JP2022076996A - Electrolytic solution for non-aqueous secondary battery, and non-aqueous secondary battery using the same - Google Patents

Electrolytic solution for non-aqueous secondary battery, and non-aqueous secondary battery using the same Download PDF

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Kazushige Kono
友成 竹内
Tomonari Takeuchi
比夏里 栄部
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Abstract

To provide an electrolytic solution capable of improving charge and discharge cycle characteristics in a non-aqueous secondary battery in which lithium-free transition metal sulfide is used as a positive electrode active material.SOLUTION: Provided is an electrolytic solution used for a non-aqueous secondary battery in which lithium-free transition metal sulfide is used as a positive electrode active material. The electrolytic solution contains: an organic solvent containing a cyclic carbonate compound; and an additive agent.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、非水二次電池用電解液及びそれを用いた非水二次電池に関する。 The present invention relates to an electrolytic solution for a non-aqueous secondary battery and a non-aqueous secondary battery using the same.

近年の携帯電子機器、ハイブリッド車等の高性能化により、それらに用いられるリチウムイオン二次電池は益々高容量化が求められている。しかしながら、現行のリチウムイオン二次電池は、負極に比べて正極の高容量化が不十分であり、比較的高容量と言われるニッケル酸リチウム系材料でもその容量は190~220mAh/g程度に過ぎない。 Due to the recent improvement in the performance of portable electronic devices, hybrid vehicles, etc., the lithium ion secondary batteries used in them are required to have higher capacities. However, in the current lithium ion secondary battery, the capacity of the positive electrode is insufficiently increased as compared with the negative electrode, and the capacity of the lithium nickelate material, which is said to have a relatively high capacity, is only about 190 to 220 mAh / g. not.

一方、硫黄は理論容量が約1670mAh/gと高く、正極活物質としての利用が期待されるが、一般的に、硫黄系の正極活物質は、充放電サイクルを繰り返すと容量が低下することが知られている。充放電時に多硫化リチウムとして有機電解液に溶出するためであり、有機電解液への溶出を抑制する技術が不可欠である。 On the other hand, sulfur has a high theoretical capacity of about 1670 mAh / g and is expected to be used as a positive electrode active material. However, in general, the capacity of a sulfur-based positive electrode active material may decrease as the charge / discharge cycle is repeated. Are known. This is because it elutes into the organic electrolytic solution as lithium polysulfide during charging and discharging, and a technique for suppressing elution into the organic electrolytic solution is indispensable.

リチウム非含有遷移金属硫化物(リチウムを含有しない遷移金属硫化物)は電子伝導性を有しており、有機電解液への溶出も少ないものの、十分とは言えない。リチウム非含有遷移金属硫化物として、例えば、バナジウム硫化物を例に取ると、試薬として販売されている結晶性硫化バナジウム(III)(V)を正極活物質として用いた場合には、有機電解液との反応を抑制することができないために、実測の容量は充電容量が23mAh/g程度、放電容量が52mAh/g程度に過ぎない。これに対して、本発明者らは、特定の組成を有する低結晶性バナジウム硫化物が、リチウムイオン二次電池用電極活物質として使用した場合に高い容量を示し、また、充放電サイクル特性にも優れることを報告した(例えば、特許文献1参照)。 Lithium-free transition metal sulfides (lithium-free transition metal sulfides) have electron conductivity and are less likely to elute into organic electrolytes, but are not sufficient. Taking vanadium sulfide as an example of a lithium-free transition metal sulfide, for example, when crystalline vanadium ( III) sulfide (V2 S 3 ) sold as a reagent is used as a positive electrode active material, Since the reaction with the organic electrolytic solution cannot be suppressed, the measured capacity is only about 23 mAh / g for the charge capacity and about 52 mAh / g for the discharge capacity. On the other hand, the present inventors show a high capacity when a low crystalline vanadium sulfide having a specific composition is used as an electrode active material for a lithium ion secondary battery, and also have charge / discharge cycle characteristics. Also reported to be excellent (see, for example, Patent Document 1).

国際公開第2018/181698号International Publication No. 2018/181698

上記のように、本発明者らは、リチウムイオン二次電池用電極活物質として使用した場合に高い容量を示し、また、充放電サイクル特性にも優れる材料を開発したが、リチウムイオン二次電池に対する高性能化の要請はとどまることがなく、充放電サイクル特性についてはさらなる改善が求められている。 As described above, the present inventors have developed a material that exhibits high capacity when used as an electrode active material for a lithium ion secondary battery and also has excellent charge / discharge cycle characteristics. However, the lithium ion secondary battery has been developed. There is no end to the demand for higher performance, and further improvements are required for charge / discharge cycle characteristics.

サイクル劣化の原因については、リチウム非含有遷移金属硫化物と電解液との反応による副生成物の堆積や電極活物質成分の減少等が挙げられ、これらの抑制が充放電サイクル特性の改善につながると考えられる。両者の反応を抑制する方法としては、例えば、反応性の低い電解液を用いる等を挙げることができる。 Causes of cycle deterioration include accumulation of by-products due to the reaction between lithium-free transition metal sulfide and electrolytic solution and reduction of electrode active material components, and suppression of these leads to improvement of charge / discharge cycle characteristics. it is conceivable that. As a method of suppressing the reaction between the two, for example, an electrolytic solution having low reactivity can be used.

本発明は、上記した従来技術の現状に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、リチウム非含有遷移金属硫化物を正極活物質として使用した非水二次電池において、充放電サイクル特性を向上させることができる電解液を提供することである。 The present invention has been made in view of the above-mentioned current state of the prior art, and a main object thereof is a charge / discharge cycle characteristic in a non-aqueous secondary battery using a lithium-free transition metal sulfide as a positive electrode active material. Is to provide an electrolytic solution that can improve.

本発明者らは、上記した目的を達成すべく鋭意研究を重ねてきた。その結果、環状カーボネート化合物を含む有機溶媒と、添加剤とを含有することで、リチウム非含有遷移金属硫化物を正極活物質として使用した非水二次電池において、充放電サイクル特性をさらに向上させることができることを見出した。本発明は、このような知見に基づいて更に研究を重ねた結果、完成されたものである。即ち、本発明は、以下の構成を包含する。 The present inventors have carried out diligent research to achieve the above-mentioned object. As a result, the charge / discharge cycle characteristics are further improved in the non-aqueous secondary battery using the lithium-free transition metal sulfide as the positive electrode active material by containing the organic solvent containing the cyclic carbonate compound and the additive. I found that I could do it. The present invention has been completed as a result of further research based on such findings. That is, the present invention includes the following configurations.

項1.正極活物質としてリチウム非含有遷移金属硫化物を使用する非水二次電池に用いられる非水二次電池用電解液であって、
前記電解液は、環状カーボネート化合物を含む有機溶媒と、添加剤とを含有する、非水二次電池用電解液。
Item 1. An electrolytic solution for a non-aqueous secondary battery used in a non-aqueous secondary battery that uses a lithium-free transition metal sulfide as a positive electrode active material.
The electrolytic solution is an electrolytic solution for a non-aqueous secondary battery containing an organic solvent containing a cyclic carbonate compound and an additive.

項2.前記添加剤が、一般式(1): Item 2. The additive is the general formula (1) :.

Figure 2022076996000001
Figure 2022076996000001

[式中、R及びRは同一又は異なって、水素原子又はハロゲン原子を示す。実線と破線で示される結合は単結合又は二重結合を示す。]
で表される化合物、又は一般式(2):
[In the formula, R 1 and R 2 are the same or different and indicate a hydrogen atom or a halogen atom. Bonds shown by solid and dashed lines indicate single or double bonds. ]
The compound represented by, or the general formula (2) :.

Figure 2022076996000002
Figure 2022076996000002

[式中、Rは同一又は異なって、ハロゲン原子を示す。Mは対カチオンを示す。]
で表される化合物である、請求項1に記載の非水二次電池用電解液。
[In the formula, R 3 is the same or different and represents a halogen atom. M indicates a counter cation. ]
The electrolytic solution for a non-aqueous secondary battery according to claim 1, which is a compound represented by.

項3.前記一般式(1)で表される化合物が、ビニレンカーボネート(VC)、フルオロエチレンカーボネート(FEC)、トリフルオロメチルエチレンカーボネート及びビニルエチレンカーボネートよりなる群から選ばれる少なくとも1種を含有し、
前記一般式(2)で表される化合物が、ジフルオロ(オキサラト)ホウ酸リチウム(DFOB)を含有する、項2に記載の非水二次電池用電解液。
Item 3. The compound represented by the general formula (1) contains at least one selected from the group consisting of vinylene carbonate (VC), fluoroethylene carbonate (FEC), trifluoromethylethylene carbonate and vinylethylene carbonate.
Item 2. The electrolytic solution for a non-aqueous secondary battery according to Item 2, wherein the compound represented by the general formula (2) contains difluoro (oxalate) lithium borate (DFOB).

項4.前記添加剤の含有量が、前記有機溶媒100質量部に対して、0.5~20質量部である、項1~3のいずれか1項に記載の非水二次電池用電解液。 Item 4. Item 2. The electrolytic solution for a non-aqueous secondary battery according to any one of Items 1 to 3, wherein the content of the additive is 0.5 to 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the organic solvent.

項5.前記有機溶媒の総量を100体積%として、前記環状カーボネート化合物の含有量が80~100体積%であり、鎖状カーボネート化合物の含有量が0~20体積%である、項1~4のいずれか1項に記載の非水二次電池用電解液。 Item 5. Any of Items 1 to 4, wherein the total amount of the organic solvent is 100% by volume, the content of the cyclic carbonate compound is 80 to 100% by volume, and the content of the chain carbonate compound is 0 to 20% by volume. The electrolytic solution for a non-aqueous secondary battery according to item 1.

項6.前記鎖状カーボネート化合物が、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)及びメチルプロピルカーボネートよりなる群から選ばれる少なくとも1種である、項5に記載の非水二次電池用電解液。 Item 6. Item 5. The non-aqueous secondary according to Item 5, wherein the chain carbonate compound is at least one selected from the group consisting of dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC) and methyl propyl carbonate. Electrolyte for batteries.

項7.前記環状カーボネート化合物が、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)及びブチレンカーボネートよりなる群から選ばれる少なくとも1種である、項1~6のいずれか1項に記載の非水二次電池用電解液。 Item 7. Item 2. The non-aqueous secondary battery according to any one of Items 1 to 6, wherein the cyclic carbonate compound is at least one selected from the group consisting of ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC) and butylene carbonate. Electrolyte.

項8.前記リチウム非含有遷移金属硫化物が、バナジウム硫化物、モリブデン硫化物及び鉄硫化物よりなる群から選ばれる少なくとも1種である、項1~7のいずれか1項に記載の非水二次電池用電解液。 Item 8. Item 2. The non-aqueous secondary battery according to any one of Items 1 to 7, wherein the lithium-free transition metal sulfide is at least one selected from the group consisting of vanadium sulfide, molybdenum sulfide, and iron sulfide. Electrolyte.

項9.さらに、リチウム塩を含有する、項1~8のいずれか1項に記載の非水二次電池用電解液。 Item 9. Item 2. The electrolytic solution for a non-aqueous secondary battery according to any one of Items 1 to 8, further comprising a lithium salt.

項10.前記リチウム塩が、スルホニル基を有する有機リチウム塩及びホウ素原子を有する有機リチウム塩よりなる群から選ばれる少なくとも1種である、項9に記載の非水二次電池用電解液。 Item 10. Item 9. The electrolytic solution for a non-aqueous secondary battery according to Item 9, wherein the lithium salt is at least one selected from the group consisting of an organic lithium salt having a sulfonyl group and an organic lithium salt having a boron atom.

項11.前記リチウム塩が、リチウムトリフルオロメタンスルホネート(LiCFSO)、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(LiTFSI)、リチウムビス(ペンタフルオロエタンスルホニル)イミド(Li(CSON)、リチウムヘキサフルオロフォスファート(LiPF)、リチウムテトラフルオロボレート(LiBF)、リチウムヘキサフルオロアルセナート(LiAsF)、過塩素酸リチウム(LiClO)、リチウムビス(オキサレート)ボレート(LiBOB)、リチウムオキサレートジフルオロボレート(LiBF(C))、及びリチウムビス(マロネート)ボレート(LiB(C)よりなる群から選ばれる少なくとも1種である、項9又は10に記載の非水二次電池用電解液。 Item 11. The lithium salt is lithium trifluoromethanesulfonate (LiCF 3 SO 3 ), lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (LiTFSI), lithium bis (pentafluoroethanesulfonyl) imide (Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N). , Lithium Hexafluorophosphate (LiPF 6 ), Lithium Tetrafluoroborate (LiBF 4 ), Lithium Hexafluoroarsenate (LiAsF 6 ), Lithium Perchlorate (LiClO 4 ), Lithium Bis (oxalate) Borate (LiBOB), Lithium Item 9 or 10 which is at least one selected from the group consisting of oxalate difluoroborate (LiBF 2 (C 2 O 4 )) and lithium bis (malonate) bolate (LiB (C 3 O 4 H 2 ) 2 ). The electrolyte for non-aqueous secondary batteries described in 1.

項12.前記リチウム塩の濃度が、0.3~2.5mol/Lである、項9~11のいずれか1項に記載の非水二次電池用電解液。 Item 12. Item 2. The electrolytic solution for a non-aqueous secondary battery according to any one of Items 9 to 11, wherein the concentration of the lithium salt is 0.3 to 2.5 mol / L.

