JP4955951B2 - Lithium ion secondary battery - Google Patents

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Description

本発明は、有機溶媒等の非水溶媒に電解質を溶解してなる非水電解液を用いたリチウムイオン二次電池に関する。   The present invention relates to a lithium ion secondary battery using a nonaqueous electrolytic solution obtained by dissolving an electrolyte in a nonaqueous solvent such as an organic solvent.

非水系電解液を用いたリチウムイオン二次電池は、高電圧・高エネルギー密度が得られるだけでなく、小型・軽量化が図れるため、パソコンや携帯電話等の情報通信機器の関連分野ではすでに実用化されている。また、近年、環境問題や資源問題から電気自動車やハイブリッド電気自動車が注目を集めており、上記リチウムイオン二次電池は、電気自動車やハイブリッド電気自動車に搭載する電源としても用いられている。   Lithium ion secondary batteries using non-aqueous electrolytes not only provide high voltage and high energy density, but can also be reduced in size and weight, so they are already in practical use in information communication equipment such as personal computers and mobile phones. It has become. In recent years, electric vehicles and hybrid electric vehicles have attracted attention due to environmental problems and resource issues, and the lithium ion secondary battery is also used as a power source mounted on electric vehicles and hybrid electric vehicles.

リチウムイオン二次電池は、正極と、負極と、これらの正極及び負極間でリチウムイオンを移動させる非水電解液とを主要な構成としている。具体的には、例えば正極活物質としてリチウム遷移金属複合酸化物を含有する正極と、負極活物質として炭素材料を含有する負極と、有機溶媒に電解質としてのリチウム塩を溶解してなる非水電解液とを備えるリチウムイオン二次電池が用いられている。   A lithium ion secondary battery mainly includes a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte that moves lithium ions between the positive electrode and the negative electrode. Specifically, for example, a non-aqueous electrolysis in which a positive electrode containing a lithium transition metal composite oxide as a positive electrode active material, a negative electrode containing a carbon material as a negative electrode active material, and a lithium salt as an electrolyte dissolved in an organic solvent Lithium ion secondary batteries having a liquid are used.

電解質であるリチウム塩には、その電気伝導性の高さからLiPF6が用いられることが多い。また、正極としては、一般にLiCoO2、LiNiO2、LiMn24等の正極活物質を例えばアルミニウム集電体に塗工して得られるシート状の電極が用いられ、負極としては、一般に黒鉛やコークス等の負極活物質を例えば銅集電体に塗工して得られるシート状の電極が利用されている。リチウムイオン二次電池は、上述の正極及び負極を組み合わせ、アルミニウムやアルミネートフィルム等からなる電池ケース内に収納し、上記非水電解液を注入して作製することができる。このようなリチウムイオン二次電池は、単セルにおいて3〜4V級の高エネルギー密度を発揮することができる。 LiPF 6 is often used as the electrolyte lithium salt because of its high electrical conductivity. Further, as the positive electrode, a sheet-like electrode obtained by applying a positive electrode active material such as LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 to an aluminum current collector is generally used, and as the negative electrode, graphite or For example, a sheet-like electrode obtained by applying a negative electrode active material such as coke to a copper current collector is used. The lithium ion secondary battery can be manufactured by combining the above-described positive electrode and negative electrode, housed in a battery case made of aluminum, aluminate film, or the like, and injecting the non-aqueous electrolyte. Such a lithium ion secondary battery can exhibit a high energy density of 3 to 4 V class in a single cell.

上記のごとく高出力のリチウムイオン二次電池を構成する上では、高い電気伝導性を有するリチウム塩LiPF6を電解質の主成分とすることが必須条件となりつつある。
ところが、LiPF6は、二次電池の製造時又は使用中に電池内に侵入する微量の水分と反応し、HF(フッ化水素)を生成することが知られている(非特許文献1参照)。そして、生成したHFは、電池内の構成材料に悪影響を与え、出力や寿命等の電池特性を低下させるおそれがあった。
In constructing a high-power lithium ion secondary battery as described above, it is becoming an essential condition that the lithium salt LiPF 6 having high electrical conductivity is the main component of the electrolyte.
However, LiPF 6 is known to react with a small amount of moisture that enters the battery during the production or use of the secondary battery to generate HF (hydrogen fluoride) (see Non-Patent Document 1). . And the produced | generated HF had a bad influence on the constituent material in a battery, and there existed a possibility of reducing battery characteristics, such as an output and a lifetime.

具体的には、HFは、特に高温環境下等において、例えば集電体や電池ケース等のアルミニウムからなる電池部材を腐食してしまうおそれがあった。アルミニウムは両性金属であり、酸やアルカリに容易に侵されやすいからである。その結果、電池出力が低下したり、充放電を繰り返すことにより容易に電池容量が劣化してしまうおそれがあった。また、電池内にガスが発生し、電池ケースを破損させてしまうおそれがあった。   Specifically, HF may corrode battery members made of aluminum such as a current collector and a battery case, particularly in a high temperature environment. This is because aluminum is an amphoteric metal and is easily attacked by acids and alkalis. As a result, the battery output may be reduced, or the battery capacity may be easily deteriorated by repeated charging and discharging. In addition, gas may be generated in the battery, which may damage the battery case.

また、上記非水電解液を用いたリチウムイオン二次電池においては、電池が破損したり、何らかの原因によって電池内部における圧力が上昇し、電解液が漏洩した場合に、有機溶媒が引火燃焼する危険性がある。特に、自動車用電池等の用途においては、高温環境下での使用が避けられないため、引火の危険性を回避することが重要な課題となっている。
そこで、電解液に難燃性を付与する研究が進められている。具体的には、常温溶融塩を含有する非水電解液を用いたリチウムイオン二次電池が開発されている(特許文献1〜3参照)。
In addition, in a lithium ion secondary battery using the above non-aqueous electrolyte, there is a risk that the organic solvent will ignite and burn if the battery is damaged or the pressure inside the battery rises due to some cause and the electrolyte leaks. There is sex. In particular, in applications such as automobile batteries, use in a high-temperature environment is inevitable, so it is an important issue to avoid the risk of ignition.
Therefore, research for imparting flame retardancy to the electrolytic solution is underway. Specifically, lithium ion secondary batteries using a non-aqueous electrolyte containing a room temperature molten salt have been developed (see Patent Documents 1 to 3).

しかしながら、常温溶融塩を混合した電解液を用いたリチウムイオン二次電池は、実用上充分な耐久性を示すことができないという問題があった。即ち、常温溶融塩は還元耐久性が低いため、電解液中に常温溶融塩を含有するリチウムイオン二次電池は、充放電を繰り返し行うと、電池の内部抵抗が増大し、出力が低下するおそれがあった。   However, a lithium ion secondary battery using an electrolytic solution mixed with a room temperature molten salt has a problem that it cannot exhibit practically sufficient durability. In other words, since normal temperature molten salt has low reduction durability, a lithium ion secondary battery containing a normal temperature molten salt in the electrolyte solution may increase the internal resistance of the battery and decrease the output when it is repeatedly charged and discharged. was there.

特開2003−288939号公報JP 2003-288939 A 特開2003−203674号公報JP 2003-203694 A 特開2003−331918号公報JP 2003-331918 A 「ジャーナル オブ パワーソースィズ(Journal of Power Sources)」米国、エルセビア(ELSEVIER)、1997年、第68巻、p.91−98“Journal of Power Sources”, USA, ELSEVIER, 1997, Vol. 68, p. 91-98

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたものであって、優れた難燃性を有すると共に、充放電を繰り返し行っても高い出力を発揮できるリチウムイオン二次電池を提供しようとするものである。   The present invention has been made in view of such a conventional problem, and has an excellent flame retardancy and intends to provide a lithium ion secondary battery capable of exhibiting high output even when repeated charge and discharge are performed. Is.

本発明は、リチウムと遷移金属元素とを含む酸化物、又はポリアニオン系化合物を正極活物質として含有する正極と、リチウムの吸蔵・脱離が可能な炭素材料を負極活物質として含有する負極と、有機溶媒と常温溶融塩との混合溶媒に電解質を溶解してなる非水電解液とを有するリチウムイオン二次電池において、
上記常温溶融塩は、イミダゾリウム塩、ピロリジニウム塩、又は脂肪族第4級アンモニウム塩から選ばれる1種以上からなり、
上記混合溶媒は、上記有機溶媒20〜80vol%と上記常温溶融塩80〜20vol%とからなり、
上記電解質としては、少なくともLiPF6下記の式(2)〜(5)で表されるアニオン化合物の塩とを用いることを特徴とするリチウムイオン二次電池にある(請求項1)

Figure 0004955951
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Figure 0004955951
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The present invention includes a positive electrode containing an oxide containing lithium and a transition metal element or a polyanionic compound as a positive electrode active material, a negative electrode containing a carbon material capable of occluding and desorbing lithium as a negative electrode active material, In a lithium ion secondary battery having a non-aqueous electrolyte obtained by dissolving an electrolyte in a mixed solvent of an organic solvent and a room temperature molten salt,
The room temperature molten salt is composed of one or more selected from an imidazolium salt, a pyrrolidinium salt, or an aliphatic quaternary ammonium salt,
The mixed solvent consists of the organic solvent 20-80 vol% and the room temperature molten salt 80-20 vol%,
The electrolyte is a lithium ion secondary battery using at least LiPF 6 and a salt of an anion compound represented by the following formulas (2) to (5) (Claim 1) .
Figure 0004955951
Figure 0004955951
Figure 0004955951
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本発明のリチウムイオン二次電池において、上記非水電解液は、上記常温溶融塩を含有している。
そのため、上記非水電解液は、難燃性を示し、上記リチウムイオン二次電池の安全性を高めることができる。
In the lithium ion secondary battery of the present invention, the nonaqueous electrolytic solution contains the room temperature molten salt.
Therefore, the non-aqueous electrolyte exhibits flame retardancy and can improve the safety of the lithium ion secondary battery.

