JP2023024398A - Non-aqueous electrolyte, and non-aqueous electrolyte battery using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、非水系電解液及びそれを用いた非水系電解液電池に関する。 The present invention relates to a non-aqueous electrolyte and a non-aqueous electrolyte battery using the same.
リチウムイオン二次電池等の非水系電解液電池に代表されるエネルギーデバイスは、携帯電話、ノートパソコン等のいわゆる民生用の電源から自動車用等の駆動用車載電源まで、広範な用途に実用化されつつある。しかしながら、近年の非水系電解液電池に対する高性能化の要求はますます高くなっており、特に、高容量化への要求、低温使用特性、高温保存特性、サイクル特性、過充電時安全性等の種々の電池特性の改善が要望されている。
これまで、非水系電解液二次電池の高温保存特性やサイクル特性を改善するための手段として、正極や負極の活物質や、非水系電解液を始めとする様々な電池の構成要素について、数多くの技術が検討されている。
Energy devices represented by non-aqueous electrolyte batteries such as lithium-ion secondary batteries have been put to practical use in a wide range of applications, from so-called consumer power sources such as mobile phones and laptop computers to vehicle power sources for driving automobiles. It's getting However, in recent years, the demand for higher performance of non-aqueous electrolyte batteries has been increasing. Improvements in various battery characteristics are desired.
So far, as a means to improve the high-temperature storage characteristics and cycle characteristics of non-aqueous electrolyte secondary batteries, we have investigated various battery components such as positive and negative electrode active materials and non-aqueous electrolytes. technology is being considered.
特許文献1には、連続充電時のガス発生を抑制し、かつ連続充電後の放電特性に優れるリチウムイオン二次電池を提供するために、特定のビニレンカーボネート化合物と、特定のビニルエチレンサルファイトとを含有するリチウムイオン二次電池用非水系電解液が開示されている。
特許文献2には、高温保存後の電池の内部抵抗の増大を抑制し、かつ高温保存後の電池を低温使用した際の電池の内部抵抗の増大を抑制した非水電解質二次電池を提供するために、非水電解質として、2質量%以下の特定の環状不飽和スルトン化合物及び2質量%以下の特定の環状亜硫酸エステルを含有する非水電解質二次電池が開示されている。
In Patent Document 1, a specific vinylene carbonate compound and a specific vinylethylene sulfite are combined to suppress gas generation during continuous charging and to provide a lithium ion secondary battery having excellent discharge characteristics after continuous charging. A non-aqueous electrolyte for lithium ion secondary batteries containing
Patent document 2 provides a non-aqueous electrolyte secondary battery that suppresses an increase in internal resistance of the battery after high temperature storage and suppresses an increase in internal resistance of the battery when using the battery after high temperature storage at a low temperature. Therefore, a non-aqueous electrolyte secondary battery is disclosed which contains, as a non-aqueous electrolyte, 2 mass % or less of a specific cyclic unsaturated sultone compound and 2 mass % or less of a specific cyclic sulfite.
本発明者は、特許文献1及び2に記載されている非水系電解液は、負極に形成される負極被膜がもろく、これらの非水系電解液に負極での還元反応性の高い鎖状カルボン酸エステル溶媒を適用した場合、充放電初期の負極上での鎖状カルボン酸エステル溶媒の副反応を抑制することができず、内部抵抗の増加を抑制する効果が不十分であるという問題があることを見出した。 The inventors of the present invention have found that the non-aqueous electrolytes described in Patent Documents 1 and 2 have a fragile negative electrode film formed on the negative electrode, and that these non-aqueous electrolytes have a chain carboxylic acid with high reductive reactivity at the negative electrode. When an ester solvent is used, it is not possible to suppress the side reaction of the chain carboxylic acid ester solvent on the negative electrode at the initial stage of charge/discharge, and there is a problem that the effect of suppressing the increase in internal resistance is insufficient. I found
本発明は、上記の問題を解決すべくなされたものであり、負極での還元反応性の高いカルボン酸エステルを非水系溶媒として含むにもかかわらず、非水系電解液電池に用いることで、内部抵抗の増加を抑制することができる非水系電解液、及び該非水系電解液を用いた非水系電解液電池を提供することを課題とする。 The present invention has been made to solve the above problems. An object of the present invention is to provide a non-aqueous electrolytic solution capable of suppressing an increase in resistance, and a non-aqueous electrolytic solution battery using the non-aqueous electrolytic solution.
本発明者らは上記実情に鑑み、鋭意検討した結果、鎖状カルボン酸エステルを含有する非水系電解液に、さらに特定の環状含硫黄化合物と、炭素-炭素不飽和結合又はフッ素原子を有する環状カーボネートとを含有する非水系電解液を用いることにより、上記課題を解決しうることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明の要旨は、以下のとおりである。
In view of the above-mentioned circumstances, the present inventors have made intensive studies and found that a non-aqueous electrolytic solution containing a chain carboxylic acid ester further contains a specific cyclic sulfur-containing compound and a carbon-carbon unsaturated bond or a cyclic having a fluorine atom The inventors have found that the above problems can be solved by using a non-aqueous electrolytic solution containing carbonate, and have completed the present invention.
That is, the gist of the present invention is as follows.
[1]式(I)で表される化合物(A)と、環状カーボネート(B)と、鎖状カルボン酸エステル(C)とを含有することを特徴とする非水系電解液であって、
該環状カーボネート(B)が炭素-炭素不飽和結合を有する環状カーボネート及びフッ素原子を有する環状カーボネートから選ばれる1以上である非水系電解液。
[1] A non-aqueous electrolytic solution characterized by containing a compound (A) represented by formula (I), a cyclic carbonate (B), and a chain carboxylic acid ester (C),
A non-aqueous electrolytic solution in which the cyclic carbonate (B) is one or more selected from cyclic carbonates having a carbon-carbon unsaturated bond and cyclic carbonates having a fluorine atom.
(式(I)中、X1及びX2は、それぞれ独立に酸素原子又はCH2であり、R1及びR2は、それぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、又は炭化水素基であり、nは、1又は2である。ただし、R1及びR2のいずれか一方は、炭素-炭素不飽和結合を少なくとも一つ含む炭化水素基であり、nが2であるときは、X1及びX2の少なくとも一つがCH2である。)
(In formula (I), X 1 and X 2 are each independently an oxygen atom or CH 2 , R 1 and R 2 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, or a hydrocarbon group, and n is , 1 or 2, provided that either one of R 1 and R 2 is a hydrocarbon group containing at least one carbon-carbon unsaturated bond, and when n is 2, X 1 and X 2 is CH2 .)
[2]前記化合物(A)が、下記式(II)で表される化合物である、[1]に記載の非水系電解液。 [2] The non-aqueous electrolytic solution according to [1], wherein the compound (A) is a compound represented by the following formula (II).
(式(II)中、R1及びR2は、前記式(I)中のR1及びR2と同じである。)
[3]R1及びR2が、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、ビニル基、及びアリル基から選択される1つであり、R1及びR2のいずれか一方は、ビニル基及びアリル基から選択される、[1]又は[2]に記載の非水系電解液。
[4]前記化合物(A)を0.01質量%以上10質量%以下含有する、[1]~[3]のいずれかに記載の非水系電解液。
[5]環状カーボネート(B)が、ビニレンカーボネート及び/又はフルオロエチレンカーボネートである、[1]~[4]のいずれかに記載の非水系電解液。
[6]環状カーボネート(B)を0.001質量%以上10質量%以下含有する、[1]~[5]のいずれかに記載の非水系電解液。
[7]前記鎖状カルボン酸エステル(C)が酢酸メチル又はプロピオン酸メチルである、[1]~[6]のいずれかに記載の非水系電解液。
[8]前記非水系溶媒中の前記鎖状カルボン酸エステル(C)の含有量が1体積%以上70体積%以下である、[1]~[7]のいずれかに記載の非水系電解液。
[9]金属イオンを吸蔵及び放出しうる正極活物質を有する正極と、金属イオンを吸蔵及び放出しうる負極活物質を有する負極と、[1]~[8]のいずれかに記載の非水系電解液と、を備える非水系電解液電池。
(In formula (II), R 1 and R 2 are the same as R 1 and R 2 in formula (I) above.)
[3] R 1 and R 2 are each independently one selected from a hydrogen atom, a halogen atom, a vinyl group, and an allyl group, and either one of R 1 and R 2 is a vinyl group or allyl The non-aqueous electrolytic solution according to [1] or [2], which is selected from groups.
[4] The non-aqueous electrolytic solution according to any one of [1] to [3], containing 0.01% by mass or more and 10% by mass or less of the compound (A).
[5] The non-aqueous electrolytic solution according to any one of [1] to [4], wherein the cyclic carbonate (B) is vinylene carbonate and/or fluoroethylene carbonate.
[6] The non-aqueous electrolytic solution according to any one of [1] to [5], containing 0.001% by mass or more and 10% by mass or less of the cyclic carbonate (B).
[7] The non-aqueous electrolytic solution according to any one of [1] to [6], wherein the chain carboxylic acid ester (C) is methyl acetate or methyl propionate.
[8] The non-aqueous electrolytic solution according to any one of [1] to [7], wherein the content of the chain carboxylic acid ester (C) in the non-aqueous solvent is 1% by volume or more and 70% by volume or less. .
[9] A positive electrode having a positive electrode active material capable of absorbing and releasing metal ions, a negative electrode having a negative electrode active material capable of absorbing and releasing metal ions, and the non-aqueous system according to any one of [1] to [8]. A non-aqueous electrolyte battery comprising an electrolyte.
本発明によれば、負極での還元反応性の高いカルボン酸エステルを非水系溶媒として含むにもかかわらず、非水系電解液電池に用いることで、内部抵抗の増加を抑制できる非水系電解液を提供できる。また、当該非水系電解液を備えた非水系電解液電池を提供できる。 According to the present invention, a non-aqueous electrolyte that can suppress an increase in internal resistance by using it in a non-aqueous electrolyte battery despite containing a carboxylic acid ester with high reductive reactivity at the negative electrode as a non-aqueous solvent. can provide. Also, a non-aqueous electrolyte battery including the non-aqueous electrolyte can be provided.
[1.非水系電解液]
本発明の非水系電解液は、非水系電解液電池用の非水系電解液であって、
式(I)で表される化合物(A)(以下、「化合物(A)」ともいう。)と、炭素-炭素不飽和結合を有する環状カーボネート及びフッ素原子を有する環状カーボネートから選ばれる1以上の環状カーボネート(B)(以下、「カーボネート化合物(B)」ともいう。)と、鎖状カルボン酸エステル(C)とを含有する。
[1. Non-aqueous electrolyte]
The non-aqueous electrolyte of the present invention is a non-aqueous electrolyte for non-aqueous electrolyte batteries,
Compound (A) represented by formula (I) (hereinafter also referred to as "compound (A)"), and one or more selected from cyclic carbonates having a carbon-carbon unsaturated bond and cyclic carbonates having a fluorine atom It contains a cyclic carbonate (B) (hereinafter also referred to as "carbonate compound (B)") and a chain carboxylic acid ester (C).
本発明の構成を有する非水系電解液が、優れた効果を奏する理由について、本発明者は以下のように推測する。非水系電解液電池の充放電に伴い、化合物(A)とカーボネート化合物(B)とが反応し、電極上で被膜を形成する際に、さらに鎖状カルボン酸エステル(C)の電極との反応により生じた生成物が前記被膜と反応することで、極性の高い強固な共被膜が形成され、電極活物質と溶媒等との副反応を抑制できるためと考える。 The present inventor presumes the reason why the non-aqueous electrolytic solution having the structure of the present invention exhibits excellent effects as follows. As the non-aqueous electrolyte battery is charged and discharged, the compound (A) and the carbonate compound (B) react, and when forming a film on the electrode, the chain carboxylic acid ester (C) reacts with the electrode. It is believed that the reaction of the product produced by the reaction with the coating forms a strong co-coating with high polarity, which can suppress the side reaction between the electrode active material and the solvent or the like.
[1-1.化合物(A)] [1-1. Compound (A)]
式(I)中、X1及びX2は、それぞれ独立に酸素原子又はCH2であり、R1及びR2は、それぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、又は炭化水素基であり、nは、1又は2である。ただし、R1及びR2のいずれか一方は、炭素-炭素不飽和結合を少なくとも一つ含む炭化水素基であり、nが2であるときは、X1及びX2の少なくとも一つがCH2である。 In formula (I), X 1 and X 2 are each independently an oxygen atom or CH 2 , R 1 and R 2 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, or a hydrocarbon group, and n is 1 or 2. provided that either one of R 1 and R 2 is a hydrocarbon group containing at least one carbon-carbon unsaturated bond, and when n is 2, at least one of X 1 and X 2 is CH 2 ; be.
これらの中でも、X1が酸素原子、X2が酸素原子、nが1である亜硫酸エステル構造;X1が酸素原子、X2がCH2、nが2であるスルホン酸エステル構造;であることが好ましく、X1が酸素原子、X2が酸素原子、nが1である亜硫酸エステル構造がより好ましい。 Among these, X 1 is an oxygen atom, X 2 is an oxygen atom, and n is 1; a sulfite ester structure in which X 1 is an oxygen atom, X 2 is CH 2 , and n is 2; is preferred, and a sulfite ester structure in which X1 is an oxygen atom, X2 is an oxygen atom, and n is 1 is more preferred.
R1及びR2のいずれか一方は、炭素-炭素不飽和結合を少なくとも一つ含む炭化水素基である。炭素-炭素不飽和結合を少なくとも一つ含む炭化水素基としては、炭素数2~8のアルケニル基、炭素数2~8のアルキニル基、炭素数4~12のアリール基、又は炭素数7~10のアラルキル基が挙げられる。アリール基及びアラルキル基は、任意の芳香環を構成する炭素原子がヘテロ原子で置換されたヘテロアリール基及びヘテロアラルキル基を含む。R1、R2が炭素-炭素不飽和結合を含む炭化水素基である場合、炭素数2~8のアルケニル基又は炭素数2~8のアルキニル基が好ましく、炭素数2~8のアルケニル基がより好ましい。
R1及びR2が、飽和炭化水素基である場合、炭化水素基としては、炭素数1~10のアルキル基が挙げられる。
Either one of R 1 and R 2 is a hydrocarbon group containing at least one carbon-carbon unsaturated bond. Hydrocarbon groups containing at least one carbon-carbon unsaturated bond include alkenyl groups having 2 to 8 carbon atoms, alkynyl groups having 2 to 8 carbon atoms, aryl groups having 4 to 12 carbon atoms, or 7 to 10 carbon atoms. and an aralkyl group of Aryl groups and aralkyl groups include heteroaryl groups and heteroaralkyl groups in which any carbon atom constituting an aromatic ring is substituted with a heteroatom. When R 1 and R 2 are a hydrocarbon group containing a carbon-carbon unsaturated bond, an alkenyl group having 2 to 8 carbon atoms or an alkynyl group having 2 to 8 carbon atoms is preferable, and an alkenyl group having 2 to 8 carbon atoms is preferable. more preferred.
When R 1 and R 2 are saturated hydrocarbon groups, examples of hydrocarbon groups include alkyl groups having 1 to 10 carbon atoms.
アルケニル基としては、ビニル基、アリル基、メタリル基、2-ブテニル基、3-メチル-2-ブテニル基、3-ブテニル基、4-ペンテニル基、5-ヘキセニル基、6-ヘプテニル基、及び7-オクテニル基等が挙げられる。なかでも、電解液への溶解性の観点から、炭素数が2~6のアルケニル基が好ましく、ビニル基及びアリル基がより好ましい。 Alkenyl groups include vinyl, allyl, methallyl, 2-butenyl, 3-methyl-2-butenyl, 3-butenyl, 4-pentenyl, 5-hexenyl, 6-heptenyl, and 7 -octenyl group and the like. Among them, an alkenyl group having 2 to 6 carbon atoms is preferred, and a vinyl group and an allyl group are more preferred, from the viewpoint of solubility in the electrolytic solution.
アルキニル基としては、エチニル基、2-プロピニル基、2-ブチニル基、3-ブチニル基、4-ペンチニル基、5-ヘキシニル基、6-ヘプチニル基、及び7-オクチニル基等が挙げられる。なかでも、電解液への溶解性の観点から、炭素数が2~6のアルキニル基が好ましく、エチニル基がより好ましい。 Examples of alkynyl groups include ethynyl, 2-propynyl, 2-butynyl, 3-butynyl, 4-pentynyl, 5-hexynyl, 6-heptynyl, and 7-octynyl groups. Among them, an alkynyl group having 2 to 6 carbon atoms is preferable, and an ethynyl group is more preferable, from the viewpoint of solubility in an electrolytic solution.