項13.リチウムイオン二次電池用電解液である、項1~12のいずれか1項に記載の非水二次電池用電解液。 Item 13. Item 2. The electrolytic solution for a non-aqueous secondary battery according to any one of Items 1 to 12, which is an electrolytic solution for a lithium ion secondary battery.

項14.項1~13のいずれか1項に記載の非水二次電池用電解液を備える、非水二次電池。 Item 14. A non-aqueous secondary battery comprising the electrolytic solution for a non-aqueous secondary battery according to any one of Items 1 to 13.

項15.リチウムイオン二次電池である、項14に記載の非水二次電池。 Item 15. Item 2. The non-aqueous secondary battery according to Item 14, which is a lithium ion secondary battery.

本発明によれば、リチウム非含有遷移金属硫化物を正極活物質として使用した非水二次電池において、充放電サイクル特性をさらに向上させることができる。 According to the present invention, in a non-aqueous secondary battery using a lithium-free transition metal sulfide as a positive electrode active material, the charge / discharge cycle characteristics can be further improved.

本明細書において、「含有」は、「含む(comprise)」、「実質的にのみからなる(consist essentially of)」、及び「のみからなる(consist of)」のいずれも包含する概念である。また、本明細書において、数値範囲を「A~B」で示す場合、A以上B以下を意味する。 As used herein, "contains" is a concept that includes any of "comprise," "consist essentially of," and "consist of." Further, in the present specification, when the numerical range is indicated by "A to B", it means A or more and B or less.

本明細書において、各成分の濃度(mol/L)は、有機溶媒1Lに対して、所望のモル数含んでいることを意味する。 In the present specification, the concentration (mol / L) of each component means that a desired number of moles is contained with respect to 1 L of the organic solvent.

1.非水二次電池用電解液
本発明の非水二次電池用電解液は、正極活物質としてリチウム非含有遷移金属硫化物を使用する非水二次電池に用いられる非水二次電池用電解液であって、前記電解液は、環状カーボネート化合物を含む有機溶媒と、添加剤とを含有する。
1. 1. Electrolyte for non-aqueous secondary battery The electrolytic solution for non-aqueous secondary battery of the present invention is an electrolysis for non-aqueous secondary battery used in a non-aqueous secondary battery using a lithium-free transition metal sulfide as a positive electrode active material. The electrolytic solution is a liquid and contains an organic solvent containing a cyclic carbonate compound and an additive.

(1-1)リチウム非含有遷移金属硫化物
本発明において、遷移金属硫化物としては、リチウムを含むものについては、アルゴンガス雰囲気等の不活性雰囲気下での取り扱いが必要となるため、リチウム非含有遷移金属硫化物を使用する。このようなリチウム非含有遷移金属硫化物としては、本発明の非水二次電池用電解液が使用される非水二次電池において、正極活物質として使用されるリチウムを含有しない遷移金属硫化物であり、リチウムイオン二次電池の正極活物質として知られているリチウム非含有遷移金属硫化物であれば特に制限されない。具体的には、バナジウム硫化物(リチウム非含有バナジウム硫化物;国際公開第2018/181698号)、ニオブ硫化物及びチタンニオブ硫化物(リチウム非含有ニオブ硫化物及びリチウム非含有チタンニオブ硫化物;国際公開第2015/049986号)、モリブデン硫化物(リチウム非含有モリブデン硫化物)、鉄硫化物(リチウム非含有鉄硫化物)等が挙げられる。なお、国際公開第2018/181698号及び国際公開第2015/049986号の記載は、参照により引用する(incorporate by reference)。これらのリチウム非含有遷移金属硫化物は、単独で用いることもでき、2種以上を組合せて用いることもできる。これらのなかでも、充放電容量、充放電サイクル特性等の観点から、バナジウム硫化物(リチウム非含有バナジウム硫化物;国際公開第2018/181698号)、モリブデン硫化物(リチウム非含有モリブデン硫化物)、鉄硫化物(リチウム非含有鉄硫化物)等が好ましく、バナジウム硫化物(リチウム非含有バナジウム硫化物;国際公開第2018/181698号)がより好ましい。
(1-1) Lithium-Free Transition Metal Sulfide In the present invention, the transition metal sulfide containing lithium needs to be handled in an inert atmosphere such as an argon gas atmosphere, and therefore lithium-free. Use transition metal sulfides contained. As such a lithium-free transition metal sulfide, a lithium-free transition metal sulfide used as a positive electrode active material in a non-aqueous secondary battery in which the electrolytic solution for a non-aqueous secondary battery of the present invention is used. The above is not particularly limited as long as it is a lithium-free transition metal sulfide known as a positive electrode active material of a lithium ion secondary battery. Specifically, vanadium sulfide (lithium-free vanadium sulfide; International Publication No. 2018/181698), niobium sulfide and titanium niobium sulfide (lithium-free niobium sulfide and lithium-free titanium niobium sulfide; International Publication No. 2015/049986), molybdenum sulfide (molybdenum-free molybdenum sulfide), iron sulfide (lithium-free iron sulfide), and the like. The descriptions of International Publication No. 2018/181698 and International Publication No. 2015/049986 are cited by reference (incorporate by reference). These lithium-free transition metal sulfides can be used alone or in combination of two or more. Among these, vanadium sulfide (lithium-free vanadium sulfide; International Publication No. 2018/181698), molybdenum sulfide (lithium-free molybdenum sulfide), from the viewpoint of charge / discharge capacity, charge / discharge cycle characteristics, etc. Iron sulfide (molybdenum-free iron sulfide) and the like are preferable, and vanadium sulfide (molybdenum-free vanadium sulfide; International Publication No. 2018/181698) is more preferable.

このようなリチウム非含有遷移金属硫化物は、結晶性材料及び低結晶性材料(又は非晶質材料)をいずれも採用できる。なかでも、充放電容量、充放電サイクル特性等に特に優れ、仮に有機電解液と接した場合に有機電解液との反応を抑制しやすい観点からは、低結晶性材料(又は非晶質材料)が好ましい。 As such a lithium-free transition metal sulfide, both a crystalline material and a low crystalline material (or an amorphous material) can be adopted. Among them, a low crystalline material (or amorphous material) is particularly excellent in charge / discharge capacity, charge / discharge cycle characteristics, etc., and from the viewpoint of easily suppressing the reaction with the organic electrolytic solution when in contact with the organic electrolytic solution. Is preferable.

本発明において、リチウム非含有遷移金属硫化物としては、硫黄と遷移金属との組成比(S/M)は、充放電容量、充放電サイクル特性等に特に優れ、合成しやすく、仮に有機電解液と接した場合に有機電解液との反応を抑制しやすい観点から、モル比で2.1~10であることが好ましい。 In the present invention, as the lithium-free transition metal sulfide, the composition ratio (S / M 1 ) of sulfur and the transition metal is particularly excellent in charge / discharge capacity, charge / discharge cycle characteristics, etc., easy to synthesize, and tentatively organic electrolysis. From the viewpoint of easily suppressing the reaction with the organic electrolytic solution when in contact with the liquid, the molar ratio is preferably 2.1 to 10.

より詳細には、リチウム非含有遷移金属硫化物は、一般式(2):
(2)
[式中、Mは遷移金属を示す。xは2.1~10を示す。]
で表される組成を有することが好ましい。なお、Mとして複数の遷移金属を含む場合は、硫黄と遷移金属の総量との組成比(S/M)をモル比で2.1~10とすることが好ましい。
More specifically, the lithium-free transition metal sulfide is described in the general formula (2) :.
M 1 S x (2)
[In the equation, M 1 represents a transition metal. x indicates 2.1 to 10. ]
It is preferable to have a composition represented by. When a plurality of transition metals are contained as M 1 , the composition ratio (S / M 1 ) of sulfur and the total amount of the transition metals is preferably 2.1 to 10 in terms of molar ratio.

このように、本発明において、リチウム非含有金属硫化物は、遷移金属(M)に対する硫黄の元素比が高い。このため、本発明において、リチウム非含有金属硫化物を用いることで、高い充放電容量及び優れた充放電サイクル特性を有することができる。なお、本発明では、硫黄の含有量を高くするほど(xを大きくするほど)充放電容量が高くなりやすく、硫黄の含有量を低くするほど(xを小さくするほど)単体硫黄を含みにくくして充放電サイクル特性が高くなりやすい。本発明においては、充放電サイクル特性に劣る硫化物を使用したとしても、後述する組成の電解液を使用することで充放電サイクル特性を向上させることができることから、充放電容量は高くなりやすいものの充放電サイクル特性は不十分となりやすい多硫化物を適用することに特に有用性が認められる。このため、xとしては2.1~10が好ましく、3~8がより好ましい。 As described above, in the present invention, the lithium-free metal sulfide has a high elemental ratio of sulfur to the transition metal (M 1 ). Therefore, in the present invention, by using the lithium-free metal sulfide, it is possible to have a high charge / discharge capacity and excellent charge / discharge cycle characteristics. In the present invention, the higher the sulfur content (the larger x), the higher the charge / discharge capacity tends to be, and the lower the sulfur content (the smaller x), the more difficult it is to contain elemental sulfur. The charge / discharge cycle characteristics tend to be high. In the present invention, even if a sulfide having inferior charge / discharge cycle characteristics is used, the charge / discharge cycle characteristics can be improved by using an electrolytic solution having a composition described later, so that the charge / discharge capacity tends to be high. It is particularly useful for applying polysulfides whose charge / discharge cycle characteristics tend to be inadequate. Therefore, x is preferably 2.1 to 10, and more preferably 3 to 8.

以下、好ましいリチウム非含有遷移金属硫化物であるバナジウム硫化物(リチウム非含有バナジウム硫化物)を例に取って、説明する。 Hereinafter, vanadium sulfide (lithium-free vanadium sulfide), which is a preferable lithium-free transition metal sulfide, will be described as an example.

本発明において、バナジウム硫化物は、結晶性四硫化バナジウム(IV)(VS)と類似した結晶構造(以下、「VS型結晶構造」と言うこともある)を有することが好ましい。 In the present invention, the vanadium sulfide preferably has a crystal structure similar to that of crystalline vanadium tetrasulfide (IV) (VS 4 ) (hereinafter, may be referred to as “VS 4 type crystal structure”).

より具体的には、バナジウム硫化物は、CuKα線によるX線回折図における回折角2θ=10°~80°の範囲内において、±1.0°の許容範囲で、15.4°、35.3°及び45.0°にピークを有することが好ましい。つまり、14.4°~16.4°、34.3°~36.3°及び44.0°~46.0°の範囲にピークを有することが好ましい。 More specifically, the vanadium sulfide is 15.4 °, 35. In the range of the diffraction angle 2θ = 10 ° to 80 ° in the X-ray diffraction pattern by CuKα ray, within the allowable range of ± 1.0 °. It is preferable to have peaks at 3 ° and 45.0 °. That is, it is preferable to have peaks in the ranges of 14.4 ° to 16.4 °, 34.3 ° to 36.3 ° and 44.0 ° to 46.0 °.

なお、本発明において、X線回折図は、粉末X線回折測定法(θ-2θ法)によって求められるものであり、以下の測定条件:
測定装置:D8ADVANCE(BrukerAXS)
X線源:CuKα40kV/40mA
測定条件:2θ=10°~80°、0.1°ステップ、走査速度0.02°/秒
で測定する。
In the present invention, the X-ray diffraction pattern is obtained by the powder X-ray diffraction measurement method (θ-2θ method), and the following measurement conditions are:
Measuring device: D8ADVANCE (BrookerAXS)
X-ray source: CuKα40kV / 40mA
Measurement conditions: Measure at 2θ = 10 ° to 80 °, 0.1 ° step, scanning speed 0.02 ° / sec.

本発明において、バナジウム硫化物は、上記した2θ位置にピークを有することが好ましいが、回折角2θ=10°~80°の範囲内において、±1.0°の許容範囲で、54.0°及び56.0°の少なくとも1箇所(特に全て)にもピークを有することが好ましい。 In the present invention, the vanadium sulfide preferably has a peak at the above-mentioned 2θ position, but in the range of the diffraction angle 2θ = 10 ° to 80 °, within the allowable range of ± 1.0 °, 54.0 °. And it is preferable to have a peak at at least one point (particularly all) at 56.0 °.

本発明において、バナジウム硫化物は、平均組成としては硫黄の比率が高い硫化物であるにもかかわらず、硫黄は後述のように単体硫黄としてはほとんど存在せず、バナジウムと結合して低結晶性の硫化物を形成していることが好ましい。このように、本発明において、バナジウム硫化物は、結晶性を低くすることにより、リチウムイオンが挿入及び脱離可能なサイトがより多く存在し、また、3次元的にリチウムの導電経路となり得る隙間を構造的に有しやすくすることができる。また、充放電時に3次元的な体積変化を行いやすい等多数の利点を有している。このため、充放電容量及び充放電サイクル特性をさらに向上させることができる。また、原料として使用する硫化バナジウム(V等)もほとんど存在しないことが好ましい。なお、本明細書において、硫化物の平均組成とは、硫化物の全体を構成する各元素の元素比を示す。 In the present invention, vanadium sulfide is a sulfide having a high proportion of sulfur as an average composition, but sulfur hardly exists as elemental sulfur as described later, and is combined with vanadium to have low crystallinity. It is preferable that the sulfide is formed. As described above, in the present invention, the vanadium sulfide has more sites into which lithium ions can be inserted and desorbed by lowering the crystallinity, and a gap that can be a three-dimensional conductive path of lithium. Can be structurally easy to hold. In addition, it has many advantages such as easy three-dimensional volume change during charging and discharging. Therefore, the charge / discharge capacity and the charge / discharge cycle characteristics can be further improved. Further, it is preferable that vanadium sulfide ( V2 S3 or the like) used as a raw material is almost absent. In the present specification, the average composition of sulfide indicates the elemental ratio of each element constituting the whole of sulfide.