また、上記リチウムイオン二次電池において、上記非水電解液は、上記式(2)〜(5)で表される上記アニオン化合物を含有する。そして、該アニオン化合物は、上記電解質としてのLiPF6が水分等と反応することによって生じるHF(フッ化水素)を捕獲することができる。
そのため、HFが上記リチウムイオン二次電池の構成部材に悪影響を及ぼすことを抑制することができる。即ち、HFが上記リチウムイオン二次電池の内部抵抗を増大させ、電池寿命を低下させることを防止することができる。また、上記リチウムイオン二次電池内でガスが発生することを抑制することができる。
そのため、上記リチウムイオン二次電池は、充放電を繰り返しても、高い出力を発揮することができる。
また、HFによる内部抵抗の増大やガスの発生は高温環境下において特に顕著に起こりやすいが、上記リチウムイオン二次電池においては、高温環境下においてもHFによる内部抵抗の増大やガスの発生を抑制することができる。
In the lithium ion secondary battery, the non-aqueous electrolyte contains the anionic compound represented by the above formulas (2) to (5) . The anionic compound can capture HF (hydrogen fluoride) generated by the reaction of LiPF 6 as the electrolyte with moisture or the like.
Therefore, it can suppress that HF exerts a bad influence on the structural member of the said lithium ion secondary battery. That is, it is possible to prevent HF from increasing the internal resistance of the lithium ion secondary battery and reducing the battery life. Moreover, generation of gas in the lithium ion secondary battery can be suppressed.
Therefore, the lithium ion secondary battery can exhibit high output even when charging and discharging are repeated.
In addition, the increase in internal resistance and gas generation due to HF are particularly likely to occur in a high-temperature environment. However, in the lithium ion secondary battery, the increase in internal resistance and gas generation due to HF are suppressed even in a high-temperature environment. can do.

また、上記アニオン化合物は、上記常温溶融塩を含有する上記非水電解液においても、上記のごとく内部抵抗の上昇を抑制することができる。そのため、上記リチウムイオン二次電池は、優れた難燃性を示すことができると共に、充放電を繰り返すことによる内部抵抗の上昇を抑制できるという安全性と耐久性に優れたものとなる。また、上記アニオン化合物は、充放電容量にほとんど悪影響を及ぼすことがない。そのため、上記リチウムイオン二次電池は、充放電を繰り返しても高い放電容量を発揮することができる。   In addition, the anionic compound can suppress an increase in internal resistance as described above even in the non-aqueous electrolyte containing the room temperature molten salt. Therefore, the lithium ion secondary battery is excellent in safety and durability in that it can exhibit excellent flame retardancy and can suppress an increase in internal resistance due to repeated charge and discharge. Moreover, the anionic compound hardly affects the charge / discharge capacity. Therefore, the lithium ion secondary battery can exhibit a high discharge capacity even after repeated charge and discharge.

上記アニオン化合物による電池特性の向上のメカニズムについては、詳細は明らかではないが、次のように推察される。
即ち、上記アニオン化合物は、活物質表面等に、電気化学的に安定な被膜等の被覆物を形成すると考えられる。そして、該被覆物の形成により、上記リチウムイオン二次電池においては、高温環境下で充放電を繰り返し行ってもリチウムイオンの挿入・脱離がスムーズに行われ、内部抵抗の上昇を抑制することができる。さらに、上記被覆物の形成により、上記常温溶融塩が還元されて、電池特性に悪影響を及ぼすことを防止することができる。
Although the details of the mechanism for improving the battery characteristics by the anionic compound are not clear, it is presumed as follows.
That is, the anionic compound is considered to form a coating such as an electrochemically stable coating on the surface of the active material. And, by forming the covering, in the lithium ion secondary battery, even if charging / discharging is repeatedly performed in a high temperature environment, insertion / extraction of lithium ions is performed smoothly, and an increase in internal resistance is suppressed. Can do. Furthermore, the formation of the coating can prevent the room temperature molten salt from being reduced and adversely affecting the battery characteristics.

次に、本発明の好ましい実施の形態について説明する。
本発明のリチウムイオン二次電池は、正極と、負極と、有機溶媒と常温溶融塩との混合溶媒に電解質を溶解してなる非水電解液とを有する。
上記非水電解液は、有機溶媒と常温溶融塩との混合溶媒に、電解質として、LiPF6下記の一般式(1)で表されるアニオン化合物の塩とを溶解してなるものを用いることができる。上記非水電解液においては、上記電解質の少なくとも一部が電離しており、Li+イオンと、PF6 -イオンと、上記アニオン化合物と、該アニオン化合物と対をなすカチオンとが存在する。

Figure 0004955951
{但し、Mは、遷移金属、周期律表のIII族、IV族、又はV族元素、bは1〜3、mは1〜4、nは0〜8、qは0又は1をそれぞれ表し、R 1 は、C 1 〜C 10 のアルキレン、C 1 〜C 10 のハロゲン化アルキレン、C 6 〜C 20 のアリーレン、又はC 6 〜C 20 のハロゲン化アリーレン(これらのアルキレン及びアリーレンはその構造中に置換基、ヘテロ原子を持ってもよく、またm個存在するR 1 はそれぞれが結合してもよい。)、R 2 は、ハロゲン、C 1 〜C 10 のアルキル、C 1 〜C 10 のハロゲン化アルキル、C 6 〜C 20 のアリール、C 6 〜C 20 のハロゲン化アリール、又はX 3 3 (これらのアルキル及びアリールはその構造中に置換基、ヘテロ原子を持ってもよく、またn個存在するR 2 はそれぞれが結合して環を形成してもよい。)、X 1 、X 2 、X 3 は、O、S、又はNR 4 、R 3 、R 4 は、それぞれが独立で、水素、C 1 〜C 10 のアルキル、C 1 〜C 10 のハロゲン化アルキル、C 6 〜C 20 のアリール、C 6 〜C 20 のハロゲン化アリールをそれぞれ示す(これらのアルキル及びアリールはその構造中に置換基、ヘテロ原子を持ってもよく、また複数個存在するR 3 、R 4 はそれぞれが結合して環を形成してもよい。)。} Next, a preferred embodiment of the present invention will be described.
The lithium ion secondary battery of the present invention has a positive electrode, a negative electrode, and a nonaqueous electrolytic solution obtained by dissolving an electrolyte in a mixed solvent of an organic solvent and a room temperature molten salt.
The non-aqueous electrolyte, a mixed solvent of an organic solvent and an ambient temperature molten salt, as an electrolyte, the use of a obtained by dissolving a salt of the anion compound represented by LiPF 6 and the following general formula (1) Can do . In the non-aqueous electrolyte, at least a part of the electrolyte is ionized, and Li + ions, PF 6 - ions, the anion compound, and a cation paired with the anion compound are present.
Figure 0004955951
{However, M is a transition metal, a group III, IV or V element of the periodic table, b is 1 to 3, m is 1 to 4, n is 0 to 8, q is 0 or 1 respectively. , R 1 is C 1 -C 10 alkylene, C 1 -C 10 halogenated alkylene, C 6 -C 20 arylene, or C 6 -C 20 halogenated arylene (the alkylene and arylene have the structure) And R 1 may be bonded to each other.), R 2 is halogen, C 1 -C 10 alkyl, C 1 -C 10 Alkyl halides, C 6 -C 20 aryls, C 6 -C 20 aryl halides, or X 3 R 3 (these alkyls and aryls may have substituents, heteroatoms in their structures, the n number R 2 each may combine with each other to form a ring present.), X 1, 2, X 3 is O, S, or NR 4, R 3, R 4 are, each independently, hydrogen, alkyl of C 1 -C 10, alkyl halide C 1 ~C 10, C 6 ~C 20 aryls and C 6 -C 20 aryl halides are shown respectively. (These alkyls and aryls may have a substituent or a hetero atom in the structure, and a plurality of R 3 and R 4 are respectively present. May combine to form a ring. }

上記アニオン化合物の塩としては、例えばリチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩、マグネシウム塩、カルシウム塩、バリウム塩、セシウム塩、ルビジウム塩、銀塩、亜鉛塩、銅塩、コバルト塩、鉄塩、ニッケル塩、マンガン塩、チタン塩、鉛塩、クロム塩、バナジウム塩、ルテニウム塩、イットリウム塩、ランタノイド塩、アクチノイド塩、テトラアルキルアンモニウム塩、トリエチルアンモニウム塩、ピリジニウム塩、イミダゾリウム塩、プロトン塩、テトラエチルホスホニウム塩、テトラメチルホスホニウム塩、テトラフェニルホスホニウム塩、トリフェニルスルホニウム塩、トリエチルスルホニウム塩等が挙げられる。上記テトラアルキルアンモニウム塩としては、具体的には、例えばテトラブチルアンモニウム塩、テトラエチルアンモニウム塩、テトラメチルアンモニウム塩、トリエチルメチルアンモニウム塩等がある。   Examples of the salt of the anionic compound include lithium salt, sodium salt, potassium salt, magnesium salt, calcium salt, barium salt, cesium salt, rubidium salt, silver salt, zinc salt, copper salt, cobalt salt, iron salt, nickel salt. , Manganese salt, titanium salt, lead salt, chromium salt, vanadium salt, ruthenium salt, yttrium salt, lanthanoid salt, actinoid salt, tetraalkylammonium salt, triethylammonium salt, pyridinium salt, imidazolium salt, proton salt, tetraethylphosphonium salt Tetramethylphosphonium salt, tetraphenylphosphonium salt, triphenylsulfonium salt, triethylsulfonium salt and the like. Specific examples of the tetraalkylammonium salt include a tetrabutylammonium salt, a tetraethylammonium salt, a tetramethylammonium salt, and a triethylmethylammonium salt.

また、上記一般式(1)において、アニオンの価数bは1〜3である。bが3より大きい場合には、上記アニオン化合物の塩の結晶格子エネルギーが大きくなるため、上記アニオン化合物の塩を上記非水溶媒に溶解して上記アニオン化合物を形成することが困難になる。そのため、b=1が最も好ましい。
また、同様の理由により、上記アニオン化合物の塩を構成するカチオンの価数も1〜3がよく、最も好ましくはカチオンの価数は1がよい。
また、上記一般式(1)で表されるアニオン化合物は、イオン性金属錯体構造をとっており、その中心となるMは、遷移金属、周期律表のIII族、IV族、又はV族元素から選ばれる
Moreover, in the said General formula (1), the valence b of an anion is 1-3 . When b is larger than 3, the crystal lattice energy of the salt of the anionic compound is increased, so that it is difficult to form the anionic compound by dissolving the salt of the anionic compound in the non-aqueous solvent. Therefore, b = 1 is most preferable.
For the same reason, the valence of the cation constituting the salt of the anionic compound is preferably 1 to 3, and most preferably the valence of the cation is 1.
In addition, the anion compound represented by the general formula (1) has an ionic metal complex structure, and M as the center is a transition metal, a group III, group IV, or group V element of the periodic table. Chosen from .

