JP2021190314A - Nonaqueous secondary battery - Google Patents

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JP2021190314A JP2020094787A JP2020094787A JP2021190314A JP 2021190314 A JP2021190314 A JP 2021190314A JP 2020094787 A JP2020094787 A JP 2020094787A JP 2020094787 A JP2020094787 A JP 2020094787A JP 2021190314 A JP2021190314 A JP 2021190314A
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Tomokazu Kamine
直樹 松岡
Naoki Matsuoka
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Abstract

To provide a nonaqueous secondary battery capable of suppressing various types of deterioration in a positive electrode active material when being charged/discharged under a high temperature environment, even in a nonaqueous secondary battery in which a positive electrode active material with a high nickel ratio is used.SOLUTION: A nonaqueous secondary battery includes a positive electrode including a positive electrode active material, a negative electrode including a negative electrode active material, a separator and a nonaqueous electrolyte. The nonaqueous electrolyte has a content of FSO3 anions of 100 ppm or less, and the positive electrode contains a lithium-containing metal oxide represented by the following general formula: LiNixCoyMnzO2. When c1 represents the lattice constant of a c axis when a non-energized positive electrode before the nonaqueous secondary battery is assembled is analyzed by powder X-ray diffraction using a Cu-Kα ray, and c2 represents the lattice constant of a c axis when a positive electrode after the nonaqueous secondary battery is energized in a specific condition is analyzed by powder X-ray diffraction using a Cu-Kα ray, the change rate from c1 to c2 is 1% or less.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、非水系二次電池に関する。 The present invention relates to a non-aqueous secondary battery.

リチウムイオン電池をはじめとする非水系二次電池は、軽量、高エネルギー及び長寿命であることが大きな特徴であり、各種携帯用電子機器電源として広範囲に用いられている。近年、高容量化を目的として、正極活物質にニッケル比率の高いリチウム含有金属酸化物が用いられている。しかしながら、非水系二次電池では、高容量化が可能となるものの、長期耐久性能に劣るという課題が残っている。 Non-aqueous secondary batteries such as lithium-ion batteries are characterized by their light weight, high energy, and long life, and are widely used as power sources for various portable electronic devices. In recent years, a lithium-containing metal oxide having a high nickel ratio has been used as a positive electrode active material for the purpose of increasing the capacity. However, although the non-aqueous secondary battery can have a high capacity, there remains a problem that the long-term durability performance is inferior.

特許文献1によれば、正極活物質の結晶子サイズを制御し、非水系電解液にフルオロエチレンカーボネートを添加することで充放電時の正極抵抗の増大を制御し、サイクル特性が向上することが報告されている。 According to Patent Document 1, the crystallite size of the positive electrode active material is controlled, and by adding fluoroethylene carbonate to the non-aqueous electrolyte solution, the increase in the positive electrode resistance during charging and discharging is controlled, and the cycle characteristics are improved. It has been reported.

特許文献2によれば、正極のc/a軸比を所定の範囲に規定することにより、充放電時の膨張収縮を抑えられ、高電圧下のサイクル特性を向上することが報告されている。 According to Patent Document 2, it is reported that by defining the c / a axis ratio of the positive electrode within a predetermined range, expansion and contraction during charging and discharging can be suppressed, and cycle characteristics under high voltage can be improved.

特許文献3、4によれば、正極の結晶サイズと比表面積を所定の範囲に規定することにより、サイクル特性およびレート特性に優れ、かつエネルギー密度が高いことが報告されている。 According to Patent Documents 3 and 4, it is reported that by defining the crystal size and the specific surface area of the positive electrode within a predetermined range, the cycle characteristics and the rate characteristics are excellent and the energy density is high.

国際公開第2015/129187号International Publication No. 2015/129187 国際公開第2011/135953号International Publication No. 2011/135953 特開2018−98174号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2018-98174 特許第6619562号公報Japanese Patent No. 6619562

リチウム含有金属酸化物中のNiの比率が0.7を超える正極活物質を用いた非水系二次電池の劣化要因として、充放電に伴う正極活物質の膨張収縮により、正極活物質の一次粒子界面で割れが生じて各種劣化を引き起こすことがわかっている。さらに劣化が進行するとスピネル転移が起こり、結晶構造が維持できなくなり、サイクル性能が著しく低下するといった課題が挙げられる。しかしながら、特許文献1〜4に記載されているような結晶子サイズ、比表面積またはc/a軸比を所定の範囲に収めたとしても、Ni比率の高い正極活物質では割れが発生し、良好なサイクル性能は十分に得られなかった。また、特許文献1〜4は、充放電を行う前の正極活物質に関する物性値が規定されているが、充放電を行った後の正極活物質に関する物性値については示されていない。 As a deterioration factor of non-aqueous secondary batteries using a positive electrode active material in which the ratio of Ni in the lithium-containing metal oxide exceeds 0.7, the primary particles of the positive electrode active material due to expansion and contraction of the positive electrode active material due to charging and discharging. It is known that cracks occur at the interface and cause various deteriorations. If the deterioration further progresses, spinel transition occurs, the crystal structure cannot be maintained, and the cycle performance is significantly deteriorated. However, even if the crystallite size, specific surface area, or c / a axis ratio as described in Patent Documents 1 to 4 is within a predetermined range, cracks occur in the positive electrode active material having a high Ni ratio, which is good. The cycle performance was not sufficient. Further, Patent Documents 1 to 4 specify the physical property values of the positive electrode active material before charging and discharging, but do not show the physical property values of the positive electrode active material after charging and discharging.

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、ニッケル比率の高い正極活物質を用いた非水系二次電池であっても、高温環境下で充放電した際の正極活物質の各種劣化を抑制することができる、非水系二次電池を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and even in a non-aqueous secondary battery using a positive electrode active material having a high nickel ratio, various deteriorations of the positive electrode active material when charged and discharged in a high temperature environment. It is an object of the present invention to provide a non-aqueous secondary battery capable of suppressing.

本発明者らは、上述の課題を解決するために鋭意研究を重ねた。その結果、以下の構成を有する非水系二次電池を用いることによって上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は以下のとおりである。
[1]
正極活物質を有する正極と、負極活物質を有する負極と、セパレータと、非水系電解液とを有する非水系二次電池であって、
上記非水系電解液は、FSOアニオンの含有量が100ppm以下であり、
上記正極は、リチウム含有金属酸化物を含有し、
上記リチウム含有金属酸化物は、下記一般式:
LiNiCoMn
で表され、式中、0.7<x<0.9、0<y<0.2、0<z<0.2であり、
上記非水系二次電池を組み立てる前の未通電の正極をCu−Kα線による粉末X線回折で解析したときの上記正極活物質のc軸の格子定数をc1とし、上記非水系二次電池に下記条件で通電後の正極をCu−Kα線による粉末X線回折で解析したときの上記正極活物質のc軸の格子定数をc2とすると、下記式1:
{(c2/c1)−1}×100 ・・・式1
で表される変化率が1%以下であり、
上記通電の条件は、上記非水系二次電池を、25℃環境下で、電池電圧が4.2Vとなるまで定電流充電し、その後電流値が0.025Cとなるまで定電圧充電し、定電流で3Vまで放電する工程を2サイクル、次に上記非水系二次電池を、50℃環境下で、電池電圧が4.2Vとなるまで定電流充電し、電流値が0.05Cとなるまで定電圧充電し、定電流で3Vまで放電を行う工程を1000サイクル行う、非水系二次電池。
[2]
上記通電後の正極における上記正極活物質のc軸の格子定数c2が14.35Å以下である、項目1に記載の非水系二次電池。
[3]
上記通電後の正極における上記正極活物質の結晶子サイズが600Å以上である、項目1又は2に記載の非水系二次電池。
[4]
上記非水系電解液は、イミド塩とLiPFを含有し、上記イミド塩のモル濃度>上記LiPFのモル濃度である、項目1〜3のいずれか一項に記載の非水系二次電池。
The present inventors have conducted extensive research to solve the above-mentioned problems. As a result, they have found that the above problems can be solved by using a non-aqueous secondary battery having the following configuration, and have completed the present invention. That is, the present invention is as follows.
[1]
A non-aqueous secondary battery having a positive electrode having a positive electrode active material, a negative electrode having a negative electrode active material, a separator, and a non-aqueous electrolyte solution.
The non-aqueous electrolyte solution has an FSO 3 anion content of 100 ppm or less.
The positive electrode contains a lithium-containing metal oxide and has a lithium-containing metal oxide.
The lithium-containing metal oxide has the following general formula:
LiNi x Co y Mn z O 2
In the formula, 0.7 <x <0.9, 0 <y <0.2, 0 <z <0.2.
The c-axis lattice constant of the positive electrode active material when the unenergized positive electrode before assembling the non-aqueous secondary battery is analyzed by powder X-ray diffraction with Cu-Kα rays is set to c1 and the non-aqueous secondary battery is used. Assuming that the c-axis lattice constant of the positive electrode active material is c2 when the positive electrode after energization is analyzed by powder X-ray diffraction with Cu-Kα rays under the following conditions, the following equation 1:
{(C2 / c1) -1} × 100 ・ ・ ・ Equation 1
The rate of change represented by is 1% or less,
The conditions for energization are that the non-aqueous secondary battery is charged at a constant current in a 25 ° C environment until the battery voltage reaches 4.2 V, and then charged at a constant current until the current value reaches 0.025 C. The process of discharging to 3 V with current is performed for 2 cycles, then the above non-aqueous secondary battery is charged at a constant current in a 50 ° C environment until the battery voltage reaches 4.2 V, and until the current value reaches 0.05 C. A non-aqueous secondary battery that performs 1000 cycles of charging at a constant voltage and discharging to 3V at a constant current.
[2]
The non-aqueous secondary battery according to item 1, wherein the lattice constant c2 of the c-axis of the positive electrode active material in the positive electrode after energization is 14.35 Å or less.
[3]
The non-aqueous secondary battery according to item 1 or 2, wherein the crystallite size of the positive electrode active material in the positive electrode after energization is 600 Å or more.
[4]
The non-aqueous secondary battery according to any one of Items 1 to 3, wherein the non-aqueous electrolyte solution contains an imide salt and LiPF 6, and the molar concentration of the imide salt> the molar concentration of LiPF 6.

本発明によれば、ニッケル比率の高い正極活物質を用いた非水系二次電池であっても、高温環境下で充放電サイクルした際の正極活物質の割れを抑制することができ、この結果、高温環境下における各種劣化現象を抑制することができる。 According to the present invention, even in a non-aqueous secondary battery using a positive electrode active material having a high nickel ratio, it is possible to suppress cracking of the positive electrode active material during a charge / discharge cycle in a high temperature environment. , Various deterioration phenomena in a high temperature environment can be suppressed.

図1は、非水系二次電池を概略的に表す平面図である。FIG. 1 is a plan view schematically showing a non-aqueous secondary battery. 図2は、図1のA−A線断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.

以下、本発明を実施するための形態(以下、単に「本実施形態」という。)について詳細に説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。本明細書において「〜」を用いて記載される数値範囲は、その前後に記載される数値を含む。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention (hereinafter, simply referred to as “the present embodiment”) will be described in detail. The present invention is not limited to the following embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist thereof. The numerical range described by using "~" in the present specification includes the numerical values described before and after it.

《非水系二次電池》
本実施形態の非水系二次電池は、正極活物質を有する正極と、負極活物質を有する負極と、セパレータと、非水系電解液とを有する。また、限定するものではないが、本実施形態の非水系二次電池としては、正極活物質としてリチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な正極材料を含有する正極と、負極活物質として、リチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な負極材料、及び/又は金属リチウムを含有する負極と、を備えるリチウムイオン電池が挙げられる。
<< Non-water-based secondary battery >>
The non-aqueous secondary battery of the present embodiment has a positive electrode having a positive electrode active material, a negative electrode having a negative electrode active material, a separator, and a non-aqueous electrolyte solution. Further, although not limited, the non-aqueous secondary battery of the present embodiment includes a positive electrode containing a positive electrode material capable of storing and releasing lithium ions as a positive electrode active material, and lithium as a negative electrode active material. Examples thereof include a lithium ion battery including a negative electrode material capable of storing and releasing ions and / or a negative electrode containing metallic lithium.

本実施形態の非水系二次電池としては、具体的には、図1及び2に図示される非水系二次電池であってもよい。ここで、図1は非水系二次電池を概略的に表す平面図であり、図2は図1のA−A線断面図である。図1、図2に示す非水系二次電池100は、パウチ型セルで構成される。非水系二次電池100は、2枚のアルミニウムラミネートフィルムで構成した電池外装110の空間120内に、正極150と負極160とをセパレータ170を介して積層して構成した積層電極体と、非水系電解液(図示せず)とを収容している。電池外装110は、その外周部において、上下のアルミニウムラミネートフィルムを熱融着することにより封止されている。正極150、セパレータ170、及び負極160を順に積層した積層体には、非水系電解液が含浸されている。ただしこの図2では、図面が煩雑になることを避けるために、電池外装110を構成している各層、並びに正極150及び負極160の各層を区別して示していない。電池外装110を構成しているアルミニウムラミネートフィルムは、アルミニウム箔の両面をポリオレフィン系の樹脂でコートしたものであることが好ましい。 Specifically, the non-aqueous secondary battery of the present embodiment may be the non-aqueous secondary battery shown in FIGS. 1 and 2. Here, FIG. 1 is a plan view schematically showing a non-aqueous secondary battery, and FIG. 2 is a sectional view taken along line AA of FIG. The non-aqueous secondary battery 100 shown in FIGS. 1 and 2 is composed of a pouch-type cell. The non-aqueous secondary battery 100 includes a laminated electrode body composed of a positive electrode 150 and a negative electrode 160 laminated via a separator 170 in a space 120 of a battery exterior 110 composed of two aluminum laminated films, and a non-aqueous secondary battery 100. Contains an electrolytic solution (not shown). The outer peripheral portion of the battery exterior 110 is sealed by heat-sealing the upper and lower aluminum laminated films. The laminate in which the positive electrode 150, the separator 170, and the negative electrode 160 are laminated in this order is impregnated with the non-aqueous electrolytic solution. However, in FIG. 2, in order to avoid complicating the drawings, the layers constituting the battery exterior 110 and the layers of the positive electrode 150 and the negative electrode 160 are not shown separately. The aluminum laminate film constituting the battery exterior 110 is preferably made by coating both sides of the aluminum foil with a polyolefin-based resin.

正極150は、非水系二次電池100内で正極リード体130と接続している。図示していないが、負極160も、非水系二次電池100内で負極リード体140と接続している。そして、正極リード体130及び負極リード体140は、それぞれ、外部の機器等と接続可能なように、片端側が電池外装110の外側に引き出されており、それらのアイオノマー部分が、電池外装110の1辺と共に熱融着されている。 The positive electrode 150 is connected to the positive electrode lead body 130 in the non-aqueous secondary battery 100. Although not shown, the negative electrode 160 is also connected to the negative electrode lead body 140 in the non-aqueous secondary battery 100. One end of each of the positive electrode lead body 130 and the negative electrode lead body 140 is pulled out to the outside of the battery exterior 110 so that they can be connected to an external device or the like, and their ionomer portions are 1 of the battery exterior 110. It is heat-sealed together with the sides.

図1及び2に図示される非水系二次電池100は、正極150及び負極160が、それぞれ1枚ずつの積層電極体を有しているが、容量設計により正極150及び負極160の積層枚数を適宜増やすことができる。正極150及び負極160をそれぞれ複数枚有する積層電極体の場合には、同一極のタブ同士を溶接等により接合したうえで1つのリード体に溶接等により接合して電池外部に取り出してもよい。上記同一極のタブとしては、集電体の露出部から構成される態様、集電体の露出部に金属片を溶接して構成される態様等が可能である。 In the non-aqueous secondary battery 100 shown in FIGS. 1 and 2, the positive electrode 150 and the negative electrode 160 each have one laminated electrode body, but the number of laminated positive electrodes 150 and 160 is determined by the capacity design. It can be increased as appropriate. In the case of a laminated electrode body having a plurality of positive electrodes 150 and 160 negative electrodes, tabs of the same electrode may be joined to one lead body by welding or the like and then taken out of the battery. As the tab of the same pole, a mode composed of an exposed portion of the current collector, a mode configured by welding a metal piece to the exposed portion of the current collector, and the like are possible.

正極150は、正極合剤から作製した正極活物質層と、正極集電体とから構成される。負極160は、負極合剤から作製した負極活物質層と、負極集電体とから構成される。正極150及び負極160は、セパレータ170を介して正極活物質層と負極活物質層とが対向するように配置される。 The positive electrode 150 is composed of a positive electrode active material layer made from a positive electrode mixture and a positive electrode current collector. The negative electrode 160 is composed of a negative electrode active material layer made from a negative electrode mixture and a negative electrode current collector. The positive electrode 150 and the negative electrode 160 are arranged so that the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer face each other via the separator 170.

これらの各部材としては、本実施形態における各要件を満たしていれば、従来のリチウムイオン電池に備えられる材料を用いることができる。以下、非水系二次電池の各部材について更に詳細に説明する。 As each of these members, a material provided in a conventional lithium ion battery can be used as long as each requirement in the present embodiment is satisfied. Hereinafter, each member of the non-aqueous secondary battery will be described in more detail.

[正極]
本実施形態に係る非水系二次電池において、正極は、正極集電体の片面又は両面に正極活物質層を有する。
[Positive electrode]
In the non-aqueous secondary battery according to the present embodiment, the positive electrode has a positive electrode active material layer on one side or both sides of the positive electrode current collector.

