JP2024066468A - Electrolyte for lithium sulfur secondary batteries and lithium sulfur secondary battery - Google Patents

Electrolyte for lithium sulfur secondary batteries and lithium sulfur secondary battery Download PDF

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剛 殿納屋
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Abstract

To provide an electrolyte for lithium sulfur secondary batteries which can be utilized for manufacturing a lithium sulfur secondary battery which comprises a cathode with a large carried amount of sulfur and of which the discharge capacity in repeating a charge/discharge cycle becomes a value closer to atheoretical capacity (1672 mAhg-1).SOLUTION: An electrolyte for lithium sulfur secondary batteries contains an electrolyte which is lithium bis (fluoro-sulfonyl) imide and/or lithium hexafluorophosphate, and two or more kinds of ether-based solvents.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

特許法第30条第2項適用申請有り ・ウェブサイトのアドレス https://confit.atlas.jp/guide/event/ecsj2023s/top 掲載日 令和5年3月17日 ・研究集会名 電気化学会 第90回大会 開催場所 東北工業大学 八木山キャンパス(仙台市太白区八木山香澄町35-1) 開催日 令和5年3月27日 ・ウェブサイトのアドレス https://confit.atlas.jp/guide/event/ecsj2023s/top 掲載日 令和5年3月27日Application for application of Article 30, Paragraph 2 of the Patent Act filed. Website address: https://confit.atlas.jp/guide/event/ecsj2023s/top Published on March 17, 2023 Name of workshop: 90th Annual Meeting of the Electrochemical Society Venue: Tohoku Institute of Technology, Yagiyama Campus (35-1 Yagiyama Kasumi-cho, Taihaku-ku, Sendai City) Date: March 27, 2023 Website address: https://confit.atlas.jp/guide/event/ecsj2023s/top Published on March 27, 2023

本発明は、リチウム硫黄二次電池用電解液およびリチウム硫黄二次電池に関する。 The present invention relates to an electrolyte for lithium-sulfur secondary batteries and lithium-sulfur secondary batteries.

携帯電話、パソコン、デジタルカメラ等に用いる二次電池として、現在、リチウムイオン電池が広く用いられているが、エネルギー密度の更なる向上、コストの低減等が求められている。 Currently, lithium-ion batteries are widely used as secondary batteries for mobile phones, personal computers, digital cameras, etc., but there is a demand for further improvements in energy density and cost reductions.

そこで注目されているのがリチウム硫黄二次電池である。リチウム硫黄二次電池は、正極活物質として硫黄、負極活物質としてリチウム金属を使用し、リチウムイオン(Li)が正極と負極との間を移動することによって充放電を行う二次電池である。リチウム硫黄二次電池では、放電時に負極からLiイオンが溶出し、正極で硫黄と反応して、LiSを生成するとともに、外部回路へ電流が流れる。 In this context, lithium-sulfur secondary batteries have been attracting attention. Lithium-sulfur secondary batteries are secondary batteries that use sulfur as the positive electrode active material and lithium metal as the negative electrode active material, and charge and discharge by the movement of lithium ions (Li + ) between the positive and negative electrodes. In lithium-sulfur secondary batteries, Li + ions are dissolved from the negative electrode during discharge and react with sulfur at the positive electrode to generate Li 2 S, and current flows to an external circuit.

硫黄原子は、重量あたりの酸化還元反応に関する電子数が多く、従来のリチウムイオン電池に比して、理論上、5倍以上の高いエネルギー密度を有することが見込まれている。また、硫黄は安価で確保も容易であるため、材料のコストを削減することも可能である。このため、リチウム硫黄二次電池は、次世代型の二次電池として盛んに研究が行われている。 Sulfur atoms have a large number of electrons per weight involved in redox reactions, and are expected to have an energy density that is theoretically more than five times higher than that of conventional lithium-ion batteries. In addition, sulfur is inexpensive and easy to obtain, making it possible to reduce material costs. For this reason, lithium-sulfur secondary batteries are being actively researched as a next-generation secondary battery.

最近、硫黄の担持量(含有量)が多い正極を備えるリチウム硫黄二次電池の研究が進められている。リチウム硫黄二次電池用非水電解液としては、例えば、以下に示すものが知られている。
・電解質としてのLiTFSIと、FECとHFEとの混合溶媒とを含む非水電解液(特許文献1)。なお、LiTFSIはリチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、FECはフルオロエチレンカーボネート、HFEはハイドロフルオロエーテルを、それぞれ意味する。
・電解質としてのLiTFSIと、テトラグラムとHFEとの混合溶媒とを含む非水電解液、および、電解質としてのヘキサフルオロリン酸リチウム(以下、「LiPF」とも称する)と、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとの混合溶媒とを含む非水電解液(非特許文献1および非特許文献2)。
・電解質としてのリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(以下、「LiFSI」とも称する)と、1,2-ジメトキシエタン(以下、「DME」とも称する)とを含む非水電解液(非特許文献3)。
Recently, research has been conducted on lithium-sulfur secondary batteries having a positive electrode with a large amount of sulfur supported (content). For example, the following non-aqueous electrolytes for lithium-sulfur secondary batteries are known.
A non-aqueous electrolyte solution containing LiTFSI as an electrolyte and a mixed solvent of FEC and HFE (Patent Document 1), where LiTFSI stands for lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide, FEC stands for fluoroethylene carbonate, and HFE stands for hydrofluoroether.
A non-aqueous electrolyte solution containing LiTFSI as an electrolyte and a mixed solvent of tetrafluoroethylene and HFE, and a non-aqueous electrolyte solution containing lithium hexafluorophosphate (hereinafter also referred to as "LiPF 6 ") as an electrolyte and a mixed solvent of ethylene carbonate and dimethyl carbonate (Non-Patent Documents 1 and 2).
A non-aqueous electrolyte solution containing lithium bis(fluorosulfonyl)imide (hereinafter also referred to as "LiFSI") as an electrolyte and 1,2-dimethoxyethane (hereinafter also referred to as "DME") (Non-Patent Document 3).

国際公開公報WO 2018/163778 A1International Publication WO 2018/163778 A1

Progress in Natural Science: Materials International, 25(6), P612-621(2015)Progress in Natural Science: Materials International, 25(6), P612-621(2015) Electrochemistry, 85,650-655(2017)Electrochemistry, 85,650-655(2017) Nat. Commun. 6 6362 (2015)Nat. Commun. 6 6362 (2015)

しかしながら、これらの非水電解液を、硫黄の担持量が多い正極を備えるリチウム硫黄二次電池に採用した場合、充放電サイクルを繰り返した際の放電容量が理論容量(1672mAhg-1)よりも大幅に低くなるという問題があった。すなわち、これらの非水電解液を用いた前記リチウム硫黄二次電池では、硫黄の理論容量を活かしきれておらず、容量維持率に改善の余地があった。 However, when these nonaqueous electrolytes are used in lithium-sulfur secondary batteries having a positive electrode with a large amount of sulfur, there is a problem that the discharge capacity after repeated charge-discharge cycles is significantly lower than the theoretical capacity (1672 mAhg −1 ). In other words, the lithium-sulfur secondary batteries using these nonaqueous electrolytes do not fully utilize the theoretical capacity of sulfur, and there is room for improvement in the capacity retention rate.

本発明の一態様は、硫黄の担持量が多い正極を備え、かつ、充放電サイクル後の放電容量が理論容量により近い値となるリチウム硫黄二次電池の製造に利用可能な、リチウム硫黄二次電池用電解液を提供することを課題とする。 One aspect of the present invention aims to provide an electrolyte for lithium-sulfur secondary batteries that can be used to manufacture lithium-sulfur secondary batteries that have a positive electrode with a high sulfur loading and whose discharge capacity after charge-discharge cycles is closer to the theoretical capacity.

また、従来のリチウム硫黄二次電池は、常温(室温)における放電容量等の電池性能が評価対象となっており、低温または高温の環境下における電池性能は評価されていなかった。一方、実際にリチウム硫黄二次電池を使用する環境には、低温および高温の環境が含まれ得る。よって、当該環境下でも性能が優れるリチウム硫黄二次電池に対する需要が存在する。本発明の一態様は、前記需要を満たすために、低温および高温の環境下での放電容量にも優れるリチウム硫黄二次電池の製造に利用可能な非水電解液を提供することも課題としている。 In addition, conventional lithium-sulfur secondary batteries have been evaluated for battery performance such as discharge capacity at normal temperature (room temperature), and battery performance in low-temperature or high-temperature environments has not been evaluated. On the other hand, the environments in which lithium-sulfur secondary batteries are actually used may include low-temperature and high-temperature environments. Therefore, there is a demand for lithium-sulfur secondary batteries that have excellent performance even in such environments. In order to meet this demand, one aspect of the present invention also aims to provide a nonaqueous electrolyte that can be used to manufacture lithium-sulfur secondary batteries that also have excellent discharge capacity in low-temperature and high-temperature environments.

上記課題を解決するために、本発明者らは、鋭意研究の結果、LiFSIおよび/またはLiPFである電解質を、2種類以上のエーテル系溶媒を含む溶媒に溶解させて調製した電解液を使用することに想到した。そして、これにより、硫黄の担持量が多い正極を備え、かつ、充放電サイクルを繰り返した際の放電容量が理論容量により近い値となるリチウム硫黄二次電池を製造できることを見出し、本発明を完成した。 In order to solve the above problems, the present inventors have intensively studied and come up with the idea of using an electrolyte solution prepared by dissolving an electrolyte of LiFSI and/or LiPF6 in a solvent containing two or more kinds of ether solvents. They have found that this makes it possible to manufacture a lithium-sulfur secondary battery having a positive electrode with a large amount of sulfur supported thereon and having a discharge capacity that is closer to the theoretical capacity when the charge-discharge cycle is repeated, and have completed the present invention.

すなわち、本発明には以下の構成が含まれる。
電解質および溶媒を含むリチウム硫黄二次電池用電解液であって、
前記電解質は、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミドおよび/またはヘキサフルオロリン酸リチウムであり、
前記溶媒は、2種類以上のエーテル系溶媒を含む、リチウム硫黄二次電池用電解液。
That is, the present invention includes the following configurations.
An electrolyte solution for a lithium-sulfur secondary battery comprising an electrolyte and a solvent,
the electrolyte is lithium bis(fluorosulfonyl)imide and/or lithium hexafluorophosphate;
The solvent includes two or more kinds of ether solvents.

本発明の一態様は、リチウム硫黄二次電池における充放電サイクルを繰り返した際の放電容量を向上させることができる。特に、本発明の一態様によれば、硫黄の担持量が多い正極を備え、かつ、放電容量が理論容量により近い値となるリチウム硫黄二次電池の製造に利用可能なリチウム硫黄二次電池用電解液を提供することができる。 One aspect of the present invention can improve the discharge capacity of a lithium-sulfur secondary battery when the charge-discharge cycle is repeated. In particular, one aspect of the present invention can provide an electrolyte for a lithium-sulfur secondary battery that can be used to manufacture a lithium-sulfur secondary battery that has a positive electrode with a large amount of sulfur and has a discharge capacity that is closer to the theoretical capacity.

また、本発明の一態様によれば、従来は評価の対象になっていなかった、低温および高温の環境下での放電容量にも優れるリチウム硫黄二次電池の製造に利用可能なリチウム硫黄二次電池用電解液を提供することができる。 In addition, according to one aspect of the present invention, it is possible to provide an electrolyte for lithium-sulfur secondary batteries that can be used to manufacture lithium-sulfur secondary batteries that have excellent discharge capacity in low-temperature and high-temperature environments, which have not been evaluated in the past.

従来のカーボネート系溶媒を含む電解液を備えるリチウム硫黄二次電池中の正極活物質の態様を示す模式図(左側の図)、および、本発明の一実施形態に係る電解液を備えるリチウム硫黄二次電池中の正極活物質の態様の一例を示す模式図(右側の図)である。FIG. 1 is a schematic diagram (left side) showing an embodiment of a positive electrode active material in a lithium-sulfur secondary battery comprising an electrolyte solution containing a conventional carbonate-based solvent, and a schematic diagram (right side) showing an example of an embodiment of a positive electrode active material in a lithium-sulfur secondary battery comprising an electrolyte solution according to one embodiment of the present invention. 本願の実施例1~3、並びに、比較例1および2で製造したリチウム硫黄二次電池用電解液を備えるリチウム硫黄二次電池につき、充放電サイクルを繰り返した際の放電容量およびクーロン効率の測定結果を表す図である。FIG. 1 shows the results of measuring the discharge capacity and the Coulombic efficiency when the charge-discharge cycle was repeated for the lithium-sulfur secondary batteries including the electrolyte solutions for lithium-sulfur secondary batteries produced in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2 of the present application. 本願の実施例4および5、並びに、比較例1および2で製造したリチウム硫黄二次電池用電解液を備えるリチウム硫黄二次電池につき、充放電サイクルを繰り返した際の放電容量およびクーロン効率の測定結果を表す図である。FIG. 1 shows the results of measuring the discharge capacity and the Coulombic efficiency when the charge-discharge cycle was repeated for the lithium-sulfur secondary batteries including the electrolyte solutions for lithium-sulfur secondary batteries produced in Examples 4 and 5 and Comparative Examples 1 and 2 of the present application. 本願の実施例6~10および比較例1で製造したリチウム硫黄二次電池用電解液を備えるリチウム硫黄二次電池につき、充放電サイクルを繰り返した際の放電容量およびクーロン効率の測定結果を表す図である。FIG. 1 shows the results of measuring the discharge capacity and the Coulombic efficiency when the charge-discharge cycle was repeated for the lithium-sulfur secondary batteries including the electrolyte solutions for lithium-sulfur secondary batteries produced in Examples 6 to 10 and Comparative Example 1 of the present application. 本願の実施例11~13および比較例1で製造したリチウム硫黄二次電池用電解液を備えるリチウム硫黄二次電池につき、充放電サイクルを繰り返した際の放電容量およびクーロン効率の測定結果を表す図である。FIG. 1 shows the results of measuring the discharge capacity and the Coulombic efficiency when the charge-discharge cycle was repeated for the lithium-sulfur secondary batteries including the electrolyte solutions for lithium-sulfur secondary batteries produced in Examples 11 to 13 and Comparative Example 1 of the present application. 本願の実施例13および14、並びに、比較例1で製造したリチウム硫黄二次電池用電解液を備えるリチウム硫黄二次電池につき、充放電サイクルを繰り返した際の放電容量およびクーロン効率の測定結果を表す図である。FIG. 1 shows the results of measuring the discharge capacity and the Coulombic efficiency when the charge-discharge cycle was repeated for the lithium-sulfur secondary batteries including the electrolyte solutions for lithium-sulfur secondary batteries produced in Examples 13 and 14 and Comparative Example 1 of the present application. 本願の実施例13、並びに、比較例1および3~5で製造したリチウム硫黄二次電池用電解液を備えるリチウム硫黄二次電池につき、充放電サイクルを繰り返した際の放電容量およびクーロン効率の測定結果を表す図である。FIG. 13 shows the results of measuring the discharge capacity and the Coulombic efficiency when the charge-discharge cycle was repeated for the lithium-sulfur secondary batteries including the electrolyte solutions for lithium-sulfur secondary batteries produced in Example 13 and Comparative Examples 1 and 3 to 5 of the present application. 本願の実施例13~16および比較例1で製造したリチウム硫黄二次電池用電解液を備えるリチウム硫黄二次電池につき、充放電サイクルを繰り返した際の放電容量およびクーロン効率の測定結果を表す図である。FIG. 1 shows the results of measuring the discharge capacity and the Coulombic efficiency when the charge-discharge cycle was repeated for the lithium-sulfur secondary batteries comprising the electrolyte solutions for lithium-sulfur secondary batteries produced in Examples 13 to 16 and Comparative Example 1 of the present application. 本願の実施例17~20で製造したリチウム硫黄二次電池用電解液を備えるリチウム硫黄二次電池につき、充放電サイクルを繰り返した際の放電容量およびクーロン効率の測定結果を表す図である。FIG. 13 shows the results of measuring the discharge capacity and Coulombic efficiency when the charge-discharge cycle was repeated for the lithium-sulfur secondary batteries comprising the electrolyte solutions for lithium-sulfur secondary batteries produced in Examples 17 to 20 of the present application. 本願の実施例17および21~23で製造したリチウム硫黄二次電池用電解液を備えるリチウム硫黄二次電池につき、充放電サイクルを繰り返した際の放電容量およびクーロン効率の測定結果を表す図である。FIG. 1 shows the results of measuring the discharge capacity and Coulombic efficiency when the charge-discharge cycle was repeated for the lithium-sulfur secondary batteries comprising the electrolyte solutions for lithium-sulfur secondary batteries produced in Examples 17 and 21 to 23 of the present application. 本願の実施例17および24~26で製造したリチウム硫黄二次電池用電解液を備えるリチウム硫黄二次電池につき、充放電サイクルを繰り返した際の放電容量およびクーロン効率の測定結果を表す図である。FIG. 1 shows the results of measuring the discharge capacity and Coulombic efficiency when the charge-discharge cycle was repeated for the lithium-sulfur secondary batteries comprising the electrolyte solutions for lithium-sulfur secondary batteries produced in Examples 17 and 24 to 26 of the present application. 本願の実施例17で製造したリチウム硫黄二次電池用電解液を備えるリチウム硫黄二次電池につき、インピーダンス測定の結果を表す図である。FIG. 13 is a diagram showing the results of impedance measurement for a lithium-sulfur secondary battery comprising the electrolyte for a lithium-sulfur secondary battery produced in Example 17 of the present application. 本願の実施例19で製造したリチウム硫黄二次電池用電解液を備えるリチウム硫黄二次電池につき、インピーダンス測定の結果を表す図である。FIG. 13 is a diagram showing the results of impedance measurement for a lithium-sulfur secondary battery comprising the electrolyte for a lithium-sulfur secondary battery produced in Example 19 of the present application. 本願の実施例17および19で製造したリチウム硫黄二次電池用電解液を備えるリチウム硫黄二次電池につき、F1s、すなわちフッ素原子(F)の1s電子に関するXPSによる測定の結果を表す図である。FIG. 13 is a diagram showing the results of XPS measurement of F1s, i.e., the 1s electron of a fluorine atom (F), for lithium-sulfur secondary batteries including the electrolyte solutions for lithium-sulfur secondary batteries produced in Examples 17 and 19 of the present application. 本願の実施例17および19で製造したリチウム硫黄二次電池用電解液を備えるリチウム硫黄二次電池につき、C1s、すなわち炭素原子(C)の1s電子に関するXPSによる測定の結果を表す図である。FIG. 13 is a diagram showing the results of XPS measurement of C1s, i.e., the 1s electron of a carbon atom (C), for lithium-sulfur secondary batteries including the electrolyte solutions for lithium-sulfur secondary batteries produced in Examples 17 and 19 of the present application. 本願の実施例27~39で製造したリチウム硫黄二次電池用電解液を備えるリチウム硫黄二次電池につき、高レート(0.3/0.3C)で充放電サイクルを繰り返した際の放電容量およびクーロン効率の測定結果を表す図である。FIG. 13 shows the results of measuring the discharge capacity and Coulombic efficiency of the lithium-sulfur secondary batteries comprising the electrolyte solutions for lithium-sulfur secondary batteries produced in Examples 27 to 39 of the present application when the charge-discharge cycle was repeated at a high rate (0.3/0.3C). 本願の実施例30および31で製造したリチウム硫黄二次電池用電解液を備えるリチウム硫黄二次電池につき、低温環境下(0℃)で充放電サイクルを繰り返した際の放電容量およびクーロン効率の測定結果を表す図である。FIG. 13 shows the results of measuring the discharge capacity and Coulombic efficiency of the lithium-sulfur secondary batteries comprising the electrolyte solutions for lithium-sulfur secondary batteries produced in Examples 30 and 31 of the present application when the charge-discharge cycle was repeated in a low-temperature environment (0° C.). 本願の実施例32~34で製造したリチウム硫黄二次電池用電解液を備えるリチウム硫黄二次電池につき、高温環境下(60℃)で充放電サイクルを繰り返した際の放電容量およびクーロン効率の測定結果を表す図である。FIG. 13 shows the results of measuring the discharge capacity and Coulombic efficiency of the lithium-sulfur secondary batteries comprising the electrolyte solutions for lithium-sulfur secondary batteries produced in Examples 32 to 34 of the present application when the charge-discharge cycle was repeated in a high-temperature environment (60° C.).

以下、本発明の一実施形態について、詳細に説明する。ただし、本発明はこれに限定されるものではなく、記述した範囲内で種々の変更が可能である。例えば、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態も、本発明の技術的範囲に含まれる。なお、本明細書において特記しない限り、数値範囲を表す「A~B」は、「A以上、B以下」を意図する。 One embodiment of the present invention is described in detail below. However, the present invention is not limited to this, and various modifications are possible within the scope described. For example, embodiments obtained by appropriately combining the technical means disclosed in different embodiments are also included in the technical scope of the present invention. In addition, unless otherwise specified in this specification, "A to B" representing a numerical range means "greater than or equal to A and less than or equal to B."

〔1.リチウム硫黄二次電池用電解液〕
本発明の一実施形態に係るリチウム硫黄二次電池用電解液(以下、「本発明の電解液」とも称する)は、電解質および溶媒を含むリチウム硫黄二次電池用電解液であって、前記電解質は、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミドおよび/またはヘキサフルオロリン酸リチウムであり、前記溶媒は、2種類以上のエーテル系溶媒を含む。
[1. Electrolyte for Lithium-Sulfur Secondary Batteries]
An electrolyte solution for a lithium-sulfur secondary battery according to one embodiment of the present invention (hereinafter also referred to as the "electrolytic solution of the present invention") is an electrolyte solution for a lithium-sulfur secondary battery containing an electrolyte and a solvent, the electrolyte being lithium bis(fluorosulfonyl)imide and/or lithium hexafluorophosphate, and the solvent containing two or more types of ether solvents.

リチウム硫黄二次電池において、充放電サイクルを繰り返した際の放電容量を、理論容量に近い値とするためには、正極に十分な電荷が供給される必要がある。リチウム硫黄二次電池において、電荷担体は、リチウムイオン(Li)である。ここで、カーボネート系溶媒を含む電解液(例えば特許文献1、非特許文献1および2)を備える従来のリチウム硫黄二次電池では、図1の左側の図に示すように、正極活物質の周囲に被膜(図1の左側の図中の斜線部分)が形成される。そのことにより、当該正極活物質を含む正極上に前記被膜が形成される。 In a lithium-sulfur secondary battery, in order to make the discharge capacity close to the theoretical capacity when the charge-discharge cycle is repeated, it is necessary to supply a sufficient charge to the positive electrode. In a lithium-sulfur secondary battery, the charge carrier is lithium ion (Li + ). Here, in a conventional lithium-sulfur secondary battery having an electrolyte solution containing a carbonate-based solvent (e.g., Patent Document 1, Non-Patent Documents 1 and 2), as shown in the left diagram of FIG. 1, a coating (shaded area in the left diagram of FIG. 1) is formed around the positive electrode active material. As a result, the coating is formed on the positive electrode containing the positive electrode active material.

前記被膜は、例えば、前記従来のリチウム硫黄二次電池の正極(正極活物質)から流出する硫黄等の流出物と、前記カーボネート系溶媒の分子との間に生ずる副反応の結果、正極上に形成される。前記被膜が形成されることにより、前記正極に対してのLiの移動が阻害される。よって、正極に供給されるLiの量が減少する。 The coating is formed on the positive electrode as a result of a side reaction between the effluent such as sulfur flowing out from the positive electrode (positive electrode active material) of the conventional lithium-sulfur secondary battery and the molecules of the carbonate-based solvent. The formation of the coating inhibits the movement of Li + to the positive electrode. Therefore, the amount of Li + supplied to the positive electrode is reduced.

また、前記被膜の形成のために、前記正極に担持されている硫黄の一部が消費される。その結果、前記正極に担持されている硫黄の含有量が減少する。そのため、正極容量が低下してしまう。 In addition, some of the sulfur supported on the positive electrode is consumed to form the coating. As a result, the amount of sulfur supported on the positive electrode decreases. This reduces the capacity of the positive electrode.