好ましくは、上記一般式(1)におけるMは、Al、B、V、Ti、Si、Zr、Ge、Sn、Cu、Y、Zn、Ga、Nb、Ta、Bi、P、As、Sc、Hf、またはSbのいずれかであり、上記アニオン化合物の塩において該アニオン化合物と対をなすカチオンは、Li+又はNa+の少なくとも一方であることがよい(請求項2)。
この場合には、上記アニオン化合物の塩を上記非水溶媒に溶解させることにより、上記アニオン化合物を含有する上記非水電解液を容易に作製することができる。またこの場合には、上記アニオン化合物又は上記電解質化合物の合成を容易に行うことができる。
Preferably, M in the general formula (1) is Al, B, V, Ti, Si, Zr, Ge, Sn, Cu, Y, Zn, Ga, Nb, Ta, Bi, P, As, Sc, Hf. Or a cation that is paired with the anion compound in the salt of the anion compound may be at least one of Li + and Na + (Claim 2).
In this case, the nonaqueous electrolytic solution containing the anionic compound can be easily prepared by dissolving the salt of the anionic compound in the nonaqueous solvent. In this case, the anion compound or the electrolyte compound can be easily synthesized.

より好ましくは、上記一般式(1)中のMは、Al、B、又はPがよい。この場合には、上記アニオン化合物又はその塩の合成がより一層容易になり、製造コストを低減することができると共に、毒性を低くすることができる。 More preferably, M in the general formula (1) is Al, B, or P. In this case, the synthesis of the anionic compound or a salt thereof is further facilitated, and the production cost can be reduced and the toxicity can be lowered.

次に、上記アニオン化合物(イオン性金属錯体)の配位子の部分について説明する。
以下、本明細書においては上記一般式(1)において、Mに結合している有機又は無機の部分を配位子とよぶ。
Next, the ligand part of the anionic compound (ionic metal complex) will be described.
Hereinafter, in the present specification, an organic or inorganic part bonded to M in the general formula (1) is referred to as a ligand.

一般式(1)中のRR in general formula (1) 11 は、CIs C 11 〜C~ C 10Ten のアルキレン、CAlkylene, C 11 〜C~ C 10Ten のハロゲン化アルキレン、CAn alkylene halide of C 66 〜C~ C 2020 のアリーレン、又はCArylene or C 66 〜C~ C 2020 のハロゲン化アリーレンから選ばれるものよりなる。これらのアルキレン及びアリーレンはその構造中に置換基、ヘテロ原子を持ってもよい。具体的には、アルキレン及びアリーレン上の水素の代わりに、ハロゲン、鎖状又は環状のアルキル基、アリール基、アルケニル基アルコキシ基、アリーロキシ基、スルホニル基、アミノ基、シアノ基、カルボニル基、アシル基、アミド基、水酸基、また、アルキレン及びアリーレン上の炭素の代わりに、窒素、硫黄、酸素が導入された構造等を挙げることができる。Of halogenated arylene. These alkylene and arylene may have a substituent or a hetero atom in the structure. Specifically, instead of hydrogen on alkylene and arylene, halogen, chain or cyclic alkyl group, aryl group, alkenyl group alkoxy group, aryloxy group, sulfonyl group, amino group, cyano group, carbonyl group, acyl group , An amide group, a hydroxyl group, and a structure in which nitrogen, sulfur, or oxygen is introduced instead of carbon on alkylene and arylene.
さらには、R  Furthermore, R 11 が複数存在する場合(q=1、m=2〜4の場合)には、それぞれが結合してもよく、例えばエチレンジアミン四酢酸のような配位子を挙げることができる。Are present (when q = 1 and m = 2 to 4), each may be bonded, and examples thereof include a ligand such as ethylenediaminetetraacetic acid.

2 は、ハロゲン、C 1 〜C 10 のアルキル、C 1 〜C 10 のハロゲン化アルキル、C 6 〜C 20 のアリール、C 6 〜C 20 のハロゲン化アリール、又はX 3 3 から選ばれるものよりなる。これらもR 1 と同様に、アルキル及びアリールはその構造中に置換基、ヘテロ原子を持ってもよく、またR 2 が複数個存在する場合(n=2〜8の場合)R 2 はそれぞれが結合して環を形成してもよい。
好ましくは、2としては、電子吸引性の基がよく、特にフッ素がよい。この場合には、上記アニオン化合物の塩の溶解度や解離度が向上し、これに伴ってイオン伝導度が向上するという効果を得ることができる。さらにこの場合には、耐酸化性が向上し、これにより副反応の発生を防止することができる。
R 2 is selected from halogen, C 1 -C 10 alkyl, C 1 -C alkyl halide 10, aryl of C 6 -C 20, an aryl halide of C 6 -C 20, or X 3 R 3 It consists of things. Similarly to R 1 , alkyl and aryl may have a substituent or a heteroatom in the structure, and when there are a plurality of R 2 (when n = 2 to 8), each R 2 is They may combine to form a ring.
Preferably, R 2 is an electron-withdrawing group, particularly fluorine. In this case, it is possible to improve the solubility and dissociation degree of the salt of the anionic compound, and to improve the ionic conductivity accordingly. Furthermore, in this case, the oxidation resistance is improved, thereby preventing the occurrence of side reactions.

1 、X 2 、X 3 はそれぞれ独立で、O、S、又はNR 4 であり、これらのヘテロ原子を介して配位子がMに結合する。ここで、O、S、N以外で結合することが、不可能ではないが、合成上非常に煩雑なものとなる。上記一般式(1)で表される化合物の特徴として、同一の配位子内におけるX1とX2によるMとの結合があり、これらの配位子はMとキレート構造を形成している。この配位子中の定数qは、0又は1である。q=0の場合には、キレートリングが五員環となり、上記アニオン化合物の錯体構造が安定化する。そのため、この場合には、上記アニオン化合物が上記被覆物の形成以外の副反応を起こすことを防止することができる。 X 1 , X 2 , and X 3 are each independently O, S, or NR 4 , and the ligand is bonded to M through these heteroatoms. Here, it is not impossible to combine other than O, S, and N, but it becomes very complicated in synthesis. As a feature of the compound represented by the general formula (1), there is a bond between X 1 and M by X 2 in the same ligand, and these ligands form a chelate structure with M. . The constant q in this ligand is 0 or 1 . When q = 0, the chelate ring becomes a five-membered ring, and the complex structure of the anionic compound is stabilized. Therefore, in this case, the anionic compound can be prevented from causing side reactions other than the formation of the coating.

R 3Three 、R, R 4Four は、それぞれが独立で、水素、CAre each independently hydrogen, C 11 〜C~ C 10Ten のアルキル、CAlkyl, C 11 〜C~ C 10Ten のハロゲン化アルキル、CAlkyl halides of C 66 〜C~ C 2020 のアリール、CAryl, C 66 〜C~ C 2020 のハロゲン化アリールであり、これらのアルキル及びアリールはその構造中に置換基、ヘテロ原子を持ってもよく、またRThese alkyls and aryls may have a substituent, a hetero atom in the structure, and R 3Three 、R, R 4Four が複数個存在する場合には、それぞれが結合して環を形成してもよい。When a plurality of are present, each may be bonded to form a ring.

また、上述した配位子の数に関係する定数m及びnは、中心のMの種類によって決まってくるものであるが、mは1〜4、nは0〜8である。
また、上述のR 1 、R 2 、R 3 、R 4 において、C 1 〜C 10 は炭素数が1〜10であることを示し、C 6 〜C 20 は炭素数が6〜20であることを示す。
The constants m and n related to the number of ligands described above are determined by the type of M at the center, and m is 1 to 4 and n is 0 to 8.
It in R 1, R 2, R 3 , R 4 described above, C 1 -C 10 indicates 1 to 10 carbon atoms, C 6 -C 20 is 6 to 20 carbon atoms Indicates.

次に、上記一般式(1)で表される上記アニオン化合物としては、下記の式(2)〜(5)で表される1種以上を用いること好ましい
この場合には、上記アニオン化合物の塩の溶解度や解離度が向上し、上記非水電解液のイオン伝導度を向上させることができる。さらにこの場合には、耐酸化性を向上させることができる。
Next, as the anion compound represented by the general formula (1), it is preferable to use one or more kinds represented by the following formulas (2) to (5) .
In this case, the solubility and dissociation degree of the salt of the anionic compound can be improved, and the ionic conductivity of the non-aqueous electrolyte can be improved. Furthermore, in this case, oxidation resistance can be improved.

Figure 0004955951
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好ましくは、上記アニオン化合物としては、上記式(4)で表される化合物を用いることがよい(請求項)。
この場合には、上記非水電解液のイオン伝導性がより向上し、上記リチウムイオン二次電池の出力をより一層向上させることができる。
Preferably, as the anionic compound, a compound represented by the above formula (4) may be used (claim 3 ).
In this case, the ion conductivity of the non-aqueous electrolyte is further improved, and the output of the lithium ion secondary battery can be further improved.

また、上記アニオン化合物の合成方法としては、例えば下記の式(2)で表される化合物の場合には、非水溶媒中でLiBF4と2倍モルのリチウムアルコキシドを反応させた後、シュウ酸を添加して、ホウ素に結合しているアルコキシドをシュウ酸で置換する方法等がある。この場合には、下記の式(2)で表されるアニオン化合物のリチウム塩を得ることができる。 In addition, as a method for synthesizing the anion compound, for example, in the case of a compound represented by the following formula (2), after reacting LiBF 4 and 2 moles of lithium alkoxide in a non-aqueous solvent, oxalic acid And alkoxide bonded to boron is replaced with oxalic acid. In this case, a lithium salt of an anionic compound represented by the following formula (2) can be obtained.

