JP5008471B2 - Non-aqueous electrolyte, non-aqueous electrolyte secondary battery and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、エーテル骨格とスルホン酸アルカリ金属塩基とを少なくとも分子内に有する化合物を含有する非水電解液と、該非水電解液を用いてなり、高電圧下においても高温貯蔵性に優れた非水電解液二次電池に関するものである。   The present invention uses a non-aqueous electrolyte containing a compound having at least an ether skeleton and an alkali metal sulfonate sulfonate in the molecule, and the non-aqueous electrolyte, and has a high temperature storage stability even under high voltage. The present invention relates to a water electrolyte secondary battery.

非水電解液を用いて構成されるリチウムイオン二次電池(非水電解液二次電池)は、高電圧(作動電圧4.2V)、高エネルギー密度という特徴を持つことから、携帯情報機器分野などにおいて広く利用され、その需要が急速に拡大しており、現在では、携帯電話、ノート型パソコンを始めとするモバイル情報化機器用の標準電池としてのポジションが確立されている。当然ながら、携帯機器などの高性能化と多機能化に伴い、その電源としてのリチウムイオン二次電池に対しても更なる高性能化(例えば、高容量化と高エネルギー密度化)が求められている。この要求に応えるために種々の方法、例えば、電極の充填率の向上による高密度化、現行の活物質(特に負極)の充電深度の拡大、高容量の新規活物質の開発などが検討されている。そして、現実に、これらの方法によってリチウムイオン二次電池は確実に高容量化されている。   A lithium ion secondary battery (non-aqueous electrolyte secondary battery) configured using a non-aqueous electrolyte has characteristics of high voltage (operation voltage 4.2 V) and high energy density. The demand for these devices is expanding rapidly, and now a position as a standard battery for mobile information devices such as mobile phones and notebook computers has been established. Naturally, along with the high performance and multi-functionality of portable devices, there is a need for higher performance (for example, higher capacity and higher energy density) for lithium-ion secondary batteries as power sources. ing. In order to meet this demand, various methods such as increasing the density by increasing the filling rate of the electrodes, increasing the charging depth of the current active material (especially the negative electrode), and developing a new active material with a high capacity have been studied. Yes. In reality, the capacity of the lithium ion secondary battery is reliably increased by these methods.

このリチウムイオン二次電池は、電解液(電解質)として、電解質塩を非水性溶媒(有機溶媒)に溶解させた非水電解液を用いることが多い。   This lithium ion secondary battery often uses a non-aqueous electrolyte obtained by dissolving an electrolyte salt in a non-aqueous solvent (organic solvent) as the electrolyte (electrolyte).

また、その一方で、電解質に液状の非水電解液ではなく、固体状の電解質を使用したリチウムイオン二次電池も知られている。例えば、特許文献1には、ポリエーテル型のアモルファス構造からなる高分子物質に特定の塩を溶解させてなるイオン伝導性高分子物質を、電解質に使用して構成したリチウムイオン二次電池が提案されている。しかし、特許文献1に開示されているイオン伝導性高分子物質自体は、例えば、60℃以上の高温下においても、導電率が10−5S・cm−1以下であり、現行のリチウムイオン二次電池に適用する電解質としては、十分の性能を備えているとはいい難い。 On the other hand, a lithium ion secondary battery using a solid electrolyte instead of a liquid non-aqueous electrolyte is also known. For example, Patent Document 1 proposes a lithium ion secondary battery configured by using, as an electrolyte, an ion conductive polymer material obtained by dissolving a specific salt in a polymer material having a polyether type amorphous structure. Has been. However, the ion conductive polymer substance disclosed in Patent Document 1 itself has a conductivity of 10 −5 S · cm −1 or less even at a high temperature of 60 ° C. or higher, for example. It is difficult to say that the electrolyte applied to the secondary battery has sufficient performance.

リチウムイオン二次電池の正極は、例えば、正極活物質、導電助剤およびバインダなどを含有する正極合剤を溶剤に分散させるなどして正極合剤含有スラリーを調製し、これを正極集電体となる金属箔などの表面に塗布し、乾燥して、正極合剤層を形成する工程を経て製造される。特許文献2には、正極合剤含有スラリーに特定構造のスルホン酸またはスルホン酸リチウム塩を含有させて、正極合剤含有スラリーのゲル化を防止しつつ作製した正極を有するリチウムイオン二次電池、すなわち、前記特定構造のスルホン酸またはスルホン酸リチウム塩を含有する正極を有するリチウムイオン二次電池を開示している。特許文献2では、前記特定構造のスルホン酸またはスルホン酸リチウム塩を正極に含有させても、電池特性を損なわないとしている。   The positive electrode of the lithium ion secondary battery is prepared, for example, by preparing a positive electrode mixture-containing slurry by dispersing a positive electrode mixture containing a positive electrode active material, a conductive additive and a binder in a solvent. It is applied to the surface of a metal foil or the like to be manufactured and dried to produce a positive electrode mixture layer. Patent Document 2 includes a lithium ion secondary battery having a positive electrode prepared by containing a sulfonic acid having a specific structure or a lithium sulfonate salt in a positive electrode mixture-containing slurry and preventing gelation of the positive electrode mixture-containing slurry, That is, a lithium ion secondary battery having a positive electrode containing a sulfonic acid having a specific structure or a lithium sulfonate is disclosed. In Patent Document 2, even if the positive electrode contains a sulfonic acid or a sulfonic acid lithium salt having the specific structure, battery characteristics are not impaired.

特開昭62−64073号公報JP 62-64073 A 特開2003−173782号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-173782

ところで、リチウムイオン二次電池の性能向上の一つとして、充電電圧の上昇による正極活物質の充電深度の拡大が注目されている。例えば、作動電圧が4.2V級のリチウムイオン二次電池の活物質であるコバルト複合酸化物(LiCoO)は、現在採用されている充電条件であるLi基準で4.3Vまで充電すると、充電容量が約155mAh/gであるのに対し、4.50Vまで充電すると約190mAh/g以上である。このように充電電圧の向上で正極活物質の利用率が大きくなる。 By the way, as one of the performance improvement of a lithium ion secondary battery, the expansion of the charge depth of a positive electrode active material by the rise in charge voltage attracts attention. For example, a cobalt composite oxide (LiCoO 2 ), which is an active material of a lithium ion secondary battery having an operating voltage of 4.2 V class, is charged when charged to 4.3 V on the basis of Li, which is a currently used charging condition. While the capacity is about 155 mAh / g, it is about 190 mAh / g or more when charged to 4.50V. Thus, the utilization rate of a positive electrode active material becomes large by the improvement of a charging voltage.

しかし、電池の高電圧化に伴って、電池の容量やエネルギー密度が向上する一方で、電池の安全性や充放電サイクル特性の低下だけではなく、高温貯蔵時における膨れなどが大きな問題となる。   However, as the voltage of the battery increases, the capacity and energy density of the battery improve. On the other hand, not only the safety of the battery and the charge / discharge cycle characteristics deteriorate, but also the swelling during high-temperature storage becomes a serious problem.

従来から、電池の安全性や充放電サイクル特性の低下、電池の膨れなどの問題を解決する技術の提案もある。例えば、リチウムイオン二次電池の非水電解液中に特定の環状硫酸エステルなどの添加剤を加え、電池の充電によって、負極表面に前記添加剤由来の緻密な皮膜を形成し、この皮膜により非水電解液中の非水性溶媒と負極との反応を継続的に抑制する機構によって、電池の高電圧下に伴う前記の問題を解決する技術が知られている。   Conventionally, there have been proposals for techniques for solving problems such as battery safety, deterioration of charge / discharge cycle characteristics, and battery swelling. For example, an additive such as a specific cyclic sulfate is added to the non-aqueous electrolyte of a lithium ion secondary battery, and the battery is charged to form a dense film derived from the additive on the negative electrode surface. A technique is known that solves the above-described problems associated with the high voltage of a battery by a mechanism that continuously suppresses the reaction between the nonaqueous solvent in the aqueous electrolyte and the negative electrode.

ところが、従来公知の添加剤を非水電解液に添加することで形成した皮膜では、イオン伝導性が不足するために、電池の特性が低下し、また、前記皮膜は構造的に不安定で、皮膜の溶解と成長を繰り返すため、高温貯蔵時における膨れの抑制効果は必ずしも十分ではない。また、電池の充電完了時における正極の電位が、例えばLi基準で4.35V以上のような高電圧となる場合には、これらの技術を適用するだけでは、充放電サイクル特性の低下抑制や高温貯蔵時における膨れ抑制(特に高温貯蔵時における膨れ抑制)を十分に達成できるものではない。   However, in the film formed by adding a conventionally known additive to the non-aqueous electrolyte, the ionic conductivity is insufficient, so the characteristics of the battery are reduced, and the film is structurally unstable, Since dissolution and growth of the film are repeated, the effect of suppressing swelling during high-temperature storage is not always sufficient. In addition, when the potential of the positive electrode at the completion of charging of the battery becomes a high voltage of, for example, 4.35 V or more on the basis of Li, it is possible to suppress deterioration in charge / discharge cycle characteristics or to increase the temperature by simply applying these techniques. Swelling suppression during storage (especially swelling suppression during high-temperature storage) cannot be sufficiently achieved.

本発明は前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、高電圧の充電状態であっても高温貯蔵特性の良好な非水電解液二次電池と、該非水電解液二次電池を構成し得る非水電解液を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery having good high-temperature storage characteristics even in a high-voltage charged state, and the non-aqueous electrolyte secondary battery. The object is to provide a non-aqueous electrolyte that can be configured.

前記目的を達成し得た本発明の非水電解液は、非水性溶媒と、電解質塩と、一般式(1)で表されるスルホン酸塩とを有することを特徴とするものである。   The non-aqueous electrolyte solution of the present invention that has achieved the above object is characterized by having a non-aqueous solvent, an electrolyte salt, and a sulfonate represented by the general formula (1).

Figure 0005008471
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[前記式中、RおよびRは、水素がフッ素で置換されていてもよい炭素数1〜6のアルキレンまたはフェニレンで、同一でもよく、また異なっていてもよい。Mはアルカリ金属元素であり、mおよびnは、0〜100の整数であり、かつ1≦m+n≦100である。また、Xは、水素、または下記式(2)〜(5)のいずれかで示される基である。] [Wherein, R 1 and R 2 are alkylene or phenylene having 1 to 6 carbon atoms in which hydrogen may be substituted with fluorine, and may be the same or different. M is an alkali metal element, m and n are integers of 0 to 100, and 1 ≦ m + n ≦ 100. X is hydrogen or a group represented by any of the following formulas (2) to (5). ]

Figure 0005008471
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[前記式(2)〜(5)中、M’はアルカリ金属元素であり、前記式(1)におけるMと同一でもよく、異なっていてもよい。] [In the formulas (2) to (5), M ′ is an alkali metal element, and may be the same as or different from M in the formula (1). ]

また、本発明の非水電解液二次電池は、正極、負極、セパレータ、および本発明の非水電解液を有することを特徴とするものである。
更に、本発明の非水電解液二次電池の製造方法は、正極、負極、セパレータおよび請求項1〜8のいずれかに記載の非水電解液を有する非水電解液二次電池を充電し、前記非水電解液中のスルホン酸塩を正極と反応させて正極表面に皮膜を形成することを特徴とする。
The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is characterized by having a positive electrode, a negative electrode, a separator, and the non-aqueous electrolyte of the present invention.
Furthermore, the manufacturing method of the non-aqueous electrolyte secondary battery of this invention charges the non-aqueous electrolyte secondary battery which has a positive electrode, a negative electrode, a separator, and the non-aqueous electrolyte in any one of Claims 1-8. The film is formed on the surface of the positive electrode by reacting the sulfonate in the non-aqueous electrolyte with the positive electrode.