<正極活物質層>
正極活物質層は、正極活物質を含有し、必要に応じて導電助剤及びバインダーを更に含有することが好ましい。
<Positive electrode active material layer>
The positive electrode active material layer preferably contains a positive electrode active material, and if necessary, further contains a conductive auxiliary agent and a binder.

(正極活物質)
正極活物質層は、正極活物質として、リチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な材料を含有することが好ましい。このような材料を用いる場合、高電圧及び高エネルギー密度を得ることができる傾向にあるので好ましい。
(Positive electrode active material)
The positive electrode active material layer preferably contains, as the positive electrode active material, a material capable of occluding and releasing lithium ions. When such a material is used, it is preferable because a high voltage and a high energy density tend to be obtained.

正極活物質としては、例えば、Niを含み、かつMn、及びCoから成る群より選ばれる少なくとも1種の遷移金属元素を含有する正極活物質が挙げられ、下記一般式(a):
LiNiCoMn・・・・・(a)
{式中、MはAl、Sn、In、Fe、V、Cu、Mg、Ti、Zn、Mo、Zr、Sr、Baから成る群から選ばれる少なくとも1種の金属であり、且つ、0<p<1.3、0.7<q<0.9、0≦r<0.2、0≦s<0.2、0≦t<0.3、0.7≦q+r+s+t≦1.2、1.8<u<2.2の範囲であり、そしてpは、電池の充放電状態により決まる値である。}
で表されるLi含有金属酸化物から選ばれる少なくとも1種のLi含有金属酸化物が好適である。
Examples of the positive electrode active material include a positive electrode active material containing Ni and at least one transition metal element selected from the group consisting of Mn and Co, and the following general formula (a):
Li p Ni q Co r Mn s M t O u ... (a)
{In the formula, M is at least one metal selected from the group consisting of Al, Sn, In, Fe, V, Cu, Mg, Ti, Zn, Mo, Zr, Sr, and Ba, and 0 <p. <1.3, 0.7 <q <0.9, 0≤r <0.2, 0≤s <0.2, 0≤t <0.3, 0.7≤q + r + s + t≤1.2, 1 It is in the range of .8 <u <2.2, and p is a value determined by the charge / discharge state of the battery. }
At least one Li-containing metal oxide selected from the Li-containing metal oxides represented by is preferable.

また、正極活物質としては、例えば、LiCoOに代表されるリチウムコバルト酸化物;LiMnO、LiMn、及びLiMnに代表されるリチウムマンガン酸化物;LiNiOに代表されるリチウムニッケル酸化物;LiNi1/3Co1/3Mn1/3、LiNi0.5Co0.2Mn0.3、LiNi0.8Co0.2に代表されるLiMO(MはNi、Mn、及びCoから成る群より選ばれる少なくとも1種の遷移金属元素を含み、且つ、Ni、Mn、Co、Al、及びMgから成る群より選ばれる2種以上の金属元素を示し、zは0.9超1.2未満の数を示す。)で表されるリチウム含有複合金属酸化物等が挙げられる。 Examples of the positive electrode active material include lithium cobalt oxide represented by LiCoO 2 ; lithium manganese oxide represented by LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 and Li 2 Mn 2 O 4 ; LiNiO 2. Lithium nickel oxide; represented by LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 , LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 , and LiNi 0.8 Co 0.2 O 2. Li z MO 2 (M contains at least one transition metal element selected from the group consisting of Ni, Mn, and Co, and two or more selected from the group consisting of Ni, Mn, Co, Al, and Mg. Indicates the metal element of, z indicates a number of more than 0.9 and less than 1.2.) Examples thereof include lithium-containing composite metal oxides represented by.

特に、一般式(a)で表されるLi含有金属酸化物のNi含有比qが、0.7<q<0.9である場合には、レアメタルであるCoの使用量削減と、高エネルギー密度化の両方が達成されるため好ましい。一方、Ni含有比が高まるほど、高温環境下でサイクルの劣化が進行する傾向にある。0.7<q<0.9であるLi含有金属酸化物として、より具体的には、下記一般式:
LiNiCoMn
{式中、0.7<x<0.9、0<y<0.2、0<z<0.2}
で表されるLi含有金属酸化物が挙げられる。
In particular, when the Ni content ratio q of the Li-containing metal oxide represented by the general formula (a) is 0.7 <q <0.9, the amount of Co, which is a rare metal, can be reduced and high energy can be obtained. It is preferable because both densification is achieved. On the other hand, as the Ni content ratio increases, the cycle tends to deteriorate in a high temperature environment. As a Li-containing metal oxide having 0.7 <q <0.9, more specifically, the following general formula:
LiNi x Co y Mn z O 2
{In the formula, 0.7 <x <0.9, 0 <y <0.2, 0 <z <0.2}
Examples thereof include Li-containing metal oxides represented by.

本発明者は、電池を組み立てる前の正極(以下、「未通電の正極」ともいう。)と、所定の高温環境下で充放電を1000サイクル行った後の正極(以下、「通電後の正極」ともいう。)における正極活物質を粉末X線回折で解析し、未通電の正極における正極活物質のc軸の格子定数c1に対する、通電後の正極における正極活物質のc軸の格子定数c2の変化率(以下、「格子定数の変化率」ともいう。)を1%以下にすることによって、正極の劣化が低減されることを見いだした。格子定数の変化率としては、0.8%以下が好ましく、0.6%以下がより好ましい。通電の条件は、非水系二次電池を、25℃環境下で、電池電圧が4.2Vとなるまで定電流充電し、その後電流値が0.025Cとなるまで定電圧充電し、定電流で3Vまで放電する工程と、非水系二次電池を、50℃環境下で、電池電圧が4.2Vとなるまで定電流充電し、電流値が0.025Cとなるまで定電圧充電し、定電流で3Vまで放電を行う工程との上記2工程を1サイクルとして、1000サイクル行う。格子定数の変化率が1%以下であると、正極活物質の割れの進行が抑制できるため、電池の充放電容量の劣化が低減されると考えられる。格子定数の変化率を1%以下に制御するためには、結晶界面の割合を低減するため、正極活物質の格子定数と結晶子サイズを一定の範囲内に制御し、サイクル時に電池内部抵抗を上昇させるような成分を含有しない非水系電解液を適用することが好ましい。 The present inventor has a positive electrode before assembling a battery (hereinafter, also referred to as “non-energized positive electrode”) and a positive electrode after 1000 cycles of charge / discharge under a predetermined high temperature environment (hereinafter, “positive electrode after energization”). The positive electrode active material in) is analyzed by powder X-ray diffraction, and the c-axis lattice constant c2 of the positive electrode active material in the positive electrode after energization is compared with the c-axis lattice constant c1 of the positive electrode active material in the unenergized positive electrode. It has been found that the deterioration of the positive electrode is reduced by setting the rate of change (hereinafter, also referred to as “rate of change of lattice constant”) to 1% or less. The rate of change of the lattice constant is preferably 0.8% or less, more preferably 0.6% or less. The conditions for energization are that the non-aqueous secondary battery is charged at a constant current in a 25 ° C environment until the battery voltage reaches 4.2 V, and then charged at a constant current until the current value reaches 0.025 C. The process of discharging to 3V and the non-aqueous secondary battery are charged at a constant current in a 50 ° C environment until the battery voltage reaches 4.2V, and then charged at a constant current until the current value reaches 0.025C. The above two steps, that is, the step of discharging up to 3 V, are regarded as one cycle, and 1000 cycles are performed. When the rate of change of the lattice constant is 1% or less, it is considered that the deterioration of the charge / discharge capacity of the battery is reduced because the progress of cracking of the positive electrode active material can be suppressed. In order to control the rate of change of the lattice constant to 1% or less, in order to reduce the ratio of the crystal interface, the lattice constant and crystallite size of the positive electrode active material are controlled within a certain range, and the internal resistance of the battery is reduced during the cycle. It is preferable to apply a non-aqueous electrolyte solution that does not contain an increasing component.

格子定数c2は、好ましくは14.35Å以下、より好ましくは14.33Å以下、更に好ましくは14.31Å以下である。格子定数c2が14.35Å以下であると、リチウムイオンが格子内に十分詰まった状態であるため好ましい。 The lattice constant c2 is preferably 14.35 Å or less, more preferably 14.33 Å or less, still more preferably 14.31 Å or less. When the lattice constant c2 is 14.35 Å or less, lithium ions are sufficiently packed in the lattice, which is preferable.

通電後の正極を断面SEMで観察したところ、一次粒子間に多数の割れが確認される傾向がある。これらが、電解液の酸化分解反応、内部抵抗の増加、遷移金属の溶出を引き起こし、サイクル性能の低下を招いている。これらの充放電に伴う正極活物質の割れは、結晶の膨張収縮によって生じる結晶界面の応力により引き起こされると考えられる。結晶子サイズが大きい正極活物質は、結晶子サイズが小さい正極活物質と比較して、結晶子間界面の割合が低減されるため、大きな結晶子サイズに制御することで、高温環境下の各種劣化を抑制することができる。従って、正極活物質の結晶子サイズとしては、500Å以上が好ましく、600Å以上がより好ましい。 When the positive electrode after energization is observed by SEM in cross section, a large number of cracks tend to be confirmed between the primary particles. These cause an oxidative decomposition reaction of the electrolytic solution, an increase in internal resistance, and elution of transition metals, resulting in a decrease in cycle performance. It is considered that the cracking of the positive electrode active material due to these charges and discharges is caused by the stress at the crystal interface caused by the expansion and contraction of the crystal. The positive electrode active material with a large crystallite size has a smaller proportion of the interface between the crystallites than the positive electrode active material with a small crystallite size. Deterioration can be suppressed. Therefore, the crystallite size of the positive electrode active material is preferably 500 Å or more, and more preferably 600 Å or more.

正極活物質としては、式(a)で表されるLi含有金属酸化物以外に、その他のリチウム含有化合物を含んでもよく、リチウムを含有する化合物であれば特に限定されない。このようなリチウム含有化合物としては、例えば、リチウムと遷移金属元素とを含む複合酸化物、リチウムを有する金属カルコゲン化物、リチウムと遷移金属元素とを含むリン酸金属化合物、及びリチウムと遷移金属元素とを含むケイ酸金属化合物が挙げられる。より高い電圧を得る観点から、リチウム含有化合物としては、特に、リチウムと、Co、Ni、Mn、Fe、Cu、Zn、Cr、V、及びTiから成る群より選ばれる少なくとも1種の遷移金属元素と、を含むリン酸金属化合物が好ましい。 The positive electrode active material may contain other lithium-containing compounds in addition to the Li-containing metal oxide represented by the formula (a), and is not particularly limited as long as it is a lithium-containing compound. Examples of such a lithium-containing compound include a composite oxide containing lithium and a transition metal element, a metal chalcogen product having lithium, a phosphate metal compound containing lithium and a transition metal element, and lithium and a transition metal element. Examples include metal silicate compounds containing. From the viewpoint of obtaining a higher voltage, the lithium-containing compound is at least one transition metal element selected from the group consisting of lithium, Co, Ni, Mn, Fe, Cu, Zn, Cr, V, and Ti. And, a metal phosphate compound containing is preferable.

その他のリチウム含有化合物として、より具体的には、以下の式(Xa):
LiMI (Xa)
{式中、Dはカルコゲン元素を示し、MIは少なくとも1種の遷移金属元素を含む1種以上の遷移金属元素を示し、vの値は、電池の充放電状態により決まり、0.05〜1.10の数を示し、そしてuは0〜2の数を示す。}、
以下の式(Xb):
LiMIIPO (Xb)
{式中、Dはカルコゲン元素を示し、MIIは少なくとも1種の遷移金属元素を含む1種以上の遷移金属元素を示し、wの値は、電池の充放電状態により決まり、0.05〜1.10の数を示し、そしてuは0〜2の数を示す。}、及び以下の式(Xc):
LiMIIISiO (Xc)
{式中、Dはカルコゲン元素を示し、MIIIは少なくとも1種の遷移金属元素を含む1種以上の遷移金属元素を示し、tの値は、電池の充放電状態により決まり、0.05〜1.10の数を示し、そしてuは0〜2の数を示す。}のそれぞれで表される化合物が挙げられる。
More specifically, as other lithium-containing compounds, the following formula (Xa):
Li v MI u D 2 (Xa)
{In the formula, D indicates a chalcogen element, MI indicates one or more transition metal elements including at least one transition metal element, and the value of v is determined by the charge / discharge state of the battery and is 0.05 to 1. .10 indicates a number, and u indicates a number 0-2. },
The following formula (Xb):
Li w MII u PO 4 (Xb)
{In the formula, D represents a chalcogen element, MII represents one or more transition metal elements including at least one transition metal element, and the value of w is determined by the charge / discharge state of the battery and is 0.05 to 1. .10 indicates a number, and u indicates a number 0-2. } And the following formula (Xc):
Li t MIII u SiO 4 (Xc )
{In the formula, D represents a chalcogen element, MIII represents one or more transition metal elements including at least one transition metal element, and the value of t is determined by the charge / discharge state of the battery and is 0.05 to 1. .10 indicates a number, and u indicates a number 0-2. }, Examples thereof include compounds represented by each of.

上述の式(Xa)で表されるリチウム含有化合物は層状構造を有し、上述の式(Xb)及び(Xc)で表される化合物はオリビン構造を有する。これらのリチウム含有化合物は、構造を安定化させる等の目的から、Al、Mg、又はその他の遷移金属元素により遷移金属元素の一部を置換したもの、これらの金属元素を結晶粒界に含ませたもの、酸素原子の一部をフッ素原子等で置換したもの、正極活物質表面の少なくとも一部に他の正極活物質を被覆したもの等であってもよい。 The lithium-containing compound represented by the above formula (Xa) has a layered structure, and the compounds represented by the above formulas (Xb) and (Xc) have an olivine structure. These lithium-containing compounds are those in which a part of the transition metal element is replaced with Al, Mg, or other transition metal elements for the purpose of stabilizing the structure, and these metal elements are included in the grain boundaries. , A substance in which a part of an oxygen atom is replaced with a fluorine atom or the like, a substance in which at least a part of the surface of the positive electrode active material is coated with another positive electrode active material, or the like may be used.

本実施形態における正極活物質としては、上記のようなリチウム含有化合物を用いてもよいし、該リチウム含有化合物と共にその他の正極活物質を併用してもよい。このようなその他の正極活物質としては、例えば、トンネル構造及び層状構造を有する金属酸化物又は金属カルコゲン化物;イオウ;導電性高分子等が挙げられる。トンネル構造及び層状構造を有する金属酸化物、又は金属カルコゲン化物としては、例えば、MnO、FeO、FeS、V、V13、TiO、TiS、MoS、及びNbSeに代表されるリチウム以外の金属の酸化物、硫化物、セレン化物等が挙げられる。導電性高分子としては、例えば、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリアセチレン、及びポリピロールに代表される導電性高分子が挙げられる。 As the positive electrode active material in the present embodiment, the lithium-containing compound as described above may be used, or another positive electrode active material may be used in combination with the lithium-containing compound. Examples of such other positive electrode active materials include metal oxides or metal chalcogenides having a tunnel structure and a layered structure; sulfur; conductive polymers and the like. Metal oxides or metal chalcogenides having a tunnel structure and a layered structure include, for example, MnO 2 , FeO 2 , FeS 2 , V 2 O 5 , V 6 O 13 , TiO 2 , TiS 2 , MoS 2 , and NbSe. Examples thereof include oxides, sulfides, selenium compounds and the like of metals other than lithium represented by 2. Examples of the conductive polymer include conductive polymers typified by polyaniline, polythiophene, polyacetylene, and polypyrrole.

上述のその他の正極活物質は、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられ、特に制限はない。しかしながら、リチウムイオンを可逆安定的に吸蔵及び放出することが可能であり、且つ、高エネルギー密度を達成できることから、正極活物質層がNi、Mn、及びCoから選ばれる少なくとも1種の遷移金属元素を含有することが好ましい。正極活物質として、リチウム含有化合物とその他の正極活物質とを併用する場合、両者の使用割合としては、正極活物質の全部に対するリチウム含有化合物の使用割合として、80質量%以上が好ましく、85質量%以上がより好ましい。 The above-mentioned other positive electrode active materials may be used alone or in combination of two or more, and are not particularly limited. However, since lithium ions can be reversibly and stably occluded and released, and high energy density can be achieved, the positive electrode active material layer is at least one transition metal element selected from Ni, Mn, and Co. Is preferably contained. When a lithium-containing compound and another positive electrode active material are used in combination as the positive electrode active material, the usage ratio of both is preferably 80% by mass or more, preferably 85% by mass, as the usage ratio of the lithium-containing compound to the total positive electrode active material. % Or more is more preferable.

(導電助剤)
導電助剤としては、例えば、グラファイト、アセチレンブラック、及びケッチェンブラックに代表されるカーボンブラック、並びに炭素繊維が挙げられる。導電助剤の含有割合は、正極活物質100質量部に対して、10質量部以下とすることが好ましく、より好ましくは1〜5質量部である。
(Conductive aid)
Examples of the conductive auxiliary agent include graphite, acetylene black, carbon black typified by Ketjen black, and carbon fiber. The content ratio of the conductive auxiliary agent is preferably 10 parts by mass or less, and more preferably 1 to 5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the positive electrode active material.