Figure 0004955951
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また、上記非水電解液中に含まれる上記アニオン化合物は、上記リチウムイオン二次電池を少なくとも一回以上充電させることにより、上記アニオン化合物のすべてもしくは一部が分解して、上記正極又は/及び上記負極の表面や、上記正極活物質又は/及び上記負極活物質の表面に被覆して被膜等の被覆物を形成することができる。上記被覆物は、例えばX線光電子分光分析(XPS)やIR分析等により検出することができる。   Further, the anion compound contained in the non-aqueous electrolytic solution is obtained by charging the lithium ion secondary battery at least once, whereby all or part of the anion compound is decomposed, and the positive electrode and / or A coating such as a film can be formed by coating the surface of the negative electrode or the surface of the positive electrode active material or / and the negative electrode active material. The coating can be detected by, for example, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) or IR analysis.

また、上記電解質としては、さらにLiClO4、LiBF4、LiAsF6、又はLiSbF6から選ばれる1種以上を用いることが好ましい(請求項)。
この場合には、比較的安定な電池特性を得ることができる。
Further, as the electrolyte, further LiClO 4, LiBF 4, LiAsF 6, or it is preferable to use at least one member selected from LiSbF 6 (claim 4).
In this case, relatively stable battery characteristics can be obtained.

上記アニオン化合物の塩の上記混合溶媒に対する添加量は、全電解質量中の1mol%〜50mol%であることが好ましい(請求項)。
上記アニオン化合物の塩の添加量が1mol%未満の場合には、内部抵抗の上昇を抑制する効果を充分に発揮することができないおそれがある。この理由としては、上記アニオン化合物によって活物質に表面に形成される被膜等の被腹物が充分に形成されないからであると考えられる。一方、上記アニオン化合物の塩の添加量が50mol%を越える場合には、上記リチウムイオン二次電池の初期放電容量が低下するおそれがある。この理由としては、活物質の表面に形成される被覆物の厚みが必要以上に大きくなるためであると考えられる。
The addition amount of the salt of the anionic compound with respect to the mixed solvent is preferably 1 mol% to 50 mol% in the total electrolytic mass (Claim 5 ).
When the added amount of the salt of the anionic compound is less than 1 mol%, the effect of suppressing the increase in internal resistance may not be sufficiently exhibited. The reason for this is considered to be that an abdomen such as a film formed on the surface of the active material by the anionic compound is not sufficiently formed. On the other hand, when the added amount of the salt of the anionic compound exceeds 50 mol%, the initial discharge capacity of the lithium ion secondary battery may be reduced. This is probably because the thickness of the coating formed on the surface of the active material becomes larger than necessary.

次に、上記非水電解液において、上記有機溶媒としては、非プロトン性の有機溶媒等を用いることができる。このような有機溶媒としては、例えば環状カーボネート、鎖状カーボネート、環状エステル、環状エーテル、鎖状エーテル等から選ばれる1種又は2種以上からなる混合溶媒を用いることができる。   Next, in the non-aqueous electrolyte, an aprotic organic solvent or the like can be used as the organic solvent. As such an organic solvent, for example, a mixed solvent composed of one or more selected from cyclic carbonate, chain carbonate, cyclic ester, cyclic ether, chain ether, and the like can be used.

ここで、上記環状カーボネートとしては、例えばエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート等がある。上記鎖状カーボネートとしては、例えばジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート等がある。上記環状エステルとしては、例えばガンマブチロラクトン、ガンマバレロラクトン等がある。上記環状エーテルとしては、例えばテトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン等がある。上記鎖状エーテルとしては、例えばジメトキシエタン、エチレングリコールジメチルエーテル等がある。上記有機溶媒としては、これらのもののうちいずれか1種を単独で用いることもできるし、2種以上を混合させて用いることもできる。   Here, examples of the cyclic carbonate include ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, and vinylene carbonate. Examples of the chain carbonate include dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and methyl ethyl carbonate. Examples of the cyclic ester include gamma butyrolactone and gamma valerolactone. Examples of the cyclic ether include tetrahydrofuran and 2-methyltetrahydrofuran. Examples of the chain ether include dimethoxyethane and ethylene glycol dimethyl ether. As the organic solvent, any one of these can be used alone, or two or more kinds can be mixed and used.

また、上記非水電解液において、上記常温溶融塩は、常温(25℃)において溶融しているイオン性液体である。
好ましくは、上記常温溶融塩は、イミダゾリウム塩、ピロリジニウム塩、又は脂肪族第4級アンモニウム塩から選ばれる1種以上であることがよい
上記常温溶融塩として、イミダゾリウム塩、又はピロリジニウム塩を用いた場合には、炭素材料からなる負極活物質を含有する負極側において、常温溶融塩が分解電位に達し易くなり、分解されて電池特性を劣化させてしまうおそれがあるが、上記一般式(1)で表されるアニオン化合物が上述のごとく被覆物を形成できるため、上記常温溶融塩の分解を抑制することができる。即ちこの場合には、上記アニオン化合物が上記常温溶融塩の分解抑制効果を発揮し、より安定して電池を作動させることができる。
また、上記常温溶融塩として脂肪族第4級アンモニウム塩を用いた場合には、常温溶融塩の分解が起こり難い。そのため、上記リチウムイオン二次電池の充放電容量及び出力の安定性をより向上させることができる。
In the non-aqueous electrolyte, the room temperature molten salt is an ionic liquid that is melted at room temperature (25 ° C.).
Preferably, the room temperature molten salt is at least one selected from an imidazolium salt, a pyrrolidinium salt, or an aliphatic quaternary ammonium salt .
When an imidazolium salt or a pyrrolidinium salt is used as the room temperature molten salt, the room temperature molten salt easily reaches the decomposition potential on the negative electrode side containing the negative electrode active material made of a carbon material, and is decomposed to have battery characteristics. However, since the anionic compound represented by the general formula (1) can form a coating as described above, decomposition of the room temperature molten salt can be suppressed. That is, in this case, the anionic compound exhibits the effect of suppressing decomposition of the room temperature molten salt, and the battery can be operated more stably.
Further, when an aliphatic quaternary ammonium salt is used as the room temperature molten salt, the room temperature molten salt is hardly decomposed. Therefore, the charge / discharge capacity and output stability of the lithium ion secondary battery can be further improved.

また、上記有機溶媒と上記常温溶融塩との上記混合溶媒は、有機溶媒0〜80vol%と常温溶融塩20〜100vol%とからなることが好ましい。
有機溶媒が80vol%を越える場合又は常温溶融塩が20vol%未満の場合には、難燃性が充分に発揮できなくなるおそれがある。
また、有機溶媒が20vol%未満の場合又は常温溶融塩が80vol%を越える場合には、上記非水電解液のイオン伝導性が不充分になり、出力が低下するおそれがある。よって、より好ましくは、上記混合溶媒は、有機溶媒20vol%〜80vol%と常温溶融塩20vol%〜80vol%とからなることがよい。また、上記常温溶融塩として、特にイミダゾリウム塩を用いた場合には、その高いイオン伝導度を生かして、上記有機溶媒が存在しなくても上記非水電解液は充分なイオン伝導性を示し、上記リチウムイオン二次電池は高い出力を発揮することができる。
Moreover, it is preferable that the said mixed solvent of the said organic solvent and the said normal temperature molten salt consists of 0-80 vol% of organic solvents, and 20-100 vol% of normal temperature molten salts.
When the organic solvent exceeds 80 vol% or the room temperature molten salt is less than 20 vol%, the flame retardancy may not be sufficiently exhibited.
Further, when the organic solvent is less than 20 vol% or the room temperature molten salt exceeds 80 vol%, the ionic conductivity of the non-aqueous electrolyte becomes insufficient, and the output may be lowered. Therefore, more preferably, the mixed solvent is composed of an organic solvent of 20 vol% to 80 vol% and an ambient temperature molten salt of 20 vol% to 80 vol%. In addition, when an imidazolium salt is used as the room temperature molten salt, the non-aqueous electrolyte exhibits sufficient ionic conductivity even in the absence of the organic solvent by taking advantage of its high ionic conductivity. The lithium ion secondary battery can exhibit a high output.

次に、上記リチウムイオン二次電池は、上記正極及び負極と、これらの正極と負極との間に狭装されるセパレータと、正極と負極との間でリチウムを移動させる上記非水電解液等を主要構成要素として構成することができる。   Next, the lithium ion secondary battery includes the positive electrode and the negative electrode, a separator that is sandwiched between the positive electrode and the negative electrode, the non-aqueous electrolyte that moves lithium between the positive electrode and the negative electrode, and the like. Can be configured as main components.

正極は、例えば正極活物質に導電材及び結着剤を混合し、適当な溶剤を加えてペースト状の正極合材としたものを、アルミニウムからなる集電体の表面に塗布乾燥し、必要に応じて電極密度を高めるべく圧縮して形成することができる。上記集電体としては、具体的にはアルミニウム箔等を用いることができる。   For example, a positive electrode active material is mixed with a conductive material and a binder, and an appropriate solvent is added to form a paste-like positive electrode mixture, which is applied to the surface of an aluminum current collector and dried. Accordingly, it can be formed by compression so as to increase the electrode density. Specifically, an aluminum foil or the like can be used as the current collector.

上記正極活物質としては、リチウムと遷移金属元素とを含む酸化物、又はポリアニオン系化合物を用いることができる。具体的には、例えばリチウムコバルト複合酸化物、リチウムニッケル複合酸化物、リチウムマンガン複合酸化物、リチウム鉄複合リン酸化物等がある。
これらの正極活物質を用いた場合には、上記リチウムイオン二次電池の高容量化を図ることができると共に、熱的安定性を向上させることができる。即ち、この場合には、上記リチウムイオン二次電池のさらなる長寿命化及び安全性の向上を図ることができる。
As the positive electrode active material, an oxide containing lithium and a transition metal element or a polyanionic compound can be used. Specifically, for example, there are lithium cobalt composite oxide, lithium nickel composite oxide, lithium manganese composite oxide, lithium iron composite phosphorus oxide, and the like.
When these positive electrode active materials are used, it is possible to increase the capacity of the lithium ion secondary battery and improve the thermal stability. That is, in this case, it is possible to further extend the life and improve the safety of the lithium ion secondary battery.