一方、2種類以上のエーテル系溶媒を含む、本発明の電解液を備えるリチウム硫黄二次電池では、図1の右側の図に示すように、正極上に前記被膜が形成されないか、あるいは、前記被膜が形成される場合でも当該被膜は極めて薄くなる。その場合、前記Liの移動は阻害されない。その結果、前記電解液を使用することにより、放電容量を理論容量に近い値にすることができると考えられる。 On the other hand, in the lithium-sulfur secondary battery equipped with the electrolyte of the present invention containing two or more kinds of ether solvents, as shown in the right diagram of Figure 1, the coating is not formed on the positive electrode, or even if the coating is formed, the coating is very thin. In that case, the movement of Li + is not hindered. As a result, it is considered that the discharge capacity can be made close to the theoretical capacity by using the electrolyte.

また、本発明の電解液が後述の高溶解性エーテル系溶媒を含む場合、当該電解液における電解質(LiFSIおよび/またはLiPF)の濃度を高濃度(後述の溶媒1.0Lに対し数モル)とすることができる。ここで、前記電解液に前記電解質が高濃度で溶解されている場合、後述のとおり、当該高濃度の電解質のために、硫黄の移動・溶出が抑えられるので、正極活物質からの硫黄の損失がなく、放電容量がより良好に維持される。その結果、本発明の電解液を備えるリチウム硫黄二次電池の放電容量は、理論容量により近い値となるものと考えられる。また、同様の理由から、本発明の電解液を備えるリチウム硫黄二次電池は、低温および高温の環境下でも優れた放電容量を達成できると考えられる。 In addition, when the electrolytic solution of the present invention contains a highly soluble ether-based solvent described later, the concentration of the electrolyte (LiFSI and/or LiPF 6 ) in the electrolytic solution can be made high (several moles per 1.0 L of the solvent described later). Here, when the electrolyte is dissolved in the electrolytic solution at a high concentration, as described later, the migration and dissolution of sulfur is suppressed due to the high concentration of the electrolyte, so that there is no loss of sulfur from the positive electrode active material and the discharge capacity is better maintained. As a result, it is considered that the discharge capacity of the lithium-sulfur secondary battery comprising the electrolytic solution of the present invention is closer to the theoretical capacity. For the same reason, it is considered that the lithium-sulfur secondary battery comprising the electrolytic solution of the present invention can achieve excellent discharge capacity even under low and high temperature environments.

(電解質)
本発明の一実施形態における電解質は、LiFSIおよび/またはLiPFである。LiFSIおよびLiPFは共に、後述の溶媒に同程度溶解し、同程度のLiを生成する。よって、LiFSIおよびLiPFを共に、本発明の電解液を構成する電解質とすることができる。
(Electrolytes)
The electrolyte in one embodiment of the present invention is LiFSI and/or LiPF 6. Both LiFSI and LiPF 6 dissolve to the same extent in the solvent described below and generate the same amount of Li + . Therefore, both LiFSI and LiPF 6 can be used as the electrolyte constituting the electrolytic solution of the present invention.

前記LiPFは、後述の添加剤としてのフッ素を含むリチウム塩と同様に、リチウム硫黄二次電池の作動中、フッ化リチウムを生成する機能を有する。前記フッ化リチウムにより、前記リチウム硫黄二次電池の負極上にSEI(Solid Electrolyte Interface)膜が良好に形成される。その結果、充放電サイクルを繰り返した際の放電容量をより向上させることができるため、前記放電容量は、理論容量により近い値となる。 The LiPF6 has a function of generating lithium fluoride during the operation of the lithium-sulfur secondary battery, similar to the lithium salt containing fluorine as an additive described later. The lithium fluoride satisfactorily forms a solid electrolyte interface (SEI) film on the negative electrode of the lithium-sulfur secondary battery. As a result, the discharge capacity when the charge-discharge cycle is repeated can be further improved, and the discharge capacity becomes closer to the theoretical capacity.

よって、前記SEI膜を良好に形成する観点から、前記電解質は、LiPFを含むことが好ましい。また、LiPFの濃度は、後述の溶媒1.0Lに対して、0.05mol以上であることがより好ましく、0.07mol以上であることがさらに好ましく、0.1mol以上であることが特に好ましい。 Therefore, from the viewpoint of favorably forming the SEI film, the electrolyte preferably contains LiPF 6. In addition, the concentration of LiPF 6 is more preferably 0.05 mol or more, further preferably 0.07 mol or more, and particularly preferably 0.1 mol or more, per 1.0 L of a solvent described below.

前記電解質の濃度は、本発明の電解液におけるLiが多くなり、前記正極に供給される電荷の量が多くなるため、高いほど好ましい。 The higher the concentration of the electrolyte, the more Li + there will be in the electrolytic solution of the present invention, and the greater the amount of charge supplied to the positive electrode will be, so the higher the concentration of the electrolyte is, the more preferable.

本発明の電解液に含まれるLiの濃度、言い換えると、前記電解質濃度が高い場合、化学平衡の観点から、Liの電解液への移動・流出が防止され、同様に硫黄(S)の電解液への移動・流出も併せて防止される。 When the concentration of Li + contained in the electrolyte of the present invention, in other words, the electrolyte concentration, is high, from the viewpoint of chemical equilibrium, the movement and outflow of Li + into the electrolyte is prevented, and similarly, the movement and outflow of sulfur (S) into the electrolyte is also prevented.

従って、前記電解質濃度が高い電解液によれば、正極活物質からの硫黄の損失が少なく、放電容量がより良好に維持される。その結果、本発明の電解液を備えるリチウム硫黄二次電池の放電容量は、理論容量により近い値となるものと考えられる。 Therefore, with an electrolyte solution having a high electrolyte concentration, the loss of sulfur from the positive electrode active material is small, and the discharge capacity is better maintained. As a result, it is believed that the discharge capacity of a lithium-sulfur secondary battery equipped with the electrolyte solution of the present invention is closer to the theoretical capacity.

前述の観点から、前記濃度は、後述の溶媒1.0Lに対して、1.0mol以上であることが好ましく、2.0mol以上であることがより好ましく、3.0mol以上であることがさらに好ましい。 From the above viewpoints, the concentration is preferably 1.0 mol or more per 1.0 L of the solvent described below, more preferably 2.0 mol or more, and even more preferably 3.0 mol or more.

一方、本発明の電解液において、当該電解質が後述の溶媒に対する溶解度を超える量存在すると、前記電解液の粘度が高くなる。粘度が高い電解液中では、電荷担体であるイオンが移動し難くなる。その結果、前記正極に供給される電荷の量がかえって低下し、充放電サイクルを繰り返した際の放電容量が低下するおそれがある。そのため、前記電解質の濃度は、後述の溶媒に対する溶解度を超えない量であることが好ましい。 On the other hand, in the electrolyte solution of the present invention, if the electrolyte is present in an amount that exceeds its solubility in the solvent described below, the viscosity of the electrolyte solution increases. In an electrolyte solution with high viscosity, ions, which are charge carriers, are less likely to move. As a result, the amount of charge supplied to the positive electrode may decrease, and the discharge capacity may decrease when the charge-discharge cycle is repeated. Therefore, it is preferable that the concentration of the electrolyte is an amount that does not exceed its solubility in the solvent described below.

具体的には、前記電解質の濃度は、後述の溶媒1.0Lに対して、5.0mol以下であることが好ましく、4.0mol以下であることがより好ましい。 Specifically, the concentration of the electrolyte is preferably 5.0 mol or less, and more preferably 4.0 mol or less, per 1.0 L of the solvent described below.

(溶媒)
本発明の一実施形態における溶媒は、2種類以上のエーテル系溶媒を含み、好ましくは2種類以上のエーテル系溶媒のみから構成される。前記溶媒は、前記電解質を好適な量溶解させることができる。また、当該溶媒中では、正極上に前記被膜が形成されないか、あるいは、前記被膜が形成される場合でも当該被膜が極めて薄くなる。
(solvent)
In one embodiment of the present invention, the solvent contains two or more kinds of ether solvents, and preferably consists of two or more kinds of ether solvents. The solvent can dissolve a suitable amount of the electrolyte. In the solvent, the coating is not formed on the positive electrode, or even if the coating is formed, the coating is very thin.

そのため、前記溶媒を含む電解液を備えるリチウム硫黄二次電池は、充分な量のLiが正極へ移動することを確保することができ、その結果、当該リチウム硫黄二次電池の放電容量を理論容量に近い値となるように制御できる。よって、前記溶媒を、本発明の電解液を構成する溶媒とすることができる。 Therefore, the lithium-sulfur secondary battery having an electrolyte solution containing the solvent can ensure that a sufficient amount of Li + ions migrates to the positive electrode, and as a result, the discharge capacity of the lithium-sulfur secondary battery can be controlled to be close to the theoretical capacity. Therefore, the solvent can be used as a solvent constituting the electrolyte solution of the present invention.

前記溶媒は、高溶解性エーテル系溶媒と、低溶解性エーテル系溶媒とを含むことが好ましい。本明細書において、「高溶解性エーテル系溶媒」とは、前記高溶解性エーテル系溶媒1.0Lに対する前記電解質の溶解度が、1.0mol/L以上となる溶媒である。また、「低溶解性エーテル系溶媒」とは、前記低溶解性エーテル系溶媒1.0Lに対する前記電解質の溶解度が、1.0mol/L未満となる溶媒である。 The solvent preferably includes a highly soluble ether-based solvent and a low-solubility ether-based solvent. In this specification, a "highly soluble ether-based solvent" is a solvent in which the solubility of the electrolyte in 1.0 L of the highly soluble ether-based solvent is 1.0 mol/L or more. A "low-solubility ether-based solvent" is a solvent in which the solubility of the electrolyte in 1.0 L of the low-solubility ether-based solvent is less than 1.0 mol/L.

前記溶媒が高溶解性エーテル系溶媒と、低溶解性エーテル系溶媒とを含む場合、前記高溶解性エーテル系溶媒:前記低溶解性エーテル系溶媒の体積比率は、5:5~7:3であることがより好ましく、5:5~6:4であることがさらに好ましく、5:5であることが特に好ましい。 When the solvent contains a highly soluble ether-based solvent and a low-solubility ether-based solvent, the volume ratio of the highly soluble ether-based solvent to the low-solubility ether-based solvent is more preferably 5:5 to 7:3, even more preferably 5:5 to 6:4, and particularly preferably 5:5.

前記溶媒が、高溶解性エーテル系溶媒と、低溶解性エーテル系溶媒とを前記体積比率で含む場合、当該溶媒は、前記電解質をより好適な量溶解させることができる。 When the solvent contains a high-solubility ether-based solvent and a low-solubility ether-based solvent in the above volume ratio, the solvent can dissolve a more suitable amount of the electrolyte.

その結果、リチウム硫黄二次電地の充放電サイクルを繰り返した際の放電容量を、より向上させ、理論容量により近い値に制御することができる。また、前記体積比率を前述のより好ましい範囲内に調整することにより、クーロン効率を100%に近い値とし、充放電の効率を向上させることもできる。 As a result, the discharge capacity of the lithium-sulfur secondary battery when the charge/discharge cycle is repeated can be improved and controlled to a value closer to the theoretical capacity. In addition, by adjusting the volume ratio to within the above-mentioned more preferable range, the coulombic efficiency can be made close to 100%, and the charge/discharge efficiency can be improved.

前記高溶解性エーテル系溶媒としては、例えば、1,2-ジメトキシエタン(DME)、ジエトキシエタン、ジイソプロピルエーテル、ジオキソラン、ジエトキシエタン、トリグライム、テトラグライムおよびジブチルエーテル等を挙げることができる。前記高溶解性エーテル系溶媒は、1種類でもよく、2種類以上の混合物であってもよい。 Examples of the highly soluble ether-based solvent include 1,2-dimethoxyethane (DME), diethoxyethane, diisopropyl ether, dioxolane, diethoxyethane, triglyme, tetraglyme, and dibutyl ether. The highly soluble ether-based solvent may be one type or a mixture of two or more types.

前記低溶解性エーテル系溶媒としては、例えば、ハイドロフルオロエーテル(HFE)と称される化合物を挙げることができる。HFEと称される具体的な化合物としては、例えば、1,1,2,2-テトラフルオロ-3-(1,1,2,2-テトラフルオロエトキシ)プロパン、1,1,2,2-テトラフルオロエチル-2,2,2-トリフルオロエチルエーテル、1-(1,1,2,2-テトラフルオロエトキシ)プロパン、2-メチル-1-(1,1,2,2-テトラフルオロエトキシ)プロパン、1,1,1-トリフルオロ-2-(2,2,2-トリフルオロエトキシ)エタン、フルオロベンゼンおよびジフルオロベンゼンを挙げることができる。前記低溶解性エーテル系溶媒は、1種類でもよく、2種類以上の混合物であってもよい。 The low-solubility ether-based solvent may be, for example, a compound called hydrofluoroether (HFE). Specific examples of compounds called HFE include 1,1,2,2-tetrafluoro-3-(1,1,2,2-tetrafluoroethoxy)propane, 1,1,2,2-tetrafluoroethyl-2,2,2-trifluoroethyl ether, 1-(1,1,2,2-tetrafluoroethoxy)propane, 2-methyl-1-(1,1,2,2-tetrafluoroethoxy)propane, 1,1,1-trifluoro-2-(2,2,2-trifluoroethoxy)ethane, fluorobenzene, and difluorobenzene. The low-solubility ether-based solvent may be one type or a mixture of two or more types.

前述の高溶解性エーテル系溶媒の具体例のうち、DMEは、前記電解質に対する溶解度が特に高いことが知られている。よって、前記溶媒がDMEを含むことにより、前記リチウム硫黄二次電池用電解液が、高い濃度で前記電解質を溶解することができる。そのため、前記リチウム硫黄二次電池用電解液を備えるリチウム硫黄二次電池は、硫黄を担持した正極から電解液への硫黄の移動・溶出を防止でき、理論容量により近い放電容量を維持することができる。よって、前記高溶解性エーテル系溶媒は、前述の化合物のうち、DMEであることが好ましい。 Among the specific examples of the highly soluble ether-based solvents mentioned above, DME is known to have a particularly high solubility in the electrolyte. Therefore, by including DME in the solvent, the electrolyte for lithium-sulfur secondary batteries can dissolve the electrolyte at a high concentration. Therefore, a lithium-sulfur secondary battery including the electrolyte for lithium-sulfur secondary batteries can prevent the migration and dissolution of sulfur from the sulfur-supported positive electrode to the electrolyte, and can maintain a discharge capacity closer to the theoretical capacity. Therefore, it is preferable that the highly soluble ether-based solvent is DME among the above-mentioned compounds.

また、前記低溶解性エーテル系溶媒は、前述の化合物のうち、DMEと組み合わせた場合は、前記リチウム硫黄二次電池用電解液における正極上への前記被膜の形成をより容易に防止することができる。そのため、前記リチウム硫黄二次電池用電解液を備えるリチウム硫黄二次電池では、Liの正極への移動の阻害が、より少なくなる。その結果、より高く、理論容量により近い値の放電容量が得られる。このような観点から、前記低溶解性エーテル系溶媒は、1,1,2,2-テトラフルオロ-3-(1,1,2,2-テトラフルオロエトキシ)プロパンであることが好ましい。 Furthermore, when the low-solubility ether-based solvent is combined with DME among the above-mentioned compounds, the formation of the coating on the positive electrode in the lithium-sulfur secondary battery electrolyte can be more easily prevented. Therefore, in a lithium-sulfur secondary battery including the lithium-sulfur secondary battery electrolyte, the inhibition of the movement of Li + to the positive electrode is less. As a result, a higher discharge capacity closer to the theoretical capacity can be obtained. From this viewpoint, the low-solubility ether-based solvent is preferably 1,1,2,2-tetrafluoro-3-(1,1,2,2-tetrafluoroethoxy)propane.

以上のことから、前記リチウム硫黄二次電池の充放電サイクルを繰り返した際の放電容量をより向上させ、理論容量により近い値とする観点から、前記溶媒は、DMEと、HFEとを含むことがより好ましく、DMEと、1,1,2,2-テトラフルオロ-3-(1,1,2,2-テトラフルオロエトキシ)プロパンとを含むことが特に好ましい。 In view of the above, from the viewpoint of further improving the discharge capacity when the charge/discharge cycle of the lithium-sulfur secondary battery is repeated and bringing it closer to the theoretical capacity, it is more preferable that the solvent contains DME and HFE, and it is particularly preferable that the solvent contains DME and 1,1,2,2-tetrafluoro-3-(1,1,2,2-tetrafluoroethoxy)propane.

(添加剤)
本発明の電解液は、前記電解質および前記溶媒以外に添加剤aをさらに含み得る。前記添加剤aは、ハロゲンを含むリチウム塩を含む。前記ハロゲンとしては、例えば、フッ素、塩素などを挙げることができる。前記ハロゲンを含むリチウム塩としては、フッ素を含むリチウム塩が特に好ましい。
(Additive)
The electrolytic solution of the present invention may further include an additive a in addition to the electrolyte and the solvent. The additive a includes a lithium salt containing a halogen. Examples of the halogen include fluorine and chlorine. As the lithium salt containing a halogen, a lithium salt containing fluorine is particularly preferred.

本発明の電解液が、前記添加剤aを含む場合、本発明の電解液を備えるリチウム硫黄二次電池の作動中、前記ハロゲンを含むリチウム塩から、リチウムのハロゲン化物が生成する。前記リチウムのハロゲン化物により、前記リチウム硫黄二次電池の負極上にSEI膜が良好に形成される。その結果、充放電サイクルを繰り返した際の放電容量をより向上させることができるため、前記放電容量を、理論容量により近い値とすることができる。なお、例えば、前記ハロゲンを含むリチウム塩が、フッ素を含むリチウム塩である場合には、前記リチウムのハロゲン化物として、フッ化リチウムが生成する。 When the electrolyte of the present invention contains the additive a, a lithium halide is generated from the lithium salt containing the halogen during operation of a lithium-sulfur secondary battery equipped with the electrolyte of the present invention. The lithium halide satisfactorily forms an SEI film on the negative electrode of the lithium-sulfur secondary battery. As a result, the discharge capacity can be further improved when charge/discharge cycles are repeated, and the discharge capacity can be made closer to the theoretical capacity. For example, when the lithium salt containing the halogen is a lithium salt containing fluorine, lithium fluoride is generated as the lithium halide.

前記放電容量を向上させる観点から、前記ハロゲンを含むリチウム塩の含有量は、前記溶媒1.0Lに対して、0.05mol以上であることが好ましく、0.07mol以上であることがより好ましい。また、前記観点から、前記含有量は、前記溶媒1.0Lに対して、1mol以下であることが好ましく、0.7mol以下であることがより好ましく、0.5mol以下であることがさらに好ましく、0.2mol以下であることが特に好ましい。 From the viewpoint of improving the discharge capacity, the content of the lithium salt containing the halogen is preferably 0.05 mol or more, and more preferably 0.07 mol or more, per 1.0 L of the solvent. Also, from the viewpoint, the content is preferably 1 mol or less, more preferably 0.7 mol or less, even more preferably 0.5 mol or less, and particularly preferably 0.2 mol or less, per 1.0 L of the solvent.

前記ハロゲンを含むリチウム塩は、特に限定されない。例えば、ジフルオロ(オキサラト)ホウ酸リチウム(以下、「LiDFOB」と称する)、LiPF等のフッ素を含むリチウム塩、および過塩素酸リチウム(LiClO)等の塩素を含むリチウム塩を挙げることができる。前記ハロゲンを含むリチウム塩は、一種類を使用してもよいし、二種類以上を併用してもよい。 The halogen-containing lithium salt is not particularly limited. For example, lithium difluoro(oxalato)borate (hereinafter referred to as "LiDFOB"), lithium fluoride salts such as LiPF6 , and lithium perchlorate ( LiClO4 ) and other chlorine-containing lithium salts can be used. The halogen-containing lithium salts may be used alone or in combination of two or more.

前記電解液は、前記電解質および前記溶媒以外に、以下の構造式(1)で表される化合物および以下の構造式(2)で表される化合物からなる群より選ばれる1種以上の化合物を含む添加剤bをさらに含むことができる。以下、構造式(1)で表される化合物を化合物(1)と称し、構造式(2)で表される化合物を化合物(2)と称する。 The electrolytic solution may further contain, in addition to the electrolyte and the solvent, an additive b containing one or more compounds selected from the group consisting of a compound represented by the following structural formula (1) and a compound represented by the following structural formula (2). Hereinafter, the compound represented by structural formula (1) will be referred to as compound (1), and the compound represented by structural formula (2) will be referred to as compound (2).

Figure 2024066468000002
Figure 2024066468000002

(構造式(1)中、RおよびRは、それぞれ独立して、水素、ハロゲン、アルキルおよびアルコキシからなる群より選択される基である。) (In structural formula (1), R1 and R2 are each independently a group selected from the group consisting of hydrogen, halogen, alkyl, and alkoxy.)

(構造式(2)中、RおよびRは、それぞれ独立して、水素、ハロゲン、アルキルおよびアルコキシからなる群より選択される基である。)
前記構造式(1)および構造式(2)中のRおよびRは、水素、フッ素および塩素からなる群から選択される基であることが好ましい。また、化合物(1)は、より好ましくは、ビニレンカーボネート(VC)である。化合物(2)は、より好ましくは、フルオロエチレンカーボネート(FEC)および/またはクロロエチレンカーボネート(CLEC)である。言い換えると、前記添加剤bは、VC、FECおよびCLECからなる群から選択される1種以上の化合物を含むことがより好ましい。
(In structural formula (2), R 1 and R 2 are each independently a group selected from the group consisting of hydrogen, halogen, alkyl, and alkoxy.)
R 1 and R 2 in the structural formula (1) and the structural formula (2) are preferably groups selected from the group consisting of hydrogen, fluorine and chlorine. Compound (1) is more preferably vinylene carbonate (VC). Compound (2) is more preferably fluoroethylene carbonate (FEC) and/or chloroethylene carbonate (CLEC). In other words, it is more preferable that the additive b contains one or more compounds selected from the group consisting of VC, FEC and CLEC.

リチウム硫黄二次電池の充放電サイクルを繰り返すと、正極からポリスルフィドが溶出することにより、急激な放電容量の低下が発生する場合があることが知られている。また、高レートおよび/または高温環境の条件下では、前記ポリスルフィドが正極から溶出し易くなり、前述の急激な放電容量の低下が発生し易いことが知られている。 It is known that repeated charge-discharge cycles of a lithium-sulfur secondary battery can cause a rapid drop in discharge capacity due to the elution of polysulfides from the positive electrode. It is also known that under high-rate and/or high-temperature conditions, the polysulfides are more likely to elute from the positive electrode, which can easily cause the aforementioned rapid drop in discharge capacity.

一方、本発明の電解液を備えるリチウム硫黄二次電池は、作動中、正極付近で当該化合物(1)および化合物(2)からなる群より選ばれる1種以上の化合物の還元分解生成物が生成し、当該還元分解生成物を含む被膜が当該正極の表面に形成される。このとき、前記被膜により、前記正極からのポリスルフィドの溶出が防止される。そのため、急激な放電容量の低下が発生し難くなる。 On the other hand, in a lithium-sulfur secondary battery comprising the electrolyte of the present invention, during operation, a reductive decomposition product of one or more compounds selected from the group consisting of compound (1) and compound (2) is generated near the positive electrode, and a coating containing the reductive decomposition product is formed on the surface of the positive electrode. At this time, the coating prevents the elution of polysulfides from the positive electrode. Therefore, a sudden decrease in discharge capacity is less likely to occur.

よって、本発明の電解液は、前記添加剤bを含むことにより、本発明の電解液を備えるリチウム硫黄二次電池のサイクル特性、特に、高レートおよび/または高温環境の条件下におけるサイクル特性を向上させることができる。言い換えると、前記添加剤bを含む本発明の電解液を備えるリチウム硫黄二次電池は、充放電サイクルを繰り返した際に、その放電容量を長期間(多くのサイクル)にわたって良好な範囲に維持することができる。 The electrolyte of the present invention contains the additive b, and thus the cycle characteristics of a lithium-sulfur secondary battery containing the electrolyte of the present invention can be improved, particularly the cycle characteristics under high-rate and/or high-temperature conditions. In other words, a lithium-sulfur secondary battery containing the electrolyte of the present invention containing the additive b can maintain its discharge capacity in a good range for a long period of time (many cycles) when the charge-discharge cycle is repeated.