以下、本発明における「低結晶性」について説明する。本発明において、バナジウム硫化物においては、2θ=15.4°、35.3°及び45.0°にピークが存在しないか、又はピークが現れたとしてもそのピークの半値全幅がいずれも0.8~2.0°(特に1.0~2.0°)であることが好ましい。これは、X線回折ピークの半値全幅が結晶子サイズに反比例するため、すなわちピークの半値全幅が大きいことは結晶粒径が相対的に小さいことを示すためであり、結晶性硫化バナジウム(IV)(VS)においては、2θ=15.4°、35.3°及び45.0°のピークの半値全幅がいずれも0.2~0.6°であることに基づくものである。このように、本発明において、バナジウム硫化物は、2θ=15.4°、35.3°及び45.0°にピークが存在しないか、又はピークが現れてもそのピークの半値全幅が、結晶性硫化バナジウム(IV)(VS)のピークの半値全幅と比較すると大きいことが好ましい。このように、本発明においては低結晶性であることにより、Liが安定して存在できるサイトが増えやすいため、低結晶性のリチウム非含有金属硫化物を正極活物資として使うと、充放電容量及び充放電サイクル特性を向上させやすい。 Hereinafter, "low crystallinity" in the present invention will be described. In the present invention, in vanadium sulfide, there is no peak at 2θ = 15.4 °, 35.3 ° and 45.0 °, or even if a peak appears, the full width at half maximum of the peak is 0. It is preferably 8 to 2.0 ° (particularly 1.0 to 2.0 °). This is because the full width at half maximum of the X-ray diffraction peak is inversely proportional to the crystallinity size, that is, the large full width at half maximum of the peak indicates that the crystal grain size is relatively small, and the crystalline vanadium sulfide (IV). In (VS 4 ), it is based on the fact that the full width at half maximum of the peaks of 2θ = 15.4 °, 35.3 ° and 45.0 ° is 0.2 to 0.6 °. Thus, in the present invention, the vanadium sulfide has no peak at 2θ = 15.4 °, 35.3 ° and 45.0 °, or even if a peak appears, the full width at half maximum of the peak is crystallized. It is preferably larger than the full width at half maximum of the peak of vanadium (IV) sulfide (VS 4 ). As described above, since the low crystallinity in the present invention tends to increase the number of sites where Li can stably exist, when a low crystallinity lithium-free metal sulfide is used as a positive electrode active material, the charge / discharge capacity is increased. And it is easy to improve the charge / discharge cycle characteristics.

また、単体硫黄等を多量に含む材料を正極活物質として用いた場合には、本発明の非水二次電池用電解液中に含まれる環状カーボネート化合物は単体硫黄と反応を起こしやすいことと比較して、本発明において、例えば、十分な時間メカニカルミリング処理をした場合等においては、上記したバナジウム硫化物は単体硫黄等をほとんど含んでいないため、正極活物質として使用する場合には、環状カーボネート化合物を用いた場合にもこれらの問題は生じず、充放電容量及び充放電サイクル特性を飛躍的に向上させやすい。 Further, when a material containing a large amount of elemental sulfur or the like is used as the positive electrode active material, the cyclic carbonate compound contained in the electrolytic solution for a non-aqueous secondary battery of the present invention is compared with the fact that it easily reacts with elemental sulfur. In the present invention, for example, when the mechanical milling treatment is performed for a sufficient time, the vanadium sulfide described above contains almost no elemental sulfur or the like, and therefore, when used as a positive electrode active material, a cyclic carbonate. Even when a compound is used, these problems do not occur, and it is easy to dramatically improve the charge / discharge capacity and charge / discharge cycle characteristics.

より具体的には、硫黄(S)の最も強いピークは、±1.0°の許容範囲で、2θ=23.0°に存在する。このことから、CuKα線によるX線回折図において、±1.0°の許容範囲で、単体硫黄に特徴的なピークである、2θ=23.0°近傍に極大を有するピークを有さないか、2θ=23.0°近傍に極大を有するピークの面積が、前記2θ=35.3°近傍に極大を有するピークの面積の0~20%、特に0.1~19%であることが好ましい。これにより、本発明において、バナジウム硫化物を、単体硫黄をほとんど含まない材料とすることができ、上記のような電解液との反応を起こす懸念をより少なくし、充放電容量及び充放電サイクル特性をより向上させることができる。 More specifically, the strongest peak of sulfur (S 8 ) exists at 2θ = 23.0 ° with a tolerance of ± 1.0 °. From this, in the X-ray diffraction diagram using CuKα rays, is there a peak having a maximum near 2θ = 23.0 °, which is a peak characteristic of simple sulfur within the allowable range of ± 1.0 °? The area of the peak having the maximum in the vicinity of 2θ = 23.0 ° is preferably 0 to 20%, particularly 0.1 to 19% of the area of the peak having the maximum in the vicinity of 2θ = 35.3 °. .. Thereby, in the present invention, the vanadium sulfide can be used as a material containing almost no elemental sulfur, the concern of causing a reaction with the electrolytic solution as described above is further reduced, and the charge / discharge capacity and charge / discharge cycle characteristics are reduced. Can be further improved.

本発明において、バナジウム硫化物は、他にも、±1.0°の許容範囲で、単体硫黄に特徴的なピークである2θ=25.8°近傍及び27.8°近傍の位置についても、ピークを有さないか、当該位置に極大を有するピークの面積が、前記2θ=35.3°近傍に極大を有するピークの面積の0~10%、特に0.1~8%であることが好ましい。これにより、バナジウム硫化物において、単体硫黄をほとんど含まない材料とすることができ、上記のような電解液との反応を起こす懸念をより少なくし、充放電容量及び充放電サイクル特性をより向上させることができる。 In the present invention, the vanadium sulfide also has a permissible range of ± 1.0 ° at positions near 2θ = 25.8 ° and 27.8 °, which are characteristic peaks of elemental sulfur. The area of the peak having no peak or having a maximum at the position is 0 to 10%, particularly 0.1 to 8% of the area of the peak having a maximum in the vicinity of 2θ = 35.3 °. preferable. As a result, the vanadium sulfide can be made into a material containing almost no elemental sulfur, the concern of causing a reaction with the electrolytic solution as described above is reduced, and the charge / discharge capacity and charge / discharge cycle characteristics are further improved. be able to.

このような条件を満たすバナジウム硫化物は、X線/中性子原子対相関関数解析(PDF解析)において、±0.1Åの許容範囲で、g(r)=2.4Å(g(r)は、二体分布関数で、各原子間距離のところにピークを示す)の位置に強いピークを有することが好ましいが、より充放電容量及び充放電サイクル特性が良好な硫化物については、±0.1Åの許容範囲で、g(r)=2.0Åに肩ピークを有することがより好ましく、また、±0.1Åの許容範囲で、g(r)=3.3Åの位置にもピークを有することがより好ましい。言い換えれば、バナジウム硫化物は、V-S結合のみならず、S-S結合(ジスルフィド結合)も有することが好ましい。これは、VSにおいて、V-S結合に由来するg(r)が2.4Åに、S-S結合に由来するg(r)が2.0および3.3Åにピークを持つことに由来するためである。 The vanadium sulfide that satisfies these conditions is within the allowable range of ± 0.1 Å in the X-ray / neutron atom pair correlation function analysis (PDF analysis), and g (r) = 2.4 Å (g (r)). It is preferable to have a strong peak at the position (which shows a peak at the distance between each atom in the two-atom distribution function), but for sulfides with better charge / discharge capacity and charge / discharge cycle characteristics, ± 0.1 Å. It is more preferable to have a shoulder peak at g (r) = 2.0 Å within the allowable range of ± 0.1 Å, and also have a peak at the position of g (r) = 3.3 Å within the allowable range of ± 0.1 Å. Is more preferable. In other words, the vanadium sulfide preferably has not only a VS bond but also an SS bond (disulfide bond). This is because in VS 4 , g (r) derived from VS bond has a peak at 2.4 Å, and g (r) derived from SS bond has a peak at 2.0 and 3.3 Å. To do.

本発明において、上記したバナジウム硫化物は、例えば、原料又は中間体として、バナジウム硫化物及び硫黄を用い、メカニカルミリング法に供する工程を備える製造方法によって得ることができる。 In the present invention, the above-mentioned vanadium sulfide can be obtained, for example, by using vanadium sulfide and sulfur as raw materials or intermediates and using a production method comprising a step of subjecting to a mechanical milling method.

メカニカルミリング処理は、機械的エネルギーを付与しながら原料を摩砕混合する方法であり、この方法によれば、原料に機械的な衝撃及び摩擦を与えて摩砕混合することによって、バナジウム硫化物及び硫黄が激しく接触して微細化され、原料の反応が生じる。つまり、この際、混合、粉砕及び反応が同時に生じる。このため、原料を高温に熱することなく、原料をより確実に反応させることが可能である。メカニカルミリング処理を用いることで通常の熱処理では得ることのできない、準安定結晶構造が得られることがある。 The mechanical milling treatment is a method of grinding and mixing raw materials while applying mechanical energy. According to this method, vanadium sulfide and vanadium sulfide and are mixed by applying mechanical impact and friction to the raw materials. Sulfur comes into close contact and becomes finer, causing a reaction of the raw materials. That is, at this time, mixing, pulverization and reaction occur at the same time. Therefore, it is possible to react the raw material more reliably without heating the raw material to a high temperature. By using the mechanical milling treatment, a metastable crystal structure that cannot be obtained by ordinary heat treatment may be obtained.

メカニカルミリング処理としては、具体的には、例えば、ボールミル、ビーズミル、ロッドミル、振動ミル、ディスクミル、ハンマーミル、ジェットミル等の機械的粉砕装置を用いて混合粉砕を行うことができる。 Specifically, as the mechanical milling process, mixed pulverization can be performed using a mechanical pulverizer such as a ball mill, a bead mill, a rod mill, a vibration mill, a disc mill, a hammer mill, or a jet mill.

これらの原料又は中間体については、全てを同時に混合してメカニカルミリング処理に供することもでき、一部の材料又は中間体についてまずメカニカルミリング処理に供した後、残りの材料を加えてメカニカルミリング処理に供することもできる。 All of these raw materials or intermediates can be mixed at the same time and subjected to mechanical milling treatment. Some materials or intermediates are first subjected to mechanical milling treatment, and then the remaining materials are added for mechanical milling treatment. It can also be offered to.

なお、特に、硫黄含量が多いバナジウム硫化物(硫黄とバナジウムとの組成比(S/V)がモル比で3.3以上)を製造する場合には、仕込み質量によっては、結晶性のバナジウム硫化物が得られることがある。このため、充放電容量及び充放電サイクル特性に優れた低結晶性バナジウム硫化物を得やすくするため、まず、バナジウム硫化物と硫黄の一部とをメカニカルミリング処理に供することにより中間体として所望の低結晶性硫化物を得た後、得られた低結晶性硫化物と残りの硫黄とをメカニカルミリング処理に供することが好ましい。 In particular, in the case of producing vanadium sulfide having a high sulfur content (the composition ratio (S / V) of sulfur and vanadium is 3.3 or more in terms of molar ratio), crystalline vanadium sulfide may be produced depending on the charged mass. Things may be obtained. Therefore, in order to facilitate the acquisition of low-crystalline vanadium sulfide having excellent charge / discharge capacity and charge / discharge cycle characteristics, first, vanadium sulfide and a part of sulfur are subjected to mechanical milling treatment, which is desired as an intermediate. After obtaining the low crystalline sulfide, it is preferable to subject the obtained low crystalline sulfide and the remaining sulfur to a mechanical milling treatment.

具体的な原料としては、バナジウム硫化物として、結晶性硫化バナジウム(III)(V)を使用することが好ましい。バナジウム硫化物は、特に限定はなく、市販されている任意のバナジウム硫化物を用いることができる。特に、高純度のものを用いることが好ましい。また、バナジウム硫化物をメカニカルミリング処理によって混合粉砕するので、使用するバナジウム硫化物の粒径についても限定はなく、通常は、市販されている粉末状のバナジウム硫化物を用いることができる。 As a specific raw material, it is preferable to use crystalline vanadium sulfide (III) (V 2 S 3 ) as the vanadium sulfide. The vanadium sulfide is not particularly limited, and any commercially available vanadium sulfide can be used. In particular, it is preferable to use a high-purity one. Further, since the vanadium sulfide is mixed and pulverized by a mechanical milling treatment, the particle size of the vanadium sulfide to be used is not limited, and a commercially available powdered vanadium sulfide can be usually used.

また、硫黄としては、目的とする組成の硫化物を形成するたに必要な量の単体硫黄(S)を用いることが可能である。原料として用いる硫黄についても特に限定はなく、任意の硫黄を用いることができる。特に、高純度のものを用いることが好ましい。また、硫黄をメカニカルミリング処理によって混合粉砕するので、使用する硫黄の粒径についても限定はなく、通常は、市販されている粉末状の硫黄を用いることができる。 Further, as sulfur, it is possible to use elemental sulfur (S 8 ) in an amount necessary for forming a sulfide having a desired composition. The sulfur used as a raw material is not particularly limited, and any sulfur can be used. In particular, it is preferable to use a high-purity one. Further, since sulfur is mixed and pulverized by a mechanical milling treatment, the particle size of sulfur used is not limited, and commercially available powdered sulfur can be usually used.