アリール基としては、フェニル基、1-ナフチル基、2-ナフチル基、2-チエニル基、3-チエニル基、2-フリル基、3-フリル基、2-ピロリル基、3-ピロリル基、及びベンジル基等が挙げられる。なかでも、電解液への溶解性の観点から、炭素原子数が6~12のアリール基が好ましく、フェニル基がより好ましい。 Aryl groups include phenyl, 1-naphthyl, 2-naphthyl, 2-thienyl, 3-thienyl, 2-furyl, 3-furyl, 2-pyrrolyl, 3-pyrrolyl, and benzyl and the like. Among them, an aryl group having 6 to 12 carbon atoms is preferred, and a phenyl group is more preferred, from the viewpoint of solubility in the electrolytic solution.
アラルキル基としては、ベンジル基、フェネチル基、フェニルプロピル基、フェニルブチル基、及びフェニルイソプロピル基等が挙げられる。なかでも、電解液の溶解性の観点から、ベンジル基及びフェネチル基が好ましく、ベンジル基がより好ましい。 Aralkyl groups include benzyl, phenethyl, phenylpropyl, phenylbutyl, and phenylisopropyl groups. Among them, a benzyl group and a phenethyl group are preferable, and a benzyl group is more preferable, from the viewpoint of solubility in an electrolytic solution.
アルキル基としては、メチル基、エチル基、n-プロピル基、iso-プロピル基、n-ブチル基、tert-ブチル基、n-ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、及びデシル基等が挙げられる。なかでも、電解液への溶解性の観点から、炭素数が1~6のアルキル基が好ましく、メチル基、エチル基、及びiso-プロピル基がより好ましい。 Alkyl groups include methyl, ethyl, n-propyl, iso-propyl, n-butyl, tert-butyl, n-pentyl, hexyl, heptyl, octyl, nonyl, and decyl. and the like. Among them, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms is preferable, and a methyl group, an ethyl group, and an iso-propyl group are more preferable from the viewpoint of solubility in an electrolytic solution.
式(I)中のR1とR2は結合して環状構造を形成していてもよい。環状構造としては、シクロヘキセン環、シクロペンテン環等の芳香族環を除く不飽和炭素環が挙げられる。なかでも、電解液への安定性の観点でシクロヘキセン環が好ましい。 R 1 and R 2 in formula (I) may combine to form a cyclic structure. The cyclic structure includes unsaturated carbocyclic rings other than aromatic rings such as cyclohexene ring and cyclopentene ring. Among them, a cyclohexene ring is preferable from the viewpoint of stability to the electrolytic solution.
また、R1又はR2が炭化水素基である場合、炭化水素基における炭素原子は酸素原子に置換されてもよく、水素原子は、ハロゲン原子で置換されてもよい。ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、又はヨウ素原子が挙げられる。 Further, when R 1 or R 2 is a hydrocarbon group, carbon atoms in the hydrocarbon group may be substituted with oxygen atoms, and hydrogen atoms may be substituted with halogen atoms. A halogen atom includes a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, or an iodine atom.
化合物(A)が電極上で反応して多量化しやすい傾向があることから、式(I)中、R1及びR2は、好ましくは、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、ビニル基、及びアリル基から選択される1つであり、R1及びR2のいずれか一方は、ビニル基及びアリル基から選択される。中でも、R1及びR2のいずれか一方がビニル基であり、他方が水素原子である組み合わせが好ましい。 Since compound (A) tends to react on the electrode and tend to be multimerized, R 1 and R 2 in formula (I) are preferably each independently a hydrogen atom, a halogen atom, a vinyl group, and one selected from an allyl group, and either one of R 1 and R 2 is selected from a vinyl group and an allyl group; Among them, a combination in which one of R 1 and R 2 is a vinyl group and the other is a hydrogen atom is preferable.
式(I)で表される化合物(A)の中でも、X1が酸素原子、X2が酸素原子、nが1である亜硫酸エステル構造を有する、下記式(II)で表される化合物が好ましい。 Among the compounds (A) represented by the formula (I), compounds represented by the following formula (II) having a sulfite ester structure in which X 1 is an oxygen atom, X 2 is an oxygen atom, and n is 1 are preferred. .
式(II)中、R1及びR2は、式(I)中のR1及びR2と同義である。 In formula (II), R 1 and R 2 have the same definitions as R 1 and R 2 in formula (I).
式(II)で表される化合物としては、具体的には以下の構造式で表される化合物が挙げられる。 Specific examples of the compound represented by formula (II) include compounds represented by the following structural formulas.
上記の化合物のなかでも、式(II)で表される化合物としては、以下の構造式で表される化合物が好ましい。 Among the above compounds, compounds represented by the following structural formulas are preferable as the compound represented by formula (II).
上記の式(II)で表される化合物のなかでも、より好ましくは、以下の構造式で表される化合物が挙げられる。 Among the compounds represented by the above formula (II), compounds represented by the following structural formulas are more preferred.
上記の式(II)で表される化合物のなかでも、更に好ましくは、以下の構造式で表される化合物が挙げられる。 Among the compounds represented by the above formula (II), compounds represented by the following structural formulas are more preferred.
上記の式(II)で表される化合物のなかでも、特に好ましくは、以下の構造式で表される化合物が挙げられる。 Among the compounds represented by formula (II) above, compounds represented by the following structural formulas are particularly preferred.
上記の式(II)で表される化合物のなかでも、最も好ましくは、以下の構造式で表される化合物が挙げられる。 Among the compounds represented by formula (II) above, compounds represented by the following structural formulas are most preferred.
また、式(II)で表される化合物以外の式(I)で表される化合物(A)の具体例を以下に示す。 Specific examples of the compound (A) represented by the formula (I) other than the compound represented by the formula (II) are shown below.
式(I)中、X1がCH2、X2がCH2、nが2であるスルホン構造を有する化合物としては、具体的には以下の構造式で表される化合物が挙げられる。 Specific examples of compounds having a sulfone structure in which X 1 is CH 2 , X 2 is CH 2 , and n is 2 in formula (I) include compounds represented by the following structural formulas.
式(I)中、X1が酸素原子、X2がCH2、nが2であるスルホン酸エステル構造を有する化合物としては、具体的には以下の構造式で表される化合物が挙げられる。 In formula (I), the compound having a sulfonate ester structure in which X 1 is an oxygen atom, X 2 is CH 2 , and n is 2 specifically includes compounds represented by the following structural formulas.
式(I)中、X1がCH2、X2が酸素原子、nが2であるスルホン酸エステル構造を有する化合物としては、具体的には以下の構造式で表される化合物が挙げられる。 In formula (I), the compound having a sulfonate ester structure in which X 1 is CH 2 , X 2 is an oxygen atom, and n is 2 specifically includes compounds represented by the following structural formulas.
(化合物(A)の含有量)
非水系電解液の全量(100質量%)中の化合物(A)の含有量は、通常0.01質量%以上、好ましくは0.05質量%以上、より好ましくは0.1質量%以上、更に好ましくは0.5質量%以上であり、そして、通常10質量%以下、好ましくは8質量%以下、より好ましくは6質量%以下、更に好ましくは4質量%以下である。化合物(A)の含有量がこの範囲であれば、非水系電解液電池において、内部抵抗の増加を抑制することができる。化合物(A)は、1種を単独で用いても、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。化合物(A)の同定及び含有量の測定は、核磁気共鳴(NMR)分光法及び/又はガスクロマトグラフィーにより行う。
(Content of compound (A))
The content of the compound (A) in the total amount (100% by mass) of the non-aqueous electrolytic solution is usually 0.01% by mass or more, preferably 0.05% by mass or more, more preferably 0.1% by mass or more, and further It is preferably 0.5% by mass or more, and usually 10% by mass or less, preferably 8% by mass or less, more preferably 6% by mass or less, and even more preferably 4% by mass or less. If the content of the compound (A) is within this range, it is possible to suppress an increase in internal resistance in the non-aqueous electrolyte battery. Compound (A) may be used singly or in combination of two or more in any desired ratio. Identification of compound (A) and measurement of content are performed by nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy and/or gas chromatography.
(電解質に対する化合物(A)の質量比)
非水系電解液において、電解質の含有量に対する化合物(A)(2種以上の場合は合計量)の含有量の質量比(化合物(A)[g]/電解質[g])は、通常0.001以上、好ましくは0.01以上、より好ましくは0.02以上、更に好ましくは0.025以上、更に好ましくは0.03以上であり、そして、通常0.5以下、好ましくは0.3以下、より好ましくは0.2以下、更に好ましくは0.1以下である。質量比がこの範囲であれば、非水系電解液電池において、特に内部抵抗の増加を著しく抑制することができる。この効果を奏する原理については定かではないが、電解質の含有量に対する化合物(A)の含有量の質量比をこの範囲にすることで、電池系内での電解質の副反応が最小限に抑えられるためと考えられる。
(Mass ratio of compound (A) to electrolyte)
In the non-aqueous electrolytic solution, the mass ratio of the content of the compound (A) (the total amount in the case of two or more types) to the content of the electrolyte (compound (A) [g]/electrolyte [g]) is usually 0. 001 or more, preferably 0.01 or more, more preferably 0.02 or more, still more preferably 0.025 or more, still more preferably 0.03 or more, and usually 0.5 or less, preferably 0.3 or less , more preferably 0.2 or less, and still more preferably 0.1 or less. If the mass ratio is within this range, it is possible to remarkably suppress an increase in internal resistance, in particular, in a non-aqueous electrolyte battery. Although the principle of this effect is not clear, side reactions of the electrolyte in the battery system can be minimized by setting the mass ratio of the content of the compound (A) to the content of the electrolyte within this range. It is considered to be for
[1-2.カーボネート化合物(B)]
非水系電解液は、炭素-炭素不飽和結合を有する環状カーボネート及びフッ素原子を有する環状カーボネートからなる群より選ばれる少なくとも1種のカーボネート化合物(B)を含む。これらの中でも、炭素-炭素不飽和結合を有する環状カーボネートを含むことが好ましく、ビニレンカーボネートを含むことがより好ましい。また、これらは、1種単独で又は2種以上を任意の比率で組み合わせて用いることができる。
[1-2. Carbonate compound (B)]
The non-aqueous electrolytic solution contains at least one carbonate compound (B) selected from the group consisting of cyclic carbonates having a carbon-carbon unsaturated bond and cyclic carbonates having a fluorine atom. Among these, it preferably contains a cyclic carbonate having a carbon-carbon unsaturated bond, and more preferably contains vinylene carbonate. Moreover, these can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types by arbitrary ratios.
(カーボネート化合物(B)の含有量)
非水系電解液全量(100質量%)中の、カーボネート化合物(B)の含有量(2種以上の場合は合計量)は通常0.001質量%以上、好ましくは0.01質量%以上、より好ましくは0.1質量%以上、更に好ましくは0.5質量%以上であり、また、通常10質量%以下であり、好ましくは5質量%以下であり、より好ましくは4質量%以下、更に好ましくは3質量%以下である。カーボネート化合物(B)の含有量がこの範囲内であれば、電池特性、特に内部抵抗の増加を著しく抑制することができる。この効果を奏する原理については定かではないが、この比率でカーボネート化合物(B)を含有することで、電極上で被膜を形成し、非水系電解液の成分の副反応を最小限に抑えられるためと考えられる。カーボネート化合物(B)の同定及び含有量の測定は、核磁気共鳴(NMR)分光法及び/又はガスクロマトグラフィーにより行う。
(Content of carbonate compound (B))
The content of the carbonate compound (B) in the total amount (100% by mass) of the non-aqueous electrolyte (the total amount in the case of two or more types) is usually 0.001% by mass or more, preferably 0.01% by mass or more, and more It is preferably 0.1% by mass or more, more preferably 0.5% by mass or more, and is usually 10% by mass or less, preferably 5% by mass or less, more preferably 4% by mass or less, and still more preferably is 3% by mass or less. If the content of the carbonate compound (B) is within this range, it is possible to remarkably suppress increases in battery characteristics, particularly internal resistance. Although the principle of this effect is not clear, by containing the carbonate compound (B) in this ratio, a film is formed on the electrode, and side reactions of the components of the non-aqueous electrolytic solution can be minimized. it is conceivable that. Identification of the carbonate compound (B) and measurement of the content are performed by nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy and/or gas chromatography.
(化合物(A)に対するカーボネート化合物(B)の質量比)
化合物(A)の含有量に対するカーボネート化合物(B)(2種以上の場合は合計量)の含有量の質量比(カーボネート化合物(B)[g]/化合物(A)[g])は、通常0.01以上であり、好ましくは0.05以上、より好ましくは0.3以上、更に好ましくは0.5以上であり、そして、通常100以下であり、好ましくは10以下、より好ましくは5以下、更に好ましくは4以下である。該質量比がこの範囲であれば、電池特性、特に内部抵抗の増加を著しく抑制することができる。この原理については定かではないが、この質量比の範囲で、化合物(A)及びカーボネート化合物(B)を含有することで、電極上で被膜を形成し、非水系電解液の成分の副反応を最小限に抑えられるためと考えられる。
(Mass ratio of carbonate compound (B) to compound (A))
The mass ratio (carbonate compound (B) [g]/compound (A) [g]) of the content of the carbonate compound (B) (the total amount when two or more are used) to the content of the compound (A) is usually 0.01 or more, preferably 0.05 or more, more preferably 0.3 or more, still more preferably 0.5 or more, and usually 100 or less, preferably 10 or less, more preferably 5 or less , more preferably 4 or less. If the mass ratio is within this range, it is possible to remarkably suppress an increase in battery characteristics, particularly internal resistance. Although the principle of this is not clear, by containing the compound (A) and the carbonate compound (B) in this mass ratio range, a film is formed on the electrode, and a side reaction of the components of the non-aqueous electrolytic solution is prevented. presumably because it can be minimized.
(電解質に対するカーボネート化合物(B)の質量比)
非水系電解液において、電解質の含有量に対するカーボネート化合物(B)(2種以上の場合は合計量)の含有量の質量比(カーボネート化合物(B)[g]/電解質[g])は、通常0.00005以上、好ましくは0.001以上、より好ましくは0.01以上、更に好ましくは0.02以上、特に好ましくは0.025以上であり、そして、通常0.5以下、好ましくは0.45以下、より好ましくは0.4以下、更に好ましくは0.35以下である。質量比がこの範囲であれば、電池特性、特に内部抵抗の増加を著しく抑制することができる。この効果を奏する原理については定かではないが、この質量比の範囲でカーボネート化合物(B)及び電解質を含有することで、電極上に被膜を形成し、電池系内での電解質の副反応が最小限に抑えられるためと考えられる。
(Mass ratio of carbonate compound (B) to electrolyte)
In the non-aqueous electrolytic solution, the mass ratio of the content of the carbonate compound (B) (the total amount if two or more types) to the content of the electrolyte (carbonate compound (B) [g] / electrolyte [g]) is usually 0.00005 or more, preferably 0.001 or more, more preferably 0.01 or more, still more preferably 0.02 or more, particularly preferably 0.025 or more, and usually 0.5 or less, preferably 0.025 or more. It is 45 or less, more preferably 0.4 or less, still more preferably 0.35 or less. If the mass ratio is within this range, it is possible to remarkably suppress an increase in battery characteristics, particularly internal resistance. Although the principle of this effect is not clear, by containing the carbonate compound (B) and the electrolyte in this mass ratio range, a film is formed on the electrode, and side reactions of the electrolyte in the battery system are minimized. It is thought that this is because it can be suppressed to a limit.
[1-2-1.炭素-炭素不飽和結合を有する環状カーボネート]
炭素-炭素不飽和結合を有する環状カーボネート(以下、「不飽和環状カーボネート」ともいう。)としては、炭素-炭素二重結合又は炭素-炭素三重結合を有する環状カーボネートであれば、特に制限はない。芳香環を有する環状カーボネートも、不飽和環状カーボネートに包含されることとする。
[1-2-1. Cyclic carbonate having a carbon-carbon unsaturated bond]
The cyclic carbonate having a carbon-carbon unsaturated bond (hereinafter also referred to as "unsaturated cyclic carbonate") is not particularly limited as long as it is a cyclic carbonate having a carbon-carbon double bond or a carbon-carbon triple bond. . A cyclic carbonate having an aromatic ring is also included in the unsaturated cyclic carbonate.
不飽和環状カーボネートとしては、ビニレンカーボネート類、芳香環、炭素-炭素二重結合又は炭素-炭素三重結合を有する置換基で置換されたエチレンカーボネート類、フェニルカーボネート類、ビニルカーボネート類、アリルカーボネート類、カテコールカーボネート類等が挙げられる。これらの中でもビニレンカーボネート類、芳香環又は炭素-炭素二重結合又は炭素-炭素三重結合を有する置換基で置換されたエチレンカーボネート類が好ましい。 Examples of unsaturated cyclic carbonates include vinylene carbonates, ethylene carbonates substituted with a substituent having an aromatic ring, carbon-carbon double bond or carbon-carbon triple bond, phenyl carbonates, vinyl carbonates, allyl carbonates, catechol carbonates and the like. Among these, vinylene carbonates and ethylene carbonates substituted with a substituent having an aromatic ring or a carbon-carbon double bond or a carbon-carbon triple bond are preferred.