本発明の電解液は、化合物(1)および化合物(2)からなる群より選ばれる1種以上の化合物を特定量以上含有させることにより、前記正極の表面上に前記被膜を良好に形成することができ、本発明の電解液を備えるリチウム硫黄二次電池のサイクル特性をより向上させることができる。この観点からは、前記化合物(1)および化合物(2)からなる群より選ばれる1種以上の化合物の含有量は、本発明の電解液全体の重量を100重量%とする場合に、1重量%以上であることが好ましく、3重量%以上であることがより好ましく、5重量%以上であることがさらに好ましい。 The electrolyte solution of the present invention contains at least a specific amount of one or more compounds selected from the group consisting of compound (1) and compound (2), which allows the coating to be well formed on the surface of the positive electrode, and the cycle characteristics of a lithium-sulfur secondary battery containing the electrolyte solution of the present invention to be further improved. From this perspective, the content of one or more compounds selected from the group consisting of compound (1) and compound (2) is preferably 1 wt % or more, more preferably 3 wt % or more, and even more preferably 5 wt % or more, when the total weight of the electrolyte solution of the present invention is taken as 100 wt %.

一方、化合物(1)および化合物(2)からなる群より選ばれる1種以上の化合物の含有量を過多にしないことにより、前記被膜が必要以上に厚くなり、前記正極に対してのLiの移動が阻害されることを防止することができる。その結果、リチウム硫黄二次電池のサイクル特性を向上させつつ、放電容量を理論容量により近い範囲に調節することができる。この観点からは、化合物(1)および化合物(2)からなる群より選ばれる1種以上の化合物の含有量は、本発明の電解液全体の重量を100重量%とする場合に、10重量%以下であることが好ましく、5重量%以下であることがより好ましく、3重量%以下であることがさらに好ましい。 On the other hand, by not making the content of one or more compounds selected from the group consisting of compound (1) and compound (2) excessive, it is possible to prevent the coating from becoming thicker than necessary and the movement of Li + to the positive electrode from being hindered. As a result, it is possible to adjust the discharge capacity to a range closer to the theoretical capacity while improving the cycle characteristics of the lithium-sulfur secondary battery. From this viewpoint, the content of one or more compounds selected from the group consisting of compound (1) and compound (2) is preferably 10 wt % or less, more preferably 5 wt % or less, and even more preferably 3 wt % or less, when the weight of the entire electrolyte solution of the present invention is 100 wt %.

本発明の電解液は、前記添加剤aおよび添加剤b以外の添加剤として、リチウム硫黄二次電池用電解液に一般に含まれ得る添加剤を、本発明の効果を損なわない程度の量、含有していてもよい。 The electrolyte of the present invention may contain, as an additive other than the additive a and additive b, an additive that may be generally contained in an electrolyte for a lithium-sulfur secondary battery in an amount that does not impair the effects of the present invention.

〔2.リチウム硫黄二次電池〕
本発明の一実施形態に係るリチウム硫黄二次電池は、本発明の電解液を備える。より詳細には、前記リチウム硫黄二次電池は、正極と負極とがセパレータを介して対向してなる構造体に前記電解液が含浸された電池要素が、外装材内に封入された構造を備える。前記リチウム硫黄二次電池は、本発明の電解液を備えるため、充放電サイクルを繰り返した際の放電容量が向上し、当該放電容量が理論容量により近い値となるという効果を奏する。
2. Lithium-sulfur secondary battery
A lithium-sulfur secondary battery according to one embodiment of the present invention includes the electrolyte of the present invention. More specifically, the lithium-sulfur secondary battery includes a battery element in which a structure in which a positive electrode and a negative electrode face each other with a separator interposed therebetween are impregnated with the electrolyte, and the battery element is sealed in an exterior material. Since the lithium-sulfur secondary battery includes the electrolyte of the present invention, the discharge capacity is improved when charge-discharge cycles are repeated, and the discharge capacity becomes closer to the theoretical capacity.

(正極)
前記正極は、リチウム硫黄二次電池用正極材料を含む。より詳細には、前記正極は、前記リチウム硫黄二次電池用正極材料を含むリチウム硫黄二次電池用正極合剤(以下、単に「正極合剤」と称する)が、集電体上に担持された構成を備える。
(Positive electrode)
The positive electrode includes a positive electrode material for lithium-sulfur secondary batteries. More specifically, the positive electrode includes a positive electrode mixture for lithium-sulfur secondary batteries (hereinafter, simply referred to as a "positive electrode mixture") that includes the positive electrode material for lithium-sulfur secondary batteries and is supported on a current collector.

前記リチウム硫黄二次電池用正極材料は、リチウム硫黄二次電池において一般に使用される正極材料であり得、特に限定されない。前記リチウム硫黄二次電池用正極材料としては、例えば、硫黄と炭素質材料とが複合化されている正極活物質を含む正極材料を挙げることができる。前記「硫黄と炭素質材料とが複合化されている正極活物質」は、硫黄が担持されている炭素質材料である。 The positive electrode material for the lithium-sulfur secondary battery may be a positive electrode material generally used in lithium-sulfur secondary batteries, and is not particularly limited. The positive electrode material for the lithium-sulfur secondary battery may be, for example, a positive electrode material including a positive electrode active material in which sulfur and a carbonaceous material are composited. The "positive electrode active material in which sulfur and a carbonaceous material are composited" is a carbonaceous material on which sulfur is supported.

前記炭素質材料としては、例えば、活性炭、カーボンナノチューブおよびグラフェン等を挙げることができる。前記炭素質材料は、1種類の物質であってもよく、2種類以上の物質の混合物であってもよい。 Examples of the carbonaceous material include activated carbon, carbon nanotubes, and graphene. The carbonaceous material may be one type of substance or a mixture of two or more types of substances.

炭素質材料への硫黄の担持は、物理吸着によるものであってもよく、化学吸着によるものであってもよい。炭素質材料への硫黄の担持は、例えば、前記炭素質材料と硫黄とを乳鉢等を用いて混合した後、得られた混合物をマッフル炉内で加熱することによって行うことができる。前記硫黄としては、市販の硫黄華等を使用することができる。 Sulfur may be supported on the carbonaceous material by physical adsorption or chemical adsorption. Sulfur may be supported on the carbonaceous material, for example, by mixing the carbonaceous material and sulfur in a mortar or the like, and then heating the resulting mixture in a muffle furnace. Commercially available sulfur flowers, etc., can be used as the sulfur.

前記炭素質材料は、細孔を備えることが好ましい。この場合、当該細孔の内部において、当該硫黄が拡散し吸着する。従って、前記細孔を備える前記炭素質材料は、前記硫黄を、より強く担持することができる。 The carbonaceous material preferably has pores. In this case, the sulfur diffuses and is adsorbed inside the pores. Therefore, the carbonaceous material having the pores can more strongly support the sulfur.

後述するように、前記「硫黄と炭素質材料とが複合化されている正極活物質」は、当該正極活物質の重量に対して60重量%以上の硫黄を担持していることが好ましい。前記正極活物質における硫黄の重量割合(重量%)を所望の値にするための方法としては、例えば、前述した炭素質材料に硫黄を担持させる方法において、以下の(A)および(B)に示すように条件を調整する方法を挙げることができる。 As described below, the "positive electrode active material in which sulfur and a carbonaceous material are composited" preferably carries 60% or more by weight of sulfur relative to the weight of the positive electrode active material. As a method for adjusting the weight ratio (wt%) of sulfur in the positive electrode active material to a desired value, for example, in the above-mentioned method for carrying sulfur on a carbonaceous material, the following (A) and (B) can be used.

(A)前記硫黄の使用量を、前記正極活物質における硫黄の重量割合の所望の値よりも1~4重量%多くなるように調整する。 (A) The amount of sulfur used is adjusted to be 1 to 4 weight percent greater than the desired weight percentage of sulfur in the positive electrode active material.

(B)加熱処理の条件を、後述する製造例1および2に示す条件とする。 (B) The heat treatment conditions are as shown in Production Examples 1 and 2 described below.

本明細書において、硫黄の形態は特に限定されない。例えば、α硫黄(斜方硫黄)、β硫黄(単斜硫黄)、γ硫黄(単斜硫黄)、ゴム状硫黄、およびプラスチック硫黄からなる群より選択される1以上の硫黄を用いることができる。 In this specification, the form of sulfur is not particularly limited. For example, one or more sulfurs selected from the group consisting of α-sulfur (orthorhombic sulfur), β-sulfur (monoclinic sulfur), γ-sulfur (monoclinic sulfur), rubber sulfur, and plastic sulfur can be used.

前記炭素質材料が細孔を備える場合、比表面積および当該細孔の体積が大きいほど、当該炭素質材料は、硫黄を多く担持する上で好適な構造を備えている。従って、硫黄を多く担持する好適な構造を備える観点から、前記炭素質材料としては、樹脂、化石資源材料等を炭化後、水酸化カリウム等のアルカリによって賦活することによって得られた活性炭等を好ましく用いることができる。 When the carbonaceous material has pores, the larger the specific surface area and the volume of the pores, the more suitable the carbonaceous material is for supporting a large amount of sulfur. Therefore, from the viewpoint of having a suitable structure for supporting a large amount of sulfur, it is preferable to use activated carbon obtained by carbonizing resin, fossil resource materials, etc., and then activating them with an alkali such as potassium hydroxide, etc., as the carbonaceous material.

前記炭素質材料の比表面積は、硫黄を多く担持する観点から、1500cm-1~2900cm-1であることが好ましく、2200cm-1~2900cm-1であることがより好ましい。 From the viewpoint of supporting a large amount of sulfur, the specific surface area of the carbonaceous material is preferably 1500 cm 2 g -1 to 2900 cm 2 g -1 , and more preferably 2200 cm 2 g -1 to 2900 cm 2 g -1 .

なお、比表面積は、BET法によって測定した値である。比表面積の測定は、例えば、Quantachrome社のAUTOSORB iQを用いて行うことができる。 The specific surface area is a value measured by the BET method. The specific surface area can be measured, for example, using Quantachrome's AUTOSORB iQ.

また、炭素質材料が細孔を備える場合、当該細孔の体積は、硫黄を多く担持する観点から、0.6cc・g-1~1.2cc・g-1であることが好ましく、0.9cc・g-1~1.2cc・g-1であることがより好ましい。 Furthermore, when the carbonaceous material has pores, the volume of the pores is preferably 0.6 cc·g −1 to 1.2 cc·g −1 and more preferably 0.9 cc·g −1 to 1.2 cc·g −1 from the viewpoint of supporting a large amount of sulfur.

なお、細孔の体積は、例えば、Quantachrome社のAUTOSORB iQを用いて測定することができる。 The pore volume can be measured, for example, using Quantachrome's AUTOSORB iQ.

前記「硫黄と炭素質材料とが複合化されている正極活物質」は、当該正極活物質全体の重量に対して60重量%以上の硫黄を担持することが好ましい。つまり、当該正極活物質を構成する硫黄の重量と炭素質材料の重量との合計に対する硫黄の重量の割合が60重量%以上であることが好ましい。 The "positive electrode active material in which sulfur and a carbonaceous material are composited" preferably carries 60% or more by weight of sulfur relative to the total weight of the positive electrode active material. In other words, it is preferable that the ratio of the weight of sulfur to the total weight of the sulfur and the carbonaceous material constituting the positive electrode active material is 60% or more by weight.

前記硫黄の重量の割合が60重量%以上である場合、硫黄の担持量が多いため、正極材料への硫黄含有量の増加という近年の要望に沿ったリチウム硫黄電池を提供することができる。 When the weight ratio of the sulfur is 60% or more by weight, the amount of sulfur supported is large, making it possible to provide a lithium-sulfur battery that meets the recent demand for increased sulfur content in the positive electrode material.

前記硫黄の重量の割合は、70重量%以上であることがより好ましく、高い方がより好ましいが、上限値は、炭素質材料の担持能力等によって決定され得る。例えば、前記炭素質材料が活性炭である場合には、前記上限値は、60~66重量%程度である。なお、硫黄の担持量は、実施例に後述する方法によって確認することができる。 The weight percentage of the sulfur is preferably 70% by weight or more, and the higher the better, but the upper limit can be determined by factors such as the carrying capacity of the carbonaceous material. For example, if the carbonaceous material is activated carbon, the upper limit is approximately 60 to 66% by weight. The amount of sulfur carried can be confirmed by the method described later in the Examples.

以下、本発明の一実施形態における「硫黄と炭素質材料とが複合化されている正極活物質」は、硫黄が担持されていない炭素質材料と対比する場合、「硫黄が担持されている炭素質材料」とも称する。ここで、リチウム硫黄二次電池では、作動時に、前記硫黄が正極の膨張等によってポリスルフィドとして溶出することにより、電池性能が低下する場合がある。前記リチウム硫黄二次電池用正極材料が、前記「その他の成分」として、硫黄が担持されていない炭素質材料を含む場合、当該硫黄がポリスルフィドとして溶出した場合であっても、前記炭素質材料が、当該ポリスルフィドを効率よく吸着することができる。その結果、前述の電池性能の低下を防止し、優れたサイクル特性等を示すリチウム硫黄二次電池をより容易に提供することができる。 Hereinafter, the "positive electrode active material in which sulfur and a carbonaceous material are composited" in one embodiment of the present invention is also referred to as a "carbonaceous material carrying sulfur" in comparison with a carbonaceous material not carrying sulfur. Herein, in a lithium-sulfur secondary battery, the battery performance may be reduced by the sulfur being dissolved as polysulfide due to the expansion of the positive electrode or the like during operation. When the positive electrode material for the lithium-sulfur secondary battery contains a carbonaceous material not carrying sulfur as the "other component", even if the sulfur is dissolved as polysulfide, the carbonaceous material can efficiently adsorb the polysulfide. As a result, it is possible to more easily provide a lithium-sulfur secondary battery that prevents the above-mentioned deterioration of battery performance and exhibits excellent cycle characteristics, etc.

前述の観点から、前記硫黄が担持されている炭素質材料の含有量は、前記硫黄が担持されている炭素質材料と前記硫黄が担持されていない炭素質材料との合計を100重量とした場合、50重量%以上98重量%以下であることが好ましく、60重量%以上90重量%以下であることがより好ましい。また、前記硫黄を担持していない炭素質材料の含有量は、前記硫黄が担持されている炭素質材料と前記硫黄が担持されていない炭素質材料との合計を100重量とした場合、2重量%以上50重量%以下であることが好ましく、10重量%以上40重量%以下であることがより好ましい。 From the above viewpoint, the content of the carbonaceous material carrying sulfur is preferably 50% by weight or more and 98% by weight or less, and more preferably 60% by weight or more and 90% by weight or less, when the total weight of the carbonaceous material carrying sulfur and the carbonaceous material not carrying sulfur is 100% by weight. In addition, the content of the carbonaceous material not carrying sulfur is preferably 2% by weight or more and 50% by weight or less, and more preferably 10% by weight or more and 40% by weight or less, when the total weight of the carbonaceous material carrying sulfur and the carbonaceous material not carrying sulfur is 100% by weight.

前記「硫黄を担持していない炭素質材料」とは、硫黄が担持(吸着)されていない炭素質材料を意味する。よって、前記「硫黄を担持していない炭素質材料」の調製には、前記「硫黄が担持されている炭素質材料」の調製のように、正極活物質に硫黄を担持(吸着)させる工程を経る必要はない。前記「硫黄を担持していない炭素質材料」としては、例えば市販の炭素質材料をそのまま用いることができる。 The "carbonaceous material not carrying sulfur" means a carbonaceous material that does not carry (adsorb) sulfur. Therefore, in order to prepare the "carbonaceous material not carrying sulfur", it is not necessary to go through a step of carrying (adsorbing) sulfur on the positive electrode active material, as in the preparation of the "carbonaceous material carrying sulfur". As the "carbonaceous material not carrying sulfur", for example, a commercially available carbonaceous material can be used as it is.

前記「硫黄を担持していない炭素質材料」は、前記「硫黄を担持している炭素質材料」を構成する炭素質材料と同種の炭素質材料であってもよいし、異種の炭素質材料であってもよい。一方、前記「硫黄を担持していない炭素質材料」を構成する炭素質材料は、前述の溶出したポリスルフィドを吸着させる観点からは、同種の炭素質材料であることが好ましい。例えば、前記「硫黄を担持していない炭素質材料」として、前述した樹脂、化石資源材料等を炭化後、アルカリ賦活することによって得られた活性炭を好ましく用いることができる。 The "carbonaceous material not carrying sulfur" may be the same type of carbonaceous material as the carbonaceous material constituting the "carbonaceous material carrying sulfur", or may be a different type of carbonaceous material. On the other hand, from the viewpoint of adsorbing the eluted polysulfides, it is preferable that the carbonaceous material constituting the "carbonaceous material not carrying sulfur" is the same type of carbonaceous material. For example, activated carbon obtained by carbonizing the above-mentioned resin, fossil resource material, etc., and then activating it with an alkali can be preferably used as the "carbonaceous material not carrying sulfur".

前記リチウム硫黄二次電池用正極材料が、前記「硫黄を担持していない炭素質材料」を含む場合、当該リチウム硫黄二次電池用正極材料は、前記「硫黄を担持している炭素質材料」と、前記「硫黄を担持していない炭素質材料」とを含む混合物である。前記混合物の調製は、前記「硫黄を担持している炭素質材料」と、前記「硫黄を担持していない炭素質材料」とが均質となるように、当該リチウム硫黄二次電池用正極材料の構成物質を混合して行う。混合方法としては、例えば、乳鉢等を用いて、前記「硫黄を担持している炭素質材料」、前記「硫黄を担持していない炭素質材料」に加えて、後述の電極合剤におけるその他の成分である導電助剤、水系バインダ等の前記正極合剤の構成物質を混合し、得られた混合物を、更に自転・公転ミキサーを用いて撹拌することにより、前記リチウム硫黄二次電池用正極材料を含む前記電極合剤を調製する方法を挙げることができる。 When the positive electrode material for lithium-sulfur secondary batteries includes the "carbonaceous material not carrying sulfur," the positive electrode material for lithium-sulfur secondary batteries is a mixture containing the "carbonaceous material carrying sulfur" and the "carbonaceous material not carrying sulfur." The mixture is prepared by mixing the constituent materials of the positive electrode material for lithium-sulfur secondary batteries so that the "carbonaceous material carrying sulfur" and the "carbonaceous material not carrying sulfur" are homogeneous. As a mixing method, for example, a mortar or the like is used to mix the constituent materials of the positive electrode mixture, such as the conductive assistant and the aqueous binder, which are other components of the electrode mixture described below, in addition to the "carbonaceous material carrying sulfur" and the "carbonaceous material not carrying sulfur," and the mixture obtained is further stirred using a rotation/revolution mixer to prepare the electrode mixture containing the positive electrode material for lithium-sulfur secondary batteries.

前記正極合剤は、前記リチウム硫黄二次電池用正極材料以外にその他の成分を含みうる。前記その他の成分としては、例えば、導電助剤、水系バインダ等を挙げることができる。 The positive electrode mixture may contain other components in addition to the positive electrode material for lithium-sulfur secondary batteries. Examples of the other components include a conductive assistant and a water-based binder.

導電助剤としては、電池性能に悪影響を及ぼさない電子伝導性材料であれば使用することができる。通常、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等のカーボンブラックが使用されるが、天然黒鉛(鱗状黒鉛、鱗片状黒鉛、土状黒鉛等)、人造黒鉛、カーボンウイスカー、炭素繊維粉末、金属(銅、ニッケル、アルミニウム、銀、金等)粉末、金属繊維、導電性セラミックス材料等の導電性材料を使用してもよい。これらは単独で用いてもよく、2種類以上の混合物として用いることもできる。 Any electronically conductive material that does not adversely affect battery performance can be used as the conductive additive. Usually, carbon black such as acetylene black or ketjen black is used, but conductive materials such as natural graphite (scale graphite, flake graphite, earthy graphite, etc.), artificial graphite, carbon whiskers, carbon fiber powder, metal (copper, nickel, aluminum, silver, gold, etc.) powder, metal fiber, conductive ceramic material, etc. may also be used. These may be used alone or as a mixture of two or more types.

水系バインダは、前記正極活物質粒子と前記導電助剤等を結着させることができるものであれば特に限定されない。前記水系バインダとしては、例えば、スチレン-ブタジエンラバー(SBR)水分散液、カルボキシメチルセルロース(CMC)、アルギン酸塩等を1種または2種以上用いることができる。 There are no particular limitations on the aqueous binder, so long as it can bind the positive electrode active material particles and the conductive assistant, etc. As the aqueous binder, for example, one or more of the following can be used: an aqueous dispersion of styrene-butadiene rubber (SBR), carboxymethyl cellulose (CMC), alginate, etc.

前記正極合剤は、当該正極合剤全体の重量に対して、前記正極材料を90重量%以上95重量%以下含有し、前記その他の成分を5重量%以上10重量%以下含有することが好ましい。 It is preferable that the positive electrode mixture contains 90% by weight or more and 95% by weight or less of the positive electrode material and 5% by weight or more and 10% by weight or less of the other components based on the total weight of the positive electrode mixture.

前記正極合剤は、従来公知の方法により調製することができる。前記正極合剤の調製方法としては、例えば、前記正極材料と、前記その他の成分とを、均質に混合する方法を挙げることができる。 The positive electrode mixture can be prepared by a conventional method. For example, the positive electrode mixture can be prepared by homogeneously mixing the positive electrode material and the other components.

前記リチウム硫黄二次電池用正極は、従来公知の方法により作製することができる。例えば、前記正極合剤および溶媒を含む正極作製用の塗工液(スラリー)を調製し、当該塗工液を、集電体に塗布もしくは充填(塗工)し、乾燥させた後、加圧成形し、さらに真空乾燥する方法によって作製することができる。 The positive electrode for the lithium-sulfur secondary battery can be produced by a conventional method. For example, a coating liquid (slurry) for producing a positive electrode containing the positive electrode mixture and a solvent is prepared, and the coating liquid is applied or filled (coated) on a current collector, dried, pressure-molded, and further vacuum-dried.

集電体としては、構成された電池において悪影響を及ぼさない電子伝導体を使用可能である。例えば、アルミニウム、チタン、ステンレス鋼、ニッケル、焼成炭素、導電性高分子、導電性ガラス等を挙げることができる。接着性、導電性、耐酸化性等の向上の目的で、表面をカーボン、ニッケル、チタンまたは銀等で処理した集電体を用いてもよい。 As the current collector, any electronic conductor that does not adversely affect the constructed battery can be used. Examples include aluminum, titanium, stainless steel, nickel, baked carbon, conductive polymers, conductive glass, etc. For the purpose of improving adhesion, conductivity, oxidation resistance, etc., a current collector whose surface has been treated with carbon, nickel, titanium, silver, etc. may also be used.

集電体の形状については、フォイル状、フィルム状、シート状、ネット状等のいずれであってもよい。中でも、より多くの前記塗工液を充填することができ、大容量化が可能となるため、例えばハニカム状等の三次元構造を有する集電体が好ましい。 The shape of the collector may be any of foil, film, sheet, net, etc. Among them, a collector having a three-dimensional structure, such as a honeycomb shape, is preferred because it allows for a larger amount of the coating liquid to be filled and allows for a larger capacity.

(負極)
前記負極は、活物質としての金属リチウム、前述した導電助剤および水系バインダ等を含有するリチウム硫黄二次電池用負極合剤を、例えば前述したリチウム硫黄二次電池用正極を作製する方法と同様の方法で、集電体上に担持することによって作製することができる。前記集電体としては、前記リチウム硫黄二次電池用正極における集電体と同様のものを使用することができる。
(Negative electrode)
The negative electrode can be prepared by supporting a negative electrode mixture for a lithium-sulfur secondary battery, which contains metallic lithium as an active material, the conductive assistant, and an aqueous binder, on a current collector, for example, in the same manner as in the method for preparing the positive electrode for a lithium-sulfur secondary battery. The current collector can be the same as the current collector in the positive electrode for a lithium-sulfur secondary battery.

(製造方法)
本発明の一実施形態に係るリチウム硫黄二次電池は、正極、負極、本発明の電解液、セパレータ、筐体等を用いて、従来公知の方法によって組み立てることにより、製造することができる。
(Production method)
The lithium-sulfur secondary battery according to one embodiment of the present invention can be manufactured by assembling a positive electrode, a negative electrode, the electrolyte solution of the present invention, a separator, a case, and the like by a conventionally known method.