一般に、充電された非水電解液二次電池では、正極活物質である金属酸化物が高電位状態で非常に強い酸化性を示すため、正極表面において非水電解液の溶媒として用いた非水性溶媒と反応し、これを分解する。特に高電圧で充電された場合、この分解反応は激しくなる。このような非水性溶媒の分解反応は、高電圧で充電された非水電解液二次電池を高温で貯蔵した際の膨れ発生の原因となる。   In general, in a charged nonaqueous electrolyte secondary battery, the metal oxide as the positive electrode active material exhibits a very strong oxidizing property in a high potential state. Therefore, the nonaqueous electrolyte used as a solvent for the nonaqueous electrolyte solution on the positive electrode surface Reacts with solvent and decomposes. Particularly when charged at a high voltage, this decomposition reaction becomes violent. Such a decomposition reaction of the non-aqueous solvent causes swelling when a non-aqueous electrolyte secondary battery charged at a high voltage is stored at a high temperature.

本発明者は、ポリエーテル型のアモルファス構造を有するアルカリ金属塩に特殊な官能基を導入してイオン液体になることに注目し、詳しく検討を重ねた結果、ポリエーテルからなるセグメントをスルホン酸のアルカリ金属塩基と共に一つの分子内に導入した化合物(スルホン酸塩)を非水電解液に含有させ、該非水電解液を用いて電池を構成すると、充電(特に高電圧で充電)した場合に、前記スルホン酸塩が正極と反応して正極表面に皮膜を形成すること、該皮膜の有するポリエーテルが皮膜のイオン伝導度の向上を図り得ること、およびスルホン酸塩の分子構造や分子量の制御によって、その粘度などを制御できることを見出し、本発明を完成するに至った。   The inventor of the present invention pays attention to the introduction of a special functional group into an alkali metal salt having a polyether type amorphous structure to form an ionic liquid. When a compound (sulfonic acid salt) introduced into one molecule together with an alkali metal base is contained in a non-aqueous electrolyte and a battery is constructed using the non-aqueous electrolyte, when charged (particularly charged at a high voltage), The sulfonate reacts with the positive electrode to form a film on the surface of the positive electrode, the polyether of the film can improve the ionic conductivity of the film, and the molecular structure and molecular weight of the sulfonate are controlled. The inventors have found that the viscosity can be controlled, and have completed the present invention.

本発明によれば、高電圧の充電状態であっても高温貯蔵特性の良好な非水電解液二次電池と、該非水電解液二次電池を構成し得る非水電解液を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery having good high-temperature storage characteristics even in a high-voltage charged state, and a non-aqueous electrolyte that can constitute the non-aqueous electrolyte secondary battery. it can.

本発明の非水電解液では、前記一般式(1)で表されるスルホン酸塩が用いられる。かかるスルホン酸塩は、エーテル結合を有するセグメントが導入されているため、イオン伝導度が高くなる。前記非水電解液を用いて電池を構成すると、前記スルホン酸塩が正極と反応して正極表面に保護皮膜が形成される。形成された保護皮膜は構造的に安定であるため、正極と非水電解液との反応を防止して電池の膨れを抑制する。また、前記保護皮膜はイオン伝導性が高いため、これが形成されても電池の負荷特性などへの影響は小さく、電池の性能に悪影響を及ぼし難い。なお、前記スルホン酸塩は負極でも反応する。   In the nonaqueous electrolytic solution of the present invention, the sulfonate represented by the general formula (1) is used. Such a sulfonate has a high ion conductivity because a segment having an ether bond is introduced. When a battery is constructed using the non-aqueous electrolyte, the sulfonate reacts with the positive electrode to form a protective film on the surface of the positive electrode. Since the formed protective film is structurally stable, the reaction between the positive electrode and the nonaqueous electrolytic solution is prevented to suppress the swelling of the battery. Further, since the protective film has high ion conductivity, even if it is formed, the influence on the load characteristics of the battery is small, and it is difficult to adversely affect the performance of the battery. The sulfonic acid salt also reacts with the negative electrode.

前記一般式(1)において、m+nはエーテル骨格部分(オキシプロピレンユニットおよびオキシエチレンユニットの結合部分)の長さを表しているが、この値は1以上100以下であり、m+nが100より大きくなると、官能基であるスルホン酸のアルカリ金属塩基(以下、単に「スルホン酸金属塩基」という場合がある)が分子の内部に閉じ込められたり、非水性溶媒への溶解性が低下したりすることがある。なお、非水性溶媒および電解質塩に対する親和性や、イオン伝導度の観点から、m+nは、5以上であることが好ましく、また、20以下であることが好ましい。   In the general formula (1), m + n represents the length of the ether skeleton portion (bonded portion of the oxypropylene unit and the oxyethylene unit), and this value is 1 or more and 100 or less, and when m + n is greater than 100, The alkali metal base of sulfonic acid, which is a functional group (hereinafter sometimes simply referred to as “sulfonic acid metal base”) may be trapped inside the molecule, or the solubility in a non-aqueous solvent may be reduced. . Note that m + n is preferably 5 or more, and preferably 20 or less, from the viewpoints of affinity for the non-aqueous solvent and the electrolyte salt and ion conductivity.

また、mおよびnは、それぞれ0以上100以下の整数であるが、mは、0以上であることが好ましく、また、20以下であることが好ましい。更に、nは、50以下であることが好ましい。   M and n are each an integer of 0 or more and 100 or less, and m is preferably 0 or more, and preferably 20 or less. Furthermore, n is preferably 50 or less.

なお、前記スルホン酸塩において、オキシプロピレンユニットとオキシエチレンユニットとは、それぞれがブロックを形成しつつ結合していてもよく、ランダムに結合していてもよい。   In the sulfonate, the oxypropylene unit and the oxyethylene unit may be bonded while forming a block, or may be bonded at random.

前記一般式(1)において、RおよびRは、水素がフッ素で置換されていてもよい炭素数1〜6のアルキレンまたはフェニレンで、同一でもよく、また異なっていてもよい。中でも、R、Rのいずれも、メチレン(−CH−)、エチレン(−CH−CH−)、プロピレン(−CH−CH−CH−)が好ましい。 In the general formula (1), R 1 and R 2 are alkylene or phenylene having 1 to 6 carbon atoms in which hydrogen may be substituted with fluorine, and may be the same or different. Among these, both R 1 and R 2 are preferably methylene (—CH 2 —), ethylene (—CH 2 —CH 2 —), and propylene (—CH 2 —CH 2 —CH 2 —).

前記一般式(1)において、Mはアルカリ金属元素であり、Li、Na、Kが好ましく、Liが特に好ましい。   In the general formula (1), M is an alkali metal element, preferably Li, Na, or K, and particularly preferably Li.

前記一般式(1)において、Xは、水素または前記式(2)〜(5)のいずれかで表される基であり、前記式(2)〜(5)のいずれかで表される基であることが好ましく、前記式(2)で表される基(スルホン酸金属塩基)であることがより好ましい。   In the general formula (1), X is hydrogen or a group represented by any one of the above formulas (2) to (5), and is a group represented by any one of the above formulas (2) to (5). It is preferable that it is a group (sulfonic acid metal base) represented by the formula (2).

前記式(2)〜(5)のいずれかで表される基において、M’はアルカリ金属元素であり、Li、Na、Kが好ましく、Liが特に好ましい。また、前記一般式(1)で表されるスルホン酸塩において、Xが前記式(2)〜(5)のいずれかで表される基の場合、アルカリ金属元素M’は、アルカリ金属元素Mと同一でもよく、異なっていてもよい。   In the group represented by any one of the formulas (2) to (5), M ′ is an alkali metal element, preferably Li, Na, or K, and particularly preferably Li. In the sulfonate represented by the general formula (1), when X is a group represented by any one of the formulas (2) to (5), the alkali metal element M ′ is an alkali metal element M. May be the same or different.

前記一般式(1)で表されるスルホン酸塩の中でも、例えば、RおよびRが、炭素数が1〜6のアルキレンであり(なお、RとRとは同一でもよく、異なっていてもよい。RおよびRが、それぞれ単独に、メチレン、エチレン、プロピレンであることがより好ましい)、m=0であり、MがLiであり、Xが前記式(2)で表され、かつM’がLiであるスルホン酸塩が、特に好ましいものとして挙げられる。 Among the sulfonates represented by the general formula (1), for example, R 1 and R 2 are alkylene having 1 to 6 carbon atoms (Note that R 1 and R 2 may be the same or different. R 1 and R 2 are each preferably more preferably methylene, ethylene, or propylene), m = 0, M is Li, and X is represented by the formula (2). And sulfonates wherein M ′ is Li are particularly preferred.

非水電解液における前記スルホン酸塩の含有量は、前記スルホン酸塩による作用をより有効に発揮させる観点から、非水電解液全量中、0.05質量%以上であることが好ましく、0.5質量%以上であることがより好ましい。なお、非水電解液における前記スルホン酸塩の含有量が多すぎると、非水電解液の粘度が高くなりすぎて電池の負荷特性が低下する可能性があり、また、非水電解液のコストも高くなることから、その含有量は10質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることがより好ましい。   The content of the sulfonate in the non-aqueous electrolyte is preferably 0.05% by mass or more in the total amount of the non-aqueous electrolyte from the viewpoint of more effectively exerting the action of the sulfonate. More preferably, it is 5 mass% or more. If the content of the sulfonate in the non-aqueous electrolyte is too large, the viscosity of the non-aqueous electrolyte may become too high and the load characteristics of the battery may decrease, and the cost of the non-aqueous electrolyte may be reduced. Therefore, the content is preferably 10% by mass or less, and more preferably 5% by mass or less.

ポリエーテル骨格とスルホン酸金属塩基の両者を分子内に有する本発明に係るスルホン酸塩は、エーテルセグメントを有し、また分子内イオンを有するため、高分子量にも拘らず室温で液体状態を示すものであり、実質的にイオン液体の一種である。また、このスルホン酸塩は、非水性溶媒および電解質塩に対する親和性が高く、正極表面において、より高イオン伝導度の保護皮膜の形成を実現できる。   The sulfonate according to the present invention having both a polyether skeleton and a metal sulfonate group in the molecule has an ether segment and also has an intramolecular ion, and thus exhibits a liquid state at room temperature regardless of the high molecular weight. Is substantially a kind of ionic liquid. In addition, this sulfonate has a high affinity for non-aqueous solvents and electrolyte salts, and can form a protective film having a higher ionic conductivity on the surface of the positive electrode.

すなわち、本発明に係るスルホン酸塩を有する非水電解液を用いた電池では、スルホン酸塩のスルホン酸金属塩基が先に正極活物質と反応し、これによりエーテル結合を有する保護皮膜を正極表面に形成する。この保護皮膜はイオン伝導性が高く、また、構造的に安定であるため、正極と非水電解液との反応を防止して電池の膨れを抑制でき、これにより電池の高温貯蔵特性(特に高電圧充電状態での高温貯蔵特性)を効果的に改善できる。   That is, in the battery using the non-aqueous electrolyte having a sulfonate according to the present invention, the sulfonate metal base of the sulfonate first reacts with the positive electrode active material, whereby the protective film having an ether bond is formed on the positive electrode surface. To form. Since this protective film has high ion conductivity and is structurally stable, it can prevent the reaction between the positive electrode and the non-aqueous electrolyte and suppress the swelling of the battery. High-temperature storage characteristics in a voltage charged state) can be effectively improved.

また、前記保護皮膜は前記の通り構造的に安定であるため、酸化性の高いニッケル含有酸化物(LiNiOなどのリチウムニッケル酸化物など)を正極活物質に使用しても、保護皮膜が正極表面で安定に存在できる。よって、本発明の非水電解液を、ニッケル含有酸化物を正極活物質に用いた電池に適用しても、その効果を良好に確保できる。 In addition, since the protective film is structurally stable as described above, even if a highly oxidizable nickel-containing oxide (such as lithium nickel oxide such as LiNiO 2 ) is used as the positive electrode active material, the protective film is positive. It can exist stably on the surface. Therefore, even when the nonaqueous electrolytic solution of the present invention is applied to a battery using a nickel-containing oxide as a positive electrode active material, the effect can be secured satisfactorily.