(バインダー)
バインダーとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリアクリル酸、スチレンブタジエンゴム、及びフッ素ゴムが挙げられる。バインダーの含有割合は、正極活物質100質量部に対して、6質量部以下とすることが好ましく、より好ましくは0.5〜4質量部である。
(binder)
Examples of the binder include polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyacrylic acid, styrene-butadiene rubber, and fluororubber. The content ratio of the binder is preferably 6 parts by mass or less, and more preferably 0.5 to 4 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the positive electrode active material.

<正極集電体>
正極集電体は、例えば、アルミニウム箔、ニッケル箔、ステンレス箔等の金属箔により構成される。正極集電体は、表面にカーボンコートが施されていてもよく、メッシュ状に加工されていてもよい。正極集電体の厚みは、5〜40μmであることが好ましく、7〜35μmであることがより好ましく、9〜30μmであることが更に好ましい。
<Positive current collector>
The positive electrode current collector is composed of, for example, a metal foil such as an aluminum foil, a nickel foil, and a stainless steel foil. The surface of the positive electrode current collector may be coated with carbon or may be processed into a mesh shape. The thickness of the positive electrode current collector is preferably 5 to 40 μm, more preferably 7 to 35 μm, and even more preferably 9 to 30 μm.

<正極活物質層の形成>
正極活物質層は、正極活物質と、必要に応じて導電助剤及びバインダーとを混合した正極合剤を溶剤に分散した正極合剤含有スラリーを、正極集電体に塗布及び乾燥(溶媒除去)し、必要に応じてプレスすることにより形成することができる。このような溶剤としては、特に制限はなく、従来公知のものを用いることができる。例えば、N―メチル−2−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、水等が挙げられる。
<Formation of positive electrode active material layer>
For the positive electrode active material layer, a positive electrode mixture-containing slurry in which a positive electrode mixture obtained by mixing a positive electrode active material and, if necessary, a conductive auxiliary agent and a binder is dispersed in a solvent is applied to a positive electrode current collector and dried (solvent removal). ) And can be formed by pressing as needed. The solvent is not particularly limited, and conventionally known solvents can be used. For example, N-methyl-2-pyrrolidone, dimethylformamide, dimethylacetamide, water and the like can be mentioned.

[負極]
負極は、一般に、負極合剤から作製した負極活物質層と、負極集電体とから構成される。負極は、非水系二次電池の負極として作用することができる。
[Negative electrode]
The negative electrode is generally composed of a negative electrode active material layer made from a negative electrode mixture and a negative electrode current collector. The negative electrode can act as the negative electrode of the non-aqueous secondary battery.

負極活物質層は、負極活物質を含有し、必要に応じて導電助剤及びバインダーを含有することが好ましい。 The negative electrode active material layer preferably contains a negative electrode active material and, if necessary, a conductive auxiliary agent and a binder.

負極活物質としては、例えば、アモルファスカーボン(ハードカーボン)、人造黒鉛、天然黒鉛、黒鉛、熱分解炭素、コークス、ガラス状炭素、有機高分子化合物の焼成体、メソカーボンマイクロビーズ、炭素繊維、活性炭、グラファイト、炭素コロイド、及びカーボンブラックに代表される炭素材料の他、金属リチウム、金属酸化物、金属窒化物、リチウム合金、スズ合金、シリコン合金、金属間化合物、有機化合物、無機化合物、金属錯体、有機高分子化合物等が挙げられる。負極活物質は1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。 Examples of the negative electrode active material include amorphous carbon (hard carbon), artificial graphite, natural graphite, graphite, thermally decomposed carbon, coke, glassy carbon, calcined body of organic polymer compound, mesocarbon microbeads, carbon fiber, and activated carbon. , Graphite, carbon colloid, and carbon materials such as carbon black, as well as metallic lithium, metal oxides, metal nitrides, lithium alloys, tin alloys, silicon alloys, intermetal compounds, organic compounds, inorganic compounds, and metal complexes. , Organic polymer compounds and the like. The negative electrode active material may be used alone or in combination of two or more.

負極活物質層は、電池電圧を高められるという観点から、負極活物質としてリチウムイオンを0.4V vs.Li/Liよりも卑な電位で吸蔵することが可能な材料を含有することが好ましい。 The negative electrode active material layer contains lithium ions of 0.4 V vs. as the negative electrode active material from the viewpoint of increasing the battery voltage. It is preferable to contain a material that can be occluded at a lower potential than Li / Li +.

導電助剤としては、例えば、グラファイト、アセチレンブラック、及びケッチェンブラックに代表されるカーボンブラック、並びに炭素繊維が挙げられる。導電助剤の含有割合は、負極活物質100質量部に対して、20質量部以下とすることが好ましく、より好ましくは0.1〜10質量部である。 Examples of the conductive auxiliary agent include graphite, acetylene black, carbon black typified by Ketjen black, and carbon fiber. The content ratio of the conductive auxiliary agent is preferably 20 parts by mass or less, and more preferably 0.1 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the negative electrode active material.

バインダーとしては、例えば、カルボキシメチルセルロース、PVDF、PTFE、ポリアクリル酸、及びフッ素ゴムが挙げられる。また、ジエン系ゴム、例えばスチレンブタジエンゴム等も挙げられる。バインダーの含有割合は、負極活物質100質量部に対して、10質量部以下とすることが好ましく、より好ましくは0.5〜6質量部である。 Examples of the binder include carboxymethyl cellulose, PVDF, PTFE, polyacrylic acid, and fluororubber. Further, a diene-based rubber, for example, styrene-butadiene rubber and the like can also be mentioned. The content ratio of the binder is preferably 10 parts by mass or less, and more preferably 0.5 to 6 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the negative electrode active material.

負極活物質層は、負極活物質と必要に応じて導電助剤及びバインダーとを混合した負極合剤を溶剤に分散した負極合剤含有スラリーを、負極集電体に塗布及び乾燥(溶媒除去)し、必要に応じてプレスすることにより形成される。このような溶剤としては、特に制限はなく、従来公知のものを用いることができる。例えば、N―メチル−2−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、水等が挙げられる。 For the negative electrode active material layer, a negative electrode mixture-containing slurry in which a negative electrode mixture obtained by mixing a negative electrode active material and, if necessary, a conductive auxiliary agent and a binder is dispersed in a solvent is applied to a negative electrode current collector and dried (solvent removal). It is formed by pressing as needed. The solvent is not particularly limited, and conventionally known solvents can be used. For example, N-methyl-2-pyrrolidone, dimethylformamide, dimethylacetamide, water and the like can be mentioned.

負極集電体は、例えば、銅箔、ニッケル箔、ステンレス箔等の金属箔により構成される。また、負極集電体は、表面にカーボンコートが施されていてもよいし、メッシュ状に加工されていてもよい。負極集電体の厚みは、5〜40μmであることが好ましく、6〜35μmであることがより好ましく、7〜30μmであることが更に好ましい。 The negative electrode current collector is composed of, for example, a metal foil such as a copper foil, a nickel foil, or a stainless steel foil. Further, the negative electrode current collector may be coated with carbon on the surface or may be processed into a mesh shape. The thickness of the negative electrode current collector is preferably 5 to 40 μm, more preferably 6 to 35 μm, and even more preferably 7 to 30 μm.

[非水系電解液]
本明細書では、「非水系電解液」(以下、単に「電解液」ともいう)とは、電解液全量に対し、水が1質量%以下の電解液を指す。
[Non-aqueous electrolyte solution]
In the present specification, the "non-aqueous electrolyte solution" (hereinafter, also simply referred to as "electrolyte solution") refers to an electrolytic solution in which water is 1% by mass or less based on the total amount of the electrolytic solution.

本実施形態において、電解液は、水分を極力含まないことが好ましいが、本発明の課題解決を阻害しない範囲であれば、ごく微量の水分を含有してもよい。そのような水分の含有量は、非水系電解液の全量に対して、好ましくは300質量ppm以下であり、更に好ましくは200質量ppm以下である。非水系電解液については、本発明の課題解決を達成するための構成を具備していれば、その他の構成要素については、リチウムイオン電池に用いられる既知の非水系電解液における構成材料を、適宜選択して適用することができる。 In the present embodiment, the electrolytic solution preferably contains as little water as possible, but may contain a very small amount of water as long as it does not hinder the solution of the problem of the present invention. The content of such water is preferably 300% by mass or less, more preferably 200% by mass or less, based on the total amount of the non-aqueous electrolyte solution. As for the non-aqueous electrolyte solution, as long as it has a configuration for achieving the solution to the problem of the present invention, as for other components, the constituent materials in the known non-aqueous electrolyte solution used for the lithium ion battery may be appropriately used. Can be selected and applied.

本実施形態において、電解液は、非水系溶媒と、リチウム塩と、電極保護用添加剤と、FSOアニオンとを含むことができる。格子定数の変化率を抑えるためには、電解液は、高温環境下で充放電を行った際でも、正極および負極で分解反応が起こり難く、正極活物質から遷移金属の溶出を抑制するような極性溶媒の低い溶媒を用いることが好ましく、この結果、内部抵抗の増加が少なく、かつ、正極活物質の劣化が防止できるため、良好なサイクル性能を得ることができる。 In the present embodiment, the electrolytic solution can contain a non-aqueous solvent, a lithium salt, an electrode protection additive, and an FSO 3 anion. In order to suppress the rate of change in the lattice constant, the electrolytic solution is unlikely to undergo a decomposition reaction at the positive and negative electrodes even when charged and discharged in a high temperature environment, and suppresses the elution of transition metals from the positive electrode active material. It is preferable to use a solvent having a low polar solvent, and as a result, the increase in internal resistance is small and the deterioration of the positive electrode active material can be prevented, so that good cycle performance can be obtained.

<非水系溶媒>
ここで、非水系溶媒について説明する。本実施形態でいう「非水系溶媒」とは、電解液中に含まれる成分のうち、リチウム塩及び各種添加剤以外の成分をいう。ただし、電解液に電極保護用添加剤が含まれている場合、リチウム塩を溶解する溶媒としての役割を担う電極保護用添加剤は、「非水系溶媒」にも該当するものとして扱う。非水系溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール等のアルコール類;非プロトン性溶媒等が挙げられる。中でも、非プロトン性溶媒が好ましい。本発明の効果が損なわれない範囲であれば、非水系溶媒は非プロトン性溶媒以外の溶媒を含有していてもよい。
<Non-aqueous solvent>
Here, a non-aqueous solvent will be described. The "non-aqueous solvent" as used in the present embodiment means a component other than the lithium salt and various additives among the components contained in the electrolytic solution. However, when the electrolytic solution contains an electrode protection additive, the electrode protection additive that plays a role as a solvent for dissolving the lithium salt is also treated as a “non-aqueous solvent”. Examples of the non-aqueous solvent include alcohols such as methanol and ethanol; aprotic solvents and the like. Of these, aprotic solvents are preferred. The non-aqueous solvent may contain a solvent other than the aprotic solvent as long as the effect of the present invention is not impaired.

例えば、非水系電解液に係る非水系溶媒は、非プロトン性溶媒としてアセトニトリルを含有することができる。非水系溶媒がアセトニトリルを含有することにより、非水系電解液のイオン伝導性が向上することから、電池内におけるリチウムイオンの拡散性を高めることができる。そのため、非水系電解液がアセトニトリルを含有する場合、特に正極活物質層を厚くして正極活物質の充填量を高めた正極においても、高負荷での放電時にはリチウムイオンが到達し難い集電体近傍の領域にまで、リチウムイオンが良好に拡散できるようになる。よって、高負荷放電時にも十分な容量を引き出すことが可能となり、負荷特性に優れた非水系二次電池を得ることができる。
また、非水系溶媒がアセトニトリルを含有することにより、非水系二次電池の急速充電特性を高めることができる。非水系二次電池の定電流(CC)−定電圧(CV)充電では、CV充電期間における単位時間当たりの充電容量よりも、CC充電期間における単位時間当たりの容量の方が大きい。非水系電解液の非水系溶媒にアセトニトリルを使用する場合、CC充電できる領域を大きく(CC充電の時間を長く)できる他、充電電流を高めることもできるため、非水系二次電池の充電開始から満充電状態にするまでの時間を大幅に短縮できる。
なお、アセトニトリルは、電気化学的に還元分解され易い。そのため、アセトニトリルを用いる場合、非水系溶媒としてアセトニトリルとともに他の溶媒(例えば、アセトニトリル以外の非プロトン性溶媒)を併用すること、及び/又は、電極への保護被膜形成のための電極保護用添加剤を添加すること、を行うことが好ましい。
For example, the non-aqueous solvent related to the non-aqueous electrolyte solution can contain acetonitrile as an aprotic solvent. Since the non-aqueous solvent contains acetonitrile, the ionic conductivity of the non-aqueous electrolyte solution is improved, so that the diffusivity of lithium ions in the battery can be enhanced. Therefore, when the non-aqueous electrolyte solution contains acetonitrile, lithium ions are difficult to reach even in a positive electrode in which the positive electrode active material layer is thickened to increase the filling amount of the positive electrode active material, especially when discharging under a high load. Lithium ions can be well diffused to the nearby region. Therefore, it is possible to draw out a sufficient capacity even at the time of high load discharge, and it is possible to obtain a non-aqueous secondary battery having excellent load characteristics.
Further, since the non-aqueous solvent contains acetonitrile, the quick charging characteristics of the non-aqueous secondary battery can be enhanced. In constant current (CC) -constant voltage (CV) charging of a non-aqueous secondary battery, the capacity per unit time in the CC charging period is larger than the charging capacity per unit time in the CV charging period. When acetonitrile is used as the non-aqueous solvent of the non-aqueous electrolyte solution, the CC charging area can be increased (CC charging time can be lengthened) and the charging current can be increased. Therefore, from the start of charging the non-aqueous secondary battery. The time required to fully charge the battery can be significantly reduced.
Acetonitrile is easily electrochemically reduced and decomposed. Therefore, when acetonitrile is used, an electrode protection additive for forming a protective film on the electrode may be used in combination with acetonitrile as a non-aqueous solvent (for example, an aprotic solvent other than acetonitrile). It is preferable to add.

アセトニトリルの含有量は、非水系溶媒の全量当たりの量として、5〜95体積%であることが好ましい。アセトニトリルの含有量は、非水系溶媒の全量当たりの量として、20体積%以上又は30体積%以上であることがより好ましく、40体積%以上であることが更に好ましい。この値は、85体積%以下であることがより好ましく、66体積%以下であることが更に好ましい。アセトニトリルの含有量が、非水系溶媒の全量当たりの量として5体積%以上である場合、イオン伝導度が増大して高出力特性を発現できる傾向にあり、更に、リチウム塩の溶解を促進することができる。後述の電極保護被膜を形成する添加剤が電池の内部抵抗の増加を抑制するため、非水系溶媒中のアセトニトリルの含有量が上記の範囲内にある場合、アセトニトリルの優れた性能を維持しながら、高温サイクル特性及びその他の電池特性を一層良好なものとすることができる傾向にある。 The content of acetonitrile is preferably 5 to 95% by volume as the amount per total amount of the non-aqueous solvent. The content of acetonitrile is more preferably 20% by volume or more or 30% by volume or more, and further preferably 40% by volume or more, as the amount per total amount of the non-aqueous solvent. This value is more preferably 85% by volume or less, and further preferably 66% by volume or less. When the content of acetonitrile is 5% by volume or more as the amount per total amount of the non-aqueous solvent, the ionic conductivity tends to increase and high output characteristics tend to be exhibited, and further, the dissolution of the lithium salt is promoted. Can be done. Since the additive forming the electrode protective film described later suppresses the increase in the internal resistance of the battery, when the content of acetonitrile in the non-aqueous solvent is within the above range, the excellent performance of acetonitrile is maintained. There is a tendency for the high temperature cycle characteristics and other battery characteristics to be further improved.

アセトニトリル以外の非プロトン性溶媒としては、例えば、環状カーボネート、フルオロエチレンカーボネート、ラクトン、硫黄原子を有する一般式(1)以外の有機化合物、鎖状フッ素化カーボネート、環状エーテル、アセトニトリル以外のモノニトリル、アルコキシ基置換ニトリル、ジニトリル、環状ニトリル、短鎖脂肪酸エステル、鎖状エーテル、フッ素化エーテル、ケトン、前記非プロトン性溶媒のH原子の一部または全部をハロゲン原子で置換した化合物等が挙げられる。 Examples of the aprotic solvent other than acetonitrile include cyclic carbonates, fluoroethylene carbonates, lactones, organic compounds other than the general formula (1) having a sulfur atom, chain fluorinated carbonates, cyclic ethers, and mononitriles other than acetonitrile. Examples thereof include alkoxy group-substituted nitriles, dinitriles, cyclic nitriles, short-chain fatty acid esters, chain ethers, fluorinated ethers, ketones, and compounds in which some or all of the H atoms of the aprotonic solvent are substituted with halogen atoms.

環状カーボネートとしては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、1,2−ブチレンカーボネート、トランス−2,3−ブチレンカーボネート、シス−2,3−ブチレンカーボネート、1,2−ペンチレンカーボネート、トランス−2,3−ペンチレンカーボネート、シス−2,3−ペンチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、4,5−ジメチルビニレンカーボネート、及びビニルエチレンカーボネートが挙げられる。 Examples of the cyclic carbonate include ethylene carbonate, propylene carbonate, 1,2-butylene carbonate, trans-2,3-butylene carbonate, cis-2,3-butylene carbonate, 1,2-pentylene carbonate, trans-2, Examples thereof include 3-pentylene carbonate, cis-2,3-pentylene carbonate, vinylene carbonate, 4,5-dimethylvinylene carbonate, and vinylethylene carbonate.