〔まとめ〕
本発明には、以下の態様が含まれる。
〈1〉電解質および溶媒を含むリチウム硫黄二次電池用電解液であって、
前記電解質は、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミドおよび/またはヘキサフルオロリン酸リチウムであり、
前記溶媒は、2種類以上のエーテル系溶媒を含む、リチウム硫黄二次電池用電解液。
〈2〉前記電解質の濃度は、前記溶媒1.0Lに対して4.0mol以下である、〈1〉に記載のリチウム硫黄二次電池用電解液。
〈3〉前記溶媒が、高溶解性エーテル系溶媒と、低溶解性エーテル系溶媒とを含み、
前記高溶解性エーテル系溶媒:前記低溶解性エーテル系溶媒の体積比率が、5:5~7:3である、〈1〉または〈2〉に記載のリチウム硫黄二次電池用電解液。
〈4〉前記電解質および前記溶媒以外に、ハロゲンを含むリチウム塩を含む添加剤aをさらに含む、〈1〉から〈3〉のいずれか1つに記載のリチウム硫黄二次電池用電解液。
〈5〉前記電解質および前記溶媒以外に、以下の構造式(1)で表される化合物および以下の構造式(2)で表される化合物からなる群より選ばれる1種以上の化合物を含む添加剤bをさらに含む、〈1〉~〈4〉の何れか1項に記載のリチウム硫黄二次電池用電解液。
〔summary〕
The present invention includes the following aspects.
<1> An electrolyte solution for a lithium-sulfur secondary battery, comprising an electrolyte and a solvent,
the electrolyte is lithium bis(fluorosulfonyl)imide and/or lithium hexafluorophosphate;
The solvent includes two or more kinds of ether solvents.
<2> The electrolyte solution for a lithium-sulfur secondary battery according to <1>, wherein a concentration of the electrolyte is 4.0 mol or less per 1.0 L of the solvent.
<3> The solvent contains a high-solubility ether-based solvent and a low-solubility ether-based solvent,
The electrolyte solution for a lithium-sulfur secondary battery according to item 1 or 2, wherein a volume ratio of the high-solubility ether-based solvent to the low-solubility ether-based solvent is 5:5 to 7:3.
<4> The electrolyte solution for a lithium-sulfur secondary battery according to any one of <1> to <3>, further comprising, in addition to the electrolyte and the solvent, an additive a including a lithium salt including a halogen.
<5> The electrolyte solution for a lithium-sulfur secondary battery according to any one of <1> to <4>, further comprising, in addition to the electrolyte and the solvent, an additive b containing one or more compounds selected from the group consisting of a compound represented by the following structural formula (1) and a compound represented by the following structural formula (2):

(構造式(1)中、RおよびRは、それぞれ独立して、水素、ハロゲン、アルキルおよびアルコキシからなる群より選択される基である。) (In structural formula (1), R1 and R2 are each independently a group selected from the group consisting of hydrogen, halogen, alkyl, and alkoxy.)

(構造式(2)中、RおよびRは、それぞれ独立して、水素、ハロゲン、アルキルおよびアルコキシからなる群より選択される基である。)
〈6〉前記添加剤bが、ビニレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネートおよびクロロエチレンカーボネートからなる群から1種以上選択される化合物を含む、〈5〉に記載のリチウム硫黄二次電池用電解液。
〈7〉前記溶媒が、1,2-ジメトキシエタンと、ハイドロフルオロエーテルとを含む、〈1〉から〈6〉のいずれか1つに記載のリチウム硫黄二次電池用電解液。
〈8〉〈1〉から〈7〉のいずれか1つに記載のリチウム硫黄二次電池用電解液を備える、リチウム硫黄二次電池。
(In structural formula (2), R 1 and R 2 are each independently a group selected from the group consisting of hydrogen, halogen, alkyl, and alkoxy.)
<6> The electrolyte solution for a lithium-sulfur secondary battery according to <5>, wherein the additive b includes at least one compound selected from the group consisting of vinylene carbonate, fluoroethylene carbonate, and chloroethylene carbonate.
<7> The electrolyte solution for a lithium-sulfur secondary battery according to any one of <1> to <6>, wherein the solvent contains 1,2-dimethoxyethane and a hydrofluoroether.
<8> A lithium-sulfur secondary battery comprising the electrolyte for a lithium-sulfur secondary battery according to any one of <1> to <7>.

以下に本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。 The present invention will be described in detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

[測定方法]
以下に示す方法によって、製造例で製造されたリチウム硫黄二次電池用正極材料の物性、並びに、実施例1~34および比較例1~5で製造されたリチウム硫黄二次電池の性能の測定・算出を行った。
[Measuring method]
By the methods described below, the physical properties of the positive electrode materials for lithium-sulfur secondary batteries produced in the Production Examples, and the performances of the lithium-sulfur secondary batteries produced in Examples 1 to 34 and Comparative Examples 1 to 5 were measured and calculated.

<硫黄担時量>
前記リチウム硫黄二次電池用正極材料をアルミナセルに入れ、島津製作所社製、DTG-60AHを用いて、熱重量分析(TGA)を行った。測定は、測定ガスAr、ガス流量50ml/min、昇温速度5℃/min、および上限温度600℃の条件下で行った。得られたTGAの結果から、前記リチウム硫黄二次電池用正極材料全体の重量に対する、前記リチウム硫黄二次電池用正極材料が担持していた硫黄の重量の割合(硫黄担持量、単位:重量%)を算出した。
<Sulfur carrying capacity>
The positive electrode material for lithium-sulfur secondary batteries was placed in an alumina cell, and thermogravimetric analysis (TGA) was performed using a DTG-60AH manufactured by Shimadzu Corporation. The measurement was performed under the conditions of measurement gas Ar, gas flow rate 50 ml/min, temperature rise rate 5° C./min, and upper limit temperature 600° C. From the obtained TGA results, the ratio of the weight of sulfur supported by the positive electrode material for lithium-sulfur secondary batteries to the total weight of the positive electrode material for lithium-sulfur secondary batteries (sulfur supported amount, unit: wt%) was calculated.

<充放電試験(サイクル特性試験)>
後述する実施例1~16、および比較例1~5で製造したリチウム硫黄二次電池の正極を作用極とし、BTS2400W(Nagano社製)を用いて、定電流充放電試験Aを行った。また、実施例17~26で製造したリチウム硫黄二次電池の正極を作用極とし、ABE1028-0505S(Electrofield社製)を用いて、定電流充放電試験Bを行った。本項の以下の記載事項は、定電流充放電試験Aおよび定電流充放電試験Bの双方に共通である。
<Charge/discharge test (cycle characteristic test)>
A constant current charge/discharge test A was performed using a BTS2400W (manufactured by Nagano Corporation) with the positive electrodes of the lithium-sulfur secondary batteries produced in Examples 1 to 16 and Comparative Examples 1 to 5 described below as working electrodes. A constant current charge/discharge test B was performed using an ABE1028-0505S (manufactured by Electrofield Corporation) with the positive electrodes of the lithium-sulfur secondary batteries produced in Examples 17 to 26 as working electrodes. The following descriptions in this section are common to both the constant current charge/discharge test A and the constant current charge/discharge test B.

充電時のモードはC.C.法(「C.C.」はconstant currentの略称である。)とし、放電時のモードはC.C.モードとした。設定電流密度は167.2mA/gとした(電流密度1672mA/gを1Cと定義する。以下、167.2mA/gを0.1Cと示す。)。カットオフ電圧は、下限値を1.0V、上限値を3.4Vとした。試験は25℃の環境にて行った。すなわち、充放電のレートを0.1/0.1Cとし、サイクルの充放電を行い、特定の充放電サイクルにおける充電容量および放電容量を測定した。 The charging mode was the C.C. method ("C.C." is an abbreviation for constant current), and the discharging mode was the C.C. mode. The set current density was 167.2 mA/g (a current density of 1672 mA/g is defined as 1 C. Hereinafter, 167.2 mA/g is referred to as 0.1 C). The cutoff voltage had a lower limit of 1.0 V and an upper limit of 3.4 V. The test was performed in an environment of 25°C. That is, the charge/discharge rate was set to 0.1/0.1 C, charging and discharging were performed in cycles, and the charge capacity and discharge capacity in a specific charge/discharge cycle were measured.

なお、充電容量および放電容量は、硫黄の重量を基準とし、単位をmA・h(g sulfur)-1と定義した。 The charge capacity and discharge capacity were based on the weight of sulfur and the unit was defined as mA·h (g sulfur) −1 .

測定された特定の充放電サイクルにおける充電容量および放電容量の値を使用して、以下の式(1)および(2)に基づき、容量維持率およびクーロン効率を算出した。
容量維持率(%)={(放電容量[mAhg-1])/(理論容量=1672mAhg-1)}×100 (1)
クーロン効率={(放電容量[mAhg-1])/(充電容量[mAhg-1])}×100 (2)
<高レートの充放電試験(サイクル特性試験)>
後述する実施例27~29で製造したリチウム硫黄二次電池を使用し、設定電流密度を501.6mA/g、すなわち充放電のレートを0.3/0.3Cに変更した。これらのこと以外は、前記<充放電試験(サイクル特性試験)>の欄に記載の方法と同一の方法によってサイクルの充放電を行い、特定の充放電サイクルにおける充電容量および放電容量を測定した。また、当該充電容量および放電容量に基づき、前記欄に記載の方法と同一の方法により、容量維持率を算出した。
Using the measured charge capacity and discharge capacity values in a specific charge/discharge cycle, the capacity retention rate and the coulombic efficiency were calculated based on the following formulas (1) and (2).
Capacity retention rate (%)={(discharge capacity [mAhg −1 ])/(theoretical capacity=1672 mAhg −1 )}×100 (1)
Coulombic efficiency = {(discharge capacity [mAhg -1 ]) / (charge capacity [mAhg -1 ])} × 100 (2)
<High-rate charge/discharge test (cycle characteristic test)>
The lithium-sulfur secondary batteries manufactured in Examples 27 to 29 described later were used, and the set current density was changed to 501.6 mA/g, i.e., the charge/discharge rate was changed to 0.3/0.3 C. Other than these, charging and discharging were performed in the same manner as described in the <Charge/Discharge Test (Cycle Characteristics Test)> section above, and the charge capacity and discharge capacity in a specific charge/discharge cycle were measured. In addition, the capacity retention rate was calculated based on the charge capacity and discharge capacity in the same manner as described in the above section.

<低温での充放電試験(サイクル特性試験)>
後述する実施例30および31で製造したリチウム硫黄二次電池を使用し、試験を行う環境の温度を25℃から0℃に変更した。これらのこと以外は、前記<充放電試験(サイクル特性試験)>の欄に記載の方法と同一の方法によってサイクルの充放電を行い、特定の充放電サイクルにおける充電容量および放電容量を測定した。また、当該充電容量および放電容量に基づき、前記欄に記載の方法と同一の方法により、容量維持率およびクーロン効率を算出した。
<Charge/discharge test at low temperature (cycle characteristic test)>
The lithium-sulfur secondary batteries manufactured in Examples 30 and 31 described later were used, and the temperature of the environment in which the test was performed was changed from 25° C. to 0° C. Other than these, charging and discharging were performed in the same manner as described in the above section <Charge and Discharge Test (Cycle Characteristics Test)>, and the charge capacity and discharge capacity in a specific charge and discharge cycle were measured. In addition, based on the charge capacity and discharge capacity, the capacity retention rate and the coulombic efficiency were calculated in the same manner as described in the above section.

<高温かつ低レートでの充放電試験(サイクル特性試験)>
後述する実施例32および33で製造したリチウム硫黄二次電池を使用し、試験を行う環境の温度を25℃から60℃に変更した。これらのこと以外は、前記<充放電試験(サイクル特性試験)>の欄に記載の方法と同一の方法によってサイクルの充放電を行い、特定の充放電サイクルにおける充電容量および放電容量を測定した。また、当該充電容量および放電容量に基づき、前記欄に記載の方法と同一の方法により、容量維持率およびクーロン効率を算出した。
<High temperature and low rate charge/discharge test (cycle characteristic test)>
The lithium-sulfur secondary batteries manufactured in Examples 32 and 33 described later were used, and the temperature of the environment in which the test was performed was changed from 25° C. to 60° C. Other than these, charging and discharging were performed in the same manner as described in the above section <Charge and Discharge Test (Cycle Characteristics Test)>, and the charge capacity and discharge capacity in a specific charge and discharge cycle were measured. In addition, based on the charge capacity and discharge capacity, the capacity retention rate and the coulombic efficiency were calculated in the same manner as described in the above section.

<高温かつ高レートの充放電試験(サイクル特性試験)>
後述する実施例34で製造したリチウム硫黄二次電池を使用し、試験を行う環境の温度を25℃から60℃に変更し、かつ、設定電流密度を501.6mA/g、すなわち充放電のレートを0.3/0.3Cに変更した。これらのこと以外は、前記<充放電試験(サイクル特性試験)>の欄に記載の方法と同一の方法によってサイクルの充放電を行い、特定の充放電サイクルにおける充電容量および放電容量を測定した。また、当該充電容量および放電容量に基づき、前記欄に記載の方法と同一の方法より、容量維持率およびクーロン効率を算出した。
<High-temperature and high-rate charge/discharge test (cycle characteristic test)>
The lithium-sulfur secondary battery manufactured in Example 34 described later was used, and the temperature of the environment in which the test was performed was changed from 25° C. to 60° C., and the set current density was changed to 501.6 mA/g, that is, the charge/discharge rate was changed to 0.3/0.3 C. Other than these, charging and discharging were performed in the same manner as described in the <Charge/Discharge Test (Cycle Characteristics Test)> section above, and the charge capacity and discharge capacity in a specific charge/discharge cycle were measured. In addition, the capacity retention rate and the coulombic efficiency were calculated based on the charge capacity and discharge capacity by the same method as described in the above section.

[インピーダンスの測定]
実施例17および19で製造したリチウム硫黄二次電池を使用した前記充放電試験の実施と同時に、製造会社:Bio-Logic Science Instruments Itd.、製品名:VMP-300の測定装置を用いて、以下に示す測定条件で、1サイクル目、5サイクル目および10サイクル目のインピーダンスの測定を実施した。
[Impedance measurement]
At the same time as the charge/discharge tests using the lithium-sulfur secondary batteries produced in Examples 17 and 19, impedance measurements were performed at the first, fifth, and tenth cycles under the following measurement conditions using a measuring device manufactured by Bio-Logic Science Instruments Itd., product name: VMP-300.

(測定条件)
・周波数範囲:1MHz~1mHz
・振幅幅:10mV
・充電:3.4V
[X線光電子分光法(XPS)による測定]
実施例17および19で製造したリチウム硫黄二次電池17’および19’を使用したこと以外は、前記<充放電試験(サイクル特性試験)>の欄に記載の方法と同一の方法で充放電を行った。前記充放電は、5サイクルの充電が終了するまで実施した。続いて、当該充電後のリチウム硫黄二次電池17’および19’から正極を取り出した。次に、当該正極を、前記DMEと1,1,2,2-テトラフルオロ-3-(1,1,2,2-テトラフルオロエトキシ)プロパン(以下、「HFE1」と称する)とを、5:5の体積比率で混合してなる混合液を用いて、洗浄した。前記洗浄は、具体的には、前記正極および前記混合液0.5mLを、スクリュー管瓶(容積:10mL)の内部に入れた後、攪拌し、その後、前記スクリュー管瓶から前記正極を取り出す操作であった。前記洗浄操作は、連続して2回実施した。2回目の前記洗浄操作を経た前記正極を、室温(25℃)の温度下で12時間放置することによって、自然乾燥させた。当該正極を対象として、走査型X線光電子分光分析装置(アルバック・ファイ製 製品名PHI 5000 VersaProbe 3)を用い、以下の測定条件で、XPSによる測定を実施した。
(Measurement condition)
・Frequency range: 1MHz to 1mHz
Amplitude: 10mV
Charging: 3.4V
[Measurement by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS)]
Except for using the lithium-sulfur secondary batteries 17' and 19' manufactured in Examples 17 and 19, charging and discharging were performed in the same manner as described in the section <Charge and Discharge Test (Cycle Characteristics Test)>. The charging and discharging was performed until 5 cycles of charging were completed. Then, the positive electrodes were taken out from the lithium-sulfur secondary batteries 17' and 19' after the charging. Next, the positive electrodes were washed with a mixed solution obtained by mixing the DME and 1,1,2,2-tetrafluoro-3-(1,1,2,2-tetrafluoroethoxy)propane (hereinafter referred to as "HFE1") at a volume ratio of 5:5. Specifically, the washing was an operation of putting the positive electrode and 0.5 mL of the mixed solution into a screw tube bottle (volume: 10 mL), stirring, and then taking out the positive electrode from the screw tube bottle. The washing operation was performed twice in succession. The positive electrode that had undergone the second washing operation was left at room temperature (25°C) for 12 hours to dry naturally. The positive electrode was subjected to XPS measurement under the following measurement conditions using a scanning X-ray photoelectron spectrometer (manufactured by ULVAC-PHI, product name PHI 5000 VersaProbe 3).

(測定条件)
・X線源:単色化ALKα線(1486.6eV)
・X線ビーム径:100μm
・光電子取出角度:サンプル(試料)の法線に対して45°
・中和:有
[製造例1:正極の製造]
(リチウム硫黄二次電池用正極材料の調製)
活性炭0.34gと、硫黄華(Wako pure chemical社製、純度99%超)0.66gとを、メノウ乳鉢を用いて混合し、混合物を得た。前記混合物を耐熱性金属容器に移し、これをマッフル炉に投入して、大気中で加熱処理を行った。
(Measurement condition)
X-ray source: monochromatic ALKα radiation (1486.6 eV)
・X-ray beam diameter: 100 μm
Photoelectron take-off angle: 45° to the normal of the sample
Neutralization: Yes [Production Example 1: Production of positive electrode]
(Preparation of positive electrode material for lithium-sulfur secondary battery)
0.34 g of activated carbon and 0.66 g of sulfur flowers (manufactured by Wako Pure Chemical Co., Ltd., purity over 99%) were mixed in an agate mortar to obtain a mixture. The mixture was transferred to a heat-resistant metal container, which was then placed in a muffle furnace and subjected to a heat treatment in the air.

前記活性炭の細孔の体積は1.2cm/gであり、比表面積は2863cm/gであった。また、前記活性炭が備える細孔において、マクロ孔:メソ孔:ミクロ孔の数の比率は0:5:95であった。 The activated carbon had a pore volume of 1.2 cm 3 /g and a specific surface area of 2863 cm 2 /g. The ratio of the number of macropores:mesopores:micropores in the pores of the activated carbon was 0:5:95.

具体的には、前記混合物を入れた前記耐熱性金属容器を前記マッフル炉の内部に投入した後、当該内部の温度を155℃まで昇温させ、この温度を5時間保持し、前記硫黄華を融解させた。次いで、前記内部の温度を、5℃/minの速度で300℃に達するまで昇温させた後、この温度を2時間保持した。その後、前記内部を十分に空冷して、当該内部から前記耐熱性金属容器を取り出した。前記耐熱性金属容器から、硫黄が担持されている活性炭、すなわち硫黄と炭素質材料とが複合化されている正極活物質を得た。得られた硫黄と炭素質材料とが複合化されている正極活物質をリチウム硫黄二次電池用正極材料とした。 Specifically, the heat-resistant metal container containing the mixture was placed inside the muffle furnace, and the temperature inside was raised to 155°C and maintained at this temperature for 5 hours to melt the sulfur flowers. Next, the temperature inside was raised to 300°C at a rate of 5°C/min, and maintained at this temperature for 2 hours. The inside was then thoroughly air-cooled, and the heat-resistant metal container was removed from the inside. Activated carbon carrying sulfur, that is, a positive electrode active material in which sulfur and a carbonaceous material are composited, was obtained from the heat-resistant metal container. The obtained positive electrode active material in which sulfur and a carbonaceous material are composited was used as a positive electrode material for lithium-sulfur secondary batteries.

前述の方法により、前記リチウム硫黄二次電池用正極材料が担持していた硫黄の重量の割合(硫黄担持量)を測定した。その結果、前記硫黄担持量は、前記リチウム硫黄二次電池用正極材料全体の重量に対して、64重量%であった。 The weight ratio of sulfur carried by the positive electrode material for lithium-sulfur secondary batteries (sulfur carrying amount) was measured using the method described above. As a result, the sulfur carrying amount was 64% by weight relative to the total weight of the positive electrode material for lithium-sulfur secondary batteries.

(リチウム硫黄二次電池用正極合剤および正極の作製)
前記リチウム硫黄二次電池用正極材料、硫黄を担持していない活性炭、導電助剤であるカーボンナノチューブ、および結着剤である水系バインダ(ポリペプチド系結着剤)を、重量比で75:19:1:5となるように測り取り、リチウム硫黄二次電池用正極合剤の材料とした。前記硫黄を担持していない活性炭としては、前記リチウム硫黄二次電池用正極材料の調製に使用した活性炭と同じ活性炭を使用した。
(Preparation of positive electrode mixture and positive electrode for lithium-sulfur secondary battery)
The positive electrode material for lithium-sulfur secondary batteries, activated carbon not carrying sulfur, carbon nanotubes as a conductive assistant, and a water-based binder (polypeptide-based binder) as a binder were weighed out in a weight ratio of 75:19:1:5 to prepare a positive electrode mixture for lithium-sulfur secondary batteries. The activated carbon not carrying sulfur was the same activated carbon as that used in the preparation of the positive electrode material for lithium-sulfur secondary batteries.

測り取った前記材料を、メノウ乳鉢を用いて混合し、得られた混合物を軟膏ケースに移した。次いで、前記混合物を、自転・公転ミキサーを用い、回転数2000rpmで合計25分間攪拌し、リチウム硫黄二次電池用正極合剤を得た。 The measured materials were mixed in an agate mortar, and the resulting mixture was transferred to an ointment case. The mixture was then stirred for a total of 25 minutes at 2000 rpm using a planetary centrifugal mixer to obtain a positive electrode mixture for lithium-sulfur secondary batteries.

次に、前記リチウム硫黄二次電池用正極合剤を3Dアルミニウム集電体(住友電工社製)に単位面積当たり5mg/cmとなるように充填し、ホットプレートを用いて40℃で1時間乾燥させた。乾燥した集電体を、ロールプレス機を用いて圧延した後、φ12mmサイズに打ち抜きポンチを用いて切り出し、成形体を得た後、50℃の真空ベルジャーを用いて、さらに12時間乾燥させて、正極を製造した。 Next, the positive electrode mixture for lithium-sulfur secondary batteries was filled into a 3D aluminum current collector (manufactured by Sumitomo Electric Industries, Ltd.) so as to be 5 mg/ cm2 per unit area, and dried for 1 hour at 40 ° C. using a hot plate. The dried current collector was rolled using a roll press machine, and then cut into a φ12 mm size using a punch to obtain a molded body, which was then further dried for 12 hours using a vacuum bell jar at 50 ° C. to produce a positive electrode.

[製造例2:ラージスケールの正極の製造]
製造例1と同一の方法によって、リチウム硫黄二次電池用正極合剤を得た。次に、以下の点以外は製造例1と同一の方法によって、ラージスケールの正極を製造した。
・前記リチウム硫黄二次電池用正極合剤を、3Dアルミニウム集電体(住友電工社製)に、単位面積当たり7.5mg/cmとなるように充填したこと;
・乾燥した集電体を切り出す形状を、φ12mmサイズから、縦23mm×横25mmの長方形に変更したこと。
[Production Example 2: Production of large-scale positive electrode]
A positive electrode mixture for a lithium-sulfur secondary battery was obtained by the same method as in Production Example 1. Next, a large-scale positive electrode was produced by the same method as in Production Example 1 except for the following points.
The positive electrode mixture for lithium-sulfur secondary batteries was filled into a 3D aluminum current collector (manufactured by Sumitomo Electric Industries, Ltd.) so as to have a density of 7.5 mg/ cm2 per unit area;
The shape of the dried current collector cut out was changed from φ12 mm to a rectangle of 23 mm length x 25 mm width.