さらに、上記したように、複数(特に2段階)のメカニカルミリング処理に供する場合、中間体としては、所望の組成の低結晶性バナジウム硫化物(低結晶性VS2.5等)等を用いることもできる。 Further, as described above, when subjected to a plurality of (particularly two-step) mechanical milling treatments, a low crystalline vanadium sulfide (low crystalline VS 2.5 , etc.) having a desired composition should be used as the intermediate. You can also.

原料の混合割合については、原料の仕込み比率が、ほとんどそのまま生成物の各元素の比率となるため、目的とするバナジウム硫化物におけるバナジウム及び硫黄の元素比と同一の比率とし得る。例えば、バナジウム硫化物1モルに対して、硫黄を1.2モル以上(特に1.2~17.0モル、さらに3.0~13.0モル)が好ましい。 As for the mixing ratio of the raw materials, since the charging ratio of the raw materials is almost the same as the ratio of each element of the product, the ratio can be the same as the element ratio of vanadium and sulfur in the target vanadium sulfide. For example, 1.2 mol or more (particularly 1.2 to 17.0 mol, further 3.0 to 13.0 mol) of sulfur is preferable with respect to 1 mol of vanadium sulfide.

メカニカルミリング処理を行う際の温度については、特に制限はなく、硫黄が揮発しにくくするとともに、既報の結晶相が生成されにくくするため、300℃以下が好ましく、-10~200℃がより好ましい。 The temperature at which the mechanical milling treatment is performed is not particularly limited, and is preferably 300 ° C. or lower, more preferably -10 to 200 ° C., because sulfur is less likely to volatilize and the previously reported crystal phase is less likely to be formed.

メカニカルミリング処理の時間については、特に限定はなく、目的のバナジウム硫化物が析出した状態となるまで任意の時間メカニカルミリング処理を行うことができる。 The time of the mechanical milling treatment is not particularly limited, and the mechanical milling treatment can be performed for any time until the desired vanadium sulfide is precipitated.

なお、メカニカルミリング処理を行う際の雰囲気については、特に制限はないが、窒素ガス雰囲気、アルゴンガス雰囲気等の不活性ガス雰囲気等を採用できる。 The atmosphere when performing the mechanical milling treatment is not particularly limited, but an inert gas atmosphere such as a nitrogen gas atmosphere or an argon gas atmosphere can be adopted.

例えば、メカニカルミリング処理は、0.1~100時間(特に15~80時間)の処理時間の範囲内において行うことができる。なお、このメカニカルミリング処理は、必要に応じて途中に休止を挟みながら複数回に分けて行うこともできる。 For example, the mechanical milling process can be performed within a processing time range of 0.1 to 100 hours (particularly 15 to 80 hours). It should be noted that this mechanical milling process can be performed in a plurality of times with a pause in the middle, if necessary.

なお、メカニカルミリング処理を複数回繰り返す場合は、各工程のメカニカルミリング処理において、上記条件とすることができる。 When the mechanical milling process is repeated a plurality of times, the above conditions can be satisfied in the mechanical milling process of each step.

上記したメカニカルミリング処理により、目的とするバナジウム硫化物を微粉末として得ることができる。 By the above-mentioned mechanical milling treatment, the desired vanadium sulfide can be obtained as a fine powder.

(1-2)有機溶媒
上記のとおり、本発明の非水二次電池用電解液は、正極活物質としてリチウム非含有遷移金属硫化物を使用する非水二次電池に用いられる非水二次電池用電解液である。このように、本発明では、リチウム非含有遷移金属硫化物を使用する非水二次電池に使用するにもかかわらず、後述の添加剤を添加することにより、カーボネート化合物とリチウム非含有遷移金属硫化物との反応を抑制し、充放電サイクル特性を劇的に向上させることが可能である。
(1-2) Organic Solvent As described above, the electrolytic solution for a non-aqueous secondary battery of the present invention is a non-aqueous secondary used in a non-aqueous secondary battery using a lithium-free transition metal sulfide as a positive electrode active material. It is an electrolytic solution for batteries. As described above, in the present invention, although it is used for a non-aqueous secondary battery using a lithium-free transition metal sulfide, by adding an additive described later, a carbonate compound and a lithium-free transition metal sulfide are added. It is possible to suppress the reaction with objects and dramatically improve the charge / discharge cycle characteristics.

環状カーボネート化合物としては、リチウムイオン二次電池の電解液において有機溶媒として使用し得るものであれば特に制限はなく、例えば、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート等が挙げられる。これらの環状カーボネート化合物は、単独で用いることもでき、2種以上を組合せて用いることもできる。 The cyclic carbonate compound is not particularly limited as long as it can be used as an organic solvent in the electrolytic solution of the lithium ion secondary battery, and examples thereof include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate and the like. .. These cyclic carbonate compounds may be used alone or in combination of two or more.

上記した環状カーボネート化合物の含有量は、カーボネート化合物とリチウム非含有遷移金属硫化物との反応を抑制しやすく、充放電サイクル特性を向上させやすい観点から、有機溶媒の総量を100体積%として、80~100体積%が好ましく、85~100体積%がより好ましく、90~100体積%がさらに好ましい。なお、本発明では、有機溶媒として、環状カーボネート化合物のみを使用する(環状カーボネート化合物の含有量は100体積%)とすることもできるし、環状カーボネート化合物以外に鎖状カーボネート化合物等の他の有機溶媒を使用する(環状カーボネート化合物の含有量は80~99.9体積%、特に85~99.8体積%、さらには90~99.5体積%)こともできる。ただし、充放電サイクル特性の観点からは、有機溶媒として、環状カーボネート化合物のみを使用する(環状カーボネート化合物の含有量は100体積%)ことが好ましい。 The content of the cyclic carbonate compound described above is 80, with the total amount of the organic solvent as 100% by volume, from the viewpoint of easily suppressing the reaction between the carbonate compound and the lithium-free transition metal sulfide and easily improving the charge / discharge cycle characteristics. It is preferably ~ 100% by volume, more preferably 85-100% by volume, still more preferably 90-100% by volume. In the present invention, only the cyclic carbonate compound may be used as the organic solvent (the content of the cyclic carbonate compound is 100% by volume), or other organic such as a chain carbonate compound other than the cyclic carbonate compound. Solvents can also be used (the content of the cyclic carbonate compound is 80-99.9% by volume, particularly 85-99.8% by volume, even 90-99.5% by volume). However, from the viewpoint of charge / discharge cycle characteristics, it is preferable to use only the cyclic carbonate compound as the organic solvent (the content of the cyclic carbonate compound is 100% by volume).

鎖状カーボネート化合物としては、リチウムイオン二次電池の電解液において有機溶媒として使用し得るものであれば特に制限はなく、例えば、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、メチルプロピルカーボネート等が挙げられる。これらの鎖状カーボネート化合物は、単独で用いることもでき、2種以上を組合せて用いることもできる。 The chain carbonate compound is not particularly limited as long as it can be used as an organic solvent in the electrolytic solution of a lithium ion secondary battery, and is, for example, dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), and ethyl methyl carbonate (EMC). ), Methylpropyl carbonate and the like. These chain carbonate compounds may be used alone or in combination of two or more.

上記した鎖状カーボネート化合物の含有量は、カーボネート化合物とリチウム非含有遷移金属硫化物との反応を抑制しやすく、充放電サイクル特性を向上させやすい観点から、有機溶媒の総量を100体積%として、0~20体積%が好ましく、0~15体積%がより好ましく、0~10体積%がさらに好ましい。上記したとおり、本発明においては、有機溶媒として、環状カーボネート化合物のみを使用する(鎖状カーボネート化合物の含有量は0体積%)こともできるし、鎖状カーボネート化合物を使用する(鎖状カーボネート化合物の含有量は0.1~20体積%、特に0.2~15体積%、さらには0.5~10体積%)こともできる。なお、有機溶媒の分解を抑制しやすい観点からは、鎖状カーボネート化合物の含有量は少ないことが好ましく、有機溶媒として、環状カーボネート化合物のみを使用する(鎖状カーボネート化合物の含有量は0体積%)ことが特に好ましい。 The content of the above-mentioned chain carbonate compound is such that the total amount of the organic solvent is 100% by volume from the viewpoint that the reaction between the carbonate compound and the lithium-free transition metal sulfide is easily suppressed and the charge / discharge cycle characteristics are easily improved. 0 to 20% by volume is preferable, 0 to 15% by volume is more preferable, and 0 to 10% by volume is further preferable. As described above, in the present invention, only the cyclic carbonate compound can be used as the organic solvent (the content of the chain carbonate compound is 0% by volume), or the chain carbonate compound is used (chain carbonate compound). The content of the compound can be 0.1 to 20% by volume, particularly 0.2 to 15% by volume, and even 0.5 to 10% by volume). From the viewpoint of easily suppressing the decomposition of the organic solvent, the content of the chain carbonate compound is preferably small, and only the cyclic carbonate compound is used as the organic solvent (the content of the chain carbonate compound is 0% by volume). ) Is particularly preferable.

本発明においては、非水二次電池用電解液を構成する有機溶媒は、上記した環状カーボネート化合物及び必要に応じて鎖状カーボネート化合物のみからなる構成とすることもできるし、これら以外に、リチウムイオン二次電池の電解液において有機溶媒として知られている化合物を含ませることも可能である。 In the present invention, the organic solvent constituting the electrolytic solution for a non-aqueous secondary battery may be composed of only the above-mentioned cyclic carbonate compound and, if necessary, a chain carbonate compound, and in addition to these, lithium. It is also possible to include a compound known as an organic solvent in the electrolytic solution of the ion secondary battery.

このような第三成分としての有機溶媒としては、例えば、γ-ブチロラクトン等の環状カルボン酸エステル化合物;酢酸メチル、プロピオン酸メチル、酢酸エチル等の鎖状カルボン酸エステル化合物;スルホラン、ジエチルスルホン等のスルホン化合物;テトラヒドロフラン、2-メチルテトラヒドロフラン、1,2-ジメトキシエタン等のエーテル化合物等が挙げられる。これらの第三成分としての有機溶媒は、単独で用いることもでき、2種以上を組合せて用いることもできる。 Examples of the organic solvent as such a third component include cyclic carboxylic acid ester compounds such as γ-butyrolactone; chain carboxylic acid ester compounds such as methyl acetate, methyl propionate and ethyl acetate; and sulforane and diethyl sulfone. Sulfone compounds; ether compounds such as tetrahydrofuran, 2-methyltetrachloride, 1,2-dimethoxyethane and the like can be mentioned. These organic solvents as the third component may be used alone or in combination of two or more.

上記した第三成分としての有機溶媒を含む場合、当該第三成分としての有機溶媒の含有量は、充放電サイクル特性の観点から、有機溶媒の総量を100体積%として、0.1~10体積%が好ましく、0.2~5体積%がより好ましい。 When the above-mentioned organic solvent as the third component is contained, the content of the organic solvent as the third component is 0.1 to 10 volumes, where the total amount of the organic solvent is 100% by volume from the viewpoint of charge / discharge cycle characteristics. % Is preferable, and 0.2 to 5% by volume is more preferable.

(1-3)添加剤
上記のとおり、本発明の非水二次電池用電解液においては、添加剤を含有することにより、カーボネート化合物とリチウム非含有遷移金属硫化物との反応を抑制し、充放電サイクル特性を劇的に向上させることが可能である。
(1-3) Additives As described above, in the electrolytic solution for non-aqueous secondary batteries of the present invention, the reaction between the carbonate compound and the lithium-free transition metal sulfide is suppressed by containing the additive. It is possible to dramatically improve the charge / discharge cycle characteristics.

このような添加剤としては、カーボネート化合物とリチウム非含有遷移金属硫化物との反応を抑制しやすく、充放電サイクル特性を向上させやすい観点から、一般式(1): As such an additive, the general formula (1): from the viewpoint that the reaction between the carbonate compound and the lithium-free transition metal sulfide is easily suppressed and the charge / discharge cycle characteristics are easily improved.

Figure 2022076996000003
Figure 2022076996000003

[式中、R及びRは同一又は異なって、水素原子又はハロゲン原子を示す。実線と破線で示される結合は単結合又は二重結合を示す。]
で表される化合物、及び一般式(2):
[In the formula, R 1 and R 2 are the same or different and indicate a hydrogen atom or a halogen atom. Bonds shown by solid and dashed lines indicate single or double bonds. ]
The compound represented by, and the general formula (2) :.

Figure 2022076996000004
Figure 2022076996000004

[式中、Rは同一又は異なって、ハロゲン原子を示す。Mは対カチオンを示す。]
で表される化合物が好ましい。
[In the formula, R 3 is the same or different and represents a halogen atom. M indicates a counter cation. ]
The compound represented by is preferable.

上記の一般式(1)で表される化合物は、一般式(1A): The compound represented by the above general formula (1) is the general formula (1A) :.

Figure 2022076996000005
Figure 2022076996000005

[式中、R及びRは同一又は異なって、水素原子又はハロゲン原子を示す。]
で表される化合物と、一般式(1B):
[In the formula, R 1 and R 2 are the same or different and indicate a hydrogen atom or a halogen atom. ]
The compound represented by and the general formula (1B) :.

Figure 2022076996000006
Figure 2022076996000006

[式中、R及びRは同一又は異なって、水素原子又はハロゲン原子を示す。]
で表される化合物とが包含される。
[In the formula, R 1 and R 2 are the same or different and indicate a hydrogen atom or a halogen atom. ]
The compound represented by is included.