不飽和環状カーボネートの具体例としては、ビニレンカーボネート、メチル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、フェニルビニレンカーボネート、4,5-ジフェニルビニレンカーボネート、ビニルビニレンカーボネート、4,5-ジビニルビニレンカーボネート、アリルビニレンカーボネート、4,5-ジアリルビニレンカーボネート等のビニレンカーボネート類;
ビニルエチレンカーボネート、4,5-ジビニルエチレンカーボネート、4-メチル-5-ビニルエチレンカーボネート、4-アリル-5-ビニルエチレンカーボネート、エチニルエチレンカーボネート、4,5-ジエチニルエチレンカーボネート、4-メチル-5-エチニルエチレンカーボネート、4-ビニル-5-エチニルエチレンカーボネート、4-アリル-5-エチニルエチレンカーボネート、フェニルエチレンカーボネート、4,5-ジフェニルエチレンカーボネート、4-フェニル-5-ビニルエチレンカーボネート、4-アリル-5-フェニルエチレンカーボネート、アリルエチレンカーボネート、4,5-ジアリルエチレンカーボネート、4-メチル-5-アリルエチレンカーボネート等の芳香環又は炭素-炭素二重結合又は炭素-炭素三重結合を有する置換基で置換されたエチレンカーボネート類;等が挙げられる。
これらの中でも、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、エチニルエチレンカーボネートは更に安定な被膜を電極上に形成するので好ましく、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から選ばれる1種以上がより好ましく、ビニレンカーボネートが更に好ましい。
不飽和環状カーボネートは、1種単独で又は2種以上を任意の比率で組み合わせて用いることができる。
Specific examples of unsaturated cyclic carbonates include vinylene carbonate, methylvinylene carbonate, 4,5-dimethylvinylene carbonate, phenylvinylene carbonate, 4,5-diphenylvinylene carbonate, vinylvinylene carbonate, 4,5-divinylvinylene carbonate, allyl Vinylene carbonates such as vinylene carbonate and 4,5-diallylvinylene carbonate;
Vinylethylene carbonate, 4,5-divinylethylene carbonate, 4-methyl-5-vinylethylene carbonate, 4-allyl-5-vinylethylene carbonate, ethynylethylene carbonate, 4,5-diethynylethylene carbonate, 4-methyl-5 -ethynylethylene carbonate, 4-vinyl-5-ethynylethylene carbonate, 4-allyl-5-ethynylethylene carbonate, phenylethylene carbonate, 4,5-diphenylethylene carbonate, 4-phenyl-5-vinylethylene carbonate, 4-allyl -A substituent having an aromatic ring or a carbon-carbon double bond or a carbon-carbon triple bond such as 5-phenylethylene carbonate, allylethylene carbonate, 4,5-diallylethylene carbonate, 4-methyl-5-allylethylene carbonate, etc. substituted ethylene carbonates; and the like.
Among these, vinylene carbonate, vinylethylene carbonate, and ethynylethylene carbonate are preferred because they form a more stable coating on the electrode, and more preferably one or more selected from vinylene carbonate and vinylethylene carbonate, and vinylene carbonate is even more preferred.
An unsaturated cyclic carbonate can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types by arbitrary ratios.
[1-2-2.フッ素原子を有する環状カーボネート]
フッ素原子を有する環状カーボネートは、環状のカーボネート構造を有し、かつフッ素原子を含有するものであれば特に制限されない。
フッ素原子を有する環状カーボネートとしては、炭素数2以上6以下のアルキレン基を有する環状カーボネートのフッ素化物、及びその誘導体が挙げられ、例えばエチレンカーボネートのフッ素化物(フルオロエチレンカーボネート)及びその誘導体、並びに含フッ素基を有するエチレンカーボネートが挙げられる。エチレンカーボネートのフッ素化物の誘導体としては、アルキル基(例えば、炭素数1以上4以下のアルキル基)で置換されたエチレンカーボネートのフッ素化物が挙げられる。これらの中でも、フルオロエチレンカーボネート、及びその誘導体が好ましい。
[1-2-2. Cyclic carbonate having a fluorine atom]
The cyclic carbonate having a fluorine atom is not particularly limited as long as it has a cyclic carbonate structure and contains a fluorine atom.
Examples of the cyclic carbonate having a fluorine atom include fluorinated cyclic carbonates having an alkylene group having 2 to 6 carbon atoms, and derivatives thereof, such as fluorinated ethylene carbonate (fluoroethylene carbonate) and derivatives thereof, and Ethylene carbonate having a fluorine group can be mentioned. Derivatives of fluorinated ethylene carbonate include fluorinated ethylene carbonate substituted with an alkyl group (for example, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms). Among these, fluoroethylene carbonate and derivatives thereof are preferred.
フッ素数1以上8以下のフルオロエチレンカーボネート及びその誘導体、並びに含フッ素基を有するエチレンカーボネートとしては、モノフルオロエチレンカーボネート、4,4-ジフルオロエチレンカーボネート、4,5-ジフルオロエチレンカーボネート、4-フルオロ-4-メチルエチレンカーボネート、4,5-ジフルオロ-4-メチルエチレンカーボネート、4-フルオロ-5-メチルエチレンカーボネート、4,4-ジフルオロ-5-メチルエチレンカーボネート、4-(フルオロメチル)-エチレンカーボネート、4-(ジフルオロメチル)-エチレンカーボネート、4-(トリフルオロメチル)-エチレンカーボネート、4-(フルオロメチル)-4-フルオロエチレンカーボネート、4-(フルオロメチル)-5-フルオロエチレンカーボネート、4-フルオロ-4,5-ジメチルエチレンカーボネート、4,5-ジフルオロ-4,5-ジメチルエチレンカーボネート、4,4-ジフルオロ-5,5-ジメチルエチレンカーボネート等が挙げられる。これらの中でも、電解液に高イオン伝導性を与え、かつ安定な界面保護被膜を形成し易くする観点から、モノフルオロエチレンカーボネート、4,4-ジフルオロエチレンカーボネート、及び4,5-ジフルオロエチレンカーボネートから選ばれる1種以上が好ましい。
フッ素原子を有する環状カーボネートは、1種単独で又は2種以上を任意の比率で組み合わせて用いることができる。
Fluoroethylene carbonate having 1 to 8 fluorine atoms and derivatives thereof, and ethylene carbonate having a fluorine-containing group include monofluoroethylene carbonate, 4,4-difluoroethylene carbonate, 4,5-difluoroethylene carbonate, 4-fluoro- 4-methylethylene carbonate, 4,5-difluoro-4-methylethylene carbonate, 4-fluoro-5-methylethylene carbonate, 4,4-difluoro-5-methylethylene carbonate, 4-(fluoromethyl)-ethylene carbonate, 4-(difluoromethyl)-ethylene carbonate, 4-(trifluoromethyl)-ethylene carbonate, 4-(fluoromethyl)-4-fluoroethylene carbonate, 4-(fluoromethyl)-5-fluoroethylene carbonate, 4-fluoro -4,5-dimethylethylene carbonate, 4,5-difluoro-4,5-dimethylethylene carbonate, 4,4-difluoro-5,5-dimethylethylene carbonate and the like. Among these, monofluoroethylene carbonate, 4,4-difluoroethylene carbonate, and 4,5-difluoroethylene carbonate are used from the viewpoint of imparting high ionic conductivity to the electrolytic solution and facilitating the formation of a stable interfacial protective film. One or more selected are preferred.
Cyclic carbonates having a fluorine atom can be used singly or in combination of two or more at any ratio.
[1-3.鎖状カルボン酸エステル(C)]
鎖状カルボン酸エステル(C)としては、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、酪酸メチル、酪酸エチル、吉草酸メチル、イソ酪酸メチル、イソ酪酸エチル、及びピバル酸メチルが挙げられる。これらの中でも、電極との反応のしやすさの観点から、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチルが好ましく、酢酸メチル又はプロピオン酸メチルがより好ましく、酢酸メチルが更に好ましい。上記化合物の水素原子の一部をフッ素原子で置換した鎖状カルボン酸エステル(例えば、トリフルオロ酢酸メチル、トリフルオロ酢酸エチル等)も好適に使用できる。
[1-3. Chain carboxylic acid ester (C)]
Examples of chain carboxylic acid esters (C) include methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, butyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, propyl propionate, methyl butyrate, ethyl butyrate, methyl valerate, methyl isobutyrate, iso Ethyl butyrate, and methyl pivalate. Among these, from the viewpoint of ease of reaction with the electrode, methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, butyl acetate, methyl propionate, and ethyl propionate are preferable, and methyl acetate or methyl propionate is more preferable. is more preferred. Chain carboxylic acid esters (eg, methyl trifluoroacetate, ethyl trifluoroacetate, etc.) obtained by substituting a portion of the hydrogen atoms of the above compounds with fluorine atoms can also be suitably used.
非水系電解液中の鎖状カルボン酸エステル(C)の含有量は、内部抵抗の増加を抑制する観点から、通常1体積%以上、好ましくは5体積%以上、より好ましくは15体積%以上であり、通常70体積%以下、好ましくは50体積%以下、より好ましくは40体積%以下である。なお、本明細書における体積%とは25℃、1気圧における体積%を意味する。
上記非水系溶媒全量に対する鎖状カルボン酸エステルの含有量を質量基準で換算すると、通常0.8質量%以上、好ましくは4質量%以上、より好ましくは13質量%以上となり、そして、通常63質量%以下、好ましくは44質量%以下、より好ましくは35質量%以下となる。
The content of the chain carboxylic acid ester (C) in the non-aqueous electrolytic solution is usually 1% by volume or more, preferably 5% by volume or more, more preferably 15% by volume or more, from the viewpoint of suppressing an increase in internal resistance. Yes, usually 70% by volume or less, preferably 50% by volume or less, more preferably 40% by volume or less. In addition, volume % in this specification means volume % at 25 degreeC and 1 atmospheric pressure.
When the content of the chain carboxylic acid ester with respect to the total amount of the non-aqueous solvent is converted on a mass basis, it is usually 0.8% by mass or more, preferably 4% by mass or more, more preferably 13% by mass or more, and usually 63% by mass. % or less, preferably 44 mass % or less, more preferably 35 mass % or less.
[1-4.電解質]
非水系電解液における電解質としては、例えば、リチウム塩が挙げられる。リチウム塩としては特に制限がなく、任意のものを用いることができるが、例えば、フルオロホウ酸リチウム塩類、フルオロリン酸リチウム塩類、タングステン酸リチウム塩類、カルボン酸リチウム塩類、スルホン酸リチウム塩類、リチウムイミド塩類、リチウムメチド塩類、リチウムオキサラート塩類、及び含フッ素有機リチウム塩類等が挙げられる。
[1-4. Electrolytes]
Examples of the electrolyte in the non-aqueous electrolytic solution include lithium salts. The lithium salt is not particularly limited, and any one can be used. Examples include lithium fluoroborate, lithium fluorophosphate, lithium tungstate, lithium carboxylate, lithium sulfonate, and lithium imide. , lithium methide salts, lithium oxalate salts, and fluorine-containing organic lithium salts.
これらの中でも、低温出力特性やハイレート充放電特性、インピーダンス特性、高温保存特性、サイクル特性等を向上させる観点から、フルオロホウ酸リチウム塩としてLiBF4;フルオロリン酸リチウム塩としてLiPF6、Li2PO3F、LiPO2F2;スルホン酸リチウム塩としてLiSO3F、LiCH3SO3;リチウムイミド塩としてLiN(FSO2)2、LiN(FSO2)(CF3SO2)、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2、リチウム環状1,2-パーフルオロエタンジスルホニルイミド、リチウム環状1,3-パーフルオロプロパンジスルホニルイミド;リチウムメチド塩として、LiC(FSO2)3、LiC(CF3SO2)3、LiC(C2F5SO2)3;リチウムオキサラート塩として、リチウムジフルオロオキサラートボレート、リチウムビス(オキサラート)ボレート、リチウムテトラフルオロオキサラートホスフェート、リチウムジフルオロビス(オキサラート)ホスフェート、リチウムトリス(オキサラート)ホスフェート等が好ましく、LiPF6、LiN(FSO2)2、リチウムビス(オキサラート)ボレート及びLiSO3Fから選ばれる1種以上がより好ましく、LiPF6が特に好ましい。 Among these, from the viewpoint of improving low-temperature output characteristics, high-rate charge/discharge characteristics, impedance characteristics, high-temperature storage characteristics, cycle characteristics, etc., LiBF 4 as a lithium fluoroborate; LiPF 6 and Li 2 PO 3 as lithium fluorophosphates. F, LiPO 2 F 2 ; LiSO 3 F, LiCH 3 SO 3 as lithium sulfonate salts; LiN(FSO 2 ) 2 , LiN(FSO 2 )(CF 3 SO 2 ), LiN(CF 3 SO 2 ) as lithium imide salts ) 2 , LiN(C 2 F 5 SO 2 ) 2 , lithium cyclic 1,2-perfluoroethanedisulfonylimide, lithium cyclic 1,3-perfluoropropanedisulfonylimide; as the lithium methide salt, LiC(FSO 2 ) 3 , LiC(CF 3 SO 2 ) 3 , LiC(C 2 F 5 SO 2 ) 3 ; lithium oxalate salts such as lithium difluorooxalate borate, lithium bis(oxalate) borate, lithium tetrafluorooxalate phosphate, lithium difluorobis (oxalate) phosphate, lithium tris(oxalate) phosphate, etc. are preferred, one or more selected from LiPF 6 , LiN(FSO 2 ) 2 , lithium bis(oxalate) borate and LiSO 3 F are more preferred, and LiPF 6 is particularly preferred. .
上記電解質は、1種単独で又は2種以上を任意の比率で組み合わせて用いることができる。
2種類以上の電解質の組み合わせとして特に制限はなく、LiPF6及びLiN(FSO2)2の組み合わせ、LiPF6及びLiBF4の組み合わせ、LiPF6及びLiN(CF3SO2)2の組み合わせ、LiBF4及びLiN(FSO2)2の組み合わせ、LiBF4、LiPF6及びLiN(FSO2)2の組み合わせ等が挙げられる。これらの中でも、LiPF6及びLiN(FSO2)2の組み合わせ、LiPF6及びLiBF4の組み合わせ、並びにLiBF4、LiPF6及びLiN(FSO2)2の組み合わせが好ましい。
The above electrolytes can be used singly or in combination of two or more at any ratio.
The combination of two or more electrolytes is not particularly limited, and may be a combination of LiPF6 and LiN( FSO2 ) 2 , a combination of LiPF6 and LiBF4 , a combination of LiPF6 and LiN( CF3SO2 ) 2 , LiBF4 and A combination of LiN(FSO 2 ) 2 , a combination of LiBF 4 , LiPF 6 and LiN(FSO 2 ) 2 and the like are included. Among these, a combination of LiPF 6 and LiN(FSO 2 ) 2 , a combination of LiPF 6 and LiBF 4 , and a combination of LiBF 4 , LiPF 6 and LiN(FSO 2 ) 2 are preferred.
電解質の総濃度は、特に制限はないが、電気伝導率が電池動作を適正にし、十分な出力特性を発揮させる観点から、非水系電解液の全量に対して、通常8質量%以上、好ましくは8.5質量%以上、より好ましくは9質量%以上であり、また、通常18質量%以下、好ましくは17質量%以下、より好ましくは16質量%以下である。電解質の同定及び含有量の測定は磁気共鳴(NMR)分光法及び/又はイオンクロマトグラフィーを用いて行う。 The total concentration of the electrolyte is not particularly limited, but from the viewpoint of proper electrical conductivity and sufficient output characteristics, it is usually 8% by mass or more, preferably 8% by mass or more, based on the total amount of the non-aqueous electrolyte. It is 8.5% by mass or more, more preferably 9% by mass or more, and is usually 18% by mass or less, preferably 17% by mass or less, more preferably 16% by mass or less. Electrolyte identification and content determination are performed using magnetic resonance (NMR) spectroscopy and/or ion chromatography.