前記スルホン酸塩の合成方法については特に制限はなく、1つの分子内に、エーテル結合とスルホン酸金属塩基とを有する化合物を合成できる方法であればよい。例えば、末端を臭素化したポリエチレングリコールの亜硫酸塩による置換反応による合成法、ポリエチレングリコールと無水硫酸化物との反応による合成法などが挙げられる。   There is no restriction | limiting in particular about the synthesis | combining method of the said sulfonate, What is necessary is just a method which can synthesize | combine the compound which has an ether bond and a sulfonic-acid metal base in 1 molecule. For example, a synthesis method by substitution reaction of a terminally brominated polyethylene glycol with sulfite, a synthesis method by reaction of polyethylene glycol and anhydrous sulfate, and the like can be mentioned.

本発明の非水電解液に用いる非水性溶媒(有機溶媒)としては、高誘電率のものが好ましく、カーボネート類を含むエステル類がより好ましい。中でも、誘電率が30以上のエステルを使用することが推奨される。このような高誘電率のエステルとしては、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、γ−ブチロラクトン、イオウ系エステル(エチレングリコールサルファイトなど)などが挙げられる。これらの中でも環状エステルが好ましく、エチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネートなどの環状カーボネートが特に好ましい。前記の各種溶媒以外にも、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などに代表される低粘度の極性の鎖状カーボネート、脂肪族の分岐型のカーボネート系化合物を用いることができる。環状カーボネート(特にエチレンカーボネート)と鎖状カーボネートとの混合溶媒が特に好ましい。   As a non-aqueous solvent (organic solvent) used for the non-aqueous electrolyte of the present invention, a high dielectric constant is preferable, and esters containing carbonates are more preferable. Among them, it is recommended to use an ester having a dielectric constant of 30 or more. Examples of such high dielectric constant esters include ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, γ-butyrolactone, sulfur-based esters (such as ethylene glycol sulfite) and the like. Among these, cyclic esters are preferable, and cyclic carbonates such as ethylene carbonate, vinylene carbonate, propylene carbonate, and butylene carbonate are particularly preferable. In addition to the above various solvents, low-viscosity polar linear carbonates typified by dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, and the like, and aliphatic branched carbonate compounds can be used. A mixed solvent of a cyclic carbonate (particularly ethylene carbonate) and a chain carbonate is particularly preferred.

更に前記の非水性溶媒以外にも、プロピオン酸メチルなどの鎖状のアルキルエステル類;リン酸トリメチルなどの鎖状リン酸トリエステル;3−メトキシプロピオニトリルなどのニトリル系溶媒;デンドリマーとデンドロンに代表されるエーテル結合を有する分岐型化合物;などの非水性溶媒(有機溶媒)を用いることができる。   In addition to the above non-aqueous solvents, chain alkyl esters such as methyl propionate; chain phosphate triesters such as trimethyl phosphate; nitrile solvents such as 3-methoxypropionitrile; dendrimers and dendrons A non-aqueous solvent (organic solvent) such as a branched compound having an ether bond can be used.

また、フッ素系の溶媒も用いることができる。フッ素系の溶媒としては、例えば、H(CF)OCH、COCH、H(CF)OCHCH、H(CF)OCHCF、H(CF)CHO(CF)Hなど、または、CFCHFCFOCH、CFCHFCFOCHCHなどの直鎖構造の(パーフロロアルキル)アルキルエーテル、もしくは、イソ(パーフロロアルキル)アルキルエーテル、すなわち、2−トリフロロメチルヘキサフロロプロピルメチルエーテル、2−トリフロロメチルヘキサフロロプロピルエチルエーテル、2−トリフロロメチルヘキサフロロプロピルプロピルエーテル、3−トリフロロオクタフロロブチルメチルエーテル、3−トリフロロオクタフロロブチルエチルエーテル、3−トリフロロオクタフロロブチルプロピルエーテル、4−トリフロロデカフロロペンチルメチルエーテル、4−トリフロロデカフロロペンチルエチルエーテル、4−トリフロロデカフロロペンチルプロピルエーテル、5−トリフロロドデカフロロヘキシルメチルエーテル、5−トリフロロドデカフロロヘキシルエチルエーテル、5−トリフロロドデカフロロヘキシルプロピルエーテル、6−トリフロロテトラデカフロロヘプチルメチルエーテル、6−トリフロロテトラデカフロロヘプチルエチルエーテル、6−トリフロロテトラデカフロロヘプチルプロピルエーテル、7−トリフロロヘキサデカフロロオクチルメチルエーテル、7−トリフロロヘキサデカフロロオクチルエチルエーテル、7−トリフロロヘキサデカフロロヘキシルオクチルエーテルなどが挙げられる。更に、前記のイソ(パーフロロアルキル)アルキルエーテルと、前記の直鎖構造の(パーフロロアルキル)アルキルエーテルを併用することもできる。 A fluorine-based solvent can also be used. Examples of the fluorine-based solvent include H (CF 2 ) 2 OCH 3 , C 4 F 9 OCH 3 , H (CF 2 ) 2 OCH 2 CH 3 , H (CF 2 ) 2 OCH 2 CF 3 , H (CF 2 ) 2 CH 2 O (CF 2 ) 2 H or the like, or (perfluoroalkyl) alkyl ether having a linear structure such as CF 3 CHFCF 2 OCH 3 , CF 3 CHFCF 2 OCH 2 CH 3 or iso (par Fluoroalkyl) alkyl ethers, that is, 2-trifluoromethyl hexafluoropropyl methyl ether, 2-trifluoromethyl hexafluoropropyl ethyl ether, 2-trifluoromethyl hexafluoropropylpropyl ether, 3-trifluorooctafluorobutyl methyl ether , 3-trifluorooctafluorobutyl ethyl ether, 3-trifluoroo Kutafluorobutylpropyl ether, 4-trifluorodecafluoropentyl methyl ether, 4-trifluorodecafluoropentyl ethyl ether, 4-trifluorodecafluoropentylpropyl ether, 5-trifluorododecafluorohexyl methyl ether, 5-trifluoro Dodecafluorohexyl ethyl ether, 5-trifluorododecafluorohexyl propyl ether, 6-trifluorotetradecafluoroheptyl methyl ether, 6-trifluorotetradecafluoroheptyl ethyl ether, 6-trifluorotetradecafluoroheptylpropyl ether, 7 -Trifluorohexadecafluorooctyl methyl ether, 7-trifluorohexadecafluorooctyl ethyl ether, 7-trifluorohexadecafluorohexyl octyl ether, etc. It is. Further, the iso (perfluoroalkyl) alkyl ether can be used in combination with the linear structure (perfluoroalkyl) alkyl ether.

本発明の非水電解液に用いる電解質塩としては、アルカリ金属の過塩素酸塩、有機ホウ素アルカリ金属塩、含フッ素化合物のアルカリ金属塩、アルカリ金属イミド塩などのアルカリ金属塩(例えば、リチウム塩)が好ましい。このような電解質塩の具体例としては、例えば、MClO(MはLi、Na、Kなどのアルカリ金属元素を示す、以下同じ)、MPF、MBF、MAsF 、MSbF 、MCFSO、MCFCO、M (SO、MN(CFSO、MN(CSO、MC(CFSO)3 、MCnF2n+1SO(n≧2)、MN(RfOSO[ここで、Rfはフルオロアルキル基]などが挙げられ、これらの各化合物におけるMがリチウム元素である化合物がより好ましく、含フッ素有機リチウム塩が特に好ましい。含フッ素有機リチウム塩は、アニオン性が大きく、かつイオン分離し易いので、非水電解液中において溶解し易いからである。 Examples of the electrolyte salt used for the non-aqueous electrolyte of the present invention include alkali metal salts such as alkali metal perchlorates, organoboron alkali metal salts, alkali metal salts of fluorine-containing compounds, and alkali metal imide salts (for example, lithium salts). ) Is preferred. Specific examples of such an electrolyte salt include, for example, M 1 ClO 4 (M 1 represents an alkali metal element such as Li, Na, K, and the like), M 1 PF 6 , M 1 BF 4 , M 1 AsF 6 , M 1 SbF 6 , M 1 CF 3 SO 3 , M 1 CF 3 CO 2 , M 1 2 C 2 F 4 (SO 3 ) 2 , M 1 N (CF 3 SO 2 ) 2 , M 1 N ( C 2 F 5 SO 2 ) 2 , M 1 C (CF 3 SO 2 ) 3, M 1 CnF 2n + 1 SO 3 (n ≧ 2), M 1 N (RfOSO 2 ) 2 [where Rf is a fluoroalkyl group] A compound in which M 1 in each of these compounds is a lithium element is more preferable, and a fluorine-containing organic lithium salt is particularly preferable. This is because the fluorine-containing organic lithium salt has a large anionic property and is easily ion-separated, so that it is easily dissolved in the non-aqueous electrolyte.

非水電解液中における電解質塩の濃度は、例えば、好ましくは0.3mol/l以上、より好ましくは0.7mol/l以上であって、好ましくは1.7mol/l以下、より好ましくは1.2mol/l以下である。電解質塩濃度が低すぎると、イオン伝導度が小さくなることがあり、高すぎると、溶解しきれない電解質塩が析出する虞がある。   The concentration of the electrolyte salt in the non-aqueous electrolyte is, for example, preferably 0.3 mol / l or more, more preferably 0.7 mol / l or more, preferably 1.7 mol / l or less, more preferably 1. 2 mol / l or less. If the electrolyte salt concentration is too low, the ionic conductivity may be reduced, and if it is too high, electrolyte salts that cannot be completely dissolved may be deposited.

また、本発明の非水電解液には、これを用いた電池の性能を向上することができる各種の添加剤を添加してもよい。   Moreover, you may add various additives which can improve the performance of the battery using this to the non-aqueous electrolyte of this invention.

例えば、C=C不飽和結合を分子内に有する化合物を添加した非水電解液では、これを用いた電池の充放電サイクル特性の低下を抑制できる場合がある。このようなC=C不飽和結合を分子内に有する化合物としては、例えば、C11(シクロヘキシルベンゼン)などの芳香族化合物;H(CFCHOOCCH=CH、F(CFCHCHOOCCH=CHなどのフッ素化された脂肪族化合物;フッ素含有芳香族化合物;などが挙げられる。また、1,3−プロパンスルトン、1,2−プロパンジオール硫酸エステルをはじめとするイオウ元素を有する化合物(例えば、鎖状または環状スルホン酸エステルや、鎖状または環状の硫酸エステルなど)やビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、フッ化エチレンカーボネートなども使用でき、非常に効果的な場合がある。特に負極活物質に高結晶炭素材料を用いる場合、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、フッ化エチレンカーボネートなどとの併用はより効果的である。これらの各種添加剤の添加量は、非水電解液全量中、例えば、0.05〜5質量%とすることが好ましい。 For example, in a non-aqueous electrolyte solution to which a compound having a C═C unsaturated bond in the molecule is added, it may be possible to suppress a decrease in charge / discharge cycle characteristics of a battery using the non-aqueous electrolyte solution. Examples of the compound having such a C═C unsaturated bond in the molecule include aromatic compounds such as C 6 H 5 C 6 H 11 (cyclohexylbenzene); H (CF 2 ) 4 CH 2 OOCCH═CH 2 , Fluorinated aliphatic compounds such as F (CF 2 ) 8 CH 2 CH 2 OOCCH═CH 2 ; fluorine-containing aromatic compounds; In addition, compounds having a sulfur element such as 1,3-propane sultone and 1,2-propanediol sulfate (for example, chain or cyclic sulfonate, chain or cyclic sulfate, etc.) and vinylene carbonate Vinyl ethylene carbonate, fluorinated ethylene carbonate, and the like can also be used and may be very effective. In particular, when a highly crystalline carbon material is used as the negative electrode active material, the combined use with vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, fluorinated ethylene carbonate, or the like is more effective. The addition amount of these various additives is preferably 0.05 to 5% by mass in the total amount of the non-aqueous electrolyte.