フルオロエチレンカーボネートとしては、例えば、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,4−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、シス−4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、トランス−4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,4,5−トリフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,4,5,5−テトラフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、及び4,4,5−トリフルオロ−5−メチル−1,3−ジオキソラン−2−オンが挙げられる。 Examples of the fluoroethylene carbonate include 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one, 4,4-difluoro-1,3-dioxolan-2-one, and cis-4,5-difluoro-1,3-. Dioxolan-2-one, trans-4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one, 4,4,5-trifluoro-1,3-dioxolan-2-one, 4,4,5,5 -Tetrafluoro-1,3-dioxolan-2-one and 4,4,5-trifluoro-5-methyl-1,3-dioxolan-2-one can be mentioned.

ラクトンとしては、γ−ブチロラクトン、α−メチル−γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、γ−カプロラクトン、δ−バレロラクトン、δ−カプロラクトン、及びε−カプロラクトンが挙げられる。 Examples of the lactone include γ-butyrolactone, α-methyl-γ-butyrolactone, γ-valerolactone, γ-caprolactone, δ-valerolactone, δ-caprolactone, and ε-caprolactone.

硫黄原子を有する一般式(1)以外の有機化合物としては、例えば、エチレンサルファイト、プロピレンサルファイト、ブチレンサルファイト、ペンテンサルファイト、スルホラン、3−スルホレン、3−メチルスルホラン、1,3−プロパンスルトン、1,4−ブタンスルトン、1−プロペン1,3−スルトン、ジメチルスルホキシド、テトラメチレンスルホキシド、及びエチレングリコールサルファイトが挙げられる。 Examples of the organic compound having a sulfur atom other than the general formula (1) include ethylene sulphite, propylene sulphite, butylene sulphite, pentensulfite, sulfolane, 3-sulfolene, 3-methylsulfolane, and 1,3-propane. Examples thereof include sultone, 1,4-butane sultone, 1-propene 1,3-sultone, dimethylsulfoxide, tetramethylenesulfoxide, and ethylene glycol sulfide.

鎖状カーボネートとしては、例えば、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、メチルプロピルカーボネート、メチルイソプロピルカーボネート、ジプロピルカーボネート、メチルブチルカーボネート、ジブチルカーボネート、エチルプロピルカーボネートが挙げられる。 Examples of the chain carbonate include ethyl methyl carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl propyl carbonate, methyl isopropyl carbonate, dipropyl carbonate, methyl butyl carbonate, dibutyl carbonate and ethyl propyl carbonate.

環状エーテルとしては、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、1,4−ジオキサン、及び1,3−ジオキサンが挙げられる。 Examples of the cyclic ether include tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4-dioxane, and 1,3-dioxane.

アセトニトリル以外のモノニトリルとしては、例えば、プロピオニトリル、ブチロニトリル、バレロニトリル、ベンゾニトリル、及びアクリロニトリルが挙げられる。 Examples of mononitriles other than acetonitrile include propionitrile, butyronitrile, valeronitrile, benzonitrile, and acrylonitrile.

アルコキシ基置換ニトリルとしては、例えば、メトキシアセトニトリル及び3−メトキシプロピオニトリルが挙げられる。 Examples of the alkoxy group-substituted nitrile include methoxyacetonitrile and 3-methoxypropionitrile.

ジニトリルとしては、例えば、マロノニトリル、スクシノニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、1,4−ジシアノヘプタン、1,5−ジシアノペンタン、1,6−ジシアノヘキサン、1,7−ジシアノヘプタン、2,6−ジシアノヘプタン、1,8−ジシアノオクタン、2,7−ジシアノオクタン、1,9−ジシアノノナン、2,8−ジシアノノナン、1,10−ジシアノデカン、1,6−ジシアノデカン、及び2,4−ジメチルグルタロニトリルが挙げられる。 Examples of the dinitrile include malononitrile, succinonitrile, glutaronitrile, adiponitrile, 1,4-dicyanoheptane, 1,5-dicyanopentane, 1,6-dicyanohexane, 1,7-dicyanoheptane, and 2,6-. Dicyanoheptane, 1,8-dicyanooctane, 2,7-dicyanooctane, 1,9-dicyanononane, 2,8-dicyanononene, 1,10-dicyanodecane, 1,6-dicyanodecane, and 2,4-dimethylglue. Talonitrile may be mentioned.

環状ニトリルとしては、例えば、ベンゾニトリルが挙げられる。 Examples of the cyclic nitrile include benzonitrile.

短鎖脂肪酸エステルとしては、例えば、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、イソ酪酸メチル、酪酸メチル、イソ吉草酸メチル、吉草酸メチル、ピバル酸メチル、ヒドロアンゲリカ酸メチル、カプロン酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸エチル、イソ酪酸エチル、酪酸エチル、イソ吉草酸エチル、吉草酸エチル、ピバル酸エチル、ヒドロアンゲリカ酸エチル、カプロン酸エチル、酢酸プロピル、プロピオン酸プロピル、イソ酪酸プロピル、酪酸プロピル、イソ吉草酸プロピル、吉草酸プロピル、ピバル酸プロピル、ヒドロアンゲリカ酸プロピル、カプロン酸プロピル、酢酸イソプロピル、プロピオン酸イソプロピル、イソ酪酸イソプロピル、酪酸イソプロピル、イソ吉草酸イソプロピル、吉草酸イソプロピル、ピバル酸イソプロピル、ヒドロアンゲリカ酸イソプロピル、カプロン酸イソプロピル、酢酸ブチル、プロピオン酸ブチル、イソ酪酸ブチル、酪酸ブチル、イソ吉草酸ブチル、吉草酸ブチル、ピバル酸ブチル、ヒドロアンゲリカ酸ブチル、カプロン酸ブチル、酢酸イソブチル、プロピオン酸イソブチル、イソ酪酸イソブチル、酪酸イソブチル、イソ吉草酸イソブチル、吉草酸イソブチル、ピバル酸イソブチル、ヒドロアンゲリカ酸イソブチル、カプロン酸イソブチル、酢酸tert−ブチル、プロピオン酸tert−ブチル、イソ酪酸tert−ブチル、酪酸tert−ブチル、イソ吉草酸tert−ブチル、吉草酸tert−ブチル、ピバル酸tert−ブチル、ヒドロアンゲリカ酸tert−ブチル、及びカプロン酸tert−ブチルが挙げられる。 Examples of short-chain fatty acid esters include methyl acetate, methyl propionate, methyl isobutyrate, methyl butyrate, methyl isovalerate, methyl valerate, methyl pivalate, methyl hydroangelica, methyl caproate, ethyl acetate, and propionic acid. Ethyl, ethyl isobutyrate, ethyl butyrate, ethyl isovalerate, ethyl valerate, ethyl pivalate, ethyl hydroangelica, ethyl caproate, propyl acetate, propyl propionate, propyl isobutyrate, propyl butyrate, propyl isovalerate, Propyl valerate, propyl pivalate, propyl hydroangelica, propyl caproate, isopropyl acetate, isopropyl propionate, isopropyl isobutyrate, isopropyl butyrate, isopropyl isovalerate, isopropyl valerate, isopropyl pivalate, isopropyl hydroangelica, capron Isopropyl acid, butyl acetate, butyl propionate, butyl isobutyrate, butyl butyrate, butyl isovalerate, butyl valerate, butyl pivalate, butyl hydroangelica, butyl caproate, isobutyl acetate, isobutyl propionate, isobutyl isobutyrate, Isobutyl butyrate, isobutyl isovalerate, isobutyl valerate, isobutyl pivalate, isobutyl hydroangelica, isobutyl caproate, tert-butyl acetate, tert-butyl propionate, tert-butyl isobutyrate, tert-butyl butyrate, isovaleric acid Examples thereof include tert-butyl, tert-butyl valerate, tert-butyl pivalate, tert-butyl hydroangelica, and tert-butyl caproate.

鎖状エーテルとしては、例えば、ジメトキシエタン、ジエチルエーテル、1,3−ジオキソラン、ジグライム、トリグライム、及びテトラグライムが挙げられる。 Examples of the chain ether include dimethoxyethane, diethyl ether, 1,3-dioxolane, diglime, triglime, and tetraglime.

フッ素化エーテルとしては、例えば、Rf20−OR21(Rf20はフッ素原子を含有するアルキル基、R21はフッ素原子を含有してよい有機基)が挙げられる。 Examples of the fluorinated ether include Rf 20- OR 21 (Rf 20 is an alkyl group containing a fluorine atom, and R 21 is an organic group containing a fluorine atom).

ケトンとしては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、及びメチルイソブチルケトンが挙げられる。 Examples of the ketone include acetone, methyl ethyl ketone, and methyl isobutyl ketone.

非プロトン性溶媒のH原子の一部または全部をハロゲン原子で置換した化合物としては、例えば、ハロゲン原子がフッ素である化合物を挙げることができる。 Examples of the compound in which a part or all of the H atom of the aprotic solvent is replaced with a halogen atom include a compound in which the halogen atom is fluorine.

鎖状カーボネートのフッ素化物としては、例えば、メチルトリフルオロエチルカーボネート、トリフルオロジメチルカーボネート、トリフルオロジエチルカーボネート、トリフルオロエチルメチルカーボネート、メチル2,2−ジフルオロエチルカーボネート、メチル2,2,2−トリフルオロエチルカーボネート、メチル2,2,3,3−テトラフルオロプロピルカーボネートが挙げられる。上記のフッ素化鎖状カーボネートは、下記の一般式:
29−O−C(O)O−R30
(式中、R29及びR30は、CH、CHCH、CHCHCH、CH(CH)2、及びCHRf31から成る群より選択される少なくとも一つであり、Rf31は、少なくとも1つのフッ素原子で水素原子が置換された炭素数1〜3のアルキル基であり、そしてR29及び/又はR30は、少なくとも1つのフッ素原子を含有する。)で表すことができる。
Examples of the fluorinated product of the chain carbonate include methyl trifluoroethyl carbonate, trifluorodimethyl carbonate, trifluorodiethyl carbonate, trifluoroethyl methyl carbonate, methyl 2,2-difluoroethyl carbonate, and methyl 2,2,2-tri. Examples thereof include fluoroethyl carbonate and methyl 2,2,3,3-tetrafluoropropyl carbonate. The above fluorinated chain carbonate has the following general formula:
R 29- OC (O) O-R 30
(In the formula, R 29 and R 30 are at least one selected from the group consisting of CH 3 , CH 2 CH 3 , CH 2 CH 2 CH 3 , CH (CH 3 ) 2, and CH 2 Rf 31. , Rf 31 is an alkyl group having 1-3 carbon atoms in which a hydrogen atom is substituted with at least one fluorine atom, and R 29 and / or R 30 contains at least one fluorine atom). be able to.

短鎖脂肪酸エステルのフッ素化物としては、例えば、酢酸2,2−ジフルオロエチル、酢酸2,2,2−トリフルオロエチル、酢酸2,2,3,3−テトラフルオロプロピルに代表されるフッ素化短鎖脂肪酸エステルが挙げられる。フッ素化短鎖脂肪酸エステルは、下記の一般式:
32−C(O)O−R33
(式中、R32は、CH、CHCH、CHCHCH、CH(CH、CFCFH、CFH、CFRf34、CFHRf34、及びCHRf35から成る群より選択される少なくとも一つであり、R33は、CH、CHCH、CHCHCH、CH(CH、及びCHRf35から成る群より選択される少なくとも一つであり、Rf34は、少なくとも1つのフッ素原子で水素原子が置換されてよい炭素数1〜3のアルキル基であり、Rf35は、少なくとも1つのフッ素原子で水素原子が置換された炭素数1〜3のアルキル基であり、そしてR32及び/又はR33は、少なくとも1つのフッ素原子を含有し、R32がCFHである場合、R33はCHではない。)で表すことができる。
Examples of the fluorinated product of the short-chain fatty acid ester include fluorinated shorts represented by 2,2-difluoroethyl acetate, 2,2,2-trifluoroethyl acetate and 2,2,3,3-tetrafluoropropyl acetate. Examples include chain fatty acid esters. The fluorinated short-chain fatty acid ester has the following general formula:
R 32- C (O) O-R 33
(In the formula, R 32 is CH 3 , CH 2 CH 3 , CH 2 CH 2 CH 3 , CH (CH 3 ) 2 , CF 3 CF 2 H, CFH 2 , CF 2 Rf 34 , CFHRf 34 , and CH 2. At least one selected from the group consisting of Rf 35 , where R 33 is from the group consisting of CH 3 , CH 2 CH 3 , CH 2 CH 2 CH 3 , CH (CH 3 ) 2 , and CH 2 Rf 35. At least one selected, Rf 34 is an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms in which a hydrogen atom may be substituted with at least one fluorine atom, and Rf 35 is at least one fluorine atom having a hydrogen atom. R 33 is not CH 3 if it is a substituted alkyl group with 1-3 carbon atoms and R 32 and / or R 33 contains at least one hydrogen atom and R 32 is CF 2 H. It can be represented by.).

本実施形態におけるアセトニトリル以外の非プロトン性溶媒は、1種を単独で使用することができ、又は2種以上を組み合わせて使用してよい。 As the aprotic solvent other than acetonitrile in the present embodiment, one kind may be used alone, or two or more kinds may be used in combination.

<リチウム塩>
本実施形態において、リチウム塩は特に限定されない。例えば、本実施形態では、リチウム塩として、LiPF又はイミド塩を含んでもよい。なお、高温耐久性の観点からは、イミド塩とLiPFを含有し、かつ、イミド塩のモル濃度>LiPFのモル濃度であることが好ましい。
<Lithium salt>
In this embodiment, the lithium salt is not particularly limited. For example, in this embodiment, the lithium salt may contain LiPF 6 or an imide salt. From the viewpoint of high temperature durability, it is preferable that the imide salt and LiPF 6 are contained, and the molar concentration of the imide salt> the molar concentration of LiPF 6.

イミド塩とは、LiN(SO2m+1{mは0〜8の整数である。}で表されるリチウム塩であることが好ましく、具体的には、LiN(SOF)、及びLiN(SOCFのうち少なくとも1種を含むことがより好ましい。これらイミド塩の一方のみ含んでも両方含んでもよい。イミド塩は、これらのイミド塩以外のイミド塩を含んでいてもよい。 The imide salt, LiN (SO 2 C m F 2m + 1) is 2 {m is an integer of 0-8. }, More preferably, it contains at least one of LiN (SO 2 F) 2 and LiN (SO 2 CF 3 ) 2. Only one of these imide salts may be contained or both may be contained. The imide salt may contain an imide salt other than these imide salts.

非水系溶媒にアセトニトリルが含まれる場合、アセトニトリルに対するイミド塩の飽和濃度がLiPFの飽和濃度よりも高いことから、LiPF≦イミド塩となるモル濃度でイミド塩を含むことが、低温でのリチウム塩とアセトニトリルの会合及び析出を抑制できるため好ましい。また、イミド塩の含有量が、非水系溶媒1Lに対して0.5mol以上3mol以下であることがイオン供給量の観点から好ましい。LiN(SOF)、及びLiN(SOCFのうち少なくとも1種を含むアセトニトリル含有非水系電解液によれば、−10℃又は−30℃のような低温域でのイオン伝導率の低減を効果的に抑制でき、優れた低温特性を得ることができる。このように、イミド塩の含有量を限定することで、より効果的に、高温加熱時の抵抗増加を抑制することも可能となる。 When acetonitrile is contained in the non-aqueous solvent, the saturation concentration of the imide salt with respect to acetonitrile is higher than the saturation concentration of LiPF 6 , so that the imide salt is contained at a molar concentration of LiPF 6 ≤ imide salt, that is, lithium at a low temperature. It is preferable because it can suppress the association and precipitation of salt and acetonitrile. Further, it is preferable that the content of the imide salt is 0.5 mol or more and 3 mol or less with respect to 1 L of the non-aqueous solvent from the viewpoint of the amount of ion supply. According to the acetonitrile-containing non-aqueous electrolyte solution containing at least one of LiN (SO 2 F) 2 and LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , ion conduction in a low temperature range such as -10 ° C or -30 ° C. The reduction of the rate can be effectively suppressed, and excellent low temperature characteristics can be obtained. By limiting the content of the imide salt in this way, it is possible to more effectively suppress the increase in resistance during high-temperature heating.