[1-5.非水系溶媒]
非水系電解液は、一般的な非水系電解液と同様、非水系溶媒を含有する。用いられる非水系溶媒は、鎖状カルボン酸エステル(C)と組み合わせて用いることで、上記の電解質を溶解する非水系溶媒であれば特に制限はなく、公知の有機溶媒を用いることができる。
有機溶媒としては、飽和環状カーボネート(「カーボネート化合物(B)を除く」、以下同じ)、鎖状カーボネート、環状カルボン酸エステル、環状エーテル系化合物、及びスルホン系化合物等が挙げられるが、これらに特に限定されない。
[1-5. Non-aqueous solvent]
The non-aqueous electrolytic solution contains a non-aqueous solvent, like common non-aqueous electrolytic solutions. The non-aqueous solvent to be used is not particularly limited as long as it dissolves the electrolyte when used in combination with the chain carboxylic acid ester (C), and a known organic solvent can be used.
Examples of the organic solvent include saturated cyclic carbonates (“excluding the carbonate compound (B)”, hereinafter the same), chain carbonates, cyclic carboxylic acid esters, cyclic ether compounds, and sulfone compounds. Not limited.
有機溶媒は、1種単独で又は2種以上を任意の比率で組み合わせて用いることができる。
2種以上の有機溶媒及び鎖状カルボン酸エステル(C)の組み合わせとして、特段の制限はないが、飽和環状カーボネート及び鎖状カルボン酸エステル(C)の組み合わせ、環状カルボン酸エステル、鎖状カーボネート及び鎖状カルボン酸エステル(C)の組み合わせ、並びに飽和環状カーボネート、鎖状カーボネート及び鎖状カルボン酸エステル(C)の組み合わせ等が挙げられる。これらの中でも、飽和環状カーボネート及び鎖状カーボネート(C)の組み合わせ、並びに飽和環状カーボネート、鎖状カーボネート及び鎖状カルボン酸エステル(C)の組み合わせが好ましく、飽和環状カーボネート、鎖状カーボネート、及び鎖状カルボン酸エステル(C)として酢酸メチルの組み合わせがより好ましい。
An organic solvent can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types by arbitrary ratios.
The combination of two or more organic solvents and the chain carboxylic acid ester (C) is not particularly limited, but a combination of a saturated cyclic carbonate and a chain carboxylic acid ester (C), a cyclic carboxylic acid ester, a chain carbonate and Combinations of chain carboxylic acid esters (C), combinations of saturated cyclic carbonates, chain carbonates and chain carboxylic acid esters (C), and the like are included. Among these, a combination of a saturated cyclic carbonate and a chain carbonate (C) and a combination of a saturated cyclic carbonate, a chain carbonate and a chain carboxylic acid ester (C) are preferred, and a saturated cyclic carbonate, a chain carbonate and a chain carbonate are preferred. A combination of methyl acetate as the carboxylic acid ester (C) is more preferred.
[1-5-1.飽和環状カーボネート]
飽和環状カーボネートとしては、例えば、炭素数2~4のアルキレン基を有するものが挙げられ、金属イオン、特にリチウムイオン解離度の向上に由来する電池特性向上の観点から、炭素数2~3の飽和環状カーボネートが好ましい。
飽和環状カーボネートの具体例としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート等が挙げられる。これらの中でも、エチレンカーボネート又はプロピレンカーボネートが好ましく、酸化・還元されにくいエチレンカーボネートがより好ましい。飽和環状カーボネートは、1種単独で又は2種以上を任意の比率で組み合わせて用いることができる。
[1-5-1. saturated cyclic carbonate]
Examples of saturated cyclic carbonates include those having an alkylene group having 2 to 4 carbon atoms. Cyclic carbonates are preferred.
Specific examples of saturated cyclic carbonates include ethylene carbonate, propylene carbonate, and butylene carbonate. Among these, ethylene carbonate or propylene carbonate is preferred, and ethylene carbonate, which is difficult to be oxidized/reduced, is more preferred. A saturated cyclic carbonate can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types by arbitrary ratios.
飽和環状カーボネートの含有量は、特に制限されず、本実施形態に係る発明の効果を損なわない限り任意である。飽和環状カーボネートの含有量は、非水系溶媒全量に対して、通常3体積%以上、好ましくは5体積%以上であり、より好ましくは10体積%以上であり、そして、通常90体積%以下、好ましくは85体積%以下、より好ましくは80体積%以下である。この範囲とすることで、非水系電解液の誘電率の低下に由来する電気伝導率の低下を回避し、非水系電解液電池の大電流放電特性、負極に対する安定性、サイクル特性を良好な範囲としやすくなり、非水系電解液の酸化・還元耐性が向上し、高温保存時の安定性が向上する傾向にある。 The content of the saturated cyclic carbonate is not particularly limited, and is arbitrary as long as it does not impair the effects of the invention according to this embodiment. The content of the saturated cyclic carbonate is usually 3% by volume or more, preferably 5% by volume or more, more preferably 10% by volume or more, and usually 90% by volume or less, preferably is 85% by volume or less, more preferably 80% by volume or less. By setting this range, it is possible to avoid a decrease in electrical conductivity due to a decrease in the dielectric constant of the non-aqueous electrolyte, and the large current discharge characteristics of the non-aqueous electrolyte battery, the stability to the negative electrode, and the cycle characteristics are in a good range. and the oxidation/reduction resistance of the non-aqueous electrolytic solution is improved, and the stability during high-temperature storage tends to be improved.
[1-5-2.鎖状カーボネート]
鎖状カーボネートとしては、例えば、炭素数3~7の鎖状カーボネートが挙げられ、非水系電解液の粘度を適切な範囲に調整するために、炭素数3~5の鎖状カーボネートが好ましい。
鎖状カーボネートの具体例としては、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジ-n-プロピルカーボネート、ジイソプロピルカーボネート、n-プロピルイソプロピルカーボネート、エチルメチルカーボネート、メチル-n-プロピルカーボネート等が挙げられる。これらの中でも、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、及びエチルメチルカーボネートから選ばれる1種以上が好ましく、ジメチルカーボネートがより好ましい。
また、フッ素原子を有する鎖状カーボネート類(以下、「フッ素化鎖状カーボネート」ともいう。)も用いることができる。フッ素化鎖状カーボネートが有するフッ素原子の数は、1以上であれば特に制限されないが、好ましくは6以下、より好ましくは4以下である。フッ素化鎖状カーボネートが複数のフッ素原子を有する場合、当該複数のフッ素原子は互いに同一の炭素に結合していてもよく、異なる炭素に結合していてもよい。
フッ素化鎖状カーボネートとしては、フルオロメチルメチルカーボネート等のフッ素化ジメチルカーボネート誘導体;2-フルオロエチルメチルカーボネート等のフッ素化エチルメチルカーボネート誘導体;エチル-(2-フルオロエチル)カーボネート等のフッ素化ジエチルカーボネート誘導体;等が挙げられる。
鎖状カーボネートは、1種単独で又は2種以上を任意の比率で組み合わせて用いることができる。
[1-5-2. chain carbonate]
Examples of chain carbonates include chain carbonates having 3 to 7 carbon atoms, and chain carbonates having 3 to 5 carbon atoms are preferred in order to adjust the viscosity of the non-aqueous electrolytic solution to an appropriate range.
Specific examples of chain carbonates include dimethyl carbonate, diethyl carbonate, di-n-propyl carbonate, diisopropyl carbonate, n-propyl isopropyl carbonate, ethylmethyl carbonate, methyl-n-propyl carbonate and the like. Among these, one or more selected from dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and ethylmethyl carbonate are preferable, and dimethyl carbonate is more preferable.
Chain carbonates having a fluorine atom (hereinafter also referred to as "fluorinated chain carbonate") can also be used. The number of fluorine atoms in the fluorinated linear carbonate is not particularly limited as long as it is 1 or more, but is preferably 6 or less, more preferably 4 or less. When the fluorinated linear carbonate has a plurality of fluorine atoms, the plurality of fluorine atoms may be bonded to the same carbon or different carbons.
Fluorinated linear carbonates include fluorinated dimethyl carbonate derivatives such as fluoromethylmethyl carbonate; fluorinated ethylmethyl carbonate derivatives such as 2-fluoroethylmethyl carbonate; and fluorinated diethyl carbonates such as ethyl-(2-fluoroethyl) carbonate. derivatives; and the like.
A chain carbonate can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types by arbitrary ratios.
鎖状カーボネートの含有量は特に限定されないが、非水系電解液の粘度を適切な範囲とし、イオン伝導度の低下を抑制し、ひいては非水系電解液電池の出力特性を向上させる観点から、非水系電解液の非水系溶媒全量に対して、通常15体積%以上、好ましくは20体積%以上、より好ましくは25体積%以上であり、また、通常90体積%以下、好ましくは85体積%以下、より好ましくは80体積%以下である。 The content of the chain carbonate is not particularly limited, but the viscosity of the non-aqueous electrolyte is set in an appropriate range, the decrease in ionic conductivity is suppressed, and the output characteristics of the non-aqueous electrolyte battery are improved. It is usually 15% by volume or more, preferably 20% by volume or more, more preferably 25% by volume or more, and usually 90% by volume or less, preferably 85% by volume or less, based on the total amount of the non-aqueous solvent in the electrolytic solution. Preferably, it is 80% by volume or less.
更に、特定の鎖状カーボネートと、エチレンカーボネートとを特定の含有量で組み合わせることにより、電池性能を著しく向上させることができる。
例えば、特定の鎖状カーボネートとしてジメチルカーボネートを選択した場合、エチレンカーボネートの含有量は、高温安定性を向上させ、ガス発生を抑制する観点から、鎖状カルボン酸エステル(C)も含む非水系電解液の溶媒全量に対して、通常15体積%以上、好ましくは20体積%以上、より好ましくは25体積%以上であり、そして、通常45体積%以下、好ましくは40体積%以下、より好ましくは35体積%以下であり、ジメチルカーボネートの含有量は、通常20体積%以上、好ましくは25体積%以上、より好ましくは30体積%以上であり、そして、通常55体積%以下、好ましくは50体積%以下、より好ましくは45体積%以下である。
Furthermore, by combining a specific linear carbonate and ethylene carbonate in a specific content, the battery performance can be significantly improved.
For example, when dimethyl carbonate is selected as the specific chain carbonate, the content of ethylene carbonate is adjusted to improve high-temperature stability and suppress gas generation. It is usually 15% by volume or more, preferably 20% by volume or more, more preferably 25% by volume or more, and usually 45% by volume or less, preferably 40% by volume or less, more preferably 35% by volume, based on the total amount of the solvent in the liquid. The content of dimethyl carbonate is usually 20% by volume or more, preferably 25% by volume or more, more preferably 30% by volume or more, and usually 55% by volume or less, preferably 50% by volume or less. , more preferably 45% by volume or less.
[1-5-3.環状カルボン酸エステル]
環状カルボン酸エステルとしては、γ-ブチロラクトン、及びγ-バレロラクトンが挙げられる。これらの中でも、γ-ブチロラクトンがより好ましい。上記の化合物の水素原子の一部をフッ素原子で置換した環状カルボン酸エステルも好適に使用できる。
非水系電解液が環状カルボン酸エステルを含む場合、その含有量は、非水系電解液の電気伝導率を改善し、非水系電解液電池の大電流放電特性を向上させる観点から、非水系溶媒全量に対して、通常1体積%以上、好ましくは5体積%以上、より好ましくは15体積%以上である。また、その含有量の上限は、非水系電解液の粘度を適切な範囲とし、電気伝導率の低下を回避し、負極抵抗の増大を抑制し、非水系電解液電池の大電流放電特性を良好な範囲とする観点から、通常70体積%以下、好ましくは50体積%以下、より好ましくは40体積%以下である。
[1-5-3. Cyclic carboxylic acid ester]
Cyclic carboxylic acid esters include γ-butyrolactone and γ-valerolactone. Among these, γ-butyrolactone is more preferred. A cyclic carboxylic acid ester obtained by substituting a portion of the hydrogen atoms of the above compounds with fluorine atoms can also be preferably used.
When the non-aqueous electrolyte contains a cyclic carboxylic acid ester, the content of the non-aqueous solvent is the total amount of the non-aqueous solvent from the viewpoint of improving the electrical conductivity of the non-aqueous electrolyte and improving the large current discharge characteristics of the non-aqueous electrolyte battery. is usually 1% by volume or more, preferably 5% by volume or more, and more preferably 15% by volume or more. In addition, the upper limit of the content is to keep the viscosity of the non-aqueous electrolyte in an appropriate range, avoid a decrease in electrical conductivity, suppress an increase in negative electrode resistance, and improve the large current discharge characteristics of non-aqueous electrolyte batteries. from the viewpoint of making it a wide range, it is usually 70% by volume or less, preferably 50% by volume or less, more preferably 40% by volume or less.
[1-5-4.環状エーテル系化合物]
環状エーテル系化合物としては、テトラヒドロフラン、2-メチルテトラヒドロフラン、3-メチルテトラヒドロフラン、1,3-ジオキサン、2-メチル-1,3-ジオキサン、4-メチル-1,3-ジオキサン、1,4-ジオキサン等の炭素数3~6の環状エーテルが挙げられる。なお、前記環状エーテル系化合物の一部の水素原子はフッ素原子で置換されていてもよい。
これらの中でも、高いイオン伝導度を与える観点から、テトラヒドロフラン、1,3-ジオキサン、1,4-ジオキサン等が好ましい。
[1-5-4. Cyclic ether compound]
Cyclic ether compounds include tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 3-methyltetrahydrofuran, 1,3-dioxane, 2-methyl-1,3-dioxane, 4-methyl-1,3-dioxane, 1,4-dioxane cyclic ethers having 3 to 6 carbon atoms such as Some hydrogen atoms in the cyclic ether compound may be substituted with fluorine atoms.
Among these, tetrahydrofuran, 1,3-dioxane, 1,4-dioxane and the like are preferable from the viewpoint of providing high ionic conductivity.
非水系電解液が環状エーテル系化合物を含む場合、その含有量は、本発明の効果を損なわない限り任意であるが、非水系電解液の非水系溶媒全量に対して、通常1体積%以上、好ましくは2体積%以上、より好ましくは3体積%以上、また、通常30体積%以下、好ましくは25体積%以下、より好ましくは20体積%以下である。環状エーテル系化合物の含有量が上記の範囲内であれば、環状エーテル系化合物による金属イオン、特にリチウムイオン解離度の向上と非水系電解液の粘度低下に由来するイオン伝導度の向上効果を確保しやすい。また、負極活物質が炭素系材料の場合、鎖状エーテルが金属イオン、特にリチウムイオンと共に共挿入される現象を抑制できることから、入出力特性や充放電レート特性を適正な範囲とすることができる。 When the non-aqueous electrolytic solution contains a cyclic ether compound, its content is arbitrary as long as it does not impair the effects of the present invention, but usually 1% by volume or more with respect to the total amount of the non-aqueous solvent in the non-aqueous electrolytic solution, It is preferably 2% by volume or more, more preferably 3% by volume or more, and usually 30% by volume or less, preferably 25% by volume or less, more preferably 20% by volume or less. If the content of the cyclic ether-based compound is within the above range, the effect of improving the degree of dissociation of metal ions, especially lithium ions, by the cyclic ether-based compound and the ionic conductivity improvement derived from the viscosity reduction of the non-aqueous electrolyte is ensured. It's easy to do. In addition, when the negative electrode active material is a carbon-based material, it is possible to suppress the phenomenon in which the chain ether is co-inserted with metal ions, especially lithium ions, so that input/output characteristics and charge/discharge rate characteristics can be set within appropriate ranges. .
[1-5-5.スルホン系化合物]
スルホン系化合物としては、特に制限されず、環状スルホンであっても、鎖状スルホンであってもよい。環状スルホンの場合、炭素数が通常3~6、好ましくは3~5であり、鎖状スルホンの場合、炭素数が通常2~6、好ましくは2~5である。また、スルホン系化合物1分子中のスルホニル基の数は、特に制限されないが、通常1又は2である。
環状スルホンとしては、モノスルホン化合物であるトリメチレンスルホン類、テトラメチレンスルホン類、ヘキサメチレンスルホン類等;ジスルホン化合物であるトリメチレンジスルホン類、テトラメチレンジスルホン類、ヘキサメチレンジスルホン類等が挙げられる。これらの中でも、誘電率と粘性の観点から、テトラメチレンスルホン類、テトラメチレンジスルホン類、ヘキサメチレンスルホン類、ヘキサメチレンジスルホン類がより好ましく、テトラメチレンスルホン類(スルホラン類)が更に好ましい。
スルホラン類としては、スルホラン及びスルホラン誘導体が好ましい。スルホラン誘導体としては、スルホラン環を構成する炭素原子上に結合した水素原子の1以上がフッ素原子、アルキル基、フッ素置換アルキル基で置換されたものが好ましい。
これらの中でも、2-メチルスルホラン、3-メチルスルホラン、2-フルオロスルホラン、3-フルオロスルホラン、2,3-ジフルオロスルホラン、2-トリフルオロメチルスルホラン、3-トリフルオロメチルスルホラン等が、イオン伝導度が高く入出力が高い点で好ましい。
[1-5-5. Sulfone compound]
The sulfone-based compound is not particularly limited, and may be a cyclic sulfone or a chain sulfone. Cyclic sulfones generally have 3 to 6 carbon atoms, preferably 3 to 5 carbon atoms, and chain sulfones generally have 2 to 6 carbon atoms, preferably 2 to 5 carbon atoms. Although the number of sulfonyl groups in one molecule of the sulfone compound is not particularly limited, it is usually one or two.