また、上記導電材は、正極の電気伝導性を確保するためのものであり、例えばカーボンブラック、アセチレンブラック、天然黒鉛、人造黒鉛、コークス類等の炭素物質粉末状体の1種又は2種以上を混合したものを用いることができる。   Further, the conductive material is for ensuring the electrical conductivity of the positive electrode. For example, one or more carbon powder materials such as carbon black, acetylene black, natural graphite, artificial graphite, and cokes are used. Can be used.

上記結着剤は、活物質粒子及び導電材粒子を繋ぎ止める役割を果たすものであり、例えばポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、フッ素ゴム等の含フッ素樹脂、或いはポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂等を用いることができる。また、水系バインダーであるセルロース系やスチレンブタジエンゴムの水分散体等を用いることもできる。
これら活物質、導電材、結着剤を分散させる溶剤としては、例えばN−メチル−2−ピロリドン等の有機溶剤を用いることができる。
The binder serves to bind the active material particles and the conductive material particles. For example, a fluorine-containing resin such as polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, or fluororubber, or a thermoplastic resin such as polypropylene or polyethylene. Etc. can be used. In addition, an aqueous dispersion of a cellulose-based or styrene-butadiene rubber that is an aqueous binder can also be used.
As a solvent for dispersing these active material, conductive material, and binder, for example, an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone can be used.

次に、負極は、負極活物質に結着剤を混合し、適当な溶媒を加えてペースト状にした負極合材を、銅等の金属箔集電体の表面に塗布、乾燥し、その後にプレスにて形成することができる。また、正極と同様に、負極活物質に混合する結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン等の含フッ素樹脂等を、溶剤としてはN−メチル−2−ピロリドン等の有機溶剤を用いることができる。   Next, the negative electrode is prepared by mixing a binder with a negative electrode active material, applying a suitable solvent to paste a negative electrode mixture on the surface of a metal foil current collector such as copper, and then drying. It can be formed by pressing. Similarly to the positive electrode, a fluorine-containing resin such as polyvinylidene fluoride can be used as a binder to be mixed with the negative electrode active material, and an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone can be used as a solvent.

上記負極活物質としては、リチウムの吸蔵・放出が可能な炭素材料を用いることができる。
この場合には、上記リチウムイオン二次電池の負極側にて、上記アニオン化合物による被覆物が形成されやすくなる。そのためこの場合には、上述のごとく上記アニオン化合物による電池特性の向上効果をより顕著に発揮することができる。
As the negative electrode active material, a carbon material capable of inserting and extracting lithium can be used.
In this case, the coating with the anionic compound is likely to be formed on the negative electrode side of the lithium ion secondary battery. Therefore, in this case, as described above, the effect of improving battery characteristics by the anion compound can be more remarkably exhibited.

上記炭素材料としては、例えば天然或いは人造の黒鉛、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、メソフェーズピッチ系炭素繊維及びその混合材、気相法炭素化繊維、フェノール樹脂等の有機化合物焼成体、コークス類、カーボンブラック、熱分解炭素類、炭素繊維等が挙げられる。これらの炭素材料は、1種又は2種以上を混合して用いることができる。   Examples of the carbon material include natural or artificial graphite, mesocarbon microbeads (MCMB), mesophase pitch-based carbon fiber and a mixture thereof, vapor-grown carbonized fiber, organic compound fired body such as phenol resin, coke, Examples thereof include carbon black, pyrolytic carbons, and carbon fibers. These carbon materials can be used alone or in combination of two or more.

正極及び負極に狭装させるセパレータは、正極と負極とを分離し非水電解液を保持するものであり、例えばポリエチレン、ポリプロピレン等の薄い微多孔膜等を用いることができる。   The separator that is narrowly attached to the positive electrode and the negative electrode separates the positive electrode and the negative electrode and holds the non-aqueous electrolyte. For example, a thin microporous film such as polyethylene or polypropylene can be used.

また、上記リチウムイオン二次電池の形状としては、例えば円筒型、積層型、コイン型、角型等がある。正極、負極、及び非水電解液等を収容する上記電池ケースとしては、これらの形状に対応したものを用いることができる。
上記リチウムイオン二次電池は、例えば上記正極と上記負極との間に上記セパレータを狭装してなる電極体を、所定の形状の電池ケースに収納し、上記正極集電体及び上記負極集電体を、リード線を介して正極外部端子及び負極外部端子に電気的に接続し、上記電極体に上記非水電解液を含浸させて、電池ケース密閉することにより作製することができる。
Examples of the shape of the lithium ion secondary battery include a cylindrical shape, a stacked shape, a coin shape, and a square shape. As the battery case that accommodates the positive electrode, the negative electrode, the nonaqueous electrolytic solution, and the like, those corresponding to these shapes can be used.
In the lithium ion secondary battery, for example, an electrode body formed by sandwiching the separator between the positive electrode and the negative electrode is housed in a battery case having a predetermined shape, and the positive electrode current collector and the negative electrode current collector are accommodated. The body can be electrically connected to the positive electrode external terminal and the negative electrode external terminal via lead wires, and the electrode body is impregnated with the nonaqueous electrolyte solution, and the battery case is sealed.

また、上記電池ケースとしては、アルミラミネートフィルムからなるケースを用いることが好ましい。また、上記正極集電体としては、アルミニウムからなる集電体を用いることが好ましい。
この場合には、上記リチウムイオン二次電池の小型化及び軽量化を図ることができる。さらにこの場合には、上記アニオン化合物による上述の電池特性の低下抑制効果をより顕著に得ることができる。
Moreover, it is preferable to use a case made of an aluminum laminate film as the battery case. Further, it is preferable to use a current collector made of aluminum as the positive electrode current collector.
In this case, the lithium ion secondary battery can be reduced in size and weight. Furthermore, in this case, the above-described effect of suppressing the deterioration of battery characteristics by the anion compound can be obtained more remarkably.

即ち、アルミラミネートフィルムからなる電池ケースや、アルミニウムからなる集電体は、電解質LiPF6が生成するHFによって損傷を受けやすい。その結果、電池内にガスが発生して電池ケースに膨れが起こったり、電池ケースが損傷して電解液が外部に漏れ出すおそれがある。
上記非水電解液中には、上記アニオン化合物を含有しており、該アニオン化合物によってHFを捕獲し、上記電池ケースや集電体の損傷を抑制することができる。したがって、上記電池ケースがアルミラミネートフィルムからなる場合や上記集電体がアルミニウムからなる場合には、上記アニオン化合物による本発明の効果をより顕著に発揮することができる。
That is, a battery case made of an aluminum laminate film and a current collector made of aluminum are easily damaged by HF generated by the electrolyte LiPF 6 . As a result, gas may be generated in the battery and the battery case may swell, or the battery case may be damaged and the electrolyte may leak out.
The non-aqueous electrolyte contains the anionic compound, and HF can be captured by the anionic compound to suppress damage to the battery case and the current collector. Therefore, when the battery case is made of an aluminum laminate film or the current collector is made of aluminum, the effect of the present invention by the anion compound can be more remarkably exhibited.

(実施例1)
次に、本発明の実施例にかかるリチウムイオン二次電池について、図1を用いて説明する。
図1に示すごとく、本例のリチウムイオン二次電池1は、正極2と負極3と非水電解液とを備える。正極2は、正極活物質として、層状構造のLiNi0.75Co0.15Al0.102を含有する。負極3は、負極活物質として繊維状黒鉛を含有する。また、非水電解液は、有機溶媒と常温溶融塩との混合溶媒中に電解質を溶解してなる。また、電解質としては、LiPF6と下記の式(4)で表されるアニオン化合物の塩とを用いる。
Example 1
Next, a lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 1, the lithium ion secondary battery 1 of this example includes a positive electrode 2, a negative electrode 3, and a non-aqueous electrolyte. The positive electrode 2 contains LiNi 0.75 Co 0.15 Al 0.10 O 2 having a layered structure as a positive electrode active material. The negative electrode 3 contains fibrous graphite as a negative electrode active material. The nonaqueous electrolytic solution is obtained by dissolving an electrolyte in a mixed solvent of an organic solvent and a room temperature molten salt. As the electrolyte, LiPF 6 and an anion compound salt represented by the following formula (4) are used.

Figure 0004955951
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以下、本例のリチウムイオン二次電池1につき、図1を用いて詳細に説明する。
図1に示すごとく、本例のリチウムイオン二次電池1は、正極2、負極3、セパレータ4、ガスケット59、及び電池ケース6等よりなっている。電池ケース6は、18650型の円筒形状の電池ケースであり、キャップ63及び外装缶65よりなる。電池ケース6内には、シート状の正極2及び負極3が、該正極2及び負極3の間に挟んだセパレータ4と共に捲回した状態で配置されている。
また、電池ケース6のキャップ63の内側には、ガスケット59が配置されており、電池ケース6の内部には、非水電解液が注入されている。
Hereinafter, the lithium ion secondary battery 1 of this example will be described in detail with reference to FIG.
As shown in FIG. 1, the lithium ion secondary battery 1 of this example includes a positive electrode 2, a negative electrode 3, a separator 4, a gasket 59, a battery case 6, and the like. The battery case 6 is a 18650-type cylindrical battery case, and includes a cap 63 and an outer can 65. In the battery case 6, a sheet-like positive electrode 2 and a negative electrode 3 are arranged in a wound state together with a separator 4 sandwiched between the positive electrode 2 and the negative electrode 3.
A gasket 59 is disposed inside the cap 63 of the battery case 6, and a non-aqueous electrolyte is injected into the battery case 6.

また、正極2は、正極活物質としてLiNi0.75Co0.15Al0.102を含有し、負極3は負極活物質として繊維状黒鉛を含有している。
正極2及び負極3には、それぞれ正極集電リード23及び負極集電リード33が熔接により設けられている。正極集電リード23は、キャップ63側に配置された正極集電タブ235に熔接により接続されている。また、負極集電リード33は、外装缶65の底に配置された負極集電タブ335に熔接により接続されている。
The positive electrode 2 contains LiNi 0.75 Co 0.15 Al 0.10 O 2 as a positive electrode active material, and the negative electrode 3 contains fibrous graphite as a negative electrode active material.
The positive electrode 2 and the negative electrode 3 are respectively provided with a positive electrode current collecting lead 23 and a negative electrode current collecting lead 33 by welding. The positive electrode current collector lead 23 is connected to the positive electrode current collector tab 235 disposed on the cap 63 side by welding. Further, the negative electrode current collecting lead 33 is connected by welding to a negative electrode current collecting tab 335 disposed on the bottom of the outer can 65.