[実施例1]
(リチウム硫黄二次電池用電解液の調製)
DMEと、HFE1とを、体積比率が5:5となるように混合し、混合溶媒(1)を得た。混合溶媒(1)1.0Lに対して2.0molのLiFSIを溶解させ、電解液を調製した。当該電解液を、リチウム硫黄二次電池用電解液(1)とする。
[Example 1]
(Preparation of electrolyte for lithium-sulfur secondary battery)
DME and HFE1 were mixed in a volume ratio of 5:5 to obtain a mixed solvent (1). 2.0 mol of LiFSI was dissolved in 1.0 L of the mixed solvent (1) to prepare an electrolyte solution. This electrolyte solution is designated as electrolyte solution (1) for lithium-sulfur secondary batteries.

(リチウム硫黄二次電池の製造)
セルの形状としては、円筒金属缶型、コイン型、ラミネート型等があるが、本試験ではコイン型セルに近い2極式フラットセルを用いた。製造例1にて製造した正極、リチウム硫黄二次電池用電解液(1)、負極としてのリチウム箔(本庄金属社製)、およびセパレータとしてのポリエチレン系微多孔膜を用いて、露点-70℃以下のアルゴン雰囲気中において以下の手順でリチウム硫黄電池を作製した。
(Manufacturing lithium-sulfur secondary batteries)
The shape of the cell can be a cylindrical metal can type, a coin type, a laminate type, etc., but in this test, a two-electrode flat cell similar to a coin type cell was used. A lithium-sulfur battery was fabricated in an argon atmosphere with a dew point of -70°C or lower by the following procedure using the positive electrode produced in Production Example 1, the electrolyte solution for lithium-sulfur secondary batteries (1), lithium foil (manufactured by Honjo Metals Co., Ltd.) as the negative electrode, and a polyethylene-based microporous film as the separator.

すなわち、前記リチウム箔を、φ13mmの大きさとなるように、ポンチを用いて打ち抜き、負極を調製した。また、前記ポリエチレン系微多孔膜を、φ16mmの大きさとなるように、ポンチを用いて打ち抜き、セパレータを調製した。さらに、前記正極を、φ12mmの大きさとなるように、ポンチを用いて打ち抜いた。前記負極、前記セパレータおよび前記打ち抜かれた正極をこの順で2極式フラットセル内に積層させ、リチウム硫黄二次電池用電解液(1)を80μL加え、リチウム硫黄二次電池を作製した。当該リチウム硫黄二次電池をリチウム硫黄二次電池(1)とする。 That is, the lithium foil was punched out with a punch to a size of φ13 mm to prepare a negative electrode. The polyethylene-based microporous film was punched out with a punch to a size of φ16 mm to prepare a separator. Furthermore, the positive electrode was punched out with a punch to a size of φ12 mm. The negative electrode, the separator, and the punched positive electrode were stacked in this order in a two-electrode flat cell, and 80 μL of the electrolyte solution (1) for lithium-sulfur secondary batteries was added to prepare a lithium-sulfur secondary battery. This lithium-sulfur secondary battery is referred to as lithium-sulfur secondary battery (1).

リチウム硫黄二次電池(1)を対象として、前述の充放電試験(サイクル特性試験)の方法を用いて、50サイクルの充放電を行い、各サイクルにおける放電容量および充電容量を測定し、容量維持率およびクーロン効率を算出した。その結果を表1および図2に示す。 The lithium-sulfur secondary battery (1) was subjected to 50 charge/discharge cycles using the method of the charge/discharge test (cycle characteristic test) described above, and the discharge capacity and charge capacity in each cycle were measured, and the capacity retention rate and coulombic efficiency were calculated. The results are shown in Table 1 and Figure 2.

[実施例2]
(リチウム硫黄二次電池用電解液の調製)
LiFSIの使用量を3.0molに変更したこと以外は、実施例1と同様の方法により、電解液を調製した。当該電解液を、リチウム硫黄二次電池用電解液(2)とする。
[Example 2]
(Preparation of electrolyte for lithium-sulfur secondary battery)
Except for changing the amount of LiFSI used to 3.0 mol, an electrolyte solution was prepared in the same manner as in Example 1. This electrolyte solution was designated as electrolyte solution (2) for lithium-sulfur secondary batteries.

(リチウム硫黄二次電池の製造)
リチウム硫黄二次電池用電解液(1)の代わりにリチウム硫黄二次電池用電解液(2)を使用したこと以外は、実施例1と同様の方法により、リチウム硫黄二次電池を作製した。当該リチウム硫黄二次電池をリチウム硫黄二次電池(2)とする。
(Manufacturing lithium-sulfur secondary batteries)
A lithium-sulfur secondary battery was produced in the same manner as in Example 1, except that the lithium-sulfur secondary battery electrolyte (2) was used instead of the lithium-sulfur secondary battery electrolyte (1). This lithium-sulfur secondary battery is referred to as lithium-sulfur secondary battery (2).

リチウム硫黄二次電池(2)を対象として、前述の充放電試験(サイクル特性試験)の方法を用いて、50サイクルの充放電を行い、各サイクルにおける放電容量および充電容量を測定し、容量維持率およびクーロン効率を算出した。その結果を表1および図2に示す。 The lithium-sulfur secondary battery (2) was subjected to 50 charge/discharge cycles using the method of the charge/discharge test (cycle characteristic test) described above, and the discharge capacity and charge capacity in each cycle were measured, and the capacity retention rate and coulombic efficiency were calculated. The results are shown in Table 1 and Figure 2.

[実施例3]
(リチウム硫黄二次電池用電解液の調製)
LiFSIの使用量を4.0molに変更したこと以外は、実施例1と同様の方法により、電解液を調製した。当該電解液を、リチウム硫黄二次電池用電解液(3)とする。
[Example 3]
(Preparation of electrolyte for lithium-sulfur secondary battery)
Except for changing the amount of LiFSI used to 4.0 mol, an electrolyte solution was prepared in the same manner as in Example 1. This electrolyte solution was designated as electrolyte solution (3) for lithium-sulfur secondary batteries.

(リチウム硫黄二次電池の製造)
リチウム硫黄二次電池用電解液(1)の代わりにリチウム硫黄二次電池用電解液(3)を使用したこと以外は、実施例1と同様の方法により、リチウム硫黄二次電池を作製した。当該リチウム硫黄二次電池をリチウム硫黄二次電池(3)とする。
(Manufacturing lithium-sulfur secondary batteries)
A lithium-sulfur secondary battery was produced in the same manner as in Example 1, except that the lithium-sulfur secondary battery electrolyte (3) was used instead of the lithium-sulfur secondary battery electrolyte (1). This lithium-sulfur secondary battery is referred to as lithium-sulfur secondary battery (3).

リチウム硫黄二次電池(3)を対象として、前述の充放電試験(サイクル特性試験)の方法を用いて、30サイクルの充放電を行い、各サイクルにおける放電容量および充電容量を測定し、容量維持率およびクーロン効率を算出した。その結果を表1および図2に示す。 The lithium-sulfur secondary battery (3) was subjected to 30 charge/discharge cycles using the method of the charge/discharge test (cycle characteristic test) described above, and the discharge capacity and charge capacity in each cycle were measured, and the capacity retention rate and coulombic efficiency were calculated. The results are shown in Table 1 and Figure 2.

[実施例4]
(リチウム硫黄二次電池用電解液の調製)
実施例1と同様の方法により、混合溶媒(1)を調製した。混合溶媒(1)1.0Lに対して1.0molのLiFSIおよび1.0molのLiDFOBを溶解させ、電解液を調製した。当該電解液を、リチウム硫黄二次電池用電解液(4)とする。なお、LiDFOBは、前述した添加剤aに該当する。
[Example 4]
(Preparation of electrolyte for lithium-sulfur secondary battery)
A mixed solvent (1) was prepared in the same manner as in Example 1. 1.0 mol of LiFSI and 1.0 mol of LiDFOB were dissolved in 1.0 L of the mixed solvent (1) to prepare an electrolyte solution. This electrolyte solution is designated as an electrolyte solution (4) for lithium-sulfur secondary batteries. LiDFOB corresponds to the additive a described above.

(リチウム硫黄二次電池の製造)
リチウム硫黄二次電池用電解液(1)の代わりにリチウム硫黄二次電池用電解液(4)を使用したこと以外は、実施例1と同様の方法により、リチウム硫黄二次電池を作製した。当該リチウム硫黄二次電池をリチウム硫黄二次電池(4)とする。
(Manufacturing lithium-sulfur secondary batteries)
A lithium-sulfur secondary battery was produced in the same manner as in Example 1, except that the lithium-sulfur secondary battery electrolyte (4) was used instead of the lithium-sulfur secondary battery electrolyte (1). This lithium-sulfur secondary battery is referred to as lithium-sulfur secondary battery (4).

リチウム硫黄二次電池(4)を対象として、前述の充放電試験(サイクル特性試験)の方法を用いて、50サイクルの充放電を行い、各サイクルにおける放電容量および充電容量を測定し、容量維持率およびクーロン効率を算出した。その結果を表1および図3に示す。 The lithium-sulfur secondary battery (4) was subjected to 50 charge/discharge cycles using the method of the charge/discharge test (cycle characteristic test) described above, and the discharge capacity and charge capacity in each cycle were measured, and the capacity retention rate and coulombic efficiency were calculated. The results are shown in Table 1 and Figure 3.

[実施例5]
(リチウム硫黄二次電池用電解液の調製)
LiFSIの使用量を1.5molに変更したこと以外は、実施例4と同様の方法により、電解液を調製した。当該電解液を、リチウム硫黄二次電池用電解液(5)とする。
[Example 5]
(Preparation of electrolyte for lithium-sulfur secondary battery)
An electrolyte solution was prepared in the same manner as in Example 4, except that the amount of LiFSI used was changed to 1.5 mol. This electrolyte solution was designated as electrolyte solution (5) for lithium-sulfur secondary batteries.

(リチウム硫黄二次電池の製造)
リチウム硫黄二次電池用電解液(1)の代わりにリチウム硫黄二次電池用電解液(5)を使用したこと以外は、実施例1と同様の方法により、リチウム硫黄二次電池を作製した。当該リチウム硫黄二次電池をリチウム硫黄二次電池(5)とする。
(Manufacturing lithium-sulfur secondary batteries)
A lithium-sulfur secondary battery was produced in the same manner as in Example 1, except that the lithium-sulfur secondary battery electrolyte (5) was used instead of the lithium-sulfur secondary battery electrolyte (1). This lithium-sulfur secondary battery is referred to as lithium-sulfur secondary battery (5).

リチウム硫黄二次電池(5)を対象として、前述の充放電試験(サイクル特性試験)の方法を用いて、50サイクルの充放電を行い、各サイクルにおける放電容量および充電容量を測定し、容量維持率およびクーロン効率を算出した。その結果を表1および図3に示す。 The lithium-sulfur secondary battery (5) was subjected to 50 charge/discharge cycles using the method of the charge/discharge test (cycle characteristic test) described above, and the discharge capacity and charge capacity in each cycle were measured, and the capacity retention rate and coulombic efficiency were calculated. The results are shown in Table 1 and Figure 3.

[実施例6]
(リチウム硫黄二次電池用電解液の調製)
LiDFOBの使用量を0.2molに変更したこと以外は、実施例5と同様の方法により、電解液を調製した。当該電解液を、リチウム硫黄二次電池用電解液(6)とする。
[Example 6]
(Preparation of electrolyte for lithium-sulfur secondary battery)
An electrolyte solution was prepared in the same manner as in Example 5, except that the amount of LiDFOB used was changed to 0.2 mol. This electrolyte solution was designated as electrolyte solution (6) for lithium-sulfur secondary batteries.

(リチウム硫黄二次電池の製造)
リチウム硫黄二次電池用電解液(1)の代わりにリチウム硫黄二次電池用電解液(6)を使用したこと以外は、実施例1と同様の方法により、リチウム硫黄二次電池を作製した。当該リチウム硫黄二次電池をリチウム硫黄二次電池(6)とする。
(Manufacturing lithium-sulfur secondary batteries)
A lithium-sulfur secondary battery was produced in the same manner as in Example 1, except that the lithium-sulfur secondary battery electrolyte (6) was used instead of the lithium-sulfur secondary battery electrolyte (1). This lithium-sulfur secondary battery is referred to as lithium-sulfur secondary battery (6).

リチウム硫黄二次電池(6)を対象として、前述の充放電試験(サイクル特性試験)の方法を用いて、100サイクルの充放電を行い、各サイクルにおける放電容量および充電容量を測定し、容量維持率およびクーロン効率を算出した。その結果を表1および図4に示す。 The lithium-sulfur secondary battery (6) was subjected to 100 charge/discharge cycles using the method of the charge/discharge test (cycle characteristic test) described above, and the discharge capacity and charge capacity in each cycle were measured, and the capacity retention rate and coulombic efficiency were calculated. The results are shown in Table 1 and Figure 4.

[実施例7]
(リチウム硫黄二次電池用電解液の調製)
LiFSIの使用量を2.0molに変更したこと以外は、実施例6と同様の方法により、電解液を調製した。当該電解液を、リチウム硫黄二次電池用電解液(7)とする。
[Example 7]
(Preparation of electrolyte for lithium-sulfur secondary battery)
An electrolyte solution was prepared in the same manner as in Example 6, except that the amount of LiFSI used was changed to 2.0 mol. This electrolyte solution was designated as electrolyte solution (7) for lithium-sulfur secondary batteries.

(リチウム硫黄二次電池の製造)
リチウム硫黄二次電池用電解液(1)の代わりにリチウム硫黄二次電池用電解液(7)を使用したこと以外は、実施例1と同様の方法により、リチウム硫黄二次電池を作製した。当該リチウム硫黄二次電池をリチウム硫黄二次電池(7)とする。
(Manufacturing lithium-sulfur secondary batteries)
A lithium-sulfur secondary battery was produced in the same manner as in Example 1, except that the lithium-sulfur secondary battery electrolyte (7) was used instead of the lithium-sulfur secondary battery electrolyte (1). This lithium-sulfur secondary battery is referred to as lithium-sulfur secondary battery (7).

リチウム硫黄二次電池(7)を対象として、前述の充放電試験(サイクル特性試験)の方法を用いて、100サイクルの充放電を行い、各サイクルにおける放電容量および充電容量を測定し、容量維持率およびクーロン効率を算出した。その結果を表1および図4に示す。 The lithium-sulfur secondary battery (7) was subjected to 100 charge/discharge cycles using the method of the charge/discharge test (cycle characteristic test) described above, and the discharge capacity and charge capacity in each cycle were measured, and the capacity retention rate and coulombic efficiency were calculated. The results are shown in Table 1 and Figure 4.

[実施例8]
(リチウム硫黄二次電池用電解液の調製)
LiFSIの使用量を2.5molに変更したこと以外は、実施例6と同様の方法により、電解液を調製した。当該電解液を、リチウム硫黄二次電池用電解液(8)とする。
[Example 8]
(Preparation of electrolyte for lithium-sulfur secondary battery)
An electrolyte solution was prepared in the same manner as in Example 6, except that the amount of LiFSI used was changed to 2.5 mol. This electrolyte solution was designated as electrolyte solution (8) for lithium-sulfur secondary batteries.

(リチウム硫黄二次電池の製造)
リチウム硫黄二次電池用電解液(1)の代わりにリチウム硫黄二次電池用電解液(8)を使用したこと以外は、実施例1と同様の方法により、リチウム硫黄二次電池を作製した。当該リチウム硫黄二次電池をリチウム硫黄二次電池(8)とする。
(Manufacturing lithium-sulfur secondary batteries)
A lithium-sulfur secondary battery was produced in the same manner as in Example 1, except that the lithium-sulfur secondary battery electrolyte (8) was used instead of the lithium-sulfur secondary battery electrolyte (1). This lithium-sulfur secondary battery is referred to as lithium-sulfur secondary battery (8).

リチウム硫黄二次電池(8)を対象として、前述の充放電試験(サイクル特性試験)の方法を用いて、100サイクルの充放電を行い、各サイクルにおける放電容量および充電容量を測定し、容量維持率およびクーロン効率を算出した。その結果を表1および図4に示す。 The lithium-sulfur secondary battery (8) was subjected to 100 charge/discharge cycles using the method of the charge/discharge test (cycle characteristic test) described above, and the discharge capacity and charge capacity in each cycle were measured, and the capacity retention rate and coulombic efficiency were calculated. The results are shown in Table 1 and Figure 4.

[実施例9]
(リチウム硫黄二次電池用電解液の調製)
LiFSIの使用量を2.75molに変更したこと以外は、実施例6と同様の方法により、電解液を調製した。当該電解液を、リチウム硫黄二次電池用電解液(9)とする。
[Example 9]
(Preparation of electrolyte for lithium-sulfur secondary battery)
An electrolyte solution was prepared in the same manner as in Example 6, except that the amount of LiFSI used was changed to 2.75 mol. This electrolyte solution was designated as electrolyte solution (9) for lithium-sulfur secondary batteries.

(リチウム硫黄二次電池の製造)
リチウム硫黄二次電池用電解液(1)の代わりにリチウム硫黄二次電池用電解液(9)を使用したこと以外は、実施例1と同様の方法により、リチウム硫黄二次電池を作製した。当該リチウム硫黄二次電池をリチウム硫黄二次電池(9)とする。
(Manufacturing lithium-sulfur secondary batteries)
A lithium-sulfur secondary battery was produced in the same manner as in Example 1, except that the lithium-sulfur secondary battery electrolyte (9) was used instead of the lithium-sulfur secondary battery electrolyte (1). This lithium-sulfur secondary battery is referred to as lithium-sulfur secondary battery (9).

リチウム硫黄二次電池(9)を対象として、前述の充放電試験(サイクル特性試験)の方法を用いて、100サイクルの充放電を行い、各サイクルにおける放電容量および充電容量を測定し、容量維持率およびクーロン効率を算出した。その結果を表1および図4に示す。 The lithium-sulfur secondary battery (9) was subjected to 100 charge/discharge cycles using the method of the charge/discharge test (cycle characteristic test) described above, and the discharge capacity and charge capacity in each cycle were measured, and the capacity retention rate and coulombic efficiency were calculated. The results are shown in Table 1 and Figure 4.

[実施例10]
(リチウム硫黄二次電池用電解液の調製)
LiFSIの使用量を3.0molに変更したこと以外は、実施例6と同様の方法により、電解液を調製した。当該電解液を、リチウム硫黄二次電池用電解液(10)とする。
[Example 10]
(Preparation of electrolyte for lithium-sulfur secondary battery)
An electrolyte solution was prepared in the same manner as in Example 6, except that the amount of LiFSI used was changed to 3.0 mol. This electrolyte solution was designated as electrolyte solution (10) for lithium-sulfur secondary batteries.

(リチウム硫黄二次電池の製造)
リチウム硫黄二次電池用電解液(1)の代わりにリチウム硫黄二次電池用電解液(10)を使用したこと以外は、実施例1と同様の方法により、リチウム硫黄二次電池を作製した。当該リチウム硫黄二次電池をリチウム硫黄二次電池(10)とする。
(Manufacturing lithium-sulfur secondary batteries)
A lithium-sulfur secondary battery was produced in the same manner as in Example 1, except that the lithium-sulfur secondary battery electrolyte (10) was used instead of the lithium-sulfur secondary battery electrolyte (1). This lithium-sulfur secondary battery is referred to as lithium-sulfur secondary battery (10).

リチウム硫黄二次電池(10)を対象として、前述の充放電試験(サイクル特性試験)の方法を用いて、100サイクルの充放電を行い、各サイクルにおける放電容量および充電容量を測定し、容量維持率およびクーロン効率を算出した。その結果を表1および図4に示す。 The lithium-sulfur secondary battery (10) was subjected to 100 charge/discharge cycles using the method of the charge/discharge test (cycle characteristic test) described above, and the discharge capacity and charge capacity in each cycle were measured, and the capacity retention rate and coulombic efficiency were calculated. The results are shown in Table 1 and Figure 4.

[実施例11]
(リチウム硫黄二次電池用電解液の調製)
LiFSIの使用量を2.8molに変更したこと、および、LiDFOBの使用量を0.1molに変更したこと以外は、実施例4と同様の方法により、電解液を調製した。当該電解液を、リチウム硫黄二次電池用電解液(11)とする。
[Example 11]
(Preparation of electrolyte for lithium-sulfur secondary battery)
An electrolyte solution was prepared in the same manner as in Example 4, except that the amount of LiFSI used was changed to 2.8 mol and the amount of LiDFOB used was changed to 0.1 mol. This electrolyte solution was designated as electrolyte solution (11) for lithium-sulfur secondary batteries.

(リチウム硫黄二次電池の製造)
リチウム硫黄二次電池用電解液(1)の代わりにリチウム硫黄二次電池用電解液(11)を使用したこと以外は、実施例1と同様の方法により、リチウム硫黄二次電池を作製した。当該リチウム硫黄二次電池をリチウム硫黄二次電池(11)とする。
(Manufacturing lithium-sulfur secondary batteries)
A lithium-sulfur secondary battery was produced in the same manner as in Example 1, except that the lithium-sulfur secondary battery electrolyte (11) was used instead of the lithium-sulfur secondary battery electrolyte (1). This lithium-sulfur secondary battery is referred to as lithium-sulfur secondary battery (11).

リチウム硫黄二次電池(11)を対象として、前述の充放電試験(サイクル特性試験)の方法を用いて、100サイクルの充放電を行い、各サイクルにおける放電容量および充電容量を測定し、容量維持率およびクーロン効率を算出した。その結果を表1および図5に示す。 The lithium-sulfur secondary battery (11) was subjected to 100 charge/discharge cycles using the above-mentioned charge/discharge test (cycle characteristic test) method, and the discharge capacity and charge capacity in each cycle were measured, and the capacity retention rate and coulombic efficiency were calculated. The results are shown in Table 1 and Figure 5.

[実施例12]
(リチウム硫黄二次電池用電解液の調製)
LiFSIの使用量を2.9molに変更したこと以外は、実施例11と同様の方法により、電解液を調製した。当該電解液を、リチウム硫黄二次電池用電解液(12)とする。
[Example 12]
(Preparation of electrolyte for lithium-sulfur secondary battery)
An electrolyte solution was prepared in the same manner as in Example 11, except that the amount of LiFSI used was changed to 2.9 mol. This electrolyte solution was designated as electrolyte solution (12) for lithium-sulfur secondary batteries.

(リチウム硫黄二次電池の製造)
リチウム硫黄二次電池用電解液(1)の代わりにリチウム硫黄二次電池用電解液(12)を使用したこと以外は、実施例1と同様の方法により、リチウム硫黄二次電池を作製した。当該リチウム硫黄二次電池をリチウム硫黄二次電池(12)とする。
(Manufacturing lithium-sulfur secondary batteries)
A lithium-sulfur secondary battery was produced in the same manner as in Example 1, except that the lithium-sulfur secondary battery electrolyte (12) was used instead of the lithium-sulfur secondary battery electrolyte (1). This lithium-sulfur secondary battery is referred to as lithium-sulfur secondary battery (12).

リチウム硫黄二次電池(12)を対象として、前述の充放電試験(サイクル特性試験)の方法を用いて、100サイクルの充放電を行い、各サイクルにおける放電容量および充電容量を測定し、容量維持率およびクーロン効率を算出した。その結果を表1および図5に示す。 The lithium-sulfur secondary battery (12) was subjected to 100 charge/discharge cycles using the method of the charge/discharge test (cycle characteristic test) described above, and the discharge capacity and charge capacity in each cycle were measured, and the capacity retention rate and coulombic efficiency were calculated. The results are shown in Table 1 and Figure 5.

[実施例13]
(リチウム硫黄二次電池用電解液の調製)
LiFSIの使用量を3.0molに変更したこと以外は、実施例11と同様の方法により、電解液を調製した。当該電解液を、リチウム硫黄二次電池用電解液(13)とする。
[Example 13]
(Preparation of electrolyte for lithium-sulfur secondary battery)
An electrolyte solution was prepared in the same manner as in Example 11, except that the amount of LiFSI used was changed to 3.0 mol. This electrolyte solution was designated as electrolyte solution (13) for lithium-sulfur secondary batteries.

(リチウム硫黄二次電池の製造)
リチウム硫黄二次電池用電解液(1)の代わりにリチウム硫黄二次電池用電解液(13)を使用したこと以外は、実施例1と同様の方法により、リチウム硫黄二次電池を作製した。当該リチウム硫黄二次電池をリチウム硫黄二次電池(13)とする。
(Manufacturing lithium-sulfur secondary batteries)
A lithium-sulfur secondary battery was produced in the same manner as in Example 1, except that the lithium-sulfur secondary battery electrolyte (13) was used instead of the lithium-sulfur secondary battery electrolyte (1). This lithium-sulfur secondary battery is referred to as lithium-sulfur secondary battery (13).