Cyclic sulfones include trimethylenesulfones, tetramethylenesulfones, hexamethylenesulfones, etc., which are monosulfone compounds; and trimethylenedisulfones, tetramethylenedisulfones, hexamethylenedisulfones, etc., which are disulfone compounds. Among these, tetramethylenesulfones, tetramethylenedisulfones, hexamethylenesulfones, and hexamethylenedisulfones are more preferable, and tetramethylenesulfones (sulfolanes) are even more preferable, from the viewpoint of dielectric constant and viscosity.
As sulfolanes, sulfolane and sulfolane derivatives are preferred. As the sulfolane derivative, one in which one or more hydrogen atoms bonded to carbon atoms constituting a sulfolane ring are substituted with a fluorine atom, an alkyl group, or a fluorine-substituted alkyl group is preferable.
Among these, 2-methylsulfolane, 3-methylsulfolane, 2-fluorosulfolane, 3-fluorosulfolane, 2,3-difluorosulfolane, 2-trifluoromethylsulfolane, 3-trifluoromethylsulfolane and the like have an ionic conductivity is preferable in terms of high input/output.
また、鎖状スルホンとしては、ジメチルスルホン、エチルメチルスルホン、ジエチルスルホン、モノフルオロメチルメチルスルホン、ジフルオロメチルメチルスルホン、トリフルオロメチルメチルスルホン、ペンタフルオロエチルメチルスルホン等が挙げられる。これらの中でも、ジメチルスルホン、エチルメチルスルホン、モノフルオロメチルメチルスルホンが、非水系電解液の高温保存安定性が向上する点で好ましい。
非水系電解液がスルホン系化合物を含む場合、その含有量は、本発明の効果を損なわない限り任意であるが、高温保存安定性を向上させる観点から、非水系電解液の非水系溶媒全量に対して、通常0.3体積%以上、好ましくは0.5体積%以上、より好ましくは1体積%以上であり、また、通常40体積%以下、好ましくは35体積%以下、より好ましくは30体積%以下である。
Chain sulfones include dimethylsulfone, ethylmethylsulfone, diethylsulfone, monofluoromethylmethylsulfone, difluoromethylmethylsulfone, trifluoromethylmethylsulfone, pentafluoroethylmethylsulfone and the like. Among these, dimethylsulfone, ethylmethylsulfone, and monofluoromethylmethylsulfone are preferable because they improve the high-temperature storage stability of the non-aqueous electrolytic solution.
When the non-aqueous electrolyte contains a sulfone-based compound, its content is arbitrary as long as it does not impair the effects of the present invention, but from the viewpoint of improving high-temperature storage stability, On the other hand, it is usually 0.3% by volume or more, preferably 0.5% by volume or more, more preferably 1% by volume or more, and is usually 40% by volume or less, preferably 35% by volume or less, more preferably 30% by volume. % or less.
[1-6.助剤]
非水系電解液に含有していてもよい助剤としては、イソシアネート基を有する化合物、イソシアヌル酸骨格を有する有機化合物、硫黄含有有機化合物、リン含有有機化合物、シアノ基を有する有機化合物、ケイ素含有化合物、芳香族化合物、カルボン酸無水物、ホウ酸アニオン含有化合物、P-F結合及びP=O結合を有するリン酸アニオン含有化合物、S=O結合を有するアニオン含有化合物、オキサラート錯体アニオン含有化合物等が例示できる。例えば、国際公開第2015/111676号に記載の化合物等が挙げられる。
助剤の含有量は特に制限されず、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、非水系電解液全量に対して、通常0.001質量%以上、好ましくは0.01質量%以上、より好ましくは0.1質量%以上、また、通常10質量%以下、好ましくは5質量%以下、より好ましくは3質量%以下、更に好ましくは1質量%以下、特に好ましくは1質量%未満である。
[1-6. Auxiliary agent]
Auxiliaries that may be contained in the non-aqueous electrolytic solution include compounds having an isocyanate group, organic compounds having an isocyanuric acid skeleton, sulfur-containing organic compounds, phosphorus-containing organic compounds, organic compounds having a cyano group, and silicon-containing compounds. , aromatic compounds, carboxylic acid anhydrides, borate anion-containing compounds, phosphate anion-containing compounds having PF bonds and P=O bonds, anion-containing compounds having S=O bonds, oxalate complex anion-containing compounds, etc. I can give an example. Examples thereof include compounds described in International Publication No. 2015/111676.
The content of the auxiliary agent is not particularly limited, and is arbitrary as long as it does not significantly impair the effects of the present invention. , More preferably 0.1% by mass or more, usually 10% by mass or less, preferably 5% by mass or less, more preferably 3% by mass or less, still more preferably 1% by mass or less, particularly preferably less than 1% by mass be.
[2.非水系電解液電池]
本発明の非水系電解液電池は、金属イオンを吸蔵及び放出可能な正極活物質を有する正極と、金属イオンを吸蔵及び放出可能な負極活物質を有する負極とを備える非水系電解液電池であって、本発明の非水系電解液備えることを特徴とする。
なお、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、本発明の非水系電解液に対し、その他の非水系電解液を混合して用いることも可能である。
本発明の非水系電解液電池としては、多価カチオン電池、金属空気二次電池、上記以外のs-ブロック金属を用いた二次電池が挙げられ、非水系電解液二次電池が好ましく、リチウムイオン二次電池がより好ましい。
[2. Non-aqueous electrolyte battery]
The non-aqueous electrolyte battery of the present invention is a non-aqueous electrolyte battery comprising a positive electrode having a positive electrode active material capable of absorbing and releasing metal ions, and a negative electrode having a negative electrode active material capable of absorbing and releasing metal ions. It is characterized by comprising the non-aqueous electrolytic solution of the present invention.
It should be noted that other non-aqueous electrolytic solutions can be mixed with the non-aqueous electrolytic solution of the present invention without departing from the gist of the present invention.
Examples of the non-aqueous electrolyte battery of the present invention include polyvalent cation batteries, metal-air secondary batteries, and secondary batteries using s-block metals other than the above. Non-aqueous electrolyte secondary batteries are preferred, and lithium An ion secondary battery is more preferred.
[2-1.非水系電解液]
非水系電解液としては、上記の非水系電解液を用いる。なお、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、本発明の非水系電解液に対し、その他の非水系電解液を混合して用いることも可能である。
[2-1. Non-aqueous electrolyte]
As the non-aqueous electrolytic solution, the above non-aqueous electrolytic solution is used. It should be noted that other non-aqueous electrolytic solutions can be mixed with the non-aqueous electrolytic solution of the present invention without departing from the gist of the present invention.
[2-2.正極]
正極は、金属イオンイオンを吸蔵及び放出可能な正極活物質を、集電体表面の少なくとも一部に有する。正極活物質はリチウムイオンを吸蔵及び放出可能な正極活物質であることが好ましく、リチウム遷移金属系化合物を含むことが好ましい。
[2-2. positive electrode]
The positive electrode has a positive electrode active material capable of intercalating and deintercalating metal ions on at least part of the current collector surface. The positive electrode active material is preferably a positive electrode active material capable of intercalating and deintercalating lithium ions, and preferably contains a lithium transition metal compound.
[2-2-1.正極活物質]
以下に正極に使用される正極活物質(リチウム遷移金属系化合物)について述べる。
[2-2-1. Positive electrode active material]
The positive electrode active material (lithium transition metal compound) used for the positive electrode is described below.
[2-2-1-1.リチウム遷移金属系化合物]
リチウム遷移金属系化合物とは、リチウムイオンを脱離、挿入することが可能な構造を有する化合物であり、例えば、硫化物やリン酸塩化合物、ケイ酸化合物、ホウ酸化合物、リチウム遷移金属複合酸化物等が挙げられる。これらの中でも、リン酸塩化合物又はリチウム遷移金属複合酸化物が好ましく、リチウム遷移金属複合酸化物がより好ましい。
リチウム遷移金属複合酸化物としては、三次元的拡散が可能なスピネル構造や、リチウムイオンの二次元的拡散を可能にする層状構造に属するものが挙げられる。
[2-2-1-1. Lithium transition metal compound]
A lithium transition metal compound is a compound having a structure capable of desorbing and inserting lithium ions. things, etc. Among these, a phosphate compound or a lithium transition metal composite oxide is preferred, and a lithium transition metal composite oxide is more preferred.
Lithium-transition metal composite oxides include those belonging to a spinel structure that enables three-dimensional diffusion and those that belong to a layered structure that enables two-dimensional diffusion of lithium ions.
スピネル構造を有するリチウム遷移金属複合酸化物は、一般的に下記式(1)で表される。
LixM2O4 (1)
(式(1)中、xは1≦x≦1.5であり、Mは1種以上の遷移金属元素を表す。)
式(1)で表される酸化物の具体例としては、LiMn2O4、LiCoMnO4、LiNi0.5Mn1.5O4、LiCoVO4等が挙げられる。
A lithium-transition metal composite oxide having a spinel structure is generally represented by the following formula (1).
LixM2O4 ( 1 )
(In formula (1), x is 1≤x≤1.5, and M represents one or more transition metal elements.)
Specific examples of the oxide represented by formula (1) include LiMn 2 O 4 , LiCoMnO 4 , LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 and LiCoVO 4 .
層状構造を有するリチウム遷移金属複合酸化物は、一般的に下記式(2)で表される。
Li1+yMO2 (2)
(式(2)中、yは-0.1≦y≦0.5であり、Mは1種以上の遷移金属元素を表す。)
式(2)で表される酸化物の具体例としては、LiCoO2、LiNiO2、LiNi0.85Co0.10Al0.05O2、LiNi0.80Co0.15Al0.05O2、LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2、Li1.05Ni0.33Co0.33Mn0.33O2、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2、Li1.05Ni0.5Co0.2Mn0.3O2、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2、LiNi0.91Co0.06Mn0.03O2、LiNi0.91Co0.06Al0.03O2、LiNi0.90Co0.03Al0.07O2、Li1.05Ni0.34Co0.33Mn0.33O2等が挙げられる。
A lithium-transition metal composite oxide having a layered structure is generally represented by the following formula (2).
Li1 +yMO2 ( 2 )
(In formula (2), y is -0.1 ≤ y ≤ 0.5, and M represents one or more transition metal elements.)
Specific examples of the oxide represented by formula (2) include LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiNi 0.85 Co 0.10 Al 0.05 O 2 , LiNi 0.80 Co 0.15 Al 0.05 O 2 , LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2 , Li1.05Ni0.33Co0.33Mn0.33O2 , LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 _ _ _ _ _ _ _ , Li1.05Ni0.5Co0.2Mn0.3O2 , LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 , LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 , _ _ _ _ _ _ LiNi0.91Co0.06Mn0.03O2 , LiNi0.91Co0.06Al0.03O2 , LiNi0.90Co0.03Al0.07O2 , Li1.05Ni _ _ _ _ _ _ 0.34Co0.33Mn0.33O2 and the like .
これらの中でも、電池容量を向上させる観点から、層状構造を有するリチウム遷移金属複合酸化物が好ましく、下記式(3)で表されるリチウム遷移金属複合酸化物がより好ましい。
Lia1Nib1Mc1O2 (3)
(式(3)中、a1、b1及びc1は、それぞれ0.90≦a1≦1.10、0.30≦b1≦0.98、0.02≦c1≦0.70であり、b1+c1=1である。Mは、Co、Mn、Al、Mg、Zr、Fe、Ti及びErからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を表す。)
式(3)中、b1は0.40以上が好ましく、0.50以上がより好ましく、0.60以上が特に好ましい。
Among these, from the viewpoint of improving battery capacity, a lithium-transition metal composite oxide having a layered structure is preferable, and a lithium-transition metal composite oxide represented by the following formula (3) is more preferable.
Lia1Nib1Mc1O2 ( 3 )
(In formula (3), a1, b1 and c1 are respectively 0.90 ≤ a1 ≤ 1.10, 0.30 ≤ b1 ≤ 0.98, 0.02 ≤ c1 ≤ 0.70, and b1 + c1 = 1 M represents at least one element selected from the group consisting of Co, Mn, Al, Mg, Zr, Fe, Ti and Er.)
In formula (3), b1 is preferably 0.40 or more, more preferably 0.50 or more, and particularly preferably 0.60 or more.
特に、リチウム遷移金属複合酸化物の構造安定性の観点から、下記式(4)で表されるリチウム遷移金属複合酸化物であることが好ましい。
Lia2Nib2Coc2Md2O2 (4)
(式(4)中、a2、b2、c2及びd2は、それぞれ0.90≦a2≦1.10、0.30≦b2≦0.98、0.01≦c2≦0.70、及び0.01≦d2≦0.50であり、b2+c2+d2=1である。Mは、Mn、Al、Mg、Zr、Fe、Ti及びErからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を表す。)
上記式(4)中、b2は0.40以上が好ましく、0.50以上がより好ましく、0.60以上が特に好ましい。また、d2は0.01以上が好ましく、0.10以上がより好ましい。
上記式(4)で表されるリチウム遷移金属複合酸化物の好適例としては、LiNi0.85Co0.10Al0.05O2、LiNi0.80Co0.15Al0.05O2、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2、LiNi0.91Co0.06Mn0.03O2、LiNi0.91Co0.06Al0.03O2、LiNi0.90Co0.03Al0.07O22、Li1.05Ni0.34Co0.33Mn0.33O2等が挙げられる。
In particular, from the viewpoint of structural stability of the lithium-transition metal composite oxide, a lithium-transition metal composite oxide represented by the following formula (4) is preferable.
Lia2Nib2Coc2Md2O2 ( 4 ) _
(In formula (4), a2, b2, c2 and d2 are 0.90≤a2≤1.10, 0.30≤b2≤0.98, 0.01≤c2≤0.70 and 0.90≤a2≤0.98, respectively. 01 ≤ d2 ≤ 0.50, and b2 + c2 + d2 = 1. M represents at least one element selected from the group consisting of Mn, Al, Mg, Zr, Fe, Ti and Er.)
In the above formula (4), b2 is preferably 0.40 or more, more preferably 0.50 or more, and particularly preferably 0.60 or more. Moreover, d2 is preferably 0.01 or more, more preferably 0.10 or more.
Suitable examples of the lithium- transition metal composite oxide represented by the above formula (4) include LiNi0.85Co0.10Al0.05O2 and LiNi0.80Co0.15Al0.05O2 . , LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 , LiNi0.91Co0.06Mn0.03O2 , LiNi0.91Co0.06Al0.03O2 , LiNi0.90 _ _ _ _ _ Co0.03Al0.07O22 , Li1.05Ni0.34Co0.33Mn0.33O2 and the like . _
上記式(1)~(3)中、リチウム遷移金属複合酸化物の構造安定性を高め、繰り返し充放電した際の構造劣化を抑制する観点から、Mは、Co、Mn又はAlを含むことが好ましく、Co及びMnを含むことがより好ましい。
上記式(4)中、リチウム遷移金属複合酸化物の構造安定性を高め、繰り返し充放電した際の構造劣化を抑制する観点から、Mは、Mn又はAlを含むことが好ましく、Mnを含むことが好ましい。
In the above formulas (1) to (3), from the viewpoint of increasing the structural stability of the lithium-transition metal composite oxide and suppressing structural deterioration during repeated charging and discharging, M may contain Co, Mn, or Al. Preferably, it contains Co and Mn.
In the above formula (4), from the viewpoint of increasing the structural stability of the lithium-transition metal composite oxide and suppressing structural deterioration during repeated charging and discharging, M preferably contains Mn or Al, and contains Mn. is preferred.
[2-2-1-2.異元素導入]
また、リチウム遷移金属複合酸化物は、上記式(1)~(4)のいずれかに含まれる元素以外の元素(異元素)を含有していてもよい。
[2-2-1-2. Foreign element introduction]
Moreover, the lithium-transition metal composite oxide may contain an element (heterogeneous element) other than the element contained in any one of the above formulas (1) to (4).
なお、リチウム遷移金属系化合物除く正極活物質としては、金属イオンを吸蔵及び放出可能な正極活物質であれば特に制限はなく、公知の正極活物質を用いることができる。 The positive electrode active material other than the lithium transition metal-based compound is not particularly limited as long as it can occlude and release metal ions, and known positive electrode active materials can be used.