一般式(1)、(1A)及び(1B)において、R及びRで示されるハロゲン原子としては、特に制限はなく、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられる。なかでも、充放電容量、充放電サイクル特性等の観点から、フッ素原子、塩素原子、臭素原子等が好ましく、フッ素原子、塩素原子等がより好ましく、フッ素原子がさらに好ましい。 In the general formulas (1), (1A) and (1B), the halogen atom represented by R 1 and R 2 is not particularly limited, and examples thereof include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom and an iodine atom. .. Among them, from the viewpoint of charge / discharge capacity, charge / discharge cycle characteristics, etc., a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom and the like are preferable, a fluorine atom, a chlorine atom and the like are more preferable, and a fluorine atom is further preferable.

一般式(2)において、Rで示されるハロゲン原子としては、特に制限はなく、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられる。なかでも、充放電容量、充放電サイクル特性等の観点から、フッ素原子、塩素原子、臭素原子等が好ましく、フッ素原子、塩素原子等がより好ましく、フッ素原子がさらに好ましい。 In the general formula (2), the halogen atom represented by R 3 is not particularly limited, and examples thereof include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom. Among them, from the viewpoint of charge / discharge capacity, charge / discharge cycle characteristics, etc., a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom and the like are preferable, a fluorine atom, a chlorine atom and the like are more preferable, and a fluorine atom is further preferable.

一般式(2)において、Mで示される対カチオンとしては、特に制限はなく、例えば、リチウムイオン、ナトリウムイオン、カリウムイオン等のアルカリ金属イオンが挙げられる。なかでも、充放電容量、充放電サイクル特性等の観点から、リチウムイオンが好ましい。 In the general formula (2), the counter cation represented by M is not particularly limited, and examples thereof include alkali metal ions such as lithium ion, sodium ion, and potassium ion. Among them, lithium ion is preferable from the viewpoint of charge / discharge capacity, charge / discharge cycle characteristics, and the like.

上記のような条件を満たす添加剤としては、一般式(1)で表される化合物として、例えば、ビニレンカーボネート(VC)、フルオロエチレンカーボネート(FEC)、トリフルオロメチルエチレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート等が挙げられ、一般式(2)で表される化合物として、例えば、ジフルオロ(オキサラト)ホウ酸リチウム(DFOB)等が挙げられる。これらの一般式(1)で表される化合物は、単独で用いてもよいし、2種以上を組合せて用いてもよいし、一般式(2)で表される化合物は、単独で用いてもよいし、2種以上を組合せて用いてもよい。 Examples of the additive satisfying the above conditions include vinylene carbonate (VC), fluoroethylene carbonate (FEC), trifluoromethylethylene carbonate, vinylethylene carbonate and the like as the compound represented by the general formula (1). Examples of the compound represented by the general formula (2) include difluoro (oxalat) lithium borate (DFOB) and the like. These compounds represented by the general formula (1) may be used alone or in combination of two or more, and the compounds represented by the general formula (2) may be used alone. Alternatively, two or more kinds may be used in combination.

上記した添加剤としては、特に制限されるわけではないが、充放電容量、充放電サイクル特性等の観点から、一般式(1)で表される化合物が好ましい。 The above-mentioned additive is not particularly limited, but a compound represented by the general formula (1) is preferable from the viewpoint of charge / discharge capacity, charge / discharge cycle characteristics, and the like.

上記した添加剤は、単独で使用することもできるし、2種以上を組合せて用いることもできる。添加剤を2種以上組合せて用いる場合には、例えば、ビニレンカーボネート(VC)のように添加量が少量であることが好ましい添加剤を使用する場合であっても、添加剤の合計含有量を多くしても充放電サイクル特性を向上させることが可能である。 The above-mentioned additives can be used alone or in combination of two or more. When two or more kinds of additives are used in combination, for example, even when an additive having a preferable small amount of addition such as vinylene carbonate (VC) is used, the total content of the additives can be adjusted. It is possible to improve the charge / discharge cycle characteristics at most.

上記した添加剤の含有量は、充放電容量、充放電サイクル特性、エネルギー密度等の観点から、有機溶媒100質量部に対して、0.5~20.0質量部が好ましく、0.7~15.0質量部がより好ましく、1.0~10.0質量部がさらに好ましい。ただし、添加剤としてビニレンカーボネート(VC)や、一般式(2)で表される化合物を1種のみ使用する場合は、少量としたほうが充放電サイクル特性を向上させやすいため、有機溶媒100質量部に対して、0.5~5.0質量部が好ましく、0.7~3.0質量部がより好ましく、1.0~2.0質量部がさらに好ましい。なお、添加剤を1種のみ使用する場合であっても、フルオロエチレンカーボネート(FEC)、トリフルオロメチルエチレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート等を1種のみ使用する場合は、添加量を多くしたほうが充放電サイクル特性を向上させやすいため、有機溶媒100質量部に対して、0.5~20.0質量部が好ましく、0.7~15.0質量部がより好ましく、1.0~10.0質量部がさらに好ましい。また、添加剤を2種以上使用する場合は、例えば、ビニレンカーボネート(VC)のように添加量が少量であることが好ましい添加剤を使用する場合であっても、合計含有量を多くしても充放電サイクル特性を向上させやすく、エネルギー密度も向上させやすいため、添加剤の合計含有量は、有機溶媒100質量部に対して、1.0~20.0質量部が好ましく、1.5~15.0質量部がより好ましく、2.0~10.0質量部がさらに好ましい。 The content of the above-mentioned additive is preferably 0.5 to 20.0 parts by mass and 0.7 to 20.0 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the organic solvent from the viewpoint of charge / discharge capacity, charge / discharge cycle characteristics, energy density and the like. 15.0 parts by mass is more preferable, and 1.0 to 10.0 parts by mass is further preferable. However, when only one kind of vinylene carbonate (VC) or the compound represented by the general formula (2) is used as an additive, it is easier to improve the charge / discharge cycle characteristics by using a small amount, so 100 parts by mass of the organic solvent. On the other hand, 0.5 to 5.0 parts by mass is preferable, 0.7 to 3.0 parts by mass is more preferable, and 1.0 to 2.0 parts by mass is further preferable. Even when only one type of additive is used, when only one type of fluoroethylene carbonate (FEC), trifluoromethylethylene carbonate, vinylethylene carbonate, etc. is used, it is better to increase the amount of charge / discharge. Since it is easy to improve the cycle characteristics, 0.5 to 20.0 parts by mass is preferable, 0.7 to 15.0 parts by mass is more preferable, and 1.0 to 10.0 parts by mass is preferable with respect to 100 parts by mass of the organic solvent. The unit is more preferable. Further, when two or more kinds of additives are used, for example, even when an additive having a preferable small amount of addition such as vinylene carbonate (VC) is used, the total content is increased. Since it is easy to improve the charge / discharge cycle characteristics and the energy density, the total content of the additives is preferably 1.0 to 20.0 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the organic solvent, and is preferably 1.5. ~ 15.0 parts by mass is more preferable, and 2.0 to 10.0 parts by mass is further preferable.

(1-4)リチウム塩
本発明の非水二次電池用電解液は、さらに、リチウム塩を含むことが好ましい。このリチウム塩としては、特に制限はなく、例えば、スルホニル基を有する有機リチウム塩及びホウ素原子を有する有機リチウム塩等が挙げられる。なお、上記した充放電サイクル特性の観点からは、リチウム塩を含ませる場合は、無機リチウム塩(LiPF、LiBF等)ではなく、スルホニル基を有する有機リチウム塩及びホウ素原子を有する有機リチウム塩が好ましい。
(1-4) Lithium Salt The electrolytic solution for a non-aqueous secondary battery of the present invention preferably further contains a lithium salt. The lithium salt is not particularly limited, and examples thereof include an organic lithium salt having a sulfonyl group and an organic lithium salt having a boron atom. From the viewpoint of the charge / discharge cycle characteristics described above, when a lithium salt is contained, it is not an inorganic lithium salt (LiPF 6 , LiBF 4 , etc.) but an organic lithium salt having a sulfonyl group and an organic lithium salt having a boron atom. Is preferable.

スルホニル基を有する有機リチウム塩としては、従来から非水二次電池用電解液に使用されるものであれば特に制限されず、例えば、リチウムトリフルオロメタンスルホネート(LiCFSO);パーフルオロアルカンスルホニル基を有する有機リチウム塩(リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(LiTFSI;Li(CFSON)、リチウムビス(ペンタフルオロエタンスルホニル)イミド(Li(CSON等)等が挙げられる。なかでも、より高電圧での充電に耐え、充放電サイクル特性をより向上させる観点から、パーフルオロアルカンスルホニル基を有する有機リチウム塩が好ましく、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(LiTFSI;Li(CFSON)がより好ましい。これらのスルホニル基を有する有機リチウム塩は、単独で用いてもよいし、2種以上を組合せて用いてもよい。 The organic lithium salt having a sulfonyl group is not particularly limited as long as it is conventionally used in an electrolytic solution for a non-aqueous secondary battery, and is, for example, lithium trifluoromethanesulfonate (LiCF 3 SO 3 ); perfluoroalkane sulfonyl. Organic lithium salts with groups (lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (LiTFSI; Li (CF 3 SO 2 ) 2 N), lithium bis (pentafluoroethanesulfonyl) imide (Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N) Etc.), etc. Among them, an organic lithium salt having a perfluoroalkanesulfonyl group is preferable from the viewpoint of withstanding charging at a higher voltage and further improving charge / discharge cycle characteristics, and lithium bis (trifluoromethanesulfonyl). Iimide (LiTFSI; Li (CF 3 SO 2 ) 2N) is more preferable. The organic lithium salt having these sulfonyl groups may be used alone or in combination of two or more.

ホウ素原子を有する有機リチウム塩としては、従来から非水二次電池用電解液に使用されるものであれば特に制限されず、例えば、リチウムビス(オキサレート)ボレート(LiBOB;LiB(C)、リチウムオキサレートジフルオロボレート(LiBF(C))、リチウムビス(マロネート)ボレート(LiB(C)等が挙げられる。なかでも、より高電圧での充電に耐え、充放電サイクル特性をより向上させる観点から、リチウムビス(オキサレート)ボレート(LiBOB;LiB(C)が好ましい。これらのホウ素原子を有する有機リチウム塩は、単独で用いてもよいし、2種以上を組合せて用いてもよい。 The organic lithium salt having a boron atom is not particularly limited as long as it is conventionally used in an electrolytic solution for a non-aqueous secondary battery, and is, for example, lithium bis (oxalate) borate (LiBOB; LiB (C 2 O 4 ). ) 2 ), lithium oxalate difluoroborate (LiBF 2 (C 2 O 4 )), lithium bis (malonate) bolate (LiB (C 3 O 4 H 2 ) 2 ) and the like. Among them, lithium bis (oxalate) borate (LiBOB; LiB (C 2 O 4 ) 2 ) is preferable from the viewpoint of withstanding charging at a higher voltage and further improving charge / discharge cycle characteristics. These organolithium salts having a boron atom may be used alone or in combination of two or more.

上記したリチウム塩としては、本発明の非水二次電池は、正極活物質としてリチウム非含有金属硫化物を使用しているため、硫黄との反応性による充放電サイクル特性への影響を考慮し、充放電サイクル特性の観点から、スルホニル基を有する有機リチウム塩が好ましく、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(LiTFSI;Li(CFSON)がより好ましい。 As the above-mentioned lithium salt, since the non-aqueous secondary battery of the present invention uses a lithium-free metal sulfide as the positive electrode active material, the influence on the charge / discharge cycle characteristics due to the reactivity with sulfur is taken into consideration. From the viewpoint of charge / discharge cycle characteristics, an organic lithium salt having a sulfonyl group is preferable, and lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (LiTFSI; Li (CF 3 SO 2 ) 2N) is more preferable.

本発明の非水二次電池用電解液において、上記したリチウム塩の濃度は、特に制限はなく、充放電サイクル特性の観点から、0.3~2.5mol/Lが好ましく、1.0~2.0mol/Lがより好ましい。 In the electrolytic solution for a non-aqueous secondary battery of the present invention, the concentration of the above-mentioned lithium salt is not particularly limited, and is preferably 0.3 to 2.5 mol / L, preferably 1.0 to 2.5 mol / L, from the viewpoint of charge / discharge cycle characteristics. 2.0 mol / L is more preferable.

(1-5)その他
本発明の非水二次電池用電解液においては、本発明の効果を損なわない範囲(例えば、0.01~0.2mol/L、特に0.02~0.1mol/L)であれば、上記以外の成分、例えば他の添加剤を含ませることもできる。このような他の添加剤としては、例えば、テトラブチルアンモニウムヘキサフルオロフォスファート、テトラブチルアンモニウムパークロレート、テトラメチルアンモニウムテトラフルオロボレート、塩化テトラメチルアンモニウム、塩化テトラエチルアンモニウム、塩化テトラブチルアンモニウム、臭化テトラメチルアンモニウム、臭化テトラエチルアンモニウム、臭化テトラブチルアンモニウム、ビフェニル、トリアルキルホスファート(トリメチルホスファート等)等が挙げられる。これらの他の添加剤は、単独で用いてもよいし、2種以上を組合せて用いてもよい。
(1-5) Others In the electrolytic solution for a non-aqueous secondary battery of the present invention, the effect of the present invention is not impaired (for example, 0.01 to 0.2 mol / L, particularly 0.02 to 0.1 mol / L). If it is L), components other than the above, for example, other additives may be included. Examples of such other additives include tetrabutylammonium hexafluorophosphate, tetrabutylammonium perchlorate, tetramethylammonium tetrafluoroborate, tetramethylammonium chloride, tetraethylammonium chloride, tetrabutylammonium chloride, and tetra bromide. Examples thereof include methylammonium, tetraethylammonium bromide, tetrabutylammonium bromide, biphenyl, trialkyl phosphate (trimethyl phosphate and the like). These other additives may be used alone or in combination of two or more.