リチウム硫黄二次電池(13)を対象として、前述の充放電試験(サイクル特性試験)の方法を用いて、100サイクルの充放電を行い、各サイクルにおける放電容量および充電容量を測定し、容量維持率およびクーロン効率を算出した。その結果を表1および図5~8に示す。 The lithium-sulfur secondary battery (13) was subjected to 100 charge/discharge cycles using the method of the charge/discharge test (cycle characteristic test) described above, and the discharge capacity and charge capacity in each cycle were measured, and the capacity retention rate and coulombic efficiency were calculated. The results are shown in Table 1 and Figures 5 to 8.

[実施例14]
実施例1と同様の方法により、混合溶媒(1)を調製した。混合溶媒(1)1.0Lに対して3.0molのLiFSIおよび0.1molのLiPFを溶解させ、電解液を調製した。当該電解液を、リチウム硫黄二次電池用電解液(14)とする。なお、LiPFは、前述した添加剤aに該当する。
[Example 14]
A mixed solvent (1) was prepared in the same manner as in Example 1. 3.0 mol of LiFSI and 0.1 mol of LiPF 6 were dissolved in 1.0 L of the mixed solvent (1) to prepare an electrolyte solution. This electrolyte solution is designated as an electrolyte solution (14) for lithium-sulfur secondary batteries. LiPF 6 corresponds to the additive a described above.

(リチウム硫黄二次電池の製造)
リチウム硫黄二次電池用電解液(1)の代わりにリチウム硫黄二次電池用電解液(14)を使用したこと以外は、実施例1と同様の方法により、リチウム硫黄二次電池を作製した。当該リチウム硫黄二次電池をリチウム硫黄二次電池(14)とする。
(Manufacturing lithium-sulfur secondary batteries)
A lithium-sulfur secondary battery was produced in the same manner as in Example 1, except that the lithium-sulfur secondary battery electrolyte (14) was used instead of the lithium-sulfur secondary battery electrolyte (1). This lithium-sulfur secondary battery is referred to as lithium-sulfur secondary battery (14).

リチウム硫黄二次電池(14)を対象として、前述の充放電試験(サイクル特性試験)の方法を用いて、100サイクルの充放電を行い、各サイクルにおける放電容量および充電容量を測定し、容量維持率およびクーロン効率を算出した。その結果を表1、並びに、図6および8に示す。 The lithium-sulfur secondary battery (14) was subjected to 100 charge/discharge cycles using the above-mentioned charge/discharge test (cycle characteristic test), and the discharge capacity and charge capacity in each cycle were measured, and the capacity retention rate and coulombic efficiency were calculated. The results are shown in Table 1 and Figures 6 and 8.

[実施例15]
DMEと、HFE1とを、体積比率が6:4となるように混合し、混合溶媒(2)を得た。混合溶媒(2)1.0Lに対して3.0molのLiFSIおよび0.1molのLiDFOBを溶解させ、電解液を調製した。当該電解液を、リチウム硫黄二次電池用電解液(15)とする。
[Example 15]
DME and HFE1 were mixed in a volume ratio of 6:4 to obtain a mixed solvent (2). 3.0 mol of LiFSI and 0.1 mol of LiDFOB were dissolved in 1.0 L of the mixed solvent (2) to prepare an electrolyte solution. This electrolyte solution is designated as an electrolyte solution (15) for lithium-sulfur secondary batteries.

(リチウム硫黄二次電池の製造)
リチウム硫黄二次電池用電解液(1)の代わりにリチウム硫黄二次電池用電解液(15)を使用したこと以外は、実施例1と同様の方法により、リチウム硫黄二次電池を作製した。当該リチウム硫黄二次電池をリチウム硫黄二次電池(15)とする。
(Manufacturing lithium-sulfur secondary batteries)
A lithium-sulfur secondary battery was produced in the same manner as in Example 1, except that the lithium-sulfur secondary battery electrolyte (15) was used instead of the lithium-sulfur secondary battery electrolyte (1). This lithium-sulfur secondary battery is referred to as lithium-sulfur secondary battery (15).

リチウム硫黄二次電池(15)を対象として、前述の充放電試験(サイクル特性試験)の方法を用いて、100サイクルの充放電を行い、各サイクルにおける放電容量および充電容量を測定し、容量維持率およびクーロン効率を算出した。その結果を表1および図8に示す。 The lithium-sulfur secondary battery (15) was subjected to 100 charge/discharge cycles using the method of the charge/discharge test (cycle characteristic test) described above, and the discharge capacity and charge capacity in each cycle were measured, and the capacity retention rate and coulombic efficiency were calculated. The results are shown in Table 1 and Figure 8.

[実施例16]
DMEと、HFE1とを、体積比率が7:3となるように混合し、混合溶媒(3)を得た。混合溶媒(3)1.0Lに対して3.0molのLiFSIおよび0.1molのLiDFOBを溶解させ、電解液を調製した。当該電解液を、リチウム硫黄二次電池用電解液(16)とする。
[Example 16]
DME and HFE1 were mixed in a volume ratio of 7:3 to obtain a mixed solvent (3). 3.0 mol of LiFSI and 0.1 mol of LiDFOB were dissolved in 1.0 L of the mixed solvent (3) to prepare an electrolyte solution. This electrolyte solution is designated as an electrolyte solution (16) for lithium-sulfur secondary batteries.

(リチウム硫黄二次電池の製造)
リチウム硫黄二次電池用電解液(1)の代わりにリチウム硫黄二次電池用電解液(15)を使用したこと以外は、実施例1と同様の方法により、リチウム硫黄二次電池を作製した。当該リチウム硫黄二次電池をリチウム硫黄二次電池(16)とする。
(Manufacturing lithium-sulfur secondary batteries)
A lithium-sulfur secondary battery was produced in the same manner as in Example 1, except that the lithium-sulfur secondary battery electrolyte (15) was used instead of the lithium-sulfur secondary battery electrolyte (1). This lithium-sulfur secondary battery is referred to as a lithium-sulfur secondary battery (16).

リチウム硫黄二次電池(16)を対象として、前述の充放電試験(サイクル特性試験)の方法を用いて、100サイクルの充放電を行い、各サイクルにおける放電容量および充電容量を測定し、容量維持率およびクーロン効率を算出した。その結果を表1および図8に示す。 The lithium-sulfur secondary battery (16) was subjected to 100 charge/discharge cycles using the method of the charge/discharge test (cycle characteristic test) described above, and the discharge capacity and charge capacity in each cycle were measured, and the capacity retention rate and coulombic efficiency were calculated. The results are shown in Table 1 and Figure 8.

[比較例1]
FECと、HFE1とを、体積比率が5:5となるように混合し、混合溶媒(4)を得た。混合溶媒(4)1.0Lに対して1.0molのLiTFSIを溶解させ、電解液を調製した。当該電解液を、比較用リチウム硫黄二次電池用電解液(1)とする。
[Comparative Example 1]
FEC and HFE1 were mixed in a volume ratio of 5:5 to obtain a mixed solvent (4). 1.0 mol of LiTFSI was dissolved in 1.0 L of the mixed solvent (4) to prepare an electrolyte solution. This electrolyte solution is designated as comparative lithium-sulfur secondary battery electrolyte solution (1).

(リチウム硫黄二次電池の製造)
リチウム硫黄二次電池用電解液(1)の代わりに比較用リチウム硫黄二次電池用電解液(1)を使用したこと以外は、実施例1と同様の方法により、リチウム硫黄二次電池を作製した。当該リチウム硫黄二次電池を比較用リチウム硫黄二次電池(1)とする。
(Manufacturing lithium-sulfur secondary batteries)
A lithium-sulfur secondary battery was produced in the same manner as in Example 1, except that the comparative lithium-sulfur secondary battery electrolyte (1) was used instead of the lithium-sulfur secondary battery electrolyte (1). This lithium-sulfur secondary battery was designated as the comparative lithium-sulfur secondary battery (1).

比較用リチウム硫黄二次電池(1)を対象として、前述の充放電試験(サイクル特性試験)の方法を用いて、100サイクルの充放電を行い、各サイクルにおける放電容量および充電容量を測定し、容量維持率およびクーロン効率を算出した。その結果を表1および図2~8に示す。 The comparative lithium-sulfur secondary battery (1) was subjected to 100 charge/discharge cycles using the method of the charge/discharge test (cycle characteristic test) described above, and the discharge capacity and charge capacity in each cycle were measured, and the capacity retention rate and coulombic efficiency were calculated. The results are shown in Table 1 and Figures 2 to 8.

[比較例2]
DME1.0Lに対して2.0molのLiFSIを溶解させ、電解液を調製した。当該電解液を、比較用リチウム硫黄二次電池用電解液(2)とする。
[Comparative Example 2]
2.0 mol of LiFSI was dissolved in 1.0 L of DME to prepare an electrolyte solution, which is designated as comparative electrolyte solution (2) for lithium-sulfur secondary batteries.

(リチウム硫黄二次電池の製造)
リチウム硫黄二次電池用電解液(1)の代わりに比較用リチウム硫黄二次電池用電解液(2)を使用したこと以外は、実施例1と同様の方法により、リチウム硫黄二次電池を作製した。当該リチウム硫黄二次電池を比較用リチウム硫黄二次電池(2)とする。
(Manufacturing lithium-sulfur secondary batteries)
A lithium-sulfur secondary battery was produced in the same manner as in Example 1, except that the comparative lithium-sulfur secondary battery electrolyte (2) was used instead of the lithium-sulfur secondary battery electrolyte (1). This lithium-sulfur secondary battery was designated as the comparative lithium-sulfur secondary battery (2).

比較用リチウム硫黄二次電池(2)を対象として、前述の充放電試験(サイクル特性試験)の方法を用いて、充放電サイクルを行った。その結果、10サイクルに達する前に短絡が発生した。各サイクルにおける放電容量および充電容量を測定し、容量維持率およびクーロン効率を算出した。その結果を表1および図2、3に示す。 A charge/discharge cycle was performed on the comparative lithium-sulfur secondary battery (2) using the method of the charge/discharge test (cycle characteristic test) described above. As a result, a short circuit occurred before the 10th cycle was reached. The discharge capacity and charge capacity in each cycle were measured, and the capacity retention rate and coulombic efficiency were calculated. The results are shown in Table 1 and Figures 2 and 3.

[比較例3]
実施例1と同様の方法により、混合溶媒(1)を調製した。混合溶媒(1)1.0Lに対して2.0molのLiTFSIおよび0.1molのLiDFOBを溶解させ、電解液を調製した。当該電解液を、比較用リチウム硫黄二次電池用電解液(3)とする。
[Comparative Example 3]
A mixed solvent (1) was prepared in the same manner as in Example 1. 2.0 mol of LiTFSI and 0.1 mol of LiDFOB were dissolved in 1.0 L of the mixed solvent (1) to prepare an electrolyte solution. This electrolyte solution was designated as comparative lithium-sulfur secondary battery electrolyte solution (3).

(リチウム硫黄二次電池の製造)
リチウム硫黄二次電池用電解液(1)の代わりに比較用リチウム硫黄二次電池用電解液(3)を使用したこと以外は、実施例1と同様の方法により、リチウム硫黄二次電池を作製した。当該リチウム硫黄二次電池を比較用リチウム硫黄二次電池(3)とする。
(Manufacturing lithium-sulfur secondary batteries)
A lithium-sulfur secondary battery was produced in the same manner as in Example 1, except that the comparative lithium-sulfur secondary battery electrolyte (3) was used instead of the lithium-sulfur secondary battery electrolyte (1). This lithium-sulfur secondary battery was designated as the comparative lithium-sulfur secondary battery (3).

比較用リチウム硫黄二次電池(3)を対象として、前述の充放電試験(サイクル特性試験)の方法を用いて、100サイクルの充放電を行い、各サイクルにおける放電容量および充電容量を測定し、容量維持率およびクーロン効率を算出した。その結果を表1および図7に示す。 The comparative lithium-sulfur secondary battery (3) was subjected to 100 charge/discharge cycles using the method of the charge/discharge test (cycle characteristic test) described above, and the discharge capacity and charge capacity in each cycle were measured, and the capacity retention rate and coulombic efficiency were calculated. The results are shown in Table 1 and Figure 7.

[比較例4]
(リチウム硫黄二次電池用電解液の調製)
LiTFSIの使用量を2.5molに変更したこと以外は、比較例3と同様の方法により、電解液を調製した。当該電解液を、比較用リチウム硫黄二次電池用電解液(4)とする。
[Comparative Example 4]
(Preparation of electrolyte for lithium-sulfur secondary battery)
An electrolyte solution was prepared in the same manner as in Comparative Example 3, except that the amount of LiTFSI used was changed to 2.5 mol. This electrolyte solution was designated as comparative electrolyte solution (4) for lithium-sulfur secondary batteries.

(リチウム硫黄二次電池の製造)
リチウム硫黄二次電池用電解液(1)の代わりに比較用リチウム硫黄二次電池用電解液(4)を使用したこと以外は、実施例1と同様の方法により、リチウム硫黄二次電池を作製した。当該リチウム硫黄二次電池を比較用リチウム硫黄二次電池(4)とする。
(Manufacturing lithium-sulfur secondary batteries)
A lithium-sulfur secondary battery was produced in the same manner as in Example 1, except that the comparative lithium-sulfur secondary battery electrolyte (4) was used instead of the lithium-sulfur secondary battery electrolyte (1). This lithium-sulfur secondary battery was designated as the comparative lithium-sulfur secondary battery (4).

比較用リチウム硫黄二次電池(4)を対象として、前述の充放電試験(サイクル特性試験)の方法を用いて、充放電サイクルを行った。その結果、10サイクルを超え、30サイクルに達する前に短絡が発生した。各サイクルにおける放電容量および充電容量を測定し、容量維持率およびクーロン効率を算出した。その結果を表1および図7に示す。 A charge/discharge cycle was performed on the comparative lithium-sulfur secondary battery (4) using the method of the charge/discharge test (cycle characteristic test) described above. As a result, a short circuit occurred after 10 cycles and before reaching 30 cycles. The discharge capacity and charge capacity at each cycle were measured, and the capacity retention rate and coulombic efficiency were calculated. The results are shown in Table 1 and Figure 7.

[比較例5]
(リチウム硫黄二次電池用電解液の調製)
LiTFSIの使用量を2.75molに変更したこと以外は、比較例3と同様の方法により、電解液を調製した。当該電解液を、比較用リチウム硫黄二次電池用電解液(5)とする。
[Comparative Example 5]
(Preparation of electrolyte for lithium-sulfur secondary battery)
An electrolyte solution was prepared in the same manner as in Comparative Example 3, except that the amount of LiTFSI used was changed to 2.75 mol. This electrolyte solution was designated as comparative electrolyte solution for lithium-sulfur secondary batteries (5).

(リチウム硫黄二次電池の製造)
リチウム硫黄二次電池用電解液(1)の代わりに比較用リチウム硫黄二次電池用電解液(5)を使用したこと以外は、実施例1と同様の方法により、リチウム硫黄二次電池を作製した。当該リチウム硫黄二次電池を比較用リチウム硫黄二次電池(5)とする。
(Manufacturing lithium-sulfur secondary batteries)
A lithium-sulfur secondary battery was produced in the same manner as in Example 1, except that the comparative lithium-sulfur secondary battery electrolyte (5) was used instead of the lithium-sulfur secondary battery electrolyte (1). This lithium-sulfur secondary battery is designated as the comparative lithium-sulfur secondary battery (5).

比較用リチウム硫黄二次電池(5)を対象として、前述の充放電試験(サイクル特性試験)の方法を用いて、充放電サイクルを行った。その結果、10サイクルに達する前に短絡が発生した。各サイクルにおける放電容量および充電容量を測定し、容量維持率およびクーロン効率を算出した。その結果を表1および図7に示す。 A charge/discharge cycle was performed on the comparative lithium-sulfur secondary battery (5) using the method of the charge/discharge test (cycle characteristic test) described above. As a result, a short circuit occurred before the 10th cycle was reached. The discharge capacity and charge capacity in each cycle were measured, and the capacity retention rate and coulombic efficiency were calculated. The results are shown in Table 1 and Figure 7.

[実施例17]
(リチウム硫黄二次電池用電解液の調製)
実施例13と同一の方法でリチウム硫黄二次電池用電解液を調製した。当該電解液を、リチウム硫黄二次電池用電解液(17)とする。
[Example 17]
(Preparation of electrolyte for lithium-sulfur secondary battery)
An electrolyte solution for a lithium-sulfur secondary battery was prepared in the same manner as in Example 13. This electrolyte solution was designated as an electrolyte solution for a lithium-sulfur secondary battery (17).

(リチウム硫黄二次電池の製造)
以下の点以外は、実施例1と同様の方法により、リチウム硫黄二次電池を作製した。当該リチウム硫黄二次電池をリチウム硫黄二次電池(17)とする。
・リチウム硫黄二次電池用電解液(1)の代わりにリチウム硫黄二次電池用電解液(17)を使用したこと;
・製造例1で製造した正極の代わりに、製造例2で製造したラージスケールの正極を使用したこと;
・φ13mmの大きさとなるように打ち抜かれた前記リチウム箔の代わりに、縦30mm×横30mmの大きさとなるように打ち抜かれた前記リチウム箔を負極として2枚用い、前記正極の両面を当該2枚のリチウム箔(負極)で挟んだ構造として、使用したこと。
(Manufacturing lithium-sulfur secondary batteries)
A lithium-sulfur secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except for the following points. This lithium-sulfur secondary battery is referred to as lithium-sulfur secondary battery (17).
- Using the lithium-sulfur secondary battery electrolyte (17) instead of the lithium-sulfur secondary battery electrolyte (1);
Instead of the positive electrode produced in Production Example 1, the large-scale positive electrode produced in Production Example 2 was used;
Instead of the lithium foil punched out to a size of φ13 mm, two sheets of the lithium foil punched out to a size of 30 mm length x 30 mm width were used as the negative electrode, and a structure was used in which both sides of the positive electrode were sandwiched between the two lithium foils (negative electrode).

リチウム硫黄二次電池(17)を対象として、前述した充放電試験(サイクル特性試験)の方法を用いて50サイクルの充放電を行い、各サイクルにおける放電容量および充電容量を測定し、容量維持率およびクーロン効率を算出した。その結果を表2および図9~11に示す。また、同時に、前述したインピーダンスの測定を実施した。その結果を図12に示す。 The lithium-sulfur secondary battery (17) was subjected to 50 charge/discharge cycles using the method of the charge/discharge test (cycle characteristic test) described above, and the discharge capacity and charge capacity in each cycle were measured, and the capacity retention rate and coulombic efficiency were calculated. The results are shown in Table 2 and Figures 9 to 11. At the same time, the impedance measurement described above was also performed. The results are shown in Figure 12.

(別のリチウム硫黄二次電池の製造)
リチウム硫黄二次電池用電解液(1)の代わりにリチウム硫黄二次電池用電解液(17)を使用したこと以外は、実施例1と同様の方法により、別のリチウム硫黄二次電池を作製した。当該別のリチウム硫黄二次電池をリチウム硫黄二次電池(17’)とする。
(Manufacturing another lithium-sulfur secondary battery)
Another lithium-sulfur secondary battery was produced in the same manner as in Example 1, except that the electrolyte solution for lithium-sulfur secondary batteries (17) was used instead of the electrolyte solution for lithium-sulfur secondary batteries (1). The other lithium-sulfur secondary battery was designated as a lithium-sulfur secondary battery (17').

リチウム硫黄二次電池(17’)を対象として、前述したXPSによる測定を実施した。その結果を図14および15に示す。 The lithium-sulfur secondary battery (17') was subjected to the above-mentioned XPS measurement. The results are shown in Figures 14 and 15.

[実施例18]
(リチウム硫黄二次電池用電解液の調製)
実施例13と同一の方法で電解液を調製し、続いて、当該電解液に対して、添加剤bとしてのビニレンカーボネート(VC)を、当該VCの含有量が1重量%となるように添加して、リチウム硫黄二次電池用電解液を得た。当該リチウム硫黄二次電池用電解液を、リチウム硫黄二次電池用電解液(18)とする。
[Example 18]
(Preparation of electrolyte for lithium-sulfur secondary battery)
An electrolyte solution was prepared in the same manner as in Example 13, and then vinylene carbonate (VC) was added to the electrolyte solution as an additive b so that the content of VC was 1% by weight to obtain an electrolyte solution for a lithium-sulfur secondary battery. The electrolyte solution for a lithium-sulfur secondary battery was designated as electrolyte solution for a lithium-sulfur secondary battery (18).

(リチウム硫黄二次電池の製造)
リチウム硫黄二次電池用電解液(17)の代わりに、リチウム硫黄二次電池用電解液(18)を使用したこと以外は、実施例17と同様の方法により、リチウム硫黄二次電池を作製した。当該リチウム硫黄二次電池をリチウム硫黄二次電池(18)とする。
(Manufacturing lithium-sulfur secondary batteries)
A lithium-sulfur secondary battery was produced in the same manner as in Example 17, except that the lithium-sulfur secondary battery electrolyte (18) was used instead of the lithium-sulfur secondary battery electrolyte (17). This lithium-sulfur secondary battery is referred to as lithium-sulfur secondary battery (18).

リチウム硫黄二次電池(18)を対象として、前述した充放電試験(サイクル特性試験)の方法を用いて50サイクルの充放電を行い、各サイクルにおける放電容量および充電容量を測定し、容量維持率およびクーロン効率を算出した。その結果を表2および図9に示す。 The lithium-sulfur secondary battery (18) was subjected to 50 charge/discharge cycles using the method of the charge/discharge test (cycle characteristic test) described above, and the discharge capacity and charge capacity in each cycle were measured, and the capacity retention rate and coulombic efficiency were calculated. The results are shown in Table 2 and Figure 9.

[実施例19]
(リチウム硫黄二次電池用電解液の調製)
実施例13と同一の方法で電解液を調製し、続いて、当該電解液に対して、添加剤bとしてのフルオロエチレンカーボネート(FEC)を、当該FECの含有量が1重量%となるように添加して、リチウム硫黄二次電池用電解液を得た。当該リチウム硫黄二次電池用電解液を、リチウム硫黄二次電池用電解液(19)とする。
[Example 19]
(Preparation of electrolyte for lithium-sulfur secondary battery)
An electrolyte solution was prepared in the same manner as in Example 13, and then fluoroethylene carbonate (FEC) was added as an additive b to the electrolyte solution so that the content of the FEC was 1% by weight to obtain an electrolyte solution for a lithium-sulfur secondary battery. The electrolyte solution for a lithium-sulfur secondary battery was designated as electrolyte solution for a lithium-sulfur secondary battery (19).

(リチウム硫黄二次電池の製造)
リチウム硫黄二次電池用電解液(17)の代わりに、リチウム硫黄二次電池用電解液(19)を使用したこと以外は、実施例17と同様の方法により、リチウム硫黄二次電池を作製した。当該リチウム硫黄二次電池をリチウム硫黄二次電池(19)とする。
(Manufacturing lithium-sulfur secondary batteries)
A lithium-sulfur secondary battery was produced in the same manner as in Example 17, except that the lithium-sulfur secondary battery electrolyte (19) was used instead of the lithium-sulfur secondary battery electrolyte (17). This lithium-sulfur secondary battery is referred to as lithium-sulfur secondary battery (19).

リチウム硫黄二次電池(19)を対象として、前述した充放電試験(サイクル特性試験)の方法を用いて50サイクルの充放電を行い、各サイクルにおける放電容量および充電容量を測定し、容量維持率およびクーロン効率を算出した。その結果を表2および図9に示す。また、同時に、前述したインピーダンスの測定を実施した。その結果を図13に示す。 The lithium-sulfur secondary battery (19) was subjected to 50 charge/discharge cycles using the charge/discharge test (cycle characteristic test) method described above, and the discharge capacity and charge capacity in each cycle were measured, and the capacity retention rate and coulombic efficiency were calculated. The results are shown in Table 2 and Figure 9. At the same time, the impedance measurement described above was also performed. The results are shown in Figure 13.

