電を行うとの初回充放電を行った。さらに、各リチウムイオン二次電池に対して、0.5mAで0.01Vまで充電し、0.5mAで1.0Vまで放電を行うとの充放電サイクルを30回繰り返した。
なお、本評価例では、Si含有負極活物質がリチウムを吸蔵する印加を充電といい、Si含有負極活物質がリチウムを放出する印加を放電という。
(Evaluation example 1)
The lithium ion secondary batteries of Example 1, Example 2 and Comparative Example 6 are charged to 0.01 V at 0.2 mA and discharged to 1.0 V at 0.2 mA for the first charge and discharge. It was. Further, each lithium ion secondary battery was charged to 0.01 V at 0.5 mA and discharged to 1.0 V at 0.5 mA, and the charge / discharge cycle was repeated 30 times.
In this evaluation example, the application in which the Si-containing negative electrode active material occludes lithium is referred to as charging, and the application in which the Si-containing negative electrode active material releases lithium is referred to as discharging.

以下の式で、初期効率と容量維持率を算出した。結果を表2に示す。
初期効率(%)=100×(初回放電容量)/(初回充電容量)
容量維持率(%)=100×(30サイクル目の放電容量)/(1サイクル目の放電容量)
The initial efficiency and capacity retention rate were calculated by the following formulas. The results are shown in Table 2.
Initial efficiency (%) = 100 x (initial discharge capacity) / (initial charge capacity)
Capacity retention rate (%) = 100 x (discharge capacity in the 30th cycle) / (discharge capacity in the 1st cycle)

Figure 2021022437
Figure 2021022437

表2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、従来の一般的な電解液を備えるリチウムイオン二次電池と比較して、初期効率に優れ、かつ、容量維持率に著しく優れることがわかる。 From Table 2, the lithium ion secondary battery provided with the electrolytic solution of the present invention is excellent in initial efficiency and remarkably excellent in capacity retention rate as compared with the conventional lithium ion secondary battery provided with a general electrolytic solution. You can see that.

Claims (5)

(FSONLi、1,2−ジメトキシエタン、ジアルキルエーテル及び非イオン界面活性剤を含有する電解液であって、前記非イオン界面活性剤の割合が前記電解液全体の5質量%以下であることを特徴とする電解液。 (FSO 2 ) An electrolytic solution containing 2 NLi, 1,2-dimethoxyethane, dialkyl ether and a nonionic surfactant, wherein the proportion of the nonionic surfactant is 5% by mass or less of the total electrolytic solution. An electrolytic solution characterized by being present. (FSONLiに対する前記1,2−ジメトキシエタンのモル比が0.5〜2.5の範囲内である請求項1に記載の電解液。 (FSO 2 ) The electrolytic solution according to claim 1, wherein the molar ratio of 1,2-dimethoxyethane to 2 NLi is in the range of 0.5 to 2.5. (FSONLiに対する前記ジアルキルエーテルのモル比が0.1以上である請求項1又は2に記載の電解液。 (FSO 2 ) The electrolytic solution according to claim 1 or 2, wherein the molar ratio of the dialkyl ether to 2 NLi is 0.1 or more. 正極、負極、及び、請求項1〜3のいずれか1項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 any one of claims 1 to 3. 前記負極がSi含有負極活物質を備える請求項4に記載のリチウムイオン二次電池。 The lithium ion secondary battery according to claim 4, wherein the negative electrode includes a Si-containing negative electrode active material.
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