本発明の非水二次電池用電解液は、通常、液状であるが、ポリマー等からなるゲル化剤でゲル化させたゲル状の電解質等も用いることができる。 The electrolytic solution for a non-aqueous secondary battery of the present invention is usually liquid, but a gel-like electrolyte gelled with a gelling agent made of a polymer or the like can also be used.

2.非水二次電池
本発明の非水二次電池は、上記した非水二次電池用電解液を備える。その他の構成及び構造については、従来から知られている非水二次電池で採用されている構成及び構造を適用し得る。通常は、本発明の非水二次電池は、上記の非水二次電池用電解液の他、正極、負極及びセパレータを備え得る。
2. 2. Non-water secondary battery The non-water secondary battery of the present invention includes the above-mentioned electrolyte for a non-water secondary battery. For other configurations and structures, the configurations and structures employed in conventionally known non-aqueous secondary batteries may be applied. Usually, the non-aqueous secondary battery of the present invention may include a positive electrode, a negative electrode and a separator in addition to the above-mentioned electrolytic solution for a non-aqueous secondary battery.

(2-1)正極
正極としては、正極活物質、結着剤等を含有する正極合剤層を、正極集電体の片面又は両面に形成した構成を採用し得る。
(2-1) Positive Electrode As the positive electrode, a configuration in which a positive electrode mixture layer containing a positive electrode active material, a binder, and the like is formed on one side or both sides of a positive electrode current collector can be adopted.

この正極合剤層は、正極活物質と必要に応じて添加される導電助剤に結着剤を加え、これを有機溶剤に分散させて正極合剤層形成用ペーストを調製し(この場合、結着剤はあらかじめ有機溶剤に溶解又は分散させておいてもよい)、金属箔等からなる正極集電体の表面(片面又は両面)に塗布し、乾燥して正極合剤層を形成し、必要に応じて加工する工程を経て製造することができる。 In this positive electrode mixture layer, a binder is added to the positive electrode active material and the conductive auxiliary agent added as needed, and this is dispersed in an organic solvent to prepare a paste for forming the positive electrode mixture layer (in this case, in this case). The binder may be dissolved or dispersed in an organic solvent in advance), applied to the surface (one side or both sides) of the positive electrode current collector made of a metal foil or the like, and dried to form a positive electrode mixture layer. It can be manufactured through a process of processing as needed.

正極活物質としては、上記したリチウム非含有金属硫化物を採用する。リチウム非含有金属硫化物の詳細については、上記説明したものを踏襲する。 As the positive electrode active material, the above-mentioned lithium-free metal sulfide is adopted. The details of the lithium-free metal sulfide follow those described above.

導電助剤としては、通常の非水二次電池と同様に、黒鉛;カーボンブラック(アセチレンブラック、ケッチェンブラック等);表面に非晶質炭素を生成させた炭素材料等の非晶質炭素材料;繊維状炭素(気相成長炭素繊維、ピッチを紡糸した後に炭化処理して得られる炭素繊維等);カーボンナノチューブ(各種の多層又は単層のカーボンナノチューブ)等を用いることができる。正極の導電助剤としては、単独で用いてもよいし、2種以上を組合せて用いてもよい。 As the conductive auxiliary agent, as in the case of a normal non-aqueous secondary battery, graphite; carbon black (acetylene black, Ketjen black, etc.); an amorphous carbon material such as a carbon material having amorphous carbon generated on the surface. Fibrous carbon (gas-phase grown carbon fiber, carbon fiber obtained by carbonizing after spinning pitch); carbon nanotube (various multi-layered or single-layer carbon nanotubes) and the like can be used. As the conductive auxiliary agent for the positive electrode, it may be used alone or in combination of two or more.

結着剤としては、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、ポリアクリル酸、スチレンブタジエンゴム、ポリイミド、ポリビニルアルコール、水溶性カルボキシメチルセルロース等が挙げられる。 Examples of the binder include polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene, polyacrylic acid, styrene butadiene rubber, polyimide, polyvinyl alcohol, water-soluble carboxymethyl cellulose and the like.

正極合剤を製造する際に使用する有機溶媒としては、特に制限はなく、N-メチルピロリドン(NMP)等が挙げられ、これと正極活物質、結着剤等を用いてペースト状とすることができる。 The organic solvent used in producing the positive electrode mixture is not particularly limited, and examples thereof include N-methylpyrrolidone (NMP), which is used in the form of a paste using a positive electrode active material, a binder and the like. Can be done.

正極合剤層の組成については、例えば、上記の正極活物質が70~95重量%程度、結着剤が1~30重量%程度であることが好ましい。また、導電助剤を使用する場合には、上記の正極活物質が50~90重量%程度、結着剤が1~20重量%程度、導電助剤が1~40重量%程度であることが好ましい。さらに、正極合剤層の厚みは、集電体の片面あたり、1~100μm程度であることが好ましい。 Regarding the composition of the positive electrode mixture layer, for example, the above-mentioned positive electrode active material is preferably about 70 to 95% by weight, and the binder is preferably about 1 to 30% by weight. When a conductive auxiliary agent is used, the positive electrode active material is about 50 to 90% by weight, the binder is about 1 to 20% by weight, and the conductive auxiliary agent is about 1 to 40% by weight. preferable. Further, the thickness of the positive electrode mixture layer is preferably about 1 to 100 μm per one side of the current collector.

正極集電体としては、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケル、チタン又はこれらの合金からなる箔、パンチドメタル、エキスパンドメタル、網等を用いることができ、通常、厚みが10~30μm程度のアルミニウム箔が好適に用いられる。 As the positive electrode current collector, for example, a foil made of aluminum, stainless steel, nickel, titanium or an alloy thereof, punched metal, expanded metal, mesh or the like can be used, and aluminum having a thickness of about 10 to 30 μm is usually used. Foil is preferably used.

(2-2)負極
負極としては、負極活物質、結着剤等を含有する負極合剤層を、負極集電体の片面又は両面に形成した構成を採用し得る。
(2-2) Negative electrode As the negative electrode, a configuration in which a negative electrode mixture layer containing a negative electrode active material, a binder, and the like is formed on one side or both sides of a negative electrode current collector can be adopted.

この負極合剤層は、負極活物質と必要に応じて添加される導電助剤に結着剤を混合してシート状に成形し、これを金属箔等からなる負極集電体の表面(片面又は両面)に圧着する工程を経て製造することができる。 This negative electrode mixture layer is formed into a sheet by mixing a binder with a negative electrode active material and a conductive auxiliary agent added as needed, and this is formed on the surface (one side) of a negative electrode current collector made of a metal foil or the like. Alternatively, it can be manufactured through a process of crimping to (both sides).

負極活物質としては、特に制限されず、例えば、黒鉛(天然黒鉛、人造黒鉛等)、難焼結性炭素、リチウム金属、スズやシリコン及びこれらを含む合金、SiO等を用いることができる。好ましくは、金属リチウム一次電池及び金属リチウム二次電池ではリチウム金属、リチウム合金等を用いることができ、リチウムイオン二次電池では、リチウムイオンをドープ・脱ドープ可能な材料(黒鉛(天然黒鉛、人造黒鉛等)、難焼結性炭素等)等を活物質として用いることができる。これら負極活物質は、単独で用いてもよいし、2種以上を組合せて用いてもよい。 The negative electrode active material is not particularly limited, and for example, graphite (natural graphite, artificial graphite, etc.), difficult-to-sinter carbon, lithium metal, tin, silicon, alloys containing these, and SiO can be used. Preferably, a lithium metal, a lithium alloy, or the like can be used in the metallic lithium primary battery and the metallic lithium secondary battery, and in the lithium ion secondary battery, a material capable of doping and dedoping lithium ions (graphite (natural graphite, artificial)). Graphite, etc.), difficult-to-saturate carbon, etc.) can be used as the active material. These negative electrode active materials may be used alone or in combination of two or more.

導電助剤としては、通常の非水二次電池と同様に、黒鉛;カーボンブラック(アセチレンブラック、ケッチェンブラック等);表面に非晶質炭素を生成させた炭素材料等の非晶質炭素材料;繊維状炭素(気相成長炭素繊維、ピッチを紡糸した後に炭化処理して得られる炭素繊維等);カーボンナノチューブ(各種の多層又は単層のカーボンナノチューブ)等を用いることができる。負極の導電助剤としては、単独で用いてもよいし、2種以上を組合せて用いてもよいし、負極活物質の導電性が高い場合は用いなくてもよい。 As the conductive auxiliary agent, as in the case of a normal non-aqueous secondary battery, graphite; carbon black (acetylene black, Ketjen black, etc.); an amorphous carbon material such as a carbon material having amorphous carbon generated on the surface. Fibrous carbon (gas-phase grown carbon fiber, carbon fiber obtained by carbonizing after spinning pitch); carbon nanotube (various multi-layered or single-layer carbon nanotubes) and the like can be used. As the conductive auxiliary agent for the negative electrode, it may be used alone, or may be used in combination of two or more, or may not be used when the negative electrode active material has high conductivity.

結着剤としては、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、ポリアクリル酸、スチレンブタジエンゴム、ポリイミド、ポリビニルアルコール、水溶性カルボキシメチルセルロース等が挙げられる。 Examples of the binder include polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene, polyacrylic acid, styrene butadiene rubber, polyimide, polyvinyl alcohol, water-soluble carboxymethyl cellulose and the like.

負極合剤層の組成については、例えば、上記の負極活物質が70~95重量%程度、結着剤が1~30重量%程度であることが好ましい。また、導電助剤を使用する場合には、上記の負極活物質が50~90重量%程度、結着剤が1~20重量%程度、導電助剤が1~40重量%程度であることが好ましい。さらに、負極合剤層の厚みは、集電体の片面あたり、1~100μm程度であることが好ましい。 Regarding the composition of the negative electrode mixture layer, for example, it is preferable that the negative electrode active material is about 70 to 95% by weight and the binder is about 1 to 30% by weight. When a conductive auxiliary agent is used, the negative electrode active material is about 50 to 90% by weight, the binder is about 1 to 20% by weight, and the conductive auxiliary agent is about 1 to 40% by weight. preferable. Further, the thickness of the negative electrode mixture layer is preferably about 1 to 100 μm per one side of the current collector.

負極集電体としては、例えば、アルミニウム、銅、ステンレス鋼、ニッケル、チタン又はこれらの合金からなる箔、パンチドメタル、エキスパンドメタル、メッシュ、網等を用いることができ、通常、厚みが5~30μm程度の銅箔が好適に用いられる。 As the negative electrode current collector, for example, a foil made of aluminum, copper, stainless steel, nickel, titanium or an alloy thereof, punched metal, expanded metal, mesh, net or the like can be used, and the thickness is usually 5 to 5 or more. A copper foil of about 30 μm is preferably used.

(2-3)セパレータ
上記した正極と負極は、例えば、セパレータを介在させつつ積層した積層電極体や、さらにこれを渦巻状に巻回した巻回電極体の形で用いることができる。
(2-3) Separator The positive electrode and the negative electrode described above can be used, for example, in the form of a laminated electrode body laminated with a separator interposed therebetween, or a wound electrode body obtained by winding the same in a spiral shape.

セパレータとしては、強度が十分で且つ電解液を多く保持できるものがよく、そのような観点から、厚さが10~50μmで開口率が30~70%の、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン-プロピレン共重合体等の一種又は複数を含む微多孔フィルムや不織布等が好ましい。 The separator preferably has sufficient strength and can hold a large amount of electrolytic solution. From such a viewpoint, polyethylene, polypropylene, and ethylene-propylene copolymer weight having a thickness of 10 to 50 μm and an aperture ratio of 30 to 70%. Microporous films and non-woven fabrics containing one or more coalesced products are preferable.

また、本発明の非水二次電池の形態としては、ステンレススチール缶やアルミニウム缶等を外装缶として使用した筒形(角筒形や円筒形等)等を採用できる。また、金属箔と一体化したラミネートフィルムを外装体としたソフトパッケージ電池も採用し得る。 Further, as the form of the non-aqueous secondary battery of the present invention, a tubular shape (square tubular shape, cylindrical shape, etc.) using a stainless steel can, an aluminum can, or the like as an outer can can be adopted. Further, a soft package battery having a laminated film integrated with a metal foil as an exterior body can also be adopted.

以下、実施例に基づいて本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されないことは言うまでもない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples, but it goes without saying that the present invention is not limited to the following examples.

合成例1:バナジウム硫化物(正極活物質)の合成
市販の硫化バナジウム(III)(V;(株)高純度化学研究所製)及び硫黄(富士フィルム和光純薬(株)製)を、モル比が1:6となるよう、アルゴンガス雰囲気のグローブボックス内(露点-80℃)で秤量し、真空中にてガラス管内に封管を行った。真空封管した試料を管状炉にて400℃で5時間焼成を行った。焼成した試料を真空中にて200℃で8時間焼成することで、余剰硫黄を脱硫し、結晶性バナジウム硫化物VS(c-VS)を合成した。
Synthesis Example 1: Synthesis of vanadium sulfide (positive electrode active material) Commercially available vanadium sulfide ( III) (V2 S 3 ; manufactured by High Purity Chemical Laboratory Co., Ltd.) and sulfur (manufactured by Fuji Film Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) Weighed in a glove box (dew point −80 ° C.) in an argon gas atmosphere so that the molar ratio was 1: 6, and sealed in a glass tube in vacuum. The vacuum-sealed sample was calcined at 400 ° C. for 5 hours in a tube furnace. The calcined sample was calcined in vacuum at 200 ° C. for 8 hours to desulfurize excess sulfur and synthesize crystalline vanadium sulfide VS 4 (c-VS 4 ).