(別のリチウム硫黄二次電池の製造)
リチウム硫黄二次電池用電解液(1)の代わりにリチウム硫黄二次電池用電解液(19)を使用したこと以外は、実施例1と同様の方法により、別のリチウム硫黄二次電池を作製した。当該別のリチウム硫黄二次電池をリチウム硫黄二次電池(19’)とする。
(Manufacturing another lithium-sulfur secondary battery)
Another lithium-sulfur secondary battery was produced in the same manner as in Example 1, except that the electrolyte solution for lithium-sulfur secondary batteries (19) was used instead of the electrolyte solution for lithium-sulfur secondary batteries (1). The other lithium-sulfur secondary battery was designated as lithium-sulfur secondary battery (19').

リチウム硫黄二次電池(19’)を対象として、前述したXPSによる測定を実施した。その結果を図14および15に示す。 The lithium-sulfur secondary battery (19') was subjected to the above-mentioned XPS measurement. The results are shown in Figures 14 and 15.

[実施例20]
(リチウム硫黄二次電池用電解液の調製)
実施例13と同一の方法で電解液を調製し、続いて、当該電解液に対して、クロロエチレンカーボネート(CLEC)を、当該CLECの含有量が1重量%となるように添加して、リチウム硫黄二次電池用電解液を得た。当該リチウム硫黄二次電池用電解液を、リチウム硫黄二次電池用電解液(20)とする。
[Example 20]
(Preparation of electrolyte for lithium-sulfur secondary battery)
An electrolyte solution was prepared in the same manner as in Example 13, and then chloroethylene carbonate (CLEC) was added to the electrolyte solution so that the content of the CLEC was 1% by weight to obtain an electrolyte solution for a lithium-sulfur secondary battery. The electrolyte solution for a lithium-sulfur secondary battery is designated as electrolyte solution for a lithium-sulfur secondary battery (20).

(リチウム硫黄二次電池の製造)
リチウム硫黄二次電池用電解液(17)の代わりに、リチウム硫黄二次電池用電解液(20)を使用したこと以外は、実施例17と同様の方法により、リチウム硫黄二次電池を作製した。当該リチウム硫黄二次電池をリチウム硫黄二次電池(20)とする。
(Manufacturing lithium-sulfur secondary batteries)
A lithium-sulfur secondary battery was produced in the same manner as in Example 17, except that the lithium-sulfur secondary battery electrolyte (20) was used instead of the lithium-sulfur secondary battery electrolyte (17). This lithium-sulfur secondary battery is referred to as lithium-sulfur secondary battery (20).

リチウム硫黄二次電池(20)を対象として、前述した充放電試験(サイクル特性試験)の方法を用いて50サイクルの充放電を行い、各サイクルにおける放電容量および充電容量を測定し、容量維持率およびクーロン効率を算出した。その結果を表2および図9に示す。 The lithium-sulfur secondary battery (20) was subjected to 50 charge/discharge cycles using the method of the charge/discharge test (cycle characteristic test) described above, and the discharge capacity and charge capacity in each cycle were measured, and the capacity retention rate and coulombic efficiency were calculated. The results are shown in Table 2 and Figure 9.

[実施例21]
(リチウム硫黄二次電池用電解液の調製)
実施例13と同一の方法で調製した電解液に対して、VCを、当該VCの含有量が3重量%となるように添加したこと以外は、実施例18と同様の方法により、リチウム硫黄二次電池用電解液を得た。当該リチウム硫黄二次電池用電解液を、リチウム硫黄二次電池用電解液(21)とする。
[Example 21]
(Preparation of electrolyte for lithium-sulfur secondary battery)
An electrolyte solution for a lithium-sulfur secondary battery was obtained in the same manner as in Example 18, except that VC was added to an electrolyte solution prepared in the same manner as in Example 13 so that the content of VC was 3 wt %. This electrolyte solution for a lithium-sulfur secondary battery was designated as electrolyte solution for a lithium-sulfur secondary battery (21).

(リチウム硫黄二次電池の製造)
リチウム硫黄二次電池用電解液(17)の代わりに、リチウム硫黄二次電池用電解液(21)を使用したこと以外は、実施例17と同様の方法により、リチウム硫黄二次電池を作製した。当該リチウム硫黄二次電池をリチウム硫黄二次電池(21)とする。
(Manufacturing lithium-sulfur secondary batteries)
A lithium-sulfur secondary battery was produced in the same manner as in Example 17, except that the lithium-sulfur secondary battery electrolyte (21) was used instead of the lithium-sulfur secondary battery electrolyte (17). This lithium-sulfur secondary battery is referred to as lithium-sulfur secondary battery (21).

リチウム硫黄二次電池(21)を対象として、前述した充放電試験(サイクル特性試験)の方法を用いて50サイクルの充放電を行い、各サイクルにおける放電容量および充電容量を測定し、容量維持率およびクーロン効率を算出した。その結果を表2および図10に示す。 The lithium-sulfur secondary battery (21) was subjected to 50 charge/discharge cycles using the method of the charge/discharge test (cycle characteristic test) described above, and the discharge capacity and charge capacity in each cycle were measured, and the capacity retention rate and coulombic efficiency were calculated. The results are shown in Table 2 and Figure 10.

[実施例22]
(リチウム硫黄二次電池用電解液の調製)
実施例13と同一の方法で調製した電解液に対して、FECを、当該FECの含有量が3重量%となるように添加したこと以外は、実施例19と同様の方法により、リチウム硫黄二次電池用電解液を得た。当該リチウム硫黄二次電池用電解液を、リチウム硫黄二次電池用電解液(22)とする。
[Example 22]
(Preparation of electrolyte for lithium-sulfur secondary battery)
An electrolyte solution for a lithium-sulfur secondary battery was obtained in the same manner as in Example 19, except that FEC was added to an electrolyte solution prepared in the same manner as in Example 13 so that the content of the FEC was 3 wt %. The electrolyte solution for a lithium-sulfur secondary battery was designated as electrolyte solution for a lithium-sulfur secondary battery (22).

(リチウム硫黄二次電池の製造)
リチウム硫黄二次電池用電解液(17)の代わりに、リチウム硫黄二次電池用電解液(22)を使用したこと以外は、実施例17と同様の方法により、リチウム硫黄二次電池を作製した。当該リチウム硫黄二次電池をリチウム硫黄二次電池(22)とする。
(Manufacturing lithium-sulfur secondary batteries)
A lithium-sulfur secondary battery was produced in the same manner as in Example 17, except that the lithium-sulfur secondary battery electrolyte (22) was used instead of the lithium-sulfur secondary battery electrolyte (17). This lithium-sulfur secondary battery is referred to as lithium-sulfur secondary battery (22).

リチウム硫黄二次電池(22)を対象として、前述した充放電試験(サイクル特性試験)の方法を用いて50サイクルの充放電を行い、各サイクルにおける放電容量および充電容量を測定し、容量維持率およびクーロン効率を算出した。その結果を表2および図10に示す。 The lithium-sulfur secondary battery (22) was subjected to 50 charge/discharge cycles using the method of the charge/discharge test (cycle characteristic test) described above, and the discharge capacity and charge capacity in each cycle were measured, and the capacity retention rate and coulombic efficiency were calculated. The results are shown in Table 2 and Figure 10.

[実施例23]
(リチウム硫黄二次電池用電解液の調製)
実施例13と同一の方法で調製した電解液に対して、CLECを、当該CLECの含有量が3重量%となるように添加したこと以外は、実施例20と同様の方法により、リチウム硫黄二次電池用電解液を得た。当該リチウム硫黄二次電池用電解液を、リチウム硫黄二次電池用電解液(23)とする。
[Example 23]
(Preparation of electrolyte for lithium-sulfur secondary battery)
An electrolyte solution for a lithium-sulfur secondary battery was obtained in the same manner as in Example 20, except that CLEC was added to an electrolyte solution prepared in the same manner as in Example 13 so that the content of the CLEC was 3 wt %. This electrolyte solution for a lithium-sulfur secondary battery was designated as electrolyte solution for a lithium-sulfur secondary battery (23).

(リチウム硫黄二次電池の製造)
リチウム硫黄二次電池用電解液(17)の代わりに、リチウム硫黄二次電池用電解液(23)を使用したこと以外は、実施例17と同様の方法により、リチウム硫黄二次電池を作製した。当該リチウム硫黄二次電池をリチウム硫黄二次電池(23)とする。
(Manufacturing lithium-sulfur secondary batteries)
A lithium-sulfur secondary battery was produced in the same manner as in Example 17, except that the lithium-sulfur secondary battery electrolyte (23) was used instead of the lithium-sulfur secondary battery electrolyte (17). This lithium-sulfur secondary battery is referred to as lithium-sulfur secondary battery (23).

リチウム硫黄二次電池(23)を対象として、前述した充放電試験(サイクル特性試験)の方法を用いて50サイクルの充放電を行い、各サイクルにおける放電容量および充電容量を測定し、容量維持率およびクーロン効率を算出した。その結果を表2および図10に示す。 The lithium-sulfur secondary battery (23) was subjected to 50 charge/discharge cycles using the method of the charge/discharge test (cycle characteristic test) described above, and the discharge capacity and charge capacity in each cycle were measured, and the capacity retention rate and coulombic efficiency were calculated. The results are shown in Table 2 and Figure 10.

[実施例24]
(リチウム硫黄二次電池用電解液の調製)
実施例13と同一の方法で調製した電解液に対して、VCを、当該VCの含有量が5重量%となるように添加したこと以外は、実施例18と同様の方法により、リチウム硫黄二次電池用電解液を得た。当該リチウム硫黄二次電池用電解液を、リチウム硫黄二次電池用電解液(24)とする。
[Example 24]
(Preparation of electrolyte for lithium-sulfur secondary battery)
An electrolyte solution for a lithium-sulfur secondary battery was obtained in the same manner as in Example 18, except that VC was added to an electrolyte solution prepared in the same manner as in Example 13 so that the content of VC was 5 wt %. This electrolyte solution for a lithium-sulfur secondary battery was designated as electrolyte solution for a lithium-sulfur secondary battery (24).

(リチウム硫黄二次電池の製造)
リチウム硫黄二次電池用電解液(17)の代わりに、リチウム硫黄二次電池用電解液(24)を使用したこと以外は、実施例17と同様の方法により、リチウム硫黄二次電池を作製した。当該リチウム硫黄二次電池をリチウム硫黄二次電池(24)とする。
(Manufacturing lithium-sulfur secondary batteries)
A lithium-sulfur secondary battery was produced in the same manner as in Example 17, except that the lithium-sulfur secondary battery electrolyte (24) was used instead of the lithium-sulfur secondary battery electrolyte (17). This lithium-sulfur secondary battery is referred to as lithium-sulfur secondary battery (24).

リチウム硫黄二次電池(24)を対象として、前述した充放電試験(サイクル特性試験)の方法を用いて50サイクルの充放電を行い、各サイクルにおける放電容量および充電容量を測定し、容量維持率およびクーロン効率を算出した。その結果を表2および図11に示す。 The lithium-sulfur secondary battery (24) was subjected to 50 charge/discharge cycles using the method of the charge/discharge test (cycle characteristic test) described above, and the discharge capacity and charge capacity in each cycle were measured, and the capacity retention rate and coulombic efficiency were calculated. The results are shown in Table 2 and Figure 11.

[実施例25]
(リチウム硫黄二次電池用電解液の調製)
実施例13と同一の方法で調製した電解液に対して、FECを、当該FECの含有量が5重量%となるように添加したこと以外は、実施例19と同様の方法により、リチウム硫黄二次電池用電解液を得た。当該リチウム硫黄二次電池用電解液を、リチウム硫黄二次電池用電解液(25)とする。
[Example 25]
(Preparation of electrolyte for lithium-sulfur secondary battery)
An electrolyte solution for a lithium-sulfur secondary battery was obtained in the same manner as in Example 19, except that FEC was added to an electrolyte solution prepared in the same manner as in Example 13 so that the content of the FEC was 5% by weight. This electrolyte solution for a lithium-sulfur secondary battery was designated as electrolyte solution for a lithium-sulfur secondary battery (25).

(リチウム硫黄二次電池の製造)
リチウム硫黄二次電池用電解液(17)の代わりに、リチウム硫黄二次電池用電解液(25)を使用したこと以外は、実施例17と同様の方法により、リチウム硫黄二次電池を作製した。当該リチウム硫黄二次電池をリチウム硫黄二次電池(25)とする。
(Manufacturing lithium-sulfur secondary batteries)
A lithium-sulfur secondary battery was produced in the same manner as in Example 17, except that the lithium-sulfur secondary battery electrolyte (25) was used instead of the lithium-sulfur secondary battery electrolyte (17). This lithium-sulfur secondary battery is referred to as lithium-sulfur secondary battery (25).

リチウム硫黄二次電池(25)を対象として、前述した充放電試験(サイクル特性試験)の方法を用いて50サイクルの充放電を行い、各サイクルにおける放電容量および充電容量を測定し、容量維持率およびクーロン効率を算出した。その結果を表2および図11に示す。 The lithium-sulfur secondary battery (25) was subjected to 50 charge/discharge cycles using the charge/discharge test (cycle characteristic test) method described above, and the discharge capacity and charge capacity in each cycle were measured, and the capacity retention rate and coulombic efficiency were calculated. The results are shown in Table 2 and Figure 11.

[実施例26]
(リチウム硫黄二次電池用電解液の調製)
実施例13と同一の方法で調製した電解液に対して、CLECを、当該CLECの含有量が5重量%となるように添加したこと以外は、実施例20と同様の方法により、リチウム硫黄二次電池用電解液を得た。当該リチウム硫黄二次電池用電解液を、リチウム硫黄二次電池用電解液(26)とする。
[Example 26]
(Preparation of electrolyte for lithium-sulfur secondary battery)
An electrolyte solution for a lithium-sulfur secondary battery was obtained in the same manner as in Example 20, except that CLEC was added to an electrolyte solution prepared in the same manner as in Example 13 so that the content of the CLEC was 5 wt %. This electrolyte solution for a lithium-sulfur secondary battery is designated as electrolyte solution for a lithium-sulfur secondary battery (26).

(リチウム硫黄二次電池の製造)
リチウム硫黄二次電池用電解液(17)の代わりに、リチウム硫黄二次電池用電解液(26)を使用したこと以外は、実施例17と同様の方法により、リチウム硫黄二次電池を作製した。当該リチウム硫黄二次電池をリチウム硫黄二次電池(26)とする。
(Manufacturing lithium-sulfur secondary batteries)
A lithium-sulfur secondary battery was produced in the same manner as in Example 17, except that the lithium-sulfur secondary battery electrolyte (26) was used instead of the lithium-sulfur secondary battery electrolyte (17). This lithium-sulfur secondary battery is referred to as lithium-sulfur secondary battery (26).

リチウム硫黄二次電池(26)を対象として、前述した充放電試験(サイクル特性試験)の方法を用いて50サイクルの充放電を行い、各サイクルにおける放電容量および充電容量を測定し、容量維持率およびクーロン効率を算出した。その結果を表2および図11に示す。 The lithium-sulfur secondary battery (26) was subjected to 50 charge/discharge cycles using the method of the charge/discharge test (cycle characteristic test) described above, and the discharge capacity and charge capacity in each cycle were measured, and the capacity retention rate and coulombic efficiency were calculated. The results are shown in Table 2 and Figure 11.

[実施例27]
(リチウム硫黄二次電池用電解液の調製、リチウム硫黄二次電池の製造)
実施例17と同一の方法により、リチウム硫黄二次電池用電解液の調製、および、当該リチウム硫黄二次電池用電解液を用いたリチウム硫黄二次電池の作製を実施し、リチウム硫黄二次電池を得た。当該リチウム硫黄二次電池をリチウム硫黄二次電池(27)とする。
[Example 27]
(Preparation of electrolyte for lithium-sulfur secondary battery, manufacturing of lithium-sulfur secondary battery)
The lithium-sulfur secondary battery was obtained by preparing an electrolyte solution for a lithium-sulfur secondary battery and fabricating a lithium-sulfur secondary battery using the electrolyte solution for a lithium-sulfur secondary battery in the same manner as in Example 17. The lithium-sulfur secondary battery was designated as lithium-sulfur secondary battery (27).

リチウム硫黄二次電池(27)を対象として、前述した高レートの充放電試験(サイクル特性試験)の方法を用いて50サイクルの充放電を行い、各サイクルにおける放電容量および充電容量を測定し、容量維持率を算出した。その結果を表2および図16に示す。 The lithium-sulfur secondary battery (27) was subjected to 50 charge/discharge cycles using the method of the high-rate charge/discharge test (cycle characteristic test) described above, and the discharge capacity and charge capacity in each cycle were measured and the capacity retention rate was calculated. The results are shown in Table 2 and Figure 16.

[実施例28]
(リチウム硫黄二次電池用電解液の調製、リチウム硫黄二次電池の製造)
実施例19と同一の方法により、リチウム硫黄二次電池用電解液の調製、および、当該リチウム硫黄二次電池用電解液を用いたリチウム硫黄二次電池の作製を実施し、リチウム硫黄二次電池を得た。当該リチウム硫黄二次電池をリチウム硫黄二次電池(28)とする。
[Example 28]
(Preparation of electrolyte for lithium-sulfur secondary battery, manufacturing of lithium-sulfur secondary battery)
The lithium-sulfur secondary battery was obtained by preparing an electrolyte solution for a lithium-sulfur secondary battery and fabricating a lithium-sulfur secondary battery using the electrolyte solution for a lithium-sulfur secondary battery in the same manner as in Example 19. The lithium-sulfur secondary battery was designated as lithium-sulfur secondary battery (28).

リチウム硫黄二次電池(28)を対象として、前述した高レートの充放電試験(サイクル特性試験)の方法を用いて50サイクルの充放電を行い、各サイクルにおける放電容量および充電容量を測定し、容量維持率を算出した。その結果を表2および図16に示す。 The lithium-sulfur secondary battery (28) was subjected to 50 charge/discharge cycles using the method of the high-rate charge/discharge test (cycle characteristic test) described above, and the discharge capacity and charge capacity in each cycle were measured and the capacity retention rate was calculated. The results are shown in Table 2 and Figure 16.

[実施例29]
(リチウム硫黄二次電池用電解液の調製、リチウム硫黄二次電池の製造)
実施例20と同一の方法により、リチウム硫黄二次電池用電解液の調製、および、当該リチウム硫黄二次電池用電解液を用いたリチウム硫黄二次電池の作製を実施し、リチウム硫黄二次電池を得た。当該リチウム硫黄二次電池をリチウム硫黄二次電池(29)とする。
[Example 29]
(Preparation of electrolyte for lithium-sulfur secondary battery, manufacturing of lithium-sulfur secondary battery)
The lithium-sulfur secondary battery was obtained by preparing an electrolyte solution for a lithium-sulfur secondary battery and fabricating a lithium-sulfur secondary battery using the electrolyte solution for a lithium-sulfur secondary battery in the same manner as in Example 20. The lithium-sulfur secondary battery was designated as lithium-sulfur secondary battery (29).

リチウム硫黄二次電池(29)を対象として、前述した高レートの充放電試験(サイクル特性試験)の方法を用いて50サイクルの充放電を行い、各サイクルにおける放電容量および充電容量を測定し、容量維持率を算出した。その結果を表2および図16に示す。 The lithium-sulfur secondary battery (29) was subjected to 50 charge/discharge cycles using the method of the high-rate charge/discharge test (cycle characteristic test) described above, and the discharge capacity and charge capacity in each cycle were measured and the capacity retention rate was calculated. The results are shown in Table 2 and Figure 16.

[実施例30]
(リチウム硫黄二次電池用電解液の調製)
実施例17と同一の方法により、リチウム硫黄二次電池用電解液を調製した。当該電解液を、リチウム硫黄二次電池用電解液(30)とする。
[Example 30]
(Preparation of electrolyte for lithium-sulfur secondary battery)
An electrolyte solution for a lithium-sulfur secondary battery was prepared in the same manner as in Example 17. This electrolyte solution was designated as an electrolyte solution for a lithium-sulfur secondary battery (30).

(リチウム硫黄二次電池の製造)
リチウム硫黄二次電池用電解液(1)の代わりにリチウム硫黄二次電池用電解液(30)を使用したこと以外は、実施例1と同様の方法により、リチウム硫黄二次電池を作製した。当該リチウム硫黄二次電池をリチウム硫黄二次電池(30)とする。
(Manufacturing lithium-sulfur secondary batteries)
A lithium-sulfur secondary battery was produced in the same manner as in Example 1, except that the lithium-sulfur secondary battery electrolyte (30) was used instead of the lithium-sulfur secondary battery electrolyte (1). This lithium-sulfur secondary battery is referred to as lithium-sulfur secondary battery (30).

リチウム硫黄二次電池(30)を対象として、前述した低温での充放電試験(サイクル特性試験)の方法を用いて100サイクルの充放電を行い、各サイクルにおける放電容量および充電容量を測定し、容量維持率およびクーロン効率を算出した。その結果を表2および図17に示す。 The lithium-sulfur secondary battery (30) was subjected to 100 charge/discharge cycles using the method of the low-temperature charge/discharge test (cycle characteristic test) described above, and the discharge capacity and charge capacity in each cycle were measured, and the capacity retention rate and coulombic efficiency were calculated. The results are shown in Table 2 and Figure 17.

[実施例31]
(リチウム硫黄二次電池用電解液の調製)
実施例19と同一の方法により、リチウム硫黄二次電池用電解液を調製した。当該電解液を、リチウム硫黄二次電池用電解液(31)とする。
[Example 31]
(Preparation of electrolyte for lithium-sulfur secondary battery)
An electrolyte solution for a lithium-sulfur secondary battery was prepared in the same manner as in Example 19. This electrolyte solution was designated as an electrolyte solution for a lithium-sulfur secondary battery (31).

(リチウム硫黄二次電池の製造)
リチウム硫黄二次電池用電解液(1)の代わりにリチウム硫黄二次電池用電解液(31)を使用したこと以外は、実施例1と同様の方法により、リチウム硫黄二次電池を作製した。当該リチウム硫黄二次電池をリチウム硫黄二次電池(31)とする。
(Manufacturing lithium-sulfur secondary batteries)
A lithium-sulfur secondary battery was produced in the same manner as in Example 1, except that the lithium-sulfur secondary battery electrolyte (31) was used instead of the lithium-sulfur secondary battery electrolyte (1). This lithium-sulfur secondary battery is referred to as lithium-sulfur secondary battery (31).

リチウム硫黄二次電池(31)を対象として、前述した低温での充放電試験(サイクル特性試験)の方法を用いて100サイクルの充放電を行い、各サイクルにおける放電容量および充電容量を測定し、容量維持率およびクーロン効率を算出した。その結果を表2および図17に示す。 The lithium-sulfur secondary battery (31) was subjected to 100 charge/discharge cycles using the method of the low-temperature charge/discharge test (cycle characteristic test) described above, and the discharge capacity and charge capacity in each cycle were measured, and the capacity retention rate and coulombic efficiency were calculated. The results are shown in Table 2 and Figure 17.

[実施例32]
(リチウム硫黄二次電池用電解液の調製)
実施例17と同一の方法により、リチウム硫黄二次電池用電解液を調製した。当該電解液を、リチウム硫黄二次電池用電解液(32)とする。
[Example 32]
(Preparation of electrolyte for lithium-sulfur secondary battery)
An electrolyte solution for a lithium-sulfur secondary battery was prepared in the same manner as in Example 17. This electrolyte solution is designated as an electrolyte solution for a lithium-sulfur secondary battery (32).

(リチウム硫黄二次電池の製造)
リチウム硫黄二次電池用電解液(1)の代わりにリチウム硫黄二次電池用電解液(32)を使用したこと以外は、実施例1と同様の方法により、リチウム硫黄二次電池を作製した。当該リチウム硫黄二次電池をリチウム硫黄二次電池(32)とする。
(Manufacturing lithium-sulfur secondary batteries)
A lithium-sulfur secondary battery was produced in the same manner as in Example 1, except that the lithium-sulfur secondary battery electrolyte (32) was used instead of the lithium-sulfur secondary battery electrolyte (1). This lithium-sulfur secondary battery is referred to as lithium-sulfur secondary battery (32).