なお、前記のビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、フッ化エチレンカーボネートは、これらを含有する非水電解液を用いた電池を充電することで、負極表面に保護皮膜を形成し、負極活物質と非水電解液との接触による反応を抑制して、かかる反応による非水電解液の分解などを防止する作用を有しているが、本発明に係るスルホン酸塩とは反応する電位が異なる。そのため、非水電解液が、前記スルホン酸塩と、ビニレンカーボネートやビニルエチレンカーボネートを含有している場合、負極では、ビニレンカーボネートやビニルエチレンカーボネート由来の保護皮膜が形成された後に、前記スルホン酸塩が反応することから、ビニレンカーボネートやビニルエチレンカーボネート由来の保護皮膜中に、前記スルホン酸塩由来の成分が混入することによる保護皮膜の質低下を防止できる。よって、本発明の非水電解液には、前記スルホン酸塩と共に、ビニレンカーボネートまたはビニルエチレンカーボネートを含有させることが好ましく、このような非水電解液を用いて構成された電池では、前記スルホン酸塩による効果を確保しつつ、ビニレンカーボネートやビニルエチレンカーボネートによる効果も良好に確保でき、より膨れの抑制可能な電池とすることができる。   The vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, and fluorinated ethylene carbonate form a protective film on the negative electrode surface by charging a battery using a non-aqueous electrolyte containing them, and the negative electrode active material and the non-aqueous electrolyte. Although it has the effect | action which suppresses the reaction by contact with electrolyte solution and prevents decomposition | disassembly of the non-aqueous electrolyte solution by such reaction, the electric potential which reacts with the sulfonate salt which concerns on this invention differs. Therefore, when the non-aqueous electrolyte contains the sulfonate and vinylene carbonate or vinyl ethylene carbonate, in the negative electrode, after the protective film derived from vinylene carbonate or vinyl ethylene carbonate is formed, the sulfonate Therefore, it is possible to prevent the deterioration of the quality of the protective film due to the mixture of the sulfonate-derived components in the protective film derived from vinylene carbonate or vinyl ethylene carbonate. Therefore, it is preferable that the non-aqueous electrolyte of the present invention contains vinylene carbonate or vinyl ethylene carbonate together with the sulfonate, and in a battery configured using such a non-aqueous electrolyte, the sulfonic acid is used. While securing the effect of the salt, the effect of vinylene carbonate or vinyl ethylene carbonate can be secured satisfactorily, and the battery can be further suppressed from swelling.

この他、非水電解液二次電池の高温特性の改善を達成すべく、本発明の非水電解液に酸無水物を添加してもよい。酸無水物は負極の表面改質剤として負極表面に複合皮膜の形成に関与し、高温時における電池の貯蔵特性などを更に向上させる機能を有する。また、酸無水物を非水電解液に添加することにより、非水電解液中の水分量を低減させることができるため、この非水電解液を用いた電池内でのガス発生量も減少させることができる。非水電解液に添加する酸無水物については、特に制限はなく、分子内に酸無水物構造を少なくとも1個有する化合物であればよく、複数個有する化合物であってもよい。酸無水物の具体例としては、例えば、無水メリト酸、無水マロン酸、無水マレイン酸、無水酪酸、無水プロピオン酸、無水プルビン酸、無水フタロン酸、無水フタル酸、無水ピロメリト酸、無水乳酸、無水ナフタル酸、無水トルイル酸、無水チオ安息香酸、無水ジフェン酸、無水シトラコン酸、無水ジグリコールアミド酸、無水酢酸、無水琥珀酸、無水桂皮酸、無水グルタル酸、無水グルタコン酸、無水吉草酸、無水イタコン酸、無水イソ酪酸、無水イソ吉草酸、無水安息香酸などが挙げられ、それらの1種または2種以上を用いることができる。また、本発明の非水電解液における酸無水物の添加量は、非水電解液全量中、0.05〜1質量%とすることが好ましい。   In addition, an acid anhydride may be added to the non-aqueous electrolyte of the present invention in order to achieve improvement in the high temperature characteristics of the non-aqueous electrolyte secondary battery. The acid anhydride is involved in the formation of a composite film on the negative electrode surface as a surface modifier for the negative electrode, and has a function of further improving the storage characteristics of the battery at high temperatures. Moreover, since the amount of water in the non-aqueous electrolyte can be reduced by adding acid anhydride to the non-aqueous electrolyte, the amount of gas generated in the battery using this non-aqueous electrolyte is also reduced. be able to. There is no restriction | limiting in particular about the acid anhydride added to a nonaqueous electrolyte, What is necessary is just a compound which has at least one acid anhydride structure in a molecule | numerator, and the compound which has two or more may be sufficient as it. Specific examples of acid anhydrides include, for example, mellitic anhydride, malonic anhydride, maleic anhydride, butyric anhydride, propionic anhydride, puruvic anhydride, phthalonic anhydride, phthalic anhydride, pyromellitic anhydride, lactic acid anhydride, anhydrous Naphthalic acid, toluic anhydride, thiobenzoic anhydride, diphenic anhydride, citraconic anhydride, diglycolamide anhydride, acetic anhydride, succinic anhydride, cinnamic anhydride, glutaric anhydride, glutaconic anhydride, valeric anhydride, anhydrous Itaconic acid, isobutyric anhydride, isovaleric anhydride, benzoic anhydride and the like can be mentioned, and one or more of them can be used. Moreover, it is preferable that the addition amount of the acid anhydride in the non-aqueous electrolyte of the present invention is 0.05 to 1% by mass in the total amount of the non-aqueous electrolyte.

本発明の非水電解液二次電池は、本発明の非水電解液を有していればよく、その他の構成要素については特に制限はなく、従来公知の非水電解液二次電池と同様のものを採用できる。   The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention only needs to have the non-aqueous electrolyte of the present invention, and there are no particular restrictions on other components, and it is the same as a conventionally known non-aqueous electrolyte secondary battery Can be used.

正極に係る正極活物質には、リチウムイオンを吸蔵放出可能な化合物が使用でき、例えば、LiMOまたはLi(ただし、Mは遷移金属であり、0≦x≦1、0≦y≦2)で表されるリチウム含有複合酸化物、スピネル状の酸化物、層状構造の金属カルコゲン化物などが挙げられる。その具体例としては、LiCoOなどのリチウムコバルト酸化物、LiMnなどのリチウムマンガン酸化物、LiNiOなどのリチウムニッケル酸化物、Li4/3Ti5/3などのリチウムチタン酸化物、リチウムマンガン・ニッケル複合酸化物、リチウムマンガン・ニッケル・コバルト複合酸化物、二酸化マンガン、五酸化バナジウム、クロム酸化物、などの金属酸化物;二硫化チタン、二硫化モリブデンなどの金属硫化物;などが挙げられる。 As the positive electrode active material related to the positive electrode, a compound capable of occluding and releasing lithium ions can be used. For example, Li x MO 2 or Li y M 2 O 4 (where M is a transition metal, and 0 ≦ x ≦ 1, Examples thereof include lithium-containing composite oxides represented by 0 ≦ y ≦ 2), spinel-like oxides, and layered metal chalcogenides. Specific examples thereof include lithium cobalt oxides such as LiCoO 2 , lithium manganese oxides such as LiMn 2 O 4 , lithium nickel oxides such as LiNiO 2, and lithium titanium oxides such as Li 4/3 Ti 5/3 O 4. , Metal oxides such as lithium manganese / nickel composite oxide, lithium manganese / nickel / cobalt composite oxide, manganese dioxide, vanadium pentoxide, chromium oxide; metal sulfides such as titanium disulfide and molybdenum disulfide; Etc.

特に、層状構造またはスピネル構造のリチウム含有複合酸化物が好ましく用いられ、LiCoO、LiMn、LiNiO、LiNi1/2Mn1/2などに代表されるリチウムマンガン・ニッケル複合酸化物、LiNi1/3Mn1/3Co1/3やLiNi0.6Mn0.2Co0.2などに代表されるリチウムマンガン・ニッケル・コバルト複合酸化物、またはLiNi1−x−y―zCoAlMg(ただし、0≦x≦1、0≦y≦0.1、0≦z≦0.1、0≦1−x−y−z≦1)のように構成元素の一部がGe、Ti、Zr、Mg、Al、Mo、Snなどより選ばれる添加元素で置換されたリチウム含有複合酸化物など、充電時の開路電圧がLi基準で4V以上を示すリチウム複合酸化物を正極活物質として用いる場合には、高電圧下での酸化が抑制された本発明の非水電解液の特徴を生かすことができ、高エネルギー密度の非水電解液二次電池が得られる。 In particular, a lithium-containing composite oxide having a layered structure or a spinel structure is preferably used, and lithium manganese / nickel composite oxide represented by LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 , LiNiO 2 , LiNi 1/2 Mn 1/2 O 2, etc. LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 , LiNi 0.6 Mn 0.2 Co 0.2 O 2 typified lithium manganese / nickel / cobalt composite oxide, or LiNi 1− x-y-z Co x Al y Mg z O 2 ( however, 0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 0.1,0 ≦ z ≦ 0.1,0 ≦ 1-x-y-z ≦ 1) The open circuit voltage during charging is 4 V or more on the basis of Li, such as a lithium-containing composite oxide in which some of the constituent elements are substituted with an additive element selected from Ge, Ti, Zr, Mg, Al, Mo, Sn, etc. Indicate When a lithium composite oxide is used as a positive electrode active material, it is possible to take advantage of the characteristics of the nonaqueous electrolyte solution of the present invention in which oxidation under high voltage is suppressed, and a high energy density nonaqueous electrolyte secondary battery. Is obtained.

これらの正極活物質は、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。例えば、層状構造のリチウム含有複合酸化物とスピネル構造のリチウム含有複合酸化物とを共に用いることにより、高容量化と安全性向上との両立を図ることができる。   These positive electrode active materials may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together. For example, by using both a lithium-containing composite oxide having a layered structure and a lithium-containing composite oxide having a spinel structure, it is possible to achieve both higher capacity and improved safety.

非水電解液二次電池を構成するための正極は、例えば、前記の正極活物質に、カーボンブラック、アセチレンブラックなどの導電助剤や、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレンオキシドなどの結着剤などを適宜添加して正極合剤を調製し、これをアルミニウム箔などからなる集電材料を芯材として帯状の成形体に仕上げたものが用いられる。ただし、正極の作製方法は、前記例示のもののみに限定される訳ではない。   For the positive electrode for constituting the non-aqueous electrolyte secondary battery, for example, a conductive assistant such as carbon black and acetylene black, a binder such as polyvinylidene fluoride and polyethylene oxide, etc. are appropriately added to the positive electrode active material. A positive electrode material mixture is prepared by adding it, and a product obtained by finishing this into a strip-shaped molded body using a current collecting material made of aluminum foil or the like as a core material is used. However, the method for manufacturing the positive electrode is not limited to the above-described examples.

本発明の有機電解液二次電池を構成するための負極における負極活物質としては、例えば、リチウムイオンを吸蔵放出可能な化合物が使用できる。例えば、リチウム金属単体の他、Al、Si、Sn、Inなどの合金またはリチウム(Li)に近い低電位で充放電できる酸化物、炭素材料などの各種材料も、負極活物質として用いることができる。本発明の非水電解液二次電池においては、負極活物質としては、リチウムイオンを電気化学的に出し入れ可能な炭素材料が特に好ましい。このような炭素材料としては、例えば、黒鉛、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物の焼成体、メソカーボンマイクロビーズ、炭素繊維、活性炭などが挙げられる。   As the negative electrode active material in the negative electrode for constituting the organic electrolyte secondary battery of the present invention, for example, a compound capable of occluding and releasing lithium ions can be used. For example, in addition to a simple lithium metal, an alloy such as Al, Si, Sn, In, or various materials such as an oxide and a carbon material that can be charged and discharged at a low potential close to lithium (Li) can be used as the negative electrode active material. . In the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, the negative electrode active material is particularly preferably a carbon material capable of electrochemically taking in and out lithium ions. Examples of such carbon materials include graphite, pyrolytic carbons, cokes, glassy carbons, fired bodies of organic polymer compounds, mesocarbon microbeads, carbon fibers, activated carbon, and the like.