[2-2-1-3.表面被覆]
正極としては、上記正極活物質の表面に、正極活物質とは異なる組成の物質(表面付着物質)が付着したものを用いてもよい。
表面付着物質としては、酸化アルミニウム等の酸化物、硫酸リチウム等の硫酸塩、炭酸リチウム等の炭酸塩等が挙げられる。これら表面付着物質は、例えば、溶媒に溶解又は懸濁させて該正極活物質に含浸添加、乾燥する方法等により該正極活物質表面に付着させることができる。
表面付着物質の量は、該正極活物質に対して、1μmol/g以上が好ましく、10μmol/g以上がより好ましく、また、通常1mmol/g以下が好ましい。
本明細書においては、正極活物質の表面に、上記表面付着物質が付着したものも「正極活物質」という。
[2-2-1-3. surface coating]
As the positive electrode, the above-mentioned positive electrode active material may be used in which a substance having a composition different from that of the positive electrode active material (surface adhering substance) adheres to the surface of the positive electrode active material.
Examples of the surface adhering substance include oxides such as aluminum oxide, sulfates such as lithium sulfate, and carbonates such as lithium carbonate. These surface-attaching substances can be attached to the surface of the positive electrode active material by, for example, a method of dissolving or suspending them in a solvent, impregnating and adding them to the positive electrode active material, and drying the material.
The amount of the surface-attached substance is preferably 1 μmol/g or more, more preferably 10 μmol/g or more, and usually 1 mmol/g or less, relative to the positive electrode active material.
In the present specification, a positive electrode active material having the above-described surface-attached substance attached to its surface is also referred to as a "positive electrode active material."
[2-2-1-4.ブレンド]
正極活物質は、1種単独で又は2種以上を任意の比率で組み合わせて用いることができる。
[2-2-1-4. blend]
A positive electrode active material can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types by arbitrary ratios.
[2-2-2.正極の構成と製造方法]
正極活物質を用いる正極の製造は、常法により行うことができる。即ち、正極活物質と結着剤、並びに必要に応じて導電材及び増粘剤等を乾式で混合してシート状にしたものを正極集電体に圧着するか、又はこれらの材料を、水系溶媒及び有機系溶媒等の液体媒体に溶解又は分散させてスラリーとして、これを正極集電体に塗布し、乾燥することにより、正極活物質層を集電体上に形成する塗布法により正極を得ることができる。また、例えば、上記の正極活物質をロール成形してシート電極としてもよいし、圧縮成形によりペレット電極としてもよい。
以下、正極集電体に順次スラリーの塗布及び乾燥する場合について説明する。
[2-2-2. Configuration and Manufacturing Method of Positive Electrode]
A positive electrode using the positive electrode active material can be manufactured by a conventional method. That is, a positive electrode active material, a binder, and, if necessary, a conductive material, a thickening agent, and the like are dry-mixed to form a sheet, which is crimped to a positive electrode current collector, or these materials are mixed with a water-based The positive electrode is formed by a coating method of forming a positive electrode active material layer on the current collector by dissolving or dispersing the slurry in a liquid medium such as a solvent or an organic solvent to form a slurry, applying the slurry to the current collector, and drying the slurry. Obtainable. Further, for example, the positive electrode active material may be roll-molded into a sheet electrode, or may be compression-molded into a pellet electrode.
A case where the slurry is sequentially applied to the positive electrode current collector and dried will be described below.
[2-2-2-1.正極活物質の含有量]
正極活物質層中の正極活物質の含有量は、通常80質量%以上99.5質量%以下である。
[2-2-2-1. Content of positive electrode active material]
The content of the positive electrode active material in the positive electrode active material layer is usually 80% by mass or more and 99.5% by mass or less.
[2-2-2-2.電極密度]
塗布、乾燥によって得られた正極活物質層は、正極活物質の充填密度を上げるために、ハンドプレス、ローラープレス等により圧密化することが好ましい。集電体上に存在している正極活物質層の密度は、通常1.5g/cm3以上4.5g/cm3以下である。
[2-2-2-2. Electrode density]
The positive electrode active material layer obtained by coating and drying is preferably densified by hand pressing, roller pressing, or the like in order to increase the packing density of the positive electrode active material. The density of the positive electrode active material layer present on the current collector is usually 1.5 g/cm 3 or more and 4.5 g/cm 3 or less.
[2-2-2-3.導電材]
導電材としては、公知の導電材を任意に用いることができる。その具体例としては、銅、ニッケル等の金属材料;天然黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛(グラファイト);アセチレンブラック等のカーボンブラック;ニードルコークス等の無定形炭素等の炭素系材料;等が挙げられる。導電材は、1種単独で又は2種以上を任意の比率で組み合わせて用いることができる。導電材は、正極活物質層中に、通常0.01質量%以上50質量%以下含有するように用いられる。
[2-2-2-3. Conductive material]
Any known conductive material can be used as the conductive material. Specific examples thereof include metal materials such as copper and nickel; graphite such as natural graphite and artificial graphite; carbon black such as acetylene black; carbon-based materials such as amorphous carbon such as needle coke; . The conductive material can be used singly or in combination of two or more at any ratio. The conductive material is used so as to be contained in the positive electrode active material layer generally in an amount of 0.01% by mass or more and 50% by mass or less.
[2-2-2-4.結着剤]
正極活物質層の製造に用いる結着剤としては、塗布法により正極活物質層を形成する場合は、スラリー用の液体媒体に対して溶解又は分散される材料であれば、その種類は特に制限されない。例えば、耐候性、耐薬品性、耐熱性、難燃性等からポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂;ポリアクリロニトリル、ポリビニリデンシアニド等のCN基含有ポリマー等が好ましい。
また、上記のポリマー等の混合物、変成体、誘導体、ランダム共重合体、交互共重合体、グラフト共重合体、ブロック共重合体等も使用できる。なお、結着剤は、1種単独で又は2種以上を任意の比率で組み合わせて用いることができる。
また、結着剤として樹脂を用いる場合、その樹脂の重量平均分子量は、本発明の効果を損なわない限り任意であり、通常1万以上300万以下である。分子量がこの範囲であると電極の強度が向上し、電極の形成を好適に行うことができる。
正極活物質層中の結着剤の含有量は、通常0.1質量%以上80質量%以下である。
[2-2-2-4. Binder]
As the binder used for manufacturing the positive electrode active material layer, when the positive electrode active material layer is formed by a coating method, the type is particularly limited as long as it is a material that dissolves or disperses in the liquid medium for slurry. not. For example, fluorine-based resins such as polyvinyl fluoride, polyvinylidene fluoride, and polytetrafluoroethylene; CN group-containing polymers such as polyacrylonitrile and polyvinylidene cyanide, etc., are selected from the viewpoints of weather resistance, chemical resistance, heat resistance, flame resistance, etc. preferable.
Mixtures, modified products, derivatives, random copolymers, alternating copolymers, graft copolymers, block copolymers, etc. of the above polymers can also be used. In addition, a binder can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types by arbitrary ratios.
When a resin is used as the binder, the weight average molecular weight of the resin is arbitrary as long as it does not impair the effects of the present invention, and is usually 10,000 or more and 3,000,000 or less. When the molecular weight is within this range, the strength of the electrode is improved, and the electrode can be suitably formed.
The content of the binder in the positive electrode active material layer is usually 0.1% by mass or more and 80% by mass or less.
[2-2-2-5.集電体]
正極集電体の材質は特に制限されず、公知のものを任意に用いることができる。具体例としては、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケルメッキ、チタン、タンタル等の金属材料が挙げられ、アルミニウムが好ましい。
集電体の形状としては、金属箔、金属円柱、金属コイル、金属板、金属薄膜、エキスパンドメタル、パンチメタル、発泡メタル等が挙げられる。これらの中では、金属箔又は金属薄膜が好ましい。なお、金属薄膜は適宜メッシュ状に形成してもよい。
正極の集電体の形状が板状や膜状等である場合、該集電体の厚さは任意であるが、通常1μm以上1mm以下である。
[2-2-2-5. current collector]
The material of the positive electrode current collector is not particularly limited, and any known material can be used. Specific examples include metal materials such as aluminum, stainless steel, nickel plating, titanium, and tantalum, with aluminum being preferred.
Examples of the shape of the current collector include metal foil, metal cylinder, metal coil, metal plate, metal thin film, expanded metal, punched metal, and foamed metal. Among these, a metal foil or a metal thin film is preferred. Incidentally, the metal thin film may be appropriately formed in a mesh shape.
When the shape of the current collector of the positive electrode is plate-like, film-like, or the like, the thickness of the current collector is arbitrary, but is usually 1 μm or more and 1 mm or less.
[2-2-2-6.正極板の厚さ]
正極板の厚さは特に限定されないが、高容量かつ高出力の観点から、正極板の厚さから集電体の厚さを差し引いた正極活物質層の厚さは、集電体の片面に対して通常10μm以上500μm以下である。
[2-2-2-6. Thickness of positive electrode plate]
The thickness of the positive electrode plate is not particularly limited, but from the viewpoint of high capacity and high output, the thickness of the positive electrode active material layer obtained by subtracting the thickness of the current collector from the thickness of the positive electrode plate is On the other hand, it is usually 10 μm or more and 500 μm or less.
[2-2-2-7.正極板の表面被覆]
上記正極板は、その表面に、正極板とは異なる組成の物質が付着したものを用いてもよく、当該物質としては、正極活物質の表面に付着していてもよい表面付着物質と同じ物質が用いられる。
[2-2-2-7. Surface coating of positive electrode plate]
The positive electrode plate may have a surface on which a substance having a composition different from that of the positive electrode plate is attached, and the substance may be the same as the surface-attached substance that may be attached to the surface of the positive electrode active material. is used.
[2-3.負極]
負極は、負極活物質を集電体表面の少なくとも一部に有する。
[2-3-1.負極活物質]
負極に使用される負極活物質としては、電気化学的に金属イオンを吸蔵・放出可能なものであれば、特に制限はない。具体例としては、(i)炭素系材料、(ii)Liと合金化可能な金属元素及び/又は半金属元素を含有する粒子、(iii)リチウム含有金属複合酸化物材料、及び(iv)これらの混合物等が挙げられる。これらの中でも、サイクル特性及び安全性が良好で更に連続充電特性も優れている点で、(i)炭素系材料、(ii)Liと合金化可能な金属元素及び/又は半金属元素を含有する粒子、及び(v)Liと合金化可能な金属元素及び/又は半金属元素を含有する粒子と黒鉛粒子との混合物を使用するのが好ましい。
これらは1種単独で又は2種以上を任意の比率で組み合わせて用いることができる。
[2-3. negative electrode]
The negative electrode has a negative electrode active material on at least part of the current collector surface.
[2-3-1. Negative electrode active material]
The negative electrode active material used for the negative electrode is not particularly limited as long as it can electrochemically occlude and release metal ions. Specific examples include (i) a carbonaceous material, (ii) particles containing a metal element and/or metalloid element that can be alloyed with Li, (iii) a lithium-containing metal composite oxide material, and (iv) these and the like. Among these, (i) a carbon-based material, (ii) a metal element capable of being alloyed with Li and/or a metalloid element are included in that the cycle characteristics and safety are good and the continuous charge characteristics are also excellent. Preference is given to using a mixture of graphite particles and particles and (v) particles containing metallic and/or semi-metallic elements that can be alloyed with Li.
These can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types by arbitrary ratios.
[2-3-1-1.炭素系材料]
(i)炭素系材料としては、天然黒鉛、人造黒鉛、非晶質炭素、炭素被覆黒鉛、黒鉛被覆黒鉛及び樹脂被覆黒鉛等が挙げられる。これらの中でも、天然黒鉛が好ましい。炭素系材料は1種単独で又は2種以上を任意の比率で組み合わせて用いることができる。
天然黒鉛としては、鱗状黒鉛、鱗片状黒鉛及び/又はこれらの黒鉛に球形化や緻密化等の処理を施した黒鉛粒子等が挙げられる。これらの中でも、粒子の充填性又は充放電レート特性の観点から、球形化処理を施した球状又は楕円体状の黒鉛粒子が好ましい。
黒鉛粒子の体積平均粒子径(d50)は、通常1μm以上100μm以下である。
[2-3-1-1. carbon-based materials]
(i) Carbon-based materials include natural graphite, artificial graphite, amorphous carbon, carbon-coated graphite, graphite-coated graphite, and resin-coated graphite. Among these, natural graphite is preferred. Carbon-based materials can be used singly or in combination of two or more at any ratio.
Examples of natural graphite include scale-like graphite, scale-like graphite, and/or graphite particles obtained by subjecting these graphites to a treatment such as spheroidization and densification. Among these, spherical or ellipsoidal graphite particles subjected to a spheroidizing treatment are preferable from the viewpoint of the packing property or charge/discharge rate characteristics of the particles.
The volume average particle diameter (d50) of the graphite particles is usually 1 μm or more and 100 μm or less.
[2-3-1-2.炭素系材料の物性]
負極活物質としての炭素系材料は、以下の(1)~(4)に示した物性及び形状等の特徴の内、少なくとも1項目を満たしていることが好ましく、複数の項目を同時に満たすことがより好ましい。
(1)X線回折パラメータ
炭素系材料の学振法によるX線回折で求めた格子面(002面)のd値(層間距離)は、通常0.335nm以上0.360nm以下である。また、学振法によるX線回折で求めた炭素系材料の結晶子サイズ(Lc)は、1.0nm以上である。
(2)体積基準平均粒径
炭素系材料の体積基準平均粒径は、レーザー回折・散乱法により求めた体積基準の平均粒径(メジアン径)であり、通常1μm以上100μm以下である。
(3)ラマンR値、ラマン半値幅
炭素系材料のラマンR値は、アルゴンイオンレーザーラマンスペクトル法を用いて測定した値であり、通常0.01以上1.5以下である。
また、炭素系材料の1580cm-1付近のラマン半値幅は特に制限されないが、通常10cm-1以上100cm-1以下である。
(4)BET比表面積
炭素系材料のBET比表面積は、BET法を用いて測定した比表面積の値であり、通常0.1m2・g-1以上100m2・g-1以下である。
負極活物質中に性質の異なる炭素系材料が2種以上含有していてもよい。ここでいう性質とは、X線回折パラメータ、体積基準平均粒径、ラマンR値、ラマン半値幅及びBET比表面積の群から選ばれる1つ以上の特性を示す。
性質の異なる炭素系材料を2種以上含有する例としては、体積基準粒度分布がメジアン径を中心としたときに左右対称とならないこと、ラマンR値が異なる炭素系材料を2種以上含有していること、及びX線パラメータが異なること等の例が挙げられる。
[2-3-1-2. Physical properties of carbonaceous materials]
The carbon-based material as the negative electrode active material preferably satisfies at least one of the characteristics such as physical properties and shape shown in the following (1) to (4), and may satisfy a plurality of items at the same time. more preferred.
(1) X-Ray Diffraction Parameter The d value (interlayer distance) of the lattice plane (002 plane) determined by X-ray diffraction of the carbon-based material according to the Gakushin method is usually 0.335 nm or more and 0.360 nm or less. In addition, the crystallite size (Lc) of the carbon-based material determined by X-ray diffraction according to the Gakushin method is 1.0 nm or more.
(2) Volume-Based Average Particle Size The volume-based average particle size of the carbon-based material is the volume-based average particle size (median diameter) determined by a laser diffraction/scattering method, and is usually 1 μm or more and 100 μm or less.
(3) Raman R value and Raman half-value width The Raman R value of a carbon-based material is a value measured using an argon ion laser Raman spectroscopy, and is usually 0.01 or more and 1.5 or less.
The Raman half-value width of the carbon-based material near 1580 cm −1 is not particularly limited, but is usually 10 cm −1 or more and 100 cm −1 or less.
(4) BET Specific Surface Area The BET specific surface area of a carbon-based material is the value of the specific surface area measured using the BET method, and is usually 0.1 m 2 ·g −1 or more and 100 m 2 ·g −1 or less.
Two or more carbon-based materials having different properties may be contained in the negative electrode active material. The property referred to here indicates one or more properties selected from the group of X-ray diffraction parameter, volume-based average particle diameter, Raman R value, Raman half width and BET specific surface area.
Examples of containing two or more types of carbonaceous materials having different properties include that the volume-based particle size distribution is not symmetrical about the median diameter, and that two or more types of carbonaceous materials having different Raman R values are contained. and different x-ray parameters.