また、非水電解液は、エチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)とからなる有機溶媒と1エチル3メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドからなる常温溶融塩との混合溶媒に、LiPF6及び上記式(4)で表されるアニオン化合物のリチウム塩(以下適宜LPFOという)を溶解してなり、電池ケース内に注入されている。 In addition, the non-aqueous electrolyte is LiPF in a mixed solvent of an organic solvent composed of ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) and a room temperature molten salt composed of 1 ethyl 3-methylimidazolium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide. 6 and a lithium salt of an anionic compound represented by the above formula (4) (hereinafter referred to as LPFO as appropriate) are dissolved and injected into the battery case.

次に、本例のリチウムイオン二次電池1の製造方法につき、図1を用いて説明する。
まず、以下のようにして、上記非水電解液を準備した。
即ち、まず常温溶融塩(1エチル3メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド)とエチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)とを20:30:50という体積比で混合した混合溶媒を準備した。即ち、この混合溶媒は、カーボネート系有機溶媒(EC及びDEC)80容量%と常温溶融塩20容量%とからなる。また、電解質として、LiPF6とLPFOとを95:5というモル比で混合した混合支持塩を準備した。
この混合支持塩を濃度1Mとなるように非水溶媒に溶解し非水電解液を作製した。これを試料E1とする。
Next, the manufacturing method of the lithium ion secondary battery 1 of this example is demonstrated using FIG.
First, the nonaqueous electrolyte solution was prepared as follows.
That is, first, a mixed solvent prepared by mixing a room temperature molten salt (1 ethyl 3-methylimidazolium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide), ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) in a volume ratio of 20:30:50 is prepared. did. That is, this mixed solvent is composed of 80% by volume of carbonate-based organic solvent (EC and DEC) and 20% by volume of room temperature molten salt. Further, as an electrolyte, and a LiPF 6 and LPFO 95: was prepared mixed supporting salt were mixed in a molar ratio of 5.
This mixed support salt was dissolved in a non-aqueous solvent to a concentration of 1M to prepare a non-aqueous electrolyte. This is designated as Sample E1.

次に、以下のようにして、正極2及び負極3を作製した。
正極2の作製にあたっては、まず正極活物質として、LiNi0.75Co0.15Al0.102 準備し、該正極活物質と、導電材としてのカーボンブラックと、結着材としてのポリフッ化ビニリデンとを混合し、分散材としてのN−メチル−2−ピロリドンを適量添加し、分散させてスラリー状の正極合材を作製した。正極活物質と導電材と結着材の混合比は、重量比で、正極活物質:導電材:結着材=85:10:5とした。
Next, the positive electrode 2 and the negative electrode 3 were produced as follows.
In preparing the positive electrode 2, first, LiNi 0.75 Co 0.15 Al 0.10 O 2 is prepared as a positive electrode active material, and the positive electrode active material, carbon black as a conductive material, and polyvinylidene fluoride as a binder are mixed. Then, an appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone as a dispersing agent was added and dispersed to prepare a slurry-like positive electrode mixture. The mixing ratio of the positive electrode active material, the conductive material, and the binder was, by weight ratio, positive electrode active material: conductive material: binder = 85: 10: 5.

次いで、上記のようにして得られた正極合材を、厚さ20μmのアルミニウム箔集電体の両面に塗布して乾燥させた。その後、ロールプレスで高密度化し、52mm幅×450mm長の形状に切り出し、シート状の正極2を作製した。なお、正極活物質の付着量は、片面当り7mg/cm2程度とした。 Next, the positive electrode mixture obtained as described above was applied to both sides of an aluminum foil current collector having a thickness of 20 μm and dried. Then, it densified with the roll press, cut out in the shape of 52 mm width x 450 mm length, and produced the sheet-like positive electrode 2. The amount of positive electrode active material deposited was about 7 mg / cm 2 per side.

一方、負極3の作製にあたっては、まず、負極活物質としての繊維状黒鉛と結着材としてのポリフッ化ビニリデンとを混合し、分散材としてN−メチル−2−ピロリドンを適量添加し、分散させてスラリー状の負極合材を得た。負極活物質と結着材との混合比は、重量比で、負極活物質:結着材=95:5とした。   On the other hand, in producing the negative electrode 3, first, fibrous graphite as a negative electrode active material and polyvinylidene fluoride as a binder are mixed, and an appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone is added and dispersed as a dispersing agent. Thus, a slurry-like negative electrode mixture was obtained. The mixing ratio of the negative electrode active material and the binder was, by weight, negative electrode active material: binder = 95: 5.

次いで、上記のようにして得られた負極合材を、厚さ10μmの銅箔集電体の表面に塗布し、乾燥させた。その後、ロールプレスで高密度化し、54mm幅×500mm長の形状に切り出し、シート状の負極3を作製した。なお、負極活物質の付着量は、片面当り、5mg/cm2程度とした。 Next, the negative electrode mixture obtained as described above was applied to the surface of a copper foil current collector having a thickness of 10 μm and dried. Then, it densified with the roll press, cut out into the shape of 54 mm width x 500 mm length, and produced the sheet-like negative electrode 3. The adhesion amount of the negative electrode active material was about 5 mg / cm 2 per side.

次に、図1に示すごとく、上記のようにして得られたシート状の正極2及び負極3に、それぞれ正極集電リード23及び負極集電リード33を熔接した。これらの正極2及び負極3を、これらの間に幅56mm、厚さ25μmのポリエチレン製のセパレータ4を挟んだ状態で捲回し、ロール状の電極体を作製した。   Next, as shown in FIG. 1, a positive electrode current collecting lead 23 and a negative electrode current collecting lead 33 were welded to the sheet-like positive electrode 2 and negative electrode 3 obtained as described above, respectively. The positive electrode 2 and the negative electrode 3 were wound in a state where a polyethylene separator 4 having a width of 56 mm and a thickness of 25 μm was sandwiched between them, and a roll-shaped electrode body was produced.

続いて、このロール状の電極体を、外装缶65及びキャップ63よりなる18650型の円筒状の電池ケース6に挿入した。このとき、電池ケース6のキャップ63側に配置した正極集電タブ235に、正極集電リード23を熔接により接続すると共に、外装缶65の底に配置した負極集電タブ335に負極集電リード33を熔接により接続した。   Subsequently, the roll-shaped electrode body was inserted into an 18650-type cylindrical battery case 6 including an outer can 65 and a cap 63. At this time, the positive electrode current collecting lead 23 is connected to the positive electrode current collecting tab 235 arranged on the cap 63 side of the battery case 6 by welding, and the negative electrode current collecting lead is arranged on the negative electrode current collecting tab 335 arranged on the bottom of the outer can 65. 33 was connected by welding.

次に、電池ケース6内に上記のようにして準備した非水電解液(試料E1)を含浸させた。そしてキャップ63の内側にガスケット59を配置すると共に、このキャップ63を外装缶65の開口部に配置した。続いて、キャップ63にかしめ加工を施すことにより電池ケース6を密閉し、リチウムイオン二次電池1を作製した。これを電池E1とした。   Next, the battery case 6 was impregnated with the nonaqueous electrolyte solution (sample E1) prepared as described above. A gasket 59 is disposed inside the cap 63, and the cap 63 is disposed in the opening of the outer can 65. Subsequently, the battery case 6 was sealed by caulking the cap 63, and the lithium ion secondary battery 1 was produced. This was designated as battery E1.

また、本例においては、常温溶融塩の種類や、電解質の種類及び配合割合が上記試料E1とは異なる11種類の非水電解液(試料E2〜試料E9及び試料C1〜試料C3)をさらに作製し、これらの非水電解液をそれぞれ用いて11種類のリチウムイオン二次電池(電池E2〜電池E9及び電池C1〜電池C3)を作製した。   In this example, eleven types of non-aqueous electrolytes (sample E2 to sample E9 and sample C1 to sample C3) that are different from the sample E1 in terms of the type of room temperature molten salt, the type of electrolyte, and the blending ratio are further prepared. Then, eleven types of lithium ion secondary batteries (battery E2 to battery E9 and battery C1 to battery C3) were produced using these nonaqueous electrolyte solutions.

具体的には、電池E2は、常温溶融塩(1エチル3メチルイミダゾリウムPF6)とエチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)とを20:30:50という体積比で混合した混合溶媒に、電解質として、LiPF6とLPFOとを95:5というモル比で混合した混合支持塩を濃度1Mとなるように溶解した非水電解液(試料E2)を用いた点を除いては、上記電池E1と同様にして作製した。
また、電池E3は、常温溶融塩(N−メチル−N’−プロピルピペリジニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド)とエチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)とを20:30:50という体積比で混合した混合溶媒に、電解質として、LiPF6とLPFOとを95:5というモル比で混合した混合支持塩を濃度1Mとなるように溶解した非水電解液(試料E3)を用いた点を除いては、上記電池E1と同様にして作製した。
Specifically, the battery E2 is a mixed solvent obtained by mixing a room temperature molten salt (1 ethyl 3-methylimidazolium PF 6 ), ethylene carbonate (EC), and diethyl carbonate (DEC) in a volume ratio of 20:30:50. The above battery except that a non-aqueous electrolyte solution (sample E2) in which a mixed supporting salt obtained by mixing LiPF 6 and LPFO at a molar ratio of 95: 5 was dissolved to a concentration of 1 M was used as the electrolyte. It was produced in the same manner as E1.
Further, the battery E3 has a room temperature molten salt (N-methyl-N′-propylpiperidinium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide), ethylene carbonate (EC), and diethyl carbonate (DEC) in a volume of 20:30:50. a solvent mixture in a ratio, as an electrolyte, LiPF 6 and the LPFO 95: in that the mixing supporting salt were mixed in a molar ratio of 5 with dissolved non-aqueous electrolyte at a concentration 1M (sample E3) The battery was manufactured in the same manner as the battery E1 except for the above.