負極活物質に炭素材料を用いる場合、該炭素材料の(002)面の層間距離d002に関しては、0.37nm以下であることが好ましい。また、電池の高容量化を実現するためd002は、0.35nm以下であることがより好ましく、0.34nm以下であることが更に好ましい。d002の下限値は特に限定されないが、理論的には約0.335nmである。 When using a carbon material as the negative electrode active material, with respect to the interlayer distance d 002 of (002) plane the carbon material, it is preferably not more than 0.37 nm. In order to realize a high capacity of the battery, d 002 is more preferably 0.35 nm or less, and further preferably 0.34 nm or less. The lower limit value of d 002 is not particularly limited, but is theoretically about 0.335 nm.

また、炭素材料のc軸方向の結晶子の大きさLcは、3nm以上であることが好ましく、8nm以上であることがより好ましく、25nm以上であることが更に好ましい。Lcの上限は特に限定されないが、通常200nm程度である。そして、その平均粒径は、好ましくは3μm以上、より好ましくは5μm以上であって、好ましくは15μm以下、より好ましくは13μm以下である。また、その純度は99.9%以上であることが望ましい。   Further, the crystallite size Lc in the c-axis direction of the carbon material is preferably 3 nm or more, more preferably 8 nm or more, and further preferably 25 nm or more. The upper limit of Lc is not particularly limited, but is usually about 200 nm. And the average particle diameter becomes like this. Preferably it is 3 micrometers or more, More preferably, it is 5 micrometers or more, Preferably it is 15 micrometers or less, More preferably, it is 13 micrometers or less. Further, the purity is desirably 99.9% or more.

負極は、例えば、前記負極活物質、またはその負極活物質に必要に応じて導電助剤(カーボンブラック、アセチレンブラックなど)や結着剤(ポリフッ化ビニリデン、スチレンブタジエンゴムなど)などを適宜加えて調製した負極合剤を、銅箔などの集電材料を芯材として成形体に仕上げることによって作製される。ただし、負極の作製方法は、前記例示のもののみに限られることはない。   For the negative electrode, for example, a conductive additive (carbon black, acetylene black, etc.) or a binder (polyvinylidene fluoride, styrene butadiene rubber, etc.) or the like is appropriately added to the negative electrode active material, or the negative electrode active material, as necessary. The prepared negative electrode mixture is produced by finishing a molded body using a current collecting material such as copper foil as a core material. However, the manufacturing method of the negative electrode is not limited to the above-described examples.

本発明の非水電解液二次電池において、正極と負極を仕切るためのセパレータも特に制限はなく、従来公知の非水電解液二次電池で採用されている各種セパレータを用いることができる。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン系樹脂で構成される微孔性セパレータ、ポリブチレンテレフタレートなどのポリエステル系樹脂で構成される微孔性セパレータが好適に用いられる。また、セパレータの厚みにも特に制限はないが、電池の安全性と高容量化の両方を考慮して5μm以上30μm以下であることが好ましい。   In the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention, the separator for partitioning the positive electrode and the negative electrode is not particularly limited, and various separators employed in conventionally known nonaqueous electrolyte secondary batteries can be used. For example, a microporous separator composed of a polyolefin resin such as polyethylene or polypropylene and a microporous separator composed of a polyester resin such as polybutylene terephthalate are preferably used. The thickness of the separator is not particularly limited, but is preferably 5 μm or more and 30 μm or less in consideration of both the safety of the battery and the increase in capacity.

本発明の非水電解液二次電池は、例えば、前記の正極と前記の負極とを、前記のセパレータを介して重ね合わせて電極積層体としたり、更にこれを巻回して電極巻回体とした後、外装体に装填し、正負極と外装体の正負極端子とをリード体などを介して接続し、更に本発明の非水電解液を外装体内に注入した後に外装体を封止して作製される。   The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention includes, for example, the above-described positive electrode and the above-described negative electrode overlapped with the separator interposed therebetween to form an electrode laminate, After that, the outer body is loaded, the positive and negative electrodes and the positive and negative terminals of the outer body are connected via a lead body, etc., and the nonaqueous electrolyte of the present invention is injected into the outer body, and then the outer body is sealed. Produced.

電池の外装体としては、金属製の角形、円筒形などの外装体や、金属(アルミニウムなど)ラミネートフィルムからなるラミネート外装体などを用いることができる。   As a battery outer package, a metal rectangular or cylindrical outer package, a laminate outer package made of a metal (such as aluminum) laminate film, or the like can be used.

なお、非水電解液二次電池の製造方法と電池の構造は特に限定されないが、d002が0.34nm以下の炭素材料を負極活物質として用いる場合、外装体に正極、負極、セパレータおよび非水電解液を収納した後であって電池を完全に密閉する前に、充電を行う開放化成工程を設けることが好ましい。これにより、充電初期に発生するガスや電池内の残留水分を電池外に除去することができる。化成後、電池内のガスの除去方法は特に限定されるものではなく、自然除去または真空除去のいずれもよい。また、電池を完全に密閉する前に、電池を押圧などにより適宜成形してもよい。 Note that the manufacturing method of the non-aqueous electrolyte secondary battery and the structure of the battery are not particularly limited. However, when a carbon material having d 002 of 0.34 nm or less is used as the negative electrode active material, a positive electrode, a negative electrode, a separator, It is preferable to provide an open chemical conversion step for charging after housing the water electrolyte and before completely sealing the battery. Thereby, the gas generated at the initial stage of charging and the residual moisture in the battery can be removed outside the battery. After the formation, the method for removing the gas in the battery is not particularly limited, and either natural removal or vacuum removal may be used. Further, before the battery is completely sealed, the battery may be appropriately molded by pressing or the like.

本発明の非水電解液二次電池は、安全性に優れており、電池特性も良好であることから、こうした特性を生かして、携帯電話、ノート型パソコンなどのモバイル情報機器の駆動電源用の二次電池としてだけではなく、様々な機器の電源として幅広く利用することができる。   The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is excellent in safety and has good battery characteristics. Therefore, taking advantage of these characteristics, the non-aqueous electrolyte secondary battery can be used as a driving power source for mobile information devices such as mobile phones and laptop computers. It can be widely used not only as a secondary battery but also as a power source for various devices.

以下、実施例に基づいて本発明を詳細に述べる。ただし、下記実施例は本発明を制限するものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples. However, the following examples do not limit the present invention.

実施例1
<スルホン酸塩Aの合成>
下記式(6)で示され、n=8相当の(nは、オキシエチレンユニットの平均付加数である)のスルホン酸塩Aを合成した。
Example 1
<Synthesis of sulfonate A>
A sulfonate A represented by the following formula (6) and corresponding to n = 8 (n is an average addition number of oxyethylene units) was synthesized.

Figure 0005008471
Figure 0005008471

100gのポリエチレングリコール(シグマアルドリッチ社、平均分子量Mn=400、0.25モル、以下、「PEG400」と標記する)を400mLのトルエンに溶解させ、微量の水を除去するために、約100mLのトルエンを蒸留して除去した。この溶液を35℃まで放冷し、これに100gの無水トリエチルアミン(シグマアルドリッチ社、約1.0モル)を添加し、35℃で1時間攪拌した。更に攪拌しながら、この溶液に、400mLの脱水トルエンに溶解した臭化チオニル165g(シグマアルドリッチ社、0.8モル)を35℃でゆっくり滴下し、1日反応させてから、更に2時間還流した。なお、前記の全ての操作は、ドライアルゴンの雰囲気中で行った。   In order to dissolve 100 g of polyethylene glycol (Sigma Aldrich, average molecular weight Mn = 400, 0.25 mol, hereinafter referred to as “PEG400”) in 400 mL of toluene and remove a trace amount of water, Was removed by distillation. The solution was allowed to cool to 35 ° C., 100 g of anhydrous triethylamine (Sigma Aldrich, approximately 1.0 mol) was added thereto, and the mixture was stirred at 35 ° C. for 1 hour. With further stirring, 165 g of thionyl bromide (Sigma Aldrich, 0.8 mol) dissolved in 400 mL of dehydrated toluene was slowly added dropwise to this solution at 35 ° C. and reacted for 1 day, and then refluxed for 2 hours. . All the above operations were performed in a dry argon atmosphere.

前記還流後の溶液(褐色の溶液)から沈殿物(臭化トリエチルアンモニウム)を、温度が下がるまでにろ過して除去し、得られた反応液を室温で4時間インキュベーションした後、50℃まで加熱して、50gの活性炭(Merck社製「GR」)を用いて処理した。その後、反応液をガラスフィルターでろ過し、得られた沈殿物から、ソクスレー抽出器によって、生成物であるPEG400の末端臭素化物(以下、「Br−PEG400−Br」と標記する)を熱トルエン中に繰り返し溶出させた。このBr−PEG400−Brの溶出液を4℃で一晩放置した後、析出した結晶をろ取し、この結晶を400mLの無水エタノールに60℃で溶解させ、これに20gの活性炭を入れて処理した。前記の処理液から活性炭を除去して得られた溶液を、4℃まで冷却して一晩放置し、再結晶させた。更に冷エタノールと冷エーテルとを用いて結晶を洗浄し、真空乾燥して、約81gの黄色の結晶(Br−PEG400−Br)を得た。   The precipitate (triethylammonium bromide) is removed by filtration from the solution after reflux (brown solution) until the temperature drops, and the resulting reaction solution is incubated at room temperature for 4 hours and then heated to 50 ° C. Then, it was treated with 50 g of activated carbon (“GR” manufactured by Merck). Thereafter, the reaction solution was filtered with a glass filter, and the resulting bromide of PEG400 (hereinafter referred to as “Br-PEG400-Br”) as a product in hot toluene was extracted from the resulting precipitate by a Soxhlet extractor. And eluted repeatedly. The Br-PEG400-Br eluate was allowed to stand at 4 ° C. overnight, and the precipitated crystals were collected by filtration. The crystals were dissolved in 400 mL of absolute ethanol at 60 ° C., and treated with 20 g of activated carbon. did. The solution obtained by removing activated carbon from the treatment solution was cooled to 4 ° C. and left overnight to be recrystallized. Further, the crystal was washed with cold ethanol and cold ether and vacuum-dried to obtain about 81 g of yellow crystal (Br-PEG400-Br).

前記のBr−PEG400−Br:29g(約0.05モル)を150mLのエタノールに溶解させ、これに100mLの1M亜硫酸リチウム水溶液(亜硫酸リチウム:0.1モル)を添加し、攪拌しながら2日還流して反応させた。その後、反応液から水とエタノールを除去し、得られた反応物に100mLのエタノールを添加してろ過し、得られたろ液をエバポレーションにより濃縮して粗生成物を得た。これを、メタノールを溶離液に用いたゲルろ過クロマトグラフィーを用いて精製することにより、24gのスルホン酸塩Aを得た。   The above-mentioned Br-PEG400-Br: 29 g (about 0.05 mol) was dissolved in 150 mL of ethanol, and 100 mL of 1 M lithium sulfite aqueous solution (lithium sulfite: 0.1 mol) was added thereto, and the mixture was stirred for 2 days. The reaction was carried out at reflux. Thereafter, water and ethanol were removed from the reaction solution, 100 mL of ethanol was added to the obtained reaction product and filtered, and the obtained filtrate was concentrated by evaporation to obtain a crude product. This was purified by gel filtration chromatography using methanol as an eluent to obtain 24 g of sulfonate A.