[2-3-1-3.Liと合金化可能な金属元素及び/又は半金属元素を含有する材料]
(ii)Liと合金化可能な金属元素及び/又は半金属元素を含有する材料は、従来公知のいずれのものも使用可能であるが、容量とサイクル寿命の点から、例えば、Sb、Si、Sn、Al、As、及びZnからなる群より選ばれる金属又は半金属であることが好ましい。また、Liと合金化可能な金属元素及び/又は半金属元素を含有する材料が金属を2種類以上含有する場合、当該材料は、これらの金属の合金からなる合金材料であってもよい。
また、Liと合金化可能な金属元素及び/又は半金属元素を含有する化合物としては、金属及び/又は半金属の酸化物、窒化物、炭化物等が挙げられる。該化合物は、Liと合金化可能な金属元素及び/又は半金属元素を2種以上含有していてもよい。これらの中でも、金属Si(以下、「Si」とも表記する。)又はSi含有無機化合物が高容量化の点で好ましい。本明細書では、Si又はSi含有無機化合物を総称してSi化合物と呼ぶ。
また、Liと合金化可能な金属元素及び/又は半金属元素を含有する化合物は、後述する負極の製造時で既にLiと合金化されていてもよく、該化合物としては、Si化合物が高容量化の点で好ましい。
Si化合物としては、SiOx1(0≦x1≦2)等が挙げられる。
Liと合金化された金属化合物としては、Liz1Si(0<z1≦4.4)、Li2z2SiO2+z2(0<z2≦2)等が挙げられる。Si化合物としては、Si酸化物(SiOx2、0<x2≦2)が、黒鉛と比較して理論容量が大きい点で好ましく、また、非晶質Si又はナノサイズのSi結晶が、リチウムイオン等のアルカリイオンの出入りがしやすく、高容量を得ることが可能である点で好ましい。
Liと合金化可能な金属元素及び/又は半金属元素を含有する材料が粒子状である場合、該粒子の体積平均粒子径(d50)は、サイクル寿命の観点から、通常0.01μm以上10μm以下である。
[2-3-1-3. Materials containing metallic elements and/or metalloid elements that can be alloyed with Li]
(ii) Materials containing metallic elements and/or semi-metallic elements that can be alloyed with Li can be any of the conventionally known ones. A metal or semimetal selected from the group consisting of Sn, Al, As, and Zn is preferred. In addition, when the material containing a metal element and/or metalloid element that can be alloyed with Li contains two or more metals, the material may be an alloy material made of an alloy of these metals.
The compound containing a metal element and/or metalloid element that can be alloyed with Li includes oxides, nitrides, carbides, and the like of metals and/or metalloids. The compound may contain two or more metal elements and/or metalloid elements that can be alloyed with Li. Among these, metal Si (hereinafter also referred to as "Si") or Si-containing inorganic compounds are preferable in terms of increasing the capacity. In this specification, Si or Si-containing inorganic compounds are collectively referred to as Si compounds.
In addition, the compound containing a metal element and/or metalloid element that can be alloyed with Li may already be alloyed with Li at the time of manufacturing the negative electrode described later, and the compound is a Si compound with a high capacity. preferred in terms of conversion.
Examples of Si compounds include SiO x1 (0≦x1≦2).
Examples of metal compounds alloyed with Li include Li z1 Si (0<z1≦4.4), Li 2z2 SiO 2 +z2 (0<z2≦2), and the like. As the Si compound, Si oxide (SiO x2 , 0<x2≦2) is preferable in that it has a larger theoretical capacity than graphite. Alkali ions can easily move in and out, making it possible to obtain a high capacity.
When the material containing the metal element and/or metalloid element that can be alloyed with Li is particulate, the volume average particle diameter (d 50 ) of the particles is usually 0.01 μm or more and 10 μm from the viewpoint of cycle life. It is below.
[2-3-1-4.Liと合金化可能な金属元素及び/又は半金属元素を含有する材料と天然黒鉛との混合物]
(v)Liと合金化可能な金属元素及び/又は半金属元素を含有する材料と黒鉛粒子との混合物は、前記の(ii)Liと合金化可能な金属元素及び/又は半金属元素を含有する材料と前記の黒鉛粒子が互いに独立した粒子の状態で混合されている混合体でもよいし、Liと合金化可能な金属元素及び/又は半金属元素を含有する粒子が黒鉛粒子の表面又は内部に存在している複合体でもよい。
Liと合金化可能な金属元素及び/又は半金属元素を含有する粒子と黒鉛粒子の合計に対するLiと合金化可能な金属元素及び/又は半金属元素を含有する粒子の含有割合は、通常1質量%以上99質量%以下である。
[2-3-1-4. A mixture of a material containing a metal element and/or a metalloid element that can be alloyed with Li and natural graphite]
(v) A mixture of a material containing a metal element and/or metalloid element that can be alloyed with Li and graphite particles contains the above (ii) metal element and/or metalloid element that can be alloyed with Li It may be a mixture in which the material and the graphite particles are mixed in a state of independent particles, or particles containing a metal element and / or metalloid element that can be alloyed with Li are on the surface or inside of the graphite particles. It may be a complex that exists in
The content ratio of particles containing a metal element and/or metalloid element that can be alloyed with Li to the total of particles containing a metal element and/or metalloid element that can be alloyed with Li and graphite particles is usually 1 mass. % or more and 99% by mass or less.
[2-3-1-5.リチウム含有金属複合酸化物材料]
(iii)リチウム含有金属複合酸化物材料としては、リチウムイオンを吸蔵及び放出可能であれば、特に制限されない。具体的には、高電流密度充放電特性の観点から、チタンを含むリチウム含有金属複合酸化物材料が好ましく、リチウムとチタンの複合酸化物(以下、「リチウムチタン複合酸化物」ともいう。)がより好ましく、スピネル構造を有するリチウムチタン複合酸化物が出力抵抗を大きく低減するので更に好ましい。
また、リチウムチタン複合酸化物のリチウム及び/又はチタンが、他の金属元素、例えば、Al、Ga、Cu及びZnからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素で置換されていてもよい。
リチウムチタン複合酸化物として、Li4/3Ti5/3O4、Li1Ti2O4及びLi4/5Ti11/5O4が好ましい。また、リチウム及び/又はチタンの一部が他の元素で置換されたリチウムチタン複合酸化物として、例えば、Li4/3Ti4/3Al1/3O4も好ましい。
[2-3-1-5. Lithium-containing metal composite oxide material]
(iii) The lithium-containing metal composite oxide material is not particularly limited as long as it can occlude and release lithium ions. Specifically, from the viewpoint of high-current-density charge-discharge characteristics, a lithium-containing metal composite oxide material containing titanium is preferable, and a composite oxide of lithium and titanium (hereinafter also referred to as "lithium-titanium composite oxide") is preferred. More preferred is a lithium-titanium composite oxide having a spinel structure, which greatly reduces the output resistance.
Also, lithium and/or titanium in the lithium-titanium composite oxide may be substituted with other metal elements such as at least one element selected from the group consisting of Al, Ga, Cu and Zn.
Li 4/3 Ti 5/3 O 4 , Li 1 Ti 2 O 4 and Li 4/5 Ti 11/5 O 4 are preferable as the lithium titanium composite oxide. Li4/ 3Ti4 / 3Al1 / 3O4 , for example, is also preferable as a lithium-titanium composite oxide in which part of lithium and/or titanium is replaced with another element.
[2-3-2.負極の構成と製造方法]
負極の製造は、本発明の効果を損なわない限り、公知のいずれの方法を用いてもよい。例えば、負極活物質に、結着剤、水系溶媒及び有機系溶媒等の液体媒体、必要に応じて、増粘剤、導電材、充填材等を加えてスラリーとし、これを集電体に塗布、乾燥した後にプレスして負極活物質層を形成することによって作製することができる。
[2-3-2. Structure and Manufacturing Method of Negative Electrode]
Any known method may be used to manufacture the negative electrode as long as it does not impair the effects of the present invention. For example, to the negative electrode active material, a binder, a liquid medium such as an aqueous solvent and an organic solvent, and, if necessary, a thickener, a conductive material, a filler, etc. are added to form a slurry, which is applied to the current collector. can be produced by drying and then pressing to form a negative electrode active material layer.
[2-3-2-1.負極活物質の含有量]
負極活物質層中の負極活物質の含有量は、通常80質量%以上99.5質量%以下である。
[2-3-2-1. Content of negative electrode active material]
The content of the negative electrode active material in the negative electrode active material layer is usually 80% by mass or more and 99.5% by mass or less.
[2-3-2-2.電極密度]
塗布、乾燥によって得られた負極活物質層は、負極活物質の充填密度を上げるために、ハンドプレス、ローラープレス等により圧密化することが好ましい。
負極活物質を電極化した際の電極構造は特に制限されないが、集電体上に存在している負極活物質層の密度は、通常1g/cm3以上2.2g/cm3以下である。
[2-3-2-2. Electrode density]
The negative electrode active material layer obtained by coating and drying is preferably densified by hand pressing, roller pressing, or the like in order to increase the filling density of the negative electrode active material.
The electrode structure when the negative electrode active material is formed into an electrode is not particularly limited, but the density of the negative electrode active material layer present on the current collector is usually 1 g/cm 3 or more and 2.2 g/cm 3 or less.
[2-3-2-3.増粘剤]
増粘剤は、通常、スラリーの粘度を調整するために使用される。増粘剤としては、特に制限されないが、具体的には、カルボキシメチルセルロース及びその塩、メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、エチルセルロース、ポリビニルアルコール等が挙げられる。これらは、1種単独で又は2種以上を任意の比率で組み合わせて用いることができる。
増粘剤を用いる場合には、負極活物質に対する増粘剤の割合は、通常0.1質量%以上5質量%以下である。
[2-3-2-3. Thickener]
Thickeners are commonly used to adjust the viscosity of the slurry. The thickener is not particularly limited, but specific examples include carboxymethylcellulose and salts thereof, methylcellulose, hydroxymethylcellulose, ethylcellulose, polyvinyl alcohol, and the like. These can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types by arbitrary ratios.
When a thickener is used, the ratio of the thickener to the negative electrode active material is usually 0.1% by mass or more and 5% by mass or less.
[2-3-2-4.結着剤]
負極活物質を結着する結着剤としては、非水系電解液や電極製造時に用いる液体媒体に対して安定な材料であればよく、特に制限されない。
その具体例としては、スチレン-ブタジエンゴム(SBR)、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、フッ素ゴム、アクリロニトリル-ブタジエンゴム(NBR)、エチレン-プロピレンゴム等のゴム状高分子ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素化ポリフッ化ビニリデン、テトラフルオロエチレン-エチレン共重合体等のフッ素系高分子等が挙げられる。これらは、1種単独で又は2種以上を任意の比率で組み合わせて用いることができる。
負極活物質に対する結着剤の含有量は、通常0.1質量%以上20質量%以下である。
特に、結着剤がSBRに代表されるゴム状高分子を主要成分に含有する場合には、負極活物質に対する結着剤の含有量は、通常0.1質量%以上5質量%以下である。また、結着剤がポリフッ化ビニリデンに代表されるフッ素系高分子を主要成分に含有する場合には負極活物質に対する結着剤の含有量は、通常1質量%以上15質量%以下である。
[2-3-2-4. Binder]
The binder that binds the negative electrode active material is not particularly limited as long as it is stable with respect to the non-aqueous electrolytic solution and the liquid medium used in electrode production.
Specific examples thereof include rubber-like polymers such as styrene-butadiene rubber (SBR), isoprene rubber, butadiene rubber, fluororubber, acrylonitrile-butadiene rubber (NBR), ethylene-propylene rubber, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, Fluorinated polymers such as fluorinated polyvinylidene fluoride and tetrafluoroethylene-ethylene copolymers are included. These can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types by arbitrary ratios.
The content of the binder with respect to the negative electrode active material is usually 0.1% by mass or more and 20% by mass or less.
In particular, when the binder contains a rubber-like polymer represented by SBR as a main component, the content of the binder with respect to the negative electrode active material is usually 0.1% by mass or more and 5% by mass or less. . Moreover, when the binder contains a fluorine-based polymer represented by polyvinylidene fluoride as a main component, the content of the binder with respect to the negative electrode active material is usually 1% by mass or more and 15% by mass or less.
[2-3-2-5.集電体]
負極活物質を保持させる集電体としては、公知のものを任意に用いることができる。負極の集電体としては、アルミニウム、銅、ニッケル、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼等の金属材料が挙げられるが、加工し易さとコストの点から特に銅が好ましい。
負極の集電体の形状としては、金属箔、金属円柱、金属コイル、金属板、金属薄膜、エキスパンドメタル、パンチメタル、発泡メタル等が挙げられる。これらの中では、金属箔又は金属薄膜が好ましい。なお、金属薄膜は適宜メッシュ状に形成してもよい。
負極の集電体の形状が板状や膜状等である場合、該集電体の厚さは任意であるが、通常1μm以上1mm以下である。
[2-3-2-5. current collector]
As the current collector for holding the negative electrode active material, any known current collector can be used. Examples of the current collector for the negative electrode include metal materials such as aluminum, copper, nickel, stainless steel, and nickel-plated steel. Copper is particularly preferable in terms of ease of processing and cost.
Examples of the shape of the current collector of the negative electrode include metal foil, metal cylinder, metal coil, metal plate, metal thin film, expanded metal, punched metal, and foamed metal. Among these, a metal foil or a metal thin film is preferred. Incidentally, the metal thin film may be appropriately formed in a mesh shape.
When the shape of the current collector of the negative electrode is plate-like, film-like, or the like, the thickness of the current collector is arbitrary, but is usually 1 μm or more and 1 mm or less.
[2-3-2-6.負極板の厚さ]
負極(負極板)の厚さは、用いられる正極(正極板)に合わせて設計され、特に制限されないが、負極材の厚さから集電体厚さを差し引いた負極活物質層の厚さは、通常15μm以上300μm以下である。
[2-3-2-6. Thickness of negative electrode plate]
The thickness of the negative electrode (negative plate) is designed according to the positive electrode (positive plate) to be used, and is not particularly limited. , usually 15 μm or more and 300 μm or less.
[2-3-2-7.負極板の表面被覆]
また、上記負極板は、その表面に、負極活物質とは異なる組成の物質が付着したもの(表面付着物質)を用いてもよい。表面付着物質としては酸化アルミニウム等の酸化物、硫酸リチウム等の硫酸塩、炭酸リチウム等の炭酸塩等が挙げられる。
[2-3-2-7. Surface coating of negative electrode plate]
In addition, the negative electrode plate may have a surface adhered with a substance having a composition different from that of the negative electrode active material (surface adhering substance). Examples of the surface adhering substance include oxides such as aluminum oxide, sulfates such as lithium sulfate, and carbonates such as lithium carbonate.
[2-4.セパレータ]
正極と負極との間には、短絡を防止するために、通常はセパレータを介在させる。この場合、非水系電解液は、通常はこのセパレータに含浸させて用いる。
セパレータの材料や形状については特に制限されず、本発明の効果を損なわない限り、公知のものを任意に採用することができる。
[2-4. Separator]
A separator is usually interposed between the positive electrode and the negative electrode in order to prevent a short circuit. In this case, the separator is usually impregnated with the non-aqueous electrolytic solution.
The material and shape of the separator are not particularly limited, and any known material can be employed as long as the effects of the present invention are not impaired.
[2-5.電池設計]
[2-5-1.電極群]
電極群は、上記の正極板と負極板とを上記のセパレータを介してなる積層構造のもの、及び上記の正極板と負極板とを上記のセパレータを介して渦巻き状に捲回した構造のもののいずれでもよい。電極群の体積が電池内容積に占める比率(電極群占有率)は、通常40%以上90%以下である。
[2-5. battery design]
[2-5-1. Electrode group]
The electrode group has a laminate structure in which the positive electrode plate and the negative electrode plate are interposed between the separators, and a structure in which the positive electrode plate and the negative electrode plate are spirally wound with the separator interposed therebetween. Either is fine. The ratio of the volume of the electrode group to the internal volume of the battery (electrode group occupancy) is usually 40% or more and 90% or less.
[2-5-2.集電構造]
電極群が前述の積層構造のものでは、各電極層の金属芯部分を束ねて端子に溶接して形成される構造が好適に用いられる。電極内に複数の端子を設けて抵抗を低減する構造も好適に用いられる。電極群が前述の捲回構造のものでは、正極及び負極にそれぞれ複数のリード構造を設け、端子に束ねることにより、内部抵抗を低くすることができる。
[2-5-2. Current collection structure]
When the electrode group has the above-described laminated structure, a structure in which the metal core portions of the electrode layers are bundled and welded to a terminal is preferably used. A structure in which a plurality of terminals are provided in an electrode to reduce resistance is also preferably used. When the electrode group has the wound structure described above, the internal resistance can be reduced by providing a plurality of lead structures for each of the positive electrode and the negative electrode and bundling them around the terminal.