電池E4は、常温溶融塩(1エチル3メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド)とエチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)とを20:30:50という体積比で混合した混合溶媒に、電解質として、LiPF6とLPFOとを90:10というモル比で混合した混合支持塩を濃度1Mとなるように溶解した非水電解液(試料E4)を用いた点を除いては、上記電池E1と同様にして作製した。
また、電池E5は、常温溶融塩(1エチル3メチルイミダゾリウムPF6)とエチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)とを20:30:50という体積比で混合した混合溶媒に、電解質として、LiPF6とLPFOとを90:10というモル比で混合した混合支持塩を濃度1Mとなるように溶解した非水電解液(試料E5)を用いた点を除いては、上記電池E1と同様にして作製した。
Battery E4 is a mixed solvent in which a room temperature molten salt (1 ethyl 3-methylimidazolium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide), ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) are mixed at a volume ratio of 20:30:50. The above battery except that a non-aqueous electrolyte solution (sample E4) in which a mixed supporting salt obtained by mixing LiPF 6 and LPFO at a molar ratio of 90:10 was dissolved to a concentration of 1 M was used as the electrolyte. It was produced in the same manner as E1.
Further, the battery E5 is prepared by mixing a normal temperature molten salt (1 ethyl 3-methylimidazolium PF 6 ), ethylene carbonate (EC), and diethyl carbonate (DEC) in a volume ratio of 20:30:50 as an electrolyte. The same as the battery E1 except that a non-aqueous electrolyte solution (sample E5) in which a mixed supporting salt obtained by mixing LiPF 6 and LPFO at a molar ratio of 90:10 was dissolved to a concentration of 1M was used. It was made.

電池E6は、常温溶融塩(N−メチル−N’−プロピルピペリジニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド)とエチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)とを20:30:50という体積比で混合した混合溶媒に、電解質として、LiPF6とLPFOとを90:10というモル比で混合した混合支持塩を濃度1Mとなるように溶解した非水電解液(試料E6)を用いた点を除いては、上記電池E1と同様にして作製した。 The battery E6 includes a room temperature molten salt (N-methyl-N′-propylpiperidinium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide), ethylene carbonate (EC), and diethyl carbonate (DEC) in a volume ratio of 20:30:50. Except for using a non-aqueous electrolyte solution (sample E6) in which a mixed supporting salt prepared by mixing LiPF 6 and LPFO at a molar ratio of 90:10 to a concentration of 1 M is used as an electrolyte in the mixed solvent mixture. In the same manner as the battery E1.

電池E7は、常温溶融塩(1エチル3メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド)とエチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)とを20:30:50という体積比で混合した混合溶媒に、電解質として、LiPF6と下記の式(2)で表されるアニオン化合物のリチウム塩(以下適宜LBFOという)とを90:10というモル比で混合した混合支持塩を濃度1Mとなるように溶解した非水電解液(試料E7)を用いた点を除いては、上記電池E1と同様にして作製した。 Battery E7 is a mixed solvent in which a room temperature molten salt (1 ethyl 3-methylimidazolium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide), ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) are mixed at a volume ratio of 20:30:50. As an electrolyte, a mixed supporting salt prepared by mixing LiPF 6 and a lithium salt of an anionic compound represented by the following formula (2) (hereinafter referred to as LBFO as appropriate) at a molar ratio of 90:10 is dissolved to a concentration of 1M. A battery was prepared in the same manner as the battery E1 except that the nonaqueous electrolyte solution (sample E7) was used.

Figure 0004955951
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電池E8は、常温溶融塩(1エチル3メチルイミダゾリウムPF6)とエチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)とを20:30:50という体積比で混合した混合溶媒に、電解質として、LiPF6とLBFOとを90:10というモル比で混合した混合支持塩を濃度1Mとなるように溶解した非水電解液(試料E8)を用いた点を除いては、上記電池E1と同様にして作製した。
また、電池E9は、常温溶融塩(N−メチル−N’−プロピルピペリジニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド)とエチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)とを20:30:50という体積比で混合した混合溶媒に、電解質として、LiPF6とLBFOとを90:10というモル比で混合した混合支持塩を濃度1Mとなるように溶解した非水電解液(試料E9)を用いた点を除いては、上記電池E1と同様にして作製した。
The battery E8 was prepared by mixing LiPF as an electrolyte in a mixed solvent in which a room temperature molten salt (1 ethyl 3-methylimidazolium PF 6 ), ethylene carbonate (EC), and diethyl carbonate (DEC) were mixed at a volume ratio of 20:30:50. 6 except that a non-aqueous electrolyte solution (sample E8) in which a mixed supporting salt obtained by mixing 6 and LBFO at a molar ratio of 90:10 was dissolved to a concentration of 1 M was used. Produced.
Further, the battery E9 has a room temperature molten salt (N-methyl-N′-propylpiperidinium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide), ethylene carbonate (EC), and diethyl carbonate (DEC) in a volume of 20:30:50. a solvent mixture in a ratio, that as the electrolyte, LiPF 6 was used and LBFO and a nonaqueous electrolytic solution in which the mixed supporting salt were mixed in a molar ratio of 90:10 was dissolved at a concentration 1M (sample E9) The battery was manufactured in the same manner as the battery E1 except for the above.

電池C1は、常温溶融塩(1エチル3メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド)とエチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)とを20:30:50という体積比で混合した混合溶媒に、電解質として、LiPF6のみを溶解させてなる非水電解液(試料C1)を用いた点を除いては上記電池E1と同様にして作製した。
また、電池C2は、常温溶融塩(1エチル3メチルイミダゾリウムPF6)とエチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)とを20:30:50という体積比で混合した混合溶媒に、電解質として、LiPF6のみを溶解させてなる非水電解液(試料C2)を用いた点を除いては上記電池E1と同様にして作製した。
Battery C1 is a mixed solvent in which a room temperature molten salt (1 ethyl 3-methylimidazolium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide), ethylene carbonate (EC), and diethyl carbonate (DEC) are mixed at a volume ratio of 20:30:50. The battery was prepared in the same manner as the battery E1 except that a non-aqueous electrolyte (sample C1) in which only LiPF 6 was dissolved was used as the electrolyte.
In addition, the battery C2 is prepared as an electrolyte in a mixed solvent obtained by mixing a room temperature molten salt (1 ethyl 3-methylimidazolium PF 6 ), ethylene carbonate (EC), and diethyl carbonate (DEC) at a volume ratio of 20:30:50. This was prepared in the same manner as the battery E1 except that a non-aqueous electrolyte solution (sample C2) in which only LiPF 6 was dissolved was used.

また、電池C3は、常温溶融塩(N−メチル−N’−プロピルピペリジニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド)とエチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)とを20:30:50という体積比で混合した混合溶媒に、電解質として、LiPF6のみを溶解させてなる非水電解液(試料C3)を用いた点を除いては上記電池E1と同様にして作製した。
各電池(電池E1〜電池E9及び電池C1〜電池C3)の作製に用いた各非水電解液(試料E1〜試料E9及び試料C1〜試料C3)について、常温溶融塩及び有機溶媒の種類、電解質の種類及び配合割合を表1に示す。
In addition, the battery C3 includes a room temperature molten salt (N-methyl-N′-propylpiperidinium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide), ethylene carbonate (EC), and diethyl carbonate (DEC) in a volume of 20:30:50. The battery was prepared in the same manner as the battery E1 except that a non-aqueous electrolyte solution (sample C3) in which only LiPF 6 was dissolved was used as the electrolyte in the mixed solvent at a ratio.
About each non-aqueous electrolyte (sample E1-sample E9 and sample C1-sample C3) used for preparation of each battery (battery E1-battery E9 and battery C1-battery C3), kind of normal temperature molten salt and organic solvent, electrolyte Table 1 shows the types and blending ratios.

Figure 0004955951
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(実験例1)
次に、上記のようにして作製した12種類のリチウムイオン二次電池(電池E1〜電池E9及び電池C1〜電池C3)の電池特性を評価した。具体的には、電池特性として、各電池の容量維持率、初期IV抵抗(初期内部抵抗)、及びIV抵抗増加率(内部抵抗増加率)を調べた。また、各電池の電解液の難燃性の評価を行った。
(Experimental example 1)
Next, the battery characteristics of 12 types of lithium ion secondary batteries (battery E1 to battery E9 and battery C1 to battery C3) produced as described above were evaluated. Specifically, as the battery characteristics, the capacity maintenance rate, initial IV resistance (initial internal resistance), and IV resistance increase rate (internal resistance increase rate) of each battery were examined. Moreover, the flame retardance of the electrolyte solution of each battery was evaluated.

「初期IV抵抗」
各電池(電池E1〜電池E9及び電池C1〜電池C3)を、電池容量50%(SOC=50%)の状態に調整し、0.5A、1A、2A、3A、5Aの電流を流して10秒後の電池電圧を測定した。各電池に流した電流と電圧とを直線近似し、その傾きから初期抵抗を求めた。各電池の初期抵抗値は、電池C1の値を1としたときの相対値として算出した。即ち、各電池の初期抵抗の結果を、電池C1の値を基準に規格化した値で表した。その結果を表2に示す。
"Initial IV resistance"
Each battery (battery E1-battery E9 and battery C1-battery C3) is adjusted to a battery capacity of 50% (SOC = 50%), and a current of 0.5A, 1A, 2A, 3A, 5A is applied. The battery voltage after 2 seconds was measured. The current and voltage passed through each battery were linearly approximated, and the initial resistance was determined from the slope. The initial resistance value of each battery was calculated as a relative value when the value of the battery C1 was 1. That is, the result of the initial resistance of each battery was expressed as a value normalized with respect to the value of the battery C1. The results are shown in Table 2.

「充放電サイクル試験」
電池の実使用温度範囲の上限と目される60℃の温度条件下で、上記電池E1〜電池E9及び電池C1〜電池C3を、電流密度2.0mA/cm2の定電流で充電上限電圧4.2Vまで充電し、次いで電流密度2.0mA/cm2の定電流で放電下限電圧3Vまで放電を行う充放電を1サイクルとし、このサイクルを合計100サイクル行った。
"Charge / discharge cycle test"
The battery E1 to the battery E9 and the batteries C1 to C3 are charged at a constant current of a current density of 2.0 mA / cm 2 under a temperature condition of 60 ° C., which is regarded as the upper limit of the actual use temperature range of the battery. Charging / discharging which was charged to 2 V and then discharged to a discharge lower limit voltage of 3 V at a constant current of 2.0 mA / cm 2 was defined as one cycle, and this cycle was performed for a total of 100 cycles.