<非水電解液の調製>
エチレンカーボネート(EC)とメチルエチルカーボネート(MEC)とジエチルカーボネート(DEC)との体積比1:1:2の混合溶媒に、LiPFを1.0mol/L溶解させたものに、スルホン酸塩Aを1.0質量%となるように添加して、非水電解液を調製した。なお、非水電解液の調製は、Ar雰囲気中で行った。
<Preparation of non-aqueous electrolyte>
In a solvent mixture of ethylene carbonate (EC), methyl ethyl carbonate (MEC), and diethyl carbonate (DEC) in a volume ratio of 1: 1: 2, LiPF 6 was dissolved at 1.0 mol / L. Was added so that it might become 1.0 mass%, and the nonaqueous electrolyte solution was prepared. The non-aqueous electrolyte was prepared in an Ar atmosphere.

<正極の作製>
95質量部の層状MnNi材
であるLiNi1/3Mn1/3Co1/3(正極活物質)に導電助剤としてカーボンブラックを2.5質量部加えて混合し、この混合物にポリフッ化ビニリデン(PVDF)2.5質量部をN−メチル−2−ピロリドン(NMP)に溶解させた溶液を加え、混合して正極合剤含有スラリーを調製した。この正極合剤含有スラリーを70メッシュの網に通過させて粒径の大きなものを取り除いた後、この正極合剤含有スラリーを厚みが15μmのアルミニウム箔からなる正極集電体の両面に均一に塗付して乾燥し、その後、ロールプレス機により圧縮成形して総厚さを129μmにした後切断し、アルミニウム製のリード体を溶接して、帯状の正極を得た。
<Preparation of positive electrode>
The mixture was added to 95 parts by mass of Li x Ni 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 (positive electrode active material), which is a layered MnNi material, and 2.5 parts by mass of carbon black as a conductive additive. A solution in which 2.5 parts by mass of polyvinylidene fluoride (PVDF) was dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) was added to and mixed to prepare a positive electrode mixture-containing slurry. This positive electrode mixture-containing slurry is passed through a 70-mesh net to remove large particles, and the positive electrode mixture-containing slurry is uniformly applied to both surfaces of a positive electrode current collector made of an aluminum foil having a thickness of 15 μm. Then, it was compression-molded by a roll press machine to a total thickness of 129 μm and then cut, and an aluminum lead body was welded to obtain a belt-like positive electrode.

<負極の作製>
負極活物質として、メソフェーズカーボンマイクロビーズ(MCMB)を用いた。96質量部のMCMBに、PVDF4質量部をNMPに溶解させた溶液を加えて混合し、更にNMPを加えて混合して負極合剤含有ペーストとした。この負極合剤含有ペーストを厚みが8μmの銅箔からなる負極集電体の両面に均一に塗布して乾燥し、その後、ロールプレス機により圧縮成形して総厚さを141μmにした後切断し、ニッケル製のリード体を溶接して、帯状の負極を得た。
<Production of negative electrode>
Mesophase carbon microbeads (MCMB) were used as the negative electrode active material. To 96 parts by mass of MCMB, a solution in which 4 parts by mass of PVDF was dissolved in NMP was added and mixed, and further NMP was added and mixed to obtain a negative electrode mixture-containing paste. This negative electrode mixture-containing paste is uniformly applied to both sides of a negative electrode current collector made of a copper foil having a thickness of 8 μm, dried, and then compressed by a roll press machine to a total thickness of 141 μm and then cut. The lead body made of nickel was welded to obtain a strip-shaped negative electrode.

<電池の組み立て>
前記帯状の正極と前記帯状の負極とを、厚みが20μmの微孔性ポリエチレンセパレータ(空隙率:41%)を介して重ね合わせ、渦巻状に巻回した後、扁平状になるように加圧して扁平状巻回構造の電極巻回体とし、この電極巻回体をポリプロピレン製の絶縁テープで固定した。次に、外寸が縦(厚み)4.6mm、横34mm、高さ43mmのアルミニウム合金製の角形の電池ケースに前記電極巻回体を挿入し、リード体の溶接を行うとともに、アルミニウム合金製の蓋板を電池ケースの開口端部に溶接した。その後、蓋板に設けた電解液注入口から前記非水電解液を注入し、1時間静置した。なお、本実施例の非水電解液二次電池の4.35Vまで充電した場合(Li基準で4.45V)の設計電気容量は、800mAhとした。ちなみに本実施例の非水電解液二次電池の4.2Vまで充電した場合(Li基準で4.3V)の設計電気容量は、約700mAhとした。
<Battery assembly>
The strip-shaped positive electrode and the strip-shaped negative electrode are overlapped via a microporous polyethylene separator (porosity: 41%) having a thickness of 20 μm, wound in a spiral shape, and then pressed so as to be flat. Thus, an electrode winding body having a flat winding structure was formed, and the electrode winding body was fixed with an insulating tape made of polypropylene. Next, the electrode winding body is inserted into a rectangular battery case made of aluminum alloy having an outer dimension of 4.6 mm (length), 34 mm (width), and 43 mm (height), and the lead body is welded. The lid plate was welded to the open end of the battery case. Thereafter, the non-aqueous electrolyte solution was injected from the electrolyte solution injection port provided on the cover plate, and was allowed to stand for 1 hour. In addition, the design electric capacity at the time of charging to 4.35V of the nonaqueous electrolyte secondary battery of a present Example (4.45V on the basis of Li) was 800 mAh. Incidentally, the design electric capacity of the non-aqueous electrolyte secondary battery of this example when charged to 4.2 V (4.3 V based on Li) was about 700 mAh.

次に、前記電池を露点−30℃のドライルーム内で以下の条件で充電を行った。充電は、充電量が電池の設計電気容量(800mAh)の25%(200mAh)となるように、0.25CmA(200mA)の定電流で1時間行った。充電終了後に電解液注入口を封止して電池内部を密閉状態にした。作製した電池を0.3CmA(240mA)で4.1Vになるまで充電してから、60℃で12時間貯蔵した。その後、0.3CmA(240mA)で4.35Vになるまで充電してから、更に4.35Vの定電圧で3時間充電し、1CmA(800mA)で3.8Vまで放電して、充電電圧を4.35Vとして評価するための評価用電池とした。   Next, the battery was charged in a dry room with a dew point of −30 ° C. under the following conditions. Charging was performed for 1 hour at a constant current of 0.25 CmA (200 mA) so that the amount of charge was 25% (200 mAh) of the designed electric capacity (800 mAh) of the battery. After charging, the electrolyte injection port was sealed to seal the inside of the battery. The produced battery was charged at 0.3 CmA (240 mA) to 4.1 V and then stored at 60 ° C. for 12 hours. After that, the battery is charged at 0.3 CmA (240 mA) to 4.35 V, then charged at a constant voltage of 4.35 V for 3 hours, discharged to 3.8 V at 1 CmA (800 mA), and the charge voltage is 4 A battery for evaluation for evaluation as .35V was obtained.

また、充電電圧4.35Vでの評価用電池とは別の電池について、最高充電電圧を4.35Vから4.2Vに変えた以外は、上述の、電池の設計電気容量の25%となるように0.25CmAの定電流で1時間充電してから、1CmAで3.8Vまで放電するまでの一連の操作を行って、充電電圧を4.2Vとして評価するための評価用電池とした。   In addition, with respect to a battery different from the evaluation battery at the charging voltage of 4.35 V, the maximum charging voltage is changed from 4.35 V to 4.2 V, so that it becomes 25% of the battery design electric capacity described above. Then, a series of operations from charging for 1 hour at a constant current of 0.25 CmA to discharging to 3.8 V at 1 CmA was performed, and an evaluation battery for evaluating the charging voltage as 4.2 V was obtained.

前記のようにして得られた本実施例の非水電解液二次電池の構造を図1および図2に示す。図1は、本実施例の非水電解液二次電池の外観を表す斜視図であり、図2は、図1のI−I線断面模式図である。   The structure of the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present example obtained as described above is shown in FIGS. FIG. 1 is a perspective view showing the appearance of the nonaqueous electrolyte secondary battery of this example, and FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along the line II of FIG.

本実施例の非水電解液二次電池1は、アルミニウム合金製の電池ケース2と、該電池ケース2の開口端部に溶接されたアルミニウム合金製の蓋板3とにより形成された密閉空間内に、正極6、負極7およびセパレータ8よりなる電極巻回体9、並びに非水電解液(図示しない)を収容している。蓋板3には、絶縁パッキング4を介して端子5が取り付けられている。端子5の底部にはリード板14が取り付けられていて、このリード体14と電極巻回体9の負極7とが、負極リード体12を介して接続されている。また、電極巻回体9の正極6は、正極リード体11を介して蓋板3と接続されている。10は電極巻回体9と電池ケース2とを仕切るための絶縁体であり、13は蓋板3とリード板14とを仕切るための絶縁体である。   The non-aqueous electrolyte secondary battery 1 of the present embodiment is in a sealed space formed by an aluminum alloy battery case 2 and an aluminum alloy lid plate 3 welded to the opening end of the battery case 2. In addition, an electrode winding body 9 including a positive electrode 6, a negative electrode 7, and a separator 8, and a nonaqueous electrolytic solution (not shown) are accommodated. Terminals 5 are attached to the cover plate 3 via insulating packings 4. A lead plate 14 is attached to the bottom of the terminal 5, and the lead body 14 and the negative electrode 7 of the electrode winding body 9 are connected via a negative electrode lead body 12. The positive electrode 6 of the electrode winding body 9 is connected to the lid plate 3 via the positive electrode lead body 11. Reference numeral 10 denotes an insulator for partitioning the electrode winding body 9 and the battery case 2, and 13 is an insulator for partitioning the lid plate 3 and the lead plate 14.

比較例1
スルホン酸塩Aを添加しなかった以外は、実施例1と同様にして非水電解液を調製し、この非水電解液を用いた以外は実施例1と同様にして、充電電圧4.35Vでの評価用電池および充電電圧4.2Vでの評価用電池を作製した。
Comparative Example 1
A non-aqueous electrolyte was prepared in the same manner as in Example 1 except that the sulfonate A was not added. The charge voltage was 4.35 V in the same manner as in Example 1 except that this non-aqueous electrolyte was used. The battery for evaluation and the battery for evaluation at a charging voltage of 4.2 V were prepared.

比較例2
スルホン酸塩Aに代えて1,3−プロパンスルトンを用いた以外は、実施例1と同様にして非水電解液を調製し、この非水電解液を用いた以外は実施例1と同様にして、充電電圧4.35Vでの評価用電池および充電電圧4.2Vでの評価用電池を作製した。
Comparative Example 2
A non-aqueous electrolyte was prepared in the same manner as in Example 1 except that 1,3-propane sultone was used in place of the sulfonate A, and the same as in Example 1 except that this non-aqueous electrolyte was used. Thus, an evaluation battery with a charging voltage of 4.35 V and an evaluation battery with a charging voltage of 4.2 V were produced.

実施例2
前記式(6)で示され、n=3相当のスルホン酸塩Bを合成した。スルホン酸塩Bの合成は、出発原料に平均分子量Mn=200のポリエチレングリコール(Fluka社)を用いた以外は、実施例1におけるスルホン酸塩Aの合成と同様にして行った。
Example 2
A sulfonate B represented by the above formula (6) and corresponding to n = 3 was synthesized. The synthesis of sulfonate B was performed in the same manner as the synthesis of sulfonate A in Example 1, except that polyethylene glycol (Fluka) having an average molecular weight Mn = 200 was used as a starting material.

スルホン酸塩Aに代えて前記のスルホン酸塩Bを用いた以外は、実施例1と同様にして非水電解液を調製し、この非水電解液を用いた以外は実施例1と同様にして、充電電圧4.35Vでの評価用電池および充電電圧4.2Vでの評価用電池を作製した。   A non-aqueous electrolyte was prepared in the same manner as in Example 1 except that the sulfonate B was used in place of the sulfonate A, and the same as in Example 1 except that this non-aqueous electrolyte was used. Thus, an evaluation battery with a charging voltage of 4.35 V and an evaluation battery with a charging voltage of 4.2 V were produced.