次に、得られた結晶性VS(c-VS)を、アルゴンガス雰囲気のグローブボックス内(露点-80℃)で、ボールミル装置(フリッチュ製PL-7)で40時間メカニカルミリング処理(ボール径4mm、回転数270rpm)を行うことで、低結晶性バナジウム硫化物VS(a-VS)を合成し、正極活物質として使用した。なお、得られたa-VSについては、粉末XRD測定からは、極少量不純物であるVの極小ピーク以外に明瞭なピークは観察されず、完全な非晶質体であることが分かった。 Next, the obtained crystalline VS 4 (c-VS 4 ) was mechanically milled (balls) in a glove box (dew point -80 ° C) in an argon gas atmosphere with a ball mill device (PL-7 manufactured by Fritsch) for 40 hours. A low crystalline vanadium sulfide VS 4 (a-VS 4 ) was synthesized by carrying out a diameter of 4 mm and a rotation speed of 270 rpm), and used as a positive electrode active material. Regarding the obtained a-VS 4 , no clear peak was observed other than the extremely small peak of V 2 O 3 which is a very small amount of impurities from the powder XRD measurement, and it was found that the a-VS 4 was completely amorphous. Do you get it.

実施例1:VC1.0質量%/EC+PC(50:50)/LiTFSI1.0M
エチレンカーボネート(EC)及びプロピレンカーボネート(PC)の混合溶媒(EC:PC=50:50(体積比))に、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(LiTFSI)を濃度が1.0mol/L(体積は溶媒基準)となるように添加し、さらに、ビニレンカーボネート(VC)を混合溶媒100質量部に対して1.0質量部添加し、実施例1の非水二次電池用電解液を得た。
Example 1: VC1.0 mass% / EC + PC (50:50) / LiTFSI1.0M
Lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (LiTFSI) at a concentration of 1.0 mol / L (volume) in a mixed solvent (EC: PC = 50: 50 (volume ratio)) of ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC). Was added so as to be the solvent standard), and 1.0 part by volume of vinylene carbonate (VC) was further added to 100 parts by volume of the mixed solvent to obtain an electrolytic solution for a non-aqueous secondary battery of Example 1. ..

実施例2:VC2.0質量%/EC+PC(50:50)/LiTFSI1.0M
エチレンカーボネート(EC)及びプロピレンカーボネート(PC)の混合溶媒(EC:PC=50:50(体積比))に、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(LiTFSI)を濃度が1.0mol/L(体積は溶媒基準)となるように添加し、さらに、ビニレンカーボネート(VC)を混合溶媒100質量部に対して2.0質量部添加し、実施例2の非水二次電池用電解液を得た。
Example 2: VC2.0 mass% / EC + PC (50:50) / LiTFSI1.0M
Lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (LiTFSI) at a concentration of 1.0 mol / L (volume) in a mixed solvent (EC: PC = 50: 50 (volume ratio)) of ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC). Was added so as to be the solvent standard), and 2.0 parts by volume of vinylene carbonate (VC) was further added to 100 parts by volume of the mixed solvent to obtain an electrolytic solution for a non-aqueous secondary battery of Example 2. ..

実施例3:VC5.0質量%/EC+PC(50:50)/LiTFSI1.0M
エチレンカーボネート(EC)及びプロピレンカーボネート(PC)の混合溶媒(EC:PC=50:50(体積比))に、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(LiTFSI)を濃度が1.0mol/L(体積は溶媒基準)となるように添加し、さらに、ビニレンカーボネート(VC)を混合溶媒100質量部に対して5.0質量部添加し、実施例3の非水二次電池用電解液を得た。
Example 3: VC5.0 mass% / EC + PC (50:50) / LiTFSI1.0M
Lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (LiTFSI) at a concentration of 1.0 mol / L (volume) in a mixed solvent (EC: PC = 50: 50 (volume ratio)) of ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC). Was added so as to be the solvent standard), and 5.0 parts by volume of vinylene carbonate (VC) was added to 100 parts by volume of the mixed solvent to obtain an electrolytic solution for a non-aqueous secondary battery of Example 3. ..

実施例4:FEC3.0質量%/EC+PC(50:50)/LiTFSI1.0M エチレンカーボネート(EC)及びプロピレンカーボネート(PC)の混合溶媒(EC:PC=50:50(体積比))に、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(LiTFSI)を濃度が1.0mol/L(体積は溶媒基準)となるように添加し、さらに、フルオロエチレンカーボネート(FEC)を混合溶媒100質量部に対して3.0質量部添加し、実施例4の非水二次電池用電解液を得た。 Example 4: FEC3.0% by mass / EC + PC (50:50) / LiTFSI1.0M A mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC) (EC: PC = 50: 50 (volume ratio)) and lithium. 2. Add bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (LiTFSI) so that the concentration is 1.0 mol / L (volume is based on the solvent), and further add fluoroethylene carbonate (FEC) to 100 parts by mass of the mixed solvent. 0 parts by volume was added to obtain an electrolytic solution for a non-aqueous secondary battery of Example 4.

実施例5:FEC1.0質量%/EC+PC(50:50)/LiTFSI1.0M エチレンカーボネート(EC)及びプロピレンカーボネート(PC)の混合溶媒(EC:PC=50:50(体積比))に、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(LiTFSI)を濃度が1.0mol/L(体積は溶媒基準)となるように添加し、さらに、フルオロエチレンカーボネート(FEC)を混合溶媒100質量部に対して1.0質量部添加し、実施例5の非水二次電池用電解液を得た。 Example 5: FEC 1.0% by mass / EC + PC (50:50) / LiTFSI1.0M A mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC) (EC: PC = 50: 50 (volume ratio)) and lithium. Bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (LiTFSI) was added so that the concentration was 1.0 mol / L (volume is based on the solvent), and fluoroethylene carbonate (FEC) was further added to 100 parts by mass of the mixed solvent. 0 parts by volume was added to obtain an electrolytic solution for a non-aqueous secondary battery of Example 5.

実施例6:FEC5.0質量%/EC+PC(50:50)/LiTFSI1.0M エチレンカーボネート(EC)及びプロピレンカーボネート(PC)の混合溶媒(EC:PC=50:50(体積比))に、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(LiTFSI)を濃度が1.0mol/L(体積は溶媒基準)となるように添加し、さらに、フルオロエチレンカーボネート(FEC)を混合溶媒100質量部に対して5.0質量部添加し、実施例6の非水二次電池用電解液を得た。 Example 6: FEC 5.0% by mass / EC + PC (50:50) / LiTFSI1.0M A mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC) (EC: PC = 50: 50 (volume ratio)) and lithium. 5. Add bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (LiTFSI) so that the concentration is 1.0 mol / L (volume is based on the solvent), and further add fluoroethylene carbonate (FEC) to 100 parts by mass of the mixed solvent. 0 parts by volume was added to obtain an electrolytic solution for a non-aqueous secondary battery of Example 6.

実施例7:DFOB2.0質量%/EC+PC(50:50)/LiTFSI1.0M エチレンカーボネート(EC)及びプロピレンカーボネート(PC)の混合溶媒(EC:PC=50:50(体積比))に、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(LiTFSI)を濃度が1.0mol/L(体積は溶媒基準)となるように添加し、さらに、ジフルオロ(オキサラト)ホウ酸リチウム(DFOB)を混合溶媒100質量部に対して2.0質量部添加し、実施例7の非水二次電池用電解液を得た。 Example 7: DFOB 2.0% by mass / EC + PC (50:50) / LiTFSI1.0M A mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC) (EC: PC = 50: 50 (volume ratio)) and lithium. Add bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (LiTFSI) to a concentration of 1.0 mol / L (volume is based on the solvent), and add difluoro (oxalate) lithium borate (DFOB) to 100 parts by mass of the mixed solvent. 2.0 parts by volume was added to obtain an electrolytic solution for a non-aqueous secondary battery of Example 7.

実施例8:FEC10.0質量%/EC+PC(50:50)/LiTFSI1.0M エチレンカーボネート(EC)及びプロピレンカーボネート(PC)の混合溶媒(EC:PC=50:50(体積比))に、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(LiTFSI)を濃度が1.0mol/L(体積は溶媒基準)となるように添加し、さらに、フルオロエチレンカーボネート(FEC)を混合溶媒100質量部に対して10.0質量部添加し、実施例6の非水二次電池用電解液を得た。 Example 8: FEC 10.0% by mass / EC + PC (50:50) / LiTFSI 1.0M A mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC) (EC: PC = 50: 50 (volume ratio)) and lithium. Bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (LiTFSI) was added so that the concentration was 1.0 mol / L (volume is based on the solvent), and fluoroethylene carbonate (FEC) was further added to 100 parts by mass of the mixed solvent. 0 parts by volume was added to obtain an electrolytic solution for a non-aqueous secondary battery of Example 6.

実施例9:FEC10.0質量%/EC+PC(50:50)/LiTFSI2.0M エチレンカーボネート(EC)及びプロピレンカーボネート(PC)の混合溶媒(EC:PC=50:50(体積比))に、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(LiTFSI)を濃度が2.0mol/L(体積は溶媒基準)となるように添加し、さらに、フルオロエチレンカーボネート(FEC)を混合溶媒100質量部に対して10.0質量部添加し、実施例9の非水二次電池用電解液を得た。 Example 9: FEC 10.0% by mass / EC + PC (50:50) / LiTFSI2.0M A mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC) (EC: PC = 50: 50 (volume ratio)) and lithium. Bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (LiTFSI) was added so that the concentration was 2.0 mol / L (volume is based on the solvent), and fluoroethylene carbonate (FEC) was further added to 100 parts by mass of the mixed solvent. 0 parts by volume was added to obtain an electrolytic solution for a non-aqueous secondary battery of Example 9.

実施例10:FEC5.0質量%/EC+PC(50:50)/LiTFSI2.0M エチレンカーボネート(EC)及びプロピレンカーボネート(PC)の混合溶媒(EC:PC=50:50(体積比))に、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(LiTFSI)を濃度が2.0mol/L(体積は溶媒基準)となるように添加し、さらに、フルオロエチレンカーボネート(FEC)を混合溶媒100質量部に対して5.0質量部添加し、実施例10の非水二次電池用電解液を得た。 Example 10: FEC 5.0% by mass / EC + PC (50:50) / LiTFSI2.0M A mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC) (EC: PC = 50: 50 (volume ratio)) and lithium. 5. Add bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (LiTFSI) so that the concentration is 2.0 mol / L (volume is based on the solvent), and further add fluoroethylene carbonate (FEC) to 100 parts by mass of the mixed solvent. 0 parts by volume was added to obtain an electrolytic solution for a non-aqueous secondary battery of Example 10.

実施例11:FEC3.0質量%/EC+PC(50:50)/LiTFSI2.0M エチレンカーボネート(EC)及びプロピレンカーボネート(PC)の混合溶媒(EC:PC=50:50(体積比))に、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(LiTFSI)を濃度が2.0mol/L(体積は溶媒基準)となるように添加し、さらに、フルオロエチレンカーボネート(FEC)を混合溶媒100質量部に対して3.0質量部添加し、実施例11の非水二次電池用電解液を得た。 Example 11: FEC3.0% by mass / EC + PC (50:50) / LiTFSI2.0M A mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC) (EC: PC = 50: 50 (volume ratio)) and lithium. 2. Add bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (LiTFSI) so that the concentration is 2.0 mol / L (volume is based on the solvent), and further add fluoroethylene carbonate (FEC) to 100 parts by mass of the mixed solvent. 0 parts by volume was added to obtain an electrolytic solution for a non-aqueous secondary battery of Example 11.

実施例12:FEC8.0質量%/EC+PC(50:50)/LiTFSI1.0M エチレンカーボネート(EC)及びプロピレンカーボネート(PC)の混合溶媒(EC:PC=50:50(体積比))に、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(LiTFSI)を濃度が1.0mol/L(体積は溶媒基準)となるように添加し、さらに、フルオロエチレンカーボネート(FEC)を混合溶媒100質量部に対して8.0質量部添加し、実施例12の非水二次電池用電解液を得た。 Example 12: FEC8.0 mass% / EC + PC (50:50) / LiTFSI1.0M Ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC) mixed solvent (EC: PC = 50: 50 (volume ratio)) and lithium 3. Add bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (LiTFSI) so that the concentration is 1.0 mol / L (volume is based on the solvent), and further add fluoroethylene carbonate (FEC) to 100 parts by mass of the mixed solvent. 0 parts by volume was added to obtain an electrolytic solution for a non-aqueous secondary battery of Example 12.

実施例13:FEC1.0質量%/EC+PC(10:90)/LiTFSI1.0M エチレンカーボネート(EC)及びプロピレンカーボネート(PC)の混合溶媒(EC:PC=10:90(体積比))に、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(LiTFSI)を濃度が1.0mol/L(体積は溶媒基準)となるように添加し、さらに、フルオロエチレンカーボネート(FEC)を混合溶媒100質量部に対して1.0質量部添加し、実施例13の非水二次電池用電解液を得た。 Example 13: FEC 1.0% by mass / EC + PC (10:90) / LiTFSI1.0M A mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC) (EC: PC = 10: 90 (volume ratio)) and lithium. Bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (LiTFSI) was added so that the concentration was 1.0 mol / L (volume is based on the solvent), and fluoroethylene carbonate (FEC) was further added to 100 parts by mass of the mixed solvent. 0 parts by volume was added to obtain an electrolytic solution for a non-aqueous secondary battery of Example 13.