リチウム塩は、LiPF以外のフッ素含有無機リチウム塩を含んでもよく、例えば、LiBF、LiAsF、LiSiF、LiSbF、Li1212−b{bは0〜3の整数である。}、等のフッ素含有無機リチウム塩を含んでもよい。「無機リチウム塩」とは、炭素原子をアニオンに含まず、アセトニトリルに可溶なリチウム塩をいう。また、「フッ素含有無機リチウム塩」とは、炭素原子をアニオンに含まず、フッ素原子をアニオンに含み、アセトニトリルに可溶なリチウム塩をいう。フッ素含有無機リチウム塩は、正極集電体である金属箔の表面に不働態被膜を形成し、正極集電体の腐食を抑制する点で優れている。これらのフッ素含有無機リチウム塩は、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。フッ素含有無機リチウム塩として、LiFとルイス酸との複塩である化合物が望ましく、中でも、リン原子を有するフッ素含有無機リチウム塩を用いると、遊離のフッ素原子を放出し易くなることからより好ましい。代表的なフッ素含有無機リチウム塩は、溶解してPFアニオンを放出するLiPFである。フッ素含有無機リチウム塩として、ホウ素原子を有するフッ素含有無機リチウム塩を用いた場合には、電池劣化を招くおそれのある過剰な遊離酸成分を捕捉し易くなることから好ましく、このような観点からはLiBFが特に好ましい。 The lithium salt may contain a fluorine-containing inorganic lithium salt other than LiPF 6 , for example, LiBF 4 , LiAsF 6 , Li 2 SiF 6 , LiSbF 6 , Li 2 B 12 F b H 12-b {b is 0 to 3 Is an integer of. }, Etc., may contain a fluorine-containing inorganic lithium salt. The "inorganic lithium salt" refers to a lithium salt that does not contain a carbon atom in an anion and is soluble in acetonitrile. Further, the "fluorine-containing inorganic lithium salt" refers to a lithium salt which does not contain a carbon atom in an anion but contains a fluorine atom in an anion and is soluble in acetonitrile. The fluorine-containing inorganic lithium salt is excellent in that it forms a passivation film on the surface of the metal foil which is the positive electrode current collector and suppresses corrosion of the positive electrode current collector. These fluorine-containing inorganic lithium salts may be used alone or in combination of two or more. As the fluorine-containing inorganic lithium salt, a compound which is a double salt of LiF and Lewis acid is desirable, and among them, a fluorine-containing inorganic lithium salt having a phosphorus atom is more preferable because it facilitates the release of free fluorine atoms. A typical fluorine-containing inorganic lithium salt is LiPF 6 which dissolves and releases a PF 6 anion. When a fluorine-containing inorganic lithium salt having a boron atom is used as the fluorine-containing inorganic lithium salt, it is preferable because it is easy to capture an excess free acid component that may cause deterioration of the battery, and from such a viewpoint. LiBF 4 is particularly preferred.

本実施形態の非水系電解液におけるフッ素含有無機リチウム塩の含有量については、特に制限はないが、非水系溶媒1Lに対して0.01mol以上であることが好ましく、0.1mol以上であることがより好ましく、0.25mol以上であることが更に好ましい。フッ素含有無機リチウム塩の含有量が上述の範囲内にある場合、イオン伝導度が増大し高出力特性を発現できる傾向にある。また、非水系溶媒1Lに対して2.8mol未満であることが好ましく、1.5mol未満であることがより好ましく、1mol未満であることが更に好ましい。フッ素含有無機リチウム塩の含有量が上述の範囲内にある場合、イオン伝導度が増大し高出力特性を発現できると共に、低温での粘度上昇に伴うイオン伝導度の低下を抑制できる傾向にあり、非水系電解液の優れた性能を維持しながら、高温サイクル特性及びその他の電池特性を一層良好なものとすることができる傾向にある。 The content of the fluorine-containing inorganic lithium salt in the non-aqueous electrolyte solution of the present embodiment is not particularly limited, but is preferably 0.01 mol or more, preferably 0.1 mol or more with respect to 1 L of the non-aqueous solvent. Is more preferable, and 0.25 mol or more is further preferable. When the content of the fluorine-containing inorganic lithium salt is within the above range, the ionic conductivity tends to increase and high output characteristics tend to be exhibited. Further, it is preferably less than 2.8 mol, more preferably less than 1.5 mol, and further preferably less than 1 mol with respect to 1 L of the non-aqueous solvent. When the content of the fluorine-containing inorganic lithium salt is within the above range, the ionic conductivity tends to increase and high output characteristics can be exhibited, and the decrease in ionic conductivity due to the increase in viscosity at low temperature tends to be suppressed. There is a tendency for the high temperature cycle characteristics and other battery characteristics to be further improved while maintaining the excellent performance of the non-aqueous electrolyte solution.

本実施形態の非水系電解液は、更に、有機リチウム塩を含んでいてもよい。「有機リチウム塩」とは、炭素原子をアニオンに含み、アセトニトリルに可溶なリチウム塩をいう。 有機リチウム塩としては、シュウ酸基を有する有機リチウム塩を挙げることができる。シュウ酸基を有する有機リチウム塩の具体例としては、例えば、LiB(C、LiBF(C)、LiPF(C)、及びLiPF(Cのそれぞれで表される有機リチウム塩等が挙げられ、中でもLiB(C及びLiBF(C)で表されるリチウム塩から選ばれる少なくとも1種のリチウム塩が好ましい。また、これらのうちの1種又は2種以上を、フッ素含有無機リチウム塩と共に使用することがより好ましい。このシュウ酸基を有する有機リチウム塩は、非水系電解液に添加する他、負極(負極活物質層)に含有させてもよい。 The non-aqueous electrolyte solution of the present embodiment may further contain an organolithium salt. The "organolithium salt" is a lithium salt containing a carbon atom in an anion and soluble in acetonitrile. Examples of the organolithium salt include an organolithium salt having an oxalic acid group. Specific examples of the organic lithium salt having an oxalate group include, for example, LiB (C 2 O 4 ) 2 , LiBF 2 (C 2 O 4 ), LiPF 4 (C 2 O 4 ), and LiPF 2 (C 2 O). 4 ) Organic lithium salts represented by each of 2 can be mentioned, and at least one lithium salt selected from lithium salts represented by LiB (C 2 O 4 ) 2 and LiBF 2 (C 2 O 4). Is preferable. Further, it is more preferable to use one or more of these with a fluorine-containing inorganic lithium salt. This organic lithium salt having an oxalic acid group may be added to the non-aqueous electrolyte solution or may be contained in the negative electrode (negative electrode active material layer).

シュウ酸基を有する有機リチウム塩の非水系電解液への添加量は、その使用による効果をより良好に確保する観点から、非水系電解液の非水系溶媒1L当たりの量として、0.005モル以上であることが好ましく、0.02モル以上であることがより好ましく、0.05モル以上であることが更に好ましい。ただし、シュウ酸基を有する有機リチウム塩の非水系電解液中の量が多すぎると析出する恐れがある。よって、シュウ酸基を有する有機リチウム塩の非水系電解液への添加量は、非水系電解液の非水系溶媒1L当たりの量で、1.0モル未満であることが好ましく、0.5モル未満であることがより好ましく、0.2モル未満であることが更に好ましい。 The amount of the organic lithium salt having a oxalic acid group added to the non-aqueous electrolyte solution is 0.005 mol per 1 L of the non-aqueous electrolyte solution from the viewpoint of ensuring the better effect of its use. The above is preferable, 0.02 mol or more is more preferable, and 0.05 mol or more is further preferable. However, if the amount of the organolithium salt having an oxalic acid group in the non-aqueous electrolyte solution is too large, it may precipitate. Therefore, the amount of the organic lithium salt having a oxalic acid group added to the non-aqueous electrolyte solution is preferably less than 1.0 mol per 1 L of the non-aqueous electrolyte solution, preferably 0.5 mol. It is more preferably less than, and even more preferably less than 0.2 mol.

シュウ酸基を有する有機リチウム塩は、極性の低い有機溶媒、特に鎖状カーボネートに対して難溶性であることが知られている。シュウ酸基を有する有機リチウム塩は、微量のシュウ酸リチウムを含有している場合があり、更に、非水系電解液中に混合するときにも、他の原料に含まれる微量の水分と反応して、シュウ酸リチウムの白色沈殿を新たに発生させる場合がある。従って、本実施形態の非水系電解液におけるシュウ酸リチウムの含有量は、特に限定するものでないが、0〜500ppmであることが好ましい。 Organolithium salts having an oxalic acid group are known to be sparingly soluble in less polar organic solvents, especially chain carbonates. The organic lithium salt having an oxalic acid group may contain a trace amount of lithium oxalate, and further reacts with a trace amount of water contained in other raw materials when mixed in a non-aqueous electrolyte solution. Therefore, a new white precipitate of lithium oxalate may be generated. Therefore, the content of lithium oxalate in the non-aqueous electrolyte solution of the present embodiment is not particularly limited, but is preferably 0 to 500 ppm.

本実施形態におけるリチウム塩として、上記以外に、一般に非水系二次電池用に用いられているリチウム塩を補助的に添加してもよい。その他のリチウム塩の具体例としては、例えば、LiClO、LiAlO、LiAlCl、LiB10Cl10、クロロボランLi等のフッ素原子をアニオンに含まない無機リチウム塩;LiCFSO、LiCFCO、Li(SO、LiC(CFSO、LiC(2n+1)SO(n≧2)、低級脂肪族カルボン酸Li、四フェニルホウ酸Li、LiB(C等の有機リチウム塩;LiPF(CF)等のLiPF(C2p+16−n〔nは1〜5の整数、pは1〜8の整数〕で表される有機リチウム塩;LiBF(CF)等のLiBF(C2s+14−q〔qは1〜3の整数、sは1〜8の整数〕で表される有機リチウム塩;多価アニオンと結合されたリチウム塩;下記式(a):
LiC(SO)(SO)(SO) (a)
{式中、R、R、及びRは、互いに同一であっても異なっていてもよく、炭素数1〜8のパーフルオロアルキル基を示す。}、
下記式(b)
LiN(SOOR)(SOOR) (b)
{式中、R、及びRは、互いに同一であっても異なっていてもよく、炭素数1〜8のパーフルオロアルキル基を示す。}、及び
下記式(c)
LiN(SO)(SOOR) (c)
{式中、R、及びRは、互いに同一であっても異なっていてもよく、炭素数1〜8のパーフルオロアルキル基を示す。}
のそれぞれで表される有機リチウム塩等が挙げられ、これらのうちの1種又は2種以上を、フッ素含有無機リチウム塩と共に使用することができる。
In addition to the above, as the lithium salt in the present embodiment, a lithium salt generally used for non-aqueous secondary batteries may be supplementarily added. Specific examples of other lithium salts include, for example, LiClO 4 , LiAlO 4 , LiAlCl 4 , LiB 10 Cl 10 , and chloroborane Li, which are inorganic lithium salts containing no fluorine atom in an anion; LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2. , Li 2 C 2 F 4 (SO 3 ) 2 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiC n F (2n + 1) SO 3 (n ≧ 2), lower aliphatic carboxylic acid Li, tetraphenylborate Li, LiB ( C 3 O 4 H 2 ) Organic lithium salt such as 2 ; LiPF n (C p F 2p + 1 ) 6-n such as LiPF 5 (CF 3 ) [n is an integer of 1 to 5, p is an integer of 1 to 8] Organic lithium salt represented by; LiBF q (C s F 2s + 1 ) 4-q [q is an integer of 1 to 3 and s is an integer of 1 to 8] such as LiBF 3 (CF 3). Salt; Lithium salt bonded to polyvalent anion; Formula (a) below:
LiC (SO 2 R A ) (SO 2 R B ) (SO 2 R C ) (a)
{Wherein, R A, R B, and R C may be the being the same or different, show a perfluoroalkyl group having 1 to 8 carbon atoms. },
The following formula (b)
LiN (SO 2 OR D ) (SO 2 OR E ) (b)
{In the formula, RD and RE may be the same or different from each other and represent a perfluoroalkyl group having 1 to 8 carbon atoms. } And the following formula (c)
LiN (SO 2 R F) ( SO 2 OR G) (c)
{Wherein, R F, and R G may be the being the same or different, show a perfluoroalkyl group having 1 to 8 carbon atoms. }
Examples thereof include organic lithium salts represented by each of the above, and one or more of these can be used together with a fluorine-containing inorganic lithium salt.

<電極保護用添加剤>
本実施形態における電解液には、電極を保護する添加剤が含まれていてもよい。電極保護用添加剤としては、本発明による課題解決を阻害しないものであれば特に制限はない。リチウム塩を溶解する溶媒としての役割を担う物質(すなわち上述の非水系溶媒)と実質的に重複してもよい。液状でかつ非水系電解液中の添加量が約10体積%以上を含まれる電極保護用添加剤は、リチウム塩を溶解する溶媒としての役割も担う。電極保護用添加剤は、本実施形態における電解液及び非水系二次電池の性能向上に寄与する物質であることが好ましいが、電気化学的な反応には直接関与しない物質をも包含する。
<Additive for electrode protection>
The electrolytic solution in the present embodiment may contain an additive that protects the electrodes. The electrode protection additive is not particularly limited as long as it does not hinder the solution of the problem according to the present invention. It may substantially overlap with a substance (ie, the non-aqueous solvent described above) that serves as a solvent for dissolving the lithium salt. The electrode protection additive, which is liquid and contains about 10% by volume or more in the non-aqueous electrolyte solution, also serves as a solvent for dissolving the lithium salt. The electrode protection additive is preferably a substance that contributes to improving the performance of the electrolytic solution and the non-aqueous secondary battery in the present embodiment, but also includes a substance that is not directly involved in the electrochemical reaction.

電極保護用添加剤の具体例としては、例えば、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,4−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、シス−4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、トランス−4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,4,5−トリフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,4,5,5−テトラフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、及び4,4,5−トリフルオロ−5−メチル−1,3−ジオキソラン−2−オンに代表されるフルオロエチレンカーボネート;ビニレンカーボネート、4,5−ジメチルビニレンカーボネート、及びビニルエチレンカーボネートに代表される不飽和結合含有環状カーボネート;γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、γ−カプロラクトン、δ−バレロラクトン、δ−カプロラクトン、及びε−カプロラクトンに代表されるラクトン;1,4−ジオキサンに代表される環状エーテル;エチレンサルファイト、プロピレンサルファイト、ブチレンサルファイト、ペンテンサルファイト、スルホラン、3-スルホレン、3−メチルスルホラン、1,3−プロパンスルトン、1,4−ブタンスルトン、1−プロペン1,3−スルトン、及びテトラメチレンスルホキシドに代表される環状硫黄化合物;無水酢酸、無水プロピオン酸、無水安息香酸に代表される鎖状酸無水物;マロン酸無水物、無水コハク酸、グルタル酸無水物、無水マレイン酸、無水フタル酸、1,2−シクロヘキサンジカルボン酸無水物、2,3−ナフタレンジカルボン酸無水物、又は、ナフタレン−1,4,5,8−テトラカルボン酸二無水物に代表される環状酸無水物;異なる2種類のカルボン酸、又はカルボン酸とスルホン酸等、違う種類の酸が脱水縮合した構造の混合酸無水物が挙げられる。これらは1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。 Specific examples of the electrode protection additive include 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one, 4,4-difluoro-1,3-dioxolan-2-one, and cis-4,5-difluoro. -1,3-dioxolan-2-one, trans-4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one, 4,4,5-trifluoro-1,3-dioxolan-2-one, 4, Fluoroethylene carbonate typified by 4,5,5-tetrafluoro-1,3-dioxolan-2-one and 4,4,5-trifluoro-5-methyl-1,3-dioxolan-2-one; Anhydride bond-containing cyclic carbonate typified by vinylene carbonate, 4,5-dimethylvinylene carbonate, and vinylethylene carbonate; γ-butyrolactone, γ-valerolactone, γ-caprolactone, δ-valerolactone, δ-caprolactone, and ε -Lactone typified by caprolactone; cyclic ether typified by 1,4-dioxane; ethylene sulphite, propylene sulphite, butylene sulphite, pentence sulphite, sulforane, 3-sulfolene, 3-methyl sulfolane, 1,3 -Cyclic sulfur compounds typified by propane sulton, 1,4-butane sulton, 1-propen 1,3-sulton, and tetramethylene sulfoxide; chain acid anhydrides typified by acetic anhydride, propionic anhydride, and benzoic anhydride. Malonic acid anhydride, succinic anhydride, glutaric anhydride, maleic anhydride, phthalic anhydride, 1,2-cyclohexanedicarboxylic acid anhydride, 2,3-naphthalenedicarboxylic acid anhydride, or naphthalene-1,4 , 5,8-Cyclic acid anhydride typified by tetracarboxylic acid dianhydride; a mixed acid anhydride having a structure in which two different types of carboxylic acids or different types of acids such as carboxylic acid and sulfonic acid are dehydrated and condensed. Can be mentioned. These may be used alone or in combination of two or more.

本実施形態における電解液中の電極保護用添加剤の含有量については、特に制限はないが、非水系電解液中の全量に対する電極保護用添加剤の含有量として、0.1〜30体積%であることが好ましく、0.3〜15体積%であることがより好ましく、0.5〜10体積%であることが更に好ましい。 The content of the electrode protection additive in the electrolytic solution in the present embodiment is not particularly limited, but the content of the electrode protection additive with respect to the total amount in the non-aqueous electrolyte solution is 0.1 to 30% by volume. It is preferably 0.3 to 15% by volume, more preferably 0.5 to 10% by volume.

本実施形態においては、電極保護用添加剤の含有量が多いほど電解液の劣化が抑えられる。しかし、電極保護用添加剤の含有量が少ないほど非水系二次電池の低温環境下における高出力特性が向上することになる。従って、電極保護用添加剤の含有量を上述の範囲内に調整することによって、非水系二次電池としての基本的な機能を損なうことなく、電解液の高イオン伝導度に基づく優れた性能を最大限に発揮することができる傾向にある。このような組成で電解液を調製することにより、非水系二次電池のサイクル性能、低温環境下における高出力性能及びその他の電池特性の全てを一層良好なものとすることができる傾向にある。 In the present embodiment, the larger the content of the electrode protection additive, the more the deterioration of the electrolytic solution can be suppressed. However, the smaller the content of the electrode protection additive, the better the high output characteristics of the non-aqueous secondary battery in a low temperature environment. Therefore, by adjusting the content of the electrode protection additive within the above range, excellent performance based on the high ionic conductivity of the electrolytic solution can be obtained without impairing the basic function as a non-aqueous secondary battery. It tends to be able to be maximized. By preparing the electrolytic solution with such a composition, the cycle performance of the non-aqueous secondary battery, the high output performance in a low temperature environment, and other battery characteristics all tend to be further improved.