実施例3
前記式(6)で示され、n=23相当のスルホン酸塩Cを合成した。スルホン酸塩Cの合成は、出発原料に平均分子量Mn=1050のポリエチレングリコール(アルドリッチ社)を用いた以外は、実施例1におけるスルホン酸塩Aの合成と同様にして行った。
Example 3
A sulfonate C represented by the above formula (6) and corresponding to n = 23 was synthesized. The synthesis of sulfonate C was carried out in the same manner as the synthesis of sulfonate A in Example 1 except that polyethylene glycol (Aldrich) having an average molecular weight Mn = 1050 was used as a starting material.

スルホン酸塩Aに代えて前記のスルホン酸塩Cを用いた以外は、実施例1と同様にして非水電解液を調製し、この非水電解液を用いた以外は実施例1と同様にして、充電電圧4.35Vでの評価用電池および充電電圧4.2Vでの評価用電池を作製した。   A nonaqueous electrolytic solution was prepared in the same manner as in Example 1 except that the sulfonic acid salt C was used instead of the sulfonic acid salt A, and the same procedure as in Example 1 was performed except that this nonaqueous electrolytic solution was used. Thus, an evaluation battery with a charging voltage of 4.35 V and an evaluation battery with a charging voltage of 4.2 V were produced.

実施例4
前記式(6)で示され、n=50相当のスルホン酸塩Dを合成した。スルホン酸塩Dの合成は、出発原料に平均分子量Mn=2200のポリエチレングリコール(アルドリッチ社)を用いた以外は、実施例1におけるスルホン酸塩Aの合成と同様にして行った。
Example 4
A sulfonate D represented by the above formula (6) and corresponding to n = 50 was synthesized. The synthesis of sulfonate D was performed in the same manner as the synthesis of sulfonate A in Example 1 except that polyethylene glycol (Aldrich) having an average molecular weight Mn = 2200 was used as a starting material.

スルホン酸塩Aに代えて前記のスルホン酸塩Dを用いた以外は、実施例1と同様にして非水電解液を調製し、この非水電解液を用いた以外は実施例1と同様にして、充電電圧4.35Vでの評価用電池および充電電圧4.2Vでの評価用電池を作製した。   A non-aqueous electrolyte was prepared in the same manner as in Example 1 except that the sulfonate D was used instead of the sulfonate A, and the same as in Example 1 except that this non-aqueous electrolyte was used. Thus, an evaluation battery with a charging voltage of 4.35 V and an evaluation battery with a charging voltage of 4.2 V were produced.

実施例5
前記式(6)で示され、n=100相当のスルホン酸塩Eを合成した。スルホン酸塩Eの合成は、出発原料に平均分子量Mn=4400〜4800のポリエチレングリコール(アルドリッチ社)を用いた以外は、実施例1におけるスルホン酸塩Aの合成と同様にして行った。
Example 5
A sulfonate E represented by the above formula (6) and corresponding to n = 100 was synthesized. The synthesis of the sulfonate E was performed in the same manner as the synthesis of the sulfonate A in Example 1 except that polyethylene glycol (Aldrich) having an average molecular weight Mn = 4400 to 4800 was used as a starting material.

スルホン酸塩Aに代えて前記のスルホン酸塩Eを用いた以外は、実施例1と同様にして非水電解液を調製し、この非水電解液を用いた以外は実施例1と同様にして、充電電圧4.35Vでの評価用電池および充電電圧4.2Vでの評価用電池を作製した。   A non-aqueous electrolyte was prepared in the same manner as in Example 1 except that the sulfonate E was used instead of the sulfonate A, and the same as in Example 1 except that this non-aqueous electrolyte was used. Thus, an evaluation battery with a charging voltage of 4.35 V and an evaluation battery with a charging voltage of 4.2 V were produced.

実施例1〜5および比較例1〜2の非水電解液二次電池について、下記の高温貯蔵特性試験を行った。結果を表1および表2に示す。   The following high temperature storage characteristic test was done about the non-aqueous electrolyte secondary battery of Examples 1-5 and Comparative Examples 1-2. The results are shown in Tables 1 and 2.

<高温貯蔵特性試験>
実施例1〜5および比較例1〜2の各電池のうち、充電電圧4.35Vでの評価用電池について、20℃において600mAで4.35Vになるまで充電し、更に4.35Vの定電圧で3時間充電して満充電とし、その後、20℃において0.2Cで3Vまで放電して貯蔵前の放電容量を測定した。
<High temperature storage characteristics test>
Among the batteries of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2, the battery for evaluation at a charging voltage of 4.35 V was charged to 4.35 V at 600 mA at 20 ° C., and further a constant voltage of 4.35 V The battery was fully charged by charging for 3 hours, and then discharged at 20 ° C. to 3 V at 0.2 C, and the discharge capacity before storage was measured.

次に、前記各電池を前記と同様にして充電した後、恒温槽中において80℃で1日間貯蔵した。貯蔵後の各電池を20℃まで自然冷却した後、電池ケースの厚みを測定し、貯蔵前の電池ケースの厚みとの比較から、下記式により電池の膨れを求めた。その後全ての電池を、20℃において0.2Cで3Vまで放電し、貯蔵前と同様の条件で充放電を行って、貯蔵後の放電容量を測定した。
電池の膨れ(mm)=貯蔵後の電池の厚み ― 貯蔵前の電池の厚み
Next, each battery was charged in the same manner as described above, and then stored in a thermostatic bath at 80 ° C. for 1 day. After each battery after storage was naturally cooled to 20 ° C., the thickness of the battery case was measured, and from the comparison with the thickness of the battery case before storage, the swelling of the battery was determined by the following formula. Thereafter, all the batteries were discharged at 20 ° C. to 3 V at 0.2 C, charged and discharged under the same conditions as before storage, and the discharge capacity after storage was measured.
Battery swelling (mm) = Battery thickness after storage-Battery thickness before storage

また、実施例1〜5および比較例1〜2の各電池のうち、充電電圧4.2Vでの評価用電池について、20℃において700mAで4.2Vになるまで充電し、更に4.2Vの定電圧で2.5時間充電して満充電とし、その後、20℃において0.2Cで3Vまで放電して貯蔵前の放電容量を測定した。   Moreover, about each battery of Examples 1-5 and Comparative Examples 1-2, it charged until it became 4.2V at 700 mA at 20 degreeC about the battery for evaluation by the charge voltage 4.2V, and also 4.2V The battery was charged at a constant voltage for 2.5 hours to be fully charged, then discharged at 20 ° C. to 3 V at 0.2 C, and the discharge capacity before storage was measured.

次に、前記各電池を前記と同様にして充電した後、恒温槽中において80℃で1日間貯蔵した。貯蔵後の各電池を20℃まで自然冷却した後、電池ケースの厚みを測定し、貯蔵前の電池ケースの厚みとの比較から、前記の電池の膨れの算出式により電池の膨れを求めた。その後全ての電池を、20℃において0.2Cで3Vまで放電し、貯蔵前と同様の条件で充放電を行って、貯蔵後の放電容量を測定した。   Next, each battery was charged in the same manner as described above, and then stored in a thermostatic bath at 80 ° C. for 1 day. Each battery after storage was naturally cooled to 20 ° C., and then the thickness of the battery case was measured. From the comparison with the thickness of the battery case before storage, the swelling of the battery was determined by the formula for calculating the swelling of the battery. Thereafter, all the batteries were discharged at 20 ° C. to 3 V at 0.2 C, charged and discharged under the same conditions as before storage, and the discharge capacity after storage was measured.

実施例1〜5および比較例1〜2の各電池について、貯蔵前の放電容量と貯蔵後の放電容量を用いて、下記式により容量維持率を算出し、電池の膨れと容量維持率から高温貯蔵特性を評価した。
容量維持率(%)=(貯蔵後の放電容量/貯蔵前の放電容量)×100
About each battery of Examples 1-5 and Comparative Examples 1-2, the capacity maintenance rate is calculated by the following formula using the discharge capacity before storage and the discharge capacity after storage, and the high temperature is calculated from the swelling of the battery and the capacity maintenance rate. Storage characteristics were evaluated.
Capacity maintenance rate (%) = (discharge capacity after storage / discharge capacity before storage) × 100

Figure 0005008471
Figure 0005008471

表1から明らかなように、実施例1の非水電解液二次電池では、比較例1および比較例2の非水電解液二次電池に比べて、貯蔵後の電池膨れが大きく抑制されている。また、実施例1の非水電解液二次電池では、特に充電電圧が高電圧の4.35Vの場合に、比較例1および比較例2の非水電解液二次電池に比べて、貯蔵後においても容量がより高く維持されている。これらのことから、実施例1の非水電解液二次電池は、高温貯蔵特性に優れていることが分かる。   As is clear from Table 1, in the nonaqueous electrolyte secondary battery of Example 1, battery swelling after storage was greatly suppressed as compared with the nonaqueous electrolyte secondary batteries of Comparative Example 1 and Comparative Example 2. Yes. Further, in the non-aqueous electrolyte secondary battery of Example 1, in particular, when the charging voltage was 4.35 V, which is a high voltage, compared with the non-aqueous electrolyte secondary batteries of Comparative Example 1 and Comparative Example 2, after storage The capacity is also maintained at a higher level. From these, it can be seen that the non-aqueous electrolyte secondary battery of Example 1 is excellent in high-temperature storage characteristics.

Figure 0005008471
Figure 0005008471

また、表2から明らかなように、実施例2〜5の非水電解液二次電池は、実施例1の非水電解液二次電池と同等の高温貯蔵特性を有しており、スルホン酸塩B〜Eを用いても、スルホン酸塩Aを用いた場合と同様の効果を奏し得ることが分かる。   Further, as is clear from Table 2, the nonaqueous electrolyte secondary batteries of Examples 2 to 5 have the same high-temperature storage characteristics as the nonaqueous electrolyte secondary battery of Example 1, and the sulfonic acid It can be seen that even when the salts B to E are used, the same effects as those obtained when the sulfonate A is used can be obtained.

実施例6〜13、比較例3
<非水電解液の調製>
スルホン酸塩Aの量を、0.05質量%(実施例6)、0.1質量%(実施例7)、0.5質量%(実施例8)、1質量%(実施例9)、2質量%(実施例10)、5質量%(実施例11)、10質量%(実施例12)、15質量%(実施例13)および0質量%(比較例3)とし、更に、ビニレンカーボネートを2.5質量%添加した以外は、実施例1と同様にして、実施例6〜13の非水電解液を調製した。
Examples 6 to 13 and Comparative Example 3
<Preparation of non-aqueous electrolyte>
The amount of sulfonate A was 0.05% by mass (Example 6), 0.1% by mass (Example 7), 0.5% by mass (Example 8), 1% by mass (Example 9), 2% by mass (Example 10), 5% by mass (Example 11), 10% by mass (Example 12), 15% by mass (Example 13) and 0% by mass (Comparative Example 3), and further vinylene carbonate. The nonaqueous electrolytes of Examples 6 to 13 were prepared in the same manner as Example 1 except that 2.5% by mass was added.

<非水電解液二次電池の作製>
正極活物質を、10質量%のLiNi1/3Mn1/3Co1/3と、85質量%のLiCoAl0.005Mg0.005Zr0.002との混合物に変更した以外は、実施例1と同様にして正極を作製した。
<Production of non-aqueous electrolyte secondary battery>
The positive electrode active material was changed to a mixture of 10% by mass of Li x Ni 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 and 85% by mass of LiCoAl 0.005 Mg 0.005 Zr 0.002 O 2 A positive electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that.

また、負極活物質を、下記方法により得られた高結晶の人造黒鉛に変更した以外は、実施例1と同様にして負極を作製した。   Further, a negative electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that the negative electrode active material was changed to highly crystalline artificial graphite obtained by the following method.