実施例14:FEC5.0質量%+VC5.0質量%/EC+PC(50:50)/LiTFSI1.0M
エチレンカーボネート(EC)及びプロピレンカーボネート(PC)の混合溶媒(EC:PC=50:50(体積比))に、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(LiTFSI)を濃度が1.0mol/L(体積は溶媒基準)となるように添加し、さらに、混合溶媒100質量部に対して、フルオロエチレンカーボネート(FEC)を5.0質量部及びビニレンカーボネート(VC)を5.0質量部添加し、実施例14の非水二次電池用電解液を得た。
Example 14: FEC 5.0% by mass + VC 5.0% by mass / EC + PC (50:50) / LiTFSI 1.0M
Lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (LiTFSI) at a concentration of 1.0 mol / L (volume) in a mixed solvent (EC: PC = 50: 50 (volume ratio)) of ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC). Is added so as to be the solvent standard), and 5.0 parts by volume of fluoroethylene carbonate (FEC) and 5.0 parts by mass of vinylene carbonate (VC) are added to 100 parts by mass of the mixed solvent. An electrolytic solution for a non-aqueous secondary battery of Example 14 was obtained.

比較例1:添加剤なし/EC+PC(50:50)/LiTFSI1.0M
エチレンカーボネート(EC)及びプロピレンカーボネート(PC)の混合溶媒(EC:PC=50:50(体積比))に、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(LiTFSI)を濃度が1.0mol/L(体積は溶媒基準)となるように添加し、比較例1の非水二次電池用電解液を得た。
Comparative Example 1: No additive / EC + PC (50:50) / LiTFSI 1.0M
Lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (LiTFSI) at a concentration of 1.0 mol / L (volume) in a mixed solvent (EC: PC = 50: 50 (volume ratio)) of ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC). Was added so as to be the solvent standard) to obtain an electrolytic solution for a non-aqueous secondary battery of Comparative Example 1.

比較例2:添加剤なし/EC+PC(10:90)
エチレンカーボネート(EC)及びプロピレンカーボネート(PC)の混合溶媒(EC:PC=10:90(体積比))に、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(LiTFSI)を濃度が1.0mol/L(体積は溶媒基準)となるように添加し、比較例2の非水二次電池用電解液を得た。
Comparative Example 2: No additive / EC + PC (10:90)
Lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (LiTFSI) at a concentration of 1.0 mol / L (volume) in a mixed solvent (EC: PC = 10: 90 (volume ratio)) of ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC). Was added so as to be based on the solvent), and an electrolytic solution for a non-aqueous secondary battery of Comparative Example 2 was obtained.

試験例1:充放電試験
合成例1で得たVS粉末を正極活物質として用い、実施例1~13及び比較例1~2で得た非水二次電池用電解液を用いて、以下の方法で試験用電気化学セル(リチウム二次電池)を作製し、25℃において、充放電レート:0.1C(1C=747mAh/g)で、電圧2.6~1.5Vの範囲内で、サイクル間の休止時間10分として、定電流充放電測定を100サイクル行った。
Test Example 1: Charging / discharging test The VS4 powder obtained in Synthesis Example 1 was used as the positive electrode active material, and the electrolytic solutions for non-aqueous secondary batteries obtained in Examples 1 to 13 and Comparative Examples 1 and 2 were used as follows. A test electrochemical cell (lithium secondary battery) was prepared by the above method, and at 25 ° C., the charge / discharge rate was 0.1 C (1C = 747 mAh / g), and the voltage was in the range of 2.6 to 1.5 V. The constant current charge / discharge measurement was performed for 100 cycles with a pause time of 10 minutes between cycles.

試験用電気化学セルの作製方法としては、まず、作用極(正極)は、合成例1で得たVS粉末10mgに対して、ケッチェンブラック1mg及び結着材であるポリテトラフルオロエチレン(PTFE)1mgを加え、乳鉢で8分間混合した後、アルミニウムメッシュに張り付けることで作製した。対極(負極)としてはリチウム金属を用いた。セパレータとしてはポリプロピレンを用いた。充放電サイクル特性の結果(100サイクル時点での容量維持率)を表1に示す。容量維持率はサイクル試験開始時(1サイクル目)の容量を100とした場合の、100サイクル後に計測された容量の割合であり、容量維持率が高いほど、電池としての寿命特性が優れていることを示す。 As a method for producing a test electrochemical cell, first, the working electrode (positive electrode) is 1 mg of Ketjen black and polytetrafluoroethylene (PTFE) as a binder with respect to 10 mg of VS 4 powder obtained in Synthesis Example 1. ) 1 mg was added, mixed in a mortar for 8 minutes, and then attached to an aluminum mesh to prepare the product. Lithium metal was used as the counter electrode (negative electrode). Polypropylene was used as the separator. Table 1 shows the results of charge / discharge cycle characteristics (capacity retention rate at 100 cycles). The capacity retention rate is the ratio of the capacity measured after 100 cycles when the capacity at the start of the cycle test (first cycle) is 100. The higher the capacity retention rate, the better the battery life characteristics. Show that.

Figure 2022076996000007
Figure 2022076996000007

容量維持率については、特に閾値をもって判断するものではないが、少なくとも各サイクルにおいて平均的な充放電効率が99.5%以上であることを良好な寿命特性であると考えると、100サイクル後においては、0.995100=0.606となり、100サイクル後において実施例はいずれも60%を超える容量維持率を示しており、一方で比較例はいずれも60%未満の容量維持率を示していることから、本願発明の実施例は寿命特性に優れている。 The capacity retention rate is not determined based on a threshold value, but considering that an average charge / discharge efficiency of 99.5% or more in at least each cycle is a good life characteristic, after 100 cycles. Is 0.995 100 = 0.606, and after 100 cycles, all the examples show a capacity retention rate of more than 60%, while all the comparative examples show a capacity retention rate of less than 60%. Therefore, the embodiment of the present invention has excellent life characteristics.

本発明の非水二次電池用電解液及びそれを用いた非水二次電池は、公知の各種の用途に用いることが可能である。具体例としては、例えば、ノートパソコン、携帯電話、電気自動車、負荷平準化用電源、自然エネルギー貯蔵電源等が挙げられる。 The electrolytic solution for a non-aqueous secondary battery of the present invention and the non-aqueous secondary battery using the same can be used for various known applications. Specific examples include notebook computers, mobile phones, electric vehicles, load leveling power supplies, renewable energy storage power supplies, and the like.

Claims (15)

正極活物質としてリチウム非含有遷移金属硫化物を使用する非水二次電池に用いられる非水二次電池用電解液であって、
前記電解液は、環状カーボネート化合物を含む有機溶媒と、添加剤とを含有する、非水二次電池用電解液。
An electrolytic solution for a non-aqueous secondary battery used in a non-aqueous secondary battery that uses a lithium-free transition metal sulfide as a positive electrode active material.
The electrolytic solution is an electrolytic solution for a non-aqueous secondary battery containing an organic solvent containing a cyclic carbonate compound and an additive.
前記添加剤が、一般式(1):
Figure 2022076996000008
[式中、R及びRは同一又は異なって、水素原子又はハロゲン原子を示す。実線と破線で示される結合は単結合又は二重結合を示す。]
で表される化合物、又は一般式(2):
Figure 2022076996000009
[式中、Rは同一又は異なって、ハロゲン原子を示す。Mは対カチオンを示す。]
で表される化合物である、請求項1に記載の非水二次電池用電解液。
The additive is the general formula (1) :.
Figure 2022076996000008
[In the formula, R 1 and R 2 are the same or different and indicate a hydrogen atom or a halogen atom. Bonds shown by solid and dashed lines indicate single or double bonds. ]
The compound represented by, or the general formula (2) :.
Figure 2022076996000009
[In the formula, R 3 is the same or different and represents a halogen atom. M indicates a counter cation. ]
The electrolytic solution for a non-aqueous secondary battery according to claim 1, which is a compound represented by.
前記一般式(1)で表される化合物が、ビニレンカーボネート(VC)、フルオロエチレンカーボネート(FEC)、トリフルオロメチルエチレンカーボネート及びビニルエチレンカーボネートよりなる群から選ばれる少なくとも1種を含有し、
前記一般式(2)で表される化合物が、ジフルオロ(オキサラト)ホウ酸リチウム(DFOB)を含有する、請求項2に記載の非水二次電池用電解液。
The compound represented by the general formula (1) contains at least one selected from the group consisting of vinylene carbonate (VC), fluoroethylene carbonate (FEC), trifluoromethylethylene carbonate and vinylethylene carbonate.
The electrolytic solution for a non-aqueous secondary battery according to claim 2, wherein the compound represented by the general formula (2) contains lithium difluoro (oxalate) borate (DFOB).
前記添加剤の含有量が、前記有機溶媒100質量部に対して、0.5~20質量部である、請求項1~3のいずれか1項に記載の非水二次電池用電解液。 The electrolytic solution for a non-aqueous secondary battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the content of the additive is 0.5 to 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the organic solvent. 前記有機溶媒の総量を100体積%として、前記環状カーボネート化合物の含有量が80~100体積%であり、鎖状カーボネート化合物の含有量が0~20体積%である、請求項1~4のいずれか1項に記載の非水二次電池用電解液。 Any of claims 1 to 4, wherein the total amount of the organic solvent is 100% by volume, the content of the cyclic carbonate compound is 80 to 100% by volume, and the content of the chain carbonate compound is 0 to 20% by volume. The electrolytic solution for a non-aqueous secondary battery according to item 1. 前記鎖状カーボネート化合物が、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)及びメチルプロピルカーボネートよりなる群から選ばれる少なくとも1種である、請求項5に記載の非水二次電池用電解液。 The non-aqueous battery according to claim 5, wherein the chain carbonate compound is at least one selected from the group consisting of dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC) and methyl propyl carbonate. Electrolyte for next battery. 前記環状カーボネート化合物が、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)及びブチレンカーボネートよりなる群から選ばれる少なくとも1種である、請求項1~6のいずれか1項に記載の非水二次電池用電解液。 The non-aqueous secondary battery according to any one of claims 1 to 6, wherein the cyclic carbonate compound is at least one selected from the group consisting of ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC) and butylene carbonate. Electrolyte. 前記リチウム非含有遷移金属硫化物が、バナジウム硫化物、モリブデン硫化物及び鉄硫化物よりなる群から選ばれる少なくとも1種である、請求項1~7のいずれか1項に記載の非水二次電池用電解液。 The non-aqueous secondary according to any one of claims 1 to 7, wherein the lithium-free transition metal sulfide is at least one selected from the group consisting of vanadium sulfide, molybdenum sulfide, and iron sulfide. Electrolyte for batteries. さらに、リチウム塩を含有する、請求項1~8のいずれか1項に記載の非水二次電池用電解液。 The electrolytic solution for a non-aqueous secondary battery according to any one of claims 1 to 8, further comprising a lithium salt. 前記リチウム塩が、スルホニル基を有する有機リチウム塩及びホウ素原子を有する有機リチウム塩よりなる群から選ばれる少なくとも1種である、請求項9に記載の非水二次電池用電解液。 The electrolytic solution for a non-aqueous secondary battery according to claim 9, wherein the lithium salt is at least one selected from the group consisting of an organic lithium salt having a sulfonyl group and an organic lithium salt having a boron atom. 前記リチウム塩が、リチウムトリフルオロメタンスルホネート(LiCFSO)、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(LiTFSI)、リチウムビス(ペンタフルオロエタンスルホニル)イミド(Li(CSON)、リチウムヘキサフルオロフォスファート(LiPF)、リチウムテトラフルオロボレート(LiBF)、リチウムヘキサフルオロアルセナート(LiAsF)、過塩素酸リチウム(LiClO)、リチウムビス(オキサレート)ボレート(LiBOB)、リチウムオキサレートジフルオロボレート(LiBF(C))、及びリチウムビス(マロネート)ボレート(LiB(C)よりなる群から選ばれる少なくとも1種である、請求項9又は10に記載の非水二次電池用電解液。 The lithium salt is lithium trifluoromethanesulfonate (LiCF 3 SO 3 ), lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (LiTFSI), lithium bis (pentafluoroethanesulfonyl) imide (Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N). , Lithium Hexafluorophosphate (LiPF 6 ), Lithium Tetrafluoroborate (LiBF 4 ), Lithium Hexafluoroarsenate (LiAsF 6 ), Lithium Perchlorate (LiClO 4 ), Lithium Bis (oxalate) Borate (LiBOB), Lithium Claim 9 or at least one selected from the group consisting of oxalate difluoroborate (LiBF 2 (C 2 O 4 )) and lithium bis (malonate) bolate (LiB (C 3 O 4 H 2 ) 2 ). 10. The electrolytic solution for a non-aqueous secondary battery according to 10. 前記リチウム塩の濃度が、0.3~2.5mol/Lである、請求項9~11のいずれか1項に記載の非水二次電池用電解液。 The electrolytic solution for a non-aqueous secondary battery according to any one of claims 9 to 11, wherein the concentration of the lithium salt is 0.3 to 2.5 mol / L. リチウムイオン二次電池用電解液である、請求項1~12のいずれか1項に記載の非水二次電池用電解液。 The electrolytic solution for a non-aqueous secondary battery according to any one of claims 1 to 12, which is an electrolytic solution for a lithium ion secondary battery. 請求項1~13のいずれか1項に記載の非水二次電池用電解液を備える、非水二次電池。 A non-aqueous secondary battery comprising the electrolytic solution for a non-aqueous secondary battery according to any one of claims 1 to 13. リチウムイオン二次電池である、請求項14に記載の非水二次電池。 The non-aqueous secondary battery according to claim 14, which is a lithium ion secondary battery.
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