非水系溶媒の一成分であるアセトニトリルは電気化学的に還元分解され易いため、該アセトニトリルを含む非水系溶媒は、負極への保護被膜形成のための電極保護用添加剤として環状の非プロトン性極性溶媒を1種以上含むことが好ましく、不飽和結合含有環状カーボネートを1種以上含むことがより好ましい。 Since acetonitrile, which is a component of the non-aqueous solvent, is easily reductively decomposed by electrochemical reduction, the non-aqueous solvent containing acetonitrile is a cyclic aprotic polarity as an electrode protection additive for forming a protective film on the negative electrode. It is preferable to contain one or more kinds of solvents, and it is more preferable to contain one or more kinds of unsaturated bond-containing cyclic carbonates.

不飽和結合含有環状カーボネートとしてはビニレンカーボネートが好ましく、ビニレンカーボネートの含有量は、非水系電解液中、0.1体積%以上4体積%以下であることが好ましく、0.2体積%以上3体積%未満であることがより好ましく、0.5体積%以上2.5体積%未満であることが更に好ましい。これにより、低温耐久性をより効果的に向上させることができ、低温性能に優れた二次電池を提供することが可能になる。 The unsaturated bond-containing cyclic carbonate is preferably vinylene carbonate, and the content of vinylene carbonate is preferably 0.1% by volume or more and 4% by volume or less, and 0.2% by volume or more and 3 volumes by volume in the non-aqueous electrolyte solution. It is more preferably less than%, and even more preferably 0.5% by volume or more and less than 2.5% by volume. As a result, the low temperature durability can be improved more effectively, and it becomes possible to provide a secondary battery having excellent low temperature performance.

電極保護用添加剤としてのビニレンカーボネートは負極表面でのアセトニトリルの還元分解反応を抑制するため、必須である場合が多く、不足すると電池性能が急激に低下する可能性がある。一方で、過剰な被膜形成は低温性能の低下を招く。そこで、ビニレンカーボネートの添加量を上記の範囲内に調整することで、界面(被膜)抵抗を低く抑えることができ、低温時のサイクル劣化を抑制することができる。 Vinylene carbonate as an electrode protection additive suppresses the reductive decomposition reaction of acetonitrile on the surface of the negative electrode, so it is often indispensable, and if it is insufficient, the battery performance may deteriorate sharply. On the other hand, excessive film formation causes deterioration of low temperature performance. Therefore, by adjusting the amount of vinylene carbonate added within the above range, the interface (coating) resistance can be suppressed to a low level, and cycle deterioration at low temperatures can be suppressed.

<FSOアニオン>
本実施形態において、電解液中に含まれるFSOアニオンの含有量が多すぎると、負極表面で還元分解反応が進行し、堆積した分解物は、界面(被膜)抵抗を増大させて出力性能の低下を招く。一方で、少量のFSOアニオンは負極保護被膜の強化に作用するため、FSOアニオンの含有量は、電解液に対し0.01ppm以上100ppm以下の範囲であることが好ましく、0.1ppm以上70ppm以下の範囲であることがより好ましく、1ppm以上50ppm以下の範囲であることが更に好ましい。
<FSO 3 anion>
In the present embodiment, if the content of the FSO 3 anion contained in the electrolytic solution is too large, the reduction decomposition reaction proceeds on the surface of the negative electrode, and the deposited decomposition product increases the interface (coating) resistance and the output performance. It causes a decline. On the other hand, since a small amount of FSO 3 anion acts to strengthen the negative electrode protective film, the content of FSO 3 anion is preferably in the range of 0.01 ppm or more and 100 ppm or less, and 0.1 ppm or more and 70 ppm with respect to the electrolytic solution. The range is more preferably 1 ppm or more and 50 ppm or less.

<その他の任意的添加剤>
本実施形態においては、非水系二次電池の充放電サイクル特性の改善、高温貯蔵性、安全性の向上(例えば過充電防止等)等の目的で、非水系電解液に、例えば、スルホン酸エステル、ジフェニルジスルフィド、シクロヘキシルベンゼン、ビフェニル、フルオロベンゼン、tert−ブチルベンゼン、リン酸エステル、非共有電子対周辺に立体障害のない窒素含有環状化合物、及びこれらの化合物の誘導体等から選択される任意的添加剤を、適宜含有させることもできる。リン酸エステルとしては、エチルジエチルホスホノアセテート(EDPA):(CO)(P=O)−CH(C=O)OC、リン酸トリス(トリフルオロエチル)(TFEP):(CFCHO)P=O、リン酸トリフェニル(TPP):(CO)P=O、及びリン酸トリアリル:(CH=CHCHO)P=O等が挙げられる。非共有電子対周辺に立体障害のない窒素含有環状化合物としては、ピリジン、1−メチル−1H−ベンゾトリアゾール、及び1−メチルピラゾール等が挙げられる。特にリン酸エステルは、貯蔵時の副反応を抑制する作用があり、効果的である。
<Other optional additives>
In the present embodiment, for the purpose of improving the charge / discharge cycle characteristics of the non-aqueous secondary battery, improving the high temperature storage property, improving the safety (for example, preventing overcharging, etc.), the non-aqueous electrolytic solution is used, for example, a sulfonic acid ester. , Diphenyldisulfide, cyclohexylbenzene, biphenyl, fluorobenzene, tert-butylbenzene, phosphate esters, nitrogen-containing cyclic compounds with no steric hindrance around unshared electron pairs, and optional additions selected from derivatives of these compounds. The agent may be appropriately contained. Phosphate esters include ethyldiethylphosphonoacetate (EDPA): (C 2 H 5 O) 2 (P = O) -CH 2 (C = O) OC 2 H 5 , tris phosphate (trifluoroethyl) ( TFEP) :( CF 3 CH 2 O) 3 P = O, Triphenyl Phosphate (TPP): (C 6 H 5 O) 3 P = O, and Triallyl Phosphate: (CH 2 = CHCH 2 O) 3 P = O and the like can be mentioned. Examples of the nitrogen-containing cyclic compound having no steric hindrance around the unshared electron pair include pyridine, 1-methyl-1H-benzotriazole, 1-methylpyrazole and the like. Phosphoric acid esters are particularly effective because they have the effect of suppressing side reactions during storage.

本実施形態におけるその他の任意的添加剤の含有量は、非水系電解液を構成する全ての成分の合計質量に対する質量百分率にて算出される。その他の任意的添加剤の含有量について、特に制限はないが、非水系電解液の全量に対し、0.01質量%以上10質量%以下の範囲であることが好ましく、0.02質量%以上5質量%以下であることがより好ましく、0.05〜3質量%であることが更に好ましい。その他の任意的添加剤の含有量を上述の範囲内に調整することによって、非水系二次電池としての基本的な機能を損なうことなく、より一層良好な電池特性を付加することができる傾向にある。 The content of the other optional additives in the present embodiment is calculated as a mass percentage with respect to the total mass of all the components constituting the non-aqueous electrolyte solution. The content of other optional additives is not particularly limited, but is preferably in the range of 0.01% by mass or more and 10% by mass or less, and 0.02% by mass or more, based on the total amount of the non-aqueous electrolyte solution. It is more preferably 5% by mass or less, and further preferably 0.05 to 3% by mass. By adjusting the content of other optional additives within the above range, it tends to be possible to add even better battery characteristics without impairing the basic functions of a non-aqueous secondary battery. be.

[セパレータ]
本実施形態における非水系二次電池は、正極及び負極の短絡防止、シャットダウン等の安全性付与の観点から、正極と負極との間にセパレータを備えることが好ましい。セパレータとしては、限定されるものではないが、公知の非水系二次電池に備えられるものと同様のものを用いてもよく、イオン透過性が大きく、機械的強度に優れる絶縁性の薄膜が好ましい。セパレータとしては、例えば、織布、不織布、合成樹脂製微多孔膜等が挙げられ、これらの中でも、合成樹脂製微多孔膜が好ましい。
[Separator]
The non-aqueous secondary battery in the present embodiment preferably has a separator between the positive electrode and the negative electrode from the viewpoint of preventing short circuits between the positive electrode and the negative electrode and imparting safety such as shutdown. The separator is not limited, but may be the same as that provided in a known non-aqueous secondary battery, and an insulating thin film having high ion permeability and excellent mechanical strength is preferable. .. Examples of the separator include woven fabrics, non-woven fabrics, and microporous membranes made of synthetic resin. Among these, microporous synthetic resin membranes are preferable.

合成樹脂製微多孔膜としては、例えば、ポリエチレン又はポリプロピレンを主成分として含有する微多孔膜、又は、これらのポリオレフィンの双方を含有する微多孔膜等のポリオレフィン系微多孔膜が好適に用いられる。不織布としては、例えば、ガラス製、セラミック製、ポリオレフィン製、ポリエステル製、ポリアミド製、液晶ポリエステル製、アラミド製等の耐熱樹脂製の多孔膜が挙げられる。 As the synthetic resin microporous membrane, for example, a polyolefin-based microporous membrane such as a microporous membrane containing polyethylene or polypropylene as a main component or a microporous membrane containing both of these polyolefins is preferably used. Examples of the non-woven fabric include a porous film made of a heat-resistant resin such as glass, ceramic, polyolefin, polyester, polyamide, liquid crystal polyester, and aramid.

セパレータは、1種の微多孔膜を単層又は複数積層した構成であってもよく、2種以上の微多孔膜を積層したものであってもよい。セパレータは、2種以上の樹脂材料を溶融混錬した混合樹脂材料を用いて単層又は複数層に積層した構成であってもよい。 The separator may have a structure in which one type of microporous membrane is laminated in a single layer or a plurality of types, or may be a structure in which two or more types of microporous membranes are laminated. The separator may have a structure in which two or more kinds of resin materials are melt-kneaded and laminated in a single layer or a plurality of layers using a mixed resin material.

機能付与を目的として、セパレータの表層又は内部に無機粒子を存在させてもよく、その他の有機層を更に塗工又は積層してもよい。また、架橋構造を含むものであってもよい。非水系二次電池の安全性能を高めるため、これらの手法は必要に応じ組み合わせてもよい。このようなセパレータを用いることで、特に上記の高出力用途のリチウムイオン二次電池に求められる良好な入出力特性、低い自己放電特性を実現することができる。 Inorganic particles may be present on the surface layer or inside of the separator for the purpose of imparting a function, and other organic layers may be further coated or laminated. Further, it may include a crosslinked structure. In order to improve the safety performance of the non-aqueous secondary battery, these methods may be combined as necessary. By using such a separator, it is possible to realize good input / output characteristics and low self-discharge characteristics particularly required for the above-mentioned lithium ion secondary battery for high output applications.

微多孔膜の膜厚は、特に限定はないが、膜強度の観点から1μm以上であることが好ましく、透過性の観点より500μm以下であることが好ましい。安全性試験など、発熱量が比較的高く、従来以上の自己放電特性を求められる高出力用途に使用されるという観点および、大型の電池捲回機での捲回性の観点から、5μm以上30μm以下であることが好ましく、10μm以上25μm以下であることがより好ましい。なお、耐ショート性能と出力性能の両立を重視する場合には、15μm以上25μm以下であることが更に好ましいが、高エネルギー密度化と出力性能の両立を重視する場合には、10μm以上15μm未満であることが更に好ましい。 The film thickness of the microporous membrane is not particularly limited, but is preferably 1 μm or more from the viewpoint of film strength, and is preferably 500 μm or less from the viewpoint of permeability. 5 μm or more and 30 μm from the viewpoint of being used for high output applications such as safety tests where the calorific value is relatively high and self-discharge characteristics higher than before are required, and from the viewpoint of winding performance with a large battery winding machine. It is preferably 10 μm or more, and more preferably 25 μm or less. When both short-circuit resistance and output performance are emphasized, it is more preferably 15 μm or more and 25 μm or less, but when both high energy density and output performance are emphasized, it is 10 μm or more and less than 15 μm. It is more preferable to have.

気孔率は、高出力時のリチウムイオンの急速な移動に追従する観点から、30%以上90%以下が好ましく、35%以上80%以下がより好ましく、40%以上70%以下が更に好ましい。なお、安全性を確保しつつ出力性能の向上を優先に考えた場合には、50%以上70%以下が特に好ましく、耐ショート性能と出力性能の両立を重視する場合には、40%以上50%未満が特に好ましい。 The porosity is preferably 30% or more and 90% or less, more preferably 35% or more and 80% or less, still more preferably 40% or more and 70% or less, from the viewpoint of following the rapid movement of lithium ions at the time of high output. When priority is given to improving output performance while ensuring safety, 50% or more and 70% or less is particularly preferable, and when both short-circuit resistance and output performance are emphasized, 40% or more and 50%. Less than% is particularly preferable.

透気度は、膜厚及び気孔率とのバランスの観点から、1秒/100cm以上400秒/100cm以下が好ましく、100秒/100cm以上350/100cm以下がより好ましい。なお、耐ショート性能と出力性能の両立を重視する場合には、150秒/100cm以上350秒/100cm以下が特に好ましく、安全性を確保しつつ出力性能の向上を優先に考えた場合には、100/100cm秒以上150秒/100cm未満が特に好ましい。 From the viewpoint of the balance between the film thickness and the porosity, the air permeability is preferably 1 second / 100 cm 3 or more and 400 seconds / 100 cm 3 or less, and more preferably 100 seconds / 100 cm 3 or more and 350/100 cm 3 or less. When it is important to achieve both short-circuit resistance and output performance, 150 seconds / 100 cm 3 or more and 350 seconds / 100 cm 3 or less is particularly preferable, and when improvement of output performance is prioritized while ensuring safety. Is particularly preferably 100/100 cm 3 seconds or more and less than 150 seconds / 100 cm 3.

一方で、イオン伝導度の低い非水系電解液と上記範囲内のセパレータを組み合わせた場合、リチウムイオンの移動速度がセパレータの構造ではなく、電解液のイオン伝導度の高さが律速となり、期待したような入出力特性が得られない傾向がある。そのため、非水電解液のイオン伝導度は10mS/cm以上が好ましく、15mS/cmがより好ましく、20mS/cmが更に好ましい。ただし、セパレータの膜厚、透気度及び気孔率、並びに非水系電解液のイオン伝導度は上記の例に限定されない。 On the other hand, when a non-aqueous electrolyte solution having low ionic conductivity and a separator within the above range are combined, the moving speed of lithium ions is not the structure of the separator, but the high ionic conductivity of the electrolytic solution is the rate-determining factor, which is expected. There is a tendency that such input / output characteristics cannot be obtained. Therefore, the ionic conductivity of the non-aqueous electrolytic solution is preferably 10 mS / cm or more, more preferably 15 mS / cm, and even more preferably 20 mS / cm. However, the film thickness, air permeability and porosity of the separator, and the ionic conductivity of the non-aqueous electrolyte solution are not limited to the above examples.

[電池外装]
本実施形態における非水系二次電池の電池外装の構成は特に限定されないが、例えば、電池缶及びラミネートフィルム外装体のいずれかの電池外装を用いることができる。電池缶としては、例えば、スチール、ステンレス、アルミニウム、又はクラッド材等から成る角型、角筒型、円筒型、楕円型、扁平型、コイン型、又はボタン型等の金属缶を用いることができる。ラミネートフィルム外装体としては、例えば、熱溶融樹脂/金属フィルム/樹脂の3層構成から成るラミネートフィルムを用いることができる。
[Battery exterior]
The configuration of the battery exterior of the non-aqueous secondary battery in the present embodiment is not particularly limited, and for example, any battery exterior of a battery can and a laminated film exterior can be used. As the battery can, for example, a metal can such as a square type, a square cylinder type, a cylindrical type, an elliptical type, a flat type, a coin type, or a button type made of steel, stainless steel, aluminum, clad material, or the like can be used. .. As the laminated film exterior body, for example, a laminated film having a three-layer structure of a heat-melted resin / metal film / resin can be used.

ラミネートフィルム外装体は、熱溶融樹脂側を内側に向けた状態で2枚重ねて、又は熱溶融樹脂側を内側に向けた状態となるように折り曲げて、端部をヒートシールにより封止した状態で外装体として用いることができる。ラミネートフィルム外装体を用いる場合、正極集電体に正極リード体(又は正極端子及び正極端子と接続するリードタブ)を接続し、負極集電体に負極リード体(又は負極端子及び負極端子と接続するリードタブ)を接続してもよい。この場合、正極リード体及び負極リード体(又は正極端子及び負極端子のそれぞれに接続されたリードタブ)の端部が外装体の外部に引き出された状態でラミネートフィルム外装体を封止してもよい。 The laminated film exterior is in a state where two sheets are stacked with the heat-melted resin side facing inward, or bent so that the heat-melted resin side faces inward, and the end is sealed by a heat seal. Can be used as an exterior body. When using the laminated film exterior body, connect the positive electrode lead body (or the lead tab connected to the positive electrode terminal and the positive electrode terminal) to the positive electrode current collector, and connect the negative electrode lead body (or the negative electrode terminal and the negative electrode terminal) to the negative electrode current collector. A lead tab) may be connected. In this case, the laminated film exterior body may be sealed with the ends of the positive electrode lead body and the negative electrode lead body (or the lead tabs connected to the positive electrode terminal and the negative electrode terminal respectively) pulled out to the outside of the exterior body. ..