リチウム硫黄二次電池(32)を対象として、前述した高温かつ低レートでの充放電試験(サイクル特性試験)の方法を用いて30サイクルの充放電を行い、各サイクルにおける放電容量および充電容量を測定し、容量維持率およびクーロン効率を算出した。その結果を表2および図18に示す。 The lithium-sulfur secondary battery (32) was subjected to 30 charge/discharge cycles using the method of the high-temperature, low-rate charge/discharge test (cycle characteristic test) described above, and the discharge capacity and charge capacity in each cycle were measured, and the capacity retention rate and coulombic efficiency were calculated. The results are shown in Table 2 and Figure 18.

[実施例33]
(リチウム硫黄二次電池用電解液の調製)
実施例25と同一の方法により、リチウム硫黄二次電池用電解液を調製した。当該電解液を、リチウム硫黄二次電池用電解液(33)とする。
[Example 33]
(Preparation of electrolyte for lithium-sulfur secondary battery)
An electrolyte solution for lithium-sulfur secondary batteries was prepared in the same manner as in Example 25. This electrolyte solution was designated as an electrolyte solution for lithium-sulfur secondary batteries (33).

(リチウム硫黄二次電池の製造)
リチウム硫黄二次電池用電解液(1)の代わりにリチウム硫黄二次電池用電解液(33)を使用したこと以外は、実施例1と同様の方法により、リチウム硫黄二次電池を作製した。当該リチウム硫黄二次電池をリチウム硫黄二次電池(33)とする。
(Manufacturing lithium-sulfur secondary batteries)
A lithium-sulfur secondary battery was produced in the same manner as in Example 1, except that the lithium-sulfur secondary battery electrolyte (33) was used instead of the lithium-sulfur secondary battery electrolyte (1). This lithium-sulfur secondary battery is referred to as lithium-sulfur secondary battery (33).

リチウム硫黄二次電池(33)を対象として、前述した高温かつ低レートでの充放電試験(サイクル特性試験)の方法を用いて30サイクルの充放電を行い、各サイクルにおける放電容量および充電容量を測定し、容量維持率およびクーロン効率を算出した。その結果を表2および図18に示す。 The lithium-sulfur secondary battery (33) was subjected to 30 charge/discharge cycles using the method of the high-temperature, low-rate charge/discharge test (cycle characteristic test) described above, and the discharge capacity and charge capacity in each cycle were measured, and the capacity retention rate and coulombic efficiency were calculated. The results are shown in Table 2 and Figure 18.

[実施例34]
(リチウム硫黄二次電池用電解液の調製、リチウム硫黄二次電池の製造)
実施例33と同一の方法により、リチウム硫黄二次電池用電解液の調製、および、当該リチウム硫黄二次電池用電解液を用いたリチウム硫黄二次電池の作製を実施し、リチウム硫黄二次電池を得た。当該リチウム硫黄二次電池をリチウム硫黄二次電池(34)とする。
[Example 34]
(Preparation of electrolyte for lithium-sulfur secondary battery, manufacturing of lithium-sulfur secondary battery)
The lithium-sulfur secondary battery was obtained by preparing an electrolyte solution for a lithium-sulfur secondary battery and fabricating a lithium-sulfur secondary battery using the electrolyte solution for a lithium-sulfur secondary battery in the same manner as in Example 33. The lithium-sulfur secondary battery was designated as lithium-sulfur secondary battery (34).

リチウム硫黄二次電池(34)を対象として、前述した高温かつ高レートでの充放電試験(サイクル特性試験)の方法を用いて30サイクルの充放電を行い、各サイクルにおける放電容量および充電容量を測定し、容量維持率およびクーロン効率を算出した。その結果を表2および図18に示す。 The lithium-sulfur secondary battery (34) was subjected to 30 charge/discharge cycles using the method of the high-temperature and high-rate charge/discharge test (cycle characteristic test) described above, and the discharge capacity and charge capacity in each cycle were measured, and the capacity retention rate and coulombic efficiency were calculated. The results are shown in Table 2 and Figure 18.

[結果] [Results]

表1および図1~7に示すとおり、実施例1~5および7~16で作製したリチウム硫黄二次電池は、少なくとも30サイクルまでは短絡は発生せず、かつ、10サイクル目の容量維持率が、比較例1および3で作製したリチウム硫黄二次電池よりも高い。また、実施例6で作製したリチウム硫黄二次電池は、少なくとも50サイクルまでは短絡は発生せず、かつ、10サイクル目の容量維持率が、比較例1で作製したリチウム硫黄二次電池よりも高い。なお、比較例2および5で作製したリチウム硫黄二次電池は、10サイクルに達する前に短絡が発生したため、リチウム硫黄二次電池として不適である。また、比較例4で作製したリチウム硫黄二次電池は、10サイクルの容量維持率は98.8%と高いものの、30サイクルに達する前に短絡が発生したため、リチウム硫黄二次電池として不適である。 As shown in Table 1 and Figures 1 to 7, the lithium-sulfur secondary batteries produced in Examples 1 to 5 and 7 to 16 did not short-circuit until at least 30 cycles, and the capacity retention rate at the 10th cycle was higher than that of the lithium-sulfur secondary batteries produced in Comparative Examples 1 and 3. The lithium-sulfur secondary battery produced in Example 6 did not short-circuit until at least 50 cycles, and the capacity retention rate at the 10th cycle was higher than that of the lithium-sulfur secondary battery produced in Comparative Example 1. The lithium-sulfur secondary batteries produced in Comparative Examples 2 and 5 were not suitable as lithium-sulfur secondary batteries because they short-circuited before reaching 10 cycles. The lithium-sulfur secondary battery produced in Comparative Example 4 had a high capacity retention rate at 10 cycles of 98.8%, but was not suitable as a lithium-sulfur secondary battery because they short-circuited before reaching 30 cycles.

実施例1~14および16で作製したリチウム硫黄二次電池は、30サイクル目の容量維持率が、比較例1および3で作製したリチウム硫黄二次電池よりも高い。 The lithium-sulfur secondary batteries produced in Examples 1 to 14 and 16 have a higher capacity retention rate at the 30th cycle than the lithium-sulfur secondary batteries produced in Comparative Examples 1 and 3.

また、実施例1、4、5、7~10、13および14で作製したリチウム硫黄二次電池は、50サイクル目の容量維持率が、比較例1および3で作製したリチウム硫黄二次電池よりも高い。 In addition, the lithium-sulfur secondary batteries prepared in Examples 1, 4, 5, 7 to 10, 13, and 14 have a higher capacity retention rate at the 50th cycle than the lithium-sulfur secondary batteries prepared in Comparative Examples 1 and 3.

さらに、実施例2、6および11で作製したリチウム硫黄二次電池は、50サイクル目の容量維持率が、比較例3で作製したリチウム硫黄二次電池よりも高い。 Furthermore, the lithium-sulfur secondary batteries prepared in Examples 2, 6, and 11 have a higher capacity retention rate at the 50th cycle than the lithium-sulfur secondary battery prepared in Comparative Example 3.

また、実施例7~9、13および14で作製したリチウム硫黄二次電池は、100サイクル目の容量維持率が、比較例1で作製したリチウム硫黄二次電池よりも高い。 In addition, the lithium-sulfur secondary batteries produced in Examples 7 to 9, 13, and 14 have a higher capacity retention rate at the 100th cycle than the lithium-sulfur secondary battery produced in Comparative Example 1.

従って、本発明の非水電解液を備えるリチウム硫黄二次電池は、従来の非水電解液を備えるリチウム硫黄二次電池と比較して、充放電サイクルを繰り返した際の放電容量が向上し、理論容量により近い値となることが分かった。 Therefore, it was found that the lithium-sulfur secondary battery equipped with the nonaqueous electrolyte of the present invention has an improved discharge capacity when subjected to repeated charge-discharge cycles, and is closer to the theoretical capacity, compared to a lithium-sulfur secondary battery equipped with a conventional nonaqueous electrolyte.

また、実施例7~13と、実施例1~3との比較から、本発明の電解液における電解質の濃度が同程度である場合、LiDFOB等のハロゲンを含むリチウム塩を添加剤aとしてさらに含有することにより、前記放電容量をより向上させることができることが分かった。さらに、実施例14から、添加剤aとしてLiPFを含有する電解液が、ハロゲンを含むリチウム塩を含有する電解液と同様に、前記放電容量をより向上させることができることが分かった。 In addition, from a comparison between Examples 7 to 13 and Examples 1 to 3, it was found that when the electrolyte concentration in the electrolyte solution of the present invention is about the same, the discharge capacity can be further improved by further containing a lithium salt containing a halogen such as LiDFOB as an additive a. Furthermore, from Example 14, it was found that the electrolyte solution containing LiPF 6 as additive a can further improve the discharge capacity, similar to the electrolyte solution containing a lithium salt containing a halogen.

加えて、図7を参照すると、実施例15および16で作製したリチウム硫黄二次電池は、実施例13で作製したリチウム硫黄二次電池と比較して、クーロン効率は低く、充放電の効率が低い。また、30サイクルの容量維持率も、実施例13の方が、実施例15および16よりも高い。 In addition, referring to FIG. 7, the lithium-sulfur secondary batteries prepared in Examples 15 and 16 have lower Coulombic efficiency and lower charge/discharge efficiency compared to the lithium-sulfur secondary battery prepared in Example 13. Also, the capacity retention rate at 30 cycles is higher in Example 13 than in Examples 15 and 16.

よって、本発明の電解液が高溶解性エーテル系溶媒と、低溶解性エーテル系溶媒の混合溶媒である場合、前記高溶解性エーテル系溶媒:前記低溶解性エーテル系溶媒の体積比率が5:5であることが特に好ましいことが分かった。 Therefore, when the electrolyte of the present invention is a mixed solvent of a high-solubility ether-based solvent and a low-solubility ether-based solvent, it is found that a volume ratio of the high-solubility ether-based solvent to the low-solubility ether-based solvent of 5:5 is particularly preferable.

表2および図9~11に示す通り、実施例17~26で作製したリチウム硫黄二次電池は、少なくとも30サイクルまでは短絡は発生せず、かつ、約25サイクル程度までは、その容量維持率が、良好な範囲を維持している。 As shown in Table 2 and Figures 9 to 11, the lithium-sulfur secondary batteries prepared in Examples 17 to 26 did not short-circuit for at least 30 cycles, and their capacity retention rate remained within a good range for up to about 25 cycles.

化合物(1)および化合物(2)からなる群より選ばれる1種以上の化合物を添加物bとして使用した実施例18~26で作製したリチウム硫黄二次電池は、実施例17で作製したリチウム硫黄二次電池と比較して、その容量維持率を良好な範囲に維持できる期間(サイクル数)がより長い傾向がある。 The lithium-sulfur secondary batteries prepared in Examples 18 to 26 using one or more compounds selected from the group consisting of compound (1) and compound (2) as additive b tend to maintain their capacity retention rate in a good range for a longer period (number of cycles) compared to the lithium-sulfur secondary battery prepared in Example 17.

図12および図13に示す通り、化合物(2)に該当するFECを添加物bとして使用した実施例19で作製したリチウム硫黄二次電池は、実施例17で作製したリチウム硫黄二次電池と比較して、充放電サイクルを繰り返した際の抵抗の増加がより低減されている。 As shown in Figures 12 and 13, the lithium-sulfur secondary battery prepared in Example 19, in which FEC corresponding to compound (2) was used as additive b, exhibited a smaller increase in resistance during repeated charge-discharge cycles than the lithium-sulfur secondary battery prepared in Example 17.

図14および図15の記載から、化合物(2)に該当するFECを添加物bとして使用した実施例19で作製したリチウム硫黄二次電池には、充放電サイクルを繰り返した際に、正極表面に、FECの還元生成物を含む被膜が形成されていることが理解できる。 From the descriptions in Figures 14 and 15, it can be seen that in the lithium-sulfur secondary battery produced in Example 19, in which FEC corresponding to compound (2) was used as additive b, a coating containing a reduction product of FEC was formed on the positive electrode surface when the charge-discharge cycle was repeated.

従って、本発明の非水電解液を備えるリチウム硫黄二次電池は、従来の非水電解液を備えるリチウム硫黄二次電池と比較して、充放電サイクルを繰り返した際の放電容量を、良好な範囲に長期間維持することができると言える。また、化合物(1)および化合物(2)からなる群より選ばれる1種以上の化合物を添加剤bとして含む本発明の非水電解液を備えるリチウム硫黄二次電池は、正極表面に形成される前記被膜により、充放電サイクルを繰り返す際の抵抗の増大が低減される。そのことから、前記添加剤bを含む前記リチウム硫黄二次電池は、前記放電容量を良好な範囲に維持できる期間をより長期間とすることができ、サイクル特性により優れることが分かった。 Therefore, it can be said that the lithium-sulfur secondary battery having the nonaqueous electrolyte of the present invention can maintain the discharge capacity in a good range for a long period of time when the charge-discharge cycle is repeated, compared with the lithium-sulfur secondary battery having a conventional nonaqueous electrolyte. In addition, in the lithium-sulfur secondary battery having the nonaqueous electrolyte of the present invention containing one or more compounds selected from the group consisting of compound (1) and compound (2) as additive b, the increase in resistance when the charge-discharge cycle is repeated is reduced due to the coating formed on the positive electrode surface. Therefore, it was found that the lithium-sulfur secondary battery containing additive b can maintain the discharge capacity in a good range for a longer period of time, and has superior cycle characteristics.

表2および図16に示す通り、実施例27~29で作製したリチウム硫黄二次電池は、高レート(0.3/0.3C)で充放電サイクルを繰り返した場合でも、少なくとも30サイクルまでは、短絡は発生せず、かつ、その容量維持率が、良好な範囲を維持している。また、化合物(2)を添加物bとした実施例28および29で作製したリチウム硫黄二次電池は、実施例27で作製したリチウム硫黄二次電池と比較して、その容量維持率を良好な範囲に維持できる期間(サイクル数)がより長い。 As shown in Table 2 and FIG. 16, the lithium-sulfur secondary batteries prepared in Examples 27 to 29 did not short-circuit and maintained their capacity retention rate in a good range for at least 30 cycles, even when repeatedly charged and discharged at a high rate (0.3/0.3C). Furthermore, the lithium-sulfur secondary batteries prepared in Examples 28 and 29 using compound (2) as additive b maintained their capacity retention rate in a good range for a longer period (number of cycles) compared to the lithium-sulfur secondary battery prepared in Example 27.

従って、本発明の非水電解液を備えるリチウム硫黄二次電池は、高レートで充放電サイクルを繰り返した場合でも、従来の非水電解液を備えるリチウム硫黄二次電池と比較して、充放電サイクルを繰り返した際の放電容量を良好な範囲に長期間維持することができると言える。また、化合物(1)および化合物(2)からなる群より選ばれる1種以上の化合物を添加剤bとして含む本発明の非水電解液を備えるリチウム硫黄二次電池は、高レートで充放電サイクルを繰り返した場合でも、前記放電容量を良好な範囲に維持できる期間をより長期間とすることができ、サイクル特性により優れることが分かった。 Therefore, it can be said that the lithium-sulfur secondary battery comprising the nonaqueous electrolyte of the present invention can maintain the discharge capacity in a good range for a long period of time when the charge-discharge cycle is repeated, even when the charge-discharge cycle is repeated at a high rate, compared to a lithium-sulfur secondary battery comprising a conventional nonaqueous electrolyte. In addition, it was found that the lithium-sulfur secondary battery comprising the nonaqueous electrolyte of the present invention containing one or more compounds selected from the group consisting of compound (1) and compound (2) as additive b can maintain the discharge capacity in a good range for a longer period of time, even when the charge-discharge cycle is repeated at a high rate, and has superior cycle characteristics.

表2および図17に示す通り、実施例30および31で作製したリチウム硫黄二次電池は、低温(0℃)の環境下で充放電サイクルを100サイクル繰り返した場合でも、短絡は発生せず、かつ、その容量維持率が、良好な範囲を維持している。 As shown in Table 2 and Figure 17, the lithium-sulfur secondary batteries prepared in Examples 30 and 31 did not short circuit even after 100 charge-discharge cycles in a low-temperature (0°C) environment, and their capacity retention rate remained within a good range.

従って、本発明の非水電解液を備えるリチウム硫黄二次電池は、低温環境下で充放電サイクルを繰り返す場合でも、従来の非水電解液を備えるリチウム硫黄二次電池と比較して、放電容量を良好な範囲に長期間維持することができると言える。 Therefore, it can be said that the lithium-sulfur secondary battery equipped with the nonaqueous electrolyte of the present invention can maintain the discharge capacity in a good range for a long period of time, even when the charge-discharge cycle is repeated in a low-temperature environment, compared to the lithium-sulfur secondary battery equipped with a conventional nonaqueous electrolyte.

表2および図18に示す通り、実施例32~34で作製したリチウム硫黄二次電池は、高温(60℃)の環境下で充放電サイクルを繰り返した場合でも、約20サイクルまでは、短絡は発生せず、かつ、その容量維持率が、良好な範囲を維持している。また、化合物(2)を添加物bとした実施例33および34で作製したリチウム硫黄二次電池は、実施例32で作製したリチウム硫黄二次電池と比較して、その容量維持率を良好な範囲に維持できる期間(サイクル数)がより長い。 As shown in Table 2 and FIG. 18, the lithium-sulfur secondary batteries prepared in Examples 32 to 34 did not short-circuit for up to about 20 cycles even when repeatedly charged and discharged in a high-temperature (60°C) environment, and their capacity retention rate was maintained within a good range. Furthermore, the lithium-sulfur secondary batteries prepared in Examples 33 and 34 using compound (2) as additive b maintained their capacity retention rate within a good range for a longer period (number of cycles) compared to the lithium-sulfur secondary battery prepared in Example 32.

従って、本発明の非水電解液を備えるリチウム硫黄二次電池は、高温環境下で充放電サイクルを繰り返す場合でも、従来の非水電解液を備えるリチウム硫黄二次電池と比較して、放電容量を良好な範囲に長期間維持することができると言える。また、化合物(1)および化合物(2)からなる群より選ばれる1種以上の化合物を添加剤bとして含む本発明の非水電解液を備えるリチウム硫黄二次電池は、高温環境下で充放電サイクルを繰り返した場合でも、前記放電容量を良好な範囲に維持できる期間をより長期間とすることができ、サイクル特性により優れると言える。 Therefore, it can be said that a lithium-sulfur secondary battery having the nonaqueous electrolyte of the present invention can maintain the discharge capacity in a good range for a long period of time, even when charge-discharge cycles are repeated in a high-temperature environment, compared to a lithium-sulfur secondary battery having a conventional nonaqueous electrolyte. In addition, a lithium-sulfur secondary battery having the nonaqueous electrolyte of the present invention containing one or more compounds selected from the group consisting of compound (1) and compound (2) as additive b can maintain the discharge capacity in a good range for a longer period of time, even when charge-discharge cycles are repeated in a high-temperature environment, and can be said to have superior cycle characteristics.

以上のことから、本発明の非水電解液は、硫黄の担持量が多い正極を備え、かつ、放電容量が理論容量により近い値となるリチウム硫黄二次電池の製造に利用可能であるという効果を奏することが分かった。 From the above, it has been found that the nonaqueous electrolyte of the present invention has the effect of being usable in the manufacture of lithium-sulfur secondary batteries that have a positive electrode with a high sulfur loading and a discharge capacity that is closer to the theoretical capacity.

また、本発明の非水電解液は、低温および高温の環境下であっても放電容量に優れるリチウム硫黄二次電池の製造に利用することができる。 In addition, the nonaqueous electrolyte of the present invention can be used to manufacture lithium-sulfur secondary batteries that have excellent discharge capacity even in low-temperature and high-temperature environments.

さらに、化合物(1)および化合物(2)からなる群より選ばれる1種以上の化合物を添加剤bとして含む本発明の非水電解液は、放電容量を良好な範囲により長期間維持でき、サイクル特性により優れるリチウム硫黄二次電池の製造に利用することができる。 Furthermore, the nonaqueous electrolyte of the present invention, which contains one or more compounds selected from the group consisting of compound (1) and compound (2) as additive b, can maintain the discharge capacity in a good range for a long period of time and can be used to manufacture a lithium-sulfur secondary battery with excellent cycle characteristics.

本発明の一実施形態に係るリチウム硫黄二次電池用電解液は、硫黄の担持量が多い正極を備え、かつ、充放電サイクルを繰り返した際の放電容量が理論容量(1672mAhg-1)により近い値となるリチウム硫黄二次電池の製造に利用することができる。 The electrolyte for a lithium-sulfur secondary battery according to one embodiment of the present invention can be used to manufacture a lithium-sulfur secondary battery having a positive electrode with a high sulfur loading and a discharge capacity that is closer to the theoretical capacity (1672 mAhg −1 ) after repeated charge-discharge cycles.

Claims (8)

電解質および溶媒を含むリチウム硫黄二次電池用電解液であって、
前記電解質は、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミドおよび/またはヘキサフルオロリン酸リチウムであり、
前記溶媒は、2種類以上のエーテル系溶媒を含む、リチウム硫黄二次電池用電解液。
An electrolyte solution for a lithium-sulfur secondary battery comprising an electrolyte and a solvent,
the electrolyte is lithium bis(fluorosulfonyl)imide and/or lithium hexafluorophosphate;
The solvent includes two or more kinds of ether solvents.
前記電解質の濃度は、前記溶媒1.0Lに対して4.0mol以下である、請求項1に記載のリチウム硫黄二次電池用電解液。 The electrolyte solution for lithium-sulfur secondary batteries according to claim 1, wherein the concentration of the electrolyte is 4.0 mol or less per 1.0 L of the solvent. 前記溶媒が、高溶解性エーテル系溶媒と、低溶解性エーテル系溶媒とを含み、
前記高溶解性エーテル系溶媒:前記低溶解性エーテル系溶媒の体積比率が、5:5~7:3である、請求項1に記載のリチウム硫黄二次電池用電解液。
the solvent comprises a high-solubility ether-based solvent and a low-solubility ether-based solvent,
2. The electrolyte for lithium-sulfur secondary batteries according to claim 1, wherein a volume ratio of the highly soluble ether-based solvent to the poorly soluble ether-based solvent is 5:5 to 7:3.
前記電解質および前記溶媒以外に、ハロゲンを含むリチウム塩を含む添加剤aをさらに含む、請求項1に記載のリチウム硫黄二次電池用電解液。 The electrolyte for a lithium-sulfur secondary battery according to claim 1, further comprising an additive a containing a lithium salt containing a halogen, in addition to the electrolyte and the solvent. 前記電解質および前記溶媒以外に、以下の構造式(1)で表される化合物および以下の構造式(2)で表される化合物からなる群より選ばれる1種以上の化合物を含む添加剤bをさらに含む、請求項1~4のいずれか1項に記載のリチウム硫黄二次電池用電解液。
Figure 2024066468000008
(構造式(1)中、RおよびRは、それぞれ独立して、水素、ハロゲン、アルキルおよびアルコキシからなる群より選択される基である。)
(構造式(2)中、RおよびRは、それぞれ独立して、水素、ハロゲン、アルキルおよびアルコキシからなる群より選択される基である。)
The electrolyte for a lithium-sulfur secondary battery according to any one of claims 1 to 4, further comprising an additive b containing one or more compounds selected from the group consisting of a compound represented by the following structural formula (1) and a compound represented by the following structural formula (2), in addition to the electrolyte and the solvent.
Figure 2024066468000008
(In structural formula (1), R 1 and R 2 are each independently a group selected from the group consisting of hydrogen, halogen, alkyl, and alkoxy.)
(In structural formula (2), R 1 and R 2 are each independently a group selected from the group consisting of hydrogen, halogen, alkyl, and alkoxy.)
前記添加剤bが、ビニレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネートおよびクロロエチレンカーボネートからなる群から1種以上選択される化合物を含む、請求項5に記載のリチウム硫黄二次電池用電解液。 The electrolyte for a lithium-sulfur secondary battery according to claim 5, wherein the additive b includes one or more compounds selected from the group consisting of vinylene carbonate, fluoroethylene carbonate, and chloroethylene carbonate. 前記溶媒が、1,2-ジメトキシエタンと、ハイドロフルオロエーテルとを含む、請求項1に記載のリチウム硫黄二次電池用電解液。 The electrolyte for lithium-sulfur secondary batteries according to claim 1, wherein the solvent contains 1,2-dimethoxyethane and hydrofluoroether. 請求項1に記載のリチウム硫黄二次電池用電解液を備える、リチウム硫黄二次電池。 A lithium-sulfur secondary battery comprising the electrolyte for lithium-sulfur secondary batteries according to claim 1.
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