[2-5-3.保護素子]
保護素子として、過大電流等による発熱とともに抵抗が増大するPTC(Positive Temperature Coefficient)素子、温度ヒューズ、サーミスター、異常発熱時に電池内部圧力や内部温度の急激な上昇により回路に流れる電流を遮断する弁(電流遮断弁)等を使用することができる。上記保護素子は高電流の通常使用で作動しない条件のものを選択することが好ましく、保護素子がなくても異常発熱や熱暴走に至らない設計にすることがより好ましい。
[2-5-3. Protective element]
Protective elements include PTC (Positive Temperature Coefficient) elements that increase resistance as heat is generated due to excessive current, thermal fuses, thermistors, and valves that cut off the current flowing through the circuit due to a sudden increase in battery internal pressure or internal temperature during abnormal heat generation. (current cut-off valve) or the like can be used. It is preferable to select the protective element under the condition that it does not operate under normal high-current use, and it is more preferable to design such that abnormal heat generation and thermal runaway do not occur even without the protective element.
[2-5-4.外装体]
非水系電解液電池は、通常、本発明の非水系電解液、負極、正極、セパレータ等を外装体(外装ケース)内に収納して構成される。この外装体に制限は無く、本発明の効果を損なわない限り公知のものを任意に採用することができる。
外装ケースの材質は用いられる非水系電解液に対して安定な物質であればよく、特に限定されないが、軽量化及びコストの観点から、鉄、アルミニウム、アルミニウム合金の金属又はラミネートフィルムが好適に用いられる。特に、電流遮断弁を作動させるための耐圧性から鉄が好ましい。
上記金属類を用いる外装ケースでは、レーザー溶接、抵抗溶接、超音波溶接により金属同士を溶着して封止密閉構造とするもの、又は、樹脂製ガスケットを介して上記金属類を用いてかしめ構造とするものが挙げられる。
[2-5-4. exterior body]
A non-aqueous electrolyte battery is generally configured by housing the non-aqueous electrolyte of the present invention, a negative electrode, a positive electrode, a separator, and the like in an exterior body (exterior case). There is no limitation on the exterior body, and any known exterior body can be adopted as long as the effect of the present invention is not impaired.
The material of the outer case is not particularly limited as long as it is stable with respect to the non-aqueous electrolytic solution used, but from the viewpoint of weight reduction and cost, metals such as iron, aluminum, and aluminum alloys or laminated films are preferably used. be done. In particular, iron is preferable because of its pressure resistance for operating the current cut-off valve.
The exterior case using the above metals has a sealed structure by welding the metals together by laser welding, resistance welding, or ultrasonic welding, or a crimped structure using the above metals via a resin gasket. There are things to do.
[2-5-5.形状]
また、外装ケースの形状も任意であり、例えば円筒型、角形、ラミネート型、コイン型、大型等の何れであってもよい。
[2-5-5. shape]
Moreover, the shape of the exterior case is also arbitrary, and may be cylindrical, rectangular, laminated, coin-shaped, large-sized, or the like.
以下に、実施例及び比較例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be described in more detail below with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to these Examples.
本実施例に使用した化合物を以下に示す。
化合物(A):ビニルエチレンサルファイト
The compounds used in this example are shown below.
Compound (A): vinyl ethylene sulfite
MA:酢酸メチル
VC:ビニレンカーボネート
PRES:1-プロペン-1,3-スルトン
MA: methyl acetate VC: vinylene carbonate PRES: 1-propene-1,3-sultone
<実施例1、比較例1~3>
(非水系電解液の調製)
乾燥アルゴン雰囲気下、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートと表1に示す鎖状カルボン酸エステル(C)としての酢酸メチル(MA)との混合物(体積比3:4:3)に、十分に乾燥させたLiPF6を非水系電解液中の濃度が1.0mol/Lとなるように溶解し、更に表1に記載の含有量となるように化合物(A)としてのビニルエチレンサルファイト及びカーボネート化合物(B)としてのVCを溶解させた非水系電解液を調製した。この非水系電解液を用いて、下記方法で非水系電解液二次電池を作製した。なお、比較例1ではVCを含まず、比較例2ではMAを含まない。また、比較例3では、VCに代えてPRESを非水系電解液中の濃度が1質量%となるように溶解した。
<Example 1, Comparative Examples 1 to 3>
(Preparation of non-aqueous electrolytic solution)
In a dry argon atmosphere, a mixture of ethylene carbonate, dimethyl carbonate, and methyl acetate (MA) as the linear carboxylic acid ester (C) shown in Table 1 (volume ratio 3:4:3) was added with sufficiently dried LiPF. 6 was dissolved in the non-aqueous electrolytic solution so that the concentration was 1.0 mol / L, and vinyl ethylene sulfite as compound (A) and carbonate compound (B) were added so that the content was as shown in Table 1. A non-aqueous electrolytic solution was prepared by dissolving VC as. Using this non-aqueous electrolyte, a non-aqueous electrolyte secondary battery was produced by the following method. Comparative Example 1 does not contain VC, and Comparative Example 2 does not contain MA. In Comparative Example 3, instead of VC, PRES was dissolved in the non-aqueous electrolytic solution so that its concentration was 1% by mass.
(正極の作製)
正極活物質としてリチウムコバルトニッケルマンガン酸化物(Li1.05Ni0.34Co0.33Mn0.33O2)85質量部、導電材としてアセチレンブラック10質量部、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVdF)5質量部を、N-メチル-2-ピロリドン中で混合してスラリー化した。これを厚さ15μmのアルミニウム箔に均一に塗布、乾燥した後、ロールプレスを行い、正極とした。なお、正極中の正極活物質層の密度は2.6g/cm3であった。
(Preparation of positive electrode)
85 parts by mass of lithium cobalt nickel manganese oxide (Li 1.05 Ni 0.34 Co 0.33 Mn 0.33 O 2 ) as a positive electrode active material, 10 parts by mass of acetylene black as a conductive material, and polyvinylidene fluoride as a binder 5 parts by mass of (PVdF) were mixed and slurried in N-methyl-2-pyrrolidone. This was uniformly applied to an aluminum foil having a thickness of 15 μm, dried, and roll-pressed to obtain a positive electrode. The density of the positive electrode active material layer in the positive electrode was 2.6 g/cm 3 .
(負極の作製)
負極活物質としてグラファイト粉末49質量部に、増粘剤としてカルボキシメチルセルロースナトリウムの水性ディスパージョン(カルボキシメチルセルロースナトリウムの濃度1質量%)50質量部と、及び結着剤としてスチレン-ブタジエンゴムの水性ディスパージョン(スチレン-ブタジエンゴムの濃度49質量%)1質量部を加え、ディスパーザーで混合してスラリー化した。得られたスラリーを厚さ10μmの銅箔に均一に塗布して乾燥した後、ロールプレスして負極とした。なお、負極中の負極活物質層の密度は1.35g/cm3であった。
(非水系電解液二次電池の製造)
上記で作製した正極及び負極、並びにポリオレフィン製セパレータを、負極、セパレータ、正極の順に積層した。こうして得られた電池要素をアルミニウムラミネートフィルムで包み込み、前述の非水系電解液を注入した後で真空封止し、シート状の非水系電解液二次電池を作製した。
(Preparation of negative electrode)
49 parts by mass of graphite powder as a negative electrode active material, 50 parts by mass of an aqueous dispersion of sodium carboxymethylcellulose (concentration of 1% by mass of sodium carboxymethylcellulose) as a thickener, and an aqueous dispersion of styrene-butadiene rubber as a binder. (Concentration of styrene-butadiene rubber: 49% by mass) was added and mixed with a disperser to form a slurry. The resulting slurry was uniformly applied to a copper foil having a thickness of 10 μm, dried, and roll-pressed to form a negative electrode. The density of the negative electrode active material layer in the negative electrode was 1.35 g/cm 3 .
(Manufacture of non-aqueous electrolyte secondary battery)
The positive electrode, the negative electrode, and the polyolefin separator prepared above were laminated in the order of the negative electrode, the separator, and the positive electrode. The thus-obtained battery element was wrapped with an aluminum laminate film, filled with the non-aqueous electrolyte, and then vacuum-sealed to produce a sheet-like non-aqueous electrolyte secondary battery.
〔非水系電解液二次電池の評価〕
上記で作製した非水系電解液二次電池は、以下のとおり評価した。
(初期充放電)
25℃の恒温槽中、シート状の非水系電解液二次電池を0.025Cに相当する電流で3.6Vまで定電流充電した後、0.167Cで4.2Vの電圧まで定電流-定電圧充電(以下、「CC-CV充電」ともいう。)し、その後0.167Cで2.5Vまで定電流放電した。
更に、4.1Vまで0.167CでCC-CV充電した後に、60℃で12時間保管することで非水系電解液二次電池を安定させた。その後、25℃にて、0.167Cで2.5Vまで定電流放電し、次いで4.2Vの電圧まで0.167CでCC-CV充電を実施し、初期充放電を完了した。
ここで、1Cとは電池の基準容量を1時間で放電する電流値を表し、例えば、0.025Cとはその1/40の電流値を表す。以下同様である。
[Evaluation of non-aqueous electrolyte secondary battery]
The non-aqueous electrolyte secondary battery produced above was evaluated as follows.
(initial charge/discharge)
In a constant temperature bath at 25 ° C., a sheet-shaped non-aqueous electrolyte secondary battery is constant current charged to 3.6 V at a current equivalent to 0.025 C, and then constant current-constant to a voltage of 4.2 V at 0.167 C. Voltage charging (hereinafter also referred to as "CC-CV charging") was performed, and then constant current discharge was performed at 0.167C to 2.5V.
Further, after CC-CV charging at 0.167 C to 4.1 V, the non-aqueous electrolyte secondary battery was stabilized by storing at 60° C. for 12 hours. After that, at 25° C., the battery was discharged at a constant current of 0.167 C to 2.5 V, and then CC-CV charged at 0.167 C to a voltage of 4.2 V to complete the initial charge and discharge.
Here, 1C represents the current value for discharging the standard capacity of the battery in one hour, and 0.025C represents 1/40 of that current value, for example. The same applies hereinafter.
(初期DCR評価試験)
初期充放電後の非水系電解液二次電池を、0.167Cで2.5Vまでの定電流放電を行い、その後、3.7Vまで0.167CでCC-CV充電した。ついで、0.5C、1.0C、及び1.5Cでそれぞれ10秒間定電流放電を行い、その10秒時の電圧を測定した。この電流-電圧直線より内部抵抗を求め、初期DCR(直流抵抗)とした。
(Initial DCR evaluation test)
The non-aqueous electrolyte secondary battery after the initial charge/discharge was subjected to constant current discharge at 0.167C to 2.5V, and then CC-CV charge to 3.7V at 0.167C. Then, constant current discharge was performed at 0.5C, 1.0C and 1.5C for 10 seconds each, and the voltage at 10 seconds was measured. The internal resistance was obtained from this current-voltage straight line and used as the initial DCR (direct current resistance).
表1に上記の初期DCRの評価結果を、鎖状カルボン酸エステル(C)として酢酸メチルを含有し、化合物(A)を含有する非水系電解液二次電池(比較例1)を100とした相対値(初期DCR変化率)で示す。なお、初期DCR変化率の値は小さいほど好ましい。 Table 1 shows the evaluation results of the initial DCR, and the non-aqueous electrolyte secondary battery (Comparative Example 1) containing methyl acetate as the chain carboxylic acid ester (C) and containing the compound (A) was set to 100. It is indicated by a relative value (initial DCR change rate). It should be noted that the smaller the value of the initial DCR change rate, the better.
表1から明らかなように、非水系電解液における溶媒として鎖状カルボン酸エステルを含有し、さらに化合物(A)及びカーボネート化合物(B)を非水系電解液に含有した非水系電解液二次電池(実施例1)は、カーボネート化合物(B)を非水系電解液に含まない非水系電解液二次電池(比較例1)及び鎖状カルボン酸エステル(C)を非水系電解液に含まない非水系電解液二次電池(比較例2)や、カーボネート化合物(B)に代えて従来技術で用いられるPRESを非水系電解液に含有した非水系電解液二次電池(比較例3)に比べ、初期DCRの増加が抑制されている。 As is clear from Table 1, a non-aqueous electrolyte secondary battery containing a chain carboxylic acid ester as a solvent in the non-aqueous electrolyte and further containing the compound (A) and the carbonate compound (B) in the non-aqueous electrolyte (Example 1) is a non-aqueous electrolyte secondary battery (Comparative Example 1) that does not contain a carbonate compound (B) in a non-aqueous electrolyte and a non-aqueous electrolyte that does not contain a chain carboxylic acid ester (C) in a non-aqueous electrolyte. Compared to the aqueous electrolyte secondary battery (Comparative Example 2) and the non-aqueous electrolyte secondary battery (Comparative Example 3) containing PRES used in the conventional technology instead of the carbonate compound (B) in the non-aqueous electrolyte, The increase in initial DCR is suppressed.
本発明の非水系電解液は、負極での還元反応性の高いカルボン酸エステルを非水系溶媒として含むものの、非水系電解液電池の電解液として用いることにより、非水系電解液電池の内部抵抗の増加を抑制することができる。従って、本発明の非水系電解液は、非水系電解液電池が用いられる電子機器等のあらゆる分野において好適に利用できる。
また、本発明の非水系電解液及びこれを用いた非水系電解液電池は、公知の各種用途に用いることが可能である。用途の具体例としては、例えば、ノートパソコン、ペン入力パソコン、モバイルパソコン、電子ブックプレーヤー、携帯電話、携帯ファックス、携帯コピー、携帯プリンター、携帯オーディオプレーヤー、小型ビデオカメラ、ヘッドフォンステレオ、ビデオムービー、液晶テレビ、ハンディークリーナー、ポータブルCD、ミニディスク、トランシーバー、電子手帳、電卓、メモリーカード、携帯テープレコーダー、ラジオ、バックアップ電源、モーター、自動車、バイク、原動機付自転車、自転車、照明器具、玩具、ゲーム機器、時計、電動工具、ストロボ、カメラ、家庭用バックアップ電源、事業所用バックアップ電源、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。
Although the non-aqueous electrolyte solution of the present invention contains a carboxylic acid ester with high reductive reactivity at the negative electrode as a non-aqueous solvent, the internal resistance of the non-aqueous electrolyte battery can be reduced by using it as the electrolyte solution for the non-aqueous electrolyte battery. increase can be suppressed. Therefore, the non-aqueous electrolytic solution of the present invention can be suitably used in all fields such as electronic devices in which non-aqueous electrolytic solution batteries are used.
Moreover, the non-aqueous electrolytic solution of the present invention and the non-aqueous electrolytic solution battery using the same can be used for various known applications. Specific examples of applications include notebook computers, pen-input computers, mobile computers, e-book players, mobile phones, mobile faxes, mobile copiers, mobile printers, mobile audio players, small video cameras, headphone stereos, video movies, and liquid crystals. TVs, handy cleaners, portable CDs, mini discs, transceivers, electronic notebooks, calculators, memory cards, portable tape recorders, radios, backup power sources, motors, automobiles, motorcycles, motorized bicycles, bicycles, lighting equipment, toys, game equipment, Clocks, power tools, strobes, cameras, home backup power sources, office backup power sources, load leveling power sources, natural energy storage power sources, and the like.
Claims (9)
該環状カーボネート(B)が炭素-炭素不飽和結合を有する環状カーボネート及びフッ素原子を有する環状カーボネートから選ばれる1以上である非水系電解液。
(式(I)中、X1及びX2は、それぞれ独立に酸素原子又はCH2であり、R1及びR2は、それぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、又は炭化水素基であり、nは、1又は2である。ただし、R1及びR2のいずれか一方は、炭素-炭素不飽和結合を少なくとも一つ含む炭化水素基であり、nが2であるときは、X1及びX2の少なくとも一つがCH2である。) A non-aqueous electrolytic solution characterized by containing a compound (A) represented by formula (I), a cyclic carbonate (B), and a chain carboxylic acid ester (C),
A non-aqueous electrolytic solution in which the cyclic carbonate (B) is one or more selected from cyclic carbonates having a carbon-carbon unsaturated bond and cyclic carbonates having a fluorine atom.
(In formula (I), X 1 and X 2 are each independently an oxygen atom or CH 2 , R 1 and R 2 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, or a hydrocarbon group, and n is , 1 or 2, provided that either one of R 1 and R 2 is a hydrocarbon group containing at least one carbon-carbon unsaturated bond, and when n is 2, X 1 and X 2 is CH2 .)
(式(II)中、R1及びR2は、前記式(I)中のR1及びR2と同じである。) The non-aqueous electrolytic solution according to claim 1, wherein the compound (A) is a compound represented by the following formula (II).
(In formula (II), R 1 and R 2 are the same as R 1 and R 2 in formula (I) above.)
A non-aqueous system comprising a positive electrode having a positive electrode active material capable of absorbing and releasing metal ions, a negative electrode having a negative electrode active material capable of absorbing and releasing metal ions, and the non-aqueous electrolytic solution according to claim 1 or 2. electrolyte battery.
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