「容量維持率」
充放電サイクル試験前後において、充放電サイクル試験前の放電容量を放電容量A、充放電サイクル試験後の放電容量を放電容量Bとしたとき、容量維持率を下記の式(a)により算出した。その結果を表2に示す。
容量維持率(%)=放電容量B/放電容量A×100 ・・・・(a)
"Capacity maintenance rate"
Before and after the charge / discharge cycle test, when the discharge capacity before the charge / discharge cycle test was discharge capacity A and the discharge capacity after the charge / discharge cycle test was discharge capacity B, the capacity retention rate was calculated by the following equation (a). The results are shown in Table 2.
Capacity maintenance ratio (%) = discharge capacity B / discharge capacity A × 100 (a)

「IV抵抗増加率」
各電池を電池容量の50%(SOC=50%)に調整し、0.5A、1A、2A、3A、5Aの電流を流して10秒後の電池電圧を測定した。流した電流と電圧とを直線近似し、その傾きからIV抵抗を求めた。
IV抵抗増加率は、上記充放電サイクル試験後のIV抵抗を抵抗Y、充放電サイクル試験前のIV抵抗を抵抗Xとすると、下記の式(b)にて算出することができる。その結果を表2に示す。
IV抵抗増加率(%)=(抵抗Y−抵抗X)×100/抵抗X ・・・・(b)
"IV resistance increase rate"
Each battery was adjusted to 50% of the battery capacity (SOC = 50%), a current of 0.5A, 1A, 2A, 3A, and 5A was applied to measure the battery voltage after 10 seconds. The applied current and voltage were linearly approximated, and IV resistance was obtained from the slope.
The IV resistance increase rate can be calculated by the following equation (b), where IV resistance after the charge / discharge cycle test is resistance Y and IV resistance before the charge / discharge cycle test is resistance X. The results are shown in Table 2.
IV resistance increase rate (%) = (resistance Y−resistance X) × 100 / resistance X (b)

「難燃性試験」
各電池(電池E1〜電池E9、及び電池C1〜C3)に用いた12種類の非水電解液(試料E1〜試料E9及び試料C1〜試料C3)をそれぞれ準備し、各非水電解液にセパレータ(厚さ25μm、幅6mm、長さ120mm)を浸漬し、各非水電解液を含浸させた12種類のセパレータを作製した。次いで、各セパレータの上端をピンセットで挟んで大気中にぶら下げ、下端にマッチの火を近づけた。このとき、着火の有無及び着火した場合のセパレータの燃焼状況を目視により観察した。着火しなかった場合を○とし、着火してセパレータの大半が焼け落ちた場合を×として評価した。その結果を表2に示す。
"Flame retardance test"
Twelve types of nonaqueous electrolytes (sample E1 to sample E9 and sample C1 to sample C3) used for each battery (battery E1 to battery E9 and batteries C1 to C3) were prepared, and separators were provided for each nonaqueous electrolyte. Twelve types of separators were prepared by immersing (thickness 25 μm, width 6 mm, length 120 mm) and impregnating each non-aqueous electrolyte. Next, the upper end of each separator was sandwiched between tweezers and hung in the atmosphere, and a match fire was brought closer to the lower end. At this time, the presence or absence of ignition and the combustion state of the separator when ignited were visually observed. The case where ignition was not performed was evaluated as “◯”, and the case where ignition was performed and most of the separator burned out was evaluated as “X”. The results are shown in Table 2.

Figure 0004955951
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表2より知られるごとく、常温溶融塩を含有する非水電解液(試料E1〜試料E9及び試料C1〜試料C3)は、そのいずれもが上記難燃性試験において着火がおこらず、優れた難燃性を示した。
また、常温溶融塩として1エチル3メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドを含有する電池E1、電池E4、電池E7、及び電池C1を比較すると、電解質としてアニオン化合物を含有する電池E1、電池E4、及び電池E7は、電池C1に比べて、容量維持率や初期IV抵抗はほとんど変わらないが、IV抵抗増加率が大幅に低下していることがわかる。
As is known from Table 2, all of the non-aqueous electrolytes (sample E1 to sample E9 and sample C1 to sample C3) containing the room temperature molten salt were not ignited in the flame retardancy test, and were excellent in difficulty. Showed flammability.
Further, when comparing the battery E1, the battery E4, the battery E7, and the battery C1 containing 1 ethyl 3 methylimidazolium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide as a room temperature molten salt, the battery E1 and the battery E4 containing an anionic compound as an electrolyte are compared. It can be seen that the capacity retention rate and the initial IV resistance of the battery E7 are almost the same as the battery C1, but the increase rate of the IV resistance is greatly reduced.

また、同様に、常温溶融塩として1エチル3メチルイミダゾリウムPF6を含有する電池E2、電池E5、電池E8、及び電池C2を比較すると、電解質としてアニオン化合物を含有する電池E2、電池E5、及び電池E8は、電池C2に比べて、容量維持率や初期IV抵抗はほとんど変わらないが、IV抵抗増加率が大幅に低下していることがわかる。 Similarly, cell E2 containing 1-ethyl-3-methyl-imidazolium PF 6 as ambient temperature molten salt, battery E5, a comparison of cell E8, and a battery C2, cell E2 containing an anionic compound as the electrolyte, batteries E5 and, It can be seen that the battery E8 has almost the same capacity maintenance rate and initial IV resistance as the battery C2, but the IV resistance increase rate is greatly reduced.

さらに、常温溶融塩として、N−メチル−N’−プロピルピペリジニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドを含有する電池E3、電池E6、電池E9、及び電池C3を比較すると、電解質としてアニオン化合物を含有する電池E3、電池E6、及び電池E9は、電池C3に比べて、容量維持率や初期IV抵抗はほとんど変わらないが、IV抵抗増加率が大幅に低下していることがわかる。   Further, when comparing battery E3, battery E6, battery E9, and battery C3 containing N-methyl-N′-propylpiperidinium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide as a room temperature molten salt, an anionic compound is contained as an electrolyte. It can be seen that the battery E3, the battery E6, and the battery E9 have almost the same capacity maintenance rate and initial IV resistance as the battery C3, but the IV resistance increase rate is greatly reduced.

このように、電解液中に、常温溶融塩とアニオン化合物とを含有するリチウムイオン二次電池(電池E1〜電池E9)は、優れた難燃性を発揮できると共に、充放電を繰り返したときの内部抵抗の上昇を抑制することができ、長期間にわたって高い出力を発揮することができる。   Thus, the lithium ion secondary battery (battery E1 to battery E9) containing a room temperature molten salt and an anion compound in the electrolyte solution can exhibit excellent flame retardancy, and can be repeatedly charged and discharged. An increase in internal resistance can be suppressed, and a high output can be exhibited over a long period of time.

実施例1にかかる、リチウムイオン二次電池の構成を示す説明図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Explanatory drawing which shows the structure of the lithium ion secondary battery concerning Example 1. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 リチウムイオン二次電池
2 正極
3 負極
4 セパレータ
6 電池ケース
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Lithium ion secondary battery 2 Positive electrode 3 Negative electrode 4 Separator 6 Battery case

Claims (5)

リチウムと遷移金属元素とを含む酸化物、又はポリアニオン系化合物を正極活物質として含有する正極と、リチウムの吸蔵・脱離が可能な炭素材料を負極活物質として含有する負極と、有機溶媒と常温溶融塩との混合溶媒に電解質を溶解してなる非水電解液とを有するリチウムイオン二次電池において、
上記常温溶融塩は、イミダゾリウム塩、ピロリジニウム塩、又は脂肪族第4級アンモニウム塩から選ばれる1種以上からなり、
上記混合溶媒は、上記有機溶媒20〜80vol%と上記常温溶融塩80〜20vol%とからなり、
上記電解質としては、少なくともLiPF6下記の式(2)〜(5)で表されるアニオン化合物の塩とを用いることを特徴とするリチウムイオン二次電池
Figure 0004955951
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A positive electrode containing an oxide containing lithium and a transition metal element or a polyanionic compound as a positive electrode active material, a negative electrode containing a carbon material capable of occluding and desorbing lithium as a negative electrode active material, an organic solvent and room temperature In a lithium ion secondary battery having a nonaqueous electrolytic solution obtained by dissolving an electrolyte in a mixed solvent with a molten salt,
The room temperature molten salt is composed of one or more selected from an imidazolium salt, a pyrrolidinium salt, or an aliphatic quaternary ammonium salt,
The mixed solvent consists of the organic solvent 20-80 vol% and the room temperature molten salt 80-20 vol%,
As the electrolyte, at least LiPF 6 and a salt of an anion compound represented by the following formulas (2) to (5) are used .
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請求項1において、上記アニオン化合物の塩において該アニオン化合物と対をなすカチオンは、Li+又はNa+の少なくとも一方であることを特徴とするリチウムイオン二次電池。 2. The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the cation paired with the anion compound in the salt of the anion compound is at least one of Li + and Na + . 請求項1又は2において、上記アニオン化合物としては、上記式(4)で表される化合物を用いることを特徴とするリチウムイオン二次電池。 3. The lithium ion secondary battery according to claim 1 , wherein a compound represented by the above formula (4) is used as the anion compound. 請求項1〜3のいずれか一項において、上記電解質として、さらにLiClO4、LiBF4、LiAsF6、又はLiSbF6から選ばれる1種以上を用いることを特徴とするリチウムイオン二次電池。 In any one of claims 1 to 3, as the electrolyte, further LiClO 4, LiBF 4, LiAsF 6 , and lithium-ion secondary battery, which comprises using one or more selected from LiSbF 6. 請求項1〜4のいずれか一項において、上記アニオン化合物の塩の上記混合溶媒に対する添加量は、全電解質量中の1mol%〜50mol%であることを特徴とするリチウムイオン二次電池。 5. The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein an addition amount of the salt of the anion compound to the mixed solvent is 1 mol% to 50 mol% in the total electrolytic mass.
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