コークス粉末100質量部、タールピッチ40質量部、炭化ケイ素14質量部およびコールタール20質量部を、空気中において200℃で混合した後に粉砕し、窒素雰囲気中において1000℃で熱処理し、更に窒素雰囲気中において3000℃で熱処理して黒鉛化させて人造黒鉛とした。得られた人造黒鉛のBET比表面積は4.0m/gで、X線回折法によって測定される(002)面の面間隔d002は0.336nm、c軸方向の結晶子の大きさLcは48nm、全細孔容積は1×10−3/kgであった。 Coke powder 100 parts by weight, tar pitch 40 parts by weight, silicon carbide 14 parts by weight and coal tar 20 parts by weight are mixed in air at 200 ° C. and then pulverized, heat treated at 1000 ° C. in a nitrogen atmosphere, and further a nitrogen atmosphere Inside, it was heat-treated at 3000 ° C. and graphitized to produce artificial graphite. The obtained artificial graphite had a BET specific surface area of 4.0 m 2 / g, a (002) plane spacing d 002 of 0.336 nm measured by X-ray diffraction, and a crystallite size Lc in the c-axis direction. Was 48 nm and the total pore volume was 1 × 10 −3 m 3 / kg.

前記の正極、前記の負極、および前記の各非水電解液を用いた以外は、実施例1と同様にして、充電電圧4.35Vでの評価用非水電解液二次電池(実施例6〜13および比較例3の非水電解液二次電池)を作製した。これらの非水電解液二次電池の設計電気容量(4.35V)も、800mAhであった。   A nonaqueous electrolyte secondary battery for evaluation at a charging voltage of 4.35 V (Example 6), except that the positive electrode, the negative electrode, and the nonaqueous electrolytes were used. To 13 and Comparative Example 3 nonaqueous electrolyte secondary batteries). The design electric capacity (4.35 V) of these nonaqueous electrolyte secondary batteries was also 800 mAh.

実施例6〜13および比較例3の非水電解液二次電池について、実施例1の充電電圧4.35Vでの評価用電池と同様にして高温貯蔵特性試験を行い、貯蔵後の電池膨れを評価した。結果を図3に示す。   The non-aqueous electrolyte secondary batteries of Examples 6 to 13 and Comparative Example 3 were subjected to a high-temperature storage characteristic test in the same manner as the evaluation battery at the charging voltage of 4.35 V in Example 1, and battery swelling after storage was observed. evaluated. The results are shown in FIG.

また、実施例6〜13および比較例3の非水電解液二次電池について、下記の充放電サイクル試験を行った。これらの結果を図3に併記する。   In addition, the following charge / discharge cycle test was performed on the nonaqueous electrolyte secondary batteries of Examples 6 to 13 and Comparative Example 3. These results are also shown in FIG.

<充放電サイクル試験>
実施例6〜13および比較例3の電池のうち、前記の高温貯蔵特性試験に供したものとは別の電池について、45℃において、600mAで4.35Vになるまで充電し、更に4.35Vの定電圧で3時間充電して満充電とし、その後、1Cの800mAhで3Vまで放電する充放電サイクルを300回繰り返し、1サイクル目の放電容量と200サイクル目の放電容量を測定した。続いて、1サイクル目の放電容量と300サイクル目の放電容量を用いて、下記式により容量維持率を算出し、充放電サイクル特性を評価した。
容量維持率(%)
=(300サイクル目の放電容量/1サイクル目の放電容量)×100
<Charge / discharge cycle test>
Among the batteries of Examples 6 to 13 and Comparative Example 3, a battery different from that used in the high-temperature storage characteristic test was charged at 45 ° C. until it reached 4.35 V at 600 mA, and further 4.35 V. The battery was charged at a constant voltage of 3 hours for full charge, and then the charge / discharge cycle of discharging to 3 V at 1 mA of 800 mAh was repeated 300 times, and the discharge capacity at the first cycle and the discharge capacity at the 200th cycle were measured. Subsequently, using the discharge capacity at the first cycle and the discharge capacity at the 300th cycle, the capacity retention rate was calculated by the following formula, and the charge / discharge cycle characteristics were evaluated.
Capacity maintenance rate (%)
= (Discharge capacity at 300th cycle / Discharge capacity at 1st cycle) × 100

なお、図3の横軸の「添加量(%)」は、各電池に使用した非水電解液中のスルホン酸塩Aの添加量(含有量)を意味している。   Note that “addition amount (%)” on the horizontal axis in FIG. 3 means the addition amount (content) of the sulfonate A in the non-aqueous electrolyte used in each battery.

図3に示すように、実施例6〜13の非水電解液二次電池も、実施例1〜5の非水電解液二次電池と同様に、貯蔵後の電池膨れが大きく抑制されており、優れた高温貯蔵特性を有していることが分かる。なお、実施例6〜13の結果から、非水電解液中のスルホン酸塩量は0.05質量%以上とすることで、スルホン酸塩Aの未添加の電池(比較例3の電池)と比べて、その作用がより有効に発揮されることも分かる。   As shown in FIG. 3, the non-aqueous electrolyte secondary batteries of Examples 6 to 13 are largely suppressed from swelling of the battery after storage, similarly to the non-aqueous electrolyte secondary batteries of Examples 1 to 5. It can be seen that it has excellent high-temperature storage characteristics. In addition, from the results of Examples 6 to 13, the amount of sulfonate in the nonaqueous electrolytic solution was 0.05% by mass or more, so that the battery without addition of sulfonate A (battery of Comparative Example 3) and It can also be seen that the effect is more effectively exhibited.

また、図3から明らかなように、非水電解液二次電池にスルホン酸塩Aを含有させた非水電解液を用いると(実施例6〜13)、スルホン酸塩Aを含有していない非水電解液を用いた場合(比較例3)と比べて、45℃における300サイクル目の容量維持率が高く、優れた充放電サイクル特性も有していることが分かる。なお、非水電解液中のスルホン酸塩量を10質量%以上とすると、45℃での充放電サイクル特性が急激に低下することが分かった。   In addition, as apparent from FIG. 3, when a non-aqueous electrolyte solution containing sulfonate A is used in a non-aqueous electrolyte secondary battery (Examples 6 to 13), sulfonate A is not contained. It can be seen that the capacity retention rate at the 300th cycle at 45 ° C. is high and the charge / discharge cycle characteristics are excellent as compared with the case where the nonaqueous electrolyte is used (Comparative Example 3). In addition, when the amount of sulfonate in the non-aqueous electrolyte was 10% by mass or more, it was found that the charge / discharge cycle characteristics at 45 ° C. were drastically decreased.

本発明の非水電解液二次電池の一例を模式的に示す外観斜視図である。It is an external appearance perspective view which shows typically an example of the nonaqueous electrolyte secondary battery of this invention. 図1のI−I線断面模式図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along the line II of FIG. 1. 実施例6〜13および比較例3の非水電解液二次電池の高温貯蔵特性試験および充放電サイクル試験の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of the high temperature storage characteristic test of the nonaqueous electrolyte secondary battery of Examples 6-13 and the comparative example 3, and a charging / discharging cycle test.

符号の説明Explanation of symbols

1 非水電解液二次電池
2 電池ケース
3 蓋板
6 正極
7 負極
8 セパレータ
9 電極巻回体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Nonaqueous electrolyte secondary battery 2 Battery case 3 Cover plate 6 Positive electrode 7 Negative electrode 8 Separator 9 Electrode winding body

Claims (12)

非水性溶媒と、電解質塩と、一般式(1)で表されるスルホン酸塩とを有することを特徴とする非水電解液。
Figure 0005008471
[前記式中、RおよびRは、水素がフッ素で置換されていてもよい炭素数1〜6のアルキレンまたはフェニレンで、同一でもよく、また異なっていてもよい。Mはアルカリ金属元素であり、mおよびnは、0〜100の整数であり、かつ1≦m+n≦100である。また、Xは、水素、または下記式(2)〜(5)のいずれかで表される基である。]
Figure 0005008471
[前記式(2)〜(5)中、M’はアルカリ金属元素であり、前記式(1)におけるMと同一でもよく、異なっていてもよい。]
A nonaqueous electrolytic solution comprising a nonaqueous solvent, an electrolyte salt, and a sulfonate represented by the general formula (1).
Figure 0005008471
[Wherein, R 1 and R 2 are alkylene or phenylene having 1 to 6 carbon atoms in which hydrogen may be substituted with fluorine, and may be the same or different. M is an alkali metal element, m and n are integers of 0 to 100, and 1 ≦ m + n ≦ 100. X is hydrogen or a group represented by any of the following formulas (2) to (5). ]
Figure 0005008471
[In the formulas (2) to (5), M ′ is an alkali metal element, and may be the same as or different from M in the formula (1). ]
前記一般式(1)で表されるスルホン酸塩において、前記Xが、前記式(2)〜(5)で表されるいずれかの基である請求項1に記載の非水電解液。   2. The nonaqueous electrolytic solution according to claim 1, wherein, in the sulfonate represented by the general formula (1), the X is any group represented by the formulas (2) to (5). 前記一般式(1)で表されるスルホン酸塩において、前記Xが、前記式(2)で表される基である請求項1または2に記載の非水電解液。   The nonaqueous electrolytic solution according to claim 1 or 2, wherein in the sulfonate represented by the general formula (1), the X is a group represented by the formula (2). 前記一般式(1)で表されるスルホン酸塩において、RおよびRが、炭素数が1〜6のアルキレンであり、同一でもよく、また異なっていてもよく、m=0であり、MがLiであり、前記Xが、前記式(2)で表される基で、かつM’がLiである請求項3に記載の非水電解液。 In the sulfonate represented by the general formula (1), R 1 and R 2 are alkylene having 1 to 6 carbon atoms, which may be the same or different, and m = 0. The nonaqueous electrolytic solution according to claim 3, wherein M is Li, X is a group represented by Formula (2), and M ′ is Li. 前記一般式(1)で表されるスルホン酸塩の含有量が、非水電解液全量中、0.05〜10質量%である請求項1〜4のいずれかに記載の非水電解液。   The nonaqueous electrolyte solution according to any one of claims 1 to 4, wherein a content of the sulfonate represented by the general formula (1) is 0.05 to 10% by mass in the total amount of the nonaqueous electrolyte solution. 電解質塩が、リチウム塩である請求項1〜5のいずれかに記載の非水電解液。   The non-aqueous electrolyte according to claim 1, wherein the electrolyte salt is a lithium salt. 非水性溶媒として、環状カーボネートおよび鎖状カーボネートを含有する請求項1〜6のいずれかに記載の非水電解液。   The nonaqueous electrolytic solution according to any one of claims 1 to 6, comprising a cyclic carbonate and a chain carbonate as the nonaqueous solvent. ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネートまたはフッ化エチレンカーボネートを含有する請求項1〜7のいずれかに記載の非水電解液。   The nonaqueous electrolytic solution according to claim 1, comprising vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, or fluorinated ethylene carbonate. 正極、負極、セパレータおよび請求項1〜8のいずれかに記載の非水電解液を有することを特徴とする非水電解液二次電池。   A nonaqueous electrolyte secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, a separator, and the nonaqueous electrolyte solution according to claim 1. 正極が、正極活物質としてニッケル含有酸化物を含有する請求項9に記載の非水電解液二次電池。The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 9, wherein the positive electrode contains a nickel-containing oxide as a positive electrode active material. 正極、負極、セパレータおよび請求項1〜8のいずれかに記載の非水電解液を有する非水電解液二次電池を充電し、前記非水電解液中のスルホン酸塩を正極と反応させて正極表面に皮膜を形成することを特徴とする非水電解液二次電池の製造方法。A nonaqueous electrolyte secondary battery having a positive electrode, a negative electrode, a separator, and the nonaqueous electrolyte solution according to any one of claims 1 to 8 is charged, and the sulfonate in the nonaqueous electrolyte solution is reacted with the positive electrode. A method for producing a non-aqueous electrolyte secondary battery, comprising forming a film on a surface of a positive electrode. 正極が、正極活物質としてニッケル含有酸化物を含有する請求項11に記載の非水電解液二次電池の製造方法。
The method for producing a nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 11 , wherein the positive electrode contains a nickel-containing oxide as a positive electrode active material.
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