《非水系二次電池の製造方法》
本実施形態における非水系二次電池は、上述の非水系電解液、正極活物質を有する正極、負極活物質を有する負極、及びセパレータ、並びに必要に応じて電池外装を用いて、公知の方法により作製することができる。
<< Manufacturing method of non-aqueous secondary battery >>
The non-aqueous secondary battery in the present embodiment uses the above-mentioned non-aqueous electrolyte solution, a positive electrode having a positive electrode active material, a negative electrode having a negative electrode active material, and a separator, and if necessary, a battery exterior, by a known method. Can be made.

先ず正極及び負極、並びにセパレータから成る積層体を形成することができる。例えば、長尺の正極と負極とを、正極と負極との間に該長尺のセパレータを介在させた積層体を作製し、これを巻回して巻回構造の積層体を形成する方法;正極及び負極を一定の面積と形状とを有する複数枚のシートに切断して得た正極シートと負極シートとを、セパレータシートを介して交互に積層した積層構造の積層体を形成する方法;長尺のセパレータをつづら折りにして、該つづら折りになったセパレータ同士の間に交互に正極体シートと負極体シートとを挿入した積層構造の積層体を形成する方法;等が可能である。 First, a laminate composed of a positive electrode, a negative electrode, and a separator can be formed. For example, a method of producing a laminated body in which a long positive electrode and a negative electrode are interposed between a positive electrode and a negative electrode and the long separator is interposed, and winding this to form a laminated body having a wound structure; a positive electrode. A method of forming a laminated body having a laminated structure in which a positive electrode sheet and a negative electrode sheet obtained by cutting a negative electrode into a plurality of sheets having a certain area and shape are alternately laminated via a separator sheet. A method of forming a laminated body having a laminated structure in which the positive electrode body sheet and the negative electrode body sheet are alternately inserted between the zigzag-folded separators is possible.

次いで、電池外装(電池ケース)内に上述の積層体を収容して、電解液を電池ケース内部に注液し、積層体を電解液に浸漬して封印することによって、本実施形態における非水系二次電池を作製することができる。又は、電解液を高分子材料から成る基材に含浸させることによって、ゲル状態の電解質膜を予め作製しておき、シート状の正極、負極、及び電解質膜、並びにセパレータを用いて積層構造の積層体を形成した後、電池外装内に収容して非水系二次電池を作製することもできる。 Next, the above-mentioned laminate is housed in the battery exterior (battery case), the electrolytic solution is injected into the battery case, and the laminate is immersed in the electrolytic solution to seal the non-aqueous system in the present embodiment. A secondary battery can be manufactured. Alternatively, a gel-like electrolyte film is prepared in advance by impregnating a base material made of a polymer material with an electrolytic solution, and a laminated structure is laminated using a sheet-shaped positive electrode, negative electrode, and electrolyte film, and a separator. After forming the body, it can be housed in the battery exterior to produce a non-aqueous secondary battery.

なお、電極の配置が、負極活物質層の外周端と正極活物質層の外周端とが重なる部分が存在するように、又は負極活物質層の非対向部分に幅が小さすぎる箇所が存在するように設計されている場合、電池組み立て時に電極の位置ずれが生じることにより、非水系二次電池における充放電サイクル特性が低下するおそれがある。よって、該非水系二次電池に使用する電極体は、電極の位置を予めポリイミドテープ、ポリフェニレンスルフィドテープ、PPテープ等のテープ類、接着剤等により、固定しておくことが好ましい。 It should be noted that the arrangement of the electrodes is such that there is a portion where the outer peripheral edge of the negative electrode active material layer and the outer peripheral edge of the positive electrode active material layer overlap, or there is a portion where the width is too small in the non-opposing portion of the negative electrode active material layer. If it is designed as such, the charge / discharge cycle characteristics of the non-aqueous secondary battery may deteriorate due to the displacement of the electrodes during battery assembly. Therefore, in the electrode body used for the non-aqueous secondary battery, it is preferable to fix the position of the electrode in advance with a tape such as a polyimide tape, a polyphenylene sulfide tape, a PP tape, an adhesive or the like.

本実施形態において、アセトニトリルを使用した非水系電解液を用いた場合、その高いイオン伝導性に起因して、非水系二次電池の初回充電時に正極から放出されたリチウムイオンが負極の全体に拡散してしまう可能性がある。非水系二次電池では、正極活物質層よりも負極活物質層の面積を大きくすることが一般的である。しかしながら、負極活物質層のうち正極活物質層と対向していない箇所にまでリチウムイオンが拡散して吸蔵されてしまうと、このリチウムイオンが初回放電時に放出されずに負極に留まることとなる。そのため、該放出されないリチウムイオンの寄与分が不可逆容量となってしまう。こうした理由から、アセトニトリルを含有する非水系電解液を用いた非水系二次電池では、初回充放電効率が低くなってしまう場合がある。一方、負極活物質層よりも正極活物質層の面積が大きいか、又は両者が同じである場合には、充電時に負極活物質層のエッジ部分で電流の集中が起こり易く、リチウムデンドライトが生成し易くなる。 In the present embodiment, when a non-aqueous electrolyte solution using acetonitrile is used, the lithium ions released from the positive electrode during the initial charging of the non-aqueous secondary battery diffuse to the entire negative electrode due to its high ionic conductivity. There is a possibility that it will be done. In a non-aqueous secondary battery, the area of the negative electrode active material layer is generally larger than that of the positive electrode active material layer. However, if lithium ions are diffused and occluded to a portion of the negative electrode active material layer that does not face the positive electrode active material layer, the lithium ions are not released at the time of initial discharge and remain in the negative electrode. Therefore, the contribution of the unreleased lithium ion becomes an irreversible capacity. For this reason, a non-aqueous secondary battery using a non-aqueous electrolyte solution containing acetonitrile may have a low initial charge / discharge efficiency. On the other hand, when the area of the positive electrode active material layer is larger than that of the negative electrode active material layer, or when both are the same, current is likely to be concentrated at the edge portion of the negative electrode active material layer during charging, and lithium dendrite is generated. It will be easier.

正極活物質層と負極活物質層とが対向する部分の面積に対する、負極活物質層全体の面積の比について特に制限はないが、上記の理由により、1.0より大きく1.1未満であることが好ましく、1.002より大きく1.09未満であることがより好ましく、1.005より大きく1.08未満であることが更に好ましく、1.01より大きく1.08未満であることが特に好ましい。アセトニトリルを含む非水系電解液を用いた非水系二次電池では、正極活物質層と負極活物質層とが対向する部分の面積に対する、負極活物質層全体の面積の比を小さくすることにより、初回充放電効率を改善できる。 There is no particular limitation on the ratio of the area of the entire negative electrode active material layer to the area of the portion where the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer face each other, but for the above reason, it is larger than 1.0 and less than 1.1. It is more preferably greater than 1.002 and less than 1.09, more preferably greater than 1.005 and less than 1.08, and particularly greater than 1.01 and less than 1.08. preferable. In a non-aqueous secondary battery using a non-aqueous electrolyte solution containing acetonitrile, the ratio of the area of the entire negative electrode active material layer to the area of the portion where the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer face each other is reduced. The initial charge / discharge efficiency can be improved.

正極活物質層と負極活物質層とが対向する部分の面積に対する、負極活物質層全体の面積の比を小さくするということは、負極活物質層のうち、正極活物質層と対向していない部分の面積の割合を制限することを意味している。これにより、初回充電時に正極から放出されたリチウムイオンのうち、正極活物質層とは対向していない負極活物質層の部分に吸蔵されるリチウムイオンの量(すなわち、初回放電時に負極から放出されずに不可逆容量となるリチウムイオンの量)を可及的に低減することが可能となる。よって、正極活物質層と負極活物質層とが対向する部分の面積に対する、負極活物質層全体の面積の比を上記の範囲に設計することによって、アセトニトリルを使用することによる電池の負荷特性向上を図りつつ、電池の初回充放電効率を高め、更にリチウムデンドライトの生成も抑えることができるのである。 Reducing the ratio of the area of the entire negative electrode active material layer to the area of the portion where the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer face each other means that the negative electrode active material layer does not face the positive electrode active material layer. It means limiting the proportion of the area of the part. As a result, of the lithium ions released from the positive electrode during the initial charge, the amount of lithium ions occluded in the portion of the negative electrode active material layer not facing the positive electrode active material layer (that is, released from the negative electrode during the initial discharge). It is possible to reduce the amount of lithium ions, which becomes an irreversible capacity) as much as possible. Therefore, by designing the ratio of the area of the entire negative electrode active material layer to the area of the portion where the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer face each other within the above range, the load characteristics of the battery can be improved by using acetonitrile. It is possible to improve the initial charge / discharge efficiency of the battery and further suppress the generation of lithium dendrite.

本実施形態における非水系二次電池は、初回充電により電池として機能し得るが、初回充電のときに電解液の一部が分解することにより安定化する。初回充電の方法について特に制限はないが、初回充電は0.001〜0.3Cで行われることが好ましく、0.002〜0.25Cで行われることがより好ましく、0.003〜0.2Cで行われることが更に好ましい。初回充電は、途中に定電圧充電を経由して行われることも好ましい結果を与える。設計容量を1時間で放電する定電流が1Cである。リチウム塩が電気化学的な反応に関与する電圧範囲を長く設定することによって、安定強固なSEIが電極表面に形成され、内部抵抗の増加を抑制する効果があることの他、反応生成物が負極160のみに強固に固定化されることなく、何らかの形で、正極150、セパレータ170等の、負極160以外の部材にも良好な効果を与える。このため、非水系電解液に溶解したリチウム塩の電気化学的な反応を考慮して初回充電を行うことは、非常に有効である。 The non-aqueous secondary battery in the present embodiment can function as a battery by the first charge, but is stabilized by a part of the electrolytic solution being decomposed at the first charge. The method of initial charging is not particularly limited, but the initial charging is preferably performed at 0.001 to 0.3C, more preferably 0.002 to 0.25C, and 0.003 to 0.2C. It is more preferable to be carried out in. It is also preferable that the initial charging is performed via constant voltage charging on the way. The constant current that discharges the design capacity in 1 hour is 1C. By setting a long voltage range in which the lithium salt is involved in the electrochemical reaction, a stable and strong SEI is formed on the electrode surface, which has the effect of suppressing an increase in internal resistance, and the reaction product is a negative electrode. It is not firmly fixed only to the 160, but somehow gives a good effect to members other than the negative electrode 160, such as the positive electrode 150 and the separator 170. Therefore, it is very effective to perform the initial charging in consideration of the electrochemical reaction of the lithium salt dissolved in the non-aqueous electrolyte solution.

本実施形態における非水系二次電池は、複数個の非水系二次電池を直列又は並列に接続した電池パックとして使用することもできる。電池パックの充放電状態を管理する観点から、1個当たりの使用電圧範囲は2〜5Vであることが好ましく、2.5〜5Vであることがより好ましく、2.75V〜5Vであることが特に好ましい。 The non-aqueous secondary battery in the present embodiment can also be used as a battery pack in which a plurality of non-aqueous secondary batteries are connected in series or in parallel. From the viewpoint of controlling the charge / discharge state of the battery pack, the working voltage range per battery pack is preferably 2 to 5 V, more preferably 2.5 to 5 V, and more preferably 2.75 V to 5 V. Especially preferable.

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である Although the embodiment for carrying out the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment. The present invention can be modified in various ways without departing from the gist thereof.

以下、実施例によって本発明を更に詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples, but the present invention is not limited to these examples.

(1)非水系電解液の調製
不活性雰囲気下、各種非水系溶媒、各種酸無水物、及び各種添加剤を、それぞれが所定の濃度になるよう混合し、更に、各種リチウム塩をそれぞれ所定の濃度になるよう添加することにより、非水系電解液(S1)及び(S2)を調製した。これらの非水系電解液組成を表1に示す。
(1) Preparation of non-aqueous electrolyte solution Under an inert atmosphere, various non-aqueous solvents, various acid anhydrides, and various additives are mixed so as to have a predetermined concentration, and further, various lithium salts are added to each predetermined concentration. The non-aqueous electrolyte solutions (S1) and (S2) were prepared by adding them to a concentration. The composition of these non-aqueous electrolyte solutions is shown in Table 1.

表1における非水系溶媒、リチウム塩、及び添加剤の略称は、それぞれ以下の意味である。また、表1における添加剤の質量%は、非水系電解液の全量に対する質量%を示している。
(非水系溶媒)
EMC:エチルメチルカーボネート
GBL:γ―ブチロラクトン
EC:エチレンカーボネート
VC:ビニレンカーボネート
(リチウム塩)
LiPF6:ヘキサフルオロリン酸リチウム
LiFSI:リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiN(SO2F)2
The abbreviations for non-aqueous solvents, lithium salts, and additives in Table 1 have the following meanings. Further, the mass% of the additive in Table 1 indicates the mass% with respect to the total amount of the non-aqueous electrolyte solution.
(Non-aqueous solvent)
EMC: Ethyl Methyl Carbonate GBL: γ-Butyrolactone EC: Ethylene Carbonate VC: Vinylene Carbonate (Lithium Salt)
LiPF 6 : Lithium hexafluorophosphate LiFSI: Lithium bis (fluorosulfonyl) imide (LiN (SO 2 F) 2 )

Figure 2021190314
Figure 2021190314

(2)コイン型非水系二次電池の作製
(2−1)正極の作製
(A)正極活物質としてリチウム、ニッケル、マンガン、及びコバルトの複合酸化物(LiNi0.8Mn0.1Co0.1)と、(B)導電助剤として、アセチレンブラック粉末と、バインダーとして、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)とを、94:3:3の質量比で混合し、正極合剤を得た。得られた正極合剤に溶剤としてN−メチル−2−ピロリドンを固形分68質量%となるように投入して更に混合して、正極合剤含有スラリーを調製した。正極集電体となる厚さ15μm、幅280mmのアルミニウム箔の片面に、この正極合剤含有スラリーの目付量を調節しながら、塗工幅240〜250mm、塗工長125mm、無塗工長20mmの塗布パターンになるよう3本ロール式転写コーターを用いて塗布し、熱風乾燥炉で溶剤を乾燥除去した。得られた電極ロールは、両サイドをトリミングカットし、130℃8時間の減圧乾燥を実施した。その後、ロールプレスで正極活物質層の密度が2.9g/cmになるように圧延することにより、正極活物質層と正極集電体とからなる正極を得た。正極集電体を除く目付量は16.6mg/cmであった。
(2) Fabrication of coin-type non-aqueous secondary battery (2-1) Fabrication of positive electrode (A) Composite oxide of lithium, nickel, manganese, and cobalt as positive electrode active material (LiNi 0.8 Mn 0.1 Co 0) .1 O 2 ), (B) acetylene black powder as a conductive auxiliary agent, and polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder were mixed at a mass ratio of 94: 3: 3 to obtain a positive electrode mixture. .. N-Methyl-2-pyrrolidone as a solvent was added to the obtained positive electrode mixture so as to have a solid content of 68% by mass and further mixed to prepare a slurry containing a positive electrode mixture. Applying width 240 to 250 mm, coating length 125 mm, uncoated length 20 mm while adjusting the basis weight of this positive electrode mixture-containing slurry on one side of an aluminum foil with a thickness of 15 μm and a width of 280 mm, which is a positive electrode current collector. The coating was applied using a 3-roll transfer coater so as to have the coating pattern of, and the solvent was dried and removed in a hot air drying oven. Both sides of the obtained electrode roll were trimmed and cut, and dried under reduced pressure at 130 ° C. for 8 hours. Then, by rolling with a roll press so that the density of the positive electrode active material layer was 2.9 g / cm 3 , a positive electrode composed of the positive electrode active material layer and the positive electrode current collector was obtained. The basis weight excluding the positive electrode current collector was 16.6 mg / cm 2 .

(2−2)負極の作製
(a)負極活物質として、黒鉛粉末と、(b)導電助剤として、アセチレンブラック粉末と、バインダーとして、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)とを、90.0:3.0:7.0の質量比で混合し、負極合剤を得た。得られた負極合剤に溶剤として水を固形分45質量%となるように投入して更に混合して、負極合剤含有スラリーを調製した。負極集電体となる厚さ8μm、幅280mmの銅箔の片面に、この負極合剤含有スラリーの目付量を調節しながら、塗工幅240〜250mm、塗工長125mm、無塗工長20mmの塗布パターンになるよう3本ロール式転写コーターを用いて塗布し、熱風乾燥炉で溶剤を乾燥除去した。得られた電極ロールは、両サイドをトリミングカットし、80℃12時間の減圧乾燥を実施した。その後、ロールプレスで負極活物質層の密度が1.4g/cmになるよう圧延して、負極活物質層と負極集電体から成る負極を得た。負極集電体を除く目付量は10.3mg/cmであった。
(2-2) Preparation of negative electrode (a) Graphite powder as a negative electrode active material, (b) acetylene black powder as a conductive auxiliary agent, and polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder, 90.0: 3. The mixture was mixed at a mass ratio of 0.0: 7.0 to obtain a negative electrode mixture. Water was added to the obtained negative electrode mixture as a solvent so as to have a solid content of 45% by mass, and the mixture was further mixed to prepare a slurry containing the negative electrode mixture. While adjusting the basis weight of this negative electrode mixture-containing slurry on one side of a copper foil with a thickness of 8 μm and a width of 280 mm, which is a negative electrode current collector, the coating width is 240 to 250 mm, the coating length is 125 mm, and the coating length is 20 mm. The coating was applied using a 3-roll transfer coater so as to have the coating pattern of, and the solvent was dried and removed in a hot air drying furnace. Both sides of the obtained electrode roll were trimmed and cut, and dried under reduced pressure at 80 ° C. for 12 hours. Then, it was rolled by a roll press so that the density of the negative electrode active material layer was 1.4 g / cm 3 , and a negative electrode composed of the negative electrode active material layer and the negative electrode current collector was obtained. The basis weight excluding the negative electrode current collector was 10.3 mg / cm 2 .

(2−3)コイン型非水系二次電池の組み立て
CR2032タイプの電池ケース(SUS304/Alクラッド)にポリプロピレン製ガスケットをセットし、その中央に上述のようにして得られた正極を直径15.958mmの円盤状に打ち抜いたものを、正極活物質層を上向きにしてセットした。その上からガラス繊維濾紙(アドバンテック社製、GA−100)を直径16.156mmの円盤状に打ち抜いたものをセットして、非水系電解液を150μL注入した後、上述のようにして得られた負極を直径16.156mmの円盤状に打ち抜いたものを、負極活物質層を下向きにしてセットした。更にスペーサーとスプリングをセットした後に電池キャップをはめ込み、カシメ機でかしめた。あふれた電解液はウエスできれいにふきとった。25℃で12時間保持し、積層体に非水系電解液を十分馴染ませてコイン型非水系二次電池を得た。
(2-3) Assembly of coin-type non-aqueous secondary battery A polypropylene gasket is set in a CR2032 type battery case (SUS304 / Al clad), and the positive electrode obtained as described above is placed in the center thereof with a diameter of 15.958 mm. The one punched out in the shape of a disk was set with the positive electrode active material layer facing up. A glass fiber filter paper (GA-100 manufactured by Advantech) punched out in a disk shape having a diameter of 16.156 mm was set from above, and 150 μL of a non-aqueous electrolyte solution was injected, and then obtained as described above. The negative electrode was punched into a disk shape having a diameter of 16.156 mm and set with the negative electrode active material layer facing down. After setting the spacer and spring, the battery cap was fitted and crimped with a caulking machine. The overflowing electrolyte was wiped clean with a waste cloth. The battery was kept at 25 ° C. for 12 hours, and the non-aqueous electrolyte solution was sufficiently blended into the laminate to obtain a coin-type non-aqueous secondary battery.

(3)コイン型非水系二次電池の評価
上述のようにして得られたコイン型非水系二次電池について、まず、下記(3−1)の手順に従って初回充電処理及び初回充放電容量測定を行った。次に(3−2)の手順に従ってそれぞれのコイン型非水系二次電池を評価した。なお、充放電はアスカ電子(株)製の充放電装置ACD−M01A(商品名)及びヤマト科学(株)製のプログラム恒温槽IN804(商品名)を用いて行った。ここで、1Cとは満充電状態の電池を定電流で放電して1時間で放電終了となることが期待される電流値を意味する。満充電状態から定電流で放電して1時間で放電終了となることが期待される電流値を意味する。
(3) Evaluation of coin-type non-aqueous secondary battery For the coin-type non-aqueous secondary battery obtained as described above, first, the initial charging process and the initial charge / discharge capacity measurement are performed according to the procedure of (3-1) below. gone. Next, each coin-type non-aqueous secondary battery was evaluated according to the procedure of (3-2). Charging / discharging was performed using a charging / discharging device ACD-M01A (trade name) manufactured by Asuka Electronics Co., Ltd. and a program constant temperature bath IN804 (trade name) manufactured by Yamato Scientific Co., Ltd. Here, 1C means a current value that is expected to end the discharge in 1 hour by discharging the fully charged battery with a constant current. It means a current value that is expected to be discharged at a constant current from a fully charged state and to be completed in 1 hour.

(3−1)コイン型非水系二次電池の初回充放電処理
コイン型非水系二次電池の周囲温度を25℃に設定し、0.025Cに相当する0.15mAの定電流で充電して3.1Vに到達した後、0.05Cに相当する0.3mAの定電流で充電して4.2Vに到達した後、4.2Vの定電圧で電流が0.025Cに減衰するまで充電を行った。その後、0.15Cに相当する0.9mAの定電流で3.0Vまで放電した。次に、0.2Cに相当する1.2mAの定電流で4.2Vに到達した後、4.2Vの定電圧で電流が0.025Cに減衰するまで充電を行った。その後、0.2Cに相当する1.2mAの電流値で3Vまで放電した。その後、上記と同様の充放電を更に1サイクル行った。
(3-1) Initial charge / discharge treatment of a coin-type non-aqueous secondary battery Set the ambient temperature of the coin-type non-aqueous secondary battery to 25 ° C, and charge it with a constant current of 0.15 mA, which corresponds to 0.025 C. After reaching 3.1V, it is charged with a constant current of 0.3mA corresponding to 0.05C, and after reaching 4.2V, it is charged with a constant voltage of 4.2V until the current is attenuated to 0.025C. gone. Then, it was discharged to 3.0V with a constant current of 0.9mA corresponding to 0.15C. Next, after reaching 4.2 V with a constant current of 1.2 mA corresponding to 0.2 C, charging was performed with a constant voltage of 4.2 V until the current attenuated to 0.025 C. Then, it was discharged to 3V with a current value of 1.2mA corresponding to 0.2C. Then, the same charge / discharge as above was performed for another cycle.

(3−2)サイクル試験
上記(3−1)に記載の方法で初回充放電処理を行ったコイン型非水系二次電池について、周囲温度を50℃に設定し、1.5Cに相当する9mAの定電流で4.2Vに到達した後、4.2Vの定電圧で電流が0.025Cに減衰するまで充電を行った。その後、1.5Cに相当する9mAの電流値で3Vまで放電した。その後、上記と同様に50℃における充放電1回を1サイクルとして、1000サイクル行った。初回充放電処理時の2サイクル目の放電容量を100%としたときのサイクル試験時の1000サイクル目の充電容量を、容量維持率として算出した。
(3-2) Cycle test For a coin-type non-aqueous secondary battery that was initially charged and discharged by the method described in (3-1) above, the ambient temperature was set to 50 ° C and 9 mA equivalent to 1.5 C. After reaching 4.2 V with a constant current of 4.2 V, charging was performed with a constant voltage of 4.2 V until the current attenuated to 0.025 C. After that, it was discharged to 3 V with a current value of 9 mA corresponding to 1.5 C. Then, in the same manner as described above, 1000 cycles were performed with one charge / discharge at 50 ° C. as one cycle. The charge capacity of the 1000th cycle in the cycle test when the discharge capacity of the second cycle in the first charge / discharge treatment was set to 100% was calculated as the capacity retention rate.

(3−3)正極の粉末X線回折
サイクル試験終了後、アルゴン雰囲気下でコイン型非水系二次電池を解体して正極を取り出し、ジエチルカーボネートで洗浄後、乾燥し、粉末X線回折装置による測定を行った。また、コイン型非水系二次電池を組み立てる前の正極についても、粉末X線回折装置による測定を行った。測定装置はリガク製Ultima−IVを使用した。X線源はCu−Kα、励起電圧は40kV,電流は40mA、光学系は集中光学系、Cu−Kβ線のフィルタはNi箔、検出器はDtex(高感度検出器)、測定方式はθ/2θ法、スリットはDS=1°、SS=解放、RS=解放、縦スリット=10mm、2θ/θスキャンは2θ=5〜90°(0.02°/ステップ、0.5°/分)とした。
(3-3) Powder X-ray diffraction of positive electrode After the cycle test is completed, the coin-type non-aqueous secondary battery is disassembled in an argon atmosphere, the positive electrode is taken out, washed with diethyl carbonate, dried, and subjected to a powder X-ray diffractometer. Measurements were made. In addition, the positive electrode before assembling the coin-type non-aqueous secondary battery was also measured by a powder X-ray diffractometer. The measuring device used was Ultima-IV manufactured by Rigaku. X-ray source is Cu-Kα, excitation voltage is 40kV, current is 40mA, optical system is centralized optical system, Cu-Kβ ray filter is Ni foil, detector is Dtex (high sensitivity detector), measurement method is θ / 2θ method, DS = 1 ° for slit, SS = release, RS = release, vertical slit = 10 mm, 2θ / θ scan is 2θ = 5 to 90 ° (0.02 ° / step, 0.5 ° / min) did.

格子定数の算出および、結晶子サイズの算出はリガク製のソフトウェア(PDXL)を用いた。結晶子サイズの評価はSiを外部標準とした。結晶子サイズの算出は下記Scherrerの式を用いた。格子定数は、観測された全てのピークを使って最小二乗法で精密化した。格子は六方晶、空間群はR−3m(a=b,α=β=90°,γ=120°)とした。
Scherrerの式 D=K×λ/(β×cosθ)
D:結晶子サイズ(結晶子サイズは2θ=64.5〜66.0°の回折ピーク(110)から算出した)
K:scherrer定数(0.94)
λ:波長(1.5418), β:半値幅(rad)
θ:ブラッグ角
β=B・γ
γ=0.9991−0.01905(b/B)−2.8205(b/B)+2.878(b/B)―1.0366(b/B)
ここで、bはSiの半値幅、Bはサンプルの半値幅とした。
コイン型非水系二次電池を組み立てる前の正極における正極活物質のc軸の格子定数をc1、サイクル試験後の正極における正極活物質のc軸の格子定数をc2とする。
Rigaku's software (PDXL) was used to calculate the lattice constant and crystallite size. Si was used as an external standard for evaluation of crystallite size. The following Scherrer equation was used to calculate the crystallite size. The lattice constant was refined by the least squares method using all the observed peaks. The lattice was hexagonal, and the space group was R-3m (a = b, α = β = 90 °, γ = 120 °).
Scherrer's equation D = K × λ / (β × cos θ)
D: Crystallite size (crystallite size was calculated from the diffraction peak (110) of 2θ = 64.5 to 66.0 °)
K: Scherrer constant (0.94)
λ: Wavelength (1.5418), β: Full width at half maximum (rad)
θ: Bragg angle β = B · γ
γ = 0.9991-0.01905 (b / B) -2.8205 (b / B) 2 +2.878 (b / B) 3 -1.0366 (b / B) 4
Here, b is the half-value width of Si, and B is the half-value width of the sample.
Let c1 be the lattice constant of the c-axis of the positive electrode active material in the positive electrode before assembling the coin-type non-aqueous secondary battery, and c2 be the lattice constant of the c-axis of the positive electrode active material in the positive electrode after the cycle test.

[実施例1及び比較例1]
正極、負極、表1の非水系電解液を用い、上述の(2)に記載の方法に従ってコイン型非水系二次電池を作製した。次に、上述の(3−1)〜(3−3)の手順に従ってそれぞれのコイン型非水系二次電池を評価した。この試験結果を表2および表3に示す。
[Example 1 and Comparative Example 1]
Using the positive electrode, the negative electrode, and the non-aqueous electrolyte solution shown in Table 1, a coin-type non-aqueous secondary battery was produced according to the method described in (2) above. Next, each coin-type non-aqueous secondary battery was evaluated according to the above-mentioned procedures (3-1) to (3-3). The test results are shown in Tables 2 and 3.

Figure 2021190314
Figure 2021190314

Figure 2021190314
Figure 2021190314

表2および表3に示すように、実施例1は、サイクル試験の容量維持率が80%以上であり、格子定数の変化率が0.9%以下、結晶子サイズは630Å以上であった。一方で比較例1はサイクル試験の容量維持率が76%以下であり、格子定数の変化率が1.2%以上、結晶子サイズは600Å未満であった。本結果が示すように、格子定数の変化率が1%以下である本発明の非水系二次電池は、サイクル試験における容量維持率が高く、高温環境下でのサイクル性能を改善できることが明らかとなった。 As shown in Tables 2 and 3, in Example 1, the capacity retention rate in the cycle test was 80% or more, the rate of change in the lattice constant was 0.9% or less, and the crystallite size was 630 Å or more. On the other hand, in Comparative Example 1, the capacity retention rate in the cycle test was 76% or less, the rate of change of the lattice constant was 1.2% or more, and the crystallite size was less than 600 Å. As shown by this result, it is clear that the non-aqueous secondary battery of the present invention having a change rate of the lattice constant of 1% or less has a high capacity retention rate in a cycle test and can improve the cycle performance in a high temperature environment. became.

本発明の非水系二次電池は、例えば、携帯電話機、携帯オーディオ機器、パーソナルコンピュータ、IC(Integrated Circuit)タグ等の携帯機器用の充電池;ハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド自動車、電気自動車等の自動車用充電池;12V級電源、24V級電源、48V級電源等の低電圧電源;住宅用蓄電システム、IoT機器等としての利用等が期待される。また、本発明の非水系二次電池は、寒冷地用の用途、及び夏場の屋外用途等にも適用することができる。 The non-aqueous secondary battery of the present invention is, for example, a rechargeable battery for portable devices such as mobile phones, portable audio devices, personal computers, and IC (Integrated Circuit) tags; automobiles such as hybrid vehicles, plug-in hybrid vehicles, and electric vehicles. Rechargeable batteries; low-voltage power sources such as 12V class power supplies, 24V class power supplies, and 48V class power supplies; Expected to be used as residential power storage systems, IoT devices, and the like. Further, the non-aqueous secondary battery of the present invention can be applied to applications in cold regions, outdoor applications in summer, and the like.

100 非水系二次電池
110 電池外装
120 空間
130 正極リード体
140 負極リード体
150 正極
160 負極
170 セパレータ
100 Non-aqueous secondary battery 110 Battery exterior 120 Space 130 Positive electrode lead body 140 Negative electrode lead body 150 Positive electrode 160 Negative electrode 170 Separator

Claims (4)

正極活物質を有する正極と、負極活物質を有する負極と、セパレータと、非水系電解液とを有する非水系二次電池であって、
上記非水系電解液は、FSOアニオンの含有量が100ppm以下であり、
前記正極は、リチウム含有金属酸化物を含有し、
前記リチウム含有金属酸化物は、下記一般式:
LiNiCoMn
で表され、式中、0.7<x<0.9、0<y<0.2、0<z<0.2であり、
前記非水系二次電池を組み立てる前の未通電の正極をCu−Kα線による粉末X線回折で解析したときの前記正極活物質のc軸の格子定数をc1とし、前記非水系二次電池に下記条件で通電後の正極をCu−Kα線による粉末X線回折で解析したときの前記正極活物質のc軸の格子定数をc2とすると、下記式1:
{(c2/c1)−1}×100 ・・・式1
で表される変化率が1%以下であり、
前記通電の条件は、前記非水系二次電池を、25℃環境下で、電池電圧が4.2Vとなるまで定電流充電し、その後電流値が0.025Cとなるまで定電圧充電し、定電流で3Vまで放電する工程を2サイクル、次に前記非水系二次電池を、50℃環境下で、電池電圧が4.2Vとなるまで定電流充電し、電流値が0.025Cとなるまで定電圧充電し、定電流で3Vまで放電を行う工程を1000サイクル行う、非水系二次電池。
A non-aqueous secondary battery having a positive electrode having a positive electrode active material, a negative electrode having a negative electrode active material, a separator, and a non-aqueous electrolyte solution.
The non-aqueous electrolyte solution has an FSO 3 anion content of 100 ppm or less.
The positive electrode contains a lithium-containing metal oxide and has a lithium-containing metal oxide.
The lithium-containing metal oxide has the following general formula:
LiNi x Co y Mn z O 2
In the formula, 0.7 <x <0.9, 0 <y <0.2, 0 <z <0.2.
The c-axis lattice constant of the positive electrode active material when the unenergized positive electrode before assembling the non-aqueous secondary battery is analyzed by powder X-ray diffraction with Cu—Kα rays is set to c1 and the non-aqueous secondary battery is used. Assuming that the c-axis lattice constant of the positive electrode active material is c2 when the positive electrode after energization is analyzed by powder X-ray diffraction with Cu-Kα rays under the following conditions, the following equation 1:
{(C2 / c1) -1} × 100 ・ ・ ・ Equation 1
The rate of change represented by is 1% or less,
The energization condition is that the non-aqueous secondary battery is charged at a constant current in a 25 ° C environment until the battery voltage reaches 4.2 V, and then charged at a constant current until the current value reaches 0.025 C. Two cycles of discharging to 3V with current, then the non-aqueous secondary battery is charged at a constant current in a 50 ° C environment until the battery voltage reaches 4.2V, until the current value reaches 0.025C. A non-aqueous secondary battery that performs 1000 cycles of charging at a constant voltage and discharging to 3V at a constant current.
前記通電後の正極における前記正極活物質のc軸の格子定数c2が14.35Å以下である、請求項1に記載の非水系二次電池。 The non-aqueous secondary battery according to claim 1, wherein the lattice constant c2 of the c-axis of the positive electrode active material in the positive electrode after energization is 14.35 Å or less. 前記通電後の正極における前記正極活物質の結晶子サイズが600Å以上である、請求項1又は2に記載の非水系二次電池。 The non-aqueous secondary battery according to claim 1 or 2, wherein the crystallite size of the positive electrode active material in the positive electrode after energization is 600 Å or more. 前記非水系電解液は、イミド塩とLiPFを含有し、前記イミド塩のモル濃度>前記LiPFのモル濃度である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の非水系二次電池。 The non-aqueous secondary battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the non-aqueous electrolyte solution contains an imide salt and LiPF 6, and the molar concentration of the imide salt> the molar concentration of the LiPF 